JPS6183930A - 圧力・差圧伝送器 - Google Patents

圧力・差圧伝送器

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JPS6183930A
JPS6183930A JP59204879A JP20487984A JPS6183930A JP S6183930 A JPS6183930 A JP S6183930A JP 59204879 A JP59204879 A JP 59204879A JP 20487984 A JP20487984 A JP 20487984A JP S6183930 A JPS6183930 A JP S6183930A
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pressure
differential pressure
amorphous alloy
group
pressure transmitter
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JP59204879A
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Masashi Sahashi
政司 佐橋
Takao Sawa
孝雄 沢
Susumu Hashimoto
進 橋本
Akira Ishii
明 石井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14Housings
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L13/02Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
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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】 〔発明の技術分野〕 ° 本発明は受圧ダイヤフラムを設けた圧力・差圧伝送
器に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
受圧ダイヤフラムを設けた差圧伝送器としては図に示す
ような構成のものが知られている。
図において、高圧側被測定流体が流入する流入口1aを
有するフランク1と、低圧側被測定流体が流入する流入
口2aを有する7ランジ2とはそれぞれ受圧ダイヤフラ
ム3および4を介してケーシング5,6および7に密着
固定されているうまた、上記ケーシング5,6および7
には上記受圧ダイヤフラム3および4に対向して受圧ダ
イヤプラム座、?A、4Aが設けられている。上記ケー
シング5,6.7は7ランノ1および2に対してシール
部8によって液密にシールされており、また、ケーシン
グ5,6間には中間ダイヤフラム9が介在されている。
そしてこの中間ダイヤフラム9と前記受圧ダイヤフラム
3によって形成される第1の空間10(これはケーシン
グ5両側に形成される)には圧力伝達媒体12Aが充填
され、同様に中間ダイヤフラム9と前記受圧ダイヤフラ
ム4によって形成される第2の空間IJ(これはケーシ
ング6両側に形成される)には圧力伝達媒体12Bが充
填されている。また、前記ケーシング7内には半導体感
圧素子13が設けられていて、この感圧素子13はそれ
ぞれ連通孔14.15を介して上記空間10.11に連
通され、圧力伝達媒体12Aおよび12Bで伝達される
差圧力を検知して電気信号に変換し、リード綜16を介
して外部に出力するようになっている。
上記差圧伝送器において、中間ダイヤフラム9は過大差
圧力を保護する目的で設けられたものであり、その剛性
が受圧ダイヤフラム3,4の剛性に比べて充分大きくな
るように配慮して設計されている。例えば高圧側に、低
圧側に比べて大きい圧力が加わると、中間ダイヤフラム
9は図の右方向に移動し、その撓みによって生じた容積
分だけ受圧ダイヤフラム3が右方向に移動する。さらに
大きな圧力が高圧側に加わると、中間ダイヤフラム9は
更に右方向に移動するが、受圧ダイヤフラム3は受圧ダ
イヤフラム座3Aに着座してそれ以上の移動が起こらな
いので、着座後はさらに大きい圧力が受圧ダイヤフラム
3に加わりても圧力伝達媒体12kには着座時の圧力が
そのまま保持され感圧素子13に対して過大差圧が加わ
り、破損させるおそれはなくなる。受圧ダイヤフラム4
側についても同様のことがいえる。
一方、受圧ダイヤフラム3,4は被測定流体と圧力伝達
媒体12に、12T3を分離するためのもので、圧力を
できる限り損失なく伝えるように、剛性の低いことが望
ましい。
一般的には中間ダイヤフラム9と受圧ダイヤフラム3,
4の剛性比を50:1以上に設定すれば、圧力損失率(
受圧ダイヤフラム3,4の外側の差圧が内側に伝達され
る際の損失の割合)は3.9チ以下となり、実用上差し
支えない程度に向上する。上記のように受圧ダイヤフラ
ム3゜4の剛性を低く抑えるためには板厚を可能な限り
薄くシ、かつ有効径をできるだけ大きくすることが考え
られる。
しかし、従来ダイヤプラムとして用いられているSUS
 316 L等の板厚を薄くして剛性を低くしようとす
