JPS6136167B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は圧力感知器に関し、さらに詳細に言え
ば、ほぼ中央にある軸を有するハウジングを含
み、かつこの軸に沿う加速度による効果が最小に
されるべきである圧力感知器に関する。

（従来技術） 従来の圧力感知器は、例えば特公昭55−34372
号公報に示されるように、感知膜の両側または片
側に感知室が形成され、前記感知膜から垂直方向
に、外側へ隔離した位置に隔室が形成され、前記
隔室は隔膜によつて封止されて受圧部を構成する
と共に、前記感知室と隔室とを連絡する通路また
は連通孔を設け、前記感知室、隔室および連通路
に非圧縮性流体が充填された構造を有している。

このような従来の圧力感知器では、これを航空
機などの宇宙飛翔体に取付けた場合、感知膜と垂
直方向の加速度または重力によつて測定誤差を生
ずる傾向がある。

前記誤差の原因は、感知膜と垂直な方向に、感
知室、連通路および隔室が順次に配置されており
そこに非圧縮性流体が充填されているために、こ
の方向の加速度が重力が加わつた場合、流体が移
動し、その質量と加速度に応じた力が感知膜に加
わつて、これを加速度や重力の方向とは反対の方
向へ偏向させるためであることが分つた。

また、連通路の断面積は、隔室を閉塞する隔膜
に加えられる外部圧力を、なるべく損失なしに感
知膜に伝達し、応答レスポンスを向上するという
観点からは、なるべく大きくする必要があるが、
その反面、感知膜が隔膜が、過大圧力によつて対
向する連通路に押付けられた際に、その永久変形
を防止するという観点からは、なるべく小さいこ
とが望まれる。前記２つの要求を同時に満足する
ような、連通路の断面寸法を決定することは、必
ずしも容易ではない。

（発明の目的） 本発明は前述の諸問題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、感知膜と垂直な方向
の、加速度による影響を最小にすることのできる
圧力感知器を提供することにある。

また本発明の他の目的は、感知膜の中央部分の
両側に形成される空間部と、隔膜と感知膜の周縁
部との間に形成される空所との連通部による流体
抵抗を小さくすることにより、応答レスポンを向
上することのできる圧力感知器を提供することに
ある。

（発明の概要） 本発明の圧力感知器のハウジングは、一つの端
面と、この端面の一方の部分（周縁部分）に関し
て封緘されている一つの隔膜とを有し、この隔膜
と上記の一方の部分との間に隔室を形成するよう
に、隔膜は一方の部分から離隔する。一つの圧力
取付部が上記の隔室に開口する。

隔膜のほぼ全表面に亘つてこの隔膜上にひろが
り、かつ、上記の端面の別の部分（中央部分）上
にもひろがる封緘室を形成するように、上記の隔
膜と上記端面の別の部分との全体に亘つて、一つ
の感知膜が上記のハウジングに取付けられる。

隔膜は、その偏向面にほぼ全体にわたつて、感
知膜から最小限度に離隔するように位置する。ま
た、上記の隔膜と上記の別の部分および上記の感
知膜によつて形成される室には、圧縮され得ない
流体（以下単に流体ということがある）が満され
る。

この流体の体積は、感知器の使用中に、その感
知する最低温度に流体がある時にも、流体が隔膜
の全面に亘つて薄膜を形成する程度に、換言すれ
ば、隔膜と感知膜が直接接触することが防止され
る限度で、最小にされる。感知膜が基準位置から
偏向していることを感知することにより、圧力が
指示される。

本発明の圧力感知器は一種の差圧感知器であ
り、この差圧感知器には、相対的にたわみ易い複
数個の隔膜が含まれ、この隔膜は、流体を満して
ある室を経て差圧感知膜に測定されるべき差圧を
伝える。この感知膜は、２個の固定された電極に
関して偏向する一つのコンデンサ極板として作動
する。

加速度に対する圧力感知器の感度は、固定され
たコンデンサ、極板のまわりに、隔膜を環状に配
列することにより減少される。活性の感知要素を
形成する感知膜、すなわち偏向ダイヤフラムの偏
向面にきわめて接近して隔膜が位置される。

