JPS6138811B2 - - Google Patents

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JPS6138811B2
JPS6138811B2 JP15613779A JP15613779A JPS6138811B2 JP S6138811 B2 JPS6138811 B2 JP S6138811B2 JP 15613779 A JP15613779 A JP 15613779A JP 15613779 A JP15613779 A JP 15613779A JP S6138811 B2 JPS6138811 B2 JP S6138811B2
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JP
Japan
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electrode
fixed
capacitance
fixed electrode
differential pressure
Prior art date
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JP15613779A
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English (en)
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JPS5679225A (en
Inventor
Nagaoki Kayama
Saichiro Morita
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体の圧力差検出または圧力検出に
用いられる差圧検出器に関するものである。
かゝる差圧検出器は、圧力または圧力差検出の
ほかに、これらの検出に基づく流体の流速あるい
は流量の計測等にも用いられており、従来は、本
出願人の出願による実公昭53−4148号「差圧伝送
器」に開示されている構造が一般に用いられてい
た。
すなわち、円筒状本体の両側面に受圧素子とし
てダイヤフラムを設け、この両ダイヤフラムに両
端の固着された連結軸のほゞ中央部へ、円板状の
移動電極を固定しておくと共に、移動電極の両面
と対向して第1および第2固定電極を設けてお
り、いずれかのダイヤフラムが加圧されると、こ
れによるダイヤフラムの変位が連結軸を介して移
動電極へ伝達され、移動電極が第1または第2固
定電極側へ移動することにより、移動電極と第1
および第2固定電極との間の静電容量が、一方は
増大する反面、他方は減少するため、この差動的
な静電容量の変化によつて両ダイヤフラム間の圧
力差を検出している。
しかし、かゝる構造においては、移動電極と第
1および第2電極との間の各静電容量が等しくな
る様、製作時に調整を要すると共に、第1および
第2固定電極を各個別に製したうえ組立てねばな
らず、部品点数の増加による構造の複雑化および
調整工数の増大により、製造コストが高価となる
欠点を有するものであつた。
これに対し、実開昭54−36487号「圧力セン
サ」によつて、移動電極の一両側にのみ第1およ
び第2固定電極を設け、第1固定電極を移動電極
と対向させ可変容量を形成すると共に、第2固定
電極と固定的に対向する対向電極を設け、この対
向電極と第2固定電極との間において固定容量を
形成した構造の圧力センサが提案されている。
このような圧力センサによれば、構造が簡単で
製造コストが低減出来るが、可変容量と固定容量
との相互干渉により、差圧に直線的に比例した出
力を取り出せなかつた。
本発明は従来のかかる欠点を解消することを目
的とするもので、構造が簡単で、しかも差圧に対
し直線的に比例した出力を得ることができる差圧
検出器を提供することにある。
以下、実施例を示す図によつて本発明の詳細を
説明する。
第1図の断面図においては、金属製の円筒状本
体1および、これと熔接等により気密状に固着さ
れた金属製の部材2との両側面に、ダイヤフラム
3A,3Bが、その周辺を熔接等により気密状に
固着して設けられ、その外方には透孔4A,4B
を有する保護用のフランジ5A,5Bが固着され
ており、ダイヤフラム3A,3Bの中央部間は金
属製の連結軸6A,6Bにより連結されている。
また、連結軸6A,6Bの中間には、絶縁ワツ
シヤ7A,7Bおよび絶縁カラー8を介して、円
板状の移動電極9および板ばね10が固定されて
おり、板ばね10の周縁は、リング状の対向電極
11にねじ止または熔接により固着されていると
共に、移動電極9と板ばね10とも、ねじ止また
は熔接によつて固着され、移動電極9と対向電極
