JPS5856428B2 - 水晶振動子を用いた圧力センサ - Google Patents
水晶振動子を用いた圧力センサInfo
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- JPS5856428B2 JPS5856428B2 JP53077739A JP7773978A JPS5856428B2 JP S5856428 B2 JPS5856428 B2 JP S5856428B2 JP 53077739 A JP53077739 A JP 53077739A JP 7773978 A JP7773978 A JP 7773978A JP S5856428 B2 JPS5856428 B2 JP S5856428B2
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- pressure
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-
- 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)
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明Ｏ技術分野
本発明は２枚の水晶振動子を用いてこれらの水晶振動子
の周波数のビート信号により圧力、特に気体圧力を測定
するようにした圧力センサの構造に関するものである。
の周波数のビート信号により圧力、特に気体圧力を測定
するようにした圧力センサの構造に関するものである。
従来技術
従来の気体圧力測定のセンサの代表的なものに歪ゲージ
を利用したものがある。
を利用したものがある。
これはダイアフラムやベローズがこれらに加えられる圧
力の変化によって変化する変形量を抵抗線の伸び縮みに
よる抵抗変化を利用して１−１１＋ｊするもので、この
歪ゲージと固定抵抗器とでブリッジ回路を構成して気体
圧力の測定を行うもので、この方式のセンサには次のよ
うな欠点がある。
力の変化によって変化する変形量を抵抗線の伸び縮みに
よる抵抗変化を利用して１−１１＋ｊするもので、この
歪ゲージと固定抵抗器とでブリッジ回路を構成して気体
圧力の測定を行うもので、この方式のセンサには次のよ
うな欠点がある。
（１）消費電力が大きい。
（２） 出力信号の大きさが電源電圧に依存している
ため、電源電圧の変動が測定確度に直接影響する。
ため、電源電圧の変動が測定確度に直接影響する。
（３） 出力信号がアナログ量のため遠島測定の場合
、出力電圧が伝送線の長さく抵抗値）、材質、結線の状
態等に大きく影響され測定確度が低下するので測定シス
テムを構成する上で種々の制約を受ける。
、出力電圧が伝送線の長さく抵抗値）、材質、結線の状
態等に大きく影響され測定確度が低下するので測定シス
テムを構成する上で種々の制約を受ける。
（４）信号出力がアナログ量のため精度の高い計測をお
こなおうとする場合、被計測信号の伝送やデータ処理に
特別の配慮が必要である。
こなおうとする場合、被計測信号の伝送やデータ処理に
特別の配慮が必要である。
（５）信号処理にＡ／Ｄ変換器を必要とすることが多い
。
。
（６）例えばベローズやダイアフラム等を介して気体圧
力を測定するようにした従来の気体圧力センサは上記ベ
ローズやダイアフラムが受ける環境の変化（例えば温度
変化）が多い。
力を測定するようにした従来の気体圧力センサは上記ベ
ローズやダイアフラムが受ける環境の変化（例えば温度
変化）が多い。
斗た、歪ゲージ以外の種々の形式のセンサに於ても、概
ね抵抗値、電流、電圧の変化を利用してアナログ量とし
て被計測量の検出を行っているものが多いが、これらの
センサは総体的に上記のような欠但をもっているものが
多い。
ね抵抗値、電流、電圧の変化を利用してアナログ量とし
て被計測量の検出を行っているものが多いが、これらの
センサは総体的に上記のような欠但をもっているものが
多い。
発明の目的
本発明は以上のような従来品のアナログ出力方式の欠点
を解決して、測定確度のすぐれた圧力センサを得ること
を目的とする。
を解決して、測定確度のすぐれた圧力センサを得ること
を目的とする。
発明の構成の要点
以上の目的を達成するため本発明では、２枚の水晶振動
子の板面に直接気体圧力を伝達し、これら２枚の水晶振
動子によって構成される２つの水晶発振器の発振周波数
