JPH05142079A - 静電容量式差圧検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】静圧特性の向上を図る。 【構成】各側に作用する圧力の差に応じて変位するダイ
ヤフラムと、その各側に配設される固定電極との間に形
成される静電容量に基づき差圧が検出される差圧センサ
が、圧力伝達用の非圧縮性流体の封入とともにケースに
格納される装置において、ケースの、各圧力の導入側壁
体と、対応する側の固定電極との対向空間に、これを占
有する形で絶縁体が挿設されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、静電容量式差圧セン
サが、圧力伝達用の非圧縮性流体の封入とともにケース
に格納される装置であって、とくに静圧特性の向上を図
った静電容量式差圧検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来例の断面図である。図４にお
いて、50は差圧センサで、可動電極としてのダイヤフラ
ム10と、その左右各側の固定電極15,20 とからなる。こ
の差圧センサ50は有底円筒体51の内部に収納されてお
り、絶縁体53を介して金属パイプ54に結合されている。
この金属パイプ54は取付板55に溶接結合されており、こ
の取付板55がさらに有底円筒体51の開口部に溶接結合さ
れている。さらに、有底円筒体51の開口部にはキャップ
56が溶接結合されている。このキャップ56は貫通孔57を
有し、シールダイヤフラム58が取付けられて、その間に
受圧室61を形成している。一方、有底円筒体51の底部も
貫通孔60を有し、シールダイヤフラム59が取付けられ
て、その間に受圧室62を形成している。有底円筒体51の
側壁には、リードピンＡ，Ｂ，Ｃを有するハーメチック
シール端子63が設けられている。各シールダイヤフラム
58, 59の間に形成されている空間には、非圧縮性流体た
とえばシリコーンオイルが充填されている。このシリコ
ーンオイルを介して、各シールダイヤフラム58,59 に作
用する圧力が差圧センサ50のダイヤフラム10の各側に伝
達される。なお、絶縁円筒64が、差圧センサ50を囲む形
で設けられるが、これは充填されるべきシリコーンオイ
ルの量を削減させるためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図４において、従来例
のダイヤフラム10の左右の各側から各圧力Ｐ1,Ｐ2 が作
用する場合（Ｐ1 ＜Ｐ2 ）、その差圧があまり大きくな
いときには、ダイヤフラム10と、各固定電極15,20 との
間に形成される静電容量をＣ1,Ｃ2 とすると、 Ｃ1 ＝ε・Ａ／（Ｇ−Δ） …(1) Ｃ2 ＝ε・Ａ／（Ｇ＋Δ） …(2) ここで、ε：シリコーンオイルの誘電率、Ａ：各固定電
極の面積、Ｇ：差圧が零のときの左右共通な空隙寸法、
Δ：ダイヤフラムの変位量、である。いま、各静電容量
Ｃ1,Ｃ2 が差動的に変化するときには、周知の電子回路
によって、次の演算式によって与えられるように、ダイ
ヤフラム10の変位Δ、つまり差圧に比例する信号Ｆを得
ることができる。 Ｆ＝（Ｃ1 −Ｃ2 ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ） ＝Δ／Ｇ …(3)

【０００４】しかし、実際の各固定電極とダイヤフラム
との間に形成される静電容量は、図５の差圧センサの静
電容量に係る等価回路に基づき、次の各式(4) ，(5) で
示されるＣ10, Ｃ20になる。 Ｃ10＝Ｃ1 ＋Ｃs1 …(4) Ｃ20＝Ｃ2 ＋Ｃs2 …(5) ここで、Ｃs1＝εr Ｋ1 、Ｃs2＝εr Ｋ2 で、εr は静
圧の下でのシリコーンオイルの誘電率、Ｋ1,Ｋ2は差圧
センサと、ケースの各圧力導入側の壁体との対向空間の
形状によって定まる定数である。

【０００５】このときにも、各静電容量Ｃ10, Ｃ20が差
動的に変化するときには、周知の電子回路によって、次
の演算式によって与えられるように、ダイヤフラム10の
変位Δ、つまり差圧に比例する信号Ｆを得ることができ
る。 Ｆ＝（Ｃ10−Ｃ20−α）／（Ｃ10＋Ｃ20−β） …(6) なお、α, βは補正のための係数で、圧力が零のときの
シリコーンオイルの比誘電率をεroとすると、 α＝Ｃs1−Ｃs2＝εro（Ｋ1 −Ｋ2 ） …(7) β＝Ｃs1＋Ｃs2＝εro（Ｋ1 ＋Ｋ2 ） …(8) いま、静圧があまり大きくないときには、εr ＝εro
であるから、各式(6) 〜(8) から Ｆ＝（Ｃ1 −Ｃ2 ）／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）＝Δ／Ｇ …(9)

