JP3441265B2

JP3441265B2 - 差圧検出器

Info

Publication number: JP3441265B2
Application number: JP25292395A
Authority: JP
Inventors: 幸三後藤; 一夫山泉
Original assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Current assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2003-08-25
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JPH0996580A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、差圧検出器に関
し、水道用逆流防止弁のポータブルタイプ漏れ検出器等
として利用できる。

【０００２】

【背景技術】一般に、水道用減圧式逆流防止弁の漏れ試
験においては、高基準圧でかつ低差圧な測定が可能なポ
ータブルタイプの小型簡便な差圧検出器が必要とされ
る。従来より、このような水道用減圧式逆流防止弁の漏
れ試験には、機械式差圧計や複雑な機構の電子式差圧計
が使用されている。例えば、機械式差圧計としては、図
２に示すようなべローズを用いた機械式差圧計９０等が
あり、電子式差圧計としては、図３に示すようなダイア
フラムを二枚使用した電子式差圧計８０等がある。

【０００３】図２において、従来使用されていた機械式
差圧計９０は、高圧ＰＨおよび低圧ＰＬの被測定流体
を、高圧側導入口９１Ａおよび低圧側導入口９１Ｂから
高圧側圧力室９２Ａおよび低圧側圧力室９２Ｂ内にそれ
ぞれ導き、これらの各被測定流体を図中上下方向に伸縮
自在とされたべローズ９３の上下両側に作用させ、その
際のべローズ９３の上下方向の伸縮量を連結棒９４を介
して図示されない指示機構（回転指示）に伝達すること
により、高圧ＰＨおよび低圧ＰＬの被測定流体の差圧を
測定するようになっている。通常、このような機械式差
圧計９０の回転指示の目盛りは、５０〜１００分割であ
り、重量は、約３ｋｇｆ程度である。

【０００４】図３において、従来使用されていた電子式
差圧計８０は、高圧ＰＨおよび低圧ＰＬの被測定流体
を、高圧側導入口８１Ａおよび低圧側導入口８１Ｂから
高圧側圧力室８２Ａおよび低圧側圧力室８２Ｂ内にそれ
ぞれ導き、これらの各被測定流体を図中波形で示された
薄板状の弾性を有する二枚のダイヤフラム８３Ａ，８３
Ｂに作用させ、その際の各ダイヤフラム８３Ａ，８３Ｂ
の変形量を検出部８４で検出することにより、高圧ＰＨ
および低圧ＰＬの被測定流体の差圧を測定するようにな
っている。また、各ダイヤフラム８３Ａ，８３Ｂの内側
には、封入液８５Ａ，８５Ｂが封入されている。さら
に、高圧側圧力室８２Ａおよび低圧側圧力室８２Ｂ内の
各被測定流体は、ドレンバルブ８６Ａ，８６Ｂを通して
排水可能となっている。

【０００５】また、従来使用されていた別の電子式差圧
計として、圧力センサ素子二個で個々に高圧ＰＨおよび
低圧ＰＬの被測定流体の圧力を検出し、電気的に演算を
行ってこれらの差圧を求めるものもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来使
用されていた各差圧計では、測定において個人的読み取
り誤差が発生する、重量が大きい、操作性が悪いなどの
問題があった。すなわち、前述した図２の機械式差圧計
９０では、目盛りが５０〜１００分割程度の回転指示に
よるアナログ式であるため、読み取り誤差が生じるとい
う問題があり、高精度のものは大型で重いという問題が
あった。

【０００７】また、前述した図３の電子式差圧計８０で
は、各ダイヤフラム８３Ａ，８３Ｂの内側に封入液８５
Ａ，８５Ｂを封入するなど構造が複雑でコストが高いと
いう問題があった。さらに、前述した圧力センサ素子二
個で個々に圧力を検出する電子式差圧計では、圧力セン
サ素子のレンジに対して差圧レンジが小さい場合には、
検出値を拡大して捉える必要が生じるが、このような拡
大を行うと、圧力センサ素子の特性の差が同時に拡大さ
れてしまい、誤差として大きく現れてしまうという問題
があった。