のビード信号の周波数変化を検出し、そのビート信号の
周波数値変化に基いて被測定気体圧力の大きさを測定す
るようにしたものについて２枚の水晶振動子の配置と気
体圧力伝達機構とについて新規な構成を得たものである
。
子の板面に直接気体圧力を伝達し、これら２枚の水晶振
動子によって構成される２つの水晶発振器の発振周波数
のビード信号の周波数変化を検出し、そのビート信号の
周波数値変化に基いて被測定気体圧力の大きさを測定す
るようにしたものについて２枚の水晶振動子の配置と気
体圧力伝達機構とについて新規な構成を得たものである
。
即ち、具体的には２枚の水晶振動子を互に独立して形成
された凹部を有する支持部材に該凹部を密閉状に覆う如
く接合し、該凹部と２枚の水晶振動子とで形成される互
に独立した２つ１間に別系統の気体圧力（通常一方は既
知の気体圧力、他方は未知の被測定気体圧力）を導入し
得るように構成したものである。
された凹部を有する支持部材に該凹部を密閉状に覆う如
く接合し、該凹部と２枚の水晶振動子とで形成される互
に独立した２つ１間に別系統の気体圧力（通常一方は既
知の気体圧力、他方は未知の被測定気体圧力）を導入し
得るように構成したものである。
発明の実施例
第１図Ａ、第１図Ｂは本発明の実施例を示すそれぞれ平
面図、および側断面図である。
面図、および側断面図である。
第１図Ａ、Ｂにおいて引用記号で示す各部の意味は次の
通りである。
通りである。
１・・・水晶振動子（被測定気体圧力に感応するもの）
２・・・水晶振動子（基準となる周波数を発振するもの
） ３・・・水晶振動子ホルダ ４・・・水晶振動子ホルダ３と水晶振動子１とによって
構成される空間（被測定気体圧力空間）５・・・水晶振
動子ホルダ３と水晶振動子２とによって構成される空間 ６・・・空間４に導通する通気パイプ ７・・・空間５に導通する通気穴 ８・・・基準勿体圧力空間 ９・・・空間８に導通する通気パイプ １３・・・基準気体圧力容器 １４．１５・・・水晶振動子１，２の電極Ｐ１ ・・・
被測定気体圧力 ＰＺ・・・基準気体圧力 第１図Ａ、Ｈに於て、水晶振動子ホルダ３は水晶振動子
と同じ素材で形成され、例えば円板の水晶を中央縦断面
がＨ形になるように上下部をくり抜いて互に独立した円
形の凹部を有するような形状に構成されており、水晶振
動子１及び２は、水晶振動子ホルダ３の対称面に上記凹
部を密閉する状態で接合されており、それによって空間
４及び５が形成されている。
２・・・水晶振動子（基準となる周波数を発振するもの
） ３・・・水晶振動子ホルダ ４・・・水晶振動子ホルダ３と水晶振動子１とによって
構成される空間（被測定気体圧力空間）５・・・水晶振
動子ホルダ３と水晶振動子２とによって構成される空間 ６・・・空間４に導通する通気パイプ ７・・・空間５に導通する通気穴 ８・・・基準勿体圧力空間 ９・・・空間８に導通する通気パイプ １３・・・基準気体圧力容器 １４．１５・・・水晶振動子１，２の電極Ｐ１ ・・・
被測定気体圧力 ＰＺ・・・基準気体圧力 第１図Ａ、Ｈに於て、水晶振動子ホルダ３は水晶振動子
と同じ素材で形成され、例えば円板の水晶を中央縦断面
がＨ形になるように上下部をくり抜いて互に独立した円
形の凹部を有するような形状に構成されており、水晶振
動子１及び２は、水晶振動子ホルダ３の対称面に上記凹
部を密閉する状態で接合されており、それによって空間
４及び５が形成されている。
そして水晶振動子１，２と水晶賑動子ホルダ３との接合
条件は、■ 水晶振動子１，２の結晶軸に対する切断角
度と、水晶振動子ホルダ３の結晶軸に対する切断角度が
同一であること。
条件は、■ 水晶振動子１，２の結晶軸に対する切断角
度と、水晶振動子ホルダ３の結晶軸に対する切断角度が
同一であること。
■ 接合の際、水晶振動子１及び２、水晶振動子ホルダ
３の各々の結晶軸を合致させて接合し、全体として一つ
の結晶体とみなせるように接合すること。
３の各々の結晶軸を合致させて接合し、全体として一つ
の結晶体とみなせるように接合すること。
である。なお、水晶振動子１，２釦よび水晶振動子ホル
ダ３′にはＡＴカット板、ＢＴカット板等が使用される
。
ダ３′にはＡＴカット板、ＢＴカット板等が使用される
。
上記したように、水晶振動子１，２と水晶振動子ホルダ
３とが同−物質即ち水晶で形成されてあ・す、その切断
角が同一角度でしかも、水晶振動子１及び２と水晶振動
子ホルダ３の各々の結晶軸を一致させて接合し、全体と
