JPH06502721A - 圧力伝送器の遮断装置 - 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】 発明の名称 圧力伝送器のザ舊寅装置 発明の背景 本発明は圧力伝送器および圧力伝送器用の流体遮断手段に関する。

工業用圧力伝送器は、代表的にはプロセス流体による化学的損傷から伝送器内の 圧力感知ダイアフラムを隔離するための遮断手段（アイソレータ）を含んでいる 。加圧プロセス流体は、感知ダイアフラムを偏向させるシリコーンオイルのごと き遮断流体を加圧する遮断ダイアフラムを偏向させる。遮断ダイアフラムはこれ による圧力降下が小さいように薄く、可撓性でかつ柔軟であるのが望ましい。他 方では、遮断ダイアフラムは、フィールド（現場）条件下での通常の使用による 遮断ダイアフラムの破壊を回避するような最小限の厚さを少なくとも持つことが 望ましい。遮断ダイアフラムのこの厚さは柔軟性（コンプライアンス）または偏 向性および粗さに関する矛盾する条件間の妥協の産物である。

遮断ダイアフラムの両端の圧力降下は圧力センサ出力に誤差をもたらす。反復可 能な型の誤差であれば、伝送器出力を制御する伝送器内蔵のマイクロコンピュー タに記憶された直線性および温度補正アルゴリズムによる較正において補正され 得る。温度ヒステリシスおよびライン圧力ヒステリシスのごとき遮断ダイアフラ ムの非弾性変形による非反復性の誤差は予測不能である傾向があり、アルゴリズ ムによって簡単に補正されることができない。これらの予測不能な誤差は伝送器 の性能、とくにその長期間のドリフト特性を制限する。予測不能な誤差は遮断ダ イアフラムにより経験される高い応力により増加する傾向があり、したがって伝 送器内に遮断手段を配置するのが望ましく、これが遮断ダイアフラムの応力量を 低減させて非反復性の誤差および長期間ドリフトを低減する。

発明の概要 本発明は、遮断ダイアフラムの中心領域が、室温に近い温度でほぼは平坦な形状 であって非偏向位置にあり、またそれ以下の温度では窪んだ形状で偏向位置にあ るような圧力伝送器に関する。遮断ダイアフラムは、伝送器本体の整形された凹 所を覆っており、前記凹所は押下げられたダイアフラムの形状に対応する形状で あり、これにより出力の誤差が低減される。

伝送器本体は整形された凹所の回りのリムを含む表面を有する。凹所は伝送器本 体内の通路を介して伝送器のポートに連通される。凹所および通路内の遮断流体 は圧力をポートに伝達する。遮断ダイアフラムは供給されるプロセス流体から凹 所を遮断する。

遮断ダイアフラムは、ダイアフラムの中心領域を取り囲む波型（コルゲーション ）領域をさらに取り囲むリムに、その外側領域で密封封止される。遮断ダイアフ ラムは、第１の温度では非偏向位置にあるが、より低い第２の温度では凹所に向 って偏向した位置にある。圧力感知器はポートから圧力を受け、より改善された 精度で圧力出力を発生する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による伝送器を示す部分断面図である。

第２図は、温度が変化するときの本発明による遮断ダイアフラムの連続位置を示 す説明図である。

好ましい実施例の詳細な説明 図１には、圧力伝送器１０の部分断面図が示しである。該伝送器１０では、金属 製伝送器ハウジングのごとき本体１２が外方に向いている表面１４を含み、この 表面１４が該表面１４に整形された凹所１８の円形リム１６を取り囲んでいる。

伝送器本体１２の通路２０が凹所１８を伝送器１０の内部のボート２２に接続す る。

遮断ダイアフラム３０は、伝送器１０によって受容されるプロセス流体３４から 凹所１８を密封するために、リム１６への溶接部３２を有する。したがって、ダ イアフラム３０の外方領域３６はリム１６に密封固着される。外方領域３６かダ イアフラム３０の波形領域３８を接合し、かつ取り囲む。

該波形領域３８は図示のごとく単一の波形または多数の波形を含むことが可能で ある。波形領域３８はさらに、ダイアフラム３０の中央ダイアフラム領域４０に 連なり、かつ取り囲んでいる。ダイアフラム３０は、これを溶接後凹所１８に対 して油圧的に押圧することにより整形される。その後ダイアプラム３０は、差圧 または応力がダイアフラム３０に印加されないときは、図１に示した中立の非偏 向位置に復旧する。

符号３０で示される中立の、非偏向位置において、中央ダイアフラム領域４０は 実質上平坦である。図１において、ダイアフラム３０および凹所１８の縦方向寸 法は約２０倍に誇張して図示されている。ダイアフラム３０および凹所１８が実 際の寸法で示されるならば、ダイアフラム３０および凹所１８双方の形状はほぼ 平らとなるであろう。

