JPS6184535A - 水晶式気体圧力計 - Google Patents

水晶式気体圧力計

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JPS6184535A
JPS6184535A JP59207576A JP20757684A JPS6184535A JP S6184535 A JPS6184535 A JP S6184535A JP 59207576 A JP59207576 A JP 59207576A JP 20757684 A JP20757684 A JP 20757684A JP S6184535 A JPS6184535 A JP S6184535A
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JP
Japan
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crystal
crystal resonator
resistance
gas pressure
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
JP59207576A
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English (en)
Inventor
Fujio Tamura
田村 富士夫
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0022Transmitting 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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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】 〔工業上の利用分野〕 本発明は水晶振動子を利用して、その周囲の気体圧力を
測る気体圧力測定装訟に関するものである。
〔従来の技術〕
大気圧から10″″3トール(Toτr)迄の気体圧力
を1つのセンサで連続的に測りたいという工業的要求に
は根強いものがある。
水晶振動子の共振周波数が、その周囲気体の圧力が低く
なるにつれ増加するという現象を利用した水晶式気体圧
力計は、ある程度前記の工業的要求に答えるものである
が、測定下限が10ト一ル程度であるという大きな欠点
を有している。又、熱伝尋型真幸計、例えばビラニ真空
計では測定下限が10−′〜1O−3)−iであるが、
測定上限が10ト一ル程度であり、これも前記水晶式気
体圧力計と同様の欠点を有している。
一方、水晶振動子の共振抵抗が、その周囲気体の圧力に
広い範囲で依存性を有することが、最近明らかとなり、
それを利用すれば、大気圧から10−3 トールまで1
つのセンサで連続的に測定可能な気体圧力計が実現でき
ることが明らかとなった。これは、例えば、月刊誌「計
装J、1984年、 V o 1−27 + ’α7「
水晶振動子を使った超小型真空センサの開発」の項に開
示されている。
〔本発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、水晶撮動子の共振抵抗の圧力依存性を利
用する前述の従来構成による水晶式気体圧力計において
、水晶振動子の共振抵抗は、特に10−3から10″″
2 トール程度の低圧領域において、温度によって大き
く変化するので、精度の良い測定が困難になるという欠
点がある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記の事情に鑑み為されたもので、水晶振動子
の共振抵抗の圧力依存性を利用した水晶式気体圧力計に
おいて、温度依存性の抵抗体を水晶振動子に直列に接続
することにより、共振抵抗の温度変化を補償し、精度の
高い圧力測定を可能にする手段を提供するものである。
〔実施例〕
以下、本発明を図面によって説明する。第1図は気体圧
力と水晶振動子の特性値(共振抵抗値と共振電流、共振
周波数)の関係を示す図である。
共振周波数は気体の圧力が10トールを越えると変化し
始めるが、気体の圧力が10)−ル未満では気体圧力に
対する感度はほとんど容である。一方、水晶振動子の共
振抵抗は大気圧から10″″3 トールまで、気体圧力
に対して感度を有している。
この水晶振動を定電圧駆動すれば、同図においてtoで
示すような共振電流−気体圧力曲縁がえられる。それは
、前記共振抵抗値と同様に大気圧から10=  )−ル
まで気体圧力に対する感度を有する0従ってA測定の容
易さの点から、共振抵抗値を測るよりは共振電流(又は
共振電圧)を測る方が良い。
第2図は、本発明の対象である水晶式気体圧力計の電子
回路ブロック図である。大きくは、PLL回路部と、表
示変換回路部と、表示部とから構成される。前記PLL
回路部は、気圧又は電流によって制御される周波数可変
発振器1.水晶振動子5の共振電流を電圧として増幅す
る増幅器2゜前記増幅器2の出力信号と前記周波数可変
発振器1の出力信号との位相を比較しその位相差に比例
する信号を出力する位相比較′?ir3と、前記位相比
較器3のパルス状出力信号を直流電圧に直す低域P波器
4とから成る。前記低域P波器4の出力気圧は前記周e
、&i可変発振器1の発振局反数を制御する。圧力セン
サである前記水晶振動子5は、前記周波数可変発掘器1
の出力端子と前記増幅器2の入カイ・。j子に接続され
る。
PLL回路の動作原理は既に広く知られているので、こ
こでは省略するが、前記周波数可変発振器1の発振周彼
k(は、前記周波数可変発掘器1の出力信号即ち前記水
晶振動子5の駆動電圧と、前記増幅器2の出力信号即ち
前記水晶振動子5を流れる% b)Cとの位相差が零に
なるように常に制御されている。即ち、前記水晶振動子
5は常に、それ自身の共振周波数にて駆動されているこ
とであり、水晶式気体圧力計を実用化する上で重要な意
