(57)【要約】【課題】歪みゲージを用いた圧力計測装置であっても、管路内の流体の僅かな圧力変化に伴った管路の歪みで、正確な圧力を計測することができる圧力計測装置を提供すること。【解決手段】管路内を流れる流体の圧力を計測するインライン型の圧力計測装置１であって、管路の一部を構成する計測用管２の円周方向の少なくとも１箇所に他の箇所よりも曲率の小さい箇所２０を形成し、この曲率の小さい箇所２０の表面に歪みゲージＧ１を配設する。【選択図】図１
2013148468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内を流れる流体の圧力を計測するインライン型の圧力計測装置において、管路の一部を構成する計測用管の円周方向の少なくとも１箇所に他の箇所よりも曲率の小さい箇所を形成し、該曲率の小さい箇所の表面に歪みゲージを配設してなることを特徴とする圧力計測装置。
【請求項２】
前記計測用管の厚みを１００〜５００μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の圧力計測装置。
【請求項３】
前記計測用管に、温度補償歪みゲージを配設してなることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力計測装置。
【請求項４】
前記計測用管の外周側に、計測用管の両軸方向端部の外周面が接合される内周面を備えた計測用管の肉厚よりも大きな肉厚を有する外管を設けたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の圧力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力計測装置に関し、特に、管路内を流れる流体の圧力を計測する圧力計測装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、管路内を流れる流体の圧力を計測する圧力計測装置としては、流体と接する薄膜状の受圧部の背後に受圧流体を封入し、この受圧流体が受ける圧力を圧力計で検出するものが一般的に汎用されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、受圧流体を用いるため、万一、管路内を流れる流体と接する薄膜状の受圧部が破損した場合、受圧流体が管路内に漏出し、流体を含む管路を汚染するという問題があった。
【０００３】
かかる問題に対処するため、管路そのものを感圧部とし、その表面に歪みゲージを配設し、管路内を流れる流体の圧力の変化によって生じる管路の歪みを歪みゲージによって計測することで、管路内を流れる流体の圧力を計測するようにした圧力計測装置が提案されている（例えば、特許文献２〜３参照）。
【０００４】
ところで、この圧力計測装置は、歪みゲージによって、内圧変化に伴った管路の歪みを計測するものであるが、管路を流れる流体の圧力が低圧の場合には、管路の歪み量が小さく、歪みゲージによって正確に計測することができず、また、十分な歪み量を得るために管路の歪みゲージを配設する部分の肉厚を薄くしようとしても管路の薄肉化には限界があり、正確な計測を行うことが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５３５０５号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２６７６号公報
【特許文献３】特開２００５−１４８００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の圧力計測装置の有する問題点に鑑み、歪みゲージを用いた圧力計測装置であっても、管路内の流体の僅かな圧力変化に伴った管路の歪みで、正確な圧力を計測することができる圧力計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の圧力計測装置は、管路内を流れる流体の圧力を計測するインライン型の圧力計測装置において、管路の一部を構成する計測用管の円周方向の少なくとも１箇所に他の箇所よりも曲率の小さい箇所を形成し、該曲率の小さい箇所の表面に歪みゲージを配設してなることを特徴とする。
【０００８】
この場合において、前記計測用管の厚みを１００〜５００μｍとすることができる。
