(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受圧ダイアフラムを両側面に有するボディ本体の内部に内室を形成し、この内室を過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラムによって二つのセンターダイアフラム室に画成し、前記各受圧ダイアフラムの内側に形成した受圧ダイアフラム室と前記センターダイアフラム室をそれぞれ接続するとともに、前記ボディ本体と別部材からなる容器内部に設けられダイアフラム式圧力センサを収容するセンサ室と前記センターダイアフラム室とを接続し、かつこれらの室に封入液をそれぞれ封入した差圧発信器において、
前記容器は、前記ボディ本体に一体に接合された金属製の外筒および内筒によって構成され、前記センサ室は前記金属製内筒内に形成されて前記圧力センサのセンサダイアフラムにより上側センサ室と下側センサ室とに仕切られており、前記金属製内筒の外壁と前記金属製外筒の内壁との隙間を前記二つのセンターダイアフラム室のうちの一方と前記上側センサ室とを連通させる連通路とし、前記センターダイアフラム室のうちの他方と前記下側センサ室とを連通させ、前記金属製外筒の前記連通路に接する内壁面および前記下側センサ室に接する前記金属製内筒の内壁面にスペーサ装填用空間部をそれぞれ設け、これらのスペーサ装填用空間部に前記容器より線膨張係数が小さい材料によって形成したスペーサをそれぞれ配置したことを特徴とする差圧発信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油化学・化学工業・電力・ガス・食品・鉄鋼等の種々のプラントに用いられる差圧発信器に関し、特に過大圧保護機構を備えた差圧発信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
差圧発信器は、高圧側および低圧側の受圧ダイアフラムに加えられる各測定圧力を、圧力伝達媒体としての封入液によって半導体圧力センサに導き、その歪みを電気信号に変換して取り出すように構成しており、例えば石油精製プラントにおける高温反応塔等の被測定流体を貯蔵する密閉タンク内の上下二位置の差圧を検出することにより、液面高さを測定するときなどに用いられる（例えば、特許文献１，２，３参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１９８５１９号公報（２頁〜３頁、図１）
【特許文献２】
特開平４−３２０９３９号公報（２頁〜３頁、図１、図３）
【特許文献３】
特公平３−７４７８２号公報（１頁〜３頁、図１、図２）
【特許文献４】
特開平６−８２３２６号公報（２頁〜３頁、図８）
【０００４】
この種の差圧発信器は、圧力センサの耐圧を超える圧力が加わったときに圧力センサが破損するのを防止するために、過大圧保護機構を備えたものが一般的である。過大圧保護機構は、ボディ本体の各側面に設けられる受圧ダイアフラムと、ボディ本体の内室を高圧側と低圧側のセンターダイアフラム室に仕切って設けられるセンターダイアフラムとで構成され、受圧ダイアフラムに過大な圧力が加わったときに受圧ダイアフラムをボディ側面に着底させることにより圧力センサに過大な圧力が加わらないようにしている。すなわち、高圧側に過大な圧力が加わったときには、高圧側の受圧ダイアフラムがボディ本体に着底して高圧側の封入液の移動を制限し、低圧側に過大な圧力が加わったときには、低圧側の受圧ダイアフラムがボディ本体に着底して低圧側の封入液の移動を制限することにより、圧力センサに過大な圧力が加わらないようにしている。
【０００５】
図８は上記特開平７−１９８５１９号公報に開示された従来の標準型差圧発信器で、この差圧発信器１は、二つのボディ２Ａ，２Ｂを接合することによってボディ本体２を形成し、各ボディ２Ａ，２Ｂの側面に測圧用の受圧ダイアフラム３，４をそれぞれ設け、これらの受圧ダイアフラム３，４と各ボディ２Ａ，２Ｂとの間の空間をそれぞれ受圧ダイアフラム室５，６として圧力伝達媒体としてのシリコーンオイル等の封入液７を封入している。また、両ボディ２Ａ，２Ｂの接合面間に内室８を形成し、この内室８を前記受圧ダイアフラム３，４とともに過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラム９によって２つのセンターダイアフラム室８ａ，８ｂに画成し、これらのセンターダイアフラム室８ａ，８ｂを前記各受圧ダイアフラム室５，６に連通路１０ａ，１０ｂを介してそれぞれ連通させている。さらに、前記ボディ本体２の内部には前記各センターダイアフラム室８ａ，８ｂと圧力センサ１２を接続する封入液回路１１（１１ａ，１１ｂ）が形成されている。圧力センサ１２としては、シリコン、サファイア等のダイアフラムを有するダイアフラム式圧力センサが用いられる。
【０００６】
このような構造からなる差圧発信器１において、高圧側の受圧ダイアフラム３と低圧側の受圧ダイアフラム４にプロセス流体の高圧ＨＰと低圧ＬＰを印加すると、受圧ダイアフラム３，４が変位し、その差圧（ＨＰ−ＬＰ）が封入液７を介して圧力センサ１２の半導体ダイアフラムに加えられる。このため、半導体ダイアフラムがその差圧に応じて歪み、この歪みを電気信号として取り出すことにより差圧が測定される。
