JPH03189530A - 圧力検出器 - 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］ 本発明は流体の圧力を検出する圧力検出器に関するもの
である。

［従来の技術］ 一般に流体が使用される場合、流体供給源から供給され
る高圧の圧力流体がそのまま使用されずに最終使用部に
おける使用圧力に減圧された状態で使用される。例えば
、ガス燃焼システムではガス供給源と最終使用部である
バーナとの間に、１次圧力が変化しても一定の２次圧力
を得るように、両者の圧力バランスに基づいて機械的に
作動するガバナが配設されている。又、管路には圧力検
出器が備えられ、圧力異常等を検出するようになってい
る。そして、圧力検出器としては半導体圧力センサを使
用したものや、ダイアフラムを使用するとともにダイア
フラムの移動量を検出して圧力を検出する装置等がある
。

ところが、従来の半導体圧力センサは温度により特性の
変化が大きく、又、正方向に変化するものと負方向に変
化するものとがあり、温度補正が困難であった。一方、
ダイアフラムを使用した圧力検出器では圧力変化に伴う
ダイアフラムの移動量に基づいて圧力を検出するので、
圧力変化が大きい場合にはその移動を許容するため圧力
検出器が大型となり設置スペースを広（必要とするとい
う問題がある。

本願出願人は前記の問題を解消するため、第７図に示す
ようにハウジング３１内にダイアフラム３２を設けると
ともに、室３３内に導入された流体圧力からの受圧力に
比例して前記ダイアフラム３２と一体的に移動する作動
体３４を設け、前記作動体３４にダイアフラム３２の受
圧力に抗した力を作用させるムービングコイル式のアク
チュエータ３５をハウジング３１の上方に設け、ムービ
ングコイル３Ｇに加える電流値に対応した信号を出力す
る制御回路３７を設けた圧力検出器を先に提案した。こ
の圧力検出器は室３３に導入された流体の圧力に対応す
る力をダイアフラム３２が受けて作動体３４がダイアフ
ラム３２と一体的に移動するのを阻止して作動体３４を
所定位置に保持するようにムービングコイル３６に加え
る電流値を調整し、その電流値に基づいて圧力が検出さ
れる。

［発明が解決しようとする課題］ 前記圧力検出器では検出圧力の測定範囲が広くなっても
作動体３４はほとんど移動せず、ムービングコイル３６
に加えらる電流値を変更することで対処でき、小型化が
可能である。ところが、この圧力検出器ではムービング
コイル３６に作用させる静磁界発生源として永久磁石Ｍ
を使用している。一般に永久磁石は温度変化に対応して
磁束が変化し、比較的安価なバリウムフェライトを材質
とした永久磁石の場合には残留磁気（Ｂ７）の温度変化
率（％１０Ｃ）は−０，１９で、温度変化率の小さな希
土類磁石でもその値は−０，０４３である。そして、圧
力検出器の使用時における永久磁石の周囲温度は、夏、
冬、地域による環境温度の変化及びムービングコイルへ
の通電時の発熱による温度上昇等を考慮すると、５０〜
８０℃の温度変化があり、永久磁石の磁束もバリウムフ
ェライト磁石の場合に約１０〜１５％、希土類磁石でも
約２〜３％変化する。従って、ムービングコイルへの通
電電流の値が同じであっても作動体３４に作用する力の
大きさの変動量は無視できない大きさとなり、正確な圧
力検出を行うためには温度補正が必要となる。従来、サ
ーミスタ等で温度を検出するとともに基準温度からのず
れを回路構成で補償するようにしていたが、永久磁石全
体の温度変化を正確に測定することが難しく温度変化に
基づくずれを完全に吸収することはできなかった。

又、温度補償用の回路構成の分、構造が複雑になるとい
う問題もある。

永久磁石の温度変化に伴う磁束変化を補償する方法とし
て、第８図に示すようにアクチュエータ３５を構成する
永久磁石Ｍの内側に、温度上昇に比例して透磁率が低下
するいわゆる整磁合金製のバイパス部材３８を設けるこ
とが考えられる。このようにバイパス部材３８を設けた
場合には、温度上昇に伴いバイパス部材３８を通過する
磁束の量が減少するため、温度上昇に伴い永久磁石Ｍの
磁束か減少してもムービングコイル３６と鎖交する磁束
の量がさほど減少せず、永久磁石の温度変化に伴う磁束
変化を補償することができる。しかし、温度変化に伴う
永久磁石の磁束変化と、整磁合金の透磁率変化の割合は
同一ではないため、完全な温度補償を行うことは難しい
。

