JPH09512344A - 圧電抵抗式圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 改良された圧電抵抗式圧力検出装置で、圧力測定素子１３と伝達薄層ハウジング７と背面板２１、並びに流体与圧空間１９を備えることにより、下記の特徴を備える。即ち、伝達薄層ハウジング７のハウジング区画は与圧室スリーブ３３を備え、与圧室スリーブ３３と背面板２１とは溶接可能な鋼より成り、伝達薄層ハウジング７と与圧室スリーブ３３とは、接続ハウジング３内の環状凹部３１内に気密に内装され、接続ハウジング３は溶接困難な材質より成り、与圧室スリーブ３３と背面板２１とは、測定素子与圧空間１５内に配設された圧力媒介物質を密封した状態で恒久的に溶接密封される。

Description

【発明の詳細な説明】 圧電抵抗式圧力検出装置 この発明は別紙請求の範囲に規定された圧電抵抗式圧力検出装置に関する。こ の種の圧力検出素子は、種々の用途に応用されている。 特に腐食性の媒質の圧力検出の場合には、検出素子を媒質に直接に露呈させな いことが必要であり、それにはオイルを充満した与圧空間を設けることが適切で あり、腐食性の媒質の被検出圧力は、薄層を経由してハウジング内の検出素子に 伝達される。 第４ないし第６図は、従来の絶対圧測定型の圧電抵抗式圧力検出装置で、ハウ ジング１とハウジングの前部を成し外壁５が形成された接続ハウジング３より成 り、さらにハウジング１は圧力媒介薄層ハウジング７を備える。 圧力媒介薄層ハウジング７は、六角ナット類似形状の外周面９を備え、中心軸 方向に接続ハウジング３に結合され、溶接面に沿って溶接されている。 媒介薄層ハウジング７には、オイルが充填された与圧室１５内に圧電抵抗素子 １３を備え、可撓性の圧力媒介薄層１７によって液体与圧室１９から隔離され、 与圧室１９に圧力検出の対象となる媒質が充填されている。 オイル充填感圧素子与圧空間１５は、中心線方向媒介薄層１７の中心線方向に 直角に、いわゆるガラス貫通体２１即ち背 面板によって閉鎖される。ガラス貫通体２１を貫通して、電気接点導体即ち接点 ピン２３が貫挿され、例えば可撓性印刷配線基板２５を介して媒介薄層ハウジン グ７内の与圧空間１５に内在する測圧素子１３と電気的に導通される。印刷配線 板２５の使用状態は第４図と、拡大の第５図に図示の通りで、第６図は、測定素 子から接点導体２３への導通は、金またはアルミニウム導線２５’で構成される 。 外部導出接点導体２３への電気的接続は公知の手段であり、特に図示されてい ない。 温度依存容積変化を低減するためには、必要に応じ、さらに好ましくはセラミ ックより成る与圧媒体２７を付加してもよく、これによって油媒質の容積変化が きわめて低減される。 測圧素子１３の取付は、溶接ではなく、油気密が保たれる。まず真空排気した のち供油される。次いでオイルは与圧空間１５に送入され、内部室に油充填され ると、媒介薄層ハウジング７が溶接され、与圧内室１５は密封される。 実際上、与圧内部空間１５が溶接過程で恒久的に密封された場合は、同様な検 圧装置の場合最高の確実性が実現される。 以上従来の技術で公知の圧力センサーについて説明したが、同様な検出ヘッド のために経費が嵩み、特に腐食性の媒質内の測圧において維持経費が嵩むと言う 欠点がある。 特に機構部品、即ちハウジング前部部晶、測定素子−ハウジング区画の製作に 経費がかかる。そこで部品を総て溶接する必要があり、全ての部品を不錆性また は溶接可能な鋼で構成せねばならないので、材料費、加工費がさらに高くなる。 基本的には既に、ドイツ特許第２６３０６４０Ｂ２号明細書に、耐食性軟鉄製 の底板から成るいわゆるガラス貫通体が開示されている。この構成においては、 オイル封入構成を、与圧室の密閉を溶接によらないで形成するもので、例えば本 願発明の第４図の今日の装置は、これら従来の装置と比較して遥かに優れている 。 この発明の目的は、腐食性の媒質の圧力検出にも適し、従来公知の方法よりも 簡便かつ廉価に構成される圧力検出装置を構成することにある。 