【０００７】
高圧ＨＰ側の受圧ダイアフラム３に過大な圧力が加わったときは、受圧ダイアフラム３が低圧側に変位してボディ本体２の側面に着底するため、それ以上の封入液７の移動がなく、過大圧による圧力センサ１２の破損を防止することができる。同様に、低圧ＬＰ側の受圧ダイアフラム４に過大な圧力が加わったときは、受圧ダイアフラム４が高圧側に変位してボディ本体２の側面に着底するため、それ以上の封入液７の移動がなく、この場合も過大圧による圧力センサ１２の破損を防止することができる。
【０００８】
一方、この種の差圧発信器は、近年地球環境、取り扱いの容易さ、あるいは予備品、機種点数の削減などのために、測定範囲、使用温度範囲が広いものや、ボディの小さなものが要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記した通り、過大圧保護機構を備えた従来の差圧発信器１は、圧力センサ１２による測定範囲を超える過大な圧力が加わったときに過大圧保護機構が働くことにより圧力センサ１２の破損を防止するようにしている。しかしながら、周囲温度の変化により受圧ダイアフラム室５，６内の封入液７が膨張、収縮してその量が変化すると、過大圧保護機構が働き始めるときの圧力、すなわち過大圧保護機構の動作点（以下、Ｏ／Ｌ動作点という）も変化するという問題があった。
【００１０】
以下、Ｏ／Ｌ動作点の変化について説明する。
図９は従来装置における過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を示す概念図で、縦軸は受圧ダイアフラム下の封入液移動量（またはセンサ出力）、横軸は差圧、Ｓ，Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれ温度が２５℃、２５＋ｔ℃、２５−ｔ℃のときのＯ／Ｌ動作点である。
Ｏ／Ｌ動作点は、受圧ダイアフラム室５または６内の封入液７の液量Ｖｂとセンターダイアフラム９のコンプライアンスΦｃによって定まる。このとき、温度をｔ℃とすると、Ｏ／Ｌ動作点は、
Ｐｔ＝Ｖｂ／Φｃ
で示される。
【００１１】
高温時においては熱膨張により封入液７の液量が常温時における液量よりも増大するため、受圧ダイアフラムを表面側が凸となるように変形させている。この状態で圧力が加わると受圧ダイアフラムの変位量が大きく、封入液７の移動量が多い。したがって、Ｏ／Ｌ動作点は大きくなる。一方、低温時においては熱収縮により封入液７の液量が常温時における液量よりも減少するため、受圧ダイアフラムを表面側が凹となるように変形させている。この状態で圧力が加わると受圧ダイアフラムの変位量が小さく、封入液の移動量が少ない。したがって、Ｏ／Ｌ動作点は小さくなる。なお、受圧ダイアフラム３，４のコンプライアンスΦｂがセンターダイアフラム９のコンプライアンスΦｃより十分に大きい（Φｂ≫Φｃ）ときは、Ｏ／Ｌ動作点には影響しない。
【００１２】
このため、過大圧保護機構を備えた従来の差圧発信器では、その仕様が使用温度範囲、測定レンジ、センサ耐圧等により制限を受ける。
【００１３】
また、従来の差圧発信器はＯ／Ｌ動作点の変動幅Ｗが広いため、発信器自体が大型化するという問題もあった。すなわち、温度変化による封入液の膨張、収縮によって受圧ダイアフラムが変形すると、Ｏ／Ｌ動作点の変動幅Ｗが広くなるため、封入液の最大液移動量（ダイアフラムの弾性域における変位量）Ｑｍａｘは多くなる。ダイアフラムの弾性域における変位量はダイアフラム径が大きいほど多くなるため、封入液の最大液移動量が多いと、必然的に受圧ダイアフラムを大きくせざるを得ず、結果としてボディ本体２が大型化し、発信器の小型化に制約を受ける。
【００１４】
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動幅を狭くし、発信器の仕様（使用温度範囲、測定レンジ、センサ耐圧、ボディ本体のサイズ等）の制限を緩和し得るようにした差圧発信器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、受圧ダイアフラムを両側面に有するボディ本体の内部に内室を形成し、この内室を過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラムによって二つのセンターダイアフラム室に画成し、前記各受圧ダイアフラムの内側に形成した受圧ダイアフラム室と前記センターダイアフラム室をそれぞれ接続するとともに、前記ボディ本体と別部材からなる容器内部に設けられダイアフラム式圧力センサを収容するセンサ室と前記センターダイアフラム室とを接続し、かつこれらの室に封入液をそれぞれ封入した差圧発信器において、前記容器は、前記ボディ本体に一体に接合された金属製の外筒および内筒によって構成され、前記センサ室は前記金属製内筒内に形成されて前記圧力センサのセンサダイアフラムにより上側センサ室と下側センサ室とに仕切られており、前記金属製内筒の外壁と前記金属製外筒の内壁との隙間を前記二つのセンターダイアフラム室のうちの一方と前記上側センサ室とを連通させる連通路とし、前記センターダイアフラム室のうちの他方と前記下側センサ室とを連通させ、前記金属製外筒の前記連通路に接する内壁面および前記下側センサ室に接する前記金属製内筒の内壁面にスペーサ装填用空間部をそれぞれ設け、これらのスペーサ装填用空間部に前記容器より線膨張係数が小さい材料によって形成したスペーサをそれぞれ配置したものである。
