JPS58501093A - 高精度差圧式容量形変換器とその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高精度差圧式容量形変換器とその製法 発明の背景 本発明は、圧力変換器に関するものであり、さらに詳しくいえば、差圧式容量形 変換器およびそれを製作する方法に関し、この変換器は、低価格であるにも拘ら ず非常に小さな圧力差を極めて正確に測定して、関連の電子回路と協力して、非 常に曲線性のよい出力信号ケ力えることができる。

差圧式容量形変換器は、一般に、１対の支持部材または基準板の間にしつかり取 付けた周辺マージンを有する円板形検知ダイアフラムを備えている。ダイアフラ ノ・に対向する各基準板の表面には、流体空胴の形を定めるくぼみかある。基準 板のくぼんだ表面には、金属ダイアフラム表面と協力して１対の可変コンデンサ の電極を形成する導電性被膜が施しである。ダイアフラムの両側にか＼る流体の 圧力の差によってダイアクラムがたわみ、そのたわみの大きさがダイアフラムの 両面の差圧の関数になっている。ついで、たわみが二つの相変コンデンサの容量 の変化によって表イつされ。

その容量が変換器の出力信号を出す適当な電子回路によって差動的に測定される 。

上述の種類の差圧式容量形変換器で、流体キャビティを形成するくぼみが凹形輪 郭をもっているものが周知である。その種の変換器の例が次の米国特許に開示さ れている。

第２．６６７．７８６号　スポールディング（Ｓｐａｕｌｄ、ｊ、ｎｇ）第２． ９９９．５８５号　ウルフ（Ｗｏｌｆｅ）第２．９９９，５８６号　ウルツ 第う、２５２，１１４号　フエラン（Ｆｅｒｒａｎ）第５．５５７，６２１号　 フエラン 第う、６ｉｌｌ！、５９０号　フリフク（Ｆｒｉｃｋ）第う、８ｏｏ、４１５号 　フリンジ ングが教示しているように、凹形固定表面（例えば平底表面に向い合った）を用 いる一つの利点は、ダイアフラムの表面と基準表面との間の平均間隔が可成り小 さくなっているので５大きな感度が得られることである。米国特許第？、９９９ ．３　ｇ　５号（ウルフ）に開示されているような凹形輪郭のもう一つの利点は 、たわんだダイアフラムの湾曲に合せて、それによって、過圧状態のときダイア フラムが一様に底に達することができる支持面として働くように成形できること である。

このような輪郭ケもった表面の利点があるにも拘らず、従来の装置は、いくつか の欠点を示している。主な欠点は、空胴を形成するのに基厚板（普通、カラス捷 たはセラミックのような絶縁材料でてさている）を所望の輪郭に研磨しなければ ならないことである。検知ダイアフラムの自然たわみ曲線は、複雑な関数なので 、必要な精度で所望の形を作ることは、費用のか＼る機械加工操作を取入れるこ とになる。従うて、従来の変換器の製作においては、妥協がはかられる。すなわ ち、簡単にした輪郭でがまんすることで加工費をいくらか下げるのである。従っ て、米国特許第３．６１＆５９０号は、ガラスを研磨して球面を作るのを開示し ている。

米国特許第３．５５７．−６２１号では、“円錐形°表面を勧めている。しかし 、単純にはなったものの、これらの外形は、せいぜいダイアフラムの自然たわみ 曲線に近似させているに過ぎない。その結果、過圧状態の間ダイアフラムが空胴 表面を均一に押しつけないので、ダイアフラムの疲労と破損の可能性を大きくし 、かつ変換器の出力の直線性を減することになる。

従って、本発明の一つの目的は、ダイアフラムに隣接した流体空胴を非常に簡単 で安価なやり方でダイアフラムの自然たわみ曲線に精密に形作られる差圧式容量 形質換器を作る方法を提供することである。

既存の装置のもう一つの欠点は、検知ダイアフラムのどの部分が底についても直 ちに、変換器のその側にあるコンデンサの電極が短絡され誤った出力信号を生ず ることである。

従って１本発明のもう一つの目的は、検知ダイアフラムが過圧状態の間コンデン サ電極を短絡させずに基準板の同形の表面に底をつけることができる容量形圧力 変換器′ｌｒ提供することである。

前にあげたフリックの米国特許によって例示されている先行技術はまた、検知ダ イアプラムを差圧を測定すべき流体から隔離する追加のダイアフラムを用いるこ と全開示している。それらの流体は、検知ダイアプラムのどちらか一方の側にあ る隔離ダイアフラムによって仕切られた空間を完全に満す、普通は不活性油の形 になっている液体を介して検知ダイアプラムに接続されている。隔離ダイアフラ ムは１曲げ易くするように波形にされて、フリックの米国特許によって示されて いるように、基準板の外表面は、隔離ダイアフラムを前記外表面の非常に近くに 配設して、油の容積を減らし、それによって温度変化の効果をできるだけ小さく できるように波形のひだと同じ形になるように対応して成形される。隔離ダイア フラムと基準板と金それらの間の接触を避けながら望むように近接させるために は、高精度の加工技術を用いて基準板の外表面の形を波形ダイアフラムの形に一 致させるので、やはシ製作コストが可成り増える。

従って本発明のもう一つの目的は、基準板と隔離ダイアフラムの表面形状が精密 に整合することを確保しながら基準板と隔離ダイアフラムを作る簡単で低コスト の方法を提供干ることである。

発明の要約 本発明による容量形圧力変換器は、検知ダイアフラムが移動する基準となる基準 板上の電極より好都合な電気的性質および耐荷重性質を有する材料のフィルムま たは層を含む組合せを特徴とする。その層は、普通。

誘電体の性質を有し、ダイアフラムのためのたわみ制御障壁となり１等価な流体 入り空間より著しく高い容量を与えることによって直線性を著しく高める高圧縮 強度の材料でおる。この組合せは、特に、薄いセラミック検知ダイアフラムと小 さな電極間間隔を有し高圧力用途に用いる小差動変換器に適する。

