JPS6034688B2 - 差圧発信器の圧力検出ヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧力を電気信号に変換して発信する発信器に関
し、特に２つの流体圧力の差圧に対応する電気信号を発
生する差圧検出素子を具備する発信器に関する。

この種の発信器は、一般に差圧発信器と呼ばれている。
更に詳しく云えば、本発明は該差圧検出素子に流体圧力
を伝達するためにバリャ・ダイヤフラムと封入液を用い
る圧力発信器に関する。このような圧力発信器の従釆公
知の代表的なものは、２個のバリャ・ダイヤフラムを含
む圧力検出ヘッドと呼称される構成部を有する。

１つのバリャ・ダイヤフラムの１つの面側の１つの室は
第１の圧力を有する１つの流体で圧力を加えられ、かつ
もう１つのバリヤ・ダイヤフラムの１つの面側の他の１
つの室は第２の圧力を有する他の１つの流体で圧力を加
えられる。

差圧発信器の圧力検出ヘッドに測定のために導入される
これら２つの流体（以下導入流体と呼ぶ。）は、例えば
プロセス流路のオリフィス板の両側の流路から取り出さ
れたプロセス流体である。これらダイヤフラムのそれぞ
れの他方側にある１つの分離室には非圧縮性封入液が封
入される。

これら封入液は１つの差圧検出素子の両側面にまで蓮通
しており、これによってこれら封入液の２つの圧力の差
、従って導入流体の圧力差に依存する量だけ該差圧検出
素子は変位ないし携まされる。該差圧検出素子は該変位
量ないし操み量、従って導入流体の圧力差に対応した電
気的出力信号を発生する。この種の発信器の初期のもの
に於ては、バリャ・ダイヤフラムはいずれも、実質的に
平らな膜若しくは板であった。

ダイヤフラムの１側面に加わる導入流体の圧力は、ダイ
ヤフラムをその平板状態から榛ませ、これによって導入
流体圧力を該ダイヤフラムの他方の側面にある封入液に
伝えた。すると、この封入液はこの圧力を検出素子の対
応する側に伝達した。このような平らなバリャ・ダイヤ
フラムは、構造簡単であるために好ましいけれども、こ
れを用いた差圧発信器で圧力測定するとき、誤差が入り
込み易いことが分った。

特に平板状態を中心にして変位ないし孫まされることか
ら、このような平板ダイヤフラムの圧力対榛み特性は不
連続性、不規則性及びヒステリシスを呈することが分っ
た。この平板ダイヤフラムの不規則性動作はオイル・カ
ニング（ｏｉｌｃａｎｎｉｎｇ）を呼ばれ、バリヤ・ダ
イヤフラムとしての使用するには平板ダイヤフラムは適
していない。この問題は平板ダイヤフラムの代りに波形
ダイヤフラムの如き非平板ダイヤフラムを用いることに
よって、ほとんど解決した。

しかしながら、まだ欠点が残っている。第１に、平板ダ
イヤフラムに比べて波形ダイヤフラムは製作し難いこと
である。第２に、波形ダイヤフラムは、バリャ・ダイヤ
フラム用バック・アップ面で過負荷圧力保護を実現する
のに適していないことである。ここに過負荷圧力とは、
発信器が取扱うように設計された差圧の範囲を越える導
入流体圧力の差の圧力をいい、このような過負荷圧力は
検出素子に危険な圧力値である。このような構成におい
ては、各バリヤ・ダイヤフラムには１つのバック・アッ
プ面が提供され、該ダイヤフラムに作用する導入流体の
圧力が他方の導入流体の圧力よりも相当高くなり、２つ
の導入流体の圧力差が過負荷値に接近したような場合、
高い圧力が加わった方のダイヤフラムは対応するバック
・アップ面に着座する。このように着座したダイヤフラ
ムは過負荷圧力状態を発生する圧力によって損傷される
ことから保護され、かつ差圧検出素子に印加される差圧
が危険な値にならないように作用する。上述の保護を行
うために、バリャ・ダイヤフラムとその対応するバック
・アップ部材の着座面は、導入圧力が着座したダイヤフ
ラムを十分に操ませて、差圧検出素子に危険な値の筆圧
を印加することがないように、着座ダイヤフラムの榛み
量を押えてマッチングしなければならない。しかしなが
ら、波形ダイヤフラムの如き平板でないダイヤフラムと
そのバック・アップ面とのマッチングは不可能ではない
けれども、極めて困難である。すなわち、波形ダイヤフ
ラムとそのバック・アップ面とのマッチングには固有の
不規則性があり、これがダイヤフラムを所定の操み以上
に榛ませ、或る種の差圧検出素子を十分に保護できない
場合がある。或る種の差圧検出素子とは、例えば微小変
位形検出素子である。微小変位形検出素子はその体積変
位量は実際上無視できる程度であ、過大な差圧を受ける
と容易に特性劣化ないし破損してしまう。微小変位形検
出素子の代表的なものは半導体ストレィン・ゲージで、
上述の如きダイヤフラムとバック・アップ面の着座のマ
ッチングを厳しく要求するものであるが、これが実際に
は極めて困難である。このため、波形ダイヤフラムの如
き非平板ダイヤフラムを用いる圧力発信器で、過負荷保
護をバックアップ部材を用いて行うことは信頼性が低い
ので得策でないことが分つた。

