JPH0628680U - 差圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ベローズの自由長にばらつきがある場合で
も、測定精度を確保することができる差圧センサを提供
する。 【構成】 ボックス１内に、ベローズ２と変位センサ５
とを設け、さらに、ベローズ２に接離可能なストッパ７
を設ける。ベローズ２は一方に開口する筒状をなし、作
用する圧力に応じて変位する。外圧口８を有する上ボッ
クス１ａと、内圧口９を有する下ボックス１ｂとで、ベ
ローズ２の開口端周縁部を挟持し、ボックス１内を外圧
室３と内圧室４とに区画する。このとき、ベローズ２
は、ボックス１内のストッパ７でやや圧縮された状態で
設けられ、初期設定がなされる。これにより、ベローズ
の自由長にばらつきがある場合でも、測定開始点が常に
一定の位置に設定されるため、検知信号の補正処理が軽
減され、測定精度が確保されることとなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は差圧を検出する差圧センサに関し、特に、作用する圧力に応じて変 位するベローズが用いられて、その内圧と外圧との圧力差を測定する差圧センサ に関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】

従来、差圧を測定する差圧センサとしては、所謂ダイアフラムタイプのものが 多く用いられているが、この場合、ダイアフラムは、そのばね定数が一般的に大 きいために、微差圧が作用した際の変位量が小さく、測定の精度が低いものであ った。また、このようなダイアフラムタイプの場合、そのばね定数は、変位量− 荷重間の特性が曲線を呈するようになっているため、得られる変位量に複雑な演 算処理を施して、ばね定数の特性を直線的に補正する必要があった。

【０００３】 そこで、図２に示すように、ダイアフラムの代わりに、ばね定数が低く、かつ その特性が直線的なベローズを用いることによって、変位量−荷重間の特性に対 する補正処理を容易にした差圧センサが近年見られるようになってきている。

【０００４】 すなわち、図２に示す差圧センサは、外圧口２８を有する上ボックス２１ａと 、内圧口２９を有する下ボックス２１ｂとで、作用する圧力に応じて変位すると ともに、一方に開口する筒状をなすベローズ２２の開口端周縁部を挟持すること により、ボックス２１内を外圧室２３と内圧室２４との２室に区画し、上ボック ス２１ａと下ボックス２１ｂとで形成されるボックス２１内に変位センサ２５を 設けたものである。

【０００５】 そして、外圧室２３内の圧力Ｐ1 と、内圧室２４内の圧力Ｐ2 との間に圧力差 が生じると、その差圧（Ｐ1 −Ｐ2 ＞０）でベローズ２２が変位することにより 、生じた差圧が変位センサ２５で検知され、こののち、変位センサ２５に発生し た検知信号を外方に出力することにより、差圧が測定されるようになっている。

【０００６】 図２において、ボックス２１は、上ボックス２１ａと下ボックス２１ｂとで密 閉された内部空所を形成するもので、上ボックス２１ａには外圧口２８が、また 下ボックス２１ｂには内圧口２９がそれぞれ形成されていて、この外圧口２８お よび内圧口２９を介してボックス２１の内部空所が外部と導通するようにしてい る。

【０００７】 このボックス２１の内部にはベローズ２２が設けられる。このベローズ２２は 、例えば電着ベローズあるいは成形ベローズ等であって、全体として一方が閉塞 された金属製の筒状をなすもので、外部から作用する圧力の大きさに応じて弾性 変形して伸縮し、これによって、軸線方向への変位を可能としている。

【０００８】 このベローズ２２は、その開口端の周縁部を上ボックス２１ａと下ボックス２ １ｂとで挟持することにより、ボックス２１の内部空所をベローズ２２で２室に 区画するようにして設けられ、これによって、ボックス２１内において、ベロー ズ２２の外側の空所は外圧室２３として、またベローズ２２の内側の部位を含む 空所は内圧室２４として形成される。

【０００９】 このとき、ボックス２１内の外圧室２３は外圧口２８と連通し、また内圧室２ ４は内圧口２９と連通していて、外圧室２３には、外部から外圧口２８を介して 圧力Ｐ1 が導入されるようにし、また、内圧室２４には、外部から内圧口２９を 介して圧力Ｐ2 が導入されるようにしておく。

