差圧測定装置
【目的】 ヒステリシスおよび耐久性が向上された差圧測定装置を提供するにある。
【構成】 首部と受圧部とよりなるハウジングと、前記首部に設けられた圧力―電気信号変換素子と、前記受圧部に設けられたセンタダイアフラムと、前記受圧部の両側面に設けられた隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムに対向して前記受圧部に設けられたバックプレ―トとを具備する封入液型の差圧測定装置において、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より前記センタダイアフラム側に凹となるように形成されたバックプレ―トを具備したことを特徴とする差圧測定装置である。
【構成】 首部と受圧部とよりなるハウジングと、前記首部に設けられた圧力―電気信号変換素子と、前記受圧部に設けられたセンタダイアフラムと、前記受圧部の両側面に設けられた隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムに対向して前記受圧部に設けられたバックプレ―トとを具備する封入液型の差圧測定装置において、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より前記センタダイアフラム側に凹となるように形成されたバックプレ―トを具備したことを特徴とする差圧測定装置である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温過大圧時の隔液ダイアフラムに発生する応力の低下が図られ、ヒステリシスおよび耐久性が向上された差圧測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、実開昭６０―１８１６４２号に示されている。図において、１はハウジングで、円柱状の首部１Ａと、首部１Ａの端部外周縁部１Ｃにおいて、溶接接続されたブロック状の受圧部１Ｂとよりなる。ハウジング１の両側に高圧側フランジ２、低圧側フランジ３が溶接等によって固定されており、両フランジ２，３には測定せんとする圧力ＰH の高圧流体の導入口４、圧力ＰL の低圧流体の導入口５が設けられている。
【０００３】ハウジング１内に圧力測定室６が形成されており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８が設けられている。センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ別個に圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定室６を２分している。センタダイアフラム７と対向する圧力測定室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されている。
【０００４】センタダイアフラム７は周縁部をハウジング１に溶接されている。シリコンダイアフラム８は、全体が単結晶のシリコン基板から形成されている。シリコン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して４っのストレンゲ―ジ８０を形成し、他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイアフラムを形成する。４っのストレインゲ―ジ８０は、シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、２つが引張り、２つが圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。
【０００５】８１は、ストレインゲ―ジ８０に一端が取付けられたリ―ドである。
８２は、リ―ド８１の他端が接続されたハ―メチック端子である。支持体９はハ―メチック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側端面に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム８が接着固定されている。ハウジング１と高圧側フランジ２、および低圧側フランジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されている。
【０００６】この圧力導入室１０，１１内に隔液ダイアフラム１２，１３を設け、この隔液ダイアフラム１２，１３と対向するハウジング１の壁１０Ａ，１１Ａに隔液ダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―トが形成されている。隔液ダイアフラム１２，１３とバックプレ―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力測定室６は、連通孔１４，１５を介して導通している。
【０００７】そして、隔液ダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル等の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液が連通孔１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面にまで至っている、封入液１０１，１０２はセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分されているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮されている。
【０００８】以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が、封入液１０１によって、シリコンダイアフラム８に伝達される。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達される。
