JPH0379657B2

JPH0379657B2 -

Info

Publication number: JPH0379657B2
Application number: JP18432682A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Saegusa
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1982-10-20
Publication date: 1991-12-19
Also published as: JPS5973747A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は差圧伝送装置に関するものである。更
に詳しくは、２つの圧力の差を圧力差に応じて変
形する静電容量型の圧力変形体によつて検出し、
圧力差に応じた電気信号に変換して伝送する差圧
伝送装置に関するものである。

第１図はこの種の差圧伝送装置における従来の
構成例を示した図である。

第１図において、１０はセンサ部、２０はボデ
ー、３０，３１はシールダイアフラム、４０は変
換器である。

センサ部１０において、１１は板状に形成され
た測定ダイアフラムであり、弾性を有する材料で
構成されている。１２はひずみゲージであり、測
定ダイアフラム１１に貼り付けられている。ひず
みゲージ１２は測定ダイアフラム１１の変形に応
じて検出信号を発生する。ボデー２０は、測定ダ
イアフラム１１の周縁部を挾持固定していて、測
定ダイアフラム１１とともに測定ダイアフラム１
１の両側に内部室２１，２２を構成する。シール
ダイアフラム３０，３１は一方の面３２，３３と
ボデー２０とで隔室３４，３５を構成している。
隔室３４，３５はボデー２０に設けられた流体通
路２３，２４により内部室２１，２２とそれぞれ
連通させられている。シールダイアフラム３０，
３１の他方の面３６，３７には被測定流体の圧力
P_H，P_Lが加えられている。内部室２１，２２、
流体通路２３，２４および隔室３４，３５には非
圧縮性の圧力伝達用流体例えばシリコンオイル２
５が封入されている。変換器４０はひずみゲージ
１２からの検出信号を電気信号に変換して外部に
伝送する。

このような構成の差圧伝送装置において、シー
ルダイアフラム３０，３１の面３６，３７に被測
定流体の圧力P_H，P_Lが加えられると、これらの
圧力はシリコンオイル２５を介して測定ダイアフ
ラム１１の両側に設けられた内部室２１，２２に
伝えられる。内部室２１と２２の圧力に差がある
ときには測定ダイアフラム１１は例えば破線で示
すように変形する。この変形をひずみケージ１２
が検出し、さらに変換器４０が差圧に応じた電気
信号に変換して外部に伝送する。

しかし、このような差圧伝送装置では、測定ダ
イアフラム１１の張りの変化、変換器４０のゲイ
ン変化等によつて装置全体についての出力信号の
ゲインが変化するが、これを補正する手段が設け
られていない。このため、装置の出力信号にスパ
ンシフトが発生するという問題点があつた。

本発明は上述したような問題点を除去するため
になされたものであり、装置の出力信号のゲイン
変化が補正されて出力信号のスパンシフトが防止
された差圧伝送装置を提供することを目的とした
ものである。

本発明は、２つの圧力の差を圧力差に応じて変形する静電
容量型の圧力変形体によつて検出するセンサ部
と、該センサ部からの検出信号を電気信号に変換
する変換器と、該変換器の出力信号を所定のゲイ
ンで増幅する可変ゲインアンプと、前記センサ部
に一定の電圧を加え電圧により発生するクーロン
力で前記圧力変形体を変形させる電圧印加手段
と、該電圧印加手段の印加電圧に対応して設定さ
れた電気信号を出力する設定信号発生手段と、前
記電圧印加手段で圧力変形体を変形させていない
ときは可変ゲインアンプの出力信号をサンプリン
グ周期毎に取り込みホールドした後に出力し、変
形させているときは変形させる直前にホールドし
ておいた可変ゲインアンプの出力信号を出力する
サンプルホールド回路と、電圧印加手段により圧
力変形体を変形させたときに可変ゲインアンプに
生じる出力信号と前記設定信号発生手段の出力信
号が等しくなるように前記可変ゲインアンプのゲ
インを調整するゲイン調整手段とを具備したこと
を特徴とする差圧伝送装置である。

