JP5025575B2 - 圧力検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、流体の圧力を検出する圧力検出装置に関する。

従来から、流体の微小な圧力変化や、微小な差圧を、精度よく検出するため様々な工夫がされているが、圧力センサは、その検出精度が高いほど高価なものになる。そこで、例えば、測定対象の微小圧力を増幅することにより、分解能が低い比較的安価なセンサを用いて、微小な圧力を実質的に検出できるようにした圧力検出装置として、図８に示す装置が知られている。

この図８の装置は、中空の本体１内を、底面１ａ側から、第１フラッパー２、隔壁３、第２フラッパー４によって、第１〜第４圧力室５〜８に区画し、これら第１〜第４圧力室の外側には、以下に説明する流体通路を形成している。
第１圧力室５には通路９を接続し、この通路９には、微小な圧力変化をする検出対象Ａを接続する。
また、上記隔壁３には、先端を第１フラッパー２に向けたノズル１０を取り付け、このノズル１０によって第２圧力室６と第３圧力室７とを連通させるとともに、第３圧力室７には、絞り１１を介して流体供給源から圧力流体を供給する供給通路１２を接続している。

さらに、第２フラッパー４には、鉄製のスイッチ部材１３を取り付けるとともに、本体１の天井面１ｂには、上記スイッチ部材１３が所定の距離より近づいた場合に、それを感知してオンする磁力スイッチ１４を設けている。
また、上記第２圧力室６には通路１５を接続するとともに、第４圧力室８には通路１６を接続して、各圧力室６，８を大気に接続している。

このような装置において、上記供給通路１２から圧力流体を供給すると、流体は第３圧力導入室７→ノズル１０→第２圧力室６→通路１５を介して大気へ排出されるが、上記第１圧力室５内の圧力が大気圧のとき、上記ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との距離は十分に大きく、ノズル１０の前後にはほとんど差圧が発生せず、上記供給通路１２から圧力流体が供給されている状態で、第３圧力室７の圧力と第２圧力室６の圧力とがほぼ等しくなるようにしている。

この初期状態から、通路９に接続した検出対象Ａの圧力が僅かに上昇すると、第１圧力室５の圧力が上昇して第１フラッパー２が第２圧力室６側へ変位し、ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との距離を縮める。これにより、上記供給通路１２からノズル１０を通過して排出される流体が絞られ、ノズル１０の上流側である第３圧力室７の圧力が上昇する。
このとき、第３圧力室７の圧力は、ノズルの先端１０ａと第１フラッパー２とで形成される絞りによって、上記第１圧力室５の圧力、すなわち、検出対象Ａの微小圧力よりも高くなるようにノズル１０と第１フラッパー２との位置関係及び第１フラッパー２の剛性などを設定している。

つまり、この検出装置は、第１フラッパー２を微小な圧力によって第２圧力室６側へ膨らみやすいものとし、その結果、ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との間に絞りが形成されるようにしている。
これにより、検出対象Ａの微小の圧力を増幅して、その圧力を第３圧力室７に導くことができる。このように、検出対象Ａの変化圧力を増幅すれば、検出対象Ａの圧力変化が微小であっても、第３圧力室７の圧力変化は大きくなり、この圧力によって第２フラッパー４を変位させる。従って、磁力スイッチ１４が、その圧力を確実に検出することができる。

一方、上記従来の検出装置は、微小な差圧を検出するために用いることもできる。例えば、高圧側の検出対象Ａと低圧側の検出対象Ｂの差圧を検出するためには、図８の通路１５を介して第２圧力室７に、検出対象Ｂを接続する。このようにすれば、検出対象Ａ，Ｂ間の差圧によって第１フラッパー２が膨らんで、上記差圧を増幅するので、この増幅された圧力を磁力スイッチ１４によって検出できる。
このような装置を用いて、検出対象の僅かな圧力上昇や、微小な差圧を検出するようにしていた。
特開２０００−８１３５７号公報 特開平０６−０７４８４５号公報

上記従来の圧力検出装置では、検出対象Ａの圧力が、もともと大気圧に近い低圧でなければ、微小な圧力変化を検出できないという問題があった。
その理由は、以下のとおりである。
上記従来の装置では、微小な圧力変化を検出するために、第１フラッパー２は僅かな圧力で第２圧力室６側へ十分に膨らむようにしている。そこで、検出対象Ａの圧力が高い場合には、第１フラッパー２が初めから第２圧力室６側へ膨らんで、ノズルの先端１０ａ側に絞りが形成されてしまう。初めから絞りが形成されて第３圧力室７の圧力が上昇すれば、検出対象Ａの圧力が変化する前に、磁力スイッチ１４がオンになってしまうことになる。
また、検出対象Ａの圧力が大気圧に近い場合であっても、大気圧そのものが変動すれば、第２圧力室６内の圧力が変動するので、微小な圧力変化に追従する第１フラッパー２の変位量がばらついてしまい、正確な圧力検出ができないことがある。

一方、上記従来装置を差圧検出に用いた場合には、第２圧力室６に低圧側の検出対象Ｂを接続するが、もともと、微小な差圧を検出するために用いるので、初期状態ではほとんど差圧が発生せず、第１圧力室５と第２圧力室６との差圧によって第１フラッパー２が変位しないようにすることはできる。しかし、低圧側の検出対象Ｂの圧力が大気圧と比べて高い場合には、初期状態で、検出対象Ｂ側の圧力がノズル１０の上流側の第３圧力室７に導かれ、第２フラッパー４が初めから第４圧力室８側に膨らんで磁気スイッチ１４をオンしてしまうことがある。つまり、低圧側の検出対象Ｂの圧力が高い場合には、微小な差圧を正確に検出できないという問題があった。