本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、
その目的は測定範囲の各種レンジに対応できるとともに
小型化が可能でしかも使用環境の温度変化の影響を受は
難い圧力検出器を提供することにある。又、第２の目的
は前記の作用効果を発揮するとともに低電流領域すなわ
ち検出圧力値が小さな状態での微調整が可能な圧力検出
器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記の目的を達成するため本発明においては、ハウジン
グ内に設けられたダイアフラムに対して作動体を一体的
に移動可能に設け、前記ダイアフラムの受圧力に抗した
力を発生して前記作動体に作用させるアクチュエータの
駆動部にムービングコイルを使用するとともに静磁界発
生源として磁界用コイルを使用し、ムービングコイルに
加える電流値に対応した信号を出力する制御回路を設け
た。又、第２の目的を達成するため、前記磁界用コイル
とムービングコイルとを直列に接続した。

［作用コ 本発明においては流体圧力がダイアフラムに作用し、ダ
イアフラムの受圧力に比例してダイアフラムと一体的に
作動体が移動しようとするが、アクチュエータを構成す
るムービングコイルに対して前記ダイアフラムの受圧力
に抗して作動体を一定位置に保持する電流が通電され、
作動体が一定位置に保持される。そして、前記電流値に
基づいて流体圧力が検出される。ムービングコイルへの
通電により作動体に作用する力は静磁界の大きさと通電
電流値の大きさとにより決まる。静磁界の発生源として
磁界用コイルが使用されているため、静磁界の大きさは
温度変化の影響を受けず、ムービングコイルへの通電電
流値に基づいて正確に圧力検出が行われる。

又、磁界用コイルとムービングコイルとを直列接続した
場合には、アクチュエータの力が励磁電流値の二乗に比
例して変化するため、低電流領域すなわち検出圧力値が
小さな状態での微調整が容易となる。

［実施例１］ 以下、本発明を具体化した一実施例を第１〜３図に従っ
て説明する。

圧力検出器は第１図に示すように、上方が開放されたハ
ウジング１の上部にダイアフラム２を挟んでケーシング
３が固定されている。ハウジングｌは薄い区画板４によ
り上下２個の室５，６に区画され、上側の室５には流体
が導入される入口５ａが開口されている。ダイアフラム
２の中心部にはダイアフラム２の受圧力すなわち室５内
の圧力に比例してダイアフラム２と一体的に直線移動可
能に作動体７が固定されている。ケーシング３の上部に
は前記ダイアフラム２の受圧力に抗した力を発生して前
記作動体７に作用させるアクチュエータ８か装備されて
いる。

アクチュエータ８はムービングコイル式の構成をなし、
ケーシング３内上部に中心部に軸部９ａを有する継鉄９
が固定され、該軸部９ａの外側に磁界用コイル１０が配
設されている。磁界用コイルＩＯの中心には円筒状のコ
イル巻回部１１ａにムービングコイル１２が巻装された
プランジャ１１か継鉄９の軸部９ａに沿って移動可能に
配置されるとともに、その基端が前記作動体７の先端に
当接する状態で配設されている。なお、磁界用コイルＩ
Ｏ及びムービングコイル１２はそれぞれ独立に通電可能
に接続されている。ダイアフラム２の受圧皿２ａの下面
とハウジングｌの下部との間には、ムービングコ・イル
１２に通電されていない状態において、作動体７及びプ
ランジャ１１等の重量に抗してダイアフラム２をハウジ
ング１とケーシング３との境界の基準位置に保持する作
用をなすばね１３が介装されている。

作動体７の下端には作動体７の位置検出用の永久磁石１
４が埋設固定されている。一方、下側の室６に収容され
た基板１５上には区画板４を挟んで永久磁石１４と対向
する位置に磁気センサ１６が配設されている。又、基板
１５上には制御回路１７が配設されている。制御回路１
７は磁気センサ１６の検出信号に基づいて前記プランジ
ャ１１の位置を検知するとともに、プランジャ１１を一
定位置に保持するようにムービングコイル１２への通電
電流値を制御するようになっている。又、制御回路１７
はムービングコイル１２への通電電流値に対応した信号
を出力するようになっている。

