JPH02228535A - 音叉形水晶圧力測定方法およびその装置 - Google Patents
音叉形水晶圧力測定方法およびその装置Info
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- JPH02228535A JPH02228535A JP2002666A JP266690A JPH02228535A JP H02228535 A JPH02228535 A JP H02228535A JP 2002666 A JP2002666 A JP 2002666A JP 266690 A JP266690 A JP 266690A JP H02228535 A JPH02228535 A JP H02228535A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L21/00—Vacuum gauges
- G01L21/16—Vacuum gauges by measuring variation of frictional resistance of gases
- G01L21/22—Vacuum gauges by measuring variation of frictional resistance of gases using resonance effects of a vibrating body; Vacuum gauges of the Klumb type
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/08—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
- G01L9/085—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor with temperature compensating means
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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。
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〕
本発明は測定技術の分野にあって、独立の請求項１の前
文による音叉形水晶圧力計または圧力計器の手段によっ
て圧力を測定する方法および請求項６の前文によるこの
方法を実施する装置に関する。
文による音叉形水晶圧力計または圧力計器の手段によっ
て圧力を測定する方法および請求項６の前文によるこの
方法を実施する装置に関する。
真空分野の圧力測定用の音叉形水晶振動子の使用は公知
であり、例えば水晶動作時計またはクロックに使用され
ている。二つの間接的測定方法が使用され得る。
であり、例えば水晶動作時計またはクロックに使用され
ている。二つの間接的測定方法が使用され得る。
第１方法では、音叉形水晶の共鳴周波数が周囲の圧力に
依存するという事実が利用される（ケーコクプン等（Ｋ
、Ｋｏｋｕｂｕｎ ｅｔ ａｎ： ｒガス圧力での水晶
発振子の周波数依存（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｐｅｎ
ｄｅｎｃｅｏｆ ｑｕａｒｔｚ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ
ｓ ｏｎ ｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ） Ｊ 、ジエ、
ヴイエシ、サイアンティフィク テクノロジ。
依存するという事実が利用される（ケーコクプン等（Ｋ
、Ｋｏｋｕｂｕｎ ｅｔ ａｎ： ｒガス圧力での水晶
発振子の周波数依存（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｐｅｎ
ｄｅｎｃｅｏｆ ｑｕａｒｔｚ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ
ｓ ｏｎ ｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ） Ｊ 、ジエ、
ヴイエシ、サイアンティフィク テクノロジ。
（ｉｎ Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈｎｏｌ、）Ａ３
（６）、１１月／１２月 １９８５．２１８４ｆｆ）。
（６）、１１月／１２月 １９８５．２１８４ｆｆ）。
しかしながらこの測定方法は約１０’Ｐａの圧力制限以
下で失敗する。なぜならこの値以下では共鳴周波数があ
る制限される程度まで変化するにすぎないので、使用可
能な評価は最早や不可能であり、そのためこの方法は実
際には使用され得ない。
下で失敗する。なぜならこの値以下では共鳴周波数があ
る制限される程度まで変化するにすぎないので、使用可
能な評価は最早や不可能であり、そのためこの方法は実
際には使用され得ない。
多くの異なる方法で現在も使用されている第２の方法は
減衰の圧力依存、すなわち例えば共鳴周波数で直列抵抗
を測定することによって評価される水晶発振回路の圧力
可変品質に基づくものである（ケー、コクブン等（に、
にｏｋｕｂｕｎ ｅｔ ａｆ）： ｒガス圧力での水晶
発振子インピーダンス依存を説明する統一式（Ｕｎｉｔ
ｉｅｄ ｆｏｒｎ＋ｕｌａ ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｔ
ｈｅｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ
ａ ｑｕａｒｔｚ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｏｎ ｇａ
ｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ） Ｊ 、ジエ、ヴイエシ、サイ
エンス テクノロジ（ｉｎ Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ、）Ａ５（４）、７月／８月１９８７．２４
５Ｏｆｆ、 ＥＰ−０−１８０−２９７−Ａ２；ＥＰ−
０−２３３−０５４−Ａ２）。これによって約１から１
０’Ｐａの使用可能な測定範囲および約１０％の相対測
定精度が達成される。
減衰の圧力依存、すなわち例えば共鳴周波数で直列抵抗
を測定することによって評価される水晶発振回路の圧力
可変品質に基づくものである（ケー、コクブン等（に、
にｏｋｕｂｕｎ ｅｔ ａｆ）： ｒガス圧力での水晶
発振子インピーダンス依存を説明する統一式（Ｕｎｉｔ
ｉｅｄ ｆｏｒｎ＋ｕｌａ ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｔ
ｈｅｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ
ａ ｑｕａｒｔｚ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｏｎ ｇａ
ｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ） Ｊ 、ジエ、ヴイエシ、サイ
エンス テクノロジ（ｉｎ Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ、）Ａ５（４）、７月／８月１９８７．２４
５Ｏｆｆ、 ＥＰ−０−１８０−２９７−Ａ２；ＥＰ−
０−２３３−０５４−Ａ２）。これによって約１から１
０’Ｐａの使用可能な測定範囲および約１０％の相対測
定精度が達成される。
しかしながら、共鳴周波数および直列抵抗の双方が圧力
に依存するだけでなく多くの他の影響にも依存するとい
うことはこの音叉形水晶圧力計の重要な不利益になる。
に依存するだけでなく多くの他の影響にも依存するとい
うことはこの音叉形水晶圧力計の重要な不利益になる。
圧力計の機械的、電気的および熱動特性的構成（参照、
同一出願人および同−出願日の特許出願第・・・号の解
）および測定体積のガス形（参照、同−出願日で同一出
願人の特許出願第・・・号）の他に、測定の振舞いの重
要な影響は水晶表面の汚染およびよごれによってより特
別に及ぼされる。実質的に全ての間接的に測定する真空
ゲージ（例えばピラニおよびイオンゲージ）で生ずる測
定部材の汚染は、他の影響と同様に水晶表面に対する真
空ポンプからのオイル蒸気付着に特に起因する。これは
水晶を洗浄または置換することによって原則的には抑え
られるけれども、問題は重大である。なぜなら今までに
、汚染の程度を確立しさらに測定技術の基礎としてその
効果を補償することが可能になるいかなる方法もなかっ
たからである。品質変化の測定に基づく圧力計の場合に
は、この汚染は測定結果を徐々に偽造することによって
現われるにすぎない。しかしながらこれにより、より長
期の測定の連続の場合には著しい不確定性に至り、その
場合に水晶の洗浄または置換は測定の一定性の理由とし
て不可能である。
同一出願人および同−出願日の特許出願第・・・号の解
）および測定体積のガス形（参照、同−出願日で同一出
願人の特許出願第・・・号）の他に、測定の振舞いの重
要な影響は水晶表面の汚染およびよごれによってより特
別に及ぼされる。実質的に全ての間接的に測定する真空
ゲージ（例えばピラニおよびイオンゲージ）で生ずる測
定部材の汚染は、他の影響と同様に水晶表面に対する真
空ポンプからのオイル蒸気付着に特に起因する。これは
水晶を洗浄または置換することによって原則的には抑え
られるけれども、問題は重大である。なぜなら今までに
、汚染の程度を確立しさらに測定技術の基礎としてその
効果を補償することが可能になるいかなる方法もなかっ
たからである。品質変化の測定に基づく圧力計の場合に
は、この汚染は測定結果を徐々に偽造することによって
現われるにすぎない。しかしながらこれにより、より長
期の測定の連続の場合には著しい不確定性に至り、その
場合に水晶の洗浄または置換は測定の一定性の理由とし
て不可能である。
したがって本発明の問題は、音叉形水晶圧力計の手段で
圧力を測定する方法および汚染−独立測定結果を実質的
に供給する対応装置を提供することである。この問題は
二つの独立請求項の特徴によって解決される。
圧力を測定する方法および汚染−独立測定結果を実質的
に供給する対応装置を提供することである。この問題は
二つの独立請求項の特徴によって解決される。
〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は、音
叉形水晶の減衰および共鳴周波数が圧力および汚染の双
方に依存するが、驚くべきことには減衰中の圧力影響が
汚染よりも意義を有し、共鳴周波数が汚染に太き（依存
するが圧力には制限される程度に依存するにすぎないと
の発見に基づ（ものである。
叉形水晶の減衰および共鳴周波数が圧力および汚染の双
方に依存するが、驚くべきことには減衰中の圧力影響が
汚染よりも意義を有し、共鳴周波数が汚染に太き（依存
するが圧力には制限される程度に依存するにすぎないと
の発見に基づ（ものである。
本発明の利益は、圧力および汚染の同時に存在する影響
が分離されることによって表面汚染によって生ずる音叉
形水晶の発振の振舞いに対する変化の連続モニタリング
および／または補償が可能になるということである。か
くして、測定精度およびメインテナンスの容易性に関し
て同一分野における従来の音叉形水晶圧力計およびピラ
ニゲージ機能よりも明らかにすぐれている汚染−独立音
叉形水晶圧力針を得ることが可能になる。また、本発明
の好ましい実施例では周期洗浄でさえ除去され得ない腐
食性影響を検出しさらにこれに対応して補償することを
可能にする。
が分離されることによって表面汚染によって生ずる音叉
