JPH043244Y2

JPH043244Y2 -

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Publication number: JPH043244Y2
Application number: JP1985183826U
Authority: JP
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1992-02-03
Also published as: JPS6292436U; US4782703A

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案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、特に温度変化に
よる過圧保護動作点圧力の変動幅を小さくするこ
とにより測定性能を向上させ得るようにしてなる
差圧・圧力発信器の改良に関する。

〔従来の技術〕

たと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、下流側での圧力差を所定の演算式に基づ
き流量を算出測定することが行なわれている。こ
の種の差圧測定用として用いられる差圧発信器
は、一般に、高圧側と低圧側との測定圧力をそれ
ぞれバリアダイヤフラムを介して検出部ボデイ内
にセンタダイアフラムで画成して形成されている
左、右測圧室に与え、その圧力差による内部封入
液の移動を、封入回路を仕切つて設けた半導体感
圧センサ等の歪により電気的な出力として取り出
すような構成とされている。

ところで、上述したような差圧発信器におい
て、高圧側または低圧側のバリアダイアフラムに
対し所定圧力以上の過大圧力が加わつた場合に
は、そのバリアダイアフラムと検出部ボデイ側の
受圧面との間の圧力伝達媒体としての封入液をセ
ンタダイアフラム側に流出させ、バリアダイアフ
ラムをボデイ受圧面に着底させることで、感圧セ
ンサにある一定以上の圧力が加わらないような構
成とされている。そして、この過圧保護動作点圧
力は、発信器においてその感圧センサの耐圧圧力
よりも小さくなるように設定されるとともに、こ
の過圧保護動作点圧力よりも小さな値でこの発信
器における最大測定圧力が決定されるものであ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述したような構成による差圧
発信器において、その検出部ボデイ内の測定室に
圧力伝達媒体として封入されるシリコンオイル等
といつた封入液は、周知の通り、温度変化により
膨張、収縮してその容量が変化してしまうもので
あり、これにより検出部測圧室内での内圧が変化
し、前述した過圧保護動作点圧力が大きく変動す
るという問題を生じるものであつた。そして、こ
のように過圧保護動作点圧力の変動量が大きい
と、その分だけこの発信器の最大測定圧力をセン
サの耐圧圧力よりも低く設定しなければならない
もので、発信器による測定性能の面で問題で、何
らかの対策を講じることが必要とされている。

勿論、このような問題は、封入液を封入した検
出部測圧室を用いて各種流体圧力を検出する圧力
発信器においても同様に生じるものである。

このような温度変化による発信器の測定性能の
問題を解決するために、発信器検出部各部の構造
等を種々検討した結果、従来は、耐蝕性等の観点
から、検出部ボデイがステンレス鋼等によつて、
またセンタダイヤフラムがマルエージング鋼等に
よつて形成されており、これらの材料間での熱膨
張係数は前者が後者よりも大きいので、温度が上
昇すると、ボデイ側での熱膨張量が大きいことか
ら、センタダイヤフラムに対して径方向への引張
力が作用し、これによつて該センタダイヤフラム
のコンプライアンスΦが反比例して小さくなり、
しかもこのときには封入液も膨張してその容量が
増えることから，上述した過圧保護動作点圧力が
増大してしまうことを見い出した。

そして、このような問題を解決するためには、
センタダイヤフラムに引張力が作用せず、むしろ
逆に圧縮力が作用するようにすれば、コンプライ
アンスΦが増加し、この増加率によつて封入液の
容量が増えてもこれを相殺し、上述した過圧保護
動作点圧力を略一定に保つことができることに着
目した。このような点に基づき、最も簡単には、
センタダイヤフラム自身を、ボデイ側よりも大き
な材料で形成することが考えられる。すなわち、
このようにすれば、温度上昇時にセンタダイヤフ
ラムの伸び量がボデイ側での膨張量よりも大きく
なり、これによりセンタダイヤフラムが、外径方
向から押え込まれることから、径方向において圧
縮力を受けて、上述した要請に応えることが可能
となる。しかし、このように材料を特定してダイ
ヤフラムを形成することは、量産性などの面で好
ましいものではなく、より簡単な構成によつて、
上述した要請に応えることが可能となるような対
策を講じることが望まれている。

