KR100401576B1 - 압력검출기의 설치구조 - Google Patents

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KR100401576B1 KR10-2001-7004136A KR20017004136A KR100401576B1 KR 100401576 B1 KR100401576 B1 KR 100401576B1 KR 20017004136 A KR20017004136 A KR 20017004136A KR 100401576 B1 KR100401576 B1 KR 100401576B1
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도히료우수케
니시노코우지
요시카와카주히로
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후카사와카주오
코이주미히로시
나가오카히데키
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가부시키가이샤 후지킨
도쿄 일렉트론 가부시키가이샤
오미 다다히로
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Abstract

다이어프램형 압력검출기를 관로나 기계등에 설치한 설치구 본체에 조합했을 때에 압력검출기에 작용하는 응력에 의해서 다이어프램이 변형하여, 조합후의 출력특성이나 온도 특성이 조합전의 특성에 비교하여 크게 변동하는 것을 방지할 수 있도록한 압력검출기의 설비구조를 제공한다.
그러기 위해, 본 발명에서는 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어프램의 변위에 의하여 작동하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합고착해서 이루어지는 압력검출기를, 배관로나 기계장치에 설치된 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 끼워붙이고, 상방에서 삽입부착구멍 내로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압고정하도록 한 압력검출기 설치구조에 있어서, 상기 다이어프램 베이스의 본체부 상면에 누름부재를, 또한, 다이어프램 베이스의 본체부 하면에 개스킷을 각각 접촉시킴과 아울러, 상기 본체부 하면의 개스킷과의 접촉부의 내측 위치에 얕은 홈을 링형상으로 형성하고, 누름부재에 의한 압압에 의하여 발생된 변형을 얕은 홈에 의하여 흡수한다.

Description

압력검출기의 설치구조{PRESSURE DETECTOR MOUNTING STRUCTURE}
관로내의 유체압의 검출에는 종전부터 센서칩(감압소자)이나 변형게이지를 이용한 다이어프램형의 압력검출기가 널리 이용되고 있다.
도10 및 도11은 종전의 다이어프램형 압력검출기의 구조의 일례를 표시하는 것이고, 본건 출원인이 특개평 10-820707호 및 특원평 10-008841호로서 공개하고 있는 것이다. 즉, 도10 및 도11에 있어서, 1은 센서베이스, 2는 센서칩(감압소자) , 3은 다이어프램, 4는 다이어프램 베이스, 5는 압력전달용 매체(실리콘 오일), 6은 밀봉용 보올, 7은 리이드 핀, 8은 용접부, 10은 유체압이고, 유체압(10)이 다이어프램(3) 및 압력 전달용 매체(5)를 통하여 센서칩(2)에 가해지면, 센서칩(2)을 형성하는 반도체 압력 변환기로부터 압력에 비례한 전자 신호가 리이드 핀(7)을 통하여 외부로 출력된다.
도12 및 도13은 상기 도10 및 도11에 표시된 다이어프램형 압력검출기의 관로등에 대한 설치구조의 일례를 표시하는 것이고, 또 도14는 도13의 A부의 확대 단면도이다.
도12 내지 14도에 있어서, 11은 설치구 본체, 12ㆍ13은 누름부재, 14는 베어링, 15ㆍ16은 고정구, 17은 메탈 개스킷이고, 누름부재(12ㆍ13)에 가해진 압압력에 의하여 메탈 개스킷(17)을 통해 다이어프램 베이스(4)와 설치구 본체(11) 사이의 기밀성이 유지되고 있다. 또한 메탈 개스킷(17)은 내식성이 높아서 발진이 적은 것이 사용되고 있다.
상기 도10 및 도11에 표시된 구조의 다이어프램형 압력검출기는 관로등에 설치된 상태에 있어서의 소위 데드 스페이스를 극히 작게 할 수 있고, 가스의 치환성을 높이는데에 있어서 적합할 뿐만 아니라, 다이어프램(3)의 가스접촉면에 원하는 부동태막을 비교적 쉽고, 또한 균일한 두께로 형성할 수 있어, 우수한 실용적 효용을 성취할 수 있다.
또, 내식성이 높아서 발진이 적은 메탈 개스킷(17)을 사용하고 있으므로 종전의 O링을 사용하여 다이어프램형 압력검출기를 관로등에 설치한 경우에 비교하여 O링의 부식에 의한 트러블을 거의 제로로 할 수 있다.
그러나 상기 다이어프램형 압력검출기에도 해결해야 할 문제가 다량 잔존되어 있고, 그 중에서도 가장 큰 문제는 관로등에 설치된 경우에 있어서의 다이어프램(3)의 응력 변형등에 기인하는 측정치의 변동의 점이다. 즉 압력의 검출 감도를 높이기 위하여 다이어프램(3)의 두께는 0.05∼0.06m 정도의 극히 얇은 것으로 선정되어 있다. 그 결과 도12에 나타내는 형태로서, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)에 개스킷(17)의 접촉면을 닿게 하는 경우에는 고정볼트(15)에 의한 체결시에 다이어프램(3)에 발생하는 응력 변형이 불가피하게 되고, 이것에 의해서 실리콘 오일(5)을 통해 센서소자(2)에 작용하는 응력이 크게 변화하게 된다.
