JPS5838736B2 - 静電容量式圧力測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電容量式圧力測定装置に関する。

圧力を電気量に変換すれば表示および制御に便利である
。

第１図はこの種の従来の静電容量式圧力測定装置の概略
構成を示す縦断面図である。

図において円筒状ハウジング１の内面に円板状の絶縁体
２がたとえばメタライズによって固着されている。

絶縁体２の両端面は球欠状凹面３Ａ、３Ｂに形成され、
これら凹面３Ａ、３Ｂに金属箔電極４Ａ、４Ｂが設けら
れている。

電極４Ａ、４Ｂに接続されたリード線５Ａ、５Ｂは絶縁
体２の内部と、ハウジング１の側面の孔６を密閉する絶
縁物７の内部を通り外部に導かれている。

絶縁体２には両端面３Ａ、３Ｂを連通ずる貫通孔８が設
けられている。

ハウジング１の両端面には圧力測定用ダイヤフラム９Ａ
、９Ｂが溶接により液密に取付けられている。

ハウジング１がψ≦圧力測定用ダイヤフラム９Ａ、９Ｂ
によつ された空間には絶縁液（例へはシリコンオ
イル）が満たされている。

この絶縁液は電極４Ａ、４Ｂと圧力測定用ダイヤフラム
９Ａ、９Ｂとの電気的絶縁ないし、また圧力測定用ダイ
ヤフラム９Ａ、９Ｂの内側の面間の圧力伝達を行なう。

電極４Ａ、４Ｂと圧力測定用ダイヤフラム９Ａ、９Ｂと
はそれぞれ絶縁液を介して対向し、コンデンサを形成し
ている。

以上述べた静電容量式圧力測定装置の両端面の圧力測定
用ダイヤフラム９Ａ、９Ｂの外側の面に、凹部１０Ａお
よび貫通孔１１Ａを持つ接続板１２Ａと、凹部１０Ｂを
持つ閉鎖板１２Ｂとをボルト１３およびナツト１４で締
付けて取付け、凹部１０Ｂと圧力測定用ダイヤフラム９
Ｂとで形成される空間を基準圧力に保持し、貫通孔１１
Ａより被測定圧を付加すると、これらの圧力の差の圧力
によって、強い圧力側の圧力測定用ダイヤフラムは凹に
弱い圧力側の圧力測定用ダイヤフラムは凸に変形し、電
極４Ａ、４Ｂとの間の静電容量が変化するので、これに
よって圧力差を知り、被測定圧を知ることができる。

このような静電容量式圧力測定装置は周囲温度の上昇に
よりその絶縁液が膨張すると圧力測定用ダイヤフラム９
Ａ、９Ｂが外測に押し拡げられ、電極４Ａ、４Ｂとの静
電容量が変化し、圧力の測定に誤差を生じるという欠点
があった。

また、周囲温度が大きく下がり絶縁液の収縮が大きいと
、圧力測定用ダイヤフラムが前記収縮に追従して変形す
ることができなくなり、絶縁液を密閉した部分にトリチ
ェＩＪの真空と称する真空部分が形成され、絶縁液が正
確な圧力の伝達をすることができなくなり、圧力の測定
に誤差を生じるという欠点があった。

また、一般にハウジング１はステンレス鋼で、圧力測定
用ダイヤフラム９Ａ、９Ｂは弾性率の高い材料で作られ
、それらの温度による膨張係数が異なるので、圧力測定
用ダイヤフラム９Ａ、９Ｂの周縁部とそれを取付けてい
るハウジング１の両端面との温度による半径方向の膨張
収縮の量が異なり、このために圧力測定用ダイヤフラム
を半径方向に引張る力が変化し、圧力測定に誤差を生じ
るという欠点があった。

また、圧力測定用ダイヤフラム９Ａ、９Ｂに圧力を付加
するために接続板１２Ａおよび閉鎖板１２Ｂをボルト１
３およびナツト１４によって取付けると、ボルト１３お
よびナツト１４の締付は力によってハウジング１は軸方
向に収縮し、従って電極４Ａ、４Ｂと圧力測定用ダイヤ
フラム８Ａ。

８Ｂとの距離が変化し、圧力測定に誤差を生じるという
欠点があった。

本発明は上記のように欠点を除去して精度の高い圧力測
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、円筒状の内筒と、
この内筒の一端側に固着された円板状ダイヤフラム台と
、このダイヤフラム台の内筒側端面に固着された圧力測
定用ダイヤフラムと、両端面にそれぞれ電極が設けられ
かつ前記両端面を連通ずる貫通孔を有し、一端面の電極
が前記圧力測定用ダイヤフラムと一定の間隔を保って対
向するように前記内筒内に挿入された円板状絶縁体と、
この絶縁体の他端面に設けられた電極と一定の間隔を保
って対向するように、前記内筒の他端側に固着された基
準電極板とから成る検出部と；一端側に底部を有し、内
部に前記検出部がそのダイヤフラム台を底側にして収納
された有底円筒状の外筒と；この外筒の他端側を閉鎖し
、測定圧力が印加されるシールダイヤフラムと；を備え
、前記ダイヤフラム台と圧力測定用ダイヤフラムとによ
って形成された空間を基準圧力に保持し、この空間を除
いて、前記外筒とシールダイヤフラムとによって形成さ
れた密閉区画内に絶縁液を封入することによって達成さ
れる。

