JP2928751B2 - ゲージ圧測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体等の被測定物
のゲージ圧を測定するゲージ圧測定装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被測定物のゲージ圧を測定す
るといった大気圧を基準とした測定を行うゲージ圧測定
装置が知られている。

【０００３】従来のゲージ圧測定装置は、大気を導入す
るための大気用ポート及び被測定物を導入するための被
測定物用ポートとを備えている。大気用ポートから導入
された大気は装置内の大気室に取り込まれ、被測定物用
ポートから導入された被測定物は装置内の被測定室に取
り込まれる。大気室と被測定室との境界には歪ゲージを
備えたダイヤフラムが設けられており、ダイヤフラムが
大気圧と被測定物の圧力との差圧によって歪曲した時
に、歪ゲージは変化する。なお、歪ゲージの変化とは、
例えば歪ゲージが電気的抵抗によって構成されていると
きには、その抵抗における抵抗率が変化することをい
う。そして、歪ゲージの変化によって得られる信号によ
って、被測定物のゲージ圧を測定する。この信号とは、
例えば電気信号の類であり、この電気信号に基づいて適
当な演算処理回路，表示装置等を介して測定されたゲー
ジ圧が利用者に告知される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、測定すべき
環境によっては、粉塵や水滴等が大気用ポートに付着等
するために、大気を大気室に取り込むことが困難になる
場合や、粉塵や水滴が大気ポートから大気室内に侵入す
ることによって、大気室内に設けられたゲージ圧センサ
と接続された演算処理用の電子回路等が故障又は破損し
てしまう恐れがある。そこで、長い導入管を大気用ポー
トに接続し、クリーンな外部環境から大気を導入するこ
とによって上記の問題を解決していた。しかしながら、
離れた場所から導入管を測定場所まで引込み、大気用ポ
ートに接続することは面倒であり、その作業に手間がか
かっていた。

【０００５】そこで、ゲージ圧センサに代えて真空圧に
対する被測定物の圧力、すなわち絶対圧を測定する絶対
圧センサを用いて上記問題を解消したものも製品化され
ているが、絶対圧センサはゲージ圧センサに比べかなり
高価であり、装置の製造コスト面で問題があった。

【０００６】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目してなされたものである。その目的とす
るところは、絶対圧センサを用いなくとも上記問題点を
解消することができるゲージ圧測定装置を提供すること
にある。

【０００７】

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のゲージ
圧測定装置の発明では、被測定物のゲージ圧を測定する
ゲージ圧測定装置において、気体を外部から密閉した状
態で収納した密閉室と、該密閉室内に密閉された気体の
圧力と装置周囲の大気圧との差圧を検知して、その差圧
に応じた出力を行う第１の検知部と、前記密閉室内に密
閉された気体の圧力と被測定物の圧力との差圧を検知し
て、その差圧に応じた出力を行う第２の検知部とを備
え、本体ケースを上部本体、中部本体及び下部本体から
構成し、第１の下部本体には大気を導入する大気用ポー
トを設けるとともに、第１の検知部用のケースを支持す
る支持部を設け、第２の下部本体には被測定物を導入す
る被測定物用ポートを設けるとともに、第２の検知部用
のケースを支持する支持部を設け、中部本体には前記両
下部本体をボルトによって固着し、前記複数の本体及び
両検知部用のケースを組み立てることにより本体ケース
内に密閉室を形成したものである。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のゲージ圧測定装置において、第１の検知部により検
知された差圧と、第２の検知部により検知された差圧と
を減算して被測定物のゲージ圧を求める演算部を備え、
該演算部により求められたゲージ圧に応じた出力を行う
ようにしたものである。