この発明の目的は、検出対象の初期圧の大小や、正圧、負圧にかかわらず、微小な圧力変化を正確に検出できる圧力検出装置を提供することである。

第１の発明は、圧力変動対象に接続する圧力検出室と、圧力変動対象に接続する圧力検出室と、上記圧力検出室に隣接し、フラッパーとノズルとを備えた圧力増幅機構とを備え、この圧力増幅機構には、上記ノズルに流体を供給する流体供給経路と、ノズルを通過した流体を排出する排出経路とを設け、上記圧力増幅機構で増幅された圧力を検出する圧力検出装置において、上記圧力増幅機構は、フラッパーと、このフラッパーに先端を近接させたノズルと、このノズルの下流側であって上記排出経路に接続した比較圧力室と、ノズルの上流側であって上記流体供給経路に接続した増幅圧力導入室とを一組にした増幅ユニットを、１または複数備えるとともに、上記排出経路に抵抗発生手段を設け、この抵抗発生手段によって、圧力の検出開始ポイントにおけるノズル先端とフラッパーとの間隔を初期の設定値に設定する構成にした点に特徴を有する。
なお、上記検出開始ポイントとは、上記圧力検出室の圧力が変動するとき、この発明の装置で検出すべき圧力範囲の下限値のことである。つまり、この圧力検出装置は、上記検出ポイントからの僅かに上昇した圧力を検出するものである。

第２の発明は、第１の発明を前提とし、上記圧力増幅機構と区画された基準圧力室を備え、この基準圧力室と比較圧力室とを連通する連通路と、上記圧力増幅機構で増幅された圧力と上記基準圧力室の圧力との差圧を検出する差圧検出手段を備えた点に特徴を有する。

第３の発明は、第２の発明を前提とし、上記基準圧力室に流体供給経路を接続するとともに、上記連通路に絞りを設け、この絞りによって、上記検出開始ポイントにおける上記基準圧力室の圧力とこの基準圧力室と隣接する増幅圧力導入室の圧力とをほぼ等しく保つためのバイアス圧力を、基準圧力室に作用させる構成にした点に特徴を有する。

第１〜第３の発明によれば、低コストで、微小な圧力変動を正確に検出できるようになる。
特に、抵抗発生手段によって、検出開始ポイントにおける増幅機構を構成するノズルとフラッパーとの間隔を設定値に設定できるので、検出対象の僅かな圧力変動を増幅して正確な検出することができる。
さらに、１または複数の増幅ユニットによって、検出対象の圧力変化を増幅できる。特に、増幅ユニットを複数設けた場合には増幅率を大きくでき、それだけ、検出対象の微細な圧力変化をより高精度で検出できることになる。

第２の発明によれば、連通路によって、比較圧力室の圧力と基準圧力室の圧力とを同等の一定圧力に設定でき、増幅された圧力を基準圧力室の圧力との差圧として検出することができる。検出対象の変動圧力を差圧検出手段によって検出する場合には、検出対象の絶対圧を検出する場合と比べて、センサの検出レンジを小さくできる。一般に、測定レンジが大きいセンサは、分解能が低く、レンジが大きく測定精度が高いセンサは高価なものになってしまうが、この発明によれば、安価なセンサを用いることができる。言い換えれば、絶対圧を検出するセンサを用いる場合と同じコストをかければ、差圧センサによってより高精度な検出ができることになる。

第３の発明では、圧力増幅機構のノズルの先端とフラッパーとの間隔が小さく、初期状態においてもノズル先端に絞りが形成されて、増幅圧力導入室の圧力が比較圧力室よりも高くなった場合に、その上昇分をバイアス圧力として基準圧力室に作用させ、基準圧力室の圧力をノズル先端側の絞りの影響を受けない所定の圧力に保つことができる。

そして、上記圧力増幅室と基準圧力室とを圧力検出用のフラッパーで区画した場合に、ノズル先端側に形成される絞り効果によって、圧力検出用のフラッパーが基準圧力室側へ膨らむことを抑えることができる。そのため、検出用フラッパーとして高感度な構成を採用することができる。もしも、上記増幅圧力導入室の圧力が基準圧力室よりも高い状態を保ったまま、圧力検出用のフラッパーが変位しない構成にした場合には、それだけ圧力検出精度が落ちることになるが、この発明によれば、そのようなことはない。言い換えれば、より精度良く微少な圧力変化を検出できることになる。

また、上記圧力増幅室と基準圧力室とを隔壁によって区画して差圧センサによって基準圧力室と増幅された圧力との差圧を検出するようにした場合にも、検出開始ポイントにおける基準圧力室の圧力と増幅圧力室の圧力との差をほとんどゼロにできるため、そこに用いる差圧センサの測定レンジを小さいものにできる。一般的に、センサは測定レンジが小さいほど分解能が高いので、この発明によれば、測定レンジの小さなセンサを用いることができ、さらに測定精度を上げることができる。
さらに、流体供給経路に接続した基準圧力室及び増幅圧力導入室の圧力は、流体供給源の圧力が変動した場合その影響を受けるが、この発明のように、バイアス圧力によって上記基準圧力室とこれに隣接する増幅圧力導入室との差圧をほぼゼロに維持できれば、上記流体供給源に圧力変動があっても、両圧力室の差圧の検出にはほとんど影響を与えない。