それ故、例えば米国特許第３８４１１５８号に開示され
ている如き補助過負荷保護手段を用いる発信器が提案さ
れているが、これは構造が複雑で、型も大きく、かつ値
段も高いという欠点がある。従って本発明の目的は上述
した従釆公知の発信器の欠点を除去した改良型発信器を
提供するにある。

本発明の他の目的は、オイル・カニングの如き不連続、
不確実な動作特性を伴わない発信器で、バリャ・ダイヤ
フラムの構造が簡単で、かつ製作容易な発信器を提供す
ることにある。本発明のさらに他の目的は製作困難でな
く、また補助過負荷保護手段を用いないで、微小変位型
圧力検出素子に必要な過負荷に対する保護を達成するダ
イヤフラムーバツクアツプ面マッチングを行うバリャ・
ダイヤフラム用の簡単なバック・アップ面を具備する改
良型発信器を提供するにある。

上述した目的を達成するために、本発明に従って改良さ
れた発信器は、簡単な、薄い、平らな可榛性プレートで
作られたバリャ・ダイヤフラムを具備する。

この平板ダイヤフラムが発信器のヘッド部の所定の表面
に、その周緑部をシールして取付けられた後、このダイ
ヤフラムに対応する室に封入液が封入される。該封入液
は該対応室に充満すると共に、該平板ダイヤフラムをヘ
ッドの所定の表面から離れる方向にポンピング・アップ
（タイヤに空気を入れるような作用）して孫ませ、ドー
ムないしコップ形の室を作り、このドームにも充満する
。このバリャ・ダイヤフラムの初期榛み量は、該ダイヤ
フラムがほとんど連続で、かつ確実な特性を維持して動
作する量だけ、差圧発信器の正常動作範囲の差圧が該ダ
イヤフラムをその初期棲み位置を中心に変位させるよう
な大きさとして決められる。従って、オイル・カニング
の如き不規則なダイヤフラムの動作特性が避けられる。
また、波形ダイヤフラムの如き非平板ダイヤフラムを製
作するときの複雑さも避けられる。更に、本発明発信器
においては、バック・アップ面を平坦にすることによっ
て、平板ダイヤフラムとバック・アップ面とのマッチン
グの度合が非常に良くなった。

このよに本発明発信器は差圧検出素子に微小変位型検出
素子を用いても、その過負荷からの十分な保護を達成で
きる良好なダイヤフラムーバツク・アップ面マッチング
を行うのに、従来の如き実際的でなく、かつ困難な製作
方法を探る必要を除去した。もちろん、補助的な過負荷
保護手段も不要である。以下図面を参照して本発明実施
例を説明する。第１図と第２図に示す差圧発信器１川ま
本発明の好ましい一実施例を示す。

この発信器は２つの流体圧力の差圧に依存する電気信号
を発生するように構成されている。このため、発信器１
０は分離設置型差圧出力プセル１４にキャピラリ・チュ
ーブ１６と１８で接続された圧力検出ヘッド１２を含む
。差圧検出カプセル１４とチューブ１６と１８は樋２３
と環状ハウジング２４を含むカバーでカバーされている
。このカバーはネジ２５によってヘッド１２に固着され
る。差圧検出カプセル１４は電気的部分を有する差圧検
出素子を含む。

