JPS5879128A

JPS5879128A - 差圧測定装置

Info

Publication number: JPS5879128A
Application number: JP17786881A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishihara; 正西原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp; Yokogawa Hokushin Electric Corp; Yokogawa Electric Works Ltd
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1983-05-12

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】本発明は差圧測定装置に関するものである。更に詳述す
れば、ベローの内外にそれぞれ測定圧を加え、ベローの
自由端の変位を電気容量の変化として検出する電気容量
検出方式の差圧測定装置に関するものである。

近年、容量検出方式の差圧測定装置としては、ストレッ
チダイアプラムを圧力−変位変換要素として用いたもの
が多用されている。

このようなものにおいては、ダイアフラムには常に一定
の引張力が加えられていなければガらない。このため、
ダイアフラムを固定するカプセル本体やカプセルを固定
するノ・ウジングは、周囲温度等の変化によって、ダイ
アフラムの引張力に悪影響を与えないように、ダイアプ
ラムの線膨張係数に合わせた高価な材料を用いねばなら
ず高価なものとなる。

次に、差圧伝送器においては、大きな静圧で使用される
ことが多い。このような場合には、大きな静圧によって
ハウジングがダイアフラムの半径方向に膨らみ、ダイア
フラムを引張り、ダイアフラムが剛くなる、このため静
圧スパンシフトを生ずる。また、大きな静圧に耐えるよ
うにするだめにハウジング等は、ボルト等により強く締
めて組み立てられるが、この締付力もダイアフラムに影
響を及ぼしスパンシフトとして特性に悪影響を及ぼす。

本発明は、これ等の問題点を解決したものである０本発明の目的は、静圧スパン誤差、温度スノ（ン誤差、
締付はスパン誤差の少く、電気答景の零点調整の谷易な
差圧測定装置を提供するにある。

第１図は、本発明の一実施例の構成説明図である０図において、１はカプセルユニットで、ベロー１１、可
動電極１２、スペーサー１３、絶縁体１４．１５、固定
板１４１．ゴー５１、固定電極１６．１７、零点調整固
定電極１６１．１７１と零点調整可動電極１６２．１７
２とストップパー１８．１９とよりなる。ベロー１１の
自由！高１１１には、ベロー１１の軸に直夕して板状の
可動電極１２が固定されている。可動電極１２のベロー
の自由端１１１への固定部附近には、第２図に示す如く
、同心状に半円形の溝１２２が多数段けられ、オーバー
レンジ可撓部１２１が構成されている。絶縁体１４゜１
５は円板状をなし、可動′ｌＬ極１２の両側にそれぞれ
対向して配装置され、その周辺部において、リング状の
スペーサ１３が挾持されている。ｌｄ定［１４１，１５
１は、円板状をなし、それぞれ絶縁体１４．１５の外側
表面に配置され、固定体１４１の中央部分はベローＨの
固定端１１２に固定されている。固定体１５１はスペー
サー１３．絶縁体１４．１５を貫通するボルト１５２に
より固定板１４１に固定されている。固定用電極１６．
　：Ｌ７はリング状をなし、可動電極１２に対向（５）して、絶縁体１４．１５の表面に配置され、この場合は
、真空蒸着により形成されている。零点調整固定電極１
６１．１７１は絶縁体１４．１５の外側表面にそれぞれ
固定され固定電極１６．１７とそれぞれ接続されている
。この１易合は、皿ネジ１６１１．１７１．１とナツト
１ｆ：ｉ１２．１７１２で構成されている。零点調整可
動電極１６２、１７２は零点調整固定電極１６１．１７
１に対向して配置され、この場合はＴ形状可動電極１６
２１．１７２１とす、　）　１６２２．１７２２とより
なる。１８．１９は自由端１１１の両面に、それぞれ、
その一端が固定された断面丁字形状のスト、プバーであ
る。２はノ・ウジングユニットで、円柱状のハウジング
本体２１．２２とシールダイアフラム２３．２４とリン
グ状のシール押え２５．２６と０リング２８．２９とよ
りなる。ハウジング本体２１．２２はカプセルユニ、ト
１の絶縁体１４゜１５をその内部に挾持すると共に、そ
の外周縁部において、互に一体的になるように溶接２７
されている。ハウジング本体２１．２２の外側平面部２
１２．２２２には同心円状の波型面が形成されている。

而して、ベロー１１の固定端１１２は、ハウジング本体
２１の外（４）平面部２１２において溶接１１３固定されている。而し
て、ベロー１１の外側とハウジング本体２１．絶縁体１
４，１５．スペーサー１３とにより室３１が形成される
。シールダイアフラム２３．２４はノ・ウジング本体２
１、２２の外平面２１２．２２２をそれぞれ覆い、ノ・
ウジング本体２１．２２とそれぞれ室２３１．２４１を
形成し、その周縁部はシール押え２５．２６によりＩ・
ウジング本体２１．２２に固定されている。２８．２９
は、自由端１１．２及びハウジング本体２２に、ストッ
プ−バー１８゜１９とそれぞれシール機構を構成するよ
うに設けられた０リングでおる。３２は、ベロ−１１内
部と室２３１とを連通ずる連通孔である。３３は室３１
と室２４１とを連通ずる連通孔である。４はベロ−１１
内部と連通孔３２と室２３１を満すシリコンオイル等の
封入液、５は室３１と連通孔３３と室２４１を満すシリ
コンオイル等の封入液である。６，７は、それぞれシー
ルダイアフラム２３．２４とシール押え２５．２６を覆
い、測定室６１．７１を形成するカバーである０６１１
、７１１測定室６１．７１に測定圧を導入する導入孔で
ある。１６３．１７３は固定電極１６．１７より外部に
９１き出されたリードで、ハウジング２からの取出し目
部分に於て、ハーメチックシール１６４されている。