本発明の一つの面によれば、平坦な表面を有する電気絶縁材料からなる基準板と 、前記平坦な表面上に付着した固定電極と、前記平坦な表面とその上の電極とを 覆うガラスなどの電気絶縁材料の比較的薄い層とを備えた容量形圧力変換器が提 供される。この変換器は。

さらに、前記ガラス層と向い合う関係にあって、それから離れている有効な、電 極支持部分を有する検知ダイアフラムを備え、前記基準板電極と前記検知ダイア フラム電極とが可変コンデンサの導電要素を形成するように配設されている。ガ ラス層が介在することを特徴とするこの構成は、過圧力状態の間固定電極と可動 電極との間に電気的接触が起らないようにする利Ａ’にもっている。

本発明の他の特定の面によれば、ガラス層は、中央のくぼみまたは凹面を有し、 検知ダイアフラムの有効な、電極支持部分は、前記凹面に掛は渡しである。凹面 の輪郭は、ダイアフラムの有効部分の自然たわみ曲線に合っていて、ダイアフラ ムがくぼみ表面の全体に沿って底をつけ、それによってダイヤプラムの疲労と破 損の起る。可能性をできるだけ小さくするようになっている。さらに、薄いガラ ス層は、１より著しく大きい誘電率を有し、計器の容量が土に検知ダイアフラム の電極支持面と凹面の表面との間のすきまによって決まるようになっている。そ の結果、変換器の直線性を著しく高めることができる。

装置の中の油または別の圧力空胴流体より著しく高い誘電率をもった。ガラスな どの適当な高圧縮強度め誘電体を選定できる。電極間の間隔が非常に小さい（例 えば約０．５　＋ｗより小さい）ことが必要な場合、変形していないダイアフラ ムをもった装置の容量は、なお、これまでより著しく大きい、例えばう０ピコフ アランρよシ大きい値にすることができる。成形した誘電体と流体入り空間は、 ダイアフラムが湾曲して誘電体に接するまで直線的に変る複合容量を作る。

本発明のもう一つの面は、ガラス層を付着させてその中に輪郭付はケした表面を 形成する簡単で安価な厚膜スクリーン印刷法に関している。本発明のこの部分の 一つの特定な例によれば、一連の同心環がスクリーンの一方の表面に形成され、 ６環のスクリーンの表面から土の高さは、一様になっている。しかし、異なる環 の高さは、空胴のＦ９＋望の輪郭に従って変る。環は、スクリーンに塗布した一 連の感光乳剤層で形成してもよい。この層は、最終輪郭によって決まる所定の厚 さを有するが、環の像をつけたフィルムポジを透過する光によって選択的に硬化 させることができる。スクリーンと環からなる組立体を１次に、基Ｓｔｔの平坦 な表面の上に環の方を下にして置く。その次に、外力に従順に従う性質があるの で、すべての環の縁を前記の平坦な表面に係合できるようにする液体ガラス混合 物をスクリーンを通して押込む。スクリーン組立体を取除くと輪郭付けされたく ぼみが中に形成されてガラス層が残る。

本発明のなおもう一つの面は、隔離ダイアフラムに環状波形全形成する簡単で低 コストの方法に関係する。

まず、アルミナなどのセラミック材料を型に押し込んで基準板ブランク（半加工 品）を形成する。このブランクには外側表面があって、その中に大体正弦波形の 断面をもった一連の同心円形溝がパンチを前記表面に押し当てて形成される。基 準板を焼成した後に、前記外側表面の周辺付近に金属化環全付着させ、その金属 化環にステンレススチールなとの平らな円板形金属板を接着する。次に、十分な 大きさの油圧を板状金属円板の外側表面に加えて、その板を円板の溝に押しつけ て、波形を形成する。

図面の簡単な説明 本発明は、以下の添付図面と関連して行なう以下の説明を参照すると、よりよく 理解できる。

第１図は、本発明の一つの特定な実施例による差圧式容量形変換器却立体の側断 面図であり、第２図は、第１図の組立体の変換器形成部の分解斜視図であり、 第う図は、隔離ダイアフラムと基準板との詳細を示す第１図の側面図の一部であ り、該部分は構造の特定な細部を示すために非常に拡大したものであり。

第４図は、前記基準板に精密に輪郭付けしだ方ラス層を付着させる多層スクリー ン組立体の側断面図であり。

第５図は、第４図に示したスクリーン組立体の平面図であり。

第６図は、前記基準板に前記輪郭付けしたガラス層全付着させる代りのスクリー ン印刷組立体のや＼略図的側断面図であり、 第７図は、第６図○組立体を平面７−７に沿って見た断面正面図であり。

第８図は５本発明の特徴を含む差圧式容量形変換器のブロック図である。

好ましい実施例の説明 さて、図面に移ると、特に第１図ないし第う図には。

工業用途に特に適する本発明の典型的な形に従って差圧式容量形変換器組立体と その詳細部が示されている。

これらの図面は、一定の縮尺ではなく、変換器のある部分の寸法は、明瞭にする ために非常に誇張しである。

図示の実施例は、円形溶接部１６によって一つに固着された外側環状部分１２と 内側環状部分１４を備えたハウジング１０を含んでいる。ハウジングの環状部分 １２および１１Ｉは、差圧の測定される流体を通す中央穴１８および２０の形を 定める内方に突出したフランジ１５および１７全それぞれ備えている。ハウジン グの環状部分１２はまた。電気導線を収容する通路２２を備えている。

・・ウジング１０は、溶接部う４によってフランジ１うに付けた環３２と熱ひず み軽減材料３７を満たした溝形部分を有する環状スペーサ３６との間にしつかり 締めつけられた大体円筒形の差圧式容量形変換器５０を囲んでいる。スペーサう ６は、フランジ１７によって支えられ、溶接部５８でフランジに付けられている 。

