JPS6136610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測定圧力に対応した電気信号を発する
圧力測定装置に関する。

このような圧力測定装置としては第１図のよう
なものがある。円柱状絶縁体１は両端面が球欠状
凹面２１および２２として形成され、中心に貫通
孔３を有し、凹面２１および２２上には電極４１
および４２を備えている。電極４１および４２に
対向してダイヤフラム５１および５２が絶縁体１
を取囲む外円筒６に接続によつて固定されてい
る。ダイヤフラム５１および５２の外側には蓋板
７１および７２の間にそれぞれ測定圧室８１およ
び基準圧室８２を備えており、基準圧室８２は閉
鎖されているが、測定圧室８１は貫通孔９により
外部に通じている。ボルト１０、ナツト１１によ
り蓋板７１および７２をダイヤフラム５１，５２
および外円筒６に対して締付ける。貫通孔３によ
つて連結されたダイヤフラム５１，５２と絶縁体
１の間の空間に絶縁液、例えばシリコーン油ある
いは鉱物油を封入しておく。測定圧室８１に貫通
孔９を通じて被測定圧を作用させると、基準圧室
８２の圧力との差によつて強い圧力側のダイヤフ
ラムは凹に、弱い圧力側のダイヤフラムは凸に変
形し、ダイヤフラム５１，５２と電極４１，４２
の間のコンデンサ容量が変化する。このコンデン
サ容量の変化は電極４１，４２から絶縁体１およ
び外円筒６の穴の絶縁物１２を介して導出したリ
ード線４３および４４によつて検出し、圧力差に
応じた出力信号に変換される。

このような圧力測定装置は周囲温度の上昇によ
りその絶縁液が膨張するとダイヤフラム５１，５
２は外側に押し拡げられ、電極４１，４２とのコ
ンデンサ容量が変化し、圧力の測定に誤差を生じ
るという欠点があつた。また、周囲温度が大きく
下がり絶縁液の収縮が大きいと、ダイヤフラムが
前記収縮に追従して変形することができなくな
り、絶縁液を密閉した部分にトリチエリの真空と
称する真空部分が形成され、絶縁液が正確な圧力
の伝達をすることができなくなり、圧力の測定に
誤差を生じるという欠点があつた。

また、一般に外円筒６は鋼で、ダイヤフラム５
１，５２は弾性の高い材料で作られ、それらの温
度による膨張係数が異なるので、ダイヤフラム５
１，５２の周縁部とそれを取付けている外円筒６
の両端面との温度による半径方向の膨張収縮の量
が異なり、このためにダイヤフラムを半径方向に
引張る力が変化し、圧力の測定に誤差を生じると
いう欠点があつた。

これらの欠点を除いた圧力測定装置として第２
図に示すものが本件出願人によつて提案されてい
る。第２図において第１図と同様な作用を持つ部
分には同じ符号を付している。貫通孔３を有する
絶縁体１の球欠状凹面となる端面２１，２２に設
けられた電極４１，４２の内４２には測定ダイヤ
フラム５２が対向し、測定ダイヤフラム５２はそ
れより径の大きいダイヤフラム台７３と結合して
いる。ダイヤフラム５２とダイヤフラム台７３と
は一体に形成されるか、またはほゞ熱膨張係数の
等しい材料でつくつて溶接され、内部に基準圧室
８２を有する。絶縁体１をとり囲む外円筒６はも
う一方の電極４１に対向する基準電極体１５と一
体に形成されるか、またはほゞ熱膨脹係数の等し
い材料でつくつて溶接されている。さらに外円筒
６とダイヤフラム台７３とは同一材料かまたは
ほゞ等しい熱膨脹係数をもつ材料から成り、溶接
されている。基準電極体１５の電極４１と反対側
の面は同心円の波状に形成されており、それに対
応した波状の受圧ダイヤフラム５３と対向してい
る。基準電極体１５と受圧ダイヤフラム５３との
間の空間は、貫通孔３１を介して電極４１と基準
電極体１５との間の空間、さらに貫通孔３を介し
て電極４２と測定ダイヤフラム５２との間の空間
に連通し、この空間には第１図の場合と同様な絶
縁液が封入される。受圧ダイヤフラム５３と蓋板
７１の間に形成される受圧室８３は、貫通孔９に
より外界と連通する。組立てられた絶縁体１、外
円筒６、測定ダイヤフラム５２、ダイヤフラム台
７３、基準電極体１５を有底円筒状の保持体１６
の中に収容し、ダイヤフラム台７３の突出部７４
を保持体１６の穴に嵌合させて溶接固定し、保持
体１６と蓋板７１とを図示しないボルトおよびナ
ツトにより締付ける。受圧ダイヤフラム５３は測
定ダイヤフラム２６に比較して数10倍ないし数
100倍の柔かさとなるように成形されており、受
圧室８３に加わる測定圧力により自由に変形して
圧力を絶縁液に伝える。この絶縁液の圧力と基準
圧室８２の圧力との差によつて測定ダイヤフラム
５２が変形する。このために測定ダイヤフラム５
２と電極４２とのコンデンサ容量が変化する。こ
のコンデンサ容量と基準電極体１５、電極４１の
間の変化しない容量とを電極４１，４２および保
持体１６よりそれぞれ導出したリード線４３，４
４，４５を介して比較し、その変化量から被測定
圧力の基準圧力との差に対応した出力信号を得
る。

