JP3470129B2 - ホール素子を用いた圧力センサ及びその組立方法 - Google Patents
ホール素子を用いた圧力センサ及びその組立方法Info
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Description
のを、あるいは液位を圧力として、ホール素子を用いる
ことにより検出する、ホール素子を用いた圧力センサに
関する。
アフラムの片方の面にその流体の圧力を導き、ダイアフ
ラムの他の面に対して付勢されるスプリングの圧力に抗
してダイアフラムを移動させる流体の力を圧力として検
出することが行われており、また、液漕内の液位を検出
する際においても、ダイアフラムの片方の面にその液体
自体、あるいはその液体により圧縮される流体を導き、
ダイアフラムの他の面に対して付勢されるスプリングの
圧力に抗してダイアフラムを移動させる液体あるいは流
体の力を圧力として検出し、それにより液位を検出する
ことが行われている。また、上記ダイヤフラムの代わり
にゴムフラムを使用することも行われている。
は、従来、その圧力によって変位するダイヤフラムやゴ
ムフラムにより機械的なスイッチを作動させ、所定の流
体の圧力となったことを信号として出力するようにした
ものも多く存在したが、この場合は、スイッチに対応し
た一つの出力しか得られず、多くの圧力検出信号を得る
ためには多くのスイッチを必要とし、高価となりかつ複
雑の圧力センサとならざるを得ない。しかも、機械的な
スイッチを用いると、それらを構成する各種部品自体の
精度や取付精度により各センサ毎にばらつきを生じ、セ
ンサの精度が低下する欠点もあった。
を半導体やコンデンサ等を用いることによりアナログ的
な出力を得るようにし、流体の圧力により変位するダイ
ヤフラムやゴムフラム等の変位を検出するようにした、
半導体式圧力センサや、静電容量式圧力センサを用いる
ことも提案されている。
ンサや、静電容量式圧力センサは、上記のようなスイッ
チを用いた機械的なセンサと異なり、アナログ的出力を
得ることができるものの、センサが高価なものとなる欠
点があった。
ホール素子を用いることにより、精度がよく、かつ安価
な圧力センサを提供し、また、容易に、かつ精度良く組
み立てることができるホール素子を用いた圧力センサの
組立方法を提供することを目的とする。
決するため、ゴムフラムの片面側に圧力を測定する流体
を導く密封室を備え、該密封室内に第1スプリングを縮
設し、ゴムフラムの他面側に受圧板を固定し、受圧板に
固定した磁石ホルダーの側面に磁石を固定し、磁石ホル
ダーをケースに固定したシリンダー内に摺動自在に配置
し、シリンダー内面の該磁石に対抗する位置にホール素
子を固定し、シリンダー内に磁石ホルダーの端部を第1
スプリング側に押圧する第2スプリングを設け、シリン
ダー端部に第2スプリングの作用力を調整する調整ネジ
を設けることによりホール素子を用いた圧力センサとし
たものであり、また、ケース底部とケース内に固定した
ゴムフラムとの間に縮設した第1スプリングにより、ゴ
ムフラムに固定した受圧板をケースの上面に当接させ、
この状態で受圧板に固定した磁石ホルダーを、該磁石ホ
ルダーが摺動するシリンダーの上部からロッドにより第
1スプリングに抗して降下させることにより、磁石ホル
ダーに設けた磁石とシリンダー内面の該磁石に対向する
位置に固定したホール素子との相対位置を変化させてホ
ール素子の出力電圧の変化特性と直線領域とを検出し、
この変化特性に対応するバネ定数を有する第2スプリン
グを選定してシリンダー内に挿入し、シリンダーの端部
に調整ネジを螺合し、該直線領域の所定出力電圧が得ら
れるように調整ネジで調整することによりホール素子を
用いた圧力センサを組立てたものである。
は、圧力を検出される流体はゴムフラムの第1スプリン
グを配置した密閉室内に導かれ、その圧力によりゴムフ
ラムは第2スプリングに抗して移動し、それに伴い受圧
板及び磁石ホルダーを介して磁石が移動し、この磁石の
移動をホール素子が検出し、それにより流体の圧力はア
ナログ出力として得られる。また、この圧力センサの組
立に際しては、ケース底部とケース内に固定したゴムフ
ラムとの間に縮設した第1スプリングにより、ゴムフラ
ムに固定した受圧板をケースの上面に当接させる。次
に、この状態で受圧板に固定した磁石ホルダーを、該磁
石ホルダーが摺動するシリンダーの上部からロッドによ
り第1スプリングに抗して降下させ、磁石ホルダーに設
けた磁石とホール素子との相対位置を変化させてホール
素子の出力電圧の変化特性と直線領域とを検出する。検
出した変化特性に対応するバネ定数を有する第2スプリ
ングを種々の特性のスプリングの中から選定してシリン
