JPS62267644A - 流体センサ - 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】 光皿り立置 本発明は、サンプルガスの酸素濃度をモニタするために
用いられる流体酸素センサに関する。

サンプルガスの酸素濃度は、基準ガス及びサンプルガス
を流体ブリッジを通して流しかつその２つのガスによっ
て生じたブリッジの２つのチャネル内の圧力差を測定す
ることによって決定することができる。そのような装置
は、Ｗｏｏｄｓの米国特許第４００８６０１号に開示さ
れている。

更にＷｏｏｄｓ特許に開示されている如く、サンプ　、
ルガスの酸素濃度は、２つの非線形オリフィス抵抗及び
２つの線形毛管抵抗から成る流体ブリッジを用いてモニ
タすることができる。酸素を含むサンプルガスは毛管及
びオリフィスを構成するブリッジの一つのチャネルを介
して流れ、基準ガスは、同様の毛管及びオリフィスから
成る第２のチャネルを介して流れる。もし、２つのガス
がブリフジの入口及び出口において同じ圧力になってい
れば、毛管はオリフィスとの間の中間点における２つの
チャネル間の圧力差は、サンプル及び基準ガスの粘度及
び密度についての差の関数となる。もし、ブリッジ全体
にわたる圧力低下が周囲の圧力に比例するなら、ブリッ
ジの圧力差はサンプルガス中の酸素の分圧の関数となる
。

従来技術による流体ブリッジの使用上課される主な問題
の一つは、ブリフジの入口及び出口のサンプルガス及び
基準ガスの圧力が等しいようにすることを確実化するこ
とである。Ｗｏｏｄｓ特許に開示されている同一の入口
圧力を与える慣習的方法は、入口を周囲圧力に対して通
気することである。

サンプル及び基準ガスをジェットポンプを用いてブリッ
ジから放出することによって、出口圧力等化が確実化さ
れる。酸素分圧を検出するためにはブリッジ圧力低下が
周囲圧力の関数でなければならないから、ジェ・／トポ
ンプへの供給圧力はスケジュール圧力調節器によって所
望の圧力曲線を与えるように制御しなければならない。

前記従来技術の流体酸素センサは、種々の欠点を有する
。毛管及びオリフィス抵抗の両者が固定されているので
、システムの較正が各チャネルの人口又は出口内の調節
可能なニードル弁によって達成される。それらの弁は、
センサの感度を低下させる劣化ファクタを導入する。ブ
リッジからガスを放出させるために用いられるジェット
ポンプは、強制的に供給された空気を消費する。ジェッ
トポンプにより生じたブリッジにわたる圧力低下は、制
御するのが困難であり、高度及び温度変化によって変動
を起こす。入口圧力が可変の周囲圧力に制限されている
ので、高高度では制限された圧力差のために直線的な信
号の読み出しを得るのが困難である。最後に、周囲圧力
レベルを混乱させずにブリッジの入口の基準ガスをろ過
しかつサンプリングすることは、困難である。なぜなら
、ある期間の動作の後、各ラインのフィルタは詰まり、
それによって各フィルタにおいて圧力低下が不知の値に
まで増加するからである。

−１１の　−び目・ 本発明によると、流体ブリッジの入口は、正の圧力に維
持され、出口は周囲の圧力にされ、それによって従来技
術の欠点を除去する。圧力比調節器は、サンプルガスと
基準ガスとの両方について入口圧力をその高度の圧力に
比例した同じ正の値に維持する。各チャネル内では、正
確で高感度のブリッジシステムを得るために毛管はオリ
フィスと調和しなければならないので、各チャネル内の
それらの素子の少なくとも一つは、システム組立後シス
テムを微調整できるように調節可能である。

従って、本発明の目的は、ブリッジの両入口が正の圧力
に維持され出口が周囲圧力にされているガスの分圧をモ
ニタするための流体ブリッジを与えることである。

本発明の別の目的は、サンプルガス及び基準ガスの両方
の等化された正の入口圧力を維持する人口圧力比調節器
を含む流体ブリッジを提供することである。

本発明の更に別の目的は、調節可能な毛管及び出口素子
を含みそれによって組立後において最適の性能を発揮す
るように調節可能な流体ブリッジを提供することにある
。

本発明の上記及びその他の目的は、以下の詳細な説明よ
り明らかとなる。尚、ここで、全記載を通じて使用され
ている引用数字は図面中の同様の又は対応する部分を示
す。

災米較五■■皿 第１図は、単純化された流体ブリッジ回路を示す。ブリ
ッジ回路１０は、並列チャネル内にある毛管抵抗１２と
オリフィス抵抗１３とから成る２つの直列結合から成る
。基準ガスは一方のチャネルを介して流れ、サンプルガ
スは他方のチャネルを介して流れる。各直列結合の入口
１４は、周囲圧力Ｐａとなり、ブリッジ回路の出口及び
ジェットポンプ１６の入口は、Ｐａ以下の圧力Ｐｖに維
持される。ジェットポンプ１６は圧力調節器１７に結合
され、この調節器１７は圧力Ｐｓのガス流をポンプに送
り、ブリッジ回路１０からのガスを抽出する。

