JPH03248028A

JPH03248028A - 圧力センサユニット

Info

Publication number: JPH03248028A
Application number: JP4664590A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Iori; 伊折　和成
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1991-11-06

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ＸＹカット水晶板からなる音叉型水晶振動子を
圧力センサ素子として用いる圧力センサユニ・ントに関
するものであり、さらに詳しくはこの音叉型水晶振動子
がこの音叉型水晶振動子を収納する圧力応動型容器に機
械的に非接触の状態で気密封止され、外部圧力の変動に
よりこの圧力応動型容器の容積が変動し、この容積変動
に伴う内部気圧変動を音叉型水晶振動子の共振周波数の
変化により外部圧力を検出する方式の圧力センサユニッ
トに関するものである。

尚、本発明でいう「応動」という語は、外からの働きか
けに対して作動することを意味している。

（従来技術）音叉型水晶振動子の共振周波数は周囲雰囲気の圧力変化
により略直線的に変化する特性を有しており、この特性
を利用して圧力の測定を行う。−船釣には水晶振動子表
面の電極膜の保護等のため、この圧力センサ素子として
機能する水晶振動子を直接被測定気圧下に置かず、ベロ
ーズ等の圧力応動型容器内に設置し、この容器内の内部
気圧変動を検出する。

音叉型水晶振動子は負の２次曲線で衷わされる周波数温
度特性を有しており、これは圧力を測定するうえで補正
しなければならない事項であった。

従来技術を圧力センサの一般的構造を示す第１図とこの
圧力センサを用いた圧力計の構成をプロ・ンク図で示す
第３図とともに説明する。第１図において、圧力センサ
１ａは、圧力応動型容器であるベローズ１１と、このベ
ローズ１１と接合される基台１２と、この基台１２内に
設置される圧力センサ素子である音叉型水晶振動子１３
と、この音叉型水晶振動子を保持するベース１４とリー
ド端子１５とからなる。

圧力計は圧力センサ１ａと、これを駆動する発振回路５
１と、分周回路５２と、カウンタ５３と、・クロック５
日と、周波数圧力データと周波数温度データを保管した
メモリ５５と、圧力センサ１ａからの圧力データと温度
センサ５４からの温度データから圧力値を計算する演算
回路５６と、表示回路５７とからなる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、音叉型水晶振動子は負の２次曲線で表わ
される周波数温度特性を有しており、これは圧力を測定
するうえで補正しなければならない事項であった。また
、圧力センサ素子である音叉型水晶振動子を取り囲む気
体（ＳＦｓ）やベローズも温度変化に対して膨張収縮し
ており、これらが音叉型水晶振動子の周波数変化に影響
を与えるため、音叉型水晶振動子に対する温度補償のみ
の圧力値では実際の圧力値を表わしていない場合があっ
た。

また、上記構成では高精度で圧力を検出したい場合、温
度パラメーターを加味する必要があることと相俟って、
温度センサの高精度なものの選択の必要性、メモリの容
量の大型化が要求されていた。

また、周波数圧力特性等をＲＯＭ等のメモリしこ書き込
む際、所定の気圧下（例えは１気圧）での特性を書き込
むが、実際の使用時には上記所定の気圧とは異なった大
気圧である可能性が高い。このような場合、相対的な所
定の圧力測定の精度が低下する可能性がある。例えは、
浴槽の湯量を測定するような相対的な圧力値を求めたい
時、大気圧が高低により検出される圧力値が異なり、測
定誤差が生じていた。

さらに、圧力センサ、温度センサの祁時変化に対する補
正を行う必要があり、使用性に問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためしこなされたもので
、高性能な温度センサを用いなくても、またメモリ容量
も大きくしなくても、圧力センサ全体の温度補償を容易
におこない、また経時変化による補正も必要ない圧力セ
ンサユニットを提供することを目的とするものである。

（ｉ！題を解決する手段）本発明による圧力センサユニ・ントは、音叉型水晶振動
子を圧力応動容器内に封入した略同一構成の２つのセン
サからなり、一方のセンサを被測定圧力下に、他方のセ
ンサを基準器として用いるべく大気あるいは所望の基準
とする気圧下にそれぞれ設置し、各々のセンサの出力端
子から出力される共振周波数差により圧力を検出するこ
とを特徴とするものである。

（作用）同一構成のセンサの一方を圧力センサとして他方を圧力
あるいは温度の基準器として用いているので、圧力セン
サから出力される周波数と圧力基準器から出力される周
波数の差を求めることにより、圧力センサユニットの温
度特性の補正が自動的に行われる。すなわち、非加圧時
には圧力センサ、圧力基準器に対して温度による音叉型
水晶振動子の周波数を変化させる影響（音叉型水晶振動
子自体の熱による周波数変化、ベローズの熱膨張、セン
サ内部のガスの０１ｉｊ張等によるもの）のみが両者と
も同じくしてかかっており、両者から出力される周波数
に変わりはない。そして、加圧時には圧力センサにかか
った圧力に対する周波数変化がこのセンサから検出され
る。この周波数変化分は温度等の他の要因によるものを
排除した純粋な圧力に対応するものである。

