JPS5956137A - 差圧発信器 - 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】 本発明はプロセス変量である２点間の圧力差を測定する
差圧発信器に関するものである。

例えば管内流体の流量を測定しようとする場合、管内に
オリフィス板を設けて流体抵抗とし、その上流側と下流
側との圧力差を測定して所定の演算式に基づき流量を算
定することが行なわれている。

この種の圧力差測定に用いられる差圧発信器は、高圧側
と低圧側との受圧ダイヤフラムに各測定圧力を与え、こ
の圧力による内封液の移動を封入回路を仕切って設けた
半導体センサの歪によシミ気的出力として取出すように
構成されている。

ところが、この種の差圧発信器においては、プロセスの
測定仕様に応じた適切な寸法１強度、材料などを備えた
受圧ダイヤフラムが選定されて用いられたとしても、時
には過大圧力を受けることがあシ、との過圧が半導体セ
ンサに及んでこれを損傷させることによ如爾後の測定を
不可能にすることがある。そこで従来この過大圧力から
センサを保護する各種の装置が提案されて差圧発信器に
伺設されている。

第１図はこの釉の過大圧力保護装置を備えだ従来の差圧
発信器の断面図であって、これ全同図に基いて説明する
と、半割状のボディ１の両側には、波形円板状に形成さ
れた高圧側のバリアダイヤフラム２と低圧側のバリアダ
イヤフラム３とが装着されてお如、これらのバリアダイ
ヤフラム２．３には、ボディ′１にボルト締めされた両
側のカバー４とボディ１との間の孔５，６から流入する
流体によって高圧と低圧とがそれぞれ印加されている。

一方、ボディ１上方のセンサカプセル７内のセンサ室に
は、図示し々い端子と接続された半導体センサ８が、基
板９に保持されて配設されており、とのセンサ８の下側
である高圧側と上側である低圧側とからは、液通路１０
および１１がボディ１に向って延設されている。符号１
２で示すものは波形円板状に形成されたセンタダイヤフ
ラムであって、半割状ボディ１の中央接合部に設けた内
室を高圧側内室１３と低圧側内室１４とに隔成するよう
にボデー１に固定されており、前記各液通路１０．１１
は内室１３，１４にそれぞれ開口されている。また、前
記各バリアダイヤフラム２．３とボディ１との間に形成
されたすき間と内室１３゜１４とは、液通路１５．１６
によってそれぞれ連通されている。そして、バリアダイ
ヤフラム２゜３とボディ１との間のすき間から液通路１
５．１６内室１３．１４および液通路１０．１１を経て
センサ８の高圧側と低圧側とに至る間には、シリコンオ
イル等の内封液１７が封入されている。

以上のように構成された差圧発信器において、バリアダ
イヤフラム２，３にプロセスからの高圧と低圧とがそれ
ぞれ印加されると、バリアダイヤフラム２，３が凹んで
その圧縮分だけ内封液１７が移動１／、両側の圧力差に
よる内封液１７の移動量の差をセンサ８が検出してこれ
を電気信号として発信することにより差圧が測定される
。この場合センタダイヤフラム１２は両側の圧力差によ
って変形するが内室１３，１４の壁面には接触しない。

また、バリアダイヤフラム２，３も正常な差圧測定中は
ボディ１に接触しない。そして例えば高圧側に過大圧力
が作用すると、高圧側のバリアダイヤフラム２が大きく
変形してボディ１へ全面的に接触するので、高圧側の圧
力が内部に伝達されなくなる。すなわち、バリアダイヤ
フラム２が着座することによって過大圧力保護の働きを
する。

このような過大圧力保護装置が付設された差圧発信器の
半導体センサ８は、基板９上に載置されて接合されてお
シ、これに圧力が作用した場合にはセンサ８と基板９と
の周縁接合部が最も弱く、万−センサに過大圧力が作用
するとこの接合部から破壊することになるので、この種
のセンサを備えた差圧発信器における過大圧力保護装置
は接合部側である低圧側において主として作用するよう
に設けることが望ましい。

