JP5717541B2 - 圧力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、接液ダイヤフラムを介して封液が封入された圧力測定装置に関し、装置の姿勢に基づく測定誤差の改善を図った圧力測定装置に関する。

図３はハンディ及びポータブルのマノメータ・圧力キャリブレータなどに用いられる差圧測定装置１０（振動式センサ）の要部概略断面図である。
図３において、１はシリコンセンサからなる検出部、２は保護部であり、これらは導圧路３ａ，３ｂを介して連結されている。検出部１は測定すべき差圧を電気信号に変換して出力し、保護部２は導入圧力に対して検出部１を保護する。この検出部１の構成は周知のとおりであるから説明は省略する。

保護部２は主として、ボディ４ａ,４ｂ、センターダイヤフラム５、接液ダイヤフラム６ａ，６ｂで構成されており、センターダイヤフラム５を挟んで、左右にそれぞれボディ４ａ,４ｂが配設され、それぞれの外周ないし周縁部は互いに接合されている。

また、ボディ４ａ,４ｂには、それぞれ同じ空間７ａ，７ｂおよび導圧路３ａ，３ｂが形成されている。空間７ｂはボディ４ｂの左側面にこれと同軸のすり鉢状に形成され、導圧路３ｂはボディ４ｂの上部付近を貫通するとともに検出部１の図示してない導圧空間に連通している。

ボディ４ｂの右側面は断面が波形に形成され、この波形とほぼ同じ形状の接液ダイヤフラム６ｂが、ボディ４ｂの右側面との間に空間８ｂをもってその周縁で固着される。
以上のことは、左側のボディ４ａについても実質的に同様である。
そして、各接液ダイヤフラム６ａ，６ｂと接する空間７ａ、７ｂ導圧路３ａ,３ｂからなる空間には、それぞれ圧力伝達用流体としてのシリコンオイル（封入液）が充填される。

上述の構成において、測定すべき圧力がそれぞれ各接液ダイヤフラム６ａ，６ｂで受圧されると、その各導入圧力は、導圧路３ａ，３ｂを経て検出部１に伝達される。検出部１では、各導入圧力に基づく差圧が周知の検出手段によって電気信号に変換され出力される。

特開平５−７２０６８号公報 特開昭６２−２０７９２４号公報 特開平８−２１９９１９号公報

ところで、図３に示す従来の差圧測定装置においては、検出部に差圧を導入するために
接液ダイヤフラムで受けた圧力を封入液を介して伝えている。そのため、測定装置の姿勢が変わると検出部１の受圧部（図示省略）に封入液の質量による圧力が変化する構造となっている。

図４（ａ）は図３に示すような差圧測定装置でフルスパンが１３０ｋＰａのものを用い、例えば保護部１を構成するセンターダイヤフラム５を重力に対して垂直にした状態から左右に９０度傾けた場合の出力変化を示すものである。封入液の質量がダイヤフラムに加わるため、ゼロオフセットを含んだ状態で誤差が変化している。

即ち、＋９０度側では０．１１ｋＰａの誤差が発生し、−９０度側では０．１６ｋＰａ
程度の誤差となっている。この例ではフルスパンの１３０ｋＰａに対する誤差は、
（０．１１＋０．１６）／１３０＝０．００２０７６９となり、プラス・マイナスそれぞれの側の変化は０．１％程度となっている。

図４（ｂ）のイで示す線分はオフセットを含んだ状態で装置を左右に９０度傾けた場合の出力変化を示すグラフ、ロで示す線分はオフセットを補正した状態を示すものである。図に示すように、ロで示す線分も姿勢に基づく誤差を含んで出力される。

従って、姿勢を固定して使用する場合は、ゼロオフセット値が固定されるため、オフセットを減算して使用することが可能である。しかし、可搬形の機器では、使用状態によって姿勢が変化するため、ゼロオフセット補正後にオフセットの変化と測定値の区別ができない。という課題があった。

従って本発明は、振動式センサを使用した場合、姿勢が変化しても、オフセット値を自動補正することで、姿勢に影響しない圧力測定装置を実現することを目的としている。

中央部にセンターダイヤフラムが形成された本体と、該本体の両側面にすり鉢状の凹部
が形成され該凹部を覆うと共に周縁が固定された接液ダイヤフラムと、前記本体内または
本体の近傍に形成された圧力検出部と、前記凹部と圧力検出部を連結して形成された導圧
路と、前記凹部および導圧路に封入された封入液からなる圧力測定装置において、前記本
体内または本体の近傍に該本体の傾きを検出する傾斜検出手段を設け、前記圧力検出部と
傾斜検出手段の出力に基づいて前記圧力検出部の出力を、
前記センターダイヤフラムの平面が重力に対して直角に傾いた状態を誤差の最大値とし
、センターダイヤフラムの平面が重力に対して任意角度θに傾斜した状態の前記圧力検出
部出力を前記最大値に任意角度θを乗算した値で補正する補正演算手段を設けたことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１によれば、圧力検出部と傾
斜検出手段の出力に基づいて前記圧力検出部の出力を補正する補正演算手段を設けたので
傾斜による誤差のない圧力測定装置を実現することができる。

