JPS5973747A - 差圧伝送装置 - 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】 本発明は差圧伝送装置に関するものである。更に詳しく
は、２つの圧力の差を圧力差に応じて変形する圧力変形
体によ−）て検出し、圧力差に応じた電気信号に変換し
て伝送する差圧伝送装置に関するものである。

第１図はこの種の差圧伝送装置における従来の構成例を
示した図である。

第１図において、１０はセンサ部、２０はポデー、３０
、３１はシールダイアフラム、４０は変換器である。

センサ部１０において、１１は板状に形成された測定ダ
イアプラムであり、弾性を有する材料で構成されている
。１２はひずみゲージで６１７、測定ダイアフラム１１
に貼シ付けられている。ひずみゲージ１２は測定ダイア
フラム１１の変形に応じて検出信号を発生する。ボデー
２０は、測定ダイアフラム１１０周縁部を挟持固定して
いて、測定ダイアフラム１１とともに測定ダイアフラム
１１の両側に内部室２１゜２２を構成する。シールダイ
アフラム３０ν３１は一方の面３２．３３とボデー２０
とで隔室３４．３５を構成している。隔室３４．３５は
ボデー２０に設けられた流体通路２３．２４により内部
室２１．２２とそれぞれ連通させられている。シールダ
イアフラム３０．３１の他方の面３６．３７には被測定
流体の圧力ｐＨ２ＰＬが加えられている。内部室２１．
２２、流体通路１３．２４および隔室３４．３５には非
圧縮性の圧力伝達用流体例えばシリコンオイル２５が封
入されている。変換器４０はひずみゲージ１２からの検
出信号を電気信号に変換して外部に伝送する。

このような構成の差圧伝送装置において、シールダイア
フラム３０．３１の面３６．３７に被測定流体の圧力ｐ
Ｈ”Ｌが加えられると、これらの圧力はシリコンオイル
２５を介して測定ダイアフラム１１の両側に設けられた
内部室２１．２２に伝えられる。内部室２１と２２の圧
力に差があるときには測定ダイアフラム１１は例えば破
線で示すように変形する。この変形をひずみケージュ２
が検出し、さらに変換器４０が差圧に応じた電気信号に
変換して外部に伝送する。

しかし、このような差圧伝送装置では、測定ダイアフラ
ム１１の張シの変化、変換器４０のゲイン変化等によっ
て装置全体についての出力信号のゲインが変化するが、
これを補正する手段が設けられていない。このため、装
置の出力信号にスノくンシフトが発生するという問題点
があった。

本発明は上述したような問題点を除去するためになされ
たものであり、装置の出力信号のゲイン変化が補正され
て出力信号のスパンシフトが防止された差圧伝送装置を
提供することを目的としたものである。

第２図は本発明にかかる差圧伝送装置の一実施例の構成
を示した図である。第２図において、第１図と同一のも
のは同一符号を付ける。以下、各図において同様とする
。

第２図において、５０はセンサ部、６０はボデー、７０
は変換器でおる。

センサ部５０において、５１は圧力変形体例えば測定ダ
イアフラムであり、弾性を有する材料で板状に形成され
ている。５２は圧力変形体支持部材例えばダイアプラム
支持部材でアシ、測定ダイアフラム５１が例えば静電結
合によシ接合されている。測定ダイアフラム５１とダイ
アフラム支持部材５２は測定室５３を形成している。５
４．５５は差圧検出手段例えば薄膜状の電極で６Ｄ、測
定室５３内で相互に対向するように測定ダイイアフラム
５１とダイアフラム支持部材５２に貼り付けられている
。ボデー６０は、シールダイアフラム３０．３１の一方
の面３２．３３と隔室６１．６２を形成している。セン
サ部５０はチューブ６３によってボデー６０に設けられ
た内部室６４に固定されている。隔室６１は流体通路６
５によって内部室６４と連通させられている。隔室６２
は、流体通路５６゜６６とチー−プロ３によって測定室
５３と連通されている。測定ダイアフラム５１が変形す
ると電極５４と５５の間の静電容量が変化するが、変換
器７０は、この静電容量の変化を静゛電容量の変化に応
じた電気信号に変換して外部に伝送する。隔室６１，６
２、流体通路５６．６５．６６、チューブ６３、内部室
６４および測定室５３内には非圧、縮性のシリコンオイ
ル６７が封入されている。