カプセル１４の特定的な構造は第３図と第４図を参照し
て、後で詳述する。菱圧検出素子の電気的部分は、ハウ
ジング２４内に取付けられたプリント回路板２２の電気
的端子２１に導線又はピソ２川こよって接続される。圧
力検出ヘッド１２は２個の同様の隣接ブロック２６と２
８を含む。第２図から分るように、ブロック２６は１つ
の環状の凹面すなわち皿状面３０を有する。ブロック２
８も同様の１つの環状凹面３２を有し、これはブロック
２６の環状凹面３０と相対している。中心ダイヤフラム
則ち調節ダイヤフラム３４はブロック２６と２８の間に
延びており、面３０との間に１つの室を、かつ面３２と
の間に他の１つの室をそれぞれ形成する。ダイヤフラム
３４の周縁部はブロック２６とブロック３０の平らな周
縁面の間に固着される。ブロック２６と２８とダイヤフ
ラム３４間の液密の結合は、これらを図の４０で示す部
分で縁端部全体をシーム溶接して行われる。この溶接は
通常ＴＩＣと呼ばれるタングステンを用いる不活性ガス
溶接により実現できる。フロック２６と２８のそれぞれ
の残りの側面は平らな面４２と４４である。

バリヤ・ダイヤフラム４６は平らな側面４２を被い、も
う１つのバリャ・ダダイャフラム４８は他の平らな側面
４４を被う。バリャ・ダイヤフラム４６と４８の性質と
条件については、後で詳述する。角形枠又は環状部村５
０がブロック２６の周緑溝に挿着される。

同様の角形枠又は環状部材５２がブロック２８の周緑溝
に挿着される。これらの部材５０と５２は図の５４と５
６の点でそれぞれのブロック２６と２８にＴＩＣ熔鞍法
で溶接される。ダイヤフラム４６の一側面は、環状部材
５川こその周緑部をＴＩＣ熔接法により溶接され、従っ
てフロック２６の平坦側面４２に対し、その周緑部にお
て液密に接している。

同様に、バリャ・ダイヤフラム４８の一側面は、部材５
２にその周緑部がＴＩＣ溶接されているのでブロック２
８の平坦側面４４に対し、その周緑部において液密に接
している。上述の溶接は全て、液密の結合を作る。内側
に皿状面を有するヘッド部材６１はブロック２６に取付
けられて、バー」ヤ・ダイヤフラム４６の外側面とで１
つのヘッド室を形成する。同様に内側に皿状面を有する
他のヘッド部材６３はブロック２８に取付けられ、他の
バリヤ・ダイヤフラム４８の外側面とでもう１つのヘッ
ド室を形成する。部材６１と６３はそれぞれの○−リン
グ６６と６８とボルトとナット７０，７２，７４及び７
６によって、対応する環状部材５０と５２に液密に固着
される。ヘッド室６２への印加流体通路７８はヘッド部
材６１に形成される。

同様にヘッド室６４への印加流体通路８０は他のヘッド
部材６３に形成される。差圧が測定され、かつ変換発信
される２つの印加流体は図において８２と８４で示され
、これらはそれぞれの通路７８と８０を経て、それぞれ
のヘッド室６２と６４に与えられる。複数の通路８６は
、ダイヤフラム３４の左側の第一室３６と、ブロック２
６の平坦側面４２とバリヤ・ダイヤフラム４６とで形成
する室８７との間を接続し、この間の流体通路を提供す
る。

室８７は、後で詳述するような、バリャ・ダイヤフラム
のポンピング・アップによって形成される。ほぼ非圧縮
性封入液８８が、室３６と８７及び通路８６に完全に満
される。複数の通路９０は、ダイヤフラム３４の右側の
第二室３８と、ブロック２８の平坦側面４４とバリヤ・
ダイヤフラム４８との間に、バリヤ・ダイヤフラムのポ
ンピング・アップによって形成された室８７′との間を
接続し、この間の流体通路を提供する。