この位置決めにより、加速度また重力ｇに対す
る感度に関する限り、流体あるいは油を満すこと
に基く影響は最小にされ、しかも圧力感知器の製
作は容易でかつ満足すべき精度が得られる。

感知要素が容量型感知器の形態において配置さ
れるときには、油柱すなわち油充填のヘツド
（head）を増量することなく、中央部分において
感知器本体が十分の厚みを有し得るようにできる
という附加的の利点を挙げることもできる。

簡単な設計を望むならば、圧力取付部を装置の
両側において設けることも可能であり、また容量
型感知器に関して使用するときに、従来一般に受
容されている製造技術を本発明の圧力感知器につ
いてもなお使用することができる。

本発明の装置の時定数は小さい。すなわち、圧
力の変化にともなう流体あるいは油の動きにはほ
とんど制限がないので速い応答が得られ、かつ、
組立体は相対的に軽量である。

さらに、感知膜よりも早く隔膜が対向面に突当
るようにすることにより、過大圧力に耐える能力
を達成することができる。温度変化に基く油の体
積変化に備えて、極度にたわみ易い隔膜が設けら
れる。

（発明の実施例） 図示の実施例において、圧力感知器モジユール
１０は差圧感知器であり、適当な外部ハウジング
がこのモジユールを正しい位置に締め付け、かつ
これを支持するために通常利用される。たとえば
米国特許第3618390号明細書に示されるようなハ
ウジングが、この中央感知モジユール上に置かれ
得る。

電気的および圧力についての接続部の位置を適
切に決めるために修正を必要とすることがある位
が変更の範囲に入る。これらは当該部門の専門家
のよく知るところである。

モジユール１０には大きいハウジング組立体１
１が含まれ、このハウジング組立体１１は製造初
期においては、中央の分割線に沿つて分割されて
いる２個のハウジング半区分１２および１３から
成る。

図示の例では、展張されている測定膜、すなわ
ち感知膜１４は上記の分割線に沿つて位置し、し
たがつて、モジユール１０を二分する線上にある
こととなる。２個のハウジング半区分１２および
１３は、周知の方法を用いて、薄い感知膜１４を
正しい位置にはさんで、共に溶接され得る。

金属製のハウジング半区分１２および１３の
各々は、内部に中央の開口部を形成され、剛性の
絶縁材より成る中央部分１５および１６がそれぞ
れ上記の開口部に充填される。たとえば、ガラス
材料あるいは磁器材料が金属ハウジング１２およ
び１３の中央部の正しい位置に溶融・注入されて
剛性のある裏打材を形成する。

感知膜１４に面する中央部分１５および１６の
表面は、平面形状あるいは凹面形状のような所望
の形状に形成され、導電材料から成るコンデンサ
１７および１８が、中央部分１５および１６の表
面上に沈着、あるいはその他の適当の方法により
取付けられる。

固定のコンデンサ極板となる導電性部材１７お
よび１８は、中央部分１５および１６によりそれ
ぞれのハウジング半区分１２および１３から絶縁
される。

磁器またはガラス材の中央部分１５および１６
が正しい位置に溶融・注入される時に、ハウジン
グ組立体１１の中心軸に沿つて、かつまた前記中
央部分１５および１６を貫通して軸方向に延びる
金属管２１および２２が、それぞれ正しい位置に
埋設される。

金属管２１および２２の、中央の分割線に近い
内端は、中央部分１５および１６の内端の表面と
同一表面を成すように形成されるので、コンデン
サ極板１７および１８が正しい位置に沈着される
時に、コンデンサ板１７および１８は金属管２１
および２２との電気的接続を形成する。

金属製ハウジング半区分１２および１３もそれ
ぞれ凹み表面２３および２４を有し、この凹み表
面２３および２４は中央部分１５および１６を取
巻く。凹み表面２３および２４は、第１図および
第２図に示すように、通常は波型に成形されて環
状の室２３Ａおよび２４Ａを限定する。もつと
も、偏平な隔膜が使用されるときは、凹み表面２
３および２４は偏平に形成される。

