JPS6110197Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、加えられた歪に対応して変化するゲ
ージの固有振動数を検出し、該ゲージに作用して
いる歪量を測定する水晶歪ゲージに関する。

第１図は、このような水晶歪ゲージを使用した
従来例の構成説明図であり、図中、１は支持体、
２は被測定圧の導入口、３は導入された圧力に応
じて伸縮するベロー、４は中央部に所定に凹部を
有し例えば板バネでなる起歪体、５は該起歪体の
略中央部に接着された水晶歪ゲージ、６，６′は
起歪体５の両端を夫々支持体１およびベロー３へ
の締結させる例えばネジでなる締結体、７，７′
は水晶歪ゲージ５を起歪体４に接着させる接着体
である。また、第２図および第３図は、上記水晶
歪ゲージ５周辺の拡大図であり、夫々水晶歪ゲー
ジ５に歪が作用していない状態と作用している状
態を示している。第２図および第３図において、
第１図と同一記号は同一意味をもたせて使用しこ
こでの説明は省略する。また、５ａ，５ｂは水晶
歪ゲージ５の中心軸に対して対称的に設けられた
長尺状に形成されている振動部、５ｃ，５ｄは該
振動部５ａ，５ｂの両端を夫々結合させている結
合部であり、該結合部５ｃ，５ｄと上記振動部５
ａ，５ｂがロの字形に結合されて水晶ゲージ５を
構成している。

上記構成からなる従来の実施例において、導入
口２から被測定圧が導入されていない場合、ベロ
ー３は収縮状態になつており、起歪体４はほぼ水
平状態を保ち水晶歪ゲージ５の周辺は第２図のよ
うになつている。また、導入口２から被測定圧が
導入されると、ベロー３は該被測定圧の圧力に応
じて伸張し、起歪体４へ歪を与える。起歪体４の
歪は、接着体７，７′を介して水晶歪ゲージ５へ
伝達され、該水晶歪ゲージを第２図の状態から第
３図の状態に変移せしめる。第３図において、水
晶歪ゲージ５の起歪体４への固定端部には、振動
部５ａ，５ｂと結合部５ｃ，５ｄとの接続点にお
いて発生する反力Ｒ、モーメントＭが互いに逆方
向に等しい大きさで作用するため、水晶歪ゲージ
５と起歪体４の結合が理想的でない場合でも、水
晶歪ゲージ５から外部へエネルギーが消費されて
出るようなことはない。而して、起歪体４から水
晶歪ゲージ５へ伝達された歪量は、水晶歪ゲージ
５によつて正確に検出され、該歪量から所定の演
算処理（図示せず）を経て前記被測定圧が測定さ
れる。

然し乍ら、上記従来例においては、水晶歪ゲー
ジ５が接着体７，７′を用いて起動体４へ接着さ
れており、ベロー３へ導入された被測定圧が起歪
体４を介して水晶歪ゲージ５で間接的に検出され
る構成であるために、水晶歪ゲージ５と起歪体４
との熱膨脹係数の差が原因となつて零点が温度特
性を示して変動したり、水晶歪ゲージ５の水晶自
身がもつ周波数温度特性が上記温度特性に重畳し
たり、更に周囲ふんい気による誤差が加わつたり
する欠点があつた。

本考案は、かかる欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上記欠点が除去され、零点の
温度特性が改善された水晶歪ゲージを提供するに
ある。

本考案の特徴は、加えられた歪に対応して変化
するゲージの固有振動数を測定し、該ゲージに作
用している歪を求める水晶歪ゲージ５において、
１個の内側振動子と２個の外側振動子を有する複
合形ゲージを用い、上記外側振動子の１個と上記
内側振動子の夫々の周波数の差を検出して上記歪
を求めることにある。

以下、本考案について図を用いて詳細に説明す
る。第４図は、本考案実施例の構成説明図であ
り、図中、第１図と同一記号は同一意味をもたせ
て使用しここでの説明は省略する。また、８は３
個の振動子８１〜８３が結合部８４で結合されて
なる複合形水晶歪ゲージ、９は複合形水晶歪ゲー
ジ８の下端部（振動子８１〜８３の下端部）を起
歪体４に接着させる接着体、１０，１０′はリー
ド線、１１，１１′は発振回路、１２は周波数差
検出回路、１３はカウンタ、１４はリニアライザ
である。更に、第５図は複合形水晶歪ゲージ８周
辺の拡大図であり、図中、第４図と同一記号は同
一意味をもたせて使用しここでの説明は省略す
る。また、振動子８１（若しくは８２，８３）は
振動部８１ａ，８１ｂ（若しくは８２ａ，８２
ｂ，８３ａ，８３ｂ）と小結合部８１ｃ，８１ｄ
（若しくは８２ｃ，８２ｄ，８３ｃ，８３ｄ）か
ら構成されるとともに、上記振動部は上記振動子
の夫々の中心軸に対して夫々対称的に設けられた
２個の長尺状部材で形成されている。更に、上記
小結合部８１ｃ，８１ｄ（若しくは８２ｃ，８２
ｄ，８３ｃ，８３ｄ）はその両端が上記振動部の
夫々の一端と結合されており、上記振動子８１
（若しくは８２，８３）は夫々上記振動部と小結
合部によつてロの字形に構成されている。

