(57)【要約】圧力トランスミッタ（１０）が提供される。圧力トランスミッタ（１０）は、それぞれ可撓性ダイヤフラム（７０，７２）を有する一対のプロセス流体圧力ポート（１４，１６）を含む圧力センサ（６０）を含む。第１可変コンデンサは、圧力センサ（６０）内に配置され、プロセス流体ポート（１４，１６）間の差圧によって変動する静電容量値を有する。第２可変コンデンサは、圧力センサ（６０）内に配置され、管路の圧力によって変動する静電容量値を有する。
2011503576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のプロセス流体圧力ポートであって、各ポートが、プロセス流体への露出に適合する可撓性ダイヤフラムを有するポートと、
圧力センサ内に配置され、各プロセス流体ポート間の差圧によって変動する静電容量値を有する第１可変コンデンサであって、少なくとも一つの可撓性ダイヤフラムに動作可能に結合する少なくとも一つの静電容量プレートによって形成される第１可変コンデンサと、
圧力センサ内に配置され、管路の圧力によって変動する静電容量値を有する第２可変コンデンサであって、少なくとも一方の可撓性ダイヤフラムに動作可能に結合する少なくとも一つの静電容量プレートによって形成される第２可変コンデンサと
を含む圧力センサと、
プロセス通信ループに結合可能であって、ループを介して通信するように構成されるループ通信機と、
ループ通信機に結合するコントローラと、
プロセス通信ループを介して、差圧および管路の圧力の表示のうち少なくとも一方を提供するために、コントローラおよび圧力センサに結合する測定回路と
を含む、圧力トランスミッタ。
【請求項２】
プロセス通信ループに結合可能であって、プロセス通信ループから受けるエネルギによって圧力トランスミッタに全面的に電力供給するように構成される、電力モジュールをさらに含む、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項３】
ループ通信機が、プロセス工業プロトコルによって通信するように構成される、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項４】
一対の可撓性ダイヤフラムが、互いに軸方向に整列している、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項５】
可撓性ダイヤフラムが、ソリッドな支柱によって互いに結合する、請求項４記載の圧力トランスミッタ。
【請求項６】
一対の可撓性ダイヤフラムが、実質的に同じ平面に配置される、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項７】
可撓性ダイヤフラムが、ソリッドな支柱によって互いに結合する、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項８】
支柱が、過圧撓みを抑制するように構成されるフランジを含む、請求項７記載の圧力トランスミッタ。
【請求項９】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームに結合しており、横ビームが、そこに従属するパドル部材を有する垂直ビームに跨り、パドル部材が複数の静電容量プレートを有し、各静電容量プレートが異なる可変コンデンサの一部を形成する、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１０】
一対のプロセス流体圧力ポート間の差圧の変化が、パドル部材の回転を生成する、請求項９記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１１】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームおよび片持ちビーム部に結合し、各片持ちビーム部が、それぞれ、静電容量プレートを有する傾斜部に結合してその静電容量プレートは傾斜部上に配置され、傾斜部上の静電容量プレートが第１可変コンデンサを形成し、少なくとも一つの片持ちビーム部が、底面に配置される追加の静電容量プレートを有し、可撓性ダイヤフラムに隣接して配置される固定された静電容量プレートと協働して第２可変コンデンサを形成する、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１２】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームおよび片持ちビーム部に結合し、各片持ちビーム部が下面に静電容量プレートを有するものであって、
一方の垂直ビームが他方の垂直ビームより短いため、片持ちビーム部が互いに重なるものであって、
短い方の垂直ビームに結合する片持ちビーム部が、その上面に静電容量プレートを有して、他方の片持ちビーム部上の静電容量プレートと協働して、第１可変コンデンサを形成し、
静電容量プレートが、可撓性ダイヤフラムに隣接して固定的に搭載されて、短い方の垂直ビームへの片持ちビーム部の下面の静電容量プレートと協働して、第２可変コンデンサを形成する、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１３】
