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JPS5814973B2 - 差圧検出装置 - Google Patents
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JPS5814973B2 - 差圧検出装置 - Google Patents

差圧検出装置

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JPS5814973B2
JPS5814973B2 JP10913177A JP10913177A JPS5814973B2 JP S5814973 B2 JPS5814973 B2 JP S5814973B2 JP 10913177 A JP10913177 A JP 10913177A JP 10913177 A JP10913177 A JP 10913177A JP S5814973 B2 JPS5814973 B2 JP S5814973B2
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hole
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西川清則
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感圧素子を用いた差圧検出装置に関する。
この種装置は第1図に示すように、圧力を電気信号に変
換する感圧素子1を内装する本体ケース2と、感圧素子
10両面部と連絡する本体ターフ20両開口部側に装着
され、被検出圧力Pa、Pbの圧力導入口3a、3bを
有する受圧フランジ4a、4bとから構成されている。
この本体ケース2と受圧フランジ4a、4bとの間には
それぞれダイヤフラム5a、5bが張着され、このダイ
ヤフラム5a 、5bと感圧素子1とで形成されたそれ
ぞれの閉所には例えばシリコーン油の如き圧力伝達媒体
6a、6bが液密に封入されている。
Iはケーブルであって感圧素子1の出力信号を図示しな
い前置増幅器や種々の制御回路に送り込んでいる。
また、本体ケー72の内部には弾性限界を越える圧力に
対する感圧素子1の破損等を防止するために過圧防止機
構10が装着されている。
この過圧防止機構10は、内外面が肉圧力伝達媒体6a
t6bにそれぞれ接するベローズ11、このベローズ1
1に連動し一方の圧力伝達媒体6aの移動を防止する弁
12および弁12を制財する操作片13とからなってい
る。
この弁12及び操作片13は圧力伝達媒体6a内に位置
し、これらは板ばね14で連結されている。
この弁12にはそれぞれ本体ケース2に密着可能な01
ング12A。
12Bが両端に取着されている。
また、操作片13はばね15により押圧された2つの支
点16a、16bを有し、過圧時におけるベローズ11
の伸縮に応じて弁12及び板ばね14を介して時計方向
あるいは反時計方向に回動するものである。
また弁12は感圧素子1に例えばその弾性限界を越える
圧力が加わったときに前記圧力伝達媒体6aの移動を阻
止するようになっている。
ところで、以上のような差圧検出装置において加圧防止
機構10のベローズ11は、感圧素子10弾性限界内す
なわち検出許容内の圧力では何ら作動しないが、どちら
か一方の被検出圧力Pa。
pbがばね15の押圧力及び板ばね14の反発丈を越え
たとき、すなわち感圧素子10弾性限界を越えたときに
は伸縮動作を行ない、この動きに斤じて弁12及び板ば
ね14も動作する。
今、一方の被検出圧力pbが感圧素子10弾怜限界を越
えて加わったとすると、板ばね14の反発力及びばね1
5の押圧力に抗して前記操作片13が支点16bを中心
に時計方向に回動するとともに、弁12は図中右方向に
移動して本体ケース2に密着される。
この結果、圧力伝達媒体6aは弁12により完全に分離
され、ダイヤフラム5aと弁12との間、及び弁12と
感圧素子1との間の圧力伝達媒体6aの移動は阻止され
る。
これにより、感圧素子10反対側の圧力伝達媒体6bの
移動も間接的に阻止され、被検出圧力pbのそれ以上の