形水晶の発振の振舞いに対する変化の連続モニタリング
および／または補償が可能になるということである。か
くして、測定精度およびメインテナンスの容易性に関し
て同一分野における従来の音叉形水晶圧力計およびピラ
ニゲージ機能よりも明らかにすぐれている汚染−独立音
叉形水晶圧力針を得ることが可能になる。また、本発明
の好ましい実施例では周期洗浄でさえ除去され得ない腐
食性影響を検出しさらにこれに対応して補償することを
可能にする。
以下に、本発明の方法および好ましい実施例が図面に関
連して詳細に説明する。
連して詳細に説明する。
第１図は圧力Ｐの関数として音叉形水晶の共鳴周波数ｆ
、の質的変化を示す。第２図は水晶の振動減衰の基準と
して役立つ直列抵抗Ｒ８の対応変化を示す。それらの表
示は約１０°および１０’Ｐａ間の音叉形水晶圧力計の
適切使用可能圧力範囲に制限される。共鳴周波数は約１
０’−１０３Ｐａ以下で実質的に一定に維持し、直列抵
抗は全圧力範囲にわたって準対数的変化を有する。かく
して既に記述したように、共鳴周波数による圧力測定は
物理的限界に比較的すぐに直面せられることが明らかで
あるが、直列抵抗の評価は約５デカードにわたって可能
である。図示される曲線は純粋な質的方法で理解される
べきでありさらに実際の環境（温度、ガス形等）の関数
について異なり得る。
、の質的変化を示す。第２図は水晶の振動減衰の基準と
して役立つ直列抵抗Ｒ８の対応変化を示す。それらの表
示は約１０°および１０’Ｐａ間の音叉形水晶圧力計の
適切使用可能圧力範囲に制限される。共鳴周波数は約１
０’−１０３Ｐａ以下で実質的に一定に維持し、直列抵
抗は全圧力範囲にわたって準対数的変化を有する。かく
して既に記述したように、共鳴周波数による圧力測定は
物理的限界に比較的すぐに直面せられることが明らかで
あるが、直列抵抗の評価は約５デカードにわたって可能
である。図示される曲線は純粋な質的方法で理解される
べきでありさらに実際の環境（温度、ガス形等）の関数
について異なり得る。
水晶表面の汚染（付着）の結果として、水晶の質量が増
加するのでその振動動作は変化する。振動回路の品質が
減少しすなわち対応する交互減衰（例えば直列抵抗）が
増加し、他方共鳴周波数は減少する。かくして、自然に
音叉形水晶圧力計の測定精度は減じられる。該汚染が比
較的制限された範囲で直列抵抗に影響を及ぼすにすぎな
いことが示されていたけれども、測定特性に対するこの
変化は望まれていないということが自然である。
加するのでその振動動作は変化する。振動回路の品質が
減少しすなわち対応する交互減衰（例えば直列抵抗）が
増加し、他方共鳴周波数は減少する。かくして、自然に
音叉形水晶圧力計の測定精度は減じられる。該汚染が比
較的制限された範囲で直列抵抗に影響を及ぼすにすぎな
いことが示されていたけれども、測定特性に対するこの
変化は望まれていないということが自然である。
特に、永続する一連の測定の場合には、測定結果を偽っ
て伝えることが増加するようになる。
て伝えることが増加するようになる。
圧力可変がわずかにすぎない共鳴周波数が汚染に著しく
依存することが発見されたことは驚くべきことであった
。共鳴周波数を介する圧力測定が生産的でないので、い
かなる意義も今までこれに加えられなかった。本発明は
共鳴周波数を測定することによって決定される汚染係数
で圧力決定に適していると知られている減衰信号（直列
抵抗）を補正することに基づく。以下に若干の数学的検
討が理解を容易にするためになされる。これらは完全に
十分である圧力範囲Ｐ ＜１０’Ｐａにより詳細に適用
される。なぜなら高圧力での減衰に基づく汚染の影響は
無視できまた一般には補償される必要がないからである
。
依存することが発見されたことは驚くべきことであった
。共鳴周波数を介する圧力測定が生産的でないので、い
かなる意義も今までこれに加えられなかった。本発明は
共鳴周波数を測定することによって決定される汚染係数
で圧力決定に適していると知られている減衰信号（直列
抵抗）を補正することに基づく。以下に若干の数学的検
討が理解を容易にするためになされる。これらは完全に
十分である圧力範囲Ｐ ＜１０’Ｐａにより詳細に適用
される。なぜなら高圧力での減衰に基づく汚染の影響は
無視できまた一般には補償される必要がないからである
。
水晶発振回路減衰の基準として直列抵抗Ｒｃに対して以
下のように書くことができる：Ｒｓ＝Ｒ，＋Ｒ（１） Ｒ＝αＰ＋βｍ （２）ｍは汚染
に対して音叉に加えられる質量を示し、Ｐは圧力であり
、さらにＲｏはＰ＝Ｏおよびｍ＝Ｏでの残留抵抗である
。ここにαおよびβは正係数である。
下のように書くことができる：Ｒｓ＝Ｒ，＋Ｒ（１） Ｒ＝αＰ＋βｍ （２）ｍは汚染
に対して音叉に加えられる質量を示し、Ｐは圧力であり
、さらにＲｏはＰ＝Ｏおよびｍ＝Ｏでの残留抵抗である
。ここにαおよびβは正係数である。
水晶の直列共鳴周波数ｆＲに対して、下記が適用される
： ［１＝ｆＯ−ｆ （３）ｆ
＝ｒＰ＋δｍ （４）ここにｒ
ｏはＰ＝Ｏおよびｍ＝ｏでの共鳴周波数であり、Ｔおよ
びδは正の係数である。
： ［１＝ｆＯ−ｆ （３）ｆ
＝ｒＰ＋δｍ （４）ここにｒ
ｏはＰ＝Ｏおよびｍ＝ｏでの共鳴周波数であり、Ｔおよ
びδは正の係数である。
圧力Ｐについて式（１）から（４）の解は下記のように
なる： 従来の発振水晶が３２ＫＨ２範囲にある実験の係数決定
では下記典形値が与えられる： α＝５１０”／Ｐａ Ｔ ＝ １０− ’Ｈｚ ／ Ｐａ （αδ／βδ）＃５０００ 物理的に、値（αδ／βＴ）は二つの圧力測定方法の異
なる汚染感度の基準である。共鳴周波数を測定すること
による圧力測定は減衰（直列抵抗）を測定することによ
る圧力測定よりも汚染に対する感度で近似的に５０００
以上のファクタだけ反応する。
なる： 従来の発振水晶が３２ＫＨ２範囲にある実験の係数決定
では下記典形値が与えられる： α＝５１０”／Ｐａ Ｔ ＝ １０− ’Ｈｚ ／ Ｐａ （αδ／βδ）＃５０００ 物理的に、値（αδ／βＴ）は二つの圧力測定方法の異
