JPH0515975B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0515975B2 JPH0515975B2 JP57146653A JP14665382A JPH0515975B2 JP H0515975 B2 JPH0515975 B2 JP H0515975B2 JP 57146653 A JP57146653 A JP 57146653A JP 14665382 A JP14665382 A JP 14665382A JP H0515975 B2 JPH0515975 B2 JP H0515975B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- vibrator
- tuning fork
- gas
- piezoelectric vibrator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は圧電振動子を利用した気体の圧力セン
サに関する。
サに関する。
（従来技術）
従来から気体圧力を直接または適当な変位への
変換装置を用いて水晶等の圧電振動子に作用せし
め、その微少変形に基づく振動周波数の変化から
気体を検出する圧力センサが提案されている。
変換装置を用いて水晶等の圧電振動子に作用せし
め、その微少変形に基づく振動周波数の変化から
気体を検出する圧力センサが提案されている。
また、圧電振動子に直接或は封止ガスを介して
圧力を印加し、これによつて変動する振動子のク
リスタルインビーダンスを検知することにより圧
力を検出するタイプ圧力センサも提案されてい
る。
圧力を印加し、これによつて変動する振動子のク
リスタルインビーダンスを検知することにより圧
力を検出するタイプ圧力センサも提案されてい
る。
しかしながら、上述した如き従来の圧力センサ
は圧力の変位への変換装置を有しており、構造複
雑且つ外的振動または衝撃の影響を受け易いとい
つた欠点があるうえ、圧力振動子に直接圧力を加
え該圧電振動子のインビーダンス変化により圧力
を測定するタイプの圧力センサは感度、分解能共
に余り高いものでないという欠点があつた。
は圧力の変位への変換装置を有しており、構造複
雑且つ外的振動または衝撃の影響を受け易いとい
つた欠点があるうえ、圧力振動子に直接圧力を加
え該圧電振動子のインビーダンス変化により圧力
を測定するタイプの圧力センサは感度、分解能共
に余り高いものでないという欠点があつた。
（発明の目的）
本発明は上述した如き従来の圧力センサの欠点
に鑑みなされたものであつて、圧力変換装置を必
要とせず且つ感度、分解能の高い圧力センサを構
成する上で必要な感圧素子を提供することを目的
とする。
に鑑みなされたものであつて、圧力変換装置を必
要とせず且つ感度、分解能の高い圧力センサを構
成する上で必要な感圧素子を提供することを目的
とする。
（発明の概要）
この目的を達成するために本発明の圧力センサ
は音叉型圧電振動子に直接或は封止ガスを介して
圧力を印加し、これによつて変動する振動子の等
価直列抵抗を検知するタイプの圧力センサに施
て、前記振動子の音叉間隔ｇと板厚ｔとの間隔を
ｔ／ｇ＞１とすることにより振動子の圧力に対す
る等価直列抵抗の変化率を高くしたものである。
は音叉型圧電振動子に直接或は封止ガスを介して
圧力を印加し、これによつて変動する振動子の等
価直列抵抗を検知するタイプの圧力センサに施
て、前記振動子の音叉間隔ｇと板厚ｔとの間隔を
ｔ／ｇ＞１とすることにより振動子の圧力に対す
る等価直列抵抗の変化率を高くしたものである。
（実施例）
以下、本発明を音叉型水晶振動子を用いた実施
例及びその実験結果を示す図面に基づいて詳細に
説明する。
例及びその実験結果を示す図面に基づいて詳細に
説明する。
第１図は音叉振動をする一般的なＸ−カツト音
叉型水晶振動子であつて、その特性を左右するパ
ラメータとして音叉間隔ｇ及び板厚ｔをとる。第
２図はこの振動子の電気的等価回路を示したもの
である。
叉型水晶振動子であつて、その特性を左右するパ
ラメータとして音叉間隔ｇ及び板厚ｔをとる。第
２図はこの振動子の電気的等価回路を示したもの
である。
斯る振動子は周辺の雰囲気の圧力によつて第２
図に示す等価定数が変動するが、この現象はエア
ーローデイングと称して古くから知られており、
当該現象による周波数変動のバラツキをいかにし
て減少させるかが振動子の設計、製造上の重要な
課題であつた。
図に示す等価定数が変動するが、この現象はエア
ーローデイングと称して古くから知られており、
当該現象による周波数変動のバラツキをいかにし
て減少させるかが振動子の設計、製造上の重要な
課題であつた。
本発明に斯る圧力センサは前述のエア・ローデ
イングによる等価直列抵抗Ｒの変化を積極的に利
用せんとするものである。
イングによる等価直列抵抗Ｒの変化を積極的に利
用せんとするものである。
第３図は空気の圧力と音叉型水晶振動子の等価
直列抵抗Ｒとの関係を実測しプロツトしたもの
で、音叉の形状として前記音叉間隔ｇと板厚ｔと
の比ｔ／ｇを２通りの場合について図示してあ
る。なおｔ／ｇを変えた場合の電極形状は同じ形
状で、一般的に用いられている機械加工型音叉振
動子の電極形状を採用した。
直列抵抗Ｒとの関係を実測しプロツトしたもの
で、音叉の形状として前記音叉間隔ｇと板厚ｔと
の比ｔ／ｇを２通りの場合について図示してあ
る。なおｔ／ｇを変えた場合の電極形状は同じ形