第２図は本発明にかかる差圧伝送装置の一実施
例の構成を示した図である。第２図において、第
１図と同一のものは同一符号を付ける。以下、各
図において同様とする。

第２図において、５０はセンサ部、６０はボデ
ー、７０は変換器である。

センサ部５０において、５１は圧力変形体例え
ば測定ダイアフラムであり、弾性を有する材料で
板状に形成されている。５２は圧力変形体支持部
材例えばダイアフラム支持部材であり、測定ダイ
アフラム５１が例えば静電結合により接合されて
いる。測定ダイアフラム５１とダイアフラム支持
部材５２は測定室５３を形成している。５４，５
５は差圧検出手段例えば薄膜状の電極であり、測
定室５３内で相互に対向するように測定ダイアフ
ラム５１とダイアフラム支持部材５２に貼り付け
られている。ボデー６０は、シールダイアフラム
３０，３１の一方の面３２，３３と隔室６１，６
２を形成している。センサ部５０はチユーブ６３
によつてボデー６０に設けられた内部室６４に固
定されている。隔室６１は流体通路６５によつて
内部室６４と連通させられている。隔室６２は、
流体通路５６，６６とチユーブ６３によつて測定
室５３と連通されている。測定ダイアフラム５１
が変形すると電極５４と５５の間の静電容量が変
化するが、変換器７０は、この静電容量の変化を
静電容量の変化に応じた電気信号に変換して外部
に伝送する。隔室６１，６２、流体通路５６，６
５，６６、チユーブ６３、内部室６４および測定
室５３内には非圧縮性のシリコンオイル６７が封
入されている。

第３図は第２図の差圧伝送装置に用いる電気回
路のブロツク図である。

第３図において、８０は可変ゲインアンプ、９
０は電圧印加手段、１００は設定信号発生手段、
１１０は第１のサンプルホールド回路、１２０は
ゲイン調整手段である。

可変ゲインアンプ８０は、変換器７０の出力信
号を所定のゲインで増幅する。電圧印加手段９０
は、ON状態ではセンサ部５０に一定電圧Ｖを加
える。印加電圧は直流，交流のいずれでもよい。
設定信号発生手段１００は、印加電圧Ｖに対応し
て設定された電気信号Ke_p＋e_refを出力する。こ
こで、Ｋは可変ゲインアンプ８０のゲインであ
る。なお、設定値Ke_p＋e_refの決めかたについて
は後述する。第１のサンプルホールド回路１１０
は、ON状態では可変ゲインアンプ８０からの電
気信号をサンプリング周期毎に取り込み、ホール
ドした後に出力し、OFF状態ではOFF状態にな
る直前にホールドしておいた電気信号を出力す
る。従つて、サンプルホールド回路１１０は、
ON状態ではサンプリング周期毎に出力が更新さ
れ、OFF状態では出力が一定になる。ゲイン調
整手段１２０において、１２１は誤差アンプであ
り、可変ゲインアンプ８０の出力信号と設定信号
発生手段１００の出力信号の差信号を増幅する。
１２２は第２のサンプルホールド回路であり、
ON状態では誤差アンプ１２１からの電気信号を
サンプリング周期毎に取り込み、ホールドした後
に出力し、OFF状態ではOFF状態になる直前に
ホールドしておいた電気信号を出力する。第２の
サンプルホールド回路１２２も第１のサンプルホ
ールド回路１１０と同様に、ON状態ではサンプ
リング周期毎に出力が更新され、OFF状態では
出力が一定になる。可変ゲインアンプ８０と第２
のサンプルホールド回路１２２は例えば第４図に
示すような電気回路になる。

第５図はタイムチヤートであり、縦軸に電気信
号の値、横軸に時間をとつている。第５図におい
て、イは電圧印加手段９０の駆動パルス信号ｖ、
ロは第１のサンプルホールド回路１１０の駆動パ
ルス信号SH1、ハは第２のサンプルホールド回路
１２０の駆動パルス信号SH2のタイムチヤートで
ある。

