JPS5814609B2 - セイスイアツソクテイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静水圧測定装置、特に５，０００バールを越
える圧力の測定装置に係る。

既存の装置では、測定すべき静水圧Ｐとの平衡を維持す
るために、既知の面積の可動表面Ｓに加えられるべき力
即ち重量Ｍを測定することにより前記静水圧Ｐが完全に
測定される。

即ち、平衛状態では静水圧ＰはＭ／Ｓに等しい（Ｐ二Ｍ
／Ｓ）からである。

前記の如き装置は、フリーピストンマノメータもしくは
フリーピストン圧力計または１１分銅１１圧力計または
マノメークリックゲージとして公知である。

公知の圧力計は１５，０００バールまでの圧力を平均精
度１０−３で測定し得るが、これらの装置は重く、大型
で高価で且つ複雑である。

これらは通常、更に取扱い易い二次計器を調整する一次
計器として使用される。

圧力計が包含する圧力範囲及びそれを越える範囲で最も
常用される二次計器はマンガニン線を使用した抵抗線式
圧力計である。

マンガニン線を使用した抵抗線式圧力計の主特徴はその
直線応答性である。

しかし乍ら温度の与える影響は圧力の与える影響よりも
大きいので、温度を注意深く調整しなければならない。

従って、これらの計器の応答曲線の再現精度を維持する
ためには、点検の反復を実行する必要がある。

最後に、機械的変形またはひずみを電気的に検知する検
知器を備えており圧力により屈撓する機械部材を使用す
る型の種々の間接圧力測定装置がある。

各型の装置の使用可能な圧力範囲の上限値は、屈撓する
部材の弾性限度と直接的相関関係を有する。

これらの装置は、扱い易く、感度も正確度も共にすぐれ
ているが、その精密度は僅か数パーセントにすぎない。

本発明の１つの目的は、従来の圧力計に匹敵する精密度
と感度とを以て圧力を測定することが可能であり更に間
接測定器具の主特徴を有する装置即ち、感度が良く、信
頼性があり、取扱いが容易で且つ軽便な装置を提供する
ことである。

本発明により、前記目的に適合する静水圧測定装置が提
供される。

この装置は、ボアを規定しているシリンダと、シリンダ
のボア内に直進且つ回転可能に装着されたピストンと、
ピストンに圧力源からの圧力が付加されるようにシリン
ダのボアを圧力源に接続する通路手段と、互いに対向す
る第１部分と第２部分とを有するリング状弾性部材とか
らなり、前記第１部分にシリンダが支持されるように位
置決めされており、ピストンが、ピストンに付加された
圧力の少なくとも一部を前記第２部分に適用すべく位置
決めされており、更に、前記圧力の適用により弾性部材
に生じるひずみを測定する手段を備えていることを特徴
とする。

更に本発明では、シリンダのボアの内径を厳密に一定に
維持するために、シリンダのボアの内部に装着されてお
り且つ少くともシリンダの一部を形成するライニングが
備えられても良く、前記シリンダのボアの内部を前記ラ
イニングと同じ材料製ピストンが移動すべく構成されて
おいても良い。

前記シリンダのボアは前記通路手段を介して圧力源に接
続される。

特に高圧力測定用に使用される本発明装置の具体例では
、シリンダのボアの内径を厳密に一定に維持するために
、シリンダのボアの内部に装着されており且つシリンダ
の少くとも一部を形成する金属カーバイド製ライニング
が備えられており、前記シリンダのボアの内部をライニ
ングと同一材料製のピストンが移動すべく構成されてお
り、このシリンダは通路手段を介して圧力源に接続され
ている。

１個の好しい具体例では、前記リング状弾性部材はリン
グから成り、前記シリンダと前記ピストンとの共通軸が
このリングの直径上に配置されており、この軸と前記リ
ングとの交点が前記弾性部材の互いに対向する第１部分
と第２部分とを規定し、弾性部材としての前記リングの
前記第１部分にシリンダボデイが固着され、前記第２部
分に前記ピストンに連結しているスラスト手段が装着さ
れる。

このようなリングの具体例では。

ピストンは、シングルボールジョイントと協働するマル
チスラストボールベアリングから成るスラスト手段を介
して前記リング状弾性部材に装着される。

有利な具体例では、前記リングは環状断面を有する。

次に本発明の１個の具体例を添付図面と共に説明するが
、この具体例は本発明の範囲を限定するものではない。

第１乃至第３図は公知の圧力計を例示しており、第４図
以降に本発明の具体例を示している。

第１図に示すフリーピストン圧力計では、高い圧力範囲
で使用される場合、装置に過重な負荷が加えられるのを
阻止するためにピストンとシリンダとの横断面の面積を
漸減させねばならない。