次に、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は本発明の一実施例による静電容量式圧力測定装
置の縦断面図、第３図は第２図の静電容量式圧力測定装
置の検出部の部品の縦断面図である。

内筒２１は円筒状に形成され、内面から外面に通じる引
出孔２２が備えられている。

ダイヤフラム台２３は円板状に形成され、端面２４Ａ、
２４Ｂを持っており、内筒２１の一端２５側に端面２
４Ｂを内筒２１の方に向けて溶接によって固着されてい
る。

圧力測定用ダイヤフラム２６は円板状に形成され、ダイ
ヤフラム台２３の内筒２１側の端面２４Ｂにその周縁部
２７で溶接によって固着されている。

絶縁体２８は円板状に形成されており、端面２９Ａ、２
９Ｂを連通ずる貫通孔３０を有し、かつ端面２９Ａ、２
９Ｂにそれぞれ金属箔の電極３１Ａ、３１Ｂが設けられ
ている。

この絶縁体２８は、内筒２１内にはめ込まれ、端面２９
Ａが圧力測定用ダイヤフラム２６の周縁部２７に接して
いる。

このことによって電極３１Ａと圧力測定用ダイヤフラム
２６の測圧部３２とは一定の距離を保って対向している
。

基準電極板３３は円板状に形成されており、端面３４Ａ
、３４Ｂを連通ずる貫通孔３５を有し、端面３４Ａに設
けた突出部３６が絶縁体２８の端面２９Ｂに接し、端面
３４Ａが電極３１Ｂに一定の距離を保って対向するよう
に内筒２１の他端３７に溶接によて固着されている。

このようにして、検出部が構成されている。外筒３８は
一端側に底３９が設けられ、内面より外面に通じる引出
孔４０が設けられ、内部に検出部がそのダイヤフラム台
２３を底３９側にしてフリーの状態で収納されている。

シールダイヤフラム４１は外筒３８の他端４２にその周
縁部で溶接によって固着され、外面に測定圧力が印加さ
れる。

引出装置は、金属円筒４３と、金属円筒４３内に充填さ
れたハーメチックシール４４とハーメチックシール４４
を貫通して設けられた引出導体４５Ａ、４５Ｂと引出導
体４５Ａ、４５Ｂの先端に設けられた弾性接触子４６Ａ
、４６Ｂとより構成されている。

この引出装置を弾性接触子４６Ａ。４６Ｂの方より引出
孔４０．２２を通して差込み、絶縁体２８の薄肉部４７
に導びかれた電極３１Ａ。

３１Ｂに弾性接触子４６Ａ、４６Ｂを接触させ、電極３
１Ａ、３１Ｂを外部に導ひき、金属円筒４３を外筒３８
に溶接によって取付は引出孔４０を閉鎖している。

ダイヤフラム台２３と圧力測定用ダイヤフラム２６とに
よって形成された空間４８は基準圧力、例えば真空また
は一気圧または基準となる圧力に保持されている。

そして、空間４８を除いて、外筒３８とシールダイヤフ
ラム４１とによる密閉区画内に絶縁液が満たされている
。

ざらに内筒２１とダイヤフラム台２３と圧力測定用ダイ
ヤフラム２６と絶縁体２８と基準電極板３３とはそれぞ
れ等しいか、またははゾ等しい熱膨張係数の材料で構成
されており、シールダイヤフラム４１の弾性硬さが圧力
測定用ダイヤフラム２６に比較して数１０倍ないし数１
００倍の柔かさとなるように底形されている。

以上述べた静電容量式圧力測定装置のシールダイヤフラ
ム４１側の端面に、凹部４９と貫通孔５０を持つ接続板
５１を端面で接しさせ、他側の端面に押え板５２を当て
、ボルト５３およびナツト５４で締付けて取付け、貫通
孔５０より測定圧力を印加する。

この測定圧力はシールダイヤフラム４１によっても絶縁
液に伝えられ、貫通孔３５゜３０を経て圧力測定用ダイ
ヤフラム２６の左側に達し、この測定圧力と空間４８内
の基準圧力とＣ差によって圧力測定用ダイヤフラム２６
が変形する。

このために圧力測定用ダイヤフラム２６と電極３１Ａと
の静電容量が変化すもこの静電容量を基準電極板３３と
電極３１Ｂとの間の一定の静電容量と比較して、その変
化量を測定する。

これによって被測定圧力を知ることができる。

しかして、このような本発明によれば、次のような効果
（：Ｉ）、（１０が奏される。

〔■〕有底円筒状外筒３８内に検出部を収納したことに
よる効果 本発明においては、第３図に示した検出部は、外筒３８
内にフリーの状態で収納されている。

従って、外筒３８がボルトの締付けにより軸方向に収縮
しても、この収縮は検出部に伝わらない。

それゆえ、検出部においては、圧力測定用ダイヤフラム
２６と電極３１Ａとの距離、および、基準電極板３３と
電極３１Ｂとの距離は変化せず、よって圧力測定に誤差
を生じることがない。