変換器３０は、１対の対向した円筒形基檗板１１２と１対の円板形隔離ダイアフ ラムイイとの間に挾１れた円板形検矧ダイアフラムｉ＋ｏからなっている。検知 ダイアフラムｌＩＯは、アルミナなどのプレスされたセラミック材料で成形され ており、対向した比較的平らな表面５０．１対の基準板１．１２の間に固定して 保持された環状周辺領域５２および加わった圧力に応じてたわみ得る中央の活性 部分５１１’を備えている。前記活性部分５１１に薄い電導性被膜５６が付けで ある。これらの被膜は、変換器の両側の差圧を測定するのに用いる１対の可変コ ンデンサの可動電極を形成する。各電極５６は、円形で、検知ダイアフラムの周 辺近くの点捷で半径方向に延びている電気リードとして働く突起５８全備えてい る。電極５６は、多数の周知の付着技術のどれによって付けてもよい。

対向基準板ヰ２は同一であシ、シかるべき形に成形して焼成したアルミナなどの 成形］能な材料で主にできている。各基準板には、薄い円形導電被膜６４を付着 させた平坦な内側表面６２がおる。被膜６）ｊは前記１対の可変コンデンサの固 定電極全形成する。各固定電極６１４は、基準板の周辺に隣接する点まで半径方 向に伸びた導電リード６６をもっている。各基準板の平坦な表面６２と電極６１ ｊは、例えば、検知ダイアフラム１１Ｏの自然たわみ曲線と同じ形のような精密 な所定の形を有するくぼみまたは凹面７０のある薄いガラス層６８によって覆わ れている。ダイアフラムの活性部分５１１は、くぼみ７０に掛は渡しである。ガ ラス層６８には、その層を付着させるのに用いられる方法（後で説明する）の結 果として生ずる一連の環状スロット？２ａ〜７２ｅがある。ガラス層６８には寸 だ、基準板およびダイアフラムについている固定電極と可動電極のり一部５８と ６６の外側端と位［にの合った１対のふち切欠き７１１．７６がある。切欠き７ ４．７６は。

電極リードに接続された電気導体７ｇの通路として働く。各基準板＋１２にはま た。ガラス層を含めた基準板全体の厚さ方向を通って伸びている中央の軸方向を 向いた通路８０ならびに基準板の周辺に沿って配設され。

かつ基準板のセラミック部分を通して伸びている軸方向を向いた通路８２がある 。ガラス層６８に形成された半径方向のスロソ）ｌｌｔｌｌが通路８２と空胴了 ０との間を連絡している。通路８２に挿入された小さなステンレススチールの管 ８６が基準板から突出ている。

各基準板７２はさらに、基準板の周辺に沿って配設された薄い金属被膜または金 属化環９２を有する外表面９０をもっている。環９２の厚さは普通約ｏ、　ｏ　 ｏ　ｏ　５〜０００５インチ（０，０１２７〜０．１２７　ｍ　）である。

金属化環９２の境界内に、第う図の詳細図で最もよく分るように、はぼ正弦波の 断面を有する一連の同心構９０が配設されている。

ステンレススチールの薄板で作った隔離ダイアフラム１１１Ｉは、金属化環９２ に接着される。この環９２は、非常に薄いので、隔離ダイアフラム４１１は、基 準板の外側表面に非常に接近している。それらの湾曲していない状態では、隔離 ダイアフラム１ｌＩＩは５表面９０とともにほぼ円板形のチャンバ９６の形を定 める。各隔離ダイアフラムは、やはり第う図に最もよく示されているように、断 面形状が正確に円形溝９１Ｉに一致する１組の環状波形ひた９８を備えている。

波形ひだと溝を正確に一致させるのは、次の効率的で低コストのやり方で達成さ れる。すなイつち５アルミナ基準板のプレス成形の間基準板の外表面を同心円の 隆起を有するパンチでへこ捷せて、はぼ正弦波形の溝を形成する。基準板を焼成 して変換器を組立てた後、ステンレススチールの薄い、平らな円板形の板を金属 化環９２に接着する。次に、組立体全体に６．　ＯＯＯｐｓｉ　（１１，１４Ｘ 　１０７Ｐａ）の程度の油圧を加えて金属板を基準板の外側表面に押し付けて、 金属板を溝に押し込み、金属板を溝の輪郭になじ１せる。すなわち、基準板は、 それ自体隔離ダイアフラムの波形ひだを形成するダイスとして働き、確実に基準 板の溝と正確に対応するようにする。

第１図および第２図に示した装置は、構造的観点から、厚い湾曲するダイアフラ ムを有するものと見做し得る小さな工業用差動変換器である。ダイアフラムは。

この実施例では、セラミックでできており、対向電極間の間隔が約０．５　ｍｍ より小さいので、はんのわずがな距離にわたってしか湾曲しない。約２．５の誘 電率を有する普通の油を空胴に詰めた場合、この間隔は５約１８ピコフアラツド の容量（非湾曲）を与える。約２４５の誘電率を有するガラスの輪郭付けした誘 電体を用いると、容量（非湾曲）は、２０ピコファランド以上に増大する。これ は、望むなら間隔寸法を低減できるようにし、とにかく性能を向上させる。著し くｐｃ）誘’＝率（例えば１０００）にするとさらに装置の複合容量を向上させ るかもしれないが、高い圧力がダイアフラムを完全に湾曲させるときの圧縮力に 耐える能力が通常は重要である。いずれにしても、向いあっている電極間の体積 の複合容量は、ダイアフラムのたわみに従ってダイアフラムが誘電体と物理的に 接触することによって、定まる限界まで変化する。

高圧縮強度の誘電体を選ぶのに考慮すべきもう一つの要因は、それを同時に周辺 シールとして都合よく付着させることができることである。従って、ガラスは。

多くのタイプがセラミックのシールと接着剤となることができ、同様にこの理由 に対して有利である。多数のメーカ（例えば、１１０５０ニユーヨーク州ボート ワシントンのシメオン発行の「′８１年固態処理および生産バイヤー案内および 住所録」の第１１１１１ｉ、「ガラス、エレクトロニック」を参照）によって提 供される型式の不動態化ガラスが誘動率、圧縮強度およびシール特性において最 も普通に適している。

