(57)【要約】差圧センサ（２１４、３３８、５１８、６３８）が差圧送信機（２００、３００、４００、５００、６００、７００）内に配置され、第１および第２のセンサ入力部を有する。第１の隔離ダイヤフラム（２３０、３３０）は第１のプロセス流体導入部（２１０、３１０）に近接して配置され、第１の充填流体体積部分（３３４）を通じて第１のセンサ入力部に機能可能に接続される。第２の隔離ダイヤフラム（２３２、３３２）は第２のプロセス流体導入部（２１２、３１２）に近接して配置され、第２の充填流体体積部分（３３６）を通じて第２のセンサ入力部に機能可能に接続される。測定回路（２１８）が差圧センサに機能可能に接続され、該差圧センサの電気的パラメータを測定し、該測定されたパラメータを提供するように構成される。第３の流体体積部分（３５４）が実質的に差圧センサをとり囲む。第３の流体体積部分（３５４）は差圧センサに圧縮力を及ぼす。
2010540903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差圧送信機であって、
第１および第２のプロセス流体導入部と、
第１および第２のセンサ入力部を有する差圧センサと、
前記第１のプロセス流体導入部に近接して配置され、第１の充填流体積部分を通じて前記第１のセンサ入力部に機能可能に接続される第１の隔離ダイヤフラムと、
前記第２のプロセス流体導入部に近接して配置され、第２の充填流体積部分を通じて前記第２のセンサ入力部に機能可能に接続される第２の隔離ダイヤフラムと、
前記差圧センサに機能可能に接続され、該センサの電気的パラメータを測定し当該測定パラメータを提供するように構成された送信機回路と、
前記差圧センサを実質的に取り囲み、該差圧センサに圧縮力を及ぼす第３の流体体積部分とを備えることを特徴とする差圧送信機。
【請求項２】
前記差圧センサが脆性材料を用いた圧力センサであることを特徴とする請求項１に記載の差圧送信機。
【請求項３】
前記脆性材料を用いた圧力センサがMEMS素子であることを特徴とする請求項２に記載の差圧送信機。
【請求項４】
前記第３の流体体積部分の内部に配置される補償物体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の差圧送信機。
【請求項５】
前記補償物体が、少なくとも１つの流体体積部分の熱影響を相殺するような熱膨張係数を有する材料より形成されることを特徴とする請求項４に記載の差圧送信機。
【請求項６】
前記第１および第２の充填液が非圧縮性流体であることを特徴とする請求項１に記載の差圧送信機。
【請求項７】
前記第３の流体が非圧縮性流体であることを特徴とする請求項１に記載の差圧送信機。
【請求項８】
第１および第２の二次隔離ダイヤフラムをさらに備え、該第１の二次隔離ダイヤフラムが前記第１の隔離ダイヤフラムに機能可能に接続され、前記第１の充填流体体積部分を前記第３の流体体積部分から分離し、前記第２の二次隔離ダイヤフラムが前記第２の隔離ダイヤフラムに機能可能に接続され、前記第３の流体体積部分から前記第２の充填流体体積部分を分離することを特徴とする請求項１に記載の差圧送信機。
【請求項９】
前記第１および第２の二次隔離ダイヤフラムがカプセル内に配置されることを特徴とする請求項８に記載の差圧送信機。
【請求項１０】
前記第３の流体体積領域に機能可能に接続され、前記送信機回路に電気的に接続されるライン圧センサをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の差圧送信機。
【請求項１１】
前記差圧送信機がプロセス通信ループから完全に電力供給されることを特徴とする請求項１に記載の差圧送信機。
【請求項１２】
差圧送信機であって、
第１のセンサ入力部を有する第１の圧力センサと、
第２のセンサ入力部を有する第２の圧力センサと、
第１および第２のプロセス流体導入部と、
前記第１のプロセス流体導入部に近接して配置され、第１の充填流体体積部分を通じて前記第１のセンサ入力部に機能可能に接続される第１の隔離ダイヤフラムと、