예컨대, 다이어프램(3)의 두께 …0.05∼0.06mm, 내경 약 …10mmφ, 검출압력 …수 Torr∼7 kgf/㎠ abs의 압력검출기를 사용한 시험에 의하면, 다이어프램(3)에 가해지는 압력(P)이 Ps= 7 kgf/cm2abs 정도의 고압력의 경우에는 압력검출기를 압력검출기 설치구 본체(11)에 조립했을 때에도, 압력검출기가 자유로운 상태하에 있는 경우에 비교하여 출력 Vs(mv) 및 온도 특성 ZTC(%FS/℃)에 큰 차이는 보이지 않는다.
그런데 다이어프램(3)에 가해지는 압력(P)이 저압, 예컨데 압력 Po= 0 kgf/cm2abs일 때에는 압력검출기의 조립에 의하여 출력 Vo에 5.2mv(조립전의 출력 16.66mv - 조립후의 출력 21.86mv) 이상의 큰 변동이 나타나는 동시에, 온도 특성 ZTC(%FS/℃)의 값도 0.162∼0.719와 같이 크게 변동한다. 즉, 출력의 점에서는 측정치의 불균일이 과대한 데다가 온도 특성의 점에서도 보상 가능한 범위밖의 큰 변동이 있으며, 압력검출기로서의 실용화에 문제가 있다.
이것에 비해, 다이어프램 베이스(4)의 외주가장자리부의 형태를 도11과 같은 형태로 하여, 도14에 표시하였듯이 다이어프램 베이스(4)의 본체부 외주면(4d)과 메탈 개스킷(17)의 내주면(17d)을 비 접촉의 상태로 해서 체결 고정된 경우에는 압력 Po= 0 kgf/cm2abs에 있어서의 조립 전ㆍ후의 출력 변동량(ΔVo)을 ±약 3.5mv 이하로 끌어내릴 수 있다. 마찬가지로 온도 특성 ZTC(%FS/℃)의 쪽도 0.052∼ 0.259의 범위내의 값으로 되고, 현실의 관로등에 상기 압력검출기를 조립해도 소정의 교정조작에 의하여 충분히 실용화에 대응할 수 있다.
또한 도13 및 도14의 압력검출기의 설치구조에 있어서, 조립 전ㆍ후의 출력 변동량(ΔVo)이 작아지는 것은 다이어프램 베이스(4)에 설치한 플랜지부(4a)의 하면(4c)과 다이어프램 베이스(4)의 두께(약2mm)의 본체부(4b)의 외주면(4d) 사이에 개스킷(17)이 설치되어 있고, 또한 개스킷(17)의 내주면(17d)과 본체부(4b)의 외주면(4d)은 비 접촉된 상태로 되어 있으므로, 센서 누름부재(13)에 의해서 아래 방향의 압압력이 센서베이스(1) 및 다이어프램 베이스(4)를 통해 개스킷(17)에 작용해도 개스킷(17)의 상ㆍ하 방향의 반력은 전부 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부(4a)에 의해서 흡수되기 때문이다. 즉, 다이어프램 베이스(4)의 본체부(4b)에 일체적으로 형성된 다이어프램(3)에는 체결시의 변형 응력이 거의 작용하지 않기 때문이다.
그러나 상기 압력검출기의 조립 전ㆍ후의 출력 변동량(ΔVo)이나 온도 특성 ZTC(%FS/℃)등은 작을 수록 적합하고, 상기 도14와 같은 종래 구조의 조립에 있어서도 아직 출력 변동량(ΔVo)이 과대하다고 하는 난점이 있다.
본 발명은 상기 특개평 10-82707호나 특원평 10-8841호에 명시된 도10∼도14에 표시한 것 같은 구성의 다이어프램형 압력검출기를 실제로 배관로등에 적용한경우에 있어서의 상술한 것과 같은 문제, 즉 압력검출기를 압력검출기 설치구 본체에 조립한 경우에 발생하는 다이어프램의 응력 변형의 불균일에 의하여 출력이나 온도 특성에 큰 변동이 발생하여 압력측정기의 측정 정밀도가 저하한다고 하는 문제를 해결하는 것으로, 압력검출기 설치구 본체로의 압력검출기의 설치구조에 개량을 가함으로 설치구 본체에 압력검출기를 고정한 경우에 있어서도 출력이나 온도 특성이 자유로운 상태하에 있어서의 출력이나 온도 특성과 거의 차이를 발생 시키지 않고, 또한 유체 통로의 데드 스페이스의 증가를 초래하지 않고 압력검출기를 배관로등에 적용할 수 있도록 하는 것을 발명의 주된 목적으로 한다.
본 발명은 주로 센서칩(감압소자)을 이용한 압력검출기의 설치구조의 개량에 관한 것으로서, 반도체 제조설비에 있어서의 강부식성 가스의 공급계 등에서 주로 사용되는 것이다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도이다.
도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도이다.
도3은 제2실시예에 따른 압력검출기의 설치구조를 표시하는 부분 확대 단면도이다.
도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도이다.
도5 제3실시예에 따른 압력검출기의 설치구조를 표시하는 부분 확대 단면도이다.
도6은 제4실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도이다.
도7은 제4실시예에 따른 압력검출기의 설치구조를 표시하는 부분 확대 단면도이다.
도8은 제5실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도이다.
도9는 제5실시예에 따른 압력검출기의 설치구조를 표시하는 부분 확대 단면도이다.