なる汚染感度の基準である。共鳴周波数を測定すること
による圧力測定は減衰（直列抵抗）を測定することによ
る圧力測定よりも汚染に対する感度で近似的に５０００
以上のファクタだけ反応する。
これらの数値について、式（５）の右側の分母は１に設
定し得る： Ｐ＝ （１／α）・（Ｒ−［β／δ１・ｆ） （
６）かくして、上記数値を用いて： Ｐ ＝ （２，１０−’Ｐａ／Ω・Ｒ） −（２Ｐａ／
Ｈｚ−ｆ） （７）量Ｒ０およびｆ。は従来の較正ま
たは衡平を保たせて決定されまたは考慮される。かくし
て弐（６）および（７）において、値Ｒまたはｆを（Ｒ
ｏ Ｒｏ）またはｆｉ ｆｏに代えることは可能
であり、結果として式（６）から下記のようになる： Ｐ＝（１／α）・（Ｒ１［β／δ１・ｆｌｔ）−（（１
／α）・（Ｒｏ ［β／δ１・ｆ、）） （８）
または Ｐ＝（１／α）・（ＲＳ−［β／δ１・ｆｉ）＋Ｋｔ
（９）式（８）および（９）は、発振水晶の二つの
利用可能な出力信号すなわちＲ８およびｆ、を評価する
ことによって、汚染に独立な方法における本発明に係る
有効圧力を測定することがいかにして可能になるかを示
す。
定し得る： Ｐ＝ （１／α）・（Ｒ−［β／δ１・ｆ） （
６）かくして、上記数値を用いて： Ｐ ＝ （２，１０−’Ｐａ／Ω・Ｒ） −（２Ｐａ／
Ｈｚ−ｆ） （７）量Ｒ０およびｆ。は従来の較正ま
たは衡平を保たせて決定されまたは考慮される。かくし
て弐（６）および（７）において、値Ｒまたはｆを（Ｒ
ｏ Ｒｏ）またはｆｉ ｆｏに代えることは可能
であり、結果として式（６）から下記のようになる： Ｐ＝（１／α）・（Ｒ１［β／δ１・ｆｌｔ）−（（１
／α）・（Ｒｏ ［β／δ１・ｆ、）） （８）
または Ｐ＝（１／α）・（ＲＳ−［β／δ１・ｆｉ）＋Ｋｔ
（９）式（８）および（９）は、発振水晶の二つの
利用可能な出力信号すなわちＲ８およびｆ、を評価する
ことによって、汚染に独立な方法における本発明に係る
有効圧力を測定することがいかにして可能になるかを示
す。
Ｋ１は対応する測定回路を較正することによって考慮さ
れ得る純粋な定数である。
れ得る純粋な定数である。
第３図は本発明の方法を実施するための可能な測定装置
を示す。該装置は図示されない測定体積に接続され得る
ケーシングｌを含む。該ケーシングは測定体積に向けて
開口する穴２を有し、そこには商業的に入手可能なりロ
ックまたは時計水晶１１が収容されている。後者は横手
開口部１３を有する保護包体部１２によって囲まれるの
で、水晶および測定体積の間の圧力結合が得られる。ま
たケーシングｌは水晶を動作しさらにその出力信号を評
価する電子回路３を含む。機械的および熱的干渉効果を
実質的にさけるために、本発明の方法と結合して特に適
している音叉形水晶測定プローブは同一出願人および同
−出願日の出願Ｎα・・・号で説明されている。
を示す。該装置は図示されない測定体積に接続され得る
ケーシングｌを含む。該ケーシングは測定体積に向けて
開口する穴２を有し、そこには商業的に入手可能なりロ
ックまたは時計水晶１１が収容されている。後者は横手
開口部１３を有する保護包体部１２によって囲まれるの
で、水晶および測定体積の間の圧力結合が得られる。ま
たケーシングｌは水晶を動作しさらにその出力信号を評
価する電子回路３を含む。機械的および熱的干渉効果を
実質的にさけるために、本発明の方法と結合して特に適
している音叉形水晶測定プローブは同一出願人および同
−出願日の出願Ｎα・・・号で説明されている。
式（９）の装置の実現は、この機能がアナログまたはデ
ジタル回路方法で（以下になされる説明参照）実施され
さらに該機能が集積されたマイクロプロセッサのプログ
ラムとして例えば回路３ヘメモリされることで可能にな
る。従来の較正によって、定数は式（９）に従って決定
されさらにハードウェアもしくはソフトウェアの方法の
いずれかで調整され、または表示または読み出しは高真
空（すなわち圧力計の感度以下の圧力値）でバランスを
とることによってＰ＝Ｏに調整される。両者の場合に（
明らかにハードウェアおよびソフトウェア解の組み合せ
が可能になる）汚染影響のない測定結果はコネクタ４を
渡って指示または表示装置へ供給されさらに／またはさ
らに処理用のコンピュータへ伝送される。
ジタル回路方法で（以下になされる説明参照）実施され
さらに該機能が集積されたマイクロプロセッサのプログ
ラムとして例えば回路３ヘメモリされることで可能にな
る。従来の較正によって、定数は式（９）に従って決定
されさらにハードウェアもしくはソフトウェアの方法の
いずれかで調整され、または表示または読み出しは高真
空（すなわち圧力計の感度以下の圧力値）でバランスを
とることによってＰ＝Ｏに調整される。両者の場合に（
明らかにハードウェアおよびソフトウェア解の組み合せ
が可能になる）汚染影響のない測定結果はコネクタ４を
渡って指示または表示装置へ供給されさらに／またはさ
らに処理用のコンピュータへ伝送される。
さらに以下に本発明の好ましい構成からなる詳細説明が
なされる。第４図に示される音叉形水晶圧力計の場合に
は、同一参照符号が第３図と同様に使用される。しかし
ながら、第４図の圧力計はケーシング１の密閉穴２２に
収容され、一定圧力に維持されさらに電気的に回路３へ
接続されている第２の発振水晶２１を付加的に有する。
なされる。第４図に示される音叉形水晶圧力計の場合に
は、同一参照符号が第３図と同様に使用される。しかし
ながら、第４図の圧力計はケーシング１の密閉穴２２に
収容され、一定圧力に維持されさらに電気的に回路３へ
接続されている第２の発振水晶２１を付加的に有する。
穴２２の圧力が自然に温度依存になるので、該穴があの
程度まで好ましくは、排気されることによって残留圧力
は音叉形水晶の応答スレショルド以下になる。実際には
、圧力が約１０ ’ Ｐａ以下になるならば十分である