前記第２のプロセス流体導入部に近接して配置され、第２の充填流体体積部分を通じて前記第２のセンサ入力部に機能可能に接続される第２の隔離ダイヤフラムと、
前記第１および第２の圧力センサに機能可能に接続され、該センサの電気的パラメータを測定し且つ差圧を提供するように構成された送信機回路と、
前記第１および第２の圧力センサを実質的に取り囲み、前記第１および第２の圧力センサに圧縮力を及ぼす第３の流体体積部分を備えることを特徴とする差圧送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は差圧送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス送信機は一般にプロセス変数に応答する変換器すなわちセンサを含む。プロセス変数は一般に物質の物理的又は化学的状態若しくはエネルギーの変換を指し示すものである。プロセス変数の例には圧力、温度、流量、伝導率、pHおよびその他の特性が含まれる。圧力は、流量、水位および温度さえもを測定するのに利用できるという点で、基本的なプロセス変数とみなされている。
【０００３】
圧力送信機は産業プロセスにおいて次のような圧力を測定し監視するのによく用いられる。すなわち化学、製紙、石油、ガス、製薬、食品およびその他の流体型プロセスのプラントにおけるスラリー、流体、蒸気およびガスといったような様々な産業プロセス流体の圧力である。差圧送信機は一般に１組のプロセス圧力測定対象の流体導入部を含み、該導入部は送信機内の差圧センサに機能可能に接続され、該差圧センサは２つの導入部での圧力の差に応答する。差圧送信機は１組の隔離ダイヤフラムに機能可能に接続される差圧センサを含むことが典型的である。隔離ダイヤフラムはプロセス流体導入部に配置され、検知対象の過酷な条件のプロセス流体を差圧センサから分離する。隔離ダイヤフラムから差圧センサまで延びる流体通路で運ばれる実質的に非圧縮性の充填液を通じて、圧力はプロセス流体から差圧センサまで伝達される。
【０００４】
差圧センサは一般に、第１の圧力に結合される第１の側面と第２の圧力に結合される第２の側面とを有する可動式ダイヤフラムを含む。これらの圧力の差によって可動式ダイヤフラムに総変位量が生じる。ダイヤフラムは容量や抵抗といったような、変位と共に変動する電気特性を有する。この電気特性は差圧を示す量として監視または測定することができる。差圧センサは多くの用途において有用である。しかしながら、差圧センサがよく見うけられる用途はプロセス流体流量の測定が行われる用途である。こうした用途においては、差圧発生部はパイプのようなプロセス流体管路内に配置され、発生部を流れる流体によって差圧が発生する。発生部を横断して生成した差圧は次に管路を流れるプロセス流体の流速に数学的に関連づけられる。
【０００５】
プロセス流体流量、粘性、密度などに依存して差圧自体はどのような大きさもとりうるが、管路内のプロセス流体の実際のライン圧力は差圧とは独立に変動しうる。例えば、比較的低密度のプロセス流体が小さい障害物の中を流れる場合には、小さい差圧しか発生しないことがある。しかしながら、流体管路内の全体の圧力は非常に大きいということがありうる。従って、差圧検知システムは一般に変換できる最大の差圧と、システムが受けてもよい最大のライン圧力とを仕様として定められている。こうしたシステムは一般に、規定された最大のライン圧力を超えた変動があっても少なくともある程度は対応できるように設計されている。こうした変動は過圧イベントとして知られている。こうした差圧システムがこのような過圧イベントに対応して正常な状態に戻る方法は非常に重要である。例えば、過圧イベントにより検知システム内の流体接続が破壊されるか悪化した場合、検知システムが稼働を続ける能力が破壊される。さらに、差圧検知システム内で塑性変形が起こると、その点から先にシステム的なエラーが発生し、このエラーにより後続の差圧測定が影響を受けてしまうことになる。
