JPS6190030A - 圧電振動子圧力センサ装置 - Google Patents
圧電振動子圧力センサ装置Info
- Publication number
- JPS6190030A JPS6190030A JP21304084A JP21304084A JPS6190030A JP S6190030 A JPS6190030 A JP S6190030A JP 21304084 A JP21304084 A JP 21304084A JP 21304084 A JP21304084 A JP 21304084A JP S6190030 A JPS6190030 A JP S6190030A
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- JP
- Japan
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- pressure
- diaphragm
- oscillation
- frequency
- pressure sensor
- Prior art date
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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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- Physics & Mathematics (AREA)
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- 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】
1mとの利用分野)
本発明は、圧セ振動子圧カセンサ装ごに係り、特に、圧
電振動子の周波数の安定性を利用し、かつ、広範な温度
域と圧力域をもつ圧力をlC7流で検出可能な圧電振動
子圧力センサ装置に関する。
電振動子の周波数の安定性を利用し、かつ、広範な温度
域と圧力域をもつ圧力をlC7流で検出可能な圧電振動
子圧力センサ装置に関する。
(従来技術とその問題点)
i7s9図および:jSlO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、20は円筒状の容器
であり、そのvq端部には薄いセラミックダイアプラム
21を設ける。該ダイアプラム21の裏側には’電極b
1.b2を形成させ、その電極b1 、b2には内部対
向電極aを設けるようにする、そこで、ダイアフラム外
部の圧力が変化するとダイアフラムが変化し、′;電極
bl、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41. c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1!極す、、b2と内部対向I
t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。
例を説明する説明図である0図中、20は円筒状の容器
であり、そのvq端部には薄いセラミックダイアプラム
21を設ける。該ダイアプラム21の裏側には’電極b
1.b2を形成させ、その電極b1 、b2には内部対
向電極aを設けるようにする、そこで、ダイアフラム外
部の圧力が変化するとダイアフラムが変化し、′;電極
bl、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41. c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1!極す、、b2と内部対向I
t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。
一方、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d Lff機などに
広く用いられてきており この圧、シ撮勤tを用いた圧
カセノサをりすることが強く望まれていた。
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d Lff機などに
広く用いられてきており この圧、シ撮勤tを用いた圧
カセノサをりすることが強く望まれていた。
(発明の目的)
本発明は、X囲気に影響されず、圧電振動子の4&I動
の安定性を利用し、かつ、広範な温度域と圧力域をもつ
圧力を直流で検出可能なコンパクトな圧TL振動子圧カ
センサ装置を提供することを目的とする。
の安定性を利用し、かつ、広範な温度域と圧力域をもつ
圧力を直流で検出可能なコンパクトな圧TL振動子圧カ
センサ装置を提供することを目的とする。
(発明のIN要)
