JPS5951329A - 差圧発信器 - Google Patents
差圧発信器Info
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- JPS5951329A JPS5951329A JP58146263A JP14626383A JPS5951329A JP S5951329 A JPS5951329 A JP S5951329A JP 58146263 A JP58146263 A JP 58146263A JP 14626383 A JP14626383 A JP 14626383A JP S5951329 A JPS5951329 A JP S5951329A
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- diaphragm
- differential pressure
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/148—Details about the circuit board integration, e.g. integrated with the diaphragm surface or encapsulation
-
- G—PHYSICS
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- G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
- G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0618—Overload protection
-
- G—PHYSICS
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- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
- G01L19/0645—Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection
-
- G—PHYSICS
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧力を電気信号に変換して発信する発信器に関
し、特に2つの流体圧力の差圧に対応した電気信号を発
生する差圧検出素子を具備する発信器に関する。この種
の発信器は、一般に差圧発信器と呼ばれている。更に詳
しく云えば、本発明は該差圧検出素子に流体圧力を伝達
するためにバリヤ・ダイヤフラムと封入液とを用いる差
圧発信器に関する。
し、特に2つの流体圧力の差圧に対応した電気信号を発
生する差圧検出素子を具備する発信器に関する。この種
の発信器は、一般に差圧発信器と呼ばれている。更に詳
しく云えば、本発明は該差圧検出素子に流体圧力を伝達
するためにバリヤ・ダイヤフラムと封入液とを用いる差
圧発信器に関する。
このような差圧発信器は公知である。この種の差圧発信
器の一例は米国特許第3712143号に開示されてお
シ、全動作範囲にわたって微小な変位を行う検出素子、
すなわち半導体歪感知ウエーファを具備する。他の一例
は米国特許第3618390号に開示されておシ、全動
作範囲にわたって比較的大きな変位を行う検出素子を具
備する。
器の一例は米国特許第3712143号に開示されてお
シ、全動作範囲にわたって微小な変位を行う検出素子、
すなわち半導体歪感知ウエーファを具備する。他の一例
は米国特許第3618390号に開示されておシ、全動
作範囲にわたって比較的大きな変位を行う検出素子を具
備する。
これら差圧発信器は、いずれも2個のバリヤ拳ダイヤフ
ラムを具備するヘッド部を有する。1つのダイヤスラム
の一方側の室は第1の圧力を有する第1の流体で圧力を
印加され、他の1つのダイヤフラムの一方側の室は第2
の圧力を有する第2の流体で圧力を印加される。これら
2つの流体(以下導入流体と呼ぶ。)は、例えばプロセ
ス流路中のオリフィスの両側から取シ出されたプロセス
流体である。
ラムを具備するヘッド部を有する。1つのダイヤスラム
の一方側の室は第1の圧力を有する第1の流体で圧力を
印加され、他の1つのダイヤフラムの一方側の室は第2
の圧力を有する第2の流体で圧力を印加される。これら
2つの流体(以下導入流体と呼ぶ。)は、例えばプロセ
ス流路中のオリフィスの両側から取シ出されたプロセス
流体である。
各ダイヤフラムの反対側には隔離された室が設けられ、
該室は封入液で満されている。これら封入液は差圧検出
素子の両側に通じておシ、該差圧検出素子は印加された
封入液の差圧、従って差圧発信器に導入された流体の圧
力の差に対応する量だけ変位する。すると差圧検出素子
はその変位量に対応した、従って印加された差圧に対応
した電気的出力信号を発生する。従来のこの種発信器に
於ては、差圧検出素子はバリヤ・ダイヤフラムに接近し
て、ヘッド部内に設置されていた。
該室は封入液で満されている。これら封入液は差圧検出
素子の両側に通じておシ、該差圧検出素子は印加された
封入液の差圧、従って差圧発信器に導入された流体の圧
力の差に対応する量だけ変位する。すると差圧検出素子
はその変位量に対応した、従って印加された差圧に対応
した電気的出力信号を発生する。従来のこの種発信器に
於ては、差圧検出素子はバリヤ・ダイヤフラムに接近し
て、ヘッド部内に設置されていた。
これら公知の発信器は多くの分野で望ましい結果を得て
いるが、万おいくつかの欠点が残っている。すなわち、
上述の発信器は動作の全範囲で微小変位するものである
ために、過大な導入流体の圧力によって過度に変位させ
られて、損傷ないし特性劣化をもたらすような事態を防
心するための過負荷保護装置を必ず備えなければならな
い。上述の米国特許第3712143号に開示されてい
る発信器は、ベロー駆動形過負荷保護弁によって、過負
荷保護を実現している。ところが、このような過負荷保
護装置を採用すると、発信器のサイズが犬きくなシ、値
