(57)【要約】【課題】静圧である感圧ダイアフラムと第１及び第２の電極間の静電容量により求める差圧に対して、受圧ダイアフラムに設けた圧力センサの信号に基づいて補正をする補正手段を設けて、高圧側と低圧側の受圧ダイアフラムにより発生する差圧を正確に算出する差圧伝送器を提供する。【解決手段】差圧伝送器は、金属製部材で形成された感圧ダイアフラムを隔てて対向する２つの第１及び第２の電極と、高圧側と低圧側の圧力を受ける一対の受圧ダイアフラムと、感圧ダイアフラムと前記一対の受圧ダイアフラムで形成される２つの空間と、それぞれの空間に充填された圧力伝達媒体とを有する受圧部と、感圧ダイアフラムと２つの第１及び第２の電極間の静電容量に基づいて差圧を算出する演算処理機能を内蔵した変換部と、で構成される静電容量式差圧伝送器において、一対の受圧ダイアフラムの何れか一方の受圧ダイアフラムの内側に圧力センサが配置され、変換部には受圧部に加わる静圧による誤差を、圧力センサの出力信号を用いて補正する手段を備えたことである。【選択図】      図１
2005010021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製部材で形成された感圧ダイアフラムを隔てて対向する第１及び第２の電極と、高圧側と低圧側の圧力を受ける一対の受圧ダイアフラムと、前記感圧ダイアフラムと前記一対の受圧ダイアフラムで形成される２つの空間と、それぞれの前記空間に充填された圧力伝達媒体とを有する受圧部と、
前記感圧ダイアフラムと前記第１及び第２の電極間の静電容量に基づいて差圧を算出する演算処理機能を内蔵した変換部と、
で構成される静電容量式差圧伝送器において、
前記一対の受圧ダイアフラムの何れか一方の受圧ダイアフラムの内側に圧力センサが配置され、
前記変換部には前記受圧部に加わる静圧による誤差を、前記圧力センサの出力信号を用いて補正する手段を備えたことを特徴とする差圧伝送器。
【請求項２】
前記圧力センサの出力信号を用いて補正する手段は、
始めに、Ｙ１＝（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）、
Ｃ１；第１の電極と感圧ダイアフラム間の静電容量、
Ｃ２；第２の電極と感圧ダイアフラム間の静電容量、
を算出し、
次に、
Ｙ２＝Ｙ１×ｋ、
ｋ＝１＋α×（β×Ｓ）、
α；電極間距離の圧力係数、
β；圧力センサの圧力センサ信号を圧力に変換する特性係数、
Ｓ；圧力センサの出力信号、
を演算して差圧を得るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の差圧伝送器。
【請求項３】
前記圧力センサの出力信号を用いて補正する手段は、前記第１及び第２の電極間距離の圧力係数αと前記圧力センサの圧力センサ信号を圧力に変換する特性係数βとを、所定のメモリに蓄積しておき、適宜読み出して演算に使用するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の差圧伝送器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差圧伝送器に関するものであり、詳しくは差動容量式差圧伝送器の静圧特性に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における差圧伝送器は、図３に示すように、高圧側と低圧側の被測定媒体を受けることで差圧を検出する受圧部１１１と、この受圧部１１１で受けた差圧を電気信号にして検出する測定部１２１とからなる。
【０００３】
受圧部１１１は、ハウジング１１２に内側が凹曲面形状に形成し、中央に細孔の導通孔１１３ａ、１１３ｂを有する第１及び第２の絶縁体１１４ａ、１１４ｂを対向配置させた第１及び第２のボディ１１５ａ、１１５ｂと、第１の絶縁体１１４ａの外側に配置した第１のダイアフラム１１６ａと、第１の絶縁体１１４ａの凹曲面を覆うように配置した第１の電極１１７ａと、第２の絶縁体１１４ｂの外側に配置した第２のダイアフラム１１６ｂと、第２の絶縁体１１４ｂの凹曲面を覆うように配置した第２の電極１１７ｂと、この第１及び第２の電極１１７ａ、１１７ｂとの境目に設けた感圧ダイアフラム１１８と、からなり、第１及び第２の電極１１７ａ、１１７ｂは、第１及び第２のリード線１１９ａ、１１９ｂに接続して外に引き出され、感圧ダイアフラム１１８も、第３のリード線１１９ｃに接続して外に引き出されている。
