JPH0797060B2 - 音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法 - Google Patents
音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法Info
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- JPH0797060B2 JPH0797060B2 JP2212417A JP21241790A JPH0797060B2 JP H0797060 B2 JPH0797060 B2 JP H0797060B2 JP 2212417 A JP2212417 A JP 2212417A JP 21241790 A JP21241790 A JP 21241790A JP H0797060 B2 JPH0797060 B2 JP H0797060B2
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- 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
- G01L9/08—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 by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
-
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- 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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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法
に関する。
に関する。
（従来の技術） 従来、音叉型水晶振動子（以下、単に「振動子」と言
う）を用いて圧力（主として真空圧力）を測定する方法
が知られている（例えば実開昭64−38547号）。これは
振動子の共振抵抗が、分子流領域では圧力に比例して増
加し、粘性流領域では圧力の1/2乗に比例して増加する
という、振動子の持つ優れた特性を利用したもので、大
気圧から10-2〜10-3Torr台までの広い範囲の圧力測定が
可能なことから、有力な圧力測定手段として認められて
いる。
う）を用いて圧力（主として真空圧力）を測定する方法
が知られている（例えば実開昭64−38547号）。これは
振動子の共振抵抗が、分子流領域では圧力に比例して増
加し、粘性流領域では圧力の1/2乗に比例して増加する
という、振動子の持つ優れた特性を利用したもので、大
気圧から10-2〜10-3Torr台までの広い範囲の圧力測定が
可能なことから、有力な圧力測定手段として認められて
いる。
この振動子を用いた圧力の測定方法では、振動子を圧力
が測定されるべき気体空間内に配置し、発振回路を介し
て振動させ、その時の共振抵抗Ｚと振動子の固有共振抵
抗Z0（高真空における値）の差ΔＺ（＝Ｚ−Z0）から、
気体の圧力を測定するようにしている。
が測定されるべき気体空間内に配置し、発振回路を介し
て振動させ、その時の共振抵抗Ｚと振動子の固有共振抵
抗Z0（高真空における値）の差ΔＺ（＝Ｚ−Z0）から、
気体の圧力を測定するようにしている。
（発明が解決しようとする課題） 前記の如くの振動子を用いた圧力測定方法においては、
一般に測定中の振動子の温度は不定であるので、低い圧
力側で測定誤差が大きくなり、正確な圧力測定ができな
い問題点があった。
一般に測定中の振動子の温度は不定であるので、低い圧
力側で測定誤差が大きくなり、正確な圧力測定ができな
い問題点があった。
前記固有共振抵抗Z0は、広い温度領域（−20〜＋60℃）
において数ＫΩしか変化しない安定したものであるが、
前記差ΔＺは10-1〜10-2Torrの領域では数ＫΩ程度、10
-2〜10-3Torrの領域では数10Ω程度と圧力が低くなるに
従って差ΔＺが小さくなり、振動子の温度によって変化
する固有共振抵抗Z0の変化が無視できなくなるものであ
った。そしてこのことが振動子を用いた場合の測定限界
となっていた。
において数ＫΩしか変化しない安定したものであるが、
前記差ΔＺは10-1〜10-2Torrの領域では数ＫΩ程度、10
-2〜10-3Torrの領域では数10Ω程度と圧力が低くなるに
従って差ΔＺが小さくなり、振動子の温度によって変化
する固有共振抵抗Z0の変化が無視できなくなるものであ
った。そしてこのことが振動子を用いた場合の測定限界
となっていた。
振動子の固有共振抵抗Z0が変化するのを防止する目的
で、第６図に示したように振動子41をアルミニウムブロ
ック42内に埋め込み、かつこのアルミニウムブロック42
内にヒータ43および温度センサ44も埋め込んで、振動子
41を一定の温度に保持できるようにした測定子が提案さ