【０００６】
こうしたシステムでの過圧イベントによりセンサの可動式ダイヤフラムがセンサチャンバの壁部に完全に係合してしまうことがありうる。こうした状況下では、差圧センサ自体の内部も過圧イベントの間にラインの圧力を完全に受けてしまう。これは明らかに望ましくないことであるが、半導体を用いた圧力センサに対してはより一層望ましくない。こうした半導体を用いた差圧センサは半導体の材質といったような脆性材料を採用して、半導体材質層の積み重ねで形成されていることが典型的である。これらは接合されてセンサ全体を形成することが典型的であるが、こうしたセンサは層の界面に加わる大きな引張力には耐えられないことが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
過圧状況によりよく対応するプロセス流体差圧送信機によってプロセス流体差圧を検知する技術が今後進展するであろう。さらに、こうした送信機はより厳しい条件の用途での稼働を可能とし、かつ／または、さらに長期の稼働寿命をもたらすことが要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
差圧送信機は第１および第２のプロセス流体導入部を備える。差圧センサが前記送信機内に配置され、第１および第２のセンサ導入部を有する。第１の隔離ダイヤフラムが前記第１のプロセス流体導入部に近接して配置され、第１の充填流体体積部分を通じて前記第１のセンサ入力部に接続される。第２の隔離ダイヤフラムが前記第２のプロセス流体導入部に近接して配置され、第２の充填流体体積部分を通じて前記第２のセンサ入力部に接続される。測定回路が前記差圧センサに機能可能に接続され、該センサの電気的パラメータを測定し、該測定されたパラメータを提供するように構成される。第３の流体体積部分が実質的に前記差圧センサを取り囲む。該第３の流体体積部分は前記差圧センサに圧縮力をおよぼす。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】フランジに接続される圧力送信機の例を示す図である。
【図２】本願発明が有用となる実施形態における差圧送信機環境の断面図である。
【図３】本願発明の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図である。
【図４】本願発明の別の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図である。
【図５】本願発明の別の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図である。
【図６】本願発明の別の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図である。
【図７】本願発明の別の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本願発明の少なくともいくつかの実施形態は、従来技術の圧力検知システムが過圧イベントに対応して正常復帰することに問題があるという独自の研究結果に由来して提案されたものである。高性能MEMS(Micro Electro Mechanical System 微小電気機械素子)差圧センサを採用しているもののような、半導体型差圧センサを利用する差圧送信機は、フルライン圧部分の混入物質を除去するために用いられるオイルによる分離技術と、こうしたセンサに対する過圧対策要求とによって最終的な性能仕様に制限が加えられる。この要求により一般にセンサを中に浸して隔離ダイヤフラムが機能するようにするためオイル体積が多く必要となる。隔離ダイヤフラム自体は温度および圧力のヒステリシスと非可逆性を有する。圧力センサ自体の誤差に加えてこのような誤差が常に存在する。差圧センサをオイルに浸すのを避けるため、差圧センサ自体を補強する試みにはクランプ器具の利用が含まれる。しかしながらこのようなクランプ器具は一般に誤差を発生する結果となる。クランプ器具は圧力および温度のヒステリシスをセンサに発生させる。さらに、センサ機構起因の誤差量は一般にセンサ機構との物理的接触の量に直接比例する。
