(57)【要約】  本発明のブルドン圧力ゲージの感知装置は、変位ギアと連結されて回転するシャフトの両端間の一方の端部に設けられＮ極及びＳ極を有する磁石と、本体の前記磁石に対応する位置に設けられ、少なくとも３個以上分割されて配置され、前記磁石の回転値を検出するＡＭＲセンサーまたはホールセンサーからなる感知部と、前記感知部のセンサーから出力される位相信号値のうちサイン信号値及びコサイン信号値を受けて位相値を補正した後、補正された信号値をＬＣＤに出力する表示制御部とを含む。
2009537818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力によって膨張するブルドン管と、前記ブルドン管の端部と連結され、その変位量を回転運動に変換させるスパイラル型またはヘリカル型の変位ギアと、本体に設けられ前記変位ギアと連結されて回転するシャフトと、前記シャフトの回転値を感知し、これを表示するＬＣＤと、を含んで構成されるブルドン圧力ゲージにおいて、
前記変位ギアと連結されて回転する前記シャフトの両端間の一方の端部に設けられ、Ｎ極及びＳ極を有する磁石と；
前記本体の前記磁石に対応する位置に設けられ、少なくとも３個以上分割されて配置されるＡＭＲセンサーまたはホールセンサーからなる感知部と；
前記感知部のセンサーから出力される位相信号値のうちサイン信号値及びコサイン信号値を受けて位相値を補正した後、補正された信号値をＬＣＤに出力する表示制御部と；
を含んで構成されることを特徴とするブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項２】
前記シャフトは０°から３６０°に回転することを特徴とする請求項１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項３】
前記シャフトのピンが前記磁石を貫通するとともに前記センサーを介して前記表示制御部をなすプリント基板を貫通するように構成され、前記センサーは前記プリント基板上で分割配置され、前記各センサーの重さ中心に前記シャフトのピンが貫通したり、または集積された前記センサーの中央に形成されたホールを前記シャフトのピンが貫通するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項４】
前記磁石は、円形磁石で構成されることを特徴とする請求項１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項５】
前記円形磁石は、中空状の円形磁石で構成されることを特徴とする請求項４に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項６】
前記磁石は、Ｓｍ２Ｃｏ１７で構成されることを特徴とする請求項４に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項７】
前記円形磁石は、３個のセンサーを内部に備えており、内部に備わった前記３個のセンサーは、測定範囲がそれぞれ１２０°であることを特徴とする請求項５に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項８】
前記円形磁石は、４個のセンサーを内部に備えており、内部に備わった前記４個のセンサーは、測定範囲がそれぞれ９０°であることを特徴とする請求項５に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項９】
前記円形磁石は、３個のセンサーを外部に備えており、外部に備わった前記３個のセンサーは、測定範囲がそれぞれ１２０°であることを特徴とする請求項５に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１０】
前記磁石は、棒磁石で構成されることを特徴とする請求項１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１１】
前記磁石及び前記センサーは、前記センサーをＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）化し、ＡＳＩＣ化したセンサーを前記磁石とモジュール化することで構成されることを特徴とする請求項１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１２】
前記チップは、複数個の可変抵抗を備えたホイートストンブリッジで構成されることを特徴とする請求項１１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１３】
前記ホイートストンブリッジは、複数個で構成されており、前記複数個のホイートストンブリッジのうちの１つは、他の１つに対して一定の角度で傾斜した形状を有し、１つのホイートストンブリッジはサイン信号値を感知し、他の１つのホイートストンブリッジはコサイン信号値を感知することを特徴とする請求項１２に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１４】
前記センサーは、電流を受けて前記センサーの最高値を感知し、これを前記ホイートストンブリッジに伝達する＋磁化コイルと；
電流を受けて前記センサーの最低値を感知し、これを前記ホイートストンブリッジに伝達する−磁化コイルと；を含んで構成されることを特徴とする請求項１２に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１５】
前記センサーは、前記磁石の回転中心を中心にして上下左右に４個が配列されており、上下のセンサーからはサイン値を出力し、左右のセンサーからはコサイン値を出力することを特徴とする請求項１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１６】
前記センサーは、前記センサーの位置に温度による誤差が発生したとき、温度による誤差を補正するための温度補正手段をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１７】
前記磁石及び前記センサーは、前記変位ギアと連結されたシャフトと平行な水平を維持するように、前記シャフトに形成されたホールに挿入される形状を有することを特徴とする請求項１に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１８】
前記表示制御部は、前記センサーから出力されたサイン信号値及びコサイン信号値を受けて多重化する多重化部と；
前記多重化部で多重化された信号を増幅する増幅部と；
前記増幅部で増幅された信号を受けて位相値を補正し、補正された信号値を前記ＬＣＤに出力するＣＰＵと；を含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至１７のうちの何れか１項に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項１９】
前記多重化部は、３元多重化器で構成されることを特徴とする請求項１８に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項２０】
前記ＣＰＵは、前記増幅部で増幅された信号を受けて、設定された基準値に基づいて温度補正、磁力補正及びヒステリシス補正を行うことを特徴とする請求項１８に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【請求項２１】
前記ＣＰＵは、コーディックアルゴリズムに基づいてサイン信号値及びコサイン信号値を処理し、回転値を表示するように制御されることを特徴とする請求項１８に記載のブルドン圧力ゲージの感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力ゲージの感知装置に関するものであり、特に、ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔｏｒ、異方性磁気抵抗）センサーまたはホールセンサー（Ｈａｌｌ  ＩＣまたはＨａｌｌ  Ｓｅｎｓｏｒ）を用いて高い精密度及び低廉な価格のブルドン圧力ゲージを具現するのに適したブルドン圧力ゲージの感知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ブルドン管（ｂｏｕｒｄｏｎ  ｔｕｂｅ）は、弾力性のある金属板で製造した中空の平らな管を円弧状に曲げた後、その端部を密閉してなるものであり、管の一端を固定して圧力を加えると、固定されていない他端が曲率半径の増加する方向に移動し、供給された圧力の大きさ、管の大きさ、厚さ、材質及び曲率半径によって移動量が増減するように作動する。このブルドン管を用いて流体の圧力を測定する装置をブルドン管圧力ゲージ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｇａｕｇｅ、圧力計）という。
