JPH07218368A - 差圧測定装置 - Google Patents

差圧測定装置

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Publication number
JPH07218368A
JPH07218368A JP1527194A JP1527194A JPH07218368A JP H07218368 A JPH07218368 A JP H07218368A JP 1527194 A JP1527194 A JP 1527194A JP 1527194 A JP1527194 A JP 1527194A JP H07218368 A JPH07218368 A JP H07218368A
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JP
Japan
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diaphragm
housing
differential pressure
pressure measuring
pressure side
Prior art date
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Pending
Application number
JP1527194A
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English (en)
Inventor
Takashi Miyashita
隆史 宮下
Sunao Nishikawa
直 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接性を向上させ摩擦やヒステリシス等によ
る特性誤差のない差圧測定装置を提供する。 【構成】 内部に封入液が満たされたハウジング1と,
該ハウジングの両側に設けられた一対の隔液ダイアフラ
ム12,13と,該隔液ダイアフラムが一定以上ハウジ
ング側に変位しないように設けられた移動阻止手段10
A,10Bと,前記ハウジング内に設けられ前記封入液
が満たされた圧力測定室を高圧側と低圧側に2分するセ
ンタダイアフラム20と,前記高圧側と低圧側の差圧を
検出する差圧検出素子21と,からなり,前記センタダ
イアフラムは内周が前記圧力測定室内に配置され外周が
前記ハウジングに溶接されたドーナツ状の第1ダイアフ
ラム30と,該第1ダイアフラムの内周付近を覆って気
密に固定されるとともに直径の異なるT字状の断面を有
する複数のリングが同心円状に所定の間隔を保って形成
された第2ダイアフラム31により形成され,前記第2
ダイアフラムのリングが形成された側を高圧側に配置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,圧力変化を電気信号と
して検出する差圧測定装置に関し,特に高圧側と低圧側
で耐圧条件の異なるセンサに用いて好適な装置の改良に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】被測定流体間の圧力差を機械的な歪みに
変換し,これを電気信号に変換して検出するシリコンダ
イアフラムが知られている。シリコンダイアフラムはシ
リコン基板の1面にストレンゲージや振動子を形成し,
他面を加工して全体を凹形に形成するか,あるいは他面
を支持体に接着して構成する。そして,このダイアフラ
ムをハウジングに取り付け,2つの被測定流体をダイア
フラムの両面に導いてその差圧を検出する。その場合加
工して凹形に形成したダイアフラムでは加工面が,接着
して形成したダイアフラムでは接着面の耐圧が,加工条
件,接着条件,あるいはダイアフラムの厚さ等によって
数倍から数十倍も低くなる。
【0003】従って,このようなシリコンダイアフラム
を差圧測定装置に用いた場合,過大圧に対するシリコン
ダイアフラムの保護の基準値を耐圧の低い側にする必要
がある。そのため,差圧測定範囲が比較的狭い装置しか
実現できない。図9は上記の問題を解決した従来例を示
すもので,厚板と薄板ダイアフラムを用いた従来の差圧
測定装置の一例を示す断面構成図である。
【0004】図において,1はハウジングであり,この
ハウジング1の両側には高圧側隔液ダイアフラム12,
低圧側隔液ダイアフラム13が溶接等によって固定され
ている。そして,両ダイアフラムに対向するハウジング
面にはバックプレート10A及び10Bが形成されてい
る。ハウジング1内には封入液が満たされた圧力測定室
6が形成されており,この圧力測定室内を2分して薄板
3と中央付近に小孔4aを有する厚板4からなるセンタ
ダイアフラム2が配置されている。21は上記したシリ
コンダイアフラムを用いた差圧検出素子であり,圧力測
定室6に連通する連通口16,17を介して差圧が伝達
される。
【0005】以上の構成において,高圧(PH)側と低圧
(PL)側から被測定流体が隔液ダイアフラム12,13
に印加された場合,流体の圧力(PH)と低圧(PL)はそ
れぞれ封入液に伝達され,差圧検出素子21により両流
体の差圧ΔP=|PH−PL|が検出されることになる。この
時PH>PLとすると,隔液ダイアフラム12及びセンタダ
イアフラム2は図9の左方向に移動する。そして,圧力
測定室6の右半分の容積変化量をΔVHとし,ΔPH=PH
−PLとするとΔPHとΔVHの関係は第10図イの様にな
る。
【0006】即ち,ΔPHの増加とともにΔVHも増加す
るがa点(ΔP1,ΔV1)を境にΔV Hは増加しない。こ
のa点が隔液ダイアフラム12がバックプレート10A
に当接した時点であり,それ以上隔液ダイアフラム12
