JPH0374779B2 - - Google Patents
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- JPH0374779B2 JPH0374779B2 JP3300784A JP3300784A JPH0374779B2 JP H0374779 B2 JPH0374779 B2 JP H0374779B2 JP 3300784 A JP3300784 A JP 3300784A JP 3300784 A JP3300784 A JP 3300784A JP H0374779 B2 JPH0374779 B2 JP H0374779B2
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- JP
- Japan
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- diaphragm
- vibrator
- pressure
- elastic body
- fixing
- Prior art date
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- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005323 electroforming Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、測定圧力に対応した周波数信号を出
力する圧力測定装置に関するものである。更に詳
しくは、本発明は、測定圧力を受けるダイアフラ
ムと、このダイアフラムに結合した弾性体振動子
とを備えた圧力測定装置に関するものである。
力する圧力測定装置に関するものである。更に詳
しくは、本発明は、測定圧力を受けるダイアフラ
ムと、このダイアフラムに結合した弾性体振動子
とを備えた圧力測定装置に関するものである。
第１図は、従来公知のこの種の装置の一例を示
す構成説明図で、特開昭56−79221号公報に記載
されている。
す構成説明図で、特開昭56−79221号公報に記載
されている。
この装置は、測定圧力を受けるダイアフラム１
と、一端が筐体２の内壁に、他端がダイアフラム
１に固着された平板状振動子３と、平板状振動子
３の固有振動数を検出する回路手段４とで構成さ
れている。この様な構成の装置によれば、圧力感
度が高く、また圧力に対応した信号を、コンピユ
ータとの整合性の良いデイジタル（周波数）信号
で得ることができる。
と、一端が筐体２の内壁に、他端がダイアフラム
１に固着された平板状振動子３と、平板状振動子
３の固有振動数を検出する回路手段４とで構成さ
れている。この様な構成の装置によれば、圧力感
度が高く、また圧力に対応した信号を、コンピユ
ータとの整合性の良いデイジタル（周波数）信号
で得ることができる。
ところで、この様な装置を実現する場合、（）
ダイアフラム１と振動子３との固着を如何にする
か、具体的には、例えば両者間を溶接によつて固
着すると溶接により生じる歪により直線性（印加
圧力と、発生する力との関係）が悪化するが、こ
れを如何にして解決するか、（）ダイアフラム
１の固有振動数が振動子の固有振動数に近くなり
やすいが、これを如何にして解決するか、（）
ダイアフラムの周縁部や振動子との固着部に生ず
る応力を如何に小さくするか、等の問題点があ
る。
ダイアフラム１と振動子３との固着を如何にする
か、具体的には、例えば両者間を溶接によつて固
着すると溶接により生じる歪により直線性（印加
圧力と、発生する力との関係）が悪化するが、こ
れを如何にして解決するか、（）ダイアフラム
１の固有振動数が振動子の固有振動数に近くなり
やすいが、これを如何にして解決するか、（）
ダイアフラムの周縁部や振動子との固着部に生ず
る応力を如何に小さくするか、等の問題点があ
る。
ここにおいて、本発明はこれらの問題点を解決
し、直線性が良好で、かつ精度の高い圧力測定装
置を実現しようとするものである。
し、直線性が良好で、かつ精度の高い圧力測定装
置を実現しようとするものである。
本発明に係わる装置は、ダイアフラムを、その
中心に前記弾性体振動子の一端が固着される孔を
有する円板状とすると共に、ダイアフラムの周縁
部固着位置と前記弾性体振動子への固着部位置を
その周囲より突出させ、前記周縁部固着位置と前
記弾性体振動子への固着部位置の間にあるダイア
フラム部分が両固着位置を結ぶ線に対して弾性体
振動子が取付けられている側に湾曲するように構
成した点に特徴がある。
中心に前記弾性体振動子の一端が固着される孔を
有する円板状とすると共に、ダイアフラムの周縁
部固着位置と前記弾性体振動子への固着部位置を
その周囲より突出させ、前記周縁部固着位置と前
記弾性体振動子への固着部位置の間にあるダイア
フラム部分が両固着位置を結ぶ線に対して弾性体
