JPS61230037A - 差圧伝達装置 - 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】 本発明は一般的には通常圧力・電気トランスデユーサと
呼ばれている、圧力を表わす電気信号を発生する装置に
関し、さらに詳細には、ホール効果現象を用いて２つの
圧力の差の表示として電気曝 信号を発生する圧力伝達装置に間する。

本発明の実施例は種々の圧力変換の用途に適用されうる
ちのであるが、本発明の好ましい実施例は、暖房、通気
および空気調和（ＨＶ　Ａ　Ｃ）の分野にみられるよう
な可変空気容積給送方式に適用して特に好適である。従
来、ＨＶＡＣ方式は、温度を制御すべき空間または室に
空気を送るためのダクトを含む一定容積空気処理ユニッ
トを用いていた。一定容積方式では、空間に給送される
空気の量を実質的に一定の値に維持した状態で、ダクト
中を通る空気の温度を操作することによって、温度制御
を行なう。さらに最近では、可変空気容積（ＶＡＶ）方
式の方がエネルギ効率をより高くなしうるので好ましい
ことが認められた。後者の型式の方式では、空気の温度
を比較的一定の値に維持しかつダクト中を通る空気の容
積を増大または減少させることによって空間温度の制御
を行なうちのである。従って、ＨＶＡＣ制御方式に必要
なパラメータの１つがダクト内の空気圧である。

それはダクトの内部圧力がわか９ている場合には、容積
従ってそのダクト中を流れる空気のＢＴＵ値の決定を可
能にする既知の態様で計算が行なわれるからである。典
型的なＶＡＶ方式では、周囲圧とダクト内の圧力との差
圧は非常に低く、通常は、ＶＡＶ方式で給送しうる空気
容積の有効範囲にわたワて、水位計で１〜３インチのオ
ーダである。

このような差圧を決定するための装置はすでに入手可能
であるが、それらは通常１％以下程度という必要以上に
高い精度を特徴とするものであり、本発明が適用される
用途における要件を考慮すると、コストが高く、その点
で望ましくない。

圧力感知用ホール効実装置の設計に対する１つの手法が
米国特許第４４８４１７３号に開示されている。この米
国特許に開示されたものは、第１および第２のチェンバ
を分割するための可動ダイアフラムを肴する３チエンバ
型装置である。そのダイアフラムはそれの両面間の差圧
に応答して可動であり、その運動が前記第２のチェンバ
から第３のチェンバにそしてこの第３のチェンバ内に収
容された機構に伝達される。ダイアフラム運動の伝達は
、第２および第３のチェンバ間に延長したチューブ内に
摺動可能に配置された細長い作動ピンとして具体化され
た堅固な反動部材によって行なわれる。この作動ピンの
運動によって、磁石構体に、従ってホール効果型トラン
スデエーサの電気的出力に位置的変化を生じさせる。電
気回路は開示されておらず、その装置がアナログまたは
ディジタル出力装置として機能するように意図されたも
のかどうかも明らかでない、この種の構造は、摺動ピン
を用いていることおよび多数の部品よりなる機構である
がために、摺動摩擦が非常に大きく、従って得られる圧
力表示信号の品質が損なわれることになりやすいという
欠点がある。さらに、上記米国特許の装置は、共通の長
手方向軸線上に菫いに対面した関係をもって取付けられ
た一対の円筒状磁石を用いている。それらの磁石は、ホ
ール効果型センサに作用するように上記軸線上で変位し
うるようになされているが、このような方法なる。さら
に、その装置は構造が不必要に複雑である。

非常に小さい差圧を検出するのに適しており、経済的な
構造とすることができ、差圧を表わす一般的に線形の電
気アナログ出力信号を発生し、かつ信号の品質を損なう
摺動摩擦を回避した圧力伝達装置が開発されるならば、
技術的に大きな進歩と言うことができる。

