JPH0843230A

JPH0843230A - 圧力測定装置

Info

Publication number: JPH0843230A
Application number: JP18136794A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kudo; 厚志工藤
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】多層コーティングを施すことなくダイヤフラ
ムとカバー間での局部電池の形成による水素原子の発生
を軽減防止し、水素原子がダイヤフラムを拡散、透過し
て封入液中に侵入するのを防止する。【構成】シールダイヤフラム６とカバー２０との間に
シールダイヤフラム６よりも貴な金属からなるグリッド
３２を配設する。シールダイヤフラム６、カバー２０お
よびグリッド３２との間で電池が形成されるが、グリッ
ド３２を設けて置くと、シールダイヤフラム６からカバ
ー２０に流れる電流は、グリッド３２がない場合に比べ
て減少する。言い換えれば、カバー２０からシールダイ
ヤフラム６に移動する電子（ｅ^- ）の数が減少する。こ
のため、２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- →２Ｈで示す化学変化による水素原子Ｈの発生も減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイヤフラムの変位によ
って差圧、圧力等を測定する圧力測定装置に関し、特に
ダイヤフラムとカバー間での局部電池の形成による水素
原子の発生を軽減防止し得るようにした圧力測定装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の圧力測定装置の代表的なものと
しては、２点間の差圧を測定してプロセス制御流体の圧
力を測定する差圧・圧力発信器が知られている。この種
の差圧・圧力発信器は一般に高圧側および低圧側のシー
ルダイヤフラムに各プロセス流体圧を与え、検出器ボデ
ィ内における封入液の移動を封入回路を仕切って設けた
半導体圧力センサの歪みにより電気的な出力として取り
出すように構成されている（例：実公昭５９−３０４４
４号等）。

【０００３】図３はかかる差圧・圧力発信器の従来例を
示すもので、これを概略説明すると、１は高圧側ボディ
２と低圧側ボディ３を電子ビーム等によって一体的に接
合して形成された円板状の検出器ボディ、４は検出器ボ
ディ１の溶接部、５，６は検出器ボディ１の高圧，低圧
側の各受圧側面７，８に周縁部を溶接固定されて配設さ
れたシールダイヤフラムである。シールダイヤフラム
５，６の素材としては、耐食性が要求される場合、タン
タル、チタン、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金等によって皿
状に形成され、受圧側面７，８に対向する中央部がこれ
ら受圧側面と同形の同心円状波形面を形成している。９
は検出器ボディ１の中央接合部に設けた内室１０を２つ
の室、すなわち高圧側ボディ内室１０Ａと低圧側ボディ
内室１０Ｂとに仕切るセンターダイヤフラム、１１は検
出器ボディ１の上部外周面に加工形成されたヘッダーカ
バー取付部１２に溶接固定されたヘッダーカバー、１３
はヘッダーカバー１１内に組み込まれた差圧測定用圧力
センサで、この圧力センサ１３の半導体ダイヤフラム１
４の表裏面にプロセス流体の高圧ＰH と、低圧ＰL を、
検出器ボディ１内の封入回路１５，１６に封入したシリ
コンオイル等の圧力伝達用封入液１７Ａ，１７Ｂを介し
てそれぞれ伝達するようにしている。封入回路１５，１
６にはリストリクタ１８が圧入固定されており、これに
よってプロセス流体の急激な圧力変動や脈動を抑制し、
前記ダイヤフラム５，６，９および圧力センサ１３を保
護している。なお、１９，２０は検出器ボディ１の各側
面にＯリング（図示せず）を介して嵌合固定されシール
ダイヤフラム５，６を保護するカバーである。

【０００４】このような構成からなる差圧・圧力発信器
において、シールダイヤフラム５，６にプロセス流体の
高圧ＰH と、低圧ＰL をそれぞれ印加すると、この時の
差圧（ＰH −ＰL ）に応じてこれら両ダイヤフラム５，
６が変位し、その変位により封入液１７Ａ，１７Ｂが移
動してセンターダイヤフラム９を変位させ、さらにセン
ターダイヤフラム９の変位が封入液１７Ａ，１７Ｂを介
して圧力センサ１３の半導体ダイヤフラム１４に加えら
れる。したがって、半導体ダイヤフラム１４はその差圧
に応じて変形し、その変形量が電気信号に変換されて取
り出されることで差圧測定が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した差
圧・圧力発信器において、被測定流体中に含まれている
水素原子の一部がシールダイヤフラム５，６の表面に吸
着すると、ダイヤフラムを拡散、透過して封入液１７
Ａ，１７Ｂ中に侵入する。この現象を水素透過という。
そして、封入液中に水素ガスとなって溜まると、封入液
１７Ａ，１７Ｂの圧力が変化するため、正確な差圧測定
ができなくなったり、水素脆性によってダイヤフラム
５，６自体が劣化し、測定不能になるという問題があっ
た。この水素透過において、シールダイヤフラム表面に
水素原子が吸着する過程には次の２つがある。高温、高圧下において気体の水素分子はそのエネル
ギが高いためにダイヤフラム表面に解離、吸着する。被制御流体が液体の場合、カバー１９，２０、被制
御流体の導圧管、配管、その他付属品に存在する亜鉛、
アルミニウム等がアノード、シールダイヤフラムがカソ
ードとなって電池（ガルバニック電池）が形成され、ダ
イヤフラム表面に水素原子が発生する。

