JPH0517632Y2 - - Google Patents
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- JPH0517632Y2 JPH0517632Y2 JP1986159668U JP15966886U JPH0517632Y2 JP H0517632 Y2 JPH0517632 Y2 JP H0517632Y2 JP 1986159668 U JP1986159668 U JP 1986159668U JP 15966886 U JP15966886 U JP 15966886U JP H0517632 Y2 JPH0517632 Y2 JP H0517632Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- tuning fork
- sensing element
- fork type
- type crystal
- 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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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は圧力センサーの一部分をなす圧力検知
素子の設置構造に関するものであり、さらに詳し
くは圧力センサーの圧力検知素子と圧力応動部間
が機械的に非接触であり、圧力検知素子の周囲雰
囲気の圧力変化を検知する方式の圧力センサーに
おいて、圧力検知素子の設置構造に関するもので
ある。
素子の設置構造に関するものであり、さらに詳し
くは圧力センサーの圧力検知素子と圧力応動部間
が機械的に非接触であり、圧力検知素子の周囲雰
囲気の圧力変化を検知する方式の圧力センサーに
おいて、圧力検知素子の設置構造に関するもので
ある。
圧力応動部と非接触で周囲雰囲気の圧力の変化
を検知する代表的な圧力検知素子として屈曲振動
あるいは輪郭振動を行う圧電振動子があげられ
る。この圧電振動子の電気的特性は周囲雰囲気の
圧力変化により略直線的に変化する性質を有して
いる。例えば、音叉型水晶振動子の固有周波数は
周囲雰囲気の圧力変化により略直線的に変化する
とともに、ここで検出された周波数の変化量は、
周波数という擬似デジタル信号で示される為、
Ａ／Ｄ変換を行わずにマイクロコンピユータによ
るデータ処理に適しているという利点を有してい
る。よつて圧力検出のデータとして少なからず利
用さていた。
を検知する代表的な圧力検知素子として屈曲振動
あるいは輪郭振動を行う圧電振動子があげられ
る。この圧電振動子の電気的特性は周囲雰囲気の
圧力変化により略直線的に変化する性質を有して
いる。例えば、音叉型水晶振動子の固有周波数は
周囲雰囲気の圧力変化により略直線的に変化する
とともに、ここで検出された周波数の変化量は、
周波数という擬似デジタル信号で示される為、
Ａ／Ｄ変換を行わずにマイクロコンピユータによ
るデータ処理に適しているという利点を有してい
る。よつて圧力検出のデータとして少なからず利
用さていた。
（従来技術）
従来技術を第３図とともに説明する。第３図は
圧力検知素子収納容器を（以下収納容器という）
５の内部断面の模式図である。外部圧力変化によ
り伸縮応動するベローズ容器５２は上面に受圧板
５１を有し、内部には圧力検知素子である音叉型
水晶振動子１を有し、真空あるいは不活性ガスが
充填されている。収納容器５に外部圧力がくわわ
るとベローズの弾性で容器全体が収縮し、ベロー
ズ容器５２内の圧力が上昇する。この圧力の上昇
に応じて音叉型水晶振動子１の共振周波数が略直
線的に低下しよつてこの変化量を検出して圧力を
測定する。（特開昭57−136130号参照） しかしながら圧力検知素子である音叉型水晶振
動子の収納室の設計寸法によつては共振周波数が
温度変化による気体の抵抗変化とは全く別の原因
で温度変化により大きく変動することがある。す
なわち通常の屈曲振動を行う音叉型水晶振動子の
周波数の温度に対する特性は負の２次曲線で示さ
れているが、この２次曲線が大きく乱れる。これ
により振動子が持つ周波数温度特性と気体抵抗の
温度変化の両方について温度補償を行つていて
も、出力されるデータが適切な圧力値を示してい
ない場合があつた。
圧力検知素子収納容器を（以下収納容器という）
５の内部断面の模式図である。外部圧力変化によ
り伸縮応動するベローズ容器５２は上面に受圧板
５１を有し、内部には圧力検知素子である音叉型
水晶振動子１を有し、真空あるいは不活性ガスが
