JPS60100732A - 圧力及び圧力の時間経過の測定装置 - Google Patents

圧力及び圧力の時間経過の測定装置

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JPS60100732A
JPS60100732A JP59217471A JP21747184A JPS60100732A JP S60100732 A JPS60100732 A JP S60100732A JP 59217471 A JP59217471 A JP 59217471A JP 21747184 A JP21747184 A JP 21747184A JP S60100732 A JPS60100732 A JP S60100732A
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JP
Japan
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pressure
support
sensor
operational amplifier
measuring device
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JP59217471A
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カルル‐アロイス・ビユーテフイツシユ
ホルスト・アールブレヒト
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DOITSUCHIE FUORUSHIYUNGUSU UNTO FUERUZUTSUHISU ANSHIYUTARUTO HIYURU RUFUTO UNTO RAUMU FUAARUTO EE FUAU
FUORUSHIYUNGUSU UNTO FUERUZUTS
Original Assignee
DOITSUCHIE FUORUSHIYUNGUSU UNTO FUERUZUTSUHISU ANSHIYUTARUTO HIYURU RUFUTO UNTO RAUMU FUAARUTO EE FUAU
FUORUSHIYUNGUSU UNTO FUERUZUTS
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    • 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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    • G01L9/12—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 variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、支持体に設けた複数の感圧センサを使用する
、例えば風洞模型、実験用車両、実験用飛行機、その他
これに類するものなど実験対象物の表面における圧力及
び圧力の時間経過の測定装置に関する。
上記形式の装置は公知でおる。この測定装置では、多数
の感圧センサが支持体上に行列形式でまとめられ若しく
は配置されている。個々の感圧センサ及サイホンダイア
フラムによシ構成されている。支持体やセンサを測定場
所に配置することはなく、むしろ個々のホースを介して
測定場所を個々のサイホンダイアスラムに接続すること
が必要になる。測定場所では実験対象物は対応する面に
小孔を有している。その都度の圧力は、この小孔からホ
ースを通って、支持体上の固有のセンサに導かれる。感
圧センサケ具備した支持体は、実験すべき模型内に収容
することもできる。この場合には、ホース管路が事情に
よっては極端に短かくなるという利点があるｏしかしこ
の構Ｈ，ｕ、模型でのスペースの事情から許される場合
に限って可能なものである。かようなスペースの事情に
制限がある場合には、比較的長いホース管路を使用し、
模型外及び測定区間外に感圧センサを具備した支持体を
配置せざるをえない。しかしこの場合には、測定場所か
ら測定区間を通ってホースを通す点で問題が生ずる。測
定場所で実験対象物の表面に小孔を設けることで、実験
対象物の表面に、後にまで残存する変更を与えてしまう
。要するに測定値、即ち圧力若しくは圧力の時間経過が
かような小孔を設けるということだけで誤ったものにな
ってしまうような変更が生じてしまう。
しかしいずれにしても、必要なホース管路を設けること
で、事情により急変する圧力経過が著しい影響を受ける
ことになる。その結果限られた栄件のもとでのみ、しか
も高い費用を投じて初めて、測定が可能となる。圧力を
伝搬するために、事情によっては種々のホース長のホー
ス管路を使用し、調査すべき実験対象物の表面に複数の
測定点を設ける場合、定常的な圧力測定でない限シ、そ
もそも意味のある測定？実施するためには、測定の際に
伝達関数を考慮する必要がある。これらの公知の装置で
は、複数の測定場所での圧力測定の評価が可能であるが
、ホース管路内での伝達に起因して誤った測定ｔすると
いう不確実さをともない、流れに対し好ましくない影響
を及はさないでいかにして測定場所で実験対象物の表面
を形成するかにつき、伺んら解決策が与えられていない
。
