JPH0322575B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプロセス変量である２点間の圧力差を
測定する差圧発信器に関するものである。

例えば管内流体の流量を測定しようとする場
合、管内にオリフイス板を設けて流体抵抗とし、
その上流側と下流側の圧力差を測定して所定の演
算式に基づき流量を算定することが行なわれてい
る。この種の圧力差測定に用いられる差圧発信器
は、高圧側と低圧側との受圧ダイヤフラム各測定
圧力を与え、この圧力による内封液の移動を、封
入回路を仕切つて設けた半導体センサの歪により
電気的出力として取出すように構成されている。

ところが、この種の差圧発信器においては、プ
ロセスの測定仕様に応じた適切な寸法、強度、材
料などを備えた受圧ダイヤフラムが選定されて用
いられたとしても、時には過大圧力を受けること
があり、その過圧が半導体センサに及んで、これ
を損傷させることにより〓後の測定を不可能にす
ることがある。そこで従来この過大圧力からセン
サを保護する各種の装置が提案されて差圧発信器
に付設されている。

第１図はこの種の過大圧力保護装置を備えた従
来の差圧発信器の断面図であつて、これを同図に
基いて説明すると、半割状のボデイ１の両側に
は、波形円板状にい形成された高圧側のバリアダ
イヤフラム２と、低圧側のバリアダイヤフラム３
とが装着されており、これらのバリアダイヤフラ
ム２，３にはボデイ１にボルト締めされた両側の
カバー４とボデイ１との間の孔５，６から流入す
る流体によつて高圧と低圧とがそれぞれ印加され
ている。一方、ボデイ１の上方のセンサカプセル
７内のセンサ室には、図示しない端子と接続され
た半導体センサ８が、基板９に保持されて配設さ
れており、このセンサ８の下側である高圧側と上
側である低圧側とからは、液通路１０および１１
がボデイ１に向つて延設されている。符号１２で
も示すものは波形円板状に形成されたセンタダイ
ヤフラムであつて、半割状ボデイ１の中央接合部
に設けた内室を高圧側内室１３と低圧側内室１４
とに画成するようにボデイ１に固定されており、
前記各液通路１０，１１は内室１３，１４にそれ
ぞれ開口されている。また、前記各バリアダイヤ
フラム２，３とボデイ１との間に形成されたすき
間と内室１３，１４とは、液通路１５，１６によ
つてそれぞれ連通されている。そして、バリアダ
イヤフラム２，３とボデイ１との間のすき間から
液通路１５，１６、内室１３，１４および液通路
１０，１１を経てセンサ８の高圧側と低圧側とに
至る間には、シリコンオイル等の内封液１７が封
入されている。

以上のように構成された差圧発信器において、
バリアダイヤフラム２，３にプロセスからの高圧
と低圧とがそれぞれ印加されると、バリアダイヤ
フラム２，３が凹んでその圧縮分だけ内封液１７
が移動し、両側の圧力差による内封液１７の移動
量の差をセンサ８が検出してこれを電気信号とし
て発信することにより差圧が測定される。この場
合センタダイヤフラム１２は両側の圧力差によつ
て変形するが内室１３，１４の壁面には着座しな
いし、また、バリアダイヤフラム２，３も正常な
差圧測定中はボデイ１に着座しない。そして例え
ば高圧側に過大圧力が作用すると、高圧側のバリ
アダイヤフラム２が大きく変形してボデイ１へ全
面的に着座するので、高圧側の圧力が内部に伝達
されなくなる。すなわち、バリアダイヤフラム２
が着座することよつて過大圧力保護の働きをす
る。このような構造をもつ差圧発信器として、例
えば特開昭56−87372号公報によつて提案された
ものがある。