【０００３】
図１乃至図３は、従来のブルドン管の構成例を示した断面図である。
圧力計に使用されるブルドン管は、円状に曲げられた形状によって図１のようなスパイラル（渦巻き）型、図２のようなＣ型、図３のようなヘリカル型などに区分される。スパイラル型は、非常に薄くて平らな管を渦巻き状に巻くことで、相対的に長くて鋭敏なブルドン管を形成し、自由端の移動距離を増加させたものであり、他の増幅機構なしに指針を自由端に直接付着して使用することができる。一方、Ｃ型およびヘリカル型は、自由端の移動距離が相対的に非常に短いので、テコの原理や扇状のピニオンギアで増幅して指針を動かす必要がある。
そして、ブルドン管圧力ゲージは、加えられる圧力によって膨張する螺旋状のブルドン管と、変位ギアと、前記変位ギアによって回動され、前端に目盛りを指示する針が備わる針軸ギアとを含んで構成される。
【０００４】
上記のようなブルドン管圧力計は、圧力によって拡張動作及び収縮動作する前記ブルドン管の変位に基づいて、圧力を視覚的に表示する。すなわち、針が固定されている針軸ギアが変位ギアを通してブルドン管の変位に基づいて回転することで、針が回転変位するようになり、その結果、該当の圧力目盛りを視覚的に指示する。
しかしながら、上記のようなブルドン圧力計は、アナログ方式で針を介して圧力目盛りを測定するので、微細な目盛りを視覚的に見えるようにするためには、目盛り板の外径を大きくする必要がある。特に、電子出力値を得られないので、高価なデジタル圧力計を使用する必要があるという問題点があった。
一方、既存のブルドン管圧力計に慣れていた使用者たちがデジタル圧力計を使用する場合、出力値に対する許容圧力に関する確実な出力値を認知することが困難であるが、この問題は、既存の使用者たちが長い期間の間、アナログ方式のブルドン管圧力計を使用したことにより発生する。
【０００５】
上記のような問題点を克服するための従来のブルドン管を用いた電子式圧力ゲージは、電子圧力変換器（特許文献１参照、以下、従来技術１という）および電子式ブルドンチューブ圧力計（特許文献２参照、以下、従来技術２という）に開示されている。上記従来技術１の電子圧力変換器は、Ｎ極及びＳ極を有する棒状磁石を用いたものであり、この棒状磁石の中間位置にセンサーを位置させた後、棒状磁石の回転をＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、巨大磁気抵抗）センサーが感知するが、センサーは、２個の固定抵抗及び４個の可変抵抗で構成されており、１個のセンサーから２個の出力値Ｖ１及び出力値Ｖ２（Ｓｉｎ、Ｃｏｓ）が出力されるようになっている。
【０００６】
図４は、従来の電子式圧力ゲージにおいてＧＭＲセンサーを配列した例を示したブロック構成図である。図４において、固定抵抗は、基準値を算出するためのものであり、上下一対は水平方向において可変抵抗の感知方向を感知し、他の上下一対は、４５°および９０°の角度に位置し、磁石の磁力を感知する。すなわち、左側の上下一対はＳｉｎ値であるＶ１を生成し、右側の上下一対はＣｏｓ値であるＶ２を生成する。
図４において、中央に配置された固定抵抗は、出力値Ｖ１及び出力値Ｖ２の基準値を設定するためのものである。中央に配置された固定抵抗及び左側に配置された可変抵抗から出力値Ｖ１が得られ、中央に配置された固定抵抗及び右側に配置された可変抵抗から出力値Ｖ２が得られる。すなわち、磁力が無い場合、固定抵抗値及び可変抵抗値が同一の値を表すので、出力値Ｖｎは０の値を表す。固定抵抗は、磁力の方向に対して不変な値を出力し、各可変抵抗は磁力に依存する可変値を出力する。このようなＧＭＲセンサーは、３６０°を感知するために多数のセンサーを配列することができる。
そして、Ｖ１の基準値（Ｖ１ｏｆｆｓｅｔ）を求めるために、Ｖ１の最高値からＶ１の最低値を引いた後、この値を２で割る。
すなわち、（Ｖ１ｏｆｆｓｅｔ＝（Ｖ１ｍａｘ−Ｖ１ｍｉｎ）／２）を行う。
また、Ｖ２の基準値（Ｖ２ｏｆｆｓｅｔ）を求めるために、Ｖ２の最高値からＶ２の最低値を引いた後、この値を２で割る。
すなわち、（Ｖ２ｏｆｆｓｅｔ＝（Ｖ２ｍａｘ−Ｖ２ｍｉｎ）／２）を行う。
また、Ｖ２の比率値（Ｖ２Ｇａｉｎ）を求めるために、Ｖ１の最高値からＶ１の最低値を引いた後、この値をＶ２の最高値からＶ２の最低値を引いた値で割る。
すなわち、（Ｖ２Ｇａｉｎ＝（Ｖ１ｍａｘ−Ｖ１  ｍｉｎ）／（Ｖ２ｍａｘ−Ｖ２ｍｉｎ））を行う。
そして、Ｖ１、Ｖ２の値を用いて実際に回転した角度を求める。
すなわち、Ａｒｃｔａｎ（（Ｖ１−Ｖ１ｏｆｆｓｅｔ）／（Ｖ２−Ｖ２ｏｆｆｓｅｔ）＊Ｖ２ｇａｉｎ）を行う。
【０００７】
以下、上記従来技術１の問題点に関して詳細に説明する。
まず、ＧＭＲセンサーは、高い分解能及び反応速度のために使用され、磁力がｍＴ（ｍｉｌｌｉ−ｔｅｓｌａ）範囲で使用される点でＡＭＲセンサーと類似しているが、高い感応度及びヒステリシスのために一般的に変位測定用として使用される。
１．雑音率（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）
図４において、出力値Ｖ１及び出力値Ｖ２は、可変抵抗を基準にして得られるので、雑音率（ＳＮＲ）を１としたとき、ホイートストンブリッジから１個の出力値を求める場合、雑音率が２になる。すなわち、従来技術１のセンサー構造では、ホイートストンブリッジの構造と比較したとき、雑音率が５０％の性能のみを有するという問題がある。
【０００８】
２．基準値（Ｏｆｆｓｅｔ）
出力の基準値を求めるためには、最高値及び最低値を測定しなければならない。ＧＭＲセンサーは、磁石の極性（Ｎ極及びＳ極）を認識できないので、１８０°＋１°だけ回転させると、最高値及び最低値を得ることができる。すなわち、最大値及び最小値を得るために、各測定の前に１８０°以上に回転させる必要があり、ブルドン圧力計の回転量をデジタル信号に変換して圧力値を求めることができる。
この場合、測定前に１８０°以上に回転させると、現在の磁力や外部温度から発生する誤差を補正し、ブルドン管圧力計の圧力回転値をデジタル信号に変換するときの誤差を減少させることができる。他の方法としては、製品を組み立てた後、１８０°以上に回転させ、最大値及び最小値を電子ユニットに保存して使用する方法がある。
しかしながら、前者の場合、使用が面倒であり、後者の場合、永久磁石の磁力が時間の経過とともに弱くなり、出力値の変化を補正できないとともに、測定ごとに外気温度の影響による出力値が変化した場合に補正できないという短所がある。すなわち、使用回数によって誤差が発生するのでなく、時間の経過や外気温度の影響によって測定値の誤差が発生する。
一方、磁化コイルをセンサーに付着させ、＋磁化部（Ｃｏｉｌ＋）から最大値を得て、−磁化部（Ｃｏｉｌ−）から最低値を得て基準値を設定する場合、磁力が時間の経過とともに弱くなった場合や、外部の温度が変化した場合に、測定ごとに補正された値を得ることができる。さらに、圧力計内部の電子ユニットに一定温度を生成及び維持させる装置を備える場合、温度変化に対する誤差をさらに正確に補正することができる。このような装置を備えることで、製造費用及び電力使用量が上昇するが、高精密標準圧力計の開発では所望の性能を得ることができる。ところが、従来技術では、このような磁化コイルを用いた技術は開示されていない。
【０００９】
３．出力値（Ｖａｌｕｅ）
ここで、図５は、図４における可変抵抗の感知方向を示したブロック構成図であり、図６は、図５における回転角による出力値を示したグラフである。
図５のように１個のセンサーを用いて抵抗体を構成する場合、出力値としてＳｉｎｅ値及び−Ｓｉｎｅ値が出力され、不必要な−Ｓｉｎｅ値が発生する。そのため、図５のように１個のセンサーを使用して回転角を求める場合、使用角度が制限され、３６０°を認識することが不可能である。
また、図７は、図４における１個のセンサーで抵抗体を構成する場合、可変抵抗の感知方向を示したブロック構成図であり、図８は、図７における回転角による出力値を示したグラフである。
図７のように１個のセンサーで抵抗体を構成する場合、出力値としてＳｉｎｅ値及びＣｏｓｉｎｅ値を求めることができる。ところが、１個のセンサーでは、正確な位置を判別することが難しい。