れている。
で、第６図に示したように振動子41をアルミニウムブロ
ック42内に埋め込み、かつこのアルミニウムブロック42
内にヒータ43および温度センサ44も埋め込んで、振動子
41を一定の温度に保持できるようにした測定子が提案さ
れている。
然し乍ら、このような測定子では、アルミニウムブロッ
ク42が有する熱容量で、振動子41を所定の温度に維持す
るまでに時間を要し、測定上のレスポンスが遅い問題点
や、ヒータ43および温度センサ44を介して温度コントロ
ール回路を備えなければならないので、測定回路が複雑
かつ高価となる問題点があった。
ク42が有する熱容量で、振動子41を所定の温度に維持す
るまでに時間を要し、測定上のレスポンスが遅い問題点
や、ヒータ43および温度センサ44を介して温度コントロ
ール回路を備えなければならないので、測定回路が複雑
かつ高価となる問題点があった。
この発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもの
で、振動子に対して特別の手段を付加することなく、正
確な圧力を測定する方法を提供することを目的としたも
のである。
で、振動子に対して特別の手段を付加することなく、正
確な圧力を測定する方法を提供することを目的としたも
のである。
（課題を解決する為の手段） 前記の如く目的を達成するこの発明の振動子を用いた圧
力の測定方法は、振動子の固有共振抵抗Z0と測定した共
振抵抗Ｚの差ΔＺから気体の圧力を測定する方法におい
て、前記固有共振抵抗Z0は、振動子の共振周波数ｆを測
定し、該共振周波数ｆから振動子の温度Ｔを求め、求め
た温度Ｔにおける固有共振抵抗（Z0＋Zt）を用いること
を特徴としている。
力の測定方法は、振動子の固有共振抵抗Z0と測定した共
振抵抗Ｚの差ΔＺから気体の圧力を測定する方法におい
て、前記固有共振抵抗Z0は、振動子の共振周波数ｆを測
定し、該共振周波数ｆから振動子の温度Ｔを求め、求め
た温度Ｔにおける固有共振抵抗（Z0＋Zt）を用いること
を特徴としている。
前記において共振抵抗Ｚの測定は、振動子を共振周波数
ｆの定電圧交流で駆動し、この時の共振電流を演算して
求めるのが一般的である。又、固有共振抵抗（Z0＋Zt）
は、共振周波数ｆからZtに相当する電圧を得ると共に、
Z0に相当する電圧を基準電圧として設定し、演算増巾器
により演算するようにして、実質的に温度Ｔを求め、求
めた温度Ｔにおける固有共振抵抗（Z0＋Zt）を求めたこ
ととするのが一般的である。
ｆの定電圧交流で駆動し、この時の共振電流を演算して
求めるのが一般的である。又、固有共振抵抗（Z0＋Zt）
は、共振周波数ｆからZtに相当する電圧を得ると共に、
Z0に相当する電圧を基準電圧として設定し、演算増巾器
により演算するようにして、実質的に温度Ｔを求め、求
めた温度Ｔにおける固有共振抵抗（Z0＋Zt）を求めたこ
ととするのが一般的である。
（作用） この発明の圧力測定方法によれば、測定中の振動子の温
度が変化しても、振動子の実際の固有共振抵抗（Z0＋Z
t）と、圧力に対応する共振抵抗Ｚから差ΔＺを求める
ので、常に正確な圧力を測定し、誤差を無くすることが
できる。
度が変化しても、振動子の実際の固有共振抵抗（Z0＋Z
t）と、圧力に対応する共振抵抗Ｚから差ΔＺを求める
ので、常に正確な圧力を測定し、誤差を無くすることが
できる。
（実施例） 以下この発明を実施例に基づいて説明する。
振動子としては第１図に示したように、温度Ｔと共振周
波数ｆの間で直線ａのような特性を有し、又、温度Ｔと
固有共振抵抗（Z0＋Zt）の間で曲線ｂのような特性を有
するものを使用した。然して気体（空気）の圧力Ｐと共
振抵抗の差ΔＺ｛＝Ｚ−（Z0＋Zt）｝との間には第２図
のような特性を有する振動子であった。
波数ｆの間で直線ａのような特性を有し、又、温度Ｔと
固有共振抵抗（Z0＋Zt）の間で曲線ｂのような特性を有
するものを使用した。然して気体（空気）の圧力Ｐと共
振抵抗の差ΔＺ｛＝Ｚ−（Z0＋Zt）｝との間には第２図
のような特性を有する振動子であった。
このような振動子１を用いて第３図に示したような測定
回路を構成した。図中２は電流電圧変換器、３は全波整
流器、４は1/10減衰器、５は比較器、６は電圧制御減衰
器、７は全波整流器、８は演算回路、９は周波数カウン
タ、10はD/Aコンバータ、11はメータである。
回路を構成した。図中２は電流電圧変換器、３は全波整
流器、４は1/10減衰器、５は比較器、６は電圧制御減衰
器、７は全波整流器、８は演算回路、９は周波数カウン
タ、10はD/Aコンバータ、11はメータである。
前記全波整流器３、1/10減衰器４、比較器５および電圧
制御減衰器６は定電圧交流電源を構成しており、設定電
圧交流電源と振動子１で自励式発振回路を構成したもの
である。
制御減衰器６は定電圧交流電源を構成しており、設定電
圧交流電源と振動子１で自励式発振回路を構成したもの
である。
測定回路をこのように構成することによって、電流電圧
変換器２および全波整流器７を介して演算回路８の一方