圧力増加分は感圧素子1に加わらない。
従って、過大圧力から感圧素子1を保護することができ
る。
しかしながら第1図に示すような過圧防止機構10を持
つ差圧検出装置では以下のような欠点を有する。
例えば過大な圧力Paが加わったとき、0リング12A
は第2図Aに示すように本体ケース2の側壁に当接して
圧力伝達媒体6aの移動を阻止するのであるが、更にそ
れより大きな圧力Paが加わったときに弁12は同図B
に示すように図中左方向に移動し、この結果、0リング
12Aは弁12に押されて偏平し実質的な容積変化を起
す。
すなわち、同図Aで示す面積Vだけの容積変化を生じ、
このため更に感圧素子1に過大圧力が加わることになっ
たり、あるいはむしろ負圧を生ずる原因をつ(つたすす
ることがあり、このため最適な過圧防止手段とは言えな
・。
また、上記過圧防止機構10は構造が複雑であり、各部
材の調整も難かしく、装置全体も大形化する。
これに伴ない温度変化による膨張の影響を受けやすい圧
力伝達媒体6a、6bの量が多(なるばかりか、過圧防
止機構10の弁12あるいは操作片13が一方の圧力伝
達媒体6a内に配置されることになって、肉圧力伝達媒
体6a>6bの量を同一にすることができず、従って、
その全体の量あるいは両者の差による不均一な媒体5a
6bの膨張の影響を受けやすく検出精度の低下をもたら
す。
また、感圧素子1がダイヤフラム5a、5bと平行に配
置され、かつ過圧防止機構10の取付面A側に設置され
ているために構造が複雑化し、かつ大形化は避けられな
い。
また、信頼性の面からダイヤフラム5a、5bは溶接加
工にて装着しているが、構造上感圧素子1の取付後に行
なうために加工の際に生じる放熱、振動、衝撃あるいは
塵埃等の感圧素子1への影響を防止することが困難であ
る。
さらに、感圧素子1が直接本体ケース2に取着されてい
るため、それらの温度膨張率の差に伴なう感圧素子1の
出力温度誤差の増大、あるいは静圧下における本体ケー
ス2の変形によるストレスが直接感圧素子1へ加わって
静圧誤差が増大する欠点がある。
本発明は以上のような欠点を除去するためになされたも
ので、過大圧力又は温度変化に伴なって生ずる媒体の熱
的変化から感圧素子を適切に保護するとともに、加圧防
止機構の調整を可能にして精度の向上を図り、更に静圧
誤差をなくするようにする差圧検出装置を提供するもの
である。
以下、本発明の一実施例を第3図を参照して説明する。
同図において30は本体ケースであって、そのほぼ中心
軸上にそって階段状に径大となる貫通孔31を形成し、
かつその貫通孔31の一側部に2個の媒体導入通路32
a、32bを介して連絡する開口部33が設けられてい
る。
この貫通孔31には過圧防止機構34が収納されている
また、貫通孔310両端は端部が本体ケース30に溶接
されたダイヤフラム36at36bにより密封され、前
記開口部33はシールキャップ37により密封されてい
る。
そして、これらの貫通孔31及び開口部33内部に圧力
伝達媒体38a。
38bを封入している。
この圧力伝達媒体38a。38bは過圧防止機構34及
び感圧素子35によりそれぞれ分離されている。
また、本体ケース300両側部にはダイヤフラム36a
、36bを覆うようにして被検出圧力Pa、Pbを導入
する圧力導入口39a、39bを有する受圧フランジ4
0a、40bが液密に装着されている。
次に、感圧素子35の取付構造、過圧防止機構34の構
成並びにその取付構造について説明する先ず、感圧素子
35について説明すれば、該感圧素子35は環状の保持
ディスク41の一面側にその開口を閉塞するように液密
に取着されている。
保持ディスク41は感圧素子35と同材質で形成されて
いる。
また、この保持ディスク41は該ディスク41に極めて
線膨張率の近い環状の金属製応力吸収シャフト43に接
合されている。
例えば応力吸収シャフト43の材質はシリコーン等の半
導体感圧素子35を使用する場合にはNi−Fe合金等
を用いる。
応力吸収シャフト43及び感圧素子35の信号取出しピ
ン44は金属ボディ42にガラス等でハーメチックシー
ルされている。
また、信号取出しピン44には外部接続用の印刷配線板
45が取着されている。