しかしながら、従来の過大圧力保護装置を備え
た差圧発信器においては、過大圧力が作用しない
平常の測定圧力範囲下でも内封液１７がセンサ８
方向だけでなくセンタダイヤフラム１２を変位さ
せる方向へも移動し、バリアダイヤフラム２，３
に対する圧力がそのまゝセンサに伝達されないの
で、伝達効率が低く応答性が悪いばかりでなく、
センタダイヤフラム１２が内室１３，１４内にお
いては何物によつても保持されておらず、いわゆ
る揺動自在に周縁部が保持されているに過ぎない
から、反復変位によるヒステリシスが大きくて測
定精度が低下するという欠点があつた。また、こ
の種の差圧発信器においては、通常−50°から
120°に及ぶ環境温度の変化による内封液の熱膨張
に対して安全性を考慮して測定レンジの上限値に
対しセンサの破壊強度を５倍程度に測定してい
る。このため、センサの測定レンジも狭くなり
Ｓ／Ｎ比が悪くなるという欠点もあつた。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもの
で、ボデイ１内室をセンタダイヤフラムで仕切つ
て形成した２室のうちの１室内に、互に所定間隔
を越えないように係止されセンタダイヤフラムに
対し進退自在な二枚の移動板を設けてこれら移動
板間と片方の移動板・ボデイ内壁間とにそれぞれ
ばね部材を介装することにより、平時の測定圧力
下ではセンタダイヤフラムと移動板とを静止させ
過大圧力発生時には受圧ダイヤフラムを着座させ
るように構成して圧力伝達効率と応答性ならびに
測定精度の向上を計り、また移動板とばね部材と
をセンタダイヤフラムに連続しこれと同芯状に支
持させて、分割したボデイで挾持されることによ
り片側からの粗付けを可能にして組付けの簡易化
を計るとともに、ばね部材の弾発力を調節自在に
構成することにより過大圧力保護の作動圧力を高
精度で正確に得ることを可能にした差圧発信器を
提供するものである。以下、本発明の実施例を図
面に基いて詳細に説明する。

第２図は本発明に係る差圧発信器の実施例の断
面図である。図において、差圧発信器２１のボデ
イ２２は、厚さ方向中央部に達する円形凹部を備
えた低圧側のバツクプレート２２ａと、その凹部
に嵌合されて溶着た高圧側のバツクプレート２２
ｂとで一体的に形成されており、各バツクプレー
ト２２ａ，２２ｂの側部受圧凹陥面には、波形円
板状に形成された低圧側のバリアダイヤフラム２
３と高圧側のバリアダイヤフラム２４とが、これ
らと同形状の受圧底面との間にすき間からなるバ
リアダイヤフラム室２５，２６（以下、すき間２
５，２６という）を形成するように周縁部をボデ
イ２２側に固定されて配設されている。第２図で
は図示を省略したがボデイ２２の両側受圧面には
第１図に示したものと同じようなカバーが接合さ
れており、バリアダイヤフラム２３，２４には、
カバーの孔から流入する流体の低圧と高圧とがそ
れぞれ印加されている。バツクプレート２２ａ，
２２ｂの中心部には、流通路２７が両側のすき間
２５，２６を連結して穿設されており、この流通
路２７上である両側のバツクプレート２２ａ，２
２ｂ間には、ボデイ内室２８が大部分を高圧のバ
ツクプレート２２ｂ側に位置させ一部を低圧のバ
ツクプレート２２ａ側に位置させて設けられてい
る。

符号２９で示すものは断面波形の環状に形成さ
れたセンタダイヤフラムであつて、外周固定端を
バツクプレート２２ａ側に固定されており、その
内周可動端には、円板状に形成された面積板３０
の外周部が固定されている。そして、ボデイ内室
２８内には、センタダイヤフラム２９と面積板３
０とで低圧側の内室と高圧側の内室とが隔成され
ている。面積板３０の中心部には、連結棒３１が
螺入され高圧側の内室へ向けて一体的に突設され
ており、センタダイヤフラム２９と面積板３０と
で隔成された高圧側の内室内には、大径の移動板
３２と小径の移動板３３とが、連結棒３１に遊装
されて面積板３０に対する遠近方向へ進退自在に
設けられている。そして小径の移動板３３は、連
結棒３１の頭部を皿状に形成することによりこれ
をストツパとして軸線方向への移動を規制されて
おり、内方へ向つては移動自在である。さらに大
径の移動板３２と小径の移動板３３との間ならび
に大径の移動板３２とバツクプレート２２ｂとの
間には、低い頭裁円錐形に形成された皿ばね３４
と３５とが介装されていて皿ばね３４は移動板３
３をばね受として連結棒３１を介し面積板３０を
移動板３２に圧接させており、また皿ばね３５は
移動板３２をバツクプレート２２ａの段部２２ｃ
に圧接させている。そして、皿ばね３４と３５と
はばね定数を異にし高圧側および低圧側の過大圧
力保護の作動圧力に対応してそれぞればね定数が
設定されている。