段も高くなる等の欠点がある。
いるが、万おいくつかの欠点が残っている。すなわち、
上述の発信器は動作の全範囲で微小変位するものである
ために、過大な導入流体の圧力によって過度に変位させ
られて、損傷ないし特性劣化をもたらすような事態を防
心するための過負荷保護装置を必ず備えなければならな
い。上述の米国特許第3712143号に開示されてい
る発信器は、ベロー駆動形過負荷保護弁によって、過負
荷保護を実現している。ところが、このような過負荷保
護装置を採用すると、発信器のサイズが犬きくなシ、値
段も高くなる等の欠点がある。
比較的大きな変位を行う上述の第2の型式の発信器では
過負荷保護を行うことは容易であるが、この発信器で用
いられる比較的大きな変位を行う検出素子は上述の第1
の型式の発信器に用いられる微小変位形検出素子よシも
特性が悪い。
過負荷保護を行うことは容易であるが、この発信器で用
いられる比較的大きな変位を行う検出素子は上述の第1
の型式の発信器に用いられる微小変位形検出素子よシも
特性が悪い。
従来装置の他の欠点は、2個のバリヤ・ダイヤフラムの
外側には高温の流体が導入され、または流体の脈動を受
けることに起因するものである。
外側には高温の流体が導入され、または流体の脈動を受
けることに起因するものである。
まなわち、差圧検出素子がヘッド内に、バリヤ・ダイヤ
フラムの近傍に設置されているために、バリヤ・ダイヤ
フラふと封入液は差圧検出素子に導入流体の温度や脈動
を伝えやすい傾向にある。このため差圧検出素子は不正
確な動作をしたシ、損傷したりするという欠点がある。
フラムの近傍に設置されているために、バリヤ・ダイヤ
フラふと封入液は差圧検出素子に導入流体の温度や脈動
を伝えやすい傾向にある。このため差圧検出素子は不正
確な動作をしたシ、損傷したりするという欠点がある。
さらに、差圧検出素子をヘッド本体内に設置すると、該
本体の壁を貫通して電気導線を外に出すことになるので
、液密のシールが、との部分にも必要となる。ところが
、とのシールはプロセス流体の熱の影響を受けるので、
比較的高価な金属でなければ所望のシールを行うことが
できない。
本体の壁を貫通して電気導線を外に出すことになるので
、液密のシールが、との部分にも必要となる。ところが
、とのシールはプロセス流体の熱の影響を受けるので、
比較的高価な金属でなければ所望のシールを行うことが
できない。
従って本発明の目的は、従来の装置の欠点を除去した改
良された差圧発信器を提供するにある。
良された差圧発信器を提供するにある。
本発明の他の目的は微小変位形基圧検出器の過負荷保護
を、比較的簡単でコンパクトな構造で実現した差圧発信
器を提供するにある。
を、比較的簡単でコンパクトな構造で実現した差圧発信
器を提供するにある。
本発明の他の目的はヘッド部から検出素子への熱や脈動
の伝達を減少させた改良された差圧発信器を提供するに
ある。
の伝達を減少させた改良された差圧発信器を提供するに
ある。
上述の目的を達成すべく提案された本発明差圧発信器は
中心ダイヤフラムすなわち調節ダイヤフラムを含む、中
心ダイヤフラムの両側には2つの液体圧力が印加される
。とれら液体圧力は差圧検出素子の両面にも印加される
。この中心ダイヤフラムすなわち調節ダイヤフラムはバ
リヤOダイヤフラムの流体が導入される側に過大な過負
荷圧力が現われると、バリヤ・ダイヤフラムをバック・
アップ面に着座させて、差圧検出素子に過大な差圧がか
からないようにして、差圧検出素子を保護する。
中心ダイヤフラムすなわち調節ダイヤフラムを含む、中
心ダイヤフラムの両側には2つの液体圧力が印加される
。とれら液体圧力は差圧検出素子の両面にも印加される
。この中心ダイヤフラムすなわち調節ダイヤフラムはバ
リヤOダイヤフラムの流体が導入される側に過大な過負
荷圧力が現われると、バリヤ・ダイヤフラムをバック・
アップ面に着座させて、差圧検出素子に過大な差圧がか
からないようにして、差圧検出素子を保護する。
本発明差圧発信器においては、差圧検出素子はバリヤΦ
ダイヤフラムを含む差圧発信器ヘッド部から離れた位置
に設置され、導入流体とヘッド部から差圧検出素子への
熱と脈動の伝達を減少させるような寸法と配置のキャピ
ラリー・チューブで差圧発信器ヘッドの液体室に接続さ
れている。このような分離設置形構成の差圧発信器は、
上述の高価な金属によるシールを不要とする。
ダイヤフラムを含む差圧発信器ヘッド部から離れた位置
に設置され、導入流体とヘッド部から差圧検出素子への
熱と脈動の伝達を減少させるような寸法と配置のキャピ
ラリー・チューブで差圧発信器ヘッドの液体室に接続さ
れている。このような分離設置形構成の差圧発信器は、
上述の高価な金属によるシールを不要とする。
以下図面について説明する。
第1図は本発明の構成例を示す差圧発信器の斜視図であ
る。
る。
第1図に於て差圧を電気信号すなわち電流信号に変換し
て発信する差圧発信器10は圧力検出ヘッド12、とれ
と離れた位置に設置された分離設置差圧検出カプセル1
4、およびヘッド12とカプセル140間に延びて、こ
れらを接続する一対のキャピラリー・チューブ16と1
8を含む、カプセル14とキャピラリーOチューブ16
と18は樋23とハウジング24とによってカバーされ
る。樋23とハウジング24はヘッド12にネジ25に
よって固着される。
て発信する差圧発信器10は圧力検出ヘッド12、とれ
と離れた位置に設置された分離設置差圧検出カプセル1
4、およびヘッド12とカプセル140間に延びて、こ
れらを接続する一対のキャピラリー・チューブ16と1
8を含む、カプセル14とキャピラリーOチューブ16
と18は樋23とハウジング24とによってカバーされ
る。樋23とハウジング24はヘッド12にネジ25に
よって固着される。
カプセル14はプリント回路板22の電気ソケット21
に、導電性ピン20を介して接続されるヘッド12は2
個の同じようなブロック26と28を含む、これらブロ
ックはANSIタイプ316のステンレス鋼で作ること
が望ましい。第2図に示す如く、ブロック26と28は
皿状の波形面30.32’をそれぞれ有する。波形可撓