本発明のもう一つの面によれば、ガラス層６８は。

複雑な三次元表面を与えることのできる厚膜スクリーン印刷法によって基準板＋ ＋２の平坦な表面６２に付着される。この方法は、精密な輪郭を与えるが、現在 用いられている数値制御機械操作に比較して簡単で安価である。第４図および第 ５図は、ガラス層を付着させるためのスクリーン・アセンブリを調製する方法を 示している。このスクリーン・アセンブリには、所望の分解能と鮮明度を得るの に適当なメンシュの細かさを有スるステンレス・スチールなどで作ってもよいス クリーン１０がある。図示の例では、中央円筒形隆起１０２と、マスク１０８の 円形穴１０６の境界内に付着させた種々の高さの一連の５同心環１０１４ａ〜１ ０１Ｉｅとがスクリーンの片面１１０に固定されている。隆起１０２の端１０２ ａおよび環の縁１１２ａ〜１１２ｅは、所望の輪郭を定める。外側環１０１ｊａ は、ガラス層内のスロツ）８１．ｉ’ｉ定める突起１１１１ｉ備え、外側マスク １０８は、バイアス切欠き７１１．７６’に定める１対の内方に向った突起１１ １１；、１１８’ｚ備えている。

６環１０４ａ〜１０１Ｉｅは、予め定めた厚さを有する紫外感光乳剤層から別個 に形成される。その厚さは、環の最終高さと乳剤層をスクリーンに埋め込む深さ または範囲とに関係する。それぞれの場合に、形成されようとする特定の環の像 を持っているフィルム・ポジを乳剤層の上にそれと適当に重ね合せて載せる。こ のポジを透過した紫外光がポジの持っていた境膜様に乳剤を硬化させる。次にそ の作用によって硬化されなかった非露光乳剤を洗い流して環を残す。外側環１０ １１ａから始めて、この過程は、６環について繰返される。

スクリーン・アセンフ゛りは、スクリーンの乳斉１（ｉｌｌ　ｉ基準板に向けて 基ω板の才坦な表面６２（既に電極６キで被われている）の上に載せられる。普 通は、特定のガラス、結合斉１およびスクリーニング・ビヒクルからなる液体ガ ラス混合物をスクリーン印刷技術において周知の方法でボムベらを用いて他方の 表面１２０がらスクリーンを通して押し込む。スクリーン・アセンブリの従順性 のために、隆起１０２および環１０１１ａ〜１０４ｅの端１０２ａおよび１１２ ａ〜１１２ｅは。

押されて基準面に接するようになる。スクリーン・アセンブＩＪ　ｉ取除くと等 高線のついたくぼみが中に形成された状態のガラス層が残る。環によって形成さ れた環状スロソ）７０ａ〜７０ｅは、最後のガラス構造体の中に残る。次に、ガ ラス層を乾燥して、そのあとで基準板組立体全焼成する。

要素１０２と１０１１　ａ　−１０１１ｅの高さは１次の円板たわみ方程式によ って定められる。

ただし、ｒは中心軸から考える点までの半径方向の距離； Ｙは、考える点におけるたわみ、 ＹＩｎａｘ　は、ダイアフラムの中心におけるダイアフラムの最大たわみ、 ａおよびｌ）は定数である。

外側環１０１１．　ａとマスク１０８との間の領域は、ガラス層の外側環状マー ジンオたはスペーサ部分１２２の輪郭を定める。マーノン１２２の厚さは、無荷 重状態のもとての可動＠極５Ｇと固定電格・６）↓との間の距離を決める。しか し、ガラスの誘電率が１より著しく大きいとき（例えば、本発明の実際の例によ れば、その誘電率は１０である）、実効容量性ギャップは、ダイアフラムとガラ ス層の凹面との間の開放領域によって決まる。そのギャップは、もちろん、半径 の関数として変化するが、最大の点において例えば０．００００５インチ（０， ０ＯＬ　２７　ｍ　）というように非常に小さくできるがもつと普通には、Ｏ， ＯＯ０５インチないし０．０１インチ（０，０１２７ないし０．２５’ｌＪｍｍ ）のものであろう。

５個前後の環を用いてもよいこと、および環が同心円状でちったり、円形である 必要もないことが当業者には明らかであろう。従って５環またはその非円形変形 を、地形地図上の等高線に類似の方法で、事実上任意の表面形状を（スクリーニ ング処理によって課される限界内で）定めるのに使用できる。

第６図および第７図は、本発明のこの面の範囲内の代替技術によって輪郭ケ形作 られたガラス層を貼りつけるのに使用できる厚膜スクリーン印刷アセンブリ１う ０をや＼略図形式で示している。基準板ｌう４の平らな表面１５２に載っている ように図示されているアセンブリ１う０は、枠１う８の上に張って適当な大きさ の張力をかけて保持したスクリーン１３６を含んでいる。

液体ガラス混合物をスクリーンに塗って、スクリーン・アセンブリに押しつけた ボムベら１１１０によってしごく。ボムベらとスクリーンの両方の弾性特性の組 合せによって、上記方程式にぴったり合うスクリーンたわみを生ずることが分っ た。ボムベらのデュロメータ硬度、ボムベらに加わる力およびスクリーン張力な どの変数を予め選んで、たわんだスクリーンの最大変位と正確な湾曲を制御でき る。

最終の変換器組立体の焼成のときに、ガラス層の環状マージン１２２は、アルミ ナ基準板とダイアフラムとを接合するボンドを形成するだけでなく、ダイアフラ ムの活性部分の輪郭全定め、周辺を気密に封する。

ガラスは、張力には弱いが圧縮には非常に強いので。

前述の機能は、ハウジングの部分１２とｉｌｌに高い水準の圧縮性予荷重を加え て、次に予荷重を保ちながらそれらの部分を円形溶接部１６で固着する。変換器 組立体を完成した後、変換器に、不活性油などの不正縮性液体？ステンレス・ス チール管８６を通してａたし。