【００１１】
以下でより詳細に述べるように、本願発明の様々な実施形態は独立した充填液の体積領域に差圧センサを封入する形をとる。開示する実施形態では過圧イベントと、ライン圧力かつ／または稼働温度の変動下における測定および補償とに対処する様々な解決策が提供される。
【００１２】
図１に開示する実施形態が有用となる圧力送信機１００の例を示す。圧力送信機１００は一般にセンサボディ１０６に接続される送信機ボディ１０４を含み、センサボディ１０６はさらに隔離アセンブリ１０８に接続され、最後に隔離アセンブリ１０８がフランジ又はマニホールド１０２に接続される。別実施形態として、送信機ボディ１０４とセンサボディ１０６とは一体の器具として形成してもよい。図１では、フランジ１０２はCoPlanar（商標）型の製品である。プロセス流体内に埋め込んで利用する型のフランジとは対比的に、CoPlanar（商標）型の製品はプロセス流体にアクセスするために追加取り付けするフランジ１０２を含む。このようなフランジはミネソタ州チャンハッセンのローズマウント社(Rousemount Inc., of Chanhassen Minnesota)より商品名モデル３０５および３０６のマニホールドとして購入可能である。しかしながら、プロセス流体を受け入れるにあたって他の種類の接続器具（カップリング）を用いる他の型のフランジ又はマニホールドを利用する実施形態であってもよい。
【００１３】
フランジ１０２は１組のプロセス流体導入部１１０と１１２、および１組の導出部アセンブリ１１４と１１６を含む。プロセス流体導入部１１０と１１２は圧力送信機１００がプロセス流体の差（ゲージ）圧を測定することを可能とする。
【００１４】
図２に、フランジ又はマニホールド２０２に接続される圧力送信機２００の断面図を示す。圧力送信機２００は送信機ボディ２０４とセンサボディ２０６とを含む。送信機ボディ２０４とセンサボディ２０６とは同一の材質で製造してよい。センサボディ２０６は３１６又は３１６Ｌステンレス鋼といったような成型可能合金で形成するのが典型的である。送信機ボディ２０４はアルミニウム又はステンレス鋼で形成してもよい。センサボディ２０６は差圧センサ２１４と隔離アセンブリ２０８とを格納するように構成される。送信機ボディ２０４は送信機回路２１８を格納するように構成される。センサ２１４は導線２２０を介して送信機回路２１８に接続される。送信機回路２１８は、図２に示すような送信機出力部のような通信リンクを介してプロセス流体の圧力に関する情報を送信する。例えば、４−２０ｍＡ電流ループ、プロセス制御工業標準HART（登録商標）又はフィールドバス（商標）ループのような２線式通信回路を用いることで、送信機回路２１８はプロセス流体の差圧に関する情報を送信してもよい。圧力送信機２００は通信回路を介した接続によって制御部から電力供給されてもよい。別実施形態又は追加実施形態として、送信機２００は無線ネットワークを用いてもよい。
【００１５】
圧力センサ２１４は一般にフランジ２０２の第１の導入部２１０の圧力Ｐ１とフランジ２０２の第２の導入部２１２の圧力Ｐ２との差を測定する。圧力Ｐ１は第１の通路２２２を通って圧力センサ２１４に接続される。圧力Ｐ２は第２の通路２２４を通って圧力センサ２１４に接続される。第１の通路２２２は圧力送信機２００の第１の開口部２２６から圧力センサ２１４へ第１のセンサ取り付けチューブ２２７内を通って延びている。第２の通路２２４は圧力送信機２００の第２の開口部２２８から圧力センサ２１４へ第２のセンサ取り付けチューブ２２９内を通って延びている。通路２２２と２２４とは比較的非圧縮性の充填液で充たされており、これら充填液にはオイル、シリコンオイル、グリセリン水溶液、プロピレングリコール水溶液又はその他の適切な流体などがある。
【００１６】