他方、感圧センサを個別構成法若しくは個別゛′配装に
よシ超小型化し、それによってセンサを測定場所のより
近くに配置することが試みられている。最も小型の感圧
センサは長さが約２０−の場合直径が１０よシ小さい。
この感圧センサはビードを有しておシ、このビードが実
験対象物の表面にあると、やはり流れをさまたげ、誤ま
ったものにする。測定場所の比較的近傍に感圧センサを
配設しても、感圧センサ内にある膜は中空室の後側にあ
シ、測定場所からめゐ程度離れて位置することになる。
中空室を設けることは、共振の危険をともなう。このよ
うな超小型化感圧センサの他の欠点として、模型中に延
在させるために充分な組込深度を設定する必要があるこ
とｔ無視できない。これは例えば薄い翼では必ずしも可
能な訳ではない。圧力を検出する膜にやはシ測定場所で
表面に配置されていないので、とシわけ圧力が急変する
際に、トラブルと誤った測定が生ずることになる。しか
もかような超小型化感圧センサは著しく高価であυ、実
験対象物の表面に多重隣接配置することはこの点からし
て不可能である。
圧力を測定するために、個々の圧電素子、即ち圧力に起
因する変形によって表面に電荷が生ずる結晶を、測定場
所で表面に取り付けることも公知である。この場合、個
々の圧電素子から２本の線を電荷に対し感応する増幅器
に導き、測定信号が処理できるようにしなければならな
い。複数の圧電素子及び線全互いに近接するように配置
する必要がある場合には、送出される時間的に可変な信
号が相互に干渉し合う。線が高抵抗だからである。この
ような場合には、個々の信号を個々の測定個所にのみ対
応させることはできない。
本発明の基本的課題は、互いに密に近接する測定個所で
圧力及び時間当シの圧力経過を支障なく測定することが
でき、一方では、測定個所の構成自体により流れの変化
が生ぜず、他方では、測定信号の有害な相互干渉を回避
することができる、冒頭で記述した形式の測定装置？提
供することである。更に、測定装置を比較的簡単に実験
対象物に収容でき、しかも取扱が簡単であることが望ま
しい。
本発明によれば、この課題は次のようにして解決される
。即ち感圧センサを同じ面で支持体内に設け、支持体を
センサと共に、実験対象物と同じ面で、測定個所に設け
、支持体内に個々のセンサに対し演算増幅器を設け、個
々のセンサの下面を、できる限り短かい線を介して該セ
ンサに配属された演算増幅器に接続し、演算増幅器を給
電するための端子及び出力信号００出すための端子全支
持体に設け、センサのすべての上面ケ、導電性被覆によ
シ互いに接続し、更に演算増幅器のまとめられたアース
端子に接続したのである。感圧センサは、複数個、支持
体の表面に互いに密接して（約数ミリメートル）配置さ
れる。次いでセンサを具備する支持体は、同じ面で実験
対象物の測定個所に組み込まれる。
その際、部分的にセンサによシ形成される支持体の表面
は、支持体の表面と共に、実験対象物の表面全正確に補
ない、その結果測定装置の設置によシ流れが変化を受け
ることはなくなる。
個々のセンサには、できる限シ短かい線接続が生ずるよ
うに、固有の演算増幅器が配属されており、従ってクロ
ストークの危険は大幅に解消される。センサの上面ｔア
ース端子に接続する被覆は、線であると共に、測定個所
における表面を平滑にする。従って測定装置は、孔やそ
の他の割れ目をともなわないいわば表面の一部分そのも
のになる。しかも測定場所で直接に、従って実験対象物
の表面で、測定が行なわれるので、高い測定精度が達成
される。伝達関数を考慮する必要はなくなる。表面が湾
曲している場合でも、支持体をこれに応じて湾曲して準
備するか構成することもできる。本発明の他の利点は、
実験対象物の製作が比較的簡単になることにある。実験
対象物の調査すべき領域に測定装置を取シ付け、給電、
制御及び出力信号の伝送のための測定装置の端子を設け
さえすれば足シるからである。測定装置は比較的薄い実
験対象物に組み込むこともできる。例えばセンサのうち
の１つに欠陥がある場合には、支持体も含め測定装置を
簡単に取シ換えることができる。実験対象物における変
更、例えば測定場所の移動も、公知技術と比較すれば、
格段に簡単に実施することができる。従来では、実験対
象物全体をあたらしく製作し直す必要が生ずる場合が多
かったが、本発明ではそのような必要がない。
感圧センサとして、圧電素子又はキャパシタンスとして
接続された膜を設けることができる。
圧電素子は例えば調節した鉛・ジルコン酸塩・チタン酸
塩から成る例えば厚さ［１２ｍの小片でちる。この小片
の表面は金属蒸着されている。
例えば圧力を加えるなどしてこの小片を変形すると、電
荷が生じ、この電荷ｉｊ、ｉＴｈ感度の増幅器を介して
測定部に供給される。膜をコンデンサの一部として電気
的に接続し、圧力が加わる際にキャパシタンスが変化す
るように、膜を設ける構成も可能である。この１化は、
ブリッジ回路での電圧変化又は振動回路装置での周波数
変化として検出され、かかる方法で測定が実現される。
支持体は、センサ及び演算増幅器？有し所属のホルダ内
に挿入可能でるる半導体ブロックによシ構成することが
できる。測定装置はホルダ併用又はホルダ無しで使用す
ることができる。
ホルダを使用すれば、測定場所での取換が容易になると
いうメリットがある。
導電性被魚は例えばアルミニウム、銀又はこれに類する
ものの蒸着層又はスパッタリング層である。この層は、
