JPH04138329A

JPH04138329A - 力平衡式圧力変換器

Info

Publication number: JPH04138329A
Application number: JP26173390A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Kobayashi; 小林　一茲
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1990-09-29
Filing date: 1990-09-29
Publication date: 1992-05-12

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】（イ）産業上の利用分野この発明は、測定すべき圧力を電気信号に変換する力平
衡式圧力変換器に関する。

（ロ）従来の技術従来の力平衡式圧力変換器の原理構造を第４図に示して
いる。この圧力変換器では、測定すべき圧力ＰＭが、薄
膜４１に作用し、梃子゛４２の左端４２ａを下方に押す
。その結果、梃子４２の右端４２ｂがわずかに上方に移
動し、位置検出器４３の出力Ｅが変化する。増幅器４４
は、この出力Ｅの変化を増幅し、出力電流■を増加させ
て、フォースモーク４５に流れる電流が増加する。これ
によりフォースモーク４５に発生する力は梃子４６の右
端４６ｂを押し上げるように働く。その結果、梃子４６
の右端４６ａが下げられ、応じて梃子４２の右端４２ｂ
も下方に引き戻される。そして梃子４２は圧力ＰＭによ
るモーメントとフォースモーク４５によるモーメントが
等しくなった時に平衡する。フォースモーク４５の発生
する力が電流Ｉに比例するならば、圧力ＰＭと電流Ｉと
は比例することになる。つまり、力平衡により圧力は電
流に変換されることになる。なお、バネ４９は、測定範
囲のゼロ点調整用の初圧を与える。また、４７．４８は
支点であり、梃子４６の支点４８を移動することにより
、平衡ループのフィードバック率を変化して、測定範囲
のレンジを調整する。

（ハ）発明が解決しようとする課題上記した従来の力平衡式圧力変換器は、測定すべき圧力
を梃子機構などの機構部を通して取り出し、また第２の
既知の力を別途発生させて、それも梃子機構を介して伝
達し、それら２つの力を平衡させて測定値を求めるもの
であるから、変換器の特性は機構部の摩擦・ガタや力学
的負荷などの影響を受ける。これらは検出感度や精度を
低下させるだけでなく、平衡ループの時定数も大きくし
安定性を劣化させる欠点もあり、高性能を得るために、
高度な平衡機構部を必要とし、コストの上昇を招くとい
う問題があった。

この発明は、上記問題点に着目してなされたものであっ
て、非接触の力平衡を実現し、安価で高性能な力平衡式
圧力変換器を提供することを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明の力
平衡式圧力変換器は、測定すべき圧力が加えられる磁性
流体と、この磁性流体に対して磁力を与え、その力が測
定すべき力を打ち消すような方向に設定される電磁石と
、測定すべき圧力と電磁石による力が平衡するように電
磁石に流れる電流を制御する電流制御部とを備えている
。

この力平衡式圧力変換器では、測定すべき圧力が磁性流
体に加えられると、この圧力と反対方向に電磁石による
力が加えられており、両者の力が打ち消し合う。今、圧
力の方が大きいと、これを打ち消し、平衡させるために
、電流制御部により、電磁石に流れる電流を大きくする
。これにより、電磁石の力と圧力が平衡すると、その時
の電流が圧力に応じた出力電流となる。

（ホ）実施例以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、この発明の一実施例を示す力平衡式圧力変換
器の構成図である。同図において、筒状のボディ１の上
端部と下端部に薄膜２．３が設けられ、薄膜２の上方は
被測定圧力ＰＭを受ける受圧室４となっている。薄膜２
と３間のボディ１内には磁性流体５が収納されている。

ボディ１、薄膜２．３は非磁性体の材料で製作されてい
る。ボディ１の下端部の薄膜３が内部に位置するように
、方形リング状の磁芯６が設けられ、この磁芯６の、薄
膜３に対面する位置の辺にフィードバック用の線輪７が
巻回される他に、この磁芯６にはバイアス用の線輪８も
巻回されている。また薄膜３の下面に歪検出器９が設け
られ、この歪検出器９の検出出力に応じて電流制御を行
う電流制御用の増幅器１０、この増幅器１０と線輪７間
に接続される乗算器１１、線輪７の分流用抵抗器１２が
備えられている。

この圧力変換器において、測定すべき流体の圧力ＰＭが
薄膜２に加えられると、この圧力が磁性流体５に伝達さ
れて圧力ＰＬに置換される。この時の圧力ＰＬは圧力Ｐ
Ｍに比例する。この圧力ＰＬは薄膜３に作用し、力ＦＬ
を発生する。力ＦＬは圧力ＰＬに、したがってＰＭに比
例した大きさとなる。

一方Ｊ舐芯６と線輪７で構成する電磁石は、磁性流体５
を図の上方に吸引する。そのため、力ＦＦが発生する。

この力ＦＦは、力ＦＬを打ち消す方向となる。この力Ｆ
Ｆは、電流ＩＦに依存し、ＩＦの２乗に比例する。薄膜
３に生じる歪は、２つの力の差（ＦＬ−ＦＦ）に比例す
るから、この歪を歪検出器９で検出し、この歪検出器９
と電流制御増幅器１０とによって（ＦＬ−ＦＦ）がＯと
なるように、電流ＩＦを制御する。