図１に示す第１実施形態の圧力検出装置は、検出対象Ａの微少な圧力変化を検出するためのものである。なお、図１において、図８に示した従来の装置と同様の構成要素には、図８と同じ符号を用いている。
この第１実施形態の圧力検出装置は、本体１内に、その底面１ａ側から、圧力検出室１７、比較圧力室１８、増幅圧力導入室１９、及び基準圧力室２０を備えている。これら、各室１７〜２０は、従来装置の第１圧力室５〜第４圧力室８に相当する構成である。
なお、上記本体１は、複数の筒部材を接合して構成するなど、どのようにして構成してもよい。

すなわち、上記圧力検出室１７と比較圧力室１８とは第１フラッパー２を介して隣接し、比較圧力室１８と増幅圧力導入室１９とは隔壁３で区画されている。そして、この隔壁３にはノズル１０を設けている。また、増幅圧力導入室１９には第２フラッパー４を介して基準圧力室２０を隣接させている。

さらに、上記第２フラッパー４には、鉄などの磁性材料からなるスイッチ部材１３を取り付けるとともに、本体１の天井面１ｂには、磁気スイッチ１４を設けている。
そして、上記圧力検出室１７には通路９を介して検査対象Ａを接続し、この検査対象Ａの圧力変化を、本体１の天井面１ｂに設けた磁気スイッチ１４によって検出する構成は、従来の圧力検出装置で、第１圧力室５の圧力変化を検出する原理と同様である。上記第２フラッパー４は圧力検出用のフラッパーであり、上記圧力増幅用の第１フラッパー２とは役割が異なる。

そして、上記ノズル１０、第１フラッパー２、比較室１８、及び増幅圧力導入室１９によって、この発明の増幅ユニットを構成し、この１つの増幅ユニットによって圧力増幅機構を構成している。
但し、この第１実施形態では、比較圧力室１８に接続する通路１５に絞り２１設けている。この絞り２１は、上記供給通路１２から、増幅圧力導入室１９→ノズル１０→比較圧力室１８→通路１５を介して流れる圧力流体が、比較圧力室１８から排出される排出経路に抵抗を与え、比較圧力室１８の圧力を予め設定した一定の圧力に制御するためのものである。具体的には、この絞り２１によって、上記比較圧力室１８内の圧力を、検出対象Ａの圧力、すなわち、圧力検出室１７の圧力に近い値に制御する。
この実施形態では、上記絞り２１が、この発明の流体排出経路に設けた抵抗発生手段である。

そして、この第１実施形態では、上記供給通路１２→絞り１１→増幅圧力導入室１９→ノズル１０が、この発明の比較圧力室１８と圧力的に区画された流体供給経路である。なお、上記流体供給経路が、比較圧力室１８と圧力的に区画されているとは、上記ノズル１０に圧力流体を導く経路が、比較圧力室１８を経由しないということである。
また、図１において、絞り２１を模式的に示しているが、この絞り２１は、比較圧力室１８の圧力を制御するため、その開度を調整可能な構造にしている。

さらに、供給通路１２の分岐路２２を形成し、この分岐路２２を絞り２３を介して圧力検出室１７に接続して、圧力検出室１７に僅かな流量を供給するようにしている。この分岐路２２から供給される流量は、圧力検出室１７の圧力に影響を与えない程度の僅かな流量である。このように分岐路２２から圧力検出室１７へ流体を供給するようにしているのは、検出対象Ａ側の流体が、圧力検出室１７内へ流入することを防止するためである。

例えば、検出対象Ａ側の流体が腐食性ガスや有毒ガスの場合、それが圧力検出装置側に逆流すると、装置を腐食させたり、外部へ毒ガスを拡散したりしてしまう可能性があるが、この第１実施形態のように分岐路２２を設ければ、検出対象Ａ側からの流体の流入を防止できる。但し、検出対象Ａの圧力変化を正確に検出するためには、上記分岐路２２など、検出対象Ａ側からの流体の逆流を防止する構成は必須のものではない。

次に、この第１実施形態の圧力検出装置の作用を説明する。
まず、圧力検出室１７に通路９を介して検出対象Ａを接続するとともに、図示しない流体供給源から圧力流体を供給通路１２へ供給する。
上記比較圧力室１８の圧力は、上記絞り２１の機能によって、圧力検出室１７の圧力に近い一定の圧力に維持されているので、圧力検出室１７に接続した検出対象Ａの圧力変化がない初期状態において、検出対象Ａの圧力が大気圧よりも高い圧力であっても、第１フラッパー２は中立位置を保っている。
つまり、上記初期状態が、この発明の検出開始ポイントにあたり、この検出開始ポイントにおいて、この発明の圧力発生手段である上記絞り２１により、ノズル１０の先端と第１フラッパー２との間隔を初期の設定値に設定されるようにしている。