次に前記のように構成された装置の作用を説明する。圧
力を検出したい箇所に圧力検出器を取り付けると、入口
５ａから圧力流体が室５内に導入される。圧力流体が室
５内に導入されるとダイアフラム２がその圧力を受け、
作動体７がダイアフラム２とともに第１図の上方へ移動
しようとし、作動体７の下端に設けられた永久磁石１４
と磁気センサ１６との距離が拡がろうとする。一方、磁
気センサ１６は常に永久磁石１４から発生する磁界の強
さを検出することにより作動体７の位置を検出するとと
もに、その検出信号が制御回路１７に出力されている。

ダイアフラム２が圧力を受けることにより作動体７が移
動すると、制御回路１７は前記検出信号により基準位置
から移動したことを検出し、アクチュエータ８がダイア
フラム２の受圧力に抗した力を発生するようにムービン
グコイル１２への通電電流値を制御する。従って、作動
体７はダイアフラム２の受圧力とムービングコイル１２
の押出力との対抗によりほぼ一定位置に保持される。

磁界用コイル１０への通電電流値を一定として、プラン
ジャ１１の押出力とそのストロークとの関係をムービン
グコイル１２への通電電流値を変化させて測定した結果
、ストロークの大きさが変化しても押出力はほぼ一定で
あった。磁界用コイル１０への通電電流値を２００ｍＡ
として、ムービングコイル１２への通電電流値を５０ｍ
Ａ、１００ｍＡ、２００ｍＡ、２５０ｍＡと変化させた
場合の測定結果を第２図に示す。又、ムービングコイル
１２への通電電流値（励磁電流値）とプランジャ１１の
押出力との関係は直線となり、例えばプランジャ１１の
ストロークとを２ｍｍとし、磁界用コイルＩＯへの通電
電流値を３００ｍＡとじた場合の両者の関係は第３図に
示すようになる。

ダイアフラム２の受圧力は室５内の圧力に比例し、該受
圧力とプランジャ１１の押出力とが等しくなるようにム
ービングコイル１２への通電電流値が制御されるため、
該電流値に基づき室５内の圧力を求めることができる。

電流値に対応して制御回路１７から出力される信号は通
常流体の２次圧力を調整する圧力調整弁の制御部に送ら
れるが、前記出力信号に基づき圧力として表示する手段
をもうけてもよい。

プランジャ１１の押出力は磁界用コイルＩＯの静磁界の
大きさが一定の場合、ムービングコイル１２への通電電
流値に比例する。静磁界の発生源として永久磁石を使用
した従来装置では、温度変化により磁束の変化があり、
温度変化にともなう補正を必要とした。しかし、本発明
の装置では静磁界の発生源として磁界用コイルＩＯを使
用しているため、磁界用コイル１０に一定電流を通電す
れば温度変化による磁束の変化がなく、圧力検出器の設
置箇所の環境温度が変化しても温度補償を行うことなく
ムービングコイル１２への通電電流値に基づいて正確に
室５の圧力が求められる。

又、検出すべき圧力範囲が大きく異なる場合、従来は永
久磁石の大きさや種類を変えることにより静磁界の強さ
を変えたものを使用する必要があったが、本発明では磁
界用コイルＩＯへの通電電流値を変更することにより静
磁界の強さを簡単に変更でき、構造的な変更なしに検出
圧力範囲を大幅に変更できる。

又、ムービングコイル１２に一定電流を加え、磁界用コ
イルＩＯに通電電流制御を加えても、はぼ同様の圧力検
出が可能である。

又、この実施例の装置のように両室５，６を薄い区画板
４で区画した場合には、作動体７の位置検出用の永久磁
石１４を磁気センサ１６に近づけることが容易となり、
永久磁石１４として弱い磁力のものの使用が可能となる
ので小型化あるいは製造コストの低減が可能となる。

［実施例２］ 次に第２実施例を第４，５図に従って説明する。

この実施例の圧力検出器はアクチュエータ８を構成する
磁界用コイルｌＯとムービングコイル１２とが第４図に
示すように直列に接続されている点が前記実施例の装置
と異なっており、その他の構成は基本的に同じである。