状で、一般的に用いられている機械加工型音叉振
動子の電極形状を採用した。
本図より明らかな如く本型式の圧力センサによ
れば既ね10-3気圧から数気圧の範囲の圧力の測定
が可能であることが判る。
れば既ね10-3気圧から数気圧の範囲の圧力の測定
が可能であることが判る。
又ｔ／ｇ＝３のときはｔ／ｇ＝１のときに比べ
圧力変化に対する等価直列抵抗の変化が数倍大き
く、いずれの場合にも圧力の対数に対して等価直
列抵抗がほぼ比例する特性となつているので広範
囲の圧力測定に適している。
圧力変化に対する等価直列抵抗の変化が数倍大き
く、いずれの場合にも圧力の対数に対して等価直
列抵抗がほぼ比例する特性となつているので広範
囲の圧力測定に適している。
以上述べた如き特性を有する振動子を用いて圧
力センサを構成する場合、前記音叉型振動子に直
接作用させるガスに関しては一般にその粘性係数
は温度上昇に従つて小となり、前記音叉型圧電振
動子の等価直列抵抗も前記ガスの粘性係数と正比
例する関係にあることが知られているから前記音
叉型圧電振動子に直接作用させるガスの温度を一
定に保つ必要がある。
力センサを構成する場合、前記音叉型振動子に直
接作用させるガスに関しては一般にその粘性係数
は温度上昇に従つて小となり、前記音叉型圧電振
動子の等価直列抵抗も前記ガスの粘性係数と正比
例する関係にあることが知られているから前記音
叉型圧電振動子に直接作用させるガスの温度を一
定に保つ必要がある。
又、本発明に係る音叉型圧電振動子を利用する
圧力センサに於いては前記振動子のエージング、
結露、温度変化等々の影響も除去する必要があ
る。
圧力センサに於いては前記振動子のエージング、
結露、温度変化等々の影響も除去する必要があ
る。
第４図は本発明の圧力センサの一実施例を示す
断面図である。
断面図である。
即ち音叉型圧電振動子１を例えば時計用振動子
ケースの如き封止管２にその底部で固定すると共
にリード線３をコバー・ガラス４を介して前記封
止管２から電気的に絶縁して外部に突出させる。
ケースの如き封止管２にその底部で固定すると共
にリード線３をコバー・ガラス４を介して前記封
止管２から電気的に絶縁して外部に突出させる。
前記封止管２の管壁には適当なガス流通孔５，
５，……を設けると共に電熱線６を印刷しそのリ
ード線７も前記コバーガラス４を通して外部へ出
すように構成する。上述の如き圧電振動子を固定
した管を適当なサイズを有する外筺８内の一隅に
固定し、前記外筺８の壁面適所に設けた孔９にゴ
ム弾性の風船状ベローズ１０を設け、前記ベロー
ズ１０内と外気或は圧力を測定すべき気体とを流
通せしめる。尚、前記筺体８内部には窒素ガスの
如き不活性ガスを封入し前記振動子１が本ガス中
で振動するようにしたものである。
５，……を設けると共に電熱線６を印刷しそのリ
ード線７も前記コバーガラス４を通して外部へ出
すように構成する。上述の如き圧電振動子を固定
した管を適当なサイズを有する外筺８内の一隅に
固定し、前記外筺８の壁面適所に設けた孔９にゴ
ム弾性の風船状ベローズ１０を設け、前記ベロー
ズ１０内と外気或は圧力を測定すべき気体とを流
通せしめる。尚、前記筺体８内部には窒素ガスの
如き不活性ガスを封入し前記振動子１が本ガス中
で振動するようにしたものである。
斯くすることによつて圧力を測定せんとする流
体が前記ベローズ１０内に導入されるとこれは自
由に膨張することが可能なのでその内圧Ｐが前記
圧力センサ筺体８内圧Ｐと等しくなつた状態で安
定するからその状態に於ける前記振動子１の等価
直列抵抗を例えばCIメータによつて測定すれば
前記第３図から圧力を読み取ることができる。
体が前記ベローズ１０内に導入されるとこれは自
由に膨張することが可能なのでその内圧Ｐが前記
圧力センサ筺体８内圧Ｐと等しくなつた状態で安
定するからその状態に於ける前記振動子１の等価
直列抵抗を例えばCIメータによつて測定すれば
前記第３図から圧力を読み取ることができる。
しかも前記振動子１は多孔封止体２に収納され
ているので前記ベローズ１０が接触して振動を阻
害されることもなく、又前記封止体２の周辺は前
記熱線６によつて常時一定温度に保たれるように
なつていること及び当該熱の圧力を測定すべき気
体との間での交換は前記センサ筺体８内の不活性
封止ガスと前記ベローズ１０を介して行なわれる
ことになるので極めて少なく、従つて前記振動子
１は事実上一定温度に保持されることになるので
測定精度も高く安定したものとなる。
ているので前記ベローズ１０が接触して振動を阻
害されることもなく、又前記封止体２の周辺は前
記熱線６によつて常時一定温度に保たれるように
なつていること及び当該熱の圧力を測定すべき気
体との間での交換は前記センサ筺体８内の不活性
封止ガスと前記ベローズ１０を介して行なわれる
ことになるので極めて少なく、従つて前記振動子
１は事実上一定温度に保持されることになるので
測定精度も高く安定したものとなる。
尚、本発明は第５図に示す如く変形してもよい
ことは明らかである。即ち圧力を測定すべき気体
を前記センサ筺体８内に直接導き、前記振動子
１、その封止体２を諸共に前記ベローズ１０内に
収納するようにしても効果については変らない． （発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成するので極めて
高い分解能と精度を以つて気対圧力の測定を行う
ことが可能であり、又その測定も容易であつて、