【００２２】
本発明においては、線膨張係数が小さい材料からなるスペーサをスペーサ装填用空間部内に配置しているので、封入液の量は僅かに増大するものの見かけ上は殆ど変わらない。温度上昇によってボディ本体が熱膨張すると、スペーサ装填用空間部も熱膨張して広がる。このとき、スペーサも熱膨張するが、スペーサ装填用空間部の熱膨張に比べて膨張量が少ないため、スペーサ装填用空間部とスペーサとの間の隙間は温度が変化する以前よりも拡大する。この隙間に入っている封入液も熱膨張するが、その量はきわめて僅かであるため前記隙間の熱膨張量よりきわめて少ない。このため、室内の封入液の一部は熱膨張した隙間に入り込む。したがって、温度上昇によって封入液が熱膨張しても室内全体の封入液の量の変化は小さく、過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動を小さく抑えることができる。一方、温度下降時においてはボディ本体とスペーサが収縮するため、上記とは逆に隙間が縮小して当該隙間内の封入液の一部を室内に送り込む。したがって、このときも封入液の量の変化は小さく、Ｏ／Ｌ動作点の変動を小さく抑えることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明を説明するための第１の参考例を示す断面図である。同図において、全体を符号２０で示す差圧発信器は、金属製のボディ本体２１と、ボディ本体２１の両側面（測圧面）２２，２３にそれぞれ取付けられた左右一対のカバー部材２４，２４と、ボディ本体２１の上方にネック部２５を介して設けられた電気信号変換部２６等で構成されている。
【００２５】
前記ボディ本体２１は、ＳＵＳ３１６等によって円板状に形成された２つのボディ２１Ａ，２１Ｂを電子ビーム溶接等によって一体的に接合することにより形成されており、両側面２２，２３に受圧ダイアフラム２７，２８がそれぞれ取付けられている。受圧ダイアフラム２７，２８は、通常ステンレスなどの薄膜状金属板を塑性加工することで円板状に形成され、外周縁部（固定部）がボディ本体２１の各側面２２，２３にそれぞれ溶接によって固定されている。受圧ダイアフラム２７，２８の加工形成に際しては、圧力を受ける受圧部、すなわち前記各側面２２，２３に溶接される外周縁部（固定部）より内側部分に波形の襞を同心円状に付けることで、受圧ダイアフラム２７，２８の荷重−弾性変形特性における線形域を広くしている。
【００２６】
前記ボディ本体２１の各側面２２，２３で各受圧ダイアフラム２７，２８の受圧部と対向する部分には、これらダイアフラムと同形の円形の凹部３０，３１がそれぞれ形成されており、これらの凹部３０，３１と前記受圧ダイアフラム２７，２８の間の空間が受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂをそれぞれ形成している。
【００２７】
また、ボディ本体２１の内部中央、すなわち前記２つのボディ２１Ａ，２１Ｂの接合面間には内室３４が形成されており、この内室３４を前記受圧ダイアフラム２７，２８とともに過大圧保護機構を構成するセンターダイアフラム３５によって高圧側と低圧側の２つの室、すなわち高圧側のセンターダイアフラム室３４ａと低圧側のセンターダイアフラム室３４ｂとに仕切っている。センターダイアフラム３５は、外周縁部（固定部）が溶接によってボディ２１Ａ，２１Ｂの接合面に挟持されて溶接され、外周縁部より内側部分が受圧部を形成している。この受圧部には、前記受圧ダイアフラム２７，２８の受圧部と同様に波形の襞が同心円状に形成されている。前記各センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂの内壁面３６ａ，３６ｂには、センターダイアフラム３５と同形の波形の襞がそれぞれ同心円状に形成されている。なお、本実施の形態においては、前記受圧ダイアフラム２７，２８、センターダイアフラム３５とボディ本体２１に同心円状の波形の襞をそれぞれ形成したが、これらの襞は必ずしも必要ではない。
【００２８】
前記ボディ本体２の各側面２２，２３と各受圧ダイアフラム２７，２８との間に形成された前記各受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂと、前記センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂは、ボディ２１Ａ，２１Ｂ内に形成した連通路３９ａ，３９ｂによってそれぞれ連通している。また、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ、センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂおよび連通路３９ａ,３９ｂには、各ボディ２１Ａ，２１Ｂに設けた封入液封入用孔４０，４０から圧力伝達媒体であるシリコーンオイル等の封入液４１，４１がそれぞれ封入されている。各封入液封入用孔４０は、ボール４２によってそれぞれ封止され、このボール４２の抜けを止めねじ４３によって防止している。
