JP2599709B2

JP2599709B2 - 力及び／又は偶力のセンサデバイス

Info

Publication number: JP2599709B2
Application number: JP61256725A
Authority: JP
Inventors: ダニエル・ロワ
Original assignee: サペル
Priority date: 1986-10-28
Filing date: 1986-10-28
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPS63117229A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は一般的にひずみ計型の力又は偶力のセンサデ
バイスに係る。より詳細には本発明は、侵食性の流体中
で力を測定できるように構成されしかも耐用寿命が極め
て長いひずみ計型の力又は偶力のセンサデバイスに係
る。

例えば、流量をモニタするために流体中の力又は偶力
を測定するときに伴う重要な問題は、圧力、温度及びそ
の他の流体の物理的特性の変動によって測定値に無視で
きない狂いが生じることである。

更に、流体が侵食性、腐食性等のときにはセンサデバ
イスが該流体の作用に対する耐性をもつことが必要であ
り、このような課題の解決が時には極めて難しい。従っ
て既存のセンサデバイスは、しばしば耐用寿命が短く、
頻繁な交換が必要である。

本発明の目的はかかる欠点を是正し、流体から物理的
に隔離された領域から極めて正確な測定を実行し得るひ
ずみ計型の力及び／又は偶力のセンサデバイスを提供す
ることである。

本発明の別の目的は、流体によって生じる測定の狂い
が顕著に低減された力及び／又は偶力のセンサデバイス
を提供することである。

これらの目的は、本発明によれば、特に導管内で輸送
される侵食性流体中の力及び／又は偶力を測定するため
の力及び／又は偶力のセンサデバイスであって、導管の
内部に配置される対称ビーム（梁）形の要素と、２つ以
上のひずみ計型のセンサ素子とを具備してなり、前記ビ
ーム要素が、測定すべき力及び／又は偶力を受容すべく
構成された自由端と、前記導管の壁の開口の領域でこの
壁の内面に固定されるべく構成された剛性ベースと、外
部に対して開かれた２つ長手開口が形成された中間部分
とを含んでおり、前記２つ以上のセンサ素子は、前記壁
の開口を介して外部に開口するベースの面の少なくとも
一部から成る測定面の少なくとも２つの異なる領域に配
置され、前記２つの長手開口は前記測定面に平行であ
り、従って、測定すべき力及び／又は偶力によって生起
されたビームの自由端及び中間部分のたわみがセンサ素
子の配置された領域で実質的に同じ振幅の圧縮内部応力
及び引張り内部応力に夫々変換されることを特徴とする
センサデバイスによって達成される。

上記構成にて成るセンサデバイスによれば、流体から
物理的に隔離された領域から極めて正確な測定を実行し
得、また、流体によって生じる測定の狂いを顕著に低減
させることが可能となる。

また、外部に対して開いた長手開口の存在は、測定さ
れる応力の方向におけるビームの変形性を高め、これに
よりデバイスの感度を著しく向上させることが可能とな
る。

添付図面に示す非限定的な好適具体例に関する以下の
詳細な記載より本発明がより十分に理解されよう。

図によれば、力センサデバイスは先ず、全体が10で示
されるビーム即ち形材を含んでおり、該ビームは自由端
12に力Ｆ又は偶力Czを受容すべく構成されている。ビー
ム10の対向端は一体的な剛性ベース14の形状であり、ベ
ース14は例えば侵食性流体を輸送する導管の壁16に要素
10を固定すべく機能する。この固定は（図示しない）適
当なボルトによって確保される。ビーム10は弾性に優れ
且つ侵食性流体に対する耐性のある金属から成るのが好
ましい。

更に、壁16の側を向いたベース14の側面にはＯリング
20を受容するための環状溝18が形成されている。後述す
るごとくビーム10の自由端12に作用する力及び／又は偶
力の測定を行なう領域がこのようにして流体から密封的
に隔離される。

更に、壁16は前記固定領域に開口16aを有する。ま
た、要素10の縦方向端面の一部に凹部が設けられてお
り、本具体例ではこの凹部は開口16aと同じ寸法であ
る。凹部の底部22は力及び／又は偶力の測定を行なうた
めの流体から隔離された測定面として機能する。測定の
ために従来のひずみ計型の抵抗原理によって機能する２
つのセンサ素子28,30を凹部の底部に固定する。これら
素子は流体の作用を受けないので耐用寿命が極めて長く
しかも従来通りの機能を十分に維持する。

本発明によれば、ビーム10の中間領域11に２つの円筒
状開孔24,26が設けられている。該開孔は外部に対して
開かれており測定面に関して対称の位置で該測定面に平
行に設けられている。

実験によれば、このような構成によってビーム10の末
端部12の曲げひずみを測定面22に伝達し得る。測定面22
においてはこれらひずみが測定面の所定のゾーンに集中
した内部圧縮応力又は内部引張応力に変換される。更
に、記載のセンサ素子が対称形を有するので、ビーム10
に作用する力は測定面に夫々正及び負の２つの強ひずみ
ゾーンを生じる。これら２つのゾーンの正確な位置に本
来の測定素子を配置する。

