JPH0143246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容積の測定方法及び測定装置、特に複
雑な形状の容積を容易に且高精度に測定すること
のできる新規な測定方法及び測定装置に関する。

従来、複雑な形状の容積を測定する場合には、
一般に、容積を測定すべき空室に水等の液体を注
ぎ込んでその注入量によつて容積を求める液体置
換法が知られているが、この方法は任意の容量の
被測定物に対応できる利点はあるものの、測定に
誤差を生じ易く精密な測定が困難であり、又測定
に時間を要するため、例えば内燃機関のシリンダ
−ヘツドの燃焼室容積の測定の如き工業製品の検
査としての容積測定には適さなかつた。

又、例えば特公昭54−3739号公報に見られるよ
うに、容積が既知のマスターを用意し、あらかじ
め等圧、等容積に調整しておいた２つの気体溜り
の一方を被測定室に連通し、他方をマスターに連
通し、連通後の両者の圧力差によつてマスターと
被測定室の容積差を求める比較測定法が知られて
いる。この様な測定法は基準のマスターと比較す
るものであるから、一定の被測定物の容量検査と
しては好適であるが、被測定物が数種類ある場合
にはその各々に対応する容量のマスターを用意す
る必要があり、況んや任意の容量の被測定物の容
量を測定することは出来なかつた。又測定に際し
ては、その都度２つの気体溜りの圧力を等しく調
整し、この圧力が等しく安定した後に各々の気体
溜りをマスターと被測定室に各々連通し、混合し
た気体の圧力が平均した後の両者の圧力差を比較
するものであるから、操作が繁雑であり、又マス
ターと被測定物の温度に差があつたり、あるいは
マスターと被測定物のセツト時に各々の初期内圧
に差があると測定誤差を生じるため慎重な取扱い
が必要であつた。

本発明の目的の１つは、複雑な形状の任意の容
積を、比較マスターを用いることなく容積に且高
精度に測定することのできる容積の測定方法を提
供することにある。

又、本発明の他の目的は、工業製品の検査とし
ての容積測定を容易に、高精度に、短時間に行う
ことが出来、しかも被測定物の蓋すべき開口形状
が著しく異ならない限り多種の容量の被測定物の
容量測定がそのまま可能な汎用性の高い容量の測
定装置を提供することにある。

本発明は容積を測定すべき密閉室に音速ノズル
を介して一定体積流量の圧力気体を注入し、圧力
気体の注入時間と密閉室内の圧力変化との関係か
ら容積を求めることによつて、複雑な形状の任意
の容積を比較マスターを用いることなく容易に且
高精度に測定することを可能にしたものである。
ここで音速ノズルとは断面積変化によつて通過流
体の流速を音速まで加速することのできる先細ノ
ズル、ラバール管等を意味するが、これらの音速
ノズルはノズル前後の圧力比がノズル形状で定ま
る臨界圧力比になると通過流体がそのスロート部
において音速に達し、ノズル前後圧力比がそれ以
上大きくなつても流速はもはや変化せず一定体積
流量となり、容易に定流量状態が実現出来る。特
にスロート部の後に未広管を備えるラバール管は
僅かなノズル前後圧力比で臨界状態に達するため
好都合である。例えばラバール管の設計条件によ
つてはノズル前後圧力比が１：0.94で臨界状態に
達することが出来る。このような音速ノズルの臨
界状態における一定体積流量で容積を測定すべき
密閉室に圧力気体を注入すれば、該密閉室内の圧
力は除々に上昇するが、ノズル前後圧力比が臨界
圧力比以上に維持されている間は一定体積流量が
維持される。ノズル前面圧力を充分に高く設定し
ておくことによつて、この一定体積流量が維持さ
れる時間は充分長くすることが出来るが、僅かな
ノズル前後圧力比で臨界状態に達することの出来
る音速ノズルを選定すれば条件設定がより容易に
なる。この音速ノズルを介した一定体積流量の圧
力気体の注入過程で任意の時点T₁からT₂までの
注入時間をとらえれば、 T₁時点の被測定密閉室内の空気量Q₁及びT₂
時点の同空気量Q₂をノズル前面圧力下に換算
すると P₁・Ｖ＝Ｐ・Q₁ Q₁＝P₁・Ｖ／Ｐ P₂・Ｖ＝Ｐ・Q₂ Q₂＝P₂・Ｖ／Ｐ 但し、 Ｐ…ノズル前面の絶対圧力 Ｖ…被測定密閉室の容積 P₁…T₁時点の被測定密閉室内の絶対圧力 P₂…T₂時点の被測定密閉室内の絶対圧力 T₁時点からT₂時点までの圧力気体の注入時
間Ｔによる注入空気量は音速ノズルを通過した
空気量に等しいから Ｔ・Ｋ＝Q₂−Q₁ 従つて、 Ｔ・Ｋ＝P₂・Ｖ−P₁・Ｖ／Ｐ Ｖ＝Ｋ・Ｔ・Ｐ／P₂−P₁ P₂−P₁は即ちT₁時点からT₂時点までの被測
定密閉室内の圧力変化△Ｐであるから、 Ｖ＝Ｋ・Ｔ・Ｐ／△Ｐ つまり求める容積Ｖは前式で算出することが
できる。実際の測定に際しては、あらかじめ注
入時間Ｔを決めておいてこの時間内における圧
力変化△Ｐを計測しても良いし、あるいはあら
かじめ決めておいた圧力変化△Ｐに至るまでの
注入時間を計測しても良い。