図６及び図８において、ａ出力値は、回転角ｂ及びｂ'で表される。より具体的に説明すると、出力値ａが回転角ｂで出力された値であるかどうか、それとも回転角ｂ'で出力された値であるかを判断できないので、１個のセンサーで回転量を算出することは不可能であり、特に、３６０°の回転角を認識することは不可能である。
１個の測定範囲は約１２０°であるが、有効角度は約９０°である。より詳しく説明すると、可変抵抗の距離をそれぞれ数ｍｍずつ離隔させてセンサーを製作し、ブルドン管圧力計に１個のセンサーを設置する場合、９時方向及び３時方向を中心にして測定が行われるので、測定角度が制限される。
【００１０】
４．回転量測定（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）
従来技術１のように、ＧＭＲセンサー内に備わった抵抗体から出力された値を用いて逆正接関数（Ａｒｃ  ｔａｎｇｅｎｔ）で回転角を算出することは、著しく制限される。図７のように配置された１個のＧＭＲセンサーでＳｉｎｅ及びＣｏｓｉｎｅを求めることはできるが、３６０°の回転角を認識する必要がある場合、逆正接関数を用いることはできない。すなわち、図７の出力値を求める場合に制限されるので、これに基づいた逆正接関数値も同様に制限される。
【００１１】
５．多数のセンサー使用（Ｍｕｌｔｉ−ｓｅｎｓｏｒ）
説明を容易にするために３個のセンサーを使用した場合を想定する。ＧＭＲセンサーを用いる場合、３６０°を測定するためには最小３個のセンサーが必要である。
ここで、図９は、従来技術により３個のセンサーからそれぞれ２個の出力値を２回増幅して使用する例を示したブロック構成図であり、図１０は、従来技術により３個のセンサーからそれぞれ２個の出力値を６元多重化器を用いて増幅する例を示したブロック構成図であり、図１１は、従来技術により３個のセンサーからそれぞれ１個の出力値を多重化器を用いて増幅する例を示したブロック構成図であり、図１２は、従来技術により３個のセンサーからそれぞれ１個の出力値を多重化器を用いて増幅する他の例を示したブロック構成図である。
すなわち、図９は、センサーの配置図であり、図１０乃至図１２は、３６０°を測定するためのセンサーのブロック構成図であるが、従来技術１では、多数のセンサーを使用可能であること以外は、図１０乃至図１２のような具体的な方法を開示していない。
５−１）従来技術１では、３６０°を測定するためのＳｉｎｅ及びＣｏｓｉｎｅを求めることができ、１個のセンサー当たり１２０°を感知し、互いに連係して３６０°を測定できるが、従来技術１は、このようなセンサー配列に関する具体的な方法や回転角の算出方法を開示していない。
５−２）従来技術１の雑音率（ＳＮＲ）は、依然としてホイートストンブリッジの場合より５０％低く、これを高めるためには多数の増幅器（ＡＭＰ；図１０参照）を使用する必要がある。また、雑音率を高めると、多数の増幅器を使用する必要があるので、費用が相対的に増加するようになり、図１２のように最小費用で回路を構成する場合（３元ＭＵＸ）にも、依然として雑音率がホイートストンブリッジの場合より５０％低くなる。
５−３）従来技術１は、基準値及び外部の誤差発生要因（温度、磁力変化）に敏感である。特に、３個のセンサーを使用する場合、従来技術１では、このような誤差を改善する方法を開示していない。
５−４）従来技術１の構成費用は相対的に高価である。この構成費用は、回路や構成の用途に応じて変わり得るが、センサーの内部には、合計６個の固定抵抗が必要である。
５−５）図９は、３個のセンサーからそれぞれ２個の出力値を２回増幅して使用する方式を示しているが、費用が過度に上昇するとともに、増幅過程でノイズが発生するという問題点がある。しかしながら、雑音率（ＳＮＲ）は、１個のセンサーを用いる場合より約２倍ほど良くなる。
５−６）図１０は、３個のセンサーからそれぞれ２個の出力値を６元ＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ、多重化器）を用いて選別的に増幅する過程を示すが、この場合にも、雑音率（ＳＮＲ）が１個のセンサーを用いる場合と同一であるという問題点がある。
５−７）図１１は、３個のセンサーからそれぞれ１個の出力値のみを用いてＭｕｘを通して選別的に増幅する方式を示すが、この場合にも、雑音率（ＳＮＲ）が１個のセンサーを用いる場合と同一であるという問題点がある。
上記のような従来技術１の問題点を解決するために、本発明では、後述するように、円板状磁石をＮＳ極とＳＮ極に分割して構成し、これに同様に近接させてセンサーを配置し、センサーが円板状磁石の回転変位を感知して同様に出力できるようにする。
結論的に、従来技術１は、ＧＭＲの特性上、ヒステリシスが大きく、センサーの構造上、雑音率（ＳＮＲ）が低く、測定時に外部要因（磁力、温度）による測定誤差が大きいため、１個のセンサーを用いて３６０°の回転角を認識することが不可能であり、多量のセンサーを使用する場合、増加した部品の費用によって全体費用が上昇するという問題点がある。
【００１２】
以下、従来技術２に関して詳細に説明する。
すなわち、従来技術２は、センサーが磁石の内部ではなく磁石の外部に位置し、特に、２極ではなく４極の磁石を用いる構造の感知方法を開示している。そのため、磁石の外部に形成される磁力線を認識する構造で３６０°を感知するために、多数のセンサーを磁石の外部に設置しており、センサーの数量は磁石の極数に比例する。
上記のような従来技術２には、次のような問題点がある。
磁石の外部で磁力線を認識しているので、外部の磁力に敏感に反応し過ぎ、測定時に誤差要因が存在する。多数のセンサーを分離して配置するので、各センサーを生産するとき、ロット別に発生する誤差及び製品ごとに保有する誤差などによって精密度が低下し、各センサーを基板に装着するときに発生するＳＭＴ誤差などによって精密度が低下するという問題点がある。
特に、多数のセンサーを使用するので、原価が上昇するようになる。多数のセンサーを１個のセンサーに集積する場合、磁石の大きさが制限され、センサーの製造費用が高価になり過ぎる。各センサーを１個のチップに集積する場合、経済的な価格で製品を製造することができ、製造工程の誤差は減少するが、温度補正及び磁力変化に対する誤差補正を行うことができず、高性能製品を製造することができない。
【００１３】
以上のように、上記の従来技術１に開示された電子圧力変換器及び従来技術２に開示された電子式ブルドンチューブ圧力計は、それぞれ１つのセンサーを用いるので、上述した問題点に加えて、次のような問題点を有している。
すなわち、高性能の感知装置を具現するにあたり、従来技術１は、特定のセンサー（ＧＭＲ）を選定することで、センサーの特性上、高いヒステリシスを有し、センサーの構造内の固定抵抗を用いて２個の出力値を算出することで、低い雑音率（ＮＲＢ）を獲得し、１個のセンサーでＳｉｎ及びＣｏｓを用いた３６０°回転角を測定しており、基準値を算定する際に磁力の変化及び外気温度変化に対する誤差を補正する方法を開示していない。
センサーを多数個配置する場合、具体的な配置位置を開示していない。このようなセンサーを用いて３６０°認識を具現するために３個のセンサーを使用する場合、センサー以外の部品（ＡＭＰおよびＭＵＸ）の数が増加し、製品の原価上昇の要因を有している。
また、従来技術２の場合にも、外部磁力からの保護対策、多数のセンサーを基板に装着するときに発生する位置誤差及び各センサーの有する固有誤差（ロット誤差、製品別誤差）に対する対策及び各センサーから発生する温度差による誤差を相殺するための対策を開示していない。１個の回路に多数のセンサーを集積する場合、センサーの大きさが増加し、それにより磁石の大きさが制限される。多数のセンサーが内蔵されるので、部品数が多くなる。すなわち、４個の極を有しているので、４個以上のセンサーが使用されるが、この場合、ＡＭＰまたはＭＵＸの必要数が比例的に増加するという問題点がある。
【特許文献１】米国特許公開番号第ＵＳ２００４／００９３９５２号
