JP2009264757A - Pressure-measuring device of fluid in passage - Google Patents
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本発明は、管路内を流れる圧力流体の圧力計測において、管路内管壁に掛かる圧力を流体と非接触にて測定する圧力計測装置に関する。 The present invention relates to a pressure measurement device that measures the pressure applied to a pipe wall in a pipe line without contact with the fluid in the pressure measurement of the pressure fluid flowing in the pipe line.
図1は、管路内を流れる圧力流体の圧力を計測する従来の計測方法の概略を示す。
図示のように、圧力流体が流れる管路を形成する金属管10は、金属管10の内周面として受圧部を構成するために極めて肉厚の薄い金属で作られた薄膜状の内管11と、内管11の外周面を包囲するように設けられる、肉厚が厚い金属で作られた外管12とから構成される。図において、矢印は圧力流体が流れる方向を示す。内管11と外管12との間に僅かな間隙13を形成するために、内管11と外管12とは、それらの両端面において封止部11a、11bを介して、例えば、電子ビーム溶接によって接合される。内管11と外管12との間の封止された問隙13内には、シリコンオイル等の液体が封入されて、受圧流体14として充満される。外管12を挿通して受圧流体14に接触可能な受圧部を備えた、圧力計または圧力センサのような圧力測定装置15によって、管路内を流れる圧力流体の圧力が測定される。なお、金属管10は、その両端の外周面にフランジ10a、10bを備えており、かかるフランジを介して、同様の金属管を接続することによって、管路を必要に応じて延長することができる。
FIG. 1 shows an outline of a conventional measuring method for measuring the pressure of a pressurized fluid flowing in a pipe line.
As shown in the drawing, a metal tube 10 forming a conduit through which a pressure fluid flows is a thin-film inner tube 11 made of a very thin metal to constitute a pressure receiving portion as an inner peripheral surface of the metal tube 10. And an
これにより、管路内を流れる圧力流体の圧力は、内管11の受圧部を介して間隙13内に封入された受圧流体14に伝達され、受圧流体14の圧力変化が、圧力測定装置15の受圧部を介して圧力測定装置15によって測定される。したがって、圧力測定装置15は、受圧流体14の圧力変化を測定することによって、結果として管路内を流れる圧力流体の圧力を測定することができる。
As a result, the pressure of the pressure fluid flowing in the pipe line is transmitted to the
このような金属管を流れる圧力流体の圧力を計測する従来の方法によれば、薄膜状の内管に、過圧や機械的損傷によって亀裂が発生した場合、内管と外管との間の封止された問隙に封入された受圧流体が管路内に流出し、管路内を流れる圧力流体を汚染する可能性が大きいという問題がある。特に、このような計測法が食品製造工程に使用されると、管路内を流れる圧力流体としての食品を汚染する恐れがあり、食の安全性を損なうという間題が生じる。また、このような計測法が半導体製造工程に使用されると、シリコンオイルのような受圧流体の管路内への流出汚染は半導体成膜に致命的な欠陥を発生させる。さらに、これらの汚染は、配管全体に広がる為、その製造工程にかかる装置全体に多大な損害を及ぼすことになる。 According to the conventional method for measuring the pressure of the pressure fluid flowing through such a metal tube, when a crack occurs in the thin film inner tube due to overpressure or mechanical damage, it is between the inner tube and the outer tube. There is a problem that the pressure-receiving fluid sealed in the sealed gap flows out into the pipe and the pressure fluid flowing in the pipe is likely to be contaminated. In particular, when such a measurement method is used in a food manufacturing process, there is a risk of contaminating food as a pressurized fluid flowing in the pipeline, resulting in the problem of impairing food safety. Further, when such a measurement method is used in a semiconductor manufacturing process, the outflow contamination of the pressure-receiving fluid such as silicon oil into the pipe line causes a fatal defect in the semiconductor film formation. Furthermore, since these contaminations spread throughout the piping, the entire apparatus involved in the manufacturing process is greatly damaged.
また、問隙を形成するために内管11と外管12との間を封止するには、肉厚の薄い内管と肉厚の厚い外管との溶接比熱抵抗の大きく違う金属管端面を接合しなければならないために、電子ビーム溶接のような特殊な方法や加工が必要である。
Moreover, in order to seal between the inner tube 11 and the
本発明の課題は、金属管を流れる圧力流体の圧力を間接的に測定するために使用される、受圧流体の管路内への流出汚染を伴うことのない、製造が容易で構造が簡単な、管路内流体の圧力計測装置を提供することである。 It is an object of the present invention to provide an easy to manufacture and simple structure that does not involve the outflow contamination of a pressure-receiving fluid into a pipe line, which is used to indirectly measure the pressure of a pressure fluid flowing through a metal pipe. An object of the present invention is to provide a pressure measuring device for fluid in a pipe line.