。この構成の利益は本来、測定水晶１１の出力信号と基
準水晶２１のそれとの組み合せを介して共鳴周波数の温
度依存の実質的補償を達成することが可能になるという
ことである。直列抵抗を測定することによる圧力測定の
間に汚染の影響が項β／δ・ｆｌｌ′によって補正され
る式（９）において共鳴周波数ｆ、が汚染と同様に温度
に依存するという事実が無視される。一方で測定水晶１
１と同一温度特性を有するが、領域２２に密閉されさら
にそれゆえに汚染へさらされない基準水晶２１を使用す
ることによって、温度−独立汚染補償が得られる。
程度まで好ましくは、排気されることによって残留圧力
は音叉形水晶の応答スレショルド以下になる。実際には
、圧力が約１０ ’ Ｐａ以下になるならば十分である
。この構成の利益は本来、測定水晶１１の出力信号と基
準水晶２１のそれとの組み合せを介して共鳴周波数の温
度依存の実質的補償を達成することが可能になるという
ことである。直列抵抗を測定することによる圧力測定の
間に汚染の影響が項β／δ・ｆｌｌ′によって補正され
る式（９）において共鳴周波数ｆ、が汚染と同様に温度
に依存するという事実が無視される。一方で測定水晶１
１と同一温度特性を有するが、領域２２に密閉されさら
にそれゆえに汚染へさらされない基準水晶２１を使用す
ることによって、温度−独立汚染補償が得られる。
これは下記数学的検討によって示される。今までのとこ
ろは、測定水晶１１の汚染および温度−依存共鳴周波数
はｆａと示され、ｆＲ′は基準水晶２１の汚染−独立お
よび同一程度まで温度−依存共鳴周波数である。かくし
て式（９）の補正項は下記のとおりである： β／δ・ｆ、＝β／δ・（ｆｕ ｆ＋ｔ’）十β／δ
・ｆａ （１０）ｆＲおよびｒｌＩ′が同
一温度特性を有するので、その差は温度−独立になりす
なわち汚染によってのみ影響される。一定温度での較正
によって、項β／δ・ｆＲ′が一定に変換され得ること
にょって、式（９）は下記のようになる： Ｐ＝１／α’ （ＲＳ＋β／δ−［ｆ、’ −ｆ、］）
＋に！ （１１）Ｋ２は対応する測定回路を較正する
ことによって除去され得るまたはソフトウェアの観点か
ら考慮され得る純粋な定数である。
ろは、測定水晶１１の汚染および温度−依存共鳴周波数
はｆａと示され、ｆＲ′は基準水晶２１の汚染−独立お
よび同一程度まで温度−依存共鳴周波数である。かくし
て式（９）の補正項は下記のとおりである： β／δ・ｆ、＝β／δ・（ｆｕ ｆ＋ｔ’）十β／δ
・ｆａ （１０）ｆＲおよびｒｌＩ′が同
一温度特性を有するので、その差は温度−独立になりす
なわち汚染によってのみ影響される。一定温度での較正
によって、項β／δ・ｆＲ′が一定に変換され得ること
にょって、式（９）は下記のようになる： Ｐ＝１／α’ （ＲＳ＋β／δ−［ｆ、’ −ｆ、］）
＋に！ （１１）Ｋ２は対応する測定回路を較正する
ことによって除去され得るまたはソフトウェアの観点か
ら考慮され得る純粋な定数である。
第５図は式（１１）において表される圧力機のブロック
回路図を示す。ハードウェアおよびソフトウェアの両者
の観点から生じ得るこの機能の特別の実現は第６図に示
される。測定水晶１１は自己−発振制御ループ５１に構
成されるのが好ましく、−定発振振幅は例えば増幅器５
２の手段によって確保される。この発振振幅を維持する
のに必要でありさらに通常ｙとして示される制御ファク
タは共鳴回路の減衰または品質の基準になる。基準水晶
２１と直列接続されるコンデンサ５３によって、基準水
晶２１の共鳴周波数ｆｌＩ′が数七より高く調整される
ので、変調器５４で形成される差（ｒｍ ’ ｆｌ
）は常に正である。この周波数差は周波数メータ５５で
決定されさらにＡ／Ｄ変換器５６でデジタル化される制
御信号ｙと同一方法で直列接続されるコンピュータ５７
へ供給される。コンピュータ５７における本発明によっ
て決定される測定結果は表示装置５８へ続いて伝送され
る。汚染の直接補償に代ってまたは付加してその検出お
よび表示を設けることは明らかに可能である。なぜなら
二つの共鳴周波数の差（ｆ、’−ｆ、）が汚染の品質基
準になるからである。もし、簡単な構成においていかな
る直接汚染補償が備えられないならば、汚染はいつ水晶
が洗浄されまたは置換されねばならないかを示す所定レ
ベルを越えるときに、汚染表示は例えば音響的／光学的
警告信号を生成するようなものであり得る。
回路図を示す。ハードウェアおよびソフトウェアの両者
の観点から生じ得るこの機能の特別の実現は第６図に示
される。測定水晶１１は自己−発振制御ループ５１に構
成されるのが好ましく、−定発振振幅は例えば増幅器５
２の手段によって確保される。この発振振幅を維持する
のに必要でありさらに通常ｙとして示される制御ファク
タは共鳴回路の減衰または品質の基準になる。基準水晶
２１と直列接続されるコンデンサ５３によって、基準水
晶２１の共鳴周波数ｆｌＩ′が数七より高く調整される
ので、変調器５４で形成される差（ｒｍ ’ ｆｌ
）は常に正である。この周波数差は周波数メータ５５で
決定されさらにＡ／Ｄ変換器５６でデジタル化される制
御信号ｙと同一方法で直列接続されるコンピュータ５７
へ供給される。コンピュータ５７における本発明によっ
て決定される測定結果は表示装置５８へ続いて伝送され
る。汚染の直接補償に代ってまたは付加してその検出お
よび表示を設けることは明らかに可能である。なぜなら
二つの共鳴周波数の差（ｆ、’−ｆ、）が汚染の品質基
準になるからである。もし、簡単な構成においていかな
る直接汚染補償が備えられないならば、汚染はいつ水晶
が洗浄されまたは置換されねばならないかを示す所定レ
ベルを越えるときに、汚染表示は例えば音響的／光学的
警告信号を生成するようなものであり得る。
音叉形水晶圧力計についてさらにこれまでのところ未解
決な問題は水晶の発振特性が汚染によってのみならず測
定体積内のガス腐食性影響によって変形されるというこ
とである。特に、水晶の細い蒸着電極は腐食され得、発