前記すき間２５，２６、流通路２７およびボデ
イ内室２８には、液注入口３６，３７から注入さ
れたシリコンオイル等の内封液３８が封入されて
おり、移動板３２，３３には、この内封液３８の
連通孔３９，４０が穿設されている。また移動板
３２の面積板３０側の側面には、中心部から十字
状をなして放射方向へ延びる液通路４１が設けら
れており、面積板３０と移動板３２との離間を促
進するように構成されている。さらに、第２図で
は図示しないが、ボデイ２２の上部にはセンサカ
プセルが接合されていて、このセンサカプセル内
には第１図に示したセンサ８が外周部を基板９上
に接合させて載置固定されており、センサ８の高
圧側と低圧側とは、液通路４２，４３によつて高
圧側の内室と低圧側の内室とに連通されている。

以上のように構成された差圧発信器の動作を第
２図および第１図の一部を用いて説明する。バリ
アダイヤフラム２３，２４にプロセスからの高圧
と低圧とがそれぞれ印加されると、バリアダイヤ
フラム２３，２４が凹んでその圧縮分だけ内封液
３８が移動し、それぞれの圧力センサ８の高圧側
と低圧側とに印加される。センサ８は両側の圧力
差を検出しこれを電気信号として発信することに
より差圧が測定される。

そしてプロセスからの圧力は、高圧側のバリア
ダイヤフラム２４に印加される圧力が、低圧側の
バリアダイヤフラム２３に印加される圧力よりも
高い場合がほとんどであつて先ずこの場合につい
て説明する。いま高圧側の圧力をP₁、低圧側の
圧力をP₂とすると、P₁＞P₂であるから、面積板
３０の高圧側には内封液３８を介して差圧△Ｐ＝
P₁−P₂が作用し、この差圧△Ｐに比例した力で
面積板３０が移動板３２さら離れようとする。し
かしながら、移動板３２がボデイ２２の段部２２
ｃに着座しており、かつ連結棒３１で面積板３０
と一体化された移動板３３が、皿ばね３４で移動
板３２に対し弾発されていることにより、面積板
３０に作用する差圧△Ｐが皿ばね３４の弾発力よ
りも小さい間は面積板３０およびセンタダイヤフ
ラム２９が移動しない。したがつてこの間、内封
液３８はセンサ方向へのみ移動し、センサ８へは
差圧△Ｐに正しく比例した圧力が伝達される。そ
して、差圧△Ｐが皿ばね３４の弾発力よりも大き
くなると、移動板３３で皿ばね３４を圧縮させな
がら面積板３０とセンナダイヤフラム２９とが移
動し始め、内封液３８が移動板３２と面積板３０
との間へ移動する。高圧側のバリアダイヤフラム
２４への圧力が、センサを破壊させる手前の過大
圧力になると、バリアダイヤフラム２４がバツク
プレート２２ｂの受圧面に着座し、内封液３８の
移動が停止してそれ以上の圧力がセンサに伝達さ
れない。すなわち過大圧力はセンタダイヤフラム
２９によつて吸収されることになる。なお、内封
液３８の移動に際しては、連通孔３９，４０を設
けたことにより移動が円滑に行なわれるし、また
十字状の液通路４１を設けたことにより内封液３
８が速かに流入し、面積板３０と移動板３２との
離間が促進される。

次にP₂＞P₁の場合について説明する。差圧△
Ｐ＝P₂−P₁が面積板３０の低圧側に作用すると、
面積板３０が差圧△Ｐに比例する力で移動板３２
を高圧側へ移動させようとするが、この力が皿ば
ね３５の弾発力より小さい間は面積板３０および
移動板３２が移動しない。したがつてこの間、内
封液３８はセンサ方向へのみ移動し、センサ８へ
は差圧△Ｐに正しく比例した圧力が伝達される。
そして差圧△Ｐが皿ばね３５の弾発力よりも大き
くなると、移動板３２で皿ばね３５を圧縮させな
がら面積板３０とセンタダイヤフラム２９とが移
動し始め、低圧側のバリアダイヤフラム２３への
圧力が所定圧力以上の過大圧力になると、バリア
ダイヤフラム２３がバツクプレート２２ａの受圧
面に着座し、内封液３８の移動が停止してそれ以
上の圧力がセンサ８に伝達されない。すなわち過
大圧力はセンタダイヤフラム２９によつて吸収さ
れたことになる。

