JPH0221233A - 圧力センサ - Google Patents

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。

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の応力磁気効果を用いた圧力セ
ンサに関するものである。

従来の技術 磁歪を有する非晶質磁性合金に応力を外部から印加する
とその透磁率が変化するという性質、いわゆる応力磁気
効果を用いた力学量のセンサが注目されている。たとえ
ばこの原理を用いた圧力センサが特願昭５７−１９０４
２１号、同５８−１９５２３９号公報等に開示されてい
る。

第５図は後者の公報に開示された圧力センサの概略を示
す断面図である。３１は円環状の溝が設けられた円柱状
の軟磁性体で、３２は磁歪を有する非晶質磁性合金、３
３は前記軟磁性体３１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、３
６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。

圧力が油圧導入部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、これを軟磁性体
溝部において押し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応力磁気効果により非晶
質磁性合金の透磁率が減少する。この変化を電気磁気的
手段の一つであるコイル３３を用いてインダクタンスの
形で検出し圧力を測定する様になっている。

謀 発明が解決しようとする間層ｌ しかしながら、上記の様な構成の従来の圧力センサにお
いては、センサの出力特性は非晶質磁性合金円板３２に
透孔３７を通じて印加される圧力とコイル３３の位置す
る軟磁性体溝部の圧力差に上って決定される。すなわち
磁性体溝部には大気が存在するため、センサの検出出力
は大気圧と計測圧力との差圧を検出していることになる
。大気圧は例えば航空機、ロケットが飛ぶ高度が高い空
間では１／２気圧（１／２ｋｇｆ／ｃｍ２）以下となる
こともあり、計測場所や計測時間によって異なる。この
ことは前述のような従来例のセンサでは計測場所や計測
時間によって誤差を生じることを示している。特に計測
圧力が低い、例えば数気圧レンジの圧力センサの場合、
この誤差は極めて大きくなり、低圧用圧力計測には適さ
なくなる。

また、前述の従来例のセンサでは非晶質磁性合金円板の
表裏にそれぞれ計測圧力媒体の油や大気が直接接触する
ため、酸化性雰囲気にさらされた場合、非晶質磁性合金
が腐食されセンサ出力が経時変化する。また、センサが
外界から熱輻射を受けた場合、非晶質磁性合金に接触し
たセンサ構成部材や非晶質磁性合金自体がそれぞれ熱膨
張するため熱応力が生じ、このためセンサ出力に誤差を
生じる。以上のように、従来例のセンサでは出力精度の
よいセンナは期待できない。

本発明は、このような従来の圧力センサの課題に鑑み、
出力精度の高い、絶体圧の計測が可能な圧力センサを提
供することを目的とする。

課題を解決するための手段 請求項１の本発明は、圧力の導入口と、少なくとも該圧
力によって歪が生じる変形部分を仔し、少なくとも該変
形部分に磁歪を有する非晶質磁性合金を固着し、該非晶
質磁性合金と磁気回路をなすように、非晶質磁性合金の
透磁率を計測する電気磁気的手段を存し、圧力印加にと
もなう電気磁気的手段の出力から圧力を検出する圧力セ
ンサにおいて、少なくとも該変形部分に固着した非晶質
磁性合金の非固着表面部が真空雰囲気にさらされる構造
を何する圧力センサである。

請求項２の本発明は、圧力の導入口と、該圧力によって
歪が生じる変形部分と、圧力によって歪が生じない非変
形部分とを有し、前記変形部分及び非変形部分にそれぞ
れあるいは双方にわたって連続した、磁歪を有する非晶
質磁性合金を固着し、前記非晶質磁性合金と磁気回路を
なすよう変形部分と非変形部分にそれぞれ非晶質磁性合
金の透磁率を計測する電気磁気的手段を有し、圧力印加
にともなう前記２個の電気磁気的手段の出力差から圧力
を検出する圧力センサにおいて、少なくとも変形部分に
固着した非晶質磁性合金の非固着表面部が真空雰囲気に
さらされる構造を有する圧力センサである。

作用 本発明は、上記のような構成にすることにより、計測圧
力により変形を受ける変形部分に固着した非晶質磁性合
金に印加される応力は常に計測圧力のみに依存する。こ
のため、非晶質磁性合金の透磁率が変化し、この変化を
電気磁気的手段によって検出することにより真空圧力と
計測圧力の差すなわち絶対圧の計測が可能となる。

また、センサが外界から熱輻射を受けても、非品質磁性
合金への熱伝達は真空部分からは抑制されるため、該変
形部分からの熱伝達や熱応力を制御すればよく、センサ
精度の向上が図れる。さらに非晶質磁性合金に計測圧力
媒体の油や環境大気が直接接触しないため、センサが酸
化性雰囲気にさらされた場合においても、非晶質磁性合
金が腐食されたりすることはない。このため、センサ出
力の経時変化が生じない。

以上のように本発明の圧力センサでは計測時の大気圧に
不感かつ温度などの計測環境変化のセンサ出力への影響
を少なくした高精度で、経時変化のない圧力計測が可能
となる。