このような構成の差圧伝送装置において、シー
ルダイアフラム３０，３１の面３６，３７に被測
定流体の圧力P_H，P_Lが加えられると、これらの
圧力はシリコンオイル６７を介して測定ダイアフ
ラム５１の両側に位置する測定室５３と内部室６
４に伝えられる。測定室５３と内部室６４の圧力
に差があるときには測定ダイアフラム５１は変形
する。これによつて、電極５４と５５の距離が変
わり、電極５４と５５の間の静電容量が変化す
る。変換器７０は、このような静電容量の変化
を、その変化に対応した電気信号に変換する。

次に、第３図と第５図を用いて差圧信号の外部
への伝送の動作と差圧信号のゲイン調整の動作に
ついて説明する。

電圧印加手段９０の駆動パルス信号ｖがON状
態、すなわち第５図のａの状態では、電圧印加手
段９０はセンサ部５０に一定電圧Ｖを印加する。
この状態では、第１のサンプルホールド回路１１
０はパルス駆動信号SH1によりOFF状態で、第
２のサンプルホールド回路１２２はパルス駆動信
号SH2によりON状態である。

印加電圧Ｖは電極５４と５５の間に加わり、こ
れによつて電極５４と５５はクーロン力で互いに
引き合う。これに応じて測定ダイアフラム５１は
変形する。このときには、測定ダイアフラム５１
に加わる力は差圧P_H−P_Lとクーロン力Ｆである。

クーロン力Ｆは次式で与えられる。

Ｆ＝ε_Oε_A／2d²V² ここで、ε_O：真空の誘電率 ε：比誘電率Ａ：電極面積ｄ：電極間距離上式で示すように、クーロン力Ｆは印加電圧Ｖ
の２乗に比例している。

ここで、クーロン力Ｆについて試算してみる
と、電極半径20mm、電極間距離10μmの一対の電
極について真空中で10V DCの電圧を印加する
と、測定ダイアフラムには圧力換算で約５mm
H₂Oのクーロン力が加わる。したがつて、この
ような電極と印加電圧は、低差圧形の測定ダイア
フラムを有する差圧伝送装置のゲイン調整に適し
ている。

また、このような状態では、第１のサンプルホ
ールド回路１０は、電圧Ｖが印加される直前に可
変ゲインアンプ８０が出力した差圧に応じた電気
信号をホールドし、この電気信号を出力してい
る。この電気信号が差圧信号として外部に伝送さ
れる。これによつて、電圧Ｖを印加しているとき
にも装置がそれ以前における差圧信号を保持して
いる。可変ゲインアンプ８０は、差圧に応じた信
号Ke_pと、印加電圧Ｖで測定ダイアフラム５１が
変形させられたことにより発生する信号Ｋ・Δe_p
の和、すなわちＫ（e_p＋Δe_p）を出力する。一方、
設定信号発生手段100は印加電圧Ｖに対応して設
定された電気信号Ke_p＋e_refを出力する。設定値
Ke_p＋e_refは次のようにして決定される。Ke_pの値
は、第１のサンプルホールド回路１１０がOFF
状態でホールドしている出力値である。また、
e_refは、クーロン力Ｆ、印加電圧ＶなどからＫ・
Δe_pを設計的に求めた値である。可変ゲインアン
プ８０の出力信号Ｋ（e_p＋Δe_p）と設定信号発生手
段100の出力信号Ke_p＋e_refの差、すなわち、誤差
信号Ｋ・Δe_p−e_refは、誤差アンプ１２１で増幅
されて第２のサンプルホールド回路１２２に送ら
れる。第２のサンプルホールド回路１２２は、誤
差アンプ１２２からの誤差信号をサンプリング周
期毎に取り込み、ホールドした後に出力し、この
出力を可変ゲインアンプ８０に与え、誤差信号が
零になるように可変ゲインアンブ８０のゲインを
調整する。

