JP3238970U - 改良型圧力検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力を検出させる際の精度を向上させる改良型圧力検出装置を提供する。【解決手段】改良型圧力検出装置1は、マイクロコントローラ12と、微小電気機械システム圧力検出集積回路14と、集積回路端温度係数サーミスタ16と、を含み、マイクロコントローラは、集積回路端温度係数サーミスタによって微小電気機械システム圧力検出集積回路の集積回路端温度を検出し、微小電気機械システム圧力検出集積回路は、マイクロコントローラに圧力検出信号18を送り、マイクロコントローラは、集積回路端温度に基づき、温度圧力方程式を用いて圧力検出信号を校正する。【選択図】図1
Description
本考案は圧力検出装置に関し、特に改良型圧力検出装置に関する。
関連技術である圧力検出装置は、設備の管路内の液体や気体に対して圧力検出を行い、これにより、各種工程段階の圧力変化を直接表示して、関係するパラメータや条件を制御し、生産作業の信頼性や安全性を維持するのに用いるものである。そのため、関連技術である圧力検出装置は現在では一般的な測定機器となっており、各種の技術分野や設備において広く使用されている。
関連技術である圧力検出装置は、関連技術である微小電気機械システム圧力検出集積回路を用いて圧力検出を行う。しかし、関連技術である微小電気機械システム圧力検出集積回路は、製造工程の温度循環などの要因により温度の影響を受けやすく、製造工程の温度変化中における精確な圧力値を正しく示すことができない。例えば、空気について言えば、理想気体の状態方程式(Ideal Gas Law)、PV=nRTは、圧力と温度の正相関の変化を表し、液体について言えば、製造工程の温度循環が蒸発温度に近いとき、検出される液体は気-液二相の間にあり、いずれも食い違う圧力値を提供してしまうため、この問題の解決が求められている。
上述の問題を解決するために、本考案は改良型圧力検出装置を提供することを目的としている。
本考案の上述の目的を達成するために、本考案の改良型圧力検出装置は、マイクロコントローラと、マイクロコントローラに電気的に接続される微小電気機械システム圧力検出集積回路と、マイクロコントローラに電気的に接続される集積回路端温度係数サーミスタと、を含み、そのうち、マイクロコントローラは、集積回路端温度係数サーミスタによって微小電気機械システム圧力検出集積回路の集積回路端温度を検出するように構成され、微小電気機械システム圧力検出集積回路は、マイクロコントローラに圧力検出信号を送るように構成され、マイクロコントローラは、集積回路端温度に基づき、温度圧力方程式を用いて圧力検出信号を校正するように構成される。
本考案は、微小電気機械システム圧力検出集積回路を用いて圧力を検出する際の精度を向上させる効果がある。
本考案が所定の目的を達成するために採用する技術・手段や効果をより明解にできるよう、以下の本考案に関する詳細な説明及び図面を参照されたい。これにより、本考案の目的、特徴及び特長についての具体的で深い理解が得られるはずである。但し、添付図面はもっぱら参考及び説明のために提供するものであり、本考案を制限するためのものではない。
本開示中、本考案の具体的な実施例に対する徹底的な理解のため、特定の詳細を多く提供するが、当業者は、それらの1つ以上の特定の詳細なしに本考案が実施され得ることを理解すべきである。なお、周知されている詳細については、本考案の主な技術的特徴が不明瞭になるのを避けるため、表示や説明をしない場合がある。本考案の技術内容及び詳細な説明に関して、図に基づき以下の通り説明する。
図1を参照されたい。それは、本考案の改良型圧力検出装置1の具体的な第1実施例のブロック図である。本考案の改良型圧力検出装置1は、マイクロコントローラ12と、微小電気機械システム(micro electro mechanical system、一般的にMEMSと略称される)圧力検出集積回路(integrated circuit、一般的にICと略称される)14と、集積回路端温度係数サーミスタ(temperature coefficient thermistor)16と、を含み、マイクロコントローラ12は、微小電気機械システム圧力検出集積回路14及び集積回路端温度係数サーミスタ16と電気的に接続されている。本考案に記載の圧力検出装置は、圧力伝送器と呼ぶこともできる。
集積回路端温度係数サーミスタ16は、負温度係数(negative temperature coefficient、一般的にNTCと略称される)サーミスタ若しくは正温度係数(positive temperature coefficient、一般的にPTCと略称される)サーミスタであるか、又は負温度係数サーミスタと正温度係数サーミスタの組み合わせである。マイクロコントローラ12は、集積回路端温度係数サーミスタ16によって微小電気機械システム圧力検出集積回路14の集積回路端温度を検出するように構成され、微小電気機械システム圧力検出集積回路14は、圧力検出部材(図1に図示しない)により設備(図1に図示しない)の管路(図1に図示しない)内の被測定媒体(例えば液体又は気体)に対する圧力検出を行って圧力検出信号18を生成し、圧力検出信号18をマイクロコントローラ12に送るように構成されている。次に、マイクロコントローラ12が集積回路端温度を得て、且つ圧力検出信号18を受信した後において、マイクロコントローラ12は、集積回路端温度に基づき、温度圧力方程式を用いて圧力検出信号18を校正するように構成されている。詳細は後述する。また、本明細書が述べる校正は、補償と呼ぶこともできる。