【０００９】
また、前記計測用管に、温度補償歪みゲージを配設することができる。
【００１０】
さらに、前記計測用管の外周側に、計測用管の両軸方向端部の外周面が接合される内周面を備えた計測用管の肉厚よりも大きな肉厚を有する外管を設けることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の圧力計測装置によれば、管路の一部を構成する計測用管の円周方向の少なくとも１箇所に他の箇所よりも曲率の小さい箇所を形成し、該曲率の小さい箇所の表面に歪みゲージを配設するようにして、管路内の流体の圧力変化によって生じる歪み量がより大きくなる箇所の歪みを計測することで、精度よく歪み量の計測を行って、流体の圧力を測定することができる。
【００１２】
また、計測用管の厚みを１００〜５００μｍとすることにより、流体が流れる管路として十分な強度を確保するとともに、流体の圧力変化によって、十分な歪みを発生させることができる。
【００１３】
また、計測用管に、温度補償歪みゲージを配設することにより、管路を流れる流体の温度が変動し、計測用管に熱による歪みが生じても、温度補償歪みゲージによって熱による歪みのみを計測し、歪みゲージによって計測した歪み量から熱によって生じた歪み量を加減することで圧力変化によって生じる歪み量のみを正確に計測することができる。
【００１４】
また、計測用管の外周側に、計測用管の両軸方向端部の外周面が接合される内周面を備えた計測用管の肉厚よりも大きな肉厚を有する外管を設けることにより、計測用管を外部からの衝撃から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の圧力計測装置の一実施例を示す正面断面図である。
【図２】同圧力計測装置の計測用管を示し、（ａ）は計測用管素材の断面平面図を、（ｂ）は計測用管素材を金型に嵌着し、押圧用金型によって押圧・挟持して他の箇所よりも曲率の小さい箇所を形成している状態の断面平面図、（ｃ）は同断面側面図、（ｄ）は内圧を変化させて歪み計測を行ったときの歪みゲージの配設箇所を示す側面図、（ｅ）は歪みゲージ及び温度補償歪みゲージを配設した状態の斜視図である。
【図３】内圧と歪みの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の圧力計測装置の使用例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の圧力計測装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１〜図３に、本発明の圧力計測装置の一実施例を示す。
この圧力計測装置１は、管路Ｔ内を流れる流体の圧力を計測するインライン型の圧力計測装置であって、管路Ｔの一部を構成する計測用管２の円周方向の少なくとも１箇所に他の箇所よりも曲率の小さい箇所２０を形成し、この曲率の小さい箇所２０の表面に歪みゲージＧ１を配設するようにしている。
【００１８】
そして、本実施例においては、図１に示すように、計測用管２の外周側に、計測用管２の両軸方向端部２１、２１の外周面が接合される内周面を備えた計測用管２の肉厚ｔ１よりも大きな肉厚ｔ２を有する外管３を設け、両端部を溶接により接合するようにしている。
これにより、計測用管２を外部からの衝撃、管路Ｔから伝わる負荷等から保護することができる。
【００１９】
ここで、この計測用管２の円周方向の少なくとも１箇所に形成する、他の箇所よりも曲率の小さい箇所２０は、曲率の小さい曲面のほか、平坦面も含み、これを排除するものではない。
【００２０】
歪みゲージＧ１は、バルク型、真空蒸着、プラズマＣＶＤ等の薄膜製造具術を用いて製造された半導体歪みゲージを用い、曲率の小さい箇所２０に接着固定（バルク方式）して配設するようにしている。
また、曲率の小さい箇所２０に、歪みゲージＧ１を直接スパッタリング等の成膜技術を用いて形成することもできる。
【００２１】
次に、本実施例における、計測用管２の製造方法について説明する。
計測用管２の材質は、医薬バイオ・サニタリー・食品関係に使用しても容易に腐食することのない耐食性を有し、靭性に富み析出硬化タイプの材料を用いることが好ましく、本実施例においては、ＳＵＳ６３０Ｈ１１５０材を用い、例えば、削り出しによって円筒状（曲率の小さい箇所２０を形成していない状態）の計測用管素材２Ａを製造することで、材料の削減と可逆性を求めるようにしている。
