JPS6184536A - 水晶式気体圧力計 - Google Patents
水晶式気体圧力計Info
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- JPS6184536A JPS6184536A JP20757784A JP20757784A JPS6184536A JP S6184536 A JPS6184536 A JP S6184536A JP 20757784 A JP20757784 A JP 20757784A JP 20757784 A JP20757784 A JP 20757784A JP S6184536 A JPS6184536 A JP S6184536A
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- JP
- Japan
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- crystal
- voltage
- gas pressure
- pressure
- pll circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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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)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
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。
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金利用して、その周囲の気体圧力を
測る気体圧力側だ装置に関するものである。
測る気体圧力側だ装置に関するものである。
大気圧から1Q−3)−ル(Torr )迄の気体圧力
を1つのセンサで連続的に、1JII りたいという工
業的要求には根強いものがある。
を1つのセンサで連続的に、1JII 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
なるにつれアミ加するという現象を利用し友水晶式気体
圧力耐は、ある程枇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4型真空討、例えばビラニ真
空計では測定下限が10−4〜10− トールであるが
、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。
なるにつれアミ加するという現象を利用し友水晶式気体
圧力耐は、ある程枇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4型真空討、例えばビラニ真
空計では測定下限が10−4〜10− トールであるが
、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
広い範囲で依任性を有することが、最近明らかとなり、
それ金利用すれば、大気圧から1Q−3トールまで1つ
のセ/すで連続四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、 Vol、27 、A7 「水晶振動
子を使った超小型真空セ/すの開発」の項に開示されて
いる。
広い範囲で依任性を有することが、最近明らかとなり、
それ金利用すれば、大気圧から1Q−3トールまで1つ
のセ/すで連続四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、 Vol、27 、A7 「水晶振動
子を使った超小型真空セ/すの開発」の項に開示されて
いる。
矢に、水晶振動子の共振抵抗の圧力依存性を利用した気
体出力計の動作原理を図面に工って説明する。
体出力計の動作原理を図面に工って説明する。
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、共撮周彼i)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トール未満では気体圧力に対する
感度はほとんど零である。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
度を肩している。この水晶振動を足砿圧、吏・妨すれば
、同図に2いて10 で示す工うな共振電流−気体圧
力油4が見られる。それは、前記共感抵抗値と同様に大
気圧から10−3トール筐で気体圧力に対する感度を有
する。従って、1jlll冗の容易さの点から、共感抵
抗値を測るエリは共振電流(又は共振電圧)を測る方が
艮い。
共振電流、共撮周彼i)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トール未満では気体圧力に対する
感度はほとんど零である。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
度を肩している。この水晶振動を足砿圧、吏・妨すれば
、同図に2いて10 で示す工うな共振電流−気体圧
力油4が見られる。それは、前記共感抵抗値と同様に大
気圧から10−3トール筐で気体圧力に対する感度を有
する。従って、1jlll冗の容易さの点から、共感抵
抗値を測るエリは共振電流(又は共振電圧)を測る方が
艮い。
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。犬きぐは、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、電圧又は電流に二って制−される周波数可変