第３図は縞２図の差圧伝送装置に用いる電気回路のブロ
ック図である。

第３図において、８０は可変ゲインケンプ、９０は電圧
印加手段、１００は設定信号発生手段、１１０は第１の
サンプルホールド回路、１２０はゲイン調整手段である
。

可変ゲインアンプ８０は、変換器７０の出力信号を所定
のゲインで増幅する。電圧印加手段９０は、ＯＮ状態で
はセンサ部５０に一定電圧Ｖを加える。印加電圧は直流
、交流のいずれでもよい。設定信号発生手段１００は、
印加電圧Ｖに対応して設定された電気信号ｅ。＋ｅｒｅ
ｆを出力する。第１のサンプルホールド回路１１０は、
ＯＮ状態では可変ゲイン８０からの電気信号を取シ込み
更新してホールドし、ＯＦＦ状態ではホールドした信号
を発生する。ゲイン調整手段１２０において、１２１は
誤差アンプであυ、可変ゲインアンプ８０の出力信号と
設定信号発生手段１００の出力信号の差信号を増幅する
。１２２は第２のサンプルホールド回路であシ、ＯＮ状
態では可変ゲインアンプ８０からの電気信号を取シ込み
更新してホールドし、ＯＦＦ状態ではホールドした信号
を発生する。可変ゲインアンプ８０と第２のサンプルホ
ールド回路１２２は例えば第４図に示すような電気回路
になる。

第５図はタイムチャートでめシ、縦軸に電気信号の値、
横軸に時間をとっている。第５図において、０）は電圧
印加手段９０の駆動パルス信号７、（ロ）は第１のサン
プルホールド回路１１０の駆動パルス信号ｓｉ１、Ｈは
第２のサンプルホールド回路１２０の駆動パルス信号Ｓ
Ｈ２のタイムチャートである。

このような構成の差圧伝送装置において、シールダイア
フラム３０．３１の面３６．３７に被測定流体の圧力ｐ
Ｈ１ＰＬが加えられると、これらの圧力はシリコンオイ
ル６７を介して測定ダイアフラム５１の両側に位置する
測定室５３と内部室６４に伝えられる。測定室５３と内
部室６４の圧力に差があるときには測定ダイアフラム５
１は変形する。これによって、電極５４と５５の距離が
変わり、電極５４と５５の間の静電容量が変化する。変
換器７０は、このような静電容量の変化を、その変化に
対応した電気信号に変換する。

次に、第３図と第５図を用い人差圧信号の外部への伝送
の動作と差圧信号のゲイン調整の動作について説明する
。

電圧印加手段９０の駆動パルス信号ＶがＯＮ状態、の すなわち第５図のｉ態では、電圧印加手段９０はセンサ
部５０に一定電圧Ｖを印加する。この状態では、第１の
サンプルホールド回路１１０はノくルス駆動信号ＳＨ１
によりＯＦＦ状態で、第２のサンプルホールド回路１２
２はパルス駆動信号ＳＨ２によりＯＮ状態である。

印加電圧Ｖは電極５４と５５の間に加わり、これによっ
て電極５４と５５はクーロン力で互いに引き合う。

これに応じて測定ダイアフラム５１は変形する。このと
きには、測定ダイアフラム５１に加わる力は差圧ｐ　−
ｐ　　とクーロン力Ｆである。

Ｌ クーロン力Ｆは次式で与えられる。

ここで、？ｏ：真空の誘電率 ！：比誘電率 Ａ：電極面積 ｄ：電極間距離 上式で示すように、クーロン力Ｆは印加電圧Ｖの２乗に
比例している。

ここで、クーロン力Ｆについて試算してみると、電極半
径２０ｍ＋ｎ　、電極間距離１０μｍの一対の電極につ
いて真空中でＩＯＶ　ＤＣの電圧を印加すると、測定ダ
イアフラムには圧力換算で約５ＭＨ２Ｏのクーロン力が
加わる。したがって、このような電極と印加電圧は、低
差圧形の測定ダイアフラムを有する差圧伝送装置のゲイ
ン調整に適している。