性中心ダイヤフラム34はこれらブロック26と28・
の間に延びて、2つの隔離室36と38を形成する。ダ
イヤフラム34に形成された波形は多数の同心円から成
シ、ブロック26と28の内側表面30と32に形成さ
れた多数の同心円から成る波形の輪郭に従う。ダイヤフ
ラム34はANSIタイプ316のステンレス鋼の如き
金属で作ることが望ましい。ダイヤフラム34(D外周
縁部はブロック26,28の対応する平坦面にはさまれ
て固定される。ブロック26と28及びダイヤフラノ3
4間の液密結合は、これら3つの構成要素をその外周縁
全周にわたって、T工G溶接と呼ばれる不活性ガスを用
いるタングステン溶接法で溶接して達成することが望ま
しい。
に、導電性ピン20を介して接続されるヘッド12は2
個の同じようなブロック26と28を含む、これらブロ
ックはANSIタイプ316のステンレス鋼で作ること
が望ましい。第2図に示す如く、ブロック26と28は
皿状の波形面30.32’をそれぞれ有する。波形可撓
性中心ダイヤフラム34はこれらブロック26と28・
の間に延びて、2つの隔離室36と38を形成する。ダ
イヤフラム34に形成された波形は多数の同心円から成
シ、ブロック26と28の内側表面30と32に形成さ
れた多数の同心円から成る波形の輪郭に従う。ダイヤフ
ラム34はANSIタイプ316のステンレス鋼の如き
金属で作ることが望ましい。ダイヤフラム34(D外周
縁部はブロック26,28の対応する平坦面にはさまれ
て固定される。ブロック26と28及びダイヤフラノ3
4間の液密結合は、これら3つの構成要素をその外周縁
全周にわたって、T工G溶接と呼ばれる不活性ガスを用
いるタングステン溶接法で溶接して達成することが望ま
しい。
ブロック26と28のそれぞれの反対側面にも多数の同
心円から成る波形面42.44がそれぞれ形成される。
心円から成る波形面42.44がそれぞれ形成される。
この波形面42に沿って、かつ間隔をおいて1枚の波形
バリヤ・ダイヤフラム46が設けられる。同様に、波形
面44に沿って、かつ間隔をおいて他の1枚の波形バリ
ヤ拳ダイヤスラム48が設けられる。これらバリヤ・ダ
イヤフラムは同一形状であること、およびA、NSIタ
イプ316のステンレス鋼で作られることが望ましい。
バリヤ・ダイヤフラム46が設けられる。同様に、波形
面44に沿って、かつ間隔をおいて他の1枚の波形バリ
ヤ拳ダイヤスラム48が設けられる。これらバリヤ・ダ
イヤフラムは同一形状であること、およびA、NSIタ
イプ316のステンレス鋼で作られることが望ましい。
ブロック26と28のそれぞれの外周縁に凹みが設けら
れ、この凹みに角形フレーム又は環状部材50と52が
それぞれ取付けられる。この部材もANSIタイプ31
6のステンレス鋼で作うれている。環状部材50と52
はその外周縁をブロック26と28のそれぞれにTIG
溶接によって液密に結合され、かつバリヤ・ダイヤフラ
ム46と48は環状フレーム部材50と52にそれぞれ
の外周縁全周にわたってTIG溶接によシ、液密に結合
される。
れ、この凹みに角形フレーム又は環状部材50と52が
それぞれ取付けられる。この部材もANSIタイプ31
6のステンレス鋼で作うれている。環状部材50と52
はその外周縁をブロック26と28のそれぞれにTIG
溶接によって液密に結合され、かつバリヤ・ダイヤフラ
ム46と48は環状フレーム部材50と52にそれぞれ
の外周縁全周にわたってTIG溶接によシ、液密に結合
される。
2つの皿状ヘッド室62と64はO−リング66と68
を介して対応する環状部材50と52に、ボルトとナツ
ト70,72,74及び76によって液密に結合される
。これらのヘッド室62と64も、ボルトとナツト70
,72,74及び76もANSIり・イブ3.16のス
テンレス鋼で作られている。隔離入口通路7・8と80
はヘッド室62と64にそれぞれ形成される。基圧を測
定されるべき2つの流体、すなわち高圧力流体82と低
圧力流体84は、それぞれの入口通路78と80を経て
ヘッド室62と64にそれぞれ導入され、バリヤ・ダイ
ヤフラム46と48にそれぞれ圧力を加える。
を介して対応する環状部材50と52に、ボルトとナツ
ト70,72,74及び76によって液密に結合される
。これらのヘッド室62と64も、ボルトとナツト70
,72,74及び76もANSIり・イブ3.16のス
テンレス鋼で作られている。隔離入口通路7・8と80
はヘッド室62と64にそれぞれ形成される。基圧を測
定されるべき2つの流体、すなわち高圧力流体82と低
圧力流体84は、それぞれの入口通路78と80を経て
ヘッド室62と64にそれぞれ導入され、バリヤ・ダイ
ヤフラム46と48にそれぞれ圧力を加える。
複数の通路86は中心ダイヤフラム34の左側の室36
と、バリヤ・ダイヤフラム46と波形面42との間の室
87とを連結する。絶縁性の非圧縮性封入液88が、こ
の領域全体に充填される。
と、バリヤ・ダイヤフラム46と波形面42との間の室
87とを連結する。絶縁性の非圧縮性封入液88が、こ
の領域全体に充填される。
複数の通路90は中心ダイヤフラム34の右側の室38
と、バリヤ・ダイヤフラム48と波形面44との間の室
87/とを連絡する。絶縁性の非圧縮性封入液89が、
この領域全体に充填される。
と、バリヤ・ダイヤフラム48と波形面44との間の室
87/とを連絡する。絶縁性の非圧縮性封入液89が、
この領域全体に充填される。
これら封入液は特性が同じであることが望ましい。
一対の通路91と93はキャピラリー・チューブ16と
18を対応する封入液88と89にそれぞれ連結する。
18を対応する封入液88と89にそれぞれ連結する。
第1図から第3図に於て、低圧側キャピラリー。
チューブ18はカプセル14の金属壁92に形成された
通路94まで延び、カプセル14と液密に結合している
。ガラス管9.5・はキャピラリー・チュ、−ブ18の
端部に近接した通路94中の位置から1、シ・リコン支
持板100の通路98の中まで延びている。ガラス管9
5は通路94とエポキシ・クール96、によって液密に
