JPS61194315A - 測定容器の平衡棒支持構造 - 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〕 本発明は、周囲温度が低温から高温まで幅広く変化する
状態の雰囲気中で生じる測定容器内での力変化を、平衡
棒により外部に取出す力検出装置に採用して好適な測定
容器の平衡棒支持構造に関する。

〔従来の技術〕

たとえば各種プロセス流体の測定容器内での貯蔵量を測
定するための液面計などには、力平衡式の力検出装置が
採用されている。このような力検出装置は、一般に、測
定容器内で測定流体の液面変化に応じて上、下動するフ
ロートと、このフロートの変位を検出機構側に伝達する
力伝達手段としての平衡棒とを備えており、この平衡棒
はその中央部が支持部材により揺動可能に支持されると
ともに、その一端が前記測定容器内に臨み、かつ他端が
外部に導出されて力変化を外部に伝達し得る構成とされ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述した液面計等において使用される力検出
装置を構成する平衡棒を揺動可能に支持する手段として
、従来は、測定容器からの取出し端に、たとえば金属材
料からなる環状の支持板で支持する構成が一般に採用さ
れているが、この場合に若干の問題を生じている。すな
わち、上述したような測定容器は、測定流体の種類や使
用状態により、その周囲温度が低温から高温まで幅広く
変化する雰囲気中に晒されるため、このような温度変化
にかかわらず、平衡棒を安定して支持し得ることが望ま
れている。しかしながら、上述したような金属製支持板
では、その熱膨張係数が大きく、かつ平衡棒や固定側で
の熱膨張等をも考慮することが必要であることから、力
伝達特性が変化し易く、力伝達誤差となってしなうもの
で、温度特性に優れた力検出装置を得ることができない
といった問題を生じている。

このため、上述した金属材料に比べて熱膨張係数の小さ
く、温度変化にかかわらず機械的強度が安定しているセ
ラミック材を上述した平衡棒の支持部材として採用する
ことが考えられているが。

この場合平衡棒や固定側部材との熱膨張係数の差による
外軌や破損等を防止し得る対策が必要とされるばかりで
なく、溶接等ができないことによる固定方法の改良が必
要で、何らかの対策を講じることが望まれている。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した要請に応えるために本発明に係る測定容器の平
衡棒支持構造は、測定容器の開口端に接続されたフラン
ジ部材の内孔を遊嵌状態で貫通して配置される平衡棒と
、この平衡棒外周部および前記フランジ部材の内孔内壁
部間の隙間を封止するとともに平衡棒を支持するセラミ
ック製の環状支持部材を備え、この支持部材を、その中
央部が蒲由に形Ｅ＃されふとと本に内６．に置部が断面
柵状を呈するように形成し、これら楔状内、外周部を前
記フランジ部材の接続フランジに対応する部分で内孔内
壁部および前記平衡棒外周部に形成された環状溝内にそ
れぞれ嵌込み保持させるようにしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、セラミック製の環状支持部材が、外部
から空冷効果が作用するフランジ部材の接続フランジに
対応する部分に設けられ、かつ楔状内、外周部で固定側
に嵌込み保持されているので、この平衡棒を周囲温度変
化に影響されずに、適切かつ確実に支持することが可能
で、耐熱性等に優れ、力伝達特性や力伝達誤差等といっ
た問題が小さいものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図および第２図は一木発明に係る測定容器の平衡棒
支持構造の一実施例を示すものであり、これらの図にお
いて、符号ｌは図示せぬ密閉型測定容器の側部壁面や上
部から側方に向って延設された接続口等の開口端に接合
固定されるフランジ部材、２は前記容器内に貯溜された
プロセス側の測定液体３の液面を検出するためのフロー
ト、４はこのフロート２から図示せぬ検出側に延設され
た平衡棒で、この平衡棒４は前記フランジ部材ｌの内孔
５を遊嵌状態で貫通配置されている。