そして各皿ばね３４，３５には、センサの高圧
側、低圧側の破壊強度に比例したばね定数等をそ
れぞれ選択して異なつた値を自由に設定すること
ができる。

次に高圧用皿ばねと低圧用皿ばねとの弾発力を
調節可能にした差圧発信器の実施例を図面に基い
て説明する。第３図はこの差圧発信器の断面図で
あつて、この差圧発信器２１Ａは次の点が第２図
に示す差圧発信器２１と異なつている。すなわ
ち、連結棒３１は面積板３０と一体的に形成され
ており、その先端ねじ部には移動板３３の外方へ
の移動を規制するストツパ４４が螺合されてい
る。また、皿ばね３４と皿ばね３５とはほゞ同径
であつて皿ばね３４は第２図に示したものとは逆
向きに介装されている。そして高圧側のバツクプ
レート２２ｂの外周と、低圧側のバツクプレート
２２ａの凹陥部内周とにはねじが切られていて、
これらは互いに進退調節自在に螺合されている。
その他の構成及び作用は第２図に差圧発信器２１
と同じである。そしてストツパ４４を回動進退さ
せることにより皿ばね３５の弾発力を調節するこ
とができ、またバツクプレート２２ｂを回動進退
させることにより皿ばね３４の弾発力を調節する
ことができる。すなわち皿ばね３４，３５は組付
けの段階でその弾発力を調節することができ、セ
ンサの高圧側、低圧側の破壊強度に比例した弾発
力を自由に設定することができる。なお、第３図
に示す差圧発信器２１Ａにおいては、バツクプレ
ート２２ｂを螺入してばね圧を設定したのちバツ
クプレート２２ａと２２ｂとを溶着する。

次に片側からの組付けを可能にした差圧発信器
を第２図と第３図とに基いて説明する。これらの
差圧発信器２１，２１Ａはボデイ２２が低圧側バ
ツクプレート２２ａと高圧側のバツクプレート２
２ｂとに分割されており、面積板３０に螺入され
るかあるいは一体的に形成された連結棒３１には
移動板３４，３５とが片側から順次挿入されてお
り、これらは両方のバツクプレート２２ａ，２２
ｂによつて挾持されている。

こうすることにより、差圧発信器２１，２１Ａ
の組付けに際しては、バツクプレート２２ａにセ
ンタダイヤフラム２９と面積板３０とを一体形成
して固定し、第２図で示すように移動板３２，３
３と皿ばね３４，３５とを連結棒３１で面積板３
０に固定するか、あるいは第３図に示すように連
結棒３１に移動板３２，３３と皿ばね３４，３５
とを挿入してストツパ４４で移動を規制したの
ち、バツクプレート２２ｂを同じ側から挿入して
バツクプレート２２ａに固定することにより組付
けが完了する。すなわち各部品を片側からの挿入
によつて組付けることができる。

なお、前記各実施例においては移動板３２，３
３と皿ばね３４，３５を設けたために高圧側の内
室が低圧側の内室よりも大きくなつており、両室
内の液量に差がある。したがつて環境温度の変化
によつてボデイ２２と内封液３８とが同時に膨張
した場合、金属とシリコンオルとの膨張係数が大
きく異なることと両室の液量が異なることとによ
りセンサに伝達される差圧に影響する。そこで別
の実施例として移動板３２，３３をセラミツクま
たはアンバなど熱膨張率の低い材料で形成すれ
ば、高圧側内室内の内封液３８が大きく膨張して
も、移動板３２，３３の低膨張率によつてこれを
相殺することができ、液量の少ない低圧側との差
をなくしてセンサへの差圧伝達量に対する影響を
解消することができる。

また、前記各実施例では面積板３０の移動板３
２からの距離を促進させる内封液３８の流通手段
として十字状の流通路４１を設けた例を示した
が、移動板３２の側面に、例えば星打ち加工と呼
ばれるポンチ式の突起形成加工により多数の突起
を設けるなどの塑性加工を施して面積板３０と移
動板３２とを隔離させ液通路を形成させるように
すれば液通路の加工が容易になり、加工費を削減
することができる。

さらに前記各実施例では、移動板３２，３３に
設ける内封液３８の連通手段として連通孔３９，
４０を設けた例を示したが、移動板３２，３３を
通気性のある多孔質の焼結金属や気泡状の金属ま
たはセラミツクなどの材料で形成してもよく、こ
れによつて孔加工や曲面加工などの必要がなくな
つて加工費を大幅に削減することができるととも
に、内封液３８の流通が円滑になり、過大圧力保
護装置の適応性を向上させることができる。