このように信号取出しピン44及び応力吸収シャフト4
3は金属ボディ42に対してガラス等の絶縁物を用いて
絶縁しこれによって金属ボディ42と感圧素子35間の
絶縁を完全にしている。
そして、感圧素子35はこれと線膨張率のほぼ等しい保
持ディスク41に取着しているので、温度変化等による
無用な応力が素子35に加わることがなく、さらに保持
ディスク41はこれと線膨張率のほぼ等しい応力吸収シ
ャフト43に取着しているので、金属ボディ42の収納
時に本体ケース30に発生する機械的応力が感圧素子3
5に加わることがない。
さらに、この感圧素子35を内装する金属ボディ42は
前記ダイヤフラム36a、36bの溶接後装蓋すること
ができるので、溶接後のダイヤフラム36at36bの
特性によって金属ボディ42の装着位置及びシールキャ
ップ37の取付位置によって本体ケース30の内部容積
のバランスを変えることができるので、温度膨張による
出力誤差及び静圧による出力誤差な防ぐことができる6
なお、以上のように構成された感圧素子35の一面は開
口部33側、他面は媒体導入通路32b側に位置するよ
うに配置し、これによって感圧素子350両面にそれぞ
れ圧力伝達媒体38a。
38bが接液するようにしている。
次に、過大圧力から感圧素子35を保護する過圧防止機
構34について説明する。
この過圧防止機構34は本体ターフ300貫通孔31内
に前記ダイヤフラム36a、36bと直交する方向に移
動可能に設けられる。
即ち、この過圧防止機構34は、0リング46を装着し
たピストン部470両側に支軸50を延長させこの端部
に螺子部51a、51b(51bは図示せず)を設けて
いる。
この螺子部51a、51bには該螺子部51at51b
より径太でそれぞれOリング56a、56bを支軸50
側に位置させて設けた調節弁54at54bが螺合され
ている。
そして、このOリング56a、56bは本体ケース30
に直接又は本体ケース30に螺合してなる突出体57a
t57bと対峙し、前記支軸50の移動によって突出体
57a、57bKa接するようになっている。
このOリング56a、56bと突出体57at57bと
の間隔11は、前記調節弁54a、54bを支軸50の
螺子部51a、51bに螺進させることにより、容易に
調整することができる。
この間隔11は圧力伝達媒体38a。38bの移動量即
ち加わる圧力を規制する基本条件となる。
また、前記調節弁54a、54bの支軸50と反対側に
は螺子部を設けた突出体が設けられ、これにそれぞれ変
位調整用ばね体58a、58bがナツト60a、60b
により取着されている。
このばね体58a、58bは調節弁54at54bの移
動を規制するもので、ホルダ61a、61bを介して螺
子62により本体ケース30に取着されている。
このばね体58a、58bは第4図に示すように円形に
形成され弾性力を持たすための複数の孔63をあけ、さ
らに外周には前記螺子62が挿入可能な取付用長孔64
が3ケ所穿けられている。
一方、前記ピストン部47はシリンダ室52によって被
包され、これに媒体38at38bに応動するベローズ
65の一端が取着されている。
このシリンダ室52とピストン部47とは間隔12を有
し、これは間隔11に比して半分以下となっている。
このピストン部41は支軸50を介してばね体58a、
58bにより保持されてベローズ65の移動によってシ
リンダ室52との間隔がな(なったときに移動をはじめ
る。
このように取殖されたベローズ65は、その内外面をそ
れぞれ圧力伝達媒体38at38bに接液し、その媒体
38a、38bの移動にともなって伸縮するようになっ
ている。
次に、以上のように構成した差圧検出装置の作用を説明
する。
先ず、圧力Pa、Pbが零の場合第5図Aに示すように
ピストン部47とシリンダ室52とで形成される右側間
隔12と左側間隔12とはほぼ等しい状態にある。
この状態において検出範囲内の圧力Pa、Pbがそれぞ
れ受圧フランジ40a、40bの圧力導入口39a、3
9bから加えられたとすると、それぞれの被検出圧力P
a、Pbに応じてダイヤフラム36at36bが変位し
、この結果圧力伝達媒体38a>38bが移動する。
