JPS6224120A

JPS6224120A - 差動圧力変換器

Info

Publication number: JPS6224120A
Application number: JP61155890A
Authority: JP
Inventors: ロバート　リー　ベル
Original assignee: BELL MAIKUROSENSAAZU Inc
Current assignee: BELL MAIKUROSENSAAZU Inc
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1987-02-02
Also published as: EP0211519A2; EP0211519A3; US4670733A; CA1280291C

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、圧力変換器に関し、特に、絶縁ダイヤフラム
を用いている電気容量タイプの差動圧力変換器に関する
。

（従来技術および発明が解決しようとする問題点）この技術の現在の水準の電気容量圧力変換器は、検知ダ
イヤフラム上の電極に対する関係に直面して他の電極構
体と共に、その表面上の少なくとも１個の電極を有する
検知ダイヤフラムを使用している。圧力変動が検知ダイ
ヤフラムを曲げるので、ダイヤフラム電極とその反対側
の電極との間の距離は、たわみを生じる圧力変動の度合
いであるキャパシタンス変動を与えながら、変化する。

差動圧力変換器では、圧力がダイヤフラムの反対側に作
用し、たわみは圧力間の差を表示する。しかし、この差
は小さいかもしれないが、絶対管路圧力は大きく、その
結果、他方の圧力がケければ、一方の圧力を非常に短か
い時間、受けても、敏感なダイヤフラムは破壊するか、
あるいは過度に変形する。この理由および他の理由のた
めに、差動圧力変換器は、ダイヤフラムの弾性限度内で
ダイヤフラムに底をつかせることによってその行程を制
限するように、ダイヤフラムの片面あるいは両面に隣接
する支持表面が在る形態に作られる９代わりに、あるい
は付加的に、絶縁ダイヤフラムがさしはさまれて、圧力
を検知ダイヤフラムの反対側に伝達する。流体によって
各側に及ぼされる入力圧力は、ダイヤフラムに直接作用
せず、２個の絶縁ダイヤフラムの外側に対して作用する
。この絶縁ダイヤフラムは、そのとき、絶縁ダイヤフラ
ムと検知ダイヤフラムとの間の内部空間を満たしている
液体に対してたわもうと努め、かくして、圧力を検知ダ
イヤフラムに伝達する。

差動圧力変換器の現在の技術水準は、精度および能力に
ついて高い水準に達しているが、使用者は、コストと性
能の観点から一層良いものを要求している。効果的に一
層高い水準に達する際には、数多くの矛盾する要求に出
合うことになる。

高感度の差動圧力変換器にとっては、検知ダイヤフラム
は、非常に小さな変動で正確にたわみ可能でなければな
らず、その際、高い繰り返し可能性および低いヒステリ
シスを有していなければならない。検知ダイヤフラム上
の電極とコンデンサ対の反対側の電極との間の空間は、
しばしば、非常に小さく、その結果、微少なたわみが正
確に測定されなければならない、それにもかかわらず、
検知ダイヤフラムおよびその構造は、産業上の使用に際
し出合う振動および衝撃を耐えるように充分、堅固でな
ければならない、しかし、多くの要因のために一般に、
正確性、線形性および装置の作動誠実性が減じるように
なる０例えば、たとえ゛絶縁ダイヤフラムを使用してい
る差動圧力変換器が、圧力変換流体で完全に満たされて
いるとしても、この流体は正確に非圧縮性ではなく、そ
の誘電率は、流体に及ぼす圧力と共に変化する。同様に
、温度変動は、その誘電率に変化を生じさせ、そして、
そのような変化は、キャパシタンスの読み表示を変える
。絶縁ダイヤフラムはたわみ可能であるが、もし実質的
な距離を越えてたわむと、その特性は線形的でなくなり
、そして、このことも、読み表示の精度に影響を与え、
特に、絶縁ダイヤフラムが比較的、堅いか、あるいは検
知ダイヤフラム、の剛性の１０％乃至３０％の範囲にあ
る場合に、そうである。

さらに、先行技術の構造では、絶縁ダイヤフラムは、複
雑な計算に従って成形される同心波形を有して、特別な
湾曲状およびうず巻状に組み立てられる。そのような湾
曲が用いられるのは、現在の設計での圧力変動が、違っ
たふうに、検知ダイヤフラムに非線形的に伝達されるか
らである。これらの要件は、それらのコストを非常に増
大し、かつ生産歩どまりを減少する。それ故、絶縁ダイ
ヤフラムを用いるタイプの改良された差動圧力変換器に
対する要求がある。この要求は、たわみが電気容量性の
、誘導性のあるいは他の手段によって検知されようが、
存在する。

本発明者の以前の特許は、セラミックの検知ダイヤフラ
ムを使用する電気容量圧力変換器（米国特許第４，２９
５，３７８号）および検知ダイヤフラムの過度のたわみ
を防ぐための接地構造を有する差動圧力変換器（米国特
許第４，４５８，５３７号）に関する。この技術の水準
を明示するものとして言及され得る。

これらの問題を克服する１つの現在の取りくみは、検知
ダイヤフラムの運動と平行にオイルを移送する°“浮動
セル”の構造を使用することである。しかし、そのよう
な構造は、高価であり、かつ製造するのが困難で、他の
性能問題をもたらすほど複雑である。

（問題点の解決手段およびその作用）本発明による差動圧力変換器は、検知ダイヤフラムの相
い対する側に堅固な基準板を有する支持構体の中央領域
に検知ダイヤフラムを使用し、このダイヤフラムは、両
側の基準板から、例えばｏ、ｏｏｔ”（インチ）のよう
なわずかな距離だけ離間されて、第１のたわみ量を限定
する。初めに、モらな絶縁ダイヤフラムが、基準板の反
対側の面を横切って半径方向に引っ張り拡げられており
、そして、典型的には０．００１”以下の比較可能な空
間だけ殖されており、かくして、第２のたわみ量を限定
している。検知ダイヤフラムの平面に垂直な方向の、基
準板を通る中央に配置された小さな導管が、２つの変化
可能なたわみ量の間を連絡する。

