JP3900351B2 - 差圧測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、予荷重ダイアフラムが搭載された差圧測定装置における本体ボディのバックアップ面の構造に関するものである。また、本発明は、予荷重ダイアフラムが搭載された差圧測定装置に関するものである。

差圧測定装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
実開昭６０−１８１６４２号（第２−５頁、第１図） 図９は、このような、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。

図において、１は本体ボディで、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。首部１Ａと受圧部１Ｂとは、この場合は、ステンレス材よりなる。
本体ボディ１の両側に、高圧側カバーフランジ２、低圧側カバーフランジ３が溶接等によって固定されており、両カバーフランジ２，３には測定せんとする高圧側圧力ＰH の高圧流体の導入口４、低圧側圧力ＰL の低圧流体の導入口５が設けられている。

本体ボディ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。センタダイアフラム７は周縁部を本体ボディ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っのストレインゲ―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８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。
シリコンダイアフラム８は、首部１Ａを２個のセンサ室８１，８２に分ける。
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。

本体ボディ１と高圧側カバーフランジ２、および低圧側カバーフランジ３との間に、圧力導入室１０，１１が形成されている。
この圧力導入室１０，１１内に高圧側，低圧側シールダイアフラム１２，１３を設け、このシールダイアフラム１２，１３と対向する本体ボディ１の壁にシールダイアフラム１２，１３と類似の形状のバックプレ―ト１０Ａ，１１Ａが形成されている。
シールダイアフラム１２，１３と高圧側，低圧側バックプレ―ト１０Ａ，１１Ａとにより、高圧側，低圧側シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａが構成される。

シールダイアフラム１２，１３は、受圧部１Ｂに、シールリング１２１，１３１により周縁部が溶接されている。
この場合は、シールダイアフラム１２，１３と、シールリング１２１，１３１とはステンレス材よりなる。
シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａと圧力測定室６とは、連通孔１４，１５を介して導通されている。

そして、シールダイアフラム室１２Ａ，１３Ａ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１０１，１０２が高圧側，低圧側伝導穴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。

以上の構成において、高圧側から圧力が作用した場合、高圧側シールダイアフラム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、低圧側シールダイアフラム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によって電気的に取出され、差圧の測定が行なわれる。

図９従来例における差圧測定装置に採用されているセンタダイアフラム７の特性指標として、ダイアフラムの圧力“Ｐ”に対する排除容積“ΔＶ”の特性を示す“ｆ（φ）”が用いられている。
この特性としては、測定圧力範囲では可能な限り一様な傾斜を持つ直線関係が求められる。

このような理想な特性を有するセンタダイアフラム７を採用した差圧計は、センサからの信号もプロセス圧力に比例した出力を得ることが可能となり、増幅部での信号変換及びＣＰＵでの補正演算も高次式の高次項を省略しても測定誤差を極力小さくすることが可能になる。

即ち、従来から採用されている３枚ダイアフラム方式、即ち、プロセス側に接する高／低圧側シールダイアフラム１２，１３が２枚、センタダイアフラム７が１枚の合計３枚からなる差圧測定装置は、プロセス圧力によってセンタダイアフラム７は両側に移動する構造になっている。

この結果、両側に移動する広い範囲で、一様な直線特性“ｆ（φ）”を求められる必要がある。
これらの特性を得るためには、センタダイアフラム７の外径を大きくする、又はセンタダイアフラム７の板厚を薄くする解決策が有効である。

しかし、板厚を薄くすると発生応力が大きくなるため、主に、センタダイアフラム７の外径を大きくする方向で解決されている。
ところで、この３枚ダイアフラム方式を備えた差圧測定装置は、高圧側あるいは低圧側のシールダイアフラム１２，１３に過大圧が印加されたときに、印加された側のシールダイアフラムが本体ボディ１に密着する。

これにより、封入液１０１，１０２の移動が無くなり、センサ８０への圧力伝達が無くなり、過大圧がセンサ８０に伝わらない構造となっている。

しかしながら、従来技術で説明した３枚ダイアフラム方式のセンタダイアフラム７を、あらかじめ、予荷重を加えた予荷重方式のセンタダイアフラムとして採用すると、センタダイアフラム７の発生応力が高くなり、強度的に強い材料を採用しなければならないという問題があった。

また、ダイアフラムとして成形するためには材料自身に延性が必要であるが、差圧測定装置に採用するセンタダイアフラム７の発生応力が高くなると、センタダイアフラム７自身が延性のない強い材料が必須の要件になってしまう。

以上のことから従来技術のセンタダイアフラム７では、強度的に強い材料は硬く、且つ、延びもないことから、センタダイアフラム７として成形することが困難となり、これら相反する問題を解決することは難しい。