〔課題を解決するための手段〕

本考案に係る差圧・圧力発信器は、検出部ボデ
イ内で高、低圧側の測定圧力が付与される左、右
測圧室を画成するように配設されたセンタダイア
フラムの外周縁のボデイに対しての連結部分に、
ボデイよりも熱膨張係数の大きな材料で形成した
連結部材を介在させて設けているものである。

〔作用〕

本考案によれば、昇温時にセンタダイヤフラム
側に作用するボデイ側での熱膨張量に伴なう径方
向への引張力を、該センタダイアフラムの外周縁
部分で検出部ボデイとの連結部分に介在させたボ
デイよりも熱膨張量の大きな連結部材の伸びによ
つて吸収し得るとともに、該連結部材の伸びがボ
デイ側で押え込まれて径方向内側への圧縮力を、
センタダイヤフラム側に作用させ得るものであ
り、これによりこのセンタダイアフラムのコンプ
ライアンスを、温度変化による圧力伝達媒体の容
量変化に応じて変化させ、その結果として過圧保
護動作点圧力の温度変化による変動幅を小さく
し、発信器における測定性能を向上させ得るもの
である。

〔実施例〕

以下、本考案を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第１図ないし第３図は本考案を適用する差圧発
信器の一実施例を示すものであり、これらの図に
おいて、まず、第１図に示した発信器検出部の概
略構成を簡単に説明すると、図中符号１，２は
左、右一対をなす検出部ボデイで、それぞれの外
側面すなわち受圧面１ａ，２ａには略波形円板状
に形成された高圧側および低圧側のバリアダイヤ
フラム３，４が装着されている。なお、上述した
各受圧面１ａ，２ａはそれぞれ前記バリアダイヤ
フラム３，４と同形の波形に形成され、かつこれ
らバリアダイヤフラム３，４との間に測圧室５，
６を形成している。そして、各バリアダイヤフラ
ム３，４の外側面には、前述した管内オリフイス
上流側の高圧PHと、下流側の低圧PLとがそれぞ
れ印加されている。

また、前記検出部ボデイ１，２間の内部中央に
は、ボデイ内室７が形成されており、このボデイ
内室７はセンタダイヤフラム８によつて左、右一
対の室７ａ，７ｂに仕切られ、その一方室７ａが
前記高圧側の測圧室５に連通路９ａを介して連通
されるとともに封入回路１０に連通され、、また
他方室７ｂが前記低圧側の測圧室６に連通路９ｂ
を介して連通されかつ同様に封入回路１１に連通
されている。

一方、ボデイ１，２の外周部上端部には、それ
ぞれステンレス鋼等によつて形成された内筒１２
ａと外筒１２ｂとからなるヘツダ１２が配設さ
れ、その内部にはセンサ１３が配設されている。
このセンサ１３は、前記封入回路１０，１１を仕
切る従来周知の半導体感圧センサ１４と、炭素鋼
等で形成され感圧センサ１４を保護するとともに
前記内筒１２ａと外筒１２ｂの開口端をシールす
る保護体１５とで構成されている。この場合、高
圧側の封入回路１０は前記内筒１２ａの内部と連
通し、高圧PHを感圧センサ１４の表面側に与え
ている。また、低圧側の封入回路１１は、前記内
筒１２ａと外筒１２ｂとの間隔通路１６を介して
保護体１５内に形成された通路（図示せず）に連
通され、低圧PLを感圧センサ１４の内側面に与
えている。そして、前記各測圧室５、６から連通
路９ａ，９ｂ、封入回路１０，１１を経て感圧セ
ンサ１４の高圧側と低圧側とに至る間の導通路中
にはシリコンオイル等の封入液１７が圧力伝達媒
体としてそれぞれ封入されている。なお、図中１
８は前記高圧側および低圧側の圧力流体の導通路
中に設けられた絞りである。

そして、このような構成による差圧発信器によ
れば、バリアダイヤフラム３，４にプロセス側か
らの高圧PHと低圧PLとがそれぞれ印加される
と、このときの差圧（PH−PL）が半導体感圧セ
ンサ１４に加えられるため、このセンサ１４は差
圧に応じて変形し、その変形量が電気的に取り出
され、図示せぬ増幅器で増幅された後、計器など
に表示されたり、遠隔発信される。

