(57)【要約】【課題】燃焼ガス等であっても好適に使用することができ、かつ簡易な構成で高精度な測定が可能な差圧センサを提供する。【解決手段】圧力室１ａ，１ｂ間に生じた差圧に応じて可動部材５を位置検知部４側に変位させる外力と、可動部材５との接触度合いで変化する位置検知部４の電気抵抗に応じた通電量で電磁コイル８が発生した可動部材５を引き戻す電磁力との釣り合い位置における通電量を検知結果として出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が二つの圧力室に区画された中空容器と、
前記圧力室間に生じた差圧を外力として伝達する外力伝達機構と、
前記外力伝達機構から伝達された外力により変位する可動部材と、
前記可動部材との接触度合いに応じて電気抵抗が変化する位置検知部と、
前記位置検知部の電気抵抗に応じた量の通電がなされて、前記外力により前記位置検知部と接触する方向に変位した可動部材を引き戻す電磁力を発生する電磁石とを備え、
前記可動部材に印加された前記外力と前記電磁力との釣り合い位置における通電量を検知結果として出力する差圧センサ。
【請求項２】
位置検知部は、可動部材との接触面に導電材が設けられ、前記可動部材との接触面積が増加するにつれて電気抵抗が低下する導電性弾性部材からなることを特徴とする請求項１記載の差圧センサ。
【請求項３】
位置検知部は、可動部材との接触有無により電磁石への通電を開閉する電気的接点からなり、
前記電気的接点の開閉による通電量の変化を一定の時間応答に緩和する緩和手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の差圧センサ。
【請求項４】
外力伝達機構は、中空容器を二つの圧力室に区画するダイアフラムと、前記ダイアフラムに直交して設けられ、端部に可動部材と係合する係合部を有し、前記圧力室間の差圧で前記ダイアフラムと共に変位することにより前記係合部を介して前記可動部材に前記差圧を外力として伝達する軸部材とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の差圧センサ。
【請求項５】
電磁石及び可動部材は、前記電磁石への通電量が一定の場合、前記可動部材の変位方向に沿った位置によらず、一定の電磁力を発生する磁気回路を構成することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の差圧センサ。
【請求項６】
流体を流す流路と、
前記流路に設けたオリフィスと、
圧力室の一方に前記オリフィスを介した上流側の流体を導入し、他方に下流側の流体を導入した、請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の差圧センサとを備え、
前記差圧センサから出力された前記オリフィスの上流側と下流側の差圧に応じた通電量に基づいて流量を算出する流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、差圧センサ及びこれを用いた流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯器やボイラ等の燃焼機器では省エネルギーのために比例制御が行われる。比例制御とは、ガス又は空気流量を測定し、かつ比例バルブを用いて空気とガスの流量比を一定に保ちながら全体の燃焼量が必要熱量になるように制御するものである。ガス及び空気の流量は、これらの流路に設けたオリフィスの差圧を差圧センサで測定し、測定結果の差圧を流量に換算することで求められる。ここで、流量はオリフィス差圧の平方根に比例するため、例えば１／１０の流量比を測定する場合、差圧センサは１／１００のレンジ幅を正確に測定できなければならない。
【０００３】
高精度にオリフィス差圧を測定する従来の差圧センサとしては、例えば特許文献１に開示されるものがある。その構成を簡単に説明すると、図１２に示すように半割本体Ａ，Ｂを相互に封着固定して内部に形成されたチェンバに測定用ダイアフラムＭが配置される。測定用ダイアフラムＭは、前記チェンバを半チェンバＨＡ，ＨＢに分割し、また高透磁率の材料からなる剛体ブロックＮがセンタープレートとして設けられている。
【０００４】
半割本体Ａ，Ｂには、測定用ダイアフラムＭの剛体ブロックＮに対向するように、電磁コイル１０１が付設された磁芯１００がそれぞれ固着される。これら電磁コイル１０１への通電により発生した磁束線は、磁芯１００と金属製の剛体ブロックＮを通るループを形成する。これにより、半チェンバＨＡ，ＨＢの差圧がない初期状態における測定用ダイアフラムＭの位置で同一の磁気量を有する２つの磁路が形成される。
【０００５】