して一結晶体であるが如くなしたため、水晶振動子１及
び２と水晶振動子ホルダ３との接合面で温度変化によっ
て当該水晶振動子１，２が受ける歪は無視できる程度に
少なくすることができ、当該圧力センサの温度特性は極
めて良好である。
３とが同−物質即ち水晶で形成されてあ・す、その切断
角が同一角度でしかも、水晶振動子１及び２と水晶振動
子ホルダ３の各々の結晶軸を一致させて接合し、全体と
して一結晶体であるが如くなしたため、水晶振動子１及
び２と水晶振動子ホルダ３との接合面で温度変化によっ
て当該水晶振動子１，２が受ける歪は無視できる程度に
少なくすることができ、当該圧力センサの温度特性は極
めて良好である。
水晶振動子１は水晶振動子ホルダ３に接合されると、水
晶面の表、裏で圧力空間４と８が形成され、空間４の圧
力と空間８の圧力の差が水晶振動子１に曲げモーメント
を与え、その曲げモーメントは水晶振動子１の全面に張
力として作用し、該水晶振動子１の発振周波数が変化す
る。
晶面の表、裏で圧力空間４と８が形成され、空間４の圧
力と空間８の圧力の差が水晶振動子１に曲げモーメント
を与え、その曲げモーメントは水晶振動子１の全面に張
力として作用し、該水晶振動子１の発振周波数が変化す
る。
水晶振動子２は、水晶振動子ホルダ３に接合されると水
晶面の表裏で圧力空間５と８が形成されるが、この空間
５と８は通気穴７により同一圧力空間となり、水晶振動
子２は張力を受けない。
晶面の表裏で圧力空間５と８が形成されるが、この空間
５と８は通気穴７により同一圧力空間となり、水晶振動
子２は張力を受けない。
従って水晶振動子２の発振周波数は変化せず当該水晶振
動子２はレハレンスオシレータ（照合用基準周波数発振
器）の発振素子として作用する。
動子２はレハレンスオシレータ（照合用基準周波数発振
器）の発振素子として作用する。
被測定気体圧力Ｐ１が通気バイブロを通して空間４に導
入され、また基準気体圧力Ｐｌカ通気バイブ９を通して
空間８に導入されると、水晶振動子１は空間４と空間８
との差圧による周波数変化を生じ、その周波数変化は上
記水晶振動子２の発振周波数とのビート信号として検出
され、もって差圧測定が出来る。
入され、また基準気体圧力Ｐｌカ通気バイブ９を通して
空間８に導入されると、水晶振動子１は空間４と空間８
との差圧による周波数変化を生じ、その周波数変化は上
記水晶振動子２の発振周波数とのビート信号として検出
され、もって差圧測定が出来る。
そして空間８を真空にすれば（真空であっても気体圧力
はゝ零〃という値で存在を把握できる。
はゝ零〃という値で存在を把握できる。
）被測定気体圧力Ｐ工の給体圧測定が出来、空間８を大
気圧にすれば被測定気体圧力Ｐ１のゲージ圧測定が出来
る。
気圧にすれば被測定気体圧力Ｐ１のゲージ圧測定が出来
る。
以上は被測定気体圧力Ｐ１ を空間４に、基準気体圧
力Ｐ２ を空間８に導入するものとして説明したが、被
測定気体圧力Ｐ１ を空間８に、基準気体圧力Ｐ２を
空間４に導入するようにしても同様の気体圧力測定が可
能である。
力Ｐ２ を空間８に導入するものとして説明したが、被
測定気体圧力Ｐ１ を空間８に、基準気体圧力Ｐ２を
空間４に導入するようにしても同様の気体圧力測定が可
能である。
以上に説明した圧力センサを使用して圧力測定を行うに
は、適宜公知の測定回路を使用する。
は、適宜公知の測定回路を使用する。
例えば上記したように水晶振動子１及び２間の発振周波
数のビート信号を得るには、当該水晶振動子１及び２を
それぞれ発振素子とする２個の発振回路の出力信号を混
合回路で混合するようにすればよへ また、水晶振動子１及び２の固有振動周波数は必ずしも
一致している必要はなく、気体圧力が力）からない状態
、すなわち、水晶振動子１及び２に応力が加わっていな
いときのそれらの振動周波数、応力を受けたときの周波
数偏移等、水晶振動子１及び２の電気的諸元が予め判明
していれば、水晶振動子１及び２の固有振動周波数の違
いによる問題は、当該圧力センサを使用した測定回路で
処理できる問題である。
数のビート信号を得るには、当該水晶振動子１及び２を
それぞれ発振素子とする２個の発振回路の出力信号を混
合回路で混合するようにすればよへ また、水晶振動子１及び２の固有振動周波数は必ずしも
一致している必要はなく、気体圧力が力）からない状態
、すなわち、水晶振動子１及び２に応力が加わっていな
いときのそれらの振動周波数、応力を受けたときの周波
