JPH0556458B2 - - Google Patents
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- JPH0556458B2 JPH0556458B2 JP60081123A JP8112385A JPH0556458B2 JP H0556458 B2 JPH0556458 B2 JP H0556458B2 JP 60081123 A JP60081123 A JP 60081123A JP 8112385 A JP8112385 A JP 8112385A JP H0556458 B2 JPH0556458 B2 JP H0556458B2
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- differential pressure
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
- G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
- G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0002—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in ohmic resistance
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
イ 「発明の目的」
〔産業上の利用分野〕
本発明は、静水圧により抵抗値が変化する半導
体材料を用いて、過大圧力が加わつても破壊され
ることのない差圧伝送器に関するものである。
体材料を用いて、過大圧力が加わつても破壊され
ることのない差圧伝送器に関するものである。
第３図にオリフイスを使用した流量の一般的な
計測手段を示す。同図において、１１はオリフイ
ス、１２はパイプ、１３は液体、１４は導圧管、
１５はバルブ、１６は差圧伝送器、１７は差圧セ
ンサである。オリフイス１１を使用して、液体１
３の流量を計測する場合は、オリフイス１１の上
流の圧力PHと下流の圧力PLを第３図のような構
成で差圧伝送器に導き、そこでPHとPLの差圧を
測定する。そして、(1)式の演算により流量Ｑを求
めることができる。
計測手段を示す。同図において、１１はオリフイ
ス、１２はパイプ、１３は液体、１４は導圧管、
１５はバルブ、１６は差圧伝送器、１７は差圧セ
ンサである。オリフイス１１を使用して、液体１
３の流量を計測する場合は、オリフイス１１の上
流の圧力PHと下流の圧力PLを第３図のような構
成で差圧伝送器に導き、そこでPHとPLの差圧を
測定する。そして、(1)式の演算により流量Ｑを求
めることができる。
Ｑ＝Ｋ√（H−L） m3／Ｈ (1)
Ｑ：流量
Ｋ：定数
PH：上流側圧力
PL：下流側圧力
第３図のような従来の差圧伝送器の構成で問題
となるのは、差圧（PH−PL）が小さくても、PH，
PLが高圧の場合、バルブ操作によつては、差圧
伝送器１６の差圧センサ１７に高圧が印加される
場合があり得ることである。例えば、PH＝
101barでPL＝100barの場合、差圧は1barであつ
ても、バルブ操作によつては、その100倍の
100barが差圧として差圧伝送器１６に印加され
てしまい、その結果、破壊されてしまうことがあ
る。そのようなことを防ぐために、従来では、過
大圧保護機構を設けるようにしている。
となるのは、差圧（PH−PL）が小さくても、PH，
PLが高圧の場合、バルブ操作によつては、差圧
伝送器１６の差圧センサ１７に高圧が印加される
場合があり得ることである。例えば、PH＝
101barでPL＝100barの場合、差圧は1barであつ
ても、バルブ操作によつては、その100倍の
100barが差圧として差圧伝送器１６に印加され
てしまい、その結果、破壊されてしまうことがあ
る。そのようなことを防ぐために、従来では、過
大圧保護機構を設けるようにしている。
第４図は、過大圧保護機構を設けた差圧伝送器
の構成例を示した図である。この第４図の構成で
は、過大差圧（逆圧も含めて）が印加されると、
同図に示すオーバーロード保護バルブ２０が移動
してボデイ２９に設けられた穴を塞ぐため、高圧
側と低圧側が均等圧化し、シリコンセンサ２２が
保護されるようになつている。
の構成例を示した図である。この第４図の構成で
は、過大差圧（逆圧も含めて）が印加されると、
同図に示すオーバーロード保護バルブ２０が移動