シリコーンオイルのごとき遮断流体４２が、ダイアフラム３０により受容される プロセス流体圧力をボート２２に結合するために凹所１８および通路２０を満た す。圧力感知装置４４がボート２２を密封被覆する。圧力感知装置４４は、遮断 流体４２から圧力を受容する感知ダイアフラム４８の第１面を有するシリコン圧 力センサ４６を含んでいる。感知ダイアフラム４８の第２の反対側の面は通路５ ０を経由して大気に連通される。電気的な貫通導体５２．５４は、感知された圧 力を示す伝送器出力５８を供給する伝送器回路５６に圧力センサ出力を接続する 。貫通導体５４は、伝送器１０内に選択された量の遮断流体４２を密封するため に設けるチューブである。遮断流体の量は、中央ダイアフラム領域４０が室温に おいて実質上平坦な形状を有するように調整される。

遮断流体４２は正の体積膨張温度係数を有するため、加熱されると膨張し、反対 に冷却されると収縮する。伝送器１０の温度が上昇すると、遮断流体４２が膨張 する。遮断流体４２は凹所１８、通路２０および圧力感知装置４４内に密封され るので、可撓性で柔軟なダイアフラムは、室温での中立かつ、応力を受けない位 置から図１にライン６０で示される位置へ隆起する。反対に、伝送器１０が冷却 されると、遮断ダイアフラム３０は第１の低い温度ではライン６２で示されるよ うに、かつ第２のより低い温度ではライン６４で示されるように凹所１８に向か って偏向する。ダイアフラムかライーン６４の位置にあるときでも、該ダイアフ ラムは凹所１８の整形された表面からまだ隔離されている。中央ダイアフラム領 域４０Ａが押し下げられかつ凹所１８の整形された表面か遮断ダイアフラム３０ の押し下げに整合するように選択される。この装置では、低い温度においてダイ アフラムと凹所の形状の不整合による過剰流体が存在しないため、遮断手段内の 遮断流体の量を減少させられる。

ダイアフラム３０の位置および形状はしたがって、遮断流体の量および温度の関 数である。遮断流体の量は、室温近傍で実質上非偏向位置に遮断ダイアフラム３ ０が位置されるように制御、選択、または調整される。ダイアプラムは非偏向位 置において中立のひずみ状態にあるため、室温以下での偏向はダイアフラムのひ ずみを増加し、室温以上での偏向もまたダイアフラムのひずみを増加する。

圧力センサ４６は、改良された遮断装置を利用する遮断ダイアフラム３０より実 質玉串さい直径を有する感知ダイアフラムを備えている。遮断流体４２は、プロ セス圧力が増加するときは凹所から圧力センサヘ流れる。加圧によって凹所から 流れる遮断流体の量は、低い温度での流体収縮による遮断流体の収縮より小さい 。

ダイアフラムの外方領域は、リム直径においてリムに密封され、かつ波形領域が 波形直径の位置に設けられる。波形直径はリム直径の５０％ないし６０％の間で ある。ダイアフラムの偏向は実質上半径方向に対称である。波形領域は、外方ダ イアフラム領域を過度に固くしないようにしながら、中央ダイアフラム領域を適 切に支持する。

図２には、ダイアフラムおよび凹所形状をより詳細に示す。

図２において、垂直軸１００は水平軸１０２と比較して約５０倍に拡大されてい る。凹所形状は符号１０４で示され、かつ室温でのダイアフラム形状が符号１０ ５で示される。指示された温度でのダイアフラムの連続位置はライン１０４と１ ０５との間に示される。図２から分かるように、中央ダイアフラム領域の押し下 げは低い温度で極めて顕著であり、そして選択された低い温度で、凹所に対応す る凹状形状を呈することが遮断装置内の過剰遮断流体の量を制限する。低い温度 でも、微小間隙１０６が遮断ダイアフラムと凹所との間に残されて製造誤差およ びセンサダイアフラムの偏向による遮断流体の変位を許容する。

本発明は好適な実施例に関連して説明されたけれども、当該技術に熟練した者が 本発明の精神および範囲から逸脱することなく形状および細部を変更できること は明らかである。