【特許文献２】大韓民国特許出願番号第１０−２００４−００８６１９６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、ＡＭＲセンサーまたはホールセンサーを用いて高い精密度及び低廉な価格のブルドン圧力ゲージを具現できるブルドン圧力ゲージの感知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の一実施態様に係るブルドン圧力ゲージの感知装置は、圧力によって膨張するブルドン管と、前記ブルドン管の端部と連結され、その変位量を回転運動に変換させるスパイラル型またはヘリカル型の変位ギアと、前記変位ギアと連結されて回転するシャフトと、前記シャフトの回転値を感知し、これを表示するＬＣＤと、を含んで構成されるブルドン圧力ゲージにおいて、本体に回転可能に設けられ前記変位ギアと連結されて回転する前記シャフトの両端間の一方の端部に設けられ、Ｎ極及びＳ極を有する磁石と、前記本体の前記磁石に対応する位置に設けられ、少なくとも３個以上分割されて配置されるＡＭＲセンサーまたはホールセンサーからなる感知部と、前記感知部のセンサーから出力される位相信号値のうちサイン信号値及びコサイン信号値を受けて位相値を補正した後、補正された信号値をＬＣＤに出力する表示制御部とを含んで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るブルドン圧力ゲージの感知装置は、ＡＭＲセンサーまたはホールセンサーを用いて高い精密度及び低廉な価格のブルドン圧力ゲージを具現できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明は、本体に設けられ、圧力によって膨張するブルドン管と、前記ブルドン管の一端と連結され、その変位量を回転運動に変換させるスパイラル型またはヘリカル型の変位ギアと、本体に設けられ前記変位ギアと連結されて回転するシャフトと、前記シャフトの回転値を感知し、これを表示するＬＣＤと、を含んで構成されるブルドン圧力ゲージにおいて、前記変位ギアと連結されて回転する前記シャフトの両端間の一方の端部に設けられ、Ｎ極及びＳ極を有する磁石と、前記本体の前記磁石に対応する位置に設けられ、少なくとも３個以上分割されて配置されるＡＭＲセンサーまたはホールセンサーからなる感知部と、前記感知部から出力される位相信号値のうちサイン信号値及びコサイン信号値を受けて位相値を補正した後、補正された信号値をＬＣＤに出力する表示制御部とを含んで構成される。
【００１８】
図１３乃至図２０は、本発明の一実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の正面図、側面図及び各実施例の側面図である。
図示したように、本体に設けられ圧力によって膨張するブルドン管１７０と、ブルドン管１７０の端部と連結され、その変位量を回転運動に変換させるスパイラル型またはヘリカル型の変位ギア１５０と、本体に設けられ前記変位ギアと連結されて回転するシャフトと、前記シャフトの回転値を感知し、これを表示するＬＣＤ１２０とを含んで構成されるブルドン圧力ゲージにおいて、変位ギア１５０と連結されて回転するシャフト１４０の両端間の一方の端部に設けられ、Ｎ極及びＳ極を有する磁石２００と、本体１６０の磁石２００に対応する位置に設けられ、少なくとも３個以上分割されて配置されるＡＭＲセンサーまたはホールセンサー３００からなる感知部と、前記感知部のセンサー３００から出力される位相信号値のうちサイン信号値及びコサイン信号値を受けて位相値を補正した後、補正された信号値をＬＣＤ１２０に出力する表示制御部４１０とを含んで構成される。
前記ブルドン圧力ゲージの感知部には、図１４に示すように、シャフト１４０の両端に設けられ、０°から３６０°に回転する磁石２００と、磁石２００の回転を感知するセンサー３００とが装着されている。
前記ブルドン圧力ゲージの感知部は、図１９に示すように、シャフト１４０のピンが磁石２００を貫通するとともにセンサー３００を介して表示制御部４１０をなすプリント基板（ＰＣＢ；Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）４００を貫通するように構成され、センサー３００はプリント基板４００上で分割配置され、各センサー３００の重さ中心にシャフト１４０のピンが貫通したり、または集積されたセンサー３００の中央にホールを構成し、このホールをピンが貫通するように構成されている。
【００１９】
図２１は、図１３乃至図２０において円形磁石及び４個のセンサーを構成した例を示した断面図であり、図２２は、図１３乃至図２０において円形磁石及び３個のセンサーを構成した例を示した断面図であり、図２３は、図１３乃至図２０において円形磁石の外部に３個のセンサーを構成した例を示した断面図であり、図２４は、図１３乃至図２０において棒磁石とセンサーを構成した例を示した断面図である。
図示したように、磁石２００は、円形磁石２１０で構成される。
円形磁石２１０は、中空状の円形磁石で構成される。
磁石２００は、Ｓｍ２Ｃｏ１７で構成される。
円形磁石２１０は、３個のセンサーＡ１，Ａ２，Ａ３を内部に備えており、内部に備わった３個のセンサーＡ１，Ａ２，Ａ３は、測定範囲がそれぞれ１２０°である。
円形磁石２１０は、４個のセンサーＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２を内部に備えており、内部に備わった４個のセンサーＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２は、測定範囲がそれぞれ９０°である。
円形磁石２１０は、３個のセンサーＢ１，Ｂ２，Ｂ３を外部に備えており、外部に備わった３個のセンサーＢ１，Ｂ２，Ｂ３は、測定範囲がそれぞれ１２０°である。
磁石２００は、棒磁石２２０で構成される。
磁石２００及びセンサー３００は、センサー３００をＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）化し、ＡＳＩＣ化したセンサーを前記磁石とともにモジュール２３０化することで構成される。
【００２０】
図２５は、図２１乃至図２４における磁石内のチップを構成したホイートストンブリッジ１の構成例を示した断面図であり、図２６は、図２１乃至図２４における磁石内のチップを構成したホイートストンブリッジ２の構成例を示した断面図であり、図２７は、図２５及び図２６における回転角による出力値を示したグラフであり、図２８は、図２５及び図２６において３個の電圧の回転角による出力値を示したグラフであり、図２９は、本発明による３６０°測定の例を説明するための図であり、図３０は、図２２における４個のセンサーで構成する場合の測定例を説明するための図であり、図３１は、図１３乃至図２０における磁化コイルが連結された磁石及びセンサーの構成例を示したブロック構成図である。
【００２１】
図示したように、チップ２３０は、複数個の可変抵抗２３１〜２３４を備えたホイートストンブリッジで構成される。
前記ホイートストンブリッジは、複数個で構成されており、前記複数個のホイートストンブリッジのうちの１つは、他の１つに対して一定の角度（例えば４５°）で傾斜した形状を有し、１つのホイートストンブリッジはサイン信号値を感知し、他の１つのホイートストンブリッジはコサイン信号値を感知する。
センサー３００は、電流を受けてセンサー３００の最高値を感知し、これを前記ホイートストンブリッジに伝達する＋磁化コイル（Ｃｏｉｌ＋）と、電流を受けてセンサー３００の最低値を感知し、これを前記ホイートストンブリッジに伝達する−磁化コイル（Ｃｏｉｌ−）とを含んで構成される。
センサー３００は、４個の極性を認識する磁石センサーとして前記磁石の回転中心の上下左右に配列され、上下のセンサーからはサイン値を出力し、左右のセンサーからはコサインを値を出力する。
センサー３００は、センサー３００の位置により温度による誤差が発生したとき、温度による誤差を補正するための温度補正手段（図示せず）を含んで構成される。
【００２２】
図３５乃至図４２は、図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した断面図である。
図示したように、磁石２００及びセンサー３００は、変位ギア１５０と連結されたシャフト１４０と平行を維持するように、シャフト１４０に形成されたホール１４１に挿入される。
【００２３】
図４４は、図１３乃至図２０におけるプリント基板及びその周辺ブロックのブロック構成図である。
図示したように、表示制御部４１０は、センサー３００から出力されたサイン信号値及びコサイン信号値を受けて多重化する多重化部（ＭＵＸ）４１１と、多重化部４１１で多重化された信号を増幅させる増幅部（ＡＭＰ）４１２と、増幅部４１２で増幅された信号を受けて位相値を補正し、補正された信号値をＬＣＤ１２０に出力するＣＰＵ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）４１３とを含んで構成される。
多重化部４１１は、３元多重化器で構成される。
ＣＰＵ４１３は、増幅部４１２で増幅された信号を受けて、設定された基準値に基づいて温度補正、磁力補正及びヒステリシス補正を行う。