充填されている。収納容器５に外部圧力がくわわ
るとベローズの弾性で容器全体が収縮し、ベロー
ズ容器５２内の圧力が上昇する。この圧力の上昇
に応じて音叉型水晶振動子１の共振周波数が略直
線的に低下しよつてこの変化量を検出して圧力を
測定する。（特開昭57−136130号参照） しかしながら圧力検知素子である音叉型水晶振
動子の収納室の設計寸法によつては共振周波数が
温度変化による気体の抵抗変化とは全く別の原因
で温度変化により大きく変動することがある。す
なわち通常の屈曲振動を行う音叉型水晶振動子の
周波数の温度に対する特性は負の２次曲線で示さ
れているが、この２次曲線が大きく乱れる。これ
により振動子が持つ周波数温度特性と気体抵抗の
温度変化の両方について温度補償を行つていて
も、出力されるデータが適切な圧力値を示してい
ない場合があつた。
また、第４図に示すような構成では、音叉型水
晶振動子１がベローズ容器５２に直立して設けら
れているが、このようにベローズ容器内に水晶振
動子が存在するような構成では、加圧時における
ベローズ容器の収縮率を大きくできず（収縮率を
大きくすると振動子に接触する）、また全体的な
小型化の障害となつていた。これを解決するため
に振動子を別室に収納し、ベローズ容器の収縮率
を大きくすることも考案されているが、このよう
な場合上記共振の問題が大きく影響することがあ
つた。
晶振動子１がベローズ容器５２に直立して設けら
れているが、このようにベローズ容器内に水晶振
動子が存在するような構成では、加圧時における
ベローズ容器の収縮率を大きくできず（収縮率を
大きくすると振動子に接触する）、また全体的な
小型化の障害となつていた。これを解決するため
に振動子を別室に収納し、ベローズ容器の収縮率
を大きくすることも考案されているが、このよう
な場合上記共振の問題が大きく影響することがあ
つた。
（考案の目的）
本考案は上記事情に鑑みてなされたもので温度
変化により不規則に共振周波数が大きく変動せず
信頼性の優れた圧力検知素子の設置構造を提供す
ることを目的とするものである。
変化により不規則に共振周波数が大きく変動せず
信頼性の優れた圧力検知素子の設置構造を提供す
ることを目的とするものである。
（考案の構造）
本考案者が上記問題点を鋭意研究し解析した結
果、この共振周波数の温度変化に対する変動は、
圧力検知素子である音叉型水晶振動子の波長と、
対向する音叉型水晶振動子の最強振面と収納室内
壁との距離に関係することが解かつた。すなわち
音叉型水晶振動子は周知のようにその固有振動数
に相当する周波数の交流に電気的にも機械的にも
強く共振するが、またその周囲の気体も振動す
る。すなわち共振時に音叉型水晶振動子より音波
が放射される。対向する音叉型水晶振動子の最強
振面と収納室内壁面との距離が前記音波の半波長
の整数倍である場合、上記両面間で共振が生じ
る。このような場合に収納容器内で複雑な音場が
生じ、温度変化に伴う波長変化により多種の内部
気体の共振が生成あるいは消滅して音叉型水晶振
動子の振動に強い影響を与え、周波数が大きく変
化する。
果、この共振周波数の温度変化に対する変動は、
圧力検知素子である音叉型水晶振動子の波長と、
対向する音叉型水晶振動子の最強振面と収納室内
壁との距離に関係することが解かつた。すなわち
音叉型水晶振動子は周知のようにその固有振動数
に相当する周波数の交流に電気的にも機械的にも
強く共振するが、またその周囲の気体も振動す
る。すなわち共振時に音叉型水晶振動子より音波
が放射される。対向する音叉型水晶振動子の最強
振面と収納室内壁面との距離が前記音波の半波長
の整数倍である場合、上記両面間で共振が生じ
る。このような場合に収納容器内で複雑な音場が
生じ、温度変化に伴う波長変化により多種の内部
気体の共振が生成あるいは消滅して音叉型水晶振
動子の振動に強い影響を与え、周波数が大きく変
化する。
上記研究解析に基づき本考案は、少なくとも外
部圧力の変化により受圧板が応動し、容積、内部
圧力が変化する圧力応動室と、この圧力応動室と
空間的に続いて圧力検知素子である音叉型水晶振
動子を収納し、容積変化のしない圧力検知素子収
納室の２室からなり、前記音叉型水晶振動子はそ
の最強振面である側面が前記圧力検知素子収納室
の内壁面に平行に対向するよう設置され、かつ前
記側面と内壁面間の距離は前記音叉型水晶振動子
の測定圧力範囲内における固有振動数領域の最も
短い１波長未満（但し測定圧力範囲内における固
有振動数領域の半波長領域の距離を除く）に設定
したことを特徴とするものである。尚、１波長以