の入力に対しては、発振回路における共振電流に対応す
る信号が与えられる。共振電流に対応する信号は、共振
抵抗Ｚに対応する信号でもあるので、演算回路８の一方
の入力には実質的に共振抵抗Ｚに関する信号が与えられ
ることになる。演算回路８の他方の入力には共振周波数
ｆが与えられている。
変換器２および全波整流器７を介して演算回路８の一方
の入力に対しては、発振回路における共振電流に対応す
る信号が与えられる。共振電流に対応する信号は、共振
抵抗Ｚに対応する信号でもあるので、演算回路８の一方
の入力には実質的に共振抵抗Ｚに関する信号が与えられ
ることになる。演算回路８の他方の入力には共振周波数
ｆが与えられている。
演算回路８は第４図に示したように構成されている。図
中OP1〜OP3は演算増巾器、15は割算回路である。
中OP1〜OP3は演算増巾器、15は割算回路である。
共振周波数ｆが与えられた演算増巾器OP1において、第
１図の特性に従って、振動子１の温度に対して補正すべ
き抵抗値Ztを求め、−（Z0＋Zt）を演算する。そしてこ
の得られた−（Z0＋Zt）と全波整流器７側から与えられ
た共振抵抗Ｚを加算してＺ−（Z0＋Zt）を得た後、演算
増巾器OP1、OP2で順次増巾してメータ11を駆動する。
１図の特性に従って、振動子１の温度に対して補正すべ
き抵抗値Ztを求め、−（Z0＋Zt）を演算する。そしてこ
の得られた−（Z0＋Zt）と全波整流器７側から与えられ
た共振抵抗Ｚを加算してＺ−（Z0＋Zt）を得た後、演算
増巾器OP1、OP2で順次増巾してメータ11を駆動する。
上記のように構成することによって、演算回路８では、
実質的に共振周波数ｆから、例えば第１図中のＡ点を求
め、続いてＢ点を求めることになるので、振動子１の固
有共振抵抗Z0は、従来の方法における高真空における固
定された値では無く、測定中の温度における値とするこ
とができ、振動子１の置かれた温度による誤差を無くす
ることができる。
実質的に共振周波数ｆから、例えば第１図中のＡ点を求
め、続いてＢ点を求めることになるので、振動子１の固
有共振抵抗Z0は、従来の方法における高真空における固
定された値では無く、測定中の温度における値とするこ
とができ、振動子１の置かれた温度による誤差を無くす
ることができる。
第５図は、前記実施例のアナログ表示に代えて、デジタ
ル表示ができるようにした測定回路の実施例である。前
記実施例と同一の要素には同一の符号を付してある。前
記実施例と異る所は、全波整流器７で与えられる共振抵
抗1/ZをA/Dコンバータ12でデジタル変換し、周波数カウ
ンタ９の出力と共にCPU13に与え、CPU13で演算して、表
示器14にデジタル表示するようにした点にある。CPU13
は、前記演算回路８で行なった演算を行なうように、プ
ログラムとデータが記憶させてあるものである。
ル表示ができるようにした測定回路の実施例である。前
記実施例と同一の要素には同一の符号を付してある。前
記実施例と異る所は、全波整流器７で与えられる共振抵
抗1/ZをA/Dコンバータ12でデジタル変換し、周波数カウ
ンタ９の出力と共にCPU13に与え、CPU13で演算して、表
示器14にデジタル表示するようにした点にある。CPU13
は、前記演算回路８で行なった演算を行なうように、プ
ログラムとデータが記憶させてあるものである。
この実施例も前記実施例と同様で、振動子１の測定中の
温度における固有共振抵抗（Z0＋Zt）に基づいて圧力を
求めることができ、温度による誤差を無くすることがで
きる。
温度における固有共振抵抗（Z0＋Zt）に基づいて圧力を
求めることができ、温度による誤差を無くすることがで
きる。
（発明の効果） 以上に説明したように、この発明によれば、振動子の温
度を求めて、その温度における固有共振抵抗（Z0＋Zt）
と、圧力に対応する共振抵抗Ｚから差ΔＺを求めて圧力
を測定するようにしたので、測定中の振動子の温度に基
づく誤差を無くし、正確な圧力測定ができる効果があ
る。そして、温度に基づく誤差が無くなるので、測定可
能範囲を圧力の低い方向へ拡大し、広い圧力範囲をカバ
ーできる効果がある。
度を求めて、その温度における固有共振抵抗（Z0＋Zt）
と、圧力に対応する共振抵抗Ｚから差ΔＺを求めて圧力
を測定するようにしたので、測定中の振動子の温度に基
づく誤差を無くし、正確な圧力測定ができる効果があ
る。そして、温度に基づく誤差が無くなるので、測定可
能範囲を圧力の低い方向へ拡大し、広い圧力範囲をカバ
ーできる効果がある。
第１図はこの発明の実施例で用いた振動子の温度に対す
る共振周波数変化および固有共振抵抗変化の特性を示す
グラフ、第２図は同じく振動子の圧力に対する差の特性
を示すグラフ、第３図はこの発明の実施例の測定回路の
ブロック図、第４図は同じく演算回路の回路図、第５図
はこの発明の他の実施例の測定回路のブロック図、第６
図は従来の振動子の温度を制御するようにした装置の正
面図である。 １、41……振動子、８……演算回路 11……メータ、13……CPU 14……表示器
