JPH0213949Y2

JPH0213949Y2 -

Info

Publication number: JPH0213949Y2
Application number: JP15489283U
Authority: JP
Priority date: 1983-10-04
Filing date: 1983-10-04
Publication date: 1990-04-17
Also published as: JPS6061634U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は圧力測定装置に関し、詳しくは、圧力
センサに歪ゲージ式ロードセルを使用し圧力式の
液位計に好適な圧力測定装置に関する。

［背景］圧力式液位計の分野においては、取扱いの容易
性から、従来より、シリコン拡散型等の半導体圧
力センサを用いた装置が広く普及している。しか
し、計測における総合精度は半導体圧力センサ自
身の精度に大きく依存する。これに加えて、この
センサは一般に非直線性の変換特性を有し、温度
依存性及び経年変化も顕著であることから、工業
電子計測器としてかなり精選されたセンサ単体を
使用した場合でも、総合精度で0.5％F.S.（フル・
スケース）程度が限界となつている。したがつ
て、この半導体圧力センサ方式は、高い分解能を
要求される。例えばダム等の水位変化の測定用に
はなじみ難い。

他方、これとは別に、従来より歪ゲージ式ロー
ドセルを使つた圧力式液位計も知られている。こ
の歪ゲージ式ロードセル方式は、基本構造とし
て、測定すべき圧力に応じて受圧方向に弾性変形
をなすベロー等の受圧部材と、圧力を歪変形を介
して電気信号に変換する歪ゲージ式ロードセル
と、上記受圧部材の受圧変位を上記歪ゲージ式ロ
ードセルに伝達する伝達系とからなる。しかし、
伝達系を介するので内部構造が複雑化することに
加え、これら基本構成要素の夫々に問題を有して
いることから希望する測定精度を得難く、これゆ
え上記半導体式のものに代替せられたというのが
実状である。

ところで、上記基本構成要素の問題とは、ま
ず、第一に受圧部材が圧力（可変）を受けても受
圧方向に真直ぐに変位するとは限らず、域る場合
には蛇行的に（くねるように）変形するというこ
とである。第二に伝達系に用いられる軸体には摩
擦による圧力（リング状の軸受を用いるような場
合には影響がより大きい）や受圧部の変動に応じ
て軸体も揺動的に変動し、受圧方向の圧力成分を
有効に伝達し得ないことである。そして、第三に
は、従来より提供される歪ゲージ式ロードセルに
は単体での精度がとりわけ良好なものがなかつた
という事実である。しかしながら、近時、軽重量
測定用の歪ゲージ式ロードセルに高精度のもの
（例えば(株)ミネベア製・型式U3B1など、ロード
セル単体で0.1〜0.03％F.S.のもの）が開発され、
これによつて上記第三の問題は一応解消できるこ
ととなつた。そこで、本考案者らは、この高精度
の歪ゲージ式ロードセルを用いて、二、三の圧力
測定装置を試作したが、装置の測定精度はロード
セル単体の精度（0.1〜0.03％F.S.）より低い精度
（0.1〜0.3％F.S.）にとどまるものであつた。これ
は、前記第１，第２の問題即ち受圧構造および圧
力伝達構造の問題が依然として装置全体の測定精
度に大きく影響しているためであると考えられ
る。

［考案の目的］そこで、本考案の目的は、圧力測定装置の総合
測定精度を高精度歪ゲージ式ロードセル単体の精
度に限りなく近づけるようにすること、すなわ
ち、具体的には上記第一及び第二双方の問題を一
挙に解消することである。

［考案の要旨］上記目的を達成するため、本考案者らが討究を
重ねた結果、圧力伝達系の両端を点接触にすれば
よいとの着想を得、それを本考案で具体化した。
すなわち本考案は、受圧部材の反受圧面側の中心
にピボツト軸受を設けるとともに、このピボツト
軸受と相対向していま一つのピボツト軸受を歪ゲ
ージ式ロードセルに設け、これらピボツト軸受間
に、両軸端を夫々上記ピボツト軸受の凹面に適合
するピボツトに形成したピボツト軸を支承したこ
とを特徴とする。このピボツト係合機構によつ
て、ロードセルに、測定圧が測定圧伝達構造の摩
擦，揺動等の影響なく垂直方向（受圧方向）にの
み有効に伝達され、ロードセル自身の精度をもつ
て装置測定の精度を実現したものである。

［実施例］以下、本考案を添付図面に示す実施例によつ
て、より具体的に説明する。

第１図は一実施例の構造図である。この実施例
に係る圧力測定装置は、ダムや高架水槽の液面測
定に適用される、いわゆる投込式の圧力発信器
で、弾性変形をなすベロー１を設けた基台２に高
精度の歪ゲージ式ロードセル３（以下、ロードセ
ルと略称する）を収容するケーシング４を液密に
設けている。すなわち、ロードセル３を収容する
ケーシング４は、ベロー受圧面１ａを溶接接合し
た基台２にＯリング５を介し密に結合されるとと
もに、ケーシング４の上部開口５をこの開口５か
ら引き出されるケーブル６とともに、ケーブルシ
ール７によつて密に封止さている。ロードセル３
には、抵抗からなるブリツジ回路が内蔵され、電
源供給線８と受圧信号送信線９とが接続されてい
る。これらの電線８，９は細い中空パイプ１０と
ともにケーブル６内に挿通されている。ケーブル
６は図中見やすいように切断されているが、ケー
シング４の開口５から所要の長さにわたり上方に
延在する。なお、中空パイプ１０は液密のケーシ
ング４に外気を自由に取り入れて大気圧を相殺
し、絶対圧を測定するためのものであ。