本発明は、気密容器内に同一平板状の圧題体とに形成さ
れる厚み振動をする三対の同一′Wl極対(振動部)を
所定距離隔てて配設し、中央に位置する電極対(rA動
B)の−表面に平行に対応してダイアフラムが圧力差に
よって生ずる変位を伝える対向心棒を設け、この対向電
極とこの中央の電極対の前記対向電極と反対側の電極間
に外部より発振をJa続するための発振回路を接続する
と共に該発振回路からバッファを介して中央のt極対以
外の2つの1極対(振動部)が含まれる周波数判別回路
を接続して、周波数の変化をf1流出力として検出する
ようにする。
れる厚み振動をする三対の同一′Wl極対(振動部)を
所定距離隔てて配設し、中央に位置する電極対(rA動
B)の−表面に平行に対応してダイアフラムが圧力差に
よって生ずる変位を伝える対向心棒を設け、この対向電
極とこの中央の電極対の前記対向電極と反対側の電極間
に外部より発振をJa続するための発振回路を接続する
と共に該発振回路からバッファを介して中央のt極対以
外の2つの1極対(振動部)が含まれる周波数判別回路
を接続して、周波数の変化をf1流出力として検出する
ようにする。
(χ施例)
以下、未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図は圧電振妨子圧カセンサ装置の内部を破断して示
した傾斜図、第2図は圧電振動子圧カセ/す回路図であ
る0図中、1は気密容器、2はダイアフラム、2aはダ
イアプラムの裏面に取付けられた対向′@極、3は圧i
t振動子片、3&〜3cは圧電振動部、4は圧電振動子
片保持具、5は定眉圧バッファ、6は周波数判別回路、
7は発振回路である。
した傾斜図、第2図は圧電振動子圧カセ/す回路図であ
る0図中、1は気密容器、2はダイアフラム、2aはダ
イアプラムの裏面に取付けられた対向′@極、3は圧i
t振動子片、3&〜3cは圧電振動部、4は圧電振動子
片保持具、5は定眉圧バッファ、6は周波数判別回路、
7は発振回路である。
次に、この圧電振動子圧カセンサ装2の動作について説
明する。まず1片面にダイアフラム2を有する気密容器
l内に、同−平板状圧?ttM動子3の上に形成した厚
み振動をする三対の同一1電極対(振動部)を互いに音
饗結合しないとみなせる所定距離(圧電体中の波長の1
0倍以上)に離して大々配設する。これらの振動部のう
ち中央の振動部3bの一表面に平行に対応してダイアフ
ラム2が圧力差によって生ずる変位を伝える対向電極2
aを設ける。この対向電極2aとこの中央の振動部3b
のうち灼応電極2aと反対側の電極間で形成した電気回
路に外部より発振を持続するための発振回路7を持続す
る。
明する。まず1片面にダイアフラム2を有する気密容器
l内に、同−平板状圧?ttM動子3の上に形成した厚
み振動をする三対の同一1電極対(振動部)を互いに音
饗結合しないとみなせる所定距離(圧電体中の波長の1
0倍以上)に離して大々配設する。これらの振動部のう
ち中央の振動部3bの一表面に平行に対応してダイアフ
ラム2が圧力差によって生ずる変位を伝える対向電極2
aを設ける。この対向電極2aとこの中央の振動部3b
のうち灼応電極2aと反対側の電極間で形成した電気回
路に外部より発振を持続するための発振回路7を持続す
る。
一方、この発振回路7から発振に影1を及ぼさないため
のバッファ5を介して三対の電極対(振動部)3m、3
b、3cのうち、中央の振動部3bを除く2つの振動部
3m、3cが含まれる周波数判別回路6に43周波数の
変化を直流出力として検出する。尚、W4波数判別回路
6におけるコンデ/すC5は整合トランスTの同調コン
デンサ、コンデ/すc、、C2はほぼ振動部2a、2c
の静電容’k c oと等しくする。抵抗Rは検出出力
負荷抵抗である。
のバッファ5を介して三対の電極対(振動部)3m、3
b、3cのうち、中央の振動部3bを除く2つの振動部
3m、3cが含まれる周波数判別回路6に43周波数の
変化を直流出力として検出する。尚、W4波数判別回路
6におけるコンデ/すC5は整合トランスTの同調コン
デンサ、コンデ/すc、、C2はほぼ振動部2a、2c
の静電容’k c oと等しくする。抵抗Rは検出出力
負荷抵抗である。
L6の動作を更に詳細に説明する。
ダイアフラム2F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2m#3′11位する。
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2m#3′11位する。
一方、圧電振動子片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片3上に形成された振動部3bは
変位しない。
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片3上に形成された振動部3bは