してボデイ２９に設けられた穴を塞ぐため、高圧
側と低圧側が均等圧化し、シリコンセンサ２２が
保護されるようになつている。
しかし、第４図のような差圧伝送器は、過大圧
保護機構が複雑となり、特性誤差要因、コストア
ツプ等で問題点が多い。
保護機構が複雑となり、特性誤差要因、コストア
ツプ等で問題点が多い。
本発明の目的は、同一種類の静水圧センサを２
個用いて、過大圧保護機構を特に設けずとも、過
大圧による損傷を受けない差圧伝送器を提供する
ことである。
個用いて、過大圧保護機構を特に設けずとも、過
大圧による損傷を受けない差圧伝送器を提供する
ことである。
ロ 「発明の構成」
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記問題点を解決するために、仕切
りにより、その両側に低圧室と高圧室を形成した
ボデイを備え、この低圧室と高圧室に測定対象の
流体の圧力を導き、この低圧室内と高圧室内にそ
れぞれに静水圧に対応して抵抗の変化特性を有す
る半導体材料からなる静圧センサを配置する。そ
して、静圧センサの抵抗の変化を演算して、低圧
室と高圧室との差圧に対応した信号を得るように
したものである。
りにより、その両側に低圧室と高圧室を形成した
ボデイを備え、この低圧室と高圧室に測定対象の
流体の圧力を導き、この低圧室内と高圧室内にそ
れぞれに静水圧に対応して抵抗の変化特性を有す
る半導体材料からなる静圧センサを配置する。そ
して、静圧センサの抵抗の変化を演算して、低圧
室と高圧室との差圧に対応した信号を得るように
したものである。
以下、図面を用いて本発明を詳しく説明する。
第１図は、本発明に係る差圧伝送器の要部構成
例を示した図である。同図において、１，２はシ
ールダイアフラムである。３は低圧室、４は高圧
室であり、どちらもその内部にSi油等の非圧縮性
流体が封入されている。５は中央部に仕切りのあ
る円柱状のボデイであり、この仕切りの両側に前
記した低圧室３と高圧室４が形成される。なお、
シールダイアフラム１，２はボデイ５の両端面に
例えば溶接されている。６，７は静圧センサであ
り、静水圧感度のある半導体材料で構成される。
この静圧センサ６，７は、それぞれ低圧室３と高
圧室４に設置される。８，９はハーメチツクシー
ル部であり、静圧センサ６，７へ電気的に接続さ
れたリード線６1，７1をボデイ５の外部に取出す
ためのものである。１０は静圧センサ６，７の温
度を検出する温度検出素子、１０1はこの温度検
出素子１０における電気信号を取出すリード線で
ある。
例を示した図である。同図において、１，２はシ
ールダイアフラムである。３は低圧室、４は高圧
室であり、どちらもその内部にSi油等の非圧縮性
流体が封入されている。５は中央部に仕切りのあ
る円柱状のボデイであり、この仕切りの両側に前
記した低圧室３と高圧室４が形成される。なお、
シールダイアフラム１，２はボデイ５の両端面に
例えば溶接されている。６，７は静圧センサであ
り、静水圧感度のある半導体材料で構成される。
この静圧センサ６，７は、それぞれ低圧室３と高
圧室４に設置される。８，９はハーメチツクシー
ル部であり、静圧センサ６，７へ電気的に接続さ
れたリード線６1，７1をボデイ５の外部に取出す
ためのものである。１０は静圧センサ６，７の温
度を検出する温度検出素子、１０1はこの温度検
出素子１０における電気信号を取出すリード線で
ある。
第２図は第１図で示した各リード線６1，７1，
１０1が接続される電気回路であり、この回路の
出力端子から差圧に対応した信号を得ることがで
きる。第２図において、Ｅは定電圧源、Ｕは増幅
器である。R1，R2は第１図で示した静圧センサ
６，７の抵抗である。即ち、静圧センサ６は抵抗
R1であり、静圧センサ７は抵抗R2で表わされる。
もつとも、上記と逆にして、静圧センサ６を抵抗
R2とし、静圧センサ７は抵抗R1としても本発明
は成立する。Ｃは対数変換器、Ｄは除算器、Ｆは
加算器である。
１０1が接続される電気回路であり、この回路の
出力端子から差圧に対応した信号を得ることがで
きる。第２図において、Ｅは定電圧源、Ｕは増幅
器である。R1，R2は第１図で示した静圧センサ
６，７の抵抗である。即ち、静圧センサ６は抵抗
R1であり、静圧センサ７は抵抗R2で表わされる。
もつとも、上記と逆にして、静圧センサ６を抵抗
R2とし、静圧センサ７は抵抗R1としても本発明
は成立する。Ｃは対数変換器、Ｄは除算器、Ｆは
加算器である。
抵抗R1は増幅器Ｕの反転入力端子に接続され、
増幅器の出力端子と反転入力端子の間には、抵抗