半割本体Ａ，Ｂに設けられた通路１０２ａ，１０２ｂは、一方が半チェンバＡ，Ｂに開口しており、他方が半割本体Ａ，Ｂと封止ダイアフラム１０３ａ，１０３ｂにより区画された空隙に開口している。これら通路１０２ａ，１０２ｂを介してチェンバ内に充填液が導入される。
【０００６】
封止ダイアフラム１０３ａ，１０３ｂと充填液を介して半チェンバＨＡ，ＨＢに差圧が生じると、測定用ダイアフラムＭが撓んで剛体ブロックＮが変位し空隙ＴＡ，ＴＢが変化する。これにより変化したインダクタンスの差分が当該差圧伝送器の出力となる。
【０００７】
また、この差圧伝送器には、図１２に示すように、圧力変化に敏感なペーストカーボンからなる抵抗ＲＡ，ＲＢが配置されており、抵抗ＲＡ，ＲＢが充填液からの圧力を受けて静圧を測定する。この静圧の変動分で差圧測定値を補正することにより、静圧変動による影響を除いた正確な差圧を得ることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−３８６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の差圧センサは、一般的にダイアフラム等の圧力感知部に歪ゲージ等の電気回路を配置する構成であるので、当該電気回路に影響を与える燃焼ガス等の流体を圧力室に直接導入することができなかった。また、トランジスタや抵抗等の電気素子を含む電気回路は温度によって特性が変化するため、例えばダイアフラムが同じ撓み量であっても温度補償しないと正確な検知ができない場合がある。
【００１０】
なお、特許文献１では、空隙ＴＡ，ＴＢの変化によるインダクタンスの変化量を差圧に換算することから、剛体ブロックＮと電磁コイル１０１を正確に配置しないと測定精度にばらつきが生じる可能性がある。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、燃焼ガス等であっても好適に使用することができ、かつ簡易な構成で高精度な測定が可能な差圧センサ及びこれを用いた流量計を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る差圧センサは、内部が二つの圧力室に区画された中空容器と、圧力室間に生じた差圧を外力として伝達する外力伝達機構と、外力伝達機構から伝達された外力により変位する可動部材と、可動部材との接触度合いに応じて電気抵抗が変化する位置検知部と、位置検知部の電気抵抗に応じた量の通電がなされて、外力により位置検知部と接触する方向に変位した可動部材を引き戻す電磁力を発生する電磁石とを備え、可動部材に印加された外力と電磁力との釣り合い位置における通電量を検知結果として出力するものである。
【００１３】
この発明に係る差圧センサは、位置検知部が、可動部材との接触面に導電材が設けられ、可動部材との接触面積が増加するにつれて電気抵抗が低下する導電性弾性部材からなることを特徴とするものである。
【００１４】
この発明に係る差圧センサは、位置検知部が可動部材との接触有無により電磁石への通電を開閉する電気的接点からなり、電気的接点の開閉による通電量の変化を一定の時間応答に緩和する緩和手段を備えるものである。
【００１５】
この発明に係る差圧センサは、外力伝達機構が、中空容器を二つの圧力室に区画するダイアフラムと、ダイアフラムに直交して設けられ、端部に可動部材と係合する係合部を有し、圧力室間の差圧でダイアフラムと共に変位することにより係合部を介して可動部材に差圧を外力として伝達する軸部材とを備えるものである。
【００１６】
この発明に係る差圧センサは、電磁石及び可動部材が、電磁石への通電量が一定の場合、可動部材の変位方向に沿った位置によらず、一定の電磁力を発生する磁気回路を構成することを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係る流量計は、流体を流す流路と、流路に設けたオリフィスと、圧力室の一方にオリフィスを介した上流側の流体を導入し、他方に下流側の流体を導入した上記差圧センサとを備え、差圧センサから出力されたオリフィスの上流側と下流側の差圧に応じた通電量に基づいて流量を算出するものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る差圧センサによれば、圧力室間に生じた差圧に応じて可動部材を位置検知部側に変位させる外力と、可動部材との接触度合いで変化する位置検知部の電気抵抗に応じた通電量で電磁石が発生した可動部材を引き戻す電磁力との釣り合い位置における通電量を検知結果として出力するので、中空容器内に電気回路が不要であり燃焼ガス等であっても好適に使用することができる。また、外力と電磁力の釣り合い位置における通電量が差圧の平方根と比例することから、微小差圧であっても出力レベルが高く、高精度の検知が可能である。
