JPS5829862B2

JPS5829862B2 - 圧力測定装置

Info

Publication number: JPS5829862B2
Application number: JP52054865A
Authority: JP
Inventors: 毅安原; 満玉井; 忠徳湯原
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1977-05-14
Filing date: 1977-05-14
Publication date: 1983-06-25
Also published as: JPS53141074A; US4169389A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、非圧縮性側入液が充填された室の可動壁を形
成する２枚のダイヤフラムの外面から、それぞれ圧力が
付勢され、それらの圧力差を電気的に取出すように構成
された圧力測定装置に関する。

従来、非圧縮性側入液が充填された室の２枚のダイヤフ
ラムの外面にそれぞれ圧力を作用させ、両圧力の差を検
出する圧力測定装置は、たとえば特開昭５０−９８８７
９号公報（特公昭５３−４３８３４号公報）によって公
知である。

この従来の圧力測定装置の概略構成図を第１図に示す。

図（こおいて圧力測定装置の容器１は金属製中空円筒体
２により構成され、この円筒体２の両側面はそれぞれタ
イヤフラム１０．ＩＯＡによって閉塞されている。

この容器１の充填材３によって形成される側面４，４Ａ
は球欠状凹面（こ形成されている。

この側面４，４Ａのそれぞれに相対するダイヤフラム１
０．ＩＯＡは平板状に緊張され、中空円筒体２の周縁部
）こ溶接接合される。

このダイヤフラムｉｏ、１０Ａと側面４，４Ａと
により形成される微小な容積の刺入液室１２、１２Ａ
は、絶縁体３を貫通して案内された導管６を介して連通
され、この刺入液室１２，１２Ａおよび導管６内には非
圧縮性刺入液２例えばシリコンオイルが充填されている
。

この容器１の絶縁材３の側面４，４Ａに設けられた金属
箔５，５Ａはダイヤフラムｉｏ、ｉ０Ａと共に
、可変コンデンサの電極を構成し、この金属箔５，５Ａ
には導線８が接続され、中空円筒体２の開口部９を介し
て外部に導出される。

このような圧力測定装置は周囲温度の上昇により刺入液
が膨張すると、測定ダイヤフラム１０゜１０Ａは外側（
こ押拡げられる。

このために金属箔５．５Ａとダイヤフラム１０．ＩＯＡ
間のコンデンサ容量が変化し、温度誤差を生ずる。

また周囲温度の低下により刺入液が収縮すると、測定ダ
イヤフラム１０．ＩＯＡは測定圧力の測定範囲に応じて
その強度が設計されているために、特に高圧測定の際に
は、測定ダイヤフラム１０．ＩＯＡが高圧測定に適する
ように板厚を太きく形成されるために１この刺入液の収
縮に追従できなくなり、刺入液が充填された容器１の刺
入液室１２、１２Ａに、トリチェリーの真空と称する
真空部分が形成され、正確な圧力伝達が得られなくなる
恐れがある。

本発明は上述の点に鑑み、従来技術の欠点を除き、容器
に充填された刺入液が周囲温度の上昇または低下の変化
を受けて、膨張または収縮しでも、圧力測定値は周囲湿
度の影響による温度誤差が生じない高精度な圧力測定装
置を提供することを目的とする。

このような目的は、本発明によれば、第１絶縁性壁およ
び第２絶縁性壁を有し、これらの絶縁性壁面上にそれぞ
れ変位検出素子が設けられたブロックと、前記第１絶縁
性壁ｆこ対向するように配置され、この第１絶縁性壁と
で第１１＝Ｉ入液室を形成する金属製測定ダイヤフラム
と、前記第２絶縁性壁ｌこ対向するように配置され、こ
の第２絶縁性壁とで第２判人液室を形成する金属製固定
板と、第３判人液室を形成するように設けられたシール
ダイヤフラムと、前記ブロックに形成され、前記第２判
人液室と第２劃入液室とを連通ずる第１貫通孔と、前記
固定板を貫通し、前記第２判人液室と第３判人液室とを
連通ずる第２貫通孔と、前記第１Ｕ人液室、第２判人液
室および第３劃入液室に充填された非圧縮性刺入液とを
備え、前記シールダイヤフラムを前記測定ダイヤフラム
よりも極めて柔らかく成形し、この測定ダイヤフラムに
基準圧を作用させ、かつ前記シールダイヤフラＫに測定
圧を作用させることにより達成される。

