JPH011924A - Mechanical quantity sensor - Google Patents
Mechanical quantity sensorInfo
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- JPH011924A JPH011924A JP62-156821A JP15682187A JPH011924A JP H011924 A JPH011924 A JP H011924A JP 15682187 A JP15682187 A JP 15682187A JP H011924 A JPH011924 A JP H011924A
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- sensor
- metal
- alloy
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は非晶質磁性合金等の磁歪効果を有する合金を用
いた力学量センサに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a mechanical quantity sensor using an alloy having a magnetostrictive effect such as an amorphous magnetic alloy.
従来の技術
近年、非晶質磁性合金等の磁歪効果を用いた合金を応用
した力学量センサが提案されている。その−例として非
晶質磁性合金を圧力ダイヤフラムとして用いる圧力セン
サが提案されている。BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, mechanical quantity sensors have been proposed that utilize alloys that use magnetostrictive effects, such as amorphous magnetic alloys. As an example, a pressure sensor using an amorphous magnetic alloy as a pressure diaphragm has been proposed.
例えば特開昭60−88336号公報記載のもの等があ
る。For example, there are those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-88336.
第5図はその例を示している。FIG. 5 shows an example.
31は円環状の溝が設けられた円柱状の軟磁性体で、3
2は磁歪を有する非晶質磁性合金円板、33は前記軟磁
性体の溝部に巻装されたコイル、34は一端を溝部底部
に接し他端を軟磁性体開口部面と面位置になる非磁性リ
ング、35はこれらを収納する容器、36は非晶質磁性
合金に圧力を伝達する透孔37を有した蓋部である。油
圧が油圧導入口38に加わると透孔37を通して圧力が
非晶質磁性合金円板32に加わり、これを軟磁性溝部に
おいて押1下げ非晶質磁性合金円板内に応力が発生する
。この内部応力の発生で磁歪効果により非晶質磁性合金
の透磁率が減少する。この変化をコイル33を用いてイ
ンダクタンスの形で検出し圧力(この場合は油圧)を測
定する様になっている。31 is a cylindrical soft magnetic body provided with an annular groove;
2 is an amorphous magnetic alloy disk having magnetostriction, 33 is a coil wound around the groove of the soft magnetic material, and 34 has one end in contact with the bottom of the groove and the other end in a plane with the opening surface of the soft magnetic material. The non-magnetic ring, 35 is a container for storing these, and 36 is a lid having a through hole 37 for transmitting pressure to the amorphous magnetic alloy. When hydraulic pressure is applied to the hydraulic pressure inlet 38, pressure is applied to the amorphous magnetic alloy disk 32 through the through hole 37, pushing it down in the soft magnetic groove, and stress is generated within the amorphous magnetic alloy disk. Due to the generation of this internal stress, the magnetic permeability of the amorphous magnetic alloy decreases due to the magnetostrictive effect. This change is detected in the form of inductance using a coil 33, and pressure (hydraulic pressure in this case) is measured.
発明が解決しようとする問題点
上記の様な構成のセンサは、円柱状の軟磁性体および磁
歪を有する非晶質磁性合金円板が磁気回路を構成し、圧
力によって非晶質合金に生した透磁率の変化すなわち磁
気回路の磁気抵抗変化を検出することによって圧力を検
知している。このじンザにおいては、トランスジューサ
部である磁気回路を構成する構成要素が分割されている
ため、センサ構成時に円柱状の軟磁性体の磁気抵抗を均
一に制御すること、及び前記軟磁性体と磁歪を有する非
晶質磁性合金の接触状態を均一にすることは難しく、こ
れらの原因によりセンザ組立時においても組立時インダ
クタンス値のバラツキを生じさせるとともに、その後の
センサの出力特11が大きく変化する要因となる。また
、これらの磁気回路構成要素がセンサ容器とr+I接接
触する構造であるため出力特性が温度により大きな影響
を受は易い等の欠点がある。Problems to be Solved by the Invention In a sensor configured as described above, a magnetic circuit is composed of a cylindrical soft magnetic material and an amorphous magnetic alloy disc having magnetostriction, and the magnetic circuit is composed of a cylindrical soft magnetic material and an amorphous magnetic alloy disk having magnetostriction. Pressure is detected by detecting changes in magnetic permeability, that is, changes in magnetic resistance of the magnetic circuit. In this Jinza, the components constituting the magnetic circuit, which is the transducer part, are divided, so it is necessary to uniformly control the magnetic resistance of the cylindrical soft magnetic material when configuring the sensor, and to combine the soft magnetic material with magnetostriction. It is difficult to make the contact state of an amorphous magnetic alloy uniform, and these causes cause variations in the inductance value at the time of assembly of the sensor, and are factors that cause the subsequent output characteristics 11 of the sensor to change significantly. becomes. Furthermore, since these magnetic circuit components are in r+I contact with the sensor container, there is a drawback that the output characteristics are easily affected by temperature.