そのあとでステンレス・スチール管を封止する。

熱膨張ＩＪ　ＩＪ−フスペーサ５６の機能は、変換器に加わる圧縮性予荷重全温 度が変動してもほぼ一定の大きさに保つことである。そのために、スペーサう６ の中に封入された材料５７は、・・ウジング１０と変換器５０の熱胎脹−収縮特 性を相殺する熱膨張−収縮特性ケ有するよう（・て選択される。そのような材料 の１例が銅であり、それは軟鋼・・ウジングおよび本質的に９１１％アルミナで ある変換器とともに用いるとき、変換器の応力レベルをほぼ一定に維持できるこ とが分った。

第８図は、本発明の変換器組立体１０を用いる装置の主な構成要素をブロック図 の形で示している。変換器の出力は、関連のハイブリッド回路１５０に接続され １回路１５０は１次にプロセッサ１５２に加わる正確な画線性出力■。を持って いる。本設計における容量対差圧の関数は、比較的簡単な伝達関数を有する回路 を用いるのに適するようにする。ただし、■ｏは、回路１５０の出力電圧、 ■　は、電源電圧。

Ｃ，およびＣ２は５変換器の容量、 ｋは微調整抵抗のような因子を含む定数である。

変換器が装置の入力圧力ポートのどちらかの側に２５００　ｐｓｉ　（Ｌ　７２ 　ｘ　１０　Ｐａ）までの過圧状態になっているとき、ガラスの輪郭は検知ダイ アフラムを支えて損傷を防止する。ダイアフラムと基＠板との電極間の接触は、 介在ガラス層によって防止されて、変な出力信号を取除く。ガラスの輪郭がダイ アフラムの自然たわみ湾曲に対応するとき、ダイアフラムは５事実上その全面積 であたるので、破損や疲労の一７ｉＪ能性をできるだけ小さくする。なお、ダイ アフラムと基準板との表面は、十分に滑らかで、過圧状態の間ダイアフラムが中 央通路８０を封するようになっている。ダイアプラムは、すべての点で空胴の形 に正確に一致しない範囲では、ダイアフラムの保護を確実にするためにダイアフ ラムとガラスの輪郭との間に非圧縮性流体のパンクアップが作られる。ある状態 のもとでは、隔離ダイアフラムはまだ、蔵につくことがある。こ＼でまた。

隔離ダイアクラムとそれがもたれかかる外側基準板とが正確に一致しているので 、高度の保護が与えられる。

これらの保護機構の一方または両方が、２５００　ｐｓｉ（Ｌ　７２　Ｘ　１０ 　Ｐａ）の過圧状態にあるとき、装置のフ／ｌ／　スケ−ル測定範囲が０．０５ ｐｓｉ（３１Ｌ５Ｐａ）はどにも低くても、装置が故障しないことを確実にする 。

ある変更形および変形を伴った特定の実施例を以上に説明したが、本発明はそれ に限らず、添付特許請求の範囲の範囲内に入るすべての形および変形を含むこと が認められるであろう。例えば１本発明の種々の面は、単一基準板変換器に同じ に適用できる。

