JPS58108405A - エア・マイクロメ−タ - 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】 本発明位エア・マイクロメータに関するもので、特に、
電気的検出１表示手段を備えたエア・マイクロメータに
訃いて外界条件の変化によるドリフトに起因する誤差を
自動的に補正し得るように構成したエア・マイクロメー
タに関するものであるＯ第１図は電気的検出手段を備え
た従来形のエア書マイクロメータの作用原理を説明する
ための断面図である。

エア・マイクロメータには基準用の差圧室ｌと計測用の
差圧室２とが設けられ、基準用の差圧室ｌはノズル３を
介して固定ギャップ形成具４に対向し、その間隔を所定
の固定ギャップｘＯに固定されている〇 計測用の差圧室２はノズル５を介して被測定物６に対向
せしめられ、その間隔Ｘが測定対象のギャップである。

上記の二つのノズル３，５は同形同寸に形成される。

−ロ 前記双方の差圧室１．２はそれぞれノズル７゜８を介し
て供給室９に連通されておシ、この供給室には圧力空気
源ｌＯがら空気管路１１を介して圧力空気が送入される
。

エアｅマイクロメータの使用条件によっては上記の空気
の代〕に窒素などの気体が用いられる場合もある。本発
明において空気とはエア・マイクロメータに用いられる
気体を意味するものとする。

１２は供給室９に送入する空気圧を一足にするための圧
力調整弁である。

前記のノズル７と同８とは同形同寸に形成される。

前記の基準用の差圧室ｌ内の気圧、及び、計測用の差圧
室２内の気圧はそれぞれ差圧変換器１３に接続連通され
ている０差圧変換器１３は上記双方の気圧の差を検出し
て気圧差に比例する電圧を発生し、かつ、上記の電圧を
一足の割合で増幅して出力電圧Ｖ。ｕｔを出力する。最
近では差圧検出用として半導体感圧素子が多く用いられ
、出力電圧増幅用として半導体増幅回路が多く用いられ
ている。

１１間昭５ｓ−ｔｏｓ４ｏｓ（２） 以上のような従来形のエア・マイクロメータ（第１図）
を用いて測定ギャップＸを計測する方法を次に述べる。

供給室９には圧力−整弁１２を介（７て一定圧力の空気
が供給されておシ、この圧力空気はノズル７．８をそれ
ぞれ介して基準用の差圧室ｌ及び計測用の差圧室２に流
入し、更にノズル３．５をそれぞれ流通して大気中に放
出される。

既述のようにノズル７と同８、並びにノズル３と同４と
はそれぞれ互いに同形同寸に形成されているので、測定
ギャップＸが固定ギャップＸ。と等しい場合には計測用
の差圧室２内の気圧は基準用の差圧室ｌ内の気圧に等し
くなる。従って、差圧変換器１３の出力電圧Ｖ。ｕｔが
零になる。

また、測定ギャップＸが固定ギャップＸＩ）と異なる場
合はノズル３から流出する空気流量とノズル５から流出
する空気流量とに差を生じ、これに伴って計測用の差圧
室２内の気圧と基準用の差圧室ｌ内の気圧との間に圧力
差が発生する。従って、差圧変換器１３は上記の圧力差
に対応する出力電圧ｖ、ｕｔを出力するので、測定ギャ
ップＸと固定ギヤツブＸＯとの差の変化に対応する出方
電圧Ｖ。ｕｔの変化状態を予め調べておいてこれと比較
することによって測定ギ斗ツブＸの値を算定し得る。

従来形のエア・マイクロメータは以上のようにして１μ
ｍオーダーの微小寸法を計測することかできるが、更に
０．１　＃ｍオーダーの極微小寸法を計測しようとした
場合欠配のような技術的問題がある。

（イ）供給空気の温度、湿度が僅かに変わっても、０．
１μｍオーダーの計測にとって無視できない程度に測定
値が変化する。

（ロ）　差圧変換器１３の差圧検出部および信号増幅部
の温度特性のため、室温の通常程度の変化によっても０
．１４ｍオーダーの計測にとって無視できない程度に測
定値が変化する。