管路の圧力が、一方のプロセス流体圧力ポートからの圧力を表す、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１４】
一対のプロセス流体圧力ポートであって、各ポートが、プロセス流体への露出に適合する可撓性ダイヤフラムを有するポートと、
第１可撓性ダイヤフラムに結合する第１ビーム、および、第２可撓性ダイヤフラムに結合する第２ビームと、
第１および第２ビームに動作可能に結合し、かつ、歪みによって変化する電気的パラメータを有するように構成される歪み検出エレメントと、
第１プレートが、第１および第２可撓性ダイヤフラムに隣接して固定的に搭載され、第２プレートが、第１および第２ビームの一方に動作可能に結合する、一対の静電容量プレートの間に形成される可変コンデンサと
を含む圧力センサと、
プロセス通信ループに結合可能であって、ループを介して通信するように構成されるループ通信機と、
ループ通信機に結合するコントローラと、
プロセス通信ループを介して、差圧および管路の圧力の表示のうち少なくとも一方を提供するために、コントローラおよび圧力センサに結合する測定回路と
を含む、圧力トランスミッタ。
【請求項１５】
一対のプロセス流体圧力ポートであって、各ポートが、プロセス流体への露出に適合する可撓性ダイヤフラムを有するポートと、
圧力センサ内に配置され、各プロセス流体ポート間の差圧によって変動する静電容量値を有する第１可変コンデンサであって、少なくとも一方の可撓性ダイヤフラムに動作可能に結合する少なくとも一つの静電容量プレートによって形成される第１可変コンデンサと、
圧力センサ内に配置され、管路の圧力によって変動する静電容量値を有する第２可変コンデンサであって、少なくとも一方の可撓性ダイヤフラムに動作可能に結合する少なくとも一つの静電容量プレートによって形成される第２可変コンデンサと
を含む、圧力センサ。
【請求項１６】
一対の可撓性ダイヤフラムが、互いに軸方向に整列している、請求項１５記載の圧力センサ。
【請求項１７】
可撓性ダイヤフラムが、ソリッドな支柱によって互いに結合する、請求項１６記載の圧力センサ。
【請求項１８】
一対の可撓性ダイヤフラムが、実質的に同じ平面に配置される、請求項１５記載の圧力センサ。
【請求項１９】
可撓性ダイヤフラムが、ソリッドな支柱によって互いに結合する、請求項１５記載の圧力センサ。
【請求項２０】
支柱が、過圧撓みを抑制するように構成されるフランジを含む、請求項１９記載の圧力センサ。
【請求項２１】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームに結合しており、横ビームが、そこに従属するパドル部材を有する垂直ビームに跨り、パドル部材が複数の静電容量プレートを有し、各静電容量プレートが異なる可変コンデンサの一部を形成する、請求項１５記載の圧力センサ。
【請求項２２】
一対のプロセス流体圧力ポート間の差圧の変化が、パドル部材の回転を生成する、請求項２１記載の圧力センサ。
【請求項２３】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームおよび片持ちビーム部に結合し、各片持ちビーム部が、それぞれ、静電容量プレートを有する傾斜部に結合してその静電容量プレートは傾斜部上に配置され、傾斜部上の静電容量プレートが第１可変コンデンサを形成し、少なくとも一つの片持ちビーム部が、底面に配置される追加の静電容量プレートを有し、可撓性ダイヤフラムに隣接して配置される固定された静電容量プレートと協働して第２可変コンデンサを形成する、請求項１５記載の圧力センサ。
【請求項２４】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームおよび片持ちビーム部に結合し、各片持ちビーム部が下面に静電容量プレートを有するものであって、
一方の垂直ビームが他方の垂直ビームより短いため、片持ちビーム部が互いに重なるものであって、
短い方の垂直ビームに結合する片持ちビーム部が、その上面に静電容量プレートを有して、他方の片持ちビーム部上の静電容量プレートと協働して、第１可変コンデンサを形成し、
静電容量プレートが、可撓性ダイヤフラムに隣接して固定的に搭載されて、短い方の垂直ビームに取り付けられた片持ちビーム部の下面の静電容量プレートと協働して、第２可変コンデンサを形成する、請求項１５記載の圧力センサ。
【請求項２５】
一対のプロセス流体圧力ポートであって、各ポートが、プロセス流体への露出に適合する可撓性ダイヤフラムを有するポートと、
第１可撓性ダイヤフラムに結合する第１ビーム、および、第２可撓性ダイヤフラムに結合する第２ビームと、
第１および第２ビームに動作可能に結合し、かつ、歪みによって変化する電気的パラメータを有するように構成される歪み検出エレメントと、
第１プレートが、第１および第２可撓性ダイヤフラムに隣接して固定的に搭載され、第２プレートが、第１および第２ビームの一方に動作可能に結合する、一対の静電容量プレートの間に形成される可変コンデンサと
