JPS5838737B2

JPS5838737B2 - 静電容量式圧力測定装置

Info

Publication number: JPS5838737B2
Application number: JP16550578A
Authority: JP
Inventors: 毅安原; 満玉井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1983-08-25
Also published as: JPS5590835A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、圧力もしくは２つの圧力の差（差圧）を静電
容量式に測定するようにした圧力測定装置に関する。

第１図は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の内面に円板状絶縁体２
がロー付は等により取付けられている。

絶縁体２の両端面は球欠状凹面３Ａ、３Ｂに形成さ札こ
れら凹面鮎。

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アフラム９Ａ
、９Ｂが容量により液密に取付けられている。

外筒１および圧力測定用ダイアフラム９Ａ、９Ｂによっ
て密閉された空間には絶縁液（例へばシリコンオイル）
が満たされている。

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

電極４Ａ、４Ｂと圧力測定用ダイアフラム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。

以上述べた圧力測定装置の両端面の圧力測定用ダイアフ
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と圧力測定用ダイアフラム９Ｂとで形成
される空間を基準圧力に保持し、貫通孔１１Ａ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アフラムは凹に、弱い圧力
側の圧力測定用ダイア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。

ところで、このような圧力測定装置においては、一般に
ハウジング１はステンレス鋼で、圧力測定用ダイアフラ
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、圧力測定用ダイアフラ
ム９Ａ、９Ｂの周縁部とそれを取付けている外筒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アフラムを半径方向に引張る
力が変化し、圧力の測定に誤差を生じるという欠点があ
った。

また、圧力測定用ダイアフラム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外筒１は軸方向に収
縮し、従って電極４Ａ、４Ｂと圧力測定用ダイアフラム
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。

このような欠点を除去するために、本件出願人は、基本
的には、一端側に底部を有する外筒と：円板状ダイアフ
ラム台と、このダイアフラム台に固着された圧力測定用
ダイアフラムと、両端面にそれぞれ電極が設けられてか
つ前記両端面を連通させる貫通孔を有し、一端面の電極
が前記圧力測定用ダイアフラムと一定の間隔を保って対
向配置された絶縁体と、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配置され、貫通孔を有
する基準電極板とを有し、前記外筒内に、前記ダイヤフ
ラム台を底側にして収納された検出部と；前記外筒の他
端側を閉鎖し、測定圧力が印加されるシールダイアフラ
ムと；を備え、前記外筒とシールダイアフラムとによっ
て形成された区画内に、前記測定圧力を前記圧力測定用
ダイアフラムに伝達するための絶縁液を封入するように
した静電容量式圧力測定装置を開発し、提案した（特願
昭５３−１１１４６５．５３−１１１４６６゜５３−１
１１４６７５３−１３５６２６５３１３５６２
７５３−１３５６２８５３−１３５６２９．５
３−１３５６３０）。

第２図はこのような静電容量式圧力測定装置の一例を示
すものである。

すなわち、この圧力測定装置は、一端部に底が設けられ
、この底に貫通孔が設けられた有底円筒形の外筒３０と
；貫通孔３１０を有し、外筒３０内に収納されたダイア
フラム台３１と；このダイアフラム台３１の貫通孔３１
０と外筒３０の底に設けられた貫通孔とに結合された小
径のパイプ３６と；ダイアフラム台３１に外縁部で溶接
により取付けられた円板状の圧力測定用ダイアフラム３
５と；両端面に金属箔電極６１．６２が設けられ、また
その両端面を連通ずる貫通孔が設けられ、外径が外筒３
０の内径より少し小さく形成された円板状絶縁体３２と
；両端面を連通ずる貫通孔３３０が設けられ、絶縁体３
２に向く側面側に突出部が設けられ、外径が外筒３０の
内径より少し小さく形成された円板状基準電極板３３と
；外筒３０の内径より小さい外径の皿ばね５５と；波形
受面が一方の端面に形成さへこの端面と他方の端面とを
連通ずる貫通孔５６０が設けられた円板状受板５６とこ
の波形受面に周縁部で溶接により取付けられたシールダ
イアフラム３４とによるシールダイアフラム装置と；に
よって構成されている。

外筒３０〜とダイアフラム台３１と圧力測定用ダイアフ
ラム３５およびシールダイアフラム装置によって密閉さ
れた区画内に絶縁液が満されている。

なお、４０．４２はカバーであり、４３，４４はボルト
である。

以上のごとく構成されたこの圧力測定装置に左右より異
なる圧力が付加されると、すなわちカバー４０の圧力導
入孔４００を介してシールダイアフラム第１の圧力Ｐ１
を作用させ、かつカバー４２の圧力導入孔（図示せず）
およびパイプ３６を介して第２の圧力Ｐ２を作用させる
と、右＠ゆ圧力Ｐ１はシールダイアフラム３４によって
絶縁液に伝えられ、貫通孔５６０．３３０等を経て圧力
測定用ダイアフラム３５の右側に達し、左側の圧力Ｐ２
は小径のパイプ３６と貫通孔３１０とを経て圧力測定用
ダイアフラム３５の左側に達し、左右の圧圧の差△Ｐ
（＝Ｐ１〜Ｐ２）によって圧力測定用ダイアフラム
３５が変形する。

