JPH02253132A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、流体などの圧力を検出する圧力センサに関
し、特に、広範囲な測定レンジを持つ圧力センサに関す
る。

［従来の技術］ 圧力センサは、その使用目的によって非常に多くの種類
があるが、流体などの圧力を検出するための圧力センサ
は、一般に、圧力を受けて変位するダイアフラム（受圧
手段）がスプリングなどの付勢力とつりあったとき、そ
の変位量から圧力を検出するようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ 圧力センサの使用環境は使用目的によって全く異なるが
、精密な測定精度が求められ、しかも広範囲な測定レン
ジが要求される場合も少なくない。例えば、自動車用冷
房装置の蒸発器や膨張弁などに圧力センサを用いる場合
、運転条件や気象環境などの相異によって非常に広い測
定レンジが要求される。しかも冷房装置の正確な制御を
行うためには、冷媒圧力などを高い精度で測定しなけれ
ばならない。また、例えば自動給湯器において、浴槽内
の給湯面の制御などに用いられる場合には、圧力センサ
を取り付ける位置が住宅環境などによって千差万別であ
るため、非常に広い測定レンジ（例えば１０００　ｃｍ
Ａｑ）が要求され、しかも湯面の高さはｌｃ＋ａ単位の
精度で検出しなければならない。

このように、測定精度が高くかつ広範囲な測定レンジを
必要とする場合、従来は、受圧手段の変位量をその全ス
トロークの例えば１ｏｏｏ分の１単位程度で検出する、
高精度の検出手段を設けなければならないため、圧力セ
ンサが非常に高価なものとなっていた。

本発明は、従来のそのような欠点を解消し、受圧手段の
変位量自体はそのように高精度に検出する必要がなく、
しかも広範囲な測定レンジを高精度で測定することがで
きる圧力センサを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の圧力センサは、
流体などの圧力を受けて変位するように設けられた受圧
手段と、」１記流体などの圧力に抗して上記受圧手段を
付勢する付勢手段と、」１記受圧手段が上記流体などか
ら受ける圧力と上記付勢手段から受ける付勢圧との差圧
を検出する差圧検出手段と、上記差圧検出手段からの出
力信号を入力して、上記差圧が所定の一定値になるよう
に」１記付勢手段の付勢力を制御するステップモータと
を有し、上記ステップモータの回転角度から、」１記流
体などの圧力を検知するようにしたことを特徴とする。

［作用］ 差圧検出手段に加わる差圧はいつも所定の一定値ＰＯに
なるように制御される。したがって、付勢圧をＡとした
とき、Ｐ＝Ａ＋ＰＯで求まる流体等の圧力Ｐは付勢圧Ａ
だけから検知することができる。この付勢圧Ａは、付勢
圧の制御を行うステップモータの回転角度ωから算出す
ることができるから、流体などの圧力Ｐを、ステップモ
ータの回転角度ωから検知することができる。

［実施例］ 図面を参照して実施例を説明する。

第１図において、ｌａ及び１ｂは上下ハウジングであり
、下ハウジングｌｂの中央部に穿設された受圧孔２は、
被測定流体が入った管路などに連通接続される。３は、
可撓性のある薄膜よりなるダイアフラム（受圧手段）で
あり、上下ハウジングｌａ、ｌｂの間を気密に仕切って
いて、受圧孔２から受圧室４に入る流体の圧力を受けて
、上下方向に変位する。

ダイアフラム３の上面には円板状の受は板５が当接して
おり、受は板５の中央にはロッド６が立設されている。

７は、上ハウジング１ａに固定された固定円板であり、
固定円板７と受は板５との間に感圧素子（差圧検出手段
）８が挟み込まれて配置されている。したがって、受圧
室４内の圧力が高まると感圧素子８の受ける圧力が高ま
る。感圧素子８は、上下方向から挟み込む圧力を電気信
号に変換して出力するものであり、歪ゲージなどを用い
ることができる。この実施例の感圧素子８は、例えばＯ
〜２０ｃＩＩＩＡｑの範囲で、１　ｃｍＡｑ程度の精度
で圧力を検出することができる。

ロッド６は、固定円板７の中央に穿設された孔を通って
、上方に突出している。９及びｌＯは一対のばね受けで
あり、その間に圧縮コイルスプリング（付勢手段）１１
が挟着されている。上側のばね受けｌＯは、ねじ棒１２
によって上方から押えられている。したがって、コイル
スプリングｌｌは、ロッド６及び受は板５を介してダイ
アフラム３を、流体の圧力に抗して下方に付勢する。

その結果、コイルスプリング１１の付勢力分だけ、感圧
素子８の受ける圧力が小さくなる。つまり、感圧素子８
は、ダイアフラム３が流体などから受ける圧力とコイル
スプリング１１から受ける付勢圧との差圧を検出するこ
とになる。１３は、上記コイルスプリング１１より弱い
ばね力を有する補助コイルスプリングであり、ダイアフ
ラム３を弱い力で下方から上方に付勢している。

１５は、上ハウジングｌａ内に回転自在に配置されて、
ステップモータ１６によって回転駆動される駆動歯車で
あり、ねじ棒１２と螺合している。ねじ棒１２には図示
されていない回転止めが設けられており、上ハウジング
ｌａに対して軸線方向（即ち上下方向）には進退自在で
あるが、軸線回りに回転することはできない。したがっ
て、ステップモータ１６によって駆動歯車１５を回転さ
せると、ねじ棒１２が軸線方向に進退駆動され、コイル
スプリング１１の付勢力が変化する。