ジェットポンプ１６の出口は、周囲の圧力Ｐａにされる
。

動作中、毛管１２とオリフィス１３との間の中間点にお
いて測定された２つのチャネル間の圧力差ΔＰｏは、サ
ンプルガス及び基準ガスの粘度及び密度の差に依存する
。

ましい、　　１のＬ 第２図及び第３図は、本発明による一実施例の流体セン
サ２０を示す、基準ガス及びサンプルガスの両方は、圧
力がかけられることによって、正の圧力の入口２１によ
って流体センサ２０に入る。

基準ガス及びサンプルガスを与圧する圧力源は、通常の
設計のものでよく、また本発明の一部を構成するもので
はない。しかしながら、正の圧力の入口２１を使用する
ことにより、従来技術の流体センサとは異なった動作モ
ードを存する流体センサとなる。各正の圧力の入口２１
はフィルタ素子２３に結合され、この素子２３は導入さ
れた基準ガス及びサンプルガスから全ての粒状物質をろ
過する。各フィルタ素子２３は、入口圧力調節器２４に
結合される。入口圧力調節器は、ばねを装荷したダイヤ
フラム２７によって制御される弁素子２６から成る。ダ
イヤフラム２７は、制御路２８によってダイヤフラムに
結合された下流制御圧力に応動する。制御圧力とばねの
力との組合せにより、弁２６が導入されたガスをシステ
ムに入れるようにする。

両人ロ圧力調節器２４の出口２９Ｒ及び２９Ｓは、スプ
ール弁３１に結合されている。スプール弁３１はスプー
ル素子３２を含む。素子３２は、図示の位置において、
出口２９Ｒ及び２９Ｓからのガスをスプール弁３１を介
して流体センサ２０のいずれかの側に通過できるように
する。テスト時押圧するボタン３３はスプール素子３２
に結合されている。ボタン３３を押圧すると、スプール
素子３２が出口２９３からのガス流を阻止し、出口２９
Ｒからのガスをスプール弁３１の両出口３４に通すのを
許容する。ボタン３３は、リード３７によってリモート
スイッチに結合されたソレノイド３６によって間接的に
付勢してもよい。スプール弁３１の出口３４は、それぞ
れ、流れ制限器３５を含む。各スプール弁出口３４は、
調節可能な毛管４０の入口４３及び圧力比調節器６０に
結合されている。

薄層状流れ毛管４０及び該毛管４０の下流の管状流れオ
リフィス５０の寸法的精度は、センサの精度及び感度を
決定するためには、重要である。

毛管４０における圧力低下は、ガスの粘度に敏感であり
、オリフィス５０における圧力低下はガスの密度に対し
て敏感である。各チャネルにおいて、毛管及びオリフィ
スが相互に調和しなければならないので、各チャネル内
のそれらの素子の一方又は両方が調節可能である。

毛管４０は、細長い本体４１から成る。本体４１は、光
沢のある穴４２と光沢のあるピン４５を備え、穴４２と
ピン４５とは第４Ａ図示の如く大向に滑って合致するよ
うな寸法になっている。

このように滑って合致するようになっていることにより
、較正中の変位を起こすであろう衝撃及び振動によって
も、穴４２に対して相対的なピン４５の移動を生じるこ
とがなくなる。ピン４５の両面に平坦な面４６が削られ
、それによって鋭い断面の円形セグメントを有する毛管
流路を提供する。穴４２とピン４５の端部にはテーパー
が形成されていて、毛管の人口４３及び出口４４におけ
る混乱によって生じる非線形抵抗を最小化する。

毛管の線形抵抗（圧力低下）は、ねじ４７によって大向
でのピンの係合長を調節することにより変化される。ガ
スの適正な線形流れ抵抗は、それらの調節により、本発
明以外の場合に毛管素子上の寸法及び表面仕上げを同一
になるよう維持するために必要とされる高価な保護技術
を使用せずに、得ることができる。