この状態から、検出対象Ａの圧力が僅かに上昇し、すなわち、圧力検出室１７の圧力が僅かに上昇した場合には、第１フラッパー２が比較圧力室１８側へ変位して、ノズル１０の先端１０ａとの距離を縮める。これにより、ノズル１０の下流側に絞りが形成され、上記供給通路１２からノズル１０を通過して排出される流体が絞られ、ノズル１０の上流側の圧力は上昇する。
このとき、ノズルの先端１０ａと第１フラッパー２とで形成される絞りによって、上記圧力検出室１７の変動圧力が増幅されたことになり、この増幅した圧力が増幅圧力導入室１９へ導入される。すなわち、この増幅圧力導入室１９の圧力は、初期の圧力に、圧力検出室１７の変動圧力を増幅した増幅圧力分だけ高くなる。

このように増幅圧力導入室１９に、増幅された圧力が導かれれば、この圧力によって第２フラッパー４が変位して、第２フラッパー４に取り付けたスイッチ部材１３が磁気スイッチ１４をオンさせる。従って、磁力スイッチ１４が、検出対象Ａの圧力変化を確実に検出することができる。
以上のように、第１実施形態の圧力検出装置では、比較圧力室１８の圧力を、絞り２１によって所定の圧力に維持するので、検出対象Ａの圧力の大小にかかわらず、初期状態で第１フラッパー２の中立状態を維持でき、検出対象Ａの微細な変動を検出することができる。

なお、この第１実施形態においては、上記増幅圧力導入室１９が流体供給経路の一部を構成しているが、流体供給経路には増幅圧力導入室１９を含まなくてもよい。その場合には、上記ノズル１０の上流側の増幅圧力を導くための増幅圧力導入室１９を、流体供給経路から分岐して設けるか、増幅圧力導入室１９を設けずに、上記流体供給経路の圧力を圧力検出手段に直接導いて検出するようにする。

また、上記第１実施形態では、第２フラッパー４、スイッチ部材１３及び磁気スイッチ１４によって、圧力増幅機構によって増幅された圧力である上記増幅圧力導入室１９と基準圧力室２０との差圧を検出しているが、増幅圧力導入室の圧力を直接検出するセンサを用いてもよい。このように、差圧ではなく増幅圧力導入室１９の圧力を直接測定するようにしても、上記絞り２１で初期状態が維持される圧力増幅機構によって、微小な変動圧力を増幅することができれば、比較的感度の低いセンサを用いても、検出対象Ａの変動圧力を精度よく検出できる。

また、上記第２フラッパー４の代わりに、隔壁３を介して、上記増幅圧力導入室１９に基準圧力室２０を隣接させ、この基準圧力室２０と上記増幅圧力導入室１９の差圧を差圧センサで検出するようにしてもよい。このように、第２フラッパー４を用いない場合でも、微小な圧力を増幅することによって、比較的感度の低いセンサを用いることができる。

なお、増幅機構によって増幅された圧力を、そのまま検出する場合と比べて、基準圧力室２０との差圧として検出する方が、より高精度な検出が可能になる。なぜなら、差圧を検出した方が、測定レンジの小さなセンサを用いることができるからである。一般に、測定レンジが大きくて、高精度なセンサは実現し難いが、測定レンジが小さければ、分解能が高くなり高精度なものが容易にできる。

図２に示す第２実施形態は、図１に示す第１実施形態の圧力検出装置の通路１５と基準圧力室２０とを接続する接続路２４を備え、基準圧力室２０を直接大気に開放していないが、それ以外の構成は、上記第１実施形態と同じである。そして、第１実施形態と同じ構成要素には、図１と同じ符号を用い、同様の機能については詳細な説明は省略する。
この第２実施形態では、上記通路１５及び接続路２４によって、比較圧力室１８と基準圧力室２０を連通するこの発明の連通路を構成している。
このような連通路を形成することによって、基準圧力室２０を、比較圧力室１８と同様に、絞り２１で制御された圧力にすることができる。

この第２実施形態においても、検出対象Ａの圧力変化である圧力検出室１７の圧力変化を、磁気スイッチ１４が検出する際の動作は、上記第１実施形態の装置と同じである。
すなわち、圧力検出室１７の微小な圧力変化を、比較圧力室１８との差圧の変化として第１フラッパー２が検出し、その変化に応じてノズル１０の先端１０ａ側に絞りを形成する。そして、この絞りによってノズル１０の上流側である増幅圧力導入室１９の圧力が上昇する。この上昇圧力が、所定の圧力に達したとき、第２フラッパー４がこの増幅された圧力と基準圧力室２０の圧力との差圧によって作動し、磁気スイッチ１４をオンする。

この第２実施形態においても、比較圧力室１８の圧力を絞り２１によって所定の圧力に制御できるので、検出対象Ａの圧力の大小に関らず、僅かな差圧で作動する高感度な第１フラッパー２を用いることができる点は、上記第１実施形態と同じである。
さらに、基準圧力室２０の圧力を比較圧力室１８とともに制御することによって、第２フラッパー４を動作させる差圧の基準圧力を安定化して、第２フラッパー４の動作圧力を安定化することができる。

また、この第２実施形態において、基準圧力室２０の圧力と比較圧力室１８の圧力とが同等になるようにしている理由は以下の通りである。
この第２実施形態では、初期状態においては、ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との間には絞りが形成されないようにしているので、初期状態において、増幅圧力導入室１９は比較圧力室１８とはほぼ同圧である。そのため、検出対象Ａの圧力が高い場合には、その圧力に合わせて設定した比較圧力室１８の高い圧力が増幅圧力導入室１９に導かれる。

