(57)【要約】【課題】  簡単な構成で精度の高い変位測定が可能な変位計を提供する。【解決手段】  検出部材５の先端は、測定対象物７に接続される。測定対象物７の変位は振動成分および回転成分も含めて検出部材５に伝達される。ベアリング３は、連結部材６の一端側に装着され、検出部材５を、変位成分の方向に平行な軸線まわりには回転自在に支持する。接触式変位センサ２は、連結部材６の他端側に装着するマグネット８の位置に基づいて変位を検知し、非接触でベアリング３に検出部材５を介して伝達される測定対象物７の変位を、磁気的に検出することができる。接触式変位センサ２は、連結部材６を介してベアリング３の変位を検知するので、ベアリング３によって遮断される測定対象物７の回転成分を除く直線的な変位成分を、ベアリング３および連結部材６の変位を介して検知することができる。振動成分は、振動吸収手段４ａ，４ｂで吸収することができる。【選択図】      図１
2005207978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の直線的な変位成分を検出する変位計であって、
一部が測定対象物に接続される検出部材と、
検出部材を、該変位成分の方向に平行な軸線まわりには回転自在に支持するベアリングと、
ベアリングの該軸線方向の変位を検知する検知手段とを含むことを特徴とする変位計。
【請求項２】
前記ベアリングには、マグネットが装着され、
前記検知手段は、該ベアリングの変位を磁気的に検知することを特徴とする請求項１記載の変位計。
【請求項３】
前記ベアリングの振動を吸収する振動吸収手段を、さらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の変位量を計測するために、変位を検出する変位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象物の変位量を計測するために、ダイヤルゲージや差動変圧器などが使用されている。ダイヤルゲージは、直線変位をラック・ピニオンで回転に変換し、平歯車で拡大して指針を回転させるように構成される。ラックは測定心棒の一部に形成され、測定心棒の先端を測定対象物に当接させて、ダイヤルゲージを支持する部分に対する測定対象物の変位を検出する。差動変圧器は、円筒状のボビンの中央に１次コイルを巻き、その両側に対称に２次コイルを巻き、２つの２次コイルを差動的に接続し、棒状の鉄心を測定対象物に接続する。鉄心が中心にあるときには、１次コイルに交流電流を流しても、２つの２次コイルに発生する交流遊動誘導電圧は互いに打消し合って、差動的な出力は零となる。鉄心が中心から変位すれば、変位に比例する電圧が出力される。変位の検出には、ポテンショメータなども利用される。ポテンショメータは、測定対象物の変位で、抵抗体に沿って接触子が移動し、接触子の位置を抵抗値で検出する。光学的なエンコーダなどを利用することもできる。
【０００３】
測定対象物には接触しないで変位を検出する方法も知られている。たとえば、測定対象物との間の間隔の変化を静電容量の変化として検出したり、目盛や指針の変化を見て光学的に検出する方法である。変位の検出が他の特性を間接的に検出する目的であるような場合には、直接接触して変位を検出するより、非接触で変位を検出することが多い。たとえば、弁の動作の検出には、弁体の開度変化を変位として検出する。
【０００４】
都市ガスの供給経路には、供給圧力を一定に保つため、ガバナとも呼ばれる整圧器が設けられている。整圧器は減圧弁であり、整圧器の動作を監視したり、特性を測定するためには、弁の開度を検出する必要がある。大形の整圧器では、弁開度０〜１００％の間で、弁棒は１００ｍｍ程度のストロークまで変位するものもある。整圧器では、弁開度を検出可能にするために、弁体に接続される弁棒の一部をケーシングの外部に突出させ、弁棒の変位で開度を指示するようにしている。本件出願人は、光ファイバを用いて光学的に変位を検出する方法を提案している（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０２９８８０号公報
【特許文献２】特許第３３９２１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
