JPH0322576B2 - - 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と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に各
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設定されて用
いられたとしても、時には過大圧力を受けること
があり、こ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
隔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１
０，１１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
が着座することに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せないので、
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倍程度に設定している。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、シール部材で保持されてボデイ内室内に２室
を隔成する面積板の両側に、内封液の連通手段を
備えたスペーサをボデイ壁面との間のばね部材で
面積板側へ付勢させて設けることにより、平時の
測定圧力下では面積板とスペーサとを静止させ、
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を応答性ならびに
測定精度の向上を計るとともに、高圧側ばね部材
と低圧ばね部材とのばね定数に差を設けて高圧側
と低圧側との過大圧力保護の動作点を独立的に選
択することを可能にし、かつばね部材の弾発力を
調節自在に構成して過大圧力保護装置の動作圧力
を正確に与え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、円板状に形成された高圧側のバツクプ
レート２２ａと低圧側のバツクプレート２２ｂお
よびこれら両バツクプレート２２ａ，２２ｂを両
端凹陥部に嵌合させる円筒状のセンタボデイ２２
ｃとで一体的に形成されている。各バツクプレー
ト２２ａ，２２ｂの側部受圧凹部陥面には、波形
円板状に形成された高圧側のバリアダイヤフラム
２３と低圧側のバリアダイヤフラム２４とが、同
形状の受圧底面との間にすき間２５，２６を残し
て周縁部をボデイ２２側に固定されている。また
各バツクプレート２２ａ，２２ｂには、図示を省
略したが第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２３，２
４には、カバーの孔から流入する流体の高圧と低
圧とがそれぞれ印加されている。さらに各バツク
プレート２２ａ，２２ｂの中心部には流通路２７
が穿設されており、この流通路２７上すなわち両
側のバツクプレート２２ａ，２２ｂ間には、ボデ
イ内室２８が形成されている。

符号２９で示すものはシール部材としてのベロ
ーズであつて、ボデイ側であるセンタボデイ２２
ｃの内周面に固定端を固定されており、その可動
端に固定された平板状の面積板３０と一体となつ
てボデイ内室２８内に高圧側の内室と低圧側の内
室との２室を隔成している。このうち高圧側の内
室内には、円板状に形成されたスペーサ３１と、
低い頭裁円錐形にい形成された皿ばね３２とが内
装されており、スペーサ３１は皿ばね３２によつ
て面積板３０側へ付勢されている。また、低圧側
の内室内には、ベローズ２９を避けて円板状に形
成されたスペーサ３３と、低い頭裁円錐形の皿ば
ね３４とが内装されており、スペーサ３３は皿ば
ね３４によつて面積板３０側へ付勢されている。
なお、差圧が０の場合、スペーサ３１，３３はセ
ンタボデイ２２ｃ段部２２ｄに圧接されており、
面積板３０ともほとんどすき間のないように対接
している。そして、すき間２５，２６、流通路２
７およびボデイ内室２８内にはシリコンオイル等
の内封液３５が封入されており、前記スペーサ３
１，３３にはこの内封液３５の連通手段として複
数個の連通孔３６が、皿ばね３２，３４側との面
積板３０側とを貫通して設けられている。またス
ペーサ３１，３３の面積板３０への対接面には、
中心部の連通孔３６開口側から放射方向へ十字状
に延びる液通路３７が設けられている。

一方、図示を省略したが、センタボデイ２２ｃ
の上端部に固定したセンサカプセル内には、第１
図において符号８，９を付して説明した半導体セ
ンサと基板とが、周縁部を接合させて載置固定さ
れた状態で配設されており、センサの高圧側は液
通路３８によつてボデイ内室２８の高圧側内室と
連通されている。またセンサの低圧側は液通路３
９によつてボデイ内室２８の低圧側内室と連通さ
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
と低圧がそれぞれ印加されると、バリアダイヤフ
ラム２３，２４凹んでその圧縮分だけ内封液３５
が移動し、それぞれの圧力がセンサ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２３に印加される圧力が低圧側の
バリアダイヤフラム２４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、面積板３０の有効面積をＡ、差圧０
のときの皿ばねの弾発力をＦとし、差圧P₁−P₂
が内封液３５を介して面積板３０にかゝると、面
積板３０はＡ（P₁−P₂）の力で低圧側へ移動しよ
うとする。しかしながら、Ａ（P₁−P₂）＜Ｆの範
囲では低圧側のスペーサ３３が移動せず、面積板
３０も移動しない。そして面積板３０の押圧力Ａ
（P₁−P₂）が皿ばね３４の弾発力Ｆよりも大きい
ときは、低圧側のスペーサ３３は皿ばね３４の弾
発力Ｆに抗して移動する。さらに過大圧力が高圧
側のバリアダイヤフラム２３に印加されると、バ
リアダイヤフラム２３がバツクプレート２２ａに
着座し、それ以上内封液３５が圧縮されないの
で、過大圧力センサに伝達されない。