ると、材料の加工性、強度の点より50μm程度が限度
といえる。また、有効径を大きくしようとするとケーシ
ング自体も大きくせざるを得す、軽量、小型化の要求に
反し、実用性に乏しい。
更に圧力損失率が低く、シかも使用環境の影響を受けず
、被測定流体に対して優れた耐食性を有する等の特性を
満たすことは、従来の5US316L等の材料では困難
である。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、軽量、
小型で、圧力損失率が低く、更には耐環境性、耐食性に
優れた圧力・差圧伝送器を提供しようとするものである
〔発明の概要〕
本発明者らは下記式に示す受圧ダイヤプラムの圧力−変
位特性、 (ここでPは圧力、Wはダイヤプラムの中心変位量、R
はダイヤプラムの有効半径、tは板厚、Eは縦弾性係数
、qはダイヤフラムの波形状による形状係数である) をもとにして、q p R、を一定条件下での圧力・差
圧伝送器の圧力伝達性に及ぼす縦弾性係数Eの影響につ
いて鋭意研究を行なった。その結果、受圧ダイヤスラム
を構成する弾性金属薄板の縦弾性係数を15000 #
/wn2以下にすると、5US316Lに比べ、同一有
効半径、同一板厚でも圧力損失率が実用上差し支えない
ところまで低下して圧力伝達性が向上し、受圧ダイヤプ
ラムの小径化を達成できることを見出した。
すなわち本発明の圧力・差圧伝送器は、受圧ダイヤプラ
ムを構成する弾性金属薄板の縦弾性係数Eが2000〜
15000 kg/咽であることを特徴とするものであ
る。
本発明において、縦弾性係数を上記範囲としたのは、1
5000kl?廊2を超えるとSUS 316 L(E
 = 20000 ky/=2)よりなる受圧ダイヤフ
ラムによる圧力伝達性と大差がなく、効果が顕著に認め
られないためであり、一方、2000ki2未満である
と剛性が低すぎて強度上の問題より構造材として不適当
となるためである。
本発明に用いる弾性金属薄板としては、例えばアルミニ
ウム合金、チタン合金、ベリリウム合金、銅合金等の結
晶質低弾性金属薄板や液体急冷金属薄板が挙げられるが
、より強度の太きい非晶質合金を用いることが好ましい
このような非晶質合金としては、次式 %式% (ただし、M = Fe 、 CoまたはNiのうち少
なくとも1種、 T=T’ +Zr*Hf +V+NbtTa、Cu+C
r+Au+Ag+Mo、’W、Mn1Re +Ru+R
h+ Ir、Pt+Pd r Sn * Pb * S
b * Bt 、 Y r希土類元素のうち少なくとも
1種、 Z=B 、P!りなるグループとSi+G@+C*At
よりなるグループとのそれぞれのうちから少なくとも1
種、 0≦a≦0.3.10≦m°≦40) で表わされるものを用いると、高強度、高信頼性で小壓
、軽量の高性能圧力・差圧伝送器を得ることができる。
上記非晶質合金を構成する成分のうちM(Fe。
Co + Nl )は強靭低弾性非晶質合金を得るため
の必須成分である。
また、Tは非晶質合金の結晶化温度を上昇させて熱安定
性を向上させ、しかも熱膨張係数の大きさを調整してケ
ーシング材の熱膨張係数の大きさに合わせる作用を有す
るとともに耐食性゛、゛耐熱性を向上させて信頼性の高
い圧力・差圧伝送器を得るのに有効な元素である。Tの
添加量を示す数値aを上記範囲としたのは、aが0.3
を超えると、アモルファス化することが困難になるため
である。Tの各元素は少量の添加により上記作用を示す
が、実用上は0.01≦a≦0.12の範囲とすること
が望ましい。
更に、2のうちB、Pは非晶質合金の製造性を向上せし
める元素であり、Sl、Ge、C,Azは非晶質合金の
結晶化温度を上昇させるとともに縦弾性係数を低くシ、
強靭低弾性特性を得るのに有効な元素である。これらの
両グループからそれぞれ少なくとも1種が選択された2
の添加量を示す数値mを上記範囲としたのは、mが10
未満では強靭低弾性特性が得られず、一方mが40を超
えると非晶質合金の製造が困難となるためである。
また、次式 %式% (ただし、M’= Fe又はCoのうち少なくとも1種
、 T’=Tt 、V、Mn、zr、Nb、Mo、Hf、T
a、W、希土類元素のうち少なくとも1種、 Z=B 、Pよりなるグループと81.Ge、C。
Atよりなるグループとのそれぞれのうちから少なくと
も1種、 M’=Feのときb≦0.3 、M’=Coのときb≦
0.4.0≦C≦0.3.10≦m≦40) で表わされる非磁性のN1基非晶質合金を用いた場合に
は、優れた圧力伝達性を示すとともに環境による圧力伝
達性の変化が小さい。なお、非磁性とは使用される環境
下で強磁性体でないことを意味する。
上記非晶質合金を構成する成分のうちM’(Fe。
Co)の添加量を示す数値すは、Feの場合0.3以下
、coの場合0.4以下であり、いずれも含まなくても
よい。これらの成分M′が上記範囲を超えると、非晶質
合金のキーリ一温度が高くなり、縦弾性係数が磁場によ
って大きく変化するので、圧力・差圧伝送器としての優
れた特性が得られなくなる。
また、T′は主に非晶質合金の耐熱性及び機械的特性を
向上させる元素である。T′の添加量を示す数値Cが0
.3を超えると、アモルファス化することが困難である
更に、2の添加理由、添加量の限定理由は前述したと同
様である。
なお、T′の添加量を示す数値CがO≦C≦0.20.