は左方向に移動しない。従ってΔVHは増加せず,ま
た,差圧検出素子21にもΔP1以上の圧力は加わらない
ことになる。
【0007】同様にPL>PH,ΔPL=PL−PH,圧力測定室
6の左半分の容積変化量をΔVLととするとΔPLとΔVL
の関係は第10図ロの様になる。即ち,b点(ΔP2,Δ
2)は隔液ダイアフラム13がバックプレート10B
に当接した時点である。第10図から理解できるよう
に,差圧検出素子21の強度が強い方に対しては大きい
差圧ΔP1,また,弱い方に対しては小さい差圧ΔP2が加
わるようにすることができ,ΔP1〜ΔP2の広い範囲の差
圧を検出することができる。また,差圧検出素子21に
はΔP1あるいはΔP2以上の圧力が加わらないため,測定
流体の圧力に関係なく差圧測定が可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで,上記従来の
装置は測定差圧が大きく一枚のセンタダイアフラムでは
十分な剛さが得られないために,波形状の薄板ダイアフ
ラム3の他に厚板に小孔4aを有する厚板ダイアフラム
4をハウジング1に挟んで固定している。その場合,測
定差圧の高い機種では厚板ダイアフラム4の厚さが厚く
なり,両者を合わせると数mmにもなる。そのため次の
ような問題点があった。
【0009】 溶接固定を確実にするためには溶接の
溶け込み深さを一定以上に深くする必要があり,深い溶
接を行うために電子ビーム溶接を用いるが一定以上の溶
接幅を安定に維持することが難しく溶接不良が頻発す
る。 センタダイアフラム2が差圧により変形したときに
図9のAで示す支点部の応力が大きくなり,変位時に摩
擦によるヒステリシスが生じると共に,2枚のダイアフ
ラムの摩擦やヒステリシス等により特性誤差が発生す
る。本発明は上記従来技術の問題点を解決するために成
されたもので,溶接性を向上させ摩擦やヒステリシス等
による特性誤差のない差圧測定装置を提供することを目
的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は,内部に封入液が満たされたハウジングと,
該ハウジングの両側に設けられた一対の隔液ダイアフラ
ムと,該隔液ダイアフラムが一定以上ハウジング側に変
位しないように設けられた移動阻止手段と,前記ハウジ
ング内に設けられ前記封入液が満たされた圧力測定室を
高圧側と低圧側に2分するセンタダイアフラムと,前記
高圧側と低圧側の差圧を検出する差圧検出素子と,から
なり,前記センタダイアフラムは内周が前記圧力測定室
内に配置され外周が前記ハウジングに溶接されたドーナ
ツ状の第1ダイアフラムと,該第1ダイアフラムの内周
付近を覆って気密に固定されるとともに直径の異なるT
字状の断面を有する複数のリングが同心円状に所定の間
隔を保って形成された第2ダイアフラムにより形成さ
れ,前記第2ダイアフラムのリングが形成された側を高
圧側に配置したことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】第2ダイアフラムのT字状の断面を有する複数
のリングが形成された側を高圧側に配置しているので,
低圧側から差圧が印加された場合はダイアフラムの厚さ
がT字部の厚さを除いた厚さとなり,高圧側から差圧が
印加された場合はT字部同士が接触し差圧による歪みが
T字部で阻止されてみかけ上板厚が増大する。また,第
1ダイアフラムがドーナツ状に形成されているので,ダ
イアフラムの内周からハウジングで挟まれた部分までの
距離が短い。そのため差圧により発生する応力が少なく
なる。その結果,従来例で用いた薄板が不要なことと相
まってセンタダイアフラムの厚さが薄くなり,溶接が容
易になる。
【0012】
【実施例】以下図面を用いて本発明を説明する。図1は
本発明の差圧測定装置の一実施例を示す要部断面構成図
である。図において図9に示す従来例と同一要素には同
一符号を付して重複する説明は省略する。図において2
0は本発明で使用するセンタダイアフラムであり,この
ダイアフラムは外周がハウジング1に溶接されたドーナ
ツ状の第1ダイアフラム30と,この第1ダイアフラム
30の内周付近を覆って気密に固定された第2ダイアフ
ラム31で構成されている。図2は第2ダイアフラム3
1をT字状の溝が形成された側から見た平面図,図3は
図1のB部の拡大断面図である。なお,第1ダイアフラ
ム30を例えば線膨張係数の小さな金属(例えばコバー
ル…米国ウエスチングハウス社の商品名…鉄−ニッケル
−コバルト合金),第2ダイアフラム20をシリコンで
作製した場合は図3に示すC部は低融点ガラス接合や陽
極接合により固定する。また,図3に示すT字状リング
の頭部と頭部の間隔は出来るだけ狭い方が望ましい。
【0013】図4(a)は上記構成の装置に高圧側から
ΔPHの差圧を受けてセンタダイアフラム20が撓んだ状
態を示すもので,この場合,第2ダイアフラム31は頭
部と頭部の間隔が狭まって接触する方向に撓む。その結
果ダイアフラムの厚さは実質上T字状リングの頭部から
他方の面(E)までの厚さt1とみなすことができる。
【0014】図4(b)は同じく低圧側からΔPLの差圧
を受けてセンタダイアフラム20が撓んだ状態を示すも
ので,この場合,第2ダイアフラム31は頭部と頭部の
間隔が広がる方に撓む。その結果ダイアフラム31の厚
さは実質上T字状リングの付け根から他方の面(E)まで
の厚さt2とみなすことができる。
【0015】 以上の構成からなる図1に示す装置におい
て,高圧側に差圧ΔPHが加えられると隔液ダイアフラム
12及びセンタダイアフラム20は図1の右方向に移動
する。そして,圧力測定室6の右半分の容積変化量をΔ
HとするとΔPHとΔVHの関係は先に示した第10図イ
