JPS6190029A - 圧電振動子圧力センサ - Google Patents
圧電振動子圧力センサInfo
- Publication number
- JPS6190029A JPS6190029A JP21303984A JP21303984A JPS6190029A JP S6190029 A JPS6190029 A JP S6190029A JP 21303984 A JP21303984 A JP 21303984A JP 21303984 A JP21303984 A JP 21303984A JP S6190029 A JPS6190029 A JP S6190029A
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- JP
- Japan
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- diaphragm
- pressure
- gap
- piezoelectric oscillator
- piezoelectric vibrator
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- Pending
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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
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
-
- 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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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】
（産業上の利用分野）
本発明は、圧電振動子圧力センサに係り、動作が安定し
再現性が良好であると共に圧力感応範囲の調整が容易な
密閉型圧電振動子圧力センサに関する。
再現性が良好であると共に圧力感応範囲の調整が容易な
密閉型圧電振動子圧力センサに関する。
（従来技術とその問題点）
第９図および第１θ図は従来の圧力センサの一例を説明
する説明図である０図中、９は円筒状の容器であり、そ
の片面部には薄いセラミ−／クダイアフラムを設ける。
する説明図である０図中、９は円筒状の容器であり、そ
の片面部には薄いセラミ−／クダイアフラムを設ける。
該ダイアフラムの裏側には電極す、、ｂ２を形成させ
その電極ｂｌ 、ｂ２には内部対向電極ａを設は図示
しない保持器で、変位しない側面９に固定するように配
設する。そこで、ダイアフラム外部の圧力が変化すると
ダイアプラムが変位し、電極す、、ｂ２と内部対向電極
ａとの間隔が変化することになるので、この変化を静電
容ｌｃの変化として検出し、圧力センサとして用いるよ
うにしている。しかし、この種の圧力センサは電極ｂｌ
’、ｂ２と内部対向電極ａの設定が面倒であると共に圧
力域を広くとるための調整を行なうことが困難であった
。
その電極ｂｌ 、ｂ２には内部対向電極ａを設は図示
しない保持器で、変位しない側面９に固定するように配
設する。そこで、ダイアフラム外部の圧力が変化すると
ダイアプラムが変位し、電極す、、ｂ２と内部対向電極
ａとの間隔が変化することになるので、この変化を静電
容ｌｃの変化として検出し、圧力センサとして用いるよ
うにしている。しかし、この種の圧力センサは電極ｂｌ
’、ｂ２と内部対向電極ａの設定が面倒であると共に圧
力域を広くとるための調整を行なうことが困難であった
。
また、ダイアプラムの変位が鼓状であるため容ｙｉ」変
化が小さく、リニアーな範囲も大きくとれなかった。
化が小さく、リニアーな範囲も大きくとれなかった。
−・方、圧電振動子は励振電力の印加によりその固有周
波数（電気共振周波数ともいう）で強く共振を生じるの
で安定な一定周波数を得る手段として通信機などに広く
用いられてきており、この圧電振動子を用いた圧力セン
サを得ることが強く望まれでいた。
波数（電気共振周波数ともいう）で強く共振を生じるの
で安定な一定周波数を得る手段として通信機などに広く
用いられてきており、この圧電振動子を用いた圧力セン
サを得ることが強く望まれでいた。
（発明の目的）