力Ｆ　Ｌは圧力ＰＭに比例し、力ＦＦは電流ＩＦの２乗
に比例するから、この実施例のように構成した閉ループ
回路が平衡したときに、電流ＩＦは圧力ＰＭの平方根に
比例する。つまり圧力ＰＭは電流ＩＦに変換される。

なお、乗算器１１によって、増幅器１０の出力ＩＯを２
乗してＩＦとすれば、ＩＯはＰＭに比例し、リニア特性
の変換器となる。また、線輪８に流す電流ＩＢによって
測定し、レンジのゼロ点を求めることができる。また、
分流用抵抗器１２によって測定レンジの調整を行うこと
ができる。線輪７の巻数によっても測定レンジの大きさ
を変換することができる。

第２図は、第１図の実施例とは異なる他の受圧部側を示
した断面図である。この受圧部では第１図の受圧部の薄
膜２に代えて、ピストン２１を備え、磁性流体５に圧力
を伝達する。この実施例受圧部において、ピストン２１
を永久磁石とするが、ボディ１のＡ部を磁化しておくと
、磁性流体５は、この部分にも吸引されるから、圧力変
換器の回路部の電源断でフィードバンクが行われない場
合でも、ピストン２１とボディ１の隙間から磁性流体５
が漏れ出すのを防止できる。この実施例ではピストン２
１の断面積と薄膜３の断面積の比を適当に選ぶことによ
って、同一の磁力平衡部を用いても、大幅に測定レンジ
の変更を行うことができる。

第３図は、この発明の他の実施例の構成を示す図であり
、この実施例は、絞り機構の差圧を測定して流量を知る
流量計用の差圧変換器に適用したものである。この差圧
変換器は、非磁性材料のパイプ１に磁性流体５を入れ、
その両端に絞りの上流側及び下流側の圧力ＰＭＩ、ＰＭ
２を導入している。また、パイプ１に入れた磁性流体５
を鉄心とし、１次線輪り８．２次線輪り、からなる差動
トランス３２が設けられ、さらにパイプｌの上方にコ字
形の磁芯６が設けられ、この磁芯６に線輪７が巻回され
ている。この磁芯６と線輪７で電磁石が構成されている
。差動トランス３２の１次コイルＬＳに交流電源３１が
接続され、２次コイルし、には、増幅器１０が接続され
、増幅器１ｏより線輪７に出力電流ＩＯが流されるよう
になっている。

この実施例差圧変換器において、いま、差圧ＤＰ＝ＰＭ
１−ＰＭ２が増加すると磁性流体５は差圧ＤＰに比例す
る力を受け、図の右方に移動する。

その結果差動トランス３２の２次側に不平衡電圧が発生
する。増幅器１０は、この不平衡分を増幅して線輪７に
流れる直流電流ＩＯを増加させる。

この線輪７に流れる電流■０と磁芯６とで構成する磁石
による力ＦＦは、磁性流体５を図の左方に引き戻すよう
に働く。この力ＦＦと差圧ＤＰによる力とは等しいとき
、この系は平衡する。磁力ＦＦは電流ＩＯの２乗に比例
し、差圧ＤＰは流量の２乗に比例するから、電流■０は
流量に比例する。

したがって、この差圧変換器を用いると、一般の差圧変
換器の場合に必要な開平演算器を用いることなく、流量
に正比例した信号を得ることができる。

（へ）発明の効果この発明によれば、磁性流体に加えられる測定すべき圧
力と、磁性流体に加えられる電磁石の磁力を非接触で力
平衡させるものであるから、■平衡機構に梃子機構など
の摩擦・ガタがなく、力学的負荷も小さくできるので、
高感度・高精度が得られる。

■平衡ループの時定数は、例えば第１図の実施例の場合
、薄膜３の弾性係数と磁性流体５の質量によって定まる
から、従来技術ムこよるものでは不可欠な梃子機構など
のモーメントオブイナーシャなどによる付加時定数がな
い。したがって従来のものより時定数を小さくすること
ができるので、平衡系の安定性及び即応性が向上する。

すなわち、変換器の時定数が短くなり、高速な応答を実
現できる。

■同一の力平衡構造・寸法であっても、フィードバック
用の線輪の巻数を変更選択することにより、用途に応じ
検出感度を広い範囲に選ぶことができる。

■この発明を絞り機構による流量測定の差圧変換器に適
用した場合、開、平演算器を用いることなく流量比例特
性の出力が直接得られる。

■機構が簡単なので、コスト低減が図れる。

等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す力平衡式圧力変換
器の構成図、第２図は、同力平衡式圧力変換器の受圧部
の他の例を示す断面図、第３図は、この発明の他の実施
例を示す力平衡式差圧変換器の構成図、第４図は、従来
の力平衡式圧力変換器の構成図である。 ■：ボディ、　　　　　　２・３：薄膜、５：磁性流体
、　　　　６：磁芯、７：線輪、　　　　　　９：歪検出器、１０：増幅器、
　　　　　２１：ピストン、３１：交流電源、３２：差動トランス。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）測定すべき圧力が加えられる磁性流体と、この磁
性流体に対して磁力を与え、その力が測定すべき力を打
ち消すような方向に設定される電磁石と、測定すべき圧
力と電磁石による力が平衡するように電磁石に流れる電
流を制御する電流制御部とを備え、非接触の磁力で力平
衡を行うようにしたことを特徴とする力平衡式変換器。