このように取り囲まれた全体で非常に小さいキャビティ
　（例えば、０．００１立方インチのオーダー）は、圧
力を受けて、オイルで満たされており、２つの側の圧力
は、実質的に等しくされる。絶縁ダイヤフラムは、検知
ダイヤフラムよりも一層大きい大きさのオーダーの追従
性を有しており、この絶縁ダイヤフラムは、充填工程の
間、制御される程度まで、外側にたわむ、絶縁ダイヤフ
ラムの外側表面に作用する圧力は、検知ダイヤフラムに
対して伝達され、そして、検知ダイヤフラムの初期たわ
みを、プロセス条件に従って設定することができ、圧力
差の予め決められた範囲を取り扱う。

これらの条件下で、検知ダイヤフラムは、加エラれる圧
力差に応じて本質的に線形的に作動する。

さらに、最大たわみでは、絶縁ダイヤフラムは、基準板
の下にある平らな表面に対して、ただ単に底をつくだけ
であり、その結果、複雑に湾曲した絶縁ダイヤフラムを
必要としない、たわみ量における非常にわずかなオイル
伝送量は、検知ダイヤフラムに対する圧力変動の忠実か
つ正確な伝達を保証する。さらに、この装置は、使用さ
れるオイル量が少ないために、温度による変動を最小に
する０表面が平らな基準板と共に平らな絶縁ダイヤフラ
ムおよび検知ダイヤフラムは、広い圧力範囲にまたがり
すぐれた線形性を維持しつつ、低コストで正確に組み立
てることができる。絶縁ダイヤフラムは、初期の平坦さ
を確保するために、半径方向の張力で、有益に予め応力
が与えられる。１つの例では、これは、ダイヤフラムの
外側リムの湾曲部を円形ビードのまわりに下げ、かつド
ラムヘッド効果を与えるために外側リムの締め付けによ
って達成される。他の例では、絶縁ダイヤフラムの中央
領域は、取り巻く舌片部および溝構造によって、拡げて
引っ張られる。

組立体の側部から第２のたわみ量の中に至る開口が、オ
イル充填およびシール作用を、圧力伝達流体の槍を付加
することなく、外側にある変換器に行なわしめるように
、配置されている。この開口は、摩擦によっであるいは
他の方法によって所定位置に保持される小さなポールを
挿入することによりシールすることができる。

電極パターンは、繰り返し可能性および十分に正確な画
成を保証するので、薄膜技術によって、形成される。こ
のパターンは、外部に到達できる端子領域へ伸張するよ
うに構成されている。さらに、このパターンは１例えば
温度感受性抵抗器のような他の要素を備えることができ
、これは、一層の正・確さを達するために、信号処理に
用いることができる。

本発明の他の特徴によれば、ダイヤフラムのたわみは、
検知ダイヤフラムの主要なたわみ領域の外側の基準コン
デンサ対を用いている電極装置によって検知される。平
行に配置されるこれらのコンデンサで、信号が与えられ
、これは、静圧には敏感であるが、圧力差には比較的鈍
感である。この信号は、静圧変動による出力の小さい変
動を補償するのに用いられ、これによって、キャパシタ
ンスの読み表示の正確さを高めている。

（実施例）添付図面と共に以下の記載を参照することによって、本
発明の一層の理解をなすことができるであろう。

第１図を参照すると、本発明による差動圧力変換器（１
０）が示されており、この変換器は、はるかに高い絶対
共通モード圧力レベル（例えば５００−５０００ｐｓｉ
）を有する所定範囲の圧力差（この例では、例えばＯ−
３０ｐｓｉである）の使用に供される。

また、バルブ（簡単化のために図示せず）を備えること
ができ、しかも従来の構造のプロセス接合部（＋７）　
、（１８）によって変換器（１０）の相い対する側に結
合される管路により、プロセス装置（１５）の異なる接
合部（１２）　、（１３）から圧力が得られる。電圧が
変換器（１０）に印加されると、信号変化が電気回路（
２０）を介して得られる。この回路は、処理装置回路（
２１）を備え、この処理装置回路は、アナログ−ディジ
タル変換器（図示せず）を備えている。このような処理
回路は、現在、信号変化の最終の正確な線形化を行なう
ために、また、ときどきディジタル値をかえるために変
換器技術および関連する装置によって必要とされる形態
に用いられている。

変換器（ｌＯ）の主要な装置は、第２図乃至第５図に最
っとも良く見られるように２側部のＴ接続管（２３）を
除いて中心軸と同心である円筒状のハウジング（２２）
内に含まれており、そして、このＴ接続管によって回路
接続がなされる。セラミック検知ダイヤフラム（２４）
は、ハウジング（２２）内で、中心軸と垂直な中心面に
配置されている。第８図および第１０図に最つども良く
見られるように、それらを簡単に参照すると、検知ダイ
ヤフラム（２４）は、その相対する広い面上にほぼ同一
の電極パターンを有しており、これらのパターンは、そ
れぞれ、中心円板（２６）および外側環形部（２８）を
備え、両方ともダイヤフラム（２４）の平面に垂直な中
心軸のまわりに同心円的であると共に、それらの間の相
互作用を最小にする接地電極によって分離されている。

電気的な結合が、これらの電極（２Ｂ）、　（２８）お
よび関連する回路（２０）の間に、周辺の導電領域（２
９）、（３０）を介して接続される。検知ダイヤフラム
（２４）の反対側にある同様な装置における要素は、プ
ライム符号の数字、例えば（２ｆｔ’）および（２８°
）を使用することによって区別され。