本発明は圧電振動子の周波数の安定さを利用し、広範な
温度と圧力域をもつ圧力を周波数に変換する圧電振動子
圧力センサを提供することを目的と干る。
温度と圧力域をもつ圧力を周波数に変換する圧電振動子
圧力センサを提供することを目的と干る。
（発明の概要）
本発明は、圧電振動子をダイアフラム面を有する不活性
気体を封入した気密容器内に保持し、ダイアフラムの裏
面には所定の間隙を有し、圧電振動子上に形成された電
極に対向する対向電極を設けるようにする。
気体を封入した気密容器内に保持し、ダイアフラムの裏
面には所定の間隙を有し、圧電振動子上に形成された電
極に対向する対向電極を設けるようにする。
また、前記した間隙を調整可能な調整手段を設けるよう
に構成する。
に構成する。
（実施例）
以下１本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明に係る圧電振動子圧力センサの内部を破
断した斜視図、第２図は当該圧カセノサの断面図、第３
図は当該圧力センサの要部拡大図である０図中、ｌは気
密容器であり、その内部に不活性気体を封入する。２は
ダイアフラムであり、例えば、薄いセラミックから成り
、気密容器のヒ面を覆うように設けられる。２ａは対向
゛電極であり、ダイアプラム２の表面に取付けられる。
断した斜視図、第２図は当該圧カセノサの断面図、第３
図は当該圧力センサの要部拡大図である０図中、ｌは気
密容器であり、その内部に不活性気体を封入する。２は
ダイアフラムであり、例えば、薄いセラミックから成り
、気密容器のヒ面を覆うように設けられる。２ａは対向
゛電極であり、ダイアプラム２の表面に取付けられる。
３は圧電振動子であり、その両面には電極３ａ、３ａを
形成し、その電極のうち」；部の電極は対向電極２ａに
対向させる。４は圧電振動子の保持具である。
形成し、その電極のうち」；部の電極は対向電極２ａに
対向させる。４は圧電振動子の保持具である。
次にこの圧゛尼振動子圧カセンサの動作について説明す
る。
る。
グイ７フラム２上の圧力が変化すると気密容器ｌ内の気
圧との圧力差が変化するので、その圧力差の変化に応じ
てダイアフラム２は変位する。するとそのダイアフラム
２に取付けられている対向電極２ａも変位する。一方、
圧電振動子３は保持具４によって保持されており、圧力
の変動には左右されない、つまり、圧力の変動によって
も圧電振動子３上に形成された電極３ａは変位しない。
圧との圧力差が変化するので、その圧力差の変化に応じ
てダイアフラム２は変位する。するとそのダイアフラム
２に取付けられている対向電極２ａも変位する。一方、
圧電振動子３は保持具４によって保持されており、圧力
の変動には左右されない、つまり、圧力の変動によって
も圧電振動子３上に形成された電極３ａは変位しない。
従って、気密容器１外の気圧の変化によって。
対向電極２ａと圧電振動子３上の電極３ａ間の間隙ｔが
変化することになる。
変化することになる。
このように構成されたものは第４図に示される外部発振
回路に接続し発振させるようにする。つまり、圧電振動
子３にダイアフラムの対向面電極２ａと圧電振動子電極
３ａが間隙ｔを介して形成する静電容量ＣＬを直列に接
続して、この両端に発振回路５を接続する。
回路に接続し発振させるようにする。つまり、圧電振動
子３にダイアフラムの対向面電極２ａと圧電振動子電極
３ａが間隙ｔを介して形成する静電容量ＣＬを直列に接
続して、この両端に発振回路５を接続する。
この点につき、更に詳細に説明する。
圧゛准振動子３の励振回路中にそれと直列に負荷容量と
よばれる静電容量ＣＬを挿入すると、この静電容量の大
きさに従って固有周波数ｆは直列共振周波数ｆｏから次
のように変化する。
よばれる静電容量ＣＬを挿入すると、この静電容量の大
きさに従って固有周波数ｆは直列共振周波数ｆｏから次
のように変化する。
ここで、ｃｏは圧電振動子の等価回路で示される電極間
静電容量、Ｃ１は同じく等個直列静電容量であり、ｒ’
＝Ｃ，／Ｃ１で静電容量比とよばれる圧電体の電気機械
結合係数と、電極構造で決定される定数である。
静電容量、Ｃ１は同じく等個直列静電容量であり、ｒ’
＝Ｃ，／Ｃ１で静電容量比とよばれる圧電体の電気機械
結合係数と、電極構造で決定される定数である。
また、この負荷容量ＣＬは第３図から明らかなように、
ダイアフラムに取付けられた対向電極２ａと圧電振動子
上に形成される電極３ａ間の間隙をｔとすると、 ＣＬ ＝に／ （ｔ ＸＳ） ・＝ （２
）ここで、Ｋは静電容量算出定数、Ｓは対向電極２ａと