支持体ケ模型壁部内に組み込んだ後に被着される。この
場合、支持体は、測定個所の領域における実験対象物へ
の測定装置の同じ面での接続を与える。被覆は数ミクロ
ンの厚さである。
次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は実験対象物に内蔵された測定装置の平面略図で
ある。第２図は測定装置の主委部を示す斜視略図である
。第３図はセンサを具備する支持体の略図である。第４
図は第１稟の線■−■に沿って切断した断面略図である
。第５図は、演算増幅器を具備した個々の圧電素子の回
路を示す。第６図は、演算増幅器を具備する振動回路装
置における個々の容量性センサの回路を示す。
第１図には実験対象物１の一部分が図示されているが、
この実験対象物１の表面２において、比較的密に近接す
る４つの個所で、表面２の領域での圧力及圧力経過を測
定するものとする。
そのために、圧電素子として構成した４つのセンサ４を
具備する測定装置の支持体３が、実験対象物１の表面に
対し同じ面に組み込まれている。支持体３の表面上には
アース端子５も設けられており、アース端子５Ｆｓ、セ
ンサ４と同様に、アルミニウム蒸着層などの被僚６によ
シ被覆され平滑になっている。被＆６は導電性ケ呈する
。
更に被覆６ｆ′ｉ測定場所で実験対象物１の表面２をも
補ない着しくけ平滑にする。熱論接続端子及び対応する
給電路やリーク路は実験対象物１の内部に収容されてい
る。詳細は以下の図面により説明する。
第２図は、表面に４つのセンサ４とアース端子５とを有
する、実験対象物１の測定場所に未だ組み込まれていな
い支持体３を示す。支持体３内には、センサ４の下側（
図示されていない）又はセンサ４に対し側方にずらして
各々演算増幅器を設けてあり、センサ４をそれぞれ灼応
するように演算増幅器に接続しである。第３図では、支
持体３の端子に１〜１４の連続番号が付されている。端
子４．１１には給電線７．８が接続されている。給電線
７．８は４つの演算増幅器のそれぞれに接続されている
。個々の演算増幅器は２つの入力端子と１つの出力端子
を有する。第３図に図示したセンサ４は２つの入力端子
２．３と出力端子１を有する。入力端子２と出力端子１
とは接続線９によシ接続されている。線１０はセンサ４
の下側から入力ｆｆｉ子３に導かれ、更に入力抵抗１７
を介してアース端子５に導かれる。出力端子１には出力
線１１が接続されている。支持体３には４つのセンサ４
を設けであるので、上記構成を４組設けることになり、
従って出力線１１のほか出力に１２〜１４も設けること
になる。個々のセ／す４には線１６を設け、線１６に入
力抵抗１７を設ける。
すべての線１６は端子１５を介してアース端子５に接続
されている。第２図から明らかなように、この構成を支
持体３上に設ける。熱論入力抵抗１７？支持体３内に統
合して設けることもできる。線１０及び端子１５は蒸着
又はスパッタリングした銀層（導電性銀、導電接着剤）
として構成することができる。
第４図から明らかなように、支持体３内には、はぼセン
サ４の下側に演算増幅器１８を設けである。センサ４と
して働く個々の圧電素子の厚さは例えば［Ｌ２＋ｍであ
る。個々のセンサ４の下面を個々の演算増幅器１８に接
続する線１０は略示されている。ｉｌｏの厚さは数ミク
ロンである。被覆６の厚さにやはシ数ミクロン足らずだ
から、被覆６は相当拡大して図示されている。
センサ４間のスペースは、センサに接触しない電気絶縁
充填層１９により平滑にすることができる。このように
すれば、被着した被覆は平滑かつ実験対象物１０表面２
と同一面で終ることになる。
第５図は、センサとして構成された個々の圧電素子の回
路を示す。演算増幅器１８は２つの入力側２．３と出力
側１１に有する。演算増幅器１８は線７．８ｆｔ介して
給電される。入力側２は接続線９によル出力側１に接続
される。線１０はセンサ４から演算増幅器の入力端子３
に導かれる。他方センサ４の表面ｆ′ｉ被覆６に接続さ
れている。被覆６に並列に、入力抵抗１７が線１６内に
設けられている。
第６図は、振動回路装置内にキャパシタンスとして接続
されたセンサ４の回路を示す。付加的抵抗２１ｔ′ｉ支
持体３内に設けである。センサ４として働くキャパシタ
ンスのコンデンサ２０は、支持体３に薄い電気絶縁箔全
般けることによシ得られる。このようにすれば装置は全
体的に一層薄くなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は実験対象物に内蔵された測定装置の平面略図、
第２図は測定装置の主観部を示す斜視略図、第３図はセ
ンサを具備する支持体の略図、第４図は第１図の線Ｎ−
ＩＶに沿って切断した断面略図、第５図は、演算増幅器
ケ具備した個々の圧電素子の回路を示す回路図、第６図
は、演算増幅器を具備する振動回路装置における個々の
容量性センサの回路を示す回路図である。 １・・・実験対象物、２・・・表面、３・・・支持体、
４・・・センサ、５・・・アース端子、６・・・被覆、
７，８・・・給電線、９・・・接続線、１０゜１６・・
・線、１１〜１４・・・出力線、１７・・・入力抵抗、
１８・・・演算増＠器、１９・・・充填層、２０・・・
コンデンサ、２１・・・抵抗。 代理人　江　崎　光　好 代理人　江崎光史 第１頁の続き ０発　明　者　ホルスト・アールブレ ヒト ドイツ連邦共和国、ゲッティンゲン、ディーデルスホイ
ゼル・ストラーセ、１６