また、このような状態では、第１のサンプルホールド回
路１１０は、電圧Ｖが印加される直前に可って、電圧ｖ
を印加しているときにも装置がそれ以前における差圧信
号を保持している。可変ゲインアンプ８０は、差、圧に
応じた信号ｅと、印加電圧■で測定ダイアフラム５１が
変形させられたことにより発生する信号Δｅの和、すな
わちｅ＋Δｅ　を０　　　　　　　　　　　　　　　　
　　００出力する。ｅｒｅｆは、クーロンカＦ１印加電
圧ＶなどからΔｅ　を設計的に求めた値である。可変ゲ
インアンプ８０の出力信号ｅ＋Δｅ　と設定信号発生子
ＯＯ 段１００の出力信号ｅ。十ｅｒｅｆの差、すなわち誤差
信号Δｅｏ　−ｅｒｅｆは、誤差アンプ１２１で増幅さ
れて第２のサンプルホールド回路１２２に送られる。第
２のサンプルホールド回路１２２は、誤差アンプ１２１
からの誤差信号を更新して取シ込み、この誤差信号が零
になるように可変ゲインアンプ８０のゲインを調整する
。

一方、電圧印加手段９０のパルス駆動信号ＶがＯＦＦ状
態、すなわち第５図のｂの状態では、電圧印加手段９０
は、センサ部５ｏに電圧を印加していない。この状態で
は、第１のサンプルホールド回路１１０はＯＮ状態で、
第２のサンプルホールド回路１２２はＯＦＦ状態である
。

第２のサンプルホールド回路１２２は、ｂの状態になる
直前にホールドした誤差信号を出力していて、可変ゲイ
ンアンプ８０のゲ、イン’ｉｒ−？に保持している。蕗
１のサンプルホールド回路１１０は、可変ゲインアンプ
８０の出力信号を取り込み、更新しこのような差圧信号
のゲイン調整は、駆動パルス信号Ｖによって周期的に行
なわれる。

このような構成の差圧伝送装置によれば、ゲイン調整手
段１２０によって可変ゲインアンプ８０のゲインを調整
することができるため、測定ダイアフラム５１の張りの
変化、変換器７０のゲイン変化等によって生じる装置全
体についての出力信号のゲイン変化を補正し、出力信号
のスパンシフトを防止することができる。

第６図は本発明にかかる差圧伝送装置の他の実施例の構
成を示した図である。第７図（イ）および（ロ）は第６
図の切換弁の切換状態を示した図である。

これらの図において、１３０は流体通路、１４０は切換
弁でおる。

設定信号発生子１段１００は、電気信号ｅｒｅｆを発生
する。流体通路１３０は、ポデー６０内に設けられてい
て、第１の流体通路１３１、第２の流体通路１３２およ
び第５の流体通路１３３からなる。第１の流体通路１３
１は隔室６１と切換弁１４０を連通している。

第２の流体通路１３２はチー−プロ３と切換弁１４０を
連通している。第３の流体通路１３３は隔室６２と切換
弁１４０を連通している。切換弁１４０はＬ字形に形成
された流路１４１を有する。流路１４１は切換状態に応
じてＡ−Ａ　’方向に回転させられて第７図（イ）およ
び←）の状態に切り換えられる。流体通路１３１〜１３
３と流路１４１にも非圧縮性のシリコンオイル６７が封
入されている。

第８図は第６図の差圧伝送装置に用いる電気回路のブロ
ック図である。

第８図において、１５ｏｉゼロ点補正手段である。

ゼロ点補正手段１５０において、１５１は第５のサンプ
ルホールド回路であり、ＯＮ状態では変換器７０からの
電気信号を取フ込んで更新してホールドし、ＯＦＦ状態
ではホールドした電気信号を出力する。

第９図はタイムチャートであり、縦軸に電気信号の値、
横軸に時間をとっている。第９図において、（イ）は均
圧弁１４０の駆動パルス信号Ｇ、（１”）は第１のサン
プルホールド回路１１０の駆動パルス信号５Ｉ（１、（
＝９は第３のサンプルホールド回路１５１の駆動パルス
信号ＳＨ３、に）は電圧印加手段９１の駆動パルス信号
ｖ１（ホ）は第２のサンプルホールド回路１２２の駆動
パルス信号ＳＨ２のタイムチャートである。

