特許 7292282 差圧センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-08

(45)【発行日】2023-06-16

(54)【発明の名称】差圧センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 13/02 20060101AFI20230609BHJP

   G01L 13/06 20060101ALI20230609BHJP

【ＦＩ】

G01L13/02 B

G01L13/06 R

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020534335

(86)(22)【出願日】2018-12-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-03-11

(86)【国際出願番号】 FR2018053474

(87)【国際公開番号】W WO2019122759

(87)【国際公開日】2019-06-27

【審査請求日】2021-12-01

(31)【優先権主張番号】1762717

(32)【優先日】2017-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】517310463

【氏名又は名称】アリアングループ・エス・ア・エス

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】グベール，フランソワ

【審査官】大森 努

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０４８７８３８５（ＵＳ，Ａ）

【文献】実公昭５７－０３３４０６（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】実開昭５６－１７０７４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５７－１９４０４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６１－１２９５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１９７５３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６１－１８２８３１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第０４２１２２０９（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平０９－０９６５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０９３７３１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０３－０９４１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３１６７９６３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２，２７／００－２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力センサにして、キャビティが、第１の端部において第１のダイヤフラムによって閉じられ、および第２の端部において第２のダイヤフラムによって閉じられる、液体を収容する前記キャビティと、前記キャビティ内に配置された歪ゲージを備える測定ボディと、を備える圧力センサであって、測定ボディは、接続部材によって、第１のダイヤフラムおよび第２のダイヤフラムのうち１つのダイヤフラムのみに機械的に接続され、測定ボディは、中心対称性を有する形状を備え、接続部材は、前記測定ボディの中心対称性の対称の中心に固定されており、キャビティが、第１ダイヤフラムの側部に配置された第１チャンバと、第２ダイヤフラムの側部に配置された第２チャンバとに分離され、第１チャンバと第２チャンバとが、測定ボディによって分離され、測定ボディが、第１チャンバと第２チャンバとの間で液体を循環させるためのボアを備えることを特徴とする、圧力センサ。

【請求項2】

キャビティが、第１のダイヤフラムの側部に配置された第１のチャンバと、第２のダイヤフラムの側部に配置された第２のチャンバとを備え、前記圧力センサが、第１のダイヤフラムに作用される第１の圧力と第２のダイヤフラムに作用される第２の圧力との圧力差が閾値を超えるときに、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の液体の循環を防止するように構成された加圧安全装置を備える、請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項3】

過圧安全装置が、一方において、第１の圧力から第２の圧力を引いた圧力差が第１の制限値に到達するときに、第１チャンバと第２チャンバとの間の液体の循環を防止するように構成された第１過圧バルブと、他方において、第２圧力から第１圧力を引いた圧力差が第２制限値に到達するときに、第１チャンバと第２チャンバとの間の液体の循環を防止するように構成された第２過圧バルブと、を備える、請求項２に記載の圧力センサ。

【請求項4】

接続部材が、第１のダイヤフラムと接触する第１の端部を含み、前記接続部材の第１の端部が、前記接続部材の残りの部分よりも大きい直径を含む、請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項5】

測定ボディがディスクであり、その輪郭部が圧力センサのキャビティの内壁に固定され、接続部材が前記ディスクの中心に固定される、請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項6】

測定ボディが、四角い断面を有するプレートであり、その輪郭部が圧力センサのキャビティの内壁に固定され、接続部材が前記プレートに固定される、請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項7】

液体が油である、請求項１に記載の圧力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基準圧力と測定される圧力との間の圧力差を測定することによって流体の圧力を測定するセンサの一般分野に関する。

【背景技術】

【0002】

図１には、従来技術の圧力センサ１が示されている。図１の圧力センサは、例えば、インターネット上のアドレス「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｐｃ．ａｃ－ａｉｘ－ｍａｒｓｅｉｌｌｅ．ｆｒ／ｐｈｙ＿ｃｈｉ／Ｐｈｙｓｉｑｕｅ＿ａｐｐｌｉｑｕｅｅ／Ｍｅｎｕ／ＴＰ／ｃａｐｔｅｕｒ＿ｄｅ＿ｐｒｅｓｓｉｏｎ／Ｃａｐｔｅｕｒｓ＿ｄｅ＿ｐｒｅｓｓｉｏｎ．ｈｔｍｌ」に記載されている。図１に見られるように、圧力センサ１は、２つの流体入口経路２ａ、２ｂを含む。２つの入口経路２ａ、２ｂの一方は、既知の基準圧力を有する流体が圧力センサ１に導入される基準経路に対応し、他方の経路は、測定される圧力を有する流体が前記圧力センサ１に導入される測定経路に対応する。

