JP2012189349A - Flow velocity sensor - Google Patents

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Hisao Motoyama
久雄 本山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow velocity sensor especially in which one of a plurality of pressure-sensitive elements is not affected by change in pressure of the other pressure-sensitive element.SOLUTION: A flow velocity sensor 10 of the present invention comprises: a first diaphragm 20a for sealing a first opening of a storage space of a housing; a second diaphragm 20b for sealing a second opening of the storage space; and pressure-sensitive elements 40 that have pressure-sensitive parts and pairs of base parts, and regard directions connecting the pairs of base parts as detection axes. In the pressure-sensitive elements 40, pairs of base parts are connected to support parts of the diaphragms, the detection axes are parallel to pressure receiving surfaces of the diaphragms. The first diaphragm 20a receives pressure introduced from a dynamic pressure introduction port directed to a flow direction of fluid, and the second diaphragm 20b receives pressure introduced from a static pressure introduction port directed to a direction nearly perpendicular to the flow direction of fluid. Heat insulation parts 60 are provided on pressure receiving surface sides of the first diaphragm 20a and the second diaphragm 20b.

Description

本発明は、特に圧電振動素子を感圧素子として用いる流速センサーに関する。   The present invention particularly relates to a flow rate sensor using a piezoelectric vibration element as a pressure sensitive element.

従来から、水圧計、気圧計、差圧計などに圧電振動子を感圧素子として用いた圧力センサーが知られている。圧電振動素子は、例えば、板状の圧電基板上に励振電極や引き出し電極等の電極パターンが形成されて固有の共振周波数で振動する振動部と、振動部の両端に設けられ、ダイアフラムに固定された一対の基部を有し、一対の基部を互いに結ぶ線の方向を力の検出軸とするものである。そして、検出軸の方向に直行する方向から被測定圧力をダイアフラムの受圧部で受圧すると受圧部が撓む。これにより圧電振動子に力が加わると、圧電振動子には検出軸の方向に引張応力が生じるため共振周波数が変化する。共振周波数の変化から被測定圧力の圧力値を検出することができる。   Conventionally, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator as a pressure-sensitive element is known for a water pressure gauge, a barometer, a differential pressure gauge, and the like. For example, the piezoelectric vibration element is formed on an electrode pattern such as an excitation electrode and an extraction electrode on a plate-like piezoelectric substrate and vibrates at a specific resonance frequency. The piezoelectric vibration element is provided at both ends of the vibration unit and is fixed to the diaphragm. The direction of the line connecting the pair of bases to each other is taken as the force detection axis. And if a to-be-measured pressure is received in the pressure receiving part of a diaphragm from the direction orthogonal to the direction of a detection axis, a pressure receiving part will bend. Accordingly, when a force is applied to the piezoelectric vibrator, a tensile stress is generated in the direction of the detection axis in the piezoelectric vibrator, so that the resonance frequency changes. The pressure value of the measured pressure can be detected from the change in the resonance frequency.

このような圧力センサーの一例として特許文献1の圧力センサーが知られている。特許文献1に開示の圧力センサーは、両端に開口部を有すると共に当該開口部同士が連通する第1のケース部と、該第1のケース部の両端の開口部を密閉して、内部に密閉空間を形成すると共に、外側から中心部に第1接合部と薄肉部と第1保持部と第1中央板部とする第1及び第2のダイアフラム部と、第1及び第2のダイアフラム部の夫々の第1及び第2保持部に搭載された第1及び第2双音叉振動片とから構成されている。   As an example of such a pressure sensor, a pressure sensor disclosed in Patent Document 1 is known. The pressure sensor disclosed in Patent Document 1 has a first case part having openings at both ends and the openings communicating with each other, and the openings at both ends of the first case part are hermetically sealed. The first and second diaphragm portions, which form a space and have a first joint portion, a thin portion, a first holding portion, and a first central plate portion from the outside to the center portion, and the first and second diaphragm portions It is comprised from the 1st and 2nd double tuning fork vibrating piece mounted in each 1st and 2nd holding | maintenance part.

