JPH03504277A - 圧力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 圧力計 本発明は、中空室と該中空室の中に配置された圧力感知手段とを含む圧力計に係 わる。前記圧力感知手段は一般的なＩ’ｌｌ造を有し、実質的に剛性であって可 撓性ではない支持プレートと、該支持プレートに取付けられた可撓性ダイアフラ ムとを含む、前記支持プレートとダイアフラムとの間に形成された閉鎖スペース には基準圧力が存在する。前記ダイアプラムに種々の外圧が作用すると該ダイア フラムがされる。従って、支持プレート及びダイアフラムはキャパシタの形態を 有し得、そのキャパシタンスは適当な電子回路によって検知される。中に圧力感 知手段が配置されている中空室は、圧力測定が行われるスペースへの自由な気体 接続（ｆｒｅｅ　ｇａｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を有する。

前記タイプの圧力感知手段は例えば、本出願人のスウェーデン特許出願公開第８ ７００５５８−７号に開示されている。

前記タイプの圧力計には、前記圧力感知手段をその周りの中空室の内面に取付け る上で様々な問題がある。低圧の測定及び腐食性ガスに由来する圧力の測定の両 方に使用するための精度の高い圧力計に望まれる要件は、一般的に下記のように 総括される。

１、測定すべき圧力が前記ダイアフラムに作用するだけでなく前記圧力感知手段 全体にも作用するように、該圧力感知手段全体が中空室内部の測定スペースに自 由に懸吊又は載置されること。但し、測定される圧力と圧力感知手段内の基準圧 力との関係に起因して移動する圧力感知手段の機械的構造部、特に支持プレート には力が作用してはならない。

このような構成にすると特に、圧力感知手段が様々な圧力の作用を受けた時に該 圧力感知手段によって与えられる値の反復性（ｒｅｐｅｔａｂｉｌｉｔｙ）が増 加する。

２、自由に懸吊又は載置できる圧力感知手段が、該圧力感知手段の大きくて実質 的に平坦な面に比べて小さい断面積を有する手段により周囲の中空室の内面に取 付けられること。

圧力感知手段のこのような取付は方法は勿論、前記要件１、即ち測定すべき圧力 以外に圧力感知手段に作用するカが皆無であるか又はできるだけ小さくなければ ならないという要件に関連している。このようにすると、周囲の中空室の壁と圧 力感知手段との間の熱対流も低下し得る。

３、接続点がはんだ又はエラストマタイプの材料を含まないような方法で、圧力 感知手段を中空室の内側に取付ける手段の一部分を圧力感知手段に機械的に接続 し且つ一部分を周囲の中空室の内面に機械的に接続すること、使用してよいのは 溶接接続及びガラス接続（ｇｌａｓｓ　ｊｏｉｎｔ）だけである。

この要件は、極めて低い圧力の測定及び腐食性媒質によって発生する圧力の測定 の両方に圧力感知手段を使用できるようにするという目的と直接関係がある。

４、圧力感知手段の電極をその周りの中空室の外側に接続する導電体に測定スペ ース内のガスが作用しないこと。

前記導電体が測定スペースを通るようにすると、容量性測定（ｃａｐａｃｉｔｉ ｖｅ輪ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）が影響を受けるが又は全く不可能になる。

先ず要件３は、場合によっては、当業者に公知の構造を例えばガラス接続のよう な機械的接続と可能にする材料の選択によって再構成すれば実現可能であろう。

これに対し、要件１及び２は例えば日本国特許出願第５６−１４１５３１号及び 第５８−２６２３７号並びに米国特許第４，３５８，８１４号に記載のような異 なる方法で実現し得る。当業者に公知のこれらの構造では、圧力感知手段の支持 プレートをその周りの中空室の壁に接続する機械的手段が中央に配置され、且つ 圧力感知手段の大きい面の面積に比べて小さい断面を有する。

前出の米国特許では前記取付は手段が管状になっている。

しかしながら、この公知の圧力計は本発明の圧力計と全く同じタイプとはいえな い。なぜなら、この公知の構造では前記支持プレートが実質的に平坦な形状を有 していなり）からである。