この媒体38a、38bの移動により感圧素子350両
面において(Pa−Pb)の差圧が生じ、その差圧(P
a−Pb)分が電気信号に変換される。
そして、この電気信号は図示していないが信号線により
種々の制御系に送られ差圧として検出される。
なお、Pa>Pbの圧力を受けて圧力伝達媒体38a、
38bが移動すると、過圧防止機構34のベローズ65
が伸びて右側間隔12が減少し、これと同時に支軸50
及び調節弁54at54bも移動するが、加えられた被
検出圧力Pa、Pbが検出範囲内であるため、その移動
量は間隔11を閉止するまでにはいたらず、従って、圧
力伝達媒体38a、38bは調節弁54a、54bによ
って閉止されることはない。
次に、被検出圧力Pa、Pbが感圧素子35の弾性限界
を越える圧力の場合について述べる。
金波検出圧力がPa>pbの関係を有し、圧力Paが感
圧素子350弾性限界を越える圧力とする。
従って、このような圧力Paが加わると、これに応じて
ダイヤフラム36a及び圧力伝達媒体38aを介して過
圧防止機構34のベローX65が図中左方向に移動し、
これに伴なってシリンダ室52の右側内面がピストン部
47の右面に密着する。
この状態で更にベローズ65が移動すると。ばね体58
a、調節弁54aおよび支軸50が左方向に移動し、第
5図Bのように調節弁54aの0Jング56aが突出体
57aに密接する。
さらに、被検出圧力Paが上昇すると該圧力Paによっ
てOリング56aがつぶされるが、このときOリング5
6aによって媒体38aの移動が阻止されているので、
調節弁54aを介して支軸50が左方向に移動しピスト
ン部47を左方向に押圧する。
この結果、ピストン部4γの右面がシリンダ室52の右
側内面より離れ、第5図Cのようにピストン部47の右
面とシリンダ室52の右側内面との間に間隔12が形成
される。
この間隔12によって形成されたシリンダ室520部屋
内にはOリング56aの偏平によって生じた容積変化分
の媒体38aが供給されることになる。
そして、支軸50等の動きが停止することにより、前記
圧力伝達媒体38aはダイヤフラム36aと調節弁54
aとの間、調節弁54a、感圧素子35、ベローズ65
等とピストン部47との間にそれぞれ封止される。
従って、過圧防止機構34は、過大な圧力Pa(但し、
Pa)Pb)が加わったとき、(調節弁54aと突出体
57aとの間隔11)+(ピストン部47の右面とシリ
ンダ室52の右側内面との間隔12)だけ移動し、逆に
Pa<Pbの圧力が加わったとき、(調節弁54bと突
出体57bとの間隔11)+(ピストン部47の左面と
シリンダ室52の左側内面との間隔12)だけ移動する
従って、本装置は以上のように構成したので、欠のよう
な効果が得られる。
(1)第5図Cの状態において温度変化があった場合、
調節弁54a、感圧素子35、ベローズ65及びピスト
ン部47等で封止された圧力伝達媒体38aに容積変化
が生じるが、ピストン部47は第5図Cに示す位置でそ
の動きが完全に封じられている反面、ピストン部47の
右面とシリンダ室52の右側内面との間に間隔12があ
るので、媒体38aの熱膨張によって増加した容積変化
分に対応してベローズ65が更に左方向に伸びてい(。
更に、具体的に述べると、ベローズ65は、元来圧力P
aの増加に従って左方向に伸びる状態にあるが、第5図
Bの圧力状態下では0リング56aによって媒体38a
の移動が封じられるので、この時点でベローズ65の動
きも封じられてしまう。
しかし、温度変化によって媒体38aに熱膨張があれば
、ベローズ65内の容積が増加するので、その容積増加
に対応してベローズ65が左方向に移動する。
そして、間隔12で形成された室内の媒体38aは該室
より流出してベローズ65の移動によるベローズ内部容
積の増加によって吸収することになる。
従って、感圧素子35に更に過大な圧力が作用すること
はない。
■また、本体ケース30を円形に形成し、特に感圧素子
35を開口部33内に収納し、かつ過圧防止機構34の
収納されている貫通孔31と分離したので、スペースフ
ァクタがよ(、圧力伝達媒体38a、38bの全体量を
少なくでき。
またほぼ対称的に形成したので、極めて精度よ(それぞ