振動子が取付けられている側に湾曲するように構
成した点に特徴がある。
第２図は、本発明に係る装置の一例を一部断面
で示した構成斜視図である。この図において、１
は被測定圧力Ｐを受けるダイアフラム、２は筐
体、３は両端に支持部３１を有した弾性体振動
子、５は圧力接続口である。
で示した構成斜視図である。この図において、１
は被測定圧力Ｐを受けるダイアフラム、２は筐
体、３は両端に支持部３１を有した弾性体振動
子、５は圧力接続口である。
第３図は、第２図におけるダイアフラム１の断
面形状を示した図である。ダイアフラム１は、図
示するように、その中心に弾性体振動子３の一方
の支持部３１が固着される孔を有する円板状とな
つていて、ダイアフラム１の周縁部１１の固着位
置と、弾性体振動子３の一方の支持部３１への固
着部１２の固着位置を、その周囲より突出させ、
周縁部１１の固着位置と弾性体振動子１の支持部
３１への固着部１２の間（１３の符号で示す部
分）にあるダイアフラム部分が、両固着位置を結
ぶ線に対して弾性体振動子１が取付けられている
側に湾曲するように構成してある。ここで湾曲部
１３の形状は、円弧や、放物線等の形状が採用さ
れ、例えば絞り加工あるいは電鋳等の手法によつ
て作られる。
面形状を示した図である。ダイアフラム１は、図
示するように、その中心に弾性体振動子３の一方
の支持部３１が固着される孔を有する円板状とな
つていて、ダイアフラム１の周縁部１１の固着位
置と、弾性体振動子３の一方の支持部３１への固
着部１２の固着位置を、その周囲より突出させ、
周縁部１１の固着位置と弾性体振動子１の支持部
３１への固着部１２の間（１３の符号で示す部
分）にあるダイアフラム部分が、両固着位置を結
ぶ線に対して弾性体振動子１が取付けられている
側に湾曲するように構成してある。ここで湾曲部
１３の形状は、円弧や、放物線等の形状が採用さ
れ、例えば絞り加工あるいは電鋳等の手法によつ
て作られる。
第４図は、ダイアフラム１の断面形状の他の例
を示した図である。ここでは、ダイアフラムの周
縁部１１と固着部１２とにそれぞれ僅かばかりの
高さl1、l2で立ち上る立上り部を設けたものであ
る。この立上り部は、ダイアフラム１を筐体２に
取付ける場合や、振動子３を固着する場合、位置
ズレの影響を受けにくくし、また溶接等を容易に
行なう上で役立つ。
を示した図である。ここでは、ダイアフラムの周
縁部１１と固着部１２とにそれぞれ僅かばかりの
高さl1、l2で立ち上る立上り部を設けたものであ
る。この立上り部は、ダイアフラム１を筐体２に
取付ける場合や、振動子３を固着する場合、位置
ズレの影響を受けにくくし、また溶接等を容易に
行なう上で役立つ。
なお、立上り部を溶接する場合、この立上り部
の高さｌを、次式で得られるｌの0.7以上に選定
すると、溶接による歪がダイアフラム側に影響す
る度合が小さく、この点は材料力学の知識から公
知である。
の高さｌを、次式で得られるｌの0.7以上に選定
すると、溶接による歪がダイアフラム側に影響す
る度合が小さく、この点は材料力学の知識から公
知である。
ｌ＝1.8・ｒ・ｔ／ｒ
ただし、ｒ：立ち上がり部までの半径
ｔ：ダイアフラムの厚さ
振動子３は、ここでは一対の平行なはりを両端
で支持する構造のものが使用されており、各はり
に取付けた圧電素子のような励振手段３２及び振
動検出手段３３によつて固有振動数で自励振す
る。
で支持する構造のものが使用されており、各はり
に取付けた圧電素子のような励振手段３２及び振
動検出手段３３によつて固有振動数で自励振す
る。
この様な構成の装置において、ダイアフラム１
に矢印Ｐに示すように上方から測定圧力Ｐが印加
されると、ダイアフラム１はこの圧力を受け、圧
力Ｐに対応した力を発生する。ダイアフラム１に
発生した力は、振動子３に軸力として作用し、そ
の固有振動数が変化する。従つて、この固有振動
数の変化を測定することによつて圧力Ｐを測定す
ることができる。
に矢印Ｐに示すように上方から測定圧力Ｐが印加
されると、ダイアフラム１はこの圧力を受け、圧
力Ｐに対応した力を発生する。ダイアフラム１に
発生した力は、振動子３に軸力として作用し、そ
の固有振動数が変化する。従つて、この固有振動
数の変化を測定することによつて圧力Ｐを測定す
ることができる。
ここで、筐体２の内部（振動子３が設置されて
いる側）を大気圧にすると、ゲージ圧力が測定さ
れ、また、真空に維持すれば絶対圧力が、別の圧
力を印加すれば、差圧をそれぞれ測定することが
できる。
いる側）を大気圧にすると、ゲージ圧力が測定さ
れ、また、真空に維持すれば絶対圧力が、別の圧
力を印加すれば、差圧をそれぞれ測定することが
できる。
第５図及び第６図は、第３図に示すダイアフラ
ム（湾曲部の長さβ＝0.3mm、厚さ0.1mmのもの）
を使用した場合であつて、２Kgｆ／mm2の圧力を印
加した時のダイアフラムの変位及び圧力をそれぞ
れ数値計算で求めた特性線図である。ここで用い