第２図に示す差動ピストン圧力計では、有効表面積が小
さい場合でもピストンの寸法を大きくしておける。

第３図に示す制御圧力計では、測定すべき内圧力により
生起される膨帳を補正するためにシリンダ外部に反圧力
を加える。

第４図の静水圧測定装置では、測定すべき静水圧を受け
るシリンダのボア２内部で自由に移動且つ回転すること
が可能であり更に前記シリンダから突出しているピスト
ン１と、シリンダのボア２を圧力源に接続している通路
手段としての通路３とが示される。

このピストン１は第６図に具体的に示すスラストブロッ
ク即ちスラスト千段４を介してリング状弾性部材として
のリング５の第２部分としての１点に装着されておりシ
リンダはリング５の第１部分としての別の１点に装着さ
れている。

リング５にはひずみを測定する手段としての応力計が装
着されており、シリンダはシリンダのボアの内径を厳密
に一定に維持する手段を備える。

第６図は、リング５の軸に垂直な装置の断面図を示して
おり、ピストン１はシリンダのボア２内部を自由に移動
且つ回転することが可能であり、シリンダのボア２はタ
ングステンカーバイトのような金属カーバイト製ライニ
ング７の少くとも１部を構成しており、前記ライニング
７はシリンダバレル８内部に装着されており、前記シリ
ンダバレル８の延長線上にシリンダ軸ＸＸ′と同軸の端
部部材９が連結されている。

シリンダはライニング７とシリンダバレル８とからなる
。

シリンダバレル８と端部部材９とは通路３を形成する軸
方向開口部を有しており、前記通路３は、（図示しない
）圧力源の連通部材とシリンダとを連結する。

連結方法の１つの例では、レンズ形環状シール（レンズ
リング）（図示せず）を用い、このシールを通路３の出
口の周囲で支持部１０内に保持させ、且つフランジ１１
を介して圧力源に対して保持させる。

シリンダから突出するピストン１の端部は溝付プーり１
２を押圧しており、このプーり１２は多数のスチールポ
ール１３を介して第５図の斜視図で金属リングとして示
されているリング５の内面に固着されるスラストベアリ
ング即ちスラスト手段４（第６図参照）を押圧する。

ボール１３の１部は、プーリ１２とスラスト部材即ちス
ラスト手段４との互いに対向する面に形成された２個の
円形で対称的な同軸溝１４．１５内に収納されている。

スラストボールベアリング型スラスト部材即ちスラスト
手段４は、２個の円形プレート１６，１７から構成され
ており、１個のプレート１６はプーり１２に対向し溝１
５を備えており、別のプレート１７はリング５の内面に
固着されている。

これらの２個のプレートはスチールボール１８を介して
相上下して配置されており、前記スチールボール１８は
プレート１６．１７にそれぞれ形成されている球状凹部
内に収納されている。

リング５は環状断面を有し、均一の厚みを有する。

スラストベアリング即ちスラスト手段４は、軸ＸＸ′上
に中心をもつねじ１９を介してリング５の内表面に当接
しここに固着される。

シリンダボデイ即ちシリンダバレル８は軸ＸＸ′を中心
としてリング５の内表面部分に装着されており、この内
表面部分の中心は、スラストベアリング即ちスラスト手
段４を支持する部分の中心と直径上で対向している。

シリンダボデイ即ちシリンダバレル８はねじ２０により
リング５に装着される。

第７図は、第６図の断面に垂直な断面図であり、同じ部
材が示されている。

リング５は断面図で示されており、このリング５は、ス
ラストベアリングが装着される延長部分２１と、シリン
ダバレルが装着される延長部分２２とを備える。

２個の部分２１．２２は、第５図に示すように、２個の
対称形アーチ２３ ．２４を備える彎曲部分により連結
されており、前記アーチに沿ったリング幅は一定である
。

シリンダボデイが装着されるリング５の第１部分には、
リング幅の半分までノツチ２５が形成されている。

このノツチの輻は端部部材９（第５図及び第６図参照）
の外径よりも僅かに広く、且つこのノツチ２５の延長上
に、やはり端部部材の外径より僅かに大きい直径を有す
る孔が形成されている。

第７図では、モータ２７を支持するプレート２６が、例
えばフープによりシリンダバレル８に固着されている。

このモークは、プーり２８とベルト２９とを介して、シ
リンダ２から突出するピストン１の端部に装着されてい
るブーり１２を駆動する。

第５図はリング５の斜視図であり、断面一定の２個の対
称形アーチ２３．２４を示しており、このアーチ２３．
２４に固着されている応力計６ ａ ｒ６ｂが第６図に
示されている。