【０００９】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この様な装置において、原理的構成説明図を図４に、原理説明図を図５に示す。 ここにおいて、ＶB1は、隔液ダイアフラムとバックプレ―ト間の封入液の量、Ｖs は、センタダイアフラム回りの封入液の量、ＶB1は、センサ部分の回りおよび連通孔の封入液の量である。ここで、図示のごとく、隔液ダイアフラム１２が圧力Ｐを受けると、圧力Ｐは封入液１０１を介してセンタダイアフラム７およびシリコンダイアフラム８に伝達され、センタダイアフラム７は、図の右側に凸状に変形する。したがって、センタダイアフラム７の排除容積だけ、図の左側のＶB1は減少し、図の右側のＶB1は増加する。圧力Ｐが、あらかじめ設定された圧力Ｐ1 に達すると、隔液ダイアフラム１２はバックプレ―ト１０Ａに密着し、これ以上の圧力をシリコンダイアフラム８に伝達せず、センサ部分は保護される。この場合、隔液ダイアフラム１２，１３の初期位置は、隔液ダイアフラムの自然状態での形状の位置となっている。常温においては、次の関係が成立つ。
（１）左側の隔液ダイアフラムの排除容積＝センタダイアフラムの排除容積＝右側の隔液ダイアフラムの排除容積（２）各ダイアフラムの排除容積の最大値＝ＶB1今、温度が上昇すると、封入液１０１，１０２の膨脹係数は、一般に金属に比べて非常に大きい為、封入液１０１，１０２の容積は、体積膨脹分だけ増加する。封入液の体積膨脹係数をαとすると、温度がΔＴだけ上昇したときのＶB1は次の様になる。
ＶB1 at T ℃＝ＶB1＋（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ （３） これは、圧力が零で、すでに隔液ダイアフラム１２，１３は （ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ （４）
だけ凸になっている事を示す。更に、過大圧Ｐ1 を受ける事により、各ダイアフラム１２，１３は、 ＶB1 at T ℃ （５）だけの容積を排除する。
よって、図の右側の隔液ダイアフラム１３は、（４）＋（５）だけ図の右に凸となる。
（４）＋（５）
＝（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ＋ＶB1 at T ℃ ＝（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ ＋ＶB1＋（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ ＝ＶB1＋２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ （６）
以上により隔液ダイアフラムの最大排除容積は次のようになる。隔液ダイアフラム１３（この際は、凸状になっている。）＝（６）式 ＝ＶB1＋２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ （７）
隔液ダイアフラム１２（この際は、凹状になっている。）
＝ＶB1 atRT （ＶB1 atRT でバックプレ―ト１０Ａに密着する。） （８）
よって、隔液ダイアフラム１３側（凸側）が隔液ダイアフラム１２側（凹側）より、２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴだけ封入液を多く排除する。図６に、隔液ダイアフラムの排除容積と最大応力の関係を示す。排除容積の増加に従って、応力は指数関数的に増加し、応力の増加にしたがって、隔液ダイアフラムは塑性変型し、差圧測定装置としては、入出力ヒステリシスとして表われる。このヒステリシスが最も大きくなるのは排斥容積が最大となる高温過大圧時であり、このときのヒステリシスは主として凸となる隔液ダイアフラムにより発生する。この為、常温における隔液ダイアフラムの基準位置を、隔液ダイアフラムの自然形状位置とした従来構造では、全体の封入液が多い場合には、封入液の膨脹量も大きくなり、高温過大圧時の凸になる側の隔液ダイアフラムの応力が大きくなり、ヒステリシスが大きくなり、また耐久性も低下する。センタダイアフラム方式を採用した差圧測定装置では、どうしても封入液が多くなり上述の問題点が発生する。また、高精度、例えば、全体誤差±０．１％の差圧測定装置では、上述のヒステリシスの存在が全体誤差に及ぼす影響は大きくなり、ヒステリシスを出来るだけ小さくする事が必要となる。本発明は、この問題点を、解決するものである。
【００１１】本発明の目的は、高温過大圧時の隔液ダイアフラムに発生する応力の低下が図られ、ヒステリシスおよび耐久性が向上された差圧測定装置を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、本発明は、首部と受圧部とよりなるハウジングと、前記首部に設けられた圧力―電気信号変換素子と、前記受圧部に設けられたセンタダイアフラムと、前記受圧部の両側面に設けられた隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムに対向して前記受圧部に設けられたバックプレ―トとを具備する封入液型の差圧測定装置において、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より前記センタダイアフラム側に凹となるように形成されたバックプレ―トを具備したことを特徴とする差圧測定装置を構成したものである。
【００１３】
【作用】以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラムに作用する圧力が封入液によってシリコンダイアフラムに伝達される。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラムに作用する圧力が封入液によってシリコンダイアフラムに伝達される。この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラムが歪み、この歪み量がストレインゲ―ジに因って電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
【００１４】而して、常温における隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より受圧部側に凹となるようにバックプレ―トが、形成されているので、高温過大圧時に隔液ダイアフラムに発生する応力を従来例より小さくする事が出来る。以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の原理説明図である。図において、図３と同一記号の構成は同一機能を表わす。以下、図３と相違部分のみ説明する。２１，２２は、常温における隔液ダイアフラム１２，１３の基準位置が隔液ダイアフラム１２，１３の自然形状よりセンタダイアフラム７側に凹となるように形成されたバックプレ―トである。図２において、点線は隔液ダイアフラム１２，１３の自然状態における形状を示す。
