JPH0412418Y2

JPH0412418Y2 -

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Publication number: JPH0412418Y2
Application number: JP1984084207U
Authority: JP
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1992-03-25
Also published as: JPS611127U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は種々の工業量の測定制御等に用いられ
る三力平衡型の空気式計器に関し、特にこの計器
全体を効率よく構成し小型かつコンパクト化を図
るとともにスパンシフト等の微調整機構をも簡素
化してなる三力平衡型の空気式計器の改良に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、生産工程等の自動制御化を図るため
に、工業測定量を最終的に信号として検出するこ
とが必要であり、たとえば力平衡方式を採用して
三力の合成力を平衡メカニズムへの入力とする平
衡型計器により、温度、圧力、液面、流量などの
各種プロセス量を測定してこれを空気圧、電気量
等に変換し変換信号を得ている。そして、このよ
うにして得られた変換信号はその場で使用された
り、あるいは圧力計、差圧計、調節計などの受信
器に伝送される。

本出願人は先に、三力が集中作用する浮動支点
に円弧面を設け、この円弧面に一作用手段として
の可撓性をもつ帯状部材の一端を巻付け固定する
とともに、他端の固定位置を可動自在とすること
により、前記帯状部材を円曲側面に巻取り、巻ほ
ぐされるようにしてなる平衡型計器、いわゆる三
力平衡型の計器を、たとえば特開昭59−60219号
公報、特開昭59−88617号公報等により提案して
いる。そして、このような構成を採用することに
より、作用方向の変化範囲を従来よりも大きくし
て、測定レンジの変更可能の範囲を大きくできる
ように改良し、かつスパン調整やゼロ点調整など
をも可能な限り簡素化し得る等の利点を奏するこ
とが可能となるものであつた。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、上述した三力平衡型の計器としての
基本的な原理に基づいて空気式計器を具体的に構
成するにあたつては、特に計器部の構造上で実用
面から問題を生じている。

すなわち、この種の三力平衡型の空気式計器に
おける計器部としては、浮動支点をほぼ中心とし
てこれに三方向から加わる力衝合手段を備えてお
り、その一つの力衝合手段に入力を作用させると
ともにこの入力を検出する検出手段を付設し、ま
た別の一つの力衝合手段に検出手段からの信号に
よつてフイードバツク力を作用させるフイードバ
ツクベローズを付設し、さらに残りの一つの力衝
合手段を、その一端が浮動支点に形成される円弧
面に添接して作用方向が変化するように巻上げ可
能に固定され他端が任意の回動角度位置に可動調
整可能な部材の回動端側に固定される可撓性部材
によつて構成することが必要となるものであつ
た。そして、このような各構成部材を、上述した
基本的な原理に基づいて計器ベース上に単純に配
列したものでは、計器全体の構成が複雑化すると
ともに、計器部全体、特に計器ベースの面方向で
の大型化等を避けられないもので、実用面から問
題をもつものであつた。

したがつて、この種の三力平衡型の空気式計器
を具体化して構成するにあたつては、特に三つの
力平衡手段が組込まれる計器部構造を、可能な限
り効率よく簡素化して構成し、しかも各部の配置
状態等を配慮し、全体の小型かつコンパクト化な
どを達成することが望まれている。また、この種
の三力平衡型の空気式計器を具体的に構成するに
は、ゼロ点調整やレンジ変更の際のスパン調整等
の調整作業を、できるだけ簡単に行えるように
し、操作性をよくするとともに、適切な調整を行
えるようにすることで、このような点をも考慮す
ることが望まれる。