変位しない。
従って、気密容!!lの外部の気圧変化によって、に4
向電極2&と圧1を振動子片3との振動部3bとの間H
tが変化することになる。
向電極2&と圧1を振動子片3との振動部3bとの間H
tが変化することになる。
このように構成されたものは第2図に示される外部発振
回路7に接続し発振させるようにする。
回路7に接続し発振させるようにする。
つまり、振動部3bに対向#l極2&と振動部3bとの
間で形成される静電容積C1を直列に接続し、この両端
に発振回路7を接続する。
間で形成される静電容積C1を直列に接続し、この両端
に発振回路7を接続する。
そして、振動部3bの助振回路中にそれと直列にこの負
荷容量とよばれる静電容量CLを挿入すると、この^)
電容礒の大きさに従って固有周波数fは直列共振周波数
f0かも次のように変化するる電極間静電6碩、c1は
同じ〈等価直列静電容71テアリ、rltA)’it容
11比(r−Co /C+ ) とよばれる圧電体の電
気機械結合係数と、圧電振動子の構造によって決まる定
数である。
荷容量とよばれる静電容量CLを挿入すると、この^)
電容礒の大きさに従って固有周波数fは直列共振周波数
f0かも次のように変化するる電極間静電6碩、c1は
同じ〈等価直列静電容71テアリ、rltA)’it容
11比(r−Co /C+ ) とよばれる圧電体の電
気機械結合係数と、圧電振動子の構造によって決まる定
数である。
また、この真向容量CLは第3図から明らかなように、
ダイアフラム2に取付けられた対向電極2&と振動aB
3 brI!It7)間PIA* t トt6ト。
ダイアフラム2に取付けられた対向電極2&と振動aB
3 brI!It7)間PIA* t トt6ト。
CL−に/(tXs) −=(2)となる
。
。
ここで、には静電容IIk算出定数、Sは対向電極2a
と振動部3bのなす有効静電容量面積を表わすものとす
る。
と振動部3bのなす有効静電容量面積を表わすものとす
る。
そこで、第2図から明らかなように、当該圧力センサの
外部に発振回路7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、ダイアプラムの弾性
反撥力にほぼ比例した省だけダイアフラム2が可動し、
間隙t(第3図8 ’!’、 )が変化する。するとこ
の間隙tの変化により、−tJ記式(2)に従って静1
容睦CLが変化する。
外部に発振回路7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、ダイアプラムの弾性
反撥力にほぼ比例した省だけダイアフラム2が可動し、
間隙t(第3図8 ’!’、 )が変化する。するとこ
の間隙tの変化により、−tJ記式(2)に従って静1
容睦CLが変化する。
そして、該振動部3b、つまり、中央の電極対はダイア
フラム2の変位Δtによって周fm散fの変化tΔfと
して現われ次式で表現できる。
フラム2の変位Δtによって周fm散fの変化tΔfと
して現われ次式で表現できる。
ムf m −に’fe’ACL
、’:’l ΔCL−−Ct”K″11t 、°、
Δ+−−に’cte”fs”Δtよって、ダイアフラム
2の変位に比例した14波数の変化として検出すること
ができる。
Δ+−−に’cte”fs”Δtよって、ダイアフラム
2の変位に比例した14波数の変化として検出すること
ができる。
ここで検出された信号は第2図から明らかなようにバッ
ファ5を介してヤーマントランスTに導 ・〈、このト
ランスからの出力、つまり、前記周波数変化量Δfを、
同一圧電振動子片3上に形成した同一構造の他の振動部
2m、2cで形成した周波数判別回路6を介して直流電
圧Vとして検出するように構成する。また、第5図から
明らかなように振動部2m、2cの周波数を振動部2b
を中心にほぼ等間隔に周波数を設定するが、この位置に
より1周波数判別回路のS特性を選択で!a感度を自由
に設定できる。ただし、ここで、変位Δt=Oのとき、
Δf−0となるように予め調整するようにする。
ファ5を介してヤーマントランスTに導 ・〈、このト
ランスからの出力、つまり、前記周波数変化量Δfを、
同一圧電振動子片3上に形成した同一構造の他の振動部
2m、2cで形成した周波数判別回路6を介して直流電
圧Vとして検出するように構成する。また、第5図から
明らかなように振動部2m、2cの周波数を振動部2b
を中心にほぼ等間隔に周波数を設定するが、この位置に
より1周波数判別回路のS特性を選択で!a感度を自由
に設定できる。ただし、ここで、変位Δt=Oのとき、
Δf−0となるように予め調整するようにする。
次に、この圧−、を振動子圧力センサ装置の圧力のi’
T ′n4iIll!!のm整手段の具体的構成につい
て説明する。
T ′n4iIll!!のm整手段の具体的構成につい
て説明する。
:!S5図乃至:iSa図は当該圧力センサのy4!!
