JPH04299230A - 差圧センサ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、差圧センサに関し、特
に過大圧保護機能の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、差圧センサでは、過大圧時の差圧
センサの破壊を防止するために、受圧部に過大圧保護機
構を設けている。そして、差圧センサは過大圧より完全
に隔離され、正常な圧力のみが作用するようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構成の
差圧センサでは、差圧センサの外側のシリコンオイルの
封入量が多くなり、この部分のオイルの温度、静圧によ
る膨張，収縮量が大きく、その結果、差圧センサにはフ
ルスケールの数倍もの差圧が作用してしまう。

【０００４】差圧センサには、強度の限界があるので、
フルスケールでのセンサの動作範囲を狭く設計せざるを
得ず、従ってセンサの出力が小さくなり、精度，分解能
が低いという問題点がある。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みたもので、そ
の目的は、高精度，高分解能の差圧センサを提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、受圧部ボディの一方の面側に周縁部が取り付けら
れ、高圧側の圧力が作用する第１のダイアフラムと、前
記受圧部ボディの他方の面側に周縁部が取り付けられ、
前記第１のダイアフラムより剛性が低く設定され、低圧
側の圧力が作用する第２のダイアフラムと、前記受圧部
ボディの前記第１のダイアフラムとの対向面に形成され
た第１のストッパ部と、前記受圧部ボディの前記第２の
ダイアフラムとの対向面に形成された第２のストッパ部
と、前記第１のダイアフラムと前記第１のストッパ部と
の間に形成された第１の部屋と、前記第２のダイアフラ
ムと前記第２のストッパ部との間に形成された第２の部
屋と、前記受圧部ボディの一方の面に取り付けられる差
圧センサと、該差圧センサの圧力作用面に周縁部が取り
付けられ、前記第１のダイアフラムの剛性と略等しい剛
性の第３のダイアフラムと、前記差圧センサの圧力作用
面の前記第３のダイアフラムとの対向面に形成された第
３のストッパ部と、前記第３のダイアフラムと前記差圧
センサの圧力作用面との間に形成された第３の部屋と、
前記受圧部ボディに設けられ、前記第１の部屋，前記第
２の部屋及び前記第３の部屋とを結ぶ導圧孔と、前記第
１の部屋，第２の部屋，第３の部屋及び前記導圧孔に封
入されたシリコンオイルとを備えたものである。

【０００７】

【作用】本発明の差圧センサにおいて、第２のダイアフ
ラムは第１のダイアフラムよりも剛性が低く設定されて
いるので、導圧孔内の圧力は第２のダイアフラムに作用
する圧力と略等しくなる。よって、第３のダイアフラム
には、第１のダイアフラムに作用する圧力と第２のダイ
アフラムに作用する圧力との差圧が作用し、差圧センサ
でこの差圧が測定できる。

【０００８】そして、第１及び第３のダイアフラムに過
大な圧力が作用すると、第１及び第３のダイアフラムは
、第１及び第３のストッパ部に接触し、過大な変形が防
止される。同様に、第２のダイアフラムに過大な圧力が
作用すると、第２のダイアフラムは第２のストッパ部に
接触し過大な変形が防止される。

【０００９】

【実施例】次に図面を用いて本発明の一実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例を説明する断面構成図、図
２は図１における作動を説明する図、図３は図１におけ
る第１のダイアフラムに過大圧力が作用した時の構成図
、図４は他の実施例の構成図、図５は更に他の実施例の
構成図である。

【００１０】先ず、１図を用いて本発明の第１の実施例
を説明する。図において、１は受圧部ボディ２の一方の
面側に周縁部が取り付けられ、高圧（Ｐｈ）側の圧力が
作用する第１のダイアフラムである。３は受圧部ボディ
２の他方の面側に周縁部が取り付けられ、第１のダイア
フラム１より剛性が低く設定され、低圧側（Ｐｌ）の圧
力が作用する第２のダイアフラムである。