【００１０】

【００１１】従って、請求項１〜２に記載の発明は次の
ような作用を奏する。請求項１に記載の発明において
は、第１の検知部によって密閉室内に密閉された気体の
圧力と装置周囲の大気圧との差圧が検知され、その差圧
に応じた出力が行われ、第２の検知部によって密閉室内
に密閉された気体の圧力と被測定物の圧力との差圧が検
知され、その差圧に応じた出力が行われる。密閉室内に
密閉された気体の圧力と装置周囲の大気圧との差圧と、
密閉室内に密閉された気体の圧力と被測定物の圧力との
差圧に基づいて求められるゲージ圧は、周囲温度の変化
等に基づく密閉室内の圧力変動に影響されないため、被
測定物のゲージ圧を正確に把握し得る。また、上部本
体、中部本体及び下部本体を組み立てることにより密閉
室が構成されるため、絶対圧センサのように真空圧を形
成する必要がなく、製造が容易になる。

【００１２】請求項２に記載の発明においては、演算部
によって密閉室内に密閉された気体の圧力と装置周囲の
大気圧との差圧と、密閉室内に密閉された気体の圧力と
被測定物の圧力との差圧とが減算される。その演算によ
り求められた被測定物のゲージ圧に応じた出力が行われ
ることにより、被測定物の正確なゲージ圧を即座に把握
し得る。

【００１３】

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明であるゲージ圧測定
装置の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。

【００１５】図１に示すように、ゲージ圧測定装置１１
の本体ケース１２は、２つの下部本体１３ａ，１３ｂ、
中部本体１４及び上部本体１５から構成されている。こ
れら下部本体１３ａ，１３ｂ、中部本体１４及び上部本
体１５は、それぞれ本発明のケース構成材を構成してい
る。

【００１６】下部本体１３ａには、大気を導入する大気
用ポート１６が設けられるとともに、センサケース１７
ａを支持する支持部１８ａが設けられている。支持部１
８ａに支持されるセンサケース１７ａの下部には、ダイ
ヤフラム２１ａが設けられており、ダイヤフラム２１ａ
の下面には大気用ポート１６から導入された大気の大気
圧Ｐ２が作用する。第１の電子回路基板２４ａはセンサ
ケース１７ａ上に配置されており、第１の電子回路基板
２４ａにはゲージ圧センサである周囲圧測定センサ２３
ａが電気的に接続された状態で固定されている。この周
囲圧測定センサ２３ａにより本発明の第１の検知部が構
成されている。そして、ダイヤフラム２１ａと周囲圧測
定センサ２３ａとの間には、シリコンオイルよりなる絶
縁部材２２ａが介在されており、ダイヤフラム２１ａに
作用する大気圧Ｐ２を周囲圧測定センサ２３ａに伝達す
る。また、第１の電子回路基板２４ａの上方には、第２
の電子回路基板２５ａがセンサケース１７ａに支持され
ている。

【００１７】下部本体１３ｂは、被測定物を導入する被
測定物用ポート２６が設けられるとともに、センサケー
ス１７ｂを支持する支持部１８ｂが設けられている。支
持部１８ｂに支持されるセンサケース１７ｂの下部に
は、被測定物用ポート２６から被測定物の被測定物の圧
力Ｐ３が作用するダイヤフラム２１ｂが設けられてい
る。第１の電子回路基板２４ｂはセンサケース１７ｂ上
に配置されており、第１の電子回路基板２４ｂにはゲー
ジ圧センサである主測定圧力センサ２３ｂが電気的に接
続されている。この主測定圧力センサ２３ｂにより、本
発明の第２の検知部が構成されている。そして、ダイヤ
フラム２１ｂと主測定圧力センサ２３ｂとの間には、シ
リコンオイルよりなる絶縁部材２２ｂが介在されてお
り、ダイヤフラム２１ｂに作用する被測定物の圧力Ｐ３
を主測定圧力センサ２３ｂに伝達する。また、第２の電
子回路基板２５ｂが第１の電子回路基板２４ｂの上方の
センサケース１７ｂに支持される。

