JPS6138406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は測定圧力の基準圧力との差に対応した
電気信号を発する圧力測定装置に関する。

〔従来の技術〕

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に溶接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、ダ
イヤフラム５１と蓋板７１との間、および、ダイ
ヤフラム５２と蓋板７２との間にそれぞれ測定圧
室８１および基準圧室８２が備えられている。そ
して、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との間の空間に絶縁
液、例えばシリコ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５
１，５２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４
１，４２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は弾性限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
５１，５２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
図に示すものがある。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てい
る。貫通孔３を有する絶縁体１の球欠状凹面とな
る面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、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はダ
イヤフラム台７３とは一体に形成されるか、また
はほぼ熱膨脹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はもう一つの電極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
ほヾ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
は同一材料がまたはほヾ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５
２、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５２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と電極４１との間の変化しないコンデンサ
容量とを、電極４１，４２および保持体１６から
それぞれ導出したりリード線４３，４４，４５を
介して比較し、その差から被測定圧力に応じた出
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ぜず測定ダ
イヤフラムを半径方向に引張る力が変化しない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、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５２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張、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図において左方向に押
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、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 φＰｓ／Ｖ・α（２７３＋ｔｏ） としたことを特徴とする。

〔作用〕

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、本発明は、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圧力変化と、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という技
術的思想に基づくものである。

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

△Ｐ＝Ｖ・α・△ｔ・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、△ｔの温
度上昇による基準圧室の圧力変化△Psは次式で
表される。

△Ps＝〔△ｔ／（273＋to）〕Ps (2) 温度が△ｔ変化した時の△Ｐと△Ps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。

△Ps＝△Ｐ (3) このためには、第３式から、受圧ダイヤフラム
の圧力一容量変化率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。

従つて、本発明によれば、第２図に示した圧力
測定装置において、受圧ダイヤフラム５３の圧力
一容量変化率φmmHg／c.c.は、基準圧室８２の基
準圧力をPsmmHg、測定ダイヤフラム５２と受圧
ダイヤフラム５３との間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、 φＰｓ／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〕

以上に説明したように、本発明によれば、受圧
ダイヤフラムの圧力一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、５１，５２…
測定ダイヤフラム、５３…受圧ダイヤフラム、８
２…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ず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、 前記基準圧室の基準圧力をPsmmHg、前記密閉
   室の封入液量をVcc、封入液の熱膨張係数をα、
   基準使用温度をt0℃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 φＰｓ／Ｖ・α（２７３＋ｔｏ） としたことを特徴とする圧力測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記基準圧室の封入気体としてヘリウムまたは炭
   酸ガスを用いたことを特徴とする圧力測定装置。