上の距離を選ぶと収納室内寸法が大きくなり、小
型化に適さず、また内部気体の共振の場を与える
ことになるので好ましくない。
部圧力の変化により受圧板が応動し、容積、内部
圧力が変化する圧力応動室と、この圧力応動室と
空間的に続いて圧力検知素子である音叉型水晶振
動子を収納し、容積変化のしない圧力検知素子収
納室の２室からなり、前記音叉型水晶振動子はそ
の最強振面である側面が前記圧力検知素子収納室
の内壁面に平行に対向するよう設置され、かつ前
記側面と内壁面間の距離は前記音叉型水晶振動子
の測定圧力範囲内における固有振動数領域の最も
短い１波長未満（但し測定圧力範囲内における固
有振動数領域の半波長領域の距離を除く）に設定
したことを特徴とするものである。尚、１波長以
上の距離を選ぶと収納室内寸法が大きくなり、小
型化に適さず、また内部気体の共振の場を与える
ことになるので好ましくない。
（考案の実施例）
本考案による第１の実施例を第１図ａ、第１図
ｂとともに説明する。第１図ａは圧力検知素子収
納容器の断面図で、第１図ｂは圧力検知素子収納
室の内部拡大斜視図である。圧力検知素子収納容
器（収納容器という）２は全体で見て円柱形で、
内部には窒素ガスが封入されており、圧力応動室
２２と圧力検知素子収納室（以下収納室という）
２３２の室より構成されている。圧力応動室２２
は外部圧力によつて上下に応動する受圧板２１と
伸縮自在のベローズ容器とより構成されている。
この圧力応動室２２の下には内圧の変動により伸
縮しないすなわち容積の変化しない収納室２３が
設けられている。この収納室２３の内部には圧力
検知素子であり、周囲表面に励振電極（図示せ
ず）が形成された音叉型水晶振動子１が設置さ
れ、この音叉型水晶振動子１より収納容器外部に
電圧印加の為のリード端子１１，１２が引き出さ
れている。音叉型水晶振動子の波長λは、摂氏10
℃、窒素ガス雰囲気中で λ＝343〔ｍ／ｓ〕／ と表すことができる。ここでは音叉型水晶振動
子の周波数で、本実施例の場合、32.768KHzであ
るので、波長λは約10.47mm、半波長は約5.235mm
である。以上の数値から音叉型水晶振動子の外側
面１０，１０と収納室内壁面２３１，２３１との
各々の距離ｔ１は10.47mm未満（但し約5.235mmの
距離は除く）に設定すればよい。また他の例とし
てArガス雰囲気中では摂氏10℃で音速312m／
ｓ、よつて１０と２３１間の距離は9.52mm未満
（但し4.76mmの距離を除く）に設定すればよい。
但し、温度変化に比例して音速も変化する為、使
用温度範囲に応じて上記距離を決定する必要があ
る。さらに圧力変化による周波数変化によつても
波長が変化するため、音叉型水晶振動子にかかる
圧力を考慮して上記距離を決定する必要がある。
尚、音波の進行方向と直角であるためさほど問題
とならないが、音叉型水晶振動子の長手方向の距
離（すなわち、脚部先端面と、この先端面に対向
する面間距離）も半波長の倍数と一致しないよう
にすれば良い。また上記の位置決めは例えば第１
図ｂに示すように、収納室の音叉型水晶振動子１
の基部に対向する部分に、決定した距離分の寸法
の突起部２３２，２３２を設けて、この間に音叉
型水晶振動子を設置すればよい。ここで例示した
収納容器の材質は弾性に富んだ金属材料である
が、近年ではテフロン（商品名）等の合成樹脂材
料も使用されている。
ｂとともに説明する。第１図ａは圧力検知素子収
納容器の断面図で、第１図ｂは圧力検知素子収納
室の内部拡大斜視図である。圧力検知素子収納容
器（収納容器という）２は全体で見て円柱形で、
内部には窒素ガスが封入されており、圧力応動室
２２と圧力検知素子収納室（以下収納室という）
２３２の室より構成されている。圧力応動室２２
は外部圧力によつて上下に応動する受圧板２１と
伸縮自在のベローズ容器とより構成されている。
この圧力応動室２２の下には内圧の変動により伸
縮しないすなわち容積の変化しない収納室２３が
設けられている。この収納室２３の内部には圧力
検知素子であり、周囲表面に励振電極（図示せ
ず）が形成された音叉型水晶振動子１が設置さ
れ、この音叉型水晶振動子１より収納容器外部に
電圧印加の為のリード端子１１，１２が引き出さ
れている。音叉型水晶振動子の波長λは、摂氏10
℃、窒素ガス雰囲気中で λ＝343〔ｍ／ｓ〕／ と表すことができる。ここでは音叉型水晶振動
子の周波数で、本実施例の場合、32.768KHzであ
るので、波長λは約10.47mm、半波長は約5.235mm
である。以上の数値から音叉型水晶振動子の外側
面１０，１０と収納室内壁面２３１，２３１との