ほぼ非圧縮性封入液８９が、室３８と８７′及び通路９
０に完全に満される。これら２つの封入液は特性が等し
いことが望ましい。キャピラリー・チューブ１６は通路
８６の上側の１つに、通路９１を経て接続され、その中
に封入液８８が充満させられる。他のキャピラリー・チ
ューブ１８は通路９０の上側の１つに、通路９３を蚤て
接続され、その中に封入液８９が充満させられる。後に
更に詳しく説明する如く、導入流体８２の圧力はバリャ
・ダイヤフラム４６によって封入液８８に伝達される。

同様に、導入流体８４の圧力はバリャ・ダイヤフラム４
８によって封入液８９に伝達される。２つの封入液の圧
力は中心ダイヤフラム３４に加えられ、かつキヤピラリ
ー・チューブ１６と１８によってカプセル１４内の検出
素子にも加えられる。

従って該検出素子には封入液８８と８９の２つの圧力の
差である差圧が現われる。本発明に従って、バリャ・ダ
イヤフラム４６は薄い可榛性平板で作られている。

この薄い可擬性平板であるバリヤ・ダイヤフラム４６は
、平らな状態でその周緑部を環状部材５川こ溶接される
。封入液８８はダイヤフラム４６がブロック２６の平坦
側面４２から離れるようにポンピング・アップされ、す
なわち外側に榛まされるような程度で封入される。従っ
て、ダイヤフラム４６は通常状態すなわち導入流体の圧
力によって榛まされない状態の下では、第２図に示す如
く、弓状に榛まされた球状のドーム形あるいはコップ形
を呈する。初期の弓状の操みの程度、すなわちポンピン
グ・アップの程度は、正常動作範囲の全体にわたる導入
流体の差圧がダイヤフラム４６を、該ダイヤフラム４６
が圧力に対してほとんど連続で、均一で、変動しないで
、かつ確実な携み特性を示すように動作するような量だ
け、その初期榛み位置から榛まさせるように決められる
。他のバリャ・ダイヤフラム４８も同様に、薄い可塊性
平板で作られ、その周縁部はダイヤフラム４８を平板状
態にして環状部村５２に溶接される。

封入液８９はダイヤフラム４８がブロック２８の平坦側
面４４から弓状に榛まされて離れるような程度で封入さ
れる。ダイヤフラム４８は初期位置に第２図の如く弓状
に操まされる。これは丁度ダイヤフラム４６が初期位置
に弓状に榛まされたのと同じである。ダイヤフラム４８
の初期の弓状の榛みの程度は、正常動作範囲の全体にわ
たる導入流体の差圧がダイヤフラム４８を、該ダイヤフ
ラム４８が圧力に対してほとんど連続で、均一で、変動
しないで、かつ確実な棲み特性を示すように動作するよ
うな量だけ、その初期榛み位置から榛まされるように決
められる。バリャ・ダイヤフラム４６と４８及び中心ダ
イヤフラム３４の個々のならびに相対的な寸法、スチフ
ネスその他の特性は発信器が予定の差圧の全範囲にわた
って作動し、導入流体圧力が所定範囲内にある場合に該
圧力を表わす出力を検出素子から得られ、かつ過負荷状
態が生じた場合にバリャ・ダイヤフラムと検出素子を保
護することを該バリャ・ダイヤフラムが実現できるよう
に選ばれる。

このようにこれらバリャ・ダイヤフラムの特性を選ぶ場
合には、バリャ・ダイヤフラム４６と４８のスチフネス
のＩＯＮ苦のオーダーのスチフネスを有する中心ダイヤ
フラム３４が望ましいことが分った。過負荷保護を達成
するために、ダイヤフラム・パラメータはカプセル１４
内の検出素子に加えられる差圧が、過負荷状態が発生し
たとしても、危険な値にまで上昇しないように選ばれる
。

危険な値とは、検出素子を損傷したり、特性を劣化した
りするような大きな値をいう。特に、ダイヤフラム３４
，４６及び４８は、増加しつつある導入流体圧力が過負
荷状態を発生し、かつ検出素子に危険な差圧が現われる
前に、バリヤ・ダイヤフラム４６と４８の１つが、平坦
側面４２と４４の対応する１つにボトム・アウト（ｂｏ
ｔｔｏｍ−ｏｕｔ）すなわち着座するようになっている
。