11とは電気的に接続されている。
一方、対向電極11を挾持する状態で絶縁リン
グ12および絶縁部材13が設けてあり、移動電
極9の一面と対向する絶縁部材13の表面には、
蒸着等によりリング状の第1固定電極14が形成
され、その周囲にこの電極と離隔され、対向電極
11と対向して、リング状の第2固定電極15が
第1固定電極14と同様に形成されており、移動
電極9と第1固定電極14とにより、移動電極9
の移動に応じて変化する可変容量が形成されてい
る。第1固定電極14は、移動電極9と対向する
のみならず、周辺部が対向電極11と対向し、こ
の間に移動電極9の移動とは無関係な固定容量を
形成している。この固定容量は可変容量に並列接
続され、差圧に対する可変容量の変化特性を直線
化する作用を果す。更に、対向電極11と第2固定
電極15とによつて固定容量が形成されている。
なお、第1および第2固定電極14,15なら
びに対向電極11すなわち移動電極9は、気密端
子16A〜16Cを介してリード線により外部へ
引出されていると共に、内部の空間には絶縁性と
共に非圧縮性を有するシリコン油等の充填液17
が封入されており、ダイヤフラム3A側と3B側
とは側流路18A,18Bによりダンピング弁1
9を介して連絡され、使用条件に応じてダンピン
グ弁19が開放されゝば、側流路18A,18B
を経てダイヤフラム3A側と3B側との封入液1
7が自在に流通し、移動電極9の移動に対して弱
度のダンピング作用しか呈さないが、ダンピング
弁19の閉塞によつては側流路18A,18B間
が遮断され、連結軸6Aに嵌合した絞りリング2
0の作用により、強度のダンピング作用を呈する
ものとなつている。
なお、対向電極11には突出部21が形成され
ており、これによつて第2固定電極15との対向
間隙を規正しているが、突出部21の代りに、リ
ングを介挿し、あるいは、絶縁部材13の周縁を
反対に突出させても同様である。
したがつて、ダイヤフラム3Bに圧力P1が、ダ
イヤフラム3Aに圧力P2が印加され、P1>P2とす
れば、ダイヤフラム3Bが加圧されると共に、ダ
イヤフラム3Aは突出し、連結軸6A,6Bが左
方へシフトして、これに伴つて移動電極9が第1
固定電極14へ接近するため、両電極9,14間
の容量が増大し、圧力差P1−P2に応じた容量変化
を生ずる。
また、P1>P2のときには、移動電極9が反対方
向へ移動するため、両電極9,14間の容量が減
少し、圧力差P2−P1に応じた容量変化を生ずる。
こゝで、以上の動作をより詳細に説明すれば、
つぎのとおりである。
すなわち、ダイヤフラム3A,3Bの面積を
S、ダイヤフラム3A,3B間の圧力差をP1−P2
とすれば、移動電極9にはS(P1−P2)なる力が
加えられ、これを移動し、第1固定電極14との
間隙を変化させる。
また、第1固定電極14と移動電極9および対
向電極11との間の容量をC1、第1固定電極1
4と移動電極9との対向面積をS1、この間に介在
する充填液17の誘電率をε、両電極14,9間
の間隙をdとすれば、容量C1は次式のように表
わされる。
C1=S/4πεd+C0 ……(1) たゞし、(1)式右辺の第1項は、第1固定電極1
4と移動電極9との間に形成される可変容量であ
り、(1)式右辺の第2項は、第1固定電極14と対
向電極11との間に形成される不変容量である。
なお、圧力差P1−P2=ΔPが零のときのdをd0
とすれば、圧力差ΔPが印加されたときの間隙d1
は、次式によつて示される。
d1=d0(1−k・ΔP) ……(2) kは構造によつて定まる定数である。
したがつて、(2)式を(1)式へ代入すれば、次式が
得られる。
C1=εS/4πd(1−k・ΔP)+C0 ……(3) こゝで、(3)式右辺の第1項を可変容量Cxとす
れば、 C1=Cx+C0 ……(4) また、第2固定電極15と対向電極11との間
の容量をC2、両電極15,11の対向面積を
S2、両電極15,11間の間隙をd2とすれば、固
定容量C2は次式のものとなる。
C2=εS/4πd ……(5) したがつて、固定容量C2を基準として可変容
量Cxと不変容量C0との和を計測すれば、(3)式の
関係から、(1)式に示す圧力差P1−P2が求められ
る。
第2図は、他の実施例を示す断面図であり、移
動電極9を板ばねにより製し、第1図の移動電極
9と板ばね10とを一体化していると共に、部材
2と絶縁部材13との間に、押圧用のスプリング
22を介在させているほかは、第1図と同様であ
る。
たゞし、第1図の側流路18A,18Bおよび
ダンピング弁19、ならびに絞りリング20を省
略してあるが、条件に応じてこれらを付加すれば
よい。
第3図は、第1図または第2図の差圧検出器と
組合せて用い、圧力差に基づく容量変化を電気信