【０００６】水素原子の発生、封入液内への侵入、滞留
のメカニズムは、次のように推定される。すなわち、シ
ールダイヤフラム５，６の金属より検出器ボディ１、カ
バー１９，２０等の金属（ステンレス，炭素鋼，アルミ
ニウム等）の方が卑（イオン化傾向が大きい）である
と、次式で示すように検出器ボディ１やカバー１９，２
０の金属（Ｍ）が、被測定流体内に溶出して電子を放出
する。Ｍ→Ｍ² ＋２ｅ^- ・・・・（１）次いで、起こる反応は、次式に基づくものが主になる。２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- →２Ｈ・・・・（２）したがって、シールダイヤフラム５，６側に上記式
（２）の反応が起これば、その表面に吸着した水素原子
Ｈは、その大部分が、次式に基づいて分子状の水素とな
り、水素ガスとなる。２Ｈ→Ｈ₂ ・・・・（３）この水素ガスＨ₂ は、分子の大きさからダイヤフラムを
透過することは不可能であるが、一部の水素原子Ｈは、
上式（２）における水素原子の状態のときにダイヤフラ
ム中を拡散、透過し、封入液中に侵入して水素ガスとな
る。

【０００７】そこで、このような水素原子Ｈの透過を防
止するために、従来はダイヤフラムの表面に金（Ａｕ）
をメッキ等によりコーティングしたり（実開昭６２−８
６５２８号公報）、あるいはまた金属層と絶縁層とで多
層コーティングする方法（特開平５−２０９８００号公
報）が提案されている。

【０００８】しかしながら、このような方法においても
以下に述べるような問題があった。ダイヤフラムにＡｕ
等をコーティングする方法は、Ａｕ自体が密度が小さく
イオントラップ機能を有し、吸着水素原子の拡散、透過
を防止する効果を有するが、上記による電気化学的な
現象が原因となる場合には殆ど防ぐことができなかっ
た。すなわち、検出器ボディ１、カバー１９，２０等の
金属よりもイオン化傾向が小さいＡｕをコーティングす
ると、例えばＡｕとカバー１９，２０との間でその電位
差に起因する電気回路が形成され、Ａｕコーティングに
ピンホールがあると、このピーンホールにより被測定流
体とダイヤフラムが直接接触するため、前記電気回路に
よる局部電池が形成され、ダイヤフラム自身が局部的に
腐食を起こす。この腐食をガルバニック腐食と呼んでい
る。ダイヤフラムは、厚さが通常０．１ｍｍ程度である
ため、ガルバニック腐食により孔が明くと、測定不能に
なる。

【０００９】一方、上記特開平５−２０９８００号公報
に開示された多層コーティング方法は、図４に示すよう
にシールダイヤフラム２５の被測定流体と接する面に、
水素透過防止金属層２６、中間金属層２７および絶縁層
２８を順次積層コーティングし、水素透過防止金属層２
６によって水素原子の透過を防止するように構成したも
のである。中間金属層２７は、水素透過防止金属層２６
と絶縁層２８との線膨張係数の差による応力を緩和し、
コーティング層の密着性を向上させるもので、水素透過
防止金属層２６を構成する金属（例：金、タングステ
ン）よりもイオン化傾向が大きく、かつ水素透過防止金
属層２６を構成する金属の線膨張係数と絶縁層２８を構
成する材料の線膨張係数との中間の線膨張係数を有する
金属（例：チタン、タングステン、クロム、モリブデン
等）が用いられる。これにより検出器ボディ２９との電
位差が低減され、局部電池の形成によるダイヤフラムの
ガルバニック腐食を低減防止する。絶縁層２８はダイヤ
フラム２５の耐食性を確保すると共に、被測定流体側表
面での電気化学反応を防止するもので、ＳｉＣ，Ａｌ₂
Ｏ₃ ，ＡｌＮ，ＳｉＯ₂ 等で形成される。このような
構成によれば、金等からなる水素透過防止金属層２６を
中間金属層２７と絶縁層２８によって覆っているので、
検出器ボディ側との電位差が低減され、局部電池の形成
によるガルバニック腐食を低減防止することができる反
面、膜形成工程が３工程と多く、製作に時間がかかると
いう問題があった。また、水素原子の透過を防止するた
め、各層の膜厚を厚く形成すると、それだけ時間を要す
るばかりか、ダイヤフラム自体の剛性が増大し、ダイヤ
フラムの応答特性を損なうという問題もあった。

