JPS5972035A - 差圧・圧力発信器 - 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】 本発明は小形化がはかれ、かつ温度特性が優れた差圧・
圧力発信器に関するものである。

一般に、差圧発信器または圧力発信器は、本体ブロック
にダイアフラムを気密状に取付けて形成さｎた受圧室内
に圧力センサと封入液を設け、ダイアフラムに外側から
加えられた被測定圧力を封入液を介して圧力センサに伝
え、圧力センサで差圧力を電気量に変換して発信するよ
うな構造になっている。しかしながら、従来の差圧・圧
力発信器は圧力センサがダイアフラムから離れた位置に
配置されているため、その間を接続する通路が長くなっ
て受圧室内の通路容積が増大し、この内に充填される封
入液の量も多くなる。このため、温度上昇で封入液が膨
張した除、ダイアフラムが内側から受ける膨張による圧
力が無視できない蓋になシ、ダイアフラムは被測定圧力
を精度よく検出できなくなるという問題があった。特に
、圧力バイパス路を有し、この内に過負荷保護手段を内
蔵したような発信器においては、封入液の量がさらに多
くなるためにこのような問題はよシ大きくなる。

このような問題を解決するために、ダイアフラム径を大
きくして受圧面積を増し、封入液の膨張による影響を低
減させることが行なわれているが、このようにすると、
受圧室を形成する年圧容器としての本体ブロックの形状
が大きくなり、取扱いが面倒になるとともに、材料を多
く使うため経済的にも好ましくなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであシ、そ
の目的とするところは、受圧室内の封入液の温度が上昇
してもダイアフラムに対する内圧の影響を低減でき、高
精度の測定が可能となる差圧・圧力発信器を提供するこ
とにある。

本発明は、このような目的を達成するために、圧力セン
サとダイアフラムの位置を接近して配置させて受圧室内
の容積を小さく形成するようにしたものである。

以下、本発明を実施例によ）詳細に説明する。

第１図は本発明を差圧発信器に適用した一実施例の縦断
面図、第２図はそのハーメチックシール部分の横断面図
、第３図は第１図の■−■断面図である。図において、
ボディとなる円柱ブロック１には中心部に心方向に貫通
する貫通孔１ａが形成されている。この貫通孔１ａは高
圧側（第１図で右方）の部分は所定範囲にわたシ低圧側
（第１図で左方）の部分よシ径がやや大きくなっている
。

また、円柱ブロック１の高圧側端面には貫通孔１ａと同
心状にこれよシ径の大きい空間部１ｂが形成されている
。圧力センサ２は圧力−電気変換素子として作用するシ
リコンダイアフラムからな）、円筒ホルダ２ａの一端に
気密固定されている。この円筒ホルダ２ａは圧力センサ
とほぼ同じ膨張係数を有するガラスで形成されている。

圧力センサ２は、円筒ホルダ２ａの他端側の部分を貫通
孔１＆の径の小さい部分に気密状に固定することにより
円柱ブロック１に取付けられ、空間部１ｂ内に配置され
ている。この圧力センサ２の外周には空隙をおいてプリ
ント板からなる中継ボード３が設けられている。

さらに、円柱ブロック１には空間部１ｂと外周面との間
に放射状に４５°毎に８個の孔１ｃが形成でれ、この孔
１ｃにそれぞれシール端子４が挿入されパイレックス等
からなるハーメチックシール５によって絶縁かつ気密状
に固定されている。このシール端子４の内端は中継ボー
ド３を介して圧力センサ２と対向し、外端は円柱ブロッ
ク１の外周面にやや突出している。なお、円柱ブロック
１はガラスに近辺した膨張係数を有するフエルニコ合金
（５４Ｆ８．２８Ｎ４　、１８Ｃｏ　）等の金属からな
るため、ガラスからなるハーメチックシール５や円筒ホ
ルダ２ａとの接合が良好である。

また、シール端子４と中継ボード３との間は金からなる
細線６によって電気的に接続式几、中継ボード３と圧力
センサ２との間、は同じく金のＭＪ３線７によって電気
的に接続さ１している。なお、第２図には細線７は省略
しである。乙のようにして、圧力センサ２の電気変化は
円柱ブロック１の外に取り出さｎるようになっている。

