JPH0536739B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプロセス変量である２点間の圧力差を
測定する差圧発信器に関するものである。

例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、
その上流側と下流側との圧力差を測定して所定の
演算式に基づき流量を算定することが行なわれて
いる。この種の圧力差測定に用いられる差圧発信
器は、高圧側と低圧側との受圧ダイヤフラムに各
測定圧力を与え、この圧力による内封液の移動
を、封入回路を仕切つて設けた半導体センサの歪
により電気的出力として取出すように構成されて
いる。

ところが、この種の差圧発信器においては、プ
ロセスの測定仕様に応じた適切な寸法、強度、材
料などを備えた受圧ダイヤフラムが選定されて用
いられたとしても、時には過大圧力を受けること
があり、この過圧が半導体センサに及んでこれを
損傷させることにより爾後の測定を不可能にする
ことがある。そこで従来この過大圧力からセンサ
を保護する各種の装置が提案されて差圧発信器に
付設されている。

第１図はこの種の過大圧力保護装置を備えた従
来の差圧発信器の断面図であつて、これを同図に
基いて説明すると、半割状のボデイ１の両側に
は、波形円板状に形成された高圧側のバリアダイ
ヤフラム２と、低圧側のバリアダイヤフラム３と
が装着されており、これらのバリアダイヤフラム
２，３には、ボデイ１にボルト締めされた両側の
カバー４とボデイ１との間の孔５，６から流入す
る流体によつて高圧と低圧とがそれぞれ印加され
ている。一方、ボデイ１上方のセンサカプセル７
内のセンサ室には、図示しない端子と接続された
半導体センサ８が、基板９に保持されて配設され
ており、このセンサ８の下側である高圧側と上側
である低圧側とからは、液通路１０および１１が
ボデイ１に向つて延設されている。符号１２で示
すものは波形円板状に形成されたセンタダイヤフ
ラムであつて、半割状ボデイ１の中央接合部に設
けた内室を高圧側内室１３と低圧側内室１４とに
隔成するようにボデー１に固定されており、前記
各液通路１０，１１は内室１３，１４にそれぞれ
開口されている。また、前記各バリアダイヤフラ
ム２，３とボデイ１との間に形成されたすき間と
内室１３，１４とは、液通路１５，１６によつて
それぞれ連通されている。そして、バリアダイヤ
フラム２，３とボデイ１との間のすき間から液通
路１５，１６、内室１３，１４および液通路１
０，１１を経てセンサ８の高圧側と低圧側とに至
る間には、シリコンオイル等の内封液１７が封入
されている。

以上のように構成された差圧発信器において、
バリアダイヤフラム２，３にプロセスからの高圧
と低圧とがそれぞれ印加されると、バリアダイヤ
フラム２，３が凹んでその圧縮分だけ内封液１７
が移動し、両側の圧力差による内封液１７の移動
量の差をセンサ８が検出してこれを電気信号とし
て発信することにより差圧が測定される。この場
合センタダイヤフラム１２は両側の圧力差によつ
て変形するが内室１３，１４の壁面には着座しな
いし、また、バリアダイヤフラム２，３も正常な
差圧測定中はボデイ１に着座しない。そして例え
ば高圧側に過大圧力が作用すると、高圧側のバリ
アダイヤフラム２が大きく変形してボデイ１へ全
面的に着座するので、高圧側の圧力が内部に伝達
されなくなる。すなわち、バリアダイヤフラム２
が着座することによつて過大圧力保護の働きをす
る。

しかしながら、従来の過大圧力保護装置を備え
た差圧発信器においては、過大圧力が作用しない
平常の測定圧力範囲下でも内封液１７がセンサ８
方向だけでなくセンタダイヤフラム１２を変位さ
せる方向へも移動し、バリアダイヤフラム２，３
に対する圧力がそのまゝセンサに伝達されないの
で、伝達効率が低く応答性が悪いばかりでなく、
センタダイヤフラム１２が内室１３，１４内にお
いては何物によつても保持されておらず、いわゆ
る揺動自在に周縁部が保持されているに過ぎない
から、反復変位によるヒステリシスが大きくて測
定精度が低下するという欠点があつた。また、こ
の種の差圧発信器においては、通常−50゜から
120゜に及ぶ環境温度の変化による内封液の熱膨脹
に対しての安全性を考慮して測定レンジの上限値
に対しセンサの破壊強度を５倍程度に設定してい
る。このため、センサの測定レンジも狭くなり
Ｓ／Ｎ比が悪くなるという欠点もあつた。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもの
で、ボデイ内室をセンタダイヤフラムで仕切つて
形成した２室のうちの１室内に互に所定間隔を越
えないように係止されて、センタダイヤフラムに
対し進退自在な二枚の移動板を設けてこれら移動
板間にばね部材を介装することにより、平時の測
定圧力下ではセンタダイヤフラムと移動板とを静
止させ、過大圧力発生時には受圧ダイヤフラムを
着座させるように構成して圧力伝達効率と応答性
ならびに測定精度の向上を計るとともに、ばね部
材の弾発力を調節自在に構成することにより過大
圧力保護の作動圧力を高精度で正確に得ることを
可能にした差圧発信器を提供するものである。以
下、本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明す
る。