その際ｌこ、シールダイヤフラムの弾性硬さは測定ダイ
ヤフラムに比較して数１０倍から数１００倍の柔らかさ
に成形される。

なお、本発明においては、基準圧として真空圧を測定ダ
イヤフラムに作用させた際（こは、この圧力測定装置は
絶対圧力計として使用される。

また、基準圧として大気圧を測定ダイヤフラムに作用さ
せた際には、この圧力測定装置は通常の圧力計として使
用される。

さらに、基準圧として第２の測定圧を測定ダイヤフラム
に作用させた際には、この圧力測定装置は差圧計として
使用される。

次に本発明の一実施例を図面に基づき、詳細に説明する
。

第２図は本発明の一実施例の概略構成図を示す。

図において圧力測定装置の王力検出部１３は金属性中空
円筒体１６と、この円筒体１６の一側面に設けられた固
定板１７．受板１８．シールダイヤフラム１９と２円筒
体１６の他の側面に設けられた測定ダイヤフラム２０と
から構成される。

このうち金属製中空円筒体１６はこの内部に絶縁体２１
が形成されている。

この絶縁体２１は両側面２２．２２Ａが共に球欠状凹面
に形成され、この球欠状凹面上に金属箔による電極２３
，２３Ａが設けられている。

固定板１７は、金属よりなり、この周縁部を円筒体１６
の一側面の周縁部に気密（こ溶接接合され、かつ絶縁体
２１の側面２２との間に最大間隙ｄ。

の刺入液室２４を設ける。また受板１８は固定板１７の
外側面に受板１８の周縁部を気密に溶接接合される。

さらにシールダイヤフラム１９は周縁部を受板１８の周
縁部（こ気密に溶接接合され、かつ受板１８との間に刺
入液室２５を形成する。

なお受板１８は過大な圧力が付勢され、シールダイヤフ
ラム１９が変形を生じないための保護板である。

次に測定ダイヤフラム２０は周縁部が環状に膨出され、
この膨出された周縁部が円筒体１６の他の側面の周縁部
に気密に溶接接合される。

また測定ダイヤフラム２０は絶縁体２１の側面２２Ａと
共に最大間隙ｄ。

の判入液室２６を構成する。

なお刺入液室２４，２５゜２６内および絶縁体２１．固
定板１７．受板１８に設けられた貫通孔２９．２８．２
７内）こは非圧縮性刺入液２例えばシリコンオイルが刺
入される。

さらに電極２３，２３Ａには導＠３０が接続され。

絶縁体２１．さらに円筒体１６の開口部３１を経て、外
部に導出される。

このように構成された圧力検出部１３はカバー１４．１
５に内包され、固定ボルト３２により一体とされている
。

このカバー１４は測定圧導入孔３３を経て、シールダイ
ヤフラム１９に測定圧Ｐ１を付勢する測定圧室３４を形
成する。

また、カバー１５は測定ダイヤフラム２０の膨出周縁部
に取付けられ、この測定ダイヤフラム２０と共に基準圧
力室３５を形成する。

この基準圧力室３５は、この装置が通常の王力計として
使用される場合には大気に開放され、−力この装置が絶
対圧力計として使用される場合には真空圧に保たれる。

なおりバー１４．１５と圧力検出部１３との接触面には
ＱＩＪソング６を分圧して外気をしゃ断して気密を保
持する。

地上の構成により、測定圧Ｐ１が測定圧室３４をこ導入
されると、この測定圧Ｐ１がシールダイヤフラム１９を
変位させ、この変位が刺入液室２５゜２４．２６内の刺
入液を介して測定ダイヤフラム２０に伝達される。