第２図に示す圧力測定装置では受圧ダイヤフラ
ムが充分に柔かいように成形されているので、温
度変化による絶縁液の膨脹収縮に充分に追従でき
るので、測定ダイヤフラムを変形させたり、トリ
チエリの真空を発生させたりすることはない。ま
た外円筒とダイヤフラム台と測定ダイヤフラムと
基準電極体とをそれぞれ等しいか、またはほゞ等
しい熱膨脹係数の材料で構成しているので、検出
部には温度変化によつて内部応力が生せず測定ダ
イヤフラムを半径方向に引張る力が変化しない。

第１図、第２図の基準圧室８２は通常真空にさ
れる。従つて各部材を真空中で組立て電子ビーム
溶接をするか、あるいは基準圧室８２に排気管を
連結し、真空排気してから排気管を封じ切るなど
の方法が行われる。第２図の構造では排気管はダ
イヤフラム台の突出部７４の部分に設けることが
多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者等が種々の実験を繰返して行なつた結
果、これらの圧力測定装置は大気圧以上の圧力の
検出には問題ないが、大気圧以下の真空に対して
用いる際には封入絶縁液から気体が発生し、正常
な圧力伝達が行なわれないということが判明し
た。本発明者等の検討によれば、このような発生
気体は封入液の蒸気、封入液に溶解している気
体、水分、不純物あるいは構成部品に吸着されて
いる気体、汚水、水分であると考えられる。従つ
てこのような気体の発生を防ぐには、蒸気圧が使
用温度範囲で十分に低い封入液を用いること、封
入液をろ過し加熱脱気して封入液中の水分、気
体、不純物を除去すること、構成部品を加熱して
吸着内蔵している気体、水分などを除去すること
が必要である。この加熱脱気には従来２週間ない
し４週間を要し、可成り大変な作業であつた。

さらに、第２図に示した圧力測定装置において
は、受圧ダイヤフラム５３は測定ダイヤフラム５
２に比較して充分柔らかく成形されるので、温度
変化による絶縁液の膨脹・収縮に良好に追従す
る。その結果、第２図に示した圧力測定装置にお
いては、第１図に示した圧力測定装置の持つ上述
した欠点は解消される。

しかしながら、本発明者らの検討によれば、第
２図に示した圧力測定装置においては、まだ、温
度変化に起因する次のような問題点が在ることが
判明した。

ここで、今、受圧室８３に作用している圧力は
一定であるとする。

先ず、温度が上昇すると、絶縁液が膨張し
て、絶縁液の体積が増加する。この体積増加に
より、第２図において、受圧ダイヤフラム５３
は左方向に押圧されて左方向に凸となる押圧変
形をする。一方、剛性の相違によりかかる受圧
ダイヤフラムと比較して可成り少ないが、測定
ダイヤフラム５２は第２図において右方向に押
圧される。このとき、受圧ダイヤフラム５３
は、左方向に凸となる押圧変形を受けるので、
原形復帰しようとして（つまり、右方向に戻ろ
うとして）、絶縁液を圧力付勢し、そのために
絶縁液の封入されている密閉室が圧力を高めら
れる。