上述の変化を第２図に示す。横軸には基準用の差圧室ｌ
内の気圧と計測用の差圧室２内の気圧との圧力差ΔＰを
と）、縦軸には差圧変換器１３の出力電圧Ｖ。ｕｔをと
っである。

カーブ１４はエア・マイクロメータの点検調整を完了し
た時点におけるΔＰ−ｖｏｕｔ初期特性を示し、仁の初
期特性線は次の１次式ｔｌ）で充分に近似される。

ｖｏｕｔ　”　’・Δｐ＋ｂ　　　廂・・・・・・・・
・・団・・・・・旧・・・・・・団−ｆｌ）第２図に例
示した初期特性Ｍ１４はｂ−ｏに調整され良状態を示し
ているので、この場合においてはｖｏｕｔ　”　’・Δ
Ｐ　　　　　・・・・・・・・・・・開用・・・・・・
・・・用出用・（ケで表わされる。

上記のごとく調整を完了した浸酸る時間経通して大気温
度、湿度などが変化すると上述のΔＰ　−ｖｏｕｔ特性
線が例えばカーブ１５のように変化し、次式で近似され
るようになる。

ｖｏｕｔ　”　ａ’・Δｐ＋ｂ’　　・旧・・・・・卵
重・・・川・・・川・・旧・・＋２１上記の式において
、ａ、’ａ’は圧カー電圧′利得係数であシ、ｂ、ｂ′
はオフセット電圧である。

例えば半導体感圧素子を用いた場合、この素子の零点移
動温度特性によって゛（２）式のｂｌ　（オフセット電
圧）が発生して誤差要因となる。上記の零点移動温度特
性は、例えば１．２　Ｘ　１０’　Ｋｆ／ｍ２／Ｃとい
ったオーダーのものである。

また、前記の感圧素子の出力電圧を増幅する増□増器に
もドリフトがあシ、利得安定誤差によって初期状態にお
ける圧力−電圧利得系数ａがａ′に変化して誤差の要因
となる＠上記のドリフトは、例えば０．５　Ｘ　１０−
２ｍＶ　（入力換算値）、利得安定度は例えば０．Ｏ１
％／℃といつ九オーダーのものである。

上述のような誤差要因によ）、第２図において差圧−Ｐ
の値がΔｐ２である場合、初期の出方電圧特性線１４に
よれば出力ｖ、ｕｔがマ２であるべきところ、変化後の
出力電圧特性ｌｌｌ１１５によるとマ２′となシσ２の
誤差を生じる。

上記の誤差を減少させるには差圧ΔＰを小さくすること
が有効である・これを異体的に言うと第１図における測
定ギャップＸをなるべく固定ギャップＸ。に近づけ、計
測用の差圧室２内の気圧が基準用の差圧室ｌ内の気圧と
大差が無い状態で計測を行うことによって誤差を減少せ
しめることができる。

第２因において差圧ΔＰがｊｐｌめときは、初期の出力
電圧特性＠１４によれば出力Ｖ。ｕｔがマｌであるべき
ところ変化後の出力電圧特性ａ１５によるとマ１′とな
シ、σ１の誤差を生じることになるがこの場合の誤差σ
１は前述の場合の誤差σ２に比較して著しく減少してい
る。