このボトム・アウト動作が、以下に詳述するように、バ
リャ・ダイヤフラムと検出素子を過負荷圧力から保護し
ているのである。必要なら、平板ダイヤフラムは、必要
とされる弓状の榛みの程度まで予め弓状に蓬ませること
が指示されるならば、組み立てられかつポンピング・ア
ップされる前に機械的に予め多少弓状に操ませてもよい
。

この場合、各バック・アップ面は該予め榛ませられたダ
イヤフラムとの要求されるマッチングを行うように容易
に機械加工されうる。逆に、バック・アップ面を最初に
機械加工し、ダイヤフラムの組み立て前の弓状の操みを
該バック・アップ面にマッチングするようにすることも
可能である。また、バリャ・ダイヤフラム４６と４８の
スチフネスが中心ダイヤフラム３４のスチフネスに関し
て制御されるように作られているならばバリャ・ダイヤ
フラム４６と４８を所望の差圧範囲に対応する程度まで
ポンピング・アップするだけで、別の差圧範囲で使用で
きるように変更できる。前述した如く、検出器カプセル
１４の代表的な構造は第３図と第４図に示す通りである
。

この構造に於ては、上述の微小たわみ、微小体積変位形
の検出素子が用いられている。第３図と第４図に於て、
キャピラリー・チューブ１８はカプセル１４に液密に結
合し、カプセル１４の壁部９２に形成された通路９４中
に延びている。ガラス製チューブ９５はチューブ１８の
端部に近接した通路９４内の１つの位置と、シリコン製
支持板１００の通路９８内の１つの位置との間に延びて
いる。チューブ９５はェポキシ・シール９６で通路９４
と液密に結合され、米国特許第３８０紙７４号に開示さ
れた方法の如きシール方法で通路９８と液密に結合され
る。キャピラリー・チューブ１６はカプセル１４のカバ
ー部１０６に設けられた孔１０４中に延び、これと液密
に結合させられる。コップ状半導体検出素子即ちウェー
フア１０２は、例えばシリコン・ウェーフアであり、支
持板１００１こ接着されている。

チューブ１６に充満している封入液８８は、カプセル１
４の内側の室すなわち検出室にも充満する。従って、封
入液８８の圧力はゥェーフア１０２の外側の表面に加え
られる。チューブ１８に充満している封入液８９は、ゥ
ェーフア１０２と支持板１００との間に形成された他の
検出室と、チューブ９５にも充満する。従って、封入液
８９の圧力はウェーフア１０２の内側表面に加わる。そ
れ故、これら２つの封入液８８と８９の圧力はウェーフ
ア１０２の両面に作用を及ぼすから、ウェーフア１０２
には２つの圧力の差が加えられることになる。イオン移
動シールド１０８は多数の隔離支持棒１１０によって、
ウェーフア１０２の近傍に設置される。

シールド１０８は一対の導線１１２によってゥェーフア
１０２に電気的に接続されている。ストレィン・ゲージ
から成るホィートスト−ン・ブリッジ１１４はウェーフ
ア１０２の外側の表面に拡散法によって形成される。

必要な数の紬線１１６，１１８，１２０，１２２及び１
２３がブリッジ１１４とピン２０との間に延びている。
ピン２川まカプセル１４から、壁部９２に設けられた孔
１２６を経て、外に延びており、ピン２０とカプセル壁
部９２との間には液密のシール１２４が介挿される。代
表的な差圧発信器回路を第５図に示す。

この回路において、ブリッジ１１４は増幅器１３０、定
電流制御器１３２及びメーター３４に接続される。これ
ら構成要素へのブリッジ１１４の接続は、第１図に示す
プリント回路板２２の端子２１で、ピン２０‘ここれら
の構成要素を接続することにより実際には行われている
。回路は電池１２８の如き適当な電源で付勢される。第
５図回路はメーター３４を流れる電流が４ｍＡから２仇
ｈＡまでの範囲で変化するように、通常動作の全範囲に
わたって印加される流体の差圧に対応するブリッジ出力
を発生させるように構成されている。