図2を参照されたい。それは、本考案の改良型圧力検出装置1の具体的な第2実施例のブロック図である。図2に記載の構成要素と図1に記載の構成要素の同じものについては、要素を簡潔にするため、ここでは繰り返し説明しない。改良型圧力検出装置1は、温度係数補助サーミスタ20、演算増幅器22、キー群24、発光ダイオードディスプレイ26及び出力インターフェース28をさらに含み、マイクロコントローラ12は、温度係数補助サーミスタ20、演算増幅器22、キー群24、発光ダイオードディスプレイ26及び出力インターフェース28と電気的に接続され、且つ演算増幅器22はさらに微小電気機械システム圧力検出集積回路14と電気的に接続されている。改良型圧力検出装置1は、4~20mA信号伝送方式及びNPN/PNP接続方式を採用し、且つ出力インターフェース28は、IO-Linkの出力インターフェースである。また、本考案は、複数の出力インターフェース28を含むこともできる。
温度係数補助サーミスタ20は、負温度係数サーミスタ若しくは正温度係数サーミスタであるか、又は負温度係数サーミスタと正温度係数サーミスタの組み合わせである。図2に示す具体的な第2実施例において、微小電気機械システム圧力検出集積回路14は、圧力検出信号18を演算増幅器22に送るように構成され、次に演算増幅器22は、圧力検出信号18を増幅することにより圧力検出増幅信号36を得るように構成され、次に演算増幅器22は、圧力検出増幅信号36をマイクロコントローラ12に送るように構成され、マイクロコントローラ12が集積回路端温度を得て、且つ圧力検出増幅信号36を受信した後において、マイクロコントローラ12は、集積回路端温度に基づき、温度圧力方程式を用いて圧力検出増幅信号36を校正するように構成されている。詳細は後述する。また、本考案のもう1つの具体的な実施例において、集積回路端温度係数サーミスタ16及び温度係数補助サーミスタ20は、どちらも負温度係数サーミスタ又は正温度係数サーミスタであってもよいし、そのうちの一方が負温度係数サーミスタで、もう一方が正温度係数サーミスタであってもよい。
図3は本考案の改良型圧力検出装置1の立体分解概念図であり、図4は本考案の改良型圧力検出装置1の立体組立概念図であり、図5は本考案の改良型圧力検出装置1の側断面概念図である。図3、図4及び図5に記載の構成要素と図2に記載の構成要素の同じものについては、要素を簡潔にするため、ここでは繰り返し説明しない。図3、図4及び図5を合わせて参照されたい。改良型圧力検出装置1は設備4において使用されており、改良型圧力検出装置1は、上オイルチャンバ38、下オイルチャンバ32、膜34、管継手110及び固定ホルダプレート3をさらに含み、設備4及び固定ホルダプレート3は接続穴30を定義しており、設備4は管路40を含んでいる。
図5に示す通り、下オイルチャンバ32は上オイルチャンバ38に接続されており、膜34は下オイルチャンバ32内に設置されている。微小電気機械システム圧力検出集積回路14及び集積回路端温度係数サーミスタ16は上オイルチャンバ38に設置され、例えば、図5に示す第1位置42に設置される。温度係数補助サーミスタ20は下オイルチャンバ32に設置され、例えば、図5に示す第2位置44に設置される。図3、図4及び図5に示す通り、固定ホルダプレート3は設備4に固定して設置されている。管継手110は接続穴30を通じて設備4の管路40に接続されており、改良型圧力検出装置1に管路40内の被測定媒体(例えば液体又は気体)に対する圧力検出を行わせる。
図6を参照されたい。それは、本考案の1つの実施例におけるデジタル化後の圧力検出増幅信号36と温度の関係図であり、そのうち、圧力検出増幅信号36は、マイクロコントローラ12によりデジタル値に変換して得たデジタル化後の圧力検出増幅信号36であり、図6のデジタル化後の圧力検出増幅信号36はまだマイクロコントローラ12に校正されていない。図6中、縦軸はデジタル値であり、横軸は温度(単位は摂氏度)であり、図6の実線曲線(遅延現象、hysteresisを有する)は元のデジタル化後の圧力検出増幅信号36であり、図6の点線はデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36(方程式:y=-2.2183x+2362.5を有する)である。図6から、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36と温度は負の相関であることが分かる。即ち、温度が高くなるほど、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36は低くなっており、温度が低くなるほど、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36は高くなっている。しかし、ほぼ一定の圧力源を検出することについて言えば、圧力検出増幅信号36もほぼ一定に維持して温度の影響を受けないようにしなければならず、本考案の目的は、こうした温度の影響を受ける問題を校正することにある。
図7を参照されたい。それは、本考案の1つの実施例におけるデジタル化後の圧力検出増幅信号36と温度のタイミング図であり、そのうち、圧力検出増幅信号36は、マイクロコントローラ12によりデジタル値に変換して得たデジタル化後の圧力検出増幅信号36であり、図7のデジタル化後の圧力検出増幅信号36はまだマイクロコントローラ12に校正されていない。図7中、左辺縦軸はデジタル値であり、右辺縦軸は温度(単位は摂氏度)であり、横軸は時間(単位は分)であり、曲線701はデジタル化後の圧力検出増幅信号36を表しており、曲線702は温度を表している。図7から、デジタル化後の圧力検出増幅信号36(曲線701)と温度(曲線702)は負の相関であることが分かる。