ピストン１とシリンダのボア２のライニング７は、金属
カーバイト、特にタングステンカーバイトのような極め
て硬件の材料から形成される。

ライニング７は加熱により特殊鋼製シリンダバレル８内
部に装着される。

ここで生じる応力は、内圧力のバランスウェイトとなる
外圧力として機能し、従ってシリンダの変形を確実に阻
止する。

極めて硬性のタングステンカーバイト（１圧縮強度が大
きく同時に弾性限度が極めて小さい。

従って前記の如き加熱嵌合処理（ ｆｅｒｒｕｌｉｏｇ
ｐｒｏｃｅｓｓ ）が必要である。

屈曲応力又は捩り応力が除去されているアセンブリ内の
ピストン１に加えられるのは応縮応力のみである。

媒体は１０，０００バールまで凍結しない鉱物油であり
、また１ミクロン以内に調整されるような極めて高度な
機械加工処理及び研削処理によってシリンダーピストン
アセンブリの確実な作動性が獲得される。

粘着性即ち、粘度に帰因する側部摩擦及び剪断歪を阻止
する目的で、測定ピストンは前記ベルト伝達システムに
より継続的に回転している。

ここに記載しない他のシステム、例えばピストンに回動
運動させるロツド及びローラ伝達システムを用いてピス
トンの運動を生起してもよい。

圧力源に連結する通路を備えており圧力検知器を構成す
るシリンダーピストンアセンブリは、金属リング内部に
装着される。

リング直径上の対向する２点に作用する最大の力により
リングがばねにおける弾性変形の如く弾性変形し楕円形
になり易いように前記リングの寸法が決定されている。

圧力の適用によるリングの弾性変形が確実に使用材料の
弾性限界の０．１３％を越えないようにリングの形状が
決定される。

応力計の品質がすぐれており、従って測定装置は圧力に
対する適切な感度を維持し得る。

リングの寸法は、測定すべき最大の圧力に基いて決定さ
れる。

リングの圧力検知器に対する着脱は容易であり、従って
測定すべき圧力範囲に対応する型のリングを迅速に装着
し得る。

一組４個のリングを準備し得る１個の具体例では次の圧
力範囲を継続的に測定し得る。

０−５ ０ ０−１．，０００ −５，０ ０ ０−１
０，０ ０ ０バール。

５，０ ０ ０−１ ０，０ ０ ０バール測定用リン
グでは、１０，０００バールに於けるひずみ又は変形が
リングを構成する鋼の弾性限界の０．１３％より大きく
なるような応力をリングに与えないようにリングの形状
を決定している。

この場合のリングは、内径１０２ｍｍ、外径１２２ｍｍ
、２個の測定アーチに沿った定幅１２ｍｒｎの環状リン
グである。

従来の圧力検知器では、鋼のひずみ又は変形を検知手段
を使用して検知する場合、例えば測定すべき圧力を彎曲
チューブ内部で作用させる場合、鋼は弾性限度の２０〜
３０％を越えるような応力を受けることに注目されたい
。

このような装置の応答は長期間に亘って一定に維持され
ないが、本発明測定装置は、長期間に亘って一様の応答
曲線を示す。

本発明の圧力測定装置は、他の同種の装置と同じく圧力
計を使用して検定され得る。

しかしながら５，０００バールより大きい圧力の場合、
前記の如き圧力計は少数であり高価で操作も難しい。

本発明装置は圧力が生起する力以外の力を使用して圧力
を測定することが可能であり、従って測定は極めて容易
である。

高圧レベルに於ける精密度、感度、信頼度に加えて本発
明装置の別の利点は、その便利さ、軽量さ、取扱の容易
さ、工場内の地点間での持運びが容易なこと等である。

最後に使用の安全性に注目されたい。

最大弾性変形が鋼の弾性限度の０，１３％を越えないよ
うにリングの形状が決定されているので、超過荷重が１
０倍になっても測定装置自体は許容安全限度内に維持さ
れる。

更にひずみを測定する手段としての応力計を使用してい
るので、装置自体に装着されたなんらかの適当な手段に
より圧力測定値を表示することも可能であり、または遠
隔測定により測定値を伝送することも可能である。

このようにして本発明装置は実験室の反応器の圧力測定
に適用可能であり、同様に石油化学プラント内の種々の
地点に於ける圧力チャック又は監視に適用され得る。

第５．６．７図の具体例に示した装置は、５，０００バ
ールを越える圧力を測定し得る。

更に適当なリングを使用すれば５，０００バール未満の
圧力測定にも使用し得る。

０〜５，０００バールまたは５００〜１，０００バール
の範囲の圧力を測定するためには、同一測定原理に基い
て、フリーピストン圧力検知器と協働する弾性リングの
変形測定により、ビストンの移動量を示すインジケータ
として機能させる装置を使用すること、及び前記装置を
より安価な材料を用いより簡単な機械加工処理により製
造することが好ましいのは当然である。