、以上の構成において、たとえば、測定室６１に導入孔
６１１よ抄高い測定圧Ｐｌ（が導入され、測定室７１に
導入孔７１１より低い測定圧ＰＬが導入されると、その
圧力は、シールダイアスラム２３．２４を介して封入液
４，５に伝えられる。この圧力はペロー１１の表襲面で
力に変換され、ペロー１，１の有効面積をＡｅとすれば
（ｐ、　＋　ＰＬ）Ａｅの力を発生する。ペロー１１の
ばね定数をｋとすれば、ペロー１１の先端の変位はδ＝
　（Ｉ）１（−ＰＬ）　Ａｅ／ｋ　　となる。ペロー１
１の先端には可動電極１２が取付けられているので、Ｐ
ｌ（〉ｐＬの場合は可動電極１２は図の右方に移動シフ
、電極１２と１６間の電気容量は減少し、電極１２と１
７間の電気容量は増加する。ペロー１１と差圧（ｐｌ、
−ｐＬ）の関係は、変位が小さい間はリニヤ−であり精
度のよい圧力→変位の特性が得られる。

而して、大きな静圧が測定圧として加わった場合に、従
来の、ストレッチダイアフラムを測定ダイアフラムとし
て使用した場合の如く、ストン。

チダイアフラムを支持しているハウジングが半径方向に
膨らみ、この結果、測定ダイアフラムを引張って、測定
ダイアフラム自身が剛くなり、スパン誤差を生ずると言
うストレッチダイアフラム方式の欠点は生じない。

即ち、受圧素子としてペロー１１を用いたので、ペロー
エンドが半径方向に伸縮しても、その影響を受けるのは
ペローエンドに近い部分のみであり、ペローの平均有効
面積としては殆んど変化しない。

また、ペローは原理的には薄肉円筒とみなされるが、薄
肉円筒では円筒端末の変形が円筒内部に影響する軸方向
の長さは短く、ペロー主要部の寸法は安定な性質を有す
る。さらに、ベースに固定されるペローエンド部分には
、やや長い円筒部がつけられているのが普通であシ、こ
の円筒部分もペースのひずみがペローに伝達されるのを
防止している。

要するに、大きな静圧によりて、ノーウジングが半径方
向に歪みを発生しても、ペローエンドの円（７）筒部でひずみが吸収される。さらに、取付は部分のひず
みに強い性質を本質的に有するペローを用いているため
に静圧によるスパン誤差の生じにくい装置を得ることが
できる。

同様な理由によりて、ボルト等による締付はスパンシフ
トに対しても強いものが得られる。

更に、ストレッチダイアフラム型の場合には、ハウジン
グとダイアプラムに材質的な差があると、温度変化によ
ってダイアフラムの張力が変化し、大きなスパン変化を
生じる。したがって、たとえば、ダイアフラムとして恒
弾性材料を用いれば、ハウジングも同様としなければな
らず高価となる。

本願においては、ハウジングとペローの材質が異なって
も、ノ・ウジングの変形が前述の如く、ペローに伝わら
ないため、材質の選択は自由となり安価な材料を用いる
ことができる。而して、線膨張係数の差による温度スパ
ン誤差要因がない。

したがって、たとえば、ペローを恒弾性材料で作れば、
材質的な温度スパン誤差がなく、装置全体として温度ス
パン誤差のきわめて小さなものが（８）得られ、かつ、安価にすることができる。

次に、測定圧ｐＨ”Ｌが導入されていない場合、即ち、
差圧が零のときは、電極１２と１６との間の電気容量と
電極１２と１７との間の電気容量は等しいことが望まし
いが、工作精度、組立精度が十分でないときは等しくな
ら表い。可動電極１２の電位は、ペロー１１、固定板１
４１．１５１、ハウジング２１．２２と零点調整可動電
極１６２．１７２とは電気的に同電位である。一方、固
定電極１６．１７と零点調整固定電極１６１、１７１と
は同電位である。

そこで、今、可動電極１２と固定電極１６の電気容量−
をＣＨ１可動電極１２と固定電極１７の電気容量をＣＬ
１零点調整固定電極１６１と零点調整可動電極１６２の
電気容量を０１□′、零点調整固定電極１７１と零点調
整可動電極１７２の電気容量をＣＬｏとし、この電気容
量を差動的に処理すれば出力Ｃ８Ｕ、はＣｏｕｔ＝ＣＨ
＋Ｃ１１°−＜ｃＬ＋　ｃＬｏ＞　　　　　　（１）と
なる０差圧が零の場合、Ｃ１（ＮＣＬであるならば（１
）式が零になるようにＣＨ”　ＣＬ’を調整すればよい
。

