(57)【要約】【課題】  空気圧の短時間における変動を精度よく検知できる空気圧測定方法及び空気圧計測装置を提供する。【解決手段】  測定口（１２）側へ連通する毛細管（１５）と保温容器（１１）とにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタを構成し、測定口（１２）側の圧力の静止圧からカットオフ周波数までの帯域を保温容器（１１）側に設けた絶対圧センサ（１７）で計測し、カットオフ周波数以上の帯域における測定口（１２）側と保温容器（１１）側との間の差圧を差圧センサ（１８）で計測し、絶対圧センサ（１７）で測定した絶対圧及び差圧センサ（１８）で計測した差圧を合成加算する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定口側へ連通する毛細管と保温容器とにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタを構成し、前記測定口側の圧力の静止圧から前記カットオフ周波数までの帯域を前記保温容器側に設けた絶対圧センサにて計測し、前記カットオフ周波数以上の帯域における前記測定口側と保温容器側との間の差圧を前記絶対圧センサより測定範囲の低い差圧センサにて計測し、前記絶対圧センサで測定した絶対圧及び前記差圧センサで計測した差圧を合成加算することを特徴とする空気圧計測方法。
【請求項２】
前記絶対圧センサは、温度の変化が伝達される時定数に比較して低い周波数帯域のみを計測することを特徴とする請求項１記載の空気圧測定方法。
【請求項３】
前記差圧センサは、カットオフ周波数以上の変動圧成分のみを計測することを特徴とする請求項１記載の空気圧測定方法。
【請求項４】
一端部側が外部の空気圧測定口側へ開口された毛細管を有する空気の保温容器に連通されることにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタと、前記測定口側の圧力の静止圧から前記カットオフ周波数までの帯域を検知する絶対圧センサと、前記カットオフ周波数以上の帯域における前記測定口側と保温容器側との間の差圧を計測する前記絶対圧センサより測定範囲の低い差圧センサと、前記保温容器近傍の温度を検知する温度センサと、前記絶対圧センサ、差圧センサ及び温度センサからの信号を受信して圧力変動値を算出するデータ処理装置とを有することを特徴とする空気圧計測装置。
【請求項５】
前記毛細管を有する空気の保温容器は、容量が１，０００〜３，０００ミリリットルで円筒形状に形成された空気が貯められた容器であることを特徴とする請求項４に記載の空気圧計測装置。
【請求項６】
前記毛細管を有する空気の保温容器は、全体が熱伝達特性の低い保温材からなる保護カバーにより覆われていることを特徴とする請求項４に記載の空気圧計測装置。
【請求項７】
前記データ処理装置は、前記絶対圧センサの測定値からフィルタ時定数以上の周波数帯域の変動成分を除去する処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の空気圧計測装置。
【請求項８】
前記データ処理装置は、前記絶対圧センサの近傍に設けられた温度センサにより検知された温度により温度ドリフト補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の空気圧計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の微小な圧力変動を精度よく測定できる空気圧計測方法、及びその空気圧計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気圧力の微小な変動を精度よく検出することが、種々の技術分野において求められている。例えば、産業関連の分野においては、鉄道や自動車が通過するトンネル内における気圧変動や送風方向を正確に測定することが構造強度設計等の分野において求められ、また、ビル間において突風を予報したり、汚染大気流を計測したりすることも必要とされている。防災関連の分野においては、台風、地震あるいは火山爆発等に伴う自然現象により生じる空気圧変動を正確に把握することも要請されている。さらに、学術分野においては、気象学、火山学、地震学あるいは航空宇宙学等の分野においても気圧変動を精度よく測定する研究設備として必要になっている。
【０００３】
従来、気密試験を行うことができるとともに、圧力変化を記録する空調配管の気密試験として、空調設備における外部ユニットと内部ユニットとを配管で連結し、空調配管の気密試験を行うことが知られている（例えば、特開２００５−９８５９８号公報）。このような空調配管の気密試験では、気密試験を実施している間の圧力変化を確認できるものである。