管路内を流れる圧力流体の圧力を計測する本発明の圧力計測装置は、圧力流体が流れる管路を与える管であって、その外周面の一部を環状に削り取ることによって形成され、圧力流体の圧力に応じて変動する薄膜状の受圧部を有する管と、管の受圧部を包囲するように嵌装され、計測用の開口部を有する外筒保持部材と、開口部に挿入された荷重変換器であって、管の受圧部に接触可能に配置され且つ受圧部の変動に応じて変位する検知素子を有し、検知素子の変位を、管路内を流れる圧力流体の圧力を示す電気信号に変換する荷重変換器と、を備えている。 A pressure measuring device of the present invention for measuring the pressure of a pressure fluid flowing in a pipe is a pipe that provides a pipe through which the pressure fluid flows, and is formed by scraping a part of the outer peripheral surface into an annular shape. A tube having a thin film-shaped pressure receiving portion that varies according to the pressure of the tube, an outer cylinder holding member that is fitted to surround the pressure receiving portion of the tube and has a measurement opening, and a load that is inserted into the opening An electric transducer that is disposed so as to be in contact with the pressure receiving portion of the pipe and that displaces in accordance with fluctuations in the pressure receiving portion, and the displacement of the detection element indicates the pressure of the pressure fluid flowing in the pipe line. A load converter for converting the signal into a signal.
また、本発明は、管の受圧部の両側に、管の外周面に少なくとも1つの環状のスリットを設けることが可能である。 In the present invention, at least one annular slit can be provided on the outer peripheral surface of the tube on both sides of the pressure receiving portion of the tube.
本発明によれば、図1に示されたような従来の圧力計測装置とは異なり、内管と外管との間に封入したシリコンオイル等の流体介在物が存在しないので、薄膜状の内管の破損による流体汚染の危険性がなく、仮に受圧部に破損が生じても、圧力計測装置が関与する製造工程にかかる装置全体に多大な損害を及ぼすことを防止することできる。 According to the present invention, unlike the conventional pressure measuring device as shown in FIG. 1, there is no fluid inclusion such as silicon oil sealed between the inner tube and the outer tube. There is no risk of fluid contamination due to breakage of the pipe, and even if the pressure receiving portion is broken, it is possible to prevent the entire apparatus related to the manufacturing process involving the pressure measuring device from being greatly damaged.
また、本発明によれば、従来の圧力計測装置のように温度の高低により膨張及び収縮を行なう流体介在物が存在しないので、そのような膨張収縮に起因する計測誤差が発生せず、管路を流れる圧力流体の温度の影響を受け難い温度安定性に優れた圧力計測装置を提供することができる。 Further, according to the present invention, there is no fluid inclusion that expands and contracts depending on the temperature, unlike the conventional pressure measuring device, so that a measurement error due to such expansion and contraction does not occur, and the pipe line Thus, it is possible to provide a pressure measuring device that is not easily affected by the temperature of the pressure fluid flowing through the plate and has excellent temperature stability.
また、本発明によれば、圧力計測装置を組み立てる際に、電子ビーム溶接等の特殊な方法や加工を必要とせずに、簡単な溶接や嵌め合い加工が採用できるので、製造が容易で構造が簡単な、且つ安価な圧力計測装置を提供することができる。 In addition, according to the present invention, when assembling the pressure measuring device, a simple method of welding or fitting can be adopted without requiring a special method or processing such as electron beam welding. A simple and inexpensive pressure measuring device can be provided.
また、本発明によれば、従来の圧力計測装置に比べて、温度による管の膨張収縮による測定誤差の少ない温度安定性に優れた圧力計測装置を提供することができる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide a pressure measuring device excellent in temperature stability with less measurement error due to expansion and contraction of the tube due to temperature, as compared with a conventional pressure measuring device.