尚、音速ノズルの流量係数は気体の音速が温
度により変化するため、音速ノズルを通流する
気体の温度によつて僅かではあるが変化する。
通流気体が空気の場合でこの流量係数の変化は
１℃につき0.1％〜0.2％程度である。従つて、
より精密な容積を求めるためには通流気体の温
度を計測してこれにより流量係数Ｋを修正する
ことが望ましい。しかしながら、室温が常に一
定に維持された実験室内での計測のように通流
気体の温度が常に一定の場合、あるいは必要と
する精度によつては、この温度による流量係数
に変化を無視することができる。

このように本発明方法は、容積を測定すべき密
閉室に、流量係数が既知の音速ノズルを介してそ
の臨界状態における一定体積流量で圧力気体を注
入し、圧力気体の注入時間Ｔと、その時間Ｔにお
ける密閉室の圧力変化△Ｐと、音速ノズルの流量
係数Ｋと、音速ノズルの前面側絶対圧力Ｐとから
次式により容積Ｖを求めることを特徴とする容積
の測定方法であるから、 Ｖ＝Ｋ・Ｔ・Ｐ／△Ｐ 複雑な形状の任意の容積を、比較マスターを用
いることなく容易に測定することができ、しかも
液体置換法のように測定誤差を含む要因が少なく
高精度で測定することができる。

次に図面に示す実施例に基づき本発明装置を説
明する。

図面において１は被測定物である内燃機関のシ
リンダーヘツドを示している。このシリンダーヘ
ツドはその凹部２の容積が内燃機関の性能に影響
を与えるため加工後の製品の凹部容積を検査とし
て精密に測定する必要があり、又その凹部形状は
曲線が組み合わされたものであり、さらにプラグ
３を取り付けた状態で容積を求める必要があるた
めその形状は比較的複雑なものとなる。４はこの
シリンダーヘツドの凹部２の開口部を蓋して所定
の被測定密閉室を形成する治具プレートであり、
図示されていない支持台等に着脱自在に固定され
ている。この治具プレート４に音速ノズル５と圧
力センサ６とが設けられている。この音速ノズル
５の前面側はバルブ７、フイルター８、定圧装置
９，１０を介して圧力気体供給装置（図示せず）
に接続されている。この圧力気体供給装置として
はコンプレツサー等を専用に設けても良いが、工
場内に配管されている圧力エアー等を使用しても
良く、いずれにしてもこの前面側圧力は一定に維
持しておく。１１は音速ノズルの前面側絶対圧力
を測定する絶対圧力センサであり、又１２は音速
ノズル５に流入する気体の温度を検知する温度セ
ンサであり、これらの圧力及び温度と共に前記圧
力センサ６の検知した圧力が各々電気信号として
制御ボツクス１３内の演算装置に導かれている。
又制御ボツクス１３内には計時装置としてタイム
カウンターが設けられており、このタイムカウン
ターは被測定室である凹部２内の圧力が第１の圧
力P₁になつたら作動し、第２の圧力P₂になつた
ら停止するようになされており、これによつて凹
部２内の圧力がP₂−P₁即ち△Ｐ変化するのに要
する時間を計測する。演算装置１３はこれらの情
報をもとに被測定密閉室である凹部２の容積を算
出し表示する。

尚、図面において１４はシリンダーヘツド１を
治具プレート４に圧接保持するためのクランプ装
置、１５はクランプ装置を作動させるためのシリ
ンダー装置、１６は電磁弁、１７はフイルター、
１８は定圧装置である。