【００２９】
前記各カバー部材２４は、裏面外周縁部がシール部材４４を介して前記ボディ本体２１の側面２２，２３の外周縁部にそれぞれ密接され、複数本のボルト４５およびナット４６によって共締め固定されている。また、各カバー部材２４の中央には、被測定流体４７をボディ本体２１の受圧ダイアフラム２７，２８に導く流体導入口４８がそれぞれ表裏面に貫通して形成されている。
【００３０】
さらに、前記ボディ本体２１の内部には、封入液回路５１（５１ａ，５１ｂ）が形成されている。この封入液回路５１は、一端が一方のボディ２１Ａのダイアフラム座３６ａに開口して前記センターダイアフラム室３４ａと連通し、他端が他方のボディ２１Ｂのダイアフラム座３６ｂに開口してセンターダイアフラム室３４ｂと連通し、中間部が前記ボディ本体２１のネック部２５内に組み込まれたダイアフラム式の圧力センサ５２によって２つの回路に仕切られている。
【００３１】
前記ネック部２５は、それぞれＳＵＳ等の金属によって形成され前記ボディ本体２１の上面に溶接によって一体的に接合された外筒６０および内筒６１とからなり、これらによって前記圧力センサ５２を収納する金属製の容器６５を形成している。
【００３２】
前記圧力センサ５２は、前記内筒６１の凹陥部６１ａ内に配設されたパイレックス（登録商標）ガラス等の基台６６と、この基台６６の下面に外周縁部が接合されたシリコン、サファイア等からなるセンサダイアフラム６７とを備え、このセンサダイアフラム６７によって前記凹陥部６１ａの内部を二つのセンサ室、すなわちセンサダイアフラム６７の下側と上側の室６８Ａ，６８Ｂに仕切っている。下側のセンサ室６８Ａは、前記封入液回路５１ａに連通している。上側のセンサ室６８Ｂは、前記基台６６に貫通形成した貫通孔６６ａと前記内筒６１内に形成した連通孔６１ｂと、前記外筒６０と内筒６１との間に形成した環状溝６８を介して前記封入液回路５１ｂに連通している。したがって、センサダイアフラム６７の中央に設けたダイアフラム部の下面側には、前記受圧ダイアフラム２７に加えられる高圧ＨＰが、受圧ダイアフラム室３２ａ、連通路３９ａ、センターダイアフラム室３４ａ、封入液回路５１ａおよびセンサ室６８Ａ内の封入液４１を介して加えられ、ダイアフラム部の上面側には、前記受圧ダイアフラム２８に加えられる低圧ＬＰが、受圧ダイアフラム室３２ｂ、連通路３９ｂ、センターダイアフラム室３４ｂ、封入液回路５１ｂ、連通路６１ｂ、貫通孔６６ａおよびセンサ室６８Ｂ内の封入液４１を介して加えられている。そして、前記センサダイアフラム６７のいずれか一方の面には、ピエゾ抵抗領域として作用する図示しない４つの拡散ゲージが不純物の拡散またはイオンの打ち込み技術によって形成されており、これらの拡散ゲージは、ホイールストーンブリッジを形成し、リード線６２およびリードピン６３によって電気回路に接続されている。このような圧力センサ５２としては、ピエゾ抵抗式に限らず、キャパシタンス式のものであってもよい。なお、６４はリードピン６３を内筒６１から絶縁するハーメチックシールである。
【００３３】
前記各ボディ２１Ａ，２１Ｂの受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂには、スペーサ装填用空間部７０，７１がそれぞれ形成されている。これらのスペーサ装填用空間部７０，７１は、前記各ボディ２１Ａ，２１Ｂの受圧ダイアフラム２７，２８が着底する着底面の中央に形成した同一の大きさの凹陥部からなり、スペーサ７２ａ，７２ｂがそれぞれ収納配置されている。
【００３４】
前記スペーサ７２ａ，７２ｂは、その線膨張係数をαｃ、ボディ本体２１、受圧ダイアフラム２７，２８の線膨張係数をαｓ、封入液４１の体膨張係数をαｆとすると、αｆ≫αｓ≫αｃの条件を満たす、線膨張係数がきわめて小さい材料（以下、低熱膨張材料ともいう）によって略同一の大きさに形成され、前記スペーサ装填用空間部７０，７１にそれぞれ嵌挿され、ボルト、かしめ固定等の適宜な固定手段によって固定されている。また、スペーサ７２ａ，７２ｂは、前記スペーサ装填用空間部７０，７１より若干小さく形成されることにより、スペーサ装填用空間部７０，７１の内壁との間に環状の適宜な隙間７４ａ，７４ｂをそれぞれ形成しており、表面がスペーサ装填用空間部７０，７１を形成しない場合におけるボディ２１Ａ，２１Ｂの側面と同一面を形成している。このため、各受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂは、前記隙間７４ａ，７４ｂの容積分だけ従来の受圧ダイアフラム室より大きく形成されている。また、当然のことながら、各受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに封入される封入液４１の量も前記隙間７４ａ，７４ｂの容積分だけ従来の封入液量より増加している。
【００３５】