号へ変換する変換装置の回路図であり、発振器
OSCの出力を差圧検出器DSの気密端子16A〜
16Cを介して、各容量C0,Cx,C2へ印加する
と共に、各容量C2およびC0とCxに流れる交流電
流の正の半サイクル電流をダイオードD1,D2
抵抗器R1,R2およびコンデンサC3,C4による整
流平滑回路によつて直流に変換し、各容量C2
よび(C0+Cx)に流れる電流にそれぞれ比例し
た直流電圧e1,e2を得る。e1,e2は入力抵抗器
R4,R6を介して差動増幅器A1の非反転入力およ
び反転入力へ与え、電圧e1とe2との差を求めたう
え、この差が基準電圧Esと等しくなるように、
差動増幅器A1の出力により発振器OSCの出力電
圧を制御している。ここでR6=R7=R12=R4とす
る。
なお、ダイオードD3,D4、抵抗器R3およびコ
ンデンサC5は、発振器OSCの交流出力が負極性
となつたとき、各容量C2,C0,Cxの充電々荷を
放電させるためのものである。
ここで、e2が差圧検出器DSに与えられた圧力
に比例して変化する理由について説明する。抵抗
器R1,R2に発生する電圧e1,e2は、容量C2と容
量(C0+Cx)の容量リアクタンスが抵抗器R1
R2に対して充分大きいときには、発振器OSCの
出力電圧E、角周波数ω、容量C2、(C0+Cx)と
の積に比例し、R1=R2とした場合以下の関係が
成り立つ。
e1=ω・E・C2R1 ……(6) e2=ωE・(C0+Cx)R1 ……(7) e/e−e=ωER(C+Cx)/ωER
(C+Cx−C)……(8) ここでC2=C0とした場合(8)式は e/e−e=C+Cx/Cx=1+C/C
x……(9) 更にe2一e1は一定Esであり、(3)〜(5)式より e2={d/d・S/S・(1−kΔP)+1}
Es……(10) なる関係が導びかれる。上記式より明らかな通
り、e2はε、ω、発振器OSCの振幅の影響をうけ
ずΔPに比例する。
可変容量Cxの変化に応じた直流電圧e2は、入
力抵抗器R8を介して差動増幅器A2の反転入力側
端子へ与えられる。e2はA2により増幅されたの
ち、トランジスタQを通じて負荷RLおよび電源
Bからなる負荷回路へ、可変容量Cxに応じて変
化する出力電流I0が流れる。
このほか、VRは、変換器のスパンを設定する
ためのポテンシヨメータである。出力電流I0に比
例する抵抗器R14の端子電圧から一定電圧Evをさ
し引いた電圧をVRにより分圧のうえ、抵抗器R11
を介して差動増幅器A2の非反転入力へ印加す
る。
以上の説明より明らかなとおり本発明によれ
ば、従来の差動容量式の差圧検出器に比べて構造
が簡単で、しかも差圧に対し直線的な出力を得る
ことが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の実施例を示す断
面図、第3図は本発明の実施例における変換回路
の具体例を示す。 1……本体、2……部材、3A,3B……ダイ
ヤフラム(受圧素子)、6A,6B……連結軸、
7A,7B……絶縁ワツシヤ、8……絶縁カラ
ー、9……移動電極、10……板ばね、11……
対向電極、13……絶縁部材、14……第1固定
電極、15……第2固定電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 両側面に受圧素子を有しこの受圧素子の変位
    により移動電極を移動させる差圧検出器におい
    て、前記移動電極の一面と対向する第1固定電極
    と、この第1固定電極の周囲にこの電極と離隔し
    て設けられた第2固定電極と、前記第1固定電極
    の周辺部及び前記第2固定電極に固定的に対向し
    かつ前記移動電極に電気的に接続された対向電極
    とを本体に絶縁支持し、前記移動電極と前記第1
    固定電極とによる可変容量に前記第1固定電極周
    辺部と前記対向電極とによる固定容量を並列接続
    し、これら並列容量、並びに前記第2固定電極と
    前記対向電極とによる固定容量に交流信号を印加
    し、前記並列容量に応じた電気信号、並びに前記
    第2固定電極と前記対向電極とによる固定容量に
    応じた電気信号を検出し、これら信号の差信号が
    一定電圧になるように前記交流信号の発振器を制
    御し、前記並列容量に応じた信号を前記差信号に
    よつて割算を行い、差圧に直線的に比例する出力
    を得るようにしたことを特徴とする差圧検出器。
JP15613779A 1979-11-30 1979-11-30 Structure of differential pressure gauge Granted JPS5679225A (en)

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