도10은 종전의 압력검출기의 구조의 일례를 표시하는 종단면도이다.
도11은 종전의 압력검출기의 구조의 다른 예를 표시하는 종단면도이다.
도12는 종전의 도10에 따른 압력검출기의 설치구조를 표시하는 종단면도이다.
도13은 종전의 도11에 따른 압력검출기의 설치구조를 표시하는 종단면도이다.
도14는 도13의 A부의 확대 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
(1):센서베이스 (1a):플랜지부 (1b):플랜지부 상면
(1c):칩 수납부 (1d):오일 주입구멍 (2):센서 칩
(3):다이어프램 (4):다이어프램 베이스 (4a):플랜지부
(4b):본체부 (4c):플랜지부 하면 (4d):본체부 외주면
(4e):본체부 상면 (4f):본체부 하면 (4g):시일면
(5):압력전달용 매체 (6):밀봉용 보올 (7):리이드 핀
(8):용접부 (10):유체압 (11):설치구 본체
(11a):삽입부착구멍 (12)ㆍ(13): 누름부재 (14):베어링
(15)ㆍ(16):고정구 (17):메탈 개스킷 (17a):상부 접촉면
(17b):하부 접촉면 (17c):개스킷 외주면 (17d):개스킷 내주면
(18a)ㆍ(18b):얕은 홈 (18c)ㆍ(18d):얕은 홈 (18e)ㆍ(18f):얕은 홈
(18g)ㆍ(18h):얕은 홈 (19):제1계단부 (20):제2계단부
(21):테이퍼부 (22):유체 통로 (23):용접부
(24):경화부분(센서베이스)
(25):경화부분(다이어프램 베이스)
상기 발명의 과제를 해결하기 위하여 청구항 제1항의 발명에서는 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어프램 베이스의 변위에 의하여 작동하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합 고착하여 이루어지는 압력검출기를 배관로나 기계장치에 설치된 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 끼워 붙이고, 윗쪽에서 삽입부착구멍 내로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압고정하도록 한 압력검출기의 설치구조에 있어서, 상기 다이어프램 베이스(4)의 본체부 상면(4e)에 누름부재(12)를, 또한 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)에 개스킷(17)을 각각 접촉시킴과 아울러, 상기 본체부 하면(4f)의 개스킷(17)과의 접촉부의 내측 위치에 얕은 홈(18b)을 링형상으로 형성하고, 누름부재(12)에 의한 압압에 의하여 발생된 변형을 얕은 홈(18b)에 의하여 흡수하도록 하고 있다.
또 청구항 제2항의 발명에서는 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어프램 베이스의 변위에 의하여 작동하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합고착하여 이루어지는 압력검출기를, 배관로나 기계장치에 설치한 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 삽입부착하고, 윗쪽에서 삽입부착구멍 내로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압 고정하도록 한 압력검출기의 설치구조에 있어서, 상기 다이어프램 베이스(4)의 본체부 상면(4e)에 누름부재(12)를, 또한, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)에 개스킷(17)을 각각 접촉시킴과 아울러, 상기 본체부 상면(4e)의 누름부재(12)와의 접촉부의 내측위치에 얕은 홈(18a)을, 상기 본체부 하면(4f)의 개스킷(17)과의 접촉부의 내측 위치에 얕은 홈(18b)을 각각 링형상으로 형성하고, 누름부재(12)에 의한 압압에 의하여 발생된 변형을 양쪽 얕은 홈(18a,18b)에 의하여 흡수하도록 하고 있다.
또한 청구항 제3항의 발명은 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어프램 베이스의 변위에 의하여 작동하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합 고착하여 이루어지는 압력검출기를, 배관로나 기계장치에 설치된 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 끼워 붙이고, 위쪽에서 안쪽으로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압 고정하도록한 압력검출기의 설치구조에 있어서, 상기 설치구 본체(11)의 삽입부착구멍(11a)의 아래쪽 부분에 제1계단부 (19)와 제2계단부(20)를 설치하여, 그 제2계단부(20)의 수평면(20b)과 개스킷(17)의 하부 접촉면(17b)의 사이를 시일부로하고, 또 상기 압력검출기의 센서베이스 (1) 및 다이어프램 베이스(4)의 상방부에 플랜지부(1a) 및 플랜지부(4a)를 설치하고, 양쪽 플랜지부(12,4a)를 대향형상으로 조합고착함과 아울러, 상기 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부(4a)의 하면(4c)과 개스킷(17)의 상부 접촉면(17a)의 사이를 시일부로 하고, 더욱이 상기 센서베이스(1)의 플랜지부 상면(1b)의 내측 위치에 얕은 홈(18c)을, 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부 하면(4c)의 내측 위치에 얕은 홈(18d)을 각각 링형상으로 형성함과 아울러, 상기 개스킷(17)을 단면 형상이 대략 직사각형의 상부 접촉면(17a)과 하부 접촉면 (17b)을 구비한 금속제 개스킷(13)으로 하고, 누름부재(13)에 의한 센서베이스(1)의 플랜지부 상면(1b)의 압압에 의하여 발생된 변형을 얕은홈(18c, 18b)에 의하여 흡수하도록 하고 있다.
