JPH04204131A - 差圧・圧力発信器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種プロセス流体の圧力等を検出するための差
圧・圧力発信器に関し、特に高性能微差圧測定用として
用いて好適な差圧・圧力発信器の改良に関する。

〔従来の技術〕

各種プロセス流体の圧力等を検出するための差圧・圧力
発信器としては、従来から種々の構造、形式を有するも
のが提案されている。たとえばこの種の差圧・圧力発信
器として一般によく知られている差圧発信器は、その検
出部ボディの両側面に一対をなす測圧用のバリアダイヤ
フラムを設け、これらバリアダイヤフラムと検出器ボデ
ィとでシリコンオイルなどの圧力伝達用封入液が封入さ
れる一対の測定用圧力室を形成すると共に、これら各圧
力室にそれぞれ連通される封入回路を検出部ボディ内に
設け、さらにこれら封入回路間に半導体圧力センサ等の
圧力検出手段を配設する一方、前記各バリアダイヤフラ
ムの受圧部をそれぞれ覆い且つバリアダイヤフラムと共
に測圧室を形成する一対のカバーを、前記検出部ボディ
の両側面周縁部分に当接させて組み付けてなる構成とさ
れている。そして、バリアダイヤフラムとカバーとによ
って形成された各測圧室に２点間の高圧側と低圧側測定
流体を導入すると、その圧力は各圧力室内の封入液を介
して圧力検出手段に伝達され、その差圧がセンサによっ
て検出されて電気信号に変換され、この電気信号を増幅
した後計器に表示したり主機器側に遠隔発信するように
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した差圧・圧力発信器においては、検出
部ボディの両側面に組み付けた一対のカバーを、周方向
の四個所等でボルト、ナツトにて共線めして一体的に結
合しているので、ボディやカバー等に部分的に過度の変
形が生じ、その結果発信器の検出出力が変化し、これに
よって発信器使用時における精度が低下すると云う問題
があった。これは、上述した発信器構造では、ボルトに
て締め付けられる部分は変形が大きく、ボルトによる締
め付は部から離れた部分では締め付けによる変形が小さ
いことから、これらボディとカバーとの当接面に、うね
りやゆがみが生じることに起因している。特に、ボルト
による締め付は部分では、ボディに対してのカバー当接
面部分が、内周側から外周側にかけて斜めに変形し、そ
の結果このボディ側面の凹所内に張設されるバリアダイ
ヤフラム周縁の溶接部分が、部分的に外側に変形し、こ
れによりダイヤプラムがバックプレート面から浮くよう
に変形して測定用圧力室の容積および封入液の封入圧力
が変化するため、差圧を正確に伝達することができず、
バリアダイヤフラムによる受圧精度や圧力伝達用封入液
による伝達精度が損なわれ、発信器の零点がずれたりす
る（ゼロシフトと云う）こととなるものであった。

そして、このようなボルトの締め付は力による発信器出
力への影響（以下、これをポルティングシフトという）
は、ボルトの締め付はトルクに比例するものであり、こ
のような問題を解消するため何らかの対策を講じること
が望まれている。

このため、本発明者らは、上述したポルティングシフト
の発生メカニズムについて検討すると共に種々の実験を
行った結果、ボルトによる検出部ボディへのカバーの締
め付は時にボディ両側面に臨んで設けられるバリアダイ
ヤフラムの支持点となる外周縁の溶接部分に軸線方向お
よび径方向への変位現象が生じ、これがポルティングシ
フトとして作用することと、封入液の充填後におけるバ
リアダイヤフラム中央部の浮き量とバリアダイヤフラム
波高さの割合をある範囲内に設定すると、ボルトによる
検出部ボディへのカバーの締め付は時にバリアダイヤプ
ラムの支持点が変位しても、ポルティングシフトを少な
くし得ることを確認した。

したがって、本発明は上記したような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、ボルト
締め付けによりバリアダイヤフラム周縁が変形してもポ
ルティングシフトが生じることのない差圧・圧力発信器
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る差圧・圧力発信器は上記目的を達成するた
めに、検出器ボディの各側面に同心円状波形面からなる
円形バックプレート面をそれぞれ設け、同心円状波形円
板からなる一対のバリアダイヤフラムを前記検出器ボデ
ィの各側面に配設して前記バックプレート面との間に測
定用圧力室をそれぞれ形成し、更に前記各バリアダイヤ
フラムと共に測圧室を形成する一対のカバーを前記検出
器ボディの各側面に配設し、且つ前記測定用圧力室に封
入液を充填した差圧・圧力発信器において、前記バック
プレート面を、前記検出器ボディとカバーとの当接面よ
りもカバー側に突出させてカバー内面に凹設された凹部
内に臨ませると共に、封入液封入後におけるバリアダイ
ヤフラム中央部の浮き量とバリアダイヤフラム波高さの
比を０．５〜１．５に設定したものである。