【００１９】
この発明に係る差圧センサによれば、位置検知部が、可動部材との接触面に導電材が設けられ、可動部材との接触面積が増加するにつれて電気抵抗が低下する導電性弾性部材からなるので、可動部材との接触度合いに応じた量で電磁石へ通電することができる。
【００２０】
この発明に係る差圧センサによれば、位置検知部が可動部材との接触有無により電磁石への通電を開閉する電気的接点からなり、電気的接点の開閉による通電量の変化を一定の時間応答に緩和する緩和手段を備えるので、可動部材と位置検知部との接触の有無に応じて電磁石へ通電することができる。
【００２１】
この発明に係る差圧センサによれば、外力伝達機構が、中空容器を二つの圧力室に区画するダイアフラムと、ダイアフラムに直交して設けられ、端部に可動部材と係合する係合部を有し、圧力室間の差圧でダイアフラムと共に変位することにより係合部を介して可動部材に差圧を外力として伝達する軸部材とを備えるので、簡易な構成で圧力室間の差圧を外力として可動部材に伝達することができる。
【００２２】
この発明に係る差圧センサによれば、電磁石及び可動部材が、電磁石への通電量が一定の場合、可動部材の変位方向に沿った位置によらず、一定の電磁力を発生する磁気回路を構成することを特徴とするので、可動部材が多少ずれて配置されてもよく、磁気回路を容易に差圧センサへの組み付けることができる。
【００２３】
この発明に係る流量計によれば、流体を流す流路と、流路に設けたオリフィスと、圧力室の一方にオリフィスを介した上流側の流体を導入し、他方に下流側の流体を導入した上記差圧センサとを備え、差圧センサから出力されたオリフィスの上流側と下流側の差圧に応じた通電量に基づいて流量を算出するので、差圧センサの出力電流値がオリフィス差圧の平方根に比例することから、当該電流値をそのまま流量に相当する値とすることができ、簡易な構成の流量計を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施の形態１．
図１は、この発明による差圧センサの原理図であり、この差圧センサを用いて流路のオリフィス差圧を測定する流量計を構成した場合を示している。図１において、中空容器１は、メインダイアフラム２によって圧力室１ａ，１ｂにそれぞれ区画される。また、流路１０には、図１中に太線の矢印で示す方向に流体が流れている。この流路１０のオリフィス１１を介した低圧側に圧力室１ａが連通（図１中に破線の矢印で示す）しており、高圧側に圧力室１ｂが連通（図１中に実線の矢印で示す）している。
【００２５】
支持ばね３は、図１中の矢印Ａ，Ｂ方向（メインダイアフラム２に直交する方向）に変位する可動部材５に対して付勢力を与えるものであり、圧力室１ａ，１ｂ間に差圧がない初期状態で付勢力が０となる。
【００２６】
位置検知部４は、可動部材５に押し付けられるに従って電気抵抗が変化するように構成される。例えば、可動部材５との接触面にカーボン等の導電材を配した導電性シリコンゴム等を用い、圧力室１ａと圧力室１ｂの間に差圧がない初期状態の電気抵抗を無限大とし、可動部材５に押し付けられてその接触面積が増加するにつれて電気抵抗が低下するように構成する。
【００２７】
なお、本発明における位置検知部４の電気抵抗値が無限大とは、電磁コイル８の抵抗値に対して実用上十分に大きな抵抗値であることを意味し、位置検知部４の電気抵抗値が０とは、電磁コイル８の抵抗値に対して実用上十分に小さな抵抗値であることを意味する。
【００２８】
可動部材５には、圧力室１ａ，１ｂ間の差圧でメインダイアフラム２に発生した力と、後述する磁気回路による吸引力とが印加され、シールダイアフラム２ａにより中空容器１の外部と遮断された軸１２と共に矢印Ａ，Ｂ方向に変位する。この可動部材５の変位は、印加された力の差分に比例し、支持ばね３のばね定数に反比例する。
【００２９】
また、可動部材５は、ヨーク７及びこれに巻回した電磁コイル８を含む磁気回路のプランジャとして機能する。このようなプランジャタイプの磁気回路では、図１に示すようにヨーク７が可動部材５の外周を囲んで可動部材５の変位方向に沿った空隙を有し、電磁コイル８で発生した磁束がヨーク７と可動部材５により閉じられた系を構成する。なお、磁気通路となる可動部材５とヨーク７には、高透磁率の材料、例えば飽和磁束が高く、かつ残留磁気が小さいパーマロイを用いる。
【００３０】
位置検知部４は、中空容器１の外部に設けた下板６に配置され、下板６を介して直流電源９に接続される（図１中に二点破線で示す）。一方、可動部材５は、電磁コイル８を介して直流電源９に接続している。これにより、可動部材５が位置検知部４に接触すると、位置検知部４と電磁コイル８とが電気的に直列に接続される。
【００３１】
