ヒづ       加麟に充分な張力力・かかっておらねばならないが・こ

戊L州工業」く ］己冊｝究†｛］1」｝ （］〔 ｝と） No．29  1974イト6刀      1［〕5

フラッシュマウント型微圧圧力変換器の試作について

（1用1≒r49｛1三5月18日  ↑｜｝〔稿う呈P型）

工業化学科  東   谷       公

e阯sh−Mounted Diaphram−Capacitance Gauge for

       Small Pressure DifFerence

by Ko HIGASHITANI

  A珊ush−mounted ， diaphram−capacitance gauge for about 2⑪00 dynes／cm：pressure difference was constracted with Iaboratory technique． The Iinear mnge（1⑪OU〜2000 dyロes／cmりand the sensitivity（0』002〜0．0005 pF／dyn／cmコ）are adlustable by changing the thiokness ohhe shim between the diaphram ring and the body． The temperature coe伍cient is as low as O．OG2 pF／℃

and the replication±10 dynes／cmコ． The geometrical center or the diaphram w：］s proved to be the e∬ective center up to 400n dynes／cm3 pressure gradient of tube How．

1端 言    A瓢ぎ㌻ラ聯㌫霊真㌻

 従来，流動流体の固休壁に働く法線応力を測定する撰   ウント型微圧変換器があるが，高価で，機械的強度が低 合．壁の小さな穴に取り付けられた圧力タップを，マノ   く，温度に過敏である．ここでは，ダイヤフラムの面積

メーターもしくは圧力変換器に接続することにより，壁   は少し大きいが，測定域が・2。m水柱で， o．⑪1 cm水 の圧力を推定してきた。しかし，この測定システムを用   柱まで測定可能なフラッシュマウント型圧力変換器の試 いるには．この穴の存在により，当然乱されるはずの圧   作を行い，実際の系に応用し成功したので，その変摸器 力分布の変化が無視小であるζとを仮定せねばならな   の概要と性能について述べる。

い。ニュートン流体の低レイノルズ頗域においては，こ

班力分布の肋が鰍小であることは知られている 2概  要

が1勘，レイノルズ数が大きくなると，この乱れは無視    この圧力変換器は，ダイヤフラムと電極の間の電気容 できなくなり，測定された値は真の壁の圧力を示さなく  五1の変化を測定することにより，ダイヤフラムに加わる なるコ川。粘弾性流体では，低レイレルズ領域におい   圧力を測定するもので，この種の変換器としては，フラ ても，この乱れは無視できず，測定されたみかけの圧   ッシュマウント型ではないがLodgeによるものがあ 力と真の圧力の問には系統的誤差の存在することが明ら   る9）。この変換器はLodgeのものを参考にして試作さ かになっだ｝。この系統的誤差は，その流体の弾性的性   れ，ほぼ同程度の性能を有している。変換器の断面図は 質の尺度である法線応力差によるものであることが，実  Fig．コに，外観はFig．2に各々示されている。厚さ 験的にも理論的にも証明されている欄7｝。従って．粘弾   25μのベリウム銅製ダイヤフラムAは，モネル・合金製 性流体の固体壁での圧力測定には，ダイヤフラムが直   のリングBにはんだ付され，同じくモネル合金製の電極 接，壁の表面に出ているフラッシュマウント型圧力変換   Cと30μ〜70μの間隔を有するよう取り付けられてい 器の使用が不可欠である。従来，正の値を有すると言わ   る。Dは電極Cとアースされている電極Bとの絶録体で れてきた枯弾性流体の第二法線応力差の最近の測定値が   あると共に，基準圧力とダイヤフラム裏而から加える際 負の値であるのは，フラッシュマウント型圧力圧力変換   に必要な空気室Kのための円柱状の強化エポリキシ樹脂 器の庄用によるものらしいζとが分った8）。モの他，圧   である。Eはダイヤフラムと電極の間隔を悶節するため カタップを用いたシステムでは一般に，コンプライヤン   の，厚さ30μ〜70」 のIJング状↓ ↓餓箔である。 Fはシ ス（一定の圧力差に対する体積変化）が非常に大きく，   一ルド線HのコネクターLと，某準圧力取り入れ口Gを 動特性，特に高帖性流休の動特性測定は不可能であると   取り付けるための真楡製の台であり，耳D及びEとボ いう欠点がある。      ルト」でしっかりとliq定されている。従って，ダイヤフ