また、円柱ブロック１の空間部１ｂには円板形の絶縁板
８が所定深さに圧入されている。絶縁板８は圧力センサ
２とは一定の間隔を保持し、その周側面に形成さｎた複
数の溝８ａによって圧力センサ２と外面が連通ずるよう
にガっている。この絶縁板８によって空間部１ｂの不要
な空間スペースが埋められる。

一方、円柱ブロック１の高圧（Ｉ’ｉｌｌ端面には連通
孔９ａを有するバックプレート９が気密状に固定され、
さらにこのバックプレート９の外面にはダイアフラム１
０が設けられ、その周辺部は気密状に固定さｎている。

なお、バックプレート９の内面と絶縁板８との間には所
定の間隙が形成されている。円柱ブロック１の低圧側端
面には連通孔１１ａを有するバックプレート１１が気密
状に固足畜れ、さらにこのバックプレート１１の外面に
はダイアフラム１２が設けられ、その周辺部は気密状に
固定されている。また、円柱ブロック１には貫通孔１ａ
に対する圧力バイパス用にバイパス通路１７゜１８が形
成され、この中に過負荷保護機構１９゜２０がそれぞれ
内蔵されている。過負荷保護機構１９は、その内部が円
柱ブロック１の高圧側端面にｉｆるベローズ１９ａとこ
のベローズ１９ａ’ｅ縮む方向にバックアップするスプ
リング１９ｂとからなシ、過負荷保護機構２０は、その
内部が円柱ブロック１の低圧側端面に通ずるベローズ２
０ａとこのベローズ２０ａ’ｅ縮む方向にバックアップ
するスプリング２０ｂとからなる。

以上の各部品が一体化されて受圧ユニットが構成されて
いる。そして、円柱ブロック１．バックプレート９．ダ
イアフラム１０．圧力センサ２゜円筒ホルダ２ａｔハー
メチツクシール５．ベローズ１９ａ、絶縁板８．中継ボ
ード３によって形成された気密空間によって高圧側の受
圧室が構成され、この内にシリコンオイル等からなる封
入液が封入される。この封入液の封入圧によってダイア
フラム１０はバックプレート９の外面から離れ、この間
に隙間が形成される。同様に、円柱ブロック１゜バック
プレート１１．ダイアフラム１２．圧力センサ２２円筒
ホルダ２ａ、ベローズ２０ａによって低圧側の受圧室が
形成され、この内に封入液が封入される。ダイアフラム
１２はバックプレート１１から離れてこの間に隙間が形
成される。力お、１３は高圧のプロセス圧力が入ってく
るプロセス入力圧口、１４はプロセスカバー、１５は低
圧のプロセス圧力が入ってくるプロセス入力圧口、１６
はプロセスカバーである。

前記受圧ユニットはボディ枠２１に取付けられて気密状
に固定され、とのボディ枠２１はさらに電気ケース２２
にねじ止めによって取付けられる。

ボディ枠２１の端にはコネクタ２３が設けられており、
このコネクタ２３と受圧ユニットのシール端子４の外端
部との間はフレキシブルプリント板２４によって電気的
に接続されている。

−万、第３図に示すように、円柱ブロック１の１部には
外周面から凹部２５が形成されておυ、この凹部２５内
には差圧発信器の温度特性を補正するだめの補正抵抗体
２６が配置され、この補正抵抗体２６はフレキシブルプ
リント板２４に接続されている。

このような構成において、プロセス入力圧口１３から入
力されたプロセス圧力ＰＩがダイアフラム１０の外面に
加わると、この圧力は連通孔９ａ、溝８＆を経て封入液
を介して圧力センサ２に伝達される。一方、プロセス入
力圧口１５から入力されたプロセス圧力Ｐ、がダイアフ
ラム１２の外面に加わると、この圧力は連通孔１１ａ２
貫通孔１ａすなわち円筒ホルダ２ａ内を経て封入液を介
して圧力センサ２の裏側に伝達される。圧力センサ２は
両圧力の差圧（ｐｔ−ｐｍ）に応じた歪全受け、この歪
は電気量に変換される。そして、差圧の値に応じた電気
信号が細線７．中継ボード３．細線６゜シール端子４．
フレキシブルプリント板２０を経てコネクタ１９に導か
れ、ここから図示しない制御回路に発信される。