適当な圧力入口通路２５および２６は、それぞ
れ金属製のハウジング半区分１２および１３の部
分を貫通して、凹み表面２３および２４にそれぞ
れ開口する。

環状の室２３Ａおよび２４Ａは、環状の、波型
加工された可撓性隔膜２７および２８によつて、
それぞれ閉塞される。隔膜２７および２８は、そ
の内縁２７Ａおよび２８Ａ近くにおいて、それぞ
れのハウジング半区分１２および１３に対して封
緘される。

この封緘された接合部は中央部分１５および１
６の周辺に近いので、それぞれのコンデンサ極板
に近く、これを取巻き、かつほぼこれと同一平面
を成す。

この封緘作業は、適当なろう付作業、縫合せ溶
接、あるいはその他の隔膜２７および２８を封緘
する型の結合作業により、それぞれのハウジング
半区分１２および１３に対して行われるので、こ
の形成される環状の室２３Ａおよび２４Ａからの
圧力のもれは生じない。

隔膜２７および２８のそれぞれの環状の外縁２
７Ｂおよび２８Ｂは、感知膜１４が正しい位置に
固定される時に、ハウジング半区分１２，１３お
よび感知膜１４のそれぞれの周辺部に封緘され
る。

第３図には感知モジユールの半分が示され、こ
こではハウジング半区分１２は製造の中途にあ
る。金属管２１は開放されており、コンデンサ極
板１７を貫通する開口が示されている。

第４図にはハウジング半区分１２の平面図が示
される。ハウジング組立体１１の外縁近くにある
環状の外縁２７Ｂは、ハウジング半区分１２の周
辺を全部取巻いて延びている。隔膜２７について
の環状の内側の封緘部が符号２７Ａで示されてい
る。

このような方法により２個のハウジング半区分
が構成された後に、これら感知膜１４を間にはさ
んで対向するように置かれる。感知膜１４は、通
常は、ぴんと引き伸した状態にあり、隔膜の外２
７Ｂおよび２８Ｂは感知膜１４に強く接触した状
態で締付けられる。

次に、このような状態に組立てた２個のハウジ
ング半区分は、第２図の符号３０で示すように、
それらの周辺部で溶接される。この溶接部３０
は、隔膜２７および２８の外縁２７Ｂおよび２８
Ｂをハウジング半区分に封緘する。

このようにして、感知膜１４は金属製ハウジン
グ組立体および隔膜２７，２８に溶接される溶接
部３０はさらに、２個のハウジング半区分を一緒
にして保持する。

２個のハウジング半区分が上記のように組立て
られた後でも、金属管２１および２２は未だ開放
されている。これらの金属管の内部通路を経て、
油あるいはその他の非圧縮性流体が、感知膜の両
側の空所すなわち室３１および３２へ満される。

この空所は、ハウジング半区分１２，１３と感
知膜１４との間にそれぞれ構成されている。

空所３１および３２と金属管２１および２２と
が共に、油で満たされた後、ハウジング組立体の
内部が完全に封緘されるように、両金属管の端部
２１Ａおよび２２Ａはつまみ切られて封緘され
る。

これらの両金属管そのものは、コンデンサ極板
１７および１８に対する電気的導線となり、図に
示されていないが、適当な方法で外部への接続も
行われる。

本発明の圧力感知器の図示の実施例について、
その動作を次に説明する。

測定されるべき差圧力源に、圧力入口通路２５
および２６を経て接続される環状の室２３Ａおよ
び２４Ａに差圧が生ずると、この差圧は、それぞ
れの可撓性隔膜２７および２８に対して作用す
る。

各環状の室２３Ａおよび２４Ａに加えられた圧
力は、空所３１および３２をそれぞれ満す油ある
いは非圧縮性流体を経て固い感知膜１４に伝送さ
れる。この圧力に差圧が存在するとき、感知膜１
４は低い圧力を有する空所の方へ偏向させられ
る。