ユ06

    ヒづ       加麟に充分な張力力・かかっておらねばならないが・こ

    ヒヂLUID FL°w       上で約6・0・C l、カll熱し，その状態でシートとリングの

一＿」   4     間の郡現鰯り肌，はんだを流し込んだ後，こオ・を 一づ       つ以存在しないよう特に盲7意が瀕である・即ち撫

壽盟D

二

／

c ^{x B}

z

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、〜1 K

L2．

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ン       急冷するというLodgeの手法9）を用いて行なった。モノド

メJ       ネル合金とベリウム銅の熱膨張率の違いから，常温で，

    −    2cm水柱の変換器に適当な張力の張ったダイヤフラム          が得られる。しかし，はんだの量の調節が難かしいため          同じ性能を有するダイヤフラムを作るのはあまり容易で          はない。又，変換器全体の電気容量を大きくしないよう          容］itの小さいシールド線及びコネクターを選ぶ必要が

         シ  ■〉

一L→        のc°

      4．特    性

      この変按器の特性は，ダイヤフラム及び真鍮箔Eの厚 Fi9 1C「oss section of tlle P「essu「e t「Imsduce「   さを変えることにより，自由に変えられるが，ここでは        試作された数個のグイヤフラム厚さ0・0025cm・ダイヤ        フラムと電極の間隔0．003〜0．007cmの変換器の特性

      について以下にまとめた。

        ゼロ点安定度 無加圧時のゼロ点安定度は数時間にわ

で

    Fig．2Picture of the t臼nsducer

       ユ2 ラムはB，J， Fを通じてシールド線のアース側に接続

され，電極Cは空気室内の細い線を通して心線に接合さ れており，A， C間の電気容量変化は，シールド線に結 合されたAttree増巾器1°）により増巾され・電流変化

（μA）として測定される。空気室の気密性は・B・D・   き8 E及びFの接合面にシリコングリースを薄く塗ることに   … より，シールド線接合部1にはエポッキシ樹脂を塗り込    ‖ めることにより保もたれている。又，良い温度特性を得    巨

るために誕変化に対してグイヤフラムと電酬の1踊 S

の変化の少ない様，リングBと電極は同じ金属を用い・    ， 同じ高さにグラインドされている。

／

3．製    作

製作の際，留意せねばならない点について述べる。リ ングBと電極Cは全たく同じ高さにする必要があるの

で，両者を同時にグライングー加工する。電極Cは平ら    0       4。。      loo なエポ。キシ樹脂Dの表耐こ粘度の・」・さい撚剤で瀦      PRI：5SURεc脳￡（dyn／ w

する．グイヤフラムの徹｛・は，働n鵬の安定点が二 ・Fig・3Ch・・a・t・・i・tic鍋es°f t「綱uce「s

107

 「遮      度  0．0002〜0．0005pf／dyne／cm2

 ii霊 度 係 驚史 0．002 pfノ゜C       50

直郷賊内』旺に対する再現性±ユOdy・・ノ・m三  ベ

較べると，感度は1／2〜1／5と悪くなっているが，週度    ，

O O   O−O

    o      o  O   L

●     2000      ●4000   ●   ●  ● 冊55URE G随D：E，汀【dyn／㈱3］

         O FORWER口FUコH

係数は1／5と著しく良くなって・・る．なお感度・・ついて F19 5ぽe蕊ぽ謡，ぽh＝f、耀1；1

は，より薄いダイヤフラムを用いるとか，電極間の間隔       mounted transdu㏄r and that with a pres一 を小さくするとかすることにより，討めることは可能で       su「e tap・

ある。これらの変換器をAttree回路に接続1して得られ

る較正曲線はFi日．3に示されている。         表面にはフラッシュマウント型変換塁を取り付け 他方        の壁には，同じ中心軸をもつ直径0・8mmの圧力タツ