味をもつ。というのは、第1図に示すように、水晶振動
子の共振周波数は気体圧力によって変化するからである
。次に表示変換回路部は、前記増幅器2゛の信号を更に
増幅する主増幅器6、前記主増幅器6の出力信号を直流
にする整流器7、前記整流器7の出力電圧の極性を反転
するインバータ8、及び前記インバータ8の出力電圧に
バイアスをかけるためのバッファ9とから成る。前記バ
イアス量は可変抵抗器9αによって任意に変えることが
できる。表示部は、気体圧力をデジタル的に、又は、ア
ナログ的に表示する部分で、本例ではメータ10により
構成されていて、前記メータ1oの撮れ角から気体圧力
を読み取るものである。
前記水晶振動子の共振電流の圧力特性は第1図に示すよ
うに、周囲気体の圧力が低下するに従がりで共振電流が
増加するので、電圧として増幅し、直流になおし、その
ままメータを駆動すると圧力が低下するに従かいメータ
の振れ角が増加し、常識に反する表示になる。そこで、
前記インバータ8によって、前記直流電圧の極性を反転
し、更に前記バッファ9によってバイアス電圧を加える
ことにより、第3図に示すようなメータ駆動電圧を得る
ことができる。第3図の例では、大気圧においてメータ
駆動電圧が10Vになるように前記バイアス量がFIA
 =されている。このようにして、大気圧においてメー
タの針が完全に振れ、低圧になるに従ってメータの振れ
角が減少する通常の圧力表示を得ることができる。
第4図は、前記水晶振動子の共振抵抗の温度特性を示し
ている。真空中では、その共振抵抗の温度による変化嵐
は大きく、温度が高くなるにつれ共振抵抗は増加する。
−万人気中では、その共振抵抗の大部分は空気とのまさ
つ抵抗によって占められているので、温度を変えても共
振抵抗はあまり変化しない。その結果、従来技術におい
ては第3図に示すように、気体圧力が低くなるに従って
゛温度による彩りが顕著になり、大きな測定誤差が生じ
るという欠点があった。
本発明は上記のような温度による測定誤差をできるだけ
小さくする手段を提供するものである。
第5図は本発明の実旋例を示している。5は水晶振動子
であり、11はサーミスタ、12は抵抗である。′iJ
、6図において、αは前記水晶振動子の共振抵抗、bは
前記サーミスタと前記抵ワしの合成抵抗、Cは、前記水
晶振動子と前記サーミスタと前記抵抗の合成抵抗の温度
特性を示す曲線である。前記水晶振動子の共振抵抗は正
の理屈係数を有するが、前記サーミスタの抵抗は負の温
度係数を有するので、それらを直列に接続すると、その
合成抵抗値は温度に対して谷をもつ曲線になる。前記抵
抗は、前記各の温度が室温(20〜50℃)になるよう
にするための調整用抵抗である。サーミスタの抵抗は、
周囲の気体圧力には何ら影響を受けないので、純粋に温
度に対してだけの補償をすることができる。前記サーミ
スタによる温度補償を施こさなかった従来技術において
は、室温が10°Cから40°Cまで変化したとすると
、25°CにおいてlX10−”)−ルと測定された値
が最大で4XiO−2)−ルまで変化した。一方、前記
サーミスタによる温度補値を施こすと、25℃で1X1
0−2 トールと測定された値が、最大2×10−2)
−ルまでの変化でおさまる。即ち、温度による測定誤差
が半減する。測定環境の実際的な温度は、大略25±5
°C程度である。本発明の実施例では抵抗値の対温間極
小点を25℃に容易に設定できるので、冥際には、温度
変化による測定誤差を非常に小さくできるのである。
〔発明の効果〕
以上述べてきたように、本発明は、非常に簡単な手段で
、水晶振動子の共振抵抗の温度による変化の影じを小さ
くシ、特に低圧領域での測定精度を向上する効果を有す
る。又、構成が単純なので、生産コストの増加を最小限
に抑えるという利点も有する。
なおN * ′:Am例においては、水晶振動子の共振
抵抗の温展特性を補償する素子として、サーミスタを用
いているが、要するに水晶振動子の共振抵抗の温度係数
と反対の温展係数を有するものであれば、サーミスタ以
外の素子も使用可能であることは言う迄もない。
【図面の簡単な説明】
2141図は水晶振動子の特性値(共振抵抗、共振電流
、共振周波数)と周囲気体圧力との関係を示す図、第2
図は本発明の水晶式気体圧力計の電子回路ブロック交、
第3図はメータ几動電圧と周囲気体圧力との関係を示す
1、第41は前記水晶振動子の共振抵抗の温式特性を示
す図、第5図は本発明の実施例を示す図、第6図は本発
明の実施例の温度特性を示す図である。 1・・・・・・周仮数可変発振器 2・・・・・・増幅器 3・・・・・・位相比較器 4・・・・・・低域F波器 5・・・・・・水晶振動子 6・・・・・・主増幅器 7・・・・・・整流器 8・・・・・・インバータ 9・・・・・・バッファ 10・・・メータ 11・・・サーミスタ 12・・・・・・抵 抗 以  上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも、周波数可変発振器、位相比較器、低域通過
    ろ波器、増幅器より成るフェーズ・ロックド・ループ回
    路(PLL回路)部と、前記周波数可変発振器に接続さ
    れた水晶振動子と、前記PLL回路部に接続された表示
    変換回路部と、前記表示変換回路部に接続された表示部
    とを有し、前記水晶振動子の共振抵抗値、又は共振電流
    値、又は共振電圧値から、前記水晶振動子の周囲気体の
    圧力を測定する水晶式気体圧力計において、前記水晶振
    動子の共振抵抗の温度特性と反対の温度特性を有し、か
    つ、その抵抗値が周囲気体の圧力に依存しない温度依存
    性抵抗体が、前記水晶振動子に直列に接続されたことを
    特徴とする水晶式気体圧力計。
JP59207576A 1984-10-03 1984-10-03 水晶式気体圧力計 Pending JPS6184535A (ja)

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