또한, 청구항 제4항의 발명에서는 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어프램 베이스의 변위에 의하여 작동하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합고착하여 이루어진 압력검출기를, 배관로나 기계장치에 설치된 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 끼워 붙이고, 위쪽에서 삽입부착구멍 내로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압고정하도록 한 압력검출기의 설치구조에 있어서, 상기 설치구 본체(11)의 삽입부착구멍(11a)의 하방부에 제1계단부(19)와 제2계단부(20)를 설치하고, 그 제2계단부(20)의 수평면(20b)과 개스킷 (17)의 하부 접촉면(17b)의 사이를 시일부로 하고 또 상기 압력검출기의 센서베이스(1)에 플랜지부(1a)를 설치하고, 그 플랜지부(1a)와 다이어프램 베이스(4)의 본체부 상면(4e)을 대향형상으로 조합고착함과 아울러, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)으로부터 하방으로 돌출시켜서 시일면(4g)을 형성하여, 그 시일면(4g)과 개스킷(17)의 상부 접촉면(17a)의 사이를 시일부로 하고, 또한 상기센서베이스(1)의 플랜지부(1a)의 상면(1b)의 내측 위치에 얕은 홈(18e)을, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)의 내측 위치에 얕은 홈(18f)을, 하방으로 돌출시킨 시일면(4g)의 상방 위치에 대향형상으로 얕은 홈(18g, 18h)을 각각 링형상으로 형성함과 아울러, 상기 개스킷(17)을 단면 형상이 대략 직사각형의 상부 접촉면(17a)과 하부 접촉면(17b)을 구비한 금속제 개스킷(13)으로 하고, 누름부재(13)에 의한 센서베이스(1)의 플랜지부 상면(1b)에 압압에 의하여 발생된 변형을 얕은 홈(18e, 18f, 18g, 18h)에 의하여 흡수하도록 하고 있다.
청구항 제5항의 발명에서는 청구항 제3항 또는 청구항 제4항의 발명에 있어서, 센서베이스 (1)의 플랜지부(1a)의 외주부분(24) 및 다이어프램 베이스(4)의 본체부(4b)의 외주부분(25)을 고경도를 보유한 재질로 하고 있다.
이하에, 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
<제1실시예>
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도이다.
또한, 아래의 설명에 있어서 상기 도10내지 도14에 있어서 사용된 부재와 동일한 부재에는 이것과 동일한 참조번호를 사용하는 것으로 한다.
도1에 있어서 1은 센서베이스, 2는 센서칩, 3은 다이어프램, 4는 다이어프램 베이스, 5는 압력전달용 매체, 7은 리이드 핀, 8은 용접부이다.
상기 센서베이스(1)는 스테인레스강으로 두터운 원반 형상으로 형성되어 있고, 하면 중앙에는 칩 수납부(1c)가 형성되어 있고, 또한 오일 주입구멍(1d) 및 리이드 핀 관통구멍(도시생략)이 설치되어 있다.
또 상기 센서칩(감압소자)에는 공지된 확산형 반도체 압력 변환기가 사용되고 있다. 즉 센서칩(2)은 압력을 받으면 변형하는 다이어프램 구조를 보유하며, 이것에 IC와 동일한 제법으로 4개의 저항체가 형성되어 있고, 브리지 형상으로 접속된 4개의 저항의 저항치가 가압에 의해서 변화함으로서 압력에 비례된 전압신호가 브리지의 출력단에 출력된다.
상기 다이어프램(3)은 다이어프램 베이스(4)와 일체적으로 형성되어 있고, 스테인레스강을 사용하여 두께 약 50㎛, 내경 약 10mmφ로 형성되어 있다. 상기 다이어프램(3)의 두께는 검출기의 검출압력 범위에 따라 적당히 변하는 것이고, 수 torr에서부터 7kgf/㎠의 절대 압력치의 측정을 목적으로 하는 본 실시예의 압력검출기에서는 φ= 10mm의 다이어프램(3)의 두께를 50㎛정도로 하는 것이 바람직하다.
또한 다이어프램(3)을 다이어프램 베이스(4)와 별도로 형성하여 양자를 용접에 의하여 일체화 하는 것도 가능하다.
또 그 다이어프램(3)의 가스 접촉면에는 공지된 방법에 의하여 소위 부동태막의 형성처리가 실시되어 있고, 가스 접촉면의 외표층부에는 두께 약 200Å의 대략 100% 산화 크롬으로 이루어진 부동태막 또는 두께 약 1000∼3000Å의 불화 부동태막 혹은 두께 약 200Å의 주로 알루미늄 산화물과 크롬 산화물의 혼합 산화 부동태막이 형성되어 있다.
상기 압력전달용 매체인 실리콘 오일(5)은 다이어프램(3)에 가해진 압력(10)을 센서칩(2)에 전달한다. 또한 여기에서는 온도 팽창계수나 압축계수가 작으며 또한 화학적으로도 안정된 실리콘 오일이 사용되고 있다.
상기 밀봉용 보올(6)은 오일 주입구멍(Id)내의 실리콘 오일(5)을 밀봉하기 위한 것이고, 여기서는 베어링강의 보올(6)이 사용되고 있다.
