JPS61202132A

JPS61202132A - 超高温圧力変換器

Info

Publication number: JPS61202132A
Application number: JP4283485A
Authority: JP
Inventors: Yoji Miura; 三浦　洋二; Tomio Yamaguchi; 山口　富夫; Sakae Chiba; 千葉　栄
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1986-09-06
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH0617842B2

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】（ａ）　　技術分野本発明は、圧力変換器に関し、より詳細には、例えばロ
ケットエンジンの圧力測定のような超高温下での圧力を
測定するための超高温圧力変換器に関するものである。

（ｂ）　　従来技術高温下での圧力を測定する圧力変換器として、例えばエ
ンジン指圧針がある。このエンジン指圧計は、ピストン
エンジンのシリンダ内に発生する圧力を測定し、燃料消
費率や出力の向上等のための分析等を行うためのもので
あり、その最大許容温度は、通常１５０〜２００℃程度
である。ところが、ピストンエンジン等の点火プラグに
よる点火時の圧力を測定する場合には。

上記許容温度を超える高熱が発生する。そのため、従来
のエンジン指圧計の中には、内部に冷却水路を形成し、
その冷却水路に冷却水を循還させてダイヤフラムや起歪
部の温度を１５０〜２００℃以下に抑制し得るように構
成したものがある。

一方、ジェットエンジン、特にロケットエンジンの作動
時において、燃焼室の温度は、上記ピストンエンジンの
場合よりも著しく高くなり、通常１０００℃位まで上昇
する。そして、そのときの燃焼反応により燃焼室内の圧
力も急激に変化する。ロケットエンジンにおいても、こ
のような燃焼室内の圧力の測定は、推進力や燃焼効率等
を知る上で不可欠なものである。

ところで、ロケットエンジンの場合、使用する燃料（推
進剤）は、一般にケロシン、ヒドラジン、液体水素等で
あり、これらに液体酸素や硝酸等の酸化剤を加えること
により燃焼し推進力が発生する。これらの燃料は、気化
しやすいばかりでなく自然発火を起こすものがある。そ
のため、火災や事故を起こさないように、ロケットエン
ジンの燃焼室の周辺は、極低温に保持されるように設計
されている。

このようなロケットエンジンの燃焼室内の圧力を測定す
るに際して、１５０〜２００℃程度の耐温度特性を有し
た通常の圧力変換器を用いると、約１０００℃まで上昇
する燃焼室の温度により圧力変換器のセンサ部が焼損し
てしまうという問題がある。この問題に対処すべく上述
したように冷却水などによりセンサ部を冷却する形式の
エンジン指圧計を用いた場合には、周囲が極低温下にあ
るがゆえにその冷却水等が凍結して循還しなくなり、セ
ンサ部の温度が上昇して故障するという問題がある。結
局、従来の圧力変換器には、ロケットエンジンのような
超高温下での圧力媒体の圧力測定に対応できるものがな
く、ジェットエンジン等の開発上の支障となっていた。

（ｃ）　　目的本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、超
高温下における圧力を精度よく測定することができ、し
かも極めて構成が簡単な超高温圧力変換器を提供するこ
とを目的とする。

（ｄ）　　構成本発明は、上記の目的を達成させるため、流体の圧力を
ダイヤフラムによって力に変換しこの力を力伝達部を介
し起歪部に伝達して該起歪部を変形せしめこの変形を前
記起歪部に添着したひずみゲージにより検出して印加圧
力に対応する電気信号を得る圧力変換器において、圧力
検出対象物に結合固定され該対象物から前記流体を導く
圧力導入部と、耐熱性があり熱容量の大なる材料をもっ
て前記流体と接する表面積が大なる形状に形成された熱
吸収部材を内部に有し前記圧力導入部から導入される前
記流体を前記熱吸収部材に接触せしめつつ前記ダイヤフ
ラムに導く連結部とを備え、前記圧力導入部に導入され
る超高温の流体の熱を前記連結部内の熱吸収部材で吸収
せしめて前記ダイヤフラムに低温化された流体の圧力が
印加されるように構成したことを特徴としたものである
。