【００１０】本発明は上記したような従来の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、多
層コーティングを施すことなくダイヤフラムとカバー間
での局部電池の形成による水素原子の発生を軽減防止
し、水素原子がダイヤフラムを拡散、透過して封入液中
に侵入するのを防止するようにした圧力測定装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、圧力伝達用封入液が封入された検出器ボディ
の各受圧側面に、一面が被測定流体に接し、他面が前記
圧力伝達用封入液に接するダイヤフラムと、流体導入孔
を有し前記ダイヤフラムを保護するカバーとをそれぞれ
配設した圧力測定装置において、前記ダイヤフラムより
も電気化学的に貴な金属からなり流体流通孔を有するグ
リッドを前記ダイヤフラムと前記カバーとの間に配設し
たことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明において、ダイヤフラム、グリッドおよ
びカバーは電気的に接続され、電池を形成する（図２参
照）。この時、ダイヤフラムおよびカバーは３極管のカ
ソードとアノードとして働く。ダイヤフラムの電流をＩ
D とすると、この電流ＩD は電気分解に関するファラデ
ーの法則により発生する物質（水素）の量に比例する。
また、ダイヤフラムからグリッドおよびカバーに流れる
電流をＩDC ，ＩDG とすると、グリッドがない場合は、
ダイヤフラムからカバーに流れる電流は略ＩD ＝ＩDC
である。グリッドが有る場合は、ＩD ＝ＩDC −ＩDG ＜ＩDC（グリッドがない場合の電流）となり、カバーに流れるダイヤフラムの電流ＩD はグリ
ッドのない場合よりもＩDG だけ小さくなる。言い換え
れば、カバーからダイヤフラムに移動する電子（ｅ^- ）
の数が減少する。このため、上式（２）で示した化学変
化による水素原子Ｈの発生も減少する。グリッドの金属
は、ダイヤフラムよりも電気化学的に貴な金属、言い換
えればイオン化傾向が小さい金属からなり、被測定流体
中に溶出しない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明に係る圧力測定装置の一実施例を示す要部拡
大断面図である。なお、図中図３と同一構成部材のもの
に対しては同一符号をもって示す。同図において、本発
明は検出器ボディ１の低圧側カバー取付面にＯリング３
１を介して嵌合固定されシールダイヤフラム６を保護す
るカバー２０とシールダイヤフラム６との間にグリッド
３２を介在させたものである。カバー２０はシールダイ
ヤフラム６より卑（イオン化傾向が大きい）な金属、例
えばステンレス、炭素鋼等で製作され、低圧側測定流体
をシールダイヤフラム６に導く導圧管３３の一端が接続
される流体導入孔３４を有している。

【００１４】グリッド３２は、シールダイヤフラム６よ
り貴な金属、例えばＳＵＳ３１７、カーペンタ合金、白
金（金は除く）、チタン合金、ニッケル合金等によって
円板状に形成されて流体流通孔３５を有している。グリ
ッド３２の材質としてシールダイヤフラム６より貴な金
属を用いる理由は、その金属が被測定流体中に溶出して
電子を放出しないためである。また、グリッド３２の材
質がシールダイヤフラム６の材質よりあまり貴すぎる
と、シールダイヤフラム６が腐食するので、シールダイ
ヤフラム６の材質より少し貴な材料を選定することが望
ましい。流体流通孔３５は１つに限らず、複数個であっ
てもよく、またグリッド３２を網状または多孔質の焼結
金属で製作した場合は、その隙間が流体流通孔として機
能する。なお、図１においては低圧側についてのみ示し
たが、高圧側についても高圧側シールダイヤフラム５と
カバー１９（図３）との間に同様なグリットが設けられ
る。その他の構成は図２に示した従来構造と同様であ
る。