そして、増幅圧力導入室１９に導入される圧力が、圧力検出室１７の絶対圧に応じて高くなっているとき、基準圧力室２０の圧力が比較圧力室１８の圧力と係りなく設定されていると、検出開始ポイントでも第２フラッパー４が動作して磁気スイッチ１４をオンしてしまい、圧力の検出ができなくなってしまうことが起こる。
このように、検出開始ポイントで第２フラッパー４が動作してしまうことがないようにするためには、第２フラッパー４の動作感度を低くすることが考えられるが、第２フラッパー４の動作感度を低くすれば、微小な変動を正確に検出できないことになる。

また、検出開始ポイントで、磁気スイッチ１４がオンされなくても、第２フラッパー４が初めから基準圧力室２０側へ膨らんでいると、基準圧力室２０との差圧によって動作する第２フラッパー４の動作が安定化しないことも起こる。
そこで、この第２実施形態では、基準圧力室２０にも、検出対象Ａの圧力に応じて設定した圧力を導き、初期状態で第２フラッパー４の中立状態を保って、第２フラッパー４の検出感度を落とすことなく、より正確に検出対象Ａの微小な圧力変化を検出することができるようにしている。

図３に示す第３実施形態は、図２に示す第２実施形態の構成を前提とし、この発明の連通路を構成する接続路２４中に絞り２５を設けている。
さらに、供給通路１２の分岐路２６を形成し、この分岐路２６を絞り２７を介して基準圧力室２０に接続して、基準圧力室２０に圧力流体を供給するようにしている。
その他の構成は、上記第２実施形態と同様の構成であり、第２実施形態と同じ構成要素には、図２と同じ符号を用いるとともに、各構成要素の詳細な説明は省略する。

この第３実施形態の圧力検出装置においても、検出対象Ａを接続した圧力検出室１７の微小な圧力変化に応じて、ノズル１０の先端１０ａ側に絞りが形成され、増幅された圧力が上記増幅圧力導入室１９へ導入される。この増幅圧力導入室１９の圧力と基準圧力室２０の圧力との差圧によって第２フラッパー４が基準圧力室２０側へ変位して磁気スイッチ１４をオンする。
但し、この第３実施形態では、ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との間隔ｘを小さくし、圧力検出室１７の圧力変化がない初期状態において上記先端１０ａと第１フラッパー２との間に絞りが形成されるようにしている。そして、この絞り２５に流体を流すことによって差圧を発生させ、これを後で説明するこの発明のバイアス圧力として基準圧力室２０に作用させている。

このように初期状態においても、ノズル１０の先端１０ａ側に絞りが形成されると増幅圧力導入室１９には、上記先端１０ａ側の絞りによって上昇した圧力が導かれる。初期状態において、増幅圧力導入室１９の圧力が基準圧力室２０よりも高いと、第２フラッパー４が作動してしまうので、それを防止するために、基準圧力室２０に圧力流体を供給するとともに、接続路２４に上記絞り２５を設けている。
上記分岐路２６を介して供給される圧力流体は、基準圧力室２０から、接続路２４及び通路１５を介して排出されるが、接続路２４に絞り２５を設けることによって、その上流側である基準圧力室２０内の圧力を絞り２５で発生する差圧分だけ高く保つことができる。

そこで、上記絞り２５を、上記ノズル１０の先端１０ａとの間隔ｘで構成される絞りに相当する大きさにすれば、初期状態において基準圧力室２０の圧力と、ノズル１０の上流側である増幅圧力導入室１９の圧力との差を小さくすることができる。従って、ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との間隔ｘが非常に小さい場合でも、初期状態において第２フラッパー４が作動してしまうようなことがない。そのため、上記間隔ｘが小さい場合にも、検出圧力室１７の微細な圧力変化を正確に検出できる。
なお、上記絞り２５によって上昇する基準圧力室２０の圧力が、この発明のバイアス圧力に相当する。
また、図３において、絞り２５を模式的に示しているが、この絞り２５は、上記バイアス圧力を決めるため、その開度を調整可能な構造にしている。

上記第３実施形態では、第２フラッパー４を用いて差圧を検出しているが、第２フラッパー４を用いないで、隔壁３によって基準圧力室２０を区画し、差圧センサを用いることもできる。第２フラッパー４を用いなければ、第１ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との距離が近くて初期状態で絞りが形成されても、第２フラッパー４が基準圧力室２０側へ変位してしまう問題はない。しかし、第２フラッパー４を用いない場合でも、検出開始ポイントにおける基準圧力室２０の圧力と増幅圧力室１９の圧力との差をほとんどゼロにできるため、そこに用いる差圧センサの測定レンジを小さいものにできるというメリットがある。一般的に、センサは測定レンジが小さいほど分解能が高いので、測定レンジの小さなセンサを用いることができ、さらに測定精度を上げることができる。