ここでは繰り返して述べない。領域（２９）　、（３０
）は、温度感受性抵抗器（３１）と共に検知ダイヤフラ
ム（２４）の一側の伸張タブ（３３）上にあり、この検
知ダイヤフラムは、ハウジング（２２）内で外部接続用
の接触を与えることができる。中心゛ｊ耽極（２Ｂ）は
、ダイヤフラム（２４）の最大たわみ中心領域を取り巻
くが、一方、外側電極（２Ｂ）は、ダイヤフラム（２４
）の限定された周囲に接近しており、その結果、少ない
たわみだけを有することになり、この少ないたわみは、
それでも、以下に述べるように特定の［］的に用いられ
る。

第２図乃至第５図を参照すると、一対のセラミック基準
板（３４）　、　（３Ｂ）は、検知ダイヤフラム（２４
）の上下に、それぞれ配置される。第１１図および第１
２図に見られるように、それぞれの基準板（３４）　、
（３Ｂ）は、内側円板および外側環形電極（４０）、（
４２）をそれぞれ有し、これらの電極は、面すると共に
検知ダイヤフラム（２４）上の同様な電極（２Ｂ）、（
２８）と同一の空間に広がる関係で配置される。ダイヤ
フラム（２４）の−例にある基準板（３４）上の相対す
る検知電極（２Ｂ）、（４０）は、反対側にある板（３
６）上の他の対（２６°）、（４０’）によって対抗さ
れて、ダイヤフラム（２４）がたわむと、ブツシュ−プ
ル様式で変化する２つの検知コンデンサ対を形成する。

全部、（２９）で示される４つの導電性領域は、伸張タ
ブ（３３）上で使用でき、がっ、これらの２つの検知コ
ンデンサに結合されて外部へ電気的な接続をなす。（２
９ａ）および（２９ｂ）として示される２つの領域は信
号リード線を備え、そして、他の２っ（２９ａ）および
（２９’ｂ）は電源（図示せず）からの電圧を与える。

基準板（３４）　、　（３Ｂ）が検知ダイヤフラム（２
４）の相対する側に組み立てられると、基準板の相対す
る導電性パターンと検知ダイヤフラムとの間に層間接続
がなされる。その結果、外部ワイヤは、ダイヤフラム（
２４）から伸張するタブ（３３）　）：の領域にはんだ
付けされる必要があるだけである。同様にして、２つの
基準コンデンサが、外側の電極対（２８）、　（４２）
および（２８’　）　、　（４２°）によって相対する
側に画成され、その際、４つの導電性領域（３０ａ）　
、　（３０ｂ）および（３０ａ’）　、（３０ｂ’　）
はハウジング（２２）の外部への接触を与える。第３図
、第６図および第７図に見られるように、種々の領域（
２９）、（３０）への、および、それらからのリード線
（４４）は、Ｔ接続部（２３）を通って回路（２ｏ）へ
の結合を与え、一方、これらのリード線のあるものは。

温度感受性抵抗器（３１）へ、およびそれらからの結合
を与える。検知ダイヤフラム（２４）および基準板（３
４）、（３１３）を備える、変換器（１０）（７）中心
組立体は、第３図および第７図に最つども良く見られる
ように、充填ｊ化合物（４５）によってハウジング内で
絶縁され、かつ保護されている。

再び、第２図乃至第５図を参照すると、基準板（３４）
、（３Ｂ）は、検知ダイヤフラム（２４）よりも一層厚
く、これは、この例では、０．０３３”であり、その結
果、存在する圧力を受けて、基準板（３４）、（３［（
）の測定できる曲げが存在しない、検知ダイヤフラム（
２４）と基準板（３４）　、　（３１３）の相対する平
坦な面との間の間隔は、板（３４）、（３Ｂ）の周囲の
まわりの環状スペーサ（４Ｂ）、（４９）　　（尺度化
されていない第４図を除いて明らかでない）によって確
立されるので、小さい（例えば、０．００１“）。スペ
ーサ（４８）　。

（４９）は、ここでは、高さが約１ミルであるガラス接
着層であり、かつ容積の少ないキャビティおよび電極の
面している対の間に小さな間隔を画成し、この電極は、
ここでは、金、銀あるいは他の導電性材料の薄膜被覆層
である０間隔は、わずか約１ミルであるが、これは、相
対する電極対（２ｇ）、　（ａｏ）と（２８）　、（４
２）との間に接触なく、検知ダイヤフラム（２４）の最
大たわみを許容するのに充分すぎる。ガラス接着のスペ
ーサ（４８）　、（４９）は、フリットとして始めから
配置することができ、そして、内部ダイヤフラム（２４
）によって分離されている２つの基準板（３４）、（３
Ｂ）の組立体は、温度がこれらの要素を一緒に接着する
と共に気密シールを確立するためにガラス化のレベルま
で上げられるので、固定具に保持されている。第４図は
１間隔の幅および薄膜電極１例えば電極（２Ｅｌ）、（
４０）の厚みが誇張されているので、他の点と同様に、
明らかに尺度化されていない、それ故、相い対する電極
間の間隙は、ダイヤフラム（２４）と基準板（３４）あ
るいは（３６）との間の間隔よりもわずかに少ないだけ
である。薄膜電極および温度感受性抵抗器は、大量生産
において正確なパターンおよび反復可能性を確保するよ
うに、シルクスクリーン技術によって配置することがで
きる。