このために圧力測定用ダイアフラム３５と電極６１との
静電容量が変化する。

この静電容量を、基準電極板３３と電極６２との一定の
静電容量と比較してその変化量を測定して、これによっ
て左右の圧力差を知ることできる。

このような圧力測定装置においては、外筒３０と圧力測
定用ダイヤフラム３５とが異なった材料で製作されても
、外筒３０と圧力測定用ダイアフラム３５とは独立的に
設けられるので、円囲温度変化により外筒３０が半径方
向に膨張収縮してもその影響は圧力測定用ダイアフラム
３５に伝わらない。

なお、第２図の例では、外筒３０とダイアフラム台２９
との熱膨張差はパイプ３６の伸長および収縮によって吸
収される。

また、同様に、ボルト４３，４４で外筒３０を締付けて
、それなよって外筒３０が軸方向に収縮しても、前述の
如く、外筒３０と圧力測定用ダイヤフラム３５とは独立
的に設けられるので、検出部は外筒３０の軸方向収縮の
影響を受けない。

このように、外筒３０内に検出部を収納するという構成
は、種々の面で利点を有するものである。

ところが、ここで、新たな問題が派生した。

すなわち、外筒３０内に収納された検出部からどのよう
な形で静電容量をその外部に取出すかである。

まず、初めに、簡単な方法として、容量取出手段として
リード線を用い、このリード線を第１図に示すように絶
縁体３２内に埋込んで電極６１゜６２に接続する方法が
考えられる。

しかしながら、この方法では、リード線を接続した絶縁
体３２を外筒３０内に嵌め込むとき、そのリード線が邪
魔になり、作業が困難である。

しかも、絶縁体３２の内部にリード線を埋込んで電極６
１，６２までそれぞれ案内することは、製作上非常に困
難である。

次に、特開昭５１−７０６８５号公特に示されている如
く、リード線を絶縁体３２の外から電極６１．６２に半
田接着する方法が考えられる。

この方法では、リード線を絶縁体３２内に埋込むという
製作上の煩られしさは改善されるが、リード線が接続さ
れた絶縁体３２を外筒３０内に嵌め込まなければならず
、従ってその際の作業困難性は相変わらず残る。

また、リード線は、外筒３０の周壁に貫通孔を明けてこ
の貫通孔に設けられたハーメチックシール部を介して外
部に導出されることになるが、電極６１．６２とそのハ
ーメチックシール部との間のリード線は封入された絶縁
液中に置かれることになる。

ところが、上述の如く、この絶縁液は測定圧力を圧力測
定用ダイヤフラムに伝達するために流動する。

それゆえ、絶縁液の流動に応じて、絶縁液中に存在する
リード線部分が動き、そのために、このリード線部とア
ースとの間の浮遊容量が変化し、静電容量測定上非常に
好ましくない。

従って、リード線を用いる方法はいずれにしても種々の
難点が有り、実用に供せないものである。

本発明は、このような点に鑑みてなされ、第２図に示さ
れたように、外筒内に検出部を収納することの利点を活
かしつつ、組立作業を容易なうことができ、上述の如き
欠点がないような静電容量式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、一端側に底部を有
し、周壁に貫通孔が設けられた外筒と；円板状ダイヤフ
ラム台と、このダイヤフラム台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てか
つ前記両端面を連通させる貫通孔を有し、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
向配置された絶縁体と、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配置され、貫通孔を有
する基準電極板とを有し、前記外筒内に、この外筒の貫
通孔と前記絶縁体とが対向するように、前記ダイヤフラ
ム台を底側にして収納された検出部と；前記外筒の他端
面を閉鎖し、測定圧力が印加されるシールダイヤフラム
と；２つのり−ドピンを有し前記外筒の貫通孔に気密固
定されたハーメチックシール部と、前記２つのリードピ
ンにそれぞれ固定され前記絶縁体の両端面に設けられた
両電極にそれぞれ弾性接触する２つの接触片とから成る
容量取出手段と；を備え、前記外筒とシールダイヤフラ
ムとによって形成された区画内に、前記測定圧力を前記
圧力測定用ダイヤフラムに伝達するための絶縁液を封入
することによって達成される。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第３図は本発明の一実施例の概略構成図である。