また、基準器側を大気圧開放した場合し乙は相対的な圧
力測定が行え、例えば浴槽の湯量の測定時等には測定誤
差を極小にできる。さらに、両センサの経時変化もほぼ
等しいと考えられるので、校正期間が長くなる。

なお先に述べたように、音叉型水晶振動子の周波Ｗｌ温
度特性は負の２次曲線で表わされるが、実用する際は２
次曲線の左側部分を実用温度範囲に入るようこの２次曲
線が高温側にシフトさせるため、Ｘ軸まわりに半時計方
向に数度回転させた切断角のものを用いている。

（発明の実施例）本発明による実施例を図面とともに説明する。

なお、従来技術の項で説明したのと同一の構成部分につ
いては同図面、同番号で説明する。第１図は圧力センサ
の構造を示す断面図、第２図は圧力測定システムを示す
ブロック図である。

圧力センサ１ａは全体として円柱形状であり、圧力応動
型容器である一端が開口した金属製のベローズ１１と、
このベローズ１１の開口部と接続される金属製の基台１
２と、この基台１２に設置される音叉型水晶振動子１３
と、ベース１４と、リード端子１５とからなる。圧力セ
ンサ素子として機能する音叉型水晶振動子１３はＸＹカ
ット板をＸ軸廻りで反時計方向に±１０°回転させた水
晶板からなり、屈曲振動を行なわしめるよう電極配置さ
れている（図面では電極配置は省略している）。ベース
１４はこの音叉型水晶振動子１３を固定し、ベースに一
体化されたリード端子１５で後述の発振回路とつながっ
ている。ベローズ内部はＳＦｓガス１６が充填されてい
る。

基準器１ｂも同一に構成し、これら同一構成の両センサ
を第２図に示すようにケース２にそれぞれ収納する。ケ
ース２には被測定圧力導入口２１と大気圧導入口２２が
設けられている。

なお、これら両センサは音叉型水晶振動子の外形寸法、
共振周波数、電極構成、あるいはベローズの材質、バネ
常数等構成部品を同じもので構成する必要がある。さら
に、製造条件についても同一のものを用いるのが好まし
い。

次に圧力測定処理について説明する。

発振回路３１に組み込まれた圧力センサｌａに圧力が加
わると圧力センサ素子である音叉型水晶振動子の共振周
波数が変化し、発振回路から出力される周波数は変化す
る。一方、基準器１ｂ側の発振回路３３からはその時々
の温度、大気圧に対応した周波数が出力される。なお、
選択により基準器側のケース内を所定の圧力に固定して
もよい。

上記両出力の周波数は分周回路３２．３４でそれぞれ分
周され、それをカウンター４１でカウントされる。４５
は基準となるクロックである。これらカウント数差を演
算回路４２により求め、このカウント数差に対応する圧
力値をメモリ４３から読みだし、これを表示回路４４に
送られ圧力値が表示される。

なお、上記圧力処理システムにおいて、圧力センサ１ａ
と基準器１ｂからの出力について、いずれか一方を分周
し、他方を逓倍することにより、いずれかの周波数出力
を基準にしてカウントすることも可能である。この場合
、クロ・ンク４５は不要になる。

本発明は圧力応動型容器としてベローズを取り上げたが
、これに限定されるものではなく例えばダイヤプラムな
どを用いてもよい。

（発明の効果）本発明によれは、圧力センサと基準器に同一構成のセン
サを用いているので、圧力センサ全体の温度特性の補正
が自動的に行われ、複雑な温度補償回路を設ける必要を
しなくても、極めて高精度で圧力を測定できる。これに
関連して、温度に関するデータをあらかじめ保管してお
く必要もないのでメモリ容量も少なくてすむ。また、基
準器側を大気圧開放した場合にはその時々の大気圧に対
する相対的な圧力測定が行え、測定誤差を極小にできる
。また、同一構成のセンサを２つ用いているので経時変
化もほぼ等しいと考えられ、メモリの校正を行う必要が
なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は音叉型水晶振動子を用いた圧力センサを示す図
、第２図は本発明による圧力センサユニントを用いた圧
力測定システムを示すブロック図、第３図は従来の圧力
測定システムを示す図である。１ａ・・・圧力センサ１ｂ・・・基準器１３・・・音叉型水晶振動子図面第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

音叉型水晶振動子を圧力応動容器内に封入した略同一構
成の２つのセンサからなり、一方のセンサを被測定圧力
下に、他方のセンサを基準器として用いるべく大気ある
いは所望の基準とする気圧下にそれぞれ設置し、各々の
センサの出力端子から出力される共振周波数差により圧
力を検出することを特徴とする圧力センサユニット。