本発明の圧力測定装置の実施形態の一例を示すブロック構成図（ａ）、補正前のゼロシフトが残った状態の線分イおよび補正後の線分ロを示す図（ｂ）、差圧検出器の出力を±９０度で補正した場合の出力誤差を示す図（ｃ）である。 圧力測定装置の重力に対する傾きと圧力測定装置の出力誤差の関係を示す図である。 差圧測定装置の一般的な構成を示す断面図である。 傾斜補正とオフセット補正のない圧力測定装置の出力を示す図（ａ）及びオフセット補正を行った圧力測定装置の出力を示す図（ｂ）である。

はじめに図２を用いて圧力測定装置の重力に対する傾きと圧力測定装置の出力誤差の関係について説明する。
図２において、５は図３に示すセンターダイヤフラムであり、重力の方向Ａに対してθ度傾いた状態を示している。Ｂは装置の姿勢に基づいて生じる測定誤差を示すもので、
「封入液の質量×ｓｉｎθに比例した力」として表すことができる。

図１（ａ）において、１０は圧力測定装置（振動式センサ）であり、例えば図３に示す圧力測定装置が用いられる。１１は傾斜センサである。この傾斜センサ１１はセンターダイヤフラムの傾きに追従し、重力に対して０〜９０度の傾きを検出可能とするために圧力測定装置の本体内または本体の近傍に配置されている。１２は演算手段で圧力測定装置１０と傾斜検出手段１１の出力に基づいて圧力検出部の出力を補正して出力する。１３は補正された圧力を表示する圧力表示手段である。

即ち、本発明においては、傾斜センサの傾きが０、＋９０度、−９０度のときの圧力測定装置のオフセット値ＯＦＦ０、ＯＦＦ＋９０、ＯＦＦ−９０を記録する。
そして、θ＜０の場合 補正値＝（測定値−ＯＦＦ０）−ＯＦＦ＋９０×ｓｉｎθ
θ＞０の場合 補正値＝（測定値−ＯＦＦ０）+ ＯＦＦ−９０×ｓｉｎθ
を演算手段１２により演算する。

図１（ｂ）は補正前のゼロシフトが残った状態の線分イおよび補正後の線分ロを示すもので誤差はほぼ０となっている状態を示している。

図１（ｃ）は本発明者らが（株）横河電機製 高精度圧力センサモジュール 型式ＭＵ１０１を用いて実験を行った結果を示すグラフである。グラフは差圧検出器の出力を±９０度で補正した場合の出力誤差を示すもので、線分ハは０〜＋９０度〜−９０度に傾けた場合のヒステリシスを含む誤差を示している。

図によれば、誤差は±０．００２ｋＰａ以内となっており、傾斜によるゼロの変化が０．１％→０．００２％に減少させることができた。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。本実施例では差圧検出器について説明したが、空間に封液を封入して圧力を測定するものであれば、単なる圧力計であっても良い。

また、本実施例では誤差補正手段として傾斜センサを用いたが、デュアルレンジの圧力センサを用い、一方の圧力センサで圧力を測定し未使用のセンサを、傾斜によるオフセット補償用に利用するように構成しても良い。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１ 検出部（振動式シリコンセンサ）
２ 保護部
３ 導圧路
４ ボディ
５ センターダイヤアラム
６ 接液ダイヤアラム
７、８ 空間
１０ 振動式センサ
１１ 傾斜センサ
１２ 演算手段
１３ 表示手段

Claims (1)

1. 中央部にセンターダイヤフラムが形成された本体と、該本体の両側面にすり鉢状の凹部
   が形成され該凹部を覆うと共に周縁が固定された接液ダイヤフラムと、前記本体内または
   本体の近傍に形成された圧力検出部と、前記凹部と圧力検出部を連結して形成された導圧
   路と、前記凹部および導圧路に封入された封入液からなる圧力測定装置において、前記本
   体内または本体の近傍に該本体の傾きを検出する傾斜検出手段を設け、前記圧力検出部と
   傾斜検出手段の出力に基づいて前記圧力検出部の出力を、
   前記センターダイヤフラムの平面が重力に対して直角に傾いた状態を誤差の最大値とし
   、センターダイヤフラムの平面が重力に対して任意角度θに傾斜した状態の前記圧力検出
   部出力を前記最大値に任意角度θを乗算した値で補正する補正演算手段を設けたことを特徴とする圧力測定装置。