一方、電圧印加手段９０のパルス駆動信号ｖが
OFF状態、すなわち第５図のｂの状態では、電
圧印加手段９０は、センサ部５０に電圧を印加し
ていない。この状態では、第１のサンプルホール
ド回路１１０はON状態で、第２のサンプルホー
ルド回路１２２はOFF状態である。

第２のサンプルホールド回路１２２は、ｂの状
態になる直前にホールドした誤差信号を出力して
いて、可変ゲインアンプ８０のゲインを一定に保
持している。第１のサンプルホールド回路１１０
は、可変ゲインアンプ８０の出力信号をサンプリ
ング周期毎に取り込み、ホールドした後に出力す
る。この第１のサンプルホールド回路１１０の出
力信号が差圧信号として外部に伝送される。

このような差圧信号のゲイン調整は、駆動パル
ス信号ｖによつて周期的に行なわれる。

このような構成の差圧伝送装置によれば、ゲイ
ン調整手段１２０によつて可変ゲインアンプ８０
のゲインを調整することができるため、測定ダイ
アフラム５１の張りの変化、変換器７０のゲイン
変化等によつて生じる装置全体についての出力信
号のゲイン変化を補正し、出力信号のスパンシフ
トを防止することができる。

第６図は本発明にかかる差圧伝送装置の他の実
施例の構成を示した図である。第７図イおよびロ
は第６図の切換弁の切換状態を示した図である。

これらの図において、１３０は流体通路、１４
０は切換弁である。

設定信号発生手段１００は、電気信号e_refを発
生する。流体通路１３０は、ボデー６０内に設け
られていて、第１の流体通路１３１、第２の流体
通路１３２および第３の流体通路１３３からな
る。第１の流体通路１３１は隔室６１と切換弁１
４０を連通している。第２の流体通路１３２はチ
ユーブ６３と切換弁１４０を連通している。第３
の流体通路１３３は隔室６２と切換弁１４０を連
通している。切換弁１４０はＬ字形に形成された
流路１４１を有する。流路１４１は切換状態に応
じてＡ−A′方向に回転させられて第７図イおよ
びロの状態に切り換えられる。流体通路１３１〜
１３３と流路１４１にも非圧縮性のシリコンオイ
ル６７が封入されている。

第８図は第６図の差圧伝送装置に用いる電気回
路のブロツク図である。

第８図において、１５０はゼロ点補正手段であ
る。

ゼロ点補正手段１５０において、１５１は第３
のサンプルホールド回路であり、ON状態では変
換器７０からの電気信号をサンプリング周期毎に
取り込み、ホールドした後に出力し、OFF状態
ではOFF状態になる直前にホールドしておいた
電気信号を出力する。第３のサンプルホールド回
路１５１も第１及び第２のサンプルホールド回路
と同様な動作を行なう。

第９図はタイムチヤートであり、縦軸に電気信
号の値、横軸に時間をとつている。第９図におい
て、イは均圧弁１４０の駆動パルス信号Ｇ、ロは
第１のサンプルホールド回路１１０の駆動パルス
信号SH1、ハは第３のサンプルホールド回路１５
１の駆動パルス信号SH3、ニは電圧印加手段９１
の駆動パルス信号ｖ、ホは第２のサンプルホール
ド回路１２２の駆動パルス信号SH2のタイムチヤ
ートである。

このような構成の差圧伝送装置において、第２
図の差圧伝送装置と同様にして差圧が検出され
る。

次に、第８図と第９図を用いて差圧信号の外部
への伝送の動作と差圧信号についてのゲイン調整
およびゼロ点補正の動作について説明する。

切換弁１４０の駆動パルス信号Ｇが差圧測定の
状態、すなわち第９図のＣの状態では、均圧弁１
４０は第７図イに示すような状態になる。この状
態では、電圧印加手段９０は駆動パルス信号ｖに
よりOFF状態であり、第１，第２および第３の
サンプルホールド回路１１０，１２２および１５
１はパルス駆動信号SH1，SH2およびSH3により
それぞれON，OFFおよびOFFの状態になつてい
る。