前記課題は、特に請求の範囲１および１０に規定された特徴によって解決され 、さらに具体例は従属請求項によって示される。 この発明によって、新規な構成を適用することにより、機構部品費は８０％ま で低減され、これに応じて圧力検出装置の総合コストは約４０％低減されるとい う可能性が開かれた。 また腐食性の媒質中の圧力測定に対しても適用でき、従来の方法では良好な測 定結果が得られなかった場合でも、この発明では簡単な構成で実現できる。 またハウジング前部体を黄銅、ベリリウム青銅等の加工容易で廉価な材質で構 成することができるので、接続ハウジングを含むハウジング全体を、同様に廉価 な材質で形成することができる。 内部には専ら不錆性の材料より成るオイル充填空間で区画された廉価なスリー ブが内装され、スリーブは好ましくは適切な管を区画して形成され、これによっ て高価な鋼材料の廃棄材が 生じない。さらに加工費も低減される。 かく適価な溶接可能な鋼を使用するので、後部板、およびガラス貫通板と溶接 することにより、与圧内部空間を恒久的に気密封入できる。 この発明の他の利点は、多数の構成部品を油処理室内で同時に鑞接して、油を 満たすことができ、ハーメティック密封が与圧素子を内置したままで、油保有室 の溶接によって達成される。つまり溶接に先立って用意すべき材料を最少に低減 することができる。 さらに圧力媒介薄膜は、好ましくは硬鑞溶接により、不錆材質より成るスリー ブと結合される。 鑞溶接の間において、溶接温度に達すると、硬鑞が、媒介薄層とハウジングの 限定材質区画との間、媒介薄層と与圧室スリーブとの間、並びにハウジングの円 筒状内壁と与圧室スリーブの限定外壁との間の各々の間隙に充填させることがで きる。 また発明の構成では、測定素子およびその与圧室の収納ハウジングおよび圧力 媒介薄膜用には、種々の材料の使用が可能である。ステンレス鋼等の鑞接困難な 材質でも、ニッケル等で被覆することにより、簡単に鑞接可能化することができ る。 与圧ハウジングには、空調または冷房装置等種々の用途に、黄銅、ベリリウム 青銅等の適価材料が使用できる。その他特殊な場合には、ステンレス鋼より成る スリーブが嵌挿される環状空間を、媒介薄膜の高さを超えて軸線方向に延長形成 する。この場合、好ましくはスリーブおよび媒介薄層の周辺の延長方向に重畳し て、スリーブ延長部材を形成して、材料の直接接触が 形成されないようにする。これによって接点を形成する多種の材料によって発生 しがちな腐食の危険も回避される。 また延長スリーブと、与圧空間を包囲するスリーブと、さらに媒介薄層の限界 正面側の周辺部とが相互に溶接される。 さらに密封性を向上するために、少なくとも１個のＯリングが使用される。 好ましい実施例では、場合により溶接不可能な材質より成るハウジング部材が 鑞接されたハウジングを使用できる。この相互鑞接ハウジングにより、与圧素子 を内装、または基準圧力測定の場合の与圧空間が形成され、この与圧空間は連結 配管を経由して測定素子と連結される。オイル充填された器内室の長期間の耐久 性に優れた密閉は、適切な通孔内へ鑞接された溶接可能な管構成によって可能と なり、溶接可能な塞栓によってオイルを充填した後で閉鎖することができる。 この発明により、廉価な溶接不能な材質の使用も可能であるのみならず、鑞接 方法で相互に連結固定することができる。鑞接炉内で数百個を同時に鑞接するこ とができるので、コストメリットを達成することができ、与圧内室をオイルで充 填することができる。前記何れの実施例においても、与圧空間を溶接で最終的に 密閉して原価低減の可能性を達成することができる。前記溶接可能な高価な材料 は、ハウジング全体に占める量的にも、また構造上においても、従来の方法と比 較して遥かに加工費が低減される。 以上、この発明の構成原理は、絶対圧力測定用の検出装置に限定されるもので はなく、また基準圧力、差量圧力の測定用の 検出装置にも同等に適用可能である。 以下この発明を、図面に基づいて説明するに際し、各図面は、 第１図は、圧力検出装置の実施例の長さ方向断面図、 第２図は、第１図の差量圧力測定の場合の構成の軸方向断面図、 第３図は、ガラス貫通体上に配設された測圧素子の軸方向拡大断面図、 第４図は、従来の検出装置の部分断面図、 第５図は、第４図の接続部拡大断面図、 第６図は、第５図の変形例の断面図である。 