【００１０】 そして、この外圧室２３に導入された圧力Ｐ1 と、内圧室２４に導入された圧 力Ｐ2 との圧力差によって、ベローズ２２がその軸線方向へ変位するようになっ ている。

【００１１】 ベローズ２２の内側には変位センサ２５を設ける。この変位センサ２５は、ベ ローズ２２の軸線方向の変位量を電気信号として検知するもので、ボックス２１ の外部に設置される検知アンプ２６に接続される。

【００１２】 このとき、変位センサ２５には、ベローズ２２に接触しない非接触タイプのも のが用いられて、ベローズ２２のばね定数に影響を与えないようにするのが好ま しく、例えば渦電流方式、レーザ方式、静電容量方式等によりセンシングするも のが用いられる。

【００１３】 変位センサ２５に接続される検知アンプ２６は、変位センサ２５から送られて くる電気信号を増幅するとともに、所定の演算処理で補正を行って検出するもの で、これにより、ベローズ２２の変位量を差圧の値として測定することが可能と なる。この場合、検知アンプ２６において、差圧（Ｐ1 −Ｐ2 ）＝Ｋ・Ｌ／Ａと して算出される（Ｐ1 ：外圧室内の圧力、Ｐ2 ：内圧室内の圧力、Ｋ：ベローズ のばね定数、Ｌ：差圧によるベローズの変位量、Ａ：ベローズの有効面積）。

【００１４】 上記のように構成することにより、この差圧センサは、上ボックス２１ａの外 圧口２８から外圧室２３に導入された圧力Ｐ1 と、下ボックス２１ｂの内圧口２ ９から内圧室２４に導入された圧力Ｐ2 との間に圧力差（Ｐ1 −Ｐ2 ＞０）が生 じると、その差圧の作用でベローズ２２が軸線方向に縮むように変位して、この ベローズ２２の変位量を変位センサ２５が電気信号として検知するようになる。 すると、変位センサ２５に発生した検知信号は、ボックス２１の外部に設置され た検知アンプ２６に導かれて、増幅および補正の処理がなされたのち検出され、 これによって、ボックス２１の内部に生じた差圧が測定されることとなる。

【００１５】 しかしながら、上記のような従来の差圧センサにあっては、ベローズ２２の変 位量を検知した電気信号を検出する際に、検知信号の補正処理が困難になったり 、煩雑になったりすることがあった。

【００１６】 すなわち、上記の差圧センサは、ベローズ２２の初期状態を自由長Ｌ0 に設定 してあるために、使用されるベローズ２２の個々の自由長Ｌ0 にばらつきがある 場合には、ベローズ２２の初期位置が変位センサ２５で検知可能な測定範囲を越 えてしまうことがあり、このようになると測定精度が不安定となってしまう。

【００１７】 特に、ベローズ２２は、その製造条件や使用雰囲気によって、自由長Ｌ0 が所 定の範囲内で誤差が生じるのが普通であるが、一般的にこの自由長Ｌ0 を小さな 公差内に収めるのは非常に困難なことであるため、ベローズ２２の自由長Ｌ0 の ばらつきは必然的に生じてしまうのである。

【００１８】 この場合、変位センサ２５で検知可能な測定範囲が充分に大きければ、ベロー ズ２２の自由長Ｌ0 が多少ばらついても問題はないが、ベロース２２を取り付け るボックス２１の全体の大きさに制限があったり、あるいは差圧が作用した際の ベローズ２２の変位量が微小であったりしたときには、検知アンプ２６における 検知信号の補正が処理能力の限界を越えてしまって、測定の精度が低下すること がある。

【００１９】 つまり、ベローズ２２の自由長Ｌ0 にばらつきがある場合には、ベローズ２２ は変位センサ２５に対する測定の基準点が一定の位置に決定されないために、測 定開始点となるベローズ２２の初期位置と変位センサ２５との間の対向距離（測 定有効長）が、製品毎にばらついて測定の精度が不安定となる。従って、検知ア ンプ２６で検知信号の補正を行うことによって、精度の安定化を図るようにして いるが、この場合、補正を行う検知アンプ２６の処理能力には限界があるので、 ベローズ２２の自由長Ｌ0 のばらつきに充分対処できなくなる場合が出てくる恐 れがあった。