隔離アセンブリ２０８は第１の開口部２２６に配置されセンサボディ２０６に接続される第１の隔離ダイヤフラム２３０を含む。隔離アセンブリ２０８はまた、第２の開口部２２８に配置されセンサボディ２０６に接続される第２の隔離ダイヤフラム２３２を含む。第１の隔離ダイヤフラム２３０は第１の通路２２２内の充填液と接すると同時に、導入部２１０のプロセス流体とも接する。第２の隔離ダイヤフラム２３２は第２の通路２２４内の充填液と接すると同時に、導入部２１２のプロセス流体とも接する。隔離ダイヤフラム２３０および２３２は導入部２１０および２１２におけるプロセス流体の性質および特徴をそれぞれ通路２２２および２２４内の充填液に伝達する。圧力センサ２１４は通路２２２および２２４内に含まれる充填液の性質および特徴を検知する。極端な温度揺動といったような変動する環境条件を有するプロセス流体かつ／または雰囲気温度に圧力送信機２００がさらされると、温度上昇に伴い充填液は膨張する。
【００１７】
図３に本願発明の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図を示す。差圧送信機３００はそれぞれ個別のプロセス流体圧力源に接続される１組のプロセス流体圧力導入部３１０と３１２を含む。プロセス流体圧力導入部３１０、３１２の各々はそれぞれ隔離ダイヤフラム３３０、３３２を含む。隔離ダイヤフラムはプロセス流体圧力導入部の圧力に応答してわん曲し、該わん曲は隔離流体３３４および３３６を通じてこのような圧力を伝達する。隔離流体３３４は隔離ダイヤフラム３３０から差圧センサ３３８の検知ダイヤフラムの第１の側面に圧力を伝える。同様に、隔離流体３３６は隔離ダイヤフラム３３２から差圧センサ３３８の検知ダイヤフラム３４０の第２の側面に圧力を伝える。隔離流体３３４は隔離流体の第１の体積部分であるとみなすことができ、隔離流体３３６は隔離流体の第２の体積部分であるとみなすことができる。隔離流体の第１および第２の体積部分は互いに流体的に分離している。図よりわかるように、ライン圧力が増加すると、第１の体積部分３３４と第２の体積部分３３６との内部の圧力が、差圧センサ３３８の第１の層３４２と第２の層３４８とを離すように作用する。これにより通常は差圧センサ３３８の様々な層に張力がかかることとなり、これは特に脆性材料を用いた圧力センサにとっては望ましくないことである。しかしながら、図３よりわかるように、差圧センサ３３８は密封されたチャンバ３５０内に配置され、台座３５２上に取り付けられている。本願発明の一実施形態に従い、チャンバ３５０は加圧されている。好ましくはチャンバ３５０の加圧は、差圧センサがさらされることになるであろう最大予想ライン圧力に実質等しい程度にまで行うのがよい。追加実施形態として、体積部分３３４および３３６に用いられているのと同一種類の充填液のような、非圧縮性充填液を用いてチャンバ３５０の加圧を行うのが好ましい。従って、チャンバ３５０内に第３の流体体積部分３５４が存在し、該体積部分３５４は差圧センサ３３８の予想稼働条件に基づいて定められる圧力を有する。加圧が適切なレベルまで達すると、その比較的高い圧力を維持するために管路３５６のような管路が密閉される。
【００１８】
差圧センサおよび／または差圧送信機の温度が変わると、内部の様々な材料は相対的に膨張または収縮することになる。検知ダイヤフラム３４０のほんの少しの変位によっても圧力変化が示される場合に、これらの変化は特に厄介なこととなる。従って、チャンバ３５０内および第３の体積部分３５４内に温度補償物体３５８を配置するのが好ましい。補償物体３５８は特定の熱膨張係数を有する適切な物質より作成するのが好ましい。物体３５８の材料に選択する熱膨張係数は、温度変化に伴う物体３５８と密封オイル３５４の体積変化合計が、チャンバ３５０の体積変化から差圧センサ３３８の体積変化を引いたものに等しくなるような係数である。これによって温度が膨張係数の実際的な許容誤差限界へと変化してきても第３の体積部３５４は比較的一定の圧力を保つこととなる。差圧送信機の温度補償は第３の体積部分３５４に関連する誤差の補償を含むのが好ましい。