ＣＰＵ４１３は、コーディック（Ｃｏｒｄｉｃ）アルゴリズムに基づくサイン信号値及びコサイン信号値を処理し、回転値を表示するように制御する。
【００２４】
以下、上記のように構成された本発明によるブルドン圧力ゲージの感知装置の動作を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明は、ＡＭＲセンサーまたはホールセンサーを用いて高い精密度及び低廉な価格のブルドン圧力ゲージを具現するためのものである。
また、本発明は、ＡＭＲセンサー及びホールセンサーを用いて高性能の感知装置を開発しながら低廉な価格の製品を開発するためのものである。ＡＭＲセンサーを用いる場合、センサーの内部にホイートストンブリッジを形成し、円形磁石をＮ極及びＳ極の２個に分割して磁石の中心にセンサーを対称配置し、磁化コイルを設ける。
【００２５】
以下、本発明の特徴に関して説明する。
ａ）３個のホイートストンブリッジを用いて３６０°を感知し、
ｂ）磁化コイルを用いた基準値で、温度補正、磁力補正及びヒステリシス補正を行い、
ｃ）センサーの出力値を多重化部を用いて選別的に増幅し、電子装置の構成費用を低下させ、
ｄ）ホール効果が適用されるセンサーを用いる場合、４個のセンサーを用いて３６０°を感知し、
ｅ）集積されたチップにＡＳＩＣ化で基準値を設定することで、温度補正、磁力補正及びヒステリシス補正を行い、大きな増幅度を可能にするとともに、回路構成を単純化させ、
ｆ）磁石とセンサーとの距離偏差及び傾き偏差を減少させるために結合部位を最適化し、
ｇ）追加的な温度補正のために装置内に発熱装置及び温度計を内蔵し、
ｈ）ブルドン管の機械的ヒステリシスを減少させるための補正プログラムを内蔵し、
ｉ）このようなセンサーからのＳｉｎｅ値、Ｃｏｓｉｎｅ値を用いてコーディックアルゴリズムを計算し、回転角を表示する。
ｊ）このような本発明の圧力計にスイッチ機能、データ伝送機能、制御プログラムを適用することで、使用範囲を拡大することができる。
【００２６】
以下、本発明に関して図１３乃至図４４に基づいて詳細に説明する。
図１３乃至図２０は、本発明の一実施の形態に係るブルドン圧力ゲージの感知装置の正面図及び側面図である。
図１３乃至図２０において、符号１００はブルドン圧力計であり、１１０はパネルであり、１２０はＬＣＤであり、１３０はポインターであり、１４０はシャフトであり、１５０は変位ギアであり、１６０は本体であり、１７０はブルドン管であり、１８０はバッテリーであり、１９０は連結ボルトである。また、２００は磁石であり、３００はセンサーであり、４００はプリント基板（ＰＣＢ；Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）である。
図１４は、シャフト１４０の両端に磁石２００及びセンサー３００が装着された例を示し、前端で３６０°を感知し、後端で３６０°を感知する構成を説明するものである。各センサー３００を異なるように使用することができ、１８０°を感知可能なセンサー３００を使用する場合、両端で作動して３６０°を感知するようにすることができる。
【００２７】
図１５は、センサー３００がプリント基板４００の反対側に位置した例を示しており、磁石２００の大きさ及び強度によって選択的に使用され、ブルドン管１７０にオイルを充満する場合に好ましい構成である。
図１６は、共通の安定的な構成を示している。
図１７は、磁石２００にアナログポインター１３０が装着され、アナログガラス窓にセンサー３００が装着された構成として、アナログ及びデジタルを同時に表現できる構成を示している。
図１８乃至図２０は、アナログ及びデジタルを同時に表現するための方式を示すものであり、シャフト１４０のピンが磁石２００を貫通するとともにセンサー３００を介してプリント基板４００を貫通するように構成され、センサー３００がプリント基板上で分割配置され、各センサー３００の重さ中心にシャフト１４０のピンが貫通したり、または、集積されたセンサー３００の中央にホールを構成し、このホールをピンが貫通した構成を示している。
【００２８】
図２１乃至図４０は、磁石及びセンサーの構成例を示した断面図である。
Ｎ極及びＳ極磁石は、円形磁石２１０または中空状の円形磁石を使用する場合、磁石内部の磁力線分布はＮ極及びＳ極の２極が棒磁石である場合に比べて安定的である。中空磁石の場合、外部の磁力影響をより少なく受ける。
図２１は、１個のチップ２３０にＡ１、Ａ２、Ａ３の３個のセンサー３００が集積された状態を示し、図２２は、１個のチップ２３０にＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の４個のセンサー３００が集積された状態を示す。
図２１では、１個のセンサー３００が１２０°を測定するが、Ａ１センサー及びＡ２センサーが０°から１２０°を感知し、Ａ２センサー及びＡ３センサーが１２０°から２４０°を感知し、Ａ３センサー及びＡ１センサーが２４０°から３６０°を感知する。
図２２では、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２のセンサーが４個の区間に分けられ、それぞれ９０°ずつ感知するようになる。
【００２９】
図２１及び図２２では、共通的にセンサー３００が磁石２００の内部に位置しており、センサー３００は中心点に対称的に配置し、必ずＮ極及びＳ極で構成する必要がある。
図２２では、磁石２００の外部にセンサー３００が位置しているが、磁石２００が２極以上の極を有する場合に３６０°を感知することができる。このように極を２極以上に分割する場合、磁石内部の磁力の線形性は極数の増加によって比例的に低下する。すなわち、棒磁石より低い線形性を表す。ところが、内部の磁力を用いていないので、内部の磁力線を考慮していない。磁石の外部磁力を用いているので、圧力計の外部要素の影響に敏感である。そのため、外部磁力に対する保護対策が必要である。
【００３０】
図２３は、棒磁石２２０を用いた感知方式を示している。この場合、円形磁石２１０より磁石内部の線形性が低下し、回転運動時に回転力偏差が発生するが、長方形である場合、重力によって上昇及び下降するとき、磁石によるヒステリシス値が増加する。
棒磁石２２０に比べると、円形磁石２１０は、１）内部磁力がより安定的であり、２）磁石によるヒステリシスを減少させることができる。しかしながら、感知力は磁石の大きさに比例するが、回転体の軸に荷重が加えられるので、誤差が発生するおそれがある。実測結果は、円形磁石２１０としてＮｄＦｅＢタイプの直径６．０ｍｍ及び厚さ２．５ｍｍものを用いる場合、ホール効果を用いたセンサーで優れた性能を発揮した。
このとき、磁石としては、磁力、大きさ、形状及び価格を考慮すると、Ｓｍ２Ｃｏ１７を用いることが好ましく、Ｎ４８がこれより強い磁力を保有している。磁石とセンサーとの距離が近い場合、Ｓｐｒｏｘ  １１／２２ｐ、ＨＦ２２／１５、Ｎｅｏｆｅｒ  ５５／１００ｐなどの相対的に弱い磁力を有する弱い磁石も使用可能であり、このような永久磁石が磁力を安定的に保有することも重要である。
【００３１】
ここで、Ｓｍ２Ｃｏ１７磁石は、焼結サマリウム（Ｓａｍａｒｉｕｍ、Ｓｍ）コバルト（Ｃｏｂａｌｔ、Ｃｏ）によって形成された磁石であり、特に、温度に基づく安定度及び腐食防止性において非常に優れた磁石である。このようなＳｍＣｏ磁石としては、Ｓｍ１Ｃｏ５及びＳｍ２Ｃｏ１７の２種類があり、Ｓｍ２Ｃｏ１７は、非常に高いｉＨｃ値を有しており、Ｓｍ１Ｃｏ５より安定的である。
また、磁石としてＮｄＦｅＢ磁石を使用することもできるが、ここで、ＮｄＦｅＢ磁石は、非常に微細に粉砕されたＮｄＦｅＢ合金の微粉を電磁場下で圧着した後、焼結、熱処理、加工及び着磁などの一連の工程を経ることで製造される。また、ＮｄFｅＢ磁石は、異方性を有し、その方向性が圧着工程時に決定される。また、ＮｄＦｅＢ磁石は、空気中で容易に酸化されるので、表面処理する必要がある。表面処理方法としては、Ａｕ、Ｚｉｎｃ、Ｎｉｃｋｅｌコーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）方法が使用されるが、場合によっては多重コーティング（Ｎｉｃｋｅｌ＋Ｃｏｐｐｅｒ＋Ｎｉｃｋｅｌ）を行うこともある。
【００３２】
一方、図２５は、図２１乃至図２４における磁石内のチップを構成するホイートストンブリッジ１の構成例を示した断面図であり、図２６は、図２１乃至図２４における磁石内のチップを構成するホイートストンブリッジ２の構成例を示した断面図である。