ダー内に挿入し、シリンダーの端部に調整ネジを螺合す
る。この調整ネジにより前記直線領域の所定出力電圧が
得られるように調整する。
明する。本発明のホール素子を用いた圧力センサの構造
は図1ないし図3に示すように、下側ケース1と上側ケ
ース2との間にゴムフラム3を挟持しており、それによ
り、ゴムフラム3と下側ケース1との間に圧力室4を、
また、ゴムフラム3と上側ケース2との間に大気圧室5
を形成している。下側ケース1の中央には継手9が設け
られ、圧力を測定する流体を導入する管を接続する。こ
の導入される流体としては、圧力を測定したい流体その
もののほか、例えば全自動洗濯機の水位測定のように、
水位の上下動により導入管内の空気の圧力が変化し、そ
の圧力を測定することにより間接的に水位を測定する場
合にも用いられる。
には第1スプリング6を縮設しており、ゴムフラム3の
大気圧室5側には受圧板7を固定しており、受圧板7上
には磁石ホルダー8を備え、この磁石ホルダー8は上側
ケース2の中央に突設したシリンダー10内で摺動可能
に嵌合している。磁石ホルダー8には磁石11を有し、
磁石11の側部は磁石ホルダー8の側面に露出してい
る。
られ、磁石ホルダー8の上端部12との間に縮設する第
2スプリング13のバネ力を調節する調整ネジ14が螺
合され、調整ネジ14と第2スプリング13との間には
バネ受け15が設けられている。それにより、第2スプ
リング13は第1スプリングの力に対抗する力を作用し
ており、各スプリングの力のバランスによって、圧力室
4が大気圧室5と同じ大気圧の時、図1に示すようにバ
ランスしている。この状態では、磁石11の中心は、ホ
ール素子18の先端より下方に位置している。
この開口の中間部に基板17が固定されるとともに、こ
の基板17にはシリンダー10の内摺面側にホール素子
18が固定され、外周側にはコネクタ20が固定され突
出している。ホール素子18の先端はシリンダー10の
内周面と略同一面に位置し、かつ、磁石ホルダー8に固
定された磁石11に対抗する位置に配置されている。ま
た、コネクター20は図2に示すように、直流電流また
は直流電圧の入力用の2個の端子と、直流電圧を出力す
る出力用の2個の端子が設けられている。
ス1の中央の継手9に測定すべき流体を導入する管を接
続しする。この管は、圧力を測定する流体を直接導入す
ることもできるが、そのほか、例えば全自動洗濯機の水
槽に連通する管を接続し、水槽内の水位の上下動により
導入管内の空気の圧力が変化し、その圧力を測定するこ
とにより間接的に水位を測定する場合にも用いることも
できる。
れると、その圧力によりゴムフラム3が下方から押圧さ
れ、受圧板7、磁石ホルダー8を介して第2スプリング
13を圧縮して上方に移動する。この移動により磁石ホ
ルダー8に固定された磁石11が上方に移動し、ホール
素子の先端との相対位置が変化する。上記のように、最
初、圧力室4が大気圧室5と同じ大気圧の時、第1スプ
リング6と第2スプリング13の力のバランスによっ
て、図1に示すようにバランスしており、この状態で
は、磁石11の中心は、ホール素子18の先端より下方
に位置しているが、圧力流体の導入により磁石11が上
方に移動すると、ホール素子に作用する磁束密度が増大
し、ホール素子の出力電圧は次第に上昇する。この出力
電圧を検出することにより、導入された流体の圧力、時
によっては上記のように水位を測定することができる。
この時、ホール素子に対する磁石の変位とホール素子の
出力電圧が直線的な領域において磁石が変位している
と、磁石の変位とホール素子の出力は比例関係となり、
正確な圧力の検出が可能となる。
の関係は図3に示すように、所定の比例関係が存在する
が、磁石の位置とホール素子の出力電圧との関係は、ホ
ール素子、磁石の個々のばらつき、ホール素子と磁石の
距離のばらつきにより個々に異なってくる。即ち、図4
に示すように、製品1と製品2は出力電圧V1 とV2と
の間で略比例関係を有する領域を有するが、製品1は、
磁石の変位がL1 の時に出力電圧V1 が得られ、磁石の
変位がH1 の時に出力電圧V2 が得られるのに対して、
製品2は、磁石の変位がL2 の時に出力電圧V1 が得ら
れ、磁石の変位がH2 の時に出力電圧V2が得られる。
また、このような比例出力領域でセンサを使用すると、
図5に示すように、使用する圧力範囲P2 とP1 の範囲
内において、出力電圧V2 とV1 の間の正確な比例出力
が得られる。
1 とすると、測定される圧力範囲はP2 とP1 となり、
図4に示す製品1の場合には、 製品2の場合には、 (ただし、Aはゴムフラムの有効面積)のバネ定数の第
1スプリングを組み込み、次いで、圧力P1 にて出力電