しかし、差圧ΔＰを極限的に小さくしてΔｐ−ｏの状態
にしても、変化後の出力電圧特性１Ｉ１１５と縦軸との
交点の縦座標値ｂ’に相当する誤差が残る。

本発明は上述の事情に鑑みて為され、前述の零点移動温
度特性に起因する誤差ｂ′を自動的に補正して高精度の
計測を可能ならしめる補正装置を備えたエア・マイクロ
メータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、エア・マイクロ
メータに供給している圧力供給空気を遮断することによ
ってΔＰ−０の状態を現出させ、この状態における出力
電圧Ｖ。ｕｔの値（第２図におけるｂ／）を検出してこ
れを記憶し、その後の計測に訃ける出力電圧Ｖ。ｕｔ　
”　”　”Δｐ＋ｂ’から前述のようにして記憶してい
たｂ′を減算することによシ出力電圧をｖｏｕｔ　””
　”・ΔＰに補正し得るような構成を研究した結果完成
したものであって、詐しくけ、本９　　頁 発明は空気管路中に供給空気を遮断するための電磁弁を
介装接続するとともに、差圧変換器の出力回路中に誤差
（第２図におけるｂ′）を減算するための加算器を介装
接続し、かつ、上記と別体にコントローラを設けてこの
コントローラに出力電圧を記憶する機能と、上記記憶値
の正負符号を反転させる演算機能と、上記のごとく反転
させた記憶値を前記の加算器に与える機能と、前記の電
磁弁を開閉作動させる機能とを持たせるように構成して
、差圧変換器の温度特性に起因する零点移動を自動的に
補正し得るようＫしたことを特徴とする。

次に、本発明の一実施例を第３図について説明する。第
１図と同一の図面参照番号を附した構成部材は第１図（
従来装置）におけると同様の構成部材であるから説明を
省略する。

空気管路１１に電磁弁１６を介装接続する。

差圧変換器１３の出力回路中に加算器１７を介装接続す
る。

上記と別体にコントローラ１８を設ける。このコントロ
ーラは次のような機能を有するように構成する〇 （１）　　出力電圧Ｖ。ｕｔの値を信号ライン１９を介
して受は取シ、これを記憶する機能。

（１）　　上記の出力電圧値を受は取る期間中、制御ラ
イン加を介して電磁弁１６を閉弁作動させる機能０ａｌ
ｌ）　　上記の信号ライン１９を介して受は取った出力
電圧ｖｃ、ｕｔの正負符号を反転させる演算機能。

４Ｖ）　　上記の演算結果をフィードバックライン２１
を介して加算器１７に与え、該加算器１７をして差圧変
換器１３の出力電圧に上記の演算結果を加算せしめる機
能◎ 本発明は以上のように構成しであるのでこれを用いるこ
とにより欠配のようにして自動的に補正を行わせること
ができる。

コントローラ１８に予めプログラムを組みこんでおいて
、初期点検１ｉＩｌ整を終了した後、一定時間ごとに、
若しくは一定回数の計測作動をするごとに次のような補
正作動を行わせる。

ａ）、ボン）（１−ラ１８から加算器１７に対して加算
作動の指令をしていない状態において、電磁弁１６を閉
弁させる。

第３図に示した構成から明らかなように、電磁弁′ｉ６
が閉じられると双方の差圧室１．２内は共に大気圧に等
しくなる。これを第２図についてみると二つの差圧室１
．２間の圧力差ΔＰ−０の状態となる。従って、このと
きの差圧変換器１３の出力電圧Ｖ。ｕｔはｂ′となる・ ｂ）８次にコン）ｏ−ラ１８は上記のｂ′の値を受は取
って記憶する。

Ｃ）、電磁弁１６を開弁させる。

ｄ）、記憶した値ｂ′の正負符号を反転して−ｂ′を算
出する。

ｅ）、この−ｂ′をフィードバックライン２１を介して
加算器１７に与える。加算器１７は差圧変換器１３の出
力信号値に−ｂ′を加え、これを補正済の出力電圧とし
て出力する。

上述のような作動の結果、第２因について説明した初期
の出力電圧特性線１４が成る時間後に出力電圧特性線１
５のように変化した場合、この変化後の出力電圧特性１
ＩＩ１５に−ｂ′が加算されるので、ｂ′寸法だけ下方
に平行移動され、仮襲線で示した補正特性１ｌ１２２の
ようになる。

