JPH0365853B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、圧力変化を可動板を支持する支持部
の固有振動数の変化として検出する圧力センサに
関するものである。更に詳しくは、本発明は、例
えば0.01μm水柱といつた程度の微小圧力測定を
行なう場合に使用して特に有効な圧力センサに関
するものである。

〔従来技術の説明〕

従来、微小圧力測定の可能な圧力センサとし
て、コンデンサマイクロホンが知られている。こ
れは、圧力を受ける金属膜と、この金属膜に対向
設置された固定電極とで構成されており、圧力に
よる金属膜の変位を金贈膜と固定電極の間の静電
容量変化として検出するものである。

しかしながら、この装置においては、金属膜を
全面に亘つて均一に張力がかかるように張らない
と、検出感度にばらつきを生じ良好な特性が得ら
れないという問題点がある。また、検出感度が高
いが故に、振動雑音や姿勢変化の影響を受けやす
いという欠点がある。

〔本発明の目的〕

本発明は、従来技術におけるこれらの問題点や
欠点に鑑みてなされたもので、構成が簡単で検出
感度にバラツキが生ずることはなく、コンピユー
タで信号処理を容易に行える圧力センサを実現す
ることを目的とする。

〔本発明の概要〕

本発明に係る装置は、スリツト孔を有した固定
板と、この固定板と対向配置され測定すべき圧力
が与えられる可動板と、この可動板が回転できる
ようにその重心を通る直線上の２点で当該可動板
を支持する支持部と、この支持部をその固有振動
数で励振させるとともに当該支持部の固有振動数
の変化を検出する検出手段とで構成される。

〔実施例による説明〕

第１図は、本発明に係る圧力センサの一例を示
す構成断面図、第２図は一部を断面で示す要部斜
視図、第３図は要部の組立構成図である。ここで
は圧力P₁と圧力P₂の差圧を検出する場合を例示
する。これらの図において、１は容器、２１，２
２はこの容器内を２部分に仕切る隔壁である。隔
壁２１，２２で仕切られた各部屋１ａ，１ｂ内に
は、圧力導入孔１１，１２から測定すべき圧力
P₁，P₂が導入されている。

３は本発明において特徴としている圧力検知部
で、隔壁２１，２２に固定された固定板４と、ス
ペーサ５を介して固定板４と対向配置された可動
部６とで構成されている。

固定板４には、部屋１ｂの圧力を導びく複数個
のスリツト（ここでは５個のスリツト）が設けら
れている。また可動部６は、フレーム６１、この
フレーム６１に支持部６３を介して支持されると
ともに、固定板４に対して対向するように設置さ
れた可動板６２とから成り、可動板６２には複数
個のスリツト（ここでは５個のスリツト）６４が
固定板４の複数個のスリツト４１とは対向しない
位置に設けられている。ここで、可動板６２を支
持する支持部６２は、ばねとしても機能するもの
であり、この可動板が回転できるように、可動部
６２の重心Ｐ（第３図参照）を通る直線₁上の２
点でこの可動板６２を支持している。

なお、この例では、可動板６２には、２つの支
持部６３を結ぶ直線₁（回転軸に相当）に対し
て、左側にのみスリツト孔６４が設けてある。７
１，７２は支持部６３に取付けられた支持部６３
の励振手段と、振動検出手段で、例えば圧電素子
が使用されている。

この様に構成した装置の動作を次に説明する。
圧力導入孔１１，１２に圧力を導入しない状態
（部屋１ａと１ｂ内の圧力が等しい状態）では、
可動板６２は固定板４との間でスペーサ５の厚さ
と等しい僅かな間隔ｄを保つて保持されている。
なお、スペーサ５としては、固定板４上に設けた
メツキ層を利用し、僅かな間隔を得るようにして
もよい。

圧力導入孔１１から圧力Ｐ１が、圧力導入孔１
２から圧力Ｐ２が導入された場合（Ｐ１＜Ｐ２と
する）、２つの部屋１ａ，１ｂを仕切つている圧
力検出部３の両側には、差圧（Ｐ２−Ｐ１）が加
わる。この様な圧力差が存在すると、圧力の高い
方の部屋１ｂからの圧力流体が、固定板４に形成
したスリツト孔を通過し、さらに固定板と可動板
の僅かな〓間を通過して、可動板６２に形成した
スリツト孔を通つて部屋１ａ側に移動しようとす
る。

第４図ａは、可動板６２に加わる圧力の状態を
示す図であり、第４図ｂはこの状態を電気回路で
等価的に示した図である。

固定板４と可動板６２との間の微小な〓間（間
隔）に流体が流れると、その流体の速度に比例し
た流体抵抗が発生する。すなわち、固定板４と可
動板６２との間であつて、固定板と可動板のいず
れの側にもスリツト孔が形成されていない回転軸
を横切る位置付近や、スリツト孔４１からフレー
ム６１と可動板６２との〓間に至る部分には、ｂ
図に示すように、流体抵抗Ｒ１，Ｒ２が生ずるこ
ととなる。これに対して、複数のスリツト孔が形
成された部分は、流体抵抗の発生はほとんど無
い。

このために、可動板６２において、可動板６２
が受ける部屋１ａ内の圧力Ｐ１は、複数のスリツ
ト孔６４をそのまま通過し、ａに示すように、回
転軸に対して可動板６２のスリツト孔が設けられ
ている一方の側の裏面にも加わる。