以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば差圧発信器において、ボデイ内室をセンタダ
イヤフラムで仕切つて形室した２室のうちの１室
内に、互に所定間隔を越えないように係止されて
センタダイヤフラムに対し進退自在な二枚の移動
板を設けてこれらの移動板間にばね部材を介装す
ることにより、過大圧力発生持には受圧ダイヤフ
ラムが着座して内封液の移動が停止し、センサを
過大圧力から保護することができることはもとよ
り、平時の測定圧力下では高圧側、低圧側いずれ
の方向からの圧力が大きくてもこれがばね部材の
弾発力以下の場合には移動板およびセンタダイヤ
フラムが静止していて内封液がセンサ方向以外へ
移動せず、受圧ダイヤフラムが着座する直前にわ
ずかに移動するだけであるから、平時には差圧が
そのまゝセンサに伝達され、従来に比べて伝達効
率が著しく向上するとともに、センタダイヤフラ
ムの静止によりヒステリシスを少なくすることが
できる。また、センサ方向以外への内封液の移動
がないので応答性がきわめて良好であつて測定精
度が向上するとともに、測定レンジの上限値をセ
ンサの破壊強度に近づけることができ、これに伴
いセンサの測定レンジが広がつてＳ／Ｎ比を高め
ることができるから測定精度の大幅な向上が可能
となる。さらに、ばね部材の弾発力を調節自在に
構成することにより、過大圧力保護装置の動作点
が高精度で正確に得られ、センサに対する過大圧
力保護機能が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は過大圧力保護装置を備えた従来の差圧
発信器の断面図、第２図および第３図は本発明に
係る差圧発信器の実施例を示し、第２図はその断
面図、第３図は片側からの部品挿入による組付け
を可能にしかつばね部材の弾発力調節を可能にし
た差圧発信器の実施例の断面図である。 ２１，２１Ａ……差圧発信器、２２……ボデ
イ、２３，２４……バリアダイヤフラム、２５，
２６……すき間、２７……液通路、２８……ボデ
イ内室、２９……センタダイヤフラム、３２，３
３……移動板、３４，３５……皿ばね、３８……
内封液、３９，４０……連通孔、４２，４３……
液通路、４４……ストツパ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボデイ両側に設けられたバリアダイヤフラム
   室２５，２６にそれぞれ連通されたボデイ内室２
   ８をセンタダイヤフラム２９で二室に隔成した差
   圧発信器において、前記二室のうち一方の室に突
   出する連結棒３１を前記センタダイヤフラム２９
   と一体的に設けるとともに、この連結棒の先端に
   ストツパ４４を設け、このストツパとセンタダイ
   ヤフラム２９との間に２枚の移動板３２，３３を
   連結棒の軸線方向に移動自在に配設し、これら両
   移動板の間に移動板間を離間する方向に付勢する
   ばね部材３４を介装するとともに、前記センタダ
   イヤフラム側に配設さた移動板３２とボデイ内室
   ２８の一方の壁面との間にこの移動板３２をセン
   タダイヤフラム方向に付勢するばね部材３５を介
   装したことを特徴とする差圧発信器。 ２ ボデイ両側に設けられたバリアダイヤフラム
   室２５，２６にそれぞれ連通されたボデイ内室２
   ８をセンタダイヤフラム２９で二室に隔成した差
   圧発信器において、前記二室のうち一方の室に突
   出する連結棒３１を前記センタダイヤフラム２９
   と一体的に設けるとともに、この連結棒の先端に
   ストツパ４４を設け、このストツパとセンタダイ
   ヤフラム２９との間に２枚の移動板３２，３３を
   連結棒の軸線方向に移動自在に配設し、これら両
   移動板の間に移動板間を離間する方向に付勢する
   ばね部材３４を介装するとともに、前記センタダ
   イヤフラム側に配設さた移動板３２とボデイ内室
   ２８の一方の壁面との間にこの移動板３２をセン
   タダイヤフラム方向に付勢するばね部材３５を介
   装し、前記両移動板３２，３３間およびボデイ内
   室２８の両側の壁面間の間隔を調節自在に形成し
   たことを特徴とする差圧発信器。