振特性の変化に至り、それゆえ測定結果の不正確さを増
加させるに至る。
決な問題は水晶の発振特性が汚染によってのみならず測
定体積内のガス腐食性影響によって変形されるというこ
とである。特に、水晶の細い蒸着電極は腐食され得、発
振特性の変化に至り、それゆえ測定結果の不正確さを増
加させるに至る。
測定水晶１１の出力信号を基準水晶２１のものと比較す
ることによって、後者は腐食性ガスにさらされずに後述
する形の圧力計について腐食モニタリングを実施するこ
とが付加的に可能になる。もしこれらの出力信号の比較
によって、所定のおよび調整可能な許容値を越えること
が示されるならば、腐食が水晶置換を要求する程度に達
したことを示すことが再び可能になる。
ることによって、後者は腐食性ガスにさらされずに後述
する形の圧力計について腐食モニタリングを実施するこ
とが付加的に可能になる。もしこれらの出力信号の比較
によって、所定のおよび調整可能な許容値を越えること
が示されるならば、腐食が水晶置換を要求する程度に達
したことを示すことが再び可能になる。
一１％＞に本発明の方法、すなわち、減衰および周波数
信号の組み合せは測定結果の偽造に導く全ての効果を補
償するために使用され得、さらに共鳴周波数の実質的不
変性はその増加または減少に備えている。この内部のエ
リア（ａｌｉａ）は、測定体積において水蒸気によって
生ずる干渉効果に関する。
信号の組み合せは測定結果の偽造に導く全ての効果を補
償するために使用され得、さらに共鳴周波数の実質的不
変性はその増加または減少に備えている。この内部のエ
リア（ａｌｉａ）は、測定体積において水蒸気によって
生ずる干渉効果に関する。
完成の理由として、交互水晶の品質または発振減衰が直
列抵抗の測定によって決定されるとき、本発明の測定方
法は使用可能であるだけではないということが指摘され
る。直列抵抗が、減衰の好ましい基準にすぎずこの基準
が他の方法で順番に決定され得るので（例えば共鳴また
は対応電流を維持するのに必要な電圧、共鳴曲線の幅測
定、発振崩壊定数の決定等を介して）、本発明の方法は
、品質または減衰測定の手段によって全圧力測定方法に
おける同一寸法で明らかに使用され得る。
列抵抗の測定によって決定されるとき、本発明の測定方
法は使用可能であるだけではないということが指摘され
る。直列抵抗が、減衰の好ましい基準にすぎずこの基準
が他の方法で順番に決定され得るので（例えば共鳴また
は対応電流を維持するのに必要な電圧、共鳴曲線の幅測
定、発振崩壊定数の決定等を介して）、本発明の方法は
、品質または減衰測定の手段によって全圧力測定方法に
おける同一寸法で明らかに使用され得る。
本発明の測定方法はここで説明される圧力範囲に制限さ
れない。これは音叉形水晶に対する現在の従来範囲であ
るが、従来にはより大きな決定範囲での水晶が入手可能
になることが考えられる。
れない。これは音叉形水晶に対する現在の従来範囲であ
るが、従来にはより大きな決定範囲での水晶が入手可能
になることが考えられる。
以上詳細に説明したように本発明によれば優勢圧力の基
準であって、音叉形水晶圧力計の減衰信号が共鳴周波数
に比例する補正値と結合されるので音叉形水晶の任意の
汚染から独立する測定結果が得られる。さらに測定水晶
の共鳴周波数の他に、好ましくは、また、一定圧力に維
持される基準水晶の共鳴周波数が決定されるので、減衰
信号が実質的に温度−独立である二つの基準周波数間の
差に比例する補正値によって補正され得る。
準であって、音叉形水晶圧力計の減衰信号が共鳴周波数
に比例する補正値と結合されるので音叉形水晶の任意の
汚染から独立する測定結果が得られる。さらに測定水晶
の共鳴周波数の他に、好ましくは、また、一定圧力に維
持される基準水晶の共鳴周波数が決定されるので、減衰
信号が実質的に温度−独立である二つの基準周波数間の
差に比例する補正値によって補正され得る。
第１図は典形的な共鳴周波数／圧力依存曲線を示す図、
第２図は典形的な直列抵抗／圧力依存曲線を示す図、
第３図は音叉形水晶圧力計の可能な構成を示す図、
第４図は本発明の音叉形水晶圧力計の好ましい構成を示
す図、 第５図は本発明の測定方法の装置実現を示すブロック図
、 第６図は本発明の測定方法を実現する可能な回路構成を
示す図である。 図において ３・・・電子回路、 １１・・・第１の音叉形水晶
、２１・・・第２の音叉形水晶、 ２２・・・圧力一定領域、 ５１・・・自己−発振制御ループ、 ５３・・・直列−接続コンデンサ、 ５７・・・コンピュータ、 Ｐ・・・圧力、ｆえｒ
ｆｌ′・・・共鳴周波数、 Ｒ８・・・直列抵抗。 ＦＩＧ、 ３ Ｚ ＦＩＧ、 ４
す図、 第５図は本発明の測定方法の装置実現を示すブロック図
、 第６図は本発明の測定方法を実現する可能な回路構成を
示す図である。 図において ３・・・電子回路、 １１・・・第１の音叉形水晶
、２１・・・第２の音叉形水晶、 ２２・・・圧力一定領域、 ５１・・・自己−発振制御ループ、 ５３・・・直列−接続コンデンサ、 ５７・・・コンピュータ、 Ｐ・・・圧力、ｆえｒ
ｆｌ′・・・共鳴周波数、 Ｒ８・・・直列抵抗。 ＦＩＧ、 ３ Ｚ ＦＩＧ、 ４
Claims (11)
- １．共鳴周波数で動作する音叉形水晶を備え、測定体積
の圧力（Ｐ）が水晶の発振減衰に対応する減衰値を測定
することによって決定される圧力測定装置において、減
衰値が共鳴周波数（ｆ＿Ｒ）に比例する補正値と結合さ
れることを特徴とする圧力測定方法。 - ２．測定圧力値が音叉形水晶の質量の変化から実質的に
独立して決定される方法において減衰値が補正値と結合
されることを特徴とする請求項１記載の圧力測定方法。 - ３．減衰値が音叉形水晶の直列抵抗（Ｒ＿Ｓ）を測定す
ることによって決定されることを特徴とする前記請求項
の１つに記載の圧力測定方法。 - ４．測定体積へ結合されずに一定圧力に維持される第２
の音叉形水晶の共鳴周波数（ｆ＿Ｒ′）が決定されて、
その周波数応答が第１の音叉形水晶（１１）と同一温度