一般的に、本発明の差圧伝達装置は、ハウジングと、こ
のハウジング内にあって、感知されるべき入力圧力を受
ける第１のチェンバと、前記入力圧力を表わす電気信号
を発生するようになされた伝送器を受容する第２のチェ
ンバを具備している。

それらのチェンバは連続的に形成された弾性の高いダイ
アフラムによって分離されている０弾性ばねとして具体
化された反動部材が前記第２のチェンバ内に配置されて
いて、ダイアフラムの両面間の差圧の大きさにより生ず
るダイアフラムの位置を感知するようになされている。

上記反動部材には磁化構造が取付けられ、この磁化構造
は、前記伝送器におけるホール効果型トランスデエーサ
と協働して磁化構造の、従って上記ダイアフラムの相対
位置を検知し、それに応答して電気信号を発生する。こ
の電気信号はアクチュエータによって制御されるダンパ
ーをＶＡＶ装置のダクト内で位置決めするために用いら
れうる。

本発明の目的は安価な差圧伝達装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、非常に小さい圧力差を表わす電気
信号を発生しうる安価な伝達装置を提供することである
。

本発明のさらに他の目的は可変空気容積制御装置に使用
しうる差圧伝達装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、連続的に形成されたダイア
フラムによって互いに分離された２つのチェンバを有し
、チェンバ間の空気の漏洩を回避した差圧伝達装置を提
供することである。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。

まず第１図および第２図を参照すると、本発明の差圧伝
達装置１０は剛性プラスチ、り材料で成形されたハウジ
ング１１を具備しており、このハウジング１１は、圧差
に応答して移動しうる弾性の高い連続的に形成されたダ
イアフラム１７によって第１のチェンバ１３と第２のチ
ェンバ１５に分割されている。第１のチェンバ１３は剛
性の外壁部材１９を有しており、この外壁部材１９は第
１のチェンバ１３と連通しかつ外部の空気導管に連結す
るための第１のねじ付きボート２１を有している。第２
のチェンバ１５は上記ダイアフラム１７と、ハウジング
側壁２３と、連続的に成形されたリプ２５と、後述する
ようにそのリブ２５における開口３１を封止閉塞する伝
送器２９の支持基部２７とによって画成されている。従
って、その第２のチェンバ１５は、それと流体連通され
るように形成された第２のボート３３を除いてシールさ
れている。前記ＶＡＶ方式に対して共通の周囲圧に対し
て正の圧力を検知するために用いられる場合には、第１
のボート２１は、圧力を感知されるべきダクトの内部に
連結され、第２のボート３３は周囲圧力の領域に連結さ
れる。他の例として、差圧伝達装置１０を真空差動装置
として用いようとする場合には、第２のボート３３は真
空源に連結され、第１のボート２１は周囲圧力の領域に
連結される。上記ダイアフラム１７およびその上に配設
された剛性伴板３５に関連した構造を含む詳細について
は米国特許第４４６７９９８号に開示されている。

つぎに第１図、第２図、第３図および第４図を参照する
と、ハウジングｌｌ内には信号発生器３７が収容されて
おり、この信号発生器３７は、電気信号を発生するため
の伝送器２９と、前記ダイアフラム１７および伝送器２
９間を可動に連結する反動部材３９を具備している。伝
送器２９は支持基板２７と、ある電子回路を受容するた
めに支持基板２７上に取付けられたプリント回路基板４
１と、このプリント回路基板４１に接続されたホール効
果型トランスデユーサ４５を支持するための図に最もよ
く示されているように、支持基板２７は接着剤を用いて
それをリブ開口３１の周囲に固定することによって、ハ
ウジング１１内に支持されうる。プリント回路基板４１
は熱による変形されるプラスチック・スタンド４７また
はスナップ・オン型ファスナを用いて支持基部２７に取
付けられうる。超音波溶接は電子回路を破損するおそれ
があるから、それよりもファスナまたは熱の方が好まし
い。