このような状態では、測定ダイアフラム５１は
差圧によつて変形し、変換器７０は差圧に応じた
信号e_Oを発生している。第３のサンプルホールド
回路１５１はＣの状態になる直前にホールドして
おいたゼロ点信号e_Z1を発生する。そして、ゼロ
点補正手段１５０は、変換器７０の出力信号e_Oか
らゼロ点信号e_Z1を減じた信号e_O−e_Z1を出力する。
第２のサンプルホールド回路１２２はＣの状態に
なる直前にホールドした誤差信号を出力してい
て、可変ゲインアンプ８０のゲインを一定に保持
している。ゼロ点補正手段１５０の出力信号e_O＋
e_Z1は、可変ゲインアンプ８０で増幅されて第１
のサンプルホールド回路１１０に送られる。第１
のサンプルホールド回路１１０は可変ゲインアン
プ８０からの信号を取り込みホールドした後に出
力する。この出力信号が差圧信号として外部に伝
送される。

一方、切圧弁１４０の駆動パルス信号Ｇが均圧
の状態、すなわち第９図のｄの状態では、均圧弁
１４０は第７図ロに示すような状態になる。この
状態では、内部室６４と測定室５３は切換弁１４
０によつて連通させられている。このため、内部
室６４と測定室５３は均圧で、測定ダイアフラム
５１には差圧が加わつていない。また、このよう
な状態では、第１のサンプルホールド回路１１０
はOFF状態になつていて、ｄの状態になる直前
に可変ゲインアンプ８０が出力した差圧に応じた
信号Ｋ（e_p−e_Z1）をホールドし、この信号を出力
している。この信号が差圧信号として外部に伝送
される。これによつて、内部室６４と測定室５３
が均圧であるときにも装置がそれ以前における差
圧信号Ｋ（e_p−e_Z1）を保持している。

第９図のｄの状態では、ｅの状態で差圧信号を
オフセツト分だけ補正し、ｆの状態で差圧信号の
ゲイン調整が行なわれるが、これらの動作につい
て説明する。

第９図のｅの状態では、電圧印加手段９０の駆
動パルス信号ｖがOFF状態であり、第２および
第３のサンプルホールド回路１２２および１５１
はパルス駆動信号SH2およびSH3によつてそれぞ
れOFF状態およびON状態になつている。

この状態では、電極５４と５５の間には電圧が
加わつていなくて、しかも内部室６４と測定室５
３は均圧であるため、測定ダイアフラム５１は変
形していない。第３のサンプルホールド回路１５
１は、この状態で変換器７０が出力する信号を新
たなゼロ点信号e_Z2として取り込んで更新してホ
ールドする。

第９図のｆの状態では、電圧印加手段９０の駆
動パルス信号ｖがON状態であり、第２および第
３のサンプルホールド回路１２２および１５１は
ON状態およびOFF状態になつている。

この状態では、電圧印加手段９０により電極５
４と５５の間に電圧Ｖが印加されていて、しかも
内部室６４と測定室５３は均圧であるため、測定
ダイアフラム５１は印加電圧Ｖによるクーロンカ
Ｆで変形させられている。このため、変換器７０
はクーロン力Ｆによる測定ダイアフラム５１の変
形に応じた信号Δe_Oを出力している。第３のサン
プルホールド回路１５１は、ｆの状態になる直前
にホールドしたゼロ点信号e_Z2を出力している。
ゼロ点補正手段１５０からは、変換器７０の出力
信号Δe_Oと第３のサンプルホールド回路１５１の
出力信号e_Z2の差Δe_O−e_Z2が出力される。この信
号Δe_O−e_Z2を可変ゲインアンプ８０で増幅した信
号Ｋ（Δe_O−e_Z2）と設定信号発生手段１００の出
力信号e_refの差、すなわち誤差信号Ｋ（Δe_O−e_Z2）
−e_refは、誤差アンプ１２１で増幅された後、第
２のサンプルホールド回路１２２に送られる。第
２のサンプルホールド回路１２２は、誤差アンプ
１２１からの誤差信号を取り込み、ホールドした
後に出力し、この出力で誤差信号が零になるよう
に可変ゲインアンプ８０のゲインを調整する。こ
の調整は、Ｋ（Δe_O−e_Z2）−e_ref＝０になるように、
すなわちＫ（Δe_O−e_Z2）＝e_refになるようにＫの値
を調整するものである。