追加実施形態として、第３の体積部分３５４の示す圧力を診断用に利用してもよく、該圧力は差圧センサ３３８によって測定するか又は変換して求められる。例えば、流体３５４の圧縮力によって第１の層３４２と第２の層３４８とを互いに押しつけ合うこととなる。このような力によって上の層が下の層へ向かう変位が生じ、この変位は検知ダイヤフラム３４０から第１の層３４２へのキャパシタンス測定と、検知ダイヤフラム３４０から第２の層３４８へのキャパシタンス測定とによって測定できる。上の例はキャパシタンスに基づく検知を利用しているが、検知ダイヤフラムと第１、第２の層３４２、３４８との間の変位に応答するような任意の検知方式を用いてもよい。追加実施形態として、さらに別の圧力センサを第３の体積部分３５４に流体的に接続して圧力を直接測定するようにすることを特に検討してもよい。
【００１９】
第３の体積部分３５４は送信機の稼働ラインにおける予測最大圧力まで加圧されるので、ライン圧力が第３の体積部分３５４内に維持されている圧力を大きく超えることがなければ、センサ３３８の稼働寿命全体に渡って、差圧センサ３３８内の様々な接合部や結合部は圧縮状態を維持することになるということは注意すべきである。
【００２０】
図３に示す実施形態では隔離ダイヤフラムに許されるストロークは、差圧検知ダイヤフラム３４０と、オイルの熱膨張と、ライン圧力によるオイルの体積圧縮とに必要な量のみに限られる。体積部分３３４、３３６内にさらに１つまたは１つより多数の補償物体が含まれていれば、ストロークはより一層限られる。隔離ダイヤフラムに要求されるストロークを減らすことにより、差圧センサの応答時間は減少すると考えられている。さらに、隔離ダイヤフラムを縮小設計することも可能である。最後に、熱膨張性能を最善とするような特定のパラメータ最適化のために、第３の体積部分３５４の流体を体積部分３３４と３３６との流体と独立に選択することも可能である。
【００２１】
図４は本願発明の別の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図である。送信機４００はある程度送信機３００に類似しており、類似構成部品には同じ番号付けをしている。差圧送信機４００は第１および第２のプロセス流体導入部３１０および３１２と、対応する隔離ダイヤフラム３３０および３３２とを含む。隔離ダイヤフラム３３０を通じて、第１の隔離流体体積部分３３４を介して検知ダイヤフラム３４０の第１の側面に対しポート部３１０の圧力がかかる。同様に、隔離ダイヤフラム３３２と第２の隔離流体体積部分３３６とを介して検知ダイヤフラム３４０の第２の表面に対しポート部３１２の圧力がかかる。図４に関して示す実施形態は、隔離流体体積部分３３４および３３６が対応する二次隔離ダイヤフラム４０２および４０４に接続されるという点で、図３の実施形態と異なる。流体の第３の体積部分４０６は差圧センサ３３８をとり囲んでいるが、隔離ダイヤフラム３３０、３３２が受ける最大の圧力に加圧される。二次隔離ダイヤフラム４０２、４０４は過圧条件の間に底部に達する唯一の隔離部である。例えば、導入部３１０の圧力が高圧下にあり導入部３１２の圧力が通気開放状態にある場合、二次隔離ダイヤフラム４０４が底部に達する。この条件では、二次隔離ダイヤフラム４０２は底部には達せず、導入ポート部３１０における圧力はオイル体積部分３３４内に伝達され、またオイル体積部４０６内に伝達され、そしてその次に二次隔離ダイヤフラム４０４を二次隔離部停止部４０８に押しつける。逆の条件では、導入ポート部３１２の圧力が高圧で導入ポート部３１０の圧力が通気開放状態の場合、二次隔離ダイヤフラム４０２は二次隔離部停止部４１０に対して底打ちする。この条件においてもまた、二次隔離ダイヤフラム４０４は底部に達せず、導入ポート部３１２の圧力はオイル体積部３３６内に伝達され、またオイル体積部４０６に伝達され、こうして二次隔離ダイヤフラム４０２を二次隔離部停止部４１０に押しつける。従って、全ての場合において、差圧センサ３３８の外部はライン圧力つまり圧力導入部３１０、３１２のいずれかのうちの最高の圧力に維持される。こうして、ライン圧力はオイル体積部分４０６に加えられる、又は流体的に接続されることとなる。
