JPH0617842B2

JPH0617842B2 - 超高温圧力変換器

Info

Publication number: JPH0617842B2
Application number: JP4283485A
Authority: JP
Inventors: 洋二三浦; 富夫山口; 栄千葉
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS61202132A

Description

【発明の詳細な説明】 (ａ) 技術分野本発明は、圧力変換器に関し、より詳細には、例えばロ
ケットエンジンの圧力測定のような超高温下での圧力を
測定するための超高温圧力変換器に関するものである。

(ｂ) 従来技術高温下での圧力を測定する圧力変換器として、例えばエ
ンジン指圧計がある。このエンジン指圧計は、ピストン
エンジンのシリンダ内に発生する圧力を測定し、燃料消
費率や出力の向上等のための分析等を行うためのもので
あり、その最大許容温度は、通常１５０〜２００℃程度
である。ところが、ピストンエンジン等の点火プラグに
よる点火時の圧力を測定する場合には、上記許容温度を
超える高熱が発生する。そのため、従来のエンジン指圧
計の中には、内部に冷却水路を形成し、その冷却水路に
冷却水を循環させてダイヤフラムや起歪部の温度を１５
０〜２００℃以下に抑制し得るように構成したものがあ
る。

一方、ジェットエンジン、特にロケットエンジンの作動
時において、燃焼室の温度は、上記ピストンエンジンの
場合よりも著しく高くなり、通常１０００℃位まで上昇
する。そして、そのときの燃焼反応により燃焼室内の圧
力も急激に変化する。ロケットエンジンにおいても、こ
のような燃焼室内の圧力の測定は、推進力や燃焼効率等
を知る上で不可欠なものである。

ところで、ロケットエンジンの場合、使用する燃料（推
進剤）は、一般にケロシン、ヒドラジン、液体水素等で
あり、これらに液体酸素や硝酸等の酸化剤を加えること
により燃焼し推進力が発生する。これらの燃料は、気化
しやすいばかりでなく自然発火を起こすものがある。そ
のため、火災や事故を起こさないように、ロケットエン
ジンの燃焼室の周辺は、極低温に保持されるように設計
されている。

このようなロケットエンジンの燃焼室内の圧力を測定す
るに際して、１５０〜２００℃程度の耐温度特性を有し
た通常の圧力変換器を用いると、約１０００℃まで上昇
する燃焼室の温度により圧力変換器のセンサ部が焼損し
てしまうという問題がある。この問題に対処すべく上述
したように冷却水などによりセンサ部を冷却する形式の
エンジン指圧計を用いた場合には、周囲が極低温下にあ
るがゆえにその冷却水等が凍結して循還しなくなり、セ
ンサ部の温度が上昇して故障するという問題がある。結
局、従来の圧力変換器には、ロケットエンジンのような
超高温下での圧力媒体の圧力測定に対応できるものがな
く、ジェットエンジン等の開発上の支障となっていた。

(ｃ) 目的本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、超
高温下における圧力を精度よく測定することができ、し
かも極めて構成が簡単な超高温圧力変換器を提供するこ
とを目的とする。

(ｄ) 構成本発明は、上記の目的を達成させるため、流体の圧力を
ダイヤフラムによって力に変換しこの力を力伝達部を介
し起歪部に伝達して該起歪部を変形せしめこの変形を前
記起歪部に添着したひずみゲージにより検出して印加圧
力に対応する電気信号を得る圧力変換器において、圧力
検出対象物に結合固定され該対象物から前記流体を導く
圧力導入部と、耐熱性があり熱容量の大なる材料をもっ
て前記流体と接する表面積が大なる形状に形成され熱吸
収部材を内部に有し前記圧力導入部から導入される前記
流体を前記熱吸収部材に接触せしめつつ前記ダイヤフラ
ムに導く連結部とを備え、前記圧力導入部に導入される
超高温の流体の熱を前記連結部内の熱吸収部材で吸収せ
しめて前記ダイヤフラムに低温化された流体の圧力が印
加されるように構成したことを特徴としたものである。