以」二の欠点を除き、構成時及びその後のセンサ出力を
安定化させるとともに、出力特性の温度による変化の少
ない力学量センサを供給することが本発明の解決しよう
とする点である。It is an object of the present invention to eliminate the above-mentioned two drawbacks, to provide a mechanical quantity sensor that stabilizes the sensor output at the time of construction and thereafter, and whose output characteristics are less likely to change due to temperature.
問題点を解決するための手段
力学量センサ材料である磁歪を有する金属と、その金属
との熱膨脹係数差が2X10−6以下であるn1記金属
を支持する材料と、外部から印加された力が前記支持材
料を経由して前記金属に外部からの力が間接的に印加さ
れる構造を有し、力の印加によって前記磁歪を有する金
属に変位を生じさせ、その時生じる透磁率の変化を検出
する。Means for Solving the Problems A metal having magnetostriction which is a material for a mechanical quantity sensor, a material supporting the n1 metal having a thermal expansion coefficient difference of 2X10-6 or less, and a material that supports the metal having magnetostriction, which is a material for a mechanical quantity sensor, and It has a structure in which an external force is indirectly applied to the metal via the support material, and the application of force causes displacement of the magnetostrictive metal, and the change in magnetic permeability that occurs at that time is detected. .
作用
このような構成とすることによって、力を印加する容器
等からこの力学量センサ材料である磁歪を有する金属を
分離した構造となる。Function: With this configuration, the metal having magnetostriction, which is the material of the mechanical quantity sensor, is separated from the container or the like to which force is applied.
それにより、従来例で生じたコイルを内蔵した軟磁性材
料から生じる出力不安定性や軟磁性体とセンサ材料であ
る磁歪を有する金属との接触によって生じる接触状態の
不安定性を無(することができるとともに、温度変化に
よって生じる熱膨脹差による変化をも小さくできるため
、検出圧力以外の力のセンサ材料への影響を低減するこ
とが可能で、センサ出力特性の極めて安定な圧力センサ
を供給することができる。As a result, it is possible to eliminate the output instability caused by the soft magnetic material containing the coil, which occurs in the conventional example, and the instability of the contact state caused by the contact between the soft magnetic material and the magnetostrictive metal that is the sensor material. At the same time, changes due to differences in thermal expansion caused by temperature changes can be reduced, making it possible to reduce the effects of forces other than the detection pressure on the sensor material, making it possible to supply a pressure sensor with extremely stable sensor output characteristics. .
実施例 以下に本発明を実施例をもって詳述する。Example The present invention will be explained in detail below using examples.
実施例1 第1図は本特許の一実施例の断面図である。Example 1 FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of this patent.
1は円柱型センサ本体であり、45%Ni Fe合金か
らなる。前記容器の一方側に力の伝達手段である台座2
を配置し、印加された力を接点3によってセンサ本体に
伝える。本体の接点3部分の肉厚は薄く形成されている
為、印加された力をさらにその下部に形成した円筒状の
Fe系非晶質磁性合金4を配置しその両端を1のNi−
Fe合金と固着している。このときFe系非晶質磁性合
金とNi−Fe合金の熱膨張率の差は0.3X10−’
であった。5は円筒状の非晶質磁性合金の周囲に同心円
状に巻回したコイルである。6はセンサ出力検出用回路
であり、7は出力端子、8は台座を柔軟に固定するため
のゴムである。9はトランスジューサ部を固定するネジ
である。1 is a cylindrical sensor body made of 45% Ni Fe alloy. A pedestal 2 serving as a force transmission means is provided on one side of the container.
