(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサを製造する方法であって、
析出硬化材料から形成された第１の本体部材および第２の本体部材を準備する段階と、
前記第１の本体部材および前記第２の本体部材を予備熱処理して、これら第１および第２の本体部材をエージングして、これら第１および第２の本体部材に、後記の第１および第２の本体部材およびダイヤフラムの熱処理によって変化することの無い所定の熱膨張係数を与え、また、これによって前記ダイヤフラムが前記第１および第２の本体部材の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を前記ダイヤフラムの熱処理時において有するようにする段階と、
焼き戻された析出硬化材料から成形された可撓性のダイヤフラムを前記第１および第２の本体部材間に配設する段階と、
前記第１の本体部材と前記ダイヤフラムとの間に第１の流体室が形成されるとともに前記第２の本体部材と前記ダイヤフラムとの間に第２の流体室が形成されるように、前記第１および第２の本体部材を前記ダイヤフラムに取り付ける段階と、
前記ダイヤフラムに張力を負荷するために前記第１および第２の本体部材および前記ダイヤフラムを熱処理する段階とを備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１および第２の本体部材が、前記予備熱処理段階の間、約４８２℃若しくはそれ以上の温度に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１および第２の本体部材が、前記予備熱処理段階の間、約５３８℃まで熱処理されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の本体部材および前記ダイヤフラムが、前記熱処理段階の間に約４８２℃に加熱されることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の本体部材を形成する材料が、最大で約０．０９重量％の炭素、最大で約１．００重量％のマンガン、最大で約０．０４０重量％のリン、最大で約０．０３０重量％の硫黄、最大で約１．００重量％の珪素、１６．００〜１８．００重量％のクロム、６．５０〜７．７５重量％のニッケル、０．７５〜１．５０重量％のアルミニウム、および残部としての鉄を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の本体部材を形成する材料が、最大で約０．０７重量％の炭素、最大で約１．００重量％のマンガン、最大で約０．０４０重量％のリン、最大で約０．０３０重量％の硫黄、最大で約１．００重量％の珪素、１５．００〜１７．５０重量％のクロム、３．００〜５．００重量％のニッケル、３．００〜５．００重量％の銅、含有量の和が０．１５〜０．４５重量％のニオブおよびタンタル、および残部としての鉄を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ダイヤフラムの前記析出硬化材料が、最大で約０．０７重量％の炭素、最大で約１．００重量％のマンガン、最大で約０．０４０重量％のリン、最大で約０．０３０重量％の硫黄、最大で約１．００重量％の珪素、１５．００〜１７．５０重量％のクロム、３．００〜５．００重量％のニッケル、３．００〜５．００重量％の銅、含有量の和が０．１５〜０．４５重量％のニオブおよびタンタル、および残部としての鉄を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記圧力センサがスパン熱誤差を補償するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法によって作られた圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の圧力を測定する圧力センサに関し、より詳しくは、第１の本体部材および第２の本体部材を有するハウジングと、第１および第２の本体部材間に配設されて半径方向に張力が負荷されている可撓性のダイヤフラムと、を備え、かつそれらの材料の熱膨張率が互いに両立するように、第１および第２の本体部材を形成する材料とダイヤフラムを形成する材料とを整合させた圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力センサは、従来、２つの本体部材と本体部材間に挟装された金属ダイヤフラムとを備えている。金属ダイヤフラムは、米国特許第６，０１９，００２号に開示されているように、ダイヤフラムの直径を半径方向に拡げることによって半径方向に張力が負荷されている。金属ダイヤフラムはまた、米国特許第４，１５８，３１１号に開示されているように、析出硬化可能な金属からダイヤフラムを形成するとともに、焼きなまし状態(Ａ)にある析出硬化可能な金属を摂氏約５００度から６００度にわたる高温の時効処理を１時間施し、それによって析出硬化可能な材料を収縮させて半径方向に張力を負荷することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