特性を実質的に有することさらに減衰値が共鳴周波数（
ｆ＿Ｒ，ｆ＿Ｒ′）との間の差に比例する値と結合され
ることを特徴とする前記請求項の１つに記載の圧力測定
方法。 - ５．第２の発振水晶（２１）が音叉形水晶圧力計の応答
制限以下である一定圧力に維持されることを特徴とする
請求項４記載の圧力測定方法。 - ６．第２の音叉形水晶（２１）が調整されて、同一条件
下のその共鳴周波数（ｆ＿Ｒ′）が第１の音叉形水晶（
１１）のもの（ｆ＿Ｒ）より高いということを特徴とす
る請求項４または５記載の圧力測定方法。 - ７．圧力が測定体積へ結合される音叉形水晶（１１）と
減衰−依存出力信号（Ｒ＿Ｓ）および音叉形水晶（１１
）の共鳴周波数（ｆ＿Ｒ）を決定し、評価する電子回路
（３）とを備える請求項１記載の圧力測定方法を実施す
る圧力測定装置。 - ８．音叉形水晶（１１）が自己−発振制御ループ（５１
）に配置されることを特徴とする請求項７記載の圧力測
定装置。 - ９．その周波数応答が第１の音叉形水晶（１１）と同一
温度依存を実質的に有する第２の音叉形水晶（２１）が
密閉圧力一定領域（２２）に配設されることさらに二つ
の水晶（１１および２１）が配置されて同一温度に本質
的にさらされることを特徴とする請求項７または８の一
つに記載の圧力測定装置。 - １０．第２の音叉形水晶（２１）の発振回路が直列接続
コンデンサ（５３）を有することを特徴とする請求項９
記載の圧力測定装置。 - １１．コンピュータ（５７）が測定結果を処理するため
に備えられることを特徴とする請求項７〜１０の一つに
記載の圧力測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH205/89-9 | 1989-01-23 | ||
| CH00205/89A CH687277A5 (de) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | Stimmgabelquarz-Manometer. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228535A true JPH02228535A (ja) | 1990-09-11 |
| JP2790351B2 JP2790351B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=4181650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002666A Expired - Lifetime JP2790351B2 (ja) | 1989-01-23 | 1990-01-11 | 音叉形水晶圧力測定方法およびその装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4995265A (ja) |
| EP (1) | EP0379840B1 (ja) |
| JP (1) | JP2790351B2 (ja) |
| AT (1) | ATE94644T1 (ja) |
| CH (1) | CH687277A5 (ja) |
| DE (1) | DE58905633D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012510630A (ja) * | 2008-12-03 | 2012-05-10 | ローズマウント インコーポレイテッド | 水晶振動子を利用した圧力測定方法および装置 |
Families Citing this family (15)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0797060B2 (ja) * | 1990-08-10 | 1995-10-18 | バキュームプロダクツ株式会社 | 音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法 |
| US5136885A (en) * | 1991-04-05 | 1992-08-11 | Tif Instruments, Inc. | Quartz crystal pressure sensor |
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| TW553742B (en) * | 2002-09-25 | 2003-09-21 | Che-Ming Yu | Sex aid device |
| US7116036B2 (en) * | 2004-08-02 | 2006-10-03 | General Electric Company | Energy harvesting system, apparatus and method |
| US7954383B2 (en) * | 2008-12-03 | 2011-06-07 | Rosemount Inc. | Method and apparatus for pressure measurement using fill tube |
| US8327713B2 (en) * | 2008-12-03 | 2012-12-11 | Rosemount Inc. | Method and apparatus for pressure measurement using magnetic property |
| US8132464B2 (en) | 2010-07-12 | 2012-03-13 | Rosemount Inc. | Differential pressure transmitter with complimentary dual absolute pressure sensors |