図8を参照されたい。それは、本考案の1つの実施例におけるデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36、線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値、及び温度の関係図であり、そのうち、圧力検出増幅信号36は、マイクロコントローラ12によりデジタル値に変換し且つ線形化して得た、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36であり、図8のデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36はまだマイクロコントローラ12に校正されておらず、マイクロコントローラ12は、温度変化を受けて変化した集積回路端温度係数サーミスタ16の抵抗値を検出し、抵抗値をデジタル化且つ線形化して、線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値を得るものであり、集積回路端温度係数サーミスタ16は負温度係数サーミスタである。図8中、縦軸はデジタル値であり、横軸は温度(単位は摂氏度)である。図8の直線801はデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36を表しており、図8の直線801は方程式:y=-2.2183x+2362.5を有する。図8の直線802は線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値を表しており、図8の直線802は方程式:y=-32.68x+2932.7を有する。
図8から、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36(直線801、方程式:y=-2.2183x+2362.5を有する)と温度は負の相関であり、線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値(直線802、方程式:y=-32.68x+2932.7を有する)と温度も負の相関であることが分かる。よって、温度が上昇した場合、マイクロコントローラ12が線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値の低下を検知し、これにより、マイクロコントローラ12が温度上昇をわかるが、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36と温度は負の相関であるため、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36は低下する(但し、これは正確ではない)ので、マイクロコントローラ12はデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36の数値を高めることによって正確な圧力をわからなければならない。温度が低下した場合、マイクロコントローラ12が線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値の上昇を検知し、これにより、マイクロコントローラ12が温度低下をわかるが、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36と温度は負の相関であるため、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36は上昇する(但し、これは正確ではない)ので、マイクロコントローラ12はデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36の数値を下げることによって正確な圧力をわからなければならない。
図9を参照されたい。それは、本考案の1つの実施例におけるデジタル化後の圧力検出増幅信号36と集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値の関係図であり、そのうち、圧力検出増幅信号36は、マイクロコントローラ12によりデジタル値に変換し且つデジタル化して得た圧力検出増幅信号36であり、図9のデジタル化後の圧力検出増幅信号36はまだマイクロコントローラ12に校正されておらず、マイクロコントローラ12は、温度変化を受けて変化した集積回路端温度係数サーミスタ16の抵抗値を検出し、抵抗値をデジタル化して、集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値を得るものであり、集積回路端温度係数サーミスタ16は負温度係数サーミスタである。図9中、縦軸はデジタル化後の圧力検出増幅信号36のデジタル値であり、横軸は集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値であり、図9の実線曲線(遅延現象、hysteresisを有する)はデジタル化後の圧力検出増幅信号36であり、図9の点線はデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36と線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値の関係を表している(温度圧力方程式:y=0.0679x+2163.4を有する)。