【００１８】中部本体１４には、上方が開口した中空孔
３１が設けられるとともに、下部には２つのセンサケー
ス用孔３２ａ，３２ｂが設けられている。前記センサケ
ース１７ａ，１７ｂがセンサケース用孔３２ａ，３２ｂ
に挿入されるとともに、第１，第２の下部本体１３ａ，
１３ｂはボルト３３によって中部本体１４に固着されて
いる。また、中部本体１４の内周には支持部３４が設け
られており、この支持部３４に第３の電子回路基板３５
が支持される。なお、第１の電子回路基板２４ａ，２４
ｂは第２の電子回路基板２５ａ、２５ｂとそれぞれリー
ド線３６ａ，３６ｂによって電気的に接続されるととも
に、第２の電子回路基板２５ａ、２５ｂは第３の電子回
路基板３５にリード線３７ａ，３７ｂによって電気的に
接続されている。

【００１９】コネクタ３８が配設された上部本体１５は
ボルト３９によって中部本体１４と固着されており、コ
ネクタ３８に接続されたリード線４０は、前記第３の電
子回路基板３５と電気的に接続されている。

【００２０】以上のように構成されたゲージ圧測定装置
１１には、上部本体１５、中部本体１４、２つの下部本
体１３ａ，１３ｂ及びセンサケース１７ａ，１７ｂによ
って密閉された密閉室としての気体室４１が形成されて
おり、気体室４１内に封入された任意の気体Ａは外部環
境から完全に隔離されている。本実施形態では、上部本
体１５、中部本体１４、下部本体１３ａ，１３ｂを組立
てる際に必然的に本体ケース１２内に密閉される気体
（大気圧の空気）Ａが密閉されている。なお、上部本体
１５、中部本体１４、下部本体１３ａ，１３ｂにより、
本発明のケース構成材が構成されている。

【００２１】従って、周囲圧測定センサ２３ａは、密封
された気体Ａの気圧Ｐ１と絶縁部材２２ａを介して伝達
された大気圧Ｐ２との差圧Ｐ２−Ｐ１を検知し、主測定
圧力センサ２３ｂは、密封された気体Ａの気圧Ｐ１と絶
縁部材２２ｂを介して伝達された被測定物の圧力Ｐ３と
の差圧Ｐ３−Ｐ１を検知する。

【００２２】次に、上記のように構成されたゲージ圧測
定装置１１の電気的構成を図２にもとづいて説明する。
まず、周囲圧測定センサ２３ａ側の電気的構成について
説明すると、定電流回路Ｄ１は検知回路Ｄ２に接続さ
れ、検知回路Ｄ２に一定の電流を供給する。検知回路Ｄ
２はホイートストンブリッジ回路Ｄ２−１及び可変抵抗
Ｄ２−２を備え、ホイートストンブリッジ回路Ｄ２−１
には前記定電流回路Ｄ１より一定の電流が供給され、ホ
イートストンブリッジ回路Ｄ２−１は密閉された気体Ａ
の圧力Ｐ１と大気圧Ｐ２との差圧に応じた電圧Ｖ１を出
力する。なお、可変抵抗Ｄ２−２は密閉された気体Ａの
圧力Ｐ１と大気圧Ｐ２との差圧がゼロである場合に電圧
Ｖ１がゼロとなるように調節するためのゼロ点調整に用
いられる。

【００２３】検知回路Ｄ２には増幅回路Ｄ３が接続さ
れ、検知回路Ｄ２から出力される電圧Ｖ１を増幅した電
圧Ｖ２を出力する。なお、増幅回路Ｄ３は可変抵抗Ｄ３
−１を備えている。この可変抵抗Ｄ３−１は増幅率（Ｖ
２／Ｖ１）を調節するための増幅率調節に用いられる。