〔課題を解決するための手段〕

このような要請を満足するために本考案に係る
空気式計器は、計器ベース上で浮動支点をほぼ中
心としてこれに三方向から加わるように配置され
る三つの力衝合手段を備え、その一つの力衝合手
段を、入力が作用することで揺動回動されるよう
に計器ベースのベース面上に回動自在に支持され
て浮動支点側に接続されるとともにこの入力によ
る動きを検出する手段が付設されるようにし、別
の一つの力衝合手段を、検出手段からの信号によ
つてフイードバツク力を作用させるフイードバツ
クベローズが付設されかつベース面上に可動支点
により回動可能に支持されて浮動支点側に接続さ
れるようにし、残りの力衝合手段を、その一端が
浮動支点に形成される円弧面に添接して作用方向
が変化するように巻上げ可能に固定され他端が任
意の回動角度位置に可動調整可能な状態でベース
面上に支持された部材の回動端側に固定されてい
る可撓性部材によつて構成しており、これら三つ
の力衝合手段のうち、入力側の力衝合手段とフイ
ードバツク側の力衝合手段とを、計器ベース上で
そのベース面に対し鉛直な方向において互いに離
間している異なる平面内で回動するように立体的
に積み重ねて配設するとともに、この入力側の力
衝合手段の一部を、フイードバツク側の力衝合手
段と相互に干渉しない状態で、浮動支点に対し接
続手段を介して接続して設け、かつフイードバツ
クベローズを、計器ベース上に配設したベローズ
基台に対し偏心軸により回動調整可能に支持し、
その作用端が対向するフイードバツク側の力衝合
手段に対する作用位置を調整可能に構成したもの
である。

〔作用〕

本考案によれば、浮動支点に対しての三方向か
らの力衝合手段の計器ベース上への配設位置関係
を、計器全体の各構成要素の配設バランスを配慮
し、計器ベースのベース面に対し鉛直な方向で離
間され相互に干渉しない立体的な積み重ね状態で
配設することにより、効率のよい配設状態を得る
ことが可能で、これにより計器部を小型かつコン
パクトに構成することが可能となる。また、フイ
ードバツクベローズ作用端のフイードバツク側力
衝合手段への作用位置を調整可能とすることによ
り、測定レンジの大小には無関係に、微調整ゲイ
ンを一定とすることが可能で、しかもその調整作
業等も容易に行なえる。さらに、フイードバツク
ベローズ作用端の作用位置を調整可能とし、かつ
浮動支点に一端を巻上げ可能に固定される可撓性
部材による力衝合手段の他端を、回動角度位置を
調整可能にベース上に設けた部材の回動端側に固
定しているため、スパン調整構造を簡素化し、調
整操作性も向上させ得るものである。

〔実施例〕

以下、本考案を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第１図は三力の合成力を平衡メカニズムへの入
力とする平衡型計器の基本的な原理に基づいて、
空気式計器における計器部を具体化した構造を示
すものであり、同図において、その概略構成を説
明すると、符号１はこの計器部を構成する各構成
部材が取付けられる基台としての計器ベース、２
はこの計器ベース１上で互いに直行する二方向か
らの力衝合点位置に配設されその外周の円弧面が
巻上部となる浮動支点、３はこの浮動支点２に対
しその一部がブラケツト等の連結手段により計器
ベース１の面に鉛直な方向にずれた状態で連設さ
れて第１の力衝合手段となる入力ビームで、この
入力ビーム３は、その基端部が前記計器ベース１
上にその面に鉛直な方向に立設されている回動軸
の先端に該計器ベース１の面から前記浮動支点２
よりも離間した位置で回動自在に支持されるとと
もに、この入力ビーム３に対しトルクチユーブ４
を介して差圧または圧力を検出する各種検出部か
らの入力変位が前記回動軸を介して伝達されるこ
とにより所望の方向に揺動回動されるように構成
されている。ここで、上述した浮動支点２と入力
ビーム３とは後述する帯板状を呈するばね材７の
先端側部分および前記連結手段を介して計器ベー
ス１上でその面に鉛直な方向にずれて位置するよ
うな状態で連設されている。また、この入力ビー
ム３の自由端３ｂ側は、計器ベース１上に設けら
れたブロツクの一部に形成されているノズル５に
わずかな間隙をおいて対向するフラツパ３ｃとさ
れ、これにより入力を検出する検出手段としての
ノズルフラツパ機構が構成されている。そして、
このノズル５とフラツパ３ｃとによりこの入力ビ
ーム３に与えられる入力が検出され、その検出出
力がパイロツトリレー等により後述するフイード
バツクベローズを介してフイードバツクビームに
復元力を与えるフイードバツク機構を構成する。