このような差圧信号のゼロ点補正とゲイン調整
は、駆動パルス信号Ｇ，ｖによつて周期的に行な
われる。

このような構成の差圧伝送装置によれば、第２
図の差圧伝送装置によつて得られる効果のほか
に、均圧弁１４０によつて均圧にする毎にゼロ点
補正手段１５０はゼロ点信号の変化を補正して出
力を発生するため、測定ダイアフラム５１の張り
の変化、変換器７０のゲイン変化等によつてゼロ
点信号が変化してもゼロ点信号の変化分を考慮し
てゲイン調整を行なうことができる。

なお、実施例では出力信号のゲイン調整を駆動
パルス信号ｖによつて周期的に行なう場合につい
て説明したが、これに限らず出力信号のゲイン調
整は手動のスイツチ等によつて必要に応じて間欠
的に行なつてもよい。

また、実施例では圧力変形体５１がダイアフラ
ムである場合について説明したが、圧力変形体５
１はこれ以外のもの例えばベローズ等であつても
よい。

また、実施例では差圧検出手段が一対の電極５
４と５５である場合について説明したが、差圧検
出手段としてはこれ以外のもの例えばひずみゲー
ジ等であつてもよい。

以上説明したように本発明によれば、装置の出
力信号のゲイン変化が補正されて出力信号のスパ
ンシフトが防止された差圧伝送装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は差圧伝送装置における従来の構成例を
示した図、第２図は本発明にかかる差圧伝送装置
の一実施例の構成を示した図、第３図は第２図の
差圧伝送装置に用いる電気回路のブロツク図、第
４図は第３図のブロツク図の可変ゲインアンプと
第２のサンプルホールド回路についての電気回路
の一例を示した図、第５図は第３図の電気回路に
ついての駆動信号のタイムチヤート、第６図は本
発明にかかる差圧伝送装置の他の実施例の構成を
示した図、第７図は第６図の切換弁の切換状態を
示した図、第８図は第６図の差圧伝送装置に用い
る電気回路のブロツク図、第９図は第８図の電気
回路についての駆動信号のタイムチヤートであ
る。５０……センサ部、５１……圧力変形体、７０
……変換器、８０……可変ゲインアンプ、９０…
…電圧印加手段、１００……設定信号発生手段、
１１０……サンプルホールド回路、１２０……ゲ
イン調整手段。

Claims

【特許請求の範囲】

１２つの圧力の差を圧力差に応じて変形する静
電容量型の圧力変形体によつて検出するセンサ部
と、該センサ部からの検出信号を電気信号に変換
する変換器と、該変換器の出力信号を所定のゲイ
ンで増幅する可変ゲインアンプと、前記センサ部
に一定の電圧を加え電圧により発生するクーロン
力で前記圧力変形体を変形させる電圧印加手段
と、該電圧印加手段の印加電圧に対応して設定さ
れた電気信号を出力する設定信号発生手段と、前
記電圧印加手段で圧力変形体を変形させていない
ときは可変ゲインアンプの出力信号をサンプリン
グ周期毎に取り込みホールドした後に出力し、変
形させているときは変形させる直前にホールドし
ておいた可変ゲインアンプの出力信号を出力する
サンプルホールド回路と、電圧印加手段により圧
力変形体を変形させたときに可変ゲインアンプに
生じる出力信号と前記設定信号発生手段の出力信
号が等しくなるように前記可変ゲインアンプのゲ
インを調整するゲイン調整手段とを具備したこと
を特徴とする差圧伝送装置。