整圧器では、二次圧を一定に保つ動作を行っているため、弁体の位置が絶えず変化し、弁棒には微振動成分が含まれることがある。たとえば、前述の１００ｍｍ程度のストロークで変位する整圧器の場合、０．数ｍｍ〜数ｍｍ程度の振幅の振動が生じ得る。また、弁の構造によっては、弁棒の軸線まわりの回転の成分も生じることがある。このため、弁棒の変位を非接触式で光学的または電気的に検出しようとしても、安定な検出は困難である。
【０００７】
ダイヤルゲージのように、測定対象物の表面に接触させて変位を検出する方法では、振動的な変位で、接触状態から離反するように変位する際に、充分に追従して接触状態を維持することが困難である。光学的な変位の検出では、受光信号を増幅するアンプなどの利得が温度変化や経年変化を受け、変位量の計測値に誤差が生じるおそれがある。光学的なエンコーダなどを利用して、デジタル値として変位を検出する場合は、変位の検出は相対値として行われるので、ノイズなどで計数値に誤差が生じると、誤差が蓄積して、精度が劣化するおそれがある。また、整圧器などの設置環境によっては、埃等の影響で、光学的な測定が困難になる場合もある。
【０００８】
このような変位検出に関する課題は、整圧器の弁開度検出の場合ばかりではなく、地面上に敷設されたり、地中に埋設される配管路の途中に設けられる回転式の開閉弁などの開度を検出するような場合に、地面の微振動などの影響でも生じる。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構成で精度の高い変位測定が可能な変位計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、測定対象物の直線的な変位成分を検出する変位計であって、
一部が測定対象物に接続される検出部材と、
検出部材を、該変位成分の方向に平行な軸線まわりには回転自在に支持するベアリングと、
ベアリングの該軸線方向の変位を検知する検知手段とを含むことを特徴とする変位計である。
【００１１】
また本発明で、前記ベアリングには、マグネットが装着され、
前記検知手段は、該ベアリングの変位を磁気的に検知することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記ベアリングの振動を吸収する振動吸収手段を、さらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、測定対象物の直線的な変位成分を検出する変位計は、検出部材の一部が測定対象物に接続されるので、測定対象物の変位に振動があっても、充分に追従して変位することができる。ベアリングは、検出部材を、変位成分の方向に平行な軸線まわりには回転自在に支持するので、ベアリングには回転は伝達されずに、検出部材が検出すべき方向の変位成分に応じて変位することができる。検知手段はベアリングの変位を検知するので、測定対象物の直線的な変位成分を、検知手段の変位を介して検知することができ、簡単な構成で、精度が高い変位測定を可能にすることができる。
【００１４】
また本発明によれば、ベアリングにはマグネットが装着されるので、ベアリングとは非接触で、検知手段は、ベアリングの変位を磁気的に検知することができる。
【００１５】
また本発明によれば、振動吸収手段は、たとえば弾性要素と粘性要素とを含んで、ベアリングの振動を吸収するので、共振などによる振動の増大を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施の第１および第２形態としての変位計１ａ，１ｂの基本的な構成をそれぞれ示す。実施の第１形態として図１（ａ）に示す変位計１ａは、接触式変位センサ２、ベアリング３、振動吸収手段４ａ、検出部材５および連結部材６を含む。検出部材５の一部、たとえば先端は、測定対象物７に接続される。測定対象物７は、測定すべき一定の方向の成分、たとえば図の上下方向の成分を含むように変位し、この変位には振動成分も含まれる。さらに、変位には上下方向の軸線まわりに回転する成分も含まれる。検出部材５は、先端が部分的に測定対象物７に接続されるので、測定対象物７の変位は振動成分および回転成分も含めて検出部材５に伝達される。
【００１７】
ベアリング３は、検出部材５を、測定すべき変位成分の方向に平行な軸線まわりには回転自在に支持する。したがって、ベアリング３自身は回転しないで、測定すべき方向には検出部材５の変位に応じて変位することができる。ベアリング３は、連結部材６の一端側に装着され、連結部材６の他端側は接触式変位センサ２の変位検出対象となる。すなわち、測定対象物７の直線的な変位成分を検出する変位計１ａは、検出部材５と、ベアリング３と、検知手段としての接触式変位センサ２とを含む。検出部材５は、一部が測定対象物７に接続されるので、測定対象物７の変位に振動があっても、充分に追従して変位することができる。接触式変位センサ２は、連結部材６を介してベアリング３の変位を検知するので、測定対象物７の回転成分を除く直線的な変位成分を、ベアリング３および連結部材６の変位を介して検知することができる。