〔作用〕

本発明において、検出器ボディに突出形成されたバック
プレート面にバリアダイヤフラムの周縁部を溶接固定し
、封入液を測定用圧力室と封入回路に封入した後、ボデ
ィ両側面にカバーを組み付け、これらをボルトとナツト
により締め付けて一体的に結合することにより、差圧・
圧力発信器が得られ、このとき接合面から突出している
バックプレート面部分、特にバリアダイヤフラム周縁を
溶接した支持点部分には、ボルトの締め付けによる変位
現象が単純な平行な変位として生じ、しかも封入後のバ
リアダイヤフラム中心部の浮き量とバリアダイヤフラム
波高さの比を０．５〜１．５に表定しておくと、ボルト
を締め付けても圧力室の容積、封入液の封入圧力も殆ど
変化せず、発信器の検出出力にばらつきや変化が生じな
い。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る差圧・圧力発信器の一実施例を示
す要部拡大断面図、第２図は同発信器の検出部全体の概
略構成を説明するための概略断面図である。これらの図
において、まず、発信器検出部の概略構成を第２図を用
いて簡単に説明すると、図中符号ｌは検出部ボディで、
その両側面には同心円状の波形面からなる円形バックプ
レート面１ａ、ｌｂが受圧面部として形成されている。

そして、これらの各バックプレート面１ａ、ｌｂに対向
するようにしてボディ１の両側面には、同心円状の波形
円板状に形成された一対の圧力測定用バリアダイヤフラ
ム２，３が、周縁部分を溶接されて設けられている。４
．５はこれらバリアダイヤフラム２．３とバックプレー
ト面１ａ、ｌｂとの間にそれぞれ設けられシリコンオイ
ル等の圧力伝達用封入液Ｃ（第１図〉が封入されている
圧力室、６，７は検出部ボディ１の両側面に設けられ前
記バリアダイヤフラム２，３の受圧部分を覆うと共にこ
れらバリアダイヤフラム２．３と共に測圧室６ａ、７ａ
を形成するカバーで、例えば図中右側の測圧室６ａに測
定圧力が、左側の測圧室６ｂに真空圧や一定圧力が基準
圧として与えられるか、あるいはまた測圧室６ａにプロ
セスの高圧側測定圧力が、測圧室６ｂに低圧側測定圧力
が導入されるようになっている。ここで、図中８．９は
ボディ１の両側面にカバー６．７を組み付けた状態で、
これらを一体的に組み立てるように締め付けるボルトお
よびナツトで、複数箇所に設けられる。

１０は検出部ボディ１の上面に設けられた内筒と外筒と
からなるヘッダで、その内部には封入回路１１．１２を
仕切るようにして圧力検出手段である圧力センサ１３が
設けられている。なお、上述した各封入回路１１．１２
は、検出器ボディｌ内に設けられ、その一端が前記バッ
クプレート面ｌａ、ｌｂの波形状部分で偏心した位置に
開口されることにより、前記圧力室４．５にそれぞれ連
通している。

１４．１５は検出部ボディ１の下面に形成された封入液
注入孔で、バリアダイヤフラム２，３の溶接後、測定用
圧力室４．５、封入回路１１．１２内のガス抜きを真空
引きにて行なうとともに、封入液Ｃを充填封止するため
の入口となる部分で、封入液封入後はボール１６にて封
止される。

前記検出器ボディ１の各側面に設けられる前記円形バッ
クプレート面１ａ、ｌｂは、略円形状段部２０（第１図
）として突出形成され、この段部２０より外側の外周部
が前記カバー６．７の接合面２１とされている。前記バ
リアダイヤフラム２．３と、バックプレート面１ａ、ｌ
ｂの波形形状は略一致している。

前記カバー６．７の内側面には、前記バリアダイヤフラ
ム２．３と共に測圧室６ａ、７ａを形成する凹部２２が
凹設されており、この凹部２２内に前記円形段部２０が
挿入されている。２３はバリアダイヤフラム２．３の周
縁部を円形状段部２０の端面に押さえ付ける押えリング
、２４は溶接部、２５は接合面２１をシールするＯリン
グである。

このような構成において、差圧・圧力発信器の製作に際
してはバリアダイヤフラム２．３の周縁部をティグ（Ｔ
ＩＧ）溶接、電子ビーム溶接等によって円形状段部２０
の周縁部に溶接固定した後、封入液Ｃを封入し、しかる
後カバー６．７の周縁部を接合面２１にボルト８とす・
ソト９により共締め固定する。バリアダイヤフラム２．
３は、溶接後バックプレート面１ａ、１ｂに加圧密接さ
れ、封入液Ｃの封入によりバックプレート面１ａ、１ｂ
と所定の間隔離間されることで圧力室４．５を形成する
。