特開2010−243276号公報JP 2010-243276 A 特開平6−66656号公報JP-A-6-66656 特開平8−86799号公報JP-A-8-86799 特開平8−146027号公報JP-A-8-146027

このような圧力センサーを用いて河川、堰、ダム、水路等の流体の流速を測定する場合、特許文献2乃至4に開示されているように、流体中に曝される筐体の中に前記圧力センサーを収容し、前記2つのダイアフラムの受圧面に、それぞれ、動圧Paを導入する動圧導入口を供えた第1のキャップと、静圧Pbを導入する静圧導入口を供えた第2のキャップと、を取り付ける構成となる。前述の通りこの圧力センサーは、2つのダイアフラムで夫々受圧した動圧Paと静圧Pbを検出している。   When measuring the flow velocity of a fluid such as a river, a weir, a dam, or a water channel using such a pressure sensor, as disclosed in Patent Documents 2 to 4, the casing is exposed to the fluid. A first cap provided with a pressure sensor and a first cap provided with a dynamic pressure introduction port for introducing a dynamic pressure Pa and a static pressure introduction port for introducing a static pressure Pb on the pressure receiving surfaces of the two diaphragms, respectively. It becomes the structure which attaches 2 caps. As described above, this pressure sensor detects the dynamic pressure Pa and the static pressure Pb received by the two diaphragms, respectively.

しかし、流体の流速を測定するために流速センサーを水中へ配置するとき、流速センサーの流速検出精度に関して、水中における水温の温度変化に応じて、感圧素子が収容された容器内部の雰囲気の温度が変化する追従性には限界がある。このため、流体の温度と容器内雰囲気の温度との差が生じて、圧力変化に伴う感圧素子の発振周波数を正確に測定することができないという問題があった。流速センサーを水中に配置した後、ハウジング内の温度が安定するまでの所定の間、流速を測定することができなかった。   However, when the flow rate sensor is placed in the water to measure the flow rate of the fluid, the temperature of the atmosphere inside the container in which the pressure-sensitive element is accommodated according to the temperature change of the water temperature in the water with respect to the flow rate detection accuracy of the flow rate sensor. There is a limit to the follow-up ability that changes. For this reason, there arises a problem that a difference between the temperature of the fluid and the temperature of the atmosphere in the container occurs, and the oscillation frequency of the pressure-sensitive element associated with the pressure change cannot be measured accurately. After the flow rate sensor was placed in water, the flow rate could not be measured for a predetermined period until the temperature in the housing stabilized.