各毛管穴４２の下流端は、通路４８によって差動圧力変
換器４９に結合される。

各調節可能な毛管４０の出口４４は、第５図及び第５Ａ
図に最も良く示されている如く、調節可能なオリフィス
５０に結合されている。調節可能なオリフィスは、ハウ
ジング５５と、貫通する穴５２を有するスプリングスチ
ールディスク５１とから成る。ディスクは、ハウジング
内において肩部５３上に配置され、中空ねじ５４によっ
て肩部に向けて押しつけられている。０リング５６は、
ディスク５１とハウジング５５との間にシールを与える
。

ブリ・フジオリフィス穴５２の寸法精度は、毛管４０よ
りも重要である。計算によりわかったことは、補正され
ていないオリフィス寸法が正又は負に５／１０００００
０インチ変動することにより、ブリッジ出力が許容でき
ない程の誤差を生じる。

従来技術においては、もし、固定されたオリフィス穴が
研摩具を用いて手作業で寸法が決められそれが大きすぎ
た場合には、ブリッジを分解してオリフィスを交換する
ことが必要とな・る。本発明によると、第５Ａ図に示さ
れている如り、調節可能なスプリングスチールディスク
５１は、中空ねじ５４をしめつけることによって曲げる
ことができ、それによって穴５２を通る流れの断面積を
減らすことができる。もし逆の調節が必要な場合には、
ディスク上の曲げ力をなくし、ディスクをフラ・ノドに
して流れの断面積を増せばよい。

実用上、直列に結合された毛管及びオリフィスが毛管の
調節のみによって調和させることができることが発見さ
れた。従って、ある実施例において、調節可能な毛管と
固定的なオリフィスとを設けることが望ましい。

再び第２図及び第３図を参照すると、スプール弁３１の
出口３４は更に圧力比調節器６０の２つの入口５９に結
合されている。調節器６０は、その高度に比例した基準
ガス及びサンプルガスの両方についての同一の正の入口
圧力を維持する。圧力比調節器６０は、共通圧力室６１
と、ダイヤフラム６７によって支持されたボート素子６
３に結合された真空にひかれた鐘状カプセル６２とから
成る。ボート６３は、ばね６４によって押しつけられ、
弁６５はポート６３を通り調節出口６６に至る流れを制
御するように配置されている。圧力比調節出口６６は、
調節可能なオリフィス５０からの出口６８に組合され、
絶対圧力調節器７１の入ロア０に結合される。

絶対圧力調節器７゛１は、通常調節器出口アロを介して
周囲の気圧に通気する調節器室７２から成る。調節器室
７２内の圧力はフィードバック路Ｚ８によって人口圧力
調節器２４内のダイヤフラム２７に結合される。ｆＪＲ
節器室７２内の弁７３はばね装荷アネロイド７４によっ
て付勢されて、あらかじめ選択された高度にある周囲気
圧から調節器室７２を閉鎖する。

、しいニー　　のφ　モード 上記動作モードにおいて、しばしば流体センサの一方の
チャネルのみについて言及されているが、特別な明示が
なければ、説明は両方にチャネルにあてはまるというこ
とは理解されるであろう。

好ましい実施例では、本発明は、パイロットに送られる
呼吸気中の酸素の分圧をモニタするのに用いられる。こ
こで、好ましい酸素分圧は２２０ｍｍ１１ｇである。

与圧されたガスは正の圧力の入口２１を介して流体セン
サに入り、そしてすぐにフィルタ２３によってろ過され
る。人口圧力調節器２４は各チャネル内のガスの流速を
、流れ制限器３５における圧力低下を制御することによ
って制御する。このことは、両チャネルの圧力比調節器
への入力が略々平衡することを確実化する。各入口圧力
調節器２４はフィードバック圧力路２８によって周囲の
圧力の関数として制ｉｎされる。

流れ制限器３５からの調節ガスは、調節可能な毛管４０
の入力及び圧力比調節器６０の入力に結合される。圧力
比調節器６０に対する両人口５９は同じ圧力室６１に結
合されるので、圧力比調節器６０は、ブリッジ素子４０
及び５０における両基準ガス及びサンプルガスの圧力が
等しくなることを確実化する。ダイヤフラム６７の有効
面積がベローズカプセル６２の有効面積よりも太き（な
っている。その結果、圧力室Ｇｌ内の圧力が増し、ポー
ト６３を弁６５から離れる方向に移動させ、ポート６３
を開く。基準及びサンプルガスは、各々の調節可能な毛
管４０の入口４３に流れる。毛管４０は基準ガス及びサ
ンプルガスの圧力低・下を生じる。これは、ガスの粘度
に依存する。