の様になる。即ち,ΔPHの増加とともにΔVHも増加す
るがa点(ΔP1,ΔV1)を境にΔV Hは増加しない。こ
のa点が隔液ダイアフラム12がバックプレート10A
に当接した時点であり,それ以上隔液ダイアフラム12
は左方向に移動しない。従ってΔVHは増加せず,ま
た,差圧検出素子21にもΔP1以上の圧力は加わらない
ことになる。
【0016】同様に低圧側に差圧ΔPLが加えられると隔
液ダイアフラム13及びセンタダイアフラム20は図1
の左方向に移動する。そして,圧力測定室6の左半分の
容積変化量をΔVLとするとΔPLとΔVLの関係は同様に
第9図ロの様になる。即ち,ΔPLの増加とともにΔVL
も増加するがb点(ΔP2,ΔV2)を境にΔV Lは増加し
ない。このb点が隔液ダイアフラム13がバックプレー
ト10Bに当接した時点であり,それ以上隔液ダイアフ
ラム12は左方向に移動しない。従ってΔVLは増加せ
ず,また,差圧検出素子21にもΔPL以上の圧力は加わ
らないことになる。
【0017】図5(a)〜(d)はシリコンウエハを用
いて第2ダイアフラムを作製する概略工程図を示すもの
である。始めに工程(a)において,ウエハ40の表面
を酸化してSi2膜42を生成し,そのSi2膜の一部
をフォトリソグラフィとエッチングの技術を用いて取り
除きT字状のリングの境目となる窓41を形成する。次
に窓41から1018cm -3程度の濃度で,ウエハ40の
表面及び残してあるSi2膜42の下で,かつ,隣から
浸透する層とは接触しない程度にP+層を拡散する。
【0018】次に工程(b)において,先に形成したS
i2膜42を除去し,再度Si2膜42aを形成し,T
字状リングの頭に相当する部分を前記のフォトリソとエ
ッチングにより取り除く。次に工程(c)において,残
したSi2膜42aをマスクとしてウエハ40と同レベ
ルである1018cm-3以上の濃度のn+層を拡散する。
【0019】次に工程(d)において,工程(c)で作
製したウエハを例えばN24溶液中に配置し,正極にウ
エハを,負極にPt電極を接続して電界エッチングを行
ってP+層の選択エッチングを行ってT字状リングを形
成する。
【0020】図6は第2ダイアフラムの他の作製例を示
すものである。この例では例えばステンレス鋼からなる
円板をくり抜いて断面コ字状に形成した底板60を作製
する。そしてそのくり抜いた部分に断面がT字状に形成
され順次径の異なるステンレス鋼からなるリング60
a,60b,60cを底板60の底部に溶接する。
【0021】図7(a),(b)は第1ダイアフラム3
0の他の製作実施例を示すもので,(a)図は縁部を両
側から削って所定の厚さに薄く形成したもの,(b)図
は同じく片面から削って所定の厚さに薄くしたものであ
る。このような形状によれば第1ダイアフラム30の外
周の厚さが薄くなるので,このダイアフラム30をハウ
ジング1に溶接する際に溶接が容易になる。
【0022】図8は更に他の実施例を示すもので,第1
ダイアフラム30をステンレス鋼とした場合,シリコン
の熱膨張係数の違いに基づく固定の不具合を緩和したも
ので,第2ダイアフラム(シリコン基板)が固定される
箇所のステンレス鋼の内周に鉄−ニッケル−コバルト合
金(例えば米国ウエスチングハウス社の商品名…コバー
ル)を埋め込んだものである。
【0023】
【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに本発明によれば,センタダイアフラムの内周が圧力
測定室内に配置され,外周をハウジングに溶接されたド
ーナツ状の第1ダイアフラムと,その第1ダイアフラム
の内周付近を覆って気密に固定されるとともに直径の異
なるT字状の断面を有する複数のリングを同心円状に所
定の間隔を保って形成した第2ダイアフラムにより形成
し,第2ダイアフラムのリングが形成された側を高圧側
に配置したので,低圧側から差圧が印加された場合はダ
イアフラムの厚さがT字部の厚さを除いた厚さとなり,
高圧側から差圧が印加された場合はT字部同士が接触し
差圧による歪みがT字部で阻止されてみかけ上板厚が増
大する。また,第1ダイアフラムがドーナツ状に形成さ
れているので,ダイアフラムの内周からハウジングで挟
まれた部分までの距離が短い。そのため差圧により発生
する応力が少なくなる。その結果,従来例で用いた薄板
が不要なことと相まってセンタダイアフラムの厚さが薄
くなり,溶接が容易になる。更に,支点部及び2枚のダ
イアフラムの摩擦によるヒステリシスが小さくなり,ヒ
ステリシスによる特性誤差がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の差圧測定装置の一実施例を示す断面構
成図である。
【図2】第2ダイアフラム31をT字状の溝が形成され
た側から見た平面図である。
【図3】図1のB部の拡大断面図である。
【図4】高圧側からΔPHの差圧を受けてセンタダイアフ
ラム20が撓んだ状態を示す要部断面図(a),低圧側
からΔPLの差圧を受けてセンタダイアフラム20が撓ん
だ状態を示す要部断面図(b)である。である。
【図5】第2ダイアフラムをシリコンとした場合の概略
製作工程を示す図である。
【図6】第2ダイアフラムの他の製作例を示す図であ
る。
【図7】第1ダイアフラムの他の実施例を示す図であ
る。
【図8】第1ダイアフラムの他の実施例を示す図であ
る。
【図9】従来例を示す断面構成図である。
【図10】図1及び図9の動作説明図である。
【符号の説明】
1 ハウジング 6 圧力測定室 10A,10B バックプレート 12,13 隔液ダイアフラム 16,17 連通口 20 センタダイアフラム 21 差圧検出素子 30 第1ダイアフラム 31 第2ダイアフラム