を含む圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
工業プロセス環境において非常に有用になってきた一つの装置が、圧力トランスミッタである。圧力トランスミッタは、プロセス容器内の流体圧力を検出して、その圧力を示す電気信号を制御システムに提供する装置である。一般的に、圧力トランスミッタは、差圧または管路の圧力を測定できる圧力センサを有する。差圧は、二つの圧力ポートの間の圧力の差である。管路の圧力は、その圧力ポートのいずれか一つの圧力である。いくつかの場合において、圧力センサは、そこに加えられる圧力に応じて撓む可撓性ダイヤフラムを含み、そのダイヤフラムの上、またはそれに取り付けられ、ダイヤフラムの撓みおよびそれによる圧力に応じてその電気的特性が変動する電気的構造体を有する。静電容量式圧力センサを用いる圧力トランスミッタは、一般的に圧力センサの静電容量値を増加させてセンサ分解能を増加させる誘電性充填流体で充填される。しかしながら、このようなセンサが漏れを起こした場合には、シリコーンオイルである場合もある誘電性充填流体がシステムに流出し、それによって、生成物またはプロセス流体自体を汚染する。
【発明の概要】
【０００２】
圧力トランスミッタが提供される。圧力トランスミッタは、それぞれ可撓性ダイヤフラムを有する一対のプロセス流体圧力ポートを含む圧力センサを含む。第１可変コンデンサは、圧力センサ内に配置され、各プロセス流体ポート間の差圧によって変動する静電容量値を有する。第２可変コンデンサは、圧力センサ内に配置され、管路の圧力によって変動する静電容量値を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】プロセス設備において動作する差圧トランスミッタの概略図である。
【図２】本発明の実施形態による差圧トランスミッタのブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による、差圧および管路の圧力を組み合わせたセンサの部分断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態による、差圧および管路の圧力を組み合わせたセンサの概略図である。
【図５Ａ】図４に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図５Ｂ】図４に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図５Ｃ】図４に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態による、差圧および管路の圧力を組み合わせたセンサの概略図である。
【図７Ａ】図６に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図７Ｂ】図６に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図７Ｃ】図６に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態による、差圧および管路の圧力のセンサの概略図である。
【図９Ａ】図８に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図９Ｂ】図８に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図９Ｃ】図８に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による、差圧および管路の圧力のセンサの概略図である。
【図１１Ａ】図１０に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図１１Ｂ】図１０に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【図１１Ｃ】図１０に示されるセンサの異なるシステム圧力に対するさまざまな反応の説明図である。
【０００４】
図示された実施形態の詳細な説明
図１は、清浄プロセス設備において動作する差圧トランスミッタの概略図である。差圧トランスミッタ１０は、一対のプロセス流体圧力導管またはタップ１４，１６を介してプロセス流体容器（配管１２として概略的に図示される）に動作可能に結合する。各タップ１４および１６は、配管１２を通るプロセス流体の流れをある程度狭窄する、流れ狭窄部１８の両側に配置され、それによってプロセス流体の流量に関連する、狭窄部１８を跨ぐ差圧を生成する。配管として概略的に図示されているが、プロセス流体容器１２は、プロセス流体を保存および／または運搬可能な任意の適切なプロセス容器であることができる。加えて、本明細書で用いられるプロセス流体としては、任意のプロセス気体または液体を意味することを意図している。差圧トランスミッタ１０は流れ狭窄部１８の両側に結合する差圧ポートを有するように図示されているが、差圧トランスミッタのさまざまな他の使用も考慮される。
【０００５】