【０００８】本発明の目的は、高精度な差圧検出を行う
ことができ、かつ小型化や低コスト化を図ることができ
る差圧検出器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、主ダイアフラ
ム、高圧側副ダイアフラム、および低圧側副ダイアフラ
ムの三者の各中央部を連結部材で連結して前記目的を達
成しようとするものである。具体的には、本発明の差圧
検出器は、両側に受圧面が形成された弾性を有する主ダ
イアフラムと、この主ダイアフラムの一方の側に配置さ
れた高圧側圧力室と、他方の側に配置された低圧側圧力
室と、前記高圧側圧力室を挟んで前記主ダイアフラムに
対向配置された弾性を有する高圧側副ダイアフラムと、
前記低圧側圧力室を挟んで前記主ダイアフラムに対向配
置された弾性を有する低圧側副ダイアフラムと、前記主
ダイアフラムと前記高圧側副ダイアフラムとの間および
前記主ダイアフラムと前記低圧側副ダイアフラムとの間
をそれぞれの中央部で連結する連結部材と、前記主ダイ
アフラムの変位を検出する検出手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１０】ここで、中央部とは、主ダイアフラム、高
圧側副ダイアフラム、および低圧側副ダイアフラムのそ
れぞれの端部を除く部分を意味し、必ずしも各ダイアフ
ラムの中心（完全な真ん中）のみを意味するものではな
い。

【００１１】このような本発明においては、差圧検出の
対象とされる各被測定流体を高圧側圧力室および低圧側
圧力室に導き、これらの圧力を主ダイアフラムの両側の
受圧面に作用させる。また、これと同時に、高圧側圧力
室に導かれた被測定流体の圧力を高圧側副ダイアフラム
に作用させるとともに、低圧側圧力室に導かれた被測定
流体の圧力を低圧側副ダイアフラムに作用させる。

【００１２】この際、主ダイアフラム、高圧側副ダイア
フラム、および低圧側副ダイアフラムの三者の各中央部
は、連結部材で連結されているので、これらの三者の各
中央部は、高圧側圧力室内および低圧側圧力室内の各被
測定流体から受ける力により連動する。従って、これら
の連動する主ダイアフラム、高圧側副ダイアフラム、若
しくは低圧側副ダイアフラム、または連結部材のうちの
いずれかの部分の変位（変位量そのものであってもよ
く、変位に伴う各ダイアフラムの歪み量等の諸量であっ
てもよい）を検出手段により捉えることで、主ダイアフ
ラムの変位が検出され、差圧の検出が行われる。

【００１３】また、高圧側副ダイアフラムが高圧側圧力
室内の被測定流体から受ける力と、低圧側副ダイアフラ
ムが低圧側圧力室内の被測定流体から受ける力とは、互
いに相殺し合う方向に働くので、主ダイアフラムに両側
から働く力のバランスが必要以上に大きく崩れることは
ない。

【００１４】このため、主ダイアフラムの片側のみに副
ダイアフラム（高圧側副ダイアフラムまたは低圧側副ダ
イアフラムに相当するもの）を設けて測定を行う場合に
比べ、誤差の小さい検出が可能となる。

【００１５】従って、基準圧（各被測定流体の絶対圧）
が昇圧あるいは降圧しても、差圧の測定に誤差は生じな
い。また、基準圧の変化量に対して差圧が小さい場合で
あっても、高精度な検出が可能となる。さらに、構造が
簡易であるため、小型化、低コスト化が図られ、これら
により前記目的が達成される。

【００１６】また、前記高圧側副ダイアフラムと前記低
圧側副ダイアフラムとは、同一受圧面積でかつ同一形状
を有する同一種類のものとされていることが望ましい。
このように同一種類のものを用いることで、主ダイアフ
ラムに両側から働く力のバランスが必要以上に大きく崩
れることのない差圧検出器を容易に構成できるようにな
るうえ、部品共通化により低コスト化を図ることが可能
となる。なお、高圧側副ダイアフラムと低圧側副ダイア
フラムとは、このように同一種類のものを用いることが
望ましいが、主ダイアフラムに両側から働く力のバラン
スが必要以上に大きく崩れることのない差圧検出器を構
成できれば、異なる種類（異なる受圧面積、異なる形
状、あるいは異なる材料等）のものを用いてもよく、こ
のように異なる種類とした場合も本発明に含まれるもの
とする。但し、受圧面積が異なると各被測定流体の差圧
が全く無い場合において主ダイアフラムに働く合成力が
ゼロにならないため、異なる種類のものを用いるにして
も、受圧面積だけは一致させておくことが好ましい。