結合さ些、通路198と米国特許第3803874号に
開示されている如き方法のシニル・で液密に結合される
。
通路94まで延び、カプセル14と液密に結合している
。ガラス管9.5・はキャピラリー・チュ、−ブ18の
端部に近接した通路94中の位置から1、シ・リコン支
持板100の通路98の中まで延びている。ガラス管9
5は通路94とエポキシ・クール96、によって液密に
結合さ些、通路198と米国特許第3803874号に
開示されている如き方法のシニル・で液密に結合される
。
・高圧、側キヤ、ピ、ラリー0チュ、ナ7″1・6、は
カプセル14のカバー〇プレート106中の開口104
まで延び、これと液密に結合される。
カプセル14のカバー〇プレート106中の開口104
まで延び、これと液密に結合される。
シリコンOウエーファの如きコツプ形半導体ウエーファ
102は金共晶ボンディング法によって支持板100に
接着される。高圧側キャピラリーチューブ16とカプセ
ル14の検出器室には高圧側封入液88が充填され、ウ
エーファ102の外側面に圧力が印加される。低圧側キ
ャピラリm−チューブ18、チューブ95及び支持板1
00とウエーファ102との間の検出器室には低圧側封
入液89が充填され、ウエーファ102の内側面に圧力
が印加される。とのように、2つの封入液88と89は
ウエーファ102の両面にそれぞれ作用する。
102は金共晶ボンディング法によって支持板100に
接着される。高圧側キャピラリーチューブ16とカプセ
ル14の検出器室には高圧側封入液88が充填され、ウ
エーファ102の外側面に圧力が印加される。低圧側キ
ャピラリm−チューブ18、チューブ95及び支持板1
00とウエーファ102との間の検出器室には低圧側封
入液89が充填され、ウエーファ102の内側面に圧力
が印加される。とのように、2つの封入液88と89は
ウエーファ102の両面にそれぞれ作用する。
イオン移動シールド108は多数の隔離支持棒11.0
によって、゛ウェーフチ102の近傍に設置される。シ
ールド108は一対の導線112によって、ウエーファ
102に電気的に接続されている。 ・
・ ストレイ・ン・ゲージ゛から成るホイートストン・プリ
ッジ114は、ウエーファ102の外側の表面に拡散法
によって形成される。必要数の細線116、 118.
120. 122及び123がブリッジ114とピン
2oとの間に延びている。ピン20はカプセル14から
壁部92に設けられた孔126を経て外に延びておシ、
液密のシール124がピン20とカプセル壁部92との
間に介挿される。
によって、゛ウェーフチ102の近傍に設置される。シ
ールド108は一対の導線112によって、ウエーファ
102に電気的に接続されている。 ・
・ ストレイ・ン・ゲージ゛から成るホイートストン・プリ
ッジ114は、ウエーファ102の外側の表面に拡散法
によって形成される。必要数の細線116、 118.
120. 122及び123がブリッジ114とピン
2oとの間に延びている。ピン20はカプセル14から
壁部92に設けられた孔126を経て外に延びておシ、
液密のシール124がピン20とカプセル壁部92との
間に介挿される。
代表的な差圧発信器回路を第5図に示す。ホイートスト
ン・ブリッジ114はウェー7ア102に拡散法によシ
形成されているものである。温度補償形増幅器130と
定電流制御器132はプリント回路板22に取付けられ
る。
ン・ブリッジ114はウェー7ア102に拡散法によシ
形成されているものである。温度補償形増幅器130と
定電流制御器132はプリント回路板22に取付けられ
る。
増幅器130の詳細は米国特許第365.4545号に
開示されているので、ここでは省略する。電流計134
、電源128はブリッジ回路114に接続される。ウェ
ーファ102に印加される差圧は電流計134に、例え
ば発信器1oの全動作範囲を4mAから20.mAの電
流値として指示される。
開示されているので、ここでは省略する。電流計134
、電源128はブリッジ回路114に接続される。ウェ
ーファ102に印加される差圧は電流計134に、例え
ば発信器1oの全動作範囲を4mAから20.mAの電
流値として指示される。
ウェー77102と、これに拡散形成されたブリッジと
は上述の微小変位形検出器素子を構成する。この検出器
素子は、導入流体の圧力の差が、発信器の全動作範囲に
わたって変化するとき、どのような圧力の差においても
変位量は微小である。
は上述の微小変位形検出器素子を構成する。この検出器
素子は、導入流体の圧力の差が、発信器の全動作範囲に
わたって変化するとき、どのような圧力の差においても
変位量は微小である。
もしもこの圧力の差が過大になシ、この過大な差圧がウ
エーファ102に加われば、ウェーファ102とその拡
散ブリッジ114は特性劣化ないし損傷してしまう。
エーファ102に加われば、ウェーファ102とその拡
散ブリッジ114は特性劣化ないし損傷してしまう。
第6図は第2図に示した発明の装置のヘッド部の他の実
施例を示す、このヘッド部は第2図に示すものと異なシ
、2枚の波形ダイヤフラムの代シに2枚の薄い可撓性平
板製ダイヤフラムをバリヤ・ダイヤフラム用として用い
、かつ比較高いスチフネスを有する1枚の平板ダイヤフ
ラムを中心ダイヤフラムとして用いている。第2図との
他の相違は、波形面の代シに滑らかな皿状内側面224
と226および平らな外側面228と230を設けるこ
とである0通路240. 241はダイヤフラム216
の内側面と、中心ダイヤフラム216の一方側面とキャ
ピラリー−チューブ236との間の流体通路を提供し、
通路242. 243はダイヤフラム218の内側面と
、中心ダイヤフラム214の他方側面とキャピラリー・
チューブ238との間の流体通路を提供する。
施例を示す、このヘッド部は第2図に示すものと異なシ
、2枚の波形ダイヤフラムの代シに2枚の薄い可撓性平
板製ダイヤフラムをバリヤ・ダイヤフラム用として用い
、かつ比較高いスチフネスを有する1枚の平板ダイヤフ
ラムを中心ダイヤフラムとして用いている。第2図との
他の相違は、波形面の代シに滑らかな皿状内側面224