そして、第１のダイアフラム１１６ａの内側から導通孔１１３ａを通り凹曲面を通り、感圧ダイアフラム１１８までの空間には圧力伝達媒体である封入液１２０ａが封入されている。
又、第２のダイアフラム１１６ｂの内側から導通孔１１３ｂを通り凹曲面を通り、感圧ダイアフラム１１８までの空間には圧力伝達媒体である封入液１２０ｂが封入されている。
【０００４】
このように、第１及び第２の電極１１７ａ、１１７ｂの間に感圧ダイアフラム１１８を備えることで、第１の電極１１７ａと感圧ダイアフラム１１８間の静電容量Ｃ１は次の式で表わすことができる。
Ｃ１＝Ａ×（ε／ｄ）
ここで、Ａ；電極面積
ε；内部封入液の誘電率
ｄ；電極と感圧ダイアフラム間の距離
【０００５】
ここで、高圧側の入力が５０ｋＰａ、低圧側の入力が０ｋＰａのとき、感圧ダイアフラム１１８の変位をＸとすると、初期の電極間距離はｄであるから、
第１のボディ１１５ａ側の電極間距離＝ｄ＋Ｘ
第２のボディ１１５ｂ側の電極間距離＝ｄ−Ｘ
である。
従って、静電容量Ｃ１＝Ａ×（ε／（ｄ＋Ｘ））、
静電容量Ｃ２＝Ａ×（ε／（ｄ−Ｘ））、
となる。
変位Ｘは、高圧側入力と低圧側入力の差（以下、差圧という）に比例する。
【０００６】
さて、２つの静電容量Ｃ１、Ｃ２の値を用いて、
出力演算式Ｙ１＝（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）、
により、差圧を検出する。
2005010021.tif 000003
よって、
Ｙ１＝（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＝−Ｘ／ｄ……（式１）
ｄは固定値であるから、式１により変位Ｘを求めることができ、差圧を検出することができるのである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２０９８０３号  （第３頁〜第４頁  第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明した差圧伝送器において、第１のボディ１１５ａと第２のボディ１１５ｂは、感圧ダイアフラム１１８を挟み込むようにして、外周部で溶接固定されている。
高圧側、低圧側ともに１０ＭＰａ下での電極間距離はｄ（１＋α×Ｐ）で表わすことができる。
ここで、α；電極間距離の圧力係数で、α＞１
Ｐ；入力される圧力
大気圧下であれ、１０ＭＰａ下であれ、感圧ダイアフラム１１８の変位特性は影響を受けないから、高圧側の入力＝（１０ＭＰａ＋５０ｋＰａ）、低圧側の入力＝（１０ＭＰａ）のとき、
（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＝−ｘ／｛ｄ（１＋α×Ｐ）｝……（式２）
式１と式２から明らかなように、差圧は５０ｋＰａであっても、大気圧下と１０ＭＰａ下では、出力に差が生じる。これが静圧による誤差になるという問題がある。
【０００９】
従って、静圧を検知する手段と静圧による誤差を補正する手段を付加することにより、高精度な差圧計測を可能にすることに解決しなければならない課題を有する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る差圧伝送器は、次に示す構成にすることである。
【００１１】
（１）差圧伝送器は、金属製部材で形成された感圧ダイアフラムを隔てて対向する第１及び第２の電極と、高圧側と低圧側の圧力を受ける一対の受圧ダイアフラムと、前記感圧ダイアフラムと前記一対の受圧ダイアフラムで形成される２つの空間と、それぞれの前記空間に充填された圧力伝達媒体とを有する受圧部と、前記感圧ダイアフラムと前記第１及び第２の電極間の静電容量に基づいて差圧を算出する演算処理機能を内蔵した変換部と、で構成される静電容量式差圧伝送器において、前記一対の受圧ダイアフラムの何れか一方の受圧ダイアフラムの内側に圧力センサが配置され、前記変換部には前記受圧部に加わる静圧による誤差を、前記圧力センサの出力信号を用いて補正する手段を備えたことである。