前記ベローズの弾性率を適当に選択すればセンサ
の形状も充分小型とすることが可能であるから高
度計或は亜音速程度までの速度計或はガスの流量
計量に適したセンサとなるものである。
ことは明らかである。即ち圧力を測定すべき気体
を前記センサ筺体８内に直接導き、前記振動子
１、その封止体２を諸共に前記ベローズ１０内に
収納するようにしても効果については変らない． （発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成するので極めて
高い分解能と精度を以つて気対圧力の測定を行う
ことが可能であり、又その測定も容易であつて、
前記ベローズの弾性率を適当に選択すればセンサ
の形状も充分小型とすることが可能であるから高
度計或は亜音速程度までの速度計或はガスの流量
計量に適したセンサとなるものである。
第１図は本発明の圧力センサに使用する音叉型
圧電振動子の外形図、第２図は電気的等価回路を
示す図、第３図はその振動子の周辺ガス圧と直列
等価抵抗との関係を示す図、第４図は本発明の圧
力センシング部の構造を示す断面図、第５図は他
の実施例を示す断面図である。 １……音叉型圧電振動子、１０……べローズ。
圧電振動子の外形図、第２図は電気的等価回路を
示す図、第３図はその振動子の周辺ガス圧と直列
等価抵抗との関係を示す図、第４図は本発明の圧
力センシング部の構造を示す断面図、第５図は他
の実施例を示す断面図である。 １……音叉型圧電振動子、１０……べローズ。
Claims (1)
- １ 音叉型圧電振動子をとりまく気体の圧力の変
化を前記振動子の等価直列抵抗の変化によつて検
知する圧力センサに於て、前記圧電振動子の板厚
ｔと音叉間隔ｇとの関係をｔ／ｇ＞１としたこと
を特徴とする気体の圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14665382A JPS5935122A (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | 気体の圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14665382A JPS5935122A (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | 気体の圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5935122A JPS5935122A (ja) | 1984-02-25 |
| JPH0515975B2 true JPH0515975B2 (ja) | 1993-03-03 |
Family
ID=15412586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14665382A Granted JPS5935122A (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | 気体の圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5935122A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6150031A (ja) * | 1984-08-20 | 1986-03-12 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | センサ用圧電変換素子 |
| JPS6190031A (ja) * | 1984-10-11 | 1986-05-08 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 水晶振動子圧力センサ |
| JPH0720579Y2 (ja) * | 1985-01-30 | 1995-05-15 | 株式会社長野計器製作所 | 圧力測定装置 |
| JPS61201129A (ja) * | 1985-03-04 | 1986-09-05 | Toyo Commun Equip Co Ltd | ガス圧力センサ |
| JPS62184446U (ja) * | 1986-05-13 | 1987-11-24 | ||
| JPS6378228U (ja) * | 1986-11-07 | 1988-05-24 | ||
| JPH09105U (ja) * | 1991-10-29 | 1997-02-25 | 東洋通信機株式会社 | ガス圧力センサ |
| JP2024017607A (ja) * | 2022-07-28 | 2024-02-08 | 藤森工業株式会社 | 圧力測定装置、バイオリアクター、培養装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5484979U (ja) * | 1977-11-28 | 1979-06-15 |
-
1982
- 1982-08-23 JP JP14665382A patent/JPS5935122A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5935122A (ja) | 1984-02-25 |
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