JPS596377B2 - 密度変換機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は密度を周波数に変換する機構に関するのである
。

第１図は、従来より公知の密度を周波数に変換する機構
の一例の原理的構成説明図である。

図において、１は両端を固定された断面一様な５ 棒、
２は、たとえば、筐体等のベースである。このようなも
のにおいて、今、棒１が被測定流体中に置かれると、被
測定流体の密度ρｏと棒の横方向の振動周波数ｆとの間
には…式に示すような関係がある。

”＝÷”χ。

こ一立、 ””’ρ ι ：棒１の長さ Ｅ：棒１の縦弾性係数 １５１：振動方向に直角な主軸に関する断面２次モーメ
ントｇ：重力加速度 α ：振動モードにより決定される定数 ρ ：棒１の密度 ２０ρｏ：被測定流体の密度 Ａ：比例係数（振動子の形状、材質により決まる。

）共振周波数ωは２πｆで表わされるので、棒１の共振
周波数ωを測定すれば、被測定流体の密度２５ρｏを測
定することができる。

このようなトランスデューサにおいて、高精度の測定を
実現するための条件としては以下の条件が満足されなけ
ればならない。

（ｉ）周波数ｆの安定性が良い。

つまり、振動子３０（＝棒１）のＱが高い。（Ｉｉ）密
度変化に対する周波数変化率Δｆ／ρが大きい。

ｆｐ＝｜−ｆｐ＝０ （Δｆ＝） ｆｐ＝０ ３５即ち、このようなトランスデューサの良好度Ｇは次
のような式で表わすことができる。

而して、第１図の構成のものにおいて、棒１を共振させ
、その共振周波数ωを測定すれば、被測定流体の密度ρ
。

を知ることができるが、第２図に示す如く、棒が振動し
ている場合に、ベース２との固定端部には反力Ｒが発生
し、この力はベース部が理想的な固定端でない場合損失
となり消費され、棒１のＱの低下の原因となる。本発明
は上記の問題点を解決したものである。

本発明の目的は簡単な構成により、振動エネルギー損失
の少く、効率のよい密度変換機構を提供するにある。第
３図は本発明の一実施例の構成説明図で、Ａは正面図、
Ｂは側面図である。

図において、１は振動子本体で、振動部１１、結合部１
２と支持部１３よりなる。

振動部１１は中心軸Ａ−Ａに対称に平行して設けられ、
２個の板ビーム状をなしている。結合部１２はその両端
が振動部１１のそれぞれの一端と結合しているもので、
振動部１１と結合部１２とにより口の字形に構成されて
いる。支持部１３は振動子本体１の取付けられるベース
２、たとえば筐体等から振動子本体１を振動的に絶縁す
ると共に、振動子本体１をベース２に固定する場合の取
付け誤差に基ずく、中心軸のずれによる誤差の発生を防
止するようにしたもので、互に直角をなす板状のフレク
シヤ１３１，１３２よりなり、結合部１２とベース２と
を連結している。３，４は第３図に示すごとく、結合部
１２の側面にそれぞれ取付けられた圧電素子で、この場
合は、圧電素子３は励振素子として用いられ、外部に設
けられた増幅器５に接続されている。

また圧電素子４は振動のピツクアツプ素子として用いら
れ、その出力は増幅器５に帰還されるもので、振動子本
体１と、圧電素子３，４と、増幅器５とにより、第４図
に示すように発振回路Ｂが構成されている。６は周波数
測定器である。

以上の構成において、被測定流体の密度ρ。

が変化すると、前述（１）式に示す如く振動子本体１の
共振周波数は変化し、これに対応して、発振回路Ｂの発
振周波数も変化する。したがつて、発振回路Ｂの発振周
波数を周波数測定器６により測定すれば被測定流体の密
度ρ。の値を知ることができｊる。

この場合、第５図に示す如く、２個の振動部１１が中心
軸Ａ−Ａに対称に振動する振動モードの場合、振動子本
体１のベース２への固定端部には振動部１１と結合部１
２との接続点において発生する反力Ｒ、モーメントＭが
互に逆方向で大きさが等しいため結合部１２において互
に打ち消し合い、全く力が発生せず、支持が理想的な状
態でない場合でも、振動子本体１から外部にエネルギー
が消費されることがない。

この結果、Ｑの高い（良好度Ｇの値の大きい）振動子本
体を得ることができる。

第６図は本発明の他の実施例の要部構成説明図で、Ａは
正面図、Ｂは側面図である。

２Ｚ加”″；；冨′．；１“二伶ｉ： 固定されたアイソレーシヨンマス１４を４個設けたもの
である。

このようなものでは、発生する反力Ｒをより小さくする
ことができ、その小さな反力が互に打消されることにな
るので、振動子本体１／のベース２への支持点に、力が
より確実に発生しないものが得られる。

なお、前述の実施例においては、圧電素子３，４は結合
部１２の側面に取付けられていると説明したが、第７図
Ａに示すごとく、振動部１１に取付けられてもよいこと
は勿論である。