さて、本考案によれば、上述したような構成に
よる差圧発信器において、検出部ボデイ１，２内
で高、低圧側の測定圧力が付与される左、右測圧
室５，６，７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂを画成するよ
うに配設されたセンタダイアフラム８のボデイ
１，２側への連結部である外周縁部分に、第３図
に示したように、検出部ボデイ１，２よりも熱膨
張係数の大きな材料で形成した連結部材としての
リング状部材２０を介在させて設けたところに特
徴を有している。

ここで、本実施例では、たとえば炭素鋼等で形
成されている検出部ボデイ１，２に対し、これよ
りも熱膨張係数の大きなオーステナイトステンレ
ス鋼等により形成したリング状部材２０を介在さ
せた状態で、たとえばマルエージング鋼等で形成
されるセンタダイアフラム８を設けるようにする
とよい。なお、上述したセンタダイヤフラム８
は、検出部ボデイ１，２側と略同等あるいはそれ
よりも小さい熱膨張係数を有する材料で形成すれ
ばよいものであり、適宜の材料で形成したものを
使用できることから、実用上での利点は大きい。

この場合、本実施例において、ボデイ１，２側
の熱膨張係数をα１、センタダイアフラム８の熱
膨張係数をα２、リング状部材２０の熱膨張係数
をα３とし、さらにリング状部材２０のボデイ
１，２側に対する溶接部分の径寸法を１、このリ
ング状部材２０のセンタダイアフラム８外周縁へ
の溶接部分での径寸法を１２とすれば、 Ι1・α1＜（Ι1−Ι2）・α3＋Ι2・α2 …… を満足することが必要とされる。なお、センタダ
イヤフラム８は断面が波形状を呈し、座屈に対し
ての抵抗力が平板状のものに比べて大きいもので
あり、その左、右両側室７ａ，７ｂでの封入液１
７が封入される隙間容積を略等しい状態に維持し
得ることは言うまでもない。

そして、このような構成によれば、センタダイ
アフラム８の外周縁部分で検出部ボデイ１，２と
の連結部分に介在させたリング状部材２０によつ
て、温度上昇時にボデイ１，２側での熱膨張によ
つて生じるセンタダイヤフラム８の径方向への引
張力を、該ボデイ１，２よりも熱膨張が大きいリ
ング状部材２０の伸びにより吸収するとともに、
これとは逆に該リング状部材２０の伸びによつて
センタダイヤフラム８に対して径方向での圧縮力
を作用させ得るものであり、これによりこのセン
タダイアフラム８のコンプライアンスΦを、温度
変化による圧力伝達媒体としての封入液１７の容
量変化に応じて変化させることによつて、過圧保
護動作点圧力の温度変化による変動幅を小さく
し、その結果として測定性能を向上させ得るもの
である。

このような作用効果が得られる理由を、第２図
に示す高、中、低温度での過圧保護動作点圧力、
最大測定圧力、さらにセンサ１４の耐圧圧力の関
係を示した差圧入力とセンサ出力との特性図を用
いて説明する。ここで、図中Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は
高、中、低温度（120℃，25℃，−40℃）での過圧
保護動作点圧力、PA，PBはセンサ１４耐圧圧力
および発信器最大測定圧力である。なお、この第
２図において横軸上で右側部分は高圧PH側が低
圧PL側よりも大きい場合を、左側部分あはこれ
とは逆に低圧PL側の圧力が大きい場合を示す左
右対称の特性であつて、またこの左、右両側では
縦軸上でのセンサ出力である電圧の流れる方向が
逆になるようになつている。

そして、上述したセンサ１４の特性図からも明
らかなように、温度変化による過圧保護動作点圧
力の変動幅（Ｐ１−Ｐ３の範囲）を小さくする
と、最大測定圧力PBをセンサ１４の耐圧圧力PA
に近づけることができるものであり、これは発信
器としての性能を向上させるうえで好ましいもの
である。

ここで、高、中、低温度における各過圧保護動
作点圧力Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、Ｐ≒ΔV／Φ …… によつて得られるものであり、この場合ΔVはバ
リアダイアフラム５，６がボデイ１，２側の受圧
面に着底するまでに動く容量（バリアダイアフラ
ム内側の封入量）である。