しかしながら、従来の過大圧力保護装置を備えた差圧発
信器は、装置が高圧側も低圧側も同じように作用するよ
うに構成されているために、構造上、過大圧力が発生し
ない正常の測定範囲内においても内部機構が変位して内
封液が移動し、機緘的なヒステリシスによシ測定精度が
低下するばかシでなく、圧力伝達損失が大きく応答性が
悪いという欠点があった。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもので、低圧側
からの過大圧力が最弱部に作用するセンサを備えた差圧
発信器において、高低圧両側の受圧ダイヤフラム間を連
結するバイパス上のボディ内室に、この内室を２室に仕
切るセンタダイヤフラムを設け、これを平時の測定範囲
下において一部の液通路を残してボディ内室の低圧側壁
面に着座させるように構成することによシ、通常測定時
における内封液の移動およびセンタダイヤフラムの撓み
を少なくしてヒステリシスや圧力伝達損失の減少ならび
に応答性の向上を困った差圧発信器を提供するものであ
る。以下、本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明す
る。

第２図は本発明に係る差圧発信器の実施例の断固図であ
る。図において差圧発信器２１のボディ２２は厚さ方向
中央部に達する円形四部を備えた低圧側のバックブレー
）２２ａとその凹部に嵌合された高圧側のバックプレー
ト２２ｂとで一体的に形成されており、各バックプレー
ト２２ａ、２２ｂの側部受圧凹陥面には、波形円板状に
形成された低圧側のバリアダイヤフラム２３と高圧側の
バリアダイヤフラム２４とが、同形状の受圧底面との間
にすき間２５．２６を残して周縁部をボディ２２側に固
定されている。また、各バックプレー）２２ｍ。

２２ｂには、図示を省略したが第１図に示したものと同
じようなカバーが接合されておシ、バリアダイヤフラム
２３，２４にはカバーの孔から流入する流体の低圧と高
圧とがそれぞれ印加されている。

すき間２５．２６は両端部に絞シを有するバイパス２７
で連結されており、このバイパス２７上であるバックプ
レート２２ａ　、　２２ｂの接合部には、同心円波形状
の底面を有するボディ内室２８が、パンクプレー）　２
２ｂ側に設けられている。

符号２９で示すものは、断面波形の円板状に形成・され
ボディ内室２８内に低圧側の内室と高圧側の内室との２
室を隔成するセンタダイヤフラムであって、周縁部をボ
ディ２２％に溶着されておυ、平時の測定範囲下ではこ
れと同形状に形成されたバックプレー）　２２ａの壁面
へ全面的に着座するように構成されている。なお、この
着座面には、バイパス２７から放射方向へ十字状をなし
て延びる液通路３０が形成されており、センタダイヤフ
ラム２９はこの液通路３０を残して着座している。

一方、ボディ２２に一体的に接合されたセンサカプセル
３１内には、図示しないが第１図に符号８と９とで示し
て説明しだ熱膨張係数が互にほぼ等しい半導体センサと
基板とが周縁部ヲ接合させて載置固定された状態で配設
されており、センサの高圧側は液通路３２によってボデ
ィ内室２８の高圧側内室と連通されている。壕だセンナ
の低圧側すなわち圧力によってセンサと基板との接合部
が剥離される側は、液通路３３によってボディ内室２８
の低圧側内室と連通されている。そして、バリアダイヤ
フラム２３．２４裏のすき間２５゜２６、バイパス２７
．ボディ内室２８．および液通路３２．３３内には、液
封入孔３４．３５から注入されたシリコンオイル等の内
封液３６が内封されている。

以上のように構成された差圧発信器の動作を説明する。

バリアダイヤフラム２３，２４にプロセスからの高圧と
低圧とがそれぞれ印加されると、バリアダイヤフラム２
３．２４が凹んでその圧縮分だけ内封液３６が移動し、
それぞれの圧力が、センサの高圧側と低圧側とに印加さ
れる。センサは両側の圧力差を検出してこれを電気信号
として発信することによシ差圧が測定される。この場合
、通常高圧側の方が低圧側よりも高圧であシ、高圧側の
圧力が所定圧力以下のときには高圧側から圧力が加えら
れてもセンタダイヤフラム２９が着座したまま移動せず
、センサにはバリアダイヤフラム２４への印加圧力に比
例した正確な圧力が印加される。また低圧側のバリアダ
イヤフラム２３への印加圧力も、バイパス２７と液通路
３０．３３を経てセンサの低圧側へ正確に印加される。

低圧側の圧力が高圧側の圧力よシも高い場合には、その
差圧に応じてセンタダイヤフラム２９がボディ内室２８
内を高圧側へ撓む。

そして高圧側のバリアダイヤフラム２４への圧力が所定
圧以上になると、これがセンサを破壊させる過大圧力に
なる前にバリアダイヤフラム２４がバックプレート２２
ｂの受圧面に着座し内封液３６の移動が停止するので、
センサに及ぶことがない。