た数値計算は、ルンゲクツタ法と呼ばれる手法を
用いたものである。この、ルンゲクツタ法を用い
る計算は、有限要素法に比べて計算規模が小さ
く、パソコンを用いて簡易に計算できるソフトウ
エアが用意されており、各図の特性は、それを利
用して求めたものである。計算に用いる条件とし
ては、いずれも第３図のような中心部に孔のあい
た円形湾曲平板に等分布荷重（圧力）を加えたと
きを想定し、変位と応力を求めたものある。各図
には、比較のために、ダイアフラムを同じ板厚の
平板（β＝０mm）とした場合の変位及び応力を破
線で示してある。
ム（湾曲部の長さβ＝0.3mm、厚さ0.1mmのもの）
を使用した場合であつて、２Kgｆ／mm2の圧力を印
加した時のダイアフラムの変位及び圧力をそれぞ
れ数値計算で求めた特性線図である。ここで用い
た数値計算は、ルンゲクツタ法と呼ばれる手法を
用いたものである。この、ルンゲクツタ法を用い
る計算は、有限要素法に比べて計算規模が小さ
く、パソコンを用いて簡易に計算できるソフトウ
エアが用意されており、各図の特性は、それを利
用して求めたものである。計算に用いる条件とし
ては、いずれも第３図のような中心部に孔のあい
た円形湾曲平板に等分布荷重（圧力）を加えたと
きを想定し、変位と応力を求めたものある。各図
には、比較のために、ダイアフラムを同じ板厚の
平板（β＝０mm）とした場合の変位及び応力を破
線で示してある。
これらの計算結果から、ダイアフラムに湾曲部
を設けたものは、平板ダイアフラムに比べて、変
位が小さくなるとともに、応力が小さくなること
が認められた。特に、ダイアフラム１の筐体及び
振動子への固着部（周辺部）の応力は、平板ダイ
アフラムに比べて格段に小さな値となることが分
る。
を設けたものは、平板ダイアフラムに比べて、変
位が小さくなるとともに、応力が小さくなること
が認められた。特に、ダイアフラム１の筐体及び
振動子への固着部（周辺部）の応力は、平板ダイ
アフラムに比べて格段に小さな値となることが分
る。
なお、第３図の形状のままのダイアフラムの周
辺を実際に、理論計算したような条件で固着する
ことは、容易でない。理論計算した条件は、ダイ
アフラムの各固着部は、いずれも理想的な固着部
として境界条件を設定している。すなわち、実際
にはダイアフラムを例えば溶接により固着する場
合、溶接部材がダイアフラムの半径方向に溶け込
んだり、溶接歪み等が生じて残留応力が発生する
こと等が考えられるが、それらの影響を考慮しな
い境界条件としている。第４図は、第３図に示す
ダイアフラムを実装するときの取付条件をよりよ
くするために固着部に立ち上り部を設けたもの
で、このような立ち上がり部があると固着部に
は、圧力が印加されても曲げが働かず、引張力お
よび圧縮力のみとなるためダイアフラムに働く応
力は小さくなる。さらにこの立ち上がり部の長さ
が1.8r ｔ／ｒの７割程度以上であれば、固着す
るための溶接などにより生じる歪の影響も小さく
できる。
辺を実際に、理論計算したような条件で固着する
ことは、容易でない。理論計算した条件は、ダイ
アフラムの各固着部は、いずれも理想的な固着部
として境界条件を設定している。すなわち、実際
にはダイアフラムを例えば溶接により固着する場
合、溶接部材がダイアフラムの半径方向に溶け込
んだり、溶接歪み等が生じて残留応力が発生する
こと等が考えられるが、それらの影響を考慮しな
い境界条件としている。第４図は、第３図に示す
ダイアフラムを実装するときの取付条件をよりよ
くするために固着部に立ち上り部を設けたもの
で、このような立ち上がり部があると固着部に
は、圧力が印加されても曲げが働かず、引張力お
よび圧縮力のみとなるためダイアフラムに働く応
力は小さくなる。さらにこの立ち上がり部の長さ
が1.8r ｔ／ｒの７割程度以上であれば、固着す
るための溶接などにより生じる歪の影響も小さく
できる。
この様な、低応力のダイアフラムを使用した装
置は、ダイアフラムのヒステリシス等の影響、溶
接組立時に発生する初期歪等の影響がそれぞれ非
常に小さくなり、直線性が良好で、かつ精度の高
い圧力測定を行なうことができる。また、ダイア
フラム１の固着部において立上り部が存在するこ
とから、ダイアフラムの曲げ剛さが比較的大きく
なり、ダイアフラムの固有振動数を弾性体振動子
３の固有振動数より容易に高くできる。ここで、
ダイアフラムの固有振動数と弾性体振動子の固有
振動数とが仮に一致したとすると、振動子側の振
動エネルギーがダイアフラム側に流出することと
なる。この場合、振動子のＱ値（Ｑ値＝共振の鋭
さ）が低下して、動作が不安定となる。従つて、
ダイアフラム１の固有振動数を弾性体振動子３の
固有振動数より高くすることにより、弾性体振動
子側の振動エネルギーがダイアフラム側に流出す
るのを防止し、動作を安定にすることができる。
置は、ダイアフラムのヒステリシス等の影響、溶
接組立時に発生する初期歪等の影響がそれぞれ非