その結果、この低い圧力を有する空所内の油
は、一方の隔膜を（たとえば、圧力入口通路２６
が高い圧力を受けているならば、隔膜２７を）こ
の隔膜に隣接する凹み表面、たとえば凹み表面２
３の方へ押圧する。

隔膜の偏位に応じて感知膜１４も移動し、この
感知膜１４の運動により感知膜１４と固定された
コンデンサ極板１７および１８との間の間隔が変
化し、この間隔変化は容量の変化として感知され
る。

このとき、空所３１および３２の容積、ならび
に隔膜２７および２８のそれぞれの凹み表面２３
および２４からの距離は、感知膜１４がコンデン
サ極板１７あるいは１８に突当る前に、隔膜２７
あるいは２８がハウジングの凹み表面２３あるい
は２４に突当るように選択されている。

その結果、隔膜が機械的に支えられることによ
り、過大圧力停止機能が得られ、感知膜に加えら
れる過大ひずみが防止される。

波型加工された隔膜２７および２８のたわみ性
は、圧力感知器の正常な感知動作に影響を与える
ことなく、温度変化によつて誘起される油量の変
化を許容するに足るほどである。

圧力感知器に加えられる加速度に基く力が、環
状の室２３Ａおよび２４Ａ間の差圧およびそれぞ
れの金属管２１，２２を満す流体の蒸気圧の差圧
を超えるまでは、これら両金属管内の流体は加速
度に基く力を受けて動くことはできないので、両
金属管２１，２２内の流体（油）がハウジング組
立体１１の中央軸に沿う加速感度（acceleration
sensitivity）に対して悪影響を及ぼすことはな
い。

通常の使用状態においては、高い標高の場所に
あつても、環状の室２３Ａおよび２４Ａはいく分
の大気圧力を有しており、かつ、金属管２１ある
いは２２からの流体の運動は生じない。

なお残存する加速度に基づく誤差は、薄い隔膜
のわずかの重量に主としてよるものであり、さら
に小さい程度の誤差は、感知膜と可撓性隔膜との
間になお存在する大幅に縮小された油柱によるも
のである。

隔膜のたわみ性により、油あるいは流体は加速
度を受けて動くことができ、かつ、感知膜を偏向
させようとする。この動作は、上記の圧力感知器
の通常の動作範囲において、すなわち、一般には
２気圧以下の範囲のような小さい差圧が感知され
る場合に、特に著しくなる。

測定されるべき加圧流体は環状の室２３Ａおよ
び２４Ａのみを経て導入され、圧力感知器モジユ
ール１０の全領域に作用させられることはない。

その結果、測定用の感知膜にきわめて接近して
位置している環状隔膜の中央開口部内に、コンデ
ンサ極板を配置することができ、さらに、空所３
１および３２を満す流体のヘツド（head）は流
体によつて誘起される加速度誤差が感知膜および
隔膜それ自体の加速度誤差と同じオーダ（位）に
なるまで減少される。

換言すれば、隔膜は２個の分離された室を限定
し、これらの室は各ハウジング組立体の中央軸を
横切つて延びる感知膜１４に対して開いている。
これらの分離された室は、実質上非圧縮性の流体
で満される。

各隔膜は環状で、感知膜から離隔され、次のこ
とを保証する関係で、最小限の距離だけ中央軸に
沿う方向に延びている。

すなわち、圧力感知器がその中央軸に沿う方向
において加速される時に、非圧縮性流体の加速度
効果によつて生ずる感知素子（偏向膜）１４の出
力変化が、上記と同一の加速時に、隔膜と感知膜
との質量によつて生ずる感知膜の出力変化より実
質上大きくはないことが保証されるという関係に
ある。