図9及び温度圧力方程式(y=0.0679x+2163.4)から分かるように、集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値(図9の横軸)が1単位減少した場合には(集積回路端温度係数サーミスタ16は負温度係数サーミスタであるため、1単位減少することは温度上昇を表す)、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36を誤って0.0679単位減少させてしまうため、マイクロコントローラ12はデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36を0.0679単位増加させることによって正確な圧力をわかる必要がある。図9及び温度圧力方程式(y=0.0679x+2163.4)から分かるように、集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値(図9の横軸)が1単位増加した場合には(集積回路端温度係数サーミスタ16は負温度係数サーミスタであるため、1単位増加することは温度低下を表す)、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36を誤って0.0679単位増加させてしまうため、マイクロコントローラ12はデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36を0.0679単位減少させることによって正確な圧力をわかる必要がある。
図10を参照されたい。それは本考案のもう1つの実施例におけるデジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36、線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値、及び温度の関係図である。図10と図8の違いは、図10の集積回路端温度係数サーミスタ16が正温度係数サーミスタであることのみであるため、図10の内容の説明は省略する。
図11を参照されたい。本考案のもう1つの実施例におけるデジタル化後の圧力検出増幅信号36と集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値の関係図である。図11と図9の違いは、図11の集積回路端温度係数サーミスタ16が正温度係数サーミスタであることのみであるため、図11の内容の説明は省略する。そのうち、図11の点線は温度圧力方程式:y=-0.0679x+2475.7を有する。
上記の図6~図11の内容は、デジタル化後/線形化後の信号(例えばデジタル化後の圧力検出増幅信号36、集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値、デジタル化して線形化した圧力検出増幅信号36、線形化後の集積回路端温度係数サーミスタ16のデジタル値)を説明したものであるが、上記の図6~図11の内容は、元の圧力検出増幅信号36及び集積回路端温度係数サーミスタ16にも適用可能であり、これにより、上述のマイクロコントローラ12が集積回路端温度に基づき、温度圧力方程式を用いて圧力検出増幅信号36を校正するように構成されることを達成してもよい。また、圧力検出増幅信号36と圧力検出信号18の関係は増幅の関係に過ぎないため、上述のマイクロコントローラ12が集積回路端温度に基づき、温度圧力方程式を用いて圧力検出信号18を校正するように構成される内容の説明は省略する。また、上述の方程式の数値及び温度圧力方程式の数値は本考案の実施例に過ぎず、異なる条件やパラメータ、応用、設計の下では、方程式の数値及び温度圧力方程式の数値が異なるであろうことを理解されたい。
再び図2及び図5を参照されたい。管路40内の被測定媒体は第1層と呼ぶことができ、第1温度を有する。膜34は第2層と呼ぶことができ、第2温度を有する。下オイルチャンバ32は第3層と呼ぶことができ、第3温度を有する。上オイルチャンバ38は第4層と呼ぶことができ、第4温度を有する。温度係数補助サーミスタ20(第2位置44に設置)は第1温度を検出することができ、集積回路端温度係数サーミスタ16(第1位置42に設置)は第4温度を検出することができる。第1層、第2層、第3層及び第4層の間における媒体の熱伝導の影響のため、第4温度=第1温度-K2*第2温度-K3*第3温度という方程式を得ることができる。そのうち、K2及びK3は構造重み係数でよいが、本考案は定数に限定されない。本考案は、管路40内の被測定媒体の温度、膜34の温度差、注油媒体(上オイルチャンバ38及び下オイルチャンバ32に注油して圧力検出の媒体とする)の温度差及び微小電気機械システム圧力検出集積回路14の温度を利用し、検出した圧力値に対する補償・校正を行なうことにより、圧力検出の精度を高めることができる。
本考案は、微小電気機械システム圧力検出集積回路14を用いて圧力を検出する際の精度を向上させる効果がある。また、本考案は温度の検出に低コストの負温度係数サーミスタか又は正温度係数サーミスタを採用しており、温度の検出に高規格のサーモセンサや温度検出器を採用していないため、本考案は高規格のサーモセンサや温度検出器の高いコストを回避することができる。改良型圧力検出装置1は、集積回路端温度係数サーミスタ16と温度係数補助サーミスタ20の温度差の総和を利用し、上オイルチャンバ38、下オイルチャンバ32及び膜34の重み係数演算と組み合わせることにより、温度補償機構となるよう構成される。