第２図は本発明に係る差圧発信器の実施例の断
面図である。図において、差圧発信器２１のボデ
イ２２は、厚さ方向中央部に達する円形凹部を備
えた低圧側のバツクプレート２２ａと、その凹部
に嵌合されて溶着された高圧側のバツクプレート
２２ｂとで一体的に形成されており、各バツクプ
レート２２ａ，２２ｂの側部受圧凹陥部には、波
形円板状に形成された低圧側のバリアダイヤフラ
ム２３と高圧側のバリアダイヤフラム２４とが、
これらと同形状の受圧底面との間にすき間からな
るバリアダイヤフラム室２５，２６（以下、すき
間２５，２６という）を形成するように周縁部を
ボデイ２２側に固定されて配設されている。第２
図では図示を省略したがボデイ２２の両側受圧面
には、第１図に示したものと同じようなカバーが
接合されており、バリアダイヤフラム２３，２４
には、カバーの孔から流入する流体の低圧と高圧
とがそれぞれ印加されている。バツクプレート２
２ａ，２２ｂの中心部には、液通路２７が両側の
すき間２５，２６を連結して穿設されており、こ
の液通路２７上である両側のバツクプレート２２
ａ，２２ｂ間には、ボデイ内室２８が大部分を高
圧のバツクプレート２２ｂ側に位置させ一部を低
圧のバツクプレート２２ａ側に位置させて設けら
れている。

符号２９で示すものは断面波形の環状に形成さ
れたセンタダイヤフラムであつて外周固定端をバ
ツクプレート２２ａ側に固定されており、その内
周可動端には、円板状に形成された面積板３０の
外周部が固定されている。そしてボデイ内室２８
内には、センタダイヤフラム２９と面積板３０と
で低圧側の内室と高圧側の内室とが隔成されてい
る。面積板３０の中心部には、連結棒３１が高圧
側の内室へ向けて一体的に突設されており、セン
タダイヤフラム２９と面積板３０とで隔成された
高圧側の内室内には、大径の移動板３２と小径の
移動板３３とが、連結棒３１に遊装されて面積板
３０に対する遠近方向へ進退自在に設けられてい
る。３４は移動板３２，３３の軸方向への移動を
規制するストツパであつて、連結棒３１の先端ね
じ部に螺合されており、バツクプレート２２ｂの
凹孔に係入されている。両方の移動板３２と３３
の間には、低い頭裁円錐形に形成された皿ばね３
５が介装されており、この皿ばね３５の弾発力に
より移動板３２と移動板３３とはそれぞれバツク
プレート２２ａの段部２２ｃとバツクプレート２
２ｂの凹孔底面２２ｄとに圧接されている。ま
た、移動板３２の低圧側側面は、センタダイヤフ
ラム２９および面積板３０の側面と同形状に形成
されてこれらに対接されている。

そして、すき間２５，２６、液通路２７、およ
びボデイ内室２８には、液注入口３６，３７から
注入されたシリコンオイル等の内封液３８が封入
されており、前記移動板３２，３３には、この内
封液３８の連通手段としての連通孔３９，４０が
穿設されている。また、移動板３２の面積板３０
側対向面には、中心部から放射方向へ十字状に延
びる液通路４１が設けられており、液通路３９，
４０から移動板３２と面積板３０との間へ移動す
る内封液３８の流通をよくして移動板３２からの
面積板３０の離間を促進させるように構成されて
いる。さらに第２図には図示しないが、ボデイ２
２の上部には、第１図に符号７で示したセンサカ
プセルが接合されており、その内部に設けられて
第１図に符号８で示すセンサの高圧側と低圧側と
は、液通路４２，４３によつて高圧側内室および
低圧側内室と連通されている。

以上のように構成された差圧発信器の動作を第
２図および第１図の一部とを用いて説明する。バ
リアダイヤフラム２３，２４にプロセスからの高
圧と低圧とがそれぞれ印加されると、バリアダイ
ヤフラム２３，２４が凹んでその圧縮分だけ内封
液３８が移動し、それぞれの圧力がセンサ８の高
圧側と低圧側とに印加される。センサ８は両側の
圧力差を検出しこれを電気信号として発信するこ
とにより差圧が測定される。