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に着目し、測定環境の温度変化による測定誤差を回避できる流速センサーを提供することを目的としている。また本発明は、測定環境の温度変化の影響を受けずにハウジング内部の温度を設定温度に維持することができる流速センサーを提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention focuses on the problems of the prior art described above, and an object thereof is to provide a flow rate sensor that can avoid measurement errors due to temperature changes in the measurement environment. It is another object of the present invention to provide a flow rate sensor that can maintain the temperature inside the housing at a set temperature without being affected by temperature changes in the measurement environment.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]流体の中に曝される筐体と、当該筐体に設けられた第1の収容空間及び第2の収容空間と、前記筐体の先端部に設けられた動圧導入口と、前記筐体の側面部に設けられた静圧導入口と、を備え、前記動圧導入口を前記流体の流れる方向に向け、前記静圧導入口を前記流体の流れる方向とほぼ直交した方向に向けてなる流速センサーであって、前記第1の収容空間の第1の開口部を封止する第1のダイアフラムと、前記第2の収容空間の第2の開口部を封止する第2のダイアフラムと、前記第1の収容空間に収容され、第1の感圧部と、当該第1の感圧部の両端に接続される一対の第1の基部と、を有し、前記一対の第1の基部を結ぶ方向を第1の検出軸とする第1の感圧素子と、前記第2の収容空間に収容され、第2の感圧部と、当該第2の感圧部の両端に接続される一対の第2の基部と、を有し、前記一対の第2の基部を結ぶ方向を第2の検出軸とする第2の感圧素子と、を有し、前記第1の感圧素子は、前記第1の基部を前記第1のダイアフラムの支持部に接続し、前記第1の検出軸は前記第1のダイアフラムの受圧面に平行であり、前記第2の感圧素子は、前記第2の基部を前記第2のダイアフラムの支持部に接続し、前記第2の検出軸は前記第2のダイアフラムの受圧面に平行であり、前記第1のダイアフラムは、前記動圧導入口から導入された圧力を受圧し、前記第2のダイアフラムは、前記静圧導入口から導入された圧力を受圧し、前記第1及び第2のダイアフラムの受圧面側に断熱部が設けられたことを特徴とする流速センサー。
上記構成により、動圧導入口又は静圧導入口から導入された圧力が加わるダイアフラムの受圧面に対して断熱部で熱伝導を遮断して、収容空間の雰囲気の温度が水温の温度変化の影響を受け難くすることができる。感圧素子が水温の温度変化の影響を受けることなく、圧力変化に伴う発振周波数の変化を正確に測定することができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.
[Application Example 1] A casing exposed to a fluid, a first storage space and a second storage space provided in the casing, and a dynamic pressure inlet provided in a tip portion of the casing And a static pressure introduction port provided in a side surface portion of the housing, the dynamic pressure introduction port is directed in a direction in which the fluid flows, and the static pressure introduction port is substantially orthogonal to the direction in which the fluid flows. A flow rate sensor directed in a direction, wherein a first diaphragm for sealing a first opening of the first accommodation space and a second opening for sealing a second opening of the second accommodation space are provided. Two diaphragms, a first pressure-sensitive part housed in the first housing space, and a pair of first base parts connected to both ends of the first pressure-sensitive part. A first pressure-sensitive element having a first detection axis as a direction connecting the first bases, and a second pressure-sensitive part housed in the second housing space, A second pressure-sensitive element having a pair of second bases connected to both ends of the second pressure-sensitive part and having a direction connecting the pair of second bases as a second detection axis; The first pressure-sensitive element connects the first base to a support portion of the first diaphragm, and the first detection axis is parallel to the pressure-receiving surface of the first diaphragm. The second pressure-sensitive element connects the second base to a support portion of the second diaphragm, the second detection axis is parallel to the pressure-receiving surface of the second diaphragm, The first diaphragm receives the pressure introduced from the dynamic pressure introduction port, the second diaphragm receives the pressure introduced from the static pressure introduction port, and the first and second diaphragms A flow rate sensor characterized in that a heat insulating part is provided on the pressure receiving surface side.
With the above configuration, the heat conduction is cut off from the pressure receiving surface of the diaphragm to which the pressure introduced from the dynamic pressure introduction port or the static pressure introduction port is applied, and the temperature of the atmosphere of the accommodation space is affected by the temperature change of the water temperature. It can be made difficult to receive. It is possible to accurately measure a change in oscillation frequency accompanying a pressure change without the pressure sensitive element being affected by the temperature change of the water temperature.

[適用例2]前記筐体の側壁に断熱層を設けたことを特徴とする適用例1に記載の流速センサー。
上記構成により、筐体に形成した断熱層で熱伝導を遮断して、側面からの流体の温度変化の影響を回避することができる。従って、温度変化の影響を受けることなく圧力変化に伴う発振周波数の変化を正確に測定することができる。
Application Example 2 The flow velocity sensor according to Application Example 1, wherein a heat insulating layer is provided on the side wall of the casing.
With the above configuration, the heat conduction is blocked by the heat insulating layer formed on the housing, and the influence of the temperature change of the fluid from the side surface can be avoided. Therefore, it is possible to accurately measure the change in the oscillation frequency accompanying the pressure change without being affected by