センサの本体部材を形成する金属材料の熱膨張率（Ｔｃ）がダイヤフラムを形成する金属材料の熱膨張率と充分に整合していないと、熱処理の間に、本体部材を形成している材料の降伏応力を上回り得る半径方向の高い引張応力がダイヤフラムに生じることが見出された。その結果、本体部材が降伏して熱処理工程によって生じたダイヤフラム内の半径方向張力が解放され、周囲温度におけるダイヤフラムの正味の半径方向張力がゼロとなってしまう。加えて、使用する間、本体部材を形成する材料の熱膨張率とダイヤフラムを形成する材料の熱膨張率との間の大きなずれがセンサの温度変化に伴ってダイヤフラムの半径方向の引張応力の変化を生じさせ、フルスケール圧での測定スパンにおける圧力の読みに直接的な変化若しくは誤差を生じさせる。金属ダイヤフラムはまた、圧力の変化に反して磁場によって動かされ、それによって不正確な示度を与える。本発明は、従来技術におけるこれらの課題を解決する。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第６，０１９，００２号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，１５８，３１１号明細書
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧力センサを製造する方法を提供する。この方法は、析出硬化材料から形成された第１の本体部材および第２の本体部材を準備する段階と、前記第１の本体部材および前記第２の本体部材を予備熱処理して、これら第１および第２の本体部材をエージングして、これら第１および第２の本体部材に、後記の第１および第２の本体部材およびダイヤフラムの熱処理によって変化することの無い所定の熱膨張係数を与え、また、これによって前記ダイヤフラムが前記第１および第２の本体部材の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を前記ダイヤフラムの熱処理時において有するようにする段階と、焼き戻された析出硬化材料から成形された可撓性のダイヤフラムを前記第１および第２の本体部材間に配設する段階と、前記第１の本体部材と前記ダイヤフラムとの間に第１の流体室が形成されるとともに前記第２の本体部材と前記ダイヤフラムとの間に第２の流体室が形成されるように、前記第１および第２の本体部材を前記ダイヤフラムに取り付ける段階と、前記ダイヤフラムに張力を負荷するために前記第１および第２の本体部材および前記ダイヤフラムを熱処理する段階とを備えている。
本発明により提供される流体圧を測定するための圧力センサは、略凹形の第１の金属製本体部材および略凹形の第２の金属製本体部材を有したハウジングを備える。半径方向に張力が負荷された可撓性の金属ダイヤフラムは、第１の本体部材と第２の本体部材との間に配設される。第１の本体部材とダイヤフラムとが第１の流体室を形成し、かつ第２の本体部材とダイヤフラムとが第２の流体室を形成する。第１および第２の本体部材は第１の熱膨張率を有する第１の材料から形成され、かつダイヤフラムは第２の熱膨張率を有する第２の材料から形成される。本体部材金属の第１の熱膨張率は、ダイヤフラム金属の第２の熱膨張率に対し、約２．７×１０−６ｍ／ｍ／℃（０．０００００１５inch/inch/°Ｆ）以上には大きくない。ダイヤフラムを形成する第２の材料の第２の熱膨張率は、好ましくは約１０．８×１０−６ｍ／ｍ／℃（０．０００００６０inch/inch/°Ｆ）である。本体部材を形成する第１の材料の第１の熱膨張率は、好ましくは約１０．１×１０−６ｍ／ｍ／℃（０．０００００５６inch/inch/°Ｆ）〜１１．５×１０−６ｍ／ｍ／℃（０．０００００６４inch/inch/°Ｆ）の範囲である。第１の本体部材および第２本体部材は、ダイヤフラムの動きを生じさせて流体圧力の不正確な測定値に帰着させる磁場から第１および第２の本体部材がダイヤフラムを遮蔽するように、強磁性材料から成形することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明の圧力センサ２０の一実施例を図示している。圧力センサ２０は、中央軸線２１およびハウジング２２を有する。ハウジング２２は、略凹形の第１の本体部材２４および略凹形の第２の本体部材２６を有している。第１および第２の本体部材２４，２６は、実質的に互いに同一に形成されている。本体部材２４，２６は、同じタイプの金属から形成され、かつ金属板からそれらの最終形状に型打ちされる。第１の本体部材２４は、略円形の外周縁３０を有した略環状のフランジ２８を有している。第１の本体部材２４はまた、円形の中央開口３４を具備した平らで円形の中央ディスク３２を有している。第１の本体部材２４はまた、中央ディスク３２の周りに同軸に配置されるとともに中央ディスク３２と環状フランジ２８との間に延びる壁部分３６を有している。第１の本体部材２４は、壁部分３６を貫通して延びるポート３８を有している。環状フランジ２８、中央ディスク３２および壁部分３６はそれぞれ平面内に配置され、各平面は互いに略平行である。