（２）前記圧力センサの出力信号を用いて補正する手段は、
始めに、Ｙ１＝（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）、
Ｃ１；第１の電極と感圧ダイアフラム間の静電容量、
Ｃ２；第２の電極と感圧ダイアフラム間の静電容量、
を算出し、
次に、
Ｙ２＝Ｙ１×ｋ、
ｋ＝１＋α×（β×Ｓ）、
α；電極間距離の圧力係数、
β；圧力センサの圧力センサ信号を圧力に変換する特性係数、
Ｓ；圧力センサの出力信号、
を演算して差圧を得るようにしたことを特徴とする（１）に記載の差圧伝送器。
（３）前記圧力センサの出力信号を用いて補正する手段は、前記第１及び第２の電極間距離の圧力係数αと前記圧力センサの圧力センサ信号を圧力に変換する特性係数βとを、所定のメモリに蓄積しておき、適宜読み出して演算に使用するようにしたことを特徴とする（２）に記載の差圧伝送器。
【００１２】
このように、静圧である感圧ダイアフラムと第１及び第２の電極間の静電容量により求める差圧に対して、受圧ダイアフラムに設けた圧力センサの信号に基づいて補正をするようにしたことにより、高圧側と低圧側の受圧ダイアフラムにより発生する差圧を正確に算出することができ、高精度な測定を達成できるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る差圧伝送器の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明に係る差圧伝送器は、静電容量式差圧伝送器であり、図１に示すように、高圧側及び低圧側の圧力を受ける受圧部１１と、この受圧部１１で得られた信号に基づいて差圧を測定する測定部３０とからなる。
【００１５】
受圧部１１は、リング状の金属で形成された第１のボディ１５ａに、セラミックス或いはガラス等で形成された第１の絶縁体１４ａを内蔵し、気密に接合された第１のボディ１５ａと第１の絶縁体１４ａの１つの面は球面に加工された第１の凹部１６ａ上に第１の絶縁体１４ａの外径よりも小さな直径の第１の電極１７ａが形成されている。この第１の絶縁体１４ａの中央に細孔の第１の導通孔１８ａが設けられている。
【００１６】
第１のボディ１５ａと同じ構造を持つ第２のボディ１５ｂに、セラミックス或いはガラス等で形成された第２の絶縁体１４ｂを内蔵し、気密に接合された第２のボディ１５ｂと第２の絶縁体１４ｂの１つの面は球面に加工された第２の凹部１６ｂ上に第２の絶縁体１４ｂの外径よりも小さな直径の第２の電極１７ｂが形成されている。この第２の絶縁体１４ｂの中央に細孔の第２の導通孔１８ｂが設けられている。
【００１７】
第１及び第２の絶縁体１４ａ、１４ｂの球面の第１及び第２の凹部１６ａ、１６ｂ上に第１及び第２の電極１７ａ、１７ｂが互いに対向配置され、金属製の感圧ダイアフラム１９を挟み込み、その外周部で第１及び第２のボディ１５ａ、１５ｂが一体に溶接固定されている。一体に溶接固定された第１及び第２のボディ１５ａ、１５ｂはハウジング１２に収納され、溶接により固定される。
【００１８】
球面形状の第１及び第２の電極１７ａ、１７ｂと電気的に導通した第１及び第２のリード線２０ａ、２０ｂ、感圧ダイアフラム１９と電気的に導通した第３のリード線２０ｃがハーメチック端子２１によりハウジング１２の外部へ取り出されている。
【００１９】
この第１及び第２の絶縁体１４ａ、１４ｂの外側には受圧ダイアフラムである第１及び第２のダイアフラム２２ａ、２２ｂが気密に固定されている。
【００２０】
そして、第１のダイアフラム２２ａの内側から第１の導通孔を通り凹曲面を通り、感圧ダイアフラムまでの空間には圧力伝達媒体である封入液１３ａが封入されている。
又、第２のダイアフラムの内側から第２の導通孔を通り凹曲面を通り、感圧ダイアフラムまでの空間には圧力伝達媒体である封入液１３ｂが封入されている。
【００２１】
高圧側の第１のダイアフラム２２ａの近傍に小形の圧力センサ２３が配置され、その信号を取り出す第４のリード線２０ｄがハウジング１２の外部に引き出されている。実施例において、小形の圧力センサ２３としてピエゾ抵抗式が使用されている。
【００２２】