【００１６】以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が、封入液１０１によって、シリコンダイアフラム８に伝達される。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達される。この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
【００１７】而して、常温における隔液ダイアフラム１２，１３の基準位置が隔液ダイアフラム１２，１３の自然形状よりセンタダイアフラム側に凹となるようにバックプレ―ト１２，１３が、形成されているので、高温過大圧時に隔液ダイアフラムに発生する応力を従来例より小さくする事が出来る。すなわち、（７）（８）式より隔液ダイアフラムが凸に変形する最大の排除容積は、凹に変形する時の排除容積より２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴだけ多い。よって、凸量と凹量を同じにするには、隔液ダイアフラム１２，１３の初期位置を自然形状より（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴになるようにバックプレ―ト２１，２２を設計する。この場合は、ΔＴ＝１００℃として設計されている。高温過大圧時の隔液ダイアフラムの凸状に変形した側の排除容積は、（６）式より ＶB1 atT℃＝ＶB1 atRT ＋２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴであるが、これは隔液ダイアフラムの初期位置が凹なので、自然形状から見ると、 ＶB1＋２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ−（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ ＝ＶB1＋（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴしか排除していない為、従来例より発生応力を小さくする事が出来る。
【００１８】この結果、高温過大圧時に隔液ダイアフラム１２，１３に発生する応力を小さくする事が出来るために、高温過大圧ヒステリシスを小さくする事が出来、かつ、耐久性が向上する。
【００１９】なお、前述の実施例においては、バックプレ―ト２１，２２は、ΔＴを１００℃として設計したものについて説明したが、これに限ることはなく、要するに、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が、隔液ダイアフラムの自然形状よりセンタダイアフラム７側に凹となるように形成されたバックプレ―トで、あれば良い。隔液ダイアフラム１２，１３が凹状に組立てられていれば過大圧力時の応力を少しでも減ずる事が出来るからである。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、首部と受圧部とよりなるハウジングと、前記首部に設けられた圧力―電気信号変換素子と、前記受圧部に設けられたセンタダイアフラムと、前記受圧部の両側面に設けられた隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムに対向して前記受圧部に設けられたバックプレ―トとを具備する封入液型の差圧測定装置において、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より前記センタダイアフラム側に凹となるように形成されたバックプレ―トを具備したことを特徴とする差圧測定装置を構成した。
【００２１】而して、常温における隔液ダイアフラム基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状よりセンタダイアフラム側に凹となるようにバックプレ―トが、形成されているので、高温過大圧時に隔液ダイアフラムに発生する応力を従来例より小さくする事が出来る。
【００２２】この結果、高温過大圧時に隔液ダイアフラムに発生する応力を小さくする事が出来るために、高温過大圧ヒステリシスを小さくする事が出来、かつ、耐久性が向上する。
【００２３】従って、本発明によれば、高温過大圧時の隔液ダイアフラムに発生する応力の低下が図られ、ヒステリシスおよび耐久性が向上された差圧測定装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の原理説明図である。
【図３】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図４】図３の原理的構成説明図である。
【図５】図３の原理説明図である。
【図６】図３の動作説明図である。
【符号の説明】
１…ハウジング
１Ａ…首部
１Ｂ…受圧部
１Ｃ…溶接
２…高圧側フランジ
３…低圧側フランジ
４…導入口
５…導入口
６…圧力測定室
６Ａ…バックプレ―ト
６Ｂ…バックプレ―ト
７…センタダイアフラム
８…シリコンダイアフラム
９…支持体
１０…圧力導入室
１１…圧力導入室
１２…隔液ダイアフラム
１３…隔液ダイアフラム
１４…連通孔
１５…連通孔
１６…連通孔
１７…連通孔
２１…バックプレ―ト
２２…バックプレ―ト
８０…ストレインゲ―ジ
８１…リ―ド
８２…ハ―メチック端子
１０１…封入液
１０２…封入液
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温過大圧時の隔液ダイアフラムに発生する応力の低下が図られ、ヒステリシスおよび耐久性が向上された差圧測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、例えば、実開昭６０―１８１６４２号に示されている。図において、１はハウジングで、円柱状の首部１Ａと、首部１Ａの端部外周縁部１Ｃにおいて、溶接接続されたブロック状の受圧部１Ｂとよりなる。ハウジング１の両側に高圧側フランジ２、低圧側フランジ３が溶接等によって固定されており、両フランジ２，３には測定せんとする圧力ＰH の高圧流体の導入口４、圧力ＰL の低圧流体の導入口５が設けられている。