つぎに第１図、第５図、第６図および第７図を参照する
と、上記ホール効果型トランスデユーサ４５は、反応部
材３９の磁化構造４９に対して離間しているが、磁界を
感知する関係をもって、支持ビーム４３内に取付けられ
ている。第５図、第６図および第７図に最もよく示され
ているように、トランスデユーサ４５は、磁化構造４９
に隣接して位置づけられるべき第１の平面５１と、感知
要素５５がその上に配置されている第２の面５３を有し
ている。第１図および第６図に示されているように、ト
ランスデユーサ４５のリード線５７は、配線穴を用いて
回路基板４１に接続されうる０回路基板配線はリード線
５９およびクリップ６０を用いてハウジング１１の側壁
２３に移されうる。

第２図、第４図および第８図を参照すると、片持板ばね
として具体化されている弾性反動部材３９はダイアフラ
ム１７と伝送器２９との間に配置されており、かつこの
反動部材３９は、アーム６１．１対の直角ベンド６３、
およびダイアフラム板３５に接触してそれの運動を感知
するフート部材６５を有している。反動部材３９は、ア
ーム６１の第１の端部６８に形成された１対の取付穴６
９に合致した下方に突出したスタンド６７を用いて支持
基部２７に取付けられうる。プラスチック支持基部２７
とスタッド６７が用いられる場合には、取付けはきのこ
状頭部７０を形成するように超音波１　　　　　　　溶
接によっであるいはスナップ・オン型ファスナによって
なされろる。前記第１の端部６８と頭部７０との間に小
さい軸受板７１を配置するのが有利である。

つぎに第１図、第８図および第９図を参照すると、反動
部材３９のアーム６１は、全体としてＴ字状の非鉄ホー
ルダ７３を具備した磁化構造４９をその上に配置されて
いる。アーム６１に対するホールダ７３の取付けは偏心
取付ねじ７５によってなされるのが好ましく、その取付
ねじ７５を若干回転調節することにより、ホールダ７３
が、反動部材３９の長軸に直交した運動軸方向にその反
動部材３９を横切って前後に横方向に移動される。。

このような調節機構により、磁化構造４９とトランスデ
ユーサ４５との間の間隔を若干変更でき、それによって
利得調節が可能となる。ねじ７５に対する接近は基部２
７の穴７７を通じて行なわれうるが、その穴７７は漏洩
を防止するために調節後にシールされる。

ホールダ７３には１対の比較的薄い永久磁石７９．８１
が接着により取付けられている。これらの永久磁石はそ
れぞれ一般的に正方形状の平面を有している。この実施
例では、第９図でみて上方の磁石７９はそれのＮ極面が
外向きとなるようにホールダ７３上に配置゛され、他方
、下方の磁石８１はそれのＳ極が外向きとなるように配
置される。好ましい実施例では、反動部材３９は片持ビ
ームとして具体化されており、かつ磁化構造４９を変位
させるために用いられる領域は第１の端部６８とフート
部材６５との中間にあるように選択される。

ホール効果型トランスデユーサ４５を反動部材３９上に
取付け、磁化構造４９を回路基板４１の近傍に固定して
取付けることにより、それらのホール効果型トランスデ
ユーサ４５と磁化構造４９との位置を逆にしてもよいこ
とが明らかであろう。しかしながら、公知のトランスデ
ユーサは機械的に脆弱であるから、固定位置に取付けら
れるのが好ましい。さらに、トランスデユーサ４５に配
線を結合する必要があるため、装置１０の精度がそこな
われるおそれがある。

゛第１図および第２図を参照すると、信号発生器３７の
ゼロ調節またはオフセット調節のための手段を設けるこ
とが望ましい場合がありうる。従って、基部２７はまた
、ねじ８５を入れ込みうる下反動部材３９に対接しうる
が、それには取付けられておらず、ダイアフラム運動を
生ずるためにより大きい差圧を必要とすることによって
大きい機械的オフセット、従って電気的オフセントを与
えるように、反動部材３９に向って下方に回動されうる
。