調節可能な毛管４０の下流側は、差動圧力変換器４９に
結合される。差動圧力変換器４９は、基準ガスとサンプ
ルガスとの間の圧力差を測定し、かつ増幅器７５に電気
信号を与える。増幅器７５は、信号を増幅して、それを
出力デバイスに印加する。出力デバイスはサンプルガス
の分圧の示度を与えるよう較正されている。基準ガス及
びサンプルガスは、次に、各々の調節可能なオリフィス
５０を通過して絶対圧力調節器７１の圧力室７２に入る
。ガスは、周囲気圧にある絶対圧力調節器７１の出口ア
ロから換気される。

弁３１内のスプール素子３２は、テスト時押圧機能を与
える。それによって故障状態がテスト用酸素モニタ上に
明示される。テスト時押圧ボタン３３を付勢することに
より、約１６０ｍＨＨの海面レベルの酸素分圧を有する
空気が流体ブリッジのサンプルガス側に与えられる。少
なくとも１８０ｍａｌｌＨの酸素分圧が望ましいものと
すると、差動圧力変換器４９は、もしそれが正常に作動
していた場合に、低酸素分圧状態を検知して、テスト状
態において警報を付勢する。一旦テストが行なわれると
、テスト時押圧ボタンは解除され、基準ガス及びサンプ
ルガスの両方を流体センサを介して流れさせる。

制御通路２８は、入口圧力調節器２４を圧力室７２内の
圧力に関連させる。あらかじめ選択された高度以下では
、圧力室７２は周囲に通気される。

あらかじめ選択された高度以上になると、アネロイド７
４は弁７３に周囲への通気路を閉じさせ、室７２内の圧
力をあらかじめ選択された高度の圧力に維持する。この
ようにして、あらかじめ選択された高度以上では、入口
調節器２４はあらかじめ選択された圧力に関連させられ
る。このような特徴の目的は、酸素を９４％はど含むサ
ンプルガスが適切な酸素分圧を与えない高高度において
警報発生を回避することである。

以上、本発明を実施例について説明したが、本実施例の
種々の変更及び改変は当業者には自明となり、そのよう
な変更及び改変は本願特許請求の範囲に記載された発明
の範囲内に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による流体ブリッジを示す図であり
、 第２図は、本発明による流体ブリッジを示す図であり、 第３図は、第２図示の流体ブリッジを構成する素子を示
す図であり、 第４図及び第４Ａ図は、第２図及び第３図示の流体ブリ
ッジに用いられる調節可能な毛管の詳細を示す図であり
、 第５図及び第５Ａ図は、第２図及び第３図の流体ブリフ
ジに用いられる調節可能なオリフィスの詳細を示す図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基準ガス用入口、 サンプルガス用入口、 基準ガス用毛管路、 サンプルガス用毛管路、 基準ガス用オリフィス路、 サンプルガス用オリフィス路、 流体センサ用出口、及び 両毛管路の出口に結合されて基準毛管路の出口とサンプ
   ル毛管路の出口との間の圧力差を検出する手段を備えた
   ガス中の酸素の分圧を決定する流体センサにおいて、 前記基準ガス用入口及びサンプルガス用入口は正の圧力
   にあり、センサ用の出口は周囲と同じ圧力にあることを
   特徴とする流体センサ。 ２、前記両毛管路の両入口に与えられた基準ガスとサン
   プルガスの圧力を等化する手段を更に備えたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の流体センサ。 ３、流体センサに与えられる基準ガス及びサンプルガス
   の圧力を調節する入口圧力調節器を更に備えたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の流体センサ。 ４、前記両毛管路の長さが、毛管の線形抵抗をオリフィ
   スの非線形抵抗に調和させるように調節可能であること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の流体センサ
   。 ５、前記毛管体の穴内に細長い針を配置し、該穴内の針
   の位置は毛管長を変化させるように変更されることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項に記載の流体センサ。 ６、前記オリフィス路の流れの特徴が、調節可能である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の流体セ
   ンサ。 ７、前記オリフィス路が、該オリフィスの流れの特徴を
   変更するように曲がる該可撓性ディスクを通るオリフィ
   スから成ることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記
   載の流体センサ。 ８、前記基準ガスとサンプルガスとの圧力を等化する手
   段を含む共通圧力室を圧力比調節器内に備えたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の流体センサ。