2の添加量を示す数値mが12≦m≦30の範囲の非晶
質合金を用いた場合には、特に耐環境性に優れている。
また、次式 %式% (ただし、M = Fe 、 Co又はNlのうち少な
くとも1種、 T”= Cr 、 Cu 、白金族元素のうち少なくと
も1種、 Z=B 、PよりなるグループとSi、Ge、C。
Atよりなるグループとのそれぞれのうちから少なくと
も1種、 0.02≦d≦0.30,10≦m≦40)で表わされ
る非晶質合金を用いれば、優れた圧力伝達性を示すとと
もに、優れた耐食性を示す。
上記非晶質合金を構成する成分のうちT“は、非晶質合
金の耐食性を改善する作用を有する元素である。その添
加量を示す数値dを上記範囲としたのは、dが0.02
未満では耐食性を改善する効果が小さく、一方dが0,
20を超えるとアモルファス化が困難となるためである
。また、2の添加理由、添加量の限定理由は前述したと
同様である。
更に、次式 %式% (ただし、M’= Fe又はCoのうち少なくとも1種
、 T’=Ti rVrMn*Zr、NbrMo*Hf 、
Ta、W、希土類元素のうち少なくとも1種、 Z=B 、PよりなるグループとSi+Ge+C+At
よりなるグループとのそれぞれのうちから少なくとも1
種、 M’=Fsのときe≦0.3 、M’=Coのときe≦
0,4、O≦f≦0.20,0.02≦g≦0.20.
0.02≦f+g≦0.30.10≦m≦40)で表わ
される非磁性のNl基非晶質合金を用いれば、優れた圧
力伝達性を示すとともに、優れた耐環境性及び耐食性を
示す。
〔発明の実施例〕  ゛ 以下、本発明の詳細な説明する。実施例1〜10及び比
較例1〜3、 第1表に示す組成を有する幅約50m、平均板厚30μ
mの非晶質合金薄帯を単ロール法により作成した。これ
らの非晶質合金薄帯より直径40禦の円形薄帯を打ち抜
き、図に示す受圧ダイヤフラム3,4を作成した。次い
で、これら受圧ダイヤフラム3,4をケーシング5,6
゜7に溶接によシ接合し、シール部8で液密に保持した
状態で727ジ1,2を取付けて差圧伝送器を製作した
。なお、比較例1は受圧ダイヤフラム3,4として従来
のSUS 316 Lを用いたものでちる。また、差圧
伝送器の受圧ダイヤフラムの有s’h径は30Il11
1である。
作製された各々の差圧伝送器について縦弾性係数、引張
強さ、圧力伝達性(圧力損失率)を調べた。その結果を
第1表に併記する。なお、縦弾性係数及び引張強さは引
張試験機(インストロン)により求めた値である。また
、圧力損失率は次式 %式%) 圧力損失率(%)=   差圧入力   X100によ
り計算した。
第1表から明らかなように比較例1〜30弾性金属薄板
はいずれも縦弾性係数が150001QF/1m2を超
えているので、これらを受圧ダイヤフラムとして用いた
差圧伝送器は圧力損失率が大きく実用的ではない。これ
に対して実施例1〜10の非晶質合金薄板は縦弾性係数
が2000〜15000 k+?/fiの範囲であり、
これらを受圧ダイヤフラムとして用いた差圧伝送器は圧
力損失率が小さく、有効径30憫と小型であっても、大
用上差し支えない圧力伝達性を示す。
実施例11 非磁性のNi基非晶質合金を用いた場合の圧力伝達性を
調べるために (”0.85 FeO,05NbO,10)78 S’
10 BTo ”2なる組成を有する幅50喝、平均板
厚30μmの非晶質合金薄帯を単ロール法により作成し
た。この非晶質合金は液体ヘリウム温度まで常磁性体で
ある。
この非晶質合金薄帯より直径40mの円形薄帯を打ち抜
き、これを受圧ダイヤフラムとして上記と同様に受圧ダ
イヤフラムの有効径30rmの差圧伝送器を製作した。
この差圧伝送器の圧力損失率を調べたところ、2.0%
であった。従来のSUS 316 Lを受圧ダイヤフラ
ムとして用いた差圧伝送器は、受圧ダイヤフラムの有効
径30鰭のもので圧力損失率5.0%で実用的ではなく
、実用されている有効径60mのものでも圧力損失率が
2.5チであるのと比較すると、小型で高性能の差圧伝
送器が得られた。
実施例12.13 耐環境性を調べるために第2表に示す組成を有する@5
0fi、平均板厚50μmの非晶質合金薄帯を単ロール
法により作成した。なお、実施例12の非晶質合金は液
体ヘリウム温度まで常磁性体であり、実施例13の非晶
