JPS6118122B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は被測定物の変位を遠隔測定可能な物理
量へ変換する構成要素を、測定時にのみ、動作乃
至作動状態にする変位測定装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来の変位測定装置は常時動作乃至作動状態に
おかれて使用される形式のものである。そこで使
用される変位センサー及び測定器等でのクリー
プ、零点（基準点）の変動は避けられず、これら
は測定精度を低下させる主要な因子であるが、そ
の変動特性の複雑性から上述のごとき連続した測
定状態の下でその測定値を補正することは難く、
従つて測定精度を長期間に亘つて維持することは
極めて困難である。とりわけ、オンライン計測に
おける基準点変動は測定精度の維持を阻害する大
きな因子となつている。

また、LPG、LNGを貯蔵する低温タンクでは
その防爆性を高度に保つ必要性から本質安全回路
を計測系内に設置することが要求される。この本
質安全回路のゼナーバリヤーは基準点変動を起さ
せる主要な因子である。従つて、本質安全回路の
設置は長期に亘る測定において測定精度の維持を
困難にしている。

また、本質安全防爆回路の条件を満足させるた
めには、センサーの使用電力に制限があり、この
点より使用しうるセンサーに制限がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は従来の変位測定装置の有する基
準点（零点）変動を測定毎に調整して測定精度を
長期間維持し得る等の長所を有する変位測定装置
を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために、本発明は、被測定
物の変位を検出すべき区間の両端に設けられた第
１及び第２の変位検出用部材と、該第１の変位検
出用部材上に固設された支持体と、該支持体に設
けられた、一端が前記第２の変位検出用部材に固
着され機械的変位出力を有する変位伝達機構と、
前記支持体に設けられた、前記変位伝達機構の機
械的変位出力に応動しうると共に非測定時にはば
ね等の機械的要素により基準位置に復帰させられ
る変位センサーと、該変位センサーを測定時にの
み、前記機械的変位出力に応動せしめる計測駆動
手段と、前記測定時に得られる変位センサーから
の出力を前記被測定物の変位へ換算する換算手段
とより成る。

測定時にのみ変位センサー、換算手段が作動状
態におかれるので、非測定時に測定系の零点調整
や感度調整を実施できると共に、変位センサーを
基準位置に復帰させるはね等の機械的要素のクリ
ープを軽減できる。

［実施例］ 以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適
実施例を説明する。

第１図は本発明の変位測定装置１を示す。変位
測定装置１は被測定物例えば低温タンクのメンブ
レン２の変位を検出すべき区間（標点間）の両端
に第１及び第２の変位検出用部材３及び４を、部
材３については回動自在に設け、部材３上に固設
された支持体５上に、一端が部材４に固着され機
械的変位出力を有する変位伝達機構６を設けると
共に、その機械的変位出力に応動しうる変位セン
サー７を設ける一方、測定時に変位センサー７を
機械的変位出力に応動せしめる計測駆動手段８を
設けて変位センサー６からの出力を換算手段９の
入力へ接続して構成される。

爆発性流体使用環境例えばLPG等を貯蔵する低
温タンクのメンブレン変位測定の場合の変位測定
装置例について、上記各構成要素の内、説明を要
するものも具体的に説明する。

支持体５は両側に端壁５，５ｒ及び中間壁５
ｍを設けた耐蝕性筒状密閉構造体として形成され
る。

変位伝達機構６は筒状密閉構造体５の端壁５
にて、その両側に断面が筒状内断面より小さい寸
法の平板６ｂが固設された変位スピンドル６ａを
往復動可能に支承すると共に密封性を保つため平
板６ｂと端壁５との間にベローズ６ｃ，６ｄを
張設して構成される。端壁５には、ベローズ６
ｃ及び６ｄ内の内圧を均等に保つための通孔６ｅ
が設けられている。機械的変位出力は６ｆであ
る。

変位センサー７は変位スピンドル６ａの軸中心
線上に軸中心線が来るように筒状密封構造体５の
中間壁５ｍにて往復動可能に支承した電気変位セ
ンサー７ａ例えば歪みゲージ式センサー７ａの変
位スピンドル６ａ側にセンサースピンドル７ｂを
固着し、その反対側には断面が筒状内断面より小
さい寸法の計算端７ｃを、電気変位センサー７ａ
から換算手段９への電気信号ケーブル９ａを引出
しうるようにして、固着すると共に、端板７ｃと
中間壁５ｍとの間に計測ベローズ７ｄを張設しそ
の内側に、端板７ｃと中間壁５ｍとの間に弾発力
が作用するようにして、コイルばね７ｅを嵌装す
ることにより、ばね７ｅの作用により中間壁５ｍ
から遠去けられる端板７ｃの移動を構造体５に設
けられたストツパ５sb（基準位置）で停止し得
る如く内装されて構成されている。端板７ｃの変
位スピンドル６ａ方向への移動を停止する手段は
支承機能を兼ねてもよい中間壁５ｍからストツパ
５sb方向へ軸中心線と平行して延びるストツパ
５sfである。又、ガスを通気するための通孔７ｆ
が中間壁５ｍに形成されている。