前記スペーサ７２ａ，７２ｂの材料としては、線膨張係数αｃが前記ボディ本体２１の線膨張係数αｓの１／５以下、好ましくは１／１０以下で、さらに好ましくは線膨張係数αｃがマイナスのセラミックス、金属等によって形成されている。なお、スペーサ７２ａ，７２ｂとしては、ボディ２１Ａ，２１Ｂに対する容積比が大きいことが好ましい。
【００３６】
低熱膨張材料としては、シリコン（線膨張係数：２．５４ppm/K ）、チタン酸アルミニウム（線膨張係数：−０．８ppm/K ）、インバー（線膨張係数：１．２ppm/K ）等が用いられる。
【００３７】
このような構造からなる差圧発信器２０において、被測定流体４７の高圧ＨＰと低圧ＬＰを受圧ダイアフラム２７，２８にそれぞれ加えると、両ダイアフラム２７，２８および受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１を介してセンターダイアフラム３５に伝達される。このため、センターダイアフラム３５はその差圧（ＨＰ−ＬＰ）に応じて変位し、この変位が封入液４１を介して圧力センサ５２のセンサダイアフラム６７の両面に加えられる。このため、センサダイアフラム６７は前記差圧（ＨＰ−ＬＰ）に応じて歪み、その歪み量が電気信号に変換され、演算処理されることにより、被測定流体４７の圧力、液面高さ等が測定される。
【００３８】
測定に当たっては、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを各ボディ２１Ａ，２１Ｂの受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに配置しているので、過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動幅を小さくすることができる。
【００３９】
図２は過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を示す概念図で、縦軸は受圧ダイアフラム下の封入液移動量（またはセンサ出力）、横軸は差圧、Ｓ，Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれ２５℃、２５＋ｔ℃、２５−ｔ℃での過大圧保護機構が働き始める点である。
低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを用いた本発明に係る差圧発信器においては、上記した通り温度変化による封入液の膨張収縮量が少ないため、図２から明らかなように温度変化による過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点Ｓ，Ｓ1 ，Ｓ2 の変動幅Ｗｏは、図９に示す従来装置におけるＯ／Ｌ動作点Ｓ，Ｓ1 ，Ｓ2 の変動幅Ｗより小さくなる。
【００４０】
ここで、図２（ａ）は２５℃におけるＯ／Ｌ動作点（Ｓ）が従来と同じとした場合の過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を示す図であり、この図から明らかなように、測定範囲Ａａは図９に示す従来装置における測定範囲Ａよりも広くなり、センサ耐圧Ｂａは従来装置におけるセンサ耐圧Ｂよりも小さくてよい。また、封入液の最大液移動量Ｑａｍａｘも少なくなる。したがって、変位量が少ない小径の受圧ダイアフラム２７，２８を用いることが可能で、ボディ本体２、ひいては発信器自体を小型化することができる。
【００４１】
さらに、図２（ｂ）は測定範囲Ａが従来と同じとした場合の過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を示す図であり、この図から明らかなように、センサ耐圧Ｂｂは上記図２（ａ）の場合のセンサ耐圧Ｂａよりもさらに小さくてよい。また、封入液の最大液移動量Ｑｂｍａｘもさらに少なくなり、発信器の小型化がさらに可能となる。
以下、本発明の原理を説明する。
【００４２】
〔従来装置〕
周囲温度が常温よりも高くなると、その温度上昇に比例して高圧ＨＰ側のボディ２１Ａ、受圧ダイアフラム２７および封入液４１が熱膨張する。このとき、スペーサ７２ａを備えない従来の差圧発信器においては、αｆ≫αｓにより封入液４１の熱膨張による増加量Ｑ１はボディ２１Ａと受圧ダイアフラム２７とからなる容器の熱膨張による容積増加量Ｑ２に比べて大きいため、封入液４１の液量Ｖｂが常温時における液量よりも増大する。したがって、受圧ダイアフラム２７は表面側が凸となるように弾性変形する。
【００４３】
このとき、周囲温度の上昇に比例して低圧ＬＰ側のボディ２１Ｂ、受圧ダイアフラム２８および封入液４１も高圧側と全く同様に熱膨張するため、受圧ダイアフラム２８を表面側が凸となるように弾性変形させる。
【００４４】
この状態で、高圧ＨＰ側の受圧ダイアフラム２７に圧力が加わると、受圧ダイアフラム２７は低圧ＬＰ側に変位する。このときの受圧ダイアフラム２７のボディ２１Ａの側面に着底するまでの変位量は、上記した通り熱膨張により凸状に膨らんでいることから大きく、封入液４１の移動量も多い。したがって、過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点も受圧ダイアフラム２７の変形方向に変動し、常温時よりも大きくなる（図９参照）。
【００４５】