トランスミッタ１０は、プロセス通信ループ２２を介して制御室２０と電気的に結合する。平易にするため、プロセス通信ループ２２は一対の導体を有するように図示されるが、現実には、任意の適切な数の導体を有してよい。加えて、平易にするために、制御室２０は単に電圧源および直列抵抗として図示される。現実には、コントローラ２０は、多くのコントローラおよび電力源を有する、またはそれらからなる複雑な制御室であってよい。
【０００６】
充填流体の漏れの潜在的に望ましくない影響を低減するために、より詳細には後述するように、差圧トランスミッタ１０は任意の充填流体を含まない。したがって、プロセス流体それ自体が、プロセス流体圧力ポート１４，１６を介して差圧トランスミッタ１０内にある、またはそれに結合する、差圧セルに直接作用する。
【０００７】
図２は、本発明の実施形態による圧力トランスミッタ１０のブロック図である。トランスミッタ１０は、プロセス通信ループ２２に結合するようにそれぞれ適合した電力モジュール５０およびループ通信機５２を含む。電力モジュール５０は、ループ２２からのエネルギを受け、差圧トランスミッタ１０のすべての構成要素に電力を供給する。ループ通信機５２は、ループ通信機５２が、ループ２２から受けたプロセス通信信号を示すデータをコントローラ５６に供給するように、コントローラ５６に結合する。逆に、ループ通信機５２は、コントローラ５６からデータを受信して、ループ２２上に適切なプロセス通信信号を生成することができる。
【０００８】
ループ通信機５２は、プロセス通信工業規格プロトコルによるプロセス通信ループ２２上で適切な信号を生成するように適合した、任意の適切な装置であることができる。このようなプロセス工業通信プロトコルの適切な例は、High way Addressable Remote Transducer（ＨＡＲＴ（登録商標））プロトコル、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）、または、任意の他の適切なプロトコルを含む。加えて、電力モジュール５０とループ通信機５２との協働のおかげで、トランスミッタ１０は、そこから電力を受けるのと同じ接続を介して、少なくともいくつかの実施形態において通信可能である。用途によって、ループ通信機５２は、ワイヤレスネットワーキング技術（たとえば、California州IrvineのLinksysによって構築されたIEEE 802.11bワイヤレスアクセスポイントおよびワイヤレスネットワーキング装置）、セルラもしくはデジタルネットワーキング技術（たとえば、California州San JoseのAeris Communications社のMicroburst（登録商標））、ウルトラワイドバンド、フリーオプティクス、グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーション（ＧＳＭ）、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、スペクトル拡散技術、赤外線通信技術、ＳＭＳ（short messaging service/text messaging）または任意の他の適切なワイヤレス技術を含むが、これらに限定されない任意の適切なワイヤレス通信プロトコルによる通信に適合するワイヤレストランシーバであってよく、または、それを含んでよい。加えて、または、代替として、ループ通信機５２は、Hart Communication Foundationによって発行された新ワイヤレスＨＡＲＴ（登録商標）仕様による通信に適合できる。ワイヤレスＨＡＲＴ（登録商標）仕様の関連箇所は、HCF_Spec 13, revision 7.0；ＨＡＲＴ仕様６５−ワイヤレス物理層仕様；ＨＡＲＴ仕様７５−ＴＤＭＡデータリンク層仕様（ＴＤＭＡとは、時分割多重アクセス（Time Division Multiple Access）のことである）；ＨＡＲＴ仕様８５−ネットワーク管理仕様；ＨＡＲＴ仕様１５５−ワイヤレスコマンド仕様；およびＨＡＲＴ仕様２９０−ワイヤレス装置仕様を含む。
【０００９】
さらに、複数のトランスミッタが互いのワイヤレス動作範囲内で共存できるような、公知のデータ衝突技術を用いることができる。このような衝突防止は、多数の異なる無線周波数チャネルおよび／またはスペクトル拡散技術の使用を含むことができる。
【００１０】
コントローラ５６は、センサ６０に結合する測定回路５８に結合する。測定回路５８は、センサ６０の一つ以上の変動する電気的特性を測定し、プロセス流体の差圧および／または管路の圧力を示すデータをコントローラ５６に供給する適切な回路を含む。好ましくは、測定回路５８は、圧力センサ６０内の一つ以上の静電容量値を、コントローラ５６に伝送されるデジタルデータに変換するのに適合した、少なくとも一つのアナログ−デジタル変換器を含む。圧力センサ６０は、第１および第２プロセス流体圧力ポート１４，１６それぞれに動作可能に結合し、一般的に、ポート１４，１６の間に存在する差圧によって変動する少なくとも一つの電気的特性を有し、ポート１４，１６の一方または両方の中に存在する管路の圧力によって変動する電気的特性を有する。好ましくは、差圧センサ６０は、一対の可変静電容量値；差圧によって変動する第１静電容量値、および管路の圧力によって変動する第２静電容量値を生成する多数の静電容量プレートをその内部に有する。通常、測定する管路の圧力はＰ１だが、用途によってはＰ２でもよい。