【００１５】このような構成において、シールダイヤフ
ラム６、グリッド３２およびカバー２０は電気的に接続
され、図２に示すように電池を形成する。この時、シー
ルダイヤフラム６およびカバー２０は３極管のカソード
とアノードとしてそれぞれ働く。シールダイヤフラム６
の電流をＩD とすると、この電流ＩD は電気分解に関す
るファラデーの法則により発生する物質（水素）の量に
比例する。また、シールダイヤフラム６からグリッド３
２およびカバー２０に流れる電流をＩDC ，ＩDG とする
と、グリッド３２がない場合は、シールダイヤフラム６
からカバー２０に流れる電流は略ＩD ＝ＩDC である。
グリッド３２が有る場合は、ＩD ＝ＩDC −ＩDG ＜ＩDC（グリッドがない場合の電流）となり、シールダイヤフラム６の電流はＩD はグリッド
のない場合よりも小さくなる。言い換えれば、カバー２
０からシールダイヤフラム６に移動する電子（ｅ^- ）の
数が減少する。このため、上式（２）で示した化学変化
による水素原子Ｈの発生も減少する。この結果、シール
ダイヤフラム６を透過する水素原子の数を減少させるこ
とができる。

【００１６】ここで、ＩDG はグリッド３２の表面積が
大きくなると、大きくなるので、焼結金属でグリッドを
製作するなどして表面積を大きくすれば、ＩDC を減少
させることができ、一層透過する水素原子の数を減少さ
せることができる。なお、グリッド３２の表面積が大き
すぎたり、材質がシールダイヤフラム６の材質よりも貴
すぎると、シールダイヤフラム６が腐食するので、シー
ルダイヤフラム６の材質に応じてグリッド３２の材質お
よび表面積を決定することが望ましい。

【００１７】かくしてこのような構成からなるグリッド
３２を備えた差圧・圧力発信器においては、シールダイ
ヤフラム６からカバー２０に流れる電流を小さくするこ
とができるので、上式（２）の反応がシールダイヤフラ
ム６付近で起こり難い状態とすることができる。その結
果、水素原子がシールダイヤフラム６を拡散、透過して
封入液中に侵入し、ガス化するのを防止することができ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る圧力測
定装置によれば、圧力伝達用封入液が封入された検出器
ボディの受圧側面に配設されダイヤフラムを保護するカ
バーと、ダイヤフラムとの間に、ダイヤフラムよりも電
気化学的に貴な金属からなり流体流通孔を有するグリッ
ドを配設したので、ダイヤフラムとカバー間で電池が形
成されてもダイヤフラムからカバーに流れる電流を小さ
くすることができる。したがって、上式（２）の反応が
ダイヤフラム付近で起こり難く、水素原子がダイヤフラ
ムを拡散、透過して封入液中に侵入し、ガス化するのを
防止することができる。そのため、正確な測定が行え、
また水素原子の透過が少なくなれば、ダイヤフラムが水
素脆性を起こさず、ダイヤフラムの耐久性を向上させる
ことができる。また、ダイヤフラム自体には多層膜等を
形成する必要がないので、製作が簡単で、ダイヤフラム
自体の剛性を増大させたりすることがなく、通常のもの
と変わらない精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧力測定装置の一実施例を示す
要部の拡大断面図である。

【図２】電池の形成と電流の流れ方向を示す図であ
る。

【図３】差圧・圧力発信器の従来例を示す断面図であ
る。

【図４】シールダイヤフラムの従来構造を示す要部拡
大断面図である。

【符号の説明】

１…検出器ボディ、５…波状のシールダイヤフラム、６
…波状のシールダイヤフラム、７…受圧側面、８…受圧
側面、９…センターダイヤフラム、１０…内室、１３…
差圧測定用圧力センサ、１４…半導体ダイヤフラム、１
５…封入回路、１６…封入回路、１７Ａ，１７Ｂ…圧力
伝達用封入液、３２…グリッド、３３…導圧管、３４…
流体導入孔、３５…流体流通孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力伝達用封入液が封入された検出器ボ
ディの各受圧側面に、一面が被測定流体に接し、他面が
前記圧力伝達用封入液に接するダイヤフラムと、流体導
入孔を有し前記ダイヤフラムを保護するカバーとをそれ
ぞれ配設した圧力測定装置において、前記ダイヤフラム
よりも電気化学的に貴な金属からなり流体流通孔を有す
るグリッドを前記ダイヤフラムと前記カバーとの間に配
設したことを特徴とする圧力測定装置。