【００１８】
接触式変位センサ２では、連結部材６の他端側に装着するマグネット８の位置に基づいて変位を検知する。すなわち、接触式変位センサ２は、ベアリング３に接続される連結部材６にマグネット８を装着するだけで、他は非接触でベアリング３に検出部材５を介して伝達される測定対象物７の変位を、磁気的に検出して測定することができる。
【００１９】
また、連結部材６の途中には、振動吸収手段４ａが設けられ、測定対象物７から伝達される振動成分を減衰させ、吸収するダンピング作用を行わせる。振動吸収手段４ａとしては、部分的に断面構成として示すように、たとえば接触式変位センサ２の先端にピストン２ａを形成し、連結部材６側に形成するシリンダ６ａ内に収容する。ピストン２ａはシリンダ６ａ内を軸線方向である図の上下方向に、一定のストロークの範囲で往復変位可能である。シリンダ６ａ内で、ピストン２ａは、ばね９ａ，９ｂで弾性的に支持される。シリンダ６ａ内には、流動性を有するゲル状物質９ｃが充填されている。ゲル状物質９ｃは、粘性抵抗によって、ダンピング作用を行うので、振動に対して減衰要素として機能する。シリンダ６ａにピストン２ａが出入りする部分には、ゴムなどの弾性物質によるＯリング等のシール９ｄが設けられ、ゲル状物質９ｃがシリンダ６ａの外部に洩れないようにしている。振動吸収手段４ａとして、たとえば市販されているダンパ付ばねを使用することもできる。
【００２０】
このように、弾性要素であるばね９ａ，９ｂと、減衰要素であるゲル状物質９ｃとを含む場合は、ばね９ａ，９ｂはベアリング３を弾性的に支持し、ゲル状物質９ｃはベアリング３に検出部材５から伝わる振動を、粘性流動に伴う動的な摩擦で減衰させて吸収するダンピング材となる。ばね９ａ，９ｂとベアリング３とによる振動系が測定対象物７の振動と共振すると、その振動成分の振幅が異常に増大して、接触式変位センサ２による変位の検出が困難になってしまうけれども、ダンピング材となるゲル状物質９ｃで振動を吸収するので、共振などによる振動の増大を防ぐことができる。
【００２１】
図１（ｂ）は、実施の第２形態としての変位計１ｂの基本的な構成を示す。本実施の形態で、図１（ａ）に示す実施の形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施の形態の変位計１ｂでは、図１（ａ）の変位計１ａでの振動吸収手段４ａに代えて、振動吸収手段４ｂを使用する。振動吸収手段４ｂは、ゴムなどの弾性体によって形成する。ゴムなどの弾性体は、外部から伝達される振動に応じて弾性的に振動するとともに、振動に伴う分子間の相互摩擦などによって、運動エネルギを熱に変換させ、振動を減衰させることができる粘性体としての機械的特性も有している。すなわち、ゴムなどの弾性体によって形成する振動吸収手段４ｂも、弾性要素と粘性要素とを含み、振動を吸収することができる。
【００２２】
図１（ａ）に示す変位計１ａも、図１（ｂ）に示す変位計１ｂも、同等に使用することができる。したがって、以下の説明では、変位計１ａ，１ｂを変位計１として総称する。また、振動吸収手段４ａ，４ｂも振動吸収手段４として総称する。
【００２３】
図２は、図１の変位計１を装着して開度を好適に検出することができる整圧器１０の概略的な構成を示す。整圧器１０は、都市ガスなどの流体の供給経路となる配管網の途中に設けられる。都市ガス用の整圧器１０は、たとえば道路などの用地の地中に設置される。整圧器１０は、一次側１１から導入される流体を、所定の圧力に減圧して、二次側１２に導出する。一次側１１と二次側１２との間には、弁体１３と弁座１４とで形成する減圧弁が設けられ、流体が弁体１３と弁座１４との間の隙間を通過する際に減圧作用が行われる。弁体１３は、弁座１４に対して上下に変位して減圧弁としての開度を変化させることができ、開度の変化に応じて二次圧が一定になるように調整する。たとえば、一次側１１の圧力は０．６５ＭＰａ〜１．４ＭＰａであり、二次側１２の圧力は０．３ＭＰａ〜１ＭＰａ程度である。また、この二次側１２の圧力を一次側１１の圧力として、さらに二次側１２の圧力を、０．０５ＭＰａ〜０．３ＭＰａ程度に減圧する整圧器１０も用いられる。さらにまた、この二次側１２の圧力を一次側１１の圧力として、大気圧よりもわずかに高い圧力まで減圧する整圧器１０も用いられる。