圧電振動予電Ｊｊ ３ ａのなす静電容量の有効面積を
表わすものとする。
ダイアフラムに取付けられた対向電極２ａと圧電振動子
上に形成される電極３ａ間の間隙をｔとすると、 ＣＬ ＝に／ （ｔ ＸＳ） ・＝ （２
）ここで、Ｋは静電容量算出定数、Ｓは対向電極２ａと
圧電振動予電Ｊｊ ３ ａのなす静電容量の有効面積を
表わすものとする。
そこで、第４図から明らかなように、当該圧力センサを
外部に発振回路５を接続し１発振させると、該圧力セン
サ容器内の不活性気体圧力とダイアフラムの外圧との間
に圧力差を生ずるとその圧力差とダイアフラムの弾性反
撥力との平衡にほぼ比例した峻だけダイアフラム２が■
「動し、間隙ｔが変化する。するとこの間隙【の変化に
より、前記式（２）に従って静電容量ＣＬが変化する。
外部に発振回路５を接続し１発振させると、該圧力セン
サ容器内の不活性気体圧力とダイアフラムの外圧との間
に圧力差を生ずるとその圧力差とダイアフラムの弾性反
撥力との平衡にほぼ比例した峻だけダイアフラム２が■
「動し、間隙ｔが変化する。するとこの間隙【の変化に
より、前記式（２）に従って静電容量ＣＬが変化する。
従って、前記式（１）から明らかなように静電容ｈ）Ｃ
しが変化すると１周波数ｆが変化するので、＠配圧力差
を検出することができる。
しが変化すると１周波数ｆが変化するので、＠配圧力差
を検出することができる。
次に、この圧カセノサの圧力の可調範囲の調整について
説明する。
説明する。
第５図乃５５第８図は当該圧力センサの調整り段の一実
施例の説明図である０図中、６は調整用つまみネジ、７
はコイルスプリング、８は調整ポルトであり、その他は
前記した実施例におけるものと回−のものであるので説
明を省略する。
施例の説明図である０図中、６は調整用つまみネジ、７
はコイルスプリング、８は調整ポルトであり、その他は
前記した実施例におけるものと回−のものであるので説
明を省略する。
次に、この調整手段の動作について説明する。
通常は、第５図に示されるように調整ボルト８をダイア
フラムから遠ざかる方向にセットするためコイルスプリ
ング７で調整ポルト８に設けられた回転止め溝に沿って
、つまみ６を一杯に回転し固定させて置く、このときは
圧電振動子３の表面に設けられた電極３ａはダイアフラ
ム対向電極２ａから離れている０次に圧力の可調範囲を
調整するために圧電振動子３をつまみ６を回して、調整
ポルト８を第８図の状態から押し上げて間隙ｔを小さく
させる。このように圧電振動子３と、ダイアフラム対向
電極２ａのｒＪＩ隙ｔを変化させると静電容量ＣＬを変
化させることができ、従って、圧力の可調範囲を調整す
ることができる。尚、気密容器ｌと調整ポルト８との間
は気密性を保つため、例えば第７図に示すように、ジャ
バラ７ａをスプリング７の周りに設けるようにする。ま
たダイアフラム対向電極２ａと、圧電Ｗｉ動子３のなす
角ＩＮ Ｏを予め適ちに選ぶことにより、圧力測定域を
広範囲に亘り自由に設定できる。ここでは片面ダイアフ
ラムの場合を示したが圧電振動子保持を側面９あるいは
もラ一方のダイアフラム面２で固定して行なえば両面ダ
イアフラムとなし得ることはいうまでもない。
フラムから遠ざかる方向にセットするためコイルスプリ
ング７で調整ポルト８に設けられた回転止め溝に沿って
、つまみ６を一杯に回転し固定させて置く、このときは
圧電振動子３の表面に設けられた電極３ａはダイアフラ
ム対向電極２ａから離れている０次に圧力の可調範囲を
調整するために圧電振動子３をつまみ６を回して、調整
ポルト８を第８図の状態から押し上げて間隙ｔを小さく
させる。このように圧電振動子３と、ダイアフラム対向
電極２ａのｒＪＩ隙ｔを変化させると静電容量ＣＬを変
化させることができ、従って、圧力の可調範囲を調整す
ることができる。尚、気密容器ｌと調整ポルト８との間
は気密性を保つため、例えば第７図に示すように、ジャ
バラ７ａをスプリング７の周りに設けるようにする。ま
たダイアフラム対向電極２ａと、圧電Ｗｉ動子３のなす
角ＩＮ Ｏを予め適ちに選ぶことにより、圧力測定域を
広範囲に亘り自由に設定できる。ここでは片面ダイアフ
ラムの場合を示したが圧電振動子保持を側面９あるいは
もラ一方のダイアフラム面２で固定して行なえば両面ダ
イアフラムとなし得ることはいうまでもない。
また、本発明を一実施例によって説明したが、本発明は
この実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に