実施例 本発明を以下の実施例を用いて詳述する。

実施例１ 第１図は本発明の圧力センサの一実施例の断面図である
。１はチタニウム合金からなる外径１０ｍ　ｒｌ’ｈ　
　内径９．７ｍｍの円管であり、その円管内部には検出
すべき圧力を円管の一端部より圧力導入口２を通じて円
管内に印加できるようになっている。また、他の一端は
閉じられた構造になっており、その円管の外側中央部に
、長方形状で磁歪を有する鉄系非晶質磁性合金３を軸周
に巻回、センサ使用温度より高温で固着しである。この
時、鉄系非晶質磁性合金と円筒管１を構成するチタニウ
ム合金との線熱膨張係数差はｌＸｌ０−６であり、チタ
ニウム合金の方が少し大きい。このため、センサ使用温
度領域では非晶質磁性合金薄帯に常に面内圧縮応力が印
加されている状態にある。４は、金属円管１の周囲に同
心円状に巻回したコイルである。さらに該コイルの外側
に４８％Ｎｉ−Ｆｅからなる容器５を設けである。６は
センサ出力用回路であり、７は出力端子、８はセンサ取
り付は用ネジである。ここで該容器５と非晶質磁性合金
を固着したチタニウム合金円管１とでなす空間９は５Ｘ
１（１３Ｔｏ　ｒ　ｒの真空度にし外部がら隔離しであ
る。

印加圧力を変化させた場合、コイルにインダクタンス変
化が生じる。その結果を第２図に示す。

計測周波数は３０ｋＨｚ、印加磁界は１６０　Ａ／ｍで
ある。縦軸は絶対圧Ｏｋｇｆ／ｃｍ２でのインダクタン
ス値し９に対する各圧力でのインダクタンス値りとの比
を示す。圧力が１０ｋｇｆ／ａｍ２（絶対圧）までイン
ダクタンスは圧力に対し直線的に変化する。また、出力
が一３０〜１２０″Ｃの範囲でほぼ直線的なセンサが得
られ、また加圧時と減圧時の圧力ヒステリシスもフルス
ケールの１％以下と殆ど生じなかった。また雰囲気の急
激な温度変化があったに場合にもセンサ出力は安定であ
った。これはトランスジューサ部への熱伝達が主として
熱容量の大きく温度変化がしにくいセンサ取り付は体か
らであるためである。さらに本実施例のセンサは真空部
分を持たない構造のセンサに比べより長時間の出力安定
性を示した。これは接着剤としてエポキシ系接着剤を用
いた場合特に顕著であった。経時的センサ出力が変化す
る要因としては接着剤の大気中の水などとの反応、非晶
質磁性合金の大気による酸化などが考えられる。

実施例２ 第３図は本発明の圧力センサの他の実施例の断面図であ
る。１１はチタニウム合金からなる外径１０ｍｍの円柱
であり、その円柱内部には内径９．５ｍｍの円管部１２
があり、検出すべき圧力を円管の一端部より圧力導入口
１３を通じて円管内に印加できるようになり、圧力によ
る変形部分１４を形成している。また、他の一端は孔の
ない閉じられた構造になってい、圧力によっても変形の
生じない非変形部分１５を設けている。前記変形及び非
変形部分の円柱外側をおおうようにその円管の外側中央
部に、磁歪を有する鉄系非晶質磁性合金１６を巻回、セ
ンサ使用温度より高温で固着し、センサ使用温度領域で
は非晶質磁性合金薄帯面に面内圧縮応力を生じせしめで
ある。この時、鉄系非晶質磁性合金と円柱１１を構成す
るチタニウム合金との線熱膨張係数差はｌＸ１０−６で
あり、チタニウム合金の方が少し大きい。さらに変形及
び非変形部分の外側に円筒状のボビン１７を設け、その
上に同心円状に巻回したコイル１８をそれぞれ配置しで
ある。さらに該コイルの外側に透磁率の高い磁性材料で
ある４８％Ｎｉ−Ｆｅからなる容器１９を設はセンサの
磁気回路を構成するとともに外部からの磁気的な撹乱に
強い磁気シールドの役目をしている。２０はセンサ出力
用回路であり、２１はセンサ取り付は用ネジである。こ
こで該容器１９と非晶質磁性合金を固着したチタニウム
合金円柱１１とでなす空間２２は、ｌＸｌ０−２Ｔｏｒ
ｒの真空度にし外部から隔離しである。

印加圧力を変化させた場合、主として変形部分のコイル
にインダクタンス変化が生じ、非変形部分のコイルのイ
ンダクタンスは殆ど変化しない。

この２つのインダクタンス値の差を検出する回路によっ
て一３０〜１２０°Ｃの温度域で精度がフルスケールの
４％以下のより高精度の計測が可能となる。センサの出
力結果を第４図に示す。計測周波数は５０　ｋ　Ｈｚ、
　　印加磁界は約１００Ａ／ｍの設計である。圧力が２
０ｋｇｆ／ｃｍ２（絶対圧）まで出力は圧力に対し直線
的に変化する。本実施例のセンサの出力は基本的には実
施例１と同様な高精度かつ経時変化の少ないものであっ
たが、インダクタンス差を計測することによってより高
精度の計測が可能となった。