と226および平らな外側面228と230を設けるこ
とである0通路240. 241はダイヤフラム216
の内側面と、中心ダイヤフラム216の一方側面とキャ
ピラリー−チューブ236との間の流体通路を提供し、
通路242. 243はダイヤフラム218の内側面と
、中心ダイヤフラム214の他方側面とキャピラリー・
チューブ238との間の流体通路を提供する。
第1と第2封入液232と234は加圧状態にあシ、そ
れぞれの通路、室およびキャピラリー・チューブに充満
する。封入液は、第2図の場合と異なシ、バリヤ・ダイ
ヤフラム216.!=218を外方に、球状の、ドーム
形の、もしくはコツプ形の凹面を作るように、弓形に撓
ませるまで封入される。皿状ヘッド室62,64を含む
他の構成要素は第2図のものと同じである。
れぞれの通路、室およびキャピラリー・チューブに充満
する。封入液は、第2図の場合と異なシ、バリヤ・ダイ
ヤフラム216.!=218を外方に、球状の、ドーム
形の、もしくはコツプ形の凹面を作るように、弓形に撓
ませるまで封入される。皿状ヘッド室62,64を含む
他の構成要素は第2図のものと同じである。
中心ダイヤフラム214のスチフネスは、バリヤ―ダイ
ヤスラム216,218のスチフネスの100倍のオー
ダーである。これに対し、第2図の中心ダイヤフラム3
4のスチフネスは、バリヤ・ダイヤフラム46,48の
スチフネスの約40倍である。
ヤスラム216,218のスチフネスの100倍のオー
ダーである。これに対し、第2図の中心ダイヤフラム3
4のスチフネスは、バリヤ・ダイヤフラム46,48の
スチフネスの約40倍である。
次に動作を説明する。図示されていない流路中のオリフ
ィスの高圧側75島ら取り出されたプロセス流体82の
圧力は通路78によってヘッド室62に伝えられ、バリ
ヤ・ダイヤフラム46を押圧する。この高圧流体に圧力
変化が発生すると、これはバリヤ・ダイヤフラム46と
封入液88によって中心ダイヤフラム34の一方側面に
伝えられ、かつキャピラリー・チューブ16を介して第
3図の検出器素子すなわちウエーファ102の1つの面
にも伝えられる。
ィスの高圧側75島ら取り出されたプロセス流体82の
圧力は通路78によってヘッド室62に伝えられ、バリ
ヤ・ダイヤフラム46を押圧する。この高圧流体に圧力
変化が発生すると、これはバリヤ・ダイヤフラム46と
封入液88によって中心ダイヤフラム34の一方側面に
伝えられ、かつキャピラリー・チューブ16を介して第
3図の検出器素子すなわちウエーファ102の1つの面
にも伝えられる。
上述のオリアイスの低圧側から取シ出されたプロセス流
体84の圧力は通路80を経てヘッド室64に伝えられ
、バリヤ・ダイヤフラム4Bを押圧する。この低圧流体
に圧力変化が発生すると、これはバリヤ・ダイヤフラム
48と封入液89によって中心ダイヤフラム34の他方
側面に伝えられ、かつキャピラリー−チューブ18を介
してウエーファ102の他の1つの面にも伝えられる。
体84の圧力は通路80を経てヘッド室64に伝えられ
、バリヤ・ダイヤフラム4Bを押圧する。この低圧流体
に圧力変化が発生すると、これはバリヤ・ダイヤフラム
48と封入液89によって中心ダイヤフラム34の他方
側面に伝えられ、かつキャピラリー−チューブ18を介
してウエーファ102の他の1つの面にも伝えられる。
プロセス流体の温度が上昇すると、バリヤーダイヤフラ
ム46,48を介して封入液88.89にそれに伴う熱
が伝えられ、封入液88.89の温度を上昇させる。封
入液の温度上昇はバリヤ・ダイヤフラム46を図の右か
ら左へ外向きに拡張させ、かつバリヤ・ダイヤフラム4
8を図の左から右へ外向きに拡張させる。このような温
度変化を生じると、封入液88は封入液89が中心ダイ
ヤフラム34の一側面に加える増加圧力と同じ増加圧力
を中心ダイヤフラム34の他の一側面に加える。従って
中心ダイヤフラムの位置は、プロセス流体の温度変化に
よっては何ら影響を受けず、また検出器素子1020両
面に作用する封入液88.89にも何らの不平衡は生じ
ない。本発明は、このように測定中のプロセス流体の温
度が一定な又は基準レベルから変動する高い温度であっ
てもプロセス流体の差圧を正確に、対応する電流信号に
変換することができる差圧発信器を提供するものである
。
ム46,48を介して封入液88.89にそれに伴う熱
が伝えられ、封入液88.89の温度を上昇させる。封
入液の温度上昇はバリヤ・ダイヤフラム46を図の右か
ら左へ外向きに拡張させ、かつバリヤ・ダイヤフラム4
8を図の左から右へ外向きに拡張させる。このような温
度変化を生じると、封入液88は封入液89が中心ダイ
ヤフラム34の一側面に加える増加圧力と同じ増加圧力
を中心ダイヤフラム34の他の一側面に加える。従って
中心ダイヤフラムの位置は、プロセス流体の温度変化に
よっては何ら影響を受けず、また検出器素子1020両
面に作用する封入液88.89にも何らの不平衡は生じ
ない。本発明は、このように測定中のプロセス流体の温
度が一定な又は基準レベルから変動する高い温度であっ
てもプロセス流体の差圧を正確に、対応する電流信号に
変換することができる差圧発信器を提供するものである
。
本発明の他の特徴は、検出器素子102が圧力検出ヘッ
ド中の、バリヤ・ダイヤフラムに接した封入液中に設置
されるのでなく、圧力検出ヘッドから離れた位置に設置
され、これによってプロセス流体の熱と脈動からの影響
を除去したことである。本発明によれば、封入液88.
89が対応するプロセス流体から受ける熱と脈動は、例
えば、?、 62 a車上の長さのキャピラリー〇チュ
ーブ16.18と、冷い大気にさらされるようなキャピ
ラリー・チューブの設置構造によって、はとんど消散さ
せられる。このようにして、封入液によって検出器素子
に伝えられるプロセス流体の危険な熱や脈動の伝達の程
度は著しく減少させられる。
ド中の、バリヤ・ダイヤフラムに接した封入液中に設置
されるのでなく、圧力検出ヘッドから離れた位置に設置
され、これによってプロセス流体の熱と脈動からの影響
を除去したことである。本発明によれば、封入液88.