たとえば、もし、感知膜１４および隔膜２７お
よび２８がいずれも比重10.8の鋼製であり、か
つ、感知膜１４の厚さは0.0762mm（0.003イン
チ）、隔膜２７および２８の厚さは0.0254mm
（0.001インチ）であり、さらに、空所３１および
３２内の油の比重が0.9であるとすれば、感知膜
１４の各側にある0.762mm（0.03インチ）の大き
さの油柱は、この油柱と両膜についてほぼ同一の
大きさの加速度誤差を与えるであろう。

図示の実施例は拡大して示されており、展張さ
れた膜からの油柱の高さはほぼ0.508mm（0.02イ
ンチ）である。なお、圧力感知器モジユールに対
して寸法上の剛性を与えるために、ハウジング組
立体の高さを十分に大きくすることもできる。

隔膜は、この膜を凹ませて損傷を生えるかもし
れぬような力あるいは物体に対して露出されてお
らず、２つのハウジング半区分の内部に包囲され
ている。本発明の圧力感知器は、有害または危険
な環境の下において動作するように設計されてい
る。

もし望むならば、たとえばリラクタンス型変換
器のような変換要素をもつ他の型式のものを使用
することもできる。誘導型の感知器を本発明のハ
ウジング組立体と共に用いることもできる。この
ときは、ハウジング上には静止部品を、また感知
膜上には可動部品をそれぞれ取付ける。

油柱の高さを減少し得る環状の隔膜を使用する
ことにより、加速度に対する感度を低下しうると
いう利点は、このときも好ましい特徴として挙げ
られる。

隔膜と感知膜との間の間隔は最小に保たれるこ
とが望ましい。通常の使用圧力範囲内において
は、感知膜が隔膜に接触しないことが重要であ
る。それに圧力感知器がその最低の作動温度のも
とで作動している間でも、隔膜と感知膜との間の
間隔が零にまで低下されることはないような、十
分の厚さをもつ層を、流体または充填油が形成す
る。

作動温度が低下するにつれて非圧縮性流体は収
縮するが、いかなる作動温度のもとにおいても、
隔膜と感知膜との間には流体の薄い膜が常に存在
しなければならない。各隔膜の可動（活性）部分
の全表面は、感知膜の対応する部分に直接面して
おり、かつ、この部分に正しくそろつているの
で、非圧縮性流体が、それぞれの隔膜に開口する
別個の室から、感知膜に開口する室への通路また
はオリフイスを経て通過することは必要でない。