以下、本発明を、添付図面に示す実施例に基づいて具体
的に説明する。

第１図は、本発明の一実施例である超高温圧力変換器の
断面構成を拡大して示す断面図であり、第２図は、同実
施例の外観構成を示す側面図である。

第１図および第２図において、１は、圧力を圧力検出対
象物であるロケットエンジンの燃焼室より取出す圧力導
入部であり、小筒状をなす一端側外周に雄ネジ部１ａが
形成され、大筒状をなす他端側外周に六角ボルト部１ｂ
が形成され、中心部には燃焼室から圧力媒体としての流
体を取出すための圧力導入路１ｃが穿設されており、一
端に形成した段部１ｄにガスケット（図示せず）を嵌挿
させた状態で雄ネジ部１ａが燃料室に穿設したネジ孔に
螺合される。２は、内部が中空とされた略円筒状の剛体
の外周に銀様の放熱部である放熱フィン２ａが形成され
た連結部であり、一端側外周に形成された雄ネジ部２ｂ
が圧力導入部１の他端側内周に形成された雌ネジ部１ｅ
に金属０リング３をその端面間に介挿した状態で螺合さ
れている。４は、多数の小孔４ａを有し圧力導入部１内
の段部１ｆと連結部２の一端に形成した段部２Ｃとの間
に挟設された第１の多孔板であり、５は、連結部２内壁
の軸方向中間部に形成した段部２ｄに当接され多数の小
孔５ａを有した第２の多孔板であり、上記連結部２の中
空部内における第１および第２の多孔板４および５の間
には円筒状のスペーサ６が嵌挿されており、このスペー
サ６と第１および第２の多孔板４および５とで囲まれた
空間には、第１および第２の多孔板４および５に穿設さ
れた小孔４ａ　、５ａよりも径が太きく、熱容量が大き
く、耐熱性を有する熱吸収部材としての多数の金属ボー
ル（鋼球）７が充填されている（第１図では金属ボール
７の一部のみを図示しである）。８は、連結部２の中空
部の他端側内周に形成された雌ネジ部２ｅに金属性のガ
スケット９を介して一端側半部外周に形成された雄ネジ
部８ａが螺合された反力支持部であり、この反力支持部
８の他端側半部外周は大径とされて六角ボルト部８ｂが
形成されている。１０は、第２の多孔板５に近接した反
力支持部８の一端に周縁が溶接等によって気密状に固着
されたダイヤフラムであり、その周縁部と中央部との間
はカテナリ曲面状に形成された薄板となっている。１１
は、反力支持部８の他端側よりその中空部８Ｃ内に一端
側が挿入された受感部であり、受感部１１の外径が反力
支持部８の中空部８Ｃよりも径の小さい部分のうち、一
端側半部は、円柱状の剛性大なる力伝達部１１ａとされ
ており、この力伝達部１１ａの一端がダイヤフラム１０
の中央部に固着され、受感部１１の中間部は薄肉円筒状
の起歪部１１ｂとなっており、起歪部１１ｂの内周壁に
は起歪部１１ｂの変形を検知するひずみゲージ１２が接
着、蒸着、融着その他の手段により添着されている。ま
た、この受感部１１の他端側半部には段部１１ｃ、１１
ｄが順次形成されており、段部１１ｃは反力支持部８の
他端側内周に形成された段部８ｄに当接されており、段
部ｌｉｄは反力支持部８の他端に当接され溶接等によっ
て固着されている。さらに、受感部１１の他端側内周に
も段部ｌｉｅが形成されており、この段部１’ｌｅには
気密端子板１３の周縁が当接され固着されている。そし
て、この気密端子板１３によって密閉された受感部１１
の中空部１．１ｆ内には窒素ガス等の不活性ガスが充填
されており、この不活性ガスによりひずみゲージ１２の
酸化、吸湿による絶縁抵抗の低下が防止されている。こ
のひずみゲージ１２の電気信号の入出力は、気密端子板
１３に気密状態で挿通された導電ピン１４を介して行わ
れる。１５は、受感部１１の他端の段部１１ｇに一端が
嵌挿され溶接等によって固着された端子カバーであり、
この端子カバー１５の他端には、防水コネクタ１６がバ
ッキング１７を介して止めネジ１８（第２図示）により
固定されており、この端子カバー１５内の中空部１５ａ
内で気密端子板１３の導電ピン１４と防水コネクタ１６
からのリード線１９との接続が行われ且つシリコーン等
の充填剤が充填されている。そして、防水コネクタ１６
より外部に導出されたリード線は、ひずみ測定器（図示
せず）に接続される。

次に、以上の構成よりなる実施例の作用につき説明する
。

先ず、この超高温圧力変換器（以下、「変換器」と略称
する）の圧力導入部１の雄ネジ部１ａを、六角ボルト部
１ｂにスパナ等の工具を押し当てて回動させつつロケッ
トエンジンの燃焼室に穿設したネジ孔に螺合し取付ける
。ここで、燃焼室に取付けられた変換器は、極低温に保
持されたロケット燃料とともに極低温の環境下におかれ
る。