周囲温度が常温より高くなった状態で低圧ＬＰ側の受圧ダイアフラム２８に圧力が加わったときは、上記とは反対に低圧側の受圧ダイアフラム２８が高圧ＨＰ側に変位する。このときの受圧ダイアフラム２８のボディ２１Ｂの側面に着底するまでの変位量は、上記した通り熱膨張により凸状に膨らんでいることから大きく、封入液４１の移動量も多い。したがって、このときも過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点が受圧ダイアフラム２８の変形方向に変動し、常温時よりも大きくなる。
【００４６】
受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂにスペーサ装填用空間部７０，７１を設け、これらのスペーサ装填用空間部７０，７１に低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを配置し、微小な隙間７４ａ，７４ｂを形成しておくと、周囲温度が上昇したとき、スペーサ装填用空間部７０，７１はボディ２１Ａ，２１Ｂとともに熱膨張し、図１に２点鎖線で示すように拡大し、隙間７４ａ，７４ｂの寸法がｄからｄ’に増大する。
【００４７】
一方、スペーサ７２ａ，７２ｂは線膨張係数αｃがボディ２１Ａ，２１Ｂの線膨張係数αｓに比べて十分に小さいため（αｓ≫αｃ）、その体積増加量Ｑ３はスペーサ装填用空間部７０，７１の熱膨張による容積増加量Ｑ４に比べて小さい（Ｑ３＜Ｑ４）。このため、容積増加量Ｑ４と体積増加量Ｑ３の差分だけ受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１が熱膨張した隙間７４ａ，７４ｂに入り込む。したがって、温度上昇によって受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１が熱膨張しても、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の液量増加はスペーサ７２ａを備えない従来の差圧発信器に比べて少ない。言い換えれば、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを用いることで、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の熱膨張量を見かけ上少なくすることができる。このため、受圧ダイアフラム２７，２８の表面側に凸状に変化する変化量は、高温時の従来装置に比べて小さく、圧力が加わったときの最大変位量（ボディ側面に接触するまでの変位量）が小さい。したがって、温度変化による過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点の変動は従来装置に比べて小さい（図２）。
【００４８】
周囲温度が常温よりも低温になったときは、ボディ２１Ａ，２１Ｂ、受圧ダイアフラム２７，２８、スペーサ７２ａ，７２ｂおよび封入液４１は収縮するが、αｆ≫αｓ≫αｃであるため、上記した昇温時とは反対に受圧ダイアフラム２７，２８は裏面側に凸となるように変形する。このとき、隙間７４ａ，７４ｂは収縮量が大きく狭くなるため、内部の封入液の一部が排出され受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに送り込まれる。したがって、このときも受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液の量はスペーサを備えない従来装置に比べて大きく変化せず、過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点の変動を小さくすることができる。
【００４９】
この場合、スペーサ装填用空間部７０，７１およびスペーサ７２ａ，７２ｂが小さいときは、温度上昇による隙間７４ａ，７４ｂの容積増加量が小さいため、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の隙間７４ａ，７４ｂへの移動量が少なく、受圧ダイアフラム２７，２８の変形を抑える効果は小さいが、スペーサ装填用空間部７０，７１とスペーサ７２ａ，７２ａを徐々に大きくしていくと、ある大きさで前記容積増加量Ｑ４と体積増加量Ｑ３の差（Ｑ４−Ｑ３）と、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の熱膨張による体積増加量Ｑ５とが略等しくなる。したがって、この場合は、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の圧力が常温時に比べて殆ど変化しない。これよりもさらにスペーサ装填用空間部７０，７１とスペーサ７２ａ，７２ｂを大きくしていくと、前記容積増加量Ｑ４と体積増加量Ｑ３の差（Ｑ４−Ｑ３）は受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の封入液４１の体積増加量Ｑ５よりも大きくなるため、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂ内の圧力Ｐが反対にその差に応じた圧力だけ減少し、受圧ダイアフラム２７，２８を裏面側に凸となるように弾性変形させる。したがって、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂの内圧が変化しないように、ボディ２１Ａ，２１Ｂ、受圧ダイアフラム２７，２８の材質、線膨張係数αｓ、封入液４１の体膨張係数αｆに応じて、スペーサ装填用空間部７０，７１、スペーサ７２ａ，７２ｂおよび隙間７４ａ，７４ｂの大きさを決定すれば、過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点を略一定にすることができる。なお、温度下降時についても同様である。