【００２４】
特に、圧力の高い段階で用いられる整圧器１０は、大容量であり、開度０〜１００％に対応する変位も大きい。弁体１３の摺動変位を可能として、流体が外部に洩れないようにするため、弁体１３の周囲にはシールリング１５が設けられ、整圧器１０のケーシング１６との間を気密に封止する。弁体１３には弁棒１７の一端が接続される。弁棒１７は、上方に伸び、シールリング１８でケーシング１６との間を気密に封止しながら、他端をケーシング１６の外部に突出させる。弁体１３と弁座１４との間の弁開度は、弁棒１７のケーシング１６外部に突出している部分の変位として、外部から観察することができる。弁棒１７のまわりにはコイル状のばね１９が設けられ、弁体１３を変位に応じた力で支持する。整圧器１０では、二次側１２の圧力が弁開度にフィードバックされるようなパイロット圧印加の構成も用いられるけれども、説明の便宜のために図示を省略する。
【００２５】
整圧器１０には、弁棒１７がケーシング１６の外部に突出している部分に沿って開度目盛板２０が設けられ、弁棒１７の突出量との対応関係に基づく弁開度の読取りが可能である。この読取りをカメラなどで行い、画像認識処理で弁開度を検出することも可能である。しかしながら、カメラや、照明、画像認識処理装置などが必要となり、高い設置コストを要する。また、埃などによって汚れると、読取りが困難になってしまう。
【００２６】
本実施形態の変位計１は、たとえば支持部材２１などで整圧器１０のケーシング１６に対して支持し、弁棒１７の変位を検出することができる。変位計１には、ベアリング３が設けられるので、弁棒１７の回転が検出部材５に伝達されても、連結部材６には回転が伝達されず、図２の連結部材６とレバー２２との結合部分のように回転に対応できない部分を有する接触式変位センサ２を使用することができる。
【００２７】
接触式変位センサ２では、連結部材６の上下方向の変位を、レバー２２の揺動変位に変換する。レバー２２の揺動変位の軸の部分にマグネット８が装着され、揺動変位に伴う角変位を変化する磁束を非接触で磁気的に検出して、連結部材６の変位を検出することができる。変位の検出には、他の方法を用いることができることはもちろんである。
【００２８】
図３は、本実施形態の変位計１を、開閉弁３０の弁開度検出に用いる例を示す。開閉弁３０は、管路３１と管路３２との間に設けられ、弁体３３が一端に装着される弁棒３４の他端側が外部にでており、弁棒３４の回転方向に応じて開閉することができる。弁棒３４の他端に変位計１を接続すれば、弁棒３４の回転に応じて検出部材５は回転しても、変位計１の内部では回転しない状態で変位を検出することができる。開閉弁３０が設けられている設備に振動が伴うような場合や、道路などに近接して交通に伴う振動が伝わるような場合は、図１の振動吸収手段４を用いて振動を吸収し、本来の変位成分のみを精度よく検出することができる。
【００２９】
本実施形態の変位計１は、以上で説明しているような弁開度の検出ばかりではなく、回転を伴うような変位の検出一般に好適に使用することができる。振動も伴うような場合は、振動吸収手段４を用いて振動を吸収すればよい。振動が無いか、振動の成分が無視しうる範囲であれば、振動吸収手段４を用いないことも可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の第１および第２形態としての変位計１ａ，１ｂの基本的な構成を示す簡略化した側面図である。
【図２】図１の変位計１を装着して開度を好適に検出することができる整圧器１０の概略的な構成を示す断面図である。
【図３】図１の変位計１を、開閉弁３０の弁開度検出に用いる例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１ａ，１ｂ  変位計
２  接触式変位センサ
３  ベアリング
４，４ａ，４ｂ  振動吸収手段
５  検出部材
７  測定対象物
８  マグネット
９ａ，９ｂ  ばね
９ｃ  ゲル状物質
１０  整圧器
１３  弁体
１６  ケーシング
１７  弁棒
３０  開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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