【００２４】なお、主測定圧力センサ２３ｂ側の電気的
構成は周囲圧測定センサ２３ａと同一である。従って、
図２において前記定電流回路Ｄ１、検知回路Ｄ２、ホイ
ートストンブリッジ回路Ｄ２−１、可変抵抗Ｄ２−２、
増幅回路Ｄ３及び可変抵抗Ｄ３−１に対応する構成を、
定電流回路ｄ１、検知回路ｄ２、ホイートストンブリッ
ジ回路ｄ２−１、可変抵抗ｄ２−２、増幅回路ｄ３及び
可変抵抗ｄ３−１としてその詳細な説明を省略する。主
圧力測定センサ２３ｂ側では検知回路ｄ２から密閉され
た気体Ａの圧力Ｐ１と被測定物の圧力Ｐ３との差圧に応
じた電圧Ｖ３が出力され、増幅回路ｄ３から電圧Ｖ３を
増幅した電圧Ｖ４が出力される。

【００２５】前記増幅回路Ｄ３及び増幅回路ｄ３はそれ
ぞれ演算部としての減算回路Ｄ４に接続され、増幅回路
ｄ３より出力された電圧Ｖ４から増幅回路Ｄ３より出力
された電圧Ｖ２を減算し出力する。

【００２６】次に、上記のように構成されたゲージ圧測
定装置１１の動作について説明する。ダイヤフラム２１
ａに気体Ａの気圧Ｐ１と大気圧Ｐ２との差圧Ｐ２−Ｐ１
が作用することに起因して、ダイヤフラム２１ａは歪曲
する。ダイヤフラム２１ａが歪曲すると、差力Ｐ２−Ｐ
１はシリコンオイルの充填された絶縁部材２２ａを介し
て周囲圧測定センサ２３ａに伝達される。そして、周囲
圧測定センサ２３ａを構成するピエゾ抵抗には応力が加
わることによって、検知回路Ｄ２の抵抗の抵抗率が変化
する。抵抗率の変化にともなって電位差Ｖ１が生じる
と、その電位差Ｖ１は増幅回路Ｄ３の入力端に印加され
る。そして、印加された電位差Ｖ１は増幅回路Ｄ３を介
して電圧Ｖ２に増幅された後、減算回路Ｄ４へ印加され
る。

【００２７】一方、ダイヤフラム２１ｂに気体Ａの気圧
Ｐ１と被測定物の圧力Ｐ３とが作用すると、その差圧Ｐ
３−Ｐ１が加わることによりダイヤフラム２１ｂは歪曲
する。ダイヤフラム２１ｂの歪曲にともない、主測定圧
力センサ２３ｂには差圧Ｐ３−Ｐ１が絶縁部材２２ｂを
介して伝達される。そして、主測定圧力センサ２３ｂを
構成する検知回路ｄ２のピエゾ抵抗の抵抗率が変化す
る。すると、増幅回路ｄ３の入力端に抵抗率の変化にと
もなう電位差Ｖ３が印加される。そして、印加された電
位差Ｖ３は増幅回路ｄ３を介して電圧Ｖ４に増幅された
後、減算回路Ｄ４へ印加される。

【００２８】電圧Ｖ２，Ｖ４が減算回路Ｄ４へ印加され
ると、電位差Ｖ４−Ｖ２にもとづく電位Ｖ５が出力端か
ら出力される。そして、電位Ｖ５にもとづいて、被測定
物のゲージ圧Ｐ３−Ｐ２が電気信号Ｂとして求められ
る。そして、その電気信号Ｂをコネクタ３８を介してゲ
ージ圧測定装置１１の外部に設けられた図示しない表示
部に表示させる。

【００２９】なお、電圧Ｖ２は気体Ａの気圧Ｐ１と大気
圧Ｐ２をパラメータとするＶ２（Ｐ１，Ｐ２）と表せる
一方、電圧Ｖ４は気圧Ｐ１と被測定物の圧力Ｐ３とをパ
ラメータとするＶ４（Ｐ１，Ｐ３）と表せる。従って、
減算回路Ｄ４の入力端に印加される電圧Ｖ４（Ｐ１，Ｐ
３）−Ｖ２（Ｐ１，Ｐ２）は、パラメータＰ１に依存し
ないものとなっている。