第１図において、実線３０はバリアダイヤフラム２の溶
接後の状態、すなわち初期位置状態を示し、この時バリ
アダイヤフラム２は左右いずれの側にも変位（バリアダ
イヤフラム中央部の浮き量ｄ＝ｏ）していない。封入液
Ｃを封入すると、バリアダイヤフラム２は、初期位置よ
り太線３１のようにバックプレート面１ａから離間する
方向に変位し、この浮き量（＋ｄ）は、ボルト８の締め
付は時のバリアダイヤフラム２の変形等を考慮してｄ　
＝　０　、２２〜０　、３７　ｍｍの範囲内で最適値に
設定される。この場合、浮き量ｄは初期位ｆ（ｄ＝０）
位置よりカバ一方向の変位をプラス、ボディ方向の変位
をマイナスとしている。また、バリアダイヤフラム２の
中央部の浮き量ｄは、バリアダイヤフラム２の波高さ（
波形状の高さ）λに対する割合が０．５〜１５になるよ
うに設定される。なお、バリアダイヤフラム３について
も同様である。

第３図は上記構成からなる差圧・圧力発信器におけるバ
リアダイヤフラムの浮きと平衡位置変化、の関係を示す
図で、縦軸はΔＶ／Δρ、横軸はｄ／λである。但し、
Δｌはバリアダイヤフラム２の支持部の径方向変位、Δ
■はバリアダイヤフラム２の平衡位置変化、ｄはバリア
ダイヤフラムの浮き量、λはバリアダイヤフラム波高さ
である。

この実験結果は板厚の異なる各種バリアダイヤフラム２
Ａ、２Ｂ、２Ｃについて実験を行ったところ、多少はず
れているがいずれもｄ／λの値によってはΔ■／Δｌの
値を零にすることができることを示しており、ｄ／λを
０．５〜１．５の範囲で設定するとボルト締め付けによ
る影響が少なく実用上問題ないことを確認した。

また、上記構成においてはボルト８による組立時に、接
合面から突出しているバックプレート面ｌａ、ｌｂを有
する円形状段部２０部分、特にバリアダイヤフラム２，
３周縁を溶接した支持点部分では、ボルト８の締め付け
による変位現象が、単純な変位として生じるため、従来
のボディ側面に凹部を凹設し、その内面をバックプレー
ト面としたものと異なり、発信器の検出出力にばらつき
や変化が生じることが少ないことが確認された。

すなわち、本発明によれば、第１図に示すように、ダイ
ヤフラム２．３の溶接部２４が、ボディ１とカバー６．
７との締め付は力が作用する接合面２１から離れており
、しかもこの接合面２１からカバー６．７側に突出され
た円形状段部２０の端面周縁部分に位置しているために
、ボディ１がボルトの締め付けによって変形し難く、ま
た変形自体は第１図破線２６で示すようにＯリング２５
部分のところだけで、ダイヤフラム２．３の支持点は殆
ど変位せず、したがってバックプレート面１ａ、１ｂと
バリアダイヤフラム２．３との相対的位置関係は変わら
ず、このためポルティングシフトの発生を防ぐことが可
能となるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る差圧・圧力発信器は、
検出部ボディに形成されるバックプレート面を、検出部
ボディとカバーとの当接面よりもカバー側に突出させる
ことで、このカバー内面に形成される凹部内に臨ませ、
封入液封入後におけるバリアダイヤフラム中央部の浮き
量のバリアダイヤフラム波高さに対する割合を０．５〜
１．５に設定したので、検出器ボディにカバーを組み付
け、これらをボルト、ナツトにより締め付けて一体的に
組み立てたとき、バリアダイヤフラムに支持点の変位に
拘らず圧力室の容積が殆ど変化せず、したがって発信器
出力への影響が少なく、再現性と安定性に優れた差圧・
圧力発信器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る差圧・圧力発信器の一実施例を示
す要部拡大断面図、第２図は本発明による差圧・圧力発
信器の検出部全体の概略構成を説明するための概略断面
図、第３図はバリアダイヤフラム中央部の封入液封入時
の変位量と圧力センサのゼロシフトとの関係を示す図で
ある。 １・・・検出部ボディ、ｌａ、ｌｂ・・・・バックプレ
ート面、２，３・・・・バリアダイヤフラム、５．６・
・・測定用圧力室、６，７・・・・カバー、６ａ、７ａ
・・　測圧室、８・・・・ボルト、９・・・・ナツト、
２０・・・・円形状段部、２１・・・・接合面、２２・
・・・凹部、２３・・・・押えリング、２４・・・・溶
接部、２５・・・・Ｏリング、Ｃ・・・封入液。 特許出願人　山武ハネウェル株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 検出器ボディの各側面に同心円状波形面からなる円形バ
   ックプレート面をそれぞれ設け、同心円状波形円板から
   なる一対のバリアダイヤフラムを前記検出器ボディの各
   側面に配設して前記バックプレート面との間に測定用圧
   力室をそれぞれ形成し、更に前記各バリアダイヤフラム
   と共に測圧室を形成する一対のカバーを前記検出器ボデ
   ィの各側面に配設し、且つ前記測定用圧力室に封入液を
   充填した差圧・圧力発信器において、 前記バックプレート面を、前記検出器ボディとカバーと
   の当接面よりもカバー側に突出させてカバー内面に凹設
   された凹部内に臨ませると共に、封入液封入後における
   バリアダイヤフラム中央部の浮き量とバリアダイヤフラ
   ム波高さの比を０．５〜１．５に設定したことを特徴と
   する差圧・圧力発信器。