【００１１】
図３は、本発明の実施形態による、清浄な環境で使用するための圧力センサ６０の部分断面図である。図３は断面であるが、センサ６０の３次元的形状は、本質的に円形であることが好ましい。しかしながら、本発明の実施形態によれば、他の形状、たとえば長方形または正方形などの形状を用いることができる。圧力センサ６０は、その内部でプロセス流体が可撓性ダイヤフラム７０，７２それぞれを直接圧迫する、第１および第２のプロセス流体ポート１４，１６を含む。可撓性ダイヤフラム７０，７２は、好ましくは、軸方向に整列した円形ダイヤフラムであって、ソリッドな支柱７４を介して互いに結合する。支柱７４は、少なくとも軸方向には、非圧縮性であり、そのためダイヤフラム７０，７２の動きは常に共に関連付けられる。したがって、ポート１４（Ｐ１）内の圧力がポート１６（Ｐ２）内の圧力を超える場合、ダイヤフラム７０，７２が撓んで支柱７４はわずかに右へ動くだろう。逆に、ポート１６（Ｐ２）内の圧力がポート１４（Ｐ１）内の圧力を超える場合、ダイヤフラム７０および７２は、支柱７４と共に、左へ動くだろう。支柱７４の端部７５および７７は、好ましくは溶接を用いて、それぞれダイヤフラム７０，７２に取り付けられる。製造を容易にするため、テーパ状の穴７９，８１が、組み立て中、それぞれ端部７５，７７をガイドする。
【００１２】
図３に図示されるように、センサ６０は、一対の可変コンデンサを含む。静電容量プレート７６，７８の間に形成される第１可変コンデンサは、支柱７４の動き（左−右）に対して変動する静電容量値を有する。したがって、プレート７６，７８の間の静電容量値は、ポート１４，１６間に存在する差圧に直接的に反応する。センサ６０は、それぞれ可撓性ダイヤフラム７０，７２に関して可変コンデンサを形成する静電容量プレート８０，８２も含む。導電性の可撓性ダイヤフラム７０，７２とともに静電容量プレート８０，８２を利用することで、プレート８０，８２とそれぞれの可撓性ダイヤフラムとの間のそれぞれのギャップの表示を提供することができる。たとえば、リード線８４，８６を跨ぐ静電容量値を測定することは、静電容量プレート８２および可撓性ダイヤフラム７２の間のギャップ８８に関する表示を提供する。この静電容量値測定は、ダイヤフラム７２に加えられる圧力を判定するのに使用でき、そのため管路の圧力を測定する手段を提供できる。同様に、リード線９０，９２の間で測定された静電容量が、静電容量プレート８０および可撓性ダイヤフラム７０の間のギャップ９４の表示を提供する。したがって、この静電容量値測定は、ダイヤフラム７０に加えられる圧力を判定するのに使用でき、そのため管路の圧力測定値を提供できる。
【００１３】
製造を容易にするため、センサ６０は、好ましくは、多数の異なる部分から形成される。具体的には、センサ６０は、第１圧力インレット部９６、第２圧力インレット部９８、第１差圧セルハーフ部１００、および、第２差圧セルハーフ部１０２を含む。第１圧力インレット部９６は、インタフェース１０４において、第１差圧セルハーフ部１００に結合する。同様に、第２圧力インレット９８は、インタフェース１０６において、第２差圧セルハーフ部１０２に結合する。最終的に、差圧セルハーフ部１００，１０２は、インタフェース１０８において共に結合する。好ましくは、すべての部分９６，９８，１００，１０２が、高張力耐食材料、たとえば、Uddeholm Tool Steelsから入手可能なStavax（登録商標）、Carpenter Technology Corprationから入手可能なCustom 455および／またはCustom 465ステンレス鋼、Haynes Internationalから入手可能なHastelloy（登録商標）、または、Elgiloy Limited Partnershipから入手可能なElgiloy（登録商標）から形成される。これらは、優れた弾性を有するステンレス鋼である。加えて、適切なセラミックも同様に使用でき、アルミナ、ＹＴＺＰ、General Electric Companyから入手可能なLucalox（登録商標）、および／または、Surmet Corporationから入手可能なAlon（商標）を含むが、これに限定されない。可撓性ダイヤフラム７０，７２は、好ましくは、部分９６，９８内に直接機械加工され、圧力が加えられるといつでも、内側に撓む。
【００１４】
差圧センサ６０は、過圧の場合に対して、容易に耐えて力強く反応するように構成される内部構造体も有する。具体的には、支柱７４が、左または右への大きすぎる変位が起こる場合、それぞれ、表面１１２または１１４を圧迫するフランジ１１０を含む。たとえば、圧力Ｐ１が非常に大きく（差圧過圧）圧力Ｐ２を超える場合、ダイヤフラム７０および７２は、支柱７４と同様に、フランジ１１０が第２圧力ハーフ部１０２の表面１１４と接触するまで右へ撓むだろう。いったんこのような接触が起こると、追加で撓むことなく、ポート１４に与えられた任意の追加圧力に単に耐えるだろう。プレート８０，８２から可撓性ダイヤフラムまでのギャップの静電容量値は、ある程度、測定できるので、それらの測定値は差圧の測定を確認するため、またはそうでなければ冗長性を提供するために用いることができる。