89が対応するプロセス流体から受ける熱と脈動は、例
えば、?、 62 a車上の長さのキャピラリー〇チュ
ーブ16.18と、冷い大気にさらされるようなキャピ
ラリー・チューブの設置構造によって、はとんど消散さ
せられる。このようにして、封入液によって検出器素子
に伝えられるプロセス流体の危険な熱や脈動の伝達の程
度は著しく減少させられる。
分離設置形検出器構造では検出器素子は検出ヘッド内に
設置されないから、ヘッドの内部から外部へ電気信号を
取シ出すリード線は不要である。
設置されないから、ヘッドの内部から外部へ電気信号を
取シ出すリード線は不要である。
従ってヘッド内設置形検出器に必要な耐熱シールによる
リード線のシールは、不要となる。
リード線のシールは、不要となる。
さらに分離設置形検出器構造は、他にいくつかの特長が
ある。1つは検出ヘッドと検出器カプセルとのいずれか
を交換するような場合、他方は交換しなくてもよいこと
である。他の1つはヘッド部の溶接過程で、検出器素子
が損傷されることがないことである。さらに他の1つは
、カプセルが構成されるやいなや、カプセルに封入液を
直ちに充填するととができ、従って検出器の試験は容易
とカシ、また検出器の特性を安定に保つことができる点
である。
ある。1つは検出ヘッドと検出器カプセルとのいずれか
を交換するような場合、他方は交換しなくてもよいこと
である。他の1つはヘッド部の溶接過程で、検出器素子
が損傷されることがないことである。さらに他の1つは
、カプセルが構成されるやいなや、カプセルに封入液を
直ちに充填するととができ、従って検出器の試験は容易
とカシ、また検出器の特性を安定に保つことができる点
である。
中心ダイヤフラム34は、高圧側バリヤ・ダイヤフラム
46と低圧側バリヤΦダイヤフラム48のいずれかに加
わる過大なプロセス流体圧力即ち過負荷圧力が、該過負
荷圧力が加えられたノ(リヤ・ダイヤプラムを対応する
波形バック・アップ面42又は44に着座させ、かつ中
心ダイヤフラム34は着座動作しないような所定の大き
さのスチフネスを有する。これによって、検出ヘッド1
2の高圧側ヘッド室又は低圧側ヘッド室のいずれかに加
わる過負荷プロセス流体圧が封入液88゜89を介して
検出器素子102に伝達されることが阻止され、従って
検出器素子102の特性劣化と損傷は防止される。
46と低圧側バリヤΦダイヤフラム48のいずれかに加
わる過大なプロセス流体圧力即ち過負荷圧力が、該過負
荷圧力が加えられたノ(リヤ・ダイヤプラムを対応する
波形バック・アップ面42又は44に着座させ、かつ中
心ダイヤフラム34は着座動作しないような所定の大き
さのスチフネスを有する。これによって、検出ヘッド1
2の高圧側ヘッド室又は低圧側ヘッド室のいずれかに加
わる過負荷プロセス流体圧が封入液88゜89を介して
検出器素子102に伝達されることが阻止され、従って
検出器素子102の特性劣化と損傷は防止される。
上述の着座動作は中心ダイヤフラム34をブロック26
の波形面30又はブロック28の波形面32のいずれに
も着座させることなく起る。これはバリヤ・ダイヤフラ
ム46.48の1つを対応するバック自アップ面42.
44の1つに着座させる過負荷状態の下で、バリヤ・ダ
イヤフラムの1つによって変位させられる封入液88.
89の体積は、中心ダイヤフラム34がブロックの側壁
30又は32&C着座させられる前に変位させられなけ
ればならない封入液の体積変化よシも小さいからである
。
の波形面30又はブロック28の波形面32のいずれに
も着座させることなく起る。これはバリヤ・ダイヤフラ
ム46.48の1つを対応するバック自アップ面42.
44の1つに着座させる過負荷状態の下で、バリヤ・ダ
イヤフラムの1つによって変位させられる封入液88.