−力基準圧室３５内の基準圧Ｐ２が測定ダイヤフラム２
０に付勢する際、測定圧Ｐ１と基準圧Ｐ２との差圧番こ
より、測定ダイヤフラム２０が変位する。

この変位により電極２３Ａと測定ダイヤフラム２０との
間隙ｄ。

が変化し、従って電ｆＭ２３Ａと測定ダイヤフラム２０
との間に静電容量Ｃ２の変位が生ずる。

これに対して、電極２３と固定板１７との間隙ｄ。

は測定圧Ｐ１により伺らの変化も生じないから、この電
極２３と固定板１７との間の静電容量Ｃ１は一定で変化
しない。

従って、静電容量Ｃ１，Ｃ２は次式が成立する。

ただし、ｅ：刺入液の誘電率。

Ａ：電極有効面積。

ｄｏ：電極２３Ａと測定ダイヤフラム２０との間隙。

Ａｄ：測定ダイヤフラム２０の変位で。

測定圧Ｐ０と基準圧Ｐ２との差圧に比例。

第（１）式および第（２）式より、第（３）式に示す静電容量変化は測定圧Ｐ１と基準圧Ｐ
２との差に比例するから、この静電容量変化の測定によ
り、測定圧Ｐ、と基準圧Ｐ２との差圧が測定され、従っ
て、基準圧Ｐ２が真空圧の際には測定圧Ｐ１は絶対圧と
して測定され、また基準圧Ｐ２が大気圧の際には測定圧
Ｐ１は通常の圧力として測定される。

なお、基準圧Ｐ２を第２の測定圧とし、この装置を差圧
計として使用してもよい。

ここに、シールダイヤフラム１９は刺入液を漏洩するこ
となく閉塞して、測定ダイヤフラム２０への測定圧Ｐ１
の伝達に必要な強度を保持することで十分である。

これに対して、測定ダイヤフラム２０は測定圧Ｐ１の測
定範囲に適応した強度を有するようｔこ考慮される。

従って、シールダイヤフラム１９は測定ダイヤフラム２
０と比較して数１０倍ないし数１００倍の柔らかさを有
するように成形されている。

このように、シールダイヤフラム１９と測定ダイヤフラ
ム２０とを成形しておくことより、周囲湿度の上昇また
は低下による刺入液の膨張または収縮に対しては、シー
ルダイヤフラム１９が追従し、測定ダイヤフラム２０に
は何ら変位が発生しないから、刺入液室２６の間隙ｄｏ
は変らず、従って測定ダイヤフラム２０と電極２３Ａと
の間の静電合量Ｃ２は変化を生じない。

すなわち周囲温度の変化による温度誤差の発生を排除す
ることができる。

次ｌこ、本発明において、測定圧に対して不変である静
電容量Ｃ１を設けたことの意味を説明し、かつ、このこ
とと、シールダイヤフラムで温度変化による刺入液の体
積変化を吸収させるようｌこすることとの関係について
説明する。

第２図（こ示した本発明の一実施例において、測定圧に
対して不変である静電容量Ｃ１を設けず、かつシールダ
イヤフラムを取除いた圧力測定装置は、原理的には、第
３図１こ示す如き構造となる。

このような構造の圧力測定装置においては、測定圧Ｐ１
の被測定流体の絶縁体２１の貫通孔２９を通って直接測
定ダイヤフラム２０に作用する。

ところで、被測定流体としては水もあれば、電解液もあ
り、また腐蝕性液体もある。

ところが、静電容量式圧力測定装置においては、測定ダ
イヤフラム２０と電極２３Ａとの間の静電容量Ｃ２が測
定されるのであるが、特に被測定流体が水あるいは電解
液のような導電性液体である場合には、この導電性液体
が抵抗特性を示すので、測定ダイヤフラム２０と電極２
３Ａとがその導電性液体によって抵抗接続された形とな
り、そのために静電容量Ｃ２の正確な測定が困難になる
。

静電容量Ｃ２の正確な測定を行なうためには、測定ダイ
ヤフラム２０と電極２３Ａとの間の絶縁を図らなければ
ならない。

そこで、第４図に示すように、たとえば受板１８を中空
円筒体１６に溶接接合し、この受板１８にシールダイヤ
フラム１９を同様に溶接接合して、このシールダイヤフ
ラム２０との間に刻入液室を形成し、この側入液室内に
上述の如くシリコンオイルのような絶縁性非圧縮性側入
液を刻入する。

（なお、一般的に、静電容量式圧力測定装置において、
測定ダイヤフラムと電極との間の絶縁を得るために、刻
入液室にシリコンオイル等の絶縁性非圧縮性側入液を刻
入することは、たとえば特公昭４９−２３９１６号公報
を初めとして、上記特開昭５０−９８８７９号公報等に
開示されていることである。