位置検知部４の電気抵抗が無限大の初期状態から可動部材５に押し付けられると、電気抵抗が低下して直流電源９からの電流が電磁コイル８へ流れる。これにより、上記磁気回路による可動部材５の吸引力が発生する。この後、位置検知部４に可動部材５がさらに押し付けられてその電気抵抗の低下が進むと、直流電源９から電磁コイル８へ流れる電流が増加し、上記磁気回路によって可動部材５に印加される吸引力がさらに強くなる。
【００３２】
例えば、圧力室１ａが圧力室１ｂより高圧になると、圧力室１ａ，１ｂ間の差圧によりメインダイアフラム２が圧力室１ｂ側（矢印Ａ方向）に変位する。このメインダイアフラム２と共に軸１２も矢印Ａ方向に変位して差圧を外力として可動部材５に伝達する。この外力で可動部材５も矢印Ａ方向に変位して位置検知部４に押し付けられ、磁気回路の電磁コイル８に通電されることにより、可動部材５を矢印Ｂ方向に引き戻す力が発生する。
【００３３】
本発明の差圧センサでは、上述した圧力室１ａ，１ｂ間の差圧による外力と上記磁気回路による可動部材５を吸引する電磁力とが釣り合った位置における電流値を出力する。例えば、この釣り合い位置での電流値がセンサ出力として一般的な０〜２０ｍＡの範囲となるように構成する。なお、本発明の差圧センサでは、図１に示すように直流電源９への２線式の結線で良いことから配線も容易である。
【００３４】
図２は、実施の形態１による差圧センサの磁気回路の特性を説明するための図であり、図２（ａ）は通常の平板を電磁石で吸引する磁気回路、図２（ｂ）は本発明による差圧センサで用いるプランジャタイプの磁気回路を示しており、図２（ｃ）は電磁コイルの電流値が一定の場合における吸引力とギャップとの関係を示している。
【００３５】
図２（ａ）のように、断面コ字状のヨーク７Ａに巻回された電磁コイル８Ａで可動部材５を吸引する場合では、図２（ａ）中に破線で示すような磁気通路を構成する。この構成における吸引力ｆは、ヨーク７Ａと可動部材５との間で磁界が形成されるギャップεａの２乗に反比例して変化する。
【００３６】
図２（ｂ）に示すプランジャタイプの磁気回路は、図２（ｂ）中に破線で示すような磁気通路を構成する。この構成において、ヨーク７Ａと可動部材５との間で磁界が形成される可動部材５の移動量εｂ（移動量εｂで規定される面積）は、磁気抵抗の逆数（パーミナンス）に比例し、移動量εｂが変わっても磁気抵抗の変化がほとんどない。このため、吸引力ｆは、図２（ａ）の構成と比較して移動量εｂに大きく影響を受けない。
【００３７】
従って、電磁コイルに流れる電流値が同じ場合、図２（ａ）の構成では、図２（ｃ）中に曲線ａで示すようにギャップεａの変化に対して吸引力ｆが著しく変化する。また、図２（ｂ）の構成では、図２（ｃ）中に直線ｂで示すように、移動量εｂの変化に対して吸引力ｆがほぼ一定になる。
【００３８】
このため、図２（ａ）に示す磁気回路を図１の差圧センサに適用すると、可動部材５の吸引力ｆと位置検知部４に押し付ける力との釣り合い位置がばらつき、高精度な測定ができない。これに対して、図２（ｂ）に示すプランジャタイプの磁気回路では、可動部材５の変位方向上の位置によらず、吸引力ｆがほぼ一定であることから、可動部材５が多少ずれて配置されても特性に与える影響がほとんどなく、磁気回路の差圧センサへの組み付けが容易である。
【００３９】
なお、可動部材５の吸引に永久磁石を用いることも考えられるが、永久磁石は温度による特性変化が大きいため、差圧センサに永久磁石を用いる場合、温度補償回路等の特別な構成を設ける必要がある。
【００４０】
プランジャタイプの磁気回路では、ヨーク７と可動部材５とのギャップにおける空気の抵抗で決まり、高透磁率の磁性材料からなるヨーク７や可動部材５の磁気抵抗は、非常に小さい。このため、可動部材５やヨーク７は温度により磁気抵抗が変化するが、その変化分が磁気回路全体の磁気抵抗に占める割合は小さく、温度補償回路等の特別な構成は不要である。つまり、本発明による差圧センサでは、温度により特性がほとんど変化しないので、広い温度範囲（例えば、−２０〜９０℃）で信頼性の高い測定が可能である。
【００４１】
また、実施の形態１による位置検知部４としては、可動部材５との接触に対して高感度であることが望ましい。つまり、圧力室１ａ，１ｂ間に差圧がなく、位置検知部４と可動部材５が接触していない（若しくは接触していても電気抵抗が無限大とみなせる位置）初期状態から圧力室１ａ，１ｂ間に差圧が生じ、可動部材５によって位置検知部４に荷重が印加されたか否かが正確に検知できることが重要である。
【００４２】
この場合、初期状態の位置であるゼロ点が安定していればよく、さらに可動部材５から印加される荷重に対する位置検知部４の電気抵抗の変化が、非線形であってもばらつきがあっても構わない。位置検知部４の感度を向上させるには、例えば直流電源９から位置検知部４へ供給する電流値をトランジスタ等で増幅することが考えられる。