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に封入液が満たされたハウジング
    と,該ハウジングの両側に設けられた一対の隔液ダイア
    フラムと,該隔液ダイアフラムが一定以上ハウジング側
    に変位しないように設けられた移動阻止手段と,前記ハ
    ウジング内に設けられ前記封入液が満たされた圧力測定
    室を高圧側と低圧側に2分するセンタダイアフラムと,
    前記高圧側と低圧側の差圧を検出する差圧検出素子と,
    からなり,前記センタダイアフラムは内周が前記圧力測
    定室内に配置され外周が前記ハウジングに溶接されたド
    ーナツ状の第1ダイアフラムと,該第1ダイアフラムの
    内周付近を覆って気密に固定されるとともに直径の異な
    るT字状の断面を有する複数のリングが同心円状に所定
    の間隔を保って形成された第2ダイアフラムにより形成
    され,前記第2ダイアフラムのリングが形成された側を
    高圧側に配置したことを特徴とする差圧測定装置。
JP1527194A 1994-02-09 1994-02-09 差圧測定装置 Pending JPH07218368A (ja)

Priority Applications (1)

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JP1527194A JPH07218368A (ja) 1994-02-09 1994-02-09 差圧測定装置

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JP1527194A JPH07218368A (ja) 1994-02-09 1994-02-09 差圧測定装置

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ID=11884205

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104048797A (zh) * 2013-03-12 2014-09-17 福建上润精密仪器有限公司 一种保护压力/差压变送器的耐高过载结构

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