ここで、ダイアフラム１０に加えられた圧力は、同時に
バイパス通路１γにも伝達され、ベローズ１９ａの内部
に圧力が生じる。このため、ベローズ１９ａは伸びる方
向に変位しようとするが、スプリング１９ｂによって一
定の力でバックアップされているために変位しない。こ
の一定の力は、圧力センサ２が測定可能な最大圧力がベ
ローズ１９ａに加わったときでも、ベローズ１９ａが変
位しないような値に設定されている。従って、この圧力
範囲では封入液の移動はほとんどない。そして、測定圧
力範囲を越えて前記最大圧力以上の圧力が加わった場合
は、スプリング１９ｂはこの力に抗し得すたわんでベロ
ーズ１９ａは伸びる。同時にダイアフラム１０も内方に
変位し、やがてバックプレート９の外面に密着して室内
への圧力伝達はこの状態で止められる。これによって、
過大な圧力が圧力センサ２に加わらないようになってい
る。なお、ダイアフラム１２が受ける過大圧力に対して
も、過負荷保護機構２０が動作し、次いでダイアフラム
１２がバックプレート１１に密着して全く同様に作用し
、圧力センサ２の破壊が防止されるようになっている。

以上説明したように、この差圧発信器は円柱ブロックの
中心部の貫通孔内に圧力センサを支持する円筒ホルダを
取付け、圧力センサに対して放射状にシール端子を配置
しであるために、圧力センサとダイアフラムが近くに配
置されて圧力伝達のための通路が非常に短かくな〕、か
つ円柱ブロック内のバイパス通路内に過負荷保護機構を
内蔵しているため、受圧室内の容積が小でくなる。この
結果、受圧ユニツトヲ小形化できるとともに、封入液の
量を少なくすることができる。

また、組立時に受圧ユニットの状態で性能テスト、検査
等が可能となり、合格したものだけをボディ枠に組込む
ことができるため、製作過程における不良による損失が
大幅に減少できる。従来ではボディ全体を組立てた後で
ないとテストが行なえないため不良損失は多かった。

また、圧力センサの温度特性を補正する抵抗体は、従来
では応答性をよくするべく圧カセンサ近くの中継セラミ
ックボード上に設けられているため、圧力センサのみの
温度特性は補正できるが、１１− 受圧ユニット全体の温度補正はできなかった。この差圧
発信器では補正抵抗体は円柱ブロックの外部に設けられ
ているため、円柱ブロック、バックプレート、圧カセン
サ、封入液等を含めて受圧ユニット全体の温度補正がで
きる。しかも、円柱ブロックは小形であシ、ボディ枠か
らの熱伝導もほとんどないと考えられ、さらに円柱ブロ
ックの凹部内に補正抵抗体を配置しであるため、応答性
もあまシ損われることはない。

なお、実施例においては、圧力センサとシール端子の間
は中継ボードを介して接続したが、中継ボードを用いる
ことなく直接細線によって接続をすることもできる。ま
た、円筒ホルダはガラスのものについて説明したが低膨
張率の金属にすることもできる。また、ダイアクラムは
平板状のものを用いたが、波形状にすることもできる。

この場合、バックプレートの外面も波形にする。また、
ハーメチックシールした端子は４５°毎に８本配列した
例で説明したが、本数及び配列は種々変更できる。

１２− また、プロセス圧力を他のプロセス圧力と比較する差圧
発信器について説明したが、一方のプロセス圧力のかわ
シに大気圧または真空圧を用いて圧力発信器または絶対
圧力発信器にすることも可能でおる。

第４図は一万に大気圧を導いた実施例の縦断面図を示す
。図において、第１図と同一部分には同符号を用いであ
る。２７は大気圧開放口、２８は補助カバーである。大
気圧を用いるときは過負荷が加わることはないため、第
１図の過負荷保護機構２０は除去しである。真空圧の場
合も同様である。