そして、プロセスからの圧力は、高圧側のバリ
アダイヤフラム２４に印加される圧力が、低圧側
のバリアダイヤフラム２３に印加される圧力より
も高い場合がほとんどであつて先ずこの場合につ
いて説明する。いま高圧側の圧力をP₁、低圧側
の圧力をP₂とすると、P₁＞P₂であるから面積板
３０の高圧側には内封液３８を介して差圧△Ｐ＝
P₁−P₂が作用し、この差圧△Ｐに比例した力で
面積板３０が移動板３２から離れようとする。し
かしながら連結棒３１で面積板３０と一体化され
た移動板３３が、段部２２ｃに対接する移動板３
２との間の皿ばね３５の弾発力により凹孔底面２
２ｄ側へ圧接されているので、面積板３０に作用
する差圧△Ｐが皿ばね３５の弾発力よりも小さい
間は面積板３０およびセンタダイヤフラム２９が
移動しない。したがつてこの間、内封液３８はセ
ンサ方向へのみ移動し、センサへは差圧△Ｐに正
しく比例した圧力が伝達される。そして、差圧△
Ｐが皿ばね３５の弾発よりも大きくなると、移動
板３３で皿ばね３５を圧縮させながら面積板３０
とセンタダイヤフラム２９とが移動し始め、内封
液３８が移動板３２と面積板３０との間で移動す
る。高圧側のバリアダイヤフラム２４への圧力が
センサを破壊させる手前の過大圧力になると、バ
リアダイヤフラム２４がバツクプレート２２ｂの
受圧面に着座し、内封液３８の移動が停止してそ
れ以上の圧力がセンサ８に伝達されない。すなわ
ち過大圧力はセンタダイヤフラム２９によつて吸
収されたことになる。なお、内封液３８の移動に
際しては連通孔３９，４０を設けたことにより移
動が円滑に行なわれるし、また十字状の液通路４
１を設けたことにより内封液３８が速かに流入
し、面積板３０と移動板３２との離間が促進され
る。

次にP₂＞P₁の場合について説明する。差圧△
Ｐ＝P₂−P₁が面積板３０の低圧側に作用すると、
面積板３０が差圧△Ｐに比例する力で移動板３２
を高圧側へ移動させようとするが、この力が皿ば
ね３５の弾発力より小さい間は面積板３０および
移動板３２が移動しない。したがつてこの間、内
封液３８はセンサ方向へのみ移動し、センサ８へ
は差圧△Ｐに正しく比例した圧力が伝達される。
そして差圧△Ｐが皿ばね３５の弾発力よりも大き
くなると、移動板３２で皿ばね３５を圧縮させな
がら面積板３０とセンタダイヤフラム２９とが移
動し始め、低圧側のバリアダイヤフラム２３への
圧力が所定圧以上の過大圧力になると、バリアダ
イヤフラム２３がバツクプレート２２ａの受圧面
に着座し、内封液３８の移動が停止してそれ以上
の圧力がセンサ８に伝達されない。すなわち過大
圧力はセンタダイヤフラム２９によつて吸収され
ることになる。

次に皿ばね３５の弾発力を調節可能にした差圧
発信器の実施例を図面に基いて説明する。第３図
はこの差圧発信器の断面図であつて、この差圧発
信器２１Ａは次の点が第２図に示す差圧発信器２
１と異なつている。すなわち高圧側のバツクプレ
ート２２ｂの外周と、低圧側のバツクプレート２
２ａの凹陥部内周とにはねじが切られていてこれ
らは互に進退自在に螺合されている。その他の構
成および作用は前記実施例と同じであり、同じ構
成のものには同一符号を付してその説明を省略す
る。このように構成することにより、組付け時に
はストツパ３４を回動進退させて皿ばね３５の弾
発力を調節するとともに、この調節後、バツクプ
レート２２ｂを回動進退させてバツクプレート２
２ｂと移動板３３とが軽く接触するように調節す
る。すなわち皿ばね３５は組付けの段階でその弾
発力を調節することができ、センサの高圧側、低
圧側の破壊強度に比例した弾発力を自由に設定す
ることができる。なお、バツクプレート２２ｂを
螺入してばね圧が設定されたのちはバツクプレー
ト２２ａと２２ｂとが溶着される。

なお、前記各実施例においては移動板３２，３
３と皿ばね３５とを設けたために高圧側の内室が
低圧側の内室よりも大きくなつており、両室内の
液量に差がある。したがつて環境温度の変化によ
つてボデイ２２と内封液３８とが同時に膨張した
場合、金属とシリコンオイルとの膨張係数が大き
く異なることと両室の液量が異なることとにより
センサに伝達される差圧に影響する。そこで別の
実施例として移動板３２，３３をセラミツクまた
はアンバなど熱膨張率の低い材料で形成すれば、
高圧側内室内の内封液３８が大きく膨張しても、
移動板３２，３３の低膨張率によつてこれを相殺
することができ、液量の少ない低圧側との差をな
くしてセンサへの差圧伝達量に対する影響を解消
することができる。