【０００３】ハウジング１内に圧力測定室６が形成されており、この圧力測定室６内にセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８が設けられている。センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８はそれぞれ別個に圧力測定室６の壁に固定されており、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８の両者でもって圧力測定室６を２分している。センタダイアフラム７と対向する圧力測定室６の壁には、バックプレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されている。
【０００４】センタダイアフラム７は周縁部をハウジング１に溶接されている。シリコンダイアフラム８は、全体が単結晶のシリコン基板から形成されている。シリコン基板の一方の面にボロン等の不純物を選択拡散して４っのストレンゲ―ジ８０を形成し、他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイアフラムを形成する。４っのストレインゲ―ジ８０は、シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、２つが引張り、２つが圧縮を受けるようになっており、これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。
【０００５】８１は、ストレインゲ―ジ８０に一端が取付けられたリ―ドである。
８２は、リ―ド８１の他端が接続されたハ―メチック端子である。支持体９はハ―メチック端子を備えており、支持体９の圧力測定室６側端面に低融点ガラス接続等の方法でシリコンダイアフラム８が接着固定されている。ハウジング１と高圧側フランジ２、および低圧側フランジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されている。
【０００６】この圧力導入室１０，１１内に隔液ダイアフラム１２，１３を設け、この隔液ダイアフラム１２，１３と対向するハウジング１の壁１０Ａ，１１Ａに隔液ダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―トが形成されている。隔液ダイアフラム１２，１３とバックプレ―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力測定室６は、連通孔１４，１５を介して導通している。
【０００７】そして、隔液ダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル等の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液が連通孔１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面にまで至っている、封入液１０１，１０２はセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分されているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮されている。
【０００８】以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が、封入液１０１によって、シリコンダイアフラム８に伝達される。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達される。
【０００９】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この様な装置において、原理的構成説明図を図４に、原理説明図を図５に示す。 ここにおいて、ＶB1は、隔液ダイアフラムとバックプレ―ト間の封入液の量、Ｖs は、センタダイアフラム回りの封入液の量、ＶB1は、センサ部分の回りおよび連通孔の封入液の量である。ここで、図示のごとく、隔液ダイアフラム１２が圧力Ｐを受けると、圧力Ｐは封入液１０１を介してセンタダイアフラム７およびシリコンダイアフラム８に伝達され、センタダイアフラム７は、図の右側に凸状に変形する。したがって、センタダイアフラム７の排除容積だけ、図の左側のＶB1は減少し、図の右側のＶB1は増加する。圧力Ｐが、あらかじめ設定された圧力Ｐ1 に達すると、隔液ダイアフラム１２はバックプレ―ト１０Ａに密着し、これ以上の圧力をシリコンダイアフラム８に伝達せず、センサ部分は保護される。この場合、隔液ダイアフラム１２，１３の初期位置は、隔液ダイアフラムの自然状態での形状の位置となっている。常温においては、次の関係が成立つ。
（１）左側の隔液ダイアフラムの排除容積＝センタダイアフラムの排除容積＝右側の隔液ダイアフラムの排除容積（２）各ダイアフラムの排除容積の最大値＝ＶB1今、温度が上昇すると、封入液１０１，１０２の膨脹係数は、一般に金属に比べて非常に大きい為、封入液１０１，１０２の容積は、体積膨脹分だけ増加する。封入液の体積膨脹係数をαとすると、温度がΔＴだけ上昇したときのＶB1は次の様になる。
ＶB1 at T ℃＝ＶB1＋（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ （３） これは、圧力が零で、すでに隔液ダイアフラム１２，１３は （ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ （４）
だけ凸になっている事を示す。更に、過大圧Ｐ1 を受ける事により、各ダイアフラム１２，１３は、 ＶB1 at T ℃ （５）だけの容積を排除する。
よって、図の右側の隔液ダイアフラム１３は、（４）＋（５）だけ図の右に凸となる。
（４）＋（５）