）ここで、静電容量Ｃ２は上記の如く第（１）式で示さ
れる。

ところが、この第（１）式においで、側入液（たとえば
シリコンオイル）の誘電率ｅは温度に応じて変化する、
つまり、温度１０℃当り約−１係変化する。

従って、第４図に示した如き構造の圧力測定装置におい
て、測定圧力Ｐ１Ｆこ応じて変化する静電容量Ｃ２を用
いて測定圧力Ｐ１を測定しようとする場合、その静電容
量Ｃ２は温度に起因する誤差を含むことをこなる。

そこで、静電容量式圧力測定装置に刻入液体を刻入する
ことによって新たに生じる、刻入液体ｆこ対する温度の
影響を取除くことが必要である。

そこで、第２図に示した本発明の実症例の如く、測定圧
Ｐ１に対して不変である静電容量Ｃ１が設けられる。

この静電容量Ｃ１は上述の如く第（２）式で示される。

従って、第（１）式で示される静電容量Ｃ２および第（
２）式で示される静電容量Ｃ１を用いて、上述の如く、
第（３）式で示される演算を行なう。

この第（３）式の演算式の右辺においては、温度に応じ
て変化する誘電率ｅが消去される。

それゆえ、測定圧力のみに比例する信号を取出すことが
できる。

このよう（こ、本発明においては、測定圧力に対して不
変である静電容量Ｃ１を設けることによって、温度変化
に応じて変動する側入液の誘電率の影響が除去される。

ところが、既に述べたように、側入液は温度変化に応じ
て膨張または収縮して体積変化を生じる。

そこで、温度変化による側入液の膨張が測定ダイヤフラ
ム２０に与える変化を△ｔとすれば、静電容量Ｃ１，Ｃ
２は次式で示される。

このＣ１，Ｃ２を第（３）式に代入すると、次式に変形
される。

△ｄこの第（５）式において、右辺第１項石は差圧（Ｐ１Ｐ
２）に比例して変化するダイヤフラム２０の変位である
。

−力、右辺第２項石は側入液の湿度に起因する体積変化
によって生じるダイヤフラム２０の変位である。

ところで、本発明においては、上述の如く、シールダイ
ヤフラム１９は測定ダイヤフラム２０と比較して数ｌＯ
倍〜数１００倍の柔らかさを有するように底形されてい
る。

従って、側入液が温度変化ｆこよってたとえば膨張した
場合には、この側入液の体積膨張により、非常に柔らか
いシールダイヤフラム１９が変位させられる。

それゆえ、本発明においては、側入液の体積変化（こ対
しては非常に柔らかいシールダイヤフラム１９が追従し
てこれを吸収するので、測定ダイヤフラム２０は第（５
）式における変位△ｔを生じない。

このように、本発明においては、シールダイヤフラム１
９によって湿度変化による側入液の体積変化が吸収され
る。

以上に説明したように、静電容量式圧力測定装置ζこお
いて、被測定流体がたとえば水あるいは電解液のような
導電性液体である場合にも静電容量を正確に測定しよう
とする場合には、シリコンオイル等の絶縁性非圧縮性刻
入液ｆこよって測定ダイヤフラムと電極との間の絶縁を
図る必要がある。

ところが、刻入液を刻入すると、湿度変化によって刻入
液の誘電率が変化して静電容量が変化し、同様に温度変
化によって刻入液の体積変化が生じて測定ダイヤフラム
が変位させられるという新たな問題が生じる。

そこで、測定圧（こ対して不変である静電容量Ｃ１を設
けることによって、温度変化による刻入液の誘電率変化
を補償し、かつシールダイヤフラムを測定ダイヤフラム
よりも極めて柔らかく成形することによって、湿度変化
による刻入液の体積変化を吸収する。

以上に説明するように本発明によれば、測定範囲（こよ
り板厚を選定された測定ダイヤフラムと、この測定ダイ
ヤプラムに比較して数１０倍ないし数１００倍の柔らか
さに成形されたシールダイヤフラムおよび固定板との組
合せにより、周囲温度の上昇または下降の変化による刻
入液の膨張または収縮が圧力検出部ｔこ与える影響を取
除き、湿度誤差のない安定した高精度を維持することが
できるからその効果は極めて顕著である。

なお本発明は基準圧室を真空に保ち真空圧力測定装置ま
たは基準圧を大気圧として通常の圧力測定装置、例えば
２０ｋｇ／ｃｒ？ＬないしｌＯ００ｋｇ／ｆｆｌの高
圧の測定範囲を選定することもできる。