両コイル１０．１２を直列に接続した場合には、通電電
流値とプランジャ１１の押出力との関係は２次曲線とな
り、プランジャ１１のストロークを２ｍｍとした場合は
第５図に示すようになる。

第５図から明らかなようにムービングコイル１２への通
電電流値が小さな範囲では、電流値の変化に比較して押
出力の変化が小さくなる。なお、破線で示す直線は両コ
イル１０．１２をそれぞれ独立に通電可能に接続した場
合のムービングコイル１２への通電電流値とプランジャ
１１の押出力との関係である。しかし、両コイル１０．
１２を直列に接続した状態で純直流を通電した場合は、
磁界用コイル１０側に鉄芯を有した磁路があるため磁気
ヒステリシスが発生する。プランジャ１１の押出力すな
わちムービングコイル１２の力はフレミングの左手の法
則による出力のため理論的にはヒステリシスが発生しな
いが、前記磁界用コイルＩＯのヒステリシスの影響を受
けて第５図に示すように通電電流値とプランジャ１１の
押出力との関係は電流増大時（実線）と電流減少時（鎖
線）とで押出力が異なる。従って、純直流を通電しただ
けでは誤差が大きくなる。この誤差を解消するため鉄芯
材料を磁気ヒステリシスの小さい材料（例えば電磁軟鉄
、ケイ素鉄等）を用い、磁気焼鈍を施したり、ムービン
グコイル１２と磁界用コイル１０の直流電流に１００〜
２００Ｈｚの交流成分をデイサ電流として駆動用直流電
流に重畳した状態で印加すると、ヒステリシスの影響が
なくなって第５図に示す実線と鎖線の中間の値をとるよ
うになる。交流成分の周波数はアクチュエータ８の形状
や可動部の固有振動数等を考慮して定められる。これに
より、検出すべき圧力値が小さな条件で使用する場合、
ダイアフラム２の受圧力に対応するアクチュエータ８す
なわちプランジャ１１の押出力の微調整が容易となり検
出圧力の精度が高くなる。

なお、本発明は前記両実施例に限定されるものではなく
、例えば、作動体７の位置を検出する手段として第６図
に示すようにプランジャ１１に継鉄９の軸部９ａを貫通
する軸部１１ｂを設け、その先端を位置検出センサ１８
で検出するようにしてもよい。位置検出センサとしては
差動トランス、光センサ、磁気センサ、超音波センサ等
の公知のものが使用される。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、使用環境の温度変
化に対応して温度補償を行わなくとも正確に圧力を検出
でき、検出圧力の測定範囲が広い場合にも小型化が可能
で、しかも検出圧力の大小に対応して磁界用コイルへの
通電電流値を変更することにより測定圧力の各種レンジ
に対応できる。

又、第２請求項記載の発明においては検出圧力が小さな
場合でも、ダイアフラムの受圧力に対応してアクチュエ
ータの作用力の微調整が容易にでき、正確に圧力検出が
できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は第１実施例を示すものであって、第１図は
圧力検出器の断面図、第２図は磁界用コイルへの通電電
流値一定でムービングコイルへの通電電流値を変えた場
合のプランジャのストロークと押出力との関係を示す線
図、第３図はムービングコイルへの通電電流値と押出力
との関係を示す線図、第４，５図は第２実施例を示すも
のであって第４図は磁界用コイルとムービングコイルと
の接続状態を示す図、第５図はムービングコイルへの通
電電流値と押出力との関係を示す線図、第６図は変更例
の断面図、第７図は従来装置の断面図、第８図は改良装
置の部分断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハウジング（１）内に設けられたダイアフラム（２
   ）に対して作動体（７）を一体的に移動可能に設け、前
   記ダイアフラム（２）の受圧力に抗した力を発生して前
   記作動体（７）に作用させるアクチュエータ（８）の駆
   動部にムービングコイル（１２）を使用するとともに静
   磁界発生源として磁界用コイル（１０）を使用し、ムー
   ビングコイル（１２）に加える電流値に対応した信号を
   出力する制御回路（１７）を設けたことを特徴とする圧
   力検出器。 ２、前記磁界用コイル（１０）とムービングコイル（１
   ２）とを直列に接続した第１請求項記載の圧力検出器。