【００１１】受圧部ボディ２の第１のダイアフラム１と
の対向面には、第１のストッパ部４が形成されている。 同じく、受圧部ボディ２の第２のダイアフラム３との対
向面には、第２のストッパ部５が形成されている。そし
て、第１のダイアフラム１と第１のストッパ部４との間
には第１の部屋６が形成されている。又、第２のダイア
フラム３と前記第２のストッパ部５との間には第２の部
屋７が形成されている。

【００１２】受圧部ボディ２の一方の面には、差圧セン
サ８が取り付けられている。差圧センサ８の圧力作用面
８ａには、第３のダイアフラム９の周縁部が取り付けら
れている。この第３のダイアフラム９の剛性は、第１の
ダイアフラムと等しく選ばれている。

【００１３】差圧センサ８の圧力作用面８ａの第３のダ
イアフラムとの対向面には、第３のストッパ部１０が形
成され、第３のダイアフラム８と差圧センサの圧力作用
面８ａとの間には第３の部屋１１が形成されている。

【００１４】そして、受圧部ボディ２内には、第１の部
屋６，第２の部屋７及び第３の部屋１１とを結ぶ導圧孔
１２が形成され、これら第１の部屋６，第２の部屋７，
第３の部屋１１及び導圧孔１２にはシリコンオイル１３
が封入されている。

【００１５】又、受圧部ボディ２の両側には、Ｏリング
１３，１４を介して、フランジ１５，１６が取り付けら
れている。

【００１６】次に、上記構成の作動を説明する。先ず、
図２において、第２のダイアフラム３の剛性は第１のダ
イアフラム１に比べて剛性がはるかに低く設定している
ので、導圧孔１２内の圧力（Ｐ０）は、Ｐ０≒Ｐｌとす
ることができる。従って、差圧センサ８の第３のダイア
フラム９には、ΔＰ　≒Ｐｈ−Ｐｌ　の差圧が作用し、
差圧を測定することができる。

【００１７】又、第１のダイアフラム１に過大な圧力が
作用した場合、図３に示すように第１のダイアフラム１
，第３のダイアフラム９が第１のストッパ部４，第３の
ストッパ部１０にそれぞれ接触し、各ダイアフラム１，
９の変形を防止する。

【００１８】又、第２のダイアフラム３に過大な圧力が
作用したときには、第２のダイアフラム３は第２のスト
ッパ部５に接触し、第２のダイアフラム３の変形を防止
する。

【００１９】上記構成によれば、差圧センサ８のまわり
のシリコンオイル１３の封入量が従来の差圧センサに比
べてはるかに少ない。よって、高温においてシリコンオ
イル１３が膨張しているときにでも、差圧センサ８に作
用する差圧は低くなっている。

【００２０】この時の差圧のフルスケール差圧に対する
倍率をＪ　とすると、 Ｊ　＝　Ａ＋Ｂ　・Ｖ０／Ｖ１　…■ ここで、Ａ，Ｂ：シリコンオイル１３の温度特性に基づ
く定数 Ｖ０　：第１の部屋６，第２の部屋７以外の容積Ｖ１　
：第１の部屋６の容積 ■式より、Ｖ０／Ｖ１　が小さいほど倍率Ｊ　は小さく
なることがわかる。