以下、本発明を、添付図面に示す実施例に基づいて具体
的に説明する。

第１図は、本発明の一実施例である超高温圧力変換器の
断面構成を拡大して示す断面図であり、第２図は、同実
施例の外観構成を示す側面図である。

第１図および第２図において、１は、圧力を圧力検出付
対象物であるロケットエンジンの燃焼室より取出す圧力
導入部であり、小筒状をなす一端側外周に雄ネジ部１ａ
が形成され、大筒状をなす他端側外周に六角ボルト部１
ｂが形成され、中心部には燃焼室から圧力媒体としての
流体を取出すための圧力導入路１ｃが穿設されており、
一端に形成した段部１ｄにガスケツット（図示せず）を
嵌挿させた状態で雄ネジ部１ａが燃料室に穿設したネジ
孔に螺合される。２は、内部が中空とされた略円筒状の
剛体の外周に畝様の放熱部である放熱フィン２ａが形成
された連結部であり、一端側外周に形成された雄ネジ部
２ｂが圧力導入部１の他端側内周に形成された雌ネジ部
１ｅに金属○リング３をその端面間に介挿した状態で螺
合されている。４は、多数の小孔４ａを有し圧力導入部
１内の段部１ｆと連結部２の一端に形成した段部２ｃと
の間に挟設された第１の多孔板であり、５は、連結部２
内壁の軸方向中間部に形成した段部２ｄに当接され多数
の小孔５ａを有した第２の多孔板であり、上記連結部２
の中空部内における第１および第２の多孔板４および５
の間には円筒状のスペーサ６が嵌挿されており、このス
ペーサ６と第１および第２の多孔板４および５とで囲ま
れた空間には、第１および第２の多孔板４および５に穿
設された小孔４ａ，５ａよりも径が大きく、熱容量が大
きく、耐熱性を有する熱吸収部材としての多数の金属ボ
ール（鋼球）７が充填されている（第１図では金属ボー
ル７の一部のみを図示してある）。８は、連結部２の中
空部の他端側内周に形成された雌ネジ部２ｅに金属性の
ガスケット９を介して一端側半部外周に形成された雄ネ
ジ部８ａが螺合された反力支持部であり、この反力支持
部８の他端側半部外周は大径とされて六角ボルト部８ｂ
が形成されている。１０は、第２の多孔板５に近接した
反力支持部８の一端に周縁が溶接等によって気密状に固
着されたダイヤフラムであり、その周縁部と中央部との
間はカテナリ曲面状に形成された薄板となっている。１
１は、反力支持部８の他端側よりその中空部８ｃ内に一
端側が挿入された受感部であり、受感部１１の外径が反
力支持部８の中空部８ｃよりも径の小さい部分のうち、
一端側半部は、円柱状の剛性大なる力伝達部１１ａとさ
れており、この力伝達部１１ａの一端がダイヤフラム１
０の中央部に固着され、受感部１１の中間部は薄肉円筒
状の起歪部１１ｂとなっており、起歪部１１ｂの内周壁
には起歪部１１ｂの変形を検知するひずみゲージ１２が
接着、蒸着、融着その他の手段により添着されている。
また、この受感部１１の他端側半部には段部１１ｃ、１
１ｄが順次形成されており、段部１１ｃは反力支持部８
の他端側内周に形成された段部８ｄに当接されており、
段部１１ｄは反力支持部８の他端に当接され溶接等によ
って固着されている。さらに、受感部１１の他端側内周
にも段部１１ｅが形成されており、この段部１１ｅには
気密端子板１３の周縁が当接され固着されている。そし
て、この気密端子板１３によって密閉された受感部１１
の中空部１１ｆ内には窒素ガス等の不活性ガスが充填さ
れており、この不活性ガスによりひずみゲージ１２の酸
化、吸湿による絶縁抵抗の低下が防止されている。この
ひずみゲージ１２の電気信号の入出力は、気密端子板１
３に気密状態で挿通された導電ピン１４を介して行われ
る。１５は、受感部１１の他端の段部１１ｇに一端が嵌
挿され溶接等によって固着された端子カバーであり、こ
の端子カバー１５の他端には、防水コネクタ１６がパッ
キング１７を介して止めネジ１８（第２図示）により固
定されており、この端子カバー１５内の中空部１５ａ内
で気密端子板１３の導電ピン１４と防水コネクタ１６か
らのリード線１９との接続が行われ且つシリコーン等の
充填剤が充填おされている。そして、防水コネクタ１６
より外部に導出されたリード線は、ひずみ測定器（図示
せず）に接続される。

次に、以上の構成よりなる実施例の作用につき説明す
る。

先ず、この超高温圧力変換器（以下、「変換器」と略称
する）の圧力導入部１の雌ネジ部１ａを、六角ボルト部
１ｂにスパナ等の工具を押し当てて回動させつつロケッ
トエンジンの燃焼室に穿設したネジ孔に螺合し取付け
る。ここで、燃焼室に取付けられた変換器は、極低温に
保持されたロケット燃料とともに極低温の環境下におか
れる。