従って、センタダイアフラムの波形形状を改善し、小さな応力でも大きな排除容積、即ち、センタダイアフラムの初期状態時と圧力印加状態時の移動体積とを比較した容積が大きくなるような形状にする必要がある。

この問題を解決するものとして、図１０は、本願出願人の先願に係わる出願の構成説明図で、特願２００２−２７８６２１、平成１４年９月２５日出願、発明の名称「差圧測定装置」に示されている。
図１１は図１０の部品説明図、図１２は図１０の動作説明図、図１３は図１０の組立説明図である。

図において、２１は、高圧側シールダイアフラム室１２Ａの高圧側バックプレート１０Ａの面を覆って設けられ，高圧側バックプレート１０Ａの面と低圧側過大圧室２２を構成する高圧側予荷重ダイアフラムである。
そして、図に示す如く、高圧側予荷重ダイアフラム２１は、予め所定の凸形形状に形成され、この凸側が、バックプレート面１０Ａに接して、所定の押圧力でバックプレート面１０Ａに押圧取付けられる。

２３は、本体ボディ１に設けられ、一端が低圧側過大圧室２２に連通され、他端が低圧側伝導穴１７に連通される低圧側過大圧伝導穴である。
この場合は、低圧側過大圧伝導穴２３の一端は、高圧側予荷重ダイアフラム２１の中心に対向した位置に設けられている。

なお、高圧側伝導穴１６は、高圧側予荷重ダイアフラム２１の外周端の外側位置で、高圧側シールダイアフラム室１２Ａに連通されている。
２４は、低圧側シールダイアフラム室１３の低圧側バックプレート１１Ａの面を覆って設けられ，低圧側バックプレート１１Ａの面と高圧側過大圧室２５を構成する低圧側予荷重ダイアフラムである。

そして、図１１に示す如く、予め所定の凸形形状に形成され、この凸側がバックプレート１１Ａの面に接して所定の押圧力でバックプレート１１Ａの面に押圧取付けられる。
２６は、本体ボディ１に設けられ、一端が高圧側過大圧室２５に連通され、他端が高圧側伝導穴１６に連通される高圧側過大圧伝導穴である。

この場合は、高圧側過大圧伝導穴２６の一端は、低圧側予荷重ダイアフラム２４の中心に対向した位置に設けられている。
なお、低圧側伝導穴１７は、低圧側予荷重ダイアフラム２４の外周端の外側位置で、低圧側シールダイアフラム室１３Ａに連通されている。

高圧側，低圧側予荷重ダイアフラム２１，２４は、図１１に示す如く、円盤形状に形成され、中央部分に設けられたセンター平坦部２１Ａ，２４Ａと、センター平坦部２１Ａ，２４Ａの周囲を囲んで外側に設けられた波部２１Ｂ，２４Ｂと、波部２１Ｂ，２４Ｂの周囲を囲んで外側に設けられたアウター平坦部２１Ｃ，２４Ｃとを有し、全体として予め所定の凸形形状に形成されている。

そして、この凸側が、図１１に示す如く、バックプレート１０Ａ，１１Ａの面に接して，所定の押圧力で、バックプレート１０Ａ，１１Ａの面に押圧取付けられている。
押圧取付け前の高圧側，低圧側予荷重ダイアフラム２１，２４を点線で示す。
なお、この波部２１Ｂ，２４Ｂは、実施例においては２個であるが、１個でもよく、または２個以上でもよい。

以上の構成において、高圧側，低圧側予荷重ダイアフラム２１，２４は、過大圧が印加されて初めて動作するダイアフラムであり、過大圧以下では、常に本体ボディ１に密着するよう組立てられている。

即ち、予荷重ダイアフラム２１，２４は、初期状態からみると、常に片側にのみ動作するダイアフラムである。
よって、予荷重ダイアフラム２１，２４は、片側のみで、小さな圧力で大きな排除容積を得られるダイアフラムであれば良い。

予荷重ダイアフラム２１，２４においては、バックプレート１０Ａ，１１Ａに密着する側の面が、予め所定の凸形形状に形成されているので、高圧側，低圧側過大圧伝導穴２３，２６からのプラス側圧力（＋Ｐ）に対し、通常のダイアフラムと比較して、低い圧力で大きな排除容積（初期状態時と圧力印加状態時の移動体積）を得ることが可能となる。

また、マイナス側圧力（−Ｐ）に対しては通常のダイアフラムと比較して、大きな排除容積を得ることができないが、予荷重ダイアフラム２１，２４では使用しない領域のため問題にはならない。

これは、図１２に示すように、予荷重ダイアフラムと通常のダイアフラムとの関係を圧力と排除容積との関係を示す“ｆ（φ）”と“通常ｆ（φ）”とで示せば、圧力を加える（＋Ｐ）と、圧力ポイントＣ点を超えるとＣ点以下の特性よりも、単位圧力に対して大きな排除容積が得られる特性となる。

