JP2000352537A

JP2000352537A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2000352537A
Application number: JP11162978A
Authority: JP
Inventors: Koichi Arashida; 幸一嵐田
Original assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】起動時においても正確に測定を行なうことが
できる圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサ１００は、上面２１が閉じら
れ、下面が開口された薄肉の円筒部２２を有する円筒振
動子２と、円筒振動子２と同軸の円筒状であり、その内
側に円筒振動子２の円筒部２２が勘合されて円筒振動子
２との空隙４が真空室を構成するハウシング３と、基部
２３の外側に設けられた溝２５には、円周方向に等間隔
に４つの圧電素子が取り付けられている。増幅器９の入
力側に隣り合う２つの圧電素子７１，７４が接続され、
出力側に、圧電素子７２，７３が接続され、発振回路を
構成し、円筒振動子２を自励振させる。ここで、圧電素
子７２，７３に発生する信号を固有振動数Ｓｆとして出
力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ジェット
エンジンの空燃比（燃料流量に対する供給空気流量の割
合）を決定する際の空気圧、液体の圧力の計測等、各種
圧力の精密計測に用いられ、円筒振動子に加えられる圧
力によりその固有振動数が変化することを利用して、空
気、液体等の圧力を検出する円筒振動式の圧力センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図面を参照して、従来の圧力センサにつ
いて説明する。図３（ａ）は、従来の圧力センサ２００
の正断面図である。この図において、円筒振動子２０
は、恒弾性金属で構成されている。この円筒振動子２０
の基部２３の上面２４の近傍には、溝２５が形成され、
２組の圧電素子７１,７２と、圧電素子７３，７４（図
４参照）が取り付けられている。圧電素子７１と圧電素
子７２、および圧電素子７３と圧電素子７４とは、それ
ぞれ互いに対向する位置に取り付けられおり、また、各
組の取り付け位置は互いに直交している。なお、図３
（ａ）には、圧電素子７１、７２のみが図示されてい
る。そして、この圧力センサ２００には、圧力ポート５
の基部５３の下面５５側から（図中の矢印方向）検出す
べき圧力Ｐが加えられる。

【０００３】次に、上述した圧力センサ２００を適用し
た圧力計測装置の構成について図４を参照して説明す
る。図４に示す圧力計測装置は、圧力トランスデューサ
７と、受信計８から構成されている。圧力トランスデュ
ーサ７は、圧力センサ２００と、増幅器９と、温度セン
サ１０によって構成されている。圧力センサ２００に取
り付けられた圧電素子７１および７２が増幅器９の入力
に接続され、圧電素子７３および圧電素子７４が増幅器
９の出力に接続される。この増幅器９と、圧電素子７
１，７４，７２，７３により、発振回路が構成され、圧
力センサ２００の円筒振動子２０を自励振させる。この
とき圧電素子７３，７４に発生する信号を、固有振動数
信号Ｓｆとして取り出し、カウンタ１１へ出力する。

【０００４】また、圧力トランスデューサ７のベース部
分には、温度補償用の温度センサ１０が取り付けられ、
圧力センサ２００付近の温度を検出し、検出結果を温度
信号Ｓｔとして、Ａ／Ｄコンバータ１３へ出力する。

【０００５】次に、受信計８について説明する。カウン
タ１１は、圧電素子７３，７４から出力された固有振動
数信号Ｓfをカウントし、このカウント値をＣＰＵ（中
央処理装置）１２に供給する。Ａ／Ｄコンバータ１３
は、温度センサ１０から出力された温度信号Ｓtをデジ
タル値である温度データに変換し、ＣＰＵ１２へ出力す
る。ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）１４
に記憶されている制御プログラムを実行し、上述のカウ
ント値と温度データに基づいて、圧力Ｐを算出し、結果
を表示器１５へ表示する。