＝（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ＋ＶB1 at T ℃ ＝（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ ＋ＶB1＋（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ ＝ＶB1＋２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ （６）
以上により隔液ダイアフラムの最大排除容積は次のようになる。隔液ダイアフラム１３（この際は、凸状になっている。）＝（６）式 ＝ＶB1＋２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ （７）
隔液ダイアフラム１２（この際は、凹状になっている。）
＝ＶB1 atRT （ＶB1 atRT でバックプレ―ト１０Ａに密着する。） （８）
よって、隔液ダイアフラム１３側（凸側）が隔液ダイアフラム１２側（凹側）より、２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴだけ封入液を多く排除する。図６に、隔液ダイアフラムの排除容積と最大応力の関係を示す。排除容積の増加に従って、応力は指数関数的に増加し、応力の増加にしたがって、隔液ダイアフラムは塑性変型し、差圧測定装置としては、入出力ヒステリシスとして表われる。このヒステリシスが最も大きくなるのは排斥容積が最大となる高温過大圧時であり、このときのヒステリシスは主として凸となる隔液ダイアフラムにより発生する。この為、常温における隔液ダイアフラムの基準位置を、隔液ダイアフラムの自然形状位置とした従来構造では、全体の封入液が多い場合には、封入液の膨脹量も大きくなり、高温過大圧時の凸になる側の隔液ダイアフラムの応力が大きくなり、ヒステリシスが大きくなり、また耐久性も低下する。センタダイアフラム方式を採用した差圧測定装置では、どうしても封入液が多くなり上述の問題点が発生する。また、高精度、例えば、全体誤差±０．１％の差圧測定装置では、上述のヒステリシスの存在が全体誤差に及ぼす影響は大きくなり、ヒステリシスを出来るだけ小さくする事が必要となる。本発明は、この問題点を、解決するものである。
【００１１】本発明の目的は、高温過大圧時の隔液ダイアフラムに発生する応力の低下が図られ、ヒステリシスおよび耐久性が向上された差圧測定装置を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、本発明は、首部と受圧部とよりなるハウジングと、前記首部に設けられた圧力―電気信号変換素子と、前記受圧部に設けられたセンタダイアフラムと、前記受圧部の両側面に設けられた隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムに対向して前記受圧部に設けられたバックプレ―トとを具備する封入液型の差圧測定装置において、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より前記センタダイアフラム側に凹となるように形成されたバックプレ―トを具備したことを特徴とする差圧測定装置を構成したものである。
【００１３】
【作用】以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラムに作用する圧力が封入液によってシリコンダイアフラムに伝達される。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラムに作用する圧力が封入液によってシリコンダイアフラムに伝達される。この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラムが歪み、この歪み量がストレインゲ―ジに因って電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
【００１４】而して、常温における隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より受圧部側に凹となるようにバックプレ―トが、形成されているので、高温過大圧時に隔液ダイアフラムに発生する応力を従来例より小さくする事が出来る。以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の原理説明図である。図において、図３と同一記号の構成は同一機能を表わす。以下、図３と相違部分のみ説明する。２１，２２は、常温における隔液ダイアフラム１２，１３の基準位置が隔液ダイアフラム１２，１３の自然形状よりセンタダイアフラム７側に凹となるように形成されたバックプレ―トである。図２において、点線は隔液ダイアフラム１２，１３の自然状態における形状を示す。
【００１６】以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラム１２に作用する圧力が、封入液１０１によって、シリコンダイアフラム８に伝達される。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイアフラム１３に作用する圧力が封入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達される。この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がストレインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。
【００１７】而して、常温における隔液ダイアフラム１２，１３の基準位置が隔液ダイアフラム１２，１３の自然形状よりセンタダイアフラム側に凹となるようにバックプレ―ト１２，１３が、形成されているので、高温過大圧時に隔液ダイアフラムに発生する応力を従来例より小さくする事が出来る。すなわち、（７）（８）式より隔液ダイアフラムが凸に変形する最大の排除容積は、凹に変形する時の排除容積より２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴだけ多い。よって、凸量と凹量を同じにするには、隔液ダイアフラム１２，１３の初期位置を自然形状より（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴになるようにバックプレ―ト２１，２２を設計する。この場合は、ΔＴ＝１００℃として設計されている。高温過大圧時の隔液ダイアフラムの凸状に変形した側の排除容積は、（６）式より ＶB1 atT℃＝ＶB1 atRT ＋２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴであるが、これは隔液ダイアフラムの初期位置が凹なので、自然形状から見ると、 ＶB1＋２（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ−（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴ ＝ＶB1＋（ＶB1＋Ｖs ＋ＶB2）×α×ΔＴしか排除していない為、従来例より発生応力を小さくする事が出来る。