即ち、圧力ポイントＣ点以上の過大圧圧力が印加されると、予荷重ダイアフラム２１，２４は、急激に変形して、過大圧圧力が吸収されることになる。
なお、差圧測定装置の使用する圧力レンジに対応して、過大圧に対して動作する圧力ポイントＣ点は任意に設定できる必要がある。

このためには、予荷重ダイアフラム２１，２４の板厚を変化させ、発生応力を緩和する手法が用いられるが、予荷重ダイアフラム２１，２４の凸形形状は圧力ポイントＣ点が変化しても、Ｃ点での形状は常に凸形形状になるよう成形する。
この結果、図１２に示す特性を得ることができる。

ここで、図１２において、αは予荷重範囲、βは予荷重ダイアフラム方式動作範囲、γは３枚ダイアフラム方式正常動作範囲を示す。

この結果、
（１）予め所定の凸形形状に形成されている予荷重ダイアフラム２１，２４が使用されたので、低圧でも排除容積を大きくとることができるため、予荷重ダイアフラム２１，２４自体を小さく設計することが可能となる。
また、材質を高強度の材料にする必要もなくなり、製造工程を簡約でき、製造コストのコストダウンを図ることができる差圧測定装置が得られる。

（２）予荷重ダイアフラム２１，２４と本体ボディ１との接合には、通常、溶接等が用いられる。
凸形状を成している予荷重ダイアフラム２１，２４の外周部分に取付平坦部２１Ｃ，２４Ｃが設けられたので、溶接時等の固定、位置決めが容易となり、均一且つ強固な溶接等の固定が可能となる差圧測定装置が得られる。

（３）ダイアフラムは、その形状により、同じ圧力が加わった場合でも、最大応力の発生部分が異なるため、溶接部など構造的に弱い部分に最大応力が発生しないように設計する必要がある。

予荷重ダイアフラム２１，２４に少なくとも１つの波形状２１Ｃ，２４Ｃを設けることにより、構造的に強い部分に最大応力を発生させるとともに、応力集中を避け、発生応力を分散させることが可能となる。

よって、繰り返し発生する応力に対し、信頼性が高い差圧測定装置が得られる。
また、波形状２１Ｃ，２４Ｃを有することにより、封入液の流動性が良好となるため、応答の良い差圧測定装置が得られる。

（４）予荷重ダイアフラム２１，２４が、バックプレート面１０Ａ，１１Ａに押圧取付けられた後もなお凸形形状を有するようにしたので、凸形形状に成形された予荷重ダイアフラム２１，２４の特性は、傾きが緩やかな状態から、一旦傾きが大きくなり、その後再び傾きが緩やかになる特性を示す。

この傾きが大きくなる点、すなわち予荷重ポイントは、凸形形状の予荷重ダイアフラムが凸形形状を保持した状態で存在する。
したがって、バックプレート面に押圧取付けられた後も凸形形状を有することで、排除容積が急激に大となる点が存在し、過大圧保護に優れた差圧測定装置が得られる。

即ち、差圧測定装置に用いられる予荷重ダイアフラムは、予め、差圧測定装置の各レンジで、個別に設定された設定圧力値に対応した予荷重ダイアフラム形状に近似した形状に加工したバックプレート面に、予荷重ダイアフラムを押し付けて溶接する。
予荷重ダイアフラムは、バックプレート面に密着した状態で使用される。

このように製作された予荷重ダイアフラムは、設定圧力値を超えない範囲で圧力が印加された場合には変形せず、設定値を超える圧力（過大な圧力）が印加された場合のみ変形する。
このような構造は、設定圧力値を超えない範囲での使用に際し、封入液の移動が無いことから、良好な応答性を得ることができる。

一方、過大な圧力が印加された場合には、ダイアフラムが変形（弾性域）し、排除容積を増すことでセンサの破損を防止することが出来る。
このような特長を有する予荷重ダイアフラムを、差圧測定装置に適用する際には、予荷重ダイアフラムをバックプレート面に密着させて使用する。

予荷重ダイアフラムは成形・トリミング・熱処理工程を経て製作されるが、予荷重ダイアフラムは波形状を成しているため、形状のばらつきは避けられない。
予荷重ダイアフラム形状やバックプレート面形状に僅かなばらつきがあれば、予荷重ダイアフラムの全面をバックプレート面に密着させることは困難であり、一部の密着部を除き、予荷重ダイアフラムがバックプレート面から浮き上がってしまう。

このような不完全な密着状態においては、前述の設定圧力値を超えない範囲での使用であっても予荷重ダイアフラムが変形を開始する、あるいは設定圧力値を超える圧力に至っても変形を開始しないという事態になる。
予荷重ダイアフラムが設定圧力値以下の圧力で変形を開始すると、予荷重ダイアフラムの特長の一つである応答の速さが失われる。