さて、本発明によれば、上述した測定容器の開口端に接
続されたフランジ部材１の内孔５を遊嵌状態で貫通して
配置される平衡棒４の外周部および前記フランジ部材１
の内孔５内壁部間の環状隙間を封止するとともに平衡棒
４を揺動可能に支持するセラミック製の環状支持部材１
０を備え、この支持部材ｌＯを、その中央部１１が薄肉
となるように形成するとともに内、外周部１２．１３が
断面楔状を呈するように形成し、かつこれら楔状内、外
周部１２．１３を前記フランジ部材１の接続７ランジ６
に対応する部分で内孔５内壁部および前記平衡棒４外周
部に形成された環状溝１４゜１５内にそれぞれ嵌込み保
持するようにしたところに特徴を有している。

そして、上述した構成において、注目すべきことは、上
述したように測定容器から取出される平　　　。

衡棒４を支持するために用いられている環状支持部材ｌ
Ｏを形成するセラミック材は、金属材料に比べ低温から
高温状態まで機械的強度が安定し変化が少ないことであ
る。したがって、このようなセラミック材を力伝達要素
としての平衡棒支持部材として採用すると１周囲温度変
化で力伝達特性が変化し力伝達誤差となることが、金属
材料に比べきわめて小さいものである。しかし、その反
面において、上述したセラミック材は、その熱膨張係数
が金属材料の約半分であることや、溶接ができないこと
等がその実施を妨げる原因となっているが１本発明によ
れば、縦、横方向への熱膨張に合せた楔状にセラミック
製支持部材ｌＯの内、外周部１２．１３を成形加工して
熱膨張による緩みや締り等といった悪影響を取除き、さ
らに金属薄板１６をこれに合せて採用することにより両
部材間同士を溶接して完全なシールを行なえ、セラミッ
ク材による支持部材１０の使用が可能となるものである
。ここで、上述した環状の金属薄板１６は、その内、外
周部がシーム溶接等でフランジ部材１１４よび平衡棒４
側にそれぞれ固着され、これによって密封性が要求され
ている場合における測定容器内のシールを確実に行なえ
るように構成している。

さらに、本発明によれば、セラミック製の環状支持部材
ｌＯは、その−側面側に凹陥部１１ａが形成されること
により、中央部１１が薄肉に形成されているが、この場
合機械的強度を確保するために、凹陥部１１ａ側を低圧
側に２反対の平坦面側を高圧側に面するように配設して
いる。

また、本発明によれば、外気による空冷効果の大きい接
続フランジ６部分に前記セラミック製支持部材１０を設
けるようにしているため、このフランジ６に該当する内
孔５内壁部は第２図中想像線で示すように内側に膨出し
、一方平衡棒４側は外向き（図中想像線で示す）に膨出
するため、前記セラミック製支持部材１０が脱落したり
、これに無用な力が作用するといった問題を一掃し得る
ものである。

すなわち、上述した構成において、測定容器内での測定
流体３の液面の変化により平衡棒４の先端に力入力Ｆ　
ＩＮが加わると、この平衡棒４の他端はセラミック材に
よる支持部材ｌＯを支点として揺動し、力出力Ｆ　ＯＵ
Ｔとして取出すことができる。この場合、力入力ＦＭに
の一部はセラミック支持部材１０やこれに並設された金
属薄板１６で消費される。そして、温度変化があっても
支点部分での機械的強度が一定で変化しない場合には、
その支点部分で消費される量が多くても力検出誤差とは
ならないが１機械的強度が温度により大きく変化すると
きには、支点部分で消費される量が多いと、力検出装置
としての温度特性が悪くなる。したがって、測定容器内
の圧力が高い場合、支持部材ｌＯとしてのセラミック材
を厚くし、耐圧強度を増加させなければならないが、こ
の場合力入力Ｆ　ＩＮが支点で消費される量も増加する
ので、支点は温度変化に対して機械的強度ができるだけ
安定な材料すなわちセラミックを採用するとよいもので
ある。