【００２１】従って、差圧センサの動作範囲を広くとる
ことができ、高精度，高分解能とすることができる。

【００２２】ここで、第１の部屋の容積Ｖ１を試算して
みる。 封入シリコンオイル量Ｖａ　　（４０　℃，　大気圧）
Ｖａ　＝　Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２　　　　　　　　　…（１
）圧力容量変化率 Ｖｐ１：第１のダイアフラム１ Ｖｐ２：第２のダイアフラム３ 最小オイル量 Ｖａ　ｍｉｎ　＝　Ｖａ（１−α−　β）　　　　　　
　　　　　　…（２）α：　温度係数（８０　℃変化） β：　圧縮率（４２０Ｋ　変化） 最大オイル量 Ｖａ　ｍａｘ　＝　Ｖａ（１＋α）　　　　　　　　　
　　　　　　　　…（３）限界動作条件；最小容量時出
も第１のダイアフラム１はフルスケールの差圧（Ｐ）に
おいて第１のストッパ部４に接触しないこと Ｖ２−Ｖａ（α＋　β）−ｎ　・Ｖｐ１　・Ｐ　≧　０
…（４）最大過大圧倍率：Ｊ　ｍａｘの算出（Ｌ側）Ｊ
　ｍａｘ　＝　（Ｖａ　ｍａｘ−（Ｖ０＋Ｖ１））　／
　（Ｖｐ１　・Ｐ）　　　　…（５）（４）　より Ｖ２　　≧　Ｖａ（α＋　β）＋ｎ　・Ｖｐ１　・Ｐ　
…（６）（１）　を代入 Ｖ２　　≧　（Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２）（α＋　β）＋ｎ　
・Ｖｐ１　・Ｐ　　　…（７）（５）　より 　　Ｊ　ｍａｘ　＝　（（Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２）（１＋α
）−（Ｖ０＋Ｖ１））　／　（Ｖｐ１　・Ｐ）　　　　
…（８）　　　Ｖ１　　≡　ｎ・Ｖｐ１　・Ｐ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　…（９）　（７）
　へ代入 　　Ｖ２　　≧　（Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２）（α＋　β）＋
ｎ　・Ｖ１　　　　　　　　…（１０）（９）　→（８
）　 　　Ｊ　ｍａｘ　＝　（（Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２）（１＋α
）−（Ｖ０＋Ｖ１））　／　（（１／ｎ）Ｖ１）　　　
　…（１１）　　　　　　　　＝　（（Ｖ０＋Ｖ１）α
＋Ｖ２（１＋α））　／　（（１／ｎ）Ｖ１）　　　　
　　　　＝　ｎ（（１＋Ｖ０／Ｖ１）　α＋Ｖ２／Ｖ１
（１＋　α））　　　　　　　　　　　　　　　　…（
１２）（１０）より 　　Ｖ２／Ｖ１　≧　（１＋Ｖ０／Ｖ１＋Ｖ２／Ｖ１）
（　α＋　β）＋ｎ　　　Ｖ２／Ｖ１（１−α―β）　
≧　（１＋Ｖ０／Ｖ１）（　α＋　β）＋ｎ　　　　　
　　　　　　　　　　…（１３）　　Ｖ２／Ｖ１　≧　
（１／（１−　α―β））（（１＋Ｖ０／Ｖ１）（　α
＋　β）＋ｎ）　　　　　　　　…（１４）（１４）→
（１２）に代入 　　Ｊ　ｍａｘ　≧　ｎ（　（１＋Ｖ０／Ｖ１）　α　
＋　１／（１−α−　β）　・（（１＋Ｖ０／Ｖ１）（
　α＋　β）＋ｎ）（１＋　α）　）　　　 　　　　　　　　≧　ｎ／（１−α−　β）　（（１＋
Ｖ０／ｖ１）（２α＋　β）＋ｎ（１＋α））　　…（
１５）ｎ＝１．２，α＝０．０８，β＝０．０４　とす
ると　　Ｊ　ｍａｘ　≧　２＋０．２７（Ｖ０／Ｖ１）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…（１６）Ｖ１≦０．５　とすると　　Ｊ　ｍａ
ｘ　≧２．１３　　程度となる。 Ｖ１の設計 　　Ｖ１＝Ｖｐ１＊Ｐ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　…（１７）　　σ＝　σＢ／Ｊ＝０．１９（（ｄ／
ｔ）ｅｘｐ（２））Ｐ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　…（１８）　　　ｔ＝（（１／０．
１９）（　σＢ／ＪＰ））ｅｘｐ（１／２）　（１／ｄ
）　　　　　　　　　　　　　　　　…（１９）（１８
）→（１７） 　　Ｖ１　＝　Ｖｐ１（１／０．１９）（（ｔ／ｄ）ｅ
ｘｐ（２））（σＢ／Ｊ）　　　　　　　　　　　　　
　…（２０）　　Ｖｐ１　≒（１／３）（π／４）（ｄ
　ｅｘｐ（２））（δ／Ｐ）　　　　　　＝　（π／１
２）（ｄ　ｅｘｐ（２））（０．１７）（１／Ｅ）（１
／１６）（ｄ　ｅｘｐ（４））／（ｔ　ｅｘｐ（３））
∴Ｖ１　＝　（１４．６＊１０ｅｘｐ（−３））（（ｄ
　ｅｘｐ（４））／ｔ）（σＢ／ＥＪ）　　　　　…（
２１）本発明は上記実施例に限るものではない。上記実
施例では差圧センサ８は測定流体にさらされている。こ
れを防止するために、図４に示すように、十分に剛性が
低い第４のダイアフラム２１を設け、受圧部ボディ８と
の間に第４の部屋２２を形成し、この第４の部屋にシリ
コンオイル２３を充填するようにしてもよい。