このような変位センサー７の筒状構造体５内へ
の内装に加えて、中間壁５ｍへベローズ７ｄで端
板７ｃを気密的に結合することによつて構造体５
内に形成される密閉室即ち加圧室８ａと、密閉室
８ａを形成する手段並びに端壁５へベローズ６
ｄで平板６ｂを気密的に結合することにより形成
されるチヤンバーＣとが、耐蝕性連通管１０を介
して連通されており、給気圧気が後述する如くし
て周囲圧より高目に設定されている圧力保持ライ
ン１１を、開弁制御される自動弁例えば電磁切換
弁１２を介して操作圧ライン８ｂへ連通せしめる
ことにより、等圧に維持し、以つて内圧防爆条件
を満す構造としている。

加圧室８ａ、これへ連通された操作圧ライン８
ｂ並びに操作圧ライン８ｂ内の自動弁例えば電磁
切換弁８b₃及び１２の弁制御をなすシーケンスコ
ントローラ１３が計測駆動手段８を構成してい
る。操作圧ライン８ｂは圧力源１４へ連通された
圧力設定器８b₁、圧力設定器８b₁へ連通された絞
り弁８b₂、絞り弁８b₂へ連通された上述の電磁切
換弁８b₃、及び弁８b₃の吐出口を加圧室８ａへ連
通させるための、後述の保護管１１ｃ内に納めら
れるのがよい操作圧配管８b₄から構成されてい
る。圧力源１４には流体例えば可燃性ガス環境に
おいては窒素等の不燃性ガス若しくはアルゴン等
の不活性ガス、他の使用環境においては空気、液
体等を圧力伝達媒体として用い得る。

圧力保持ライン１１は圧力源１４へ連通された
圧力設定器１１ａ、設定器１１ａへ接続されその
圧力設定値を定めるのに用いられる筒状気密構造
体５の近傍に設置された圧力検出器１１ｂ、圧力
設定器１１ａの吐出口を連通管１０を経てチヤン
バーＣへ連通せしめる耐蝕性気蓄保護管１１ｃ、
並びに管１１ｃから分岐して連結された圧力保持
器１１ｄ及び安全弁１１ｅから構成されている。

換算手段９は加圧室８ａ内でコイルリングさ
れ、電気変位センサー７ａへ接続された可撓性電
気信号ケーブル９ａ、ケーブル９ａへ入力を接続
した安全保持器（本質安全回路）９ｂ、安全保持
器９ｂの出力へ入力を接続した変位測定器９ｃ、
変位測定器９ｃの出力へ入力を接続し、必要に応
じて補正係数を貯え得る演算器９ｄ、及び必要に
応じて設けられる指示記録装置９ｅから成る。変
位測定器９ｃは測定開始時に測定駆動手段８の作
動に先立つて電気変位センサー７ａを含む測定電
気系の基準点（零点）調整及び感度調整を施行す
るようコントローラ１３の制御（指令）の下に置
かれるように構成されている。電気信号ケーブル
９ａは保護管１１ｃ内に納められるのがよい。

上述の如く構成される変位測定装置１の動作
を、装置１を低温タンクのメンブレンに設置して
メンブレン変位を測定する場を例にとつて、説明
する。

変位測定装置１はシーケンスコントローラ１３
により非測定モード又は測定モードに置かれる。

シーケンスコントローラ１３により変位測定装
置１が被測定モードに置かれると、電磁切換弁８
b₃は操作圧ライン方向には閉で大気方向へ開弁し
て流体圧例えば不燃性ガス圧を大気へ放出する。
他方、電磁切換弁１２は開弁されて加圧保持ライ
ンのガス圧が操作圧ライン８ｂへ給気されてい
る。加圧保持ライン１１のガス圧は筒状密閉構造
体５近傍に設置された加圧検出器１１ｂの検出圧
（外圧）で圧力設定器１１ａの設定圧を検出圧よ
り高目に設定されて給気されるが、その圧は圧力
保持器１１ｄにより一定に保持され然も被測定物
２の変位が（＋△Ｌ）方向であることに応動して
変位する変位ベローズ６ｃ及び６ｄにより生ずる
圧力保持ライン１１の加圧上昇分は安全弁１１ｅ
によつて調圧される。