要件４は、本発明では、本明細書の請求の範囲の請求項１の特徴記述部分に明記 した特徴によって満たされ得る。

即ち、圧力感知手段が、該圧力感知手段の支持プレート及びダイアフラムの大き い面と比べて小さい断面をもつ少なくとも１つの管を介して周囲の中空室の壁に 取付けられ接続されるに過ぎず、この管の中を圧力感知手段の感知電極への接続 リードが通るようになっているために前記要件が満たされるのである。

ちなみに、米国特許第３，６１９．７４２号及び第４，１６８，５１７号に開示 されている圧力計は、圧力感知手段の可撓性ダイアフラム及び剛性支持プレート が異なる圧力、例えば測定すべき圧力及び実質的大気圧の作用を夫々受けるよう になっている。しかしながら、この種の圧力計でも１つ又は複数の電気接続線は 管の中を通す方が有利であり得る。この場合は前記管を金属で形成し且つ測定ワ イヤの電気遮蔽を具備する。但しこの場合は、特に米国特許第３，６１９，７４ ２号から明らかなように、前記管に担持又は支持機能はない。

本発明の圧力感知手段はセラミック材料又はガラスセラミック（ｇｌａｓｓ　ｃ ｅｒａｍｉｃｓ）材料といった非導電性材料で形成するのが好ましい。この圧力 感知手段のダイアフラム及び支持プレートは、適当なタイプの焼結ガラスジヨイ ントで相互接続する。好ましくは、圧力感知手段の内部を電気遮蔽すべく、圧力 感知手段の外側に公知の方法で導電層を具備し得る。

圧力感知手段をその周りの圧力計ハウジングに接続する１つ又は複数の管は金属 製が好ましい。この金属管は支持プレートの大きい面と周囲の中空室即ちセンサ ハウジングの内壁とに溶接及び／又はガラス接続し得る。この場合は明らかに、 前記接続管が鎖管の中を通る接続ワイヤの電気遮蔽としても機能する。

ここで、本発明の圧力計の一実施例を断面図で示す添付図面を参照しながら、本 発明をより詳細に説明する。

図面に示した圧力計は、管路３の円筒形拡大部分であるか又は該管路に取付けた 円筒形部分からなり得るセンサメ１ウジング１を含み、前記管路の内部５に測定 すべき圧力が存在するようになっている。前記センサハウジングは、内部に中空 スペースが形成されるように、キヤ・ンプ７で多少とも気密的に閉鎖されている 。センサハウジング１は通常は鋼鉄製であり、センサハウジングのキヤ・ツブ７ は鋼板もしくはプラスチックで形成し得る。前記内部スペースは、前方スペース １１が規定されるように、内部センサハウジングカバー９によって２つのスペー スに分割されている。前方スペース１１は測定すべき圧力に接続され、従って測 定スペースを構成する。後方スペース１３には大気圧にほぼ等しり）圧力が与え られる。

前方スペース即ち測定スペースには圧力感知手段１５が配置されている。これは セラミック製感知手段であり、外面１７を有する支持プレートと管路３に面した 外面１９を有するダイアフラムとを含む。このタイプの感知手段の構成部材は例 えば前出のスウェーデン特許にも開示されているように当業者には良く知られて いるため、詳細には図示しなかった。

圧力感知手段１５の支持プレートには、図面に示すように、突出部又は延長部２ １を配置し得る。この部分はゲッタ管（ｇｅｔｔｅｒ　ｔｕｂｅ）として機能し 、且つ圧力感知手段の内部スペースからの排気にも使用される。図面では見えな いが、圧力感知手段の内部スペースには例えば１ｘｌＯ−”）ルであり且つ通常 は測定すべき圧力とほぼ同じ大きさでもある所定の基準圧力が存在する。