상기 다이어프램형 압력검출기의 구성자체는 공지된 것이므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1실시예의 다이어프램형 압력검출기에 있어서는, 도1에 표시 하듯이, 다이어프램 베이스(4)의 본체부(4b)의 하면(4f)에 소위 변형흡수용 얕은 홈(18b)이 링형상으로 형성되어 있다. 즉, 상기 얕은 홈 (18a, 18b)은 누름부재(12)및 메탈 개스킷(17)의 접촉 부분보다 내측 위치에 각각 형성되어 있고, 그 단면 형상은 v자형(역 U자형) 또는 U자형(역 V자형)으로, 또 그 깊이는 다이어프램 베이스(4)의 두께가 1.5∼2.5mm의 경우, 약 0.3∼0.5mm로 선정되어 있다.
또한 이 얕은 홈(18b)의 형상이나 그 작용에 대해서는 다음에 서술하는 제2실시예의 경우와 동일하므로 여기에서는 그 설명을 생략한다.
<제2실시예>
도2는 제2실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도이고, 또 도3은 제2실시예에 따른 압력검출기의 설치구조를 표시하는 부분 확대 단면도이다.
이 제2실시예의 압력검출기는 얕은 홈(18a)을 설치한 점을 제외하면, 제1실시예의 압력검출기와 실질적으로 동일한 것이다. 즉 제2실시예의 압력검출기는 도2에 표시하듯이, 다이어프램 베이스(4)의 본체부(4b)의 상면(4e)과 하면(4f)에 소위 변형흡수용 얕은 홈(18a, 18b)이 링형상으로 형성되어 있고, 얕은 홈(18a)을 설치한 점만이 제1실시예의 압력검출기와 다르다.
도3에 있어서 10은 설치구 본체, 12는 누름부재, 14는 베어링, 15는 고정구, 17은 메탈 개스킷이다. 도3를 참조하여, 고정구(15)가 체결되면, 누름부재(12)및메탈 개스킷(17)을 통해 다이어프램 베이스(4)의 본체부(4b)의 외측 부분에 상ㆍ하 방향의 압축력(상ㆍ하 방향의 반력)이 작용한다. 만일 고정구(15)의 체결시에 이 다이어프램 베이스(4)의 본체부(4b)에 작용하는 상ㆍ하 방향의 압축력이 원인으로 되어서 다이어프램(3)에 변형력이 가해지는 경우(예컨데 상ㆍ하 방향의 압축력의 분력이 발생하여 이것이 다이어프램(3)에 작용하게 되는 경우라도 상기 다이어프램 베이스(4)의 본체부 상면(4e)및 본체부 하면(4f)에 대향형상으로 설치된 얕은 홈(18a,18b) (또는 얕은 홈 (18b))에 의하여 이 부분 P의 두께가 얇게 되어 있으므로, 변형력에 의한 변위는 상기 박육부(P)의 근방에서 흡수된다. 이것에 의하여 변형력이 직접적으로 다이어프램(3)에 전달되지 않게 되어, 결과적으로 다이어프램 (3)에 변형이 발생하는 것이 방지되게 된다.
<제3실시예>
도4 및 도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도 및 그 설치구조를 표시하는 부분 확대 단면도이다.
상기 제3실시예에 있어서는, 센서베이스(1)와 다이어프램 베이스(4)의 상방부에 각각 플랜지부(1a)와 플랜지부(4a)가 형성되어 있고, 양쪽 플랜지부(1a,4a)를 대향시킨 상태에서 그 외주부가 용접(8)되어 있다.
또 상기 다이어프램 베이스(4)는 링형상인 본체부(4b)와 플랜지부(4a)로 형성되어 있고, 플랜지부(4a)의 하면(4e)이 도4에 표시하듯이 개스킷(17)의 상부접촉면(17a)과 접촉하는 시일면으로 되어 있다. 따라서 플랜지부(4a)의 하면(4e)은 고정밀도의 평활면으로 마무리되어 있다.
또한, 본 제3실시예에 있어서는, 다이어프램 베이스(4)의 직경이 13mmφ, 다이어프램 수압면의 직경이 11mmφ, 다이어프램(3)의 두께 0.06mm, 부동태막이 두께 약 200Å의 산화 크롬 피막, 전체 두께 4mm, 리이드 핀 7개 (그중 1개는 접지극)로 각각 선정되어 있고, 입력회로(도시생략)에는 DC 1.5mA가 인가되고, 센서소자(센서칩)에 가해지는 압력이 변화함으로써 센서칩에서 형성된 4개의 저항치가 변화되고, 출력 단자간의 출력 전압(V)이 변화한다.
본 제3실시예에 따른 압력검출기에 있어서는, 도4에 표시하듯이 센서베이스(1)의 플랜지부 상면의 내측에 근접하는 위치와, 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부 하면(4c)의 내측에 근접하는 위치에 각각 얕은 홈(18c, 18d)이 형성되어 있고, 전자의 얕은 홈(18c)의 단면 형상은 접시모양으로, 또 후자의 얕은 홈(18d)은 역 U자형(또는 역 V자형)으로 형성되어있다.