【００４３】
次に、本発明による差圧センサの動作原理を詳細に説明する。
図３は、図１中の差圧センサによる差圧検知のブロック線図である。図３において、圧力室１ａ，１ｂ間の差圧によりメインダイアフラム２に発生するダイアフラム発生力ｆDは、メインダイアフラム２の面積をＳとし、圧力室１ａ，１ｂ間の差圧Ｐとすると、下記式（１）のように表せる。このダイアフラム発生力ｆDは、位置検知部４と可動部材５とを押し付ける力（矢印Ａ方向の力）に相当する。
ｆD＝ＰＳ      ・・・（１）
【００４４】
また、磁気回路による可動部材５の吸引力であるアクチュエータ発生力ｆAは、電磁コイル８を流れる電流値ｉの２乗に比例するので、比例定数をＫ2とすると、下記式（２）のようになる。
ｆA＝Ｋ2ｉ2      ・・・（２）
【００４５】
図１の構成では圧力室１ｂに高圧流体が導入されるので、可動部材５の変位量ｘは、図３に示すようにダイアフラム発生力ｆDに対してアクチュエータ発生力ｆAがマイナスの値でフィードバックされ、支持ばね３のばね定数ｋに応じた下記式（３）の関係で表すことができる。
ｘ＝（ｆD−ｆA）／ｋ      ・・・（３）
【００４６】
位置検知部４にかかる電圧をＶ、位置検知部４の電気抵抗をＲとすると、可動部材５が位置検知部４に接触して電磁コイル８に流れる電流値ｉは、下記式（４）の関係にある。
ｉ＝Ｖ／Ｒ      ・・・（４）
【００４７】
また、位置検知部４の電気抵抗Ｒは、ダイアフラム発生力ｆDにより変位した可動部材５との接触面積が増加するにつれて低下するので、可動部材５の変位量ｘに反比例するものと仮定でき、下記式（５）で表すことができる。ただし、Ｋ1は比例定数である。
Ｒ＝Ｋ1／ｘ      ・・・（５）
【００４８】
上記式（２）〜（５）を用いるとダイアフラム発生力ｆDとアクチュエータ発生力ｆAの差分は、下記式（６）で表せる。
ｆD−ｆA＝ｋｘ
＝ｋＫ1／ｘ＝（ｋ／Ｋ1）（ｉ／Ｖ）＝（ｋ／Ｋ1Ｖ√Ｋ2）（√ｆA）  ・・・（６）
【００４９】
本発明による差圧センサでは、磁気回路による可動部材５の吸引力であるアクチュエータ発生力ｆA（矢印Ｂ方向の力）と、位置検知部４と可動部材５を押し付ける力であるダイアフラム発生力ｆD（矢印Ａ方向の力）とが釣り合った位置での電流値ｉを出力する。上記式（６）において（ｋ／Ｋ1Ｖ√Ｋ2）≪１となるように構成すれば、ｆD≒ｆAとなるので、上記式（１）を用いて下記式（７）の関係が求まる。
Ｋ2ｉ2＝ｆD＝ＰＳ
ｉ＝（√Ｓ／√Ｋ2）（√Ｐ）      ・・・（７）
【００５０】
ここで、（ｋ／Ｋ1Ｖ√Ｋ2）における定数Ｋ2は、本発明の差圧センサのゲインを決めるパラメータに相当し、その仕様によって所定の値に固定されるべきものである。また、Ｖは、直流電源９による供給電圧であり一定となる。従って、（ｋ／Ｋ1Ｖ√Ｋ2）≪１とするには、（ｋ／Ｋ1）≪１となるように構成すればよい。
【００５１】
（ｋ／Ｋ1）≪１とするためには、支持ばね３としてばね定数ｋが十分に小さいばねを用い、位置検知部４としては可動部材５の押し付け変位に対する抵抗変化が大きい、つまり定数Ｋ1が大きいものを用いる。また、ｆD≒ｆAとなる位置での電流値ｉを検知結果として出力するには、電磁コイル８に通電される電流値が一定であるならば、可動部材５の変位方向上の位置にかかわらず、アクチュエータ発生力ｆAが一定であることが望ましい。これにより、本発明では、上述したプランジャタイプの磁気回路を採用している。
【００５２】
また、上記式（７）の関係から、本発明による差圧センサの出力である電流値ｉは差圧Ｐの平方根に比例する。このため、差圧Ｐが微小差圧のときでも急峻に出力レベルが立ち上がり、微小差圧であっても高精度の検知が可能である。
【００５３】
さらに、オリフィス差圧は流量の２乗に比例することから、本発明による差圧センサを用いた流量計では、検知結果の電流値ｉと流量とが１対１、すなわち流量と電流値ｉが比例関係になるように制御系を構成することができる。これにより、オリフィス差圧を計測することで出力電流値をそのまま流量に相当する値とすることができ、簡易な構成の流量計を得ることが可能である。
【００５４】
次に実施の形態１による差圧センサについて説明する。
図４は、この発明の実施の形態１による差圧センサを示す上面図、図５は、図４中のＡ−Ａ線で切った断面図であり、図６は、図５中の領域Ｃの拡大図である。実施の形態１による差圧センサでは、図４に示すように、円形の可動部材５を囲むようにヨーク７が設けられ、このヨーク７には電磁コイル８が巻回されている。また、可動部材５を上方から押さえるレバー１３が設けられている。なお、図４は、内部構成を視認可能とするため、後述する図５のカバー１７の記載を省略している。
