油圧校正用の圧力を空気圧で生成する方法 (2021/11/3 Derek Zarate)

2022/10/03

油圧校正用の圧力を生成する方法はいくつかあります。
最も一般的な方法は、空気圧と油圧測定コントローラを利用した自動ハイブリッドシステムを使用することです。
物理学のいくつかの基本原理を使用すると、比較的低圧の空気圧を使用して最大で100倍の油圧を生成できます。
この記事全体を通して、このタイプのキャリブレーションの一般的な設計、利点、およびいくつかの制限について説明します。

CPC8000-Hなどの多くの油圧コントローラは、空気圧から油圧へのインテンシファイア（増圧装置）を使用して高圧出力を生成します。
これは基本的に、インテンシファイアの表面積の上部に加えられた空気圧を受け取り、
油圧媒体上のピストンの表面積の下部（オレンジ/赤で示されている）に比例して増幅します（図1を参照)。

流体の圧縮率は、コントローラからの最大出力に重要な役割を果たします。
流体の圧縮性が高いほど、ピストンストロークが底に達するための必要な圧力は低くなります。
そして、ピストンストロークが底に達すると圧力を上げることができなくなります。

初級レベルの物理学のクラスを受講したことがある場合、最初に学ぶことの1つは、
ハイヒールを履いている人は象よりも地面に強い圧力をかけるということです。
信じられないかもしれませんが、この関係は、空気圧から油圧への圧力コントローラを駆動するのと同じ考え方です。
この規則では、圧力は特定の表面積にわたる力に等しく、単純にP = F/Aであると規定されています。
密閉状態では、パスカルの原理が機能します。P1 = P 2、またはF1 /A1はF2 / A2に等しくなります。
下の図は、黄色のプレートをA 1、黄色のピストンの下部をA 2として、この力がどのように伝達されるかを示しています。

図1

たとえば、A1がA2の10倍の場合、底部の圧力は10倍になります。
ここで、そのA1の直径が50倍または100倍大きいかどうかを想像してみてください。
これが、Mensor社のCPC8000-H油圧コントローラが20,000psi（約138MPa）を超える圧力を生成できる方法です。

油や水は非圧縮性であるという一般的な考えを想定している場合、
すべての油圧媒体は圧縮性であるため、圧縮性に関するブログをご一読ください。

上の図を見ると、力を油圧媒体に伝達するためにピストンがどのように上下に動くかに気付くでしょう。
この動きはピストンのストロークと呼ばれます。このタイプのメカニズムを使用する油圧システムでは、
必然的に達成可能な最大ストロークがあります。
システムがピストンシャフトの「底」に圧縮されると、ピストンのフルストロークが実現されます。
最大ストロークは物理的に一定ですが、その最大に達する圧力はすべて媒体とパージプロセスに依存します。
間違った媒体が選択された場合、またはコントローラの測定/制御ポートに高圧縮性の空気分子が多数含まれている場合、
コントローラは指定された制御範囲の75％または50％にしか到達しない可能性があります。
メーカーが推奨するパージプロセス、メディア要件、および容量制限に従うことで、油圧コントローラの最適なパフォーマンスが保証されます。

一部の油圧制御システムは約60,000psi（約414MPa）になるため、加圧システムはますます危険な環境を作り出す可能性があります。
空気圧システムと油圧システムで漏れが発生したことがある場合は、大きな違いがあることをご存知でしょう。
空気圧の漏れは、低圧であっても、ホースがぐるぐる回ったり、発射体が飛び出したりして、
人員や機器に深刻な損傷を与える可能性があるため、非常に激しい場合があります。
これは主に、空気分子の高い圧縮率によるものです。
一方、システム内の油圧バーストは、一般に少量の流体が漏れ点から噴霧または滴下する結果となるため、それほど激しいものではありません。
クリーンアップするのは非常に面倒ですが、通常、空気圧による漏れよりもはるかに安全です。

上の図は、CPC8000-Hのようなコントローラがどのように機能するかを示しています。
システムが加圧されると、空気圧供給圧力（図では青色で塗りつぶされている）がチャンバーを満たし始めていることに注目してください。
まだ危険ですが、これらの空気圧が数100psi（100psi≒690kPa）を超えることはめったにありません。

この設計は安全のために行われるだけでなく、油圧システムを操作するための安定した方法でもあります。
特に校正ラボでの圧力制御には、非常に安定した出力が必要です。
CPC8000-Hのようなコントローラでは、微調整された空気圧コントローラがインテンシファイアの上部に接続されています。
適切なシール材、潤滑グリースまたはオイル、およびピストンなどの精密に機械加工されたインテンシファイアコンポーネントを使用して、
インテンシファイアシステムは、空気圧を油圧媒体に伝達する自由に動くピストンを可能にします。これにより、高レベルの安定性を持った出力がシステムに提供されます。

物理学、安全性、制御の革新が混在しています。空気圧および油圧圧力校正コントローラを備えたハイブリッド校正システムは、
精密圧力校正で10,000 psi（約69MPa）を超える圧力が必要な場合に、ラボの定番となっています。

Mensor 社によるオリジナル記事です。許可を得て日本語に翻訳しました。