【０００７】
第２の本体部材２６は、略円形の外周縁５０を持つ略環状のフランジ４８を有している。第２の本体部材２６はまた、略円形の中央開口５４を具備した略円形で平らな中央ディスク５２を有している。第２の本体部材２６はまた、中央ディスク５２の周りに略同軸に延びるとともに中央ディスク５２と環状フランジ４８との間に延びる略平らな壁部分５６を有している。第２の本体部材２６は、壁部分５６を貫通して延びるポート５８を有している。
【０００８】
圧力センサ２０は、略円形の外周縁６６を持つ略平坦な可撓性の薄い金属ダイヤフラム６４を有している。このダイヤフラム６４は、第１の本体部材２４の環状フランジ２８がダイヤフラム６４の第１の側面と係合するとともに第２本体部材２６の環状フランジ４８がダイヤフラム６４の第２の側面と係合するように、第１の本体部材２４と第２本体部材２６との間に配設されている。ダイヤフラム６４の外周縁６６は、その周縁全体にわたって、環状フランジ２８の外周縁３０および環状フランジ４８の外周縁５０に隣接して配置されている。ダイヤフラム６４の外周縁６６は、環状フランジ２８および４８とダイヤフラム６４との間に流体を通さないシールを形成するように、ダイヤフラム６４の周辺において溶接等によって本体部材２４，２６の環状フランジ２８，４８に取り付けられている。圧力センサ２０は、第１の本体部材２４とダイヤフラム６４との間に位置する第１の室７０を備えている。第１の室７０はポート３８と流体的に連通している。圧力センサ２０はまた、第２の本体部材２６とダイヤフラム６４との間に位置する第２の室７２を備えている。第２の室７２は、ポート５８と流体的に連通している。
【０００９】
圧力センサ２０は、第１の室７０内に配置された第１の金属被覆セラミック電極７８を備えている。この第１の電極７８は、取付構造８０によって第１の本体部材２４に取り付けられている。第１の電極７８の略平坦な第１の表面は第１の本体部材２４の中央ディスク３２と係合し、かつ第１の電極７８の略平坦な第２の表面はダイヤフラム６４に対して短い距離を開けて離間しつつ略平行である。取付構造８０は、第１の電極７８と係合するように構成された頭部を第１端に具備するとともに第２端にねじ部を具備しているボルトのような取付用植込みボルト８２を有している。取付用植込みボルト８２は、第１の電極７８および第１の本体部材２４の中央開口３４を貫通して延びている。セラミック製ブッシュ８４は、第１の本体部材２４の中央ディスク３２の外側表面に隣接して配置されている。このセラミック製ブッシュ８４は、植込みボルト８２がそこを貫通して延びる中央開口を有している。ばね座金８６は、植込みボルト８２がそこを貫通して延びる中央開口を有している。ばね座金８６は、セラミック製ブッシュ８４の外側表面に隣接して配置されている。ナットのようなねじ部品８８が、取付用植込みボルト８２のねじ付き端部に螺合している。ナット８８は、ばね座金８６を圧縮するとともに、第１の本体部材２４の中央ディスク３２に対して第１の電極７８およびセラミック製ブッシュ８４を圧縮している。取付用植込みボルト８２は、第１の電極７８と電気的に連通している。
【００１０】
圧力センサ２０はまた、第２の金属被覆セラミック電極９８を備えている。この第２の電極９８は、その略平坦な第１の表面が中央ディスク５２に隣接して配置されるとともにその略平らな第２の表面がダイヤフラム６４と短い距離を開けて離間しつつ略平行であるように、第２室７２内に配置されている。これにより、ダイヤフラム６４は第１および第２の電極７８，９８の間に位置している。第２の電極９８は、取付構造８０と同一である取付構造１００によって第２の本体部材２６に取り付けられている。取付構造１００は、取付用植込みボルト１０２、セラミック製ブッシュ１０４、ばね座金１０６および締結具１０８を有している。取付構造１００は、取付構造８０が第１の電極７８を第１の本体部材２４に取り付けるのと同様に、第２の電極９８を第２の本体部材２６に取り付けている。取付用植込みボルト１０２は、第２の電極９８と電気的に連通している。
【００１１】