基準板（３４）　、（３６）および関連する要素は、他
の詳細部ではほぼ同様であり、それで、１つだけを詳細
に記載し、そして、この記載は両方に適用することが理
解されよう。ダイヤフラム（２４）から離れた基準板（
３４）　（第３図および第４図に最っとも良く見られる
ように）の側部に、挿入肩部（５２）内で、中心平面に
平行な平坦背面（５０）を有し、この挿入肩部は、中心
軸のまわりに同心円的に伸張していると共にステンレス
鋼のシールリング（５４）を受容するための周囲シール
領域を有し、このステンレス鋼のシールリングの内径は
、挿入肩部（５２）で基準板（３４）の外径よりもわず
かに大きい、基準板（３４）、シールリング（５４）の
間には、これらを−・緒に結合するガラスのシールリン
グ（５６）によって満たされている。背面（５ｏ）に隣
接するステンレス鋼のシールリング（５４）の縁部は、
ステンレス鋼のシールリング（５４）の表面の残りの平
面よりも約ｌＯミル程高く隆起した円形ビード（ＳＯ）
　（第４図に最つども良く見られる）を有している。ガ
ラスのシールリング（５Ｇ）は、同じ上記平面と同じ高
さである。緊張された絶縁ダイヤフラム（６２）は、円
形ビード（６０）およびガラスのシールリング（５６）
にまたがる背面（５０）を横切って拡げて設けられてい
る。背面（５０）に関して外側方向に張力をかけること
は、ど−ド（６０）の外側のシールリング（５４）上の
ステンレス鋼の溶接リング（６４）の調節によって促進
される。また、溶接リング（６４）は、周囲ふち部（８
５）を有し、このまわりに、絶縁ダイヤフラム（６２）
の外周部が、第５図にだけ示されているように、締め付
けられる。かくして、この周囲ぶち部の縁部制限は、絶
縁ダイヤフラム（６２）の外周部を、そのたわみ領域で
、溶接リング（６４）によって強硬に締め付けさせ得、
かつ、張力がかけれらたトラムヘッドの方法で、絶縁ダ
イヤフラムに均一な外側への引張り力を生じさせ得る。

ステンレス鋼のリング（５４）、（８４）は、−緒に結
合され、そして、第４図に示されているように、絶縁ダ
イヤフラムのひだをつけた縁部を取り除くために外周囲
のまわりの外側溶接部（６６）によって挾まれた絶縁ダ
イヤフラム（８２）に結合される。

基準板（３４）では、中心の軸方向開口部（８７）が。

検知ダイヤフラム（２４）と基準板（３４）の相い対す
る面との間の間隙によって画成される小さな容ＩＡと、
背面（５０）と絶縁ダイヤフラム（６２）との間の小さ
な容積とを継ぐ導管となり、これらは、−諸に取り囲ま
れたキャビティを画成する。しかし、絶縁ダイヤフラム
（６２）は、２つのたわみ可能なダイヤフラム（２４）
　、（８２）の間の取り囲まれた内部空間を、商業的に
広く使用されている１つの本質的に不活性なオイルで満
たすとき、結果として、外側に曲げられる。この目的の
ために、ステンレス鋼のシールリング（５４）における
少なくとも１つのテーパの付いた半径方向開口部（７０
）が、ハウジング（２２）を通って、絶縁ダイヤフラム
（６２）と背面（５０）との間の領域に到る。この領域
では、それぞれ、ステンレス鋼およびガラスのシールリ
ング（５４）、（５ｅ）における半径方向開口部（７１
）は、半径方向開口部（７０）の内側部分と、垂直孔（
７２）を介して連通しており、その結果、外部に供給さ
れるオイルは；内部キャビティに入る。充填を助けるた
めに、強い真空が最初にギヤどティ内で引かれ。

それから、オイルが半径方向のハウジング開口部（７０
）内に供給される。充填は、絶縁ダイヤフラム（６２）
の一層小さく、かつ部分的に重なるくぼみ部と共に基準
板（３４）の表面（第２図）における交差した００５”
の横溝（７３）によって助けられる。内部キャビティが
オイルで満たされると、充分な圧力が絶縁ダイヤフラム
（６２）をほぼｏ、ｏｏｔ”だけ曲げるように加えられ
、そして、小さなポール（７４）　（第３図および第４
図）が、それから、テーパ付きの開口部（７０）内で、
摩擦で係合するように、かつテーパ付きの何口部を閉じ
るように挿入される。

このポール（７４）は、摩擦、弾性あるいは他の方法で
、開口部（７０）内で係合することができ、かつ容易に
取りはずせるように取り付はビン（図示せず）を備える
ことができる。圧力のかかった内部チャンバは、例えば
プラグ、はんだ付はシールあるいは一方向弁（図示せず
）のような他の公知の手段によって閉じられることもで
きるが、しかし、ポール抑圧技術が好ましい。というの
は、その容積を非常に低くすることができるからである
。内部チャンバ内のオイルの全容積は、０．００１立方
インチのオーダーという非常に低いものである。検討さ
れる実際の例では、全容積は、約０．００２５立方イン
チであり、そして、いずれにしても、０．０１０立方イ
ンチ以下に保持される。この容積は、先行技術の圧力変
換器におけるオイル充填量よりも小さい大きさのオーダ
ーである。いくつかの公知の商業上の装置は、例えば、
成形されてうず巻かれた絶縁ダイヤフラムのもとでは、
特別に湾曲した底部表面を有するタイプのもので、はぼ
０．２立方インチの容積を使用している。

絶縁ダイヤフラム（６２）の追従性は、検知ダイヤフラ
ム（２４）のそれよりも一層大きい（ここでは。

１００倍以上）、この関係を確立するために、絶縁ダイ
ヤフラム（６２）は、例えば３１６合金、ハステロイ−
Ｃあるいはモネル金属のような、　０．００２５”の厚
さのステンレス鋼製薄板であり、ここで、セラミック検
知ダイヤフラム（２４）は、０．０３３”の厚さの成形
されて仕上げられたセラミックである。