そして、この式において、周囲温度が上昇す
ると、封入液容量ΔVは増加し、これにより過圧
保護動作点圧力Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３も増加する
ものである。したがつて、このような温度上昇時
にセンタダイアフラム８のコンプライアンスΦを
増加させるようにすれば、上述した過圧保護動作
点圧力Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の増加量が小さくな
ることは、容易に理解されよう。

すなわち、上述したセンタダイアフラム８のコ
ンプライアンスΦは、その半径方向への引張り力
の増加に反比例して小さくなり、またこれとは逆
に引張力の減少つまり圧縮力が増加することで、
この圧縮力に比例して増加することは周知の通り
である。したがつて、温度上昇時に、センタダイ
ヤフラム８への引張力を低下させる（つまり圧縮
力を増加させる）ように、上述したボデイ１，２
側とリング状部材２０側との材料を熱膨張係数を
異なるように形成することにより、温度上昇時に
おいてコンプライアンスΦを大きくすることがで
きるものである。そして、この場合に温度変化に
よる容量ΔVの変化とセンタダイアフラム８のコ
ンプライアンスΦの変化とを同一あるいはこれに
近似させるようにすれば、前述した式から明ら
かな通り、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は変化せず、そ
の変動幅を必要最小限とすることが可能で、上述
したような作用効果を得ることができるものであ
る。

なお、本考案は上述した実施例構造に限定され
ず、各部の形状、構造等を、適宜変形、変更する
ことは自由で、適宜の変形例が考えられるよう。
また、上述した実施例では、本考案を差圧発信器
に適用した場合を説明したが、これに限定され
ず、圧力発信器に適用しても同様の作用効果を奏
することは容易に理解されよう。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案に係る差圧・圧力発
信器によれば、検出部ボデイ内で高、低圧側の測
定圧力が付与される左、右測圧室を画成するよう
に配設されたセンタダイアフラムの外周縁のボデ
イに対しての連結部分に、ボデイよりも熱膨張係
数の大きな材料で形成した連結部材を介在させて
設けるようにしたので、簡単かつ安価な構成にも
かかわらず、昇温時にセンタダイヤフラム側に作
用するボデイ側での熱膨張量に伴なう径方向への
引張力を、該センタダイアフラムの外周縁部分で
検出部ボデイとの連結部分に介在させたボデイよ
りも熱膨張量の大きな連結部材の伸びによつて吸
収し得るとともに、該連結部材の伸びがボデイ側
で押え込まれて径方向内側への圧縮力を、センタ
ダイヤフラム側に作用させ得るもので、これによ
りこのセンタダイアフラムのコンプライアンス
を、温度変化による圧力伝達媒体の容量変化に応
じて変化させ、その結果として過圧保護動作点圧
力の温度変化による変動幅を小さくし、発信器と
しての最大測定圧力をセンサ耐圧圧力に近づけ、
測定性能を向上させ得るという実用上種々優れた
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用する差圧・圧力発信器に
おける発信器検出部全体の概略構成を説明するた
めの概略断面図、第２図は本考案による作用効果
を説明するための特性図、第３図は本考案に係る
差圧・圧力発信器の一実施例を示す要部拡大断面
図である。１，２……検出部ボデイ、３，４……バリアダ
イヤフラム、５，６，７ａ，７ｂ……測圧室、８
……センタダイヤフラム、９ａ，９ｂ……連通
路、１０，１１……封入回路、１４……半導体感
圧センサ、１７……封入液（圧力伝達媒体）、１
８……絞り、２０……リング状部材。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

高圧側および低圧側の測定圧力がそれぞれバリ
アダイアフラムを介して付与される左、右一対の
側圧室を有する検出部ボデイと、この検知部ボデ
イ内で左、右測圧室を画成するように配設された
センタダイアフラムを備えてなり、このセンタダ
イアフラムの外周縁で前記検出部ボデイに対する
連結部分に、前記検出部ボデイよりも熱膨張係数
の大きな材料で形成した連結部材を介在させて設
けたことを特徴とする差圧・圧力発信器。