【００１５】
図４は、本発明の他の実施形態による、差圧センサ２６０の部分概略図である。圧力センサ２６０は、センサ６０（図３に関して上述した）とは、圧力ポート１４，１６が実質的に互いに同じ面に存在している点において異なる。そのため、図４に図示される実施形態は、コプラナー差圧センサである。圧力センサ２６０は、プロセス流体に直接的に結合する一対の可撓性ダイヤフラム２７０，２７２をさらに含む。図４は互いから隔離されたプロセス流体ポート１４，１６を示していないが、適切なマニホールドまたは他のプロセス配管が圧力センサ２６０に結合する場合、ポート１４，１６は互いから隔離される。可撓性ダイヤフラム２７０は第１ビーム２７４に結合し、その一方で、可撓性ダイヤフラム２７２は第２ビーム２７６に結合する。加えて、横ビーム２７８が第１および第２ビーム２７４，２７６に結合し、一対の静電容量プレート２８２，２８４を含む下向き延伸部、またはパドル２８０を含む。各静電容量プレート２８２，２８４は、それぞれ、固定されたＬ字部２９０上に搭載される静電容量プレート２８６，２８８を有する可変静電容量値を形成する。図４に図示される配置は、管路の圧力または差圧による部材２８０の異なる種類の動きを提供する。このような動きは、図５Ａ〜５Ｃに図示されている。
【００１６】
図５Ａは、管路の圧力を増加する一方で、差圧を一定にしたままにする状況を図示している。このような状況において、ビーム２７４，２７６および２７８は、点線で図示される位置から実線で図示される位置への相対的な変位を受ける。そのため、パドル２８０は垂直に動く。これは、プレート２８４，２８８間の可変静電容量値を変化させる一方で、プレート２８２および２８６間の静電容量値を実質的に不変のままにする。そのため、管路の圧力の変動が第１可変静電容量値として登録され、その一方で、第２可変静電容量値は差圧の変化が起きなかったことを表示する。図５Ｂにおいて、ポート１４における圧力（Ｐ１）がポート１６における圧力（Ｐ２）を超えて、ビーム２７４はビーム２７６に対して持ち上げられる。この揺動作用は、パドル２８０に、少なくともある程度の時計回りの回転を生じさせ、それによって静電容量プレート２８２，２８６間のギャップを変化させる。しかしながら、静電容量プレート２８４および２８８間のギャップは、実質的に不変である。
【００１７】
その反対の状態が、図５Ｃに図示されている。具体的には、Ｐ２がいくらかの量だけＰ１を超える差圧が生成され、それによってビーム２７４と比較したビーム２７６の持ち上がりが生じる。これは、パドル２８０に、わずかに時計回りの回転を生じさせ、それによって静電容量プレート２８２および２８６間のギャップを大きくする。したがって、圧力センサ２６０は、差圧だけでなく、充填流体を利用することなく管路の圧力の直接表示も提供する。
【００１８】
図６は、本発明の他の実施形態による、清浄な環境で使用するための差圧および管路の圧力を組み合わせたセンサの概略図である。センサ３６０は、センサ２６０（図４に関して説明した）といくつかの類似点を持ち、同様の構成要素には同じ番号を付す。センサ３６０は、センサが差圧および管路の圧力の変動に反応するという点で、センサ２６０とは異なる。具体的には、ビーム３７４は、第１傾斜部３８０−１に結合する第１ハーフビーム３７８−１に結合する。第２ビーム３７６は、入れ替わって第２傾斜部３８０−２に結合する第２ハーフビーム３７８−２に結合する。静電容量プレート３８６，３８２は、それぞれ、傾斜部３８０−１，３８０−２上に配置され、またはそうでなければそれらに結合する。加えて、傾斜部３８０−２の底面は、その上に配置される静電容量プレート３８４を有する。そのため、ポート１６内の管路の圧力が増加するにつれて、プレート３８４および３８８間の相対的なギャップは、それに従い変化する。加えて、ポート１４，１６間の差圧が変化するにつれて、プレート３８２，３８６間のギャップも同様に変化する。これらの変化は、図７Ａ〜７Ｃによって、以下に説明する。
【００１９】
図７Ａでは、差圧は一定のままである一方で、管路の圧力が変化する。これは、実線で表示された位置から点線で図示された位置に動くビーム３７４，３７６から明らかになる。この状態は、第１および第２傾斜部３８０−１，３８０−２間のギャップを同じに維持する一方で、プレート３８４および３８８間のギャップを変化させ、それによって管路の圧力における変化を表示する。
【００２０】
図７Ｂでは、ポート１４（Ｐ１）における圧力がポート１６（Ｐ２）における圧力を上回って増加した。この変化は、ビーム３７４およびビーム部３７８−１に、実線で図示された位置から点線で図示された位置への移動を生じさせる。これは、プレート３８４および３８８間のギャップが同じままで、静電容量プレート３８２および３８６間の相対的なギャップを変化させる。
【００２１】
図７Ｃでは、ビーム３７６およびビーム部３７８−２が実線位置から点線で図示された位置に動くという、反対の状態が起こる。この変化は、プレート３８４および３８８間のギャップの増大と同様に、静電容量プレート３８２，３８６間のギャップの減少に反映される。