この回路の詳細な構成と動作の説明は米国特許第３６５
４５４号に開示されているので、ここでは省略する。ウ
ェーフア１０２とその拡散法で形成されたブリッジ１１
４は上述の微小変位形検出素子を構成する。

これら構成要素はチューブ１６と１８の液体の圧力の差
が、その正常動作範囲にわたって加えられるとき、いず
れの場合も微小な変＆すなわちたわみしかしない。もし
も過負荷による過大な圧力がこれら構成要素に加われば
、これらは損傷したり、特性劣化を生じる。次に本発明
実施例の動作を説明する。

発信器１０は上述の如く構成されているので、ヘッド室
６２内の導入流体８２の圧力は検出器ウェーファー０２
の外側表面に通常は加えられる。この圧力の印加はバリ
ャ・ダイヤフラム４６と、室８７と３６、通路８６と９
１、キヤピラリー・チューブ１６及びカプセル１４中に
充満する封入液８８によって行われる。同様にヘッド室
６４内の導入流体８４の圧力は検出器ウェーフア１０２
の内側表面に通常は加えられる。この圧力印加はバリャ
・ダイヤフラム４８と、室８７′と３８、通路９０と９
３、キヤピラリ−・チューブ１８及びウェーフア１０２
の内側に形成された室に充満する封入液８９によって行
われる。それぞれのヘッド室６２と６４中の導入流体８
２と８４の圧力が等しい値の場合、バリャ・ダイヤフラ
ム４６と４８と中心ダイヤフラム３４は第２図に示す位
置の状態にある。

ダイヤフラム４６と４８のわん曲部は、上述した初期ポ
ンピング・アップによるものである。このような導入流
体の差圧零の状態においては、検出器ウェーファー０２
の両面に加わる圧力は等しく、メータ１３４は差圧零を
示す。導入流体８２の圧力が導入流体８４の圧力よりも
高い新たな値にまで増大したと仮定しよう。

このような状態になれば、導入流体の圧力間に差が生じ
る。この差の圧力は発信器の正常動作範囲内であるもの
と仮定しよう。流体８２の上述の如き圧力増大はバリャ
・ダイヤフラム４６に作用して、これをそのバック・ア
ップ面４２の方向に適度に榛ませ、これによって封入液
８８はウェーフア１０２の外側表面に新たな高い圧力を
伝達する。

従って、ウェーフア１０２には差圧が加わり、該差圧の
大きさに対応した量だけ該ウェーフアは操む。ダイヤフ
ラム４６がその初期ポンピング・アップ位置から榛まさ
れたので、新たな圧力をウェ−ファー０２に伝達するの
に何らの誤差も入り込まない。

従って、ウヱーフア１０２を横切って加わる圧力の変化
は、上述の導入流体の圧力変化を正確かつ忠実に再現す
る。ウェーフア１０２の上述の榛みはブリッジ１１４の
出力とメータ１３４を流れる電流をそれに対応して変化
させる。

この結果、メータ１３４はウェーフア１０２を横切って
存在している差圧すなわち２つの導入流体の圧力の差を
表示する。正常動作範囲内で差圧を増大させるような導
入流体８４の圧力の増大はシール・ダイヤフラム４８に
作用して、これをそのバック・アップ面４４の方に適度
に榛ませ、かつ封入液８９の圧力とウェーファ１０２の
内側の圧力に対応した変化をもたらす。この作用は上述
の導入流体８２の正常動作範囲内での圧力増大の場合の
作用と対比されるものである。導入流体の圧力減少は対
応するバリャ・ダイヤフラムに作用して、これを対応す
るバック・アップ面から離れる方向に榛ませる。

これはウェーフア１０２の対応する面に作用する圧力を
正確に相当量だけ減少させる。このように、バリヤ・ダ
ャフラムの新規な形状と状態が、差圧発信器に測定のた
めに導入される流体の差圧に高精度かつ確実に対応して
、ウェーフアを操ませるのである。従って、発信器１０
の正常動作範囲であれば、ゥェーフア１０２は導入流体
の差圧を忠実に再現する量だけ、常に孫ませられる。こ
の髭みの程度はメータ１３４によって指示される。それ
故、正常動作範囲で導入流体の差圧が存在する限り、ウ
ェーフア１０２を横切って加わる差圧、ウヱーファ１０
２の榛み及びメータ１３４の指示は導入流体の差圧を確
実かつ正確に表わす。導入流体圧力の１つ、例えば流入
流体８２の圧力が、他の導入流体の圧力によりも十分に
高く、その表圧が過負荷値に極めて近づいたような場合
を想定しよう。