上方および下方の溶接リング（８４）、　（ｅ４°）が
内部で嵌合し、変換器ハウジング頁２２）の側部開口部
を画成して、外部プロセス２ランジ（＋７）、（＋８）
　　（第１図だけ）に結合し、かくして、異なる流体圧
力源と異なる絶縁ダイヤフラム（６２）、（８２’）と
の間の内部連通を、その２つの半分部分に享える。溶接
リング（６４）の内部肩部（７８）内に設置されるＯリ
ング（７８）は、この領域の圧力接続部をシールする。

ハウジング（２２）の内部へのＴ接続部（２３）は、内
部回路に対する回路接続のだめの接触を与えることがで
きる。基準板（３４）　、（３Ｂ）のまわりのハウジン
グ（２２）の内部に充填する充填化合物（４５）および
溶接リング（ｆ（４）、（ｌ（４°）は、湿気の侵入を
防ぎ、かつ構造的な剛性を与える。

第２図乃至第５図の差動圧力変換器の作動の前に、絶縁
ダイヤフラム（Ｅｉ２）　、Ｃ８２’　）は、溶接リン
グ（６４）における周囲の締め付け、およびこのダイヤ
フラムを外側にたわませる内部のオイルの圧力化により
、半径方向に予め応力がかけられている。

内部圧力は、内部電極（２Ｂ）　、（４０）によって形
成される検知コンデンサの信号変化を検知することによ
り、この作動中１両側で平衡にされる。その後、検知さ
れる２木の管路における圧力変動は。

絶縁ダイヤフラム（１３２）、（６２’）を介して圧力
がかけられた内部キャビティに伝達され、その結果、検
知タイヤプラム（２４）の相対する側に対して伝達され
る。２つの内部電気容量対の電気容量値における相対す
る変動によって確立される検知ダイヤフラムの正味たわ
みは、圧力差の読み表示の主要な１＋１１定となる。し
かし、以下に、一層明確に論じるように、この装置の精
度は、本発明による変換器によって考慮される成る非線
形性により影響される。しかし、この構造における重要
な第１の利点は、背面（５０）　、（５０’）が平坦で
あり、かつ絶縁ダイヤフラム（６２）　、（８２’）が
初めは曲げられているという事実から生じる。これまで
、うず巻かれた絶縁ダイヤフラムは、良好な線形作動の
ために。

０．００２”以上の距離にわたってたわまなければなら
ないと考えられてきた。それ故、過度の圧力波動に対し
て検知ダイヤフラムを保護するために底をつくと、最大
限のたわみは、背面が複雑にうず巻いた湾曲部に追従す
ると共に検知ダイヤフラムに隣接することを必要として
いた０本発明によれば、わずかに曲がり、かつ容易にた
わみ可能な絶縁ダイヤフラム（６２）　、（８２’）は
、限界圧力で平坦な表面に係合するように、まっすぐ伸
びているだけである。ここで述べられる装置では、検知
ダイヤフラム（２４）は、絶縁ダイヤフラム（６２）の
たわみ範囲の４０％の最大たわみ（１ミルまで）で作動
することができ、それでも、極端な線形性を残している
。これは、この装置の組立てコストが、平坦な表面だけ
を備えることが必要なので実質的に低いということを意
味する。さらに、同じ構造を、検知ダイヤフラムの厚さ
だけを変えることによって異なる圧力範囲に用いること
ができる。

しかし、容易には明らかでない他の要因は、また、この
タイプの差動圧力変換器の作動に含まれている。圧力の
かけられたオイルは、意味のある程度まで圧縮性であり
、かつ、密度の必然的な変化に応じて誘電率が変化する
。　３０００　ｐｓｉでは、例゛えば、密度１−局％乃
至２％の変化があり、かつ、？Ａ誘電率３％の変化があ
る。誘電率は、また、温度の変動と共に変化する。ある
補償をとり入れることができるように、圧力レベルに関
して基準を与えるために別のセンサ装置を使うことが知
られているが、これは、温度あるいは静圧変動に対して
十分に効果的ではなく、そして実質的に望ましくないコ
ストを招くことになる。一層剛い検知ダイヤフラム（２
４）および非常に少ないオイル量と共に比較的高度に追
従する絶縁ダイヤフラム（６２）を使用している本装置
は、そのような影響を最小にする。管路の圧力変動は、
実質的に、最小の不必要な機械的あるいは流体的なイン
ピーダンスをもって、検知ダイヤフラムに加えられる。

要素を、それらの線形たわみ範囲内に維持するので、わ
ずかのたわみ量だけを用いれば良い、さらに基準コンデ
ンサ対が、静圧変化による誘電率の変化を検知するため
に独特な方法で用いられており、その結果、その出力を
、さらに補償することができる。外側の電極（２８）　
、（４２）および（２Ｂ’）。

（４２’）を備える２つの基準コンデンサは、圧力羨変
動のもとではほとんどたわみを受けない。というのは、
２つの基準コンデンサが、固定されている検知ダイヤフ
ラム（２４）の周囲に近いからである。第１図に示すよ
うに、これらの相い対して変動するコンデンサを並列に
結合することによって、得られる信号の変化は、静圧お
よび圧力がかけられたオイルの温度変動による誘電率の
変化を木質的に表わす。

温度感受性抵抗器（３１）は厚膜技術によって検知ダイ
ヤフラム（２４）の伸張タブ（３３）上に形成される。

この位置で、抵抗器（３１）は、圧力差変動および静圧
変動に対して鋭敏ではない、しかし、この抵抗器は、変
換器（１０）のための正確な温度表示を与える。この抵
抗器（３１）からの信号は、回路（２０）に印加されて
、変換器（１０）の出力を補償し、そして、その読み表
示を、さらに一層信頼性がありかつ安定なものにする。