発掘器1.水晶振動子5の共振電流を電圧として増幅す
る瑠幅器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1g号を出力する位相比較器5と、前記位相比較器
5のパルス状出力信号を直流電圧に直す囲域F波器4と
から成る。前記低域We器4の出力電圧は前記周波数可
変発振器1の発振周波数をti51J御する。圧カセ/
す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1隔器2の入力端子に接続される
。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掘器1の発振周波
数は、前記周波な可変発振器1の出力信号即ち@記水晶
振動子5の凰勤′岨田と、@記増幅器2の出力信号即ち
前記水晶振動子5を流れる電流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壁な意味を
もつ。というのは、第1図に示す二うに、水晶振動子の
共振周波数は気体圧力に裏って変化するからである。仄
に表示変換回路部は、@記増幅器2の信号を更に増幅す
る主増幅46.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
/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D’する。@紀バイ
アス量は可変抵抗器9已に裏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、本しリではメータ10にニジ
構広されていて前記メータ10の振れ角から気体圧力f
r、読み収るものであるー 前記水晶薇「幼子の共振電流の圧力特注は第1図に示す
工うに、周囲気体の圧力が低Fするに従がって共振電流
が増加するので、電圧として増幅し、直流になおし、そ
のま1メータを゛枢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、前凸己イノパータ8に工って、前記直流電圧の極性
を反転し、更に前記バッファ9に工ってバイアス′准圧
を加えることに工り、第6図に示す工うなメータ、駆・
助電圧金得ることができる。第5図の例では、大気圧に
おいてメータ罠動電圧が10Vになるように前記バイア
ス量が調至されている。このようにして、大気圧に2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
。
回路ブロック図である。犬きぐは、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、電圧又は電流に二って制−される周波数可変
発掘器1.水晶振動子5の共振電流を電圧として増幅す
る瑠幅器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1g号を出力する位相比較器5と、前記位相比較器
5のパルス状出力信号を直流電圧に直す囲域F波器4と
から成る。前記低域We器4の出力電圧は前記周波数可
変発振器1の発振周波数をti51J御する。圧カセ/
す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1隔器2の入力端子に接続される
。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掘器1の発振周波
数は、前記周波な可変発振器1の出力信号即ち@記水晶
振動子5の凰勤′岨田と、@記増幅器2の出力信号即ち
前記水晶振動子5を流れる電流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壁な意味を
もつ。というのは、第1図に示す二うに、水晶振動子の
共振周波数は気体圧力に裏って変化するからである。仄
に表示変換回路部は、@記増幅器2の信号を更に増幅す
る主増幅46.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
/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D’する。@紀バイ
アス量は可変抵抗器9已に裏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、本しリではメータ10にニジ
構広されていて前記メータ10の振れ角から気体圧力f
r、読み収るものであるー 前記水晶薇「幼子の共振電流の圧力特注は第1図に示す
工うに、周囲気体の圧力が低Fするに従がって共振電流
が増加するので、電圧として増幅し、直流になおし、そ
のま1メータを゛枢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、前凸己イノパータ8に工って、前記直流電圧の極性
を反転し、更に前記バッファ9に工ってバイアス′准圧
を加えることに工り、第6図に示す工うなメータ、駆・
助電圧金得ることができる。第5図の例では、大気圧に
おいてメータ罠動電圧が10Vになるように前記バイア
ス量が調至されている。このようにして、大気圧に2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
。
〔本発明が解決しようとする間諷点」
しかしながら、水晶振動子の共振抵抗の圧力依存性を利
用する前述の従来lpt bxによる水晶式気体圧力計
においては、前記周波数可変発掘器が前記水晶振動子5
の共振周波恕で規制されていない時、即ち前記PLL回
路部が非同期状態にある状態で(は前記整流器7の出力
電圧はほぼ零ボルトになり、@0αメータ10の振れ角
はフルスケールを上まわり、あたかも、気体圧力が大気
圧をこえている工うに見える。この工うに、従来44!
成による水晶式気体圧力計に2いては、PLL回路部が