一方、予荷重ダイアフラムが設定圧力値を超える圧力に至るまで変形を開始しければ、過大圧保護の効果が薄れてしまう。
このように、不完全な密着状態は、予荷重ダイアフラムの特長を生かすことができなくなる。

また、バックプレート面に予荷重ダイアフラムを溶接固定する溶接工程においては、予荷重ダイアフラムが設定圧力値にて変形を開始するように、予荷重ダイアフラムを成形後の自然形状から、設定圧力値に対応した形状まで強制的に変形させて、溶接する必要があり、この点でも、予荷重ダイアフラムとバックプレート面とを密着させることを難しくしている。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、予荷重ダイアフラムの形状のばらつき、溶接時の変形過程の影響を受けず、予荷重ダイアフラムが設定圧力値にて変形を開始するようなバックプレート面の形状を実現することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明は、以下のことを特徴とする。
（１）高圧側シールダイアフラム室の高圧側バックプレート面を覆って設けられ、前記高圧側バックプレートの面と低圧側過大圧室を構成し、所定の押圧力で前記高圧側バックプレート面に押圧取付けられ、過大圧が印加されて初めて動作する凸形形状の高圧側予荷重ダイアフラムと、低圧側シールダイアフラム室の低圧側バックプレート面を覆って設けられ、前記低圧側バックプレートの面と高圧側過大圧室を構成し、所定の押圧力で前記低圧側バックプレート面に押圧取付けられ、過大圧が印加されて初めて動作する凸形形状の低圧側予荷重ダイアフラムと、前記高圧側予荷重ダイアフラムの外周端の外側位置で、前記高圧側シールダイアフラム室に連通される高圧側伝導穴と、一端が前記高圧側過大圧室に連通され、他端が前記高圧側伝導穴に連通される高圧側過大圧伝導穴と、前記低圧側予荷重ダイアフラムの外周端の外側位置で、前記低圧側シールダイアフラム室に連通される低圧側伝導穴と、一端が前記低圧側過大圧室に連通され、他端が前記低圧側伝導穴に連通される低圧側過大圧伝導穴と、前記高圧側バックプレート面と、前記低圧側バックプレート面、前記高圧側伝導穴と、前記高圧側過大圧伝導穴と、前記低圧側伝導穴と、前記低圧側過大圧伝導穴とを有する本体ボディとを具備し、前記高圧側バックプレート面は、前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凸部に接する凸部と、前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凹部に対向し隙間が設けられた凹部とを具備し、前記低圧側バックプレート面は、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凸部に接する凸部と、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凹部に対向し隙間が設けられた凹部とを具備したことを特徴とする差圧測定装置。
（２）前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凸部の曲率半径より、対応する前記高圧側バックプレート面の凸部の曲率半径が小さく、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凸部の曲率半径より、対応する前記低圧側バックプレート面の凸部の曲率半径が小さいことを特徴とする（１）記載の差圧測定装置。
（３）前記高圧側バックプレート面は、前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の最外凹部に対向し隙間が設けられた最外凹部を具備し、前記低圧側バックプレート面は、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の最外凹部に対向し隙間が設けられた最外凹部を具備したことを特徴とする（１）記載の差圧測定装置。
（４）前記高圧側バックプレート面は、前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の高低差が小さい箇所に対応し、隙間が設けられた凹部を具備し、前記低圧側バックプレート面は、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の高低差が小さい箇所に対応し、隙間が設けられた凹部を具備したことを特徴とする（１）記載の差圧測定装置。
（５）前記高圧側バックプレート面は、前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の最外凹部に対向し、この最外凹部から最外斜面にかけての隙間が設けられた最外凹部を具備し、 前記低圧側バックプレート面は、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の最外凹部に対向し、この最外凹部から最外斜面にかけての隙間が設けられた最外凹部を具備したことを特徴とする（１）記載の差圧測定装置。
（６）前記高圧側予荷重ダイアフラムと、前記高圧側バックプレート面とが、互いの凸部同士のみが密着し、前記低圧側予荷重ダイアフラムと、前記低圧側バックプレート面とが、互いの凸部同士のみが密着することを特徴とする（１）記載の差圧測定装置。
（７）前記高圧側予荷重ダイアフラムは、予め所定の凸形形状に形成され、この凸側が、前記高圧側バックプレート面に接して、所定の押圧力で押圧取付けられ、押圧取付けられた後も凸形形状を有し、前記低圧側予荷重ダイアフラムは、予め所定の凸形形状に形成され、この凸側が、前記低圧側バックプレート面に接して、所定の押圧力で押圧取付けられ、押圧取付けられた後も凸形形状を有することを特徴とする（１）記載の差圧測定装置。
（８）前記高圧側バックプレート面に前記高圧側予荷重ダイアフラムを強制的に変形させて溶接固定する溶接工程と、前記低圧側バックプレート面に前記低圧側予荷重ダイアフラムを強制的に変形させて溶接固定する溶接工程とを備えることを特徴とする（７）記載の差圧測定装置。
（９）前記高圧側予荷重ダイアフラムは、その外周部分に平坦部が設けられ、前記低圧側予荷重ダイアフラムは、その外周部分に平坦部が設けられることを特徴とする（８）記載の差圧測定装置。
また、本体ボディの側面に設けられたバックプレート面と、このバックプレート面に取り付けられて予め荷重が付与される予荷重ダイアフラムとを具備する差圧測定装置において、前記予荷重ダイアフラムとの波形状の凸部に接する凸形状が形成され且つ前記予荷重ダイアフラムの波形状の凹部に対向する所定箇所の凹部に隙間が設けられたバックプレートを具備したことを特徴とする。