【００２２】
二次隔離ダイヤフラム４０２、４０４は稼働条件下において対応する停止表面４１０、４０８から離れているということだけが必要となる。システムに必要とされるオイルのストロークは二次隔離ダイヤフラム４０２、４０４を対応する停止部４１０、４０８に押しつける動きのみである。二次隔離ダイヤフラム４０２、４０４は常に一方向だけに底打ちするのみであるから、隔離部の影響によって過圧イベントからセンサ出力に与える影響は最小限となる。脆性材料を用いた差圧センサの場合も、過圧を経た後、いずれの方向の過圧イベントによってもセンサ出力への影響はほとんどない。
【００２３】
図５は本願発明の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図である。図５に関して示した実施形態は前述の各実施形態と構成部品をある程度共有し、同様の構成部品には同じ番号が付けられている。図５に関して示した実施形態では、隔離ダイヤフラム３３０と差圧センサ３３８の第１の圧力導入部とに接続される第１の隔離流体体積部分３３４が提供される。同様に、第２のオイル体積部分３３６は隔離ダイヤフラム３３２と、差圧センサ３３８の反対側つまり第２の側面とに接続される。第１および第２体積部分３３４および３３６の各々は対応する管５０２および５０４を介して二次カプセル５０６に接続される。二次カプセル５０６は第１および第２の二次隔離部５０８、５１０をそれぞれ備える。二次隔離ダイヤフラム５０８および５１０は第３の流体体積部分５１２からそれぞれ第１および第２の流体体積部分３３４および３３６を分離する。第３の流体体積部分５１２は管５１４を介して、差圧センサカプセル５１８内のチャンバ５１６に接続される。第３の体積部分５１２は差圧センサ３３８をとり囲む。第１、第２、第３の流体体積部分に対する各種の充填管はそれぞれ５２０、５２２、５２４として図示されている。充填管５２０、５２２および５２４は対応する流体体積部分を充填するのに用いられ、充填管はその内部に流体体積部分を維持するために圧着又は密封される。図５に示すように、点線で示される独立したライン圧力センサ５２６を管５１４に接続して第３の体積部分５１２内の流体圧力を直接表示するようにしてもよい。差圧測定システム５００の基本運用は次のような点において（図４に示した）システム４００の運用と類似している。その点とは二次隔離ダイヤフラム５０８、５１０が隔離部停止部としての役割を果たして、圧力導入部３１０、３１２の一方が高圧下にあってもう一方が通気開放状態である状況に対処する、という点である。追加実施形態として、図５には明示していないが、二次カプセル５０６がまた、図３に関して上述したような１つ又はそれより多数の熱膨張補償物体を含んでいてもよい。
【００２４】
図６に本願発明の別の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図を示す。送信機６００は（図４に示す）送信機４００とある程度似ており、同様の構成部品には同じ番号を付している。送信機６００が送信機４００と異なる点の主要なところは、（図４に示した）差圧センサ３３８と比べた場合の差圧センサ６３８の構成にある。特に、差圧センサ６３８は第１および第２の層それぞれ６０２および６０４のみから形成されている。層６０２および６０４は領域６１０において端部６０６および６０８にて共に結合されている。領域６１０において第１の層６０２を第２の層６０４に固定することにより、実質的に独立な圧力センサ領域の１組６１２、６１４が作成される。各領域６１２、６１４は対応する導入ポート部３１０、３１２に対して、対応する第１および第２の隔離流体体積部分３３４、３３６を介して流体的に接続される。