この場合において問題とされることは、セラミック材の
熱膨張係数が金属材料の約１７２である点で、このため
高温度を基準に寸法を決め１組立てると低温時に締り、
セラミック材による支持部材ｌＯに破れが生じる。逆に
低温度を基準に寸法を決めると、高温時にセラミック材
による支持部材１０と金属材である平衡棒４およびフラ
ンジ部材１との間に緩みが生じる。ここで、金属材料の
一例としてのステンレス鋼５ＵＳ３０４の熱膨張係数は
、１８゜４Ｘ１（１８（１／”Ｃ）、セラミック材は？
、９４Ｘｔｏ−１３（１／”Ｏ）で、その温度特性を第
３図に示している。

このような問題点を解決するために、本発明によれば、
セラミック材による環状支持部材ｌＯの内、外周部１２
．１３を断面模試を呈するごとく形成している。その理
由を簡単に説明すると、第２図中Ａ、Ｂはそれぞれ室温
ｔＯ℃におけるフランジ部材ｌと平衡棒４．およびセラ
ミック製の環状支持部材ｌＯとの相対的な位置関係を示
している。また、Ｃ，Ｄは高温時ｔ　１の相対位置を示
している。そして、このような構成において、フランジ
部材１の接続フランジ６は、その外部露呈部分が中心部
に比べ放熱により温度が低く、このため熱膨張は内孔５
の中心部に向って膨出する。この膨出量ｈＡは、次の通
りである。

ｈＡ＝αＡ１１Ｈ（ｔ　ｌ−ｔ　ｏ）・・ｅ■ここで、
αＡはセラミックの熱膨張係数を含む総合的な熱膨張係
数、Ｈはフランジ６の長さである。

一方、セラミック支点としての支持部材１０が組込まれ
たフランジ部材ｌ側の環状溝１５は熱膨張で拡がる。こ
の拡がり量ＩＡは、概略０式で示される。

９、Ａ＝αａ−ｗ（ｔ　　ｔ−ｔ　　Ｏ）・・・■また
、セラミック支点である支持部材ｌＯが組込まれた平衡
棒４偶の環状溝１４は熱膨張で外径が拡がり、その量ｈ
Ｂは概略０式で示される。

ｈ　　Ｂ＝α　Ｂ−ｄ／２　　（ｔ　　１−　ｔ　　Ｏ
）　　・　・　・■ここで、αＢはセラミックの熱膨張
を含む総合的な熱膨張係数である。

さらに、同じく平衡棒４の環状溝１４の拡がり量見　Ｂ
は、 文　Ｂ＝αｅ−ｗ　（ｔ　　ｔ−ｔ　　ｏ）　　・・・
■そして、セラミック支点である支持部材１０の内、外
周部１２．１３での角度は、０．０式より。

θ　Ａ＝　　ｔａｎ−１１Ａ／　ｈ　Ａ６　ｍ　ｍ　ｍ
■同じく■、■式により、 θＢ＝　　ｊａｎ−１１Ｂ／　ｈ　Ｂｅ　ｅ　＊　＊　
（ｉｌである。そして、この角度で上述した支持部材１
０の内、外周部１２．１３を楔形状とすれば、温度変化
による変形はＡ−Ｃ，Ｂ−Ｄ間で起るから、セラミック
面と金属面とは滑りの状態で移動し緩みや締りを避ける
ことができるものである。

なお、■〜■式は、より複雑な式を用いて精密計算して
もよいことは勿論である。

そして、上述した説明から明らかなように、温度変化に
対しシール性のよい形状に加工できるが、これだけでは
測定容器を完全にシールすることはできない、このよう
な容器の完全なシール性を得るためには、金属薄板１６
をセラミック材による支持部材１０の複合材としてシー
ム溶接する必要がある。この金属薄板１６はセラミック
支点である支持部材１０が耐圧の主役なので、シール性
のみを行なえるとよく、きわめて薄くできるので、力入
力Ｆ　ＩＨの金属薄板１６による消費は無視できる。ま
た、平衡棒４は力伝達が目的であるから、先端の動きは
０．１ｍｍ以下の微小でよく、セラミック材の弾性許容
範囲内にあることは勿論である。