본 제3실시예에 있어서는 도5에 표시하듯이, 스테인레스제의 설치구 본체(11)의 삽입부착구멍(11a) 내로 메탈 개스킷(17)및 압력검출기를 삽입하고, 고정구(도시생략)에 의하여 누름부재(13)를 통해 센서베이스(1)의 플랜지부 상면 (1b)을 압압함으로써, 메탈 개스킷(17)을 통해 압력검출기가 기밀하게 설치된다
설치구 본체(11)의 상부 중앙에는 원통형의 검출기 삽입부착구멍(11a)이 형성되어 있고, 또 이 삽입부착구멍(11a)의 바닥부분은 제1계단부(19)와 제2계단부 (20)의 2단에 걸쳐서 축경되어 있고 제1계단부(19)의 둘레벽면(19a)이 누름부재 (13)의 가이드면으로 되어 있다. 또 제2계단부(20)의 둘레벽면(20a)은 개스킷(17)의 외주면(17c)에, 수평면(19b)은 캐스킷(17)의 하부 접촉면(17b)에 각각 접하고있고, 둘레벽면(20a)과 수평면(20b)에 의하여 개스킷(17)의 끼워맞춤부가 형성되어 있다.
또한 제2계단부(20)의 수평면(20b)의 내측 부분은 테이퍼부(21)로 형성되어 있고, 또 삽입구멍(11a)의 바닥면의 중앙에는 유체통로(22)가 뚫어져 있다.
상기 개스킷(17)은 링형상을 이루고 있고, 그 시이트부의 단면 형상은 직사각형의 네개의 모시리부를 모따기한 가로로 긴 사각형으로 형성되어 있다.
상기 개스킷(17)의 내주면(17d)은 상기 다이어프램 베이스(4)의 본체부(4b)의 외주면(4d)과 비 접촉한 상태로 되어있다. 또 개스킷(17)의 상부 접촉면(17a)은 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부(4a)의 하면(4c)에 접촉하여 있다. 또한, 개스킷 (17)의 외주면(17c)은 제2계단부(20)의 둘레벽면(20a)에 접촉된 상태로 되어 있다. 즉, 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부 하면(4c)과 제2계단부(20)의 둘레벽면(20a) 및 수평면(20b)에서 개스킷(17)의 끼워맞춤부가 형성되어 있고, 검출기 삽입부착구멍 (11a)의 제2계단부(20)의 둘레벽면(20a)과 플랜지부 본체부의 외주면(4d)의 간격 길이는 개스킷(17)의 가로폭 깊이와 대략 동일하거나 또는 약간 큰 길이로 설정되어 있다.
또한 도5에 있어서는, 개스킷(17)은 외경 14.7mmφ, 내경 13.0mm, 시이트부의 가로폭 1.5mm, 시이트부의 두께(높이) 0.9mm, 시이트부의 접촉면(17aㆍ17b)의 가로폭 0.8mm로 각각 형성되어 있고, 또 개스킷(17)의 재질로는 SUS316 L-P(W멜트)가 사용되고 있다.
상기 얕은 홈(18c, 18d)의 작용은 도3에 표시된 제2실시예의 경우와 마찬가지이고, 누름부재(13)를 통해 가해진 상ㆍ하 방향의 압축력(반력)에 의해서 발생하는 변형력을 양쪽 얕은 홈(18c, 18d) 및 양자 사이의 박육부(P)에서 흡수함으로써 다이어프램(3)에 직접적으로 변형력이 가해지는 것이 방지된다.
<제4실시예>
도6 및 도7은 본 발명의 제4실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도 및 설치구조를 표시하는 부분 확대 단면도이다.
상기 제4실시예에 있어서는, 다이어프램(3)과 다이어프램 베이스(4)가 별개로 형성되어 있고, 용접부(23)를 설치함으로써 양자가 일체화되어 있다.
또, 상기 제4실시예에 있어서는, 다이어프램 베이스(4)의 하면측에 시일면 (4g)이, 다이어프램(3)으로부터 하방 위치까지 돌출시킨 상태(즉, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)으로부터 하방으로 돌출시킨 상태)로 형성되어 있고, 이 돌출시킨 시일면(4g)으로부터 상방의 다이어프램 설치 레벨과 대략 수평한 높은 위치에 단면이 U자형(또는 V자형)의 얕은 홈(18g, 18h)이 대향형상으로 형성되어 있다.
또한, 센서베이스(1)의 플랜지부 상면(1b)의 내측근방 및 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)의 중간위치에는 각각 단면이 U자형(또는 V자형)의 얕은 홈(18e, 18f)이 형성되어 있다.
상기 제3실시예에 있어서는, 상기 얕은 홈(18e, 18f)에 의해서도, 누름부재(13)를 통해 다이어프램 베이스(4)에 작용하는 상ㆍ하 방향의 압압력에 의해서 발생하는 변형력이 흡수되고, 고정구(16)의 체결시에 다이어프램(3)에 직접작용하는 변형력의 영향이 보다 적게 된다.
〈제5실시형태〉
도8 및 도9는 본 발명의 제5실시예에 따른 압력검출기의 단면 개요도와 주요 부분을 표시하는 부분 확대 단면도이다.
상기 제5실시예에 따른 압력검출기의 구조 및 그 설치구조는 상기 도5 및 도6에 표시된 제3실시예의 경우와 기본적으로 동일하지만, 원반 형상의 센서베이스(1)의 플랜지부(1a)의 외주부분(24) 및 다이어프램 베이스(24)의 외주부분(25)도8 및 도9의 점선의 외측부분)이 경화처리를 실시한 고경도의 부분으로 형성되어 있다.