実施例 第一の実施例では、第４、第６図の構成に加えて、圧力媒介薄層のハウジング ７が突出した接続ハウジング３を備える。この接続ハウジングは、黄銅、ベリリ ウム青銅等の廉価な溶接不能だが加工容易な材質より成り、媒介薄層は、耐食性 を向上させるために溶接可能な鋼製材料等で構成される。 圧力媒介薄層ハウジング７の区域には、第１図の実施例において、内部下部方 向に開口された環状欠如部３１が形成され、耐錆材料より成る与圧室スリーブ３ ３が内装されている。スリーブ３３は、ごく廉価な材質で構成することができ、 適切な長さの管で延長することができる。 第１図は二種の変形例を包含するので、まず中心線から右半分の変形実施例に ついて説明する。 ハウジングのステップ状当接段部３５には、圧力媒介薄層１７が当接され、ハ ウジング１と感圧薄層１５および与圧室スリーブ３３とは、硬鑞溶接法によって 相互に連結される。この溶接のために必要な硬鑞は、媒介薄層１７の周辺区画お よびハウジング１の当接段部３５に展布される。次いで全構成物は、溶接炉内に 静置され、溶接温度に達すると、硬鑞が、媒介薄層１７とハウジングの限定材質 区画との間、媒介薄層１７と与圧室スリーブ３３との間、並びにハウジング１の 円筒状内壁と与圧室スリーブ３３の限定外壁との間の各々の間隙に充填される。 取付後のガラス貫通板２１が、可能な熱的作用で損傷しないように、与圧室ス リーブ３３は、十分な側壁厚さを持つように構成され、これによって与圧室スリ ーブ３３の円筒状周辺区画までの間隙距離は十分な軸方向長さに保持される。 ハウジング１および圧力媒介薄層１７は共に種々の異なる材質から構成するこ とができる。ステンレス鋼等の鑞接困難な材質でも、ニッケル等で被覆すること により、簡単に鑞接可能化することができる。 第１図の左半分はさらに改良された他の変形例を示し、環状欠如部３１が媒介 薄層１７の上方まで延長され、媒介薄層１７の周辺に重畳される形で与圧室スリ ーブ３３の長さに沿ってさらに１個の延長スリーブ４３が配設され、これは好ま しくは与圧室スリーブ３３または媒介薄層１７と同質の不錆性材質で構成される 。圧力媒介薄層１７、与圧室スリーブ３３および延長スリーブ４３は、ハウジン グ１への取付前に溶接され、かく溶 接された単位構成は、環状欠如部３１内へ、下部側からハウジング１内へ圧入さ れた上、ハウジング１に鑞接される。この際、鑞接に先だって、ハウジング１の 内側の一段高いステップ段部３５の付近の延長スリーブ４３の正面側スリーブ環 状部に、適切に硬鑞より成る周辺部３７を載置する。 ハウジング１および延長スリーブ４３に種々多様な材質を使用しても、それら 材料に起因する腐食によって、与圧素子、特に与圧薄層が損傷を受けることはき わめて僅少に留めることができる。 第１図の左半部に見られる通り、さらに密封部材としてＯリング４７を使用す ることができ、ハウジング１に形成した環状凹部４５に環挿され、その密封作用 は与圧室スリーブ３３に対する高さに応じて発揮される。与圧室スリーブ３３、 延長スリーブ４３および媒介薄層１７が一体に溶接されて成る構成体は、Ｏリン グを使用するだけの状態で円筒状くり抜き部に内挿され、位置決めリング４９、 あるいは他の適切な機構により定置される。 変形または変更として、与圧室スリーブ３３および延長スリーブ４３は、正面 側接点区域において、圧力媒介薄層１７の周辺を部分的に重畳して受ける状態で 、溶接されないで、むしろ相互に鑞接するようにしてもよい。この様な鑞接によ れば、外部ハウジングつまり接続ハウジング３の内壁部まで良好に鑞接させるこ とが可能となる。 第２図、第３図の他の実施例では、さらに差量圧力または基準圧力の測定が可 能なるように構成されている。 前記同様に、環状凹部３１内に与圧室スリーブ３３が内装され、圧力媒介薄層 １７の周辺部がハウジングのステップ段部３５に鑞接される。さらにハウジング 内部室７に、ハウジング１内の媒介薄層１７の高さ以上の環状凹部３１を形成す れば、延長スリーブ４３に対する腐食防止効果をさらに一層向上させることがで きる。 