ＡＭＲセンサーにおいて、図２１に示すように、１個のチップに３個のセンサーを集積し、１個のセンサーがそれぞれ１２０°を感知するように構成する場合、基準値を設定するための磁化コイルが内蔵される。集積された各センサー３００は、図２５及び図２６に示すように、ホイートストンブリッジを形成する４個の可変抵抗２３１〜２３４で構成される。
ホールセンサーは、１個のチップ２３０に４個のセンサーを集積し、ホールセンサーの極性認識特性を用いてそれぞれ２個のセンサーでＳｉｎθ及びＣｏｓθを用いて回転角を求める。特に、特定用途の集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）を内蔵して出力値を増幅し、温度補正、ヒステリシス補正及び精密度補正などの性能を向上させる装置を集積することができる。
以下、これに関して具体的に説明する。
【００３３】
まず、ＡＭＲセンサーは、ホイートストンブリッジ内に４個の可変抵抗体を有し、最高出力値Ｖ１＋及び最低出力値Ｖ１−から出力値を得るが、雑音率（ＳＮＲ）は、従来技術１に比べて２倍ほど高い。
図２５における出力値を求めるためには、次の数１を使用する。
【数１】
2009537818.tif 000003
また、図２６のようにホイートストンブリッジを４５°回転して出力値を求めると、次の数２のようになる。
【数２】
2009537818.tif 000004
【００３４】
また、図２７は、図２５及び図２６における回転角による出力値を示したグラフであり、数１及び数２による出力値を示している。
また、数１及び数２の値を用いて１８０°の回転角を測定するために、Ｓｉｎ値及びＣｏｓ値を用いて数式を再び定義すると、次の数３のようになる。
【数３】
2009537818.tif 000005
再び定義すると、数３は、次の数４のようになる。
【数４】
2009537818.tif 000006
【００３５】
３６０°を感知するために、３個のホイートストンブリッジを用いて３個の値から３個の異なる振幅比率を求め、コーディックアルゴリズムに基づいて回転量を求める場合、次の数５のように定義される。
【数５】
2009537818.tif 000007
そして、Ｙｎｍ は、次の数６のように再び定義される。
【数６】
2009537818.tif 000008
そして、平均回転量αは、次の数７のように定義される。
【数７】
2009537818.tif 000009
α値は、実際の角度α０ に対する誤差を有するが、その理由は、基準値Ψ０ 及び回転誤差Δαのためである。すなわち、次の数８のように定義される。
【数８】
2009537818.tif 000010
【００３６】
図２８は、図２５及び図２６における３個の電圧の回転角による出力値を示したグラフであり、図２０は、本発明による３６０°測定の例を説明するための図である。
上記の数式では、ホイートストンブリッジを用いた３６０°の角度を測定した。以下、図２０を参照して、磁化コイルを用いて温度及び磁力の変化ならびに出力値の誤差を補正する一層精密な３６０°測定法を定義する。まず、各記号の意味を定義すると、次の通りである。
【数９】
2009537818.tif 000011
そして、ホイートストンブリッジｎ＝１、２、３から平均出力値を求めると、次の数１０のように定義される。
【数１０】
2009537818.tif 000012
ここで、Ｕａｎ （ｎ＝１、２、３）は、正確な基準値である。
そして、コーディックアルゴリズムを用いて二対の出力値（ｎ、ｍ＝１、２、３；ｎ≠ｍ）から実際の回転量Ｗｎ，ｍ を求めると、次の数１１のように定義される。
【数１１】
2009537818.tif 000013
【００３７】
全てのブリッジｎから出力値差ΔＵｎ を求めると、次の数１２のようになる。
【数１２】
2009537818.tif 000014
そして、３個のＷｎ，ｍ 値は、平均値で求められる。このようなＷｎ，ｍ 値を使用する数式は、非常に正確な回転量を求めるために使用可能な指数曲線の低いヒステリシス範囲を適用するためのものである。
３個の出力値Ｕａ,n（ｎ＝１、２、３）で単項及び多項式によって近似値Ｗを簡単に求めることができる。このような変数の組み合わせ（Ｗ，ΔＵ）によって、３６０°以上の回転の値を算出することができる。
【００３８】
図３０は、図２２における４個のセンサーで構成する場合の測定例を説明するための図である。
図３０のように４個のセンサーが集積されたホールセンサーの場合、磁力によって異なるＹ１−Ｙ２値でＳｉｎ値を得て、異なるＸ１−Ｘ２値でＣｏｓ値を得ることで、回転値αは、センサー出力からコーディックアルゴリズムを用いて次の数１３で求めることができる。
【数１３】
2009537818.tif 000015
ここで、ρは、回転角に対する誤差定数である。
そして、コーディック（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）アルゴリズムは、双曲線関数またはsｉｎｅ、ｃｏｓｉｎｅ、大きさ及び位相（ａｒｃ  ｔａｎｇｅｎｔ）を含む三角関数を計算するための反復アルゴリズムであり、タンジェント（ｔａｎｇｅｎｔ）値を掛算ではない２進数のシフト演算で得る。上記方法は正確な回転値を求めるのに用いられる。このようなコーディックアルゴリズムは、参照文献（Ｊ．Ｅ．Ｖｏｌｄｅｒの  ”Ｔｈｅ  ＣＯＲＤＩＣ  Ｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”、ＩＲＩ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ、ＥＣ−８、１９５９、Ｐａｇｅｓ３３０−３３４）のような先行技術文献に開示されている。
【００３９】
図３１は、図１３乃至図２０における磁化コイルが連結されたセンサーの構成例を示したブロック構成図である。
ホイートストンブリッジの４個の抵抗体構造でそれぞれ１個の最高値及び最低値を求める。このような構造により、最適の出力Ｖ１を求めることができる。すなわち、雑音率（ＳＮＲ）が最適になる。
また、３６０ °を高性能で感知するためには、外部変化（時間の経過による永久磁石の磁力弱化、外気温度変化による出力値変化、ヒステリシス）を考慮して基準値（Ｏｆｆｓｅｔ）を設定する必要がある。そのため、測定ごとに磁化コイルを用いて各外部変数を補正し、出力値を最適化する。
そして、３６０°を高性能で感知するためには、最小３個のセンサーを１２０°度の間隔で規則的に配置して１個のチップに集積する。また、これら３個のセンサー上に磁化コイルを設置する。磁化コイルは、各センサーに追加的に装着する。
【００４０】
３個のセンサーを集積した場合、常に３個の出力値が出力される。これら３個の値としてサイン値及びコサイン値が出力されるが、特定の角度で常に３個の出力値が出力されるので、これら出力値の間の比率を計算して用いる。
また、４個のセンサーを用いる場合、４個の出力値が出力される。しかし、２個のセンサーのみを用いて測定し、区間（４４区間）に基づいて各センサー値を選択的に使用する。このようなセンサーは、１８０°以上において極性（ホール効果）を認識しているセンサーである。このようなセンサーは、出力値が非常に小さいので、ＡＳＩＣ化が必要であるが、ＡＳＩＣ化時に出力値の補正及び増幅が行われる。
そして、３６０°を高性能で感知するためには、少なくとも３個のセンサーが必要となる。これらセンサーの出力値を用いてコーディックアルゴリズムを介して正確な回転量を計算する。すなわち、コーディックアルゴリズムによれば、サイン、コサイン値が出力され、使用される。
【００４１】
そして、センサーの温度補正は、正確な回転角認識のために行う。すなわち、大気の温度変化によってセンサーの出力値が変わるが、このような温度変化に適応するように出力値を補正する必要があり、このために磁化コイルを使用する。図１６及び図２２に示すようにそれぞれ４個の抵抗体が温度変化を起こし、それにより誤差が発生する。これら誤差は、１２５℃の温度差で０．５°の回転角認識誤差を発生させる。この問題を解決するためには、製品内部に恒温装置を装着する必要があるが、その代表的な例が発熱装置である。すなわち、温度誤差を１０℃内に維持するようにすると、０．０５°の回転角認識誤差が発生するので、高性能製品を製造できるようになる。この機能の短所は、多くの電力消費にあり、これを解決するためには、外部電力を使用することがより適切であり、このような圧力計は標準圧力計に適している。
また、ブルドン管にも、外部温度による変位量の誤差が発生する。この誤差は、ブルドン管の材質によって異なる。製品の内部に温度センサーが装着されるので、ブルドン管の温度変化に対する誤差を補正することができる。このために、温度変化によるブルドン管の変位値を求めて保存する。このような誤差の補正は、抵抗体による温度変化誤差の補正より大きな効果を有する。