浄１！Ｆ（内容に変更なし） 手　続　補　正　書 昭和５８年４　月２５日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 Ｌ　事件の表示 乙　発明（考案）の名称、指定商品の区分高精度差圧式容量形変換器とその製法 う、補正する者 事件との関係　特許出願人 餠（邸）サイブロン・コーポレーショント １１１、−１）（Ｉｃ −「− １・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　一つの電極をもっており、対向する電極を有する基準部材に対して凸面状に 湾曲するダイアフラムを備えた形式のもので。 タイアフラムと基準部材との間に挿入され、前記ダイアフラムに対する湾曲制限 凹形障壁の輪郭を定める高圧縮強度の利料の段々に高くなる層を含む薄膜誘電体 機構を備えた容量膨圧力変換器。 ２、　前記誘電体機構が前記ダイアフラムの公称限界だイつみ湾曲に沿った表面 を有する複数のガラス環を含み、前記ガラス環が対向電極間の誘電体の輪郭を定 める特許請求の範囲第１項に記載の発明。 う　前記変換器か前記ダイアフラムの両側にそれに結合された１対の間隔を置い た基準部材を備え、前記基■部材はそれぞれ、電極との間に挿入された誘電体機 構上よび変換器のそれぞれの向い合い側にあってそれに加圧流体を送るだめの異 なるダイアフラム−基準部材間の空間の間を連絡する流体通路を定める機構を備 えている特許請求の範囲第１項に記載の発明。 】■、　それぞれ電極が向い合せに配設されている基準表面に隣接した変形可能 なダイアフラムを有する容量膨圧力変換器において、少なくとも電極機構の表面 に配設されてダイアフラムのリミツト・ストップを形成する非導電性表面機構を 含む改良品。 ５　前記ダイアフラムがセラミック要素からなり。 前記電極機構が約０５ｎ未満離れて配設され、前記非導電性表面機構がその限界 位置において前記ダイアフラムのたわんだ湾曲部にほぼ合致する凹面を定める特 許請求の範囲第４項に記載の発明。 ６　可変圧力の変位可能な液体の入った空胴内で基準表面とたわみ得る部材上に それぞれある対向する電極が一定の間隔を置いている形式の容量形変換器で、誘 電率が流体媒体のものより大きい誘電体部材を含み、前記誘電体部材は、基準部 拐上の電極を覆って空胴の一部分を満たし、前記変位可能な媒体とともに、前記 ダイアフラムの変形に従ってダイアフラムの誘電体との物理的接触によって定寸 る限界１で変化１゛る複合容量を与えることを特徴とする容量形変換器。 ７　電極間の前記間隔が、約０．５　ｗａ未満であり、末変形のダイアプラムを 持った電極間の変換器の容量か約２０ピコフアランドを超える特許請求の範囲第 ６項に記載の発明。 ８　外側表面、内側の平坦な表面、前記平坦な表面に付着した固定電極および前 記平坦な表面と前記固定電啄とを覆う電気絶縁材料からなる薄層を含む電気絶縁 材料からなる基準板と、 前記基準板に隣接して取伺けられた検知ダイアフラムで５前記薄層に向かい合い あってそれから一定の間隔を置いている活性部分と前記活性部分に付Ｍｔ−，た 一１１Ｊ動電極とを備え、前記固定電極と可動電極とが前記検知ダイアフラムの 活性部分のたわみに従って変化する容量を有する可変コンデンサの導電要素を形 成している検知ダイアフラムと、 前記固定電極と前記可動電極に電気的接続をする機構と。 を含む容量膨圧力変換器。 ９　前記電気絶縁材料からなる薄層がその中に凹面を形成されており、前記検知 ダイアフラムの前記活性部分が前記凹面に面している特許請求の範囲第８項に記 載の変換器。 １０　前記凹面が前記ダイアフラムの前記活性部分の自然たわみ曲線にぴったり 合う輪郭を持っている特許請求の範囲第９項に記載の変換器−°。 ＩＬ　前記薄い絶縁層が１より著しく大きい誘電率を有し、それによって前記固 定電極と前記可動電極との間の容量性ギャップが前記可動電極と前記薄層内に形 成した凹面の表面との間の距離によって事実上決定される特許請求の範囲第９項 捷たは第１０項に記載の変換器。 １２、第１の電極が付いている平坦な表面と。 前記平坦な表面とその上の電極とを覆い、凹んだ部分とスペーサ部分を備えた電 気絶縁材料からなる薄層と、 を備えた電気絶縁材料からなる基準板と。 前記絶縁層のスペーサ部分に接着された固定部分と加った流体圧力に応じてたわ み得る活性部分とを有する検知ダイアフラムと を備え、 前記検知ダイアフラムの活性部分が前記絶縁層の凹んだ部分に面して第２の電極 を備え、前記第１および第２の電極が可変コンデンサの要素を構成し、前記絶縁 層が前記第１の電極と前記第２の電極との間の電気的接触を防止することを特徴 とする容量膨圧力変換器。 １ラ　前記絶縁層の凹んだ部分が前記ダイアフラムの活性部分の自然たわみ曲線 にびったシ合う輪郭を有する特許請求の範囲第１２項に記載の容量膨圧力変換器 。 ＬＬ　前記絶縁層が１より著しく大きい誘電率を有し、それによって第１の電極 と第２の電極との間の容量性ギャップが前記第２の電極と前記絶縁層の凹んだ部 分の表面との間の距離によって事実上決定される特許請求の範囲第１２項または 第１３項に記載の容量膨圧力変換器。 １５　電気絶縁材料からなる１対の対向基準板で、各板が外側表面、内側の平坦 な表面、前記平坦な表面に付着させた固定電極、および前記平坦な表面と前記固 定電極とを覆う薄いガラス層を含み、前記ガラス層が凹面を中に形成された中央 部分、を備え；前記各ガラス層の凹面が対面関係にちる１対の基準面と、前記各 カラス層の間に挿入された電気絶縁材料からなり、対面する両凹面に広がる活性 部分を有し５前記活性部分がさらに可動電極が付着している対向表面を有し、前 記固定電極および可動電極が前記検知ダイアフラムの活性部分のたわみの量に関 係する容量を有する１対の可変コンデンサを定め、前記ガラス層内の凹面が前記 検知ダイアフラムの活性部分の自然たわみ曲線にぴったり合った輪郭を有し、前 記ガラス層が比較的高い誘電率を有し−１それによって前記可変コンデンサの容 量性ギャップが前記ガラス層の凹面によって事実上決定される検知ダイアフラム と。 前記固定電極と可動電極とに電気的接続を行う機構と、 を備えた差圧式容量形質換器。 １Ｇ　測定される差圧を有する流体を通す１対の開口を有するハウジングと。 電気絶縁材料からなる１対の対向基準板で、各板が外側表面、内側の平坦な表面 、前記平坦な表面に付着さぜた固定電極、および前記平坦な平面と前記固定電極 とを覆う電気絶縁層の薄層を含み。 