従い１種々の変形が可能であり。
この実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に
従い１種々の変形が可能であり。
これらを本発明の範囲から排除するものではない（発明
の効果） 本発明によれば、圧電振動子をダイアフラム面を有する
不活性気体を封入した気密容器内に保持し、ダイアフラ
ムの裏面には所定の間隙を有し、圧電振動子上に形成さ
れた電極に対向する対向電極を設けるようにしたので、
圧力差を周波数の安定な圧電振動子で高精度に検出でき
ると共に密閉構造のための動作が安定し、雰囲気に影響
されず、かつ、再現性が良好な圧力センサを得ることが
できる。更に、前記間隙を調整可能な調整手段を設ける
ようにしたので、圧力感応範囲を簡単に自由に設定する
ことができるという効果を奏することができる。
の効果） 本発明によれば、圧電振動子をダイアフラム面を有する
不活性気体を封入した気密容器内に保持し、ダイアフラ
ムの裏面には所定の間隙を有し、圧電振動子上に形成さ
れた電極に対向する対向電極を設けるようにしたので、
圧力差を周波数の安定な圧電振動子で高精度に検出でき
ると共に密閉構造のための動作が安定し、雰囲気に影響
されず、かつ、再現性が良好な圧力センサを得ることが
できる。更に、前記間隙を調整可能な調整手段を設ける
ようにしたので、圧力感応範囲を簡単に自由に設定する
ことができるという効果を奏することができる。
第１図は本発明に係る圧電振動子圧力センサの内部を破
断して示した斜視図、第２図は当該圧力センサの断面図
、第３図は当該圧力センサの要部拡大図、第４図は当該
圧力センサの回路図、第５１・・・気密容器、２・・・
ダイアフラム、２ａ・・・対向電極、３・・・圧電振動
子、３ａ・・・電極、４・・・圧電振動子保持具、５・
・・外部発振回路、６・・・調整つまみ、７・・・スプ
リング位置固定機構、８・・・調整ボルト特許出願人
日本電波工業株式会社 代 理 人 弁理士 辻
實第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 ｎ 」 第１０図
断して示した斜視図、第２図は当該圧力センサの断面図
、第３図は当該圧力センサの要部拡大図、第４図は当該
圧力センサの回路図、第５１・・・気密容器、２・・・
ダイアフラム、２ａ・・・対向電極、３・・・圧電振動
子、３ａ・・・電極、４・・・圧電振動子保持具、５・
・・外部発振回路、６・・・調整つまみ、７・・・スプ
リング位置固定機構、８・・・調整ボルト特許出願人
日本電波工業株式会社 代 理 人 弁理士 辻
實第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 ｎ 」 第１０図
Claims (2)
- （１） 圧電振動子をダイアフラム面を有する不活性気
体を封入した気密容器内に保持し、ダイアフラムの裏面
には所定の間隙を有し，圧電振動子上に形成された電極
に対向する対向電極を設けるようにしたことを特徴とす
る圧電振動子圧力センサ。 - （２） 前記間隙を調整可能な調整手段を設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の圧電振動子
圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21303984A JPS6190029A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21303984A JPS6190029A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6190029A true JPS6190029A (ja) | 1986-05-08 |
Family
ID=16632504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21303984A Pending JPS6190029A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6190029A (ja) |
-
1984
- 1984-10-11 JP JP21303984A patent/JPS6190029A/ja active Pending
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