次に低圧側の圧力P₂が高圧側の圧力P₁よりも
高い場合も全く同様にしてＡ（P₂−P₁）＜Ｆの範
囲内ではスペーサ３１と面積板３０とが移動せ
ず、またＡ（P₂−P₁）＞Ｆのときには高圧側のス
ペーサ３１が皿ばね３２を圧縮する方向に移動す
る。さらに低圧側のバリアダイヤフラムに過大圧
力が印加された場合にはバリアダイヤフラム２４
がバツクプレート２２ｂに着座し、過大圧力がセ
ンサに伝達されない。なお、スペーサ３１，３３
に設けた液通路３７は、連通路３６を内封液３５
が面積板３０方向へ移動したときに、内封液３５
を面積板３０とスペーサ３１，３３と間へ導いて
両者の離間を促進するためのものである。

第３図は本発明の他の実施例の断面図であつ
て、本実施例では、前記実施例においてベローズ
２９であつたシール部材を、センタダイヤフラム
４０としたものである。前記実施例よりも厚目の
面積板３０Ａは、固定端をセンタボデイ２２ｃに
固定された環状のセンタダイヤフラム４０の可動
端に固定されており、液通路３７を備えたスペー
サ３１，３３は、皿ばね３２，３４によつてセン
タボデイ２２ｃの段部２２ｄに圧接されている。
またスペーサ３１，３３と面積板３０Ａとはほと
んどすき間なく対接されている。その他の構成は
前記実施例と同じであるから、同一符号を付して
その説明を省略するとともに、作用も前記実施例
と同じであるから説明を省略する。

次に、高圧側の皿ばね３２と低圧側の皿ばね３
４とのばね定数に差を設けたものを第３図に基い
て説明する。図において高圧側の皿ばね３２すな
わち低圧側の加圧によつて圧接される皿ばね３２
のばね定数が、他方の皿ばね３４のばね定数より
も小さく設定されている。こうすることにより、
過大圧力保護の動作点を高圧側、低圧側につきそ
れぞれ独立して選択することができる。すなわち
皿ばね３２が皿ばね３４よりも弱いので、低圧側
の方が高圧側よりも低い過大圧力で内封液３５の
移動を停止させることにより、例えばセンサの構
造が低圧側からの圧力に弱い構造である場合等に
おいて有効である。

次に皿ばね３２，３４の弾発力を組付け時に調
節できるようにしたものを第４図に基いて説明す
る。実施例として示す差圧発信器２１Ｂは、第２
図に示す実施例と大部分が同じ構造であり、同構
成の箇所については同一符号を付してその説明を
省略する。図において、ボデイ２２を構成するバ
ツクプレート２２ｅ，２２ｆの外周と、センタボ
デイ２２ｇの凹陥部内周とにはそれぞれねじが切
られており、皿ばね３２，３４のボデイ側支承部
材としてのバツクプレート２２ｅ，２２ｆはセン
タボデイ２２ｇと螺合されて皿ばね３２，３４の
伸縮方向へ進退自在に構成されている。そしてバ
ツクプレート２２ｅ，２２ｆは、差圧発信器２１
Ｂの組付けに際してこれを進退させることにより
皿ばね３２，３４の弾発力が調節され、調節後、
バツクプレート２２ｅ，２２ｆとセンタボデイ２
２ｇとは溶着される。すなわち、一般に過大圧力
保護装置の動作圧力は大きく、これに使用される
皿ばね３２，３４は大きな弾発力を必要とする。
といつてボデイ内の狭い箇所では皿ばね３２，３
４に大きな変位を持たせることが困難であり、ま
な変位を大きくすると多量の内封液３５を必要と
するので、上記のような構成にすることにより、
小さな変位で大きな弾発力が正確かつ容易に得ら
れる。

なお、前記実施例では、スペーサ３１，３３と
面積板３０，３０Ａとの離間を促進させるための
内封液の連通手段として十字状の液通路３７を設
けた例を示したが、スペーサ３１，３３または面
積板３０，３０Ａの対向面に、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スペーサ３
１，３３と面積板３０，３０Ａとを隔離させるよ
うにすれば、液通路形成のための加工が容易にな
り、加工費を削減することができる。