【００２２】
図８は、本発明の他の実施形態による、清浄な環境用の差圧／管路の圧力のセンサの概略図である。センサ４６０は、上述したセンサといくつかの類似点を持ち、同様の構成要素には同じ番号を付す。センサ４６０は、第１可撓性ダイヤフラム４７０に結合し、かつ、それから離れるように延伸される第１ビーム４００を含む。片持ちビーム４０２は、ビーム４００の端部４０４に結合し、ビーム４７６に向かって延伸される。ビーム４０２の反対側の端部４０６は、静電容量プレート４１２，４１４をそれぞれ有する可変コンデンサを形成する一対の静電容量プレート４０８，４１０を含む。静電容量プレート４１４は、可撓性ダイヤフラム４７０および４７２間の領域に固定される。静電容量プレート４１２は、ビーム４７６に結合するビーム４１８の下面４１６に固定される。差圧は同じままだが管路の圧力は増加する場合、プレート４０８および４１２間の相対的なギャップ、および、付随する可変静電容量値は同じままである一方で、プレート４１０および４１４間の相対的なギャップおよび静電容量値は変化する。
【００２３】
図９Ａ〜９Ｃは、管路の圧力および差圧の変動に対するセンサ４６０の反応を図示している。具体的には、図９Ａでは、管路の圧力が増加する一方で、差圧は同じままである。したがって、各ビーム４０２および４１８は、実線および点線で表示された位置の間を動く。上述したように、これは、プレート４０８および４１２間のギャップを一定に維持する一方で、プレート４１０および４１４間のギャップを変化させる。図９Ｂでは、差圧は、ポート１４における圧力の変動によって変化する。これは、ビーム４０２に、実線および点線で表示された位置の間での移動を生じさせる。これは、プレート４１２／４０８間およびプレート４１０／４１４間で測定される両方のギャップの変化を生成する。図９Ｃでは反対のことが起こり、ビーム４１８および４７６が、実線および点線で図示される位置の間で動く。この状況では、プレート４１０，４１４間の相対的なギャップが同じままである一方で、プレート４１２および４０８間のギャップは変化する。図８および９Ａ〜９Ｃに図示される構成の一つの利点は、コモンモードの管路の圧力についてのリファレンスギャップのセルフトラッキングにある。したがって、高い管路の圧力に耐えるために、大きなギャップは必要ない。その結果として、相対的に高い差圧感度を保つために、小さいギャップを用いてもよい。なお、Ｐ１圧力によって直接的に変動するため、管路の圧力信号もまたプロセスグレード信号である。
【００２４】
ここまでの本発明の実施形態は、すべて、圧力センサに関する静電容量値検出のさまざまな形態に焦点を当ててきたが、本発明の実施形態は変位検出について任意の適切な形態を含むことができる。
【００２５】
図１０は、歪みゲージ変位測定技術を採用する、本発明の実施形態による圧力センサ５７０を図示している。圧力センサ５７０は、前の実施形態のように、それぞれポート１４，１６に動作可能に結合する、一対の可撓性ダイヤフラム２７０，２７２を含む。各ダイヤフラム２７０，２７２は、それぞれ、ビーム５７４，５７６に結合する。加えて、各ビーム５７４，５７６は、それぞれ、片持ちビーム５００，５０２に結合する。ビーム５００の下側５０４は、可撓性ダイヤフラム２７０，２７２の間に固定されて搭載されるプレート５０８とで可変コンデンサを形成する静電容量プレート５０６を含む。図１０に図示されるように、センサ５７０は、片持ちビーム５００，５０２に跨る歪み検出エレメント５１０を含む。エレメント５１０は、ビーム５００，５０２間を繋ぎ、結果として差圧を示すエレメント５１０の歪みに関連する信号を提供する。プレート５０６および５０８は、静電容量値に基づく管路の圧力測定を提供するために引き続き用いられる。ポート１４，１６間に正味の圧力差が存在するときはいつでも、エレメント５１０は伸ばされた“ｓ”状に曲げられる。そのｓ形状の意味合いは、二つの圧力のうちどちらが大きいかによる。その二つの場合は、歪みのサインの変化によって識別可能である。エレメント５１０の歪み状態は、絶対的な管路の圧力ではなく、Ｐ１およびＰ２間のコモンモード圧力差のみを反映する。エレメント５１０は、その上に歪みを示す出力を生成する任意の適切なエレメントであってよい。したがって、エレメント５１０は、抵抗歪みゲージ、圧電歪みゲージ、圧電抵抗歪みゲージ、または、それらの適切な組み合わせであり得る。
【００２６】
図１１Ａ〜１１Ｃは、管路の圧力および差圧の変動に対するセンサ５６０の反応を図示している。具体的には、図１１Ａでは、管路の圧力が増大する一方で、差圧は同じままである。したがって、各ビーム５００および５０２は、実線および点線で表示された位置の間を動く。これは、エレメント５１０上に歪みを生じさせない一方で、プレート５０６および５０８間のギャップを変化させる。図９Ｂでは、ポート１４における圧力の変動によって差圧が変化する。これは、ビーム５００に、実線および点線で表示された位置の間の移動を生じさせる。これは、プレート５０６，５０８間の静電容量値の変化と同様に、エレメント５１０の歪みを生成する。図１１Ｃでは反対のことが起こり、ビーム５０２および５７６が実線および点線で図示された位置の間を動く。この状況では、エレメント５１０は歪みを示すが、プレート５０６，５０８間の静電容量値は同じままである。