領域６１２、６１４内において表面６１２Ａ、６１２Ｂ、６１４Ａおよび６１４Ｂ内に配置される（図６には示していない）適切な導電性回路が、センサ領域６１２、６１４における第１の層６０２と第２の層６０４との互い同士のたわみ量に基づいて変動する電気特性を有する。別実施形態として、こうした回路は第１および第２の層６０２および６０４の片方または両方の外側の表面に取り付けてもよい。適切な電気回路にはピエゾ抵抗素子、容量電極、またはその他の適切な回路やこうした回路の組み合わせが含まれる。ピエゾ抵抗回路を用いると、各ダイヤフラム領域６１２、６１４はフルブリッジ構成のホイートストーンブリッジを有することができ、差圧算出のために互いに減算して出力は個別に特性を求めることができる。別実施形態として、正の出力を有する場合には１つのダイヤフラムからの直接の測定値を用いることができる。第１のセンサからの正の出力は正の差圧とみなすことができ、この場合第２のセンサからの正の出力は負の差圧である。これにより正の出力のみ提供する回路が用いられるという点で重要な利点が得られる。さらに、システムに対して検出感度が約２倍まで改善される。別実施形態として、両方のダイヤフラム領域６１２、６１４で１つのホイートストーンブリッジを構成して、１出力を与えるようにしてもよい。この場合、差圧測定に対して１つの出力しか特性が求まらない。
【００２５】
同様に、静電容量技術によっても重要な融通性がもたらされる。各ダイヤフラム領域６１２、６１４は容量値を保有することができ、該容量値は個別に圧力特性に対応づけることができるので、差圧は容量の読みの差となる。別実施形態として、容量値は電気的に比の出力として、該比の出力が差圧に対応する又は関連づけられるようにしてもよい。
【００２６】
図７に本願発明の別の一実施形態に係る差圧送信機の一部分の断面図を示す。差圧送信機７００は差圧送信機６００にある程度似ており、同様の構成部品には同じ番号が付されている。差圧送信機７００は送信機６００と次の点で異なる。その点とは、差圧送信機７００は物理的に互いに分離された複数の圧力測定センサ７１２、７１４を備えるが、差圧送信機６００は単一の差圧センサ６３８として共に接続されるセンサ部分６１２と６１４とを備える、という点である。しかしながら、各種の電気回路および表面７１２A、７１２B、７１４A、７１４Bの特性は、表面６１２A、６１２B、６１４Aおよび６１４Bに関して前述したのと同様である。別実施形態として、こうした回路はセンサの外側表面に取り付けてもよい。
【００２７】
本願発明の実施形態は一般に差圧センサまたはセンサの一部分を、あらかじめ圧縮された隔離流体又はプロセス流体自体のライン圧力のいずれかを用いて圧縮状態に維持する。差圧センサを圧縮状態に維持することにより、より頑強な動作が可能となり、このようなセンサの稼働寿命を延ばす可能性を有する。
【００２８】
本願発明の内容は構造的な特徴および／又は方法的動作に特有の言葉で説明してきたが、添付する請求項にて定義される内容は必ずしも上述の特定の特徴や動作に限られるものではないことを理解する必要がある。より正確には、上述の特定の特徴や動作は請求項を実施する形態における例として開示されている。
【符号の説明】
【００２９】
２００、３００、４００、５００、６００、７００…差圧送信機
２１４、３３８、５１８、６３８…差圧センサ
２３０、３３０…第１の隔離ダイヤフラム
２３２、３３２…第２の隔離ダイヤフラム
２１８…送信機回路
３５４、５１２…第３の流体体積部分
【図１】
2010540903.tif 000003
【図２】
2010540903.tif 000004
【図３】
2010540903.tif 000005
【図４】
2010540903.tif 000006
【図５】
2010540903.tif 000007
【図６】
2010540903.tif 000008
【図７】
2010540903.tif 000009
【国際調査報告】
2010540903.tif 000010
2010540903.tif 000011
2010540903.tif 000012