5・ゼ・点検出器としての利用について   プを取り付け，変手螺に接続した．ニュートン流醐低

として用い，正確な傾斜マノメーター等と併用すること   るものとし，このダクトにグリセリンを流し・二つの変 により，より広範田な圧力変換器として利用できる。実   換器の測定値の差」Pを記録し・Fig・5に示した。こ 際に利用した例は他を参照されたいm。この場合．一時   の場合も一時的にではあるが商圧がかかるため・ダイヤ 的にではあるが，高圧力珈えられるためゼ・点晒現性 フラムのゼ・点の再現柱力沙し悪くな・ているが・」P が悪くなる。これはダイヤフラムとリングの間のはんだ   に系統的傾向がなく，流れの方向を変えてもJPは±30 の塑性変形によるものと思われる。Fig．4は6000 dyne／  dynes／cm2以内におさまっている。従って・圧力勾配 cm2を加圧した後のゼロ点の再現性を示している。しか   5000 dyne5／cm3まででは・このフラッシュマウント型

し，ゼロ点の移動は±35dyne海m2以内であるので，   変換器の測定値は，ダイヤフラムの幾何学的中心の圧力 企体の圧力に対する誤差として｛ま低く約⑪．5％である。   を示すとみなしてよいことが分かる。

榎

ミ・・

宣

、．、，

謝    辞・

      この変撞器試作に当り多くの助言を下さったウィスコ

竺」己」＿旦二・」．・＿＿−  GP・it・h・・d博士に深く鏑の意を表します・

       ロ     ●      Appendix

      直線的に変化する圧力に対する円形ダイヤフラムの変

Fig・4 ﾇ瓢三・1：ld□ぽ1蒜6㍑ 形r勺i．変化する励嚇る円＿フラ噸

    叩pa「ent p「e8胆「e d耐e「en民of nul1    位は次のように計算される。円形ダイヤフラムに働く張     P・i・tafte「6°°°d綱㎝2 bad・  加＋分大きく、モれ1、カ、かる圧力は小さいとすれば，

6ダイヤフ弘の中心について @   ・・…＋：一・

 管内流動の圧力降下等に見られるように1圧力が位置       ．  一 によって異なる場合フラ。シュマウハ圧」蹴器を ここでぱダイヤフラムの変位・Pはタイヤ∵ムに 用いると．A，，，。di。1，示されるごとく，そのダイヤフ かかる圧力・δ｛ま単位面積当りの鞭・⊇δで・「

ラムは酬な魏を拓従。て測定値がダイヤフラム 幽の雌長さ当りの張按施

中心のその揖ヤフラ坤心班力を示すかどうかは不 一ヒ式を髄標に害き表わすと

蕊：憲難鷲ご㌶三爵蕊』鷲  弗＋÷蒜＋＝｝＋：＝°

ル糎クトを用い，入肋ら＋分離れナ、所の一方の壁の 直紬に変化する圧力漱式で鉢されるとする・

108

誓一G＋C1 ・θ     、）3°鑑三1至、1．、。dA．C、Pi，晦丁 、．S。，．

ここでC・・C・ 瀧である・…rん（r）十1三（r）COS      3）Rﾕ｝3良．『1認翫ech．乳55。（196。）．

θとし・次のような境界条件で上式を解く。        4）Jackson，」． D．， A，pl． Sci． Rer． A11，218

 B．C．ユ・  九＝O atr＝．R       （1962），

 B．仁2．  ノ6＝有限at r＝0       5） Broadbent・工M・・A・Kaye・A・S・Lodge and

一五一…−R

B・C4・．五一有限・t・＝O       S。，． Rh，。L 13，471（1969）．

解は次のようになる。      7） Higashitani， K． and A． S， Lodge， to白ppear 画一

ﾃ（R2一戸）＋号㈲㍍θ（・曇） 8） ㌫：蒜監Willi。叫T＿S・己

       R王1eo】．19、727（1972）．

但しダイヤフラムの半径をRとした。         9）Lodge、 A、 S．」． Sci． ln8tmm．37．401（1960）．

       10） Attree， V． H．， Electr． Engr皿g．．24， 284

        参考文献       （1952）・

       11） Higashiねni， K．， Ph． D． Thesi8， U血iversity  1）Thom， A． and C．」． Apelt， Aeronautical    of Wisco皿5iロ． Madi50ロ． Wisconsin， U． S． A．

  Res． Council of Gτeat Bdtai皿， Rピ＆M． No．    （1973）・

■．       」 身