したがって、上述した構成によれば、セラミック材によ
る環状支持部材１０の採用とその内、外周部１２．１３
を縦、横の熱膨張に合せた角度をもつ断面楔形状とする
ことで、熱膨張による緩みや締りによる破れ、および機
械的強度変化の影響を取除き、またこれと複合材として
金属薄板１６を一体化してシール用とした構成の支点を
用いた平衡棒４支持構成とすることで、周囲温度変化が
あってもこれに影響されず、六入力をそのまま正確に力
出力として取出すことのできる温度特性のよい力検出装
置を得ることが可能となる。

なお、と述した第１図および第２図では、その理解が容
易となるようにセラミック製環状支持部材ｌＯを厚く描
いているが、実際には１ｍｓ程度のものである。

第４図および第５図は本発明に係る測定容器の平衡棒支
持構造の別の実施例を示すものであり、この実施例では
、測定容器内でのプロセス側の圧力が前述した実施例の
ような正圧状態とは逆に負圧である場合を示し、セラミ
ック材による環状支持部材１０および金属薄板１６の位
置関係が逆に配設され、その理由等は上述した実施例と
同様で、容易に理解されよう、要は、セラミック製環状
支持部材ｌＯの薄肉中央部１１を形成する凹陥部１１ａ
を、低圧側に位置させるようにすればよいものである。

第６図および第７図はさらに本発明の別の実施例渣示す
ものであり、この実施例では、測定容器内が負圧から正
圧まで大きく変化する場合である。すなわち、上述した
ように測定容器内の圧力が負圧から正圧まで大きく変化
する場合には、平衡棒４を支持する支点として、平衡棒
４外周部および前記フランジ部材１の内孔５内壁部間の
環状隙間を封止するシール用の環状金属薄板１６および
これを両側から挟持する一対のセラミック製環状支持部
材１０．２０を用い、かつこれらの支持部材１０．２０
を、それぞれその中央部１１，２１が外側から凹設され
ることにより薄肉に形成するとともにその内、外周部１
２，１３．２２．２３が断面楔状を呈するように形成し
、これら楔状内、外周部を前記フランジ部材ｌの接続フ
ランジ６に対応する部分で内孔５内壁部および前記平衡
棒４外周部に形成された環状溝１４，１５；２４．２５
内にそれぞれ嵌込み保持するようにしたものである。

ここで、上述した一方のセラミック製環状支持部材２０
側での各部の寸法関係は、前述した０〜０式と同様にし
て導かれるもので、図中Ｅ−Ｇ。

Ｆ−Ｈは室温ｔ　ｏから高温時ｔ　２までの変化を示し
ている。そして、その結果としてＯＥ、θ　Ｆで各端部
の角度が選択される。この場合、プロセス側の方が高温
となるので、支持部材１０．２０の傾斜角は、計算の結
果から異なるものである。そして、第８図は測定容器側
が正圧の場合、第９図は負圧の場合を示している。