ポート３８は第１の流体供給源と流体的に連通するように構成され、かつポート５８は第２の流体供給源と流体的に連通するように構成されている。電極７８，９８は、第１の室７０内のガスのような第１の流体の圧力と第２の室７２内のガスのような第２の流体の圧力との差圧を表す、軸２１と略平行な方向へのダイヤフラム６４の動きを検出するように構成されている。
【００１２】
ダイヤフラム６４は、１７−４析出硬化型ステンレス鋼（ＰＨＳＳ）から製造することができる。１７−４ＰＨＳＳ材料は、４８２℃（華氏９００度）において１時間材料を熱処理し次いで材料を空気冷却することによって焼きなまし状態(Ａ)からＨ９００状態へと変化するときに、約０．０００６ｍ／ｍ（０．０００６inches/inch）収縮する。センサ２０を熱処理した後のダイヤフラム６４における半径方向の残留応力は、引張りひずみ（Ｈ９００状態において０．０００６ｍ／ｍ（０．０００６inches/inch）に１７−４ＰＨＳＳ材料のヤング率［Ｅ＝０．２０×１０６ＭＰａ（２８．５×１０−６ポンド／平方インチ）］を乗じた値に等しい。したがって、結果として生じるダイヤフラム６４の半径方向応力は、センサ２０を４８２℃（華氏９００度）に加熱した後において１１８．０ＭＰａ（１７１００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））に等しい。
【００１３】
本体部材２４，２６を形成している金属材料がダイヤフラム材料のＴｃにぴったりとマッチする熱膨張率（Ｔｃ）を有しないと、本体部材２４，２６が４８２℃（華氏９００度）の熱処理温度において過剰に膨張することとなり、ダイヤフラム６４は本体部材２４，２６の材料の降伏応力を上回る高い半径方向の引張応力が生じることになる。解放すなわち本体部材２４，２６の降伏が生じると、センサ２０が周囲温度にあるときのダイヤフラム６４の正味の半径方向張力がゼロとなってしまう。４８２℃（華氏９００度）における１７−４ ＰＨＳＳ材のＴｃは、１１．８×１０−６ｍ／ｍ／℃（０．０００００６６inch/inch/°Ｆ）である。焼きなまし状態にある３０４ステンレス鋼（ＳＳ）材のＴｃは、４８２℃（華氏９００度）において１８．４×１０−６ｍ／ｍ／℃（１０．２×１０−６inch/inch/°Ｆ）である。３０４ＳＳ材の降伏応力は３１０．５ＭＰａ（４５，０００ｐｓｉ）である。センサ２０が４８２℃（華氏９００度）まで加熱されると、ダイヤフラムの応力は５６８．８ＭＰａ（８２，４４０ｐｓｉ）に等しいが、この値は本体部材２４，２６の３０４ＳＳ材の降伏応力のほぼ２倍である。
【００１４】
ダイヤフラム６４を１７−４ ＰＨＳＳから製造するとき、ダイヤフラム材料と本体部材材料との熱膨張率の最大許容差は、センサ２０を４８２℃（華氏９００度）まで加熱するときには、ほぼ２．７×１０−６ｍ／ｍ／℃（１．５×１０−６inch/inch/°Ｆ）である。したがって、センサの本体部分２４，２６を成形する材料の最大の熱膨張係数は、４８２℃（華氏９００度）においてほぼ１４．６×１０−６ｍ／ｍ／℃（８．１×１０−６inch/inch/°Ｆ）である。すなわち、析出硬化金属材料から製造したダイヤフラムを熱処理して張力を負荷することは、本体部材２４，２６を形成するために適切に整合した熱膨張率の材料を使用するという狭い範囲内においてのみ効果的に作用する。
【００１５】
本体部材２４，２６を成形する金属材料のＴｃとダイヤフラム６４を形成する金属材料のＴｃと間の不整合は、フルスケール圧でのスパンにおける圧力測定示度の誤差に帰結する。本体部材２４，２６およびダイヤフラム６４を備えるセンサ２０のダイヤフラムの半径方向引張応力は、ダイヤフラムを１７−４ ＰＨＳＳ材から製造し本体部材を４３０ＳＳ材から製造したときに、センサの温度が５５．６℃（華氏で１００度）増加する毎に約３．３％減少する。それに加えて、ダイヤフラムの半径方向剛性が弾性係数の変化によって華氏１００度の温度上昇毎に１．５％減少するので、センサの温度が５５．６℃（華氏で１００度）増加する毎にスパン全体が約４．８％変化する。センサ２０が冷却されているときには、ダイヤフラムの半径方向応力および半径方向剛性はほぼ同じ程度に増加する。電気信号調整回路は、センサの温度変化に起因する典型的に５５．６℃（華氏で１００度）につき８％未満の範囲において圧力示度の出力誤差を補償し若しくは修正することができる。したがって、本体部材材料とダイヤフラム材料との熱膨張係数における０．３６×１０−６ｍ／ｍ／℃（０．２×１０−６inch/inch/°Ｆ）から０．７２×１０−６ｍ／ｍ／℃（０．４×１０−６inch/inch/°Ｆ）（５５．６℃（華氏で１００度）あたり５〜８％）の不整合が、貧弱な熱過渡性能を危険にさらすことなしに従来の電子的変換器で補償することができる、熱膨張係数の実際的な最大値である。
【００１６】