【００２０】 この考案は上記のような問題点を解消し、ベローズの自由長にばらつきがある 場合でも充分に対処し、測定の精度を確保することができる差圧センサを提供す ることを目的とする。

【００２１】

【問題点を解決するための手段】

この考案は上記の問題点を解決するために、外圧口を有する上ボックスと、内 圧口を有する下ボックスとでボックスを形成するとともに、このボックス内に、 前記外圧口と内圧口とを区画した状態でベローズを配設して、ボックス内を外圧 室と内圧室との２室に区画し、前記外圧室の圧力と、前記内圧室の圧力との差圧 を変位センサで測定する差圧センサであって、前記ボックスに、前記ベローズに 接離自在なストッパを設け、このストッパで前記ベローズの初期設定を行うとい う構成を有しているものである。

【００２２】

【作用】

この考案は上記の手段を採用したことにより、まず、上ボックスの外圧口から 外圧室に導入された圧力と、下ボックスの内圧口から内圧室に導入された圧力と の間に圧力差が生じると、その差圧の作用によってベローズが変位し、このベロ ーズの変位量を変位センサが検知することにより、ボックス内に生じた差圧が測 定されるようになっている。

【００２３】 そして、この考案にあっては、ベローズの自由長にばらつきがある場合でも、 測定の精度を確保することができるようになっている。

【００２４】 すなわち、ボックスにベローズと接離可能なストッパが設けられて、初期設定 時に、ベローズがストッパでやや圧縮された状態でボックス内に設けられること によって、初期状態として、ベローズの測定開始点が常に一定の位置に設定され るようになっている。

【００２５】 従って、従来では、ベローズが自由長にある状態で初期の設定がなされていた ために、ベローズの自由長にばらつきがある場合には、そのばらつきを補正する ために、ベローズの変位量を検知した検知信号に複雑な演算処理を施す必要があ り、測定の精度が不安定なものであったが、この考案にあっては、ストッパでベ ローズの初期設定を行うことにより、ベローズの自由長のばらつきに拘らず、測 定開始点が常に一定に位置に設定されるようになるため、検知信号に複雑な補正 を必要とせず、測定の精度を確保することができるようになっている。

【００２６】 つまり、この考案にあっては、ベローズにおける変位センサとの対向間のギャ ップを常に一定にすることができるものであるので、結果として、任意の用途、 使用条件、大きさに対して、ベローズを用いた差圧センサを任意に設計すること が可能となるものである。

【００２７】

【実施例】

以下、図面に示すこの考案の実施例を説明する。

【００２８】 図１は、この考案による差圧センサの一実施例を示す図である。 すなわち、図１に示す差圧センサは、外圧口８を有する上ボックス１ａと、内 圧口９を有する下ボックス１ｂとで、作用する圧力に応じて変位し、かつ一方に 開口する筒状をなしたベローズ２の開口端周縁部を挟持することにより、ボック ス１内を外圧室３と内圧室４との２室に区画し、さらに、上ボックス１ａと下ボ ックス１ｂとで形成されるボックス１内に、ベローズ２の変位量を検知する変位 センサ５を設けたものであって、ボックス１に、ベローズ２に接離自在なストッ パ７を設け、これにより、初期設定時に、ベローズ２がストッパ７でやや圧縮さ れた状態で設けられ、ベローズ２の測定開始点が常に一定の位置に位置付けられ るようにしている。

【００２９】 そして、外圧室３内の圧力Ｐ1 と、内圧室４内の圧力Ｐ2 との間に圧力差が生 じると、その差圧（Ｐ1 −Ｐ2 ＞０）でベローズ２が変位することにより、生じ た差圧が変位センサ５で検知され、こののち、変位センサ５に発生した検知信号 を外方に出力することにより、差圧が測定されるようになっている。