【0003】

この圧力センサ１は双方向センサであり、流入経路２ａが基準経路であるのに対して流入経路２ｂが測定経路である場合、並びに流入経路２ａが測定経路であるのに対して流入経路２ｂが基準経路である場合を可能とする。

【0004】

２つの入口経路２ａ、２ｂの間の圧力差を測定するために、圧力センサ１は、２つの入口経路２ａ、２ｂの圧力が作用する測定バー３を備える。測定バー３は一方の端部によって固定され、他方の端部は自由に移動する。歪みゲージ３ａは、前記測定バー３の変形を測定し、測定バー３の変形から２つの入口経路２ａ、２ｂ間の圧力差を得るように、測定バー３に配置される。

【0005】

圧力センサ１は、各入口経路２ａ、２ｂに対向して配置されたダイヤフラム４ａ、４ｂを備える。ダイヤフラム４ａ、４ｂは、それぞれ、入口経路２ａ、２ｂの一方の流体の圧力を受け、この圧力を、伝達バー５ａ、５ｂによってそれぞれ測定バー３に伝達するように意図されている。ダイヤフラム４ａ、４ｂの間の空間によって画定されるキャビティ６は、前記キャビティ６の体積の変動を制限するように油で満たされる。

【0006】

従来技術の圧力センサは、時に、温度に対する感度の問題に直面し、圧力センサの測定は、温度の関数として非線形に変化する。温度に対するこの感度は、キャビティ６内の油の熱膨張から生じる。温度に対するこのような非線形感度は、圧力センサが正確な測定を行うことができる温度の範囲を減少させる傾向がある。というのは、センサの動作温度の範囲が大きいほど、温度に対するセンサの感度を補償することがより困難であるからである。

【0007】

加えて、従来技術の圧力センサは、基準圧力に対して線形の感度を有し、従って、基準圧力と測定される圧力との間の同じ圧力差に対して、圧力センサ１の測定値は、基準圧力の関数として線形に変化する。基準圧力に対するこの感度は、キャビティ６内の油の圧縮性から生じる。従って、圧力センサの精度を上げるためには、基準圧力の値の関数として測定値を補償する必要があり、これは圧力センサを複雑にする。

【0008】

最後に、従来技術の圧力センサも、制限されすぎる過圧に対する耐性の問題に直面する。実際に、伝達バー５ａ、５ｂの動きと測定バー３からの曲がりを制限するように、前記伝達バー５ａ、５ｂはストッパ７ａ、７ｂを有する。しかしながら、過圧が発生する経路の反対側に配置されたダイヤフラム４ａ、４ｂは、前記キャビティ６内の油の移動の影響下でキャビティ６の外側に向かって膨らむことによって変形する傾向があり、これは前記ダイヤフラム４ａ、４ｂに損傷を引き起こす可能性がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0009】

【文献】インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｐｃ．ａｃ－ａｉｘ－ｍａｒｓｅｉｌｌｅ．ｆｒ／ｐｈｙ＿ｃｈｉ／Ｐｈｙｓｉｑｕｅ＿ａｐｐｌｉｑｕｅｅ／Ｍｅｎｕ／ＴＰ／ｃａｐｔｅｕｒ＿ｄｅ＿ｐｒｅｓｓｉｏｎ／Ｃａｐｔｅｕｒｓ＿ｄｅ＿ｐｒｅｓｓｉｏｎ．ｈｔｍｌ＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従って、本発明は、液体を収容するキャビティを備える圧力センサを提案することによって、その主な目的として、そのような欠点を軽減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

圧力センサは、第１の端部が第１のダイヤフラムによって閉じられ、および第２の端部が第２のダイヤフラムによって閉じられる前記キャビティと、前記キャビティ内に配置された歪ゲージを備える測定ボディとを備える。測定ボディが、接続部材によって第１のダイヤフラムおよび第２のダイヤフラムのうちの１つのダイヤフラムのみに機械的に接続され、および測定ボディが中心対称性を有する形状を備え、および接続部材が、前記測定ボディの中心対称性の対称の中心に固定されることを、圧力センサは特徴とする。