数偏移等、水晶振動子１及び２の電気的諸元が予め判明
していれば、水晶振動子１及び２の固有振動周波数の違
いによる問題は、当該圧力センサを使用した測定回路で
処理できる問題である。
第２図Ａ−Ｄは第１図Ａ、Ｂに示した水晶振動子ホルダ
３の他の実施態様例であり、空間４むよび５の形態を示
す、Ａ−Ａ矢視図（第２図Ｄ）を第２図Ａ、Ｂ及びＣに
示す。
３の他の実施態様例であり、空間４むよび５の形態を示
す、Ａ−Ａ矢視図（第２図Ｄ）を第２図Ａ、Ｂ及びＣに
示す。
これらの形態は水晶振動子１，２と水晶振動子ホルダ３
の接合面に変化をもたらし、この接合面によって気体圧
力が加えられている状態（すなわち、ダイナミックな状
態）での水晶振動子１，２の温度特性を著しく改善する
ことが出来る。
の接合面に変化をもたらし、この接合面によって気体圧
力が加えられている状態（すなわち、ダイナミックな状
態）での水晶振動子１，２の温度特性を著しく改善する
ことが出来る。
発明の効果
本発明は前記した従来技術の欠点を尽く解消するもので
あり、特に以上に説明したように本発明に係る圧力セン
サは別個独立した２つの空間に水晶振動子をそれだれ接
合し、一方の水晶振動子を基準周波数発振用に、他方の
水晶振動子を被測定気体圧力による周波数発振用に供す
るようにしたため、測定に当って基準となる発振周波数
と被測定気体圧力による発振周波数とを同じ環境のもと
に把握できるので精度のよい測定ができ、斗た、測定し
ようとする気体圧力はセンサである水晶振動子に直接作
用するので圧力伝達機構による誤差も生ずることがなく
、更に水晶振動子の支持部材（水晶振動子ホルダ）を水
晶振動子と同一の角度で切断した水晶片で形成し、水晶
振動子の接合に当っては当該水晶振動子の結晶軸と支持
部材の結晶軸とをプ致させるようにしであるから温度変
化等による誤差も極力抑えることができる。
あり、特に以上に説明したように本発明に係る圧力セン
サは別個独立した２つの空間に水晶振動子をそれだれ接
合し、一方の水晶振動子を基準周波数発振用に、他方の
水晶振動子を被測定気体圧力による周波数発振用に供す
るようにしたため、測定に当って基準となる発振周波数
と被測定気体圧力による発振周波数とを同じ環境のもと
に把握できるので精度のよい測定ができ、斗た、測定し
ようとする気体圧力はセンサである水晶振動子に直接作
用するので圧力伝達機構による誤差も生ずることがなく
、更に水晶振動子の支持部材（水晶振動子ホルダ）を水
晶振動子と同一の角度で切断した水晶片で形成し、水晶
振動子の接合に当っては当該水晶振動子の結晶軸と支持
部材の結晶軸とをプ致させるようにしであるから温度変
化等による誤差も極力抑えることができる。
また、本発明に係る圧力センサでは基準周波数を発振す
る側の水晶振動子が接合されている空間の気体圧力を変
えることにより給体圧測定やゲージ圧測定が出来る等、
応用面が広いという特長もある。
る側の水晶振動子が接合されている空間の気体圧力を変
えることにより給体圧測定やゲージ圧測定が出来る等、
応用面が広いという特長もある。
このように本発明に係る圧力センサは種々の長所を有し
、本発明は極めて顕著なる効果を奏するものである。
、本発明は極めて顕著なる効果を奏するものである。
第１図及び第２図はいずれも本発明の詳細な説明する図
面であり、第１図Ａ、Ｂはそれぞれ実施例の圧力センサ
の平面図および側断面図、第２図Ａ〜Ｄは実施例の圧力
センサの一部（水晶振動子ホルダ）の他の実施態様例を
示す図である。 主な記号、１，２・・・・・・水晶振動子、３・・・・
・・支持部材（水晶振動子ホルダ）、４・・・・・・被
測定気体圧力空間、５，８・・・・・・基準気体圧力空
間、１３・・・・・・基準気体圧力容器。
面であり、第１図Ａ、Ｂはそれぞれ実施例の圧力センサ
の平面図および側断面図、第２図Ａ〜Ｄは実施例の圧力
センサの一部（水晶振動子ホルダ）の他の実施態様例を
示す図である。 主な記号、１，２・・・・・・水晶振動子、３・・・・
・・支持部材（水晶振動子ホルダ）、４・・・・・・被
測定気体圧力空間、５，８・・・・・・基準気体圧力空
間、１３・・・・・・基準気体圧力容器。
Claims (1)
- １２枚の水晶振動子と、該水晶振動子と同一の切断角度
の水晶結晶体で形成され、互に独立した２個所に凹部を
有する支持部材とでなり、上記２枚の水晶振動子の結晶
軸と上記支持部材の結晶軸とが互に合致し、かつ上記支