R2が接続される。抵抗R1の他端と増幅器Ｕの非
反転入力端子の間に定電圧源Ｅが接続される。増
幅器Ｕの出力端子と非反転入力端子は対数変換器
Ｃに接続される。対数変換器Ｃの出力電圧e2と加
算器Ｆの出力電圧は直列に接続されて除算器Ｄに
導入される。また、除算器Ｄのもう一つの入力端
子には、温度検出素子１０からの信号が導入され
る。
増幅器の出力端子と反転入力端子の間には、抵抗
R2が接続される。抵抗R1の他端と増幅器Ｕの非
反転入力端子の間に定電圧源Ｅが接続される。増
幅器Ｕの出力端子と非反転入力端子は対数変換器
Ｃに接続される。対数変換器Ｃの出力電圧e2と加
算器Ｆの出力電圧は直列に接続されて除算器Ｄに
導入される。また、除算器Ｄのもう一つの入力端
子には、温度検出素子１０からの信号が導入され
る。
以上のように構成された第１図の差圧伝送器と
第２図の電気回路とが組合された装置の動作を以
下に説明する。
第２図の電気回路とが組合された装置の動作を以
下に説明する。
第１図、第２図に示した静圧センサを静水圧感
度のある半導体材料で構成するとし、この半導体
を真性半導体と仮定すると静圧センサ６，７（第
２図では抵抗R1，R2）の導電率σ1，σ2は(2)、(3)
式で表わされる。
度のある半導体材料で構成するとし、この半導体
を真性半導体と仮定すると静圧センサ６，７（第
２図では抵抗R1，R2）の導電率σ1，σ2は(2)、(3)
式で表わされる。
σ1＝ni1・ｅ・（μe＋μp） (2)
σδ2＝ni2・ｅ・（μe＋μp） (3)
ここで、ｅは電子素電荷
μeは電子易動度
μpは正孔易動度
(2)、(3)式中におけるni1とni2はそれぞれ半導体
材料の真性キヤリア濃度であり、次式で表わされ
る。
材料の真性キヤリア濃度であり、次式で表わされ
る。
ni1＝n0T3/2exp（−EG1／2KT） (4)
ni2＝n0T3/2exp（−EG2／2KT） (5)
ここで、n0は温度、バンドエネルギーに関係し
ない物質定数 EG1，EG2はバンドギヤツプエネルギー半導体材
料の静水圧力に対し、抵抗値、即ち、導電率が変
化するのは、主としてバンドギヤツプエネルギー
EGが圧力によつて変化するからである。静圧セ
ンサ６，７の抵抗値R1，R2は、(6)、(7)式で表わ
される。
ない物質定数 EG1，EG2はバンドギヤツプエネルギー半導体材
料の静水圧力に対し、抵抗値、即ち、導電率が変
化するのは、主としてバンドギヤツプエネルギー
EGが圧力によつて変化するからである。静圧セ
ンサ６，７の抵抗値R1，R2は、(6)、(7)式で表わ
される。
R1＝C1／σ1＝R0T3/2・exp（EG1／2KT） (6)
R2＝C2／σ2＝R0T3/2・exp（EG2／2KT） (7)
この静圧センサ６，７を第１図のようにシリコ
ン油の中に浸し、圧力PH，PLを与えると、抵抗
値R1，R2が変化する。これを第２図の増幅器Ｕ
で増幅すると、増幅器Ｕの出力e1は(8)式で表わさ
れる。
ン油の中に浸し、圧力PH，PLを与えると、抵抗
値R1，R2が変化する。これを第２図の増幅器Ｕ
で増幅すると、増幅器Ｕの出力e1は(8)式で表わさ
れる。
e1＝−R2／R1e0 (8)
e0は定電圧源Ｅの電圧
第１図に示す低圧室３と高圧室４内の温度が一
様であれば、(8)式は、(6)及び(7)式を使用して(9)式
と書換えることができる。
様であれば、(8)式は、(6)及び(7)式を使用して(9)式
と書換えることができる。
e1＝−e0・exp｛１／2KT（EG2−EG1）｝ …(9)
以上のようにして、抵抗比（R2／R1）をとる
ことで、第１の温度の影響（T-3/2）を消去した
信号e1を得ることができる。
ことで、第１の温度の影響（T-3/2）を消去した
信号e1を得ることができる。
e1を対数変換器Ｃに通すと(10)式なる信号e2が得
られる。
られる。
e2＝lo｜e1｜＝Ａ＋１／2KT（EG2−EG1） (10)
なお、loe0＝Ａ
このe2信号に加算器Ｆから−Ａの一定信号を加
えると、除算器Ｄへ転送される信号は、１／2KT （EG2−EG1）となる。この信号を温度検出素子１
０からの温度信号（１／Ｔ）で除算すると、(11)式
で表わされる信号eputが得られる。
えると、除算器Ｄへ転送される信号は、１／2KT （EG2−EG1）となる。この信号を温度検出素子１
０からの温度信号（１／Ｔ）で除算すると、(11)式
で表わされる信号eputが得られる。
eput＝Ｃ・（EG2−EG1） (11)
即ち、高圧側と低圧側の静圧センサの出力に比
例した信号電圧を得ることができる。また、以上