The applied force is transmitted to the sensor body through the contact 3. Since the wall thickness of the contact point 3 portion of the main body is thin, a cylindrical Fe-based amorphous magnetic alloy 4 formed under the applied force is placed below the contact point 3, and both ends of the cylindrical Fe-based amorphous magnetic alloy 4 are
It is firmly attached to the Fe alloy. At this time, the difference in thermal expansion coefficient between Fe-based amorphous magnetic alloy and Ni-Fe alloy is 0.3X10-'
Met. 5 is a coil concentrically wound around a cylindrical amorphous magnetic alloy. 6 is a sensor output detection circuit, 7 is an output terminal, and 8 is rubber for flexible fixing of the base. 9 is a screw for fixing the transducer part.
台座2から印加された力は台座を経由して円筒状の非晶
質磁性合金に伝達され、円筒長方向に圧縮力を印加する
。これによって30μmの厚みからなる円筒状の非晶質
磁性合金に変位を与える。The force applied from the pedestal 2 is transmitted to the cylindrical amorphous magnetic alloy via the pedestal, and compressive force is applied in the longitudinal direction of the cylinder. This gives displacement to a cylindrical amorphous magnetic alloy having a thickness of 30 μm.
この応力/変位によって非晶質磁性合金の透磁率は減少
し、インダクタンス変化が生じる。その結果を第2図に
示した。測定周波数は20kHzであった。力が10
kg / cJまでインダクタンス値は単調に減少し圧
力との間に一対一の対応が存在する。この関係によって
圧力の測定が可能となる。This stress/displacement reduces the magnetic permeability of the amorphous magnetic alloy and causes an inductance change. The results are shown in Figure 2. The measurement frequency was 20kHz. power is 10
Up to kg/cJ, the inductance value decreases monotonically and there is a one-to-one correspondence with the pressure. This relationship allows pressure to be measured.
また、この出力の温度特性は一30〜80℃の範囲でほ
ぼ同様なインダクタンス変化を示すとともに、加圧時と
減圧時の圧力ヒステリシスは第2図に示すように殆ど皆
無であった。Further, the temperature characteristics of this output showed almost the same inductance change in the range of -30 to 80°C, and there was almost no pressure hysteresis during pressurization and depressurization, as shown in FIG.
実施例2
第3図はは別の実施例を示す。11は円柱型センサ本体
であり、チタニウム合金からなる。前記容器の一方側に
力の伝達手段である台座12を配置し、印加された力を
接点13によってセンサ本体に伝える。本体の接点13
部分の肉厚は薄く形成されている為、印加された力をさ
らにその下部に形成した円柱状のチタニウム合金14に
伝達する。前記チタニウム合金は印加された円柱軸方向
の圧縮力により圧縮されるが、その径方向にはポアソン
結合により膨張する。これらによって発生した応力/歪
みを円柱状のチタニウム合金14の円周上に固着した磁
歪を有する円筒状のコバルト系非晶質磁性合金15の透
磁率の変化によって検出する。このときコバルト系非晶
質磁性合金とチタニウム合金の熱膨脹率の差は0.8X
10−6であった。16は円筒状の非晶質磁性合金の周
囲に同心円状に巻回したコイルである。17はセンサ出
力検出用回路であり、18は出力端子、19は台座を柔
軟に固定するためのゴムである。20はトランスジュー
サ部を固定するネジである。このセンサは1000 k
g / cdまでの力測定に充分耐えることができ、さ
らに高圧の測定も可能である。力センサとしての出力結
果は実施例1における場合とほぼ一致し、良好であった
。Embodiment 2 FIG. 3 shows another embodiment. 11 is a cylindrical sensor body made of titanium alloy. A pedestal 12 serving as a force transmitting means is arranged on one side of the container, and the applied force is transmitted to the sensor body through contacts 13. Main body contact 13
Since the wall thickness of the portion is formed thin, the applied force is further transmitted to the cylindrical titanium alloy 14 formed below. The titanium alloy is compressed by the applied compressive force in the axial direction of the cylinder, but expands in the radial direction due to Poisson coupling. The stress/strain generated by these is detected by the change in magnetic permeability of the cylindrical cobalt-based amorphous magnetic alloy 15 having magnetostriction fixed on the circumference of the cylindrical titanium alloy 14. At this time, the difference in coefficient of thermal expansion between the cobalt-based amorphous magnetic alloy and the titanium alloy is 0.8X.