また、上記バイアス圧力によって基準圧力室２０の圧力と増幅圧力導入室１９の圧力とをほぼ等しくできれば、すなわち、両圧力室の差圧をほぼゼロにできれば、上記供給通路１２の圧力が変動しても、それが圧力検出に影響を与えることもない。すなわち、上記供給通路１２に接続された基準圧力室２０や増幅圧力挿入室１９の圧力は、流体供給源の圧力変動の影響を受けるが、各圧力室の圧力が供給源の影響を受けても、両者の差圧が、検出開始ポイントにおいてほぼゼロになっていれば、両室１９，２０の差圧検出には影響しない。そのため、より正確な圧力検出ができることになる。

図４に示す第４実施形態は、圧力増幅機構を２つの増幅ユニットで構成し、圧力検出室１７と基準圧力室２０との間に、２つの増幅ユニットを設け、圧力検出室１７の変動圧力を２段階増幅するようにした装置である。
なお、図４において上記第３実施形態と同様の構成要素には、図３と同じ符号を用いている。

この第４実施形態では、図３に示す第３実施形態等同様に形成した増幅圧力導入室１９に、第２の増幅ユニットを構成するフラッパー２８を介して、第２の比較圧力室２９を隣接させるとともに、さらに、この比較圧力室２９には隔壁３０を介して第２の増幅圧力導入室３１を隣接させている。そして、上記隔壁３０には、先端３２ａを上記フラッパー２８に近接させたノズル３２を設けている。そして、このノズル３２にも、供給通路１２から絞り３４を介して圧力流体を供給し、この流体の排出側となる比較圧力室２９には、上記絞り２５と同様の絞り３５及び接続路２４を介して通路１５を接続している。
そして、上記増幅圧力導入室３１には隔壁３３を介して基準圧力室２０を隣接させ、この隔壁３３には差圧センサＳを設けている。

以上の構成において、第１フラッパー２、ノズル１０、比較圧力室１８、及び増幅圧力導入室１９によって第１の増幅ユニットを構成し、これにより圧力検出室１７の変動圧力を増幅して増幅圧力導入室１９へ導いている。
さらに、フラッパー２８、ノズル３２、第２の比較圧力室２９及び第２の増幅圧力導入室３１によって第２の増幅ユニットを構成し、これにより、上記増幅圧力導入室１９の圧力を増幅して、第２の増幅圧力導入室３１へ導いている。
そして、上記第１、第２の増幅ユニットによってこの発明の圧力増幅機構を構成し、この圧力増幅機構で増幅された圧力である上記第２の増幅圧力導入室３１の圧力と基準圧力室２０の圧力との差圧を上記差圧センサＳで検出するようにしている。

この第４実施形態においては、検出対象Ａの微小な圧力変化を、２段階に増幅して増幅圧力導入室３１へ導き、基準圧力室２０の差圧として検出するようにしている。２段階の増幅により、他の実施形態よりも増幅率を高くすることができるので、その分、差圧センサＳの感度を低くしても、高精度な検出ができることになる。
また、この第４実施形態においても、ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との間隔、ノズル３２の先端３２ａとフラッパー２８との間隔を非常に小さくして、いずれのノズル１０，３２の先端側に、初期状態においても絞りが形成されるようにしている。

上記のような構成において、上記絞り３５は、比較圧力室２９に対し、この発明の検出開始ポイントである検出対象Ａの圧力が変化していない初期状態において、ノズル１０の先端１０ａ側に形成される絞りによって増幅される圧力分であるバイアス圧力を、比較圧力室２９に作用させる機能を果たし、これにより、フラッパー２８が必要以上に比較圧力室２９側へ変位することがないようにしている。

また、絞り２５は、基準圧力室２０に対して、上記検出開始ポイントである初期状態においてノズル３２の先端３２ａ側に形成される絞りによって増幅される圧力分であるバイアス圧力を基準圧力室２０に作用させる機能を果たすものである。これにより、基準圧力室２０の圧力を所定の基準値に保ち、各ノズル１０，３２の先端側に形成される絞りの影響を取り除いて、正確な圧力検出ができる。
この第４実施形態では、差圧センサＳを用いているが、上記隔壁３３の代わりに、圧力検出用フラッパーを用い、上記他の実施形態と同様に、スイッチ部材１３及び磁気スイッチ１４を用いれば、より安価な構成で圧力検出ができる。

以下に説明する第１〜第３参考例は、高圧変動対象Ａと低圧変動対象Ｂとの差圧を検出するための装置である。
図５に示す第１参考例は、本体１に、高圧変動対象Ａを接続する高圧検出室３６と、低圧変動対象Ｂを接続する低圧検出室３７と、増幅圧力導入室１９と、基準圧力室２０とを備えている。
そして、各室の外部に形成した通路構成は、図２に示す第２実施形態の通路１５に設けた絞り２１を備えていない以外は、第２実施形態と同じである。従って、この第１参考例において、第２実施形態と同じ構成要素には、図２と同じ符号を用い、同じ機能についての詳細な説明は省略する。

この第１参考例では、低圧検出室３７と基準圧力室２０とを、この発明の連通路を構成する接続路２４によって連通しているので、両圧力室３７，２０は常時、同一圧力となる。
この第１参考例の圧力検出装置が、高圧変動対象Ａと低圧変動対象Ｂの差圧を検出する作用を以下に説明する。
上記高圧変動対象Ａと低圧変動対象Ｂとの間に差圧があると、第１フラッパー２がその差圧によって低圧検出室３７側へ変位してノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との間隔を縮める。これにより、ノズル１０の先端１０ａ側に絞りが形成され、増幅圧力導入室１９の圧力が上昇する。