このような事態が発生すると、バリャ・ダイヤフラム４
６はその対応するバック・アップ面４２に着座する。中
心ダイヤフラム３４は、このとき凹面３２の方へ十分に
移動して室３６を効果的に拡張し、バリャ・ダイヤフラ
ム４６の上述の着座動作を行わせるために室８７から移
動されるべき封入液８８の量を調節する。これらの動作
の全ては、ゥェーフア１０２が微小体積変位特性を有し
、かつ過大な差圧を少しでも受けると損傷しやすいもの
であるにもかかわらず、該ウェーフア１０２に加わる差
圧を危険な値にまで上昇させることなく行われる。差圧
を過負荷値にまで上昇させるような流体８２のこれ以上
の圧力増大はバリャ・ダイヤフラム４６、封入液８８及
びウェーフア１０２のいずれにも影響を与えない。

何故なら、バリヤ・ダイヤフラム４６の平坦面とそのバ
ック・アップ面４２との間の固有の優れたマッチングが
バック・アップ面４２に作用して、着座させられたダイ
ヤフラム４６を十分に支持し、従って導入流体８２の圧
力によって該ダイヤフラム４６が損傷されないように保
護するからである。上述の優れたマッチングは封入液８
８とウェーフア１０２とを流体８２の圧力から隔離し、
該圧力のそれ以上の増大はウェーフア１０２には伝達さ
れず、従ってウェーフア１０２を傷つけることはない。
要するに、導入流体８２の圧力が増大して、差圧発信器
に加わる差圧が過負荷値に近づくと、バリヤ・ダイヤフ
ラム４６はそのバック・アップ面４２に先ず着座する。
その後、ウェーフア１０２に加わる封入液８８の圧力は
流体８２の圧力が更に増大しても増加しないで、流体８
２がダイヤフラム４６を着座させたときの圧力、すなわ
ち安全な圧力値に保持される。ダイヤフラム４８をその
バック・アップ面４４に着座させるような導入流体圧力
の変化が生じると、ダイヤフラム４８はダイヤフラム４
６の着座動作と同じように、バック・アップ面４４で十
分に支持され、かつ保護される。

ダイヤフラム４８の着座をもたらした圧力が更に増大し
ても、その変化は封入液８９とウェーフア１０２に伝え
られないのは、上述のダイヤフラム４６の着座動作で説
明したのと同じことである。従ってウェーフア１０２に
加わる差圧は、導入流体の差圧が過大な値、すなわち過
負荷値であっても、危険な値には決してならない。

過負荷状態をもたらすような高い導入流体圧力は対応す
るバリャ・ダイヤフラムをそれと対応するバック・アッ
プ面に着座させ、検出器ウェーフアにかかる圧力をバリ
ャ・ダイヤフラムが着座した時の安全な値に保持する。
それ故上記着座動作を起す値以上の高い圧力が導入流体
圧力間に生じても、この増加した圧力は該ウェーフア１
０２には全く伝達されない。本発明の発信器は図示の特
定の形状の中心ダイヤフラム３４だけでなく、他の形状
、構造の中心ダイヤフラムを用いることもできる。

また本発明は実施例の分離設置形検出器とキャプラリー
・チューブを用いた発信器だけでなく、他の発信器、例
えば米国特許第３７１２１４３号に開示されている如き
ヘッド構造内に設置された検出器を用いた発信器にも適
用できる。ここに例示した発信器は２つの導入流体の差
圧を測定するものであり、従って２つの導入流体の圧力
のそれぞれが対応するバリャ・ダイヤフラムと封入液に
作用するものであった。