It was 10-6. 16 is a coil concentrically wound around a cylindrical amorphous magnetic alloy. 17 is a sensor output detection circuit, 18 is an output terminal, and 19 is rubber for flexible fixing of the base. 20 is a screw for fixing the transducer section. This sensor is 1000k
It can withstand force measurements up to g/cd and is also capable of measuring even higher pressures. The output results as a force sensor were almost the same as in Example 1 and were good.
実施例3
第4図はさらに別の実施例を示す。21は円柱型センサ
本体であり、チタニウム合金からなる。前記容器の一方
側に力の伝達手段である台座22を配置し、印加された
力を接点23によってセンサ本体に伝える。本体の接点
23部分の肉厚は薄く形成されている為、印加された力
をさらにその下部に形成した凸型円柱状のチタニウム合
金24に伝達する。前記チタニウム合金は印加された軸
方向に変位するが、このとき25に形成した磁歪を有す
る鉄系線状非晶質合金に張力が印加される。ここで鉄系
線状非晶質合金は固状のごとくセンサ本体21に固定し
ている。このとき発生した応力/歪みを前記線状非晶質
磁性合金25の透磁率の変化によって検出する。このと
き鉄系非晶質磁性合金とチタニウム合金の熱膨脹率の差
は0.8X10−6であった。26は円筒状の非晶質磁
性合金の周囲に同心円状に巻回したコイルである。27
はセンサ出力検出用回路であり、28は出力端子、29
は台座を柔軟に固定するためのゴムである。30はトラ
ンスジューサ部を固定するネジである。このセンサは3
00 kg / cjまでの力測定に充分耐えることが
でき、さらに高圧の測定も可能である。圧力センサとし
ての出力結果は実施例1における場合とほぼ一致し、良
好であった。Embodiment 3 FIG. 4 shows yet another embodiment. 21 is a cylindrical sensor body made of titanium alloy. A pedestal 22 serving as a force transmitting means is arranged on one side of the container, and the applied force is transmitted to the sensor body through contacts 23. Since the wall thickness of the contact point 23 portion of the main body is formed thin, the applied force is further transmitted to the convex cylindrical titanium alloy 24 formed below. The titanium alloy is displaced in the axial direction of the applied tension, and at this time, tension is applied to the magnetostrictive iron-based linear amorphous alloy formed at 25. Here, the iron-based linear amorphous alloy is fixed to the sensor body 21 as if it were solid. The stress/strain generated at this time is detected by a change in magnetic permeability of the linear amorphous magnetic alloy 25. At this time, the difference in coefficient of thermal expansion between the iron-based amorphous magnetic alloy and the titanium alloy was 0.8×10 −6 . 26 is a coil wound concentrically around a cylindrical amorphous magnetic alloy. 27
is a sensor output detection circuit, 28 is an output terminal, 29
is the rubber that flexibly fixes the pedestal. 30 is a screw for fixing the transducer section. This sensor is 3
It can withstand force measurements up to 0.00 kg/cj and is also capable of measuring even higher pressures. The output results as a pressure sensor were almost the same as in Example 1 and were good.
以上述べた本発明の構造で、センサ部の磁歪を有する金
属と熱膨脹係数差が2X10−6以下である前記円筒を
支持する材料を用いた場合、実施例1.2および3に示
したものとほぼほぼ同様なセンサ出力を示したが、熱膨
脹係数差が2X10−6以上である場合、センサ出力の
温度特性は大きく変動し、出力の温度補正が極めて困難
となり本発明材料としては不適であった。このことより
、センサ部の磁歪を有する金属と前記金属を支持する材
料との熱膨脹係数差が2X10−6以下であることが安
定したセンサ出力の実現には必要である。In the structure of the present invention described above, when a material supporting the cylinder having a thermal expansion coefficient difference of 2X10-6 or less with the magnetostrictive metal of the sensor part is used, the structure shown in Examples 1.2 and 3 is used. Although the sensor outputs were almost the same, if the difference in coefficient of thermal expansion was 2X10-6 or more, the temperature characteristics of the sensor outputs fluctuated greatly, making temperature correction of the outputs extremely difficult, making them unsuitable as materials of the present invention. . From this, it is necessary to realize a stable sensor output that the difference in coefficient of thermal expansion between the magnetostrictive metal of the sensor portion and the material supporting the metal is 2×10 −6 or less.