図示の通り、ガラス貫通体に相当する背面板２１には、小径管５３を気密保持 するための貫通腔５１を備える。 さらに第１図とは、ハウジングの周囲構成において相違し、オイル充填可能な 与圧室１５の高さにわたり、外部包囲体５５を備え、環状フランジ５９を備えた 固定リング５７が形成されている。 この環状フランジ５９は、小径管５３の軸方向に、環状フランジ６１を備えた 差量圧力ハウジング部材６３を保持し、この部材６３は軸方向に沿って外部ハウ ジング３に固定される。 腐食性でない媒質について差量圧力を測定する場合には、差量圧力ハウジング 部材６３の所にハウジング下部部材６５が接続され、それ自体はステップ段部６ ７を介して差量圧力ハウジング部材６３に接続される。 ステップ段部の高さに、さらに１個の薄層６９が内装され、薄層６９の周辺部 が、さらに差量圧力ハウジング部材６３とハウジング下部部材６５の各々の正面 区画の間に重畳されるようにする。差量圧力ハウジング部材６３及び６５並びに 薄層６９は、加工容易で廉価な材質で構成され、鑞接法で連結される。この際、 硬鑞は、圧力媒介薄層６９、差量圧力ハウジング部材 ６３、ハウジング下部部材６５の各間に流動し、全体の密閉が完成する。 差圧測定および基準圧測定装置の組立において、ガラス貫通体導線２３を短く 形成、または切断し、貫通体２３から突出した自由端部に、可撓性導体条７３を 鑞接点７５において鑞接する。差量圧力ハウジング部材６３は、導体条７３が外 部に導出される位置の余長部７７によて規定される。基準圧ハウジング６２は、 一次圧力を測定するために設けられたハウジング１の下部において正面側方向に 設置され、差量圧力ハウジング部材６３の、接続ハウジング３に対向して位置す る正面側において、形成された平坦な条溝内にＯリングが内装される。Ｏリング は小径管５３を包囲し、小径管５３は、それを軸方向に突出させる同軸管８１を 包含する。差量圧力ハウジング部材６３内の対応する軸方向空孔内にあり、これ によって、オイル充填可能で第２の圧力媒介薄層によって限定された与圧空間８ ３との連通が形成される。 前記Ｏリングにより、オイル充填可能な与圧空間８３が密封される。 次いで固定リング５７により、基準圧ハウジング６２は、主体ハウジング１に 対向して固定され、固定リング３０は外部刻歯部５５に強固にねじ込み結合され る。 機械的固定および固定リング５７の回転固定の際に、測定素子への電気的接続 に必要な可撓性導体条７３を損傷しないために、差量圧力ハウジング部材６３の 周辺部において、平面または凹溝８５を研磨し、保護のために導体条７３を工具 によって 湾曲させることができる。 前記加工された半完成機能に、オイルカップが設置され、真空排気され、オイ ルが基準与圧空間８３に導入され、径方向充填路８７と鋼管接続体８９が設けら れ、径方向充填路８７は差量圧力ハウジング部材６３の材質に鑞接される。 溶接可能な材質で形成された鋼管接続部８９を鑞接することにより、同時に薄 層６９および差量圧力ハウジング部材６３の、ハウジング下部部材６５との鑞接 が完成する。 基準与圧空間８３にオイルが充填されると、オイル排出孔８７が栓９１で閉鎖 され、密封される。栓９１も溶接可能な材質で形成され、両者は適切に溶接され る。 次いで外部導体条９３は、ハウジング内部へ導入された導体条７３の外部自由 端の個所で鑞接される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）−圧力測定素子１３と、 −前記圧力測定素子１３を収納し、必要に応じオイルより成る圧力媒介物質が充 填された圧力媒介薄層ハウジング７と、 −薄層側に流体圧空間１９を備えた接続ハウジング３より成り、 −閉塞ハウジング区画内に与圧室スリーブ３３を備え、 −与圧室スリーブ３３が溶接可能な鋼材料より成り、 −−圧力媒介薄層ハウジング７が接続ハウジング３内にあり、 −接続ハウジング３が、溶接性の十分ではない材質より成り、 −与圧室スリーブ３３と背面板２１とが、測定素子与圧空間１５内の与圧媒質を 密封した状態で恒久的に緊密に溶接されることを特徴とする圧電抵抗式圧力検出 装置。 （２）圧力媒介薄層１７と与圧室スリーブ３３とが相互に硬鑞溶接されることを 特徴とする請求の範囲第１項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。 （３）圧力媒介薄層１７と与圧室スリーブ３３とが、特に圧力媒介薄層１７に付 随する前面環状平面において、接続ハウジング３の環状ステップ段部（３５）と 、あるいは与圧室スリーブ３３の外部周辺面と、接続ハウジング３の境界円筒上 内周面と少なくとも部分的に鑞接されることを特徴とする請求の範囲第１項また は第２項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。 （４）与圧室スリーブ３３の軸方向に、圧力媒介薄層１７の周辺の重畳区画内に 、長尺のスリーブ４３が配設され、この長尺 スリーブ４３、圧力媒介薄層１７および与圧室スリーブ３３より成る合成部材が 、接続ハウジング３内の環状凹部３１に緊密に内装されることを特徴とする請求 の範囲第１項ないし第３項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。 （５）与圧室スリーブ３３と圧力媒介薄層１７および延長スリーブ４３より成る 構成体が、接続ハウジング３内の環状凹部３１内に施鑞溶接されることを特徴と する請求の範囲第１項ないし第４項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。 （６）与圧室スリーブ３３と圧力媒介薄層１７と延長スリーブ４３より成る構成 体が相互に溶接され、被溶接構成体として接続ハウジング３内の環状凹部３１内 に緊密に内装されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項記載の圧電 抵抗式圧力検出装置。 （７）与圧室スリーブ３３と圧力媒介薄層１７と延長スリーブ４３より成る被溶 接構成体が、ステップ段部３５によって正面が限定された対応する環状凹部３１ 内で、接続ハウジング３に施鑞溶接されることを特徴とする請求の範囲第１項な いし第６項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。 （８）与圧室スリーブ３３と圧力媒介薄層１７と延長スリーブ４３より成る被溶 接構成体が、少なくとも与圧室スリーブ３３の高さまで接続ハウジング３の材質 を包囲して装着されたＯリングによって密封されることを特徴とする請求の範囲 第１項ないし第７項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。 （９）延長スリーブ４３が、延長された管材料より成ることを特徴とする請求の 範囲第１項ないし第８項記載の圧電抵抗式圧 力検出装置。 （１０）圧力媒介物質が充填され、必要に応じて圧力測定素子１３が内装、また は圧力測定素子１３と接続されたハウジング６２が、溶接不能な材質より成り、 このハウジング６２が、薄層６９を包含して鑞接によって閉鎖され、ハウジング 内には、溶接可能な材質の接続管８９が鑞接された充填通路８７が形成され、溶 接可能な材質より成る閉鎖突片９１で閉鎖可能とされたことを特徴とする請求の 範囲第１項ないし第９項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。 （１１）充填通路を備えたハウジング６２が基準または差量圧力ハウジング６２ として形成され、接続ハウジング３に対して軸方向に延長して位置し、固定機構 ５９により接続ハウジング３に強固に連結されたことを特徴とする請求の範囲第 １項ないし第１０項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。 （１２）圧力測定素子１３の内側面に、背面板２１を貫通する小径管を備え、基 準圧力ハウジング６２内に形成された与圧空間８３と連結されていることを特徴 とする請求の範囲第１項ないし第１１項記載の圧電抵抗式圧力検出装置。