本体部材２４，２６を成形する材料は、好ましくは低コストで打抜き可能および機械加工可能である。この材料はまた、誤った圧力示度を生じさせ得る外側の磁場から磁性のダイヤフラム６４を遮蔽するために、好ましくは強磁性である。強磁性材料は、磁場に強く反応するとともに高い透磁率を有する。この材料はまた、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）若しくはレーザを用いて容易に溶接可能でなければならず、かつ腐食若しくは酸化腐食することなしに熱処理温度に耐えなければならない。この材料は、熱処理温度にさらされたときに硬化し若しくは冶金学的な状態が変化してはならない。本体部材２４，２６を成形する金属材料は、華氏３２度から華氏２００度の温度において、好ましくは１０．１×１０−６ｍ／ｍ／℃（５．６×１０−６inch/inch/°Ｆ）から１１．５×１０−６ｍ／ｍ／℃（６．４×１０−６inch/inch/°Ｆ）の熱膨張係数（Ｔｃ）を有する。本体部材２４，２６は、４０５ＳＳ、４３０ＳＳ、１７−７ ＰＨＳＳ若しくはハステロイＣ（ニッケル合金）の金属材料から製造することができる。ダイヤフラム６４と同様に本体部材２４，２６は１７−４ ＰＨＳＳ材料から製造することができるが、１７−４ ＰＨＳＳ材は型打ち可能ではない。
【００１７】
４０５ＳＳ金属材料は以下を含む。炭素(Ｃ)，最大で約０．０８重量％；マンガン（Ｍｎ），最大で約１．００重量％；リン（Ｐ），最大で約０．０４重量％、硫黄（Ｓ），最大で約０．０３重量％；珪素（Ｓｉ），最大で約１．００重量％；クロム（Ｃｒ），１１．５０〜１４．５０重量％；アルミニウム（Ａｌ），０．１０〜０．３０重量％；鉄（Ｆｅ），残部。４０５ＳＳ材料は、０〜１００℃（華氏３２度〜２１２度）において約１０．８×１０−６ｍ／ｍ／℃（６．０×１０−６inch/inch/°Ｆ）の熱膨張係数を有する。４０５ＳＳ材料は強磁性である。
【００１８】
４３０ＳＳ材料は以下を含む。炭素、最大で約０．１２重量％；マンガン、最大で約１．００重量％；リン、最大で約０．０４０重量％；硫黄、最大で約０．０３０重量％；珪素、最大で約１．００重量％；クロム，１６．０〜１８．０重量％；ニッケル（Ｎｉ），最大で約０．５０重量％；鉄、残部。４３０ＳＳ材料は、０〜１００℃（華氏３２度〜２１２度）において約１０．４×１０−６ｍ／ｍ／℃（５．８×１０−６inch/inch/°Ｆ）の熱膨張係数を有する。４３０ＳＳ材料は強磁性である。
【００１９】
１７−４ＰＨＳＳ材料は以下を含む。炭素、最大で約０．０７重量％；マンガン、最大で約１．００重量％；リン、最大で約０．０４０重量％；硫黄，最大で約０．０３０重量％；珪素，最大で約１．００重量％；クロム，１５．００〜１７．５０重量％；ニッケル，３．００〜５．００重量％；銅（Ｃｕ），３．００〜５．００重量％）；ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）の和，０．１５〜０．４５重量％；鉄、残部。１７−４ＰＨＳＳ材料の熱膨張係数は、Ｈ９００熱処理状態において、２１．１〜９３．３℃（華氏７０度から２００度）で約１０．８×１０−６ｍ／ｍ／℃（６．０×１０−６inch/inch/°Ｆ）である。１７−４ＰＨＳＳ材料は強磁性である。
【００２０】
１７−７ＰＨＳＳ材料は以下を含む。炭素，最大で約０．０９重量％；マンガン，最大で約１．００重量％；リン，最大で約０．０４０重量％；硫黄，最大で約０．０３０重量％；珪素，最大で約１．００重量％；クロム，１６．００〜１８．００重量％；ニッケル，６．５０〜７．７５重量％；アルミニウム，０．７５〜１．５０重量％；鉄，残部。１７−７ＰＨＳＳ材料の熱膨張係数は、ＴＨ１０５０条件において２１．１〜９３．３℃（華氏７０度から２００度）で約１０．１×１０−６ｍ／ｍ／℃（５．６×１０−６inch/inch/°Ｆ）であり、ＲＨ９５０状態において２１．１〜９３．３℃（華氏７０度から２００度）で１０．３×１０−６ｍ／ｍ／℃（５．７×１０−６inch/inch/°Ｆ）である。１７−７ＰＨＳＳ材料は、強磁性である。
【００２１】
ハステロイＣ材料は以下を含む。モリブデン（Ｍｏ），１６重量％；クロム，１６重量％；鉄，５重量％；タングステン（Ｗ），４重量％；ニッケル，残部。ハステロイＣ材料の熱膨張係数は、０〜１００℃（華氏３２度〜２１２度）において１１．３×１０−６ｍ／ｍ／℃（６．３×１０−６inch/inch/°Ｆ）である。ハステロイＣ材料は、強磁性ではないが、非常に良好な熱膨張係数の整合をもたらす。
【００２２】
図３および図４は、参照符号１２０によって識別される本発明による圧力センサの他の実施例を図示している。圧力センサ１２０は、中央軸線１２１およびハウジング１２２を有する。ハウジング１２２は、第１の本体部材１２４と第２の本体部材１２６とを有している。第１の本体部材１２４は、圧力センサ２０の第１の本体部材２４と同様に作られている。第１の本体部材１２４は、略円形の外周縁１３０を具備した環状フランジ１２８を有している。第１の本体部材１２４はまた、第１の本体部材１２４を貫通して延びる中央開口１３２およびポート１３４を有している。