このときの計測用管素材２Ａの寸法は、計測対象となる配管によって異なるものであるが、本実施例においては、図２（ａ）に示すように、内径１４ｍｍ、厚み１００〜５００μｍ、長さ８０ｍｍ、外管３の内周面と溶接される両軸方向端部２１、２１のみ外径が１５ｍｍとなるように形成する。
このように、計測用管素材２Ａ（曲率の小さい箇所２０を形成した計測用管２）の厚みを１００〜５００μｍとすることにより、流体が流れる管路Ｔとして十分な強度を確保するとともに、流体の圧力変化によって、必要な歪みを発生させることができる。
【００２２】
そして、一端が計測用管素材２Ａの内径より大径となる挟持部分Ｈ１と、かかる挟持部分Ｈ１と段差をもって形成した、計測用管素材２Ａの内径より若干小径で計測用管素材２Ａの端部が嵌入可能な取付部分Ｄ１と、取付部分Ｄ１から延設され、計測用管素材２Ａの内径よりも小径な押圧受け部分Ｕとからなる金型Ｋに、削り出しによって製造した計測用管素材２Ａを嵌入し、他端から計測用管素材２Ａの内径より若干小径で計測用管素材２Ａの端部が嵌入可能な取付部分Ｄ２と、金型Ｋに取り付けた計測用管素材２Ａを金型Ｋの挟持部分Ｈ１との間で挟持して固定する挟持部分Ｈ２を有する固定金具Ｃとによって、挟持し固定する。
金型Ｋの押圧受け部分Ｕの外径は、計測用管素材２Ａの内径よりも小径であれば、特に限定されるものではないが、本実施例においては、計測用管素材２Ａの内径１４ｍｍに対して１２ｍｍとなるようにしている。
【００２３】
次に、金型Ｋに取り付けた計測用管素材２Ａの円周方向の少なくとも１箇所に他の箇所よりも曲率の小さい箇所２０を成形する。
本実施例においては、図２（ｂ）に示すように、対となる押圧用金型Ｐによって、金型Ｋに取り付けた計測用管素材２Ａの中央部分を挟み込むようにして計測用管素材２Ａを変形させることで、曲率の小さい箇所２０を対となるように２箇所に形成する。
計測用管素材２Ａの材質によって異なるものの、計測用管素材２Ａの表面は、押圧されることによって平坦面となって保持される場合と素材の性質（スプリングバック）によって極僅かな曲率を有する場合とがあるが、いずれの場合においても、他の箇所の曲率よりも小さく、歪みゲージによって計測される値が大きく表示される。
【００２４】
この曲率の小さい箇所２０の形成箇所は、特に限定されるものではないが、本実施例においては、計測用管素材２Ａの中央部、より具体的には、長さ８０ｍｍの計測用管素材２Ａにおいては、両端から軸方向に約２０ｍｍずつの距離をあけて中央部に軸方向の長さが約４０ｍｍの長さとなるようにしている。
また、曲率の小さい箇所２０の周方向の長さは、金型Ｋの押圧受け部分Ｕの外径、計測用管素材２Ａの内径及び計測用管素材２Ａの厚みによって必然的に決定される長さで、本実施例のように、押圧受け部分Ｕの外径１２ｍｍ、計測用管素材２Ａの内径１４ｍｍ、厚み１００〜５００μｍの場合には約７．２ｍｍとなる。
押圧用金型Ｐは、上述した曲率の小さい箇所２０の軸方向及び周方向の長さを形成することができる押圧面を有するものであればよく、本実施例においては、接触面の端部をＲ面取りした軸方向長さが４０ｍｍ、周方向の長さを形成するための幅（７．２ｍｍ以上の幅であればよい）が２０ｍｍ、厚み１０ｍｍとなるようにしている。
【００２５】
こうして製造された計測用管２は、その円周方向の中心部に、図２（ｂ）〜（ｃ）に示すように、対向して２箇所に他の箇所よりも曲率の小さい箇所２０が形成され、形成された曲率の小さい箇所２０に歪みゲージＧ１を配設するとともに、歪みゲージＧ１の配設箇所と異なる箇所に、温度補償歪みゲージＧ２を配設するようにしている。
温度補償歪みゲージＧ２を配設することによって、管路を流れる流体の温度が変動し、計測用管２に熱による歪みが生じても、温度補償歪みゲージによって熱による歪みのみを計測し、歪みゲージＧ１によって計測した歪み量から熱によって生じた歪み量を加減することで圧力変化によって生じる歪み量のみを正確に計測することができる。
また、歪みゲージＧ１の配設箇所を計測用管２の長手方向の略中央（図２（ｅ）に示す、範囲Ａ）とすることで、管路Ｔの一部を構成する計測用管２の範囲で、最も大きな歪みが生じる箇所となり、歪みゲージによって、誤差の影響が少ない大きな値としてその歪みを計測することができる。