また、固定板４において、固定板４が受ける部
屋１ｂ内の圧力Ｐ２は、複数のスリツト孔４１を
そのまま通過して、回転軸に対して可動板６２の
スリツト孔が設けられていない他方の側の裏面に
加わる。従つて、ａに示すように、可動板６２に
おいて、スリツト孔が形成されている一方の側
（回転軸に対して左側）の両面（表面と裏面）は、
同じ圧力Ｐ１が加わり、スリツト孔が形成されて
いない他方の側（回転軸に対して右側）の両面
（表面と裏面）には、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２が加る
こととなる。

このため、可動板６２には圧力Ｐ１と圧力Ｐ２
の差に比例したトルクが発生し、支持部６３のね
じりバネ剛さと釣り合う角度まで傾斜（回転）す
る。

なお、可動板６２と固定板４との間隔ｄは、例
えば10ミクロン程度の微小間隔で、可動板６２や
固定板４に形成するスリツト孔の大きさや、可動
板６２とフレーム６１との間隔ｄ１に比べて充分
小さくなつており、第４図ｂのような等価回路が
構成でき、可動板６２を圧力差（Ｐ２−Ｐ１）に
対応して傾斜させることができる。そして、可動
板６２と固定板４との微小間隔で形成される流体
抵抗の値は、非常に大きく等価的にここでシール
された状態になつている。

可動板６２が傾斜すると、これを支持している
支持部が捩れる。

第５図は支持部６３に取付けられている励振手
段７１と振動検出手段７２とが接続される電気回
路の一例を示す構成ブロツク図である。ここでは
励振手段７１、振動検出手段７２として、いずれ
も圧電素子を使用したものであつて、これらはア
ンプ７３の出力端及び入力端に接続され、アンプ
７３を含んで自励振回路を構成している。従つ
て、支持部６３は機械振動子として機能し、その
固有振動数で振動する。そして、この固有振動数
は、支持部６３に与えられる捩れによる歪に対応
して変化する。カウンタ７４は、アンプ７３を含
んで形成されている自励振回路からの周波数信号
を計数するもので、この計数値は、可動板６２の
傾斜角に対応したものとなり、この計数値から
P₁とP₂の圧力差を知ることができる。

このように構成した装置は、可動板６２がその
重心を通る直線上の２点で回転可能に支持される
構成であり、従来のコンデンサマイクロホンのよ
うに金属膜を全面で一様に張力がかかるように張
る必要はない。このため、検出感度にバラツキが
生ずることはなく、また、張力が温度によつて変
わると言うこともない。

なお、上記の実施例においては、励振手段と振
動検出手段として、いずれも圧電素子を用い、こ
れを支持部６３に取付けたものを例示したが、支
持部６３を水晶のような圧電材料で構成すれば、
これに電極を取付けることによつて圧電素子を構
成でき、本発明はこの様な構成にしてもよい。ま
た、励振手段と振動検出手段は圧電素子を使用す
るものの他、電磁力や静電力等、他の公知の手段
を用いてもよい。

第６図は、圧力検知部３の他の例を示す要部平
面図及び断面図である。

第６図に示す実施例は、可動板６２において、
回転軸₁に対して左片方側６２ａに、ほぼ全面
に亘つてピツチP₁で複数個（ここでは９個）の
スリツト孔６４ａを形成するとともに、右片方側
６２ｂの上下周縁部に、スリツト孔６４ａと同じ
数で、同じ形状のスリツト孔６４ｂを形成させた
ものである。

この実施例によれば、可動板６２の左右のバラ
ンスを容易にとることができ、回転軸₁をこの
可動板６２の対称位置にもつてくることができ
る。

〔本発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、容器内
に設置される検知部は、可動板や固定板を例えば
単結晶の水晶基板等を利用して構成することが可
能であり、また可動板と固定板との間隔を維持さ
せるスペーサはメツキ膜等を利用して構成するこ
とができるので、全体構成が簡単で、検出感度に
バラツキが生ずることもない。

また、支持部に生ずる固有振動数の変化から圧
力差に関連する信号を得るようにしたもので、周
波数信号が直接得られるので、コンピユータなど
で信号処理を簡単に行える圧力センサが実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧力センサの一例を示す
構成断面図、第２図は一部を断面で示す要部斜視
図、第３図は要部の組立構成図、第４図は可動板
に加わる圧力の状態を示す説明図、第５図は電気
回路の一例を示す構成ブロツク図、第６図は圧力
検知部の他の例を示す要部平面図及び断面図であ
る。 １…容器、２０…ヨーク、２ａ，２ｂ…磁石、
３…圧力検知部、４…固定板、５…スペーサ、６
…可動部、６１…フレーム、６２…可動板、６３
…支持部、７１…励振手段、７２…振動検出手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部が圧力検知部で仕切られる２つの部屋を
   有し、各部屋に変動する被測定圧力が導入される
   ようにした容器を備え、 前記圧力検知部は、 重心を通る直線上の２点でフレームに回転可能
   に支持部によつて支持されると共に、回転軸に対
   して少なくとも一方の側に被測定圧力流体を通す
   複数のスリツト孔が形成された可動板と、 この可動板との間でシール状態が維持されるよ
   うな僅かな間隔を隔てて設置され、可動板の回転
   軸に対して他方の側に面した部分に被測定圧力流
   体を通す複数のスリツト孔が形成された固定板
   と、 前記支持部をその固有振動数で励振させる励振
   手段と、 前記支持部の固有振動数の変化を検出する振動
   検出手段とで構成され、 前記可動板は、回転軸に対して一方の面と他方
   の面が受ける圧力の差に応じて回転し、その回転
   による前記支持部の固有振動数の変化から前記２
   つの部屋に与えられる圧力の差を知るようにした
   ことを特徴とする圧力センサ。