次に、ロケットエンジンが始動すると、燃料が急激に燃
焼し、燃焼室内の圧力および温度が急激に上昇する。こ
のときの温度は、既述したように約１０００℃までに達
する。この燃焼圧力媒体は、圧力導入部１の圧力導入路
１ｃより変換器側に取出され、先ず第１の多孔板４に到
達する。次に、圧力媒体は、第１の多孔板４の小孔４ａ
から侵入して多数の金属ボール（吸熱体）７間の間隙を
縫って第２の多孔板５の小孔５ａよりダイヤフラム１０
の受圧面上に到達する。このとき、圧力媒体は、極低温
の環境下で充分に冷却された熱吸収部材としての多数の
金属ボール７によって吸熱され、極めて低い温度の状態
でダイヤフラム１０に到達する。

ダイヤフラム１０は、圧力媒体からの圧力をその面上に
受け、これを力に変換し剛性の大なる力伝達部１１ａを
圧縮する。すると、受感部１１の力伝達部１１ａと一体
に連なる薄肉の起歪部１１ｂが変形する（即ち、力の印
加方向に引張ひずみを生じる）。このひずみは、起歪部
１１ｂの内壁に接着、蒸着等の手段により添着されたひ
ずみゲージ１２により電気信号として検出され、気密端
子板１３および防水コネクタ１６を介してひずみ測定器
（図示せず）に出力され圧力が測定され、場合によって
記録紙上に波形記録される。このように上記実施例では
、約１０００℃の高温に達する圧力媒体は、熱容量が大
きく圧力媒体と接触する表面積が大なる形状に形成され
た熱吸収部材である多数の金属ボール７によりその温度
が速やかに低下せしめられる。また、この圧力媒体の熱
は、連結部２の放熱フィン２ａからも放熱される。従っ
て、ダイヤフラム１０およびそれに固着された受感部１
１の力伝達部１１ａは、一定時間に限れば殆んど温度上
昇を来さないので、圧力導入路１ｃから導かれた流体の
圧力に応じた電気信号をひずみゲージ１２によって検出
することができる。

また、この実施例の場合、ダイヤフラム１０をカテナリ
状に形成しであるため、例えば、ダイヤフラム１０と力
伝達部１１ａとの間に温度差が生じてダイヤフラム１０
に変形が生じても、その変形の影響は受感部１１の力伝
達部１’ｌａに伝達されることがなく力伝達部１１ａは
、印加圧力に応じた力成分のみを起歪部１１ｂに伝達す
るので、正確な圧力測定が可能となる。また、ダイヤフ
ラム１０をカテナリ状とすることにより、ひずみ出力の
非線形が改善されるという利点もある。

また、上述した実施例のものは、受感部１１のうち、力
伝達部１１ａをある程度長く形成し、ダイヤフラム１０
との固着部と、ひずみゲージ１２が添着された起歪部１
１ｂとの距離を長く設定しであるので、仮にダイヤフラ
ム１０がある程度加熱されても、起歪部１１ｂの温度変
化は低減化され、その全測定精度も向上する。

第３図（ａ）は、第１の多孔板４の直前箇所における温
度（同図のグラフＡ）と第２の多孔板３の直後箇所にお
ける温度（同図のグラフＢ）との時間的変化を熱電対に
よって測定した実験結果を示す線図、第３図（ｂ）は、
そのときのひずみゲージ１２からのひずみ出力値（同図
のグラフＣ）の時間的変化を示した線図である。

これらの図からもわかるように、上記実施例の如く構成
することにより、ロケットエンジンの始動から少なくと
も２〜３分の間において、第２の多孔板５の直後箇所に
おける温度は殆んど上昇することがなく、そのため、ひ
ずみ出力値も圧力媒体の温度にかかわらず、殆んど変化
しない。従って、その温度変化があるとひずみ出力値に
影響をもたらし易い起歪部１１ｂおよびひずみゲージ１
２としては、従来の圧力変換器（許容温度１５０〜２０
０℃程度のもの）と同様のもの（構成、材質）を用いる
ことができる。

また、ロケットエンジンは、一般に比較的短時間で燃焼
し終る場合が殆んどであり、また、仮に長時間燃焼する
ものであっても燃料の点火時から推力が略−走化するま
での圧力を計測することで目的が達せられるので、２〜
３分間程度起歪部１１ｂが低温に保持されれば充分であ
る。