89の体積は、中心ダイヤフラム34がブロックの側壁
30又は32&C着座させられる前に変位させられなけ
ればならない封入液の体積変化よシも小さいからである
。
ダイヤフラム46,34及び48は発信器の指定された
動作範囲に対応して寸法が決められておシ、上述の着座
動作はフル・スケール圧力値すなわち100チ指示値を
越えた後に起る。これは2個の整合した可撓性バリヤ・
ダイヤフラム46゜48を選び、かつ中心ダイヤフラム
を指定動作範囲に適合するよりなスチフネスのものに選
ぶことによって達成される。
動作範囲に対応して寸法が決められておシ、上述の着座
動作はフル・スケール圧力値すなわち100チ指示値を
越えた後に起る。これは2個の整合した可撓性バリヤ・
ダイヤフラム46゜48を選び、かつ中心ダイヤフラム
を指定動作範囲に適合するよりなスチフネスのものに選
ぶことによって達成される。
検出器素子102のブリッジ114に接続されたピン2
0は、ハウジング24に設けられた板22のソケット2
1にプラグ・インされる。この構造は、ブリッジ114
の導線をプリント回路板22に容易かつ確実に接続する
ものである。
0は、ハウジング24に設けられた板22のソケット2
1にプラグ・インされる。この構造は、ブリッジ114
の導線をプリント回路板22に容易かつ確実に接続する
ものである。
第6図に示す装置はバリヤ・ダイヤフラムとして平板ダ
イヤフラム216,218を用い、かつ中心ダイヤフラ
ムすなわち調節ダイヤフラムとして平板ダイヤフラム2
14を用いる。高圧側封入液232と低圧側封入液23
4は、バリヤ・ダイヤフラム216,21Bをドーム形
に撓ませ、この状態を維持するような容積で充填される
。実質的に平らな中心ダイヤフラムのスチフネスはバリ
ヤ・ダイヤフラムのスチフネスよシも大きく、従って差
圧がフル・スケール値を越えるまではバリヤ・ダイヤフ
ラムは決して着座動作を行わない。
イヤフラム216,218を用い、かつ中心ダイヤフラ
ムすなわち調節ダイヤフラムとして平板ダイヤフラム2
14を用いる。高圧側封入液232と低圧側封入液23
4は、バリヤ・ダイヤフラム216,21Bをドーム形
に撓ませ、この状態を維持するような容積で充填される
。実質的に平らな中心ダイヤフラムのスチフネスはバリ
ヤ・ダイヤフラムのスチフネスよシも大きく、従って差
圧がフル・スケール値を越えるまではバリヤ・ダイヤフ
ラムは決して着座動作を行わない。
差圧がフル・スケール値を越えると、中心ダイヤフラム
214は、バリヤ魯ダイヤフラム216または218が
そのバック・アップ面に着座するまで移動し続ける。い
ずれかのバリヤOダイヤフラムが着座した後も、中心ダ
イヤフラムは封入液232.234の熱膨張によって更
に移動する余地がある。高差圧用、中蓋圧用および低差
圧用の、それぞれスチフネスの異なる3種類の中心ダイ
ヤフラムが準備された。
214は、バリヤ魯ダイヤフラム216または218が
そのバック・アップ面に着座するまで移動し続ける。い
ずれかのバリヤOダイヤフラムが着座した後も、中心ダ
イヤフラムは封入液232.234の熱膨張によって更
に移動する余地がある。高差圧用、中蓋圧用および低差
圧用の、それぞれスチフネスの異なる3種類の中心ダイ
ヤフラムが準備された。
本発明に係る差圧発信器に用いられたバリヤ・ダイヤフ
ラム216.218(第6図)はANSIタイプ31G
のステンレス鋼で通常は作られるが、プロセス流体が高
腐食性のものである場合、ハステロイ、モネルまたはタ
ンタルの如き材料で作られる。中心ダイヤフラムはAN
SIタイプ316のステンレス鋼で作られる。
ラム216.218(第6図)はANSIタイプ31G
のステンレス鋼で通常は作られるが、プロセス流体が高
腐食性のものである場合、ハステロイ、モネルまたはタ
ンタルの如き材料で作られる。中心ダイヤフラムはAN
SIタイプ316のステンレス鋼で作られる。
ここに開示した差圧発信器は、差圧を検出される2つの
導入流体の圧力が、それぞれのバリヤ・ダイヤフラム、
封入液およびキャピラリm−チューブに作用を及ぼす形
式の発信器であった。しかしながら検出されるべき差圧
が、バリヤ拳ダイヤフラム、封入液およびキャピラリm
−チューブを経て検出器素子の1つの面に印加される電
力と、該検出器素子の他方の面に印加される大気圧また
は一定圧力との差であるような発信器にも本発明は有効
に適用できる。すなわち単一のバリヤ・ダイヤフラム、
1つの封入液、1つのキャピラリー・チューブを経て検
出器素子すなわちウエーファ102の1つの面に伝達さ
れるプロセス流体圧力と、該ウエーファの他の面に印加
される一定圧力との差を該ウエーファが検出する発信器
においても、調節ダイヤフラム等は過負荷保護を達成し
、かつキャピラリー・チューブは検出器素子へのプロセ
ス流体の熱や脈動の伝達を減少する。
導入流体の圧力が、それぞれのバリヤ・ダイヤフラム、
封入液およびキャピラリm−チューブに作用を及ぼす形
式の発信器であった。しかしながら検出されるべき差圧
が、バリヤ拳ダイヤフラム、封入液およびキャピラリm
−チューブを経て検出器素子の1つの面に印加される電
力と、該検出器素子の他方の面に印加される大気圧また
は一定圧力との差であるような発信器にも本発明は有効
に適用できる。すなわち単一のバリヤ・ダイヤフラム、
1つの封入液、1つのキャピラリー・チューブを経て検
出器素子すなわちウエーファ102の1つの面に伝達さ
れるプロセス流体圧力と、該ウエーファの他の面に印加
される一定圧力との差を該ウエーファが検出する発信器
においても、調節ダイヤフラム等は過負荷保護を達成し
、かつキャピラリー・チューブは検出器素子へのプロセ
ス流体の熱や脈動の伝達を減少する。
調節ダイヤフラムとキャピラリー・チューブは検出器素
子の保護を協動して行うものではあるが、一方のみを用
いることも必要に応じて可能である。
子の保護を協動して行うものではあるが、一方のみを用
いることも必要に応じて可能である。
第1図は測定すべき差圧を検出し、対応する電気信号に
変換して発信する本発明の実施例を示す発信器の圧力検
出ヘッドと分離設置形差圧検出カプセルの斜視図である
。第2図は第1図の圧力検出ヘッドの断面図である。第
3図は第1図の分離設置形差圧検出カプセルの断面図で
ある。第4図は第3図の線4−4に沿って切断した差圧
検出カプセルの断面図である。第5図は差圧検出回路の
一例である。第6図は本発明のヘッド部の他の実施例装
置の断面図である。 10・・・・・・発信器、12・・・・・・圧力検出ヘ
ッド、14・・・・・・分離設置形差圧検出カプセル、
16と18・・・・・・キャピラリー・チューブ、26
と28・・・ブロック、30と32・・・・・・皿状の
波形面、34・・・調節ダイヤフラムすなわち中心ダイ
ヤフラム、42と44・・・・・・波形バック・アップ
面、46と48・・・・・・波形バリヤ1ダイヤフラム
、62と64・・・・・・ヘッド室、82・・・・・・
高圧側プロセス流体、84・・・・・・低圧側プロセス