센서베이스(1) 및 다이어프램 베이스(4)의 외측부분을 고경도의 재질로 함으로써, 누름부재(13)에 의한 체결시에 상ㆍ하 방향으로 가해지는 압축력에 의해서 발생하는 반경방향의 변형력이 보다 작게 됨과 아울러, 얕은 홈(18e~18f)에 의해서 변형력이 흡수되므로, 다이어프램(3)의 변형이 한층 더 억제되게 된다.
또한, 경화부분(24, 25)을 형성하는 구성은 상기 도4 및 도5에 표시된 압력검출기에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
〈시험결과〉
상기 제1 및 제2실시예에 따른 압력검출기 및 그 설치구조를 사용한 시험에 의하면, 압력 P0=0kgf/㎠ㆍabs에 있어서의 조립 전후의 출력 변동량(ΔV0)이 약 ±1.0mv 이하로 되고, 종전의 경우보다도 약 30~35% 정도 출력 변동량(ΔV0)을 감소시킬 수 있다.
또, 제3실시예의 경우에는, 상기 출력 변동량(ΔV0)을 약 ±1.0mv 이하로 되고, 종전의 경우보다도 60~70% 정도 출력 변동량(ΔV0)을 감소시킬 수 있다.
마찬가지로, 제4실시예의 경우에는, 상기 출력 변동량(ΔV0)을 약 ±1.0mv 이하로 감소시킬 수 있다.
또, 제5실시예의 경우에는, 상기 제4실시예의 경우보다 보다 더 한층 출력 변동량(ΔV0)을 감소시킬 수 있는 것이 판명되어 있다.
<발명의 효과>
청구항 제1항 및 청구항 제2항의 발명에 있어서는, 다이어프램(4)의 본체부의 하면의 내측부분에 얕은 홈(18b)을(또는 다이어프램(4)의 본체부의 상면 및 하면의 내측부분에 얕은 홈(18a, 18b)을 대향형상으로) 형성하고, 누름부재(12)에 의한 압력검출기의 체결 고정시에 발생하는 변형력을 상기 얕은 홈(18b) (또는 얕은 홈(18a, 18b))에 의하여 흡수하는 구성으로 이루어져 있으므로, 다이어프램(3)에 발생하는 응력변형이 한층 더 저감되게 되고, 체결고정의 전후에 있어서의 측정치의 변동량이 대폭 감소한다.
청구항 제3항의 발명에 있어서는, 압력검출기 설치구 본체의 검출기 삽입부착구멍 (12)의 하방부에 복수의 계단부를 형성함과 아울러, 압력검출기의 다이어프램 베이스를 플랜지부와 두터운 본체부로 형성하고, 단면이 대략 직사각형인 개스킷(13)을 상기 제2계단부의 둘레벽면과 수평면 및 다이어프램 베이스의 플랜지부하면으로 형성된 끼워맞춤부내에 배치하는 구성으로 하고 있다. 그 결과, 센서누름을 검출기 삽입부착구멍 내로 삽입하여 센서베이스의 플랜지부 상방을 하방으로 압압하여도 개스킷(13)을 통해 다이어프램 베이스(4)에 작용하는 반력이 전부 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부(4a)와 두터운 본체부(4b)에 의해서도 흡수되어, 본체부(4b)와 일체로 되어있는 다이어프램(3)에는 상기 반력에 의한 변형이 거의 발생하지 않는다.
그 때문에, 청구항 제2항의 경우와 마찬가지로 얕은 홈(18c, 18d)에 의한 변형 응력의 흡수효과도 서로 작용하여 압력검출기의 설치구 본체에의 설치전과 설치후에 있어서의 출력이나 온도특성의 변동이 유체의 저압영역에 있어서도 극히 작아지며, 실용상의 장해로 작용되는 일이 없어져서, 이러한 종류의 다이어프램형 압력검출기의 배관로 등으로 적용할 수 있게 된다.
청구항 제4항의 발명에 있어서는, 다이어프램 베이스(4)의 시일면(4g)의 상방에 얕은 홈(18g, 18h)을 형성하는 구성으로 하고 있으므로, 청구항 제2항의 발명에 있어서의 작용 효과에 더욱 상기 얕은 홈(18g, 18h)에 의한 변형응력의 흡수효과가 가해지게 되고, 설치 전ㆍ후에 있어서의 출력변동이 보다 한층 더 감소한다.
청구항 제5항의 발명에 있어서는, 누름부재(13)에 의한 체결력의 작용부분의 부재를 고경도 부재로 하고 있으므로, 체결시의 응력에 의한 재료 변형이 보다 적게 된다.
그 결과, 다이어프램에 발생하는 변형량이 대폭적으로 감소되고, 출력변동량이 보다 저감하게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 우수한 실용적 효과를 달성하는 것이다.

Claims (5)

  1. 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어프램 베이스의 변위에 의하여 작동하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합고착하여 이루어지는 압력검출기를, 배관로나 기계장치에 설치된 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 끼워 붙이고, 상방에서 삽입부착구멍 내로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압고정하도록 한 압력검출기의 설치구조에 있어서, 상기 다이어프램 베이스(4)의 본체부 상면(4e)에 누름부재(12)를, 또한, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)에 개스킷(17)을 각각 접촉시킴과 아울러, 상기 본체부 하면(4f)의 개스킷(17)과의 접촉부의 내측 위치에 얕은 홈(18b)을 링형상으로 형성하고, 누름부재(12)에 의한 압압에 의하여 발생된 변형을 얕은 홈(18b)에 의하여 흡수하는 구성으로 한 것을 특징으로하는 압력검출기의 설치구조.