【００２３】
第２の本体部材１２６は、略円形の外周縁１４２を持つ略環状のフランジ１４０を有している。第２の本体部材１２６はまた、フランジ１４０の内側に略同軸に配置された略円形の壁１４４を有している。この壁１４４は、第２の本体部材１２６を貫通して延びるポート１４６を有している。壁１４４は、略平坦であり、かつフランジ１４０を含む平面から離間しつつ略平行な平面内に配置されている。第１および第２の本体部材１２４，１２６は、共に同じタイプの金属材料から形成され、共に金属板材からそれらの最終形状に型打ちされている。
【００２４】
圧力センサ１２０は、略円形の外周縁１５２を持つ可撓性で略平坦な薄い金属ダイヤフラム１５０を有している。このダイヤフラム１５０は、第１の本体部材１２４のフランジ１２８と第２の本体部材１２６のフランジ１４０との間に配設されている。ダイヤフラム１５０は、溶接等によってフランジ１２８，１４０に流体を通さないように接続されている。圧力センサ１２０は、第１の本体部材１２４とダイヤフラム１５０との間に配置されてポート１３４と流体的に連通している第１の室１５６と、第２の本体部材１２６とダイヤフラム１５０との間で配置されてポート１４６と流体的に連通している第２の室１５８とを備えている。
【００２５】
圧力センサ１２０は、第１の室１５６内に配置されて取付構造１６４により第１の本体部材１２４に取り付けられている電極１６２を備えている。取付構造１６４は、取付構造８０と同様に作られており、かつ同様な方法で電極１６２を第１の本体部材１２４に取り付けている。電極１６２は、ダイヤフラム１５０に対して短い距離だけ離間しつつ略平行な、概ね平坦な平面を有している。電極１６２は、公知の技術である静電容量測定方法によって、室１５６，１５８間における流体の圧力差に応じた軸１２１と略平行な方向のダイヤフラム１５０の動きを検出する。センサ１２０の本体部材１２４，１２６およびダイヤフラム１５０は、熱処理され、組み立てられ、かつセンサ２０と同じ材料から作られる。
【００２６】
図５および図６は、参照符号１７０によって識別された、本発明による圧力センサのさらに他の実施例を図示している。圧力センサ１７０は、中央軸線１７１およびハウジング１７２を備えている。ハウジング１７２は、第１の本体部材１７４および第２の本体部材１７６を有している。第１の本体部材１７４は、略円形の外周縁１８０を持つ略環状のフランジ１７８を有している。第１の本体部材１７４はまた、中央開口１８４を具備した中央ディスク１８２を有している。中央ディスク１８２および中央開口１８４は、軸１７１の周りに同軸に配置されている。第１の本体部材１７４はまた、中央開口１８４の周りに同軸に延びるとともに中央開口１８４からフランジ１７８まで延びる、略平坦な壁部分１８６を有している。第１の本体部材１７４は、ポート１８８を有している。ハウジング１７２はまた、ポート１８８と流体的に連通している第１の端部と、流体、例えばガスの供給源と流体的に連通するように取り付けられるべく構成された第２の端部とを有する、略管状のノズル１９０を有している。
【００２７】
第２の本体部材１７６は、略円形の外周縁２００を持つ環状フランジ１９８を有している。第２の本体部材１７６は、第１の本体部材１７４と同様に作られている。第２の本体部材１７６はまた、中央開口２０４を有する中央ディスク２０２を有している。第２の本体部材１７６はまた、中央開口２０４の周りに同軸に延びるとともに中央開口２０４から環状フランジ１９８に延びる、略平坦な壁部分２０６を有している。第２の本体部材１７６は、ポート２０８と、このポート２０８と流体的に連通する第１の端部および流体、例えばガスの供給源と流体的に連通するように取り付けられるべく構成された第２の端部を有している略管状のノズル２１０とを有している。
【００２８】
圧力センサ１７０は、略円形の外周縁２１６を有する略平坦な可撓性で薄い金属ダイヤフラム２１４を備えている。ダイヤフラムは１７−４ ＰＨＳＳ金属材から作られている。ダイヤフラム２１４は、第１および第２の本体部材１７４，１７６のフランジ１７８，１９８の間に配設されるとともに、その外周縁２１６に沿って溶接等によってフランジ１７８，１９８に取り付けられ、それらの間に流体を通さないシールを形成している。圧力センサ１７０は、第１の本体部材１７４とダイヤフラム２１４との間に配置された第１の室２２０、および第２の本体部材１７６とダイヤフラム２１４との間に配置された第２の室２２２を備えている。第１および第２の本体部材１７４，１７６は、好ましくは、容易に型打ち可能でない若しくは成形可能ではない１７−４析出硬化ステンレス鋼（ＰＨＳＳ）から作られる。したがって、本体部材１７４，１７６は、１７−４ ＰＨＳＳ金属材の円板若しくは棒材を機械加工することによって作られる。