【００３０】 図１において、ボックス１は、上ボックス１ａと下ボックス１ｂとで密閉され た内部空所を形成するもので、上ボックス１ａには外圧口８が、また下ボックス １ｂには内圧口９がそれぞれ形成されていて、この外圧口８および内圧口９を介 してボックス１の内部空所が外部と導通するようにしている。そしてさらに、ボ ックス１の内壁には、後述するベローズ２と接離可能なストッパ７が設けられる 。

【００３１】 このボックス１の内部には、自由長Ｌ0 のベローズ２が設けられる。このベロ ーズ２は、例えば電着ベローズあるいは成形ベローズ等であって、全体として一 方が閉塞された金属製の筒状をなすもので、外部から作用する圧力の大きさに応 じて弾性変形して伸縮し、これによって、軸線方向への変位を可能としている。

【００３２】 このベローズ２は、その開口端の周縁部を上ボックス１ａと下ボックス１ｂと で挟持することにより、ボックス１の内部空所をベローズ２で２室に区画するよ うにして設けられ、これによって、ボックス１内において、ベローズ２の外側の 空所は外圧室３として、またベローズ２の内側の部位を含む空所は内圧室４とし て形成される。

【００３３】 このとき、ベローズ２は、その閉塞端面をストッパ７に圧接した状態でボック ス１内に設け、これにより、ベローズ２がやや圧縮された状態で、その長さがＬ 1 （Ｌ0 ＞Ｌ1 ）となるように保持され、初期状態として設定される。

【００３４】 また、この場合、ボックス１内の外圧室３は外圧口８と連通し、また内圧室４ は内圧口９と連通していて、外圧室３には、外部から外圧口８を介して圧力Ｐ1 が導入されるようにし、また、内圧室４には、外部から内圧口９を介して圧力Ｐ 2 が導入されるようにしておく。

【００３５】 そして、この外圧室３に導入された圧力Ｐ1 と、内圧室４に導入された圧力Ｐ 2 との圧力差によって、ベローズ２がその軸線方向へ変位するようになっている 。

【００３６】 ベローズ２の内側には、その閉塞された端面に対向する状態で変位センサ５を 設ける。この変位センサ５は、ベローズ２の軸線方向の変位量を電気信号として 検知するもので、ボックス１の外部に設置される検知アンプ６に接続される。

【００３７】 このとき、変位センサ５には、ベローズ２に接触しない非接触タイプのものが 用いられて、ベローズ２のばね定数に影響を与えないようにするのが好ましく、 例えば渦電流方式、レーザ方式、静電容量方式等によりセンシングするものが用 いられる。

【００３８】 変位センサ５に接続される検知アンプ６は、変位センサ５から送られてくる電 気信号を増幅するとともに、所定の演算処理で補正を行って検出するもので、こ れにより、ベローズ２の変位量を差圧の値として測定することが可能となる。こ の場合、検知アンプ６において、差圧（Ｐ1 −Ｐ2 ）＝Ｋ・Ｌ／Ａとして算出さ れる（Ｐ1 ：外圧室内の圧力、Ｐ2 ：内圧室内の圧力、Ｋ：ベローズのばね定数 、Ｌ：差圧によるベローズの変位量、Ａ：ベローズの有効面積、以下同じ）。

【００３９】 次に、上記のものの作用を説明する。

【００４０】 この差圧センサは、上記のように構成することにより、ボックス１内に生じた 差圧を測定できるようになっている。 まず、上ボックス１ａの外圧口８から外圧室３に導入された圧力Ｐ1 と、下ボ ックス１ｂの内圧口９から内圧室４に導入された圧力Ｐ2 との間に圧力差（Ｐ1 −Ｐ2 ＞０）が生じると、その差圧の作用でベローズ２が軸線方向に縮むように 変位して、このベローズ２の変位量を変位センサ５が電気信号として検知するよ うになる。

【００４１】 すると、変位センサ５に発生した検知信号は、ボックス１の外部に設置された 検知アンプ６に導かれて、増幅および補正の処理がなされたのち検出され、これ によって、ボックス１の内部に生じた差圧が測定されることとなる。