各々の距離ｔ１は10.47mm未満（但し約5.235mmの
距離は除く）に設定すればよい。また他の例とし
てArガス雰囲気中では摂氏10℃で音速312m／
ｓ、よつて１０と２３１間の距離は9.52mm未満
（但し4.76mmの距離を除く）に設定すればよい。
但し、温度変化に比例して音速も変化する為、使
用温度範囲に応じて上記距離を決定する必要があ
る。さらに圧力変化による周波数変化によつても
波長が変化するため、音叉型水晶振動子にかかる
圧力を考慮して上記距離を決定する必要がある。
尚、音波の進行方向と直角であるためさほど問題
とならないが、音叉型水晶振動子の長手方向の距
離（すなわち、脚部先端面と、この先端面に対向
する面間距離）も半波長の倍数と一致しないよう
にすれば良い。また上記の位置決めは例えば第１
図ｂに示すように、収納室の音叉型水晶振動子１
の基部に対向する部分に、決定した距離分の寸法
の突起部２３２，２３２を設けて、この間に音叉
型水晶振動子を設置すればよい。ここで例示した
収納容器の材質は弾性に富んだ金属材料である
が、近年ではテフロン（商品名）等の合成樹脂材
料も使用されている。
この収納容器２に圧力Ｐがかかるとその圧力Ｐ
の大きさに応動して圧力応動室２が収縮し、室内
圧が変化する。音叉型水晶振動子は発振回路の一
部をなし所定の周波数（例えば32.768KHz）で振
動しているがこの室内圧の変化により周波数が低
下する。この変化量を外部データ処理回路で測定
し、演算処理し、圧力として表示される。
の大きさに応動して圧力応動室２が収縮し、室内
圧が変化する。音叉型水晶振動子は発振回路の一
部をなし所定の周波数（例えば32.768KHz）で振
動しているがこの室内圧の変化により周波数が低
下する。この変化量を外部データ処理回路で測定
し、演算処理し、圧力として表示される。
本考案による第２の実施例を第２図の断面図と
ともに説明する。収納容器３は上記実施例と同じ
く２室構造であり、下方部には外圧の変動による
容積の変化しない収納室３３が設けられている。
圧力応動室３２と収納室３３とは流通孔３４にて
空間的に繋がつている。圧力応動室３２の上面に
は外部圧力に応動して撓む受圧板であるダイヤフ
ラム３１が設けられており、このダイヤフラム３
１の撓みによつて内部圧力が変化する。圧力検知
素子である音叉型水晶振動子は最強振面である外
側面が上下に位置するように設置されており、外
側面１０１，１０２と収納室上下面との距離ｔ２
は１波長未満（半波長の距離は除く）に設定され
ている。
ともに説明する。収納容器３は上記実施例と同じ
く２室構造であり、下方部には外圧の変動による
容積の変化しない収納室３３が設けられている。
圧力応動室３２と収納室３３とは流通孔３４にて
空間的に繋がつている。圧力応動室３２の上面に
は外部圧力に応動して撓む受圧板であるダイヤフ
ラム３１が設けられており、このダイヤフラム３
１の撓みによつて内部圧力が変化する。圧力検知
素子である音叉型水晶振動子は最強振面である外
側面が上下に位置するように設置されており、外
側面１０１，１０２と収納室上下面との距離ｔ２
は１波長未満（半波長の距離は除く）に設定され
ている。
本考案は上記実施例に限定されるものでなく、
圧力応動室がゴム風船状ベローズあるいはシリン
ダー構造であつてもよい。さらに圧力応動室と収
納室とを屈曲自在な流通管で離隔しておけば測定
圧力中が高温等の厳しい環境にある場合、あるい
は容器の小型化の要望のある場合に有効であり、
また屈曲自在であるが為に取り扱いが容易で設置
が容易となる利点も有している。
圧力応動室がゴム風船状ベローズあるいはシリン
ダー構造であつてもよい。さらに圧力応動室と収
納室とを屈曲自在な流通管で離隔しておけば測定
圧力中が高温等の厳しい環境にある場合、あるい
は容器の小型化の要望のある場合に有効であり、
また屈曲自在であるが為に取り扱いが容易で設置
が容易となる利点も有している。
（考案の効果）
本考案によれば、圧力検知素子である音叉型水
晶振動子が、圧力応動室と別れた圧力検知素子収
納室に設置され、全体として圧力応動室の収縮率
を大きくしたり、小型化した場合でも、この音叉
型水晶振動子はその最強振面である側面がこの収
納室の内壁面に平行に対向するよう設置され、か
つ前記側面と内壁面間き距離は前記音叉型水晶振
動子の測定圧力範囲内における固有振動数領域の
最も短い１波長未満（但し測定圧力範囲内におけ
る固有振動数領域の半波長領域の距離を除く）に
設定したことにより、振動子と内壁面との間に共
振が生じることはなくなる。よつて圧力変化に対
する直線的な周波数変化を検出することができ、