【００５５】
実施の形態１による差圧センサの可動部材５は、金属板（例えば、パーマロイ）をプレス成型した肉厚の薄いお椀状の部材（図５参照）で構成され、ヨーク７における円形の開口部に収納される。これにより、図６に示すように、可動部材５の変位方向に沿ってヨーク７との間にギャップＤが形成される。例えば、ギャップＤが０．２ｍｍ程度となるように構成する。
【００５６】
また、可動部材５は中心部に孔部を有しており、この孔部を軸１２が挿通している。軸１２はメインダイアフラム２に固定され、圧力室１ａ，１ｂ間の差圧によりメインダイアフラム２と共に矢印Ａ，Ｂ方向に変位する。つまり、軸１２は、圧力室１ａ，１ｂ間の差圧によるダイアフラム発生力で変位する。軸１２が変位すると、そのつば部（係合部）１２ａが可動部材５の孔部の開口周辺部と係合して、ダイアフラム発生力が可動部材５に伝達される。このように、メインダイアフラム２と軸１２が差圧を外力として可動部材５に伝達する外力伝達機構を構成する。
【００５７】
さらに、可動部材５は、板ばね３ａを介して筐体１Ａに支持される。板ばね３ａは、薄い金属板を打ち抜いて端部に撓みを有する形状にした弾性部材であり、可動部材５の中心部に対して対称に複数配置される。この板ばね３ａの端部が撓むことにより、可動部材５は、軸１２に沿ってぶれることなく矢印Ａ，Ｂ方向にのみ変位することができる。
【００５８】
位置検知部４は、可動部材５との接触面にカーボン等の導電材を配置した導電性シリコン等の導電ゴムで構成され、可動部材５に押し付けられて接触面積が増加するにつれて、例えば２ＭΩから２００Ωまでの範囲で電気抵抗が変化する。また、下板６は、図５、６に示すように筐体１Ａと可動部材５との間に介在させて可動部材５に対向するように配置される。
【００５９】
筐体１Ａ，１Ｂを相互に封着固定して内部に形成された中空容器１は、メインダイアフラム２によって圧力室１ａと圧力室１ｂに区画される。圧力室１ａは、低圧側配管ポート１４ａと連通しており、圧力室１ｂは、高圧側配管ポート１４ｂと連通している。カバー１７は、鉄板をプレス成型して構成され、磁気回路で発生した磁気が外部に漏洩するのを防止している。
【００６０】
メインダイアフラム２は、微小差圧での変位を可能とするためにシリコンゴム等の弾性部材の薄膜から構成する。メインダイアフラム２を弾性薄膜で形成する場合、例えば検知差圧の最大値を１００Ｐａ程度とする。また、メインダイアフラム２には、剛性を有するセンタープレート２ｂが圧力室１ａ，１ｂの両側から対向するように配置される。なお、センタープレート２ｂは、例えばプラスチック等より構成する。
【００６１】
カウンタスプリング３ｂは、メインダイアフラム２を圧力室１ａ側から支持する。上述したように可動部材５の微小変位で釣り合い位置とするため、カウンタスプリング３ｂのばね定数は、非常に小さいことが望ましい。そこで、カウンタスプリング３ｂとしては、ピッチを大きくして所望のばね定数に設計したばねを用いる。
【００６２】
メインダイアフラム２に直交する軸１２には、メインダイアフラム２を介して対向するブッシング部１２ａが設けられている。このブッシング部１２ａは軸１２に密着しており、かつシールダイアフラム２ａによって中空容器１の外部と遮断されている。シールダイアフラム２ａは、軸１２の移動に伴って変形する弾性材から構成される。
【００６３】
また、レバー１３は、カウンタスプリング３ｂとは逆方向から可動部材５に付勢力を与えるばねとして機能し、圧力室１ａ，１ｂに差圧がない初期状態でカウンタスプリング３ｂによる付勢力と釣り合い状態となる。上述したように、カウンタスプリング３ｂがばね定数の小さいばねであるので、可動部材５に対してカウンタスプリング３ｂと同じ付勢力を与えるためにはレバー１３の等価ばね定数も小さく構成する必要がある。
【００６４】
そこで、レバー１３は、図５に示すようにレバー１３の基部となる部位ａを支点とし、支点から所定の距離だけ離れた部位ｂでねじ部１６ｂに挿通してばね１５で支持し、先端部ｃで電磁コイル８側から軸１２の端面に荷重を加える構造としている。
【００６５】
図７は、レバー１３の原理を説明するための図である。部位ａから部位ｂまでの長さをｌとし、部位ｂから先端部ｃまでの長さをＬとすると、レバー１３は、図７に示すように模式的に表すことができる。ここで、ばね１５のばね定数をｋ1とし、α＝（Ｌ／ｌ）とすると、部位ｃを支点としてばね１５と釣り合う質量部分である先端部ａの等価ばね定数ｋ2は、下記式（８）のように表すことができる。
ｋ2＝ｋ1／α2      ・・・（８）
【００６６】