この変換器の他の利点は、絶縁ダイヤフラムが非常に追
従性良く、かつ実際問題として、その弾性限界を超える
ことによってゆがめられず、底をつく前に非常にわずか
な距離にわたりたわむというネ実を有していることであ
る。さらに、検知ダイヤフラムの所定の初期たわみを与
えるために、この変換器の作動範囲を、プロセス圧力の
調整によって、正あるいは負に換えることができる。

例えば、ダイヤフラム（６２）のような、絶縁ダイヤフ
ラムを半径方向へ引張るための異なる装置は、第１３図
および第１４図に示されている。これらの図を参照する
と、ステンレス鋼のリング（５じ）および内部のガラス
のシールリング（５６”）は、中心軸のまわりに同心円
的なリング（５じ）の円形溝（８０）を除いて、所定平
面にある平坦な表面を有している。溝（８０）は、ステ
ンレス鋼のリング（５４”）の外周の内側にあり、かつ
ダイヤフラム（６２）の外側ぶち部の内側にある。ステ
ンレス鋼の溶接リング（６４″）は、突出リングすなわ
ち舌片部（９２）を備え、これは、中心軸と同心円的で
あり、かつ変換器が組み立てられると溝（９０）内に一
致し、その際、ダイヤフラム（６２）の厚さに対する許
容を有している。

第１４図に見られるように、間に置かれたダイヤフラム
（６２）に対して、溶接リング（６４“）が、リング（
５４″）に向かって下に押しやられると、舌片部（９２
）は、ダイヤフラム（６２）を溝（８０）内で変形する
。舌片部（９２）によって取り囲まれるダイヤフラム（
６２）の部分は、内部の圧力化が始まる前に絶縁ダイヤ
フラム（６２）の平坦さを確保しつつ、半径方向に予め
応力がかけられる。舌片部および溝の内側半径方向およ
び外側半径方向の両方に配置されるリング（５じ）、（
６じ）上の平坦な表面は、このたわみ領域の平坦化を達
成する際に助けとなる。予め応力をかける際の手助けと
するために、ダイヤフラムの外側ぶち部は、リング（５
４”）、（６じ）が−緒に押しやられる前に、リングの
１つの外側ぶち部のまわりにひだを付けることができる
。

この装置は、非常にわずかな湾曲を有するダイヤフラム
（８２）の傾きを最小にする際に助けとなるばかりでは
なく、製造するのに幾分容易である。

というのは、リング（５４）の上方表面が、単一の作動
で平坦に接地され得るからである。

種々の他の例および変形例が、上記に述べられ、かつ図
面に図示されてきたが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、添付した特許請求の範囲の範囲内になる全
ての形態および変更例を包含するということが理解され
るであろう。

（発明の効果）以上の説明で明らかな如く、本発明によれば検知ダイヤ
フラムが、加えられる圧力差に応じて木質的に線形的に
作動し、最大たわみでは、絶縁、ダイヤフラムが、基準
板の下にある平らな表面に対して、ただ単に底をつくだ
けであり、その結果。

複雑に湾曲した絶縁ダイヤフラムを必要とせず、たわみ
量における非常にわずかなオイル伝送量が、検知ダイヤ
フラムに対する圧力変動の忠実かつ正確な伝達を保証す
る。また、使用されるオイル量が少ないために、温度に
よる変動を最小にすることができ、表面が平らな基準板
と共に平らな絶縁ダイヤフラムおよび検知ダイヤフラム
が、広い圧力範囲にまたがりすぐれた線形性を維持しつ
つ、低・コストで正確に組み立てることができる。

さらに、絶縁ダイヤフラムが、初期の平坦さを確保する
ために、半径方向の張力で、有益に予め応力が与えられ
る。例えば、１例ではダイヤフラムの外側リムの湾曲部
を円形ビードのまわりに下げ、かつドラムヘッド効果を
与えるために外側リムの締め付けによって達成でき、他
の例では、絶縁ダイヤフラムの中央領域が、取り巻く舌
片部および溝構造によって、拡げて引っ張られることに
より達成できる。

また、組立体の側部から第２のたわみ量の中に到る開口
が、オイル充填およびシール作用を、圧力伝達流体め量
を付加することなく外側にある変換器に行なわしめるよ
うに、配置されているので、この開口が、摩擦によっで
あるいは他の方法によって所定位置に保持される小さな
ポールを挿入することによりシールすることができる。

さらに、電極パターンが、繰り返し可能性および十分に
正確な画成を保証するので、薄膜技術によって、形成で
き、このパターンが外部に到達できる端子領域へ伸張す
るように構成されているので、このパターンを、例えば
温度感受性抵抗器のような他の要素を備えることができ
、一層の正確さを達するために、信号処理に用いること
ができる。

また、ダイヤフラムのたわみが、検知ダイヤフラムの主
要なたわみ領域の外側の基準°コンデンサ対を用いてい
る電極装置によって検知されるので、平行に配置される
これらのコンデンサで、信号が与えられ、これは、静圧
には敏感であるが、圧力差には比較的鈍感であり、この
信号が、静圧変動による出力の小さい変動を補償するの
に用いられ、これによって、キャパシタンスの読み表示
の正確さを高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による圧力変換器装置の斜視図および
ブロック線図を結合した図、第２図は、本発明による差
動圧力変換器の部分的に切り欠いた中央部分の斜視図、
第３図は、第１図の変換器の中央部分の断面図、第４図
は、第２図および第３図の変換器に用いられている絶縁
および検知ダイヤフラム構造部分の拡大部分断面図、第
５図は、組立の中間段階を示す、第４図中の要部の拡大
部分断面図、第６図は、関連するハウジングと共に圧力
変換器装置の要部を切欠して示す平面共に圧力変換器装
置の要部を切欠して示す平面図、第７図は、側面図にお
ける変換器の中央部分を含む側断面図、第８図は、第１
の側部から見た検知ダイヤフラム構造の平面図、第９図
は、第８図のダイヤフラムの側面図、第１Ｏ図は、第８
図の検知ダイヤフラムの第２の側部からの平面図、第１
１図は、第１の基準板上の電極パターンの平面図、第１
２図は、第２の基準板上の電極パターンの平面図、第１
３図は、絶縁ダイヤフラムを引張るための他の装置に用
いられ得る要素の分解図、第１４図は、第１３図の装置
の側断面図である。図面中、１０・・・変換器、２０・・・回路、２２・・・ハウジ
ング２４・・・検知ダイヤフラム、２８．２８，４０．
４２・・・電極、３４．３８・・・セラミック基準板、
４５・・・充填化合物、６２・・・絶縁ダイヤフラム、
７０．７１・・・開口部、７２・・・垂直孔、７３・・
・溝、７４・・・ポール、７６・・・Ｏリングである。笥　　　　　　　　　　　　　　も嘔 α う定