信頼性の高い圧力センサーを得ることができる。
晶振動子が、圧力応動室と別れた圧力検知素子収
納室に設置され、全体として圧力応動室の収縮率
を大きくしたり、小型化した場合でも、この音叉
型水晶振動子はその最強振面である側面がこの収
納室の内壁面に平行に対向するよう設置され、か
つ前記側面と内壁面間き距離は前記音叉型水晶振
動子の測定圧力範囲内における固有振動数領域の
最も短い１波長未満（但し測定圧力範囲内におけ
る固有振動数領域の半波長領域の距離を除く）に
設定したことにより、振動子と内壁面との間に共
振が生じることはなくなる。よつて圧力変化に対
する直線的な周波数変化を検出することができ、
信頼性の高い圧力センサーを得ることができる。
第１図ａ、第１図ｂは本考案による第１の実施
例を示す図、第２図は第２の実施例を示す図、第
３図は従来例を示す図である。 １……音叉型水晶振動子（圧力検知素子）、１
１，１２，３２，３３……リード端子、２２，３
２，４２……圧力応動室、２３，３３，４３……
圧力検知素子収納室。
例を示す図、第２図は第２の実施例を示す図、第
３図は従来例を示す図である。 １……音叉型水晶振動子（圧力検知素子）、１
１，１２，３２，３３……リード端子、２２，３
２，４２……圧力応動室、２３，３３，４３……
圧力検知素子収納室。
Claims (1)
- 少なくとも外部圧力の変化により受圧板が応動
し、容積、内部圧力が変化する圧力応動室と、こ
の圧力応動室と空間的に続いて圧力検知素子であ
る音叉型水晶振動子を収納し、容積変化のしない
圧力検知素子収納室の２室からなり、前記音叉型
水晶振動子はその最強振面である側面が前記圧力
検知素子収納室の内壁面に平行に対向するよう設
置され、かつ前記側面と内壁面間の距離は前記音
叉型水晶振動子の測定圧力範囲内における固有振
動数領域の最も短い１波長未満（但し測定圧力範
囲内における固有振動数領域の半波長領域の距離
を除く）に設定したことを特徴とする圧力検知素
子の収納構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986159668U JPH0517632Y2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986159668U JPH0517632Y2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6363736U JPS6363736U (ja) | 1988-04-27 |
| JPH0517632Y2 true JPH0517632Y2 (ja) | 1993-05-12 |
Family
ID=31084317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1986159668U Expired - Lifetime JPH0517632Y2 (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0517632Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010169512A (ja) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Nippon Soken Inc | 圧力変化検出装置 |
| FR3054666B1 (fr) * | 2016-07-27 | 2018-07-20 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales (Onera) | Resonateur mecanique optimise pour fonctionner dans un fluide |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5658632A (en) * | 1979-10-18 | 1981-05-21 | Seikosha Co Ltd | Pressure detecting device |
-
1986
- 1986-10-17 JP JP1986159668U patent/JPH0517632Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6363736U (ja) | 1988-04-27 |
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