また、低圧側のバリアダイヤフラム２３への圧力が所定
圧以上になると、これがセンサの最弱点である接合部を
破壊させる過大圧力となる前にノくリアダイヤフラム２
３がノくツクプレート２２ａの受圧面に着座し内封液３
６の移動が停止するので、センサの接合部を破壊させる
ととがない。

第３図は横軸にバリアダイヤフラムへ印加される差圧△
Ｐ１縦軸にセンサへの作用圧力Ｐをとって示す圧力の関
係線図であって、点Ｐ１は過大圧力が印加されて過大圧
力保両装置が作動を開始した点を示しておシ、点Ｐ２は
この作動が終了した点を示している。図において、明ら
かなように、点Ｐ、までの測定範囲を越えて過大圧力が
印加されると、センサへの圧力Ｐはわずかに上昇するが
、センサを破壊するに至らず、保護装置の作動終了後す
なわちバリアダイヤフラム、２３．２４が着座したのち
はこの圧力より上昇することがない。そして、測定範囲
内においてｄ：圧力が変化してもセンタダイヤフラム２
９が静止しており、内封液３６はセンサ側へのみ移動す
るから、機械的なヒ゛ステリンスによるエラーが除去で
き、測定圧力に正しく比例した圧力をセンサに加えるこ
とができるとともに、測定差圧△Ｐの変化に対する応答
性がきわめて良好である。

なお、本実施例においてはセンタダイヤフラム２９がバ
ッタプレー）　２２ａの着座面から離間するまでの液通
路として十字状の液通路３０を設けた例を示したが、バ
ックプレート２２ａの壁面に例えば星打ち加工と呼ばれ
るポンチ式の突起形成加工によシ多数の突起を設けるな
どの塑性加工を施してセンタダイヤフラム２９とバック
プレート２２ａの着座面との間に液通路を形成すれは加
工が容易になシ加工費を削減することができる。

以上の説明によシ明らかなように、本発明によれば差圧
発信器において、低圧側からの過大圧力が最弱部に作用
するセンサを備えた差圧発信器において、高低圧両側の
受圧ダイヤフラム間を連結するバイパス上のボディ内室
に、この内室を２室ニ仕切るセンタダイヤフラムを設け
、これを平時の測定範囲下において一部の液通路を残し
てボディ内室の低圧側壁面に着座させるように構成する
ことによシ、過大圧力発生時には受圧ダイヤスラムが着
座してセンサ方向への内封液の移動が停止しセンサの損
傷を未然に防止することができることはもとより、通常
測定時には内封液の移動やセンタダイヤフラムの撓みが
ほとんどないので、機械的なヒステリシスによるエラー
が除去され流体圧力に比例したきわめて正確な圧力が測
定できて測定精度が著しく向上するとともに、流体圧力
の変化に対する応答性がきわめて良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図の従来の差圧発信器の断面図、鎖２図、および第
３図は本発明に係る差圧発信器の実施例を示し、第２図
はその断面図、第３図は受圧ダイヤフラムへの印加差圧
とセンサに作用する圧力との関係線図である。 ２１・・・・差圧発信器、２２・・・・ボディ、２２ａ
、２２ｂ・・・・バックプレート、２３．２４・・・・
バリアダイヤフラム、２５Ｉ２６・・・・すき間、２７
・・・・バイパス、２８・・・・ボディ内室、２９・・
・・センタダイヤフラム、３０・・・・液通路、３１・
・・・センサカプセル、３２．３３・・・・液通路。 特許出願人　　山武ノ・ネウエル株式会社代　理　人　
　　山　　川　　政　　樹（ほか１名）第２図 第３Ｅ −一一一−△Ｐ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. センサ室内の台およびこの上に載置固定されだセンサと
   を備え前記台とセンサとが熱膨張係数のほぼ等しい材料
   で形成された差圧発信器において、ボディ両側の各受圧
   ダイヤフラムとボディとの間のすき間を中心部で連結す
   るバイパス上にボディ内室を設け、センサの高圧側・低
   圧側との間を液通路でそれぞれ連結された２室を前記ボ
   ディ内室内に隔成するセンタダイヤフラムを設けるとと
   もに、平時の測定範囲下において前記センタダイヤフラ
   ムを前記ボディ内室の低圧側壁面に一部の液通路を残し
   て着座させたことを特徴とする差圧発信器。