次に、温度が下降すると、絶縁液が収縮し
て、絶縁液の体積が減少する。この体積減少に
より、第２図において、受圧ダイヤフラム５３
は右方向に吸引されて右方向に凹となる吸引変
形をする。一方、同様に、測定ダイヤフラム５
２は第２図において左方向に吸引される。この
とき、受圧ダイヤフラム５３は、右方向に凹と
なる吸引変形を受けるので、原形復帰しようと
して（つまり、左方向に戻ろうとして）、絶縁
液を圧力消勢し、そのために絶縁液の封入され
ている密閉室が圧力を低められる。

このように、密閉室の絶縁液は温度変化に起因
して圧力を高められたり、または、低められたり
して圧力変化を生ぜしめられる。絶縁液のこの圧
力変化が被測定圧の測定に悪影響を与える。

そこで、本発明は、測定圧力が真空の場合でも
封入絶縁液内に気体が発生すくことがなく、しか
も、温度変化に起因して密閉室の絶縁液に圧力変
化が生じても、被測定圧の測定が悪影響を受けな
いような圧力測定装置を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

このような目的を達成するために、本発明は、
一方の側に測定ダイヤフラムを有しかつ他方の側
に受圧ダイヤフラムを有する密閉室内に絶縁液を
封入し、前記測定ダイヤフラムをその密閉室とは
反対側において密閉基準圧室と接しさせて、この
基準圧室内に気体を封入し、かつ前記受圧ダイヤ
フラムを前記測定ダイヤフラムよりも充分柔らか
く成形し、前記受圧ダイヤフラムに測定圧力を作
用させた際に生じる前記測定ダイヤフラムとそれ
に対向する電極との間のコンデンサ容量によつて
圧力を測定する圧力測定装置において、 前記封入絶縁液の圧力をゲージ圧力25mmHg以
上に設定し、かつ 前記基準圧力の絶対圧を前記封入絶縁液のゲー
ジ圧力と等しく設定し、しかも 前記基準圧室の基準圧力をPsmmHg、前記密閉
室の封入液量をＶc.c.、封入液の熱膨脹係数をα、
基準使用温度をto℃とするとき、前記受圧ダイヤ
フラムの圧力−容量変化率φmmHg/c.c.を φ＝Ｐｓ／Ｖ・α（２７３＋ｔｏ） としたことを特徴とする。

〔作用〕

封入絶縁液が25mmHg以上のゲージ圧で封入し
た場合、測定圧力が０mmHgの真空であつても封
入液の絶対圧は25mmHg以上あり、この圧力では
封入液より気体が発生することのないことが実験
的に確かめられている。

基準圧室の圧力が絶対圧０mmHgの真空である
時、もし封入液圧をゲージ圧で50mmHgとすれ
ば、測定範囲が100mmHgの測定装置では測定絶対
圧０mmHgで既に50％のゼロ点のシフトがある。
大きなゼロ点のシフトは測定装置の直線性を悪く
し、また測定ダイヤフラムに大きな応力を発生さ
せる。これを避けるには基準圧力の絶対圧を封入
液圧のゲージ圧と同じ値に設定すればよい。

ところで、基準圧室内に気体を封入すると、温
度変化に応じて、その気体も膨張・収縮し、基準
圧室に圧力変化が生じる。

そこで、本発明では、さらに、受圧ダイヤフラ
ムの圧力−容量変化率φを適切に設定することに
より、温度変化に起因して絶縁液が膨張・収縮し
かつ受圧ダイヤフラムによつて圧力付勢・消勢さ
れることにより生じる絶縁液の力圧変化と、基準
圧室内に封入された気体の温度変化に起因する圧
力変化とが等しくなるようにして、測定ダイヤフ
ラムが温度変化に起因する変形を生じないように
する。

すなわち、今、測定装置の周囲温度がto℃から
Δｔ上がつたとすると、封入絶縁液の圧力変化Δ
Ｐは次式で表される。

ΔＰ＝Ｖ・α・Δｔ・φ (1) 一方、基準圧室の封入気体の圧力つまり基準圧
力Psは絶対温度に比例する。従つて、Δｔの温
度上昇による基準圧室の圧力変化ΔPsは次式で
表される。

ΔPs＝〔Δｔ／（273＋to）〕Ps (2) 温度がΔｔ変化した時のΔＰとΔPsとの変化
方向は一致している。従つて、次式のようにすれ
ば、封入液圧と基準圧との圧力変化が全く同等と
なり、すなわち、測定ダイヤフラムの左側の圧力
変化と右側の圧力変化とが全く同等となり、温度
変化が生じても、測定ダイヤフラムは変形せず、
温度誤差が発生されない。