つまり、この第１参考例においては、上記低圧検出室３７がこの発明の比較圧力室に相当し、この低圧検出室３７、ノズル１０、第１フラッパー２、及び増幅圧力導入室１９によって増幅ユニットを構成し、この１つの増幅ユニットによって圧力増幅機構を構成している。
そして、上記圧力増幅機構によって増幅され、増幅圧力導入室１９へ導かれた圧力と基準圧力室２０との差圧によって第２フラッパー４が変位して磁気スイッチ１４がオンする構成である。つまり、この第２フラッパー４は、圧力検出用のフラッパーであり、上記圧力増幅用の第１フラッパー２とは役割が異なる。

この第１参考例の圧力検出装置では、基準圧力室２０の圧力を低圧検出室３７と等しくしているので、変動対象側圧力の絶対圧の大小や、正圧、負圧によらずに、微小な差圧を精度よく検出できる。
もしも、上記基準圧力室２０と低圧検出室３７とが連通していなければ、高圧検出室３６と低圧検出室３７との差圧がなくても、低圧検出室３７の圧力が基準圧力室２０よりも高くなることによって、第２フラッパー４を変位させて磁気スイッチ１４を動作させてしまうことが起こる。

反対に、低圧検出室３７の圧力が負圧で、増幅圧力導入室１９の圧力も負圧の場合、基準圧力室２０の圧力が上記増幅圧力室１９の圧力と比べて高い場合には、第１フラッパー２が低圧検出室３７側へ変位して増幅圧力導入室１９の圧力を上昇させたとしても、基準圧力室２０の圧力の方が高すぎて、上記磁気スイッチ１４を動作させることができないことも起こる。
これでは、微細な差圧を検出することはできないが、この第１参考例の構成ではそのようなことはない。
なお、この第１参考例においても、供給通路１２の分岐路２２及び絞り２３の機能は、上記各実施形態と同様であり、高圧変動対象Ａ側の流体が高圧検出室３６内に流入することを防止するためのものである。従って、差圧を正確に検出する目的においては、必須の構成要素ではない。

図６に示す第２参考例は、図５に示す第１参考例の接続路２４に絞り２５を形成するとともに、供給路１２に分岐路２６を設けて、絞り２７を介して基準圧力室２０へ圧力流体を供給するようにした圧力検出装置であるが、その他の構成は、第１参考例と同じである。
この第２参考例において、第１参考例と同様の構成要素には、図５と同じ符号を用いるとともに、各構成要素についての説明は省略する。
但し、この第２参考例では、ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との間隔ｘを小さくして、低圧検出室３７の圧力変化がない初期状態においても、上記先端１０ａと第１フラッパー２との間に絞りが形成されるようにしている。

このように初期状態においても、ノズル１０の先端１０ａ側に絞りが形成されると増幅圧力導入室１９には、上記先端１０ａ側の絞りによって上昇した圧力が導かれる。初期状態において、増幅圧力導入室１９の圧力が基準圧力室２０よりも高いと、第２フラッパー４が作用してしまうので、それを防止するために、基準圧力室２０に圧力流体を供給するとともに、接続路２４に上記絞り２５を設けている。

上記分岐路２６を介して供給される圧力流体は、基準圧力室２０から、接続路２４及び通路１５を介して排出されるが、接続路２４に絞り２５を設けることによって、その上流側である基準圧力室２０内の圧力を絞り２５で発生する差圧分だけ高く保つことができる。
そこで、上記絞り２５を、上記ノズル１０の先端１０ａとの間隔ｘで構成される絞りに相当する大きさにすれば、初期状態において基準圧力室２０の圧力を、ノズル１０の上流側である増幅圧力導入室１９の圧力と等しくすることができる。従って、ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との間隔ｘが非常に小さい場合でも、初期状態において第２フラッパー４が作動してしまうようなことがない。そのため、上記間隔ｘが小さい場合でも、微小な差圧を正確に検出することができる。
なお、上記絞り２５によって上昇する基準圧力室２０の圧力が、この発明のバイアス圧力に相当する。

上記第２参考例においては、第２フラッパー４を用いて差圧を検出しているが、第２フラッパー４を用いないで、隔壁３によって基準圧力室２０を区画し、差圧センサを用いることもできる。第２フラッパー４を用いなければ、第１ノズル１０の先端１０ａと第１フラッパー２との距離が近くて初期状態で絞りが形成されても、第２フラッパー４が基準圧力室２０側へ変位してしまう問題はない。しかし、第２フラッパー４を用いない場合でも、検出開始ポイントにおける基準圧力室２０の圧力と増幅圧力室１９の圧力との差をほとんどゼロにできるため、そこに用いる差圧センサの測定レンジを小さいものにできるというメリットがある。一般的に、センサは測定レンジが小さいほど分解能が高いので、測定レンジの小さなセンサを用いることができ、さらに測定精度を上げることができる。

また、上記バイアス圧力によって基準圧力室２０の圧力と増幅圧力導入室１９の圧力とをほぼ等しくできれば、すなわち、両圧力室の差圧をほぼゼロにできれば、上記供給通路１２の圧力が変動しても、それが圧力検出に影響を与えることもない。すなわち、上記供給通路１２に接続された基準圧力室２０や増幅圧力挿入室１９の圧力は、流体供給源の圧力変動の影響を受けるが、各圧力室の圧力が供給源の影響を受けても、両者の差圧が、検出開始ポイントにおいてほぼゼロになっていれば、両室１９，２０の差圧検出には影響しない。そのため、より正確な圧力検出ができることになる。
なお、図６においても上記絞り２５を模式的に示しているが、この絞り２５は、上記バイアス圧力を決めるため、その開度を調整可能な構造にしている。