さらに前記実施例では、スペーサ３０，３０Ａ
に設ける内封液３５の連通手段として連通孔３６
を設けた例を示したが、スペーサ３０，３０Ａ
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、内封液の流通が円滑になり、過大圧力
保護装置の速応性を向上させることができる。

以上の説明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シール部材で保持されてボ
デイ内室内に２室を隔成する面積板の両側に、内
封液の連通手段を備えたスペーサをボデイ壁面と
の間のばね部材で面積板側へ付勢させて設けるこ
とにより、過大圧力発生時には受圧ダイヤフラム
が着座して内封液の移動を停止させセンサを過大
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
的以下の場合にはスペーサおよび面積板が静止し
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まセンサ
に伝達され従来と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
ンタ方向以外への内封液の移動がないので、圧力
の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るので、センサの測
定レンジが拡がつてＳ／Ｎ比を高めることがで
き、測定精度および計器の性能が大幅に向上す
る。さらに、ボデイ低圧側ばね部材のばね定数を
ボデイ高圧側ばね部材のばね定数よりも大きく設
定することにより、高圧側、低圧側の過大圧力保
護の圧力動作点を低圧側からの過大圧力に弱いセ
ンサの構造に対応させることができるので、過大
圧力保護装置としての機能が向上する。また、ば
ね部材のボデイ側支承部材をばね部材の伸縮方向
へ進退自在に形成することにより、過大圧力保護
装置の動作点を高圧側、低圧側ごとにそれぞれ独
立して調節することができるので、センサを過大
圧力から完全に保護することができ、保護装置と
しての機能が向上する。

【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図ないし第４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図は本発明の他の実施例を示す断面
図、第４図はばね部材のボデイ側支承部材を進退
調節自在に形成した差圧発信器の断面図である。 ２１，２１Ａ，２１Ｂ……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……流通路、２８…
…ボデイ内室、２９……ベローズ、３０，３０Ａ
……面積板、３１，３３……スペーサ、３２，３
４……皿ばね、３５……内封液、３６……連通
孔、３８，３９……液通路、４０……センタダイ
ヤフラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボデイ両側の各受圧ダイヤフラムとボデイと
   の間のすき間を中心部で連結する流通路上にボデ
   イ内室を設け、センサの高圧側、低圧側との間を
   液通路でそれぞれ連結された２室を隔成する面積
   板を前記ボデイ内室内に配設し、かつシール部材
   によつて前記ボデイ側に保持し、この面積板両側
   に、内封液の連通手段を備えた２つのスペーサを
   両側壁面との間にばね部材をそれぞれ介在させて
   配設し、これら両スペーサの前記面積板側への移
   動を規制するストツパを前記ボデイに設けたこと
   を特徴とする差圧発信器。 ２ スペーサに設ける内封液の連通手段としてこ
   のスペーサを通液性の材料で形成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の差圧発信器。 ３ ボデイ両側の各受圧ダイヤフラムとボデイと
   の間のすき間を中心部で連結する流通路上にボデ
   イ内室を設け、センサの高圧側、低圧側との間を
   液通路でそれぞれ連結された２室を隔成する面積
   板を前記ボデイ内室内に配設し、かつシール部材
   によつて前記ボデイ側に保持し、この面積板両側
   に、内封液の連通手段を備えた２つのスペーサを
   両側壁面との間にばね部材をそれぞれ介在させて
   配設し、これら両スペーサの前記面積板側への移
   動を規制するストツパを前記ボデイに設け、前記
   ばね部材のばね定数を、ボデイ高圧側のものより
   もボデイ低圧側のものを大きく設定したことを特
   徴とする差圧発信器。 ４ スペーサに設ける内封液の連通手段としてこ
   のスペーサを通液性の材料で形成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の差圧発信器。 ５ ボデイ両側の各受圧ダイヤフラムとボデイと
   の間のすき間を中心部で連結する流通路上にボデ
   イ内室を設け、センサの高圧側、低圧側との間を
   液通路でそれぞれ連結された２室を隔成する面積
   板を前記ボデイ内室内に配設し、かつシール部材
   によつて前記ボデイ側に保持し、この面積板両側
   に、内封液の連通手段を備えた２つのスペーサを
   両側壁面との間にばね部材をそれぞれ介在させて
   配設し、これら両スペーサの前記面積板側への移
   動を規制するストツパを前記ボデイに設け、前記
   ばね部材のボデイ側支承部材を前記ばね部材の伸
   縮方向へ進退調節自在に形成したことを特徴とす
   る差圧発信器。 ６ スペーサに設ける内封液の連通手段としてこ
   のスペーサを通液性の材料で形成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の差圧発信器。