前記薄い絶縁層が凹面を中に形成された中央部分を備え、前記２枚の板の上の絶 縁層内の凹面が対面関係にある１対の基準板と。 前記基準板の各絶縁層の間に挿入され、対面する両凹面に広がる前記ハウ／フグ のポートによって通される流体の圧力の差に応じてたわみ得る活性部分を有し、 さらに、前記活性部分に沿った対向表面と前記表面に付着した可動電極とを有す る検知ダイアフラムで、前記固定電極と可動電極が前記検知ダイアフラムの活性 部分のたわみ量に関係する容量を有する１対の可変コンデンサを定める検知ダイ アフラムと。 を備える前記ハウジング内に取付けられる差圧変換器と、 前記同定電極と前記可動電極へ電気的接続を行なう機構と。 を備えた差圧式容量形質換器アセンブリ。 １７　前記薄い絶縁層内の凹面が前記ダイアフラムの活性部分の自然たわみ曲線 にぴったり合う輪郭を有する特許請求の範囲第１６項に記載の変換器アセンブリ 。 １８、前記薄い絶縁層が１より著しく大きい誘電率を有し、それによって、前記 可変コンデンサの容量性ギャップが前記各層の凹面によって事実止定められる特 許請求の範囲第１６′項でたは第１７項に記載の変換器アセンブリ。 １つ　前記薄い絶縁層が前記基準板の平らな表面と前記検知ダイアフラムの表面 との間の間隔を定める周辺部分を含む特許請求の範囲第１６項、第１７項捷たは 第１８項のいずれかに記載の変換器アセンブリ。 ２０　前記変換器が圧縮性予荷重を受けている・・ウジング内に保持されている 特許請求の範囲第１６項、第１７項、第１８項または第１９項のいずれかに記載 の変換器アセンブリ。 ２１．　熱ひずみを軽減する機構が前記基準板の少なくとも一方の外側表面とハ ウジング内の対向表面との間に挿入され、前記ひずみ軽減機構が前記ハウジング および変換器の膨張−収縮特性と協力して、前記圧縮性予荷重をほぼ一定の水準 に保つように温度変化を相殺する熱膨張−収縮特性を有する特許請求の範囲第２ ０項に記載の変換器アセンブリ。 ２２　各基準板の外側表面に近接して隔離ダイアフラムが配設され、前記隔離ダ イアフラムと前記外側表面がそれらの間に外側チャンバを定め。 各基準板上の前記絶縁層にある凹面を一つの通路が前記外側チェンバと接続し。 前記凹面、外側チェンバおよび接続通路を液体が完第］９］Ｊ４のいずれかに記 載の変換器アセンブリ。 ２３、測定される差圧を有する流体を通す１対の開口を有し、それぞれが前記開 口の一方を定める内方に向いた環状フランジを有する二つの共軸な部分からなる 大体円筒形の・・ウジングと、 ハウジング内で前記フランジの一方によって支持された熱ひずみ軽減環と、 ・・ウジング内にそれと共軸に配設され、熱ひずみ軽減環と他方のフランツとの 間に取付けられ、かつ電気絶縁材料からなる１対の向い合った大体円筒形の板で 、各々が外側１表面、内側の平坦な表面。 前記平坦な表面に付着した固定電極および前記平坦な表面とその上の前記電極と を葎う薄いガラス層を含み、前記ガラス層が凹面を中に形成された中央部分を含 み、前記二枚の板の上のガラス層にある凹面が対面関係にある、１対の板と、前 記二枚のガラス層の間に挿入された電気絶縁材料からなる円板形の検知ダイアフ ラムで、向い合った表面、前記二枚のガラス層の間に固定された環状周辺部分、 および前記対面凹面に広がる中央活性部分を有し、前記検知ダイアフラムの活性 部分は、加わった流体圧間の差に応じてたわむことができ、かつ自然たわみ曲線 を有し、前記ダイアフラムの活性部分に沿った前記ダイアプラムの向い合った表 面は、可動電極を付けられており、前記可動電極および前記固定電極は前記検知 ダイアフラムの活性部分のたわみ量に関係する容量を有する１対の可変コンデン サを定め、前記ガラス層の凹面は、前記ダイアフラムの活性部分の自然たわみ曲 線にぴったり合う輪郭を有し、前記ガラス層はさらに、前記基準板の内側の平坦 な表面と前記検知ダイアフラムとの間の間隔を定める周辺部分を備え、前記各層 は１より著しく大きい誘電率を有し、それによって前記可変コンデンサの容量性 ギヤングが前記層内の凹面によって事実止定められる検知ダイアフラムと。 各基準板の外側表面に近接して配設された隔離ダイアフラムで、前記隔離ダイア フラムと前記外側表面とがそれらの間に外側チェンバを定めている隔離ダイアフ ラムと。 各基準板上のガラス層内の凹面を各前記外側チェンバと接続する通路と。 前記凹面、外側チェンバおよび接続通路とを完全に満たして、前記隔離ダイアフ ラムに加わる流体圧力を前記検知ダイアフラムに伝える液体と。 を含む大体円筒形の差圧式変換器と、 ４ｆｆ記固定電極と可動電極とに接続されて、前記電極を電気回路に結合する電 気リードと。 前記熱ひずみ軽減環と圧縮予荷重を受けている他のフランジとの間に保持されて いる前記変換器とを備えた差圧式容量形変換器アセンブリ。 ２ン↓　前記熱ひずみ軽減環が、前記・・ウジングと変換器の膨張収縮相性と協 力して、前記■縮千荷重をほぼ一定の水準に保持するように温度変動を相殺する 熱膨張収縮特性を有する特許請求の範囲第２５項に記載の変換器アセンブリ。 ２５、　１ｌｌｌ定される差圧を有する流体を刑すようにしであるハウジングと 。 前記ハウジング内に収イ」けられ、 第・１の電極を伺（／ｊている平坦な表面と前記平坦な表面とその上の前記電極 とを覆う電気絶縁材料の薄層を備え、前記絶縁層が凹面部分とスペーサ部分とを 含む、電気絶縁材料からなる基準板と。 前記絶縁層のスペーサ部分に接着された固定部分と、加イつった流体圧力に応じ てたわみ得る活性部分とを有する検知ダイアフラムで、前記検知ダイアクラムの 活性部分は、前記絶縁層の凹面部に面しかつ第２の電極を持っており、前記第１ および第２の電極は、可変コンデンサの要素を構成し。 前記凹面部分は、前記ダイアフラムの活性部分の自然たわみ曲線にぴったり合う 輪郭を有し、前記絶縁層は、１より著しく大きい誘電率を有し、それによって第 １の電極と第２の電極の間の容量性ギャップが前記第２の′電極と前記絶縁層の 凹面部分の表面との間の距離によって事実止定められる、検知ダイアフラムと、 を含む差圧式容量形変換器と。 前記第１および第２の電極への市電的接続を行なう機構と。 前記接続機構に接続され、直線性出方信号を与える伝達関数を有する電子回路と 。 全備える差圧測定装置。 ２６　前記ダイアフラムの活性部分の自然たわみ曲線が一般に。 