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平面状の電極手段を備えるほぼ平行で相い対する
表面を有する一対の離間されたセラミック基準板であっ
て、該基準板は、平行な平面状外表面と、これを通って
電極支持表面および外表面との間に延在する導管とを備
える、一対の離間されたセラミック基準板と、セラミックダイヤフラムの相い対する側に電極手段を有
し、かつ基準板の相い対する表面間に対称的に配置され
るセラミックダイヤフラムであって、該ダイヤフラムは
、基準板の周囲のまわりで基準板とほぼ同一の空間に拡
がると共に結合され、基準板とダイヤフラムとの間の空
間は、０．００３″以下のオーダーである、セラミック
ダイヤフラムと、一対の比較的平坦な絶縁ダイヤフラムであって、それぞ
れは、異なる基準板の外表面に隣接して装着されると共
にそれから離間されて、その中に導管と連通する容積を
画成し、各ダイヤフラムと基準板外表面との間の空間は
、０．００３″以下のオーダーである、一対の比較的平
坦な絶縁ダイヤフラムと、基準板、セラミックダイヤフラムおよび絶縁ダイヤフラ
ムの間に間隙を備える基準板の内部容積にオイル充填を
与える手段であって、絶縁ダイヤフラムに作用する圧力
変動は、セラミックダイヤフラムに伝達される、基準板
の内部容積にオイルを充填する手段とを備える差動圧力
変換器。
（２）前記絶縁ダイヤフラムは、薄い金属部材を備える
と共に、前記変換器は、さらに、絶縁ダイヤフラムを引
っ張り拡げる手段を備える、特許請求の範囲第１項に記
載の差動圧力変換器。
（３）前記オイル充填を与える手段が、比較的平坦な絶
縁ダイヤフラムを、線形たわみ範囲内で外側へ湾曲し、
前記絶縁ダイヤフラムは、セラミックダイヤフラムより
も実質的に追従性が良い、特許請求の範囲第１項に記載
の差動圧力変換器。
（４）前記装置は、さらに、セラミックダイヤフラムか
ら絶縁ダイヤフラムの相い対する面に圧力のかかった入
力流体を与える手段を備え、一側に過度の圧力を受けて
いるときに、絶縁ダイヤフラムは、一層高い過度の圧力
側へたわむと共にセラミックダイヤフラムが充分にたわ
んで過度の応力がかかる前に隣接する平面状表面に対し
て底をつく、特許請求の範囲第３項に記載の差動圧力変
換器。
（５）前記電極手段は、少なくとも１つの検知コンデン
サおよび一対の基準コンデンサを画成すると共に、基準
コンデンサの偏差を累積的に加える手段を画成する特許
請求の範囲第４項に記載の差動圧力変換器。
（６）前記絶縁ダイヤフラムおよびセラミックダイヤフ
ラムは、セラミックダイヤフラムの相い対する側に囲ま
れたオイル充填容積を画成し、該オイル充填容積は０．
００１立方インチのオーダーである、特許請求の範囲第
４項に記載の差動圧力変換器。
（７）前記絶縁ダイヤフラムを引っ張り拡げる手段は、
リング材料を、基準板の内部容積のまわりで変形する周
囲手段を備え、絶縁ダイヤフラム材料に、それらの間で
半径方向に予め応力をかける、特許請求の範囲第６項に
記載の差動圧力変換器。
（８）２つの相対する広い面のそれぞれに入力流体圧力
を受けるたわみ可能なダイヤフラムを有する差動圧力変
換器であって、一対の基準板で、それぞれは、ダヤフラムの異なる広い
面に隣接すると共にそれから離間され、かつダイヤフラ
ムの周囲のまわりでダイヤフラムに結合されて、第１の
たわみ量を画成し、基準板のそれぞれは、装置の差動圧
力によって実質的にたわまない充分な厚さおよびダイヤ
フラムの反対側に平坦な基準表面を有する、一対の基準
板と、一対の絶縁薄板部材で、それぞれは、異なる基準板に対
し平坦な基準表面を延伸すると共にそれと一対の第２の
たわみ量を画成し、基準板の、それぞれは、第１および
第２のたわみ量を相互に接続する導管手段を備えて、第
１および第２の囲まれたキャビティを画成する、一対の
絶縁薄板部材と、隣接する基準板に関して薄板部材を外側に湾曲しつつ、
ダイヤフラムの各側の異なる囲まれた空間を加圧する手
段と、空間を加圧する手段に対して薄板部材のそれぞれに、異
なる入力流体圧力を加えるために、結合される手段と、加えられた圧力を受けて、ダイヤフラムの正味たわみを
検知する手段と、を備える差動圧力変換器。
（９）第１および第２のたわみ量を備える囲まれたキャ
ビティおよび相互接続する導管は、それぞれ、０．００
１立方インチのオーダーである、特許請求の範囲第８項
に記載の差動圧力変換器。
（１０）前記囲まれたキャビティは、それぞれ、約０．
００２５立方インチであり、かつ絶縁ダイヤフラムの追
従性は、セラミックダイヤフラムのそれの約１００倍以
上である、特許請求の範囲第９項に記載の差動圧力変換