【００１７】さらに、前記検出手段は、前記高圧側副ダ
イアフラムの前記高圧側圧力室とは反対側の面または前
記低圧側副ダイアフラムの前記低圧側圧力室とは反対側
の面のいずれか一方に設けられた歪ゲージを用いて検出
を行う構成とされていることが望ましい。このように検
出手段を歪ゲージを用いた構成とした場合には、低コス
ト化や構造の簡略化がより一層図られる。なお、検出手
段は、このように歪ゲージを用いた構成とすることが望
ましいが、例えば、静電容量の変化により高圧側副ダイ
アフラムまたは低圧側副ダイアフラムの変位を捉える構
成のもの等も本発明に含まれるものとする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本実施形態の差圧検出
器１０の断面図が示されている。差圧検出器１０は、外
周を第一筐体１１、第二筐体１２、および第三筐体１３
で覆われている。第一筐体１１と第二筐体１２との間に
は、弾性を有する薄板状のステンレス製の主ダイアフラ
ム２０が挟み込まれ、この主ダイアフラム２０の両側の
表面には、ステンレス製等の硬質な表面部材２１，２２
が取り付けられている。

【００１９】主ダイアフラム２０の図中左右両側には、
差圧検出対象とされる被測定流体が導かれる高圧側圧力
室２３および低圧側圧力室２４が設けられている。な
お、高圧側および低圧側と呼んでいるのは、あくまでも
標準的な使用状態でのことであり、この呼び名によって
実際の圧力の高低が高圧側と低圧側とにおいて逆転した
状態での使用が妨げられるものではない。

【００２０】高圧側圧力室２３の図中下側位置には、圧
力ＰＨの被測定流体を高圧側圧力室２３内に導くための
高圧側導入口２５が設けられ、低圧側圧力室２４の図中
下側位置には、圧力ＰＬの被測定流体を低圧側圧力室２
４内に導くための低圧側導入口２６が設けられている。
また、高圧側圧力室２３および低圧側圧力室２４には、
主ダイアフラム２０の過剰な撓みを防止するためのスト
ッパ２７が設けられている。

【００２１】高圧側圧力室２３の図中左側には、高圧側
圧力室２３を挟んで主ダイアフラム２０（表面部材２
１）に対向配置された弾性を有するステンレス製の高圧
側副ダイアフラム３０を備えた検出素子３１が設けられ
ている。また、低圧側圧力室２４の図中右側には、低圧
側圧力室２４を挟んで主ダイアフラム２０（表面部材２
２）に対向配置された弾性を有するステンレス製の低圧
側副ダイアフラム４０を備えた検出素子４１が設けられ
ている。

【００２２】これらの検出素子３１，４１は、Ｏリング
３２，４２を間に挟んで第一筐体１１、第二筐体１２の
内部に嵌合装着され、リング３３，４３を介して押し螺
子３４，４４により外側から押されて固定されている。
検出素子３１，４１は、同じ種類の素子であり、同一受
圧面積でかつ同一形状を有し、また、同一材料であり、
同一弾性係数を有している。

【００２３】主ダイアフラム２０の中央部と高圧側副ダ
イアフラム３０の中央部との間、および主ダイアフラム
２０の中央部と低圧側副ダイアフラム４０の中央部との
間には、これらの三者の各中央部を連結する一本の中実
丸棒状のステンレス製の連結部材１５が、主ダイアフラ
ム２０を貫通して設けられている。