【0012】

また、圧力センサは、単独で、または技術的可能性に応じて組み合わせて、以下の特徴を備えることができる：すなわち、
・ キャビティは、第１のダイヤフラムの側部に配置された第１のチャンバと、第２のダイヤフラムの側部に配置された第２のチャンバとを備え、第１のダイヤフラムに作用される第１の圧力と第２のダイヤフラムに作用される第２の圧力との間の圧力差が閾値を超えるときに、第１のチャンバと第２のチャンバとの間の液体の循環を防止するように構成された過圧安全装置を、前記センサは備える；
・ 過圧安全装置は、一方において、第１の圧力から第２の圧力を引いた圧力差が第１の制限値に到達するときに、第１のチャンバと第２のチャンバとの間で液体の循環を防止するように構成された第１の過圧バルブと、他方において、第２の圧力から第１の圧力を引いた圧力差が第２の制限値に到達するときに、第１のチャンバと第２のチャンバとの間で液体の循環を防止するように構成された第２の過圧バルブと、を備える；
・ 接続部材は、第１のダイヤフラムと接触する第１の端部を含み、前記接続部材の第１の端部は、前記接続部材の残りの部分よりも大きい直径を含む；
・ キャビティは、第１のダイヤフラムの側部に配置された第１のチャンバと、第２のダイヤフラムの側部に配置された第２のチャンバとに分離され、第１および第２のチャンバは、測定ボディによって分離され、測定ボディは、第１のチャンバと第２のチャンバとの間で液体を循環させるためのボアを備える；
・ 測定ボディはディスクであり、その輪郭部は圧力センサのキャビティの内壁に固定され、接続部材は前記ディスクの中心に固定される；
・ 測定ボディは、四角い断面を有するプレートであり、その輪郭部は、圧力センサのキャビティの内壁に固定され、接続部材は、前記プレートの中心に固定される；
・ 測定ボディはバーであり、その２つの端部は圧力センサのキャビティの内壁に固定され、接続部材は前記バーの中心に固定される；
・ 液体は油である。

【0013】

本発明の他の特徴および利点は、限定的な特徴を欠く例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、以下の説明によって明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来技術の差圧センサを示す図である。

【図2a】本発明の一実施形態による差圧センサを示す図である。

【図2b】本発明の一実施形態による差圧センサを示す図である。

【図3】本発明の一実施形態による差圧センサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図２ａ、図２ｂおよび図３に示すように、本発明による圧力センサ１０は、キャビティ１２を画定する軸βに沿って向けられた円筒壁１１を備え、前記キャビティ１２は液体で満たされている。好ましくは、圧力センサ１０のキャビティ１２を満たす液体は油であり、油はわずかに圧縮可能である。

【0016】

キャビティ１２は、第１のダイヤフラム２０ａによって閉じられる第１の端部１２ａと、第２のダイヤフラム２０ｂによって閉じられる第２の端部１２ｂとを含む。第１ダイヤフラム２０ａおよび第２ダイヤフラム２０ｂは、一方が基準経路に、他方が測定経路に設置されることを意図されている。基準経路は、流体を含む経路であり、その圧力は既知であり、そのため、基準経路と測定経路との間の圧力差の圧力センサ１０による測定の結果、測定経路の流体の圧力を計算することができるようになっている。

【0017】

圧力センサ１０は、第１のダイヤフラム１２ａと第２のダイヤフラム１２ｂとの間の、キャビティ１２内に取り付けられた測定ボディ３０を備える。測定ボディ３０は、前記測定ボディ３０に取り付けられ、且つ前記測定ボディ３０の変形を測定するように構成された歪みゲージ３１を備える。

【0018】

測定ボディ３０は、中心対称性を有する形状を有する。従って、測定ボディは対称中心を有する。測定ボディの対称中心は、軸βに配置されることが好ましい。

【0019】

測定ボディ３０をキャビティ１２の内に固定するために、キャビティ１３の内壁は、一方では圧力センサ１０の壁１１に固定され、他方では測定ボディ３０に固定される固定ブラケット４０を備える。固定ブラケット４０の形状および測定ボディ３０への固定は、前記測定ボディ３０が曲げによって変形できるように設計されており、従って、固定ブラケット４０と測定ボディ３０との間の固定点は、前記固定ブラケット４０から離間している。