２０は、マイクロコンピュータであり、中央演算装置（
ＣＰＵ）２１、メモリ２２及び入出力インタフェイス２
３などにより構成されている。そして、入出力インタフ
ェイス２３の入力端には、感圧素子８の出力端が、アナ
ログ／デジタル変換器２４を介して接続され、入出力イ
ンクツーイス２３の出力端は、ステップモータ１６の駆
動回路２５及び、圧力を表示する表示装置２６に接続さ
れている。表示装置２６の駆動回路は、その内部に内蔵
されている。

次に、上記実施例装置の動作について説明す本発明の特
徴は、差圧検出手段（感圧素子）８が常に同じ出力値Ｘ
ｏを出力するようにコイルスプリング１１の付勢圧を制
御することにある。第２図は、感圧素子８の受ける圧力
と出力（電圧）との関係を示しており、測定範囲の中心
付近の出力値がＸｏであり、その時の圧力がＰＯである
。

つまり、本実施例においては、感圧素子８が常に同じ圧
力Ｐ、を受けるようにコイルスプリングｌｌの付勢圧が
制御される。この制御はマイクロコンピュータ２０によ
って、ステップモータ１６の回転角度ωを制御すること
によって行われる。ステップモータ１６は、フィードバ
ック制御を行うことなく回転角度ωの制御を正確に行う
ことができる。付勢圧とωとの関係は予め計算または測
定しておいたデータを用いる。

感圧素子８の出力Ｘは、受圧室４内の流体圧Ｐとコイル
スプリング１１の付勢圧Ａとの差圧に相当しており、そ
の差圧が常に一定値Ｐｏ　（ｘ＝ＸＯ）になるように制
御される。したがって、第３図に示されるように、付勢
圧ＡにＰＯを加えた圧力値Ｐが流体圧となる。

即ち、流体圧Ｐは、Ｐ：＝Ａ＋Ｐｏである。

そして、付勢圧Ａはステップモータ１６の回転角度ωか
ら算出することができ、その回転角度ωは、前述したよ
うに、ステップモータ１６側から信号をフィードバック
する必要がなく、マイクロコンピュータ２０からステッ
プモータ１６への出力信号そのものによって検知するこ
とができる。

そして、マイクロコンピュータ２０において、所定圧力
値Ｐａと、ステップモータ１６の回転制御信号とから、
流体圧Ｐが算出され、その結果が表示装置２６に出力さ
れて流体圧Ｐが表示される。

したがって、コイルスプリング１１による付勢圧Ａの変
化幅を広くとれば、その幅と同じ非常に広い圧力測定範
囲（例えば１０００　ｃｍＡｑ）を得ることができる。

第４図は、上記の動作を行うためにマイクロコンピュー
タ２０のメモリ２２に記憶されたソフトウェアを示すフ
ローチャートである。Ｓはステップを示す。

ここでは、まずｓｌで、感圧素子８の出力Ｘを読み込ん
で、Ｓ２で、Ｘ＞ＸＯ（ＸＯは定数）のときは、Ｓ３で
、ステップモータ１６の回転角度ωを１ステップ大きく
して付勢圧Ａを太きくしてｓｌに戻る。Ｓ２でｘ＞ｘ（
１でないときは、Ｓ４で、ｘ　＜　Ｘ　Ｏかどうかを判
定し、Ｘ＜ＸＯのときは一１Ｓ５で、ステップモータ１
６の回転角度ωを１ステップ小さくして付勢圧Ａを小さ
くしてｓｌに戻る。

ｓ４で、Ｘ＜ＸＯでないとき、即ちＸ＝ＸＱのときは、
Ｓ６でステップモータ１６の回転角度ωから付勢圧Ａを
算出し、ｓ７で、Ｐ＝Ａ十Ｆ。

（Ｐａは定数）を算出する。そして、Ｓ８で、Ｐを表示
装置２６に出力して表示して、Ｓｌへ戻る。

［発明の効果］ 本発明の圧力センサによれば、流体等の圧力を付勢手段
の付勢圧だけから検知することができ、付勢圧の変化幅
と同じ非常に広い圧力測定範囲をもつことができる。し
かも、その付勢圧は、ステップモータの回転角度から検
知されるので、測定が簡単かつ正確であり、非常に高い
測定精度を有することができる優れた効果を有する。

３・・・ダイアフラム（受圧手段）、５・・・受は板、
６・・・ロッド、８・・・感圧素子（差圧検出手段）、
１１・・・コイルスプリング（付勢手段）、１２・・・
ねじ棒、１５・・・駆動歯車、１６・・・ステップモー
タ、２０・・・マイクロコンピュータ。

代理人　弁理士　　三　井　和　彦

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の構成を示す縦断面図、第２図及び第３
図は実施例の圧力検出特性を示す線図、 第４図は実施例の動作を制御するフローチャート図であ
る。 ）■ミ β

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 流体などの圧力を受けて変位するように設けられた受圧
   手段と、 上記流体などの圧力に抗して上記受圧手段を付勢する付
   勢手段と、 上記受圧手段が上記流体などから受ける圧力と上記付勢
   手段から受ける付勢圧との差圧を検出する差圧検出手段
   と、 上記差圧検出手段からの出力信号を入力して、上記差圧
   が所定の一定値になるように上記付勢手段の付勢力を制
   御するステップモータとを有し、 上記ステップモータの回転角度から、上記流体などの圧
   力を検知するようにした ことを特徴とする圧力センサ。