このような構成の差圧伝送装置において、第２図の差圧
伝送装置と同様にして差圧が検出される。

次に、第８図と第９図を用いて差圧信号の外１部への伝
送の動作と差圧信号についてのゲイン調整およびゼロ点
補正の動作について説明する。

切換弁１４０の駆動パルス信号Ｇが差圧測定の状態、す
なわち第９図のＣの状態では、均圧弁１４０は第７図（
イ）に示すような状態になる。この状態では、電圧印加
手段９０は駆動パルス信号ＶによりＯＦＦ状態であり、
第１．第２および第３のサンプルホールド回路１１０．
１２２および１５１はパルス駆動信号ＳＨＩ、　８１１
２およ、びＳＨ３によシそれぞれＯＮ、　ＯＦＦおよび
ＯＦＦの状態になっている。

このような状態では、測定ダイアフラム５１は差圧によ
って変形し、変換器７０は差圧に応じた信号ｅを発生し
ている。第３のサンプルホールド回路１５１はＣの状態
になる直前にホールドしておいたゼロ点信号ｅ２□を発
生する。そして、ゼロ点補正手段１５０は、変換器７０
の出力信号ｅからゼロ魚信号ｅ２□を減じた信号ｅ。−
０２□を出力する。第２のサンプルホールド回路１２２
はＣの状態になる直前にホールドした誤差信号を出力し
ていて、可変ゲインアンプ８０のゲインを一定に保持し
ている。ゼロ点補正手段１５０の出力信号ｅ。−０２１
は、可変ゲインアンプ８０で増幅されて第１のサンプル
ホールド回路１１０に送られる。第１のサンプルホール
ド回路１１０は可変ゲインアンプ８０からの信号を取シ
込みホールドした後に出力する。この出力信号が差圧信
号として外部に伝送される。。

一方、切圧弁１４０の駆動パルス信号Ｇが均圧の状態、
すなわち第９図のｄの状態では、均圧弁１４０は第７図
（ロ）に示すような状態になる。この状態では、内部室
６４と測定室５３は切換弁１４０によって連通させら訃
ている。このため、内部室６４と測定室５３は均圧で、
測定ダイアフラム５１には差圧が加わっていない。また
、このような状態では、第１のサンプルホールド回路１
１０はＯＦＦ状態になっていて、ｄの状態になる直前に
可変ゲインアンプ８０が出力した差圧に応じた信号ｅｏ
　−ｅｚｌをホールドし、この信号を出力している。こ
の信号が差圧信号として外部に伝送される。これによっ
て、内部室６４と測定室５３が均圧であるときにも装置
がそれ以前における差圧信号ｅ。−ｅｚｌを保持してい
る。

第９図のｄの状態では、ｅの状態で差圧信号のゼロ点補
正が行なわれ、ｆの状態で差圧信号のゼロ点補正が行な
われるが、これらの動作について説明する。

第９−１の状態では、電圧印加手段９０の駆動ハルス信
号ＶがＯＦＦ状態であシ、第２および第５のサンプルホ
ールド回路１２２および１５１はパルス駆動信号ＳＨ２
およびＳＨ３によってそれぞれＯＦＦ状態およびＯＮ状
態にな、ってやる。

この状態では、電極５４と５５の間には電圧が加わって
いなくて、しかも内部室６４と測定室５３は均圧でめる
ため、測定ダイアフラム５１は変形していない。第３の
サンプルホールド回路１５１は、この状態で変換器７０
が出力する信号を新たなゼロ点信号ｅｚ２として取シ込
んで更新してホールドする。

第９図のｆの状態では、電圧印加手段９０の駆動パルス
信号ＶがＯＮ状態であり、第２および第３のサンプルホ
ールド回路１２２および１５１はＯＮ状態およびＯＦＦ
状態になっている。