のように第２の温度の影響も除算により容易に消
去できる。
例した信号電圧を得ることができる。また、以上
のように第２の温度の影響も除算により容易に消
去できる。
第５図と第６図にバンドギヤツプエネルギー
EGの圧力Ｐによる変化の一例を示す。第５図は
黒燐の圧力による抵抗の変化であり、第６図は
InSbの圧力による抵抗の変化である。なお、第
５図でａ軸、ｃ軸の特性は、ａ軸、ｃ軸に平行な
電極を形成した場合のものである。
EGの圧力Ｐによる変化の一例を示す。第５図は
黒燐の圧力による抵抗の変化であり、第６図は
InSbの圧力による抵抗の変化である。なお、第
５図でａ軸、ｃ軸の特性は、ａ軸、ｃ軸に平行な
電極を形成した場合のものである。
さて、各種の材料における（dEG／dP）Tのデータを
第７図に示す。
ここで、圧力差による抵抗値の差異を簡単に説
明する。まず、次式が成立する。
明する。まず、次式が成立する。
dR／dP／Ｒ＝−dσ／dP／σ１／2KT・dEG／dP
静圧センサとして黒燐を用いると、
dEG／dP＝−24×10-6ev／bar
KT＝0.0245ev（at 300〓）
従つて、
dR／dP／Ｒ＝−0.05％／bar
例えば、PH＝101bar、PL＝100barの場合は、
抵抗の変化はΔR2／R2＝−5.05％ ΔR1／R1＝−
5.00％となり、両者の差は、充分精度良く検出で
きる値である。
抵抗の変化はΔR2／R2＝−5.05％ ΔR1／R1＝−
5.00％となり、両者の差は、充分精度良く検出で
きる値である。
第８図は、本発明の別の実施例を示す図であ
る。第８図が第１図と異なる点は、第１図ではシ
ールダイアフラムを有し、直接測定対象の流体が
静圧センサに触れないような構成としているが、
第８図においては、シールダイアフラムを除去
し、直接測定対象の流体が静圧センサに触れるよ
うに構成している点である。
る。第８図が第１図と異なる点は、第１図ではシ
ールダイアフラムを有し、直接測定対象の流体が
静圧センサに触れないような構成としているが、
第８図においては、シールダイアフラムを除去
し、直接測定対象の流体が静圧センサに触れるよ
うに構成している点である。
なお、以上では、温度検出素子１０をパイプの
仕切り部に配置したが、静圧センサと一体化した
構成にしても良い。
仕切り部に配置したが、静圧センサと一体化した
構成にしても良い。
また、第１図及び第８図の構成によれば、過大
圧力PH，PLが差圧伝送器に印加されても低圧室
や高圧室は堅固なボデイ５の壁に囲まれているた
め、その内部に配置された静圧センサ６，７には
何等損傷を与えるような外力は加わらない。従つ
て、第１図、第８図の構成によれば、特に過大圧
保護機構を備えなくても良い。
圧力PH，PLが差圧伝送器に印加されても低圧室
や高圧室は堅固なボデイ５の壁に囲まれているた
め、その内部に配置された静圧センサ６，７には
何等損傷を与えるような外力は加わらない。従つ
て、第１図、第８図の構成によれば、特に過大圧
保護機構を備えなくても良い。
ハ 「本発明の効果」
以上述べたように、本発明によれば、次の効果
が得られる。
が得られる。
過大圧保護機構を備えなくても良い差圧伝送
器を実現できる。
器を実現できる。
差圧信号の他に静圧、温度信号が得られる。
更にマイクロプロセツサによる補正を行なえ
ば、高精度の差圧伝送器を実現できる。
更にマイクロプロセツサによる補正を行なえ
ば、高精度の差圧伝送器を実現できる。
第１図は本発明に係る差圧伝送器の要部構成例
を示した図、第２図は第１図で示した各リード線
６1，７1，１０1が接続される電気回路図、第３
図はオリフイスを使用した流量の一般的な計測手
段を示す図、第４図は過大圧保護機構を設けた差
圧伝送器の構成例を示した図、第５図と第６図は
バンドギヤツプエネルギーEGの圧力Ｐによる変
化の一例を示す図、第７図は各種の材料における
（dEG／dP）Tのデータを示す図、第８図は本発明の別 の実施例を示す図である。 １，２……シールダイアフラム、３……低圧
室、４……高圧室、５……ボデイ、６，７……静
圧センサ、８，９……ハーメチツクシール部、１
０……温度検出素子、６1，７1，１０1……リー
ド線、R1，R2……抵抗、Ｕ……増幅器、Ｃ……
対数変換器、Ｄ……除算器、Ｆ……加算器。
を示した図、第２図は第１図で示した各リード線
６1，７1，１０1が接続される電気回路図、第３
図はオリフイスを使用した流量の一般的な計測手
段を示す図、第４図は過大圧保護機構を設けた差
圧伝送器の構成例を示した図、第５図と第６図は
バンドギヤツプエネルギーEGの圧力Ｐによる変