さらに、前記予荷重ダイアフラムの凸部の曲率半径より前記バックプレートの凸部の対応する曲率半径が小さくされたことを特徴とする。

また、前記バックプレートの最外凹部に隙間が設けられたことを特徴とする。

さらに、前記予荷重ダイアフラムの波形形状で連続する波の高低差が大きい部分と小さい部分とが混在する場合において、波の高低差が小さい箇所に対応する前記バックプレートの凹部に隙間が設けられたことを特徴とする。

また、前記バックプレートの最外凹部から最外斜面にかけて隙間が設けられたことを特徴とする。また、このような課題を達成するために、本発明では、以下のことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、次のような効果がある。
予荷重ダイアフラムとバックプレート面とが全面接触せず、互いの凸部同士のみが密着する構造により、各凹部に設けたすきま部分が予荷重ダイアフラム自身のばらつきを吸収出来るため、予荷重ダイアフラム形状のばらつきに起因する予荷重ダイアフラムのバックプレート面からの浮き上がりを防止することが可能となる。
したがって、予荷重ダイアフラム形状のばらつきの影響を受け難く、予荷重動作ポイントの上昇／低下を抑えることができる差圧測定装置が実現できる。

また、接触面を予荷重ダイアフラムの凸部に限定することにより、予荷重ダイアフラムとバックプレート面との位置決めが容易となるだけではなく、バックプレート面への溶接固定の際の、溶接熱による引張や圧縮の影響を低減出来る効果があるため、予荷重ダイアフラムの特性を損なうことなく溶接固定できる差圧測定装置が実現できる。

さらに、次のような効果がある。予荷重ダイアフラムの凸部の曲率半径より、バックプレートの凸部の対応する曲率半径が僅か小さな関係にある場合。
予荷重ダイアフラム全体の波形状が均一な、連続する凸部と凹部の高低差が比較的小さい場合に適する差圧測定装置が実現できる。

特に、板厚が薄い予荷重ダイアフラムに対しては、極めてすきまの小さいバックプレート面を選定できるため、封入液量が少量で済み、良好な温度特性、応答性を得ることができる差圧測定装置が実現できる。

予荷重ダイアフラムの凸部の曲率半径より、バックプレートの凸部の対応する曲率半径が小さな関係にある場合。
予荷重ダイアフラム全体の波形状が不均一で予荷重ダイアフラムの剛性が比較的高い場合や、予荷重ダイアフラム凸部半径が小さい場合には、予荷重ダイアフラム凸部とバックプレートの凸部との密着面積が最大となる部分の拘束が強く、他の部分は、予荷重ダイアフラムがバックプレート面から浮き上がってしまうため、所望の予荷重動作ポイントを得ることが難しい。

このような問題の解決には、予荷重ダイアフラム波形状凸部に対向する部分の形状が、予荷重ダイアフラム波形状の凸部形状に近似された滑らかに接続する円弧よりも小さい滑らかに接続された円弧で形成されたバックプレート面を採用すればよい。
予荷重ダイアフラムとバックプレート面との接触が、各凸部において線接触となるようにすることで、予荷重ダイアフラムとバックプレート面との接触部である凸部の半径がほぼ等しい場合の面接触時に発生していた一部の密着部分の影響をなくすことができるため、各凸部にて均等に接触させることができる差圧測定装置が実現できる。

また、次のような効果がある。予荷重ダイアフラムをバックプレートに溶接する際は、引張や圧縮など溶接熱の影響を受けるが、その熱影響を著しく受ける部分は最外Ｒ部から最外凹部に至る部分である。
予荷重ダイアフラムの最外凹部とこれに対向するバックプレート面最外凹部との間にすきまを設けることで、溶接作業時にこの部分を強く固定して最外凹部よりも内側への熱影響を低減することができる差圧測定装置が実現できる。