液体を収容する室には流体の流れを制限するも
のが設けられていないので、従来の制限付の変換
器に比してより急速なレスポン時間が、急速に変
化する圧力に対して得られる。もし、強く過度に
減衰されたレスポンが望まれるときは、きわめて
粘性の高い流体が用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧力感知器の一実施例の垂直
断面図である。第２図は第１図に示す実施例の垂
直断面図の拡大図で、隔膜と感知膜との構造およ
び両膜の関係の詳細を示す。第３図は第１図に示
す実施例の一方の半分を示す垂直断面図である。
第４図は第３図に示す一方の半分の平面図で、環
状隔膜の構成を示す。 １０……圧力感知器モジユール、１１……ハウ
ジング組立体、１２，１３……ハウジング半区
分、１４……測定膜すなわち感知膜、１７，１８
……コンデンサ極板、２３Ａ，２４Ａ……環状の
室、２７，２８……隔膜、２７Ａ，２８Ａ……内
縁、２７Ｂ，２８Ｂ……外縁、３１，３２……空
所。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方の主表面に、凹み部分およびこれに隣接
   した取付部分を有するハウジング部材と、前記凹
   み部分の周縁部に封緘され、凹み表面との間に隔
   室を形成する隔膜と、隔室に被測定圧力を導入す
   る圧力入口通路と、前記取付部分および隔膜から
   間隔を置くように、前記ハウジング部材の一方表
   面の周縁部に封緘され、密閉された空所を形成す
   る感知膜と、前記空所内に充満された実質上非圧
   縮性の流体と、前記取付部分に配置され、感知膜
   の基準位置からの偏向を検出する感知手段とを具
   備した圧力感知器であつて、 前記感知膜と隔膜との距離は、この圧力感知器
   の動作する全温度範囲および使用圧力範囲にわた
   り、感知膜の偏向時に感知膜と隔膜が互いに接触
   しない限度において、可及的小さく設定されたこ
   とを特徴とする圧力感知器。 ２ 上記の感知膜の偏向を感知する手段が電気的
   交流インピーダンス感知手段であることを特徴と
   する前記特許請求の範囲第１項記載の圧力感知
   器。 ３ 上記のインピーダンス感知手段が上記の取付
   部分の上に位置する平面板部材を含み、かつ、上
   記感知膜の偏向が上記の平面板部材に関する交流
   インピーダンスに影響を与える手段を含むことを
   特徴とする前記特許請求の範囲第２項記載の圧力
   感知器。 ４ 前記平面板部材および隔膜が実質上同一平面
   内に位置決めされたことを特徴とする前記特許請
   求の範囲第３項記載の圧力感知器。 ５ ハウジング部材は、ほぼ中央にある軸を有
   し、取付部分は前記軸を取巻き、かつこの軸に対
   してほぼ垂直であり、隔室および隔膜が前記取付
   部分を取囲んでいることを特徴とする前記特許請
   求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の圧
   力感知器。 ６ この感知器が中央軸の方向に加速されるとき
   の、非圧縮性流体の加速効果が、この加速の間に
   おける隔膜および感知膜の質量に依存して生ずる
   感知出力の変化よりも事実上大きくないことを特
   徴とする前記特許請求の範囲第１項から第５項の
   いずれかに記載の圧力感知器。 ７ １対のハウジング組立体と、前記ハウジング
   組立体の間にサンドイツチ状に挾まれて封緘され
   た感知膜とよりなる圧力感知器であつて、 各ハウジング組立体は、感知膜に面する主表面
   に、凹み部分およびこれに隣接した取付部分を有
   するハウジング部材と、前記凹み部分の周縁部に
   封緘され、凹み表面との間に隔室を形成する隔膜
   と、隔室に被測定圧力を導入する圧力入口通路と
   よりなり、 感知膜は両ハウジング組立体の前記取付部分お
   よび隔膜から間隔を置くように、前記ハウジング
   部材の一方表面の周縁部に封緘され、密閉された
   空所を形成し、 実質上非圧縮性の流体が前記空所内に充満さ
   れ、 感知膜の基準位置からの偏向を検出する感知手
   段が前記取付部分に配置され、 前記感知膜と隔膜との距離は、この圧力感知器
   の動作する全温度範囲および使用圧力範囲にわた
   り、感知膜の偏向時に、感知膜と隔膜が互いに接
   触しない限度において、可及的小さく設定された
   ことを特徴とする圧力感知器。 ８ 上記の感知膜の偏向を感知する手段が電気的
   交流インピーダンス感知手段であることを特徴と
   する前記特許請求の範囲第７項記載の圧力感知
   器。 ９ 上記のインピーダンス感知手段が上記の取付
   部分の上に位置する平面板部材を含み、かつ、上
   記感知膜の偏向が上記の平面板部材に関する交流
   インピーダンスに影響を与える手段を含むことを
   特徴とする前記特許請求の範囲第８項に記載の圧
   力感知器。 １０ 前記平面板部材および隔膜が実質上同一平
   面内に位置決めされたことを特徴とする前記特許
   請求の範囲第７項記載の圧力感知器。 １１ ハウジング部材は、ほぼ中央にある軸を有
   し、取付部分は前記軸を取巻き、かつこの軸に対
   してほぼ垂直であり、隔室および隔膜が前記取付
   部分を取囲んでいることを特徴とする前記特許請
   求の範囲第７項から第１０項のいずれかに記載の
   圧力感知器。 １２ この感知器が中央軸の方向に加速されると
   きの、非圧縮性流体の加速効果が、この加速の間
   における隔膜および感知膜の質量に依存して生ず
   る感知出力の変化よりも事実上大きくないことを
   特徴とする前記特許請求の範囲第７項から第１１
   項のいずれかに記載の圧力感知器。