非接触でゴム球に封入された液体の圧力を安全に測りたい。

質問

直径50mmのボール状のゴム球に液体が封入されてます。この液体の圧力を非接触で測定で困っています。何かよい方法はないでしょうか？

これまでは、ゴム球ではなく、ゴム袋に配管を接続し、その配管の圧力計で測定しておりました。しかし、ゴム袋では所望の機能を発現しにくいので、今後はボールのようなゴム球に変更予定です。ゴム球になるとこれまであった配管がなくなりますので、従来の圧力計では測定できません。

現状、2枚の板の間にゴム球を入れて、挟んだときの反力で圧力を推定していますが、ゴムの弾性力がまちまちなためか、いい結果が出ません。客先からはゴム球の直径を更に小さくするように指示が出ておりゴムの影響が大きくなりそうです。
最終的にゴム球は10mmの開口があるSUS箱に収められます。その後も継続的にゴム球の圧力を測定する必要があります。2枚の板で挟む方法はSUS箱のない製造時しか圧力がわからないので、今後は非接触で測定せざるを得ないと思っています。
また、不慣れな派遣さんが日替わりで測定に来るので、できれば人体に対して安全な方法かミスが起きにくい方法が望ましいです。

測定装置または測定方法のコストはかかってもかまわないので、なんとか非接触でゴム球に入った液体の圧力を測定する方法はないでしょうか？

こんな測定装置、あるいはこういった測定原理があるよ、だけでもアドバイスをいただければ助かります。（測定精度は5mmHg程度の分解能を希望しております。）

よろしくお願いします。

回答No.2

inara · ベストアンサー

直径50mmのゴム球と、55×55×55mmのSUS箱の関係は以下のような感じでしょうか。

　　　┌─┐　　　　
　　　│○　　開口　
　　　└─┘

文字を使った絵ではうまく描けないのですが、ゴム球は箱に隙間なく入っていて、箱の一面には10mm（正方形？）の開口が設けられているわけですね。debukuro さんの方法の応用ですが、レーザ変位計という、レーザ光を使って距離を測定するものがあります。以下の図のように、レーザ光をゴム球表面に当てて、レーザ変位計の窓からの距離を正確に測定するものです。ゴム球の直径が変わればレーザ変位計との距離が変わるので、非接触で、開口さえ開いていれば常時測定できます。

┌─┐
│○←←■　レーザ変位計
└─┘

レーザ素子はDVDに使われているような赤色半導体レーザですので、どこに光が当たっているか見えます。距離の測定は三角測量の原理ですので管の奥のような所は測定できませんが、開口幅が10mmあればまず大丈夫だと思います。私が仕事で使ったことのあるレーザ変位計を [1] に紹介します。この中のANR-1250というのを使っていましたが、これは安全規格のクラス II ですので少し危険です（しかし光が直接目に入る危険がなければ問題ないはず）。1100番台の型番のなら、レーザポインタと同じ安全規格のクラス I です。ANR-1250は測定できる距離が50mm±10mmの範囲で、距離分解能は1μmととても高精度に測定できるものです（もっと長距離のもある）。ANR-1150のほうは、距離分解能がは5μmと落ちますが、その精度でもよければこちらのほうが安いと思います（価格はANR-1250が価格は68000円くらい）。距離に比例したＤＣ電圧が出力されます（周波数応答は100Hz程度はあります）。出力電圧は1V/ｍｍくらいだったと思います。反射光を使って距離を測定しているので、ゴムが黒すぎると測定できないかもしれませんが、そのときは、白いテープや紙を貼るとか、白いマジック（修正液）を塗れば測定できるはずです（実際、仕事で黒いゴムを計るときのにそうしてました）。レーザ光の当たる面積は直径1mm以下です。μmの距離を測定するので、SUS箱とレーザ変位計の距離が変わらないように、お互いちゃんと固定する必要があります。赤色しか通さないフィルターを使っているので、周囲が多少明るくても測定できます（普通の蛍光灯下では全く問題ありません）。変位計の他にコントローラ（ANR5131など）が必要ですが、こちらはもっと安かったと思います。電圧出力と電流出力があります。

[1]　マイクロレーザセンサ(LM-10)　http://sunx.jp/japanese/products/displacement/lm10/specifications.html

お礼

回答ありがとうございます。SUS箱のイメージは書かれたとおりです。このようなセンサがあるのですね。ゴム球とSUS箱間には約2mmの隙間がありますが、箱の底にはセンタリング用の窪みをつければ、レーザ光を安定して照射できそうです。価格も安いですし早速ためしてみます。
どうにも方法がなくて数百万の出費を覚悟していたので助かりました。わかりやすい説明ありがとうございました！

こんな感じで使ってみます。
　■　レーザ変位計
　↓
　↓
┌　┐
│○│
└─┘

回答No.3

debukuro

超音波探傷器があります。
５０万から１００万くらいです。
金属内部の不連続を検出するものです。

ただし間に空気が挟まるとその先は見えません。
水などの液体で満たせば届きます。

お礼

追加情報ありがとうございます。debukuroさんとinaraさんのおかげで何とかなりそうです。
お二人とも20点差仕上げたかったのですが、システム上できないようです。恐縮ですが、あみだくじで決めさせていただきます。
このたびは大変ありがとうございました！

回答No.1

debukuro

まず
圧力をいろいろに変えて各圧力における球の直径を測定します。
圧力と直径をグラフにしておけば直径を圧力に換算できます。

非接触とのことなのでこの方法くらいしかないでしょう。

お礼

回答ありがとうございます。なるほど、直径からの換算ですか。製造時の初期値は測れそうですね。ただ、製造後、開口が10mmしかない55x55x55のSUS箱にゴム球を入れて圧力変動の経過を見ますので、直径がSUS箱でわからなくなります。
当方、機械屋であまり勘が働かないのですが、音波やレーザを使ってSUS箱の開口10mmの空間からなんとか測れる方法はないでしょうか？