【０００６】上述した構成において、電源が投入される
と、増幅器９と、圧力センサ７１，７４，７２，７３で
構成された発振回路は、円筒振動子２０を自励振させ
る。この自励振により、図３（ａ）に示す円筒部２２
は、軸方向には１次振動モード（図３（ｂ））で振動
し、円周方向には４次振動モード（図５）で振動する。
このとき圧電素子７３，７４に発生する信号が固有振動
数信号Ｓfとして取り出され、カウンタ１１へ出力され
る。そして、このカウンタ１１のカウント出力から圧力
Ｐを求めていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た検出時において、４次振動モード（図７（点Ｂ））の
振動周波数の近傍に２次振動モード（図６）の振動周波
数が存在すると、振動起動時において、図７（点Ａ）に
示す周波数において２次振動モードで自励発振する場合
があった。このため、振動数を正確に測定できない虞が
あった。この発明は、このような点を考慮してなされた
もので、その目的は、起動時においても２次振動モード
による発振を防止し、正確に測定を行なうことができる
圧力センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、内部に被測定圧力が導
かれ、該被測定圧力に応じて固有振動数が変化する円筒
形の振動子と、前記振動子の外周辺に沿って等間隔に取
り付けられた第１〜第４の圧電素子と、増幅器とを具備
し、隣り合う前記第１、第２の圧電素子の出力が共に前
記増幅器の入力に接続され、前記増幅器の出力が、前記
第３、第４の圧電素子に接続され、前記第３、第４の圧
電素子に得られる信号を出力として取り出すことを特徴
とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。図１は、この発明の一実
施形態による圧力センサ１００を適用した圧力計測装置
の構成を示す正断面図である。この図において、円筒振
動子２は、恒弾性合金で構成され、上面２１が閉じられ
た薄肉の円筒部２２と、この円筒部２２の下部にこの円
筒部２２と同軸で一体に形成された円筒状の基部２３と
から構成されている。円筒振動子２の円筒部２２は、自
身と同軸でその径が基部２３の径と同一の円筒状のハウ
ジング３の内側に嵌合されている。円筒部２２の上面２
１がハウジング３の上部開口３１を塞ぎ、基部２３の上
面２４がハウジング３の下部開口３２を塞ぐことによ
り、円筒振動子２とハウジング３との空隙４が真空室を
構成している。

【００１０】また、円筒振動子２の基部２３の内側に
は、断面略十字状の圧力ポート５の円筒部５１が、基部
２３の下面から中央部に至るまで挿入されている。圧力
ポート５は、上記円筒部５１と、この円筒部５１の下部
にこの円筒部５１と同軸で一体に形成された台部５２お
よび基部５３とから構成されている。圧力ポート５の内
側には、圧力ポート５が円筒振動子２の基部２３内側に
嵌合された際に、円筒振動子２の内側に連通する連通孔
５４が形成されている。この連通孔５４は、基部５３の
下面５５から基部５３と台部５２との接続部近傍までは
大径の円柱状、上記接続部近傍はテーパ状、上記接続部
近傍から円筒部５１の上面５６までは小径の円柱状であ
る。

【００１１】圧力ポート５においては、円筒部５１の上
面５６近傍の外周面に、溝５７が形成されている。この
溝５７には、Ｏリング６０が取り付けられている。この
圧力センサ１には、圧力ポート５の基部５３の下面５５
側から（図中の矢印方向）検出すべき圧力Ｐが加えられ
る。

【００１２】また、円筒振動子２の基部２３の上面２４
近傍には、溝２５が形成されている。この溝２５には、
圧電素子７１，７４，７２，７３が基部２３の円周方向
に等間隔に取り付けられている。

【００１３】一方、図２は上述した圧力センサ１００を
適用した圧力計測装置の構成について示した図である。
図２に示す圧力計測装置は、圧力トランスデューサ７
と、受信計８から構成されている。増幅器９の入力は圧
力センサ１００に隣り合って配置されている圧電素子７
１および７４の出力に接続される。また、増幅器９の出
力は、圧電素子７２，７３に接続される。この増幅器９
と、圧電素子７１，７４，７２，７３により、発振回路
が構成され、圧力センサ１００の円筒振動子２を自励振
させる。この自励振により、図１に示す円筒部２２は、
軸方向には１次振動モードで振動し、円周方向には４次
振動モード（図５）で振動する。ここで、１次振動モー
ドは、腹部が円筒部２２の中央部に位置するとともに、
各節が円筒部２２の両端に各々位置するモードである。
この円筒振動子２の固有振動数は、加えられた圧力Ｐに
比例して変化する。そして、この固有振動数の変化に応
じて、圧電素子７２，７３に発生する信号が変化するの
で、この圧電素子７２，７３に発生する信号を固有振動
数信号Ｓfとしてカウンタ１１へ送る。