図2は、本発明の圧力計測装置の基本的な構成を示し、図2Aは、圧力流体が流れる管路を与える、例えば金属製の管21を示し、図2Bは、管21に嵌装され、後述される小型の荷重変換器を保持する外筒保持部材22を示す。
FIG. 2 shows a basic configuration of the pressure measuring device of the present invention, FIG. 2A shows a
図2Aに示されたように、管21の外周面の一部を環状に削り取ることによって、管21に薄膜状の受圧部23を形成する。さらに、受圧部23が形成された管21の外周面に、受圧部23の中央付近に受圧部23の変動に従動する突起部24を、例えば溶接または接着により形成する。これにより、管路内を流れる圧力流体の加圧または減圧によって管21が膨張または収縮すると、受圧部23が変動して、突起部24が上下に移動する。この突起部24の上下運動を荷重変換器により検出して、管路内を流れる圧力流体の圧力を測定する。受圧部23に形成された突起部23により、受圧部23の変位を一点に集中した変位力として測定することができ、これにより圧力計測の高い感度が保証される。
As shown in FIG. 2A, a part of the outer peripheral surface of the
図2Bに示された外筒保持部材22は、管21に形成された薄膜状の受圧部23に損傷が発生した場合であっても、その圧力計測装置が関与する製造工程にかかる装置全体に多大な損害を及ぼすことを防止する保護部材として機能し、作業工程の継続を保証することができる。
The outer
図3は、管21に外筒保持部材22を嵌装することによって組み立てられた、本発明の圧力計測装置の一実施例を示す概略図である。管21に外筒保持部22を嵌装して固定するには、電子ビーム溶接等の特殊な溶接方法が必要ではなく、一般的なTig溶接や嵌める合い加工による方法で良い。
FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of the pressure measuring device of the present invention assembled by fitting the outer
図3に示されたように、外筒保持部22の計測用の開口部25に荷重変換器31が挿入され、荷重変換器31は、ネジのような締め付け部材32によって外筒保持部材22に対して調整可能に取り付けられる。
As shown in FIG. 3, a load converter 31 is inserted into the measurement opening 25 of the outer
荷重変換器31は、例えば、小型の金属ダイヤフラム(図示せず)と、管21の受圧部23に形成された突起部24に当接する、例えば鋼球のような検知素子33と、半導体歪みゲージおよびホイーストンブリッジ回路を含む半導体圧力センサ・チップ(図示せず)とによって構成される。検知素子33は、受圧部23の変動による突起部24の上下移動に応答して変位し、かかる変位がダイヤフラムに伝達されて、金属ダイヤフラムを変形させる。このダイヤフラムの変形は、半導体圧力センサ・チップによって、即ちダイヤフラムの僅かな圧力歪みを抵抗変化で捉えることによって、電気信号に変換される。変換された電気信号は、管路内を流れる圧力流体の圧力を示す計測値として利用される。荷重変換器31の検知素子33と受圧部23の突起部24との当接状態は、荷重変換器31の感度に影響を与えるものであり、オフセットが出ないように締め付け部材32によって調節可能である。締め付け部材32はさらに、微調整ネジを設けることにより、当接状態を微細に調整することも可能である。荷重変換器31において、鋼球の検知素子に代えて、ピポット又はカンチレバーと呼ぼれる棒状突起を用いて、それが管21の受圧部23に形成された突起部24に当接するように構成しても良い。
The load converter 31 includes, for example, a small metal diaphragm (not shown), a
なお、管21は、その両端の外周面に、例えば溶接によってフランジ21a、21bを設け、かかるフランジを介して、同様の管を接続することによって、管路を必要に応じて延長することができる。
In addition, the pipe |
図4は、管21に外筒保持部材22を嵌装することによって組み立てられた、本発明の圧力計測装置の第二の実施例を示す概略図であり、特に、管路内を流れる圧力流体が高温の流体である場合に有利なものである。
FIG. 4 is a schematic view showing a second embodiment of the pressure measuring device of the present invention assembled by fitting the outer
圧力流体が高温の場合、温度による膨張収縮が管21に矢印40で示す方向に発生し、荷重変換器31にドリフトとして誤差を発生させる。この問題を解消するために、図示されたように、管21の受圧部23の両側に、管21の外周面に環状のスリット41が形成される。スリット41の位置および数については、管21の材質または強度、管路を流れる圧力流体の特性または温度等に応じて適宜決定することができる。荷重変換器31に対する熱伝導特性の偏りを回避するために、前述のように、スリット41は、管21の受圧部23の両側に且つ対称に設けることが好ましい。このようなスリット41を設けることにより、管21の温度による膨張収縮の逃がしを行ない、荷重変換器31に対する膨張収縮に起因する歪みの影響を低減する。
When the pressure fluid is hot, expansion and contraction due to temperature occurs in the
21:管
21a、21b:フランジ
22:外筒保持部材
23:受圧部
24:突起部
25:開口部
31:荷重変換器
32:締め付け部材
33:検知素子
41:スリット
21:
Claims (4)
圧力流体が流れる管路を与える管(21)であって、その外周面の一部を環状に削り取ることによって形成され、圧力流体の圧力に応じて変動する薄膜状の受圧部(23)を有する管(21)と、
管(21)の受圧部(23)を包囲するように嵌装され、計測用の開口部(25)を有する外筒保持部材(22)と、
開口部(25)に挿入された荷重変換器(31)であって、管(21)の受圧部(23)に接触可能に配置され且つ受圧部(23)の変動に応じて変位する検知素子(33)を有し、検知素子(33)の変位を、管路内を流れる圧力流体の圧力を示す電気信号に変換する荷重変換器(31)と
を備えたことを特徴とする圧力計測装置。 In the pressure measuring device that measures the pressure of the pressure fluid flowing in the pipeline,
A pipe (21) for providing a pipe line through which the pressure fluid flows, and is formed by scraping a part of the outer peripheral surface into an annular shape, and has a thin-film pressure receiving part (23) that varies according to the pressure of the pressure fluid. A tube (21);
An outer cylinder holding member (22) fitted so as to surround the pressure receiving portion (23) of the tube (21) and having a measurement opening (25);
A load transducer (31) inserted into the opening (25), which is disposed so as to come into contact with the pressure receiving portion (23) of the pipe (21) and is displaced in accordance with a change in the pressure receiving portion (23). And a load converter (31) for converting the displacement of the sensing element (33) into an electric signal indicating the pressure of the pressure fluid flowing in the pipe. .
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