この圧力測定装置は、側部に取出手段３７用の貫通孔３
００が設けられ、一端部に底が設けられ、この底に貫通
孔が設けられた有底円筒形の外筒３０と；貫通孔３１０
を有し、外筒３０内に収納されたダイヤフラム台３１と
；このダイヤフラム台３１の貫通孔３１０と外筒３０の
底に設けられた貫通孔とに結合された小径のパイプ３６
と；ダイヤフラム台３１に外縁部で溶接により取付けら
れた円板状の圧力測定用ダイヤフラム３５と；両端面に
金属箔電極６１．６２が設けられ、またその両端面を連
通ずる貫通孔が設けられ、外径が外筒３０の内径より少
し小さく形成された円板状絶縁体３２と；両端面を連通
ずる貫通孔３３０が設けられ、絶縁体３２に向く側面側
に突出部が設けらへ外径が外筒３０の内径より少し小さ
く形成された円板状基準電極板３３と；外筒３０の内径
より小さい外径の皿ばね５５と；波形受面が一方の端面
に形成され、この端面と他方の端面とを連通ずる貫通孔
５６０が設けられた円板状受板４９とこの波形受面に同
縁部で溶接により取付けられたシールダイアフラム３４
とよりなるシールダイアフラム装置と；によって構成さ
れている。

外筒３０とダイアフラム台３１と圧力測定用ダイアフラ
ム３５およびシールダイアフラム装置によって密閉され
た区画内に絶縁液が満されている。

このように構成された圧力測定装置は、第２図に示した
装置と同様にして圧力を測定することができる。

ところで、容量取出手段３７は、２つのリードピンを有
するハーメチックシール素子５０と、これらのリードピ
ンに溶接により固定され、電極６１．６２に弾性接触し
ている２つの接触片５１゜５２とから構成されている。

ハーメチックシール素子５０は、第６図に示すように、
２つの貫通孔５０４．５０５を有する金属円筒５０３と
、この貫通孔５０４，５０５内にそれぞれ挿通させられ
ている２つのリードピン５０１，５０２と、金属円筒５
０３の貫通孔５０４．５０５内にそれぞれ注入され、リ
ードピン５０１．５０２を金属円筒５０３に固定する樹
脂５０６，５０７とから構成されている。

一方、接触片５１．５２は同一形状に形成されて、互い
に対称的にハーメチックシール素子５０のリードピン５
０１．５０２に溶接により固定されている。

第４図および第５図に接触片５２が示しである。

これらの図から判るように、接触片５２は、湾部５２０
．５２１およびスリット５２７，５２８がそれぞれ形成
されている基部５２３．５２４と、基部５２４に設けら
れた接触部５２５から戒り、一枚の金属片がプレス成型
されたものである。

基部５２３，５２４は折曲げ部５２６で折曲げられ合
せられる。

そうすると、基部５２３，５２４間には、湾部５２０，
５２１によって空洞部５２９が形成される。

このようにして形成された接触片５２の空洞５２９内に
ハーメチックシール素子５０のリードピン５２を挿入し
、、その個所で両者を溶接によって結合する。

接触片５１は、接触片５１と同様に成形され、かつ同様
にハーメチックシール素子５０のリードピン５０１に溶
接により結合される。

一方、接触片５１゜５２と弾性接触させられる電極６１
．６２を有する絶縁体３２は、第７図に示すように、円
注体をしており、周面の一部に凹部３２０が形成されて
いる。

金属箔電極６１．６２は絶縁体３２の両面に形成され、
その凹部３２０内にまで延びている。

なお、３２１は絶縁体３２に設けられた貫通孔である。

しかして、容量取出手段３７は、次のようにして、外筒
３０に結合される。

まず、パイプ３６、ダイヤフラム台３１およびダイヤフ
ラム３５から成るユニットを、そのパイプ３６によって
外筒３０の底の貫通孔に溶接接合する。

その後、絶縁体３２を、その凹部３２０が外筒３０の貫
通孔３００に向くように、外筒３０内に挿入する。

さらに、基準電極板３３および皿ばね５５を外筒３０内
に挿入し、シールダイアフラム装置をこの外筒に溶接接
合する。

その後、外筒３０の貫通孔３００内に容量取出手段３７
を挿入し、接触片５１、５２が絶縁体３２の凹部３２
０を挟持して電極６１゜６２に弾性接触するようにする
っその後、ハーメチックシール素子５０をその外筒に溶
接接合する。