上記構成からなる本考案の動作について以下説
明する。第４図において、導入口２から被測定圧
が導入されていない場合、ベロー３は収縮状態に
なつており、起歪体４はほぼ水平状態を保ち複合
形水晶歪ゲージ５の各振動子８１〜８３には同一
の力Foが起歪体４から加えられている。而し
て、各振動子８１〜８３は同一の歪を受け、各固
有振動数f₁〜f₃で振動している。また、導入口２
から被測定圧が導入されると、ベロー３は該被測
定圧の圧力に対応して伸張し、起歪体４へ歪を与
える。該歪は、接着体９を介して複合形水晶歪ゲ
ージ８の振動子８１〜８３へ伝達され、第５図に
示すように振動子８１，８３には夫々圧縮力
F₁，F₃を与え振動子８２には引張力F₂を与え
る。このため、振動子８２，８３は夫々引張力
F₂および圧縮力F₃に夫々対応した歪を受けて、
その固有振動数がf₂，F₃から夫々f₂′，f₃′（例えば
f₂＜f₂′，f₃＞f₃′となる）への変化する。該固有振
動数f₃′，f₂′は夫々発振回路１１，１１′を経由し
たのち、周波数差検出回路１２で（f₃′−f₂′）な
る演算処理が施こされ、その後、周波数読み取り
回路であるカウンタ１３およびリニアライズ演算
回路であるリニアライザ１４を経て出力Eoとな
つて出力される。而して、該出力Eoから、ベロ
ー３へ導入された前記被測定圧が測定される。

以上、詳しく説明したような本考案の実施例に
よれば、複合形水晶歪ゲージ８の振動子８１〜８
３の下端部が起歪体４に接着体９によつて接着さ
れている構成であるために、複合形水晶歪ゲージ
８と起歪体４の熱線膨脹係数が異なつている場合
でも、上記振動子８１〜８３の長手方向には温度
変化に伴なう力が作用するようなことはなく、前
記従来例に比して優れた零点温度特性を示すとい
う利点を有する。また、上記振動子８２の固有振
動数と上記振動子８３の固有振動数の差を検出す
るような構成であるために、該振動子８２と振動
子８３へ起歪体４から互いに逆向きの力F₂，F₃
が作用することと相まつて、前記従来例の場合に
比し２倍の検出感度を有するという利点もある。
更に、上記振動子８２の固有振動数と上記振動子
８３の固有振動数の差を検出しているために、リ
ニアライザ１４におけるリニアライズ演算は一次
の近似式で0.5％の精度を達成できるという利点
も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成説明図、第２図および第
３図は、第１図の水晶歪ゲージ周辺の拡大図、第
４図は本考案実施例の構成説明図、第５図は第４
図の複合形水晶歪ゲージ周辺の拡大図である。 １……支持体、２……導入口、３……ベロー、
４……起歪体、５……水晶歪ゲージ、５ａ，５ｂ
……振動部、５ｃ，５ｄ……結合部、６，６′…
…締結体、７，７′，９……接着体、８……複合
形水晶歪ゲージ、１０，１０′……リード線、１
１，１１′……発振回路、１２……周波数差検出
回路、１３……カウンタ、１４……リニアライ
ザ、８１，８２，８３……振動子、８１ａ，８１
ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ……振動
部、８４，８１ｃ，８１ｄ，８２ｃ，８２ｄ，８
３ｃ，８３ｄ……結合部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 中心軸に対して対称的に設けられた長尺状の第
   １、第２の振動部と該第１、第２の振動部の両端
   を夫々結合する第１、第２の小結合部とが夫々ロ
   の字形に形成されてなる第１〜第３の振動子と、
   該第１〜第３の振動子の夫々の一端に結合される
   とともに該第１および第３の振動子を外側に配設
   させ第２の振動子を内側に配設させる結合部とを
   具備し、前記第１若しくは第３の振動子の固有振
   動数と前記第２の振動子の固有振動数の差から加
   えられた歪量が測定されることを特徴とする複合
   形水晶歪ゲージ。