【００２７】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者には、本発明の本質および範囲から逸脱することなく、形態および詳細を変化させてよいことが認識されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年5月25日(2010.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のプロセス流体圧力ポートであって、各ポートが、プロセス流体への露出に適合する可撓性ダイヤフラムを有するポートと、
圧力センサ内に配置され、各プロセス流体ポート間の差圧によって変動する静電容量値を有する第１可変コンデンサであって、少なくとも一方の可撓性ダイヤフラムに動作可能に結合する少なくとも一つの静電容量プレートによって形成される第１可変コンデンサと、
圧力センサ内に配置され、管路の圧力によって変動する静電容量値を有する第２可変コンデンサであって、少なくとも一方の可撓性ダイヤフラムに動作可能に結合する少なくとも一つの静電容量プレートによって形成される第２可変コンデンサと
を含む、圧力センサ。
【請求項２】
一対の可撓性ダイヤフラムが、互いに軸方向に整列している、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
可撓性ダイヤフラムが、ソリッドな支柱によって互いに結合する、請求項２記載の圧力センサ。
【請求項４】
一対の可撓性ダイヤフラムが、実質的に同じ平面に配置される、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項５】
可撓性ダイヤフラムが、ソリッドな支柱によって互いに結合する、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項６】
支柱が、過圧撓みを抑制するように構成されるフランジを含む、請求項５記載の圧力センサ。
【請求項７】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームに結合しており、横ビームが、そこに従属するパドル部材を有する垂直ビームに跨り、パドル部材が複数の静電容量プレートを有し、各静電容量プレートが異なる可変コンデンサの一部を形成する、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項８】
一対のプロセス流体圧力ポート間の差圧の変化が、パドル部材の回転を生成する、請求項７記載の圧力センサ。
【請求項９】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームおよび片持ちビーム部に結合し、各片持ちビーム部が、それぞれ、静電容量プレートを有する傾斜部に結合してその静電容量プレートは傾斜部上に配置され、傾斜部上の静電容量プレートが第１可変コンデンサを形成し、少なくとも一つの片持ちビーム部が、底面に配置される追加の静電容量プレートを有し、可撓性ダイヤフラムに隣接して配置される固定された静電容量プレートと協働して第２可変コンデンサを形成する、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項１０】
各可撓性ダイヤフラムがそれぞれ垂直ビームおよび片持ちビーム部に結合し、各片持ちビーム部が下面に静電容量プレートを有するものであって、
一方の垂直ビームが他方の垂直ビームより短いため、片持ちビーム部が互いに重なるものであって、
短い方の垂直ビームに結合する片持ちビーム部が、その上面に静電容量プレートを有して、他方の片持ちビーム部上の静電容量プレートと協働して、第１可変コンデンサを形成し、
静電容量プレートが、可撓性ダイヤフラムに隣接して固定的に搭載されて、短い方の垂直ビームに取り付けられた片持ちビーム部の下面の静電容量プレートと協働して、第２可変コンデンサを形成する、請求項１記載の圧力センサ。
【請求項１１】
請求項１に記載の圧力センサと、
プロセス通信ループに結合可能であって、ループを介して通信するように構成されるループ通信機と、
ループ通信機に結合するコントローラと、
プロセス通信ループを介して、差圧および管路の圧力の表示のうち少なくとも一方を提供するために、コントローラおよび圧力センサに結合する測定回路と
を含む、圧力トランスミッタ。
【請求項１２】
プロセス通信ループに結合可能であって、プロセス通信ループから受けるエネルギによって圧力トランスミッタに全面的に電力供給するように構成される、電力モジュールをさらに含む、請求項１１記載の圧力トランスミッタ。
【国際調査報告】
2011503576.tif 000022
2011503576.tif 000023
2011503576.tif 000024
2011503576.tif 000025
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