国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．本体、ダイアフラム、遮断流体および圧力センサからなる圧力伝送器におい て、 前記本体が該本体内の通路を経由して前記伝送器のポートに結合される、整形さ れた凹所のまわりのリムを含む表面を有し、前記凹所が中央領域表面部分を有し ；前記ダイアフラムは、受容されたプロセス流体から前記凹所を隔離し、前記ダ イアフラムが前記凹所の中央領域の上方にある非波形中央ダイアフラム領域を取 り囲む波形ダイアフラム領域をさらに取り囲んでいる前記リムに密封された外方 領域を有し、前記ダイアフラムが第１温度においては非偏向位置を有し、かつよ り低い第２の温度においては前記凹所に向かって偏向される偏向位置を有し； 前記遮断流体が前記凹所および通路内に充満されて前記ポートへ圧力を結合し； 前記圧力センサが前記ポートから圧力を受けて圧力出力を発生し；そして 前記ダイアフラムの中央領域は前記非偏向位置において実質上平らな形状であり 、かつ前記偏向された位置においては窪んだ形状であり、前記凹所中央領域表面 部分が温度変化による出力誤差を低減するように、前記ダイアフラムの前記窪ん だ形状に対応する凹状形状を有することを特徴とする圧力伝送器。
2. ２．前記ダイアフラム位置が前記遮断流体の量および温度の関数であることを特 徴とする請求項１に記載の圧力伝送器。
3. ３．前記遮断流体の量は、室温近傍で前記ダイアフラムが非偏向位置にあるよう に選択されたことを特徴とする請求項２に記載の圧力伝送器。
4. ４．低い温度においては、前記遮断流体が収縮して前記中央ダイアフラム領域を 前記凹所に向かって偏向させ、さらに前記ダイアフラム中央領域は予め形成され た凹状形状を有し、かつ凹所中央領域表面部分に近づくにつれて、前記予め形成 された凹状形状に向かって動くことを特徴とする請求項３に記載の圧力伝送器。
5. ５．低い温度では、前記遮断流体が収縮して前記中央ダイアフラム領域を前記凹 所に向かって偏向させ、一方室温以上では膨張して前記中央ダイアフラム領域を 前記凹所から離れる方へ偏向させることを特徴とする請求項３に記載の圧力伝送 器。
6. ６．室温以下での前記偏向が前記ダイアフラムのひずみを増加させ、また室温以 上での前記偏向も前記ダイアフラムのひずみを増加させ、したがって、前記ダイ アフラムは非偏向位置において中立のひずみ状態にあることを特徴とする請求項 ５に記載の圧力伝送器。
7. ７．前記圧力センサが、前記プロセス流体を前記遮断流体から隔離する前記ダイ アフラムより実質上小さい直径を有する感知ダイアフラムを具備したことを特徴 とする請求項１、２または３のいずれか１項に記載の圧力伝送器。
8. ８．プロセス圧力が増加するときは、遮断流体の幾分かが前記凹所から前記圧力 センサに流れるが、加圧によって前記凹所から流れる量は、より低い温度での流 体収縮による前記遮断流体の体積の収縮より小さいことを特徴とする請求項７に 記載の圧力伝送器。
9. ９．前記ダイアフラムの外方領域がリム直径において前記リムに密封され、そし て前記波形領域が波形直径に配置され、該波形直径は前記リム直径の５０％ない し６０％の間であり、その結果、前記ダイアフラムの偏向が実質上半径方向に対 称であることを特徴とする請求項１、２、５、６または８のいずれか１項に記載 の圧力伝送器。
10. １０．前記波形領域が多数の波形（コルゲーション）からなることを特徴とする 請求項９に記載の圧力伝送器。
11. １１．本体、ダイアフラム、遮断流体および圧力センサからなる圧力伝送器にお いて、 前記本体が該本体内の通路を経由して前記伝送器のポートに結合される、整形さ れた凹所のまわりのリムを含む表面を有し、前記凹所が中央領域を有する表面部 分を有によって規定され； 前記ダイアフラムは受容されたプロセス流体から前記凹所を隔離し、前記ダイア フラムが滑らかな非波形中央ダイアフラム領域を取り囲む波形ダイアフラム領域 をさらに取り囲んでいる前記リムに密封された外方領域を有し、前記ダイアフラ ムが第１温度においては非偏向位置を有し、かつより低い第２の温度においては 前記中央領域で前記凹所表面部分に向かって偏向されるが、それから極く僅かの 間隔が置かれる偏向位置を有し； 前記遮断流体が前記凹所および通路内に充満されて前記ポートへ圧力を結合し； 前記圧力センサが前記ポートから圧力を受けて圧力出力を発生し；そして 前記ダイアフラムの中央領域は前記非偏向位置において実質上平らな形状であり 、かつ前記偏向された位置においては予め整形された、凹状に窪んだ形状を有し 、前記凹所の中央領域における前記表面部分が、前記ダイアフラムの予め整形さ れた前記窪んだ形状に対応する実質上滑らかで非波形の凹状形状を有し、温度変 化の影響を低減するように前記ダイアフラムと前記凹所の表面との間の流体の体 積を低減することによって出力誤差が減少されることを特徴とする圧力伝送器。