本実施例の場合、非変形部分に固着した非晶質磁性合金
は非固着部分からの圧力を受ける。この非固着部分も真
空である方がよいが、一般にこの部分の圧力変化による
非晶質磁性合金の透磁率変化は通常の計測条件下では小
さく無視できる。このため、非変形部分に固着された非
晶質磁性合金の非固着部分は真空雰囲気でなくてもよい
。

以上のように、本発明の圧力センサでは真空圧力と計測
圧力の差すなわち絶対圧の高精度かつ安定な計測が可能
となる。

本発明の実施例では固着した非晶ｌｆ１＠性合金の非固
着表面部が真空雰囲気がＬＸ　１０−２Ｔｏ　ｒ　ｒ以
下の値の真空における例を記述したが、■×１０〜’Ｔ
ｏ　ｒ　ｒの値以下の高真空であれば実施例と同様の効
果が期待できる。この値以上の低真空領域下では真空部
分の体積が小さくなると測定精度を低下させる。

発明の効果 本発明に係る圧力センサは、上述のように印加圧力によ
るすくなくとも変形部分に固着した非晶質磁性合金の非
固着表面部が真空雰囲気にさらされる構造を有すること
により、絶対圧を計測でき広い計測温度領域で周囲の温
度変化にも安定で、高精度で出力直線性を有しかつ長時
間安定な出力を維持するという効果を有する。またこの
圧力センサは構造が簡単なため、安価に供給が可能でか
つ上記の効果を有するため、自動車、航空機、ロケット
や各種機械の制御分野に適切なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る圧力センサの断面図、第
２図は同実施例のコイルの圧力によるインダクタンス値
の変化を示す図、第３図は本発明の別の実施例の断面図
、第４図に同実施例のセンサの出力結果を示す図、第５
図は従来の圧力センサの概略を示す断面図である。 １・・・チタニウム合金製円筒管、２・・・圧力導入口
、３・・・磁歪を有する鉄系非晶質磁性合金、４・・・
コイル、５・・・容器、６・・・センサ出力用回路、７
・・・出力端子、８・・・センサ取り付は用ネジ、９・
・・真空空間、 １１・・・チタニウム合金製円柱、１２・・・円管部１
２．１３・・・圧力導入口、１４・・・圧力による変形
部分、１５・・・圧力によっても変形の生じない非変形
部分、１６・・・磁歪を有する鉄系非晶質磁性合金、１
７・・・ボビン、　１８・・・コイル、　１９・・・４
８％Ｎｉ−Ｆｅ製容器、２０・・・センサ出力用回路、
２１・・・センサ取り付は用ネジ、２２・・・真空空間
、３１・・・円柱状の軟磁性体、３２・・・磁歪を有す
る非晶質磁性合金、３３・・・軟磁性体の溝部に巻装さ
れたコイル、３４・・・非磁性リング、３５・・・容器
、３６・・・透孔、３７・・・蓋部、３８・・・油圧導
入部。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第 図 円筒管 圧力導入口 非晶懺鹿柱合金 コイル 第３図 第２図 絶′！Ｂｒｉ力 （Ｋｇｆ／ｃｍ”　） 絶対圧力 （Ｋｇｆ／Ｃｍ２）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力の導入口と、少なくとも該圧力によって歪が
   生じる変形部分を有し、少なくとも該変形部分に磁歪を
   有する非晶質磁性合金を固着し、該非晶質磁性合金と磁
   気回路をなすように、非晶質磁性合金の透磁率を計測す
   る電気磁気的手段を有し、圧力印加にともなう電気磁気
   的手段の出力から圧力を検出する圧力センサにおいて、
   少なくとも該変形部分に固着した非晶質磁性合金の非固
   着表面部が真空雰囲気にさらされる構造を有することを
   特徴とする圧力センサ。
2. （２）圧力の導入口と、該圧力によって歪が生じる変形
   部分と、圧力によって歪が生じない非変形部分とを有し
   、前記変形部分及び非変形部分にそれぞれあるいは双方
   にわたって連続した、磁歪を有する非晶質磁性合金を固
   着し、前記非晶質磁性合金と磁気回路をなすよう変形部
   分と非変形部分にそれぞれ非晶質磁性合金の透磁率を計
   測する電気磁気的手段を有し、圧力印加にともなう前記
   ２個の電気磁気的手段の出力差から圧力を検出する圧力
   センサにおいて、少なくとも変形部分に固着した非晶質
   磁性合金の非固着表面部が真空雰囲気にさらされる構造
   を有することを特徴とする圧力センサ。
3. （３）請求項１又は２項記載の前記真空雰囲気が１０＾
   −＾１Ｔｏｒｒ以下の圧力であることを特徴とする圧力
   センサ。