の形のものであり、こ＼で ｒは、前記変換器の中心軸から考える点までの距離、Ｙは、考える点におけるた わみ、 Ｙｍａｘ　は、ダイアフラムの中上・におけるダイアフラムの最大たわみ、 ａおよびｂは定数 である特許請求の範囲第２５項に記載の測定装置。 ２７　前記電子回路の伝達関数が の形のものであり、こ＼で ■　は該回路の出力電圧。 ■　は１回路電源電圧。 ＣＩおよびＣ２は、変換器の容量。 ｋは、微調整抵抗のような因子を含む定数である。 特許請求の範囲第２５項または第２６項に記載の測定装置。 ２ｇ、　絶縁材料からなり、各々に平坦な表面のある１対の基準板を成形する段 階と。 各板の平坦な表面に電極を付着させる段階と。 各板の平坦な表面に絶縁材料の層を前記表面とその上の電極を覆うように付着さ せて、前記絶縁層に予め才力０，６゜。〜１−いよＨｉｌｌａ５８＝ｆｉ０１０ ９３　（４）各基準板を焼成して、前記絶縁層を融着する段階と。 絶縁材料からなる検知ダイアフラムを成形して、前記ダイアフラムに１対の対向 表面を作る段階と、前記検知ダイアフラムの両表面の各々に電極を付着させる段 階と。 前記検知ダイアフラムを前記１対の基準板の間に前記絶縁層の前記凹面を取り囲 む部分を前記検知ダイアフラムに接続させた状態で挾む段階と。 前記組立体を焼成して、前記板と前記検知ダイアフラムを融着する段階と。 を含む差圧式容量形変換器の製法。 ２ｃＪ、１対の絶縁基準板の間に挾まれた検知ダイアフラムを有する型の差圧式 容量形変換器の製法において。 各基準板に平坦な表面を形成する段階と。 各基準板の前記平坦な表面に電極を付着させる段階と。 厚膜印刷スクリーンを与える段階と。 前記スクリーンの片面に一連の同心円状環を、各環が前記スクリーンから上の高 さが一様で１種々の環の高さが予め定めだ輪郭に従って変るように形成する段階 と。 前記スクリーンの表面上に周辺マスクを、前記環と同心円状にかつ最も外側の環 より大きい円形開口を有し、高さが最も外側の環の高さと同じになるように形成 する段階と。 前記スクリーン、環および周辺マスクからなる組立体を前記基準板の平坦な表面 の上に前記環の外側縁を前記表面に向い合せに置く段階と、 前記すべての環の外側縁が前記平坦な表面に係合するように前記スクリーンを前 記平坦な表面に押しつけながら液体ガラス混合物を前記スクリーンの他方の表面 からスクリーンを通して押し込む段階と。 前記スクリーンを除去する段階と。 前記液体ガラス混合物を乾燥する段階と、前記基準板を焼成して、前記ガラス層 を融着する段階と。 前記ガラス層の輪郭の付いた部分を取シ囲むガラス層の部分を前記検矧ダイアフ ラムに接触させた状態で前記ダイアフラムを前記１対の基準板の間に挾む段階と 。 前記組立体を焼成して前記板と検知ダイアフラムを融着する段階と。 を含む方法。 ５０　前記環および周辺マスクが予ぬ定めた高さの乳剤層で形成されている特許 請求の範囲第２９項に記載の方法。 ′５１　前記輪郭が前記検知ダイアフラムの自然たわみ曲線に事実上ぴったり合 う特許請求の範囲第２９項１たは第５０項に記載の方法。 ５２　平坦な表面にスクリーン・プロセスによって付着された材料に輪郭を付け た表面を作る方法で、対向側面を有するスクリーンを用意する段階と。 前記スクリーンの片側に一連の間隔を置いた連続の薄い壁で仕切られた輪郭限定 要素を、各輪郭限定要素が前記側面と外側端を超える予め定めた高さを有し、種 々の輪郭限定要素が所望の輪郭によって変る高さを有するように形成する段階と 、 前記スクリーンおよび輪郭限定要素からなる組立体を前記平坦な表面の上に輪郭 限定要素の端を前記表面に向けて霞く段階と、 すべての前記輪郭限定要素の端が前記平担な表面に係合するように前記スクリー ンを前記平坦な表面の方に押しつけながら前記材料をスクリーンの他方の側から スクリーンを通して押し込む段階と。 前記スクリーンを除去する段階と、 を含′む方法。 ３３　各輪郭限定要素が予め定めた高さの感光乳剤層から形成されている特許請 求の範囲第５２項に記載の方法。 角　絶縁材料からなる１対の基準板の間に挾まれた検知ダイアフラムを有する型 の差圧式容量形変換器を作る方法において、 各基準板上に平坦な表面を形成する段階と、各基準板の平坦な表面上に電極を付 着させる段階と、厚膜印刷スクリーンを前記平坦な表面の土に前記表面から予め 定めた距離を離して置いて、前記スクＩＪ−ンを所定の水準の張力のもとに維持 する段階と、予め定めたデュロメータ硬度を有するボムベらを予め定めた力で前 記スクリーンの方へ押しつけて、輪郭がスクリーンの張力、前記ボムベらのデュ ロメータ硬度およびそれに加った力の関数（でなるようにスクＩＪ−ンをたわ１ ぜながら、液体ガラス混合物を前記ボムベらでスクリーンを通して押し込む段階 と。 前記スクリーンを除去する段階と。 前記液体万ラス混合物を乾燥する段階と、前記基準板を焼成してガラスを融着す る段階と、前記基準板の間に前記検知ターイアフラムを、前記ガラスフィルムの 輪郭の付いた部分を取り囲むガラスフィルムの部分を前記検知ダイアフラムに接 触させて挾む段階と、 前記組立体を焼成して前記板と検知ダイアフラムを融篇する段階と。 を含む方法。 う５　前記輪郭が前記検知ダイアフラムの自然たわみ曲線に事実りぴったり合っ ている特許請求の範囲第列項に記載の方法。 ５６、（１）それぞれ外側表面、内側表面および前記内側表面に関連した固定電 極を備えた１対の対向円筒形基準電極、　（ｆｉｌ前記基準電極の間に挿入され て電極を表面につけているたわみ得る検知ダイアフラム、および（ｉｉｉ）それ ぞれ前記基準電極の一方の外側表面に近接ｌ−て配設されている１対の隔離ダイ アフラムを有する種類の差圧式容量形変換器を作る方法において、アルミナなど の絶縁セラミック材料を型に押し込んで前記外側表面を備えだ基準板ブランクを 形成する段階で、前記形成段階が一連の同心円溝を外側表面にパンチを押し込む ことによって前記外側表面内に形成することを含み、前記パンチは前記同心円溝 を定める一連の同心円隆起を含む形成段階と、 前記基準板ブランクを焼成する段階と。 ｍｌ記外側表曲−Ｌにその周辺に沿って薄い金属被膜を付着させて金属化環を形 成する段階と。 前記金属化環に、前記基準板の外側表面に近接した空気表面と外側表面とを有す る薄い円板状金属シートを接着する段階と、 前記金属シートの外側表面に、前記シートを前記溝に押し込んでそれの輪郭にな じ剪せるのに十分な流体圧力を加える段階と、 を含む方法。 ５７　前記基準板ブランクの外側表面に形成した環状溝が大体正弦波形の断面形 状を有する特許請求の範囲第５６項に記載の方法。