持部材の２個所の凹部を密閉状に覆うように上記２枚の
水晶振動子を上記支持部材に固着し、上記支持部材の凹
部と上記水晶振動子とによって形成された２個所の空間
にそれぞれ別系統の気体圧力を導入し得るようにしたこ
とを特徴とする水晶振動子を用いた圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53077739A JPS5856428B2 (ja) | 1978-06-27 | 1978-06-27 | 水晶振動子を用いた圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53077739A JPS5856428B2 (ja) | 1978-06-27 | 1978-06-27 | 水晶振動子を用いた圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS554559A JPS554559A (en) | 1980-01-14 |
| JPS5856428B2 true JPS5856428B2 (ja) | 1983-12-14 |
Family
ID=13642269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53077739A Expired JPS5856428B2 (ja) | 1978-06-27 | 1978-06-27 | 水晶振動子を用いた圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5856428B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5712342A (en) * | 1980-06-24 | 1982-01-22 | Citizen Watch Co Ltd | Crystal barometer |
| CH639762A5 (fr) * | 1980-11-12 | 1983-11-30 | Centre Electron Horloger | Transducteur de pression a element vibrant. |
| JPS5989206U (ja) * | 1982-12-09 | 1984-06-16 | ソニ−マグネスケ−ル株式会社 | 位置検出装置 |
| JPS59141026A (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-13 | Shimadzu Corp | 真空計 |
| JPS59218961A (ja) * | 1984-05-07 | 1984-12-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 風速計 |
| JPH0519795Y2 (ja) * | 1985-01-25 | 1993-05-25 | ||
| JPS6348133U (ja) * | 1986-09-17 | 1988-04-01 | ||
| JP2764754B2 (ja) * | 1989-12-20 | 1998-06-11 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 水晶発振子を用いた圧力検出器 |
| JP4657867B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2011-03-23 | セイコーインスツル株式会社 | マイクロリアクター及びマイクロリアクターシステム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3355949A (en) * | 1964-08-17 | 1967-12-05 | Albert A Elwood | Crystal temperature and pressure transucer |
-
1978
- 1978-06-27 JP JP53077739A patent/JPS5856428B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS554559A (en) | 1980-01-14 |
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