【００２６】
温度補償歪みゲージＧ２の配設箇所は、本実施例においては、図２（ｅ）に示すように外管３の内周面に接合される両軸方向端部２１、２１の近傍（図２（ｅ）に示す、範囲Ｂ）に配設するようにしている。
中心部から離れ、外管３の内周面に近い箇所に温度補償歪みゲージＧ２を配設することで、温度補償歪みゲージＧ２は、内圧変化によって生じる歪みの影響を受けにくい。
【００２７】
また、温度補償歪みゲージＧ２を配設することなく、歪みゲージＧ１として、温度補正回路を集積した半導体歪みゲージを使用することもできる。
【００２８】
歪みゲージＧ１の歪みによる抵抗の変化は極めて小さいため、本実施例においては、周知のホイーストンブリッジ回路を利用し、抵抗の変化の値を電圧に変換して測定するようにしている。この際、求められる出力電圧は、抵抗変化分に比例して、つまり、歪みに比例した出力電圧（微少電圧）が得られることとなり、この微少電圧を増幅器で拡大するようにし、歪みを測定するようにしている。
【００２９】
次に、歪みゲージＧ１を、曲率の小さい箇所２０に配設した場合の内圧変化によって生じる歪みと、他の箇所（本実施例においては、外径が１４ｍｍの計測用管２であって曲率が１／０．０１４の箇所）に配設した場合に生じる歪みを計測した結果を表１に示すとともに、表１に基づいて作成した内圧と歪みのグラフを図３に示す。
ここで、表１及び図３に示すグラフの計測箇所は、図２（ｄ）に示すＳ１〜Ｓ４の箇所であるが、実際には、後述の理由から、Ｓ１及びＳ３の箇所に歪みゲージＧ１を貼付するようにする。
【００３０】
【表１】
2013148468.tif 000003
【００３１】
表１及び図３から明らかなように、計測用管２の内径及び厚みが一定の場合、計測される歪みの値は内圧に比例しており、歪みから内圧を求めることができる。
特に、曲率の小さい箇所２０（計測箇所Ｓ１及びＳ３）に配設した場合、他の箇所（計測箇所Ｓ２及びＳ４）に配設した場合と比べて、計測される歪みが約１．４〜１．８倍と大きな値として計測されることから、計測値の誤差による影響が少なく、他の箇所と比べてより正確な内圧を計測することができる。
【００３２】
そして、図１に示す、計測用管２の外周側に、計測用管２の両軸方向端部２１、２１の外周面が接合される内周面を備えた計測用管２の肉厚ｔ１よりも大きな肉厚ｔ２を有する外管３を設けた圧力計測装置１は、外管３の端部に形成したフランジ３１を介してクランプ（図示省略）を用いて接続するようにするほか、図４に示すように、外管３の両端面３０、３０をシール部材（図示省略）を介してフランジ板４、４によって挟み込み、両端に雄ねじ部５０、５０を形成した長尺のボルト部材５と、この雄ねじ部５０にナット５１を螺合することによって固定するとともに、フランジ板４に形成され、計測用管２と連通する流路４０の端部に配設される継手４１を、計測する管路Ｔの端部に配設した継手Ｔ１、Ｔ１と接続するようにしている。
継手４１は、漏れのないシール性を有する継手（例えば、スウェージロック社製のシール性を有する継手）を用いることで、医薬バイオ関係で使用される管路の内圧を測定する際に容易に取り付けを行うことができ、管路内を流れる流体の圧力を計測することができる。
【００３３】
以上、本発明の圧力計測装置について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の圧力計測装置は、管路内の流体の僅かな圧力変化によって生じる管路の歪みで、正確な圧力を計測することができるという特性を有していることから、歪みゲージを用いた圧力計測装置の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１    圧力計測装置
２    計測用管
２０  曲率の小さい箇所
３    外管
４    フランジ板
Ｇ１  歪みゲージ
Ｇ２  温度補償歪みゲージ
Ｔ    管路
ｔ１  肉厚
ｔ２  肉厚
【図１】
2013148468.tif 000004
【図２】
2013148468.tif 000005
【図３】
2013148468.tif 000006
【図４】
2013148468.tif 000007