測定部３０は、図１及び図２に示すように、受圧部１１の第１及び第２の電極１７ａ、１７ｂ、感圧ダイアフラム１９、圧力センサ２３からの信号を第１〜第４のリード線２０ａ〜２０ｄを介して受入れる構成になっており、Ａ／Ｄ変換器３１、第１の変換部３２、第２の変換部３３、電流変換回路３４、メモリ３５とからなる。第１の変換部３２では差圧を算出し、第２の変換部３３では差圧の補正をする
【００２３】
第１の電極１７ａと感圧ダイアフラム１９間の静電容量Ｃ１、第２の電極１７ｂと感圧ダイアフラム１９間の静電容量Ｃ２、圧力センサ２３の出力Ｓは、Ａ／Ｄ変換器３１によりデジタル信号に変換され、第１の変換部３２に送られる。
【００２４】
第１及び第２の変換部３２、３３は演算処理機能を備えたＣＰＵを内蔵し、始めに第１の変換部３２で、Ｙ１＝（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）を算出し、次いで第２の変換部３３によりＹ２＝Ｙ１×ｋを演算する。
【００２５】
ここで、受圧部１１に１０ＭＰａの圧力を受けたときの圧力センサ２３の出力をＳ１０とすると、係数ｋは次式で与えられる。
ｋ＝１＋α×（β×Ｓ１０）……（式３）
【００２６】
定数αは、式２で示された電極間距離の圧力係数、βは圧力センサ２３の圧力センサ信号Ｓを圧力に変換する特性係数である。
αとβの値は、個々の受圧部１１によって変わるので、ＥＥＰＲＯＭなど書換え可能なメモリ３５に備えられている。最後に第２の変換部３３はＹ２を電流変換回路３４に送り、４−２０ｍＡ直流電流信号に変換して出力する。
【００２７】
さて、差圧は、高圧側の入力＝（５０ｋＰａ）、低圧側の入力＝（０ｋＰａ）の場合、式１から、
Ｙ１＝（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＝−Ｘ／ｄ
Ｙ２＝−Ｘ／ｄ×｛１＋α×（β×Ｓ）｝
５０ｋＰａ＝０．５ＭＰａに対する圧力センサ２３の出力Ｓは充分小さいので、
2005010021.tif 000004
【００２８】
高圧側の入力＝（１０ＭＰａ＋５０ｋＰａ）＝（１０．５ＭＰａ）、低圧側の入力＝（１０ＭＰａ）の場合、式２から
2005010021.tif 000005
【００２９】
このようにして、静圧１０ＭＰａ下でも、大気圧下と同じ圧力が得られ、静圧による誤差を補正することができるのである。
【００３０】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明における差圧伝送器は、一方の受圧ダイアフラムの内側に圧力センサを備え、静圧を検出する感圧ダイアフラムに加え、静圧による誤差を圧力センサの信号から得るようにしたことで、高精度な静圧の測定を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る差圧伝送器を略示的に示した一部断面にして示した説明図である。
【図２】同、変換部の様子を示したブロック図である。
【図３】従来技術における差圧伝送器を略示的に一部断面で示した説明図である。
【符号の説明】
１１        受圧部
１２        ハウジング
１３ａ      封入液
１３ｂ      封入液
１４ａ      第１の絶縁体
１４ｂ      第２の絶縁体
１５ａ      第１のボディ
１５ｂ      第２のボディ
１６ａ      第１の凹部
１６ｂ      第２の凹部
１７ａ      第１の電極
１７ｂ      第２の電極
１８ａ      第１の導通孔
１８ｂ      第２の導通孔
１９        感圧ダイアフラム
２０ａ      第１のリード線
２０ｂ      第２のリード線
２０ｃ      第３のリード線
２０ｄ      第４のリード線
２１        ハーメチック端子
２２ａ      第１のダイアフラム
２２ｂ      第２のダイアフラム
３０        測定部
３１        Ａ／Ｄ変換器
３２        第１の変換部
３３        第２の変換部
３４        電流変換回路
３５        メモリ。
【図１】
2005010021.tif 000006
【図２】
2005010021.tif 000007
【図３】
2005010021.tif 000008