る共振周波数変化および固有共振抵抗変化の特性を示す
グラフ、第２図は同じく振動子の圧力に対する差の特性
を示すグラフ、第３図はこの発明の実施例の測定回路の
ブロック図、第４図は同じく演算回路の回路図、第５図
はこの発明の他の実施例の測定回路のブロック図、第６
図は従来の振動子の温度を制御するようにした装置の正
面図である。 １、41……振動子、８……演算回路 11……メータ、13……CPU 14……表示器
Claims (3)
- 【請求項１】音叉型水晶振動子の固有共振抵抗Z0と測定
した共振抵抗Ｚの差ΔＺから気体の圧力を測定する方法
において、前記固有共振抵抗Z0は、音叉型水晶振動子の
共振周波数ｆを測定し、該共振周波数ｆから音叉型水晶
振動子の温度Ｔを求め、求めた温度Ｔにおける固有共振
抵抗（Z0＋Zt）を用いることを特徴とした音叉型水晶振
動子を用いた圧力の測定方法 - 【請求項２】共振抵抗Ｚの測定は、音叉型水晶振動子を
共振周波数ｆの定電圧交流で駆動した時の共振電流から
換算して求めるようにした請求項１記載の音叉型水晶振
動子を用いた圧力の測定方法 - 【請求項３】固有共振抵抗（Z0＋Zt）は、共振周波数ｆ
からZtに相当する電圧を得ると共に、Z0に相当する電圧
を基準電圧として設定し、演算増巾器により演算するよ
うにした請求項１又は２に記載の音叉型水晶振動子を用
いた圧力の測定方法
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2212417A JPH0797060B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法 |
| KR1019910013589A KR100189223B1 (ko) | 1990-08-10 | 1991-08-06 | 음차형 수정진동자를 사용한 압력의 측정방법 |
| US07/743,227 US5228344A (en) | 1990-08-10 | 1991-08-09 | Method of measuring pressures using a tuning fork crystal oscillator |
| DE69128266T DE69128266T2 (de) | 1990-08-10 | 1991-08-09 | Verfahren zum Messen von Drucken mit einer schwingenden Kristallstimmgabel |
| EP91307338A EP0470853B1 (en) | 1990-08-10 | 1991-08-09 | Method of measuring pressures using a tuning fork crystal oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2212417A JPH0797060B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0493735A JPH0493735A (ja) | 1992-03-26 |
| JPH0797060B2 true JPH0797060B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=16622242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2212417A Expired - Lifetime JPH0797060B2 (ja) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | 音叉型水晶振動子を用いた圧力の測定方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5228344A (ja) |
| EP (1) | EP0470853B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0797060B2 (ja) |
| KR (1) | KR100189223B1 (ja) |
| DE (1) | DE69128266T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002071500A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-03-08 | Anelva Corp | 水晶振動子を用いた圧力測定方法および装置。 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5528939A (en) * | 1995-03-21 | 1996-06-25 | Martin; Jacob H. | Micromechanical pressure gauge having extended sensor range |