板厚が薄い予荷重ダイアフラムなど、予荷重ダイアフラムの剛性が比較的低い場合には、最外凹部以外の凸部および凹部は全て密着するバックプレート面形状を選定できるため、予荷重ダイアフラムと本体バックアップ面とのすきまを減じることができ、封入液の増加を抑えることができる差圧測定装置が実現できる。

さらに、次のような効果がある。 予荷重ダイアフラムの形状で、連続する波の高低差が大きい部分と小さい部分とが混在する（波形状が不均一な）場合、波の高低差が小さい部分では、バックプレート面の加工精度や予荷重ダイアフラムの成形によるばらつきが密着性に及ぼす影響が高低差の大きい部分と比較して大きくなるため、予荷重ダイアフラムの着座状態に悪影響を及ぼすことがある。
この部分にすきまを設けることで、予荷重ダイアフラムのバックプレート面からの浮き上がりを抑えることができる差圧測定装置が実現できる。

また、次のような効果がある。 予荷重ダイアフラムの最外Ｒ部から最外凹部にかけてすきまを有するバックプレート面の形状を採用することで、予荷重ダイアフラム自身の形状のばらつきを最外凹部で吸収することが出来、確実に所望の予荷重動作ポイントを得る構造が得られる差圧測定装置が実現できる。

最外凹部が他の部分より先にバックプレート面に接触すると最も影響が大きく、接合後にこの部分が浮き上がると予荷重の動作ポイントを得ることができなくなってしまうからである。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
始めに、所定設定圧力値における予荷重ダイアフラムＡに対するバックプレート面Ｂの形状について説明する。
図１に予荷重ダイアフラムＡの形状を示す。

予荷重ダイアフラムＡは波形状を形成しており、半径Ｒｎの凸部Ａ１とこれに滑らかに接続する凹部とで構成される。
なお、半径Ｒｎは所定の予荷重ダイアフラム特性を得るようにする為に、それぞれ異なる場合もある。

図２に、バックプレート面Ｂの概略を示す。バックプレート面Ｂは波形状を形成しており、半径ｒｎの凸部Ｂ１とこれに滑らかに接続する凹部とで構成される。
図３に示す如く、バックプレート面Ｂに、予荷重ダイアフラムＡの周縁を溶接固定Ｄして使用される。

図４は本発明の一実施例の要部構成説明図である。
図において、図９と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図９と相違部分のみ説明する。

本実施例においては、予荷重ダイアフラム３１の全ての凹部とこれに対向するバックプレート３２の面との間にすきま３２１が生じるような形状を有し、且つ、予荷重ダイアフラム形状の凸部半径Ｒｎとバックプレート面半径ｒｎとの関係が、予荷重ダイアフラムの凸部の曲率半径よりバックプレートの凸部の対応する曲率半径が僅か小さな関係にある凸部で密着するバックプレート面形状を示す。

予荷重ダイアフラムとバックプレート面のそれぞれの凹部が接触すると、その接触部を支点とする変形が生じるため、予荷重ダイアフラムがバックプレート面形状から浮き上がり易い。
本実施例によれば、各凹部に設けたすきま部分３２１が、予荷重ダイアフラム３１自身のばらつきを吸収できるので、予荷重動作ポイントの設定圧力値以下の圧力印加に対し、予荷重ダイアフラム３１の各凸部と、バックプレート３２の各凸部とを確実に密着Ｅさせることができる。

本実施例は、予荷重ダイアフラム３１の全体の波形状が均一であり、各波形の高低差が小さい場合のバックプレート面３２に効果がある。

本実施例において、すきま３２１は予荷重ダイアフラム３１の形状に応じて任意に設定するが、すきま３２１が大きくなるに従い封入液量も増加するため、応答速度や温度特性に悪影響を及ぼす可能性があるが、すきま３２１を適切に選択することにより、すきま３２１を設けたことによる封入液量の増加を抑制することができ、封入液量増加の影響が小さい差圧／圧力伝送器を得ることができる。

図５は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、予荷重ダイアフラム４１の全ての凹部とこれに対向するバックプレート面４２との間にすきま４２１が生じるような形状を有し、且つ、予荷重ダイアフラム形状の凸部半径Ｒｎとバックプレート面半径ｒｎとの関係が、予荷重ダイアフラムの凸部の曲率半径よりバックプレート面の凸部の対応する曲率半径が小さな関係にある凸部で密着Ｅするバックプレート面形状を示す。