このような発熱装置及び温度計を用いることで、ブルドン圧力計及びセンサーの誤差を減少させることができる。
そして、センサーの種類によって、使用される磁力が僅かに変化する。出力値の誤差を減少させるためには、最適な磁力を使用することが好ましい。ホイートストンブリッジは、１．０ｍＴまたは２４ｍＴ以上に形成されることが好ましい。ホール効果を用いたセンサーは平均７５ｍＴに形成される。そして、安定的な磁石の磁力も時間の経過とともに弱くなるので、磁力変化に基づく基準値は頻繁に変化させる必要がある。また、磁力は、近い距離で大きな効果を有するので、少ない歪みを有することが好ましい。
【００４２】
図３２及び図３３は、図１３乃至図２０におけるセンサーと磁石との距離及び中心点の離隔度による誤差を説明するためのデータ及び参照図面である。
図３２において、Ｘ軸及びＹ軸は中心点からの移動を示し、Ｚ軸の距離は磁石とセンサーとの距離を示し、傾きは歪みを示している。一般的なブルドン圧力計の回転体は、その直径が１ｍｍから３ｍｍのものを使用している。この断面に直径が約１０ｍｍである磁石を中心に合わせて垂直方向に接着するとき、誤差が発生する。
【００４３】
この誤差を減少させるために、図３４のように構成する。
図３４は、図１３乃至図２０におけるシャフトと連結された磁石の構成例を示した断面図であり、図３５乃至図４３は、図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した断面図である。
図３５は、シャフト１４０を示した図であり、図３６は、本発明によって円形磁石２１０にシャフトホール１４１を結合するための磁石ホール２０１、センサー３００及びシャフト１４０の結合例を示した図である。また、図３７乃至図４０は、円形磁石２１０をシャフト１４０に結合するために磁石支持台１４２と、磁石の中心点を固定するためのシャフト中心ホール１４３と、磁石の外周を固定し、磁力を保護する磁石保護台１４４と、磁石を結合するための結合台１４５と、磁石を結合台１４５またはシャフトホール１４１に結合するためのボルト１９１とを示しており、磁石２００とポインター１３０とを結合し、シャフトに再結合する多様な例を示すものである。
【００４４】
上記構成を具現するために、以下のようにする。
ａ）円形磁石の中央に貫通孔を形成し、必要に応じて貫通孔に所定の段を形成する。このとき、貫通孔は、磁石面に対して垂直または対角線をなす。
ｂ）回転体の磁石結合部に１段以上の軸を形成し、これを磁石と結合する。また、結合部の平面上に２段以上の段を形成したり、１個以上の結合ピンを形成して結合し、この構造を補完するために支持台を設置して結合する。
ｃ）これによって、直径の小さい回転体に磁石を付着するとき、一定の距離が容易に維持される（各段が組み立て深さを決定する）。そして、磁石の貫通孔と回転軸との結合によって、Ｚ軸の歪み（傾き）が最小化される。また、接着剤を使用して組み立てる場合、安定した構造が達成される。
ｄ）磁石の外径に段を形成し、これを回転体に結合することができる。さらに、中央部にホールを形成し、これを磁石と結合する。また、磁石結合台を追加的に形成し、上記のような方法で磁石を結合した後、回転台に結合することができる。
ｅ）中空状の円形磁石を用いる場合にも、上記と同様の過程を行う。中空状の円形磁石は、外部の磁力浸透を遮断し、エラーを防止する機能を有する。
磁石の大きさ及び磁力の強さは、センサーの感度およびレベルと正比例するが、磁石が過度に大きくなると、回転軸に負荷が発生し、ヒステリシスが増加する。そのため、摩擦部位を潤滑し、摩擦係数を減少させる必要があり、このために、オイルに浸して使用したり、テフロンコーティングなどを行う。
ｆ）シャフト自体を磁石で製造する。これは、磁石部とシャフトが一体形をなすものである。
【００４５】
図４４は、図１３乃至図２０におけるプリント基板及びその周辺ブロックのブロック構成図である。
プリント基板４００におけるブルドン管１７０のヒステリシスの補正は、次のように行う。
まず、ブルドン管１７０は、その構造上、ヒステリシスが存在し、外気温度変化によって変位量も変化する。このとき、温度変化によるブルドン管１７０の変位量の変化は、上述した通りであり、構造的ヒステリシスは、圧力上昇時に最大分解能に分割され、これらの値を標準圧力計と比較することにより誤差量を補正する。特に、耐久性のために、誤差補正を実施する。すなわち、３万回後にヒステリシスを特定する場合、初期補正値を決定するとき、誤差量が＋３である場合、−３を適用せずに−４を適用し、初期値として−１の値を出力する。その後、３万回使用後に１の値を加え、それにより補正を行う。圧力下降の場合にも、上記と同様の方式で補正を行う。
そして、標準圧力計及びブルドンデジタル圧力計を同一のラインに設置し、圧力を加えながら各出力値をコンピュータで比較する。このような比較結果によって、ブルドン管の機械的ヒステリシスを確認することができ、補正プログラムを開発するための基礎資料が提供される。この基礎資料は、耐久性を確認するためにも使用されるが、例えば、１００回単位で出力値を得て比較する場合、使用量による誤差を確認することができ、多重補正プログラムを得ることができる。この多重補正プログラムは、使用回数を計算し、一定の回数を使用した後、自動的に２次補正プログラムを使用するように自動的に設定する。
【００４６】
また、プリント基板４００は、センサー３００の出力値を受けて増幅を行い、３個のセンサー３００に対して３個の増幅器を使用したり、１個の多重化部４１１を使用して選択的に増幅することができる。これをＡＳＩＣ化する場合には、これらをチップ内に全て集積することができる。
そして、磁石２００及びセンサー３００の配置においては、中心点設定に留意する。すなわち、３個のセンサーを１個のチップに集積したり、４個のセンサーを１個のチップに集積するとき、３個のセンサーは、原点を中心にして１２０°角度で対称配列し、４個のセンサーは、原点を中心にして９０°角度で対称配列する。このような配列の場合、磁石の原点は、これらセンサーの対称配列の重さ中心部に位置させる。すなわち、三角形または四角形の重さ中心と磁石の中心点とを一致させる。重さ中心点からの離脱は、誤差を発生させる。
【００４７】
上記のように、本発明によると、ＡＭＲセンサーまたはホールセンサーを用いて高い精密度及び低廉な価格のブルドン圧力ゲージを具現できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上説明したように、本発明に係るブルドン圧力ゲージの感知装置は、ＡＭＲセンサーまたはホールセンサーを用いて高い精密度及び低廉な価格のブルドン圧力ゲージを具現できるという効果を有する。
以下、本発明の効果に関して具体的に説明する。
１）ＡＭＲ／ホールセンサーの特性から精密度に優れた感知装置を開発し、３個以上のセンサーを集積し、集積された各センサーからＳｉｎｅ値、Ｃｏｓｉｎｅ値を求め、コーディックアルゴリズムで３６０°またはそれ以上の回転値を求めることができる。
２）ＡＭＲのホイートストンブリッジを用いてより高い雑音率が得られる感知装置を開発するために、図３１に示すように、出力Ｖ１を最大抵抗値から最小抵抗値を引いて得ることで、従来技術１より２倍以上高い雑音率（ＳＮＲ）が得られる効果がある。
３）磁化コイルを用いて常に基準値を求め、温度、磁力変化などの使用環境変化から発生する出力値の誤差を補正することができる。特に、測定ごとに温度及び磁力に対する基準値を再設定し、常に最大値及び最小値を求めることができる。上記のような磁化コイルを用いた基準値の設定において、外気温度の変化による温度偏差に対して持続的に最新値で基準値を設定し、時間の経過及び外部の影響による磁力の変化に対しても持続的に最新値で基準値を設定することで、高性能の回転角認識を行う感知装置を具現できるようになる。
４）本発明において、機械ユニットの磁石装着部に１個以上の段を形成し、磁石とセンサーとの距離を安定化させ、センサーと磁石の傾きを最小化して誤差を減少させる、優れた感知装置を開発することができる。図３２は、センサーと磁石との距離及び中心点の離隔度による誤差を説明したデータを示しているが、図３２においては、Ｚ軸の傾きが非常に重要である。すなわち、磁石がセンサーに対して平行でないことから発生する磁力変化が測定に多くの誤差を発生させるので、磁石を駆動部に設置して安定的に動作させるべきである。