次に、ロケットエンジンが始動すると、燃料が急激に燃
焼し、燃焼室内の圧力および温度が急激に上昇する。こ
のときの温度は、既述したように約１０００℃までに達
する。この燃焼圧力媒体は、圧力導入部１の圧力導入路
１ｃより変換器側に取出され、先ず第１の多孔板４に到
達する。次に、圧力媒体は、第１の多孔板４の小孔４ａ
から侵入して多数の金属ボール（吸熱体）７間の間隙を
縫って第２の多孔板５の小孔５ａよりダイヤフラム１０
の受圧面上に到達する。このとき、圧力媒体は、極低温
の環境下で充分に冷却された熱吸収部材としての多数の
金属ボール７によって吸熱され、極めて低い温度の状態
でダイヤフラム１０に到達する。

ダイヤフラム１０は、圧力媒体からの圧力をその面上に
受け、これを力に変換し剛性の大なる力伝達部１１ａを
圧縮する。すると、受感部１１の力伝達部１１ａと一体
に連なる薄肉の起歪部１１ｂが変形する（即ち、力の印
加方向には圧縮ひずみを生じ、これと直交する方向には
引張ひずみを生じる）。このひずみは、起歪部１１ｂの
内壁に接着、蒸着等の手段により添着されたひずみゲー
ジ１２により電気信号として検出され、気密端子板１３
および防水コネクタ１６を介してひずみ測定器（図示せ
ず）に出力され圧力が測定され、場合によって記録紙上
に波形記録される。このように上記実施例では、約１０
００℃の高温に達する圧力媒体は、熱容量が大きく圧力
媒体と接触する表面積が大なる形状に形成された熱吸収
部材である多数の金属ボール７によりその温度が速やか
に低下せしめられる。また、この圧力媒体の熱は、連結
部２の放熱フィン２ａからも放熱される。従って、ダイ
ヤフラム１０およびそれに固着された受感部１１の力伝
達部１１ａは、一定時間に限れば殆んど温度上昇を来さ
ないので、圧力導入路１ｃから導かれた流体の圧力に応
じた電気信号をひずみゲージ１２によって検出すること
ができる。

また、この実施例の場合、ダイヤフラム１０をカテナリ
状に形成してあるため、例えば、ダイヤフラム１０と力
伝達部１１ａとの間に温度差が生じてダイヤフラム１０
に変形が生じても、その変形の影響は受感部１１の力伝
達部１１ａに伝達されることがなく力伝達部１１ａは、
印加圧力に応じた力成分のみを起歪部１１ｂに伝達する
ので、正確な圧力測定が可能となる。また、ダイヤフラ
ム１０をカテリナ状とすることにより、ひずみ出力の非
線形が改善されるという利点もある。

また、上述した実施例のものは、受感部１１のうち、力
伝達部１１ａをある程度長く形成し、ダイヤフラム１０
との固着部と、ひずみゲージ１２が添着された起歪部１
１ｂとの距離を長く設定してあるので、仮にダイヤフラ
ム１０がある程度加熱されても、起歪部１１ｂの温度変
化は低減化され、その分測定精度も向上する。

第３図（ａ）は、第１の多孔板４の直前箇所における温
度（同図のグラフＡ）と第２の多孔板３の直後箇所にお
ける温度（同図のグラフＢ）との時間的変化を熱電対に
よって測定した実験結果を示す線図、第３図（ｂ）は、
そのときのひずみゲージ１２からのひずみ出力値（同図
のグラフＣ）の時間的変化を示した線図である。これら
の図からもわかるように、上記実施例の如く構成するこ
とにより、ロケットエンジンの始動から少なくとも２〜
３分の間において、第２の多孔板５の直後箇所における
温度は殆んど上昇することがなく、そのため、ひずみ出
力値も圧力媒体の温度にかかわらず、殆んど変化しな
い。従って、その温度変化があるとひずみ出力値に影響
をもたらし易い起歪部１１ｂおよびひずみゲージ１２と
しては、従来の圧力変換器（許容温度（１５０〜２００
℃程度のもの）と同様のもの（構成、材質）を用いるこ
とができる。また、ロケットエンジンは、一般に比較的
短時間で燃焼し終る場合が殆んどであり、また、仮に長
時間燃焼するものであっても燃料の点火時から推力が略
一定化するまでの圧力を計測することで目的が達せられ
るので、２〜３分間程度起歪部１１ｂが低温に保持され
れば充分である。