但し、結合部１２の側面附近が、より良好なＱが得られ
る。圧電素子の固着位置とＱとの関係を第ｒ図Ｂに示す
。第８図は本発明の別の実施例の構成説明図で、Ａは正
面図、Ｂは側面図である。

本実施例においては、振動部１１／を中心軸Ａ−Ａに対
称に平行し、かつ、同一平面上にある２板の長板状のも
ので構成し、結合部１２／も同様に、同一平面上にある
板状のものとしたものである。

このように、振動子本体１の要部を平板状に構成したの
で、製作のきわめて容易なものが得られ、たとえば、エ
ツチング加工などの製作法が採用可能となる。この場合
の振動子「は、第９図に示すごとく、２個の振動部１１
ａ，１１ｂが中心軸Ａ−Ａに対称に板面をはさんで交互
に対称振動するように励また、この場合に、アイソレー
シヨンマスを設ける場合には、第１０図に示す如く、図
の左右方向に突出したアイソレーシヨンマス１４′を設
ければよい。

第１１図は本発明の別の実施例の要部構成説明図である
。

本実施例においては、被測定流体の流れる管Ｐ内に振動
部１１と結合部１２よりなる振動子１を設け、振動子１
の取付けられた管Ｐの部分の外表面に励振、検出素子と
しての圧電素子３，４を設けたものである。このような
ものにおいては、振動子１が管Ｐ内にあるので、管Ｐに
より保護される。また、圧電素子３，４は管Ｐの外表面
に取付けられているので、保守点検が容易となる。第１
２図は本装置を使用して、空気の圧力変化による密度変
化に対する密度感度を測定せる一例である。なお、圧電
素子３，４として蒸着あるいはスパツタリング等により
、薄膜形圧電素子を振動子本体１の側面に直接形成する
ようにすれば、圧電素子を接着する等の場合に比して、
更に高いＱを得ることができるとともに、本体側面に直
接形成するので、生産性のよいものが得られる。

また、振動子本体１を磁性材で構成し、コイルにより振
動子のドライブ及びピツクアツプを行う電磁的方法を用
いれば、ドライブ及びピツクアツプ素子としてのコイル
が振動子本体１に非接触にできるのでより特性のよいも
のが得られる。

また、振動子本体１を圧電材料、たとえば水晶等で直接
構成し、圧電素子に電極を蒸着等で取付け、振動子を構
成すれば、更に、構成は簡単となり、而も特性は良好で
、出力インピーダンスの低いものが得られる。この場合
、水晶のカツト及びフ電極の配置は振動部１１が屈曲振
動するように選択すればよい。

また、前述の実施例においては、振動部１１は板ビーム
状をなしていると説明したが、これにかぎることはなく
、丸棒状でもよく、要するに、対向する振動部が対称構
造のものであればよい。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成によ
り、振動エネルギー損失の少く、効率のよい密度変換機
構を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知のカー周波数変換機構の一実施例の原
理的構成説明図、第２図は第１図の動作説明図、第３図
は本発明の一実施例の構成説明図で、Ａは正面図、Ｂは
側面図、第４図は発振回路の構成説明図、第５図は第３
図の動作説明図、第６図は本発明の他の実施例の構成説
明図で、Ａは正面図、Ｂは側面図、第７図Ａ，Ｂは圧電
素子の固着位置とＱとの関係を示す説明図、第８図は本
発明の別の実施例の構成説明図で、Ａは正面図、Ｂは側
面図、第９図は第８図の動作説明図で、Ａは正面図、Ｂ
は側面図、第１０図は本発明の他の実施例の構成説明図
、Ａは正面図、Ｂは側面図、第１１図は本発明の別の実
施例の構成説明図、第１２図は本装置を使用して、空気
の圧力変化による密度変化に対する密度感度を測定せる
一例である。 １・・・・・・振動子本体、１１・・・・・・振動部、
１２・・・・・・結合部、１３・・・・・・支持部、１
３１，１３２・・・・・・フレクシヤ、１４・・・・・
・アイソレーシヨンマス、２・・・・・・ベース、３，
４・・・・・・圧電素子、５・・・・・・増幅器、６・
・・・・・周波数測定器、Ａ−Ａ・・・・・・中心軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心軸に対称に平行して設けられほぼ長軸状の振動
   部と該振動部のそれぞれの一端を結合する結合部とより
   なる振動子本体、該振動子本体を共振させる励振手段お
   よび前記振動子本体の振動を検出する検出手段を具備し
   てなる密度変換機構。 ２ 励振手段、検出手段の素子として圧電素子を用い、
   かつ該圧電素子を振動子本体の結合部に設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の密度変換機構。 ３ 圧電素子として薄膜蒸着圧電素子を用いたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の密度変換機構。 ４ 振動子本体を磁性材で構成し、励振手段、検出手段
   の素子としてコイルを用いたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の密度変換機構。 ５ 振動子本体を圧電材と電極で構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の密度変換機構。