【００５０】
このように、過大圧保護機構の温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動は、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに配置することで小さくすることができる。また、スペーサ７２ａ，７２ｂのボディ２１Ａ，２１Ｂに対する割合は、大きい程効果が大である。さらに、スペーサ７２ａ，７２ｂの線膨張係数αｃは小さい程効果が大きく、線膨張係数αｃがマイナスの材料であればさらに効果大である。
【００５１】
次に、Ｏ／Ｌ動作点の変動幅が小さくなる効果を数式によって説明する。
（Ａ）低熱膨張材料からなるスペーサを備えない従来品の場合
２５℃における高圧ＨＰ側（または低圧ＬＰ側）受圧ダイアフラム室３２ａの容積をＶｂ、前記受圧ダイアフラム室３２ａ以外の高圧側容積をＶｓ、高圧側における封入液４１の全量をＶｂ＋Ｖｓ、ボディ２１Ａの体膨張係数を３αｓ（αｓ：線膨張係数）、封入液４１の体膨張係数をαｆ、受圧ダイアフラム２７のコンプライアンスをΦB 、センターダイアフラム３５のコンプライアンスをΦｃとすると、ΦB≫Φｃのとき
２５℃でのＯ／Ｌ動作点（Ｓ）は、
Ｐ25＝Ｖｂ／Φｃ                                      ・・・（１）
で示される。
【００５２】
温度がｄｔ℃変化したときのＯ／Ｌ動作点変化は
0003887290.tif 000002
【００５３】
（Ｂ）低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａを備えた本発明の場合
２５℃における高圧側（または低圧側）受圧ダイアフラム室３２ａの容積をＶｂ、前記受圧ダイアフラム室３２ａ以外の高圧側容積をＶｓ、スペーサ７２ａの体積をＶｃ、高圧側における封入液４１の全量Ｖｆ＝Ｖｂ＋Ｖｓ−Ｖｃ、ボディ２１Ａの体膨張係数を３αｓ（αｓ：線膨張係数）、封入液４１の体膨張係数をαｆ、スペーサ７２ａの体膨張係数を３αｃ（αｃ：線膨張係数）、受圧ダイアフラム２７のコンプライアンスをΦB 、センターダイアフラム３５のコンプライアンスをΦｃとすると、ΦB≫Φｃのとき
２５℃でのＯ／Ｌ動作点は、
Ｐ25＝Ｖｂ／Φｃ                                      ・・・（３）
【００５４】
受圧ダイアフラム室３２ａの容積変化：ｄＶｂ＝３αｓ・Ｖｂ・ｄｔ
受圧ダイアフラム室３２ａ以外の高圧側容積の変化：ｄＶｓ＝３αｓ・Ｖｓ・ｄｔ
スペーサ７２ａの体積変化：ｄＶｃ＝３αｃ・Ｖｃ・ｄｔ
封入液量の変化：ｄＶｆ＝αｆ・Ｖｆ・ｄｔ
【００５５】
受圧ダイアフラム室３２ａの封入液４１の液量変化ｄＶは
0003887290.tif 000003
となる。
【００５６】
0003887290.tif 000004
となる。この値は従来装置の（２）式の約６０％に相当し、約４０％の改善が図れる。
すなわち、
0003887290.tif 000005
したがって、２５±５０℃のときはスペーサ７２ａを備えない従来装置に比べて５．５ｋＰａ改善される。
【００５７】
なお、Ｏ／Ｌ動作点の変化：ｄＰｔ＝０になるなるように設計するにはｄＶ＝０とすればよく、ｄＶ＝０とするには、（４）式より以下の条件を満たせばよいことになる。
（Ｖｂ＋Ｖｓ）（αｆ−３αｓ）−Ｖｃ（αｆ−３αｃ）＝０
すなわち、
Ｖｃ／（Ｖｂ＋Ｖｓ）＝（αｆ−３αｓ）／（αｆ−３αｃ）  ・・・（６）
以下、具体例を示す。
今、αｆ＝１×１０-3
３αｓ＝５×１０-5
３αｃ＝０
Ｖｂ＝５００ｍｍ3
Ｖｓ＝Ｖｃ＋１０００ｍｍ3（設計条件としてＶｂ以外の高圧側容積はＶｃより１０００ｍｍ3大きいことが必要と仮定）
として（６）式を解くと
Ｖｃ＝２８５００ｍｍ3
Ｖｓ＝２９５００ｍｍ3
となり、このときｄＶ＝０となる。
つまり、このような条件を満たすように設計したスペーサ７２ａを備えれば、温度が変化してもＯ／Ｌ動作点が変動しないようにすることができるのである。
【００５８】
図３は第２の参考例を示す概略断面図である。
この実施の形態は、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂに配置する代わりにセンターダイアフラム室３４ａ，３４ｂにそれぞれ配置したものである。この場合も各センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂにスペーサ装填用空間部９１ａ，９１ｂを形成し、これらのスペーサ装填用空間部９１ａ，９１ｂにスペーサ７２ａ，７２ｂをそれぞれ適宜な隙間９２を保って配置すればよい。