更に、要素10のねじれ剛性が高いので、横断ひずみ
（図の平面に垂直な方向のひずみ）が極めて小さい。従
って曲げ／ねじれの結合による振動現象が阻止される。
更に、要素の形状は、測定すべき力及び／又は偶力の方
向に垂直な方向に作用する力及び／又は偶力に対して極
めて高い剛性をもつように設計されている。要素10のこ
のような形状は、測定される力の方向で高いひずみ率を
示すので測定感度が高い。

第２図は本発明のセンサデバイスの伝達特性がビーム
10の幾つかの幾何学的パラメータに大きく左右されるこ
とを示す。かかるパラメータとしては例えば、 −２つの開孔24と26との間の間隔e1、 −２つの開孔の共通直径ｄ、 −開口24,26と測定面即ち凹状底部22との間の間隔e2が
ある。

これまでの試験によれば、e1＝d/2及びe2＝e1/2を選
択すると測定の正確度及び測定範囲の双方に関して好ま
しい結果が得られることが判明している。しかし乍ら、
これはあくまでも暫定的な結論である。

測定面22上でのひずみ計の位置決めに関しては、互い
に逆向きの最大ひずみが生じる２つのゾーンの位置を試
験によって局部的に限定し得る。より正確に言えば、測
定すべきＦの影響下のこれら２つのゾーンに夫々存在す
る内部圧縮及び／又は引張応力は互いに反対の符号を有
しており、測定すべき流体の温度及び圧力の変動はこれ
ら２つのゾーンに等しい効果を与える。従って２つのひ
ずみ計（又は最大感度を得るために４つのひずみ計）を
抵抗ブリッジ形に連結することによって以下の３つの利
点が得られる。

（ａ）温度効果が自動補償される。

（ｂ）圧力によるひずみが除去される。

（ｃ）出力信号が増幅される。

従って本発明で得られる利点は、侵食性流体中の力及
び／又は偶力の測定が、該流体から完全に隔離された領
域に応力を伝達し、適当な構成のひずみ計を該隔離領域
に配置することによって行なわれることである。従って
この種の用途でデバイスの従来の如き老朽化が生じな
い。また前記のごとく従来技術の測定デバイスで避ける
ことができなかった流体の圧力及び温度の差による測定
の狂いが阻止される。

本発明が流体輸送導管内の流量測定に有利に使用され
ることは理解されよう。

最後に本発明が記載の具体例に限定されないこと、当
業者が容易に予想し得る全ての変更及び変形を包含する
ことが理解されよう。特に要素の形状、寸法、材料等に
関して種々の変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の力及び／又は偶力のセンサデバイスの
断面図、第２図は第１図の要素の詳細図である。 10……ビーム、11……中間部分、12……自由端、14……
ベース、16……導管、16a……開口、18……溝、20……
Ｏリング、22……凹部、24,26……開孔、28.30……セン
サ素子。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】特に導管内で輸送される侵食性流体中の力
及び／又は偶力を測定するための力及び／又は偶力のセ
ンサデバイスであって、導管の内部に配置される対称ビ
ーム（梁）形の要素（10）と、２つ以上のひずみ計型の
センサ素子（28,30）とを具備してなり、前記ビーム要
素（10）が、測定すべき力及び／又は偶力を受容すべく
構成された自由端（12）と、前記導管の壁の開口（16
a）の領域でこの壁（16）の内面に固定されるべく構成
された剛性ベース（14）と、外部に対して開かれた２つ
の長手開口が形成された中間部分（11）とを含んでお
り、前記２つ以上のセンサ素子（28,30）は、前記壁（1
6）の開口（16a）を介して外部に開口するベース（14）
の面の少なくとも一部から成る測定面（22）の少なくと
も２つの異なる領域に配置され、前記２つの長手開口は
前記測定面に平行であり、従って、測定すべき力及び／
又は偶力によって生起されたビーム（10）の自由端（1
2）及び中間部分（11）のたわみがセンサ素子の配置さ
れた領域で実質的に同じ振幅の圧縮内部応力及び引張り
内部応力に夫々変換されることを特徴とする力及び／又
は偶力のセンサデバイス。
【請求項２】長手開口が円筒状開孔（24,26）からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のデバイ
ス。
【請求項３】２つの円筒状開孔の間の間隔をe1とし、２
つの円筒状開孔の共通の直径をｄとし、２つの円筒状開
孔と測定面との間の間隔をe2としたとき、e1＝d/2及びe
2＝e1/2であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
又は第２項に記載のデバイス。
【請求項４】ひずみ計がブリッジ形電気測定機構に内蔵
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３
項のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】更に、ベース（14）と導管壁（16）との互
いに隣接する面の間にシール手段（20）が備えられてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項の
いずれかに記載のデバイス。