| US8707791B2 (en) * | 2010-09-10 | 2014-04-29 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Tunable pressure transducer assembly |
| US8752433B2 (en) | 2012-06-19 | 2014-06-17 | Rosemount Inc. | Differential pressure transmitter with pressure sensor |
| CN104535251B (zh) * | 2015-01-12 | 2017-02-22 | 中国科学院电子学研究所 | 双谐振器压力传感器的温度自补偿方法和测量方式 |
| CN106932125B (zh) * | 2017-02-22 | 2020-03-17 | 中国科学院电子学研究所 | 一种硅谐振压力传感器的补偿方法 |
| US11280693B2 (en) | 2019-05-01 | 2022-03-22 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Clog resistant low pass filter for a pressure transducer |
| US11060935B2 (en) | 2019-05-01 | 2021-07-13 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Pressure transducer assembly with selectable damping inserts |
| CN114964571A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-08-30 | 常州大学 | 基于改进灰狼算法的压力传感器温度补偿方法 |
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| JPS63171335A (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-15 | Daiwa Shinku Kogyosho:Kk | 圧電型圧力計の温度補償方式 |
Family Cites Families (5)
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| FR2532047A1 (fr) * | 1982-08-19 | 1984-02-24 | Asulab Sa | Capteur de mesure muni d'un resonateur piezo-electrique compense en temperature |
| JPS6184535A (ja) * | 1984-10-03 | 1986-04-30 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 水晶式気体圧力計 |
| JPS62184325A (ja) * | 1986-02-07 | 1987-08-12 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 水晶式気体圧力計 |
| US4802370A (en) * | 1986-12-29 | 1989-02-07 | Halliburton Company | Transducer and sensor apparatus and method |
-
1989
- 1989-01-23 CH CH00205/89A patent/CH687277A5/de not_active IP Right Cessation
- 1989-12-08 AT AT89810927T patent/ATE94644T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-12-08 EP EP89810927A patent/EP0379840B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-12-08 DE DE89810927T patent/DE58905633D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-14 US US07/452,112 patent/US4995265A/en not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-01-11 JP JP2002666A patent/JP2790351B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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| JPS57136131A (en) * | 1981-02-17 | 1982-08-23 | Sharp Corp | Barometer |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0379840A3 (de) | 1991-06-12 |
| ATE94644T1 (de) | 1993-10-15 |
| US4995265A (en) | 1991-02-26 |
| CH687277A5 (de) | 1996-10-31 |
| EP0379840A2 (de) | 1990-08-01 |
| EP0379840B1 (de) | 1993-09-15 |
| DE58905633D1 (de) | 1993-10-21 |
| JP2790351B2 (ja) | 1998-08-27 |
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