測定に際しては、先ず被測定物であるシリンダ
ーヘツド１を治具プレートの所定位置におき、ク
ランプ装置１４によつて気密的に圧接する。次に
バルブ７を開いて圧力気体を導き音速ノズル５を
介して被測定室である凹部２に一定体積流量の圧
力気体を注入する。この圧力気体の注入によつて
凹部２内の圧力が第１の圧力P₁になるとタイム
カウンターが作動し、次に第２の圧力P₂になる
とタイムカウンターが停止し、P₁からP₂まで圧
力が変化するのに要した時間Ｔを計時する。圧力
P₂とP₁の差、即ち圧力変化△Ｐはあらかじめ定
数として演算装置に記憶されている。そして演算
装置が圧力変化△Ｐと圧力気体の注入時間Ｔと、
絶対圧力計１１の計測した音速ノズルの前面側絶
対圧力Ｐと、音速ノズルの流量係数Ｋとから容積
Ｖを算出し表示する。又この実施例では音速ノズ
ルを通流する圧力気体の温度を温度センサ１２で
検知し、この温度情報を演算装置に入力して音速
ノズルの流量係数を温度補正しているが、この温
度補正は使用条件によつては省略することが出来
る。又音速ノズルの前面側圧力を常に一定に維持
できる場合には定数として扱えるので絶対圧力セ
ンサ１１と演算装置の連結は要しない。

本発明装置はこのように容積を測定をすべき空
室の開口部を蓋して所定の被測定密閉室を形成す
る治具プレートと、該治具プレートに設けられ前
記密閉室に臨む音速ノズルと、該音速ノズルを介
して前記密閉室に圧力気体を注入する圧力気体供
給装置と、この圧力気体の供給圧力を調整して前
記音速ノズルの前面側圧力を一定に維持する定圧
装置と、前記治具プレートに設けられ前記密閉室
に臨む圧力センサと、前記密閉室に圧力気体が注
入された時間を測定する計時装置と、圧力気体の
注入時間と前記密閉室内の圧力変化と音速ノズル
の流量係数と音速ノズルの前面側絶対圧力とから
容積を算出する演算装置とから成る容積の測定装
置であるから、被測定物の開口部を蓋して被測定
密閉室を形成する治具プレートに音速ノズルと圧
力センサとが設けられているので、被測定物を治
具プレートにセツトするだけで測定準備が出来、
又測定自体も定圧装置によつて一定圧力に調整さ
れた圧力気体を音速ノズルに導くバルブ等を操作
するのみで、圧力気体の注入時間を計時装置が計
測し、その注入時間に対応する密閉室内の圧力変
化を圧力センサが検知し、これらの情報から演算
装置が容積を算出するので極めて容易で、短時間
に行うことが出来、又誤差を含む要因が少なく高
精度の容積測定が可能である。又比較マスターを
用いるものでないので、任意の容積のものを測定
することが出来、被測定物の蓋すべき開口形状が
治具プレートによつて蓋し得る範囲ならば多種の
被測定物にそのまま応じることが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明装置の一実施例を示す系統図であ
る。 符号の説明、１……シリンダーヘツド、２……
凹所、４……治具プレート、５……音速ノズル、
６……圧力センサ、７……バルブ、９，１０……
定圧装置、１１……絶体圧力センサ、１２……温
度センサ、１３……制御ボツクス、１４……クラ
ンプ装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容積を測定すべき密閉室に、流量係数が既知
   の音速ノズルを介してその臨界状態における一定
   体積流量で圧力気体を注入し、圧力気体の注入時
   間Ｔと、その時間Ｔにおける密閉室の圧力変化△
   Ｐと、音速ノズルの流量係数Ｋと、音速ノズルの
   前面側絶体圧力Ｐとから次式により容積Ｖを求め
   ることを特徴とする容積の測定方法。 Ｖ＝Ｋ・Ｔ・Ｐ／△Ｐ ２ 容積を測定すべき空室の開口部を蓋して所定
   の被測定密閉室を形成する治具プレートと、該治
   具プレートに設けられ前記密閉室に臨む音速ノズ
   ルと、該音速ノズルを介して前記密閉室に圧力気
   体を注入する圧力気体供給装置と、この圧力気体
   の供給圧力を調整して前記音速ノズルの前面側圧
   力を一定に維持する定圧装置と、前記治具プレー
   トに設けられ前記密閉室に臨む圧力センサと、前
   記密閉室に圧力気体が注入された時間を測定する
   計時装置と、圧力気体の注入時間と前記密閉室内
   の圧力変化と音速ノズルの流量係数と音速ノズル
   の前面側絶対圧力とから容積を算出する演算装置
   とから成る容積の測定装置。