このようにして操作圧ライン８ｂを経て加圧室
８ａへ給気されるガス圧も、又圧力保持ライン１
１を経てチヤンバーＣへ給気されるガス圧も等し
くなり、然もガス圧は上述の如く外圧よりも高め
に設定されている故、変位伝達機構６、変位セン
サー７、気蓄保護管１１ｃは内圧防爆状態に置か
れている。

また、上述の如く加圧室８ａとチヤンバーＣと
は等圧とされているから、電気変位センサー７ａ
はコイルバネ７ｅによりその端板７ｃがストツパ
ー５sbに接触して停止する位置まで機械的変位
出力６ｆから後退している。従つて、電気変位セ
ンサー７ａは変位測定のための作動状態にはな
い。結果として、センサー７ａ以降の測定電気系
も又作動状態にはない。

このように、変位測定のための測定電気系は測
定に関しては非作動状態にある。

このような非測定モードにおいて、又はこのモ
ードから測定モードへ切換えられ、測定駆動手段
８がシーケンスコントローラ１３によつて作動さ
れるのに先立つて、シーケンスコントローラ１３
は上述のごとき非作動状態にある測定電気系、具
体的に言えば変位測定器９ｃへ指令信号を供給
し、電気変位センサー７ａを含む測定電気系の零
点調整及び感度調整を行なう。

従つて、電気変位センサー７ａの変位信号は測
定の度毎に基準点からの出力として得られ、又、
所定感度における出力として得られる。依つて、
基準点（零点）の変動、感度変化により測定精度
は低下されず、常に所望の測定精度を維持し得
る。

上述の各調整完了後、シーケンスコントローラ
１３により測定駆動手段８が作動される。具体的
に言えば、電磁切換弁１２の閉弁及び電磁切換弁
８b₃の操作圧ライン方向への開弁を生じさせるこ
とにより、圧力設定器１１ａで設定される圧力よ
り高い設定値に設定される圧力設定器８b₁からガ
ス圧は絞り弁８b₂で緩昇されるガス圧と化され、
電磁切換弁８b₃を経て操作圧配管８b₄［この配管
は気蓄保護管１１ｃ内にある。これは配管の簡素
化に役立つ。］から加圧室８ａ内へ流入して端板
７ｃ及び計測ベローズ７ｄに変位を生じさせ、電
気変位センサー７ａを変位スピンドル６ａの端面
（機械的変位出力）６ｆへ向けて移動させる。そ
の際、ベローズ７ｄ内部に気蓄されているガスは
加圧されるにつれて通気孔７ｆを経てチヤンバー
Ｃへ押し出される。その圧力上昇分は安全弁１１
ｅで調圧される。上記移動が継続されると遂いに
は、センサースピンドル７ｂが端面６ｆに当り、
そして被測定物の標点間Ｌの変位の値△Ｌによつ
て決まる値だけのセンサー変位δをセンサースピ
ンドル７ｂに生じさせるべく電気変位センサー７
ａの移動が更に続けられ、その移動完了時に計測
端板７ｃはストツパ５sfに密着して停止する。△
Ｌとδとの関係は第１図の上部に図式的に示され
ている。

電気変位センサー７ａに生じたセンサー変位δ
はその値に応じた電気信号に変換されて電気信号
ケーブル９ａ［ケーブル９ａは気蓄保護管１１ｅ
内に納められているから外気と直に接触すること
はない。従つて、この構造はケーブル９ａの劣化
防止等に役立つ。］そして本質安全防爆条件を満
す必要がある場合には設けられる。ゼナーバリヤ
ー手段となる安全保持器９ｂを経て変位測定器９
ｃへ入力される。変位測定器９ｃは上記電気信号
を受取るのに先立つて上述のごとき基準点調整及
び感度調整が施されているから、基準点からの電
気的変位出力であつて、所望感度での出力を発生
する。

この精度の高い変位出力は演算器９ｂへ与えら
れ、標点間変位△Ｌは δ_３−δ_２＝＋△Ｌ δ_２−δ_２＝０ δ_１−δ_２＝−△Ｌ の如く、変換され（第１図参照）、必要に応じ
て記憶されている補正係数（感度係数）を用いて
補正され、そして指示記録装置９ｅに表示され
る。

測定完了後、非測定モードへ切換えられる。即
ち、シーケンスコントローラ１３により電磁切換
弁８b₃の操作圧ライン方向への閉弁及び大気への
開弁、並びに電磁切換弁１２の開弁がなされ、筒
状密閉構造体等を内圧防爆状態にし、コイルばね
７ｅの力により電気変位センサー７ａを、計測端
板７ｃがストツパ５sbに接触する位置まで後退
させ、計測開始前の基準位置へ復帰させる。