６は前記浮動支点２に対し第２の力衝合手段と
なる接続手段としての帯板状のばね材７を介して
連設されたフイードバツクビームで、その中央部
分が板ばね材による可動支点としてのばね支点６
ａにてベローズ基台としてのフイードバツクベー
ス８に対し回動可能に支持されている。そして、
このフイードバツクビーム６の他端側には、フイ
ードバツクベローズ９が配設されてその作用力を
受けるように構成され、さらにその回動端にはゼ
ロ点調整用のスプリング１０が設けられている。
なお、図中１１はこのスプリング１０を調整する
ゼロ調整用のねじである。ここで、ゼロ点調整用
スプリング１０は、原則としてレンジ変更ごとに
操作される性質のものとは異なり、計器の初期設
定用あるいは微調整用として用いられるものであ
る。また、この場合に、このフイードバツクビー
ム６、帯板状のばね材７および浮動支点２等は、
計器ベース１上でそのベース面に平行するほぼ同
一平面内に配置され、かつ前記入力ビーム３とは
ベース面に対し鉛直な方向にずれて相互に干渉し
ないような立体的な構成とされており、該入力ビ
ーム３が回動動作した際にその動きを妨げること
がないようになつている。

１２は前記浮動支点２の巻上部に固定して巻付
けられかつ上述した第１，２の力衝合手段とは別
の方向に延設されて第３の力衝合手段となる可撓
性帯状部材としてのストラツプ（引張部材）で、
その他端は前記浮動支点２付近の計器ベース１上
に、該浮動支点２と計器ベース１のベース面との
間の間隙内に位置した状態で支軸１３ａにより回
動自在に支持された回動部材としてのスパン粗調
整アーム１３の回動端側に取付けられている。そ
して、このスパン粗調整アーム１３は、その基端
部側外周部に歯部１３ｂを有し、かつこの歯部１
３ｂにはこれに近接して前記ベース１上に支持さ
れたスパン粗調整用歯車１４の歯部１４ａが噛合
され、その回動調整により支軸１３ａを中心とし
て回動されるように構成されている。したがつ
て、このスパン粗調整アーム１３を、上述した歯
車１４にて回動させると、これに伴なつてストラ
ツプ１２が前記浮動支点２の巻上部に対し巻取り
巻きほぐされることとなることから、その結果と
してストラツプ１２の浮動支点２への作用方向の
任意角度の設定が行なわれるものである。なお、
１ａは計器ベース１上に形成され、スパン粗調整
アーム１３の回動角度位置を決定する目安となる
目盛りである。

また、上述したストラツプ１２は、その他端が
スパン粗調整アーム１３の回動端側で、その回動
方向に平行に取付けられている微調整用の送りボ
ルト１５に螺着されているナツト１６を介して、
このスパン粗調整アーム１３に対し取付けられて
いる。そして、このような構成によりストラツプ
１２の他端位置をスパン粗調整アーム１３に対し
調整し得るようになつており、これにより上述し
たスパン調整時における微調整を行なうように構
成されている。これは、上述したスパン粗調整ア
ーム１３を回動調整するスパン粗調整のみでは、
精度のよい調整を行なえないためである。

このような構成による空気式計器によれば、前
記入力ビーム３に対し入力F1（たとえば図中矢印
で示す方向への力）が作用すると、これが浮動支
点２を介して連結されているフイードバツクビー
ム６側のばね材７とストラツプ１２とに分力F2，
F3として作用し、それぞれを浮動支点２から離
間させる方向への力となる。そして、このときに
は、入力ビーム３のフラツパ３ｃがノズル５に対
し接近し、これによりノズル背圧が上昇して変換
信号として出力される一方、その圧力がフイード
バツク力としてフイードバツクベローズ９を介し
てフイードバツクビーム６に復元力を与え、これ
が上述したF2と平衡することになる。