【特許文献１】特開２００５−９８５９８号公報（第４〜７ページ、図１及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の空調配管の気密試験は、アナログ・デジタル変換手段により出力されたデジタル信号に基づいて、空調配管内の圧力を所定の検知時間ごとに記録手段で記録するものである。この空調配管の気密試験では、圧力を検知時間ごとに記録できるが、空気圧の短時間における変動を精度よく検知することができるものではない。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、空気圧の短時間における変動を精度よく検知できる空気圧計測方法、及びその空気圧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】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明にあっては、測定口側へ連通する毛細管と保温容器とにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタを構成し、前記測定口側の圧力の静止圧から前記カットオフ周波数までの帯域を前記保温容器側に設けた絶対圧センサにて計測し、前記カットオフ周波数以上の帯域における前記測定口側と保温容器側との間の差圧を前記絶対圧センサより測定範囲の低い差圧センサにて計測し、前記絶対圧センサで測定した絶対圧及び前記差圧センサで計測した差圧を合成加算することを特徴とするものである。空気圧の短時間における変動を精度よく検知できる空気圧計測方法を実現できる。
【０００７】
上記目的を達成するために請求項２に記載の発明にあっては、前記絶対圧センサは、温度の変化が伝達される時定数に比較して低い周波数帯域のみを計測することを特徴とするものである。絶対圧センサにより低い周波数帯域のみを計測することができる。
【０００８】
上記目的を達成するために請求項３に記載の発明にあっては、前記差圧センサは、カットオフ周波数以上の変動圧成分のみを計測することを特徴とするものである。差圧センサでカットオフ周波数以上の変動圧成分のみを計測することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために請求項４に記載の発明にあっては、一端部側が外部の空気圧測定口側へ開口された毛細管を有する空気の保温容器に連通されることにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタと、前記測定口側の圧力の静止圧から前記カットオフ周波数までの帯域を検知する絶対圧センサと、前記カットオフ周波数以上の帯域における前記測定口側と保温容器側との間の差圧を計測する前記絶対圧センサより測定範囲の低い差圧センサと、前記保温容器近傍の温度を検知する温度センサと、前記絶対圧センサ、差圧センサ及び温度センサからの信号を受信して圧力変動値を算出するデータ処理装置とを有することを特徴とするものである。空気圧の短時間における変動を精度よく検知できる空気圧計測装置を実現できる。
【００１０】
請求項５に記載の発明にあっては、前記毛細管を有する空気の保温容器は、容量が１，０００〜３，０００ミリリットルで円筒形状に形成された空気が貯められた容器であることを特徴とするものである。この毛細管と保護容器により空気圧変動に対するローパスフィルタの機能を実現できる。
【００１１】
請求項６に記載の発明にあっては、前記毛細管を有する空気の保温容器は、全体が熱伝達特性の低い保温材からなる保護カバーにより覆われていることを特徴とするものである。保護カバーにより温度変動の影響を小さくできる。
【００１２】
請求項７に記載の発明にあっては、前記データ処理装置は、前記絶対圧センサの測定値からフィルタ時定数以上の周波数帯域の変動成分を除去する処理を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項８に記載の発明にあっては、前記データ処理装置は、前記絶対圧センサの近傍に設けられた温度センサにより検知された温度により温度ドリフト補正を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
測定口側へ連通する毛細管と保温容器とにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタを構成し、前記測定口側の圧力の静止圧から前記カットオフ周波数までの帯域を前記保温容器側に設けた絶対圧センサにて計測し、前記カットオフ周波数以上の帯域における前記測定口側と保温容器側との間の差圧を前記絶対圧センサより測定範囲の低い差圧センサにて計測し、前記絶対圧センサで測定した絶対圧及び前記差圧センサで計測した差圧を合成加算することで、空気圧の短時間における変動を精度よく検知できる。