【０００６】しかし、高静圧の下で動作させると、本体
内部の非圧縮性流体であるシリコーンオイルの比誘電率
が静圧とともに変化するから、信号Ｆが影響を受けると
いう問題が生じる。実験によれば、100 Kg/cm²の静圧変
化に対して、1.3 ％の比誘電率変化となる。すなわち、
εr ＝1.013 εro となる。このことを考慮すると、各
式(6) 〜(8) から Ｆ＝〔Ｃ1 −Ｃ2 ＋1.013 εro（Ｋ1 −Ｋ2 ）−α〕／〔Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋ 1.013εro（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）−β〕 ＝〔Ｃ1 −Ｃ2 ＋0.013 εro（Ｋ1 −Ｋ2 ）〕／〔Ｃ1 ＋Ｃ2 ＋ 0.013εro（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）〕 ≠Δ／Ｇ …(10) すなわち、信号Ｆは差圧に比例しない、つまり直線性が
崩れることになる。

【０００７】この発明の課題は、従来の技術がもつ以上
の問題点を解消し、静圧特性の向上を図った静電容量式
差圧検出装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る静電容量
式差圧検出装置は、各側に作用する圧力の差に応じて変
位する可動電極と、各側に配設される固定電極との間に
形成される静電容量に基づいて前記差圧が検出される差
圧センサが、圧力伝達用の非圧縮性流体の封入とともに
ケースに格納される装置において、前記ケースの、前記
各圧力の導入側壁体と、これに対応する側の前記固定電
極との対向空間に、これを占有する形で絶縁体が挿設さ
れてなる。

【０００９】

【作用】請求項１に係る静電容量式差圧検出装置では、
ケースの、各圧力の導入側壁体と、これに対応する側の
固定電極との対向空間が、絶縁体で占有され、その絶縁
体の誘電率が圧力によって変化しない。

【００１０】

【実施例】この発明に係る静電容量式差圧検出装置の実
施例について、以下に図を参照しながら説明する。実施
例の要点は、ケースの、各圧力の導入側壁体と、これに
対応する側の固定電極との対向空間を、誘電率が圧力に
よって変化しない絶縁体で占有させる、ということにあ
る。図1 は第１の実施例の断面図である。図1 におい
て、円環状の絶縁板11を、絶縁円筒64の内部左端部で、
固定電極15と取付板55との対向空間に、また中心孔をも
つ円板状の絶縁板12を、絶縁円筒64の内部右端部で、固
定電極20と有底円筒体51との対向空間に、それぞれ周辺
部材に対し若干の隙間をもたせる形で配設する。なお、
従来例と同じ部材には同じ符号を付けてある。

【００１１】図2 は第２の実施例の断面図である。第２
実施例は、第１実施例における絶縁円筒64と絶縁板12と
を一体化させて、絶縁体13としてまとめてある。部品点
数が減った分だけ組立が容易になる。第２実施例は、第
１実施例と同様に、構造的に従来例を利用する形で改善
する方式をとった。

【００１２】図3 は第３実施例の断面図である。第３実
施例は、第１, 第２の各実施例と異なり、構造的に従来
例を利用するのではなく新たな簡素な構成をとる。厚肉
円筒状の本体45の左右に、中心孔をもつ円板状の各キャ
ップ41,43 を固着し、本体45の内部空間に、差圧センサ
50と、その左右の各側に絶縁板16,17 とを一体的に固着
して格納，固定する。各リードピンＡ，Ｂ，Ｃの挿設は
第１，第２の各実施例と同様の構造をとる。各キャップ
41,43 には、それぞれ各貫通孔42,44があけられ、外側
にそれぞれ各シールダイヤフラム58,59 が取り付けられ
る。

【００１３】

【発明の効果】この発明に係る静電容量式差圧検出装置
では、ケースの、各圧力の導入側壁体と、これに対応す
る側の固定電極との対向空間が、絶縁体で占有され、そ
の絶縁体の誘電率が圧力によって変化しないから、静圧
特性の向上が図れ、静圧による零点変化と、スパン変化
とがそれぞれ極めて小さくなるとともに、出力信号の差
圧に対する直線性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の断面図

【図２】同じくその第２実施例の断面図

【図３】同じくその第３実施例の断面図

【図４】従来例の断面図

【図５】従来例の静電容量に係る等価回路図

【符号の説明】

１０ ダイヤフラム １１ 絶縁板 １２ 絶縁板 １３ 絶縁体 １５ 固定電極 １６ 絶縁板 １７ 絶縁板 ２０ 固定電極 ４１ キャップ ４３ キャップ ４５ 本体 ５０ 差圧センサ ５１ 有底円筒体 ５５ 取付板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各側に作用する圧力の差に応じて変位する
   可動電極と、その各側に配設される固定電極との間に形
   成される静電容量に基づいて前記差圧が検出される差圧
   センサが、圧力伝達用の非圧縮性流体の封入とともにケ
   ースに格納される装置において、前記ケースの、前記各
   圧力の導入側壁体と、これに対応する側の前記固定電極
   との対向空間に、これを占有する形で絶縁体が挿設され
   てなることを特徴とする静電容量式差圧検出装置。