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）支持体に設けた複数の感圧センサを使用する実験
    対象物の表面における圧力及び圧力の時間経過の測定装
    置において、 感圧センサ（４）を同じ面で支持体（３）内に設け、支
    持体（３）ｔ−センサ（４）と共に、実験対象物（１）
    と同じ面で、測定個所に設け、支持体（３）内に個々の
    センサ（４）に対し演算増幅器（１８’）　を設け、個
    々のセンサ（４）の下面を、できる限シ短かい縁（１ｏ
    ）を介して、該セｙ＋（４）に配属された演算増幅器（
    １８）に接続し、演算増幅器（１Ｂ）　ｋ給電するため
    の端子（４）及び出方信号を取り出すための端子（１）
    を支持体（３）に設け、センサ（４）のすべての上面を
    、導電性被覆（６）によシ互いに接続し、更に演算増幅
    器（１８）のまとめられたアース端子（５）に接続した
    ことを特徴とする圧力及び圧力の時間経過の測定装置。
  2. （２）　感圧センサ（４）として、圧電素子又はキャパ
    シタンスとして接続された膜を設けた特許請求範囲第（
    １）項に記載の測定装置。
  3. （３）　支持体（３）が、センサ（４）及び演算増幅器
    （１Ｂ）　ｋ有し所属のホルダで挿入可能である半導体
    ブロックである特許請求範囲第（１）項又は第（２）項
    に記載の測定装置。
  4. （４）　導電性被覆（６）がアルミニウム、銀又はこれ
    に類するものから成る蒸着層又はスパッタリング層であ
    る特許請求範囲第（１）項に記載の測定装置。
JP59217471A 1983-10-19 1984-10-18 圧力及び圧力の時間経過の測定装置 Pending JPS60100732A (ja)

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DE3337978A DE3337978C2 (de) 1983-10-19 1983-10-19 Vorrichtung zum Messen eines Druckes und eines zeitlichen Druckverlaufs
DE3337978.5 1983-10-19

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JPS60100732A true JPS60100732A (ja) 1985-06-04

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ID=6212217

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JP59217471A Pending JPS60100732A (ja) 1983-10-19 1984-10-18 圧力及び圧力の時間経過の測定装置

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EP (1) EP0145861B1 (ja)
JP (1) JPS60100732A (ja)
DE (1) DE3337978C2 (ja)

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