このように、本発明に係る差圧・圧力発信器によると、
円柱ブロックの貫通孔に固定した円筒ホルダの一端に圧
力センサを取付け、圧力センサに内端部が対向するよう
に放射状にシール端子を円柱ブロックにハーメチックシ
ールして固定し、円柱ブロックの両端面にバックプレー
トを介してダイアフラムを気密状に固定し、さらに円柱
ブロック内に形成したバイパス路に過負荷保護手段を内
蔵したことによシ、受圧室内の通路容積が大幅に減少し
てその内部容積が小さくなり、これによって封入液の量
も少なくなって、膨張によるダイアフラムへの影響も少
なくなシ、温度による圧力測定誤差を低減できる。しか
も、全体形状を小形化できるので取扱いが容易になると
ともにコストも低減できる効果がある。

さらに、円柱ブロックの外周面の凹部内に補正抵抗体を
配置することによシ、受圧ユニット全体の温度補正を応
答性よく行なうことが可能となシ、温度による測定誤差
をよシ低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を差圧発信器に適用した一実施例の縦断
面図、第２図はハーメチックシール部分の横断面図、第
３図は第１図のｌ−ｍ１断面図、第４図は他の実施例の
縦断面図である。 １・・・・円柱ブロック、１ａ・・・・貫通孔、２＠・
・働圧カセンサ、２ａ＠・・・円筒ホルダ、４・・・・
シール端子、５６１１・・ハーメチックシール、９，１
１・・＠・バックプレート、９ａ。 １１ａ・・・一連通孔、１０Ｑ１２・０・・ダイアフラ
ム、１γ、１８・・φ・バイパス通ｆｌ　　１９　。 ２０・・會・過負荷保護機構、２１・・・φボディ枠、
２３・・−・コネクタ、２４・・１参フレキシブルプリ
ント板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心部に貫通孔を有する円柱ブロックと、前記貫
   通孔に挿入され少くともその一部が気密固定された円筒
   ホルダの一端に支持され前記貫通孔の一端近くに配置さ
   れた圧力センサと、前記円柱ブロックに対し外端部が外
   方に突出し内端部が前記圧力センサに対向するように放
   射状に配置して気密固定されたシール端子と、前記貫通
   孔の前記一端側を覆うように前記円柱ブロックに気密固
   定された前記貫通孔に通ずる連通孔を有するバックプレ
   ートと、このバックプレートの外面に設けられ周辺部を
   気密固定されたダイアフラムと、前記貫通孔の他端側を
   覆うように前記円柱ブロックに気密固定された前記貫通
   孔に通ずる連通孔を有するバックプレートと、このバッ
   クプレートの外面に設けられ周辺部を気密固定されたダ
   イアフラムと、前記円柱ブロック内に形成された前記貫
   通孔に対するバイパス通路内に配置されたベローズと、
   （ツクアップスプリングからなる過負荷保護手段とを備
   えた差圧・圧力発信器。 “（２）中心部に貫通孔を有する円柱ブロックと、前記
   貫通孔に挿入され少なくともその一部が気密固定された
   円筒ホルダの一端に支持され前記貫通孔の一端近くに配
   置された圧力センサと、前記円柱ブロックに対し外端部
   が外方に突出し内端部が前記圧力センサに対向するよう
   に放射状に配置して気密固定された端子棒と、前記貫通
   孔の前記一端側を覆うように前記円柱ブロックに気密固
   定された前記貫通孔に通ずる連通孔を有するバックプレ
   ートと、前記バックプレートの外面に設けられ周辺部を
   気密固定されたダイアフラムと、前記貫通孔の他端側を
   覆うように前記円柱ブロックに気密固定−れた前記貫通
   孔に通ずる連通孔を有するバックプレートと、このバッ
   クプレートの外面に設けられ周辺部を気密固定されたダ
   イアフラムと、前記円柱ブロック内に形成された前記貫
   通孔に対するバイパス通路内に配置されたベローズとパ
   ツクアップスプリングからなる過負荷保護手段と、前記
   円柱ブロックの一部に外面から形成された凹部内に配置
   された温度補正用の抵抗体とを備えた差圧・圧力発信器
   。