圧力感知手段１５は例えば２つの円筒形担持（支持）管２３を介してセンサハウ ジングカバー９に接続される。前記担持管は熱膨張率が圧力感知手段１５のセラ ミック材料の熱膨張率と実質的に合致する適当な金属で形成される。これらの担 持管は図示のようにガラスジヨイントを介して、支持プレートの外面の外側縁部 に支持プレートの面と直角になるように取付けられる。担持管２３の他端は孔２ ５を通って圧力センサハウジングカバー９の中に挿入される。このカバーは本質 的に圧力感知手段１５と平行である。センサハウジングカバー９の後側面、即ち 圧力感知手段１５に面していない方の側面には、担持管２３が溶接ジヨイント２ ７を介してセンサハウジングカバー９に溶接される。センサメ１ウジングカバー ９はまた、熱応力を低下させるためにも、取付は部材２３と同じ材料で形成する のが適当である。

大気圧に対して十分に気密的に閉鎖された前方スペース即ち測定スペース１１を 形成するために、センサハウジングカバー９はその外側縁部が周縁溶接ジヨイン ト２９を介してセンサハウジング１に溶接されている。

前記取付は部材２３の中には導電体が通っており、圧力感知手段１５の電極につ ながっている。圧力感知手段は好ましくは容量形であり、支持プレート及びダイ アフラムの両方を被覆するように取付けられた導電性電極を有し、そのうち少な くとも２つの電極が対応する測定用電子回路に接続される。導線３１は、例えば 空気、ガラス、ナトリウム石灰ガラス、ガラスセラミック、ガス又は絶縁用ペー ストもしくはプラスチックのような媒質によって担持手段２３から絶縁し得る。

但し、導線３１は実質的に大気圧下におかれる後方スペース１３に全体が配置さ れるため、前記媒質は通常空気が好ましい。これらの導線は次いで、２つの回路 盤３３上に配置し得る電子回路に接続される。前記回路盤は図面に示すように、 圧力計の後方スペース１３、即ち大気圧下の領域に配置し得る。

この圧力計を、例えば種々のプラズマ処理で用いられるようなイオン化粒子を含 むガスの圧力測定に使用する場合は、粒子が圧力感知手段に直接衝突しないよう に、該圧力感知手段１５のダイアフラム面１９の前にプラズマ遮蔽３５を具備す るとよい。このプラズマ遮蔽は、圧力感知手段１５を包囲するスペース全体が管 路３の内部と同じ圧力を有するように、縁部３７に凹所を有する。

圧力計の設Ｗ粂件によっては、圧力計を更に熱の有害な作用からも防護すべく、 測定圧力が存在する管３の周りに熱遮蔽３９を具備し得る。この熱遮蔽３９はア ルミニウムプレートで形成し得、管３を通すための中央孔を設ける。更にこのプ レー１−３９の外縁に、圧力感知手段の防護キャップ７をセンサハウジング１か ら少し離して取付ける。このようにすると、空気を含む間隙がセンサハウジング の外側を包囲するように形成されるため、該ハウジングの断熱が増強される。

要約すれば、本発明のＩ造を使用すると下記の実質的改善が得られる。

１、測定スペースが化学的に不安定な部材を含まずに金属及びセラミックのセン サ素子だけを含む。圧力感知手段の外面は薄膜又は厚膜法により導電性遮蔽で被 覆することができ、この遮蔽は好ましくは導電性担持管２３に接続され、プラチ ナ、ニッケル、銀プラチナ、銀パラジウム又は窒化チタンで形成し得る。

２、圧力感知手段が本質的に弾性の補助材を使用せずに十分に確実に取付けられ る。そのため、例えば大気圧に対して圧力計の測定サイクルを繰返した場合の圧 力計の繰返し使用適性（ｒｅｐｅａｔａｂｉｉｉｔｙ）が向上する。周知のよう に、通常の０−リングは測定サイクルを繰返すと経時的に変化する。