非F)勘状4標になると、メータの指示が大気圧以上を
示し、誤った指示を観測者に与えてしまうという実用上
重要な欠点があった。
用する前述の従来lpt bxによる水晶式気体圧力計
においては、前記周波数可変発掘器が前記水晶振動子5
の共振周波恕で規制されていない時、即ち前記PLL回
路部が非同期状態にある状態で(は前記整流器7の出力
電圧はほぼ零ボルトになり、@0αメータ10の振れ角
はフルスケールを上まわり、あたかも、気体圧力が大気
圧をこえている工うに見える。この工うに、従来44!
成による水晶式気体圧力計に2いては、PLL回路部が
非F)勘状4標になると、メータの指示が大気圧以上を
示し、誤った指示を観測者に与えてしまうという実用上
重要な欠点があった。
本発明は上記の事情に鑑み為されたもので、前記整流器
7の出力電圧を検出し前記PLL回路部が非同期状態に
あるか、又は同期状態にあるかを表示することに工って
、前述の従来技術の欠点全解決する手段を提供するもの
である。
7の出力電圧を検出し前記PLL回路部が非同期状態に
あるか、又は同期状態にあるかを表示することに工って
、前述の従来技術の欠点全解決する手段を提供するもの
である。
以下、本発明全図に1って説明する。第4図は本発明の
実施例を示す図である。前記整流回路7の出力の一部は
コンパレータ11の正入力端子に印力りされる。比較す
べき基準電圧は抵抗器12と15とにエリプラス側寅睡
電圧(+V)を分割することに二って得られる。コンデ
ンサ141d、前記基準電圧を安定化するためにつけら
れる。具体的には、前記基準電圧は雑音に対する余裕度
を考慮して約60ミリボルトに設定される。因みに、前
記PLL回路部が非同期状態の時、前記整流器7の出力
電圧は約2mVである。又%@nePLL回路部が同期
状態にあり、かつ、水晶振動子5の周囲気体の圧力が大
気圧の時、前記整a器7の出力電圧は約400ミリボル
トである。従って前記コンパレータ11の基準電圧が約
60ミリボルトであることは誤動作を起す確率は非常に
小さい。
実施例を示す図である。前記整流回路7の出力の一部は
コンパレータ11の正入力端子に印力りされる。比較す
べき基準電圧は抵抗器12と15とにエリプラス側寅睡
電圧(+V)を分割することに二って得られる。コンデ
ンサ141d、前記基準電圧を安定化するためにつけら
れる。具体的には、前記基準電圧は雑音に対する余裕度
を考慮して約60ミリボルトに設定される。因みに、前
記PLL回路部が非同期状態の時、前記整流器7の出力
電圧は約2mVである。又%@nePLL回路部が同期
状態にあり、かつ、水晶振動子5の周囲気体の圧力が大
気圧の時、前記整a器7の出力電圧は約400ミリボル
トである。従って前記コンパレータ11の基準電圧が約
60ミリボルトであることは誤動作を起す確率は非常に
小さい。
15.16.20は抵抗器で抵抗器15.16はトラン
ジスタ18のペース電流をきめる。又、抵抗器20はフ
ォト・ダイオード19に流れる電流を制限する。ダイオ
ード17は、前記トランジスタ180ベースに過大な負
電圧がかからない工うにする保護用ダイオードである。
ジスタ18のペース電流をきめる。又、抵抗器20はフ
ォト・ダイオード19に流れる電流を制限する。ダイオ
ード17は、前記トランジスタ180ベースに過大な負
電圧がかからない工うにする保護用ダイオードである。
仄に、本実@例の動作を説明する。@記PLL回路部が
同期状態にある時は、@記整流器の出力電圧は少なくと
も400ミリボルトあるので、前り己コンパV−タ11
の出力電圧はプラス電源を圧レベルにある。
同期状態にある時は、@記整流器の出力電圧は少なくと
も400ミリボルトあるので、前り己コンパV−タ11
の出力電圧はプラス電源を圧レベルにある。
従って、@記トラノジスタ18はON状態にあシ、@記
7万ト・ダイオードには順方同の電流が流れ点灯する。
7万ト・ダイオードには順方同の電流が流れ点灯する。
この時、ErJ記メータ10の針の振れ角はフルスケー
ル上越えないことは苫うまでもない。
ル上越えないことは苫うまでもない。
もしも、前記水晶振動子5の周囲の気体圧力が大気圧を
越/−之些せ、例えは、周囲の気体圧力が2気圧になっ
ても、前記整流器7の出力電圧は100ミリボルト以上
あるので、前記フォト・ダイオードは点灯状、聾にある
。この時、@ムピメータ100針(慨フルスケールを越
えているが、前記フォト・ダイ万一ドが点灯しているの
で、前記水晶振動子5の周囲気体の圧力が大気圧以上で
あるということが分かる。次に、前記PLL回路部が何
らかの原因で同期から外れ、非同期状態になっていると
、前記整r、t ?+j 7の出力電圧は約2ミ11ボ
ルト程度に1氏下するので、前、尼コノパレータ11の
出力電圧はマイナス?Im源重圧になる。すると、前記
トランジスタ18はOFF状態になり前記フォト・ダイ
オード19は消灯状態になる。この時、@記メータ10
0針はフルスケールを越えているが、前記フォト・ダイ
オード19が消灯しているので、前dごメータ10の針
は何ら気体圧力金子していないことが分かる。この工う
に、前記フォト・ダイオード190点灯/消灯に工って
、本水晶式気体圧力討が実際に気体圧力を¥F測してい
るのか、計測していないのかを、容易に知ることができ
るのである。
越/−之些せ、例えは、周囲の気体圧力が2気圧になっ
ても、前記整流器7の出力電圧は100ミリボルト以上
あるので、前記フォト・ダイオードは点灯状、聾にある
。この時、@ムピメータ100針(慨フルスケールを越
えているが、前記フォト・ダイ万一ドが点灯しているの
で、前記水晶振動子5の周囲気体の圧力が大気圧以上で
あるということが分かる。次に、前記PLL回路部が何
らかの原因で同期から外れ、非同期状態になっていると
、前記整r、t ?+j 7の出力電圧は約2ミ11ボ
ルト程度に1氏下するので、前、尼コノパレータ11の
出力電圧はマイナス?Im源重圧になる。すると、前記