【００３０】この実施の形態は以下のような利点を有す
る。 （イ） 減算回路Ｄ４の入力端子に印加される電位差Ｖ
４−Ｖ２は、気圧Ｐ１に依存しないものであるため、気
体室４１内に密封された気体Ａに係わらず、被測定物の
ゲージ圧Ｐ３−Ｐ２を測定することが可能である。

【００３１】（ロ） ゲージ圧センサを利用しているた
め、絶対圧センサを利用する場合に比して、製造コスト
の削減が図られる。 （ハ） 気体室４１は密閉されているため、外部から粉
塵や水滴等が気体室４１内に入り込むことはなく、気体
室４１内に配設された電子回路基板２４ａ，２４ｂ，２
５ａ，２５ｂ，３５がそれらの影響により故障又は破損
するといった恐れを防ぐことができる。

【００３２】（ニ） 周囲圧測定センサ２３ａ及び主測
定圧力センサ２３ｂは、可変抵抗Ｄ２−２，ｄ２−２の
調整によりホイートストンブリッジが構成される。従っ
て、抵抗における抵抗率の微細な変化にも精度良く対処
することができるため、差圧Ｐ２−Ｐ１，Ｐ３−Ｐ１を
高精度で検知可能となることにともない、被測定物のゲ
ージ圧Ｐ３−Ｐ２の測定を精度良く行うことが可能とな
る。

【００３３】なお、この発明は、次のように変更して具
体化することも可能である。 （１） 内部に差圧を表示する表示器（メータ或いはＡ
／Ｄ変換後の数値表示器）を設置し、その表示器を視認
できるようケースの少なくとも一部を透過性材で構成す
ること。これにより、測定結果を直接表示することがで
きる。

【００３４】（２） 周囲圧測定センサ２３ａ或いは主
測定圧力センサ２３ｂより得られた信号、即ち電位差Ｖ
１或いはＶ３をコネクタ３８を介してゲージ圧測定装置
の外部に設けられた演算回路に出力して、被測定物のゲ
ージ圧Ｐ３−Ｐ２を求めること。これによっても、上記
（イ）〜（ニ）に記載の利点と同様な効果を得ることが
できる。

【００３５】（３） ゲージ圧を測定するための演算回
路を設けずに、周囲圧測定センサ２３ａによって測定さ
れた差圧Ｐ２−Ｐ１、及び主測定圧力センサ２３ｂによ
って測定された差圧Ｐ３−Ｐ１を個別に表示部に表示さ
せること。これによっても、測定者は個別の差圧Ｐ２−
Ｐ１，Ｐ３−Ｐ１を知ることが可能となり、被測定物の
ゲージ圧Ｐ３−Ｐ２を知ることができる。

【００３６】（４） 圧力センサ２３ａ，２３ｂの耐圧
値には限界があり、その限界を越えると故障等の原因と
なる。そこで、周囲圧測定センサ２３ａによって測定さ
れた差圧Ｐ２−Ｐ１、或いは主測定圧力センサ２３ｂに
よって測定された差圧Ｐ３−Ｐ１のいずれか一方が、所
定の値以上になったときには、その旨を表示或いは音声
等によって測定者に告知すること。これにより、圧力セ
ンサ２３ａ，２３ｂの耐圧性にもとづく故障等の可能性
をより抑えることができる。

【００３７】（５） 大気用ポート１６或いは被測定物
用ポート２６に大気或いは被測定物の導入を停止するた
めの導入停止弁を設けること。そして、周囲圧測定セン
サ２３ａによって測定された差圧Ｐ２−Ｐ１、或いは主
測定圧力センサ２３ｂによって測定された差圧Ｐ３−Ｐ
１が所定の値以上になったときには、大気用ポート１６
或いは被測定物用ポート２６に設けられた導入停止弁を
閉じること。これによって、圧力センサ２３ａ，２３ｂ
の耐圧性にもとづく故障等から回避することができる。