れの圧力伝達媒体38a、38bの量を調整できる。
さらに、圧力伝達媒体38a。38bの熱膨張、熱収縮
による温度誤差を少なくすることができる。
■感圧素子35はダイヤフラム36a?36bの取付後
に本体ケース30に設置できるので、極めて条件のよい
状態で設置できる。
つまり、過圧防止機構34の調整工程及びダイヤフラム
36a、36bの溶接工程とは別個の工程により感圧素
子35を設置することが可能である。
■また、感圧素子35を同様の線膨張率を有する保持デ
ィスク41及び応力吸収シャツg43を介して本体ケー
ス30に取着したので、感圧素子35は本体ケース30
の温度変化による膨張、収縮の影響を受けることがほと
んどな(、さらに静圧時に生じる本体ケース30の歪あ
るいは本体ケース30内の収納する部材の取付時に発生
する歪によるストレスに影響されることもなくなる。
従って、温度、静圧変化に伴う出力変動を殆んどなくす
ることがで、きる。
■また、ダイヤフラム36a、36bはフランジ40a
、40b内に突出し、しかも小径とした本体ケース30
部分に取着したので、本体ケース30が大形化しても計
測器に用いられる差圧式流量計の高低圧配管標準的間隔
即ちフランジ40a、40bの圧力導入孔39a、39
bの標準的間隔54ttを十分満足させることが可能と
なるばかりか、取着時の熱や残留応力の影響を少なくす
ることができる。
■さらに、調節弁54a、54bと支軸50とを螺合さ
せる構成であるので、Oリング56a。
56bと突出体57a、57bとの間隔11は支軸50
に対して調節弁54a、54bを螺進させるだけで調節
でき、しかもベローズ65に無用の応力を加えることな
(行なえる。
また、ばね体58a、58bを締着させている螺子62
を少し緩めれば、ばね体58a、ssbは支障な(回転
する。
従って、調節弁54a。54bを螺進させて間隔11を
調節するときに、調節弁54a、54bとばね体58a
t58bとを一体にしたまま調節可能となり、調節操作
が容易となる。
なお、ばね体58a、58bとして円形部材を用いて説
明したが、第6図に示す如くM字状部材58t/を用い
てもよ(、この外に弾性力を有する形状であれば特に形
状にこだわるものではない。
このM字状のばね体58b′を挾持するためにナラ)6
0bの外にナラ)60b’を用いてもよい。
次に、第7図は本発明装置の他の実施例である。
なお、第3図と同一部分は同一符号を付してその詳細な
説明を省略する。
即ち、第6図に示す装置は、少なくとも一方の圧力伝達
媒体例えば38b内にダンピング用の絞りを設けたもの
である。
66は調節弁54bに取着されたガスケットであって、
これは突出体57bに密着して圧力伝達媒体38bの流
通を阻止するものである。
67aはダイヤフラム36b側の圧力伝達媒体38bと
ベローズ65側の媒体38bとを連通ずるための案内孔
である。
この孔67aには、外部に開放する孔67bを介して前
記ベローズ側に連通しており、この孔67bには外部操
作により螺進可能な絞りシャフト68が外部より挿入さ
れている。
このシャフト68は先細に形成され、かつ孔67bの径
よりわずか小径に構成されている。
70は0リング、71はシャフト68の抜は止め防止用
の螺子である。
このシャフト68を螺進させてシャフト68と孔67b
との間のクリアランスYを変化させることにより、その
媒体38bの移動の際に受ける抵抗を変化されることが
できる。
本構造はベローズ65が圧力変化に応動し、その容積変
化も太きいため良好なダンピング効果を上げることがで
きる。
つまり、ダンピング効果を決定する一次遅れ時定数は、
T=R−Cであり、Rは シャフトの閉所で構成される長さ シャフトの閉所で構成される断面積 に比例するから分子一定としてToC/断面積となる。
従って、容積変化Cが小さければ断面積も小さくしなけ
ればならず、時定数Tは急変することになるので調整は
難しくなるが、本発明装置によれば容積変化Cが大きい
ため時定数Tは急変しないので調整が簡単であり、しか
も十分高い精度が得られる。
絞りシャフトの設置個所は特に限定するものではなく、
また両媒体38a、38b内に設けてもよい。