器。
（１１）前記ダイヤフラムと基準板のそれぞれとの間の
空間および薄板部材と基準板との間の分離は、１ミルの
オーダーである、特許請求の範囲第１０項に記載の差動
圧力変換器。
（１２）前記空間を加圧する手段が、オイルを備え、か
つ前記薄板部材が、ダイヤフラムよりも大きさが少なく
とも１オーダー大きい追従性を有する、特許請求の範囲
第８項に記載の差動圧力変換器。
（１３）前記薄板部材は、金属絶縁ダイヤフラムであり
、前記基準板およびダイヤフラムは、セラミック部材で
あり、前記絶縁ダイヤフラムは、ダイヤフラムが充分に
たわむ前に平坦な基準表面に対して底をつく、特許請求
の範囲第１２項に記載の差動圧力変換器。
（１４）前記絶縁ダイヤフラムを半径方向に予め引張る
手段を備える、特許請求の範囲第８項に記載の差動圧力
変換器。
（１５）前記正味たわみを検知する手段は、ダイヤフラ
ムおよび基準板の面する表面にキャパシタンス電極を画
成し、そのような面する表面は、平坦で、かつダイヤフ
ラムの名目上の平面と平行である、特許請求の範囲第８
項に記載の差動圧力変換器。
（１６）前記キャパシタンス電極は、ダイヤフラムの両
側で、最大たわみ領域におけるダイヤフラムに中心電極
および最小たわみ領域で外側電極ならびに基準板の相い
対する表面に相補電極を備えて、検知コンデンサおよび
基準コンデンサを形成する、特許請求の範囲第１５項に
記載の差動圧力変換器。
（１７）前記変換器は、静圧および周囲の温度変動によ
る影響の信号変化の代表を与えるように、基準コンデン
サを並列に結合する手段を、さらに備えている、特許請
求の範囲第１６項に記載の差動圧力変換器。
（１８）たわみ可能な検知ダイヤフラムおよびダイヤフ
ラムの相い対する側の、実質的にたわみ不可能で、ダイ
ヤフラムから相い対する側に平坦な基準表面を有する一
対の基準板と、一対の絶縁ダイヤフラム手段で、それぞれは、基準面の
異なるものを延伸し、かつ絶縁ダイヤフラムを機械的に
半径方向へ予め引張る手段を備える、一対の絶縁ダイヤ
フラム手段と、絶縁ダイヤフラム手段の異なる側と、異なる絶縁ダイヤ
フラムに加えられる入力圧力を検知ダイヤフラムと相い
対する側に移す検知ダイヤフラムの関連する側との両方
に連通する加圧流体を備える手段と、を備える差動圧力変換器。
（１９）前記加圧流体が、絶縁ダイヤフラムを、隣接す
る基準板に関して外側の湾曲部に押しやる、特許請求の
範囲第１８項に記載の差動圧力変換器。
（２０）前記絶縁ダイヤフラムは、検知ダイヤフラムよ
りも少なくともオーダーの大きさが大きい追従性を有し
、かつ、加えられる圧力に応じて線形の範囲内でたわむ
、特許請求の範囲第１９項に記載の差動圧力変換器。
（２１）前記絶縁ダイヤフラムを機械的に半径方向へ予
め引張る手段は、それぞれ、基準板の平坦な基準表面の
平面における外周表面、外周表面の内側の隆起した円形
ビードおよび絶縁ダイヤフラムの周囲を円形ビードのま
わりの周囲表面に強く締め付ける環状手段を備える、特
許請求の範囲第２０項に記載の差動圧力変換器。
（２２）前記絶縁ダイヤフラムを機械的に半径方向へ予
め引張る手段は、それぞれ、基準板の平坦な基準表面の
平面に隣接する外周表面を有する第１のリングと、この
リングは基準板のまわりに溝を備え、ダイヤフラムを第
１のリングに対して係合する第２のリングとを備え、こ
の第２のリングは第１のリングで溝に一致して係合する
突出部を備えている、特許請求の範囲第２０項に記載の
差動圧力変換器。
（２３）検知ダイヤフラムと、検知ダイヤフラムの相い対する側の一対の基準板で、こ
の基準板は、検知ダイヤフラムから離れた側にほぼ平坦
な基準表面を備える、一対の基準板と、一対の、始めは平坦な表面の絶縁ダイヤフラムで、それ
ぞれは、異なる基準表面、絶縁ダイヤフラム、基準板お
よび容積が０．０１０立方インチよりも少ない一対の囲
まれたキャビティを画成する検知ダイヤフラムに隣接す
ると共に平行である、一対の、始めは平坦な表面の絶縁
ダイヤフラムと、基準表面から外側に絶縁ダイヤフラム
をたわませるために、囲まれたキャビティを、圧力連通
流体で充填する手段と、検知ダイヤフラムの正味たわみを検知するためにそれに
結合される手段とを備える差動圧力変換器。
（２４）一対の、加えられる入力圧力源のそれぞれが、
異なる絶縁ダイヤフラムに対して作用するように結合さ
れ、基準表面が、絶縁ダイヤフラムのための表面を底に
つけるように役立つ、特許請求の範囲第２３項に記載の
差動圧力変換器。
（２５）前記絶縁ダイヤフラムは、検知ダイヤフラムよ
りも実質的に一層追従性がある、特許請求の範囲第２４
項に記載の差動圧力変換器。