圧V1 を発生するように調整ネジを調整することによ
り、上記のような各種のばらつきがあっても、一定の圧
力と出力電圧特性を有するセンサが製作可能となること
がわかる。
し、次のようにしてこの圧力センサを組み立てる。即
ち、最初、下側ケース1底部とゴムフラム3との間に予
めスプリングテスターでバネ定数を測定してある第1ス
プリング6を縮設して配置し、その圧力によりゴムフラ
ム3に固定した受圧板7を上側ケース2の内部の上面に
当接させておく。この状態は各圧力センサに共通の位置
とされ、図6に示すホール素子の出力特性図におけるほ
ぼVmaxの出力が得られる磁石の変位位置とされる。
ダー10の上部からロッド22により磁石ホルダー8の
上端部12を第1スプリング6の押圧力に抗して降下さ
せ、磁石ホルダー8に設けた磁石11とホール素子18
との相対位置を変化させてホール素子の出力電圧の変化
特性と直線領域の範囲内における出力電圧V2 を設定
し、この時の変位X2 を測定する。
降下させ、特性の直線領域における出力電圧V1 となる
位置でロッドの変位X1 を測定する。この測定結果によ
り、上記変化特性に対応するバネ定数を有する第2スプ
リングを、予めバネ定数を測定し、かつパソコン等にそ
のバネ定数を入力して、そのスプリングの中から選定し
てシリンダー10内に挿入する。次いで、シリンダー1
0の端部に調整ネジ14を螺合し、ホール素子の出力電
圧が設定圧に対応した値となる位置までねじ込むことに
より所定の特性を有する圧力センサが組み立てられる。
り、単に第2スプリングの設定圧を調整する調整ネジの
みによる調整では、磁石の位置とホール素子の出力電圧
との関係が、ホール素子、磁石の個々のばらつき、ホー
ル素子と磁石の距離のばらつきにより個々に異なってく
ることに対応することができないのに対し、上記組立方
法を採用することにより、正確に対応することができる
ようになる。
を用いることにより、精度がよく、かつ安価な圧力セン
サとすることができ、また、容易に、かつ精度良く組み
立てることができるホール素子を用いた圧力センサの組
立方法とすることができる。
実施例の断面図である。
圧の関係を示すグラフである。
出力電圧の関係が製品毎に異なる状態を示すグラフであ
る。
素子の出力電圧の関係を示すグラフである。
出力電圧の関係を示すグラフである。
方法の第1の状態を示す断面図である。
方法の第2の状態を示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 ゴムフラムの片面側に圧力を測定する流
体を導く密封室を備え、該密封室内に第1スプリングを
縮設し、ゴムフラムの他面側に受圧板を固定し、受圧板
に固定した磁石ホルダーの側面に磁石を固定し、磁石ホ
ルダーをケースに固定したシリンダー内に摺動自在に配
置し、シリンダー内面の該磁石に対抗する位置にホール
素子を固定し、シリンダー内に磁石ホルダーの端部を第
1スプリング側に押圧する第2スプリングを設け、シリ
ンダー端部に第2スプリングの作用力を調整する調整ネ
ジを設けたことを特徴とするホール素子を用いた圧力セ
ンサ。 - 【請求項2】 ケース底部とケース内に固定したゴムフ
ラムとの間に縮設した第1スプリングにより、ゴムフラ
ムに固定した受圧板をケースの上面に当接させ、この状
態で受圧板に固定した磁石ホルダーを、該磁石ホルダー
が摺動するシリンダーの上部からロッドにより第1スプ
リングに抗して降下させることにより、磁石ホルダーに
設けた磁石とシリンダー内面の該磁石に対向する位置に
固定したホール素子との相対位置を変化させてホール素
子の出力電圧の変化特性と直線領域とを検出し、この変
化特性に対応するバネ定数を有する第2スプリングを選
定してシリンダー内に挿入し、シリンダーの端部に調整
ネジを螺合し、該直線領域の所定出力電圧が得られるよ
うに調整ネジで調整することを特徴とするホール素子を
用いた圧力センサの組立方法。
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JP34854895A JP3470129B2 (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | ホール素子を用いた圧力センサ及びその組立方法 |
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- 1995-12-20 JP JP34854895A patent/JP3470129B2/ja not_active Expired - Fee Related
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