または任意の基準圧との差圧測定装置として適用するこ
とも可能である。

なおまた、本実症例では測定ダイヤフラムを平板状とし
、絶縁体の側面を正確に研磨仕上をして一定の間隙を有
する刻入液室を設けたが、絶縁体の側面を平板状とし、
測定ダイヤフラムを曲面状ｔこ成形して一定の間隙を有
する刻入液室を設けることも同様の目的を達成すること
ができる。

さらになお、上述の実症例においては、変位検出素子と
して電極２３．２３Ａを設け、電極２３゜２３Ａと固定
板１７および測定ダイヤフラム２０との間の静電容量の
変化を検出する３式について説明したが、変位検出素子
として誘導コイルをそれぞれ絶縁体２１の両側面２２，
２２Ａに設けてもよい。

すなわち、この誘導コイルをたとえば交流電流測定ブリ
ッジの枝路に形成する。

しかして、測定ダイヤフラム２０および固定板１７とし
て高透磁率金属ならびに低透磁率金属を使用する。

高透磁率金属製ダイヤプラムを使用する場合は測定ダイ
ヤフラムの変位が誘導コイルの磁気回路の特性即ちその
実効抵抗に作用し、低透磁率金属製ダイヤフラムを使用
する場合は測定ダイヤフラムは短絡コイルとして設けら
れ、この測定ダイヤフラムによって発生される渦電流が
誘導コイルに制動的に作用し、このことが誘導コイルの
インピーダンス変化として現われる。

なおまた、円筒体１６と絶縁体２１とは、この実施例に
限定されず、第１絶縁性壁および第２絶縁性壁を有し、
これらの各絶縁性壁面上にそれぞれ変位検出素子を設け
ることができるブロックであればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の概略構成図、第２図は本発明の一実施
例の概略構成図、第３図および第４図は本発明における
効果を説明するための概略図である。１３・・・・・・圧力検出部、１４，１５・・・・・・
カバー１６・・・・・・中空円筒体、１７・・・・・・
固定板、１８・・・・・・受板、１９・・・・・・シー
ルダイヤフラム、２０・・・・・・測定ダイヤフラム、
２１・・・・・・絶縁体、２２，２２Ａ・・・・・・側
面、２３，２３Ａ・・・・・・電極、２４、２５。２６・・・・・・刻入液室、２７，２Ｂ、２９・・・・
・・貫通孔、３０・・・・・・リード線、３１・・・・
・・開口部、３４・・・・・・測定圧室、３５・・・・
・・基準圧室。

Claims

【特許請求の範囲】１第１絶縁性壁および第２絶縁性壁を有し、これらの
絶縁性壁面上ｆこそれぞれ変位検出素子が設けられたブ
ロックと、前記第１絶縁性壁に対向するように配置され
、この第１絶縁性壁とで第１Ｕ人液室を形成する金属製
測定ダイヤフラムと、前記第２絶縁性壁（こ対向するよ
うに配置され、この第２絶縁性壁とで第２判人液室を形
成する金属製固定板と、第３劃入液室を形成するように
設けられたシールダイヤフラムと、前記ブロックに形成
され、前記第１Ｕ入液室と第２判人液室とを連通ずる第
１貫通孔と、前記固定板を貫通し、前記第２判人液室と
第３判人液室とを連通ずる第２貫通孔と、前記第１Ｉｊ
人液室、第２判人液室および第３判人液室（こ充填され
た非圧縮性判入液とを備え、前記シールダイヤフラムを
前記測定ダイヤフラムよりも極めて柔らかく成形し、こ
の測定ダイヤフラムに基準圧を作用させ、かつ前記シー
ルダイヤフラムに測定圧を作用させることを特徴とする
圧力測定装置。２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、シール
ダイヤフラムの弾性硬さは測定ダイヤフラムに比較して
数１０倍ないし数１００倍の柔らかさに成形されている
ことを特徴とする圧力測定装置。３特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の装置に
おいて、基準圧は真空圧であることを特徴とする圧力測
定装置。４特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の装置に
おいて、基準圧は大気圧であることを特徴とする圧力測
定装置。５特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の装置に
おいて、基準圧は第２の測定圧であることを特徴とする
圧力測定装置。