流体、88と89・・・・・・封入液、100・・・・
・・シリコン支持板、102・・・・・・ウエーファす
なわち差圧検出器素子、114・・・・・・ホイートス
トン・ブリッジ、134・・・・・・電流計、236及
び238・・・・・・キャピラリー・チューブ。 特許出願人 ハネウェル・インコーボレーテツド代理
人 弁理士 松 下 義 治 fb −158− ttu mt
変換して発信する本発明の実施例を示す発信器の圧力検
出ヘッドと分離設置形差圧検出カプセルの斜視図である
。第2図は第1図の圧力検出ヘッドの断面図である。第
3図は第1図の分離設置形差圧検出カプセルの断面図で
ある。第4図は第3図の線4−4に沿って切断した差圧
検出カプセルの断面図である。第5図は差圧検出回路の
一例である。第6図は本発明のヘッド部の他の実施例装
置の断面図である。 10・・・・・・発信器、12・・・・・・圧力検出ヘ
ッド、14・・・・・・分離設置形差圧検出カプセル、
16と18・・・・・・キャピラリー・チューブ、26
と28・・・ブロック、30と32・・・・・・皿状の
波形面、34・・・調節ダイヤフラムすなわち中心ダイ
ヤフラム、42と44・・・・・・波形バック・アップ
面、46と48・・・・・・波形バリヤ1ダイヤフラム
、62と64・・・・・・ヘッド室、82・・・・・・
高圧側プロセス流体、84・・・・・・低圧側プロセス
流体、88と89・・・・・・封入液、100・・・・
・・シリコン支持板、102・・・・・・ウエーファす
なわち差圧検出器素子、114・・・・・・ホイートス
トン・ブリッジ、134・・・・・・電流計、236及
び238・・・・・・キャピラリー・チューブ。 特許出願人 ハネウェル・インコーボレーテツド代理
人 弁理士 松 下 義 治 fb −158− ttu mt
Claims (5)
- (1)個々に第1および第2の面を含む第1および第2
のブロック部材を具えるヘッド部本体と、前記第1のブ
ロック部材の第1の面にこれと間隔をおいて、かつ、シ
ール状態にして取シ付けられるダイヤフラムであって、
このダイヤフラムの一方の面と前記第1の面との間に第
1の流体室を形成する第1のバリヤダイヤフラムと、前
記第2のブロック部材の第1の面にこれと間隔をおいて
、かつ、シール状態にして取シ付けられるダイヤフラム
であって、このダイヤフラムの一方の面と前記第1の面
との間に第2の流体室を形成する第2のバリヤダイヤフ
ラムと、第1の流体圧を表わす第1の力を前記第1のバ
リヤダイヤフラムの他方の面に与え、この第1のバリヤ
ダイヤフラムを前記第・1の面に押し付ける第1の給圧
手段と、 第2の流体圧を表わす第2の力を前記第2のバリヤダイ
ヤフラムの他方の面に与え、この第2のバリヤダイヤフ
ラムを前記第1の面に押し付ける第2の給圧手段と、 前記第1および第2のブロック部材の第2の面に挾まれ
、これら各第2の面と間隔をおいて、かつ、シール状態
にして取シ付けられて第1のブロック部材の第2の面と
の間に第3の流体室を、第2のブロック部材の第2の面
との間に第4の流体室をそれぞれ形成する調節ダイヤフ
ラムと、前記第1の流体室と第3の流体室とを連結する
第1の流体通路と、゛ 前記第2の流体室と第4の流体室とを連結する第2の流
体通路と、□ 前記ヘッド部本体から離隔した位置に設けられ、かつ、
第1検出器室と第2検出器室と電気的出力接続部および
差圧検出素子とを有し、差圧検出素子が前記第1および
第2検出器室内の流体間の差に応動して対応する大きさ
の電気信号を前記電気的出力接続部に発生する差圧検出
器部と、前記第1の流体通路と前記第1検出器室とを連
結する第3の流体通路と、 前記第2の流体通路と前記第2検出器室とを連結する第
4の流体通路と、 前記第1および第2検出器室と第1ないし第4の流体通
路および第1ないし第4の流体室に完全に充満するよう
にして封入された実質的に非圧縮性の封入液とを具備し
、 前記調節ダイヤフラムとバリヤダイヤフラムとの相対的
なスチフネスはバリヤダイヤフラムに過度の流体圧が前
記第1または第20給圧手段から与えられたときバリヤ
ダイヤフラムは対応するブロック部材の第1の面に着座
するが、調節ダイヤフラムは関連するブロック部材の第
2の面に着座しない関係で与えられ、これによシ差圧検
出素子に印加される差圧は正規の動作範囲を超えること
がないようになされてなる差圧発信器。 - (2)第3および第4の流体通路は差圧検出器部に悪影
響を与える熱と封入液の脈動の伝達を小ならしめる寸法
を有するキャピラリ・チューブで与えられることを特徴
とする第1項に記載の差圧発信器。 - (3) 各ダイヤフラムとこれらダイヤフラムにそれ
ぞれ対面する各ブロック部材の面の形状は相互に補完し
合うパターンであることを特徴とする第1項または第2
項に記載の差圧発信器。 - (4)補完し合うパターンは同心円の波形パターンであ
ることを特徴とする第3項に記載の差圧発信器。 - (5)補完し合うパターンはバリヤダイヤフラムとこれ
に対面するブロック部材の第1の面については同心円の
波形パターンで与えられ、調節ダイヤフラムとこれに対
面するブロック部材の第2の面については調節ダイヤフ
ラムは平板状で、第2の面は凹面で与えられることを特
徴とする第3項に記載の差圧発信器。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US05/682,280 US4072058A (en) | 1976-05-03 | 1976-05-03 | Differential pressure transmitter with pressure sensor protection |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPS5951329A true JPS5951329A (ja) | 1984-03-24 |
Family
ID=24739004
Family Applications (2)
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JP4861577A Granted JPS52148181A (en) | 1976-05-03 | 1977-04-28 | Differential pressure transmitter |
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Family Applications Before (1)
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JP4861577A Granted JPS52148181A (en) | 1976-05-03 | 1977-04-28 | Differential pressure transmitter |
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