【００１５】
また、一端部側が外部の空気圧測定口側へ開口された毛細管を有する空気の保温容器に連通されることにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタと、前記測定口側の圧力の静止圧から前記カットオフ周波数までの帯域を検知する絶対圧センサと、前記カットオフ周波数以上の帯域における前記測定口側と保温容器側との間の差圧を計測する前記絶対圧センサより測定範囲の低い差圧センサと、前記保温容器近傍の温度を検知する温度センサと、前記絶対圧センサ、差圧センサ及び温度センサからの信号を受信して圧力変動値を算出するデータ処理装置とを有することで、空気圧の短時間における変動を精度よく検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図示の一実施形態により具体的に説明する。図１及び図２は本発明実施形態の空気圧の計測を説明する図であり、図１は空気圧計の動作構成を説明する図、図２は空気圧計測装置の機構を説明する図である。
【００１７】
本発明実施形態の空気圧計測装置１０は、気体の急激な圧力変動が生じる場合における、その変動が生じる前の圧力及び変動が生じた後の差圧力を精度よく計測するものであり、一端部側が外部の空気圧測定口側へ開口された毛細管１５を有する空気の保温容器１１に連通されることにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタと、一端部側が外部の空気圧測定口１２側へ開口された毛細管１５を有する空気の保温容器１１に連通されることにより０．１ヘルツ以下をカットオフ周波数とするローパスフィルタと、測定口１２側の圧力の静止圧からカットオフ周波数までの帯域を検知する絶対圧センサ１７と、カットオフ周波数以上の帯域における測定口１２側と保温容器１１側との間の差圧を計測する絶対圧センサ１７より測定範囲の低い差圧センサ１８と、保温容器１１近傍の温度を検知する温度センサ１９と、絶対圧センサ１７、差圧センサ１８及び温度センサ１９からの信号を受信して圧力変動値を算出するデータ処理装置２０と、このデータ処理装置２０により処理されたデータをデジタルデータ及びアナログデータとして出力するデジタルデータ出力機２６及びアナログデータ出力機２７とを備えている。
【００１８】
保温容器１１は、例えば、ステンレス板材からなり、容量が２，０００ミリリットル程度で、形状が円筒形状に形成された空気が貯められる容器である。この保温容器１１には、一端部側が内部に連通され他端部側が保温容器１１外部において開口された毛細管１５が設けられている。この毛細管１５は、例えば、内径が０．１ｍｍ程度で長さが５〜１０ｃｍ程度の寸法に形成されているものである。この保温容器１１に設けられた毛細管１５の外側の開口部側は、空気が流通するに十分な太さを有する第１の導管１４内に配置されている。この第１の導管１４は、その他端部側が空気圧の測定口１２側に連通するよう取付けられている。すなわち、毛細管１５を取付けた保温容器１１は、測定口１２の空気圧変動に対するローパスフィルタの機能を有するものである。この測定口１２は、空気圧の測定方向に向けて開口され、その開口部分には外部からのゴミやチリの侵入を防ぐエアフィルタ１３が設けられている。
【００１９】
保温容器１１には、その内部に空気が流通するに十分な太さを有する第２の導管１６の一端部側が連通され、この第２の導管１６の他端部側には保温容器１１内の絶対圧を検知する絶対圧センサ１７が設けられている。また、絶対圧センサ１７近傍の第１の導管１４と第２の導管１６との間には、それぞれ第１の導管１４内の圧力と、第２の導管１６内の圧力との差圧を検知する差圧センサ１７が設けられている。
【００２０】
絶対圧センサ１７で検知された絶対圧、差圧センサ１８で検知された差圧、及び温度センサ１９で検知された温度は、データ処理装置２０において、第１センサアンプ２１、第２センサアンプ２２、及び第３センサアンプ２３によりそれぞれアナログデータとして検出され、それぞれデジタル変換機２４によりデジタルデータに変換され、さらに演算装置２５においてデータ処理が行われる。この演算装置２５においては、絶対圧センサ１７の測定値からフィルタ時定数以上の周波数帯域の変動成分を削除するデータ処理を行うことにより、絶対圧センサ１７の持つノイズ分を低減できるようなデータ処理が行われる。より具体的に説明すると、差圧センサ１８と絶対圧センサ１７の測定帯域は、保温容器１１と毛細管１５により構成されるフィルタのカットオフ周波数帯域により分断され、低周波域が絶対圧センサ１７で検出される出力値ＯＵＴ１、高周波域が差圧センサで検出される出力値ＯＵＴ２としたとき、測定口１２の測定値Ｐ１は、
Ｐ１＝ＯＵＴ１＋ＯＵＴ２