【００１８】この結果、高温過大圧時に隔液ダイアフラム１２，１３に発生する応力を小さくする事が出来るために、高温過大圧ヒステリシスを小さくする事が出来、かつ、耐久性が向上する。
【００１９】なお、前述の実施例においては、バックプレ―ト２１，２２は、ΔＴを１００℃として設計したものについて説明したが、これに限ることはなく、要するに、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が、隔液ダイアフラムの自然形状よりセンタダイアフラム７側に凹となるように形成されたバックプレ―トで、あれば良い。隔液ダイアフラム１２，１３が凹状に組立てられていれば過大圧力時の応力を少しでも減ずる事が出来るからである。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、首部と受圧部とよりなるハウジングと、前記首部に設けられた圧力―電気信号変換素子と、前記受圧部に設けられたセンタダイアフラムと、前記受圧部の両側面に設けられた隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムに対向して前記受圧部に設けられたバックプレ―トとを具備する封入液型の差圧測定装置において、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より前記センタダイアフラム側に凹となるように形成されたバックプレ―トを具備したことを特徴とする差圧測定装置を構成した。
【００２１】而して、常温における隔液ダイアフラム基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状よりセンタダイアフラム側に凹となるようにバックプレ―トが、形成されているので、高温過大圧時に隔液ダイアフラムに発生する応力を従来例より小さくする事が出来る。
【００２２】この結果、高温過大圧時に隔液ダイアフラムに発生する応力を小さくする事が出来るために、高温過大圧ヒステリシスを小さくする事が出来、かつ、耐久性が向上する。
【００２３】従って、本発明によれば、高温過大圧時の隔液ダイアフラムに発生する応力の低下が図られ、ヒステリシスおよび耐久性が向上された差圧測定装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の原理説明図である。
【図３】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図４】図３の原理的構成説明図である。
【図５】図３の原理説明図である。
【図６】図３の動作説明図である。
【符号の説明】
１…ハウジング
１Ａ…首部
１Ｂ…受圧部
１Ｃ…溶接
２…高圧側フランジ
３…低圧側フランジ
４…導入口
５…導入口
６…圧力測定室
６Ａ…バックプレ―ト
６Ｂ…バックプレ―ト
７…センタダイアフラム
８…シリコンダイアフラム
９…支持体
１０…圧力導入室
１１…圧力導入室
１２…隔液ダイアフラム
１３…隔液ダイアフラム
１４…連通孔
１５…連通孔
１６…連通孔
１７…連通孔
２１…バックプレ―ト
２２…バックプレ―ト
８０…ストレインゲ―ジ
８１…リ―ド
８２…ハ―メチック端子
１０１…封入液
１０２…封入液
【特許請求の範囲】
【請求項１】首部と受圧部とよりなるハウジングと、前記首部に設けられた圧力―電気信号変換素子と、前記受圧部に設けられたセンタダイアフラムと、前記受圧部の両側面に設けられた隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムに対向して前記受圧部に設けられたバックプレ―トとを具備する封入液型の差圧測定装置において、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より前記センタダイアフラム側に凹となるように形成されたバックプレ―トを具備したことを特徴とする差圧測定装置。
【請求項１】首部と受圧部とよりなるハウジングと、前記首部に設けられた圧力―電気信号変換素子と、前記受圧部に設けられたセンタダイアフラムと、前記受圧部の両側面に設けられた隔液ダイアフラムと、該隔液ダイアフラムに対向して前記受圧部に設けられたバックプレ―トとを具備する封入液型の差圧測定装置において、常温における前記隔液ダイアフラムの基準位置が隔液ダイアフラムの自然形状より前記センタダイアフラム側に凹となるように形成されたバックプレ―トを具備したことを特徴とする差圧測定装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【図６】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開平５−５６６６
【公開日】平成５年（１９９３）１月１４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−１５８７３５
【出願日】平成３年（１９９１）６月２８日
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【公開日】平成５年（１９９３）１月１４日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）６月２８日
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
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