【0020】

図２ａ、図２ｂおよび図３に示す例示的な実施形態では、測定ボディ３０は、軸βを中心とするディスクであり、従って、前記測定ボディ３０の対称中心は、軸β上のディスクの中心に配置される。固定ブラケット４０は、また、測定ボディ３０の輪郭部に形成された相補的な円形の溝に係合する円形のリブを備えるディスクであり、かくして、前記測定ボディ３０の固定ブラケット４０への固定を確実にする。

【0021】

圧力センサ１０は、第１のダイヤフラム２０ａおよび第２のダイヤフラム２０ｂのうちの１つのダイヤフラムに測定ボディ３０の対称中心を機械的に接続する接続部材５０、例えばピンを備える。図２ａ、図２ｂ、および図３に示す例では、接続部材５０は、測定ボディ３０を第１のダイヤフラム２０ａに接続する。従って、接続部材５０は、第１のダイヤフラムに接触する第１の端部と、測定ボディ３０の対称中心に接触する一端部とを備える。接続部材５０の第２の端部は、測定ボディ３０が接続部材５０の全ての動きに正確に追従するように、測定ボディ３０に固定される。

【0022】

他方のダイヤフラム、ここでは第２のダイヤフラム２０ｂは、従来技術のセンサとは異なり、測定ボディ３０に機械的に接続されていない。「機械的接続」とは、ここでは、ダイヤフラムに加えられる力が、例えばバーのような部分を介して測定ボディ３０に伝達され、その部分も、測定ボディの力をダイヤフラムに伝達することを意味する。

【0023】

第２ダイヤフラム２０ｂに印加された第２の圧力Ｐ２が、圧力センサ１０を満たす液体を介して第１ダイヤフラム２０ａに伝達されることにより、圧力センサ１０は、第１ダイヤフラム２０ａに印加された第１の圧力Ｐ１と、第２ダイヤフラム２０ｂに印加された第２の圧力Ｐ２との圧力差を測定し、これにより、接続部材５０を介して第１ダイヤフラム２０ａによって測定ボディ３０に印加される力は、第１の圧力Ｐ１と第２の圧力Ｐ２との差に相当する。歪みゲージ３１による測定ボディ３０の変形の測定は、第１のダイヤフラム２０ａによって前記測定ボディ３０に加えられた力を測定することを可能にし、従って、基準経路と測定経路との間の圧力差を得る。

【0024】

測定ボディ３０が中心対称の形状を有し、その対称中心で第１のダイヤフラム２０ａのみに機械的に接続されるという事実は、圧力センサ１０の温度に対する感度の問題を解決することを可能にする。実際、圧力センサ１０を満たす液体の熱膨張は、第２のダイヤフラム２０ｂの膨らみによって補償される。この膨らみは、前記第２のダイヤフラム２０ｂが測定ボディ３０に機械的に接続されていないという事実によって可能になっている。加えて、これは、基準圧力に対する圧力センサ１０の感度の問題を解決することも可能にする。さらに、測定ボディ３０が中心対称の形状を有し、その対称中心で第１のダイヤフラム２０ａのみに機械的に接続されているという事実は、圧力センサ１０の双方向特性を改善することを可能にする。双方向とは、ここでは、圧力センサ１０が、第１のダイヤフラム２０ａまたは第２のダイヤフラム２０ｂに印加される測定される圧力に対して同じ測定値を与える能力を意味する。

【0025】

図３で分かるように、圧力センサ１０のキャビティ１２は、測定ボディ３２０と固定ブラケット４０とによって２つのチャンバに分割されており、２つのチャンバは、第１ダイヤフラム２０ａの側部に配置された第１チャンバ１３ａおよび第２ダイヤフラム２０ｂの側部に配置された第２チャンバ１３ｂである。固定ブラケット４０は、接続部材５０を通過させ、第１チャンバ１３ａと第２チャンバ１３ｂとの間で流体を循環することを可能にするように、ボア４１を備える。測定ボディ３０はまた、流体が第１のチャンバ１３ａと第２のチャンバ１３ｂとの間を循環することを可能にするように、ボア３２を備える。従って、第１のダイヤフラム２０ａまたは第２のダイヤフラム２ｂのいかなる移動も、第１のチャンバ１３ａと第２のチャンバ１３ｂとの間の液体移動を引き起こす。