しかしながら開示した新規なダイヤフラム構成は、検出
されるべき差圧が検出器の一方に１つのバリャ・ダイヤ
フラムと１つの封入液とを介して作用する圧力と、該検
出器の他方に作用する大気圧若しくは一定圧との差であ
るような発信器にも有効に適用できる。すなわち、本発
明の新規なバリヤ・ダイヤフラム構成は、１つのプロセ
ス圧力と１つの大気圧若しくは一定圧の２つの圧力が導
入され、単一のバリャ・ダイヤフラムと単一の封入液と
が用いられるような差圧発信器にも有効に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された差圧発信器の斜視図
である。 第２図は第１図の差圧発信器の圧力検出ヘッドの断面図
である。第３図は第１図の差圧発信器に用いられる差圧
検出カプセルの断面図を示す。第４図は第３図差圧検出
カプセルの線４−４に沿って切断した断面図である。第
５図は第１図の差圧発信器に用いられる代表的な電気回
路である。１０・・・発信器、１２…圧力検出ヘッド、
１４・・・差圧検出カプセル、１６と１８…キヤピラリ
ー・チューブ、３４・・・中心ダイヤフラム即ち調節ダ
イヤフラム、３６…室、３８…室、４２と４４…平らな
バック・アップ面、４６と４８…バリャ・ダイヤフラム
、６２と６４…ヘッド室、６１と６３・・・ヘッド部材
、８２と８４・・・導入流体、８８と８９・・・実質的
に非圧縮性の封入液、１０２・・・コップ状半導体差圧
検出素子即ちウェーフア、１１４・・・ホイートストン
・ストレイン・ゲージ・ブリッジ。 第１図 第４図 第２図 第３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 個々に第１および第２の面を含む第１および第２の
   ブロツク部材を具えるヘツド部本体と、前記第１のブロ
   ツク部材の第１の面に周縁がシールされた一方の面を有
   する第１のバリヤダイヤフラムと、前記第２のブロツク
   部材の第１の面に周縁がシールされた一方の面を有する
   第２のバリヤダイヤフラムと、前記第１および第２のブ
   ロツク部材の第２の面に挟まれ、それら第２の面と間隔
   をおいて、かつ、シール状態にして取り付けられて第１
   のブロツク部材の第２の面との間に第１の流体室を、第
   ２のブロツク部材の第２の面との間に第２の流体室をそ
   れぞれ形成する過負荷保護用調節ダイヤフラムと、前記
   第１の流体室と、前記第１のブロツク部材の第１の面と
   前記第１のバリヤダイヤフラムの一方の面との間に形成
   されるべき第３の流体室とを連通する第１の流体通路と
   、前記第２の流体室と、前記第２のブロツク部材の第１
   の面と前記第２のバリヤダイヤフラムの一方の面との間
   に形成されるべき第４の流体室とを連通する第２の流体
   通路と、前記第１および第２の流体室と前記第１および
   第２の流体通路に完全に充満し、更に、前記第１および
   第２のバリヤダイヤフラムをそれぞれ前記第１および第
   ２のブロツク部材の第１の面から離れるようにポンピン
   ングアツプして、それぞれのバリヤダイヤフラムを所定
   の初期撓み位置まで撓ませて、前記第３および第４の流
   体室を拡張して形成するように封入される実質的に非圧
   縮性の封入液と、第１の流体圧を表わす第１の力を前記
   第１のバリヤダイヤフラムの他方の面に与える第１の給
   圧手段と、第２の流体圧を表わす第２の力を前記第２の
   バリヤダイヤフラムの他方の面に与える第２の給圧手段
   を含み、前記第１および第２のバリヤダイヤフラムは前
   記第１および第２の給圧手段から与えられる測定される
   べき流体圧に応じて、それぞれ前記所定の初期撓み位置
   から変位することを特徴とする差圧発信器の圧力検出ヘ
   ツド。 ２ 第１および第２のバリヤダイヤフラムはポンピング
   アツプされてそれぞれ第１および第２のブロツク部材の
   第１の面から撓まされる前はほぼ平板であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の差圧発信器の圧力
   検出ヘツド。 ３ 第１および第２のブロツク部材の第１の面は平担な
   バツクアツプ面であり、第１および第２のバリヤダイヤ
   フラムが着座したときバリヤダイヤフラムの一方の面と
   マツチングし、バリヤダイヤフラムを十分支持するもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   差圧発信器の圧力検出ヘツド。