【００１４】また、圧力トランスデューサ７のベース部
分には、温度補償用の温度センサ１０が取り付けられ、
圧力センサ１００付近の温度を検出し、検出結果を温度
信号Ｓｔとして、Ａ／Ｄコンバータ１３へ出力する。受
信計８については、図４の各部に対応する部分に同一の
符号を付け、その説明を省略する。

【００１５】上述した構成において、各部に電源が投入
されると、圧電素子７１，７４，７２，７３によって構
成された発振回路は円筒振動子２を自励振させる。この
状態において、圧力ポート５の基部５３の下面５５側か
ら（図中の矢印方向）から圧力計測すべき気体が流入す
ると、円筒部２２は、気体の圧力Ｐによってひずむ。そ
して、このひずみによって、円筒振動子２の固有振動数
が、加えられた圧力Ｐに比例して変化する。この固有振
動の変化に応じて圧電素子７２，７３に発生する固有振
動数信号Ｓｆも変化する。このときの固有振動数信号Ｓ
ｆを、圧電素子７２，７３は、カウンタ１１へ出力す
る。そして、カウンタ１１は、入力された固有振動数信
号Ｓｆをカウントし、カウント値をＣＰＵ１２へ出力す
る。

【００１６】一方、温度センサ１０は、圧力センサ１０
０の近傍の温度を検出し、検出結果を温度信号Ｓtとし
てＡ／Ｄコンバータ１３へ出力する。そして、温度信号
Ｓtを受けると、Ａ／Ｄコンバータ１３は、温度信号Ｓ
ｔをデジタル値である温度データに変換し、ＣＰＵ１２
へ出力する。次に、ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１４に記憶さ
れているプログラムを実行し、カウント値および温度デ
ータに基づいて、圧力Ｐを算出し、表示器１５に表示
する。

【００１７】図８は、本発明の圧力センサ１００を適用
した場合の周波数と挿入損失の関係を表した図である。
この図の４次振動モードにおいては（点Ｃ）、圧力セン
サ２００を適用した場合である図７の４次振動モード
（点Ｂ）と同じ周波数および挿入損失で自励振している
ことを示している。また、２次振動モードに関しては、
挿入損失が大幅に低減されているので、４次振動モード
で確実に自励振することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、円筒振動子の円周上に等間隔に取り付けられた４つ
の圧電素子のうち、隣り合う第１と第２の圧電素子を増
幅器の入力に接続し、この増幅器の出力を、第３と第４
の圧電素子に接続し、円筒振動子を自励振させ、また、
この第３と第４の圧電素子に発生する信号を検出するよ
うにしたので、２次振動モードにおける位相をずらし、
２次振動モードの挿入損失レベルを低減させることがで
きる。これにより、起動時においても２次モードの共振
周波数に影響されることがなく、正確に圧力を測定する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による圧力センサ１０
０の構成を示す正断面図である。

【図２】この発明の一実施形態による圧力センサ１０
０を適用した圧力検出装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】従来の圧力センサ２００の構成を示す正断面
図である。

【図４】従来の圧力センサ２００を適用した圧力検出
装置の構成を示すブロック図である。

【図５】圧力センサが円周方向に４次振動モードで振
動する様子を表した図である。

【図６】圧力センサが円周方向に２次振動モードで振
動する様子を表した図である。

【図７】従来の圧力センサ２００を適用した場合の周
波数と挿入損失の関係を表した図である。

【図８】本発明の圧力センサ１００を適用した場合の
周波数と挿入損失の関係を表した図である。

【符号の説明】

２円筒振動子５圧力ポート１１カウンタ１２ＣＰＵ１３Ａ／Ｄコンバータ１４ＲＯＭ１５表示器７１，７２，７３，７４圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に被測定圧力が導かれ、該被測定圧
力に応じて固有振動数が変化する円筒形の振動子と、前記振動子の外周辺に沿って等間隔に取り付けられた第
１〜第４の圧電素子と、増幅器とを具備し、隣り合う前記第１、第２の圧電素子の出力が共に前記増
幅器の入力に接続され、前記増幅器の出力が、前記第３、第４の圧電素子に接続
され、前記第３、第４の圧電素子に得られる信号を出力として
取り出すことを特徴とする圧力センサ。