【００２３】しかし、この構成であると、差圧センサ８
の第３のダイアフラム９の両側のシリコンオイル１３，
２３の容積を等しくすることが難しいので、シリコンオ
イルの膨張のために、差圧が発生し、温度誤差を生じる
。そこで、図５に示すように第２のダイアフラム３側に
も剛性が十分低い第５のダイアフラム３１を設け、第５
の部屋３２を形成し、この第５の部屋３２にシリコンオ
イル３３を充填する。このような構成とすることで、前
述の実施例の問題点を解消することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、高精
度，高分解能の差圧センサを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する断面構成図である
。

【図２】図１における作動を説明する図である。

【図３】図１における第１のダイアフラムに過大圧力が
作用した時の構成図である。

【図４】他の実施例の構成図である。

【図５】更に他の実施例の構成図である。

【符号の説明】

１　　第１のダイアフラム ２　　受圧部ボディ ３　　第２のダイアフラム ４　　第１のストッパ部 ５　　第２のストッパ部 ６　　第１の部屋 ７　　第２の部屋 ８　　差圧センサ ８ａ　　圧力作用面 ９　　第３のダイアフラム １０　　第３のストッパ部 １１　　第３の部屋 １２　　導圧孔 １３　　シリコンオイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　受圧部ボディ（２）の一方の面側に周
   縁部が取り付けられ、高圧側の圧力が作用する第１のダ
   イアフラム（１）と、前記受圧部ボディ（２）の他方の
   面側に周縁部が取り付けられ、前記第１のダイアフラム
   （１）より剛性が低く設定され、低圧側の圧力が作用す
   る第２のダイアフラム（３）と、前記受圧部ボディ（２
   ）の前記第１のダイアフラム（１）との対向面に形成さ
   れた第１のストッパ部（４）と、前記受圧部ボディ（２
   ）の前記第２のダイアフラム（３）との対向面に形成さ
   れた第２のストッパ部（５）と、前記第１のダイアフラ
   ム（１）と前記第１のストッパ部（４）との間に形成さ
   れた第１の部屋（６）と、前記第２のダイアフラム（３
   ）と前記第２のストッパ部（５）との間に形成された第
   ２の部屋（７）と、前記受圧部ボディ（２）の一方の面
   に取り付けられる差圧センサ（８）と、該差圧センサ（
   ８）の圧力作用面（８ａ）に周縁部が取り付けられ、前
   記第１のダイアフラム（１）の剛性と略等しい剛性の第
   ３のダイアフラム（９）と、前記差圧センサ（８）の圧
   力作用面（８ａ）の前記第３のダイアフラム（９）との
   対向面に形成された第３のストッパ部（１０）と、前記
   第３のダイアフラム（９）と前記差圧センサ（８）の圧
   力作用面（８ａ）との間に形成された第３の部屋（１１
   ）と、前記受圧部ボディ（２）に設けられ、前記第１の
   部屋（６），前記第２の部屋（７）及び前記第３の部屋
   （１１）とを結ぶ導圧孔（１２）と、前記第１の部屋（
   ６），第２の部屋（７），第３の部屋（１１）及び前記
   導圧孔（１２）に封入されたシリコンオイル（１３）と
   、を備えたことを特徴とする差圧センサ（８）。