となる。ここでＰ１は、出力値ＯＵＴ１の誤差が、出力値ＯＵＴ２の計測範囲に切迫する量であるため、実際にはフィルタのカットオフの１０倍程度となる時間系列にて移動平均処理を行い、それにＯＵＴ２が加算された値となる。一例として、大気１気圧は１０１３３０Ｐａ（パスカル）であり、仮に２０００００Ｐａ範囲の絶対圧センサ１７で計測する場合には、精度・分解能が０．１％であれば、最小分解能は２００Ｐａとなる。大気圧の短時間変動量が２０００Ｐａ以内と想定し、この２０００Ｐａ範囲の差圧センサ１８を使用すれば、その精度・分解能が同じく０．１％であっても、分解能を２Ｐａまで上げることが可能になる。従って、フルスケールに換算すると０．０００１％となる。
【００２１】
保温容器１１は、図２に示すように、支持板３０上に設けられた取付台３１に保持板３３により取付けられている。また、支持板３０の上部側には、絶対圧センサ１７、差圧センサ１８、温度センサ１９、及びデータ処理装置２０が配置されている。絶対圧センサ１７は、第２の導管１６側に圧力測定可能に接続されて保温容器１１内の圧力を検知するようになっている。また、差圧センサ１８は、一方側が第１の導管１４側に圧力測定可能に接続され、他方側が第２の導管１６側に圧力測定可能に接続され、それぞれの導管１４，１６内の差圧が検知されるようになっている。また、データ処理装置２０には、温度センサ１９の検知信号が伝達されるように設けられている。さらに、支持板３０上の保温容器１１、第１の導管１４、第２の導管１６、及び支持板３０に設けられた絶対圧センサ１７、差圧センサ１８、温度センサ１９、及びデータ処理装置２０は、全体が熱伝達特性の低い保温材からなる保護カバー３２により覆われている。このような保護カバー３２は、保温容器１１内部の熱膨張率がフィルタ時定数を超えて影響しないようにするためのものであり、その高さ寸法は、例えば、３２ｃｍ程度のものが使用される。
【００２２】
以上説明したように、本発明の空気圧計測方法、及びその計測装置によれば、測定口１２側における空気圧の変動は、ローパスフィルタを構成する毛細管１５を取付けた保温容器１１により絶対圧センサ１７と差圧センサ１８とにより検知することができ、気体の微小な圧力変動を精度よく測定することが可能になる。また、保温容器１１は、全体が熱伝達特性の低い保温材からなる保護カバー３２により覆われているため、保温容器１１内部の熱膨張がフィルタ時定数を超えて影響しないようにできる。データ処理装置２０における演算装置２５では、絶対圧センサ１７から得られる測定値からフィルタ時定数以上の周波数帯域の変動成分をカットオフする処理を行うことで、絶対圧センサ１７の持つノイズ分を低減させることが可能になる。さらに、演算装置２５において絶対圧センサ１７近傍の温度センサ１９により温度変動補正を行うことで精度向上を図ることができる。すなわち、演算装置２５は、差圧センサ１８から得られる測定値からフィルタ時定数以上の低域周波数における変動成分をカットする処理を行うことで、感度の高い差圧センサ１８の温度シフト誤差を低減できる。
【００２３】
本発明の気体圧測定方法及びその気体圧力計では、気象学、火山学、地震学、航空宇宙等の学術分野において利用できるとともに、トンネル構造強度設計、地下鉄内気圧変動測定、道路トンネル送風方向測定、ビル間突風予報、汚染大気流計測、クリーンルーム空気流警報装置等の産業分野において利用でき、さらには台風、火山爆発等の防災関連の分野において利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
空気圧の短時間における変動を精度よく検知できる、学実分野、産業分野及び防災関連分野における、空気圧力測定方法及びその空気圧力測定装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明実施形態の空気圧計の動作構成を説明する図である。
【図２】本発明実施形態の空気圧計測装置の機構を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  空気圧計測装置
１１  保温容器
１２  測定口
１３  エアフィルタ
１４  第１の導管
１５  毛細管
１６  第２の導管
１７  絶対圧センサ
１８  差圧センサ
１９  温度センサ
２０  データ処理装置
２１  第１センサアンプ
２２  第２センサアンプ
２３  第３センサアンプ
２４  デジタル変換機
２５  演算装置
２６  デジタルデータ出力機
２７  アナログデータ出力機
３０  支持板
３１  取付台
３２  保護カバー
３３  保持板
【図１】
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【図２】
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