基台２には、必要に応じ据置用の脚柱１１が複
数本連設される。脚柱１１は、例えばダムの底の
適宜箇所据置かれる。基台２には、また、ベロー
１を回つてこのベローを保護する筒体１２が固定
される。基台２を挟み筒体１２と反対側に、支柱
状の金具１３，１３，…が固定され、ロードセル
３は金具１３，１３，…の上端に架設固定された
ロードセル固定金具１４に固定されている。

一方、ベロー１の受圧面１ａには圧力Ｐを受け
る硬質・円板状のベロー頂部１５が形成されてい
る。受圧面１ａを挟みこのベロー頂部１５と反対
側、すなわちベロー１の反受圧面側でベロー受圧
面１ａの中心（ベロー頂部１５の軸方向中心と一
致する）に凹面の中心を一致させてピボツト軸受
１６が固定されている。そしてこのピボツト軸受
１６の中心を通る中心線１７上に凹面の中心を有
するようにいま一つのピボツト軸受１８がロード
セル３に固定されている。ピボツト軸受１６とピ
ボツト軸受１８との間には、軸端にピボツト１
９，２０を形成した１本のピボツト軸２１が支承
される。

ピボツト１９の先端はピボツト軸受１６の凹面
の丸味に適合する丸味を有し、ピボツト２０の先
端もピボツト軸受１８の凹面の丸味に適合する丸
味を有している。

ベロー頂部１５が圧力Ｐを受けベロー１が弾性
変形する。ピボツト軸受１６が上方へ変位しよう
とする。このとき、中心線１７に対しピボツト軸
受１６が微小角度左右に揺動してもピボツト係合
による点接触のため、ピボツト軸２１は左右に揺
動せず、中心線１７に沿つてのみ変位する。この
変位に基づく圧力は、いま一つのピボツト２０の
先端を介してピボツト軸受１８に真直ぐに伝達さ
れ、ロードセル３の荷重受け部に垂直に作用す
る。ロードセル３自身は、ねじれや曲りを生じる
ことなく荷重を垂直に受ける。また、ピボツト軸
２１には、中心線１７に沿つてピボツト軸の変位
を妨げる摩擦力等は一切作用しない、このため、
受圧Ｐはこのピボツト軸２１を介して直接ロード
セル３に伝達される。したがつて、ロードセル３
の有する精度（0.1〜0.03％F.S.）がほぼこの測定
装置の総合測定精度と等しいものとなる。

本考案の実施例に係る装置は、ダム水位の測定
に好適である。一般にダムは広汎な開表面を有
し、わずか１cmの水位でも大量の水量に換算され
る。ほとんどのダムは水位を計測してダム水量管
理を行つているので、水位測定の重要性は高い。
また、ダムの特性として満水期と渇水期の水位変
動は大きく10ｍ〜30ｍとなるのが通常である。従
つて、現在ではほとんどがフロート式水位計が使
用されている。しかし、フロート式は付帯設備の
設備費が大きく、かつ、冬期氷結によるトラブル
やメカニズム方式ゆえの定期保守が必要なことな
ど問題が多い。これに対し、圧力式はダムの底に
実施例のような圧力発信器を据付けるだけで測定
できるため、フロート式の問題点はすべて解決さ
れる。しかし、前述のように水位変動が大きいた
め測定範囲を大きくとる必要があり、しかも、１
cmの分解能が必要なため、なかなか実現しなかつ
た。

本考案によれば0.03％F.S.の精度も可能である
ので、測定範囲30ｍに対し１cmの測定が可能であ
る。また、高架水槽の液面測定はその保守が20ｍ
〜30ｍの高所作業となり危険をともなうが、本考
案に係る装置を使用すれば、第２図に示すよう
に、圧力発信器（第１図に示したものと同様の装
置）を地上に設置し、高架水槽２２からパイプ２
３で液圧を基台２にＯリング２４を介して連結し
たタンク２５内に導き、測定することも可能とな
る。即ち一般の高架水槽の液面変化は３ｍ〜５ｍ
であるから、0.03％F.S.の精度のものを使用すれ
ば３ｍ／30ｍで一般工業測定器並の0.3％F.S.の
測定が地上にて安全に実現できることになり実用
上極めて有用である。

尚、上記実施例では、測定すべき圧力に応じて
軸方向に弾性的に変位する受圧部材をベローとし
たが、これに限らずダイヤフラムないしダイヤフ
ラム相当の弾性部材を使用することもできる。

［効果］以上のように、本考案によれば受圧部材からの
圧力をピボツト係合機を介し、伝達損失なく高精
度の歪ゲージ式ロードセルに伝達するように構成
したので、装置の側定精度を歪ゲージ式ロードセ
ル単体の精度とほぼ同等とすることができ、高精
度の圧力測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の構造図、第２図は
その応用例を示す図である。１……ベロー、２……基台、３……歪ゲージ式
ロードセル、６……ケーブル、１６，１８……ピ
ボツト軸受、１９，２０……ピボツト、２１……
ピボツト軸。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】弾性変形をなす受圧部材の変位を軸体を介して
歪ゲージ式ロードセルに伝達し圧力を電気信号に
変換する圧力測定装置において、上記受圧部材の反受圧面側の中心にピボツト軸
受を設けるとともに、このピボツト軸受と相対向
していま一つのピボツト軸受を上記歪ゲージ式ロ
ードセルに設け、これらピボツト軸受間に、両軸
端を夫々ピボツトに形成したピボツト軸を支承し
たことを特徴とする圧力測定装置。