手段の一実施例の説明図である0図中、6はy4繁用つ
まみネジ、7はコイルスプリング、8はm!i!ボルト
であり、その他は前記した実施例におけるものと同一の
ものであるので説明を省略する。
手段の一実施例の説明図である0図中、6はy4繁用つ
まみネジ、7はコイルスプリング、8はm!i!ボルト
であり、その他は前記した実施例におけるものと同一の
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。
i常は、第5図に示されるように調整ポルト8をダイヤ
フラムに1ざかる方向にセットするためコイルスプリン
グ7で調整ボルト8に設けられた回転止め溝に沿ってっ
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゛?極3&はダイアフラム
対向電極2aから敲れている0次に圧力のbf測範囲を
調整するために圧電振動子3をっまみ6を回して調整ボ
ルト8を第8図の状態から押し上げて間隙tを小さくす
る。このように圧itN動子3とダイアフラム対向電極
2&の間隙tを変化させると静電容量CLを変化させる
ことがで3.従って、圧力の可amit囲を調整するこ
とができる。尚、気密容Mlと調整ボルト8との間は気
布性を保つため1例えば。
フラムに1ざかる方向にセットするためコイルスプリン
グ7で調整ボルト8に設けられた回転止め溝に沿ってっ
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゛?極3&はダイアフラム
対向電極2aから敲れている0次に圧力のbf測範囲を
調整するために圧電振動子3をっまみ6を回して調整ボ
ルト8を第8図の状態から押し上げて間隙tを小さくす
る。このように圧itN動子3とダイアフラム対向電極
2&の間隙tを変化させると静電容量CLを変化させる
ことがで3.従って、圧力の可amit囲を調整するこ
とができる。尚、気密容Mlと調整ボルト8との間は気
布性を保つため1例えば。
第8図に示すようにジャバラ7&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2
&と圧Ml振動子3のなす角度0を予め適りに選ぶこと
により、圧力測定域を広範囲に扛り自由に設定で3る。
りに設けるようにする。また、ダイアフラム対向電極2
&と圧Ml振動子3のなす角度0を予め適りに選ぶこと
により、圧力測定域を広範囲に扛り自由に設定で3る。
ここでは片面ダイアプラムの場合を示したが圧it振動
子保持を空器の側面或いはもう一方のダイアプラム面2
で固定して行なえばダイアプラムとなし得ることはいう
までもない。
子保持を空器の側面或いはもう一方のダイアプラム面2
で固定して行なえばダイアプラムとなし得ることはいう
までもない。
また1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。
この実施例に限定されるものではなく。
未発明の↑旨に従い、種々の変形が町ず屯であり。
これらを木発す1の範囲から排除するものではない(9
1明の効果) 転RIllによれば、気密容器内に圧′N、揚動f B
を組み込み圧力センサ装置を得るようにしたので、n:
z振動子が雰囲気条件に左右されることなく安定に動
作し、かつ再現性が良好である。また、同一の圧電振動
子片りに三つの振動部2a 、 2b 。
1明の効果) 転RIllによれば、気密容器内に圧′N、揚動f B
を組み込み圧力センサ装置を得るようにしたので、n:
z振動子が雰囲気条件に左右されることなく安定に動
作し、かつ再現性が良好である。また、同一の圧電振動
子片りに三つの振動部2a 、 2b 。
2cを同一構造で配設するようにしたので、6振動部の
条件は同一となり、特に、圧電体の温度特性の変化に基
づく誤差を生ずることがないコンパクトな、かつ信頼性
の高い圧力センサ装置を得ることができる。更に1発振
回路出力の一部を用いて容器内圧と被測定圧の差圧変位
に比例した一魔出力電圧をネ^確に、しかもfillに
得ることができる。
条件は同一となり、特に、圧電体の温度特性の変化に基
づく誤差を生ずることがないコンパクトな、かつ信頼性
の高い圧力センサ装置を得ることができる。更に1発振
回路出力の一部を用いて容器内圧と被測定圧の差圧変位
に比例した一魔出力電圧をネ^確に、しかもfillに
得ることができる。