【００２９】
圧力センサ１７０は、第１の室２２０内に配置された第１の電極２２８を備えている。この第１の電極２２８は、取付構造８０と同様に作られて作動する取付構造２３０によって第１の本体部材１７４に取り付けられている。弾力的なエラストマ製ガスケット２３２、例えばＯリングが、取付構造２３０の取付用植込みボルトの周りに延びるとともに、第１の本体部材１７４の開口１８４内に配置されて取付用植込みボルトと第１の本体部材１７４と間に液密なシールを形成している。取付構造２３０は、電極２２８の略平坦な表面がダイヤフラム２１４に対して短い距離だけ離間しつつ略平行であるように、電極２２８を第１の本体部材１７４の中央ディスク１８２に取り付けている。
【００３０】
圧力センサ１７０は、第２の室２２２内に配置された第２の電極２３８を備えている。第２の電極２３８は、取付構造２３０と同様に作られて作動する取付構造２４０によって第２の本体部材１７６に取り付けられている。弾力的なエラストマ製ガスケット２４２、例えばＯリングが、取付構造２４０の取付用植込みボルトの周りに延びるとともに、第２の本体部材１７６の開口２０４内に配置されて取付用植込みボルトと第２の本体部材１７６と間に流体を通さないシールを形成している。第２の電極２３８は、電極２３８の略平坦な表面がダイヤフラム２１４に対してわずかな距離だけ離間しつつ略平行であるように、第２の本体部材１７６の中央ディスク２０２に取り付けられている。これにより、ダイヤフラム２１４は第１および第２の電極２２８，２３８間に配置されている。電極２２８，２３８は、第１の室２２０内の流体の圧力と第２の室２２２内の流体の圧力との間の圧力差を表す、軸１７１と略平行な方向のダイヤフラム２１４の動きを検出する。
【００３１】
１７−７ＰＨＳＳ材料は型打ち可能であり、したがって図１〜図４の実施例に示されている本体部材を型打ちするために用いることができる。しかしながら、１７−４ＰＨＳＳ材料は一般的に型打ち可能ではなく、機械加工しなければならない。加えて、１７−４ ＰＨＳＳ材から作られるセンサの本体部材は、ダイヤフラムの熱処理温度である４８２℃（華氏９００度）へとセンサ１７０を熱処理するときに本体部材１７４，１７６が収縮しないように、Ｈ１１５０状態すなわち６２１℃（華氏１１５０度）、好ましくはＨ１０００状態すなわち５３８℃（華氏１０００度）へと機械加工の前に予め熱処理し、若しくは防縮加工しなければならない。本体部材１７４，１７６およびダイヤフラム２１４の全てを焼きなまし状態にある１７−４ ＰＨＳＳ材から作ると、それらは熱処理の間に同じ量だけ収縮し、ダイヤフラムの半径方向張力が結果として生じない。したがって、本体部分１７４，１７６は、最高約６２１℃（華氏１１５０度）においてＨ１１５０状態へと、好ましくは約５３８℃（華氏１０００度）において約４時間Ｈ１０００状態へと予備熱処理される。予備熱処理すなわち予備エージングされた本体部材は、その次に、焼き戻された１７−４ ＰＨＳＳ材からできているダイヤフラム２１４に取り付けられる。組み立てられたセンサ１７０は、本体部材１７４，１７６に対してダイヤフラム２１４を収縮させることによってダイヤフラムに半径方向の張力を負荷するために、それから１時間にわたって約４８２℃（華氏９００度）に熱処理される。
【００３２】
本体部材１７４，１７６およびダイヤフラム２１４を１７−４ ＰＨＳＳ材料から製造するときに、スパン熱誤差を補償し若しくはゼロにすることは、ダイヤフラム熱処理収縮温度よりわずかに高い温度において本体部材１７４，１７６を熱処理することによって達成することができる。それは、１７−４ＰＨＳＳ材の熱膨張係数がエージング温度若しくは熱処理温度によって増加するからである。２１．１〜９３．３℃（華氏７０度から２００度）においては、Ｈ９００状態における１７−４  ＰＨＳＳ材の熱膨張係数は約１０．８×１０−６ｍ／ｍ／℃（６．０×１０−６inch/inch/°Ｆ）であり、Ｈ１０００状態における熱膨張係数は約約１１．２×１０−６ｍ／ｍ／℃（６．２×１０−６inch/inch/°Ｆ）であり、Ｈ１０５０状態における熱膨張係数は約１１．３×１０−６ｍ／ｍ／℃（６．３×１０−６inch/inch/°Ｆ）であり、かつＨ１１５０状態における熱膨張係数は約１１．９×１０−６ｍ／ｍ／℃（６．６×１０−６inch/inch/°Ｆ）である。センサの本体部材が熱い環境において５５．６℃（華氏で１００度）につき約２％ダイヤフラムよりも膨張すると、弾性係数の変化によって半径方向の剛性が減少するのでダイヤフラムの半径方向の引張応力が同じ量だけ増加し、スパン熱誤差がゼロとなる。このようにして、張力ダイヤフラムセンサのスパン温度性能は、熱処理工程を可変に調整することによって較正することができる。