【００３８】（６） 差圧Ｐ２−Ｐ１を測定するゲージ
圧センサを周囲圧測定センサ２３ａを含め複数設ける、
或いは差圧Ｐ３−Ｐ１を測定するゲージ圧センサ主測定
圧力センサ２３ｂを含め複数設け、さらに複数のセンサ
の平均値をとる回路を設けること。これにより、差圧Ｐ
２−Ｐ１或いはＰ３−Ｐ１をより精度良く測定すること
が可能となる。

【００３９】上記実施形態から把握できる技術的思想に
ついて以下に記載する。 （ａ） 第１の検知部に作用する気体の圧力と大気圧と
の差圧が所定の値以上になったとき、或いは第２の検知
部に作用する気体の圧力と被測定者の圧力との差圧が所
定の値以上になったときには、その旨を測定者に告知す
る告知手段を備えた請求項１または２に記載のゲージ圧
測定装置。これにより、検知部の故障等の可能性を抑え
ることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば次
のような優れた効果を奏する。請求項１に記載の発明に
よれば、大気及び被測定物との差圧測定の対象となる気
体は密閉室内に密閉された状態で収納されているため、
外部環境の影響を受けることはなく、また被測定物のゲ
ージ圧は密閉室内の気体の種類に係わらず精度良く測定
することができる。更に、上部本体、中部本体及び下部
本体を組み立てることにより密閉室が構成されるため、
絶対圧センサのように真空圧を形成する必要がなく、製
造が容易になる。

【００４１】請求項２に記載の発明によれば、被測定物
のゲージ圧を容易に知ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態におけるゲージ圧測定装置の断面
図。

【図２】 演算処理を行う回路構成を説明する説明図。

【符号の説明】

１１…ゲージ圧測定装置、１３ａ，１３ｂ…ケース構成
材としての下部本体、１４…ケース構成材としての中部
本体、１５…ケース構成材としての上部本体、２３ａ…
第１の検知部としての周囲圧測定センサ、２３ｂ…第２
の検知部としての主測定圧力センサ、４１…密閉室とし
ての気体室、Ｐ１…気圧、Ｐ２…大気圧、Ｐ３…被測定
物の圧力、Ｄ２…周囲圧測定センサを構成する検知回
路、ｄ２…主測定圧力センサを構成する検知回路、Ｄ４
…演算部としての減算回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物のゲージ圧を測定するゲージ圧
   測定装置において、気体を外部から密閉した状態で収納
   した密閉室と、 該密閉室内に密閉された気体の圧力と装置周囲の大気圧
   との差圧を検知して、その差圧に応じた出力を行う第１
   の検知部と、 前記密閉室内に密閉された気体の圧力と被測定物の圧力
   との差圧を検知して、その差圧に応じた出力を行う第２
   の検知部とを備え、 本体ケースを上部本体、中部本体及び下部本体から構成
   し、第１の下部本体には大気を導入する大気用ポートを
   設けるとともに、第１の検知部用のケースを支持する支
   持部を設け、第２の下部本体には被測定物を導入する被
   測定物用ポートを設けるとともに、第２の検知部用のケ
   ースを支持する支持部を設け、中部本体には前記両下部
   本体をボルトによって固着し、前記複数の本体及び両検
   知部用のケースを組み立てることにより本体ケース内に
   密閉室を形成した ゲージ圧測定装置。
2. 【請求項２】 第１の検知部により検知された差圧と、
   第２の検知部により検知された差圧とを減算して被測定
   物のゲージ圧を求める演算部を備え、該演算部により求
   められたゲージ圧に応じた出力を行うようにした請求項
   １に記載のゲージ圧測定装置。