なお、本発明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。たとえば上述した実施例では、金属薄板１６を、セ
ラミック製環状支持部材１０（２０）に並設した場合を
示しているが、シール性があまり要求されていない場合
には、これを省略することは自由である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る測定容器の平衡棒支
持構造によれば、測定容器の開口端に接続されたフラン
ジ部材の内孔を遊嵌状態で貫通して配置される平衡棒と
、この平衡棒外周部および前記フランジ部材の内孔内壁
部間の隙間を封止するとともに平衡棒を支持するセラミ
ック製の環状支持部材を備え、この支持部材を、その中
央部が薄肉に形成されるとともに内、外周部が断面楔状
を呈するように形成し、これら楔状内、外周部を外部か
ら空冷効果が作用するフランジ部材の接続フランジに対
応する部分で内孔内壁部および前記平衡棒外周部に形成
された環状溝内にそれぞれ嵌込み保持させるようにした
ので、簡単かつ安価な構成にもかかわらず、力検出装置
を構成する平衡棒を周囲温度変化に影響されずに、適切
かつ確実に支持することが可能で、これにより耐熱性等
に優れ、力伝達特性や力伝達誤差等といった問題が一般
的な金属材料からなるものに比べて小さくなる等といっ
た種々優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る測定容器の平衡棒支持構造の一実
施例を示す要部概略斜視図、第２図はその原理説明図、
第３図は金属材とセラミック材との熱膨張特性を示す特
性図、第４図および第５図は本発明の別の実施例を示す
概略斜視図および原理説明図、第６Ｖ４および第７図は
本発明の他の実施例を示す概略斜視図および原理説明図
、第８図および第９図はその使用状態を示す要部断面図
である。 ｌ・・拳・フランジ部材、２・・・・フロート、３・・
・・測定容器内の測定流体、４・・・・平衡棒、５・・
・・フランジ部材内孔、６・・・・接続７ランジ、１０
，２０・・・・セラミック製環状支持部材、１１，２１
・・・・薄肉中央部、ｌｌａ、２１ａ・・・・凹陥部。 １２．１３：２２，２３・・・・横状内、外周部、１４
，１５：２４，２５・・・・環状溝。 １６・・・・金属薄板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定容器の開口端に接続されたフランジ部材の内
   孔を遊嵌状態で貫通して配置される平衡棒と、この平衡
   棒外周部および前記フランジ部材の内孔内壁部間の隙間
   を封止するとともに平衡棒を支持するセラミック製の環
   状支持部材を備え、この支持部材は、その中央部が薄肉
   に形成されるとともに内、外周部が断面楔状を呈するよ
   うに形成され、これら楔状内、外周部が前記フランジ部
   材の接続フランジに対応する部分で内孔内壁部および前
   記平衡棒外周部に形成された環状溝内にそれぞれ嵌込み
   保持されていることを特徴とする測定容器の平衡棒支持
   構造。
2. （２）測定容器の開口端に接続されたフランジ部材の内
   孔を遊嵌状態で貫通して配置される平衡棒と、この平衡
   棒外周部および前記フランジ部材の内孔内壁部間の隙間
   を封止するとともに平衡棒を支持するセラミック製の環
   状支持部材と、この支持部材の一側に接するようにして
   並設されその内、外周部が前記平衡棒外周部、内孔内壁
   部側に固着された環状の金属薄板とを備え、前記支持部
   材は、その中央部が薄肉に形成されるとともに内、外周
   部が断面楔状を呈するように形成され、これら楔状内、
   外周部が前記フランジ部材の接続フランジに対応する部
   分で内孔内壁部および前記平衡棒外周部に形成された環
   状溝内にそれぞれ嵌込み保持されていることを特徴とす
   る測定容器の平衡棒支持構造。
3. （３）測定容器の開口端に接続されたフランジ部材の内
   孔を遊嵌状態で貫通して配置される平衡棒と、この平衡
   棒外周部および前記フランジ部材の内孔内壁部間の隙間
   を封止するシール用の環状金属薄板およびこれを両側か
   ら挟持する一対のセラミック製環状支持部材を備え、こ
   れらの支持部材は、それぞれその中央部が外側から凹設
   されることにより薄肉に形成されるとともに内、外周部
   が断面楔状を呈するように形成され、これら楔状内、外
   周部が前記フランジ部材の接続フランジに対応する部分
   で内孔内壁部および前記平衡棒外周部に形成された環状
   溝内にそれぞれ嵌込み保持されていることを特徴とする
   測定容器の平衡棒支持構造。