| JP4223565B2 (ja) * | 1997-04-14 | 2009-02-12 | エプソントヨコム株式会社 | Ａｔカット水晶振動子 |
| US5939635A (en) * | 1997-12-02 | 1999-08-17 | Varian Inc. | Micromechanical pressure sensor-with improved range |
| JP4493139B2 (ja) * | 2000-02-02 | 2010-06-30 | キヤノンアネルバ株式会社 | 電離真空計 |
| JP5353358B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2013-11-27 | 富士電機株式会社 | 真空計 |
| JPWO2011099238A1 (ja) * | 2010-02-12 | 2013-06-13 | 株式会社アルバック | トランスデューサ型真空計 |
| US8707791B2 (en) * | 2010-09-10 | 2014-04-29 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Tunable pressure transducer assembly |
| US11060935B2 (en) | 2019-05-01 | 2021-07-13 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Pressure transducer assembly with selectable damping inserts |
| US11280693B2 (en) | 2019-05-01 | 2022-03-22 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Clog resistant low pass filter for a pressure transducer |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0379841B2 (de) * | 1989-01-23 | 1998-11-04 | Balzers Aktiengesellschaft | Gasdruck-Messgerät |
| CH687276A5 (de) * | 1989-01-23 | 1996-10-31 | Balzers Hochvakuum | Stimmgabelquarz-Manometer. |
| CH687277A5 (de) * | 1989-01-23 | 1996-10-31 | Balzers Hochvakuum | Stimmgabelquarz-Manometer. |
-
1990
- 1990-08-10 JP JP2212417A patent/JPH0797060B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-08-06 KR KR1019910013589A patent/KR100189223B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-09 DE DE69128266T patent/DE69128266T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-09 EP EP91307338A patent/EP0470853B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-08-09 US US07/743,227 patent/US5228344A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002071500A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-03-08 | Anelva Corp | 水晶振動子を用いた圧力測定方法および装置。 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69128266T2 (de) | 1998-04-02 |
| EP0470853A2 (en) | 1992-02-12 |
| EP0470853A3 (en) | 1993-01-13 |
| DE69128266D1 (de) | 1998-01-08 |
| EP0470853B1 (en) | 1997-11-26 |
| KR100189223B1 (ko) | 1999-06-01 |
| KR920004825A (ko) | 1992-03-28 |
| US5228344A (en) | 1993-07-20 |
| JPH0493735A (ja) | 1992-03-26 |
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