第1図は本発明に係る圧電振動子圧力センサ装置の内部
を破断した斜視図、OS2図は本発明に係る圧力センサ
装置の回路図、第3図は第1図における一部拡大図、第
4図は周波数の変化を説明する説明図、第5図乃至第8
図は圧力の軒側範囲のA整f役を説明するJ’JI図、
第9因は従来の圧力セ/すの斜視図、第10図は第9図
の断面図である。 l・・・気烹容器、2・・・ダイアフラム、2a・・・
対向電極、3・・・圧電振動子片、3m、3b、3c・
・・振i11部、4・・・圧tIi動子の保持具、5・
・・バッファ。 6・・・周波数判別回路、7・・・発振回路、8・・・
調整用つまみ、9・・・調整用位履決め装置、1G・・
・調整ロット。 特許出願人 日本゛−電波工業株式会社代 理 人
弁理士 辻 實図 第10図
を破断した斜視図、OS2図は本発明に係る圧力センサ
装置の回路図、第3図は第1図における一部拡大図、第
4図は周波数の変化を説明する説明図、第5図乃至第8
図は圧力の軒側範囲のA整f役を説明するJ’JI図、
第9因は従来の圧力セ/すの斜視図、第10図は第9図
の断面図である。 l・・・気烹容器、2・・・ダイアフラム、2a・・・
対向電極、3・・・圧電振動子片、3m、3b、3c・
・・振i11部、4・・・圧tIi動子の保持具、5・
・・バッファ。 6・・・周波数判別回路、7・・・発振回路、8・・・
調整用つまみ、9・・・調整用位履決め装置、1G・・
・調整ロット。 特許出願人 日本゛−電波工業株式会社代 理 人
弁理士 辻 實図 第10図
Claims (1)
- 気密容器内に同一平板状の圧電体上に形成される厚み振
動をする三対の同一電極対を所定距離隔てて配設し、中
央に位置する電極対の一表面に平行に対応してダイアフ
ラムが圧力差によって生ずる変位を伝える対向電極を設
け、この対向電極とこの中央の電極対の前記対向電極と
反対側の電極間に外部より発振を持続するための発振回
路を接続すると共に該発振回路からバッファを介して中
央の電極対以外の2つの電極対が含まれる周波数判別回
路を接続して、周波数の変化を直流出力として検出する
ようにしたことを特徴とする圧電振動子圧力センサ装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21304084A JPS6190030A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21304084A JPS6190030A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6190030A true JPS6190030A (ja) | 1986-05-08 |
| JPH0435018B2 JPH0435018B2 (ja) | 1992-06-09 |
Family
ID=16632518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21304084A Granted JPS6190030A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6190030A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62173656A (ja) * | 1986-01-28 | 1987-07-30 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 情報記録基板およびその製法 |
-
1984
- 1984-10-11 JP JP21304084A patent/JPS6190030A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62173656A (ja) * | 1986-01-28 | 1987-07-30 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 情報記録基板およびその製法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0435018B2 (ja) | 1992-06-09 |
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