上記実施例においては、測定すべき被測定物変
位を一箇所とする場合について説明したが、測定
箇所毎に変位検出用部材３，４、変位伝達機構
６、筒状密閉構造体５、変位センサー７、測定駆
動手段８から成る変換器を設け、この変換器毎
に、シーケンスコントローラ１３の制御の下に、
操作圧ライン及び圧力保持ラインを切換えて連通
せしめるようにして、第２の実施例を構成するこ
とが出来る。この場合における動作態様は変換器
毎に対応する電磁切換弁８b₃及び１２が順次に、
シーケンスコントローラ１３により開閉制御され
るということを除いて、上述した動作態様と全く
同様であり、その説明は繰返さない。

又、上記実施例では、被測定物上に流体圧の影
響が全くない場合につい説明したが、加圧下にあ
つて流体圧が変位スピンドルに推力を生ぜしめる
使用環境での不都合（測定誤差）を除く手段を第
２図及び第３図の如く変位スピンドルに設け、第
３の実施例を構成することも出来る。第２図にお
いては、第１図の変位スピンドル６ａを筒状密閉
構造体５の外に設け、平板６ｂ，６ｂに作用する
流体圧を相殺させるように構成する一方、筒状密
閉構造体５内に往復動可能に補助変位スピンドル
６ａを設け、このスピンドル６ａとスピンドル６
ａとを結合手段６ｇで剛体的に又は所定の結合関
係で結合し、変位スピンドル６ａをシールベロー
ズ６ｈ，６ｉにより変位スピンドル６ａから２重
に気密的に隔離して構成している。第２図におい
て、６ｊは通孔６ｅと同じ機能を果すために設け
られた通孔で、６ｋはシールベローズ６ｈ，６ｉ
内部とチヤンバーＣとを連通するための通孔であ
る。その他の参照文字は第１図と同じである。
又、第３図においては、第２図における補助変位
スピンドル６ａ及びシールベローズ６ｈ，６ｉを
除いた構造のものであり、参照文字は第１図と同
じである。

又、変換器の防爆性を保持するという観点か
ら、測定駆動手段に不燃性ガス又は不活性ガスを
用いた例について説明したが、本発明はこれのみ
に限定されるものではない。それは変換器を上述
例示の被測定物にも設置しうるからである。この
ような被測定物の場合には、測定駆動手段とし
て、内圧防爆構造とされているか否かを問わ
ず、、加圧室８ａ内に設けられたマイクロモータ
及び直進機構で代替することが出来る。又、電気
変位センサーを被測定物環境等、測定条件によつ
ては、差動トランス型、磁気スケール型、或いは
その他の変位センサーを使用可能である。

また、変換器及び測定駆動手段に耐蝕性のもの
を採用することにより、一般構造物、海洋構造物
の変位測定のみならず、腐蝕性ガスや液体を収容
する構造物・容器の変位測定も、長期に亘つてで
きる。

更に、変位伝達機構の機械的変位出力を同一直
線上であるか否かを問わず直線変位で発生させる
形式である外、回転変位として発生し、これに対
応して変位センサーも回転式として構成すること
も出来る。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかな如く、本発明によれ
ば、測定時のみ変位センサー及び駆動手段（変位
測定器）を作動状態に置きうるので、測定毎に測
定系の零点調整及び感度調整を施行し得ることと
なり、また変位センサーを基準位置に復帰させる
ばね等の機械的要素のクリープ等を軽減でき長期
間に亘つて測定精度を維持し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２
図及び第３図は本発明の変形実施例を示す図であ
る。 図中、１は変位測定装置、２は被測定物、３は
第１の変位検出用部材、４は第２の変位検出用部
材、５は支持体（若しくは筒状密閉構造体）、６
は変位伝達機構、７は変位センサー、８は測定駆
動手段、９は換算手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被測定物の変位を検出すべき区間の両端に設
   けられた第１及び第２の変位検出用部材と、該第
   １の変位検出用部材に固設された支持体と、該支
   持体に設けられた、一端が前記第２の変位検出用
   部材に固着された機械的変位出力を有する変位伝
   達機構と、前記支持体に設けられた、前記変位伝
   達機構の機械的変位出力に応動しうると共に非測
   定時にはばね等の機械的要素により基準位置に復
   帰させられる変位センサーと、該変位センサーを
   測定時にのみ、前記機械的変位出力に応動せしめ
   る計測駆動手段と、前記測定時に得られる変位セ
   ンサからの出力を前記被測定物の変位へ換算する
   換算手段とより成る変位測定装置。