上述は本考案の好ましい実施例に過ぎず、本考案の実施範囲を限定するものではない。本考案の請求項に基づく同等変化や修飾などはいずれも本考案の意図する実用新案登録請求の保護範囲に属するものとする。本考案は他の様々な実施例も可能であり、当業者は、本考案の精神及びその実質から逸脱しない状況の下で、本考案に基づき各種の変更や変形を行うことができるが、それらの対応する変更や変形はいずれも本考案の請求項の保護範囲に属するものとする。
1 改良型圧力検出装置
3 固定ホルダプレート
4 設備
12 マイクロコントローラ
14 微小電気機械システム圧力検出集積回路
16 集積回路端温度係数サーミスタ
18 圧力検出信号
20 温度係数補助サーミスタ
22 演算増幅器
24 キー群
26 発光ダイオードディスプレイ
28 出力インターフェース
30 接続穴
32 下オイルチャンバ
34 膜
36 圧力検出増幅信号
38 上オイルチャンバ
40 管路
42 第1位置
44 第2位置
110 管継手
701 曲線
702 曲線
801 直線
802 直線
3 固定ホルダプレート
4 設備
12 マイクロコントローラ
14 微小電気機械システム圧力検出集積回路
16 集積回路端温度係数サーミスタ
18 圧力検出信号
20 温度係数補助サーミスタ
22 演算増幅器
24 キー群
26 発光ダイオードディスプレイ
28 出力インターフェース
30 接続穴
32 下オイルチャンバ
34 膜
36 圧力検出増幅信号
38 上オイルチャンバ
40 管路
42 第1位置
44 第2位置
110 管継手
701 曲線
702 曲線
801 直線
802 直線
Claims (7)
- マイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラに電気的に接続された、微小電気機械システム圧力検出集積回路と、
前記マイクロコントローラに電気的に接続された、集積回路端温度係数サーミスタと、を含み、
前記マイクロコントローラは、前記集積回路端温度係数サーミスタによって前記微小電気機械システム圧力検出集積回路の集積回路端温度を検出するように構成され、前記微小電気機械システム圧力検出集積回路は、前記マイクロコントローラに圧力検出信号を送るように構成され、前記マイクロコントローラは、前記集積回路端温度に基づき、温度圧力方程式を用いて前記圧力検出信号を校正するように構成される、改良型圧力検出装置。 - 前記集積回路端温度係数サーミスタは、負温度係数サーミスタ若しくは正温度係数サーミスタであるか、又は負温度係数サーミスタと正温度係数サーミスタの組み合わせである、請求項1に記載の改良型圧力検出装置。
- 前記マイクロコントローラ及び前記微小電気機械システム圧力検出集積回路に電気的に接続された、演算増幅器をさらに含む、請求項1に記載の改良型圧力検出装置。
- 前記マイクロコントローラに電気的に接続された、キー群をさらに含む、請求項1に記載の改良型圧力検出装置。
- 前記マイクロコントローラに電気的に接続された、発光ダイオードディスプレイをさらに含む、請求項1に記載の改良型圧力検出装置。
- 前記マイクロコントローラに電気的に接続された、出力インターフェースをさらに含む、請求項1に記載の改良型圧力検出装置。
- 前記微小電気機械システム圧力検出集積回路及び前記集積回路端温度係数サーミスタが設置された、上オイルチャンバと、
前記上オイルチャンバに接続された、下オイルチャンバと、
前記下オイルチャンバ内に設置された、膜と、
前記下オイルチャンバに設置された、温度係数補助サーミスタと、をさらに含み、
前記改良型圧力検出装置は、前記集積回路端温度係数サーミスタと前記温度係数補助サーミスタの温度差の総和を利用し、前記上オイルチャンバ、前記下オイルチャンバ及び前記膜の重み係数演算と組み合わせることにより、温度補償機構となるよう構成される、請求項2に記載の改良型圧力検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW111205259 | 2022-05-20 | ||
TW111205259U TWM633659U (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 改良型壓力感測裝置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3238970U true JP3238970U (ja) | 2022-09-01 |
Family
ID=83050234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022002242U Active JP3238970U (ja) | 2022-05-20 | 2022-07-06 | 改良型圧力検出装置 |
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---|---|
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- 2022-05-20 TW TW111205259U patent/TWM633659U/zh unknown
- 2022-07-06 JP JP2022002242U patent/JP3238970U/ja active Active
-
2023
- 2023-05-17 CN CN202321193562.3U patent/CN219736666U/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWM633659U (zh) | 2022-11-01 |
CN219736666U (zh) | 2023-09-22 |
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