【００２４】従って、主ダイアフラム２０の中央部、高
圧側副ダイアフラム３０の中央部、低圧側副ダイアフラ
ム４０の中央部、および連結部材１５は、高圧側圧力室
２３内および低圧側圧力室２４内の各被測定流体から受
ける力により、図中左右方向に連動して一体的に動くよ
うになっている。

【００２５】主ダイアフラム２０（表面部材２２）の中
央部と連結部材１５の中間部との結合、高圧側副ダイア
フラム３０の中央部と連結部材１５の一方の端部との結
合、および低圧側副ダイアフラム４０の中央部と連結部
材１５の他方の端部との結合は、それぞれ溶接により行
われている。

【００２６】検出素子３１の高圧側副ダイアフラム３０
の図中左側（高圧側圧力室２３とは反対側）の面には、
歪ゲージ５１が張り付けられ、この歪ゲージ５１には、
検出出力線５２が接続されている。これらの歪ゲージ５
１および検出出力線５２により、主ダイアフラム２０の
変位を検出する検出手段５０が構成されている。つま
り、検出手段５０は、高圧側副ダイアフラム３０に生じ
る歪を歪ゲージ５１により検出することで、主ダイアフ
ラム２０の変位を間接的に検出するようになっている。
なお、他方の検出素子４１には、このような検出手段５
０は設けられておらず、検出素子４１は、主ダイアフラ
ム２０に両側から働く力をバランスさせるために設けら
れた、いわばダミーの素子である。

【００２７】このような本実施形態においては、以下の
ようにして差圧の検出を行う。先ず、差圧検出の対象と
される各被測定流体を高圧側圧力室２３および低圧側圧
力室２４に導き、これらの圧力ＰＨ，ＰＬを主ダイアフ
ラム２０の両側の受圧面（大部分は、表面部材２１，２
２）に作用させる。また、これと同時に、高圧側圧力室
２３に導かれた被測定流体の圧力ＰＨを高圧側副ダイア
フラム３０に作用させるとともに、低圧側圧力室２４に
導かれた被測定流体の圧力ＰＬを低圧側副ダイアフラム
４０に作用させる。

【００２８】ここで、高圧側から主ダイアフラム２０に
働く力については、主ダイアフラム２０の図中左側の面
（表面部材２１）に働く図中右向きの力ＦＨ（主ダイア
フラム２０の受圧面積×圧力ＰＨ）と、高圧側副ダイア
フラム３０の図中右側の面に働く図中左向きの力ｆＨ
（高圧側副ダイアフラム３０の受圧面積×圧力ＰＨ）と
があり、主ダイアフラム２０と高圧側副ダイアフラム３
０とが連結部材１５により連結されているので、結局、
高圧側から主ダイアフラム２０へは、ＦＨ−ｆＨ（ＦＨ
＞ｆＨ）の力が図中右向きに働く。

【００２９】一方、低圧側から主ダイアフラム２０に働
く力については、主ダイアフラム２０の図中右側の面
（表面部材２２）に働く図中左向きの力ＦＬ（主ダイア
フラム２０の受圧面積×圧力ＰＬ）と、低圧側副ダイア
フラム４０の図中左側の面に働く図中右向きの力ｆＬ
（低圧側副ダイアフラム４０の受圧面積×圧力ＰＬ）と
があり、主ダイアフラム２０と低圧側副ダイアフラム４
０とが連結部材１５により連結されているので、結局、
低圧側から主ダイアフラム２０へは、ＦＬ−ｆＬ（ＦＬ
＞ｆＬ）の力が図中左向きに働く。

【００３０】従って、高圧側および低圧側の双方から主
ダイアフラム２０に働く合成力は、ＦＨ−ｆＨ−（ＦＬ
−ｆＬ）となり、この合成力を受けた主ダイアフラム２
０の変位を、検出手段５０により電気信号に変換し、予
めキャリブレーション等を行って用意された信号値と差
圧との関係から差圧を把握する。