また、非晶質磁性合金は結晶磁気異方性が極めて小さい
ため高透磁率を示し、材料に生じた磁歪がこの透磁率を
太き(変えるため、センサの検出感度を向上でき、本発
明のようなセンサ材料としては特に優れている。In addition, amorphous magnetic alloys exhibit high magnetic permeability due to their extremely small magnetocrystalline anisotropy, and the magnetostriction generated in the material increases (changes) this magnetic permeability, which improves the detection sensitivity of the sensor. It is particularly excellent as a sensor material.
発明の効果
本発明の力学量センサは、センサ出力の温度特性が極め
て良好であり、−30〜80℃の範囲でほぼ同様なイン
ダクタンス変化を示すとともに、力の印加時と力の開放
時の圧力ヒステリシスが殆ど皆無であるというセンサと
しての優れた効果をを有する。この結果検出精度が検出
力のフルスケールの 0.1% と高精度の力学量測定
を行うことが可能となり、また、構成が簡単なため、安
価に供給でき、種々の圧力制御に大きく貢献することが
できる。Effects of the Invention The mechanical quantity sensor of the present invention has extremely good temperature characteristics of the sensor output, exhibits almost the same inductance change in the range of -30 to 80°C, and exhibits a change in pressure when force is applied and when force is released. It has an excellent effect as a sensor with almost no hysteresis. As a result, the detection accuracy is 0.1% of the full scale of the detection power, making it possible to measure mechanical quantities with high precision.In addition, because the configuration is simple, it can be supplied at low cost, making it a great contribution to various pressure controls. be able to.
第1図は本発明の一実施例における力学量センサの断面
図、第2図は圧力とインダクタンス変化の関係を示すグ
ラフ、第3図は本発明の第2の実施例の断面図、第4図
は本発明の第3の実施例の断面図、第5図は従来例のセ
ンサの断面図である。
■・・・・円柱型センサ本体、2・・・・力の伝達手段
である台座、3・・・・台座とセンサ本体の接点、4・
・・・円筒状のF’ e系非晶質磁性合金、5・・・・
同心円状に巻回したコイル、6・・・・センサ出力検出
用回路、7・・・・出力端子、8・・・・台座固定ゴム
、9・・・・トランスジューサ部固定ネジ。
代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名第1図
第2図
力 (K9 / cynすFIG. 1 is a cross-sectional view of a mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing the relationship between pressure and inductance change, FIG. 3 is a cross-sectional view of a second embodiment of the present invention, and FIG. The figure is a sectional view of a third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view of a conventional sensor. ■...Cylindrical sensor body, 2...Pedestal which is a means of transmitting force, 3...Contact point between pedestal and sensor body, 4...
...Cylindrical F' e-based amorphous magnetic alloy, 5...
Coil wound concentrically, 6...Sensor output detection circuit, 7...Output terminal, 8...Pedestal fixing rubber, 9...Transducer fixing screw. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao (K9/cynsu)
Claims (2)
が2×10^−^6以下である前記金属を支持する材料
とを備え、外部から印加された力が前記支持材料を経由
して前記金属に外部からの力が間接的に印加される構造
を有し、力の印加によって前記磁歪を有する金属に変位
を生じさせ、その時生じる透磁率の変化を検出すること
を特徴とする力学量センサ。(1) A metal that has magnetostriction and a material that supports the metal and has a difference in coefficient of thermal expansion of 2×10^-^6 or less between the metal and the metal, and a force applied from the outside is passed through the support material. Dynamics has a structure in which an external force is indirectly applied to the metal, and the application of force causes displacement of the magnetostrictive metal, and the change in magnetic permeability that occurs at that time is detected. quantity sensor.
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の力学量センサ。(2) The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the magnetostrictive metal is an amorphous magnetic alloy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62156821A JPS641924A (en) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | Dynamic quantity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62156821A JPS641924A (en) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | Dynamic quantity sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH011924A true JPH011924A (en) | 1989-01-06 |
| JPS641924A JPS641924A (en) | 1989-01-06 |
Family
ID=15636081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62156821A Pending JPS641924A (en) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | Dynamic quantity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS641924A (en) |
-
1987
- 1987-06-24 JP JP62156821A patent/JPS641924A/en active Pending
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