従って、ばね１５のばね定数ｋ1が大きくても、上記式（８）の関係からレバー１３のリンク比であるαを適切に設定することで、先端部ａの等価ばね定数ｋ2を小さくすることができる。また、このように構成することで、狭い空間であっても小さなばね定数の支持ばねを得ることができる。
【００６７】
次に動作について説明する。
低圧側配管ポート１４ａ及び高圧側配管ポート１４ｂから圧力室１ａ，１ｂに流入された流体によって圧力室１ａ，１ｂ間に差圧が生じると、この差圧に応じてメインダイアフラム２が変位する。例えば、圧力室１ｂが圧力室１ａより高圧になると、メインダイアフラム２及び軸１２が矢印Ａ方向に変位する。軸１２が矢印Ａ方向に変位すると、そのつば部１２ａにより可動部材５が矢印Ａ方向に動かされて、位置検知部４に押し付けられる。
【００６８】
導電性ゴムからなる位置検知部４が可動部材５に押し付けられると、接触面に設けたカーボンと可動部材５との接触面積が増加し、位置検知部４の電気抵抗が低下する。これにより、位置検知部４と可動部材５を介して直流電源５から電磁コイル８へ流れる電流値が増加する。これにより、磁気回路が駆動して可動部材５を吸引する矢印Ｂ方向の力を発生する。
【００６９】
実施の形態１による差圧センサでは、図１中の支持ばね３として機能するカウンタスプリング２ｂ及びレバー１３を各ばね定数が小さくなるように構成し、上述したように可動部材５の微小な押し付け変位に対して位置検知部４の電気抵抗が大きく変化する。従って、可動部材５が微小変位する間に、図３に示すダイアフラム発生力ｆDとアクチュエータ発生力ｆAとが釣り合い位置となる。この釣り合い位置での電流値ｉを、実施の形態１による差圧センサの出力とする。
【００７０】
以上のように、この実施の形態１によれば、圧力室１ａ，１ｂに区画された中空容器１と、圧力室１ａ，１ｂ間に生じた差圧を外力として伝達するメインダイアフラム２や軸１２からなる外力伝達機構と、外力伝達機構から伝達された外力により変位する可動部材５と、可動部材５との接触度合いに応じて電気抵抗が変化する位置検知部４と、位置検知部４の電気抵抗に応じた量の通電がなされて、外力により位置検知部４と接触する方向に変位した可動部材５を引き戻す電磁力を発生する電磁コイル８とを備え、可動部材５に印加された外力と電磁力との釣り合い位置における通電量を出力するので、中空容器１内にトランジスタや抵抗等の電気素子を有する電気回路を不要としたことから、燃焼ガス等であっても好適に使用することができる。
【００７１】
また、上記式（７）に示すように、ダイアフラム発生力とアクチュエータ発生力の釣り合い位置における電流値ｉがオリフィス差圧の平方根と比例することから、微小差圧であっても出力レベルが高く、高精度の検知が可能である。例えば、大気圧付近の流体との差圧測定や、微小差圧を考慮した均圧制御に用いることができる。
【００７２】
また、この実施の形態１によれば、流量とオリフィス差圧の関係と同様に出力電流値ｉがオリフィス差圧の平方根に比例することから、当該電流値ｉをそのまま流量に相当する値とすることができ、簡易な構成の流量計を得ることができる。
【００７３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、位置検知部４として導電性ゴム等を用いて可動部材５との接触度合いに応じて電気抵抗が変化するように構成したが、この実施の形態２は、可動部材５が押し付けられるとオンオフするスイッチを位置検知部としたものである。
【００７４】
図８は、この発明の実施の形態２による差圧センサの概略構成を示す図である。図８において、位置検知部４Ａは、可動部材５に接触してオンになると電磁コイル８に電気的に接続され、可動部材５が離れることでオフになり電磁コイル８との接続を切断するスイッチ（電気的接点）から構成される。なお、図８に示すスイッチでは、一端が直流電源の電圧＋Ｖと接続し、他端が電磁コイル８とダイオード１８に電気的に接続している。
【００７５】
電磁コイル８は、上記実施の形態１と同様に可動部材５の外周を囲むように設けたヨーク７に巻回され、上記実施の形態１と同様な磁気回路を構成する。なお、電磁コイル８は基準抵抗１９と直列に接続されており、ダイオード１８と並列に接続されている。ダイオード１８は、金属接点のアークを軽減するためのフライホイールダイオードとして機能し、電磁コイル８及び基準抵抗１９と並列に接続される。
【００７６】
基準抵抗１９は、一端が電磁コイル８に接続し、他端が接地される。この基準抵抗１９に印加される出力電圧Ｖｏｕｔより求めた電流値が、実施の形態２による差圧センサの出力となる。なお、これら以外の構成は、上記実施の形態１における図１と同様であるものとする。
【００７７】
次に動作について説明する。