また、上述したストラツプ１２は、浮動支点２
上を巻取り巻きほぐされながら、常時緊張状態を
保ち、前記入力ビーム３との那須角度θすなわち
作用方向を変化させることができる。そして、こ
のときの作用分力F₃はストラツプ１２を締結す
るためのねじ等のがた等による変化分が、微小で
あることから無視することとすることで、入力
F₁とその作用分力F₂，F₃のうちの分力F₂との関
係は三角関数原理に基づき、F₂＝F₁・tanθによ
つて与えられるものであり、上述したように角度
θを大きく変えられる構成にあつては、限られた
範囲の変位しか関知しない復元機構（フイードバ
ツクビーム６等による）をもつて、入力F₁が大
きく異なる測定レンジ変更の要求に対処し得るこ
とになる。

しかし、上述したように具体化された三力平衡
型の計器部をもつ空気式計器によつても、レンジ
変更の際のスパン調整時において若干の問題が生
じている。すなわち、上述した構成による三力平
衡型の差圧または圧力発信器等にあつては、その
測定レンジに応じて発信器出力信号をたとえば
0.2〜1.0Kgｆ／cm²とするために、スパン調整を行
なう場合その粗調整としてスパン粗調整アーム１
３の回転角θ１を変え、またその微調整としてア
ーム１３上の微調整用の送りボルト１５を回動調
整してストラツプ１２が固定されているナツト１
６をその軸線方向に移動させて行なうことが必要
とされる。しかしながら、このような方法では、
粗調整後に行なわれる△θ２の微調整ゲインは、
スパンアーム１３の角度θ１の位置によつて変化
するものであり、しかもその変位はtanθ１の関数
にて表わされる特性曲線から明らかなように測定
レンジの大小で調整ゲインが大きく変化するの
で、その調整作業が面倒かつ煩雑で、その調整工
数が大幅に増大する等という問題を生じるもので
あつた。

すなわち、差圧等によつて発生する入力ビーム
３に加わる力F1と上述した出力範囲のフイード
バツク圧力によつて発生するフイードバツクベロ
ーズ９での力F2とは、F2＝F1・tanθとの関係に
ある。そして、上述したスパン粗調整と微調整と
を行なうために、それぞれアーム角度θ1、フレク
シヤ角度△θ2を変える場合において、上述した
tanθの関数曲線から明らかなように、アーム角が
90度近くでは微小角度変化で大幅にスパンが変化
してしまうため、調整ゲインが高く、また30度近
くでは調整ゲインが低くなることにより、その結
果測定ゲインの大小によつてスパン調整がやりに
くく、調整作業が増大してしまうものである。さ
らに、上述した微調整用の送りボルト１５とナツ
ト１６による微調整構造では、ねじ部のがた付き
や歪みなどの影響と、ねじの移動によるストラツ
プ１２の張り長さが変化するため、ヒステリシス
や直線性を悪化させる原因ともなるもので、この
ような問題にも対処し得る構成とすることが望ま
れる。

そこで、本考案は、上述したように空気式計器
において三力平衡型計器部全体の配置の高効率化
を図り、小型かつコンパクト化を達成し得るとと
もに、上述した第１図の構成では問題となるスパ
ン調整等の問題をも合わせて解決するために、第
２図に示すような構成を採用したところに特徴を
有している。なお、この第２図において上述した
第１図と同一または相当する部分には同一番号を
付して、その説明は省略する。