【００４２】 そして、上記の差圧センサにあっては、ベローズ２の自由長Ｌ0 にばらつきが ある場合でも測定の精度を確保することができるようになっている。

【００４３】 すなわち、上記の差圧センサは、初期設定時に、ベローズ２をストッパ７に圧 接させてやや圧縮した状態でボックス１内に保持することにより、ベローズ２の 初期状態を自由長Ｌ0 よりも短い一定の長さＬ1 で設定してあるため、使用され るベローズ２の個々の自由長Ｌ0 にばらつきがある場合でも、ベローズ２の初期 位置は、常に変位センサ５で検知可能な測定範囲内に収まるようになっている。

【００４４】 つまり、初期状態を設定する際に、ストッパ７でベローズ２を強制的に一定長 Ｌ1 に圧縮することにより、ベローズ２の自由長Ｌ0 にばらつきがある場合でも 、変位センサ５に対するベローズ２の測定の基準点が常に一定の位置に決定され るようになるために、ベローズ２が測定開始点となる初期位置にある場合、ベロ ーズ２の閉塞端面と変位センサ５との間の対向距離（測定有効長）を、製品毎に ばらつかせることなく常に一定にすることができるようになっている。

【００４５】 従って、ベローズ２の自由長Ｌ0 にばらつきがあっても、検知アンプ６におい て、複雑な演算処理により検知信号の補正を行う必要がなく、充分にベローズ２ のばらつきに対応することができるようになるため、補正処理が簡単になるとと もに、測定精度の安定化を図ることができるようになっている。

【００４６】 なお、上記の場合、ベローズ２は、ストッパ７で圧縮された状態でボックス１ 内に設けられて、全長がＬ1 に設定されているため、ベローズ２の長さＬ0 〜Ｌ 1 の範囲内の測定、つまり、差圧が０〜（Ｌ0 −Ｌ1 ）・Ｋ／Ａの範囲内である ときには差圧の検知ができないが、それ以上の差圧については検知が可能であり 、測定を行うことができるようになっている。

【００４７】

【考案の効果】 以上のようにこの考案によれば、ベローズを用いた差圧センサにおいて、ボッ クスに、この内部空所を内圧室と外圧室とに区画するベローズに接離可能なスト ッパを設け、初期設定時に、ストッパでベローズを圧縮させた状態で保持するよ うにしたことにより、ベローズの初期状態が、ストッパで測定開始点を常に一定 の位置に設定されるようになるため、これによって、ベローズの自由長にばらつ きがある場合でも、検知信号に対する複雑な補正が必要なくなり、測定の精度を 確保することができる。

【００４８】 そして、このように、ベローズの自由長のばらつきに対して柔軟に対処するこ とができるようになることにより、結果として、用途、使用条件、大きさ等の種 々の制限に拘らず、ベローズを用いた差圧センサを任意に設計することが可能と なるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による差圧センサの一実施例を示す図
である。

【図２】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１、２１……ボックス １ａ、２１ａ……上ボックス １ｂ、２１ｂ……下ボックス ２、２２……ベローズ ３、２３……外圧室 ４、２４……内圧室 ５、２５……変位センサ ６、２６……検知アンプ ７……ストッパ ８、２８……外圧口 ９、２９……内圧口

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外圧口（８）を有する上ボックス（１
   ａ）と、内圧口（９）を有する下ボックス（１ｂ）とで
   ボックス（１）を形成するとともに、このボックス
   （１）内に、前記外圧口（８）と内圧口（９）とを区画
   した状態でベローズ（２）を配設して、ボックス（１）
   内を外圧室（３）と内圧室（４）との２室に区画し、前
   記外圧室（３）の圧力（Ｐ1 ）と、前記内圧室（４）の
   圧力（Ｐ2 ）との差圧を変位センサ（５）で測定する差
   圧センサであって、前記ボックス（１）に、前記ベロー
   ズ（２）に接離自在なストッパ（７）を設け、このスト
   ッパ（７）で前記ベローズ（２）の初期設定を行うこと
   を特徴とする差圧センサ。