図４実施例では、予荷重ダイアフラム４１全体の波形状が不均一で、予荷重ダイアフラム４１の剛性が比較的高い場合や、予荷重ダイアフラム４１の凸部半径Ｒｎが、他の凸部半径Ｒｎよりも小さい場合、予荷重ダイアフラム４１の凸部とバックプレート面４２の凸部との密着面積が、他よりも大きい部分の拘束が強いため、各すきま４２１において予荷重ダイアフラム４１のばらつきを吸収することが困難である。

このような場合、図５実施例に示した構造により、予荷重動作ポイントの設定圧力値以下での予荷重ダイアフラム４１とバックプレート面４２の密着Ｅを維持できる。

図６は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、予荷重ダイアフラム５１の最外凹部とこれに対向するバックプレート５２の面の最外凹部との間にのみ、すきま５２１が生じるような形状を有し、且つ、最外凹部以外の凸部および凹部は全て密着Ｅするバックプレート面形状を有する。

予荷重ダイアフラム５１をバックプレート５２の面に溶接Ｄする際は、引張や圧縮など溶接熱の影響を受けるが、その熱影響を著しく受ける部分は最外斜面部５２２から最外凹部に至る部分である。よって、溶接時にこの部分を強く固定することで、最外凹部よりも内側への熱影響を低減することができる。
本実施例は、予荷重ダイアフラム５１の剛性が比較的低い場合に有効である。

図７は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、予荷重ダイアフラム６１の波形形状で、連続する波の高低差が大きい部分と小さい部分とが混在する場合において、波の高低差が小さい箇所に対応するバックプレート６２の凹部に隙間６２１が設けられている。

予荷重ダイアフラム６１の形状で、連続する波の高低差が大きい部分と小さい部分とが混在する場合、予荷重ダイアフラム６１の高低差が小さい部分は、バックプレート面６２の加工精度や予荷重ダイアフラム６１の成形によるばらつきが密着性に及ぼす影響が他の部分と比較して大きい。
この部分にすきま６２１を設けることで、予荷重ダイアフラムのバックプレート面からの浮き上がりを抑えることができる差圧測定装置が実現できる。

図８は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、バックプレート面７２の最外凹部７２１から最外斜面部７２２にかけてすきま７２３が設けられている。

本実施例によれば、予荷重ダイアフラム７１自身の形状のばらつきを、最外凹部７２１で吸収することにより、確実に予荷重動作ポイントを得るようにしたものである。
最外凹部７２１が、他の部分より先にバックプレート７２の面に接触すると、最も影響が大きく、接触後にこの部分が浮き上がると、予荷重を得ることができなくなってしまう。
このような状態を防止するために有効である。

本発明の前提説明図である。 図１の前提説明図である。 図１の前提説明図である。 本発明の一実施例の構成説明図である。 本発明の他の実施例の構成説明図である。 本発明の他の実施例の構成説明図である。 本発明の他の実施例の構成説明図である。 本発明の他の実施例の構成説明図である。 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。 本願出願人の先願に係わる出願の構成説明図である。 図１０の部品説明図である。 図１０の動作説明図である。 図１０の組立説明図である。

符号の説明

１ 本体ボディ
８ シリコンダイアフラム
８０ ストレインゲ―ジ
９ 支持体
１０Ａ 高圧側バックプレ―ト
１０B バックプレ―ト平坦部
１０Ｃ バックプレ―ト平坦部
１１Ａ 低圧側バックプレ―ト
１１Ｂ バックプレ―ト平坦部
１１Ｃ バックプレ―ト平坦部
１２ 高圧側シールダイアフラム
１２Ａ 高圧側シールダイアフラム室
１３ 低圧側シールダイアフラム
１３Ａ 低圧側シールダイアフラム室
１６ 高圧側伝導穴
１７ 低圧側伝導穴
２１ 高圧側予荷重ダイアフラム
２１Ａ センター平坦部
２１Ｂ 波部
２１Ｃ アウター平坦部
２１Ｄ アウター平坦部２１Ｃの一部
２２ 低圧側過大圧室
２３ 低圧側過大圧伝導穴
２４ 低圧側予荷重ダイアフラム
２４Ａ センター平坦部
２４Ｂ 波部
２４Ｃ アウター平坦部
２４Ｄ アウター平坦部２４Ｃの一部
２５ 高圧側過大圧室
２６ 高圧側過大圧伝導穴
Ａ 予荷重ダイアフラム
Ａ１ 凸部
Ｂ バックプレート面
Ｂ１ 凸部
３１ 予荷重ダイアフラム
３２ バックプレート
３２１ すきま
４１ 予荷重ダイアフラム
４２ バックプレート
４２１ すきま
５１ 予荷重ダイアフラム
５２ バックプレート
５２１ すきま
５２２ 最外斜面部
５２３ 最外凹部
６１ 予荷重ダイアフラム
６２ バックプレート
６２１ すきま
７１ 予荷重ダイアフラム
７２ バックプレート
７２１ 最外凹部
７２２ 最外斜面部
７２３ すきま