また、前記各実施例では、面積板３０を移動板
３２から離間させる内封液３８の連通手段として
十字状の液通路４１を設けた例を示したが、移動
板３２の側面に、例えば星打ち加工と呼ばれるポ
ンチ式の突起形成加工により多数の突起を設ける
などの塑性加工を施して面積板３０と移動板３２
とを隔離させるようにすれば、加工が容易にな
り、加工費を削減することができる。

さらに前記各実施例では移動板３２，３３に設
ける内封液３８の連通手段として連通孔３９，４
０を設けた例を示したが、移動板３２，３３を、
通気性のある多孔質の焼結金属や気泡状の金属ま
たはセラミツクなどの材料で形成してもよく、こ
れによつて孔加工や曲面加工などの必要がなくな
つて加工費を大幅に削減することができるととも
に内封液の流通が円滑になり、過大圧力保護装置
の速応性を向上させることができる。

以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば差圧発信器において、ボデイ内室をセンタダ
イヤフラムで仕切つて形成した２室のうちの１室
内に、互に所定間隔を越えないように係止されて
センタダイヤフラムに対し進退自在な二枚の移動
板を設け、これら移動板間にばね部材を介装する
ことにより、過大圧力発生時には受圧ダイヤフラ
ムが着座して内封液の移動が停止し、センサを過
大圧力から保護することができることはもとよ
り、平時の測定圧力下では高圧側、低圧側いずれ
の方向からの圧力が大きくてもこれがばね部材の
弾発力以下の場合には移動板およびセンタダイヤ
フラムが静止していて内封液がセンサ方向以外へ
移動せず、受圧ダイヤフラムが着座する直前にわ
ずかに移動するだけであるから、平時には差圧が
そのまゝセンサに伝達され従来に比べて伝達効率
が著しく向上するとともに、センタダイヤフラム
の静止によりヒステリシスを少なくすることがで
きる。また、センサ方向以外への内封液の移動が
ないので、応答性がきわめて良好であつて測定精
度が向上するとともに、測定レンジの上限値をセ
ンサの破壊強度に近づけることができるので、測
定レンジの上限値をセンサの破壊強度に近づける
ことができ、これに伴いセンサの測定レンジが広
がつてＳ／Ｎ比を高めることができるから測定精
度の大幅な向上が可能となる。さらにばね部材の
弾発力を調節自在に構成することにより、過大圧
力保護装置の動作点が高精度で正確に得られ、セ
ンサに対する過大圧力保護機能が著しく向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は過大圧力保護装置を備えた従来の差圧
発信器の断面図、第２図は本発明に係る差圧発信
器の実施例の断面図、第３図はばね部材の弾発力
を調節自在にした本発明に係る差圧発信器の実施
例の断面図である。 ２１……差圧発信器、２２……ボデイ、２３，
２４……バリアダイヤフラム、２５，２６……す
き間、２７……液通路、２８……ボデイ内室、２
９……センタダイヤフラム、３２，３３……移動
板、３４……ストツパ、３５……皿ばね、３８…
…内封液、３０，４０……連通孔、４２，４３…
…液通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボデイ両側に設けられたバリアダイヤフラム
   室２５，２６にそれぞれ連通されたボデイ内室２
   ８をセンタダイヤフラム２９で二室に隔成した差
   圧発信器において、前記二室のうち一方の室に突
   出する連結棒３１を前記センタダイヤフラム２９
   と一体的に設けるとともに、この連結棒の先端に
   ストツパ３４を設け、このストツパとセンタダイ
   ヤフラム２９との間に２枚の移動板３２，３３を
   連結棒の軸線方向に移動自在に配設し、これら両
   移動板の間にばね部材３５を介装し両移動板をボ
   デイ内室２８の壁面２２ｃ，２２ｄに当接させた
   ことを特徴とする差圧発信器。 ２ ボデイ両側に設けられたバリアダイヤフラム
   室２５，２６にそれぞれ連通されたボデイ内室２
   ８をセンタダイヤフラム２９で二室に隔成した差
   圧発信器において、前記二室のうち一方の室に突
   出する連結棒３１を前記センタダイヤフラム２９
   と一体的に設けるとともに、この連結棒の先端に
   ストツパ３４を設け、このストツパとセンタダイ
   ヤフラム２９との間に２枚の移動板３２，３３を
   連結棒の軸線方向に移動自在に配設し、これら両
   移動板の間にばね部材３５を介装し両移動板をボ
   デイ内室２８の壁面２２ｃ，２２ｄに当接させて
   なり、前記両移動板３２，３３間の間隔およびボ
   デイ内室２８の壁面２２ｃ，２２ｄ間の間隔を調
   節自在に形成したことを特徴とする差圧発信器。