【００５９】
このような構造においても、温度が変化したとき、センターダイアフラム室３４ａ，３４ｂ内の封入液の量の変化を少なくすることができるので、上記した第１の参考例と同様な効果が得られることは明らかであろう。
【００６０】
図４は第３の参考例を示す概略断面図である。
この実施の形態は、図１に示した実施の形態と図３に示した実施の形態を組合わせたもので、低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂとセンターダイアフラム室３４ａ，３４ｂに形成したスペーサ装填用空間部７０，７１，９１ａ，９１ｂにそれぞれ適宜な隙間７４ａ，７４ｂ，９２，９２を保ってそれぞれ配置したものである。
【００６１】
このような構造においては、受圧ダイアフラム室３２ａ，３２ｂとセンターダイアフラム室３４ａ，３４ｂの温度上昇に伴う封入液の量の変化を同時に抑えることができるため、温度変化によるＯ／Ｌ動作点の変動をより一層小さくするができる。
【００６２】
図５は第４の参考例を示す概略断面図である。
この参考例は、高圧側の受圧ダイアフラム室３２ａと低圧側のセンターダイアフラム室３４ｂに、スペーサ装填用空間部７０，９１ｂをそれぞれ形成し、これらの空間部７０，９１ｂに低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを適宜な隙間７４ａ，９２を保って配置したものである。
【００６３】
図６は第５の参考例を示す概略断面図である。
この参考例は、高圧側のセンターダイアフラム室３４ａと低圧側の受圧ダイアフラム室３２ｂに、スペーサ装填用空間部９１ａ，７１をそれぞれ形成し、これらの空間部９１ａ，７１に低熱膨張材料からなるスペーサ７２ａ，７２ｂを適宜な隙間９２，７４ｂを保って配置したものである。
【００６４】
図５および図６に示した参考例においても、上記した第１〜第４の参考例と同様な効果が得られることは明らかであろう。
この場合、第１〜第４の参考例においては、高圧側と低圧側のボディ２１Ａ，２１Ｂを左右対称に製作することが可能であるため、第５、第６の参考例に比べて安価に製作することができる利点がある。
【００６５】
図７は本発明の実施の形態を示す概略断面図である。
この実施の形態は、圧力センサ５２を収納する容器６５内に低熱膨張材料からなるスペーサ１０１，１０２を配置したものである。このため、外筒６０と内筒６１の接液面にスペーサ装填用空間部１００ａ，１００ｂをそれぞれ形成し、これらの空間部１００ａ，１００ｂに前記スペーサ１０１，１０２を適宜な隙間を保ってそれぞれ配置している。この場合は、金属製容器６５の線膨張係数より十分に小さい線膨張係数を有するスペーサを用いればよい。その他の構造は図１に示した構造と同一であるため、同一構成部材のものについては同一符号をもって示し、その説明を省略する。
【００６６】
このような構造においては、ボディ本体２１のサイズが小さいものに適用して有効である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る差圧発信器は、低熱膨張材料からなるスペーサを封入液が封入されている室に配置したので、見かけ上封入液の熱膨張を少なくすることができる。その結果として、温度変化による過大圧保護機構のＯ／Ｌ動作点の変動を小さくすることができ、発信器の使用温度範囲、測定レンジ、センサ耐圧、ボディ本体のサイズ等が受ける制約を緩やかにすることができる。また、構造が簡単で、安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を説明するための第１の参考例を示す断面図である。
【図２】  Ｏ／Ｌ動作点を示す概念図である。
【図３】  第２の参考例を示す概略断面図である。
【図４】  第３の参考例を示す概略断面図である。
【図５】  第４の参考例を示す概略断面図である。
【図６】  第５の参考例を示す概略断面図である。
【図７】  本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図８】  差圧発信器の従来例を示す断面図である。
【図９】  従来装置のＯ／Ｌ動作点を示す概念図である。
【符号の説明】
２０…差圧発信器、２１…ボディ本体、２１Ａ，２１Ｂ…ボディ、２７，２８…受圧ダイアフラム、３２ａ，３２ｂ…受圧ダイアフラム室、３４…内室、３４ａ，３４ｂ…センターダイアフラム室、３５…センターダイアフラム、３９ａ，３９ｂ…連通路、５１…封入液回路、５２…圧力センサ、６５…容器、６７…センサダイアフラム、７０，７１…スペーサ装填用空間部、７２ａ，７２ｂ…スペーサ、７４ａ，７４ｂ…隙間。
【図１】
0003887290.tif 000006
【図２】
0003887290.tif 000007
【図３】
0003887290.tif 000008
【図４】
0003887290.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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