３、圧力素子を前述のごとき公知の取付は法で取付けると、圧力素子の後側面全 体が大気圧の作用を受ける。その結果、圧力感知手段の一部分、例えば支持プレ ートが少し湾曲し得る。この現象は、長いサイクル時間にわたる繰返し適性の低 下の原因となり得る。本発明の構造では、担持部材の断面である面だけが大気圧 の作用を受けるため、圧力感知手段に対する大気圧の影響が最小限に留どまる。

４、担持手段２３が圧力感知手段１５及びセンサハウジングの他の部材特にセン サハウジングプレート９と比べて小さい断面を有するため、圧力感知手段１５に 対する外部温度変化の影響が少ない。担持管２３を介する熱伝導は当然小さく、 外気の対流は担持管２３の中に位置する支持プレート面１７の小さい面だけに限 定される。その結果、圧力感知手段全体は温度変化の作用を余り受けないことに なる。

当業者には明らかなように、前記構造は本発明の範囲内で成る程度変形し得る。

例えば、担持手段２３は２つの円筒管ではなくて、１つ又は複数の担持部材、例 えば中央もしくは周縁に配置した単一の管であってもよく、矩形又は正方形の断 面を有していてもよい。また、担持部材２３の長手方向が圧力感知手段１５の面 と本質的に平行になるように配置することもできる。

ＦＩＧｊ 国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／Ｓ［８９１００２７＋

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．包囲壁（９）を有する中空室と、 実質的に平坦な形状の圧力感知手段（１５）とを含み、前記圧力感知手段が実質 的に非可撓性の支持プレート（１７）と該支持プレート（１７）に取付けられた 可撓性ダイアフラムとを有し、これらの支持プレート（１７）及びダイアフラム の間に閉鎖スペースが規定されており、このスペースが基準圧力を含み、前記ダ イアフラムの湾曲又はたわみが該ダイアフラム及び／又は支持プレート（１７） 上に配置された電極によって感知され、 前記圧力感知手段が前記中空室の中に配置されており、この中空室が、該手段の 表面で該中空室との間に流体接続が存在するようにして測定すべき圧力に接続さ れており、そのため前記ダイアフラムの外面及び支持プレート（１７）の外面の 両方に同じ圧力が作用し、 前記圧力感知手段（１５）が、この圧力感知手段の支持プレート（１７）及びダ イアフラムの大きい面と比べて小さい断面積をもつ少なくとも１つの管（２３） だけを介して前記中空室の壁（９）に取付けられており、 圧力感知手段の電極への接続リード（３１）が前記１つ又は複数の管（２３）の 中を通るようになっていることを特徴とする圧力計。
2. ２．１つ又は複数の管（２３）が圧力感知手段の支持プレート（１７）に、該管 の軸線と前記支持プレートの面とが実質的に直交するように取付けられているこ とを特徴とする請求項１に記載の圧力計。
3. ３．１つ又は複数の管（２３）が、圧力感知手段（１５）の入っている中空室の 壁と該管の軸線とが実質的に直交するように配置されていることを特徴とする請 求項１又は２に記載の圧力計。
4. ４．１つ又は複数の管（２３）が圧力感知手段の支持プレート（１７）上で該支 持アレートの外側縁部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１から ３のいずれか一項に記載の圧力計。
5. ５．１つ又は複数の管（２３）が金属製であることを特徴とする請求項１から４ のいずれか一項に記載の圧力計。
6. ６．圧力感知手段の支持プレート（１７）及びダイアフラムがセラミック又はガ ラスセラミックのような非導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項 １から５のいずれか一項に記載の圧力計。
7. ７．圧力感知手段（１５）の外側に導電層が具備されていることを特徴とする請 求項６に記載の圧力計。
8. ８．１つ又は複数の金属管（２３）が圧力感知手段（１５）の外側に具備された 導電層に導電的に接続されていることを特徴とする請求項５又は７に記載の圧力 計。
9. ９．１つ又は複数の管（２３）が溶接ジョイント及び／又はガラスジョイントを 介して圧力感知手段（１５）及び包囲壁（９）に取付けられていることを特徴と する請求項６又は７に関連した請求項５に記載の圧力計。