トランジスタ18はOFF状態になり前記フォト・ダイ
オード19は消灯状態になる。この時、@記メータ10
0針はフルスケールを越えているが、前記フォト・ダイ
オード19が消灯しているので、前dごメータ10の針
は何ら気体圧力金子していないことが分かる。この工う
に、前記フォト・ダイオード190点灯/消灯に工って
、本水晶式気体圧力討が実際に気体圧力を¥F測してい
るのか、計測していないのかを、容易に知ることができ
るのである。
第5図は、本発明の他の実施例である。前記コンパレー
タ11が前記フォト・ダイオード19全十分に躯動する
能力があれば、前記抵抗器15と前記フォトダイオード
19を重度に前r:[:コンパレータ11の出力端子に
受Wcすることによって、前記フォト・ダイオード19
を点灯/消灯することができる。
タ11が前記フォト・ダイオード19全十分に躯動する
能力があれば、前記抵抗器15と前記フォトダイオード
19を重度に前r:[:コンパレータ11の出力端子に
受Wcすることによって、前記フォト・ダイオード19
を点灯/消灯することができる。
又、本発明の実施例には記1.・試しなかったが、前占
己コ/パンータ11の代わシに、トラフジ2夕などに工
り構成され之他の底圧比1タ器f!:使用しても本発明
の実施yIJと同等の効果をMすることは明白である。
己コ/パンータ11の代わシに、トラフジ2夕などに工
り構成され之他の底圧比1タ器f!:使用しても本発明
の実施yIJと同等の効果をMすることは明白である。
又、前記フォト・ダイオード19の代わりに油密のラン
プを使っても同様の効果を有する。
プを使っても同様の効果を有する。
以上述べてきた工うに、本発明によれば、わずかの素子
ヲ使用することにエリ、水晶式気体圧力測足装dが測定
状態にあるか否かが容易に判断がでさs 1f141違
いのない測定をすることができる。又構成要素が少ない
ので、信頼性が高く、製造原価*;f:れ楊高めない、
などの効果を有する。
ヲ使用することにエリ、水晶式気体圧力測足装dが測定
状態にあるか否かが容易に判断がでさs 1f141違
いのない測定をすることができる。又構成要素が少ない
ので、信頼性が高く、製造原価*;f:れ楊高めない、
などの効果を有する。
第1図は水晶振動子の特性埴(共振抵抗、共振電流、共
振周彼叡)と周d気体圧力との関係を示す図、タ、2図
は本発明の水晶式気体圧力計の1δ子回路ブロック図、
46図はメータ駆@砿圧と周囲。 気体圧力との関係を示す図、第4図は本発明の犬権例、
第5図は本発明の他の実施例である。 1・・・周波d aJ変発振器 2・・・増幅器 6・
・・位相比較器 4・・・代$P波器 5・・・水晶撮
動子6・・・王増1品器 7・・・整流器 8・・・イ
/パータ9・・・バッファ 10・・・メータ 11・
・・コノパレータ 12.15・15・16・20・・
・抵抗414・・・コンデンサ 17・・・ダイオード
18・・・トランジスタ 19・・・フォト・り゛イ
オード以 上
振周彼叡)と周d気体圧力との関係を示す図、タ、2図
は本発明の水晶式気体圧力計の1δ子回路ブロック図、
46図はメータ駆@砿圧と周囲。 気体圧力との関係を示す図、第4図は本発明の犬権例、
第5図は本発明の他の実施例である。 1・・・周波d aJ変発振器 2・・・増幅器 6・
・・位相比較器 4・・・代$P波器 5・・・水晶撮
動子6・・・王増1品器 7・・・整流器 8・・・イ
/パータ9・・・バッファ 10・・・メータ 11・
・・コノパレータ 12.15・15・16・20・・
・抵抗414・・・コンデンサ 17・・・ダイオード
18・・・トランジスタ 19・・・フォト・り゛イ
オード以 上
Claims (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
動子の共振電流値に対応する電圧値と、他の1つの直流
電圧値とを比較する比較器、および前記比較器の出力電
圧によつて駆動される点灯器とから構成されることを特
徴とする水晶式気体圧力計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20757784A JPS6184536A (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 水晶式気体圧力計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20757784A JPS6184536A (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 水晶式気体圧力計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6184536A true JPS6184536A (ja) | 1986-04-30 |
| JPH0374934B2 JPH0374934B2 (ja) | 1991-11-28 |
Family
ID=16542057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20757784A Granted JPS6184536A (ja) | 1984-10-03 | 1984-10-03 | 水晶式気体圧力計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6184536A (ja) |
-
1984
- 1984-10-03 JP JP20757784A patent/JPS6184536A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0374934B2 (ja) | 1991-11-28 |
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