さらにその後、容量取出手段３７のリードピン５０１．
５０２を、電気回路が設けられているプ２）ント板３８
に接続する。

このプリント板３８は図示していない指示計等にリード
線３９を介して接続されている。

なお、４１はプリント板３８を収容しているケースであ
る。

外筒３０内には図示していない手段により絶縁油が封入
される。

第８図は本発明の池の実施例の要部の概略構成図である
。

この実施例と第３図の実施例の要部との違いのみを説明
する。

と、ダイヤフラム台３１と基準電極板３３とは内筒７０
によって溶接接合されており、従ってパイプ３６、ダイ
ヤフラム３１ダイヤフラム３５、絶縁体３２、基準電極
板３３および内筒７０により１つのユニットが構成され
ている。

このように構成し、しかもダイヤフラム台３１、内筒７
０および基準電極板３３を同一の金属によって成形する
と、温度変化に対して良好な熱膨張特性が得られる。

この圧力測定装置においても、容量取出手段３７は第３
図の例と同じようにして外筒３０に結合され、絶縁体３
２の両面に形成された電極と弾性接触させられる。

なお、容量取出手段３７において、接触片の形状は、第
５図に示した例のほかに、第９図に示す例を採用しても
よい。

以上に説明したように、本発明においては、次のような
利点を有する。

（１）外筒３０内に検出部を収納するようにしたので、
ポルｔ−４３，４４の締付けによって外筒３０が軸方向
に収縮させられても、この影響は検出部に与えられない
。

（２）同様に、外筒３０内に検出部を収納するようにし
たので、外筒３０と検出部の圧力測定用ダイヤフラムと
が異なった材料によって成形されている場合に、周囲温
度変化によって外筒３０が半径方向に膨張収縮してもそ
の影響は検出部に現われない。

（３）検出部の静電容量取出は、電極６１．６２に弾性
接触する２つの弾性接触片５１．５２によって行なわれ
るので、絶縁体３２にリード線を取付ける必要がなく、
それゆえ、外筒３０内への絶縁体３２の収納作業が簡単
になる。

また、絶縁体３２内にリード線を埋込む必要がないので
、絶縁体３２の製作が容易になる。

（４）同様に検出部の静電容量取出は電極６Ｌ６２に弾
性接触する２つの弾性接触片５１．５２によって行なわ
れるので、封入された絶縁液が流動しても、弾性接触片
５１．５２は動かず、従って弾性接触片５１，５２とア
ースとの間の浮遊容量は変化せず、よって高精度な測定
が可態となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力測定装置の概略図、第２図は本発明
の詳細な説明するための概略図、第３図は本発明の一実
施例の概略構成図、第４図は本発明の一実施例における
接触片の展開拡大図で、Ａはその平面図、Ｂはその■−
■断面図、第５図は同様に本発明の一実施例における接
触片を示し、Ａはその側面図、Ｂはその一部断面正面図
、第６図は本発明の一実施例におけるハーメチックシー
ル素子の断面図、第７図は本発明の一実施例における絶
縁体を示し、Ａはその平面図、Ｂはその■■断面図、第
８図は本発明の池の実施例の概略構成図、第９図は本発
明における接触片の池の実施例の一部断面正面図である
。３０・・・・・・外筒、３２・・・・・・絶縁体、３３
・・・・・・基準電極板、３５・・・・・・測定用ダイ
ヤフラム、３７・・・・・・容量取出手段、５０・・・
・・・ハーメチックシール素子、５１．５２・・・・・
・接触片、６１，６２・・・・・・金属箔電極、５０１
、５０２−−−−−−リードピン。

Claims

【特許請求の範囲】１一端側に底部を有し、固壁に貫通孔３００が設けられ
た外筒３０と；円板状ダイヤフラム台３１と、このダイヤフラム台に固
着された圧力測定用ダイヤフラム３５と、両端面にそれ
ぞれ電極６１．６２が設けられてかつ前記両端面を連通
される貫通孔を有し、一端面の電極６１が前記圧力測定
用ダイヤプラムと一定の間隔を保って対向配置された絶
縁体３２と、この絶縁体の他端面に設けられた電極６２
と一定の間隔を保って対向配置され、貫通孔を有する基
準電極板３３とを有し、前記外筒３０内に、この外筒の
貫通孔と前記絶縁体３２とが対向するように、前記ダイ
ヤフラム台を底側にして収納された検出部と；前記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３４と；２つのリードピン５０１．５０２を有し、前記外筒の貫
通孔３００に気密固定されたハーメチックシール部５０
と、前記２つのリードピンにそれぞれ固定され前記絶縁
体の両端面に設けられた両電極にそれぞれ弾性接触する
２つの接触片（５１゜５２）とから成る容量取出手段３
７と；を備え、前記外筒とシールダイヤフラムとによって形成
された区画内に、前記測定圧力を前記圧力測定用ダイヤ
フラムに伝達するための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。