つぎに第２図および第１０図を参照すると、トランスデ
ユーサ４５と、プリント回路基板４１上に構成されうる
電子回路８７が示されている。電子回路８７は必要に応
じてオフセット零電圧を選択するためのポテンショメー
タ８９を具備している。すなわち、装置ＩＯを用いうる
ある種の制御装置は、ダイアフラム１７の両面間に圧力
差が存在しない状態において、例えばｌポルト（直流）
の出力電圧を必要としうる。同様に、それらの制御装置
は、感知されるべき最大差圧において、例えば水位計で
３インチにおいて、２ボルト（直流）の出力電圧を必要
としうる。上記電子回路８７にＬＭ　３５８演算増幅器
９１が電圧ホロワとして用いられる場合に、ポテンショ
メータ８９が上記のｉｍｍを可能にし、装置１０に対す
る他の装置のインピーダンスの整合を可能とする。

本発明の装置１０が周囲圧に対して正の圧力を感知する
ためにＶＡＶ装置および空気ダクトに用いられる場合に
は、この装置１０はダクトに隣接して取付けられるとと
もに、第１のボート２１とダクトの内部空間との間に空
気導管が配設される。

それにともなって、直流電力が装置ｌＯに印加され、ダ
イアフラム１７がそれの両面間における差圧に対応した
位置まで移動する。反動部材３９のフート６５上に対接
したダイアフラム板３５のノーズ９３が第２図でみて上
方向の移動を生じさせ、それによって磁化構造４９がそ
れの磁石７９．８１と一緒にトランスデユーサ４５に対
して所定の位置まで移動される。その結果得られるトラ
ンスデユーサの電気出力信号は、ダイアフラム１７の両
面間の差圧、従ってダクト内の圧力を表わす電圧である
。装置１０の性能特性を表わす曲線９３が第１１図に示
されており、それは、圧力が上昇する方向および下降す
る方向の両方向に線形であり、ヒステリシスはさしつか
えない程度に小さい。圧力が上昇している場合には、約
１．５ボルト（直流）の回路出力電圧は、周囲圧に対し
水位計で約０．０フインチの正のダクト内部圧力を表わ
していることがこの曲線から明らかである。同様に、圧
力が下降している場合には、同じ電圧が水位計で約０．
０６インチのダクト内部圧力を表わす。この実施例は、
■ＡＶＷｉｔの制御のためのマイクロコンピュータをベ
ースとした直接ディジタル装置に都合よく用いられうる
ちのであり、そのような装置は、装置ＩＯからの上昇方
向の出力信号と下降方向の出力信号とを識別するように
容易に構成されうる。第１１図の性能曲線９３によって
表わされている実施例の場合には、反動部材３９として
の仮ばねはフォーミュラ４１０ステンレス・スチールで
形成され、厚さが約０．０１０インチ、幅が約０．６８
５インチであった。伝達装置の部品の構成を操作するこ
とによって、他の性能特性が得られうろことは明らかで
あろう。