これを詳述すると、本考案による空気式計器で
は、前述したように計器ベース１のベース面上で
浮動支点２をほぼ中心としてこれに三方向から加
わるように配置される力衝合手段（入力ビーム
３、フイードバツクビーム６におよびこれに連結
されて浮動支点２側に接続される帯板上ばね材
７、ストラツプ１２）において、入力側力衝合手
段である入力ビーム３とフイートバツク側のばね
材７やフイードバツクビーム６を、計器ベース１
上でそのベース面に鉛直な方向において互いに離
間している異なる平面内で回動するように立体的
に積み重ねて配設するとともに、この入力ビーム
３の一部を、フイードバツク側と相互に干渉しな
い状態で、前記浮動支点に対し接続手段を介して
接続することにより、フイードバツク側のフイー
ドバツクビーム６やばね材７等により動きが妨げ
られない状態で入力ビーム３を浮動支点２側に連
結するようにしている。ここで、入力ビーム３を
浮動支点２側に接続する手段としては、入力ビー
ム３の一部に付設されベース面に対し鉛直する方
向に延びて形成されるブラケツト等の連結具とこ
れに連結される前記ばね材７の自由端側の部分と
で構成した場合を示している。そして、このよう
な構成を採ることにより、浮動支点２に対しての
三方向からの力衝合手段の計器ベース１上での配
設状態を、各部の動きと全体のバランスなどを配
慮し、計器ベース面に対し鉛直な方向に離間させ
た状態で積み重ねて並設することで、全体を効率
のよい構成とし、計器の小型かつコンパクト化が
図るものである。とくに、上述した入力ビーム３
には、トルクチユーブ４等で入力トルクが伝達さ
れる一方、入力検出手段としてノズル５に対向す
るフラツパ３ｃが付設されることから、特に他の
部材の配設状態が問題となるもので、本考案はこ
れを解決した点で、その実用上での利点は大き
い。

また、本考案によれば、上述した構成と共に、
浮動支点２をほぼ中心としてこれに三方向から加
わる力衝合手段（３；６，７；12）のうちの一つ
の力衝合手段であるフイードバツクビーム６に対
し付設されるフイードバツクベローズ９を、前記
計器ベース１上に配設したフイードバツクベース
８に対して偏心軸２０により回動調整可能に支持
し、このフイードバツクベローズ９の作用端に対
向する前記フイードバツクビーム６に対する作用
位置を調整可能に構成したところにも特徴を有し
ている。

すなわち、前述した空気式計器として具体化さ
れた技術（第１図参照）において問題を生じてい
るスパンアーム１３上での微調整用の送りボルト
１５とナツト１６による微調整ねじ方式の代り
に、フイードバツクベローズ９に偏心させた回動
自在な偏心軸２０を設け、かつその偏心量△
（ベローズ９の中心からの距離）を適宜変更する
ことで、フイードバツク力△F2を、△F2＝△
・Ａ・Ｐ／（Ａ；ベローズ９の有効面積、
；フイードバツクビーム６の支点６ａからベロ
ーズ９の中心までの距離、Ｐ；フイードバツク圧
力スパン一定）とし、これにより測定レンジに無
関係に調整ゲインを一定としたスパン微調整を行
なえるようにしたもので、その結果としてスパン
調整、特にその微調整がきわめて容易に行なえ、
その工数の短縮化等を図ることができるものであ
る。

なお、図中２１は偏心軸２０をベース８側にそ
の圧接力にて保持させるばねワツシヤである。

また、上述したように、スパン微調整をフイー
ドバツクベローズ９を偏心させて回動する偏心軸
２０にて行なえようにしているため、ストラツプ
１２を、スパン粗調整レアーム１３の回動端側に
突設したスタツド２２に直接固定することができ
るもので、これにより従来のようなねじのがた付
き、歪の影響などが生じることがなくなり、さら
にストラツプ１２の張り長さも変化しないため、
力損失もなくなり、ヒステリシス、直線性、再現
性の向上と、振動、衝撃によるスパンシフトも改
善され、信頼性を向上させ得るものである。

なお、本考案は上述した実施例構造に限定され
ず、各部の形状、構造等を、適宜変形、変更する
ことは自由である。たとえばフイードバツクベロ
ーズ９を偏心させた状態で回動調節する偏心軸２
０の構成などは必要に応じて種々変形し得るもの
である。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案に係る三力平衡型の
空気式計器によれば、計器ベース上に浮動支点を
ほぼ中心としてこれに三方向から加わる力衝合手
段を、以下のような構成にて組み合わせて配設す
ることにより、簡単かつ安価な構成にもかかわら
ず、以下に列挙する実用上種々優れた効果があ
る。