また、受感部１１の中空部１１ｆには、ひずみゲージ１
２等の吸湿による絶縁低下および酸化等を防止するため
の不活性ガスが充填されており、また、端子カバー１５
の中空部１５ａの内部は、絶縁および異常振動を防止す
る充填剤で充填固化されているため、ひずみゲージ１２
のひずみ出力は、長期間安定した精度を維持する。

尚、本発明は、上述した実施例にのみ限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
形実施が可能である。

例えば、第４図に示すように、第１の多孔板４と金属ボ
ール７（図示せず）との間、および第２の多孔板５と金
属ボール７との間にそれぞれ網２０を配設すれば、第１
および第２の多孔板４および５の小孔４ａおよび５ａに
金属ボール７の一部が嵌まり込んで閉塞されることがな
く、印加圧力が効率良く且つ安定的にダイヤフラム１１
に伝達されることとなる。

また、熱吸収部材として、金属ボール７の代りに第５図
に断面図をもって示すように、第１および第２の多孔板
４および５の間に金属性のワイヤ２１を多数配設するよ
うにしてもほぼ同じ効果が得られる。

さらに、圧力導入部１と連結部２との接続部分および連
結部２と反力支持部８との接続部分は、図示の実施例に
おいては、着脱自在に構成した例につき示されている
が、必要に応じ溶接等によって固着するようにしてもよ
い。ただし、熱吸収部材としての金属ボール７や網２０
が汚れた場合に洗浄し易いという点で少なくとも第１図
に示すように、圧力導入部１と連結部２とを分離可能な
構成としておいた方が便宜である。

また、連結部２と反力支持部８とは、一体に形成しても
よい。

さらにまた、この超高温圧力変換器は、ロケットエンジ
ンの燃焼室内の圧力のみでなく、短時間であれば様々な
高温環境下における圧力を測定する場合にも当然に使用
することができる。

(ｅ) 効果以上詳述したように本発明によれば、極めて簡素な構成
で、超高温下における流体の圧力を温度の影響を受けな
い状態で精度よく測定し得る超高温圧力変換器を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である超高温圧力変換器の
断面構成を拡大して示す断面図、第２図は、同実施例の
外観構成を示す側面図、第３図（ａ）および（ｂ）は、
同実施例の所定箇所の温度変化およびひずみ出力の変化
につきそれぞれ実験した結果を示す線図、第４図は、他
の実施例の要部構成を示す正面図、第５図は、さらに他
の実施例の要部構成を示す断面図である。１……圧力導入部、１ｃ……圧力導入路、２……連結部、４，５……第１，第２の多孔板、７……金属ボール、８……反力支持部、１０……ダイヤフラム、１１……受感部、１１ａ……力伝達部、１１ｂ……起歪部、１２……ひずみゲージ、１３……気密端子板、１５……端子カバー、１６……防水コネクタ、１９……リード線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−198740（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−115944（ＪＰ，Ｕ) 実開昭48−023086（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の圧力をダイヤフラムによって力に変
換しこの力を力伝達部を介し起歪部に伝達して該起歪部
を変形せしめこの変形を前記起歪部に添着したひずみゲ
ージにより検出して印加圧力に対応する電気信号を得る
圧力変換器において、圧力検出対象物に結合固定され該
対象物から前記流体を導く圧力導入部と、耐熱性があり
熱容量の大なる材料をもって前記流体と接する表面積が
大なる形状に形成された熱吸収部材を内部に有し前記圧
力導入部から導入される前記流体を前記熱吸収部材に接
触せしめつつ前記ダイヤフラムに導く連結部とを備え、
前記圧力導入部に導入される超高温の流体の熱を前記連
結部内の熱吸収部材で吸収せしめて前記ダイヤフラムに
低温化された流体の圧力が印加されるように構成したこ
とを特徴とする超高温圧力変換器。
【請求項２】熱吸収部材は、金属性の多数の吸熱体より
なる特許請求の範囲第１項記載の超高温圧力変換器。
【請求項３】吸熱体は、鋼球である特許請求の範囲第２
項記載の超高温圧力変換器。
【請求項４】吸熱体は、スチールワイヤである特許請求
の範囲第２項記載の超高温圧力変換器。
【請求項５】連結部はその外表面側に放熱部が形成され
ている特許請求の範囲第１項記載の超高温圧力変換器。