この状態では、電圧印加手段９０により電極５４と５５
の間に電圧Ｖが印加されていて、しかも内部室６４と測
定室５３は均圧であるため、測定ダイアフラム５１は印
加電圧Ｖによるクーロン力Ｆで変形させられている。こ
のため、変換器７０はクーロン力Ｆによる測定ダイアフ
ラム５１の変形に応じた信号Δｅを出力してい、る。第
５のサンプルホールド回路１５１は、ｆの状態になる直
前にホールドしたゼロ点信号ｅ２゜を出力している。ゼ
ロ点補正手段１５０からは、変換器７ｏの出力信号Δｅ
　と第３のすンプルホールド回路１５１の出力信号ｅ２
゜の差Δｅｏ　−ｅｚ２が出力される。この信号Δｅｏ
　−０２２と設定信号発生手段１００の出力信号の差、
すなわち誤差信号Δｅ０−ｅ２□−ｅｒｅｆは、誤差ア
ンプ１２１で増幅された後、第２のサンプルホールド回
路１２２に送られる。第２のサンプルホールド回路１２
２ｉｌｔ、、誤差アンプ１２１からの誤差信号を更新し
て取り込み、この誤差信号が零になるように可変ゲイン
アンプ８０のゲインを調整する。

このような差圧信号のゼロ点補正とゲイン調整は、駆動
パルス信号Ｇ、マによって周期的に行なわれる。

このような構成の差圧伝送装置によれば、第２図の差圧
伝送装置によって得られる効果のほかに、均圧弁１４０
によって均圧にする毎にゼロ点補正手段１５０はゼロ点
信号の変化を補正して出力を発生するため、測定ダイア
フラム５１の張シの変化、変換器７０のゲイン変化等に
よってゼロ点信号が変化しても出力信号に誤差を生じる
ことがない。

な：お、実施例で・は出力信号のゲイン調整を駆動パル
ス信号マによって周期的に行なう場合について説明した
が、これに限らず出方信号のゲイン調整は手動のスイッ
チ等によって必要に応じて間欠的に行なってもよい。

また、実施例では圧力変形体５１がダイアフラムである
場合について聯明したが、圧力変形体５１はこれ以外の
もの例えばベローズ等であってもよい。

また、実施例では差圧検出手段が一対の電極５４と５５
である場合について説明したが、差圧検出手段としては
これ以外のもの例えばひずみゲージ等であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、装置の出力信号の
ゲイン変化が補正されて出力信号のスパンシフトが防止
された差圧伝送装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は差圧伝送装置における従来の構成例を示した図
、第２図は本発明にかかる差圧伝送装置の一実施例の構
成を示した図、第３図は第２図の差圧伝送装置に用いる
電気回路のブロック図、第４図は第３図のブロック図の
可変ゲインアンプと第゛２のサンプルホールド回路につ
いての電気回路の−例を示した図、第５図は第３図の電
気回路についての駆動信号のタイムチャート、第６図は
本発明にかかる差圧伝送装置の他の実施例の構成を示し
た図、第７図は第６図の切換弁の切換状態を示した図、
第８図は第６図の差圧伝送装置に用いる電気回路のブロ
ック図、第９図は第８図の電気回路についての駆動信号
のタイムチャートである。 ５０・・・センサ部、５１・・・圧力変形体、７０・・
・変換器、８０・・・可変ゲインアンプ、９０・・・電
圧印加手段、１００・・・設定信号発生手段、１１０・
・・サンプルホールド回路、１２０・・・ゲイン調整手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つの圧力の差を圧力差に応じて変形する圧力変形体に
   よって検出するセ／す部と、該センサ部からの検出信号
   を電気信号に変換する変換器と、該変換器の出力信号を
   所定のゲインで増幅する可変ゲインアンプと、前記セン
   サ部に一足の電圧を加え電圧によシ発生するクーロン力
   で前記圧力変形体を変形させる電圧印加手段と、該電圧
   印加手段の印加電圧に対応して設定された電気信号を出
   力する設定信号発生手段と、前記電圧印加手段で圧力変
   形体を変形させる直前での可変ゲインアンプの出力信号
   をホールドするサンプルホールド回路と、前記電圧印加
   手段によシ圧力変形体を変形させたときに可変ゲインア
   ンプに生じる出力信号の変化量と前記設１足信号発生手
   段の出力信号が等しくなるように前記可変ゲインアンプ
   のゲインを調整するゲイン調整手段とを具備したことを
   特徴とする差圧伝送装置。