【００３１】以上の場合は、高圧側圧力室２３内の圧力
ＰＨが低圧側圧力室２４内の圧力ＰＬよりも高い場合で
あるが、圧力ＰＨと圧力ＰＬとが等しい場合（差圧が全
く無い場合）には、高圧側および低圧側の双方から主ダ
イアフラム２０に働く合成力は、ＦＨ−ｆＨ−（ＦＬ−
ｆＬ）と表現されることに変わりはなく、この際、ＦＨ
＝ＦＬ、ｆＨ＝ｆＬであるので、ＦＨ−ｆＨ−（ＦＬ−
ｆＬ）＝０となる。また、高圧側圧力室２３内の圧力Ｐ
Ｈが低圧側圧力室２４内の圧力ＰＬよりも低い場合に
は、主ダイアフラム２０に働く合成力は、やはりＦＨ−
ｆＨ−（ＦＬ−ｆＬ）と表現されることに変わりはな
く、この値は、負となる。

【００３２】このような本実施形態によれば、次のよう
な効果がある。すなわち、差圧検出器１０は、主ダイア
フラム２０、高圧側副ダイアフラム３０、および低圧側
副ダイアフラム４０の三者の各中央部が連結部材１５で
連結され、高圧側圧力室２３内および低圧側圧力室２４
内の被測定流体から力を受けると、これらが連動して一
体的に変位する構成となっているので、基準圧（各被測
定流体の絶対圧）が昇圧あるいは降圧しても差圧の測定
に誤差が生じることがないうえ、基準圧の変化量に対し
て差圧が小さい場合であっても高精度な検出を行うこと
ができる。

【００３３】また、主ダイアフラム２０、高圧側副ダイ
アフラム３０、および低圧側副ダイアフラム４０の三者
の各中央部を連結部材１５で連結しただけの簡易な構造
であるため、小型化、低コスト化を図ることができる。

【００３４】さらに、検出素子３１，４１は、同じ種類
の素子とされ、高圧側副ダイアフラム３０および低圧側
副ダイアフラム４０は、同一受圧面積でかつ同一形状と
され、また同一材料で同一弾性係数とされているので、
主ダイアフラム２０に両側から働く力のバランスが必要
以上に大きく崩れることのない差圧検出器１０を容易に
構成できるうえ、部品共通化により低コスト化を図るこ
とができる。そして、高圧側副ダイアフラム３０と低圧
側副ダイアフラム４０とが同一受圧面積とされているこ
とから、各被測定流体の差圧が全く無い場合において主
ダイアフラム２０に働く合成力をゼロにすることができ
る。

【００３５】さらに、検出手段５０は、歪ゲージ５１を
用いた構成とされているので、差圧検出器１０の低コス
ト化や構造の簡略化をより一層図ることができる。

【００３６】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変
形等は本発明に含まれるものである。すなわち、前記実
施形態では、検出手段５０は、検出素子３１側に設けら
れていたが、検出手段５０を他方の検出素子４１側に設
け、検出素子３１をダミーの素子としてもよい。また、
検出手段５０は、歪ゲージ５１を用いた構成とされてい
たが、本発明の検出手段は、このような構成に限定され
るものではなく、例えば、高圧側副ダイアフラム３０あ
るいは低圧側副ダイアフラム４０に電極を設け、静電容
量の変化を利用して主ダイアフラム２０の変位を検出で
きる構成のものとしてもよい。しかし、歪ゲージ５１を
用いた構成としておくことが、低コスト化や構造の簡略
化の点で好ましい。

【００３７】さらに、前記実施形態では、主ダイアフラ
ム２０、高圧側副ダイアフラム３０、および低圧側副ダ
イアフラム４０の三者の各中央部は、主ダイアフラム２
０を貫通する連結部材１５により連結されていたが、本
発明の連結部材は、必ずしも主ダイアフラム２０を貫通
する構成となっている必要はなく、分割式の連結部材と
してもよく、つまり主ダイアフラム２０の中央部と高圧
側副ダイアフラム３０の中央部との間、および主ダイア
フラム２０の中央部と低圧側副ダイアフラム４０の中央
部との間に、それぞれ別部材からなる連結部材を設ける
ようにしてもよく、要するに、三つのダイアフラム２
０，３０，４０の各中央部を一体的に変位可能なように
連結できればよい。