図７に示す第３参考例の圧力検出装置は、圧力増幅機構を２つの増幅ユニットで構成し、２段階の増幅を行なうものである。また、差圧検出手段として、上記第２フラッパー４、スイッチ部材１３及び磁気スイッチ１４に替えて差圧センサＳを用いているが、それ以外は、上記第２参考例と同様である。
また、２段階の増幅機構は、図４に示す第４実施形態と同じである。
そこで、上記実施形態と同じ構成要素には、図４及び図６と同じ符号を用い、機能についての詳細な説明も省略する。

この第３参考例では、第１フラッパー２、ノズル１０、この発明の比較圧力室に相当する低圧検出室３７及び増幅圧力導入室１９によって、第１の増幅ユニットを構成し、これにより、高圧検出室３６と低圧検出室３７の差圧を増幅して増幅圧力導入室１９へ導いている。
さらに、フラッパー２８、ノズル３２、第２の比較圧力室２９及び第２の増幅圧力導入室３１によって、第２の増幅ユニットを構成し、これにより、上記増幅圧力導入室１９の圧力を増幅して、第２の増幅圧力導入室３１へ導いている。

そして、上記第１、第２の増幅ユニットでこの発明の圧力増幅機構を構成し、この圧力増幅機構で増幅された圧力である上記増幅圧力導入室３１の圧力と基準圧力室２０の圧力との差圧を差圧センサＳで検出するようにしている。
このように、圧力増幅機構を複数の増幅ユニットで構成することにより、検出対象の微小な差圧の増幅率を大きくすることができ、さらに検出精度を高めることができる。

この第３参考例においても、ノズル１０と第１フラッパー２との間隔、ノズル３２とフラッパー２８との間隔を小さくして、両ノズル１０，３２の先端側に絞りが形成される状態を検出開始ポイントにおける初期設定としている。
しかし、圧力流体の排出側に設けた絞り３５、２５によって、第２の比較圧力室２９と、基準圧力室２０とにバイアス圧力を作用させて、上記第４実施形態と同様に、ノズル先端に形成される絞りによる影響を排除するようにしている。

上記第２、第３参考例の圧力検出装置は、いずれも、高圧変動対象Ａと低圧変動対象Ｂの圧力が正圧であっても負圧であっても、両者間の微小な差圧を検出することが可能な装置であるが、このような微小な差圧の検出によって、例えば、２室間の僅かな差圧の変化を検出することができる。

第１実施形態の断面図である。 第２実施形態の断面図である。 第３実施形態の断面図である。 第４実施形態の断面図である。 第１参考例の断面図である。 第２参考例の断面図である。 第３参考例の断面図である。 従来の圧力検出装置の断面図である。

符号の説明

２ 第１フラッパー
４ 第２フラッパー
１０ ノズル
１０ａ 先端
１２ 供給通路
１３ スイッチ部材
１４ 磁気スイッチ
１７ 圧力検出室
１８ 比較圧力室
１９ 増幅圧力導入室
２０ 基準圧力室
２１ （抵抗発生手段である）絞り
２４ 接続路
２５ 絞り
２８ フラッパー
２９ （第２の）比較圧力室
３１ （第２の）増幅圧力導入室
３２ ノズル
３２ａ 先端
３５ 絞り
３６ 高圧検出室
３７ 低圧検出室
Ｓ 差圧センサ

Claims (3)

1. 圧力変動対象に接続する圧力検出室と、上記圧力検出室に隣接し、フラッパーとノズルとを備えた圧力増幅機構とを備え、この圧力増幅機構には、上記ノズルに流体を供給する流体供給経路と、ノズルを通過した流体を排出する排出経路とを設け、上記圧力増幅機構で増幅された圧力を検出する圧力検出装置において、上記圧力増幅機構は、フラッパーと、このフラッパーに先端を近接させたノズルと、このノズルの下流側であって上記排出経路に接続した比較圧力室と、ノズルの上流側であって上記流体供給経路に接続した増幅圧力導入室とを一組にした増幅ユニットを、１または複数備えるとともに、上記排出経路に抵抗発生手段を設け、この抵抗発生手段によって、圧力の検出開始ポイントにおけるノズル先端とフラッパーとの間隔を初期の設定値に設定する構成にした圧力検出装置。
2. 上記圧力増幅機構と区画された基準圧力室を備え、この基準圧力室と比較圧力室とを連通する連通路と、上記圧力増幅機構で増幅された圧力と上記基準圧力室の圧力との差圧を検出する差圧検出手段を備えた請求項１に記載の圧力検出装置。
3. 上記基準圧力室に流体供給経路を接続するとともに、上記連通路に絞りを設け、この絞りによって、上記検出開始ポイントにおける上記基準圧力室の圧力とこの基準圧力室と隣接する増幅圧力導入室の圧力とをほぼ等しく保つためのバイアス圧力を基準圧力室に作用させる構成にした請求項２に記載の圧力検出装置。

Images