浮動支点に対しての三方向からの力衝合手段
の計器ベース上での配設状態を、計器構成要素
全体のバランスを配慮し、特に入力側手段をフ
イードバツク側手段に計器ベース面に対し鉛直
な方向に離間させた状態で積み重ねて配置させ
ることにより、配置状態の高効率化が図れ、計
器部全体を小型かつコンパクトに構成できる。

三つの力衝合手段のうちのフイードバツク側
手段に対し付設されるフイードバツクベローズ
を、計器ベース上に設けられるベローズ基台に
対して偏心軸により回動調整可能に支持させ、
その力衝合手段に対する作用端位置を調整可能
としたので、差圧、圧力等の測定レンジの大小
関係にかかわらず、スパン微調整の調整ゲイン
が一定であるため、調整が容易で、その調整工
数、操作性を著しく向上させることができ、そ
の調整時間も従来に比べて短縮することができ
る。

スパン調整をベローズ作用端のフイードバツ
ク側手段への作用位置調整によつて達成してい
るため、ねじ等といつた調整手段を用いる必要
がなく、このようなねじ等によるがた付き、摩
擦、歪などがなくなるため、ヒステリシス、直
線性や耐振性、耐衝撃性を向上させることがで
き、さらに調整時に引張側の力衝合手段（スト
ラツプ）の張り長さに変化を与えない構成とし
得るため、力の損失がなく、ヒステリシス、直
線性の向上を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る空気式計器において三力
平衡型計器の原理を具体化した一例を説明するた
めの概略構成図、第２図は本考案に係る空気式計
器の実施例を示す計器部の概略構成図である。１……計器ベース、２……浮動支点、３……入
力ビーム、３ｃ……フラツパ、５……ノズル、６
……フイードバツクビーム、７……ばね材、８…
…フイードバツクベース（基台）、９……フイー
ドバツクベローズ、１０……ゼロ点調整スプリン
グ、１２……ストラツプ、１３……スパン粗調整
アーム、１３ｂ……歯部、１４……スパン粗調整
用歯車、１４ａ……歯部、１５……微調整用送り
ボルト、１６……ナツト、２０……スパン微調整
用偏心軸、２２……ストラツプ固定用スタツド。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

計器ベースのベース面上で浮動支点をほぼ中心
としてこれに三方向から加わるように配置される
三つの力衝合手段を備えてなり、その一つの力衝
合手段が、入力が作用することにより揺動回動さ
れるように前記計器ベースのベース面上に回動自
在に支持されて前記浮動支点側に接続されるとと
もにこの入力による動きを検出する検出手段が付
設され、別の一つの力衝合手段が、その一部に前
記検出手段からの信号によつてフイードバツク力
を作用させるフイードバツクベローズが付設され
るとともに前記計器ベースのベース面上に可動支
点により回動可能に支持されて前記浮動支点側に
接続され、残りの一つの力衝合手段が、その一端
を前記浮動支点に形成される円弧面に添接させて
作用方向が変化するように巻上げ可能に固定し他
端を任意の回動角度位置に可動調整可能な状態で
前記計器ベースのベース面上に支持された部材の
回動端側に固定させている可撓性部材によつて構
成されており、これら三つの力衝合手段のうち、
入力が作用しその検出手段が付設される入力側の
力衝合手段とフイードバツクベローズが付設され
るフイードバツク側の力衝合手段とを、計器ベー
ス上でそのベース面に対し鉛直な方向において互
いに離間している異なる平面内で回動するように
立体的に積み重ねて配設するとともに、この入力
側の力衝合手段の一部を、前記フイードバツク側
の力衝合手段と相互に干渉しない状態で、前記浮
動支点に対し接続手段を介して接続し、かつ前記
フイードバツクベローズを、前記計器ベース上に
配設したベローズ基台に対して偏心軸により回動
調整可能に支持し、このフイードバツクベローズ
の作用端が対向する前記フイードバツク側の力衝
合手段に対する作用位置を調整可能に構成したこ
とを特徴とする空気式計器。