即ち、零点調整可動電極１６２．１７２を変位させて調
整すればよい。　゛この結果、装置として、はぼ完全な零調整が得られる。

電気容量Ｃ１□、ＣＬと調整容量Ｃ１□’、ｃＬ’も同
一封入液４，５が使用されているのでｎ＋Ｔｈ電率が同
じとなり、温度係数に差が生じないので、温度誤差の原
因とならない。更に加えるに、ナラ）　１６１２゜１７
１２はリード１６３．１７３の固定用す、トとしても兼
用することができる。

次に、装置としては、測定圧として過圧が加わった場合
に対しての保獲が必要である。

一般に、過圧が加わった場合に、シールダイアフラム２
３．２４がハウジング本体２１．２２にそれぞれ接する
ことにより過圧からシールダイアフラム２３゜２４を保
護する。しかしながら、測定受圧素子たるベロー１１に
おいては、シールダイアフラム面積はベロー面積に比べ
て大きいために過圧に対して、ベロー１１の変位はひじ
ょうに大きくなる。この理由により、従来においては、
測定受圧素子としてベローを選択することができなかっ
た。これに対して、本願においては、過圧が加わった場
合に、先ずスト、ブーバーが０リングに接し、封入液の
移動を阻止するので、ベロー１１の変位は、それほど大
きなものとはならない利点を有する。次に、固定電極１
６．１．７と可動電極１２のギャップはその性質上、非
常に小さい。したがって、ベロー１１の変位が小さいと
しても、可動電極１２が、固定電極１６又は１７に衝突
して、可動電極１２が破壊される恐れがある。

本願においては、可動電極１２にオーバーレンジ可撓部
１２１を設けだので、オーバーレンジ可撓部１２１が可
撓変形してベロー１１の変位を吸収し、可動電極が破壊
する恐れのないものが得られる。

なお、上述の実施例においては、スト、プバー１８、１
９とＯリング２８．２９とにより構成されるシール機構
が用いられているが、ベロー１１の変位は大きくなるが
、シール（裂溝はなくてもよいことは勿論である。

以上説明したように、本発明によれば、静圧スパン誤差
、温度スパン誤差、締付はス・くン誤差の少く、電気容
赦の零点調整の容易な差圧測定装置（１１）を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成説明図、第２図は第１
図の要部説明図である。１・・・カプセルユニット、１１・・・ベロー、１１１
・・・自由端、１１２・・・固定端、１２・・・可動電
極、１２１・・・オーバーレンジ可撓部、１２２・・・
溝、１３・・・スペーサー、１４、１５・・・絶縁体、
１４１．１５１・・・固定板、１５２・・・ポル）、１
６．１７・・・固定電極、１６１．１７１・・・零点調
整固定電極、１６１１．１７１１・・・皿ねじ、１６１
２．１７１２・・・ナツト、１６２、１７２・・・零点
調整可動電極、１６２１．１７２１・・・可動電極、１
６２２．１７２２・・・ナツト、１８．１９・・・スト
ップバー、２・・・ハウジングユニット、２１．２２・
・・ハウジング本体、２１１．２２１・・・凹部、２１
礼２２２・・・外平面、２３．２４・・・ゾールダイア
フラム、２３１．２４１・・・室、２８．２９・・・０
リング、３１・・・室、３２．３３・・・連通孔、４，
５・・・封入液、６，７００．カバー、６１．７１・・
・測定室、６１１．７１１°°。導入孔。）ノ（１２）

Claims

【特許請求の範囲】

ベローと該ベローの自由端に該ベローの軸に直交して固
定され該ベローとの固定部分附近に設けられた溝によね
形成されるオーバーレンジ可撓部を有する板状の可動電
極と、該可動電極にそれぞれ対面しリング状のスペーサ
ーを介して対向して配置された板状の絶縁体と該絶縁体
の前記可動電極と対面した面に設けられた固定電極と、
前記絶縁体の外側表面にそれぞれ固定され前記ベローの
固定端と電気的に連通された固定板と、前記固定電極に
連通され前記絶縁体の外側表面にそれぞれ設けられた零
点調整固定筒１極と該零点調整固定電極に対向して前記
固定板に設けられ該零点調整電極と零点調整機構を構成
し該零点調整固定電極との容量を可変できる零点調整可
動電極とからなるカブ七ルユニットと、該カプセル本体
ッ）・を挾持すると共に前記ベローの固定端が固定され
その外側表面に同心状の波型面が形成されたノ・ウジン
グ本体と前記波型面を覆いその周囲が該波型面に固定さ
れ過負荷時に該波型面によりバックアップされるシール
ダイアプラムとを具備するノ為つジングユニソトと、該
シールダイアフラムを覆い該シールダイアフラムと測定
室を構成するカバーとを具備してなる差圧測定装置。