【0026】

圧力センサ１０は、液体が第１チャンバ１３ａと第２チャンバ１３ｂとの間を自由に移動できる開位置と、前記過圧安全装置が第１チャンバ１３ａと第２チャンバ１３ｂとの間の流体の循環を防止する閉位置との間を移動可能な過圧安全装置を備える。過圧安全装置は、通常使用時には開位置にあり、経路の１つで過圧が発生した場合には閉位置に切り替わるように構成されている。従って、ダイヤフラムに加わる圧力が、他方のダイヤフラムに加わる圧力に対して大きすぎて、２つの圧力の差が閾値に到達するときに、過圧安全装置は閉位置に切り替わる。このタイプの過圧安全装置は、過圧を受けたダイヤフラムに対応するチャンバ内に配置された液体が他方のチャンバ内に押しやられることを防ぐことができ、および他方のダイヤフラムを外側に膨らませることによって、その他方のダイヤフラムを変形させることを防ぐことができ、従って、破損を引き起こすことを防ぐことができる。

【0027】

図３に示す例示的な実施形態では、過圧安全装置は、第１過圧バルブ４２ａと第２過圧バルブ４２ｂとによって形成される。第１の過圧バルブ４２ａは、第１のダイヤフラム２０ａの方へ向けられた固定ブラケット４０の第１の面に形成され、第２の過圧バルブ４２ｂは、第２のダイヤフラム２０ｂおよび測定ボディ３０の方へ向けられた固定ブラケットの第２の面に形成される。第１のバルブ４２ａおよび第２のバルブ４２ｂは、いずれも、それらのバルブが第１のチャンバ１３ａと第２のチャンバ１３ｂとの間で液体の循環を可能にする開位置と、それらのバルブが２つのチャンバ間での液体の循環を妨げる閉位置との間で移動可能である。

【0028】

過圧の結果として第１圧力Ｐ１が大きすぎるとき、従って、圧力差ΔＰ、第１圧力Ｐ１から第２圧力Ｐ２を引いた圧力差（ΔＰ ＝ Ｐ１－Ｐ２）が第１限界値に到達するときに、第１過圧バルブ４２ａは閉位置に切り替わる。第１過圧バルブ４２ａは、第１圧力Ｐ１の上昇の影響を受けて第１ダイヤフラム２０ａを押圧することによりその閉位置に切り替わり、ダイヤフラムの下方に配置されたディスク２１ａ（ここでは接続部材５０の一端により形成される）が第１過圧バルブ４２ａを塞ぐ。第１の制限値は、固定ブラケット４０の第１の面と、第１のダイヤフラム２０ａの下方に配置されたディスク２１ａとの間の分離によって決定される。

【0029】

過圧の結果として第２圧力Ｐ２が大きすぎ、従って、圧力差ΔＰ第２圧力Ｐ２から第１圧力Ｐ１を引いた値（ΔＰ ＝ Ｐ２－Ｐ１）が第２限界値に到達するときに、第２過圧バルブ４２ｂは閉位置に切り替わる。第２過圧バルブ４２ｂは、固定ブラケット４０の第２の面に対して測定ボディ３０を押圧することによって、その閉位置に切り替わる。測定ボディ３０の変形は、第２チャンバ１３ｂ内の液体の圧力の上昇によって引き起こされる。第２限界値は、測定ボディ３０と固定ブラケット４０の第２の面との間隔によって決定される。

【0030】

図に示す例示的な実施形態では、ディスク２１ａおよび２１ｂは、第１および第２のダイヤフラム２０ａおよび２０ｂに対して取り付けられる。これらのディスク２１ａ、２１ｂは、ダイヤフラムを補強することを可能にする。第１のダイヤフラム２０ａの下に配置されたディスク２１ａは、そのディスクの第１の端部における接続部材５０の直径の拡大によって形成されることができる。１つの可能な変形例によれば、圧力センサ１０は、第２のダイヤフラム２０ｂに対してディスク２１ｂを欠くことができる。

【0031】

１つの可能な変形例によれば、測定ボディ３０は、四角い断面（軸βに垂直な断面）を有するプレートであり、測定ボディの全輪郭部にわたって固定ブラケット４０に固定され、測定ボディの中心で接続部材５０に固定される。別の可能な変形例によれば、測定ボディ３０は、測定ボディの２つの端部で固定ブラケット４０に固定され、その中心で接続部材５０に固定されるバーである。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】