ΔPs＝ΔＰ (3) このためには、第３式から、受圧ダイヤフラム
の圧力−容量変化率φを次のように設定すればよ
い。

φ＝Ｐｓ／Ｖ・α（２７３＋ｔｏ） (4) 但し、Ps……基準圧室の基準圧力 mmHg Ｖ……密閉室の封入液量 c.c. α……封入液の熱膨張係数 to……基準使用温度 ℃ 〔実施例〕 次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

本発明は上述した如く第２図に示した種類の圧
力測定装置に適用される。

先ず、測定装置の密閉室内に封入される絶縁液
の圧力はゲージ圧力25mmHg以上に設定される。

そして、基準圧室８２の基準圧力の絶対圧はそ
の封入絶縁液のゲージ圧力と等しく設定される。

さらに、受圧ダイヤフラム５３の圧力−容量変
化率φmmHg/c.c.は、基準圧室８２の基準圧力Psmm
Hg、測定ダイヤフラム５２と受圧ダイヤフラム
５３との間に存在する密閉室の封入液量をＶc.c.、
封入液の熱膨張係数をα、基準使用温度をto℃と
する場合、 φ＝Ｐｓ／Ｖ・α（２７３＋ｔｏ） となるように設定される。

基準圧室に封入される気体として、Heまたは
CO₂を選択すれば、リークデテクタによるリーク
チエツクが可能となるので、基準圧室の気密をチ
エツクすることができ、測定装置の信頼性向上に
さらに役立てることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような効果が奏される。

(1) 測定装置の密閉室内に封入される絶縁液の圧
力をゲージ圧力25mmHg以上に設定することに
より、測定圧力が真空の場合でも封入液からの
気体発生を防止することができるようになつ
た。

しかも、加熱脱気は１日（24時間）行えば十
分であるようになつた。

従つて、従来は２週間（２×14×24＝672時
間）〜４週間（４×14×24＝1344時間）掛かつ
ていたので、最短でも約650時間、最長では約
1300時間を短縮可能となつた。

(2) 基準圧室の基準圧力の絶対圧を封入絶縁液の
ゲージ圧力と等しく設定することにより、ゼロ
点シフトが生じることなく、また測定ダイヤフ
ラムに大きな応力が発生されることも回避され
る。

(3) 受圧ダイヤフラムの圧力−容量変化率を適切
に設定することにより、温度変動が生じた際の
封入液圧と基準圧力とを等しくすることがで
き、それゆえ測定ダイヤフラムの変形を回避す
ることができる。よつて、温度特性および信頼
性の優れた圧力測定装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力測定装置の一例を示す断面
図、第２図は本発明が適用される圧力測定装置の
一例を示す断面図である。 １……絶縁体、４１，４２……電極、５１，５
２……測定ダイヤフラム、５３……受圧ダイヤフ
ラム、８２……基準圧室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方の側に測定ダイヤフラムを有しかつ他方
   の側に受圧ダイヤフラムを有する密閉室内に絶縁
   液を封入し、前記測定ダイヤフラムをその密閉室
   とは反対側において密閉基準圧室と接しさせて、
   この基準圧室内に気体を封入し、かつ前記受圧ダ
   イヤフラムを前記測定ダイヤフラムよりも充分柔
   らかく成形し、前記受圧ダイヤフラムに測定圧力
   を作用させた際に生じる前記測定ダイヤフラムと
   それに対向する電極との間のコンデンサ容量によ
   つて圧力を測定する圧力測定装置において、 前記封入絶縁液の圧力をゲージ圧力25mmHg以
   上に設定し、かつ 前記基準圧力の絶対圧を前記封入絶縁液のゲー
   ジ圧力と等しく設定し、しかも 前記基準圧室の基準圧力をPsmmHg、前記密閉
   室の封入液量をＶc.c.、封入液の熱膨張係数をα、
   基準使用温度をto℃とするとき、前記受圧ダイヤ
   フラムの圧力−容量変化率φmmHg/c.c.を φ＝Ｐｓ／Ｖ・α（２７３＋ｔｏ） に設定した、 ことを特徴とする圧力測定装置。