上記の補正特性、Ｉ！２２は座標原点を通シ、座標原点
において初期の出力電圧特性１１１１４と交わる。

以上のようにして、本発明装置の作用により、時間経過
によって変化した出力電圧特性＠１５が補正特性線ρの
ごとく補正されるので、差圧ΔＰがΔｐ２のとき、上記
の補正特性線ｎによシ出力電圧ｖ、ｕｔとしてマ２“が
得られる。そして差圧ΔＰがｐｌのとき出力電圧Ｖ。ｕ
ｔとしてマ１“が得られる〇このようにして、本発明に
よると差圧変換器の温度特性に起因する零点移動による
誤差（第２図に訃けるｂｌ　）が自動的に補正されるの
で、測定精度が著しく向上する。第２図に示した特性図
から明かなように、本発明を連用した場合の補市特性線
ρによれば、ΔＰがなるべく小さい状態で計測を行うほ
ど誤差が少なくなるから、第１図について説明した測定
ギャップＸを固定ギャップＸ。に近くして測定を行うこ
とが望ましい。すなわち、Ｘ′−ｖＸ（１のとき、ΔＰ
！；０となシ、差圧変換器■３の温度特性に起因する誤
差を無視し得るようになる。

第４−は、従来装置におけるオフセット電圧の経時変化
をカーブ田で、前記の実施例におけるオフセット電圧の
経時変化をカーブ冴でそれぞれ示した図表である・この
ように本発明によってオフセット電圧の経時的変化を±
１０−２ｍＶ　以内に収め得るようになった結果、従来
的±０．５μｍであったエア・マイクロメータの測定精
度を±０．１μｍに向上せしめることができた。

以上説明したように、本発明は、空気管路中に電磁弁を
介装接続するとともに差圧変換器の出力回路中に加算器
を介装接続し、かつ、上記と別体にコントローラを設け
てこのコントａ−ラに出力電圧を記憶する機能と、上記
記憶値の正負符号を反転させる演稗機能と、反転させた
記憶値を加算器に与える機能と、電磁弁を開閉作動させ
る機能とを持たせるように構成することにより、差圧変
換器の温度特性に起因する零点移動を自動的に補正して
高精度の計測をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般に用いられているエア・マイクロメー
タの断面図、第２図は差圧変換器の出力電圧特性を示す
図表、第３図は本発明に係る補正装置を備えたマイクロ
メータの一実施例を示し、従来装置における第１１ｋに
対応する因、第４図は上記の実施例と従来装置とについ
てオフセット電圧の経時的変化を表わした図表である。 ｌ・・・基準用の差圧室、２・・・計測用の差圧室、３
゜５．７．８・・・ノズル、４・・・固定ギャップ形成
具、６・・・被測定物、９・・・供給室、１１・・・空
気管路、１２・・・圧力調整弁、１３・・・差圧変換器
、１４・・・初期における出力電圧特性線、１５・・・
成る時間経過後の出力電圧特性線、１６・・・電磁弁、
１７・・・加算器、１８・・・コントローラ、１９・・
・信号ライン、加・・・制御ライン、２１・・・フィー
ドバックライン、ρ・・・補正特性線、ｎ・・・従来形
エア・マイクロメータに訃けるオフセット電圧の経時変
化カーブ、瀕・・・本発明の一実施例に係る補正装置を
備えたエア・マイクロメータにおけるオフセット電圧の
経時変化カーブ。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 舘１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ノズルを介して固定ギャップ形成具に対向する基準用の
   差圧室と、ノズルを介して被測定物に対向する計測用の
   差圧室と、上記双方の差圧室にそれぞれノズルを介して
   連通された供給室と、上記の供給室に一足圧の空気を送
   入する空気管路と、前記双方の差圧室の間の圧力差を検
   出して圧力差に比例した電気信号を出力する差・圧変換
   器とを備、ｔたエア・マイクロメータに訃いて、前記の
   空気管路中に電磁弁を介装接続するとともに、前記の差
   圧変換器の出力回路中に加算器を介装接続し、かつ、前
   記の出力電気信号の値を記憶する機能と、上記の記憶値
   に基づいて演算を行う機能と、上記の演算結果を前記の
   加算器に与える機能と、前記の電磁弁を開閉作動せしめ
   る機能とを有するコントローラとを設けることによシ、
   前記の差圧変換器の温度特性に起因する零点移動を自動
   的に補正し得べく為し九ることを特徴とする補正装置を
   備え九エア・マイクロメータ。