５）ブルドン管の機械的誤差（ヒステリシス）を補正するためのプログラムを演算装置（ＣＰＵ）に入力し、精密度に優れた感知装置を開発することができる。このためには、センサーの分解能力を高める必要があり、０．０５°を認識する場合には、時計方向に７２００段を有し、反時計方向に７２００段を有する標準圧力計と比較して補正する。このとき、時計方向と反時計方向に回転する際に、機械部（ブルドン管）のヒステリシスにおける誤差が発生するが、センサーでも同様にヒステリシスが発生するので、センサーを集積した後、ＡＳＩＣ化時にセンサーのヒステリシスを補正したり、アルゴリズム具現時にセンサーのヒステリシスを補正する必要がある。
６）ホイートストンブリッジから最高出力値及び最小最小値を受けて、多重化部を用いて増幅し、それにより増幅部の数量を２個減少させてプリント基板を設計することで、費用低減を実現することができる。４個の集積されたセンサーを使用する場合、４元多重化器を使用し、１個のチップにセンサーを集積した後、ＡＳＩＣ化すると、費用が一層低廉になるが、チップの内部にＭＵＸ、ＡＭＰ、Ｆｉｌｔｅｒ、ＣＰＵなどを集積することで、出力値が優秀になり、基板設計が簡単になるので、費用を節約できるようになる。
７）装置の内部に温度補正装置を備えることで、温度誤差を補正することができる。ホイートストンブリッジの可変抵抗体の振幅と温度係数の振幅はほぼ近似している。ところが、可変抵抗体と電流値との間のＳｉｎｅ値は、温度係数を用いて回転値を計算する場合、温度効果が相殺される。基準値から得られた温度係数値は、より重要な温度効果要素であるが、４個の可変抵抗体の作動時に発生する可変抵抗体の微細な温度差によって発生する。これを相殺することは難しく、実測結果では、１２５℃の温度偏差（Δ１２５℃）で約０．５°の回転値の誤差を発生した。これを補正するために温度補正装置を備えることで、温度効果を補正できるようになる。
【００４９】
本発明は、本発明の技術思想および本質的な特徴を逸脱することのない種々の形態の実施形態によって説明することができ、上述した例は前述した詳細な説明によって限定されものではなく、別の限定を加えることなく、本発明の技術思想および特許請求の範囲内で広く解釈すべきであり、したがって、本発明の技術思想および特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のブルドン管の構成例を示した断面図である。
【図２】従来のブルドン管の構成例を示した断面図である。
【図３】従来のブルドン管の構成例を示した断面図である。
【図４】従来の電子式圧力ゲージにおいてＧＭＲセンサーを配列した例を示したブロック構成図である。
【図５】図４における可変抵抗の感知方向を示したブロック構成図である。
【図６】図５における回転角による出力値を示したグラフである。
【図７】図４における１個のセンサーで抵抗体を構成する場合、可変抵抗の感知方向を示したブロック構成図である。
【図８】図７における回転角による出力値を示したグラフである。
【図９】従来技術により３個のセンサーからそれぞれ２個の出力値を２回増幅して使用する例を示したブロック構成図である。
【図１０】従来技術により３個のセンサーからそれぞれ２個の出力値を６元多重化器を用いて増幅する例を示したブロック構成図である。
【図１１】従来技術により３個のセンサーからそれぞれ１個の出力値を多重化器を用いて増幅する例を示したブロック構成図である。
【図１２】従来技術により３個のセンサーからそれぞれ１個の出力値を多重化器を用いて増幅する他の例を示したブロック構成図である。
【図１３】本発明の一実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の側面図である。
【図１４】本発明の他の実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の側面図である。
【図１５】本発明の他の実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の側面図である。
【図１６】本発明の他の実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の側面図である。
【図１７】本発明の他の実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の側面図である。
【図１８】本発明の他の実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の側面図である。
【図１９】本発明の他の実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の側面図である。
【図２０】本発明の他の実施例によるブルドン圧力ゲージの感知装置の側面図である。
【図２１】図１３乃至図２０において円形磁石と４個のセンサーを構成した例を示した断面図である。
【図２２】図１３乃至図２０において円形磁石と３個のセンサーを構成した例を示した断面図である。
【図２３】図１３乃至図２０において円形磁石の外部に３個のセンサーを構成した例を示した断面図である。
【図２４】図１３乃至図２０において棒磁石とセンサーを構成した例を示した断面図である。
【図２５】図２１乃至図２４における磁石内のチップを構成するホイートストンブリッジ１の構成例を示した断面図である。
【図２６】図２１乃至図２４における磁石内のチップを構成するホイートストンブリッジ２の構成例を示した断面図である。
【図２７】図２５及び図２６における回転角による出力値を示したグラフである。
【図２８】図２５及び図２６における３個の電圧の回転角による出力値を示したグラフである。
【図２９】本発明による３６０°測定の例を説明するための図である。
【図３０】図２２における４個のセンサーで構成する場合の測定例を説明するための図である。
【図３１】図１３乃至図２０における磁化コイルが連結された磁石とセンサーの構成例を示したブロック構成図である。
【図３２】図１３乃至図２０におけるセンサーと磁石との距離及び中心点の離隔度による誤差を説明するためのデータを示す図面である。
【図３３】図１３乃至図２０におけるセンサーと磁石との距離及び中心点の離隔度による誤差を説明するための参照図面である。
【図３４】図１３乃至図２０におけるシャフトと連結された磁石の構成例を示した断面図である。
【図３５】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した断面図である。
【図３６】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した断面図である。
【図３７】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した図である。
【図３８】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した図である。
【図３９】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した図である。
【図４０】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した図である。
【図４１】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した図である。
【図４２】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した図である。
【図４３】図３４における磁石、センサー及びシャフトの多様な結合状態を示した図である。
【図４４】図１３乃至図２０におけるプリント基板及びその周辺ブロックのブロック構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  ブルドン圧力計
１１０  パネル
１２０  ＬＣＤ
１３０  ポインター
１４０  シャフト
１５０  変位ギア
１６０  本体
１７０  ブルドン管
１８０  バッテリー
１９０  連結ボルト
２００  磁石
２１０  円形磁石
２２０  棒磁石
２３０  チップ
２３１〜２３４  可変抵抗
３００  センサー
３１１  ＋磁化コイル（Ｃｏｉｌ＋）
３１２  −磁化コイル（Ｃｏｉｌ−）
４００  プリント基板（ＰＣＢ）
４１０  表示制御部
４１１  多重化部
４１２  増幅部
４１３  ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【国際調査報告】
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