圧力室１ｂへ印加される流体圧力が高まり圧力室１ａ，１ｂ間に差圧が生じる。この差圧に応じてメインダイアフラム２が変位し、上記実施の形態１で示したような外力伝達機構によって可動部材５が位置検知部４Ａに押し付けられる。これにより、スイッチである位置検知部４Ａがオンする。
【００７８】
位置検知部４Ａがオン状態となると、図９（ｂ）中に矢印で示すように電磁コイル８、基準抵抗１９へと電流が流れ、下記式（９）の関係に従って基準抵抗１９に流れる電流の値ｉが徐々に増加する。
ｉ＝Ｖ（１−ｅ-(t/τ)）／（Ｒ1＋Ｒ2）      ・・・（９）
τ＝Ｌ／（Ｒ1＋Ｒ2）
但し、Ｒ1、Ｌは、それぞれ電磁コイル８の抵抗値及びインダクタンス値であり、Ｒ2は基準抵抗１９の抵抗値である。また、Ｖは印加電圧である。
【００７９】
このように、位置検知部４Ａがオンすると、電磁コイル８の抵抗値Ｒ1及びインダクタンス値Ｌ、基準抵抗１９の抵抗値Ｒ2により決定される時間応答で、図９（ａ）に示すように電磁コイル８の電流値ｉが増加する。
【００８０】
この後、電流値ｉが増加して可動部材５の吸引力が強くなり、可動部材５が位置検知部４Ａから引き戻されると、位置検知部４Ａはオフ状態となる。このとき、図１０（ｂ）中に矢印で示すように、電磁コイル８、ダイオード１８及び基準抵抗１９からなるループに電流が流れ、抵抗値Ｒ1、インダクタンス値Ｌ及び抵抗値Ｒ2により決定される時間応答で、図１０（ａ）に示すように電流値ｉが減少する。
【００８１】
可動部材５に印加されたダイアフラム発生力とアクチュエータ発生力との釣り合い位置付近で位置検知部４Ａのオンオフを繰り返すことにより、図１１に示すようなリップル幅Ｆの電流値が基準抵抗１９に流れる。実施の形態２による差圧センサでは、この電流値を差圧の検知結果として出力する。
【００８２】
なお、リップル幅Ｆは機械的部分の応答速度を速めることで小さくすることができる。機械的部分の応答速度を速めるには、可動部材５、軸１２等の各部分の質量を小さくし、支持ばね３のばね定数を大きくすること等が考えられる。
【００８３】
以上のように、この実施の形態２によれば、可動部材５との接触に応じて電磁コイル８への通電をオンオフするスイッチで位置検知部４Ａを構成し、このスイッチのオンオフをトリガとする電流値の変化を一定の時間応答に緩和する緩和手段としてダイオード１８及び基準抵抗１９を備えるので、中空容器１内に電気回路が不要であり、燃焼ガス等であっても好適に使用することができる。また、上記実施の形態１と同様に、ダイアフラム発生力とアクチュエータ発生力の釣り合い位置における電流値ｉがオリフィス差圧の平方根と比例することから、微小差圧であっても出力レベルが高く、高精度の検知が可能である。
【００８４】
また、流量とオリフィス差圧の関係と同様に出力電流値ｉがオリフィス差圧の平方根に比例することから、当該電流値ｉをそのまま流量に相当する値とすることができ、簡易な構成の流量計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】この発明による差圧センサの原理図である。
【図２】実施の形態１による差圧センサの磁気回路の特性を説明するための図である。
【図３】図１中の差圧センサによる差圧検知のブロック線図である。
【図４】この発明の実施の形態１による差圧センサを示す上面図である。
【図５】図４中のＡ−Ａ線で切った断面図である。
【図６】図５中の領域Ｃの拡大図である。
【図７】図５中のレバーの原理を説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態２による差圧センサの概略構成を示す図である。
【図９】位置検知部のオン状態を説明する図である。
【図１０】位置検知部のオフ状態を説明する図である。
【図１１】位置検知部のオンオフ繰り返しにおいて基準抵抗に流れる電流値の経時変化を示すグラフである。
【図１２】従来の差圧センサの構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  中空容器
１ａ，１ｂ  圧力室
２  メインダイアフラム
２ａ  シールダイアフラム
２ｂ  センタープレート
３  支持ばね
３ａ  板ばね
３ｂ  カウンタスプリング
４，４Ａ  位置検知部
５  可動部材
６  下板
７  ヨーク
８  電磁コイル
９  直流電源
１０  流路
１１  オリフィス
１２  軸
１２ａ  つば部
１２ｂ  ブッシング部
１３  レバー
１４ａ  低圧側配管ポート
１４ｂ  高圧側配管ポート
１５  ばね
１６ａ  ナット
１６ｂ  ねじ部
１７  カバー
１８  ダイオード
１９  基準抵抗
【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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