また、受感部１１の中空部１１ｆには、ひずみゲージ１
２等の吸湿による絶縁低下および酸化等を防止するため
の不活性ガスが充填されており、また、端子カバー１５
の中空部１５ａの内部は、絶縁および異常振動を防止す
る充填剤で充填固化されているため、ひずみゲージ１２
のひずみ出力は、長期間安定した精度を維持する。

尚、本発明は、上述した実施例にのみ限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
形実施が可能である。

例えば、第４図に示すように、第１の多孔板４と金属ボ
ール７（図示せず）との間、および第２の多孔板５と金
属ボール７との間にそれぞれ網２０を配設すれば、第１
および第２の多孔板４および５の小孔４ａおよび５ａに
金属ボール７の一部が嵌まり込んで閉塞されることがな
く、印加圧力が効率良く且つ安定的にダイヤフラム１１
に伝達されることとなる。

また、熱吸収部材として、金属ボール７の代りに第５図
に断面図をもって示すように、第１および第２の多孔板
４および５の間に金属性のワイヤ２１を多数配設するよ
うにしてもほぼ同じ効果が得られる。

さらに、圧力導入部ｌと連結部２との接続部分および連
結部２と反力支持部８との接続部分は、図示の実施例に
おいては、着脱自在に構成した例につき示されているが
、必要に応じ溶接等によって固着するようにしてもよい
。ただし、熱吸収部材としての金属ボール７や網２０が
汚れた場合に洗浄し易いという点で少なくとも第１図に
示すように、圧力導入部１と連結部２とを分離可能な構
成としておいた方が便宜である。

また、連結部２と反力支持部８とは、一体に形成しても
よい。

さらにまた、この超高温圧力変換器は、ロケットエンジ
ンの燃焼室内の圧力のみでなく、短時間であれば様々な
高温環境下における圧力を測定する場合にも当然に使用
することができる。

（ｅ）　　効果以上詳述したように本発明によれば、極めて簡素な構成
で、超高温下における流体の圧力を温度の影響を受けな
い状態で精度よく測定し得る超高温圧力変換器を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である超高温圧力変換器の
断面構成を拡大して示す断面図、第２図は、同実施例の
外観構成を示す側面図、第３図（ａ）および（ｂ）は、
同実施例の所定箇所の温度変化およびひずみ出力の変化
につきそれぞれ実験した結果を示す線図、第４図は、他
の実施例の要部構成を示す正面図、第５図は、さらに他
の実施例の要部構成を示す断面図である。１・・・・・・圧力導入部、　　　１ｃ・・・・・・圧
力導入路、２・・・・・・連結部、４．５・・・・・・第１．第２の多孔板、７・・・・・
・金属ボール、　　８・・・・・・反力支持部、１０・
・・・・・ダイヤフラム、１１・・・・・・受感部、１
１ａ・・・・・・力伝達部、　　ｌｌｂ・・・・・・起
歪部、１２・・・・・・ひずみゲージ、１３・・・・・
・気密端子板、１５・・・・・・端子カバー、１６・・・・・・防水コネクタ、１９・・・・・・リー
ド線。第　　３　　図（ａ）時間時間第　　４　　図第　　５　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流体の圧力をダイヤフラムによって力に変換しこ
の力を力伝達部を介し起歪部に伝達して該起歪部を変形
せしめこの変形を前記起歪部に添着したひずみゲージに
より検出して印加圧力に対応する電気信号を得る圧力変
換器において、圧力検出対象物に結合固定され該対象物
から前記流体を導く圧力導入部と、耐熱性があり熱容量
の大なる材料をもって前記流体と接する表面積が大なる
形状に形成された熱吸収部材を内部に有し前記圧力導入
部から導入される前記流体を前記熱吸収部材に接触せし
めつつ前記ダイヤフラムに導く連結部とを備え、前記圧
力導入部に導入される超高温の流体の熱を前記連結部内
の熱吸収部材で吸収せしめて前記ダイヤフラムに低温化
された流体の圧力が印加されるように構成したことを特
徴とする超高温圧力変換器。
（２）熱吸収部材は、金属性の多数の吸熱体よりなる特
許請求の範囲第１項記載の超高温圧力変換器。
（３）吸熱体は、鋼球である特許請求の範囲第２項記載
の超高温圧力変換器。
（４）吸熱体は、スチールワイヤである特許請求の範囲
第２項記載の超高温圧力変換器。
（５）連結部はその外表面側に放熱部が形成されている
特許請求の範囲第１項記載の超高温圧力変換器。