以上本発明の装置１０の１つの好ましい実施例について
図示し説明したが、本発明はそれに限定されるものでな
いこと勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の伝達装置の上面図であって、内部の構
成をよく示すためにカバーを除去して示す図、第２図は
カバーを所定の位置に配置して第１図の平面２−２に沿
ってみた伝達装置の断面側立面図、第３図は第１図に示
された伝達装置の支持基部と回路基板の構造を示す上面
図、第４図は第３図の構造の平面４−４に沿ってみた側
立面図、第５図は第４図の平面５−５に沿ってみた第３
図および第４図の構造の下面図、第６図は本発明の伝達
装置に使用しうるホール効果型トランスデユーサの側立
面図、第７図は第６図の軸線７−７に沿ってみたトラン
スデユーサの端面立面図、第８図は本発明の１つの構成
要素よりなる磁化構造を示す斜視図、第９図は第８図の
反動部材の１つの部品よりなる磁化構造の斜視図、第１
θ図は本発明において使用しうる電気回路を示す図、第
１１図は本発明の性能特性曲線の一例を示す図である。 図面において、１０は差圧伝達装置、１１はハウジング
、１３は第１のチェンバ、１５は第２のチェンバ、１７
はダイアフラム、３７は信号発生器、３９は反動部材、
４５はホール効果型トランスデユーサ、４９は磁化構造
、７９．８１は永久磁石をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハウジングと、 このハウジング内における入力圧力を受取るようになさ
   れ、剛性壁部材と、連続的に形成された弾性ダイアフラ
   ムとによって画成された第１のチェンバと、 前記入力圧力を表わす電気信号を発生するための伝送器
   を受容するために前記ハウジング内に設けられた第２の
   チェンバと、 前記入力圧力の大きさに対応した前記ダイアフラムの位
   置を感知するために前記第２のチェンバ内に設けられて
   おり、かつ磁化構造を取付けられた弾性反動部材とより
   なり、 前記ダイアフラムは前記第１のチェンバと前記第２のチ
   ェンバとを互いに流体の流れを隔絶された関係に維持し
   ており、 前記伝送器はホール効果型トランスデューサを具備して
   おり、このトランスデューサがそれに対する前記構造の
   相対位置を検知しそれに応答して前記電気信号を発生す
   るようになされている差圧伝達装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記反
   動部材が第１の端部を支持され、前記ダイアフラムと協
   働してそれの位置を感知するようになされた板ばねを有
   している前記装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記磁
   化構造が、一般的に同一平面関係をもって互いに近接並
   置された関係に配置された複数の一般的に平面上の磁石
   を具備している前記装置。 ４、弾性ダイアフラムによって互いに流体の流れを隔絶
   された関係に維持された第１のチェンバおよび第２のチ
   ェンバを有するハウジングと、このハウジング内に配置
   され、伝送器と、前記ダイアフラムに伴なって可動可能
   な実質的に摩擦のない反動部材を具備した信号発生器よ
   りなり、前記反動部材は前記ダイアフラムに対して一般
   的に平行に配置された板ばねを画成しており、かつ複数
   の一般的に平面状の磁石を取付けられていて磁界を発生
   するようになされており、 前記伝送器は、一般的に平面状の表面を有しかつ前記磁
   石に対して離間されているが磁界を感知しうる関係をも
   って取付けられており、前記第１のチェンバ内の圧力を
   表わす電気出力信号を発生するホール効果型トランスデ
   ューサを具備している差圧伝達装置。 ５、特許請求の範囲第４項記載の装置において、前記磁
   石の面によって画成された装置と、前記トランスデュー
   サの一般的に平面状の表面とが両方とも、前記ダイアフ
   ラムによって一般的に画成された平面に対して一般的に
   直交関係にある前記装置。 ６、特許請求の範囲第５項記載の装置において、前記電
   気出力信号が前記第１のチェンバにおける前記圧力に一
   般的に比例した大きさを有するアナログ信号である前記
   装置。 ７、連続的に形成された弾性ダイアフラムによって互い
   に流体の流れを隔絶された状態に維持された第１のチェ
   ンバおよび第２のチェンバを有するハウジングと、 このハウジング内に堅固に取付けられ、磁化構造の位置
   を検知するホール効果型トランスデューサを具備した伝
   送器を具現した支持基部と、前記第２のチェンバ内に配
   置され、第１の端部を支持のために取付けられ、第２の
   自由端部は前記ダイアフラムの運動に応答して可動であ
   る弾性板ばね、および前記第１の端部と第２の端部との
   中間に取付けられておりかつ一般的に前記第２の自由端
   部の運動に伴なって可動である磁化構造を具備しており
   、 前記トランスデューサと前記磁化構造は離間した関係に
   維持されており、前記トランスデューサが前記磁化構造
   の磁界を感知することにより、前記第１のチェンバ内の
   圧力を表わす電気出力信号を発生するようになされた差
   圧伝達装置。