叩検出部において、電極３１Ａ、３１Ｂを有する絶縁体
２８を挾んで、ダイヤフラム台２３と基準電極板３３と
を内筒２１に固着したことによる効果 本発明においては、外筒３８内に収納された検出部にお
いて、電極３１Ａ、３１Ｂを有する絶縁体２８を挾んで
、ダイヤフラム台２３と基準電極板３３とは内筒２１に
固着されている。

それゆえ、この内筒２１の存在により、内筒２１、ダイ
ヤフラム台２３および基準電極板３３が一体化されるの
で、電極３１Ａと圧力測定用ダイヤフラム２６との距離
、および、電極３１Ｂと基準電極３３との距離は固定化
される。

それゆえ、検出部はボルト５４の締付けによる外筒３８
の軸方向収縮の影響を受けない。

たとえば、第２図において、内筒２１を省略した場合に
は、ダイヤフラム台２３、絶縁体２８および基準電極板
３３は外筒３８の内部において移動可能となるので、電
極３１Ａとダイヤフラム２６との距離および電極３１Ｂ
と基準電極板３３との距離はそれぞれ変動し、従って正
確な圧力測定ができなくなる。

なお、本発明の実施態様によれば、シールダイヤフラム
の弾性硬さが充分に柔かいように成形されているので、
温度変化による絶縁液の膨張収縮に充分に追従できるの
で、圧力測定用ダイヤフラムを変形させたり、トリチェ
リの真空を発生させたりすることはない。

また内部とダイヤフラム台と圧力測定用ダイヤフラムと
絶縁体と基準電極板とをそれぞれ等しいか、またははゾ
等しい熱膨張係数の材料で構成すると検出部には温度変
化によって内部応力が生ぜず、圧力測定用ダイヤフラム
を半径方向に引張る力が変化しない。

特に本発明の一実施例においては、内筒２１、ダイヤフ
ラム台２３、圧力測定ダイヤフラム２６および基準電極
板３３は同一の金属たとえば商品名ニッケルースパン−
〇によって成形され、はぼ（８，０±０．４）ＸＩＯ／
’Ｃの熱膨張係数を有している。

一方、絶縁体２８はたとえばフォルステライトによって
成形され、はぼ（８，０±０．３）ＸＩＯ／’Ｃの熱膨
張係数を有している。

従って、本発明の一実施例においては、検出部全体の熱
膨張係数をほぼ（８，０±０．０５）ＸＩＯ／’Ｃに設
定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力測定装置の縦断面図、第２図はこの
発明の一実施例の縦断面図、第３図は第２図における検
出部の部品の縦断面図である。 ２１：内筒、２３：ダイヤフラム台、２６：圧力測定用
ダイヤフラム、２８：絶縁体、３１Ａ。 ３１Ｂ：電極、３３：基準電極板、３８：外筒、３９：
底、４１：シールダイヤフラム、４８：空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の内筒２１と、この内筒の一端側に固着され
   た円板状ダイヤフラム台２３と、このダイヤフラム台の
   内筒側端面に固着された圧力測定用ダイヤフラム２６と
   、両端面にそれぞれ電極３１Ａ３１Ｂが設けられてかつ
   前記両端面を連通ずる貫。 通孔を有し、一端面の電極３１Ａが前記圧力測定用ダイ
   ヤフラムと一定の間隔を保って対向するように前記内筒
   内に挿入された円板状絶縁体２８とこの絶縁体の他端面
   に設けられた電極３１Ｂと一定の間隔を保って対向する
   ように、前記内筒の他端側に固着された基準電極板３３
   とを有する検出部と； 一端側に底部３９を有し、内部に前記検出部がそのダイ
   ヤフラム台を底側にして収納された有底円筒状の外筒３
   ８と； この外筒の他端側を閉鎖し、測定圧力が印加されるシー
   ルダイヤフラム４１と； を備え、前記ダイヤフラム台と圧力測定用ダイヤフラム
   とによって形成された空間を基準圧力に保持し、この空
   間を除いて、前記外筒とシールダイヤフラムとによって
   形成された密閉区画内に絶縁液を封入したことを特徴と
   する静電容量式圧力測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の測定装置において、内
   筒とダイヤフラム台と圧力測定用ダイヤフラムと絶縁体
   と基準電極板とをそれぞれ等しいか、またははゾ等しい
   熱膨張係数の材料で構成したことを特徴とする静電容量
   式圧力測定装置。 ３ 特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の測定装
   置において、シールダイヤフラムの弾性硬さを圧力測定
   用ダイヤフラムに比較して数１０倍ないし数１００倍の
   柔かさとなるように成形したことを特徴とする静電容量
   式圧力測定装置。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの項
   に記載の測定装置において、基準圧力を真空としたこと
   を特徴とする静電容量式圧力測定装置。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの項
   に記載の測定装置において、基準圧力を１気圧としたこ
   とを特徴とする静電容量式圧力測定装置。