質合金のキュリ温度は350℃であった。これらの非晶
質合金薄帯を用い、上記と同様にして受圧ダイヤスラム
の有効径30mの差圧伝送器を製作した。
これら2埋の差圧伝送器と従来のSUS 316 Lを
用いた差圧伝送器(受圧ダイヤフラムの有効径60 m
 )を、磁場の強さの異なる5つの環境下に設置し、出
力信号値及び出力変動幅を調べた。なお、出力変動幅は
出力信号値の平均値を基準として規格化したものである
。これらの結果を第2表に併記する。
第2表から明らかなように実施例12.13の差圧伝送
器は、実用されている差圧伝送器(比較例4)と同等か
それ以上の出力信号値を示している。しかし、実施例1
3のものは特に磁場のある環境下では出力の並動が大き
いのに対し、実施例12のものは環境によらず極めて安
定した特性を示しており、耐環境性が良好である。
実施例14〜17 第3表に示す組成を有する平均板厚50μmのN1基非
晶質合金を単ロール法により作成した。
これらの非晶質合金はいずれも液体ヘリウム温度まで常
磁性体である。これらの非晶質合金薄帯を用い、上記と
同様にして受圧ダイヤフラムの有効径30曙の差圧伝送
器を製作した。なお、比較例1はSUS 316 Lを
、比較例2は”80B2[]なる組成の非晶質合金をそ
れぞれ用いて製作した差圧伝送器である。
これらの差圧伝送器を磁場め強さの異なる5つの環境下
に設置し、圧力損失率を調べた。これらの結果を第3表
に併記する。
第3表から明らかなように、比較例1,2の差圧伝送器
は圧力損失率が大きく、その変動も大きいのに対し、実
施例14〜17の差圧伝送器はいずれも圧力損失率が小
さく、その変動”°゛も小さい。
実施例18〜25 第4表に示す組成を有する平均板厚30μmの非晶質合
金薄帯を作成し、上記と同様に受圧ダイヤフラムの有効
径30mの差圧伝送器を製作した。なお、比較例1はS
US 316 Lを、比較例2は”80820非晶質合
金を用いて製作された差圧伝送器である。
これらの差圧伝送器を用いて、各種の被測定液の差圧を
測定し、圧力損失率を調べた。また、各ダイヤフラムを
各種液体に浸漬して腐食の程度を調べた。これらの結果
を第4表に併記する。
第4表に示すように5US316L(比較例1)及びF
80B20(比較例2)からなるダイヤプラムはある種
の液体に腐食された形跡がみられ、比較例2は腐食の度
合が最も著しかった。これに対して実施例18〜25の
差圧伝送器に用いられるダイヤフラムはどの液体にも優
れた耐食性を示した。また、実施例18〜25の差圧伝
送器はいずれも圧力損失率が低く、その変動も実施例2
1のもので若干大きい程度で、それ以外は非常に小さい
ものであった。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、軽量、小型でも圧力
伝達性が良好で、更には耐環境性、耐食性に優れた圧力
・差力伝送器を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
図は差圧伝送器本体の断面図である。 1.2・・・72ンジ、1m、2m・・・流入口、3゜
4・・・受圧ダイヤフラム、3A、4A・・・受圧ダイ
ヤフラム座、s、eev・・・ケーシング、8・・・シ
ール部、9・・・中間ダイヤフラム、10・・・第1の
空間、11・・・第2の空間、12に、12B・・・圧
力伝達媒体、13・・・半導体感圧素子、14.15・
・・連通孔、16・・・リード線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)弾性金属薄板よりなる受圧ダイヤフラムを設け、
    被測定流体の圧力を検出して電気信号に変換し、外部に
    出力する感圧素子を備えた圧力・差圧伝送器において、
    前記弾性金属薄板の縦弾性係数Eが2000〜1500
    0kg/mm^2であることを特徴とする圧力・差圧伝
    送器。 (2)弾性合金薄板として液体急冷合金薄板を用いたこ
    とを特許請求の範囲第1項記載の圧力・差圧伝送器。 (3)弾性合金薄板として非晶質合金を用いたことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の圧力・