【００３８】また、前記実施形態では、連結部材１５
は、中実丸棒状とされていたが、本発明の連結部材は、
丸棒状に限定されるものではなく、例えば、角棒状等で
あってもよく、あるいは中実ではなく、中空のものであ
ってもよく、さらには図２に示すような長い棒状部材で
はなく、主ダイアフラム２０と高圧側副ダイアフラム３
０との間の距離や主ダイアフラム２０と低圧側副ダイア
フラム４０との間の距離に応じ、扁平な部材としてもよ
い。そして、連結部材１５の本数は、一本ではなく、複
数本としてもよい。

【００３９】さらに、主ダイアフラム２０、高圧側副ダ
イアフラム３０、低圧側副ダイアフラム４０、連結部材
１５の各材質は、前記実施形態の記載に限定されるもの
ではなく、各ダイアフラム２０，３０，４０は、被測定
流体からの圧力を受けて適度に撓むような弾性を有する
材質であればよく、連結部材１５は、各ダイアフラム２
０，３０，４０の中央部を連動させて一体的に変位させ
ることができる程度の硬質なものであればよい。

【００４０】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、主
ダイアフラム、高圧側副ダイアフラム、および低圧側副
ダイアフラムの三者の各中央部が連結部材で連結され、
高圧側圧力室内および低圧側圧力室内の被測定流体から
力を受けると、これらが連動して一体的に変位するよう
になっているので、基準圧（各被測定流体の絶対圧）が
昇圧あるいは降圧しても差圧の測定に誤差が生じること
がないうえ、基準圧の変化量に対して差圧が小さい場合
であっても高精度な検出を行うことができるとともに、
構造が簡易であるため小型化や低コスト化を図ることが
できるという効果がある。

【００４１】また、高圧側副ダイアフラムと低圧側副ダ
イアフラムとを、同一受圧面積でかつ同一形状を有する
同一種類のものとした場合には、主ダイアフラムに両側
から働く力のバランスが必要以上に大きく崩れることの
ない差圧検出器を容易に構成できるうえ、部品共通化に
より低コスト化を図ることができるという効果がある。

【００４２】さらに、検出手段を歪ゲージを用いた構成
とした場合には、低コスト化や構造の簡略化をより一層
図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の差圧検出器を示す断面
図。

【図２】従来使用されていた機械式差圧計を示す断面
図。

【図３】従来使用されていた電子式差圧計を示す断面
図。

【符号の説明】

１０差圧検出器１５連結部材２０主ダイアフラム２３高圧側圧力室２４低圧側圧力室３０高圧側副ダイアフラム４０低圧側副ダイアフラム５０検出手段５１歪ゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 13/02 101 G01L 13/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】両側に受圧面が形成された弾性を有する
主ダイアフラムと、この主ダイアフラムの一方の側に配
置された高圧側圧力室と、他方の側に配置された低圧側
圧力室と、前記高圧側圧力室を挟んで前記主ダイアフラ
ムに対向配置された弾性を有する高圧側副ダイアフラム
と、前記低圧側圧力室を挟んで前記主ダイアフラムに対
向配置された弾性を有する低圧側副ダイアフラムと、前
記主ダイアフラムと前記高圧側副ダイアフラムとの間お
よび前記主ダイアフラムと前記低圧側副ダイアフラムと
の間をそれぞれの中央部で連結する連結部材と、前記主
ダイアフラムの変位を検出する検出手段とを備えたこと
を特徴とする差圧検出器。
【請求項２】請求項１に記載した差圧検出器におい
て、前記高圧側副ダイアフラムと前記低圧側副ダイアフ
ラムとは、同一受圧面積でかつ同一形状を有する同一種
類のものとされていることを特徴とする差圧検出器。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載した差圧
検出器において、前記検出手段は、前記高圧側副ダイア
フラムの前記高圧側圧力室とは反対側の面または前記低
圧側副ダイアフラムの前記低圧側圧力室とは反対側の面
のいずれか一方に設けられた歪ゲージを用いて検出を行
う構成とされていることを特徴とする差圧検出器。