なお、上記実施例では圧力変位弾性体にベローズを用い
てきたが、ベローズ以外の圧力変位弾性体例えばダイヤ
フラム等を用いてもよい。
以上詳記したように本発明装置は、過圧防止機構にて移
動を阻止した後も弾性体によって媒体の微動を吸収でき
るように構成したので、媒体閉止時に温度変化等によっ
て媒体の容積変化が生じてもその変化を吸収し、感圧素
子に過大圧力が印加されることがな(なり、従って、十
分高い精度で過大圧力を防止でき、また、感圧素子は圧
力吸収部材により本体ケースから浮かしたので、静圧時
の温度誤差をも防止することができる。
さらに、調節弁と支軸とを螺合させる構成を取ることが
できるので、0リングの突出体との間隔1、は支軸に対
して調節弁を螺進させるだけで調節でき、しかもベロー
ズに無用の応用を加えることな(行なえる。
また、ばね体を螺子により締着させることができるので
、この螺子を少し緩めれば、ばね体は支障な(回転する
従って、調節弁を螺進させて間隔11を調節するときに
、調節弁とばね体とを一体にして調節可能であり、調節
操作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の差圧検出装置の断面図、第2図a、bは
第1図の一部抽出し拡大して示す図、第3図は本発明に
係る差圧検出装置の一実施例を説明する断面図、第4図
は第3図のばね体を拡大して示す分解斜視図、第5図は
圧力の増加に伴なう加圧防止機構の動作状態を示す図、
第6図は第4図の他の例を説明する分解斜視図、第7図
は本装置の他の実施例を説明する一部切欠断面図である
。 30・・・・・・本体ケース、31・・・・・・貫通孔
、33・・・・・・開口部、34・・・・・・過圧防止
機構、35・・・・・・感圧素子、36at36b・・
・・・・ダイヤフラム、37・・・・・・シールキャッ
プ、38a、28b・・・・・・圧力伝達媒体、40a
、40b・・・・・・受圧フランジ、41・・・・・・
保持ディスク、43・・・・・・金属応力吸収シャフト
、50・・・・・・支軸、54a、54b・・・・・・
調節弁、58at58b・・・・・・ばね体、65・・
・・・・ベローズ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内部に貫通孔が形成され、かつこの貫通孔の両端を
    被検出圧力の受けるダイヤフラムによって密封されてな
    る本体ケースと;この本体ケースの貫通孔の内部に内装
    され、その一端部が本体ケース側に取着された圧力変位
    弾性体と、この圧力変位弾性体の他端部に取着され、内
    部に液密でかつ移動可能にピストン部を内装してなるシ
    リンダ装置と、このピストン部の両端部からシリンダ装
    置の外部に導出された支軸と、この支軸と直交する本体
    ケースの面部より所定の間隔をもって配置され前記支軸
    の端部が螺合される調節弁とを有する過圧防止機構と;
    前記貫通孔の両端に設けたダイヤフラムの内側に位置し
    て前記本体ケースに固定され、前記過圧防止機構の調節
    弁を支持して前記被検出圧力に応動するばね体と;前記
    ダイヤフラムを境にして前記貫通孔より伸びる2つの媒
    体導入通路に両面で接しかつ応力吸収部材を介して本体
    ケースに装着される感圧素子と:前記本体ケースの貫通
    孔に収納され、それぞれの被検出圧力により変位するダ
    イヤフラム、圧力変位弾性体及び感圧素子により2分割
    されるように夫々封止された圧力伝達媒体とを備えたこ
    とを特徴とする差圧検出装置。 2 応力吸収部材は、感圧素子とほぼ等しい線膨張率の
    部材であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の差圧検出装置。 3 感圧素子は、本体ケースの貫通孔とほぼ平行になる
    ように配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の差圧検出装置。
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