    差圧伝送器。 (4)非晶質合金が、次式 (M_1_−_aT_a)_1_0_0_−_mZ_m
    (ただし、M=Fe、CoまたはNiのうち少なくとも
    1種、 T=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cu、Cr、
    Au、Ag、Mo、W、Mn、Re、Ru、Rh、Ir
    、Pt、Pd、Sn、Pb、Sb、Bi、Y、希土類元
    素のうち少なくとも1種、 Z=B、PよりなるグループとSi、Ge、C、Alよ
    りなるグループとのそれぞれのうち から少なくとも1種、 0≦a≦0.3、10≦m≦40) で表わされることを特徴とする特許請求の範囲第3項記
    載の圧力・差圧伝送器。 (5)非晶質合金が、次式 (Ni_1_−_b_−_cM′_bT′_c)_1_
    0_0_−_mZ_m(ただし、M′=Fe又はCoの
    うち少なくとも1種、 T′=Ti、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta
    、W、希土類元素のうち少なくとも1種、 Z=B、PよりなるグループとSi、Ge、C、Alよ
    りなるグループとのそれぞれのうち から少なくとも1種、 M′=Feのときb≦0.3、M′=Coのときb≦0
    .4、0≦c≦0.3、10≦m≦40) で表わされる非磁性の非晶質合金であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項記載の圧力・差圧伝送器。 (6)非晶質合金が、次式 (Ni_1_−_b_−_cM′_bT′_c)_1_
    0_0_−_mZ_m(ただし、M′=FeまたはCo
    のうち少なくとも1種、 T′=Ti、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta
    、W、希土類元素のうち少なくとも1種、 Z=B、PよりなるグループとSi、Ge、C、Alよ
    りなるグループとのそれぞれのうち から少なくとも1種、 M′=Feのときb≦0.3、M′=Coのときb≦0
    .4、0≦c≦0.2、12≦m≦30) で表わされる非磁性の非晶質合金であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第5項記載の圧力・差圧伝送器。 (7)非晶質合金が、次式 (M_1_−_dT″_d)_1_0_0_−_mZ_
    m(ただし、M=Fe、Co又はNiのうち少なくとも
    1種、 T″=Cr、Cu、白金族元素のうち少なくとも1種、 Z=B、PよりなるグループとSi、Ge、C、Alよ
    りなるグループとのそれぞれのうち から少なくとも1種、 0.02≦d≦0.30、10≦m≦40)で表わされ
    る耐食性に優れた非晶質合金であることを特徴とする特
    許請求の範囲第3項記載の圧力・差圧伝送器。 (8)非晶質合金が、次式 (Ni_1_−_e_−_f_−_gM′_eT′_f
    T″_g)_1_0_0_−_mZ_m(ただし、M′
    =Fe又はCoのうち少なくとも1種、T′=Ti、V
    、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、希土類元
    素のうち少なくとも1種、 T″=Cr、Cu、白金族元素のうち少なくとも1種、 Z=B、PよりなるグループとSi、Ge、C、Alよ
    りなるグループとのそれぞれのうち から少なくとも1種、 M′=Feのときe≦0.3、M′=Coのときe≦0
    .4、0≦f≦0.20、0.02≦g≦0.20、0
    .02≦f+g≦0.30、10≦m≦40)で表わさ
    れる非磁性で耐食性に優れた非晶質合金であることを特
    徴とする特許請求の範囲第3項記載の圧力・差圧伝送器
JP59204879A 1984-09-29 1984-09-29 圧力・差圧伝送器 Pending JPS6183930A (ja)

Priority Applications (5)

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