  2. 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어프램 베이스의 변위에 의하여 작동하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합고착하여 이루어지는 압력검출기를, 배관로나 기계장치에 설치된 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 끼워 붙이고 상방에서 삽입부착구멍 내로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압고정하도록 한 압력검출기의 설치구조에 있어서, 상기 다이어프램 베이스(4)의 본체부 상면(4e)에 누름부재(12)를, 또한, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)에 개스킷(17)을 각각 접촉시킴과 아울러, 상기 본체부상면(4e)의 누름부재(12)와의 접촉부의 내측 위치에 얕은 홈(18a)을, 상기 본체부 하면(4f)의 개스킷(17)과의 접촉부의 내측 위치에 얕은 홈(18b)을 각각 링형상으로 형성하고, 누름부재(12)에 의한 압압에 의하여 발생된 변형을 양쪽 얕은 홈(18a)ㆍ(18b)에 의하여 흡수하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 압력검출기의 설치구조.
  3. 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어프램 베이스의 변위에 의하여 작동하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합고착하여 이루어지는 압력검출기를, 배관로나 기계장체에 설치된 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 끼워붙이고, 상방에서 삽입부착구멍내로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압고정하도록 한 압력검출기의 설치구조에 있어서, 상기 설치구 본체(11)의 삽입부착구멍(11a)의 하방부에 제1계단부(19)와 제2계단부(20)를 설치하여, 그 제2계단부(20)의 수평면(20b)과 개스킷(17)의 하부 접촉면(17b)의 사이를 시일부로하고, 또 상기 압력검출기의 센서베이스(1)및 다이어프램 베이스(4)의 상방부에 플랜지부(1a) 및 플랜지부(4a)를 설치하고, 양쪽 플랜지부(1a),(4a)를 대향형상으로 조합고착함과 아울러, 상기 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부 하면(4c)과 개스킷(17)의 상부 접촉면(17a)의 사이를 시일부로하고, 더욱이 상기 센서베이스(1)의 플랜지부 상면(1b)의 내측 위치에 얕은 홈(18c)을, 다이어프램 베이스(4)의 플랜지부 하면(4c)의 내측 위치에 얕은 홈(18d)을 각각 링형상으로 형성함과 아울러, 상기 개스킷(17)을 단면 형상이 대략 직사각형의 상부 접촉면(17a)과 하부접촉면 (17b)을 구비한 금속제 개스킷(13)으로하고, 누름부재(13)에 의한 센서베이스(1)의 플랜지부 상면(1b)의 압압에 의하여 발생하는 변형을 얕은 홈(18c), (18b)에 의하여 흡수하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 압력검출기의 설치구조.
  4. 다이어프램을 구비한 다이어프램 베이스와, 상기 다이어 프램 베이스의 변위에 의하여 작용하는 센서소자를 내장한 센서베이스를 조합고착하여 이루어지는 압력검출기를 배관로나 기계장치에 설치된 설치구 본체의 삽입부착구멍 내로 개스킷을 매개로 끼워 붙이고, 상방에서 삽입부착구멍 내로 삽입한 누름부재에 의하여 압력검출기를 기밀하게 압압고정하도록 한 압력검출기의 설치구조에 있어서, 상기 설치구 본체(11)의 삽입부착구멍(11a)의 하방부에 제1계단부(19)와 제2계단부(20)를 설치하고, 그 제2계단부(20)의 수평면(20b)과 개스킷(17)의 하부 접촉면(17b)의 사이를 시일부로하고, 또 상기 압력검출기의 센서베이스(1)에 플랜지부(1a)를 설치하고, 그 플랜지부(1a)와 다이어프램 베이스(4)의 본체부 상면(4e)을 대향형상으로 조합고착함과 아울러, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)에서 하방으로 돌출시켜서 시일면(4g)을 형성하고 그 시일면(4g)과 개스킷(17)의 상부 접촉면(17a)의 사이를 시일부로하고, 더욱이 상기 센서베이스(1)의 플랜지부 상면(1b)의 내측 위치에 얕은 홈(18e)을, 다이어프램 베이스(4)의 본체부 하면(4f)의 내측 위치에 얕은 홈(18f)을 하방으로 돌출시킨 시일면(4g)의 상방 위치에 대향형상으로 얕은 홈(18g),(18h)을 각각 링형상으로 형성함과 아울러, 상기 개스킷(17)을 단면 형상이 대략 직사각형의 상부 접촉면(17a)과 하부 접촉면(17b)을 구비한 금속제개스킷(13)으로하고, 누름부재(13)에 의한 센서베이스(1)의 플랜지부 상면(1b)의 압압에 의하여 발생된 변형을 얕은 홈(18e),(18f),(18g),(18h)에 의하여 흡수하는 구성으로 한 것을 특징으로하는 압력검출기의 설치구조
  5. 제4항에 있어서, 센서베이스(1)의 플랜지부(1a)의 외주부분(24) 및 다이어프램 베이스(4)의 본체부(4b)의 외주부분(25)을 고경도를 보유하는 재질로 한 것을 특징으로 하는 압력검출기의 설치구조.
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