例えば、シリンダが金属カーバイトより安価で使用し易
い材料から形成されたライニングを備えていてもよい。

またシリンダがライニングを備えず、鋼合金のような剛
性杷料製であってもよい。

概して本発明測定装置は実際の構造上の精巧さに関係な
く、測定圧力に比例する電位変化を示し、この電位変化
が直接記録されるかまたは遠隔測定に使用され得る。

このことは他の測定装置と比較して極めてすぐれた実施
上の利点である。

本発明は図面と共に記載の具体例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に含まれており本発明の趣旨を逸
脱することのない種々の変形が可能であることを理解さ
れたい。

本発明の実施態様のいくつかの例を下記に要約する。

（１）リング状弾性部材がリングから成り、シリンダ及
びピストンの共通軸がリングの直径上に配置されており
、前記リングと前記軸との交叉により２個の頂点が形成
され、前記リングの前記頂点の１涸にシリンダボデイが
装着され、別の頂点にピストンスラストベアリングが装
着されていることを特徴とする特許請求の範囲に記載の
装置。

（２）シリンダの内径を厳密に一定に維持する手段が、
シリンダバレル内部に装着されており且つ内部でピスト
ンが移動するシリンダの少くとも１部を形成しているラ
イニングから成り、前記シリンダバレルが通路を介して
圧力源に連結されていることを特徴とする特許請求の範
囲に記載の装置。

（３）シリンダの内径を厳密に一定に維持する手段が、
シリンダバレル内部に装着されており且つ内部でピスト
ンが移動するシリンダの少くとも１部を形成しているラ
イニングから成り、前記ピストンは前記ライニングと同
一材料製であり、且つ前記シリンダバレルが通路を介し
て圧力源に連結されていることを特徴とする特許請求の
範囲に記載の装置。

（４）シリンダの内径を厳密に一定に維持する手段が、
シリンダバレル内部に装着されており且つ内部でピスト
ンが移動するシリンダの少くとも１部を形成している金
属カーバイト製ライニングから成り、前記ピストンは前
記カーバイトと同一材料製であり、且つ前記シリンダバ
レルが通路を介して圧力源に連結されていることを特徴
とする特許請求の範囲に記載の装置。

（５）ピストンが、マルチスラストボールベアリングと
シングルボールジョイントとの組合せを介して弾性部材
に装着されていることを特徴とする前項（１）に記載の
装置。

（６）リングが環状断面を有することを特徴とする前項
（１）に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のフリービストン圧力計の断面説明図、第
２図は公知の差動ビストン圧力計の断面説明図、第３図
は公知の制御圧力計の断面説明図、第４図は本発明測定
装置の概略説明図、第５図はリングの斜視図、第６図は
リングの軸に垂直な断面図、第７図は第６図の断面に垂
直な断面図である。 １・・・・・・ピストン、２・・・・・・ボア、３・・
・・・・通路、４・・・・・・スラスト手段、５・・・
・・・部材、６・・・・・・応力計、７・・・・・・ラ
イニング、８・・・・・・シリンダバレル、９・・・・
・・端部部材、１０・・・・・・支持部、１１・・・・
・・フランジ、１２・・・・・・ブーリ、１３・・・・
・・スチールボール、１４，１５・・・・・・溝、１６
，１７・・・・・・プレート、１８・・・・・・スチー
ルボール、１９，２０・・・・・・ねじ、２１，２２・
・・・・・延長部分、２３ ，２４・・・・・・アーチ
、２５・・・・・・ノツチ、２６・・・・・・プレート
、２７・・・・・・モータ、２８・・・・・・プーリ、
２９・・・・・・ベルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボアを規定しているシリンダと、シリンダのボア内
   に直進且つ回転可能に装着されたピストンと、ピストン
   に圧力源からの圧力が付加されるようにシリンダのボア
   を圧力源に接続する通路手段と、互いに対向する第１部
   分と第２部分とを有するリング状弾性部材とからなり、
   前記第１部分にシリンダが支持されるように位置決めさ
   れており、ピストンが、ピストンに付加された圧力の少
   なくとも一部を前記第２部分に適用すべく位置決めされ
   ており、更に、前記圧力の適用により弾性部材に生じる
   ひずみを測定する手段を備れていることを特徴とする静
   水圧測定装置。