化の一例を示す図、第７図は各種の材料における
（dEG／dP）Tのデータを示す図、第８図は本発明の別 の実施例を示す図である。 １，２……シールダイアフラム、３……低圧
室、４……高圧室、５……ボデイ、６，７……静
圧センサ、８，９……ハーメチツクシール部、１
０……温度検出素子、６1，７1，１０1……リー
ド線、R1，R2……抵抗、Ｕ……増幅器、Ｃ……
対数変換器、Ｄ……除算器、Ｆ……加算器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中央部が仕切られ、その仕切りによつて測定
対象の流体の低圧側圧力と高圧側圧力がそれぞれ
導かれる低圧室と高圧室が形成された円筒状のボ
デイと、 この低圧室内と高圧室内にそれぞれ配置され、
静水圧に対応して抵抗が変化する特性を有する半
導体材料からなる静圧センサと、 前記静圧センサの抵抗の変化を演算し、低圧室
と高圧室との差圧に対応した信号を得る手段とを
備えた差圧伝送器。 ２ 前記各静圧センサの温度を検出する温度検出
素子を前記ボデイの仕切り部に設け、この温度検
出素子の出力によつて温度変化による前記静圧セ
ンサの抵抗変化を補正するようにした特許請求の
範囲第１項記載の差圧伝送器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8112385A JPS61239135A (ja) | 1985-04-16 | 1985-04-16 | 差圧伝送器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8112385A JPS61239135A (ja) | 1985-04-16 | 1985-04-16 | 差圧伝送器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61239135A JPS61239135A (ja) | 1986-10-24 |
| JPH0556458B2 true JPH0556458B2 (ja) | 1993-08-19 |
Family
ID=13737610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8112385A Granted JPS61239135A (ja) | 1985-04-16 | 1985-04-16 | 差圧伝送器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61239135A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5461975A (en) * | 1977-10-26 | 1979-05-18 | Hitachi Ltd | Detector of differential pressure, pressure and load |
| JPS5967433A (ja) * | 1982-10-12 | 1984-04-17 | Tohoku Metal Ind Ltd | 温度圧力検出装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS583081Y2 (ja) * | 1978-02-09 | 1983-01-19 | 富士電機株式会社 | 拡散形半導体圧力センサ |
| JPS5937716Y2 (ja) * | 1979-01-31 | 1984-10-19 | 日産自動車株式会社 | 半導体差圧センサ |
-
1985
- 1985-04-16 JP JP8112385A patent/JPS61239135A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5461975A (en) * | 1977-10-26 | 1979-05-18 | Hitachi Ltd | Detector of differential pressure, pressure and load |
| JPS5967433A (ja) * | 1982-10-12 | 1984-04-17 | Tohoku Metal Ind Ltd | 温度圧力検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61239135A (ja) | 1986-10-24 |
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