常に小さくなり、直線性が良好で、かつ精度の高
い圧力測定を行なうことができる。また、ダイア
フラム１の固着部において立上り部が存在するこ
とから、ダイアフラムの曲げ剛さが比較的大きく
なり、ダイアフラムの固有振動数を弾性体振動子
３の固有振動数より容易に高くできる。ここで、
ダイアフラムの固有振動数と弾性体振動子の固有
振動数とが仮に一致したとすると、振動子側の振
動エネルギーがダイアフラム側に流出することと
なる。この場合、振動子のＱ値（Ｑ値＝共振の鋭
さ）が低下して、動作が不安定となる。従つて、
ダイアフラム１の固有振動数を弾性体振動子３の
固有振動数より高くすることにより、弾性体振動
子側の振動エネルギーがダイアフラム側に流出す
るのを防止し、動作を安定にすることができる。
なお、上記の実施例では、弾性体振動子とし
て、一対の平行なはりを両端で支持する構造のも
のを用いたものであるが、この振動子としては、
他の構造のものを用いてもよい。
て、一対の平行なはりを両端で支持する構造のも
のを用いたものであるが、この振動子としては、
他の構造のものを用いてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、直線性
が良好で、精度の高い圧力測定装置が実現でき
る。
が良好で、精度の高い圧力測定装置が実現でき
る。
第１図は従来装置の一例を示す構成説明図、第
２図は本発明に係る装置の一例を一部断面で示し
た構成斜視図、第３図及び第４図はダイアフラム
の断面形状説明図、第５図及び第６図は計算結果
の一例より求めた特性線図である。 １……ダイアフラム、２……筐体、３……弾性
体振動子、１１……周縁部、１２……固着部、１
３……湾曲部。
２図は本発明に係る装置の一例を一部断面で示し
た構成斜視図、第３図及び第４図はダイアフラム
の断面形状説明図、第５図及び第６図は計算結果
の一例より求めた特性線図である。 １……ダイアフラム、２……筐体、３……弾性
体振動子、１１……周縁部、１２……固着部、１
３……湾曲部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 測定圧力を受けるダイアフラムと、このダイ
アフラムに結合しダイアフラムに発生した力が与
えられる弾性体振動子とを備えた圧力測定装置に
おいて、 前記ダイアフラムを、その中心に前記弾性体振
動子の一端が固着される孔を有する円板状とする
と共に、ダイアフラムの周縁部固着位置と前記弾
性体振動子への固着部位置をその周囲より突出さ
せ、前記周縁部固着位置と前記弾性体振動子への
固着部位置の間にあるダイアフラム部分が両固着
位置を結ぶ線に対して前記弾性体振動子が取付け
られている側に湾曲するように構成したことを特
徴とする圧力測定装置。 ２ ダイアフラムの周縁部と弾性体振動子への固
着部とに、それぞれ所定高さの立上り部を設けた
特許請求の範囲第１項記載の圧力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300784A JPS60177234A (ja) | 1984-02-23 | 1984-02-23 | 圧力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300784A JPS60177234A (ja) | 1984-02-23 | 1984-02-23 | 圧力測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60177234A JPS60177234A (ja) | 1985-09-11 |
| JPH0374779B2 true JPH0374779B2 (ja) | 1991-11-28 |
Family
ID=12374764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3300784A Granted JPS60177234A (ja) | 1984-02-23 | 1984-02-23 | 圧力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60177234A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096656A (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-30 | Denso Corp | 圧力センサ |
-
1984
- 1984-02-23 JP JP3300784A patent/JPS60177234A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60177234A (ja) | 1985-09-11 |
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