Claims (9)

1. 高圧側シールダイアフラム室の高圧側バックプレート面を覆って設けられ、前記高圧側バックプレートの面と低圧側過大圧室を構成し、所定の押圧力で前記高圧側バックプレート面に押圧取付けられ、過大圧が印加されて初めて動作する凸形形状の高圧側予荷重ダイアフラムと、
   低圧側シールダイアフラム室の低圧側バックプレート面を覆って設けられ、前記低圧側バックプレートの面と高圧側過大圧室を構成し、所定の押圧力で前記低圧側バックプレート面に押圧取付けられ、過大圧が印加されて初めて動作する凸形形状の低圧側予荷重ダイアフラムと、
   前記高圧側予荷重ダイアフラムの外周端の外側位置で、前記高圧側シールダイアフラム室に連通される高圧側伝導穴と、
   一端が前記高圧側過大圧室に連通され、他端が前記高圧側伝導穴に連通される高圧側過大圧伝導穴と、
   前記低圧側予荷重ダイアフラムの外周端の外側位置で、前記低圧側シールダイアフラム室に連通される低圧側伝導穴と、
   一端が前記低圧側過大圧室に連通され、他端が前記低圧側伝導穴に連通される低圧側過大圧伝導穴と、
   前記高圧側バックプレート面と、前記低圧側バックプレート面、前記高圧側伝導穴と、前記高圧側過大圧伝導穴と、前記低圧側伝導穴と、前記低圧側過大圧伝導穴とを有する本体ボディとを具備し、
   前記高圧側バックプレート面は、
   前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凸部に接する凸部と、
   前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凹部に対向し隙間が設けられた凹部とを具備し、
   前記低圧側バックプレート面は、
   前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凸部に接する凸部と、
   前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凹部に対向し隙間が設けられた凹部とを具備した
   ことを特徴とする差圧測定装置。
2. 前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凸部の曲率半径より、対応する前記高圧側バックプレート面の凸部の曲率半径が小さく、
   前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の凸部の曲率半径より、対応する前記低圧側バックプレート面の凸部の曲率半径が小さい
   ことを特徴とする請求項１記載の差圧測定装置。
3. 前記高圧側バックプレート面は、前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の最外凹部に対向し隙間が設けられた最外凹部を具備し、
   前記低圧側バックプレート面は、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の最外凹部に対向し隙間が設けられた最外凹部を具備した
   ことを特徴とする請求項１記載の差圧測定装置。
4. 前記高圧側バックプレート面は、前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の高低差が小さい箇所に対応し、隙間が設けられた凹部を具備し、
   前記低圧側バックプレート面は、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の高低差が小さい箇所に対応し、隙間が設けられた凹部を具備した
   ことを特徴とする請求項１記載の差圧測定装置。
5. 前記高圧側バックプレート面は、前記高圧側予荷重ダイアフラムの波形状の最外凹部に対向し、この最外凹部から最外斜面にかけての隙間が設けられた最外凹部を具備し、
   前記低圧側バックプレート面は、前記低圧側予荷重ダイアフラムの波形状の最外凹部に対向し、この最外凹部から最外斜面にかけての隙間が設けられた最外凹部を具備した
   ことを特徴とする請求項１記載の差圧測定装置。
6. 前記高圧側予荷重ダイアフラムと、前記高圧側バックプレート面とが、互いの凸部同士のみが密着し、
   前記低圧側予荷重ダイアフラムと、前記低圧側バックプレート面とが、互いの凸部同士のみが密着する
   ことを特徴とする請求項１記載の差圧測定装置。
7. 前記高圧側予荷重ダイアフラムは、予め所定の凸形形状に形成され、この凸側が、前記高圧側バックプレート面に接して、所定の押圧力で押圧取付けられ、押圧取付けられた後も凸形形状を有し、
   前記低圧側予荷重ダイアフラムは、予め所定の凸形形状に形成され、この凸側が、前記低圧側バックプレート面に接して、所定の押圧力で押圧取付けられ、押圧取付けられた後も凸形形状を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の差圧測定装置。
8. 前記高圧側バックプレート面に前記高圧側予荷重ダイアフラムを強制的に変形させて溶接固定する溶接工程と、
   前記低圧側バックプレート面に前記低圧側予荷重ダイアフラムを強制的に変形させて溶接固定する溶接工程とを備える
   ことを特徴とする請求項７記載の差圧測定装置。
9. 前記高圧側予荷重ダイアフラムは、その外周部分に平坦部が設けられ、
   前記低圧側予荷重ダイアフラムは、その外周部分に平坦部が設けられる
   ことを特徴とする請求項８記載の差圧測定装置。

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