【００３３】
本発明による圧力センサのさらに他の実施例は、図７および図８に示されかつ参照符号２５０により識別されている。圧力センサ２５０は、中央軸線２５１およびハウジング２５２を備えている。ハウジング２５２は、第１の本体部材２５４および第２の本体部材２５６を有している。第１の本体部材２５４は、図５の第１の本体部材１７４と同様に作られている。第１の本体部材２５４は、略円形の外周縁２６０を有する略環状のフランジ２５８を有している。第１の本体部材２５４は、中央開口２６２と第１の本体部材２５４を貫通して延びるポート２６４とを有している。第１の本体部材２５４は、ポート２６４と流体的に連通する第１の端部、および第１の流体、例えばガスの供給源と流体的に連通するように取り付けられるべく構成された第２の端部を具備している、略管状のノズル２６６を有している。
【００３４】
第２の本体部材２５６は、略円形の外周縁２７２を具備する略環状のフランジ２７０を有している。第２の本体部材２５６はまた、軸２５１と略同軸に配置された略平坦な壁部分２７４を有している。壁２７４は、軸２５１上に配置されたポート２７６を有している。第１の本体部材２５４および第２の本体部材２５６は、好ましくは共に１７−４ＰＨＳＳ金属材から成形される。
【００３５】
圧力センサ２５０は、略円形の外周縁２８２を具備する可撓性で略平坦な薄い金属ダイヤフラム２８０を有している。ダイヤフラム２８０は、好ましくは１７−４ＰＨＳＳ金属材から成形される。ダイヤフラム２８０は、第１の本体部材２５４のフランジ２５８と第２の本体部材２５６のフランジ２７０との間に配設されるとともに、液密なシールを形成するために外周縁２８２に沿ってフランジ２５８，２７０に対して溶接等によって接続されている。圧力センサ２５０は、第１の本体部材２５４とダイヤフラム２８０との間で配置された第１の室２８６、および第２の本体部材２５６とダイヤフラム２８０との間に配置された第２の室２８８を備えている。
【００３６】
圧力センサ２５０は、第１の室２８６内に配置された電極２９２を備えている。電極２９２は、取付構造２９４によって第１の本体部材２５４の中央ディスクに取り付けられている。取付構造２９４は、図５の取付構造２３０と同様に作られて作動する。電極２９２は、ダイヤフラム２８０から短い距離だけ離間しつつそれと略平行に延びる、略平坦な表面を有している。電極２９２は、圧力センサ２５０の軸２５１と略平行な方向におけるダイヤフラム２８０の動きを検出するように構成されている。センサ２５０の本体部材２５４，２５６およびダイヤフラム２８０は、熱処理されて、組み立てられ、センサ１７０とに同じ材料から作られている。
【００３７】
本発明の様々な特徴が本発明の図示された実施例に関連して示されかつ記載された。しかしながら、これらの特定の構造が単に図示するだけであり、かつ添付された請求の範囲の用語の範囲内における最大の解釈が本発明に与えられるべきことは理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの電極を有している本発明の圧力センサの断面図。
【図２】図１の圧力センサの平面図。
【図３】単一の電極を有している本発明の圧力センサの他の実施例の断面図。
【図４】図３の圧力センサの底面図。
【図５】２つの電極を有している本発明の圧力センサのさらに他の実施例の断面図。
【図６】図５の圧力センサの平面図。
【図７】単一の電極を有している本発明の圧力センサの他の実施例の断面図。
【図８】図７の圧力センサの底面図。
【符号の説明】
２０  圧力センサ
２２  ハウジング
２４  第１の本体部材
２６  第２の本体部材
６４  ダイヤフラム
７０  第１の室
７２  第２の室
７８  電極
９８  電極
１００  取付構造
１２０  圧力センサ
１２２  ハウジング
１２４  第１の本体部材
１２６  第２の本体部材
１５０  ダイヤフラム
１５６  第１の室
１５８  第２の室
１７０  圧力センサ
１７２  ハウジング
１７４  第１の本体部材
１７６  第２の本体部材
２１４  ダイヤフラム
２２０  第１の室
２２２  第２の室
２５０  圧力センサ
２５２  ハウジング
２５４  第１の本体部材
２５６  第２の本体部材
２８０  ダイヤフラム
２８６  第１の室
２８８  第２の室
【図１】
0004679800.tif 000002
【図２】
0004679800.tif 000003
【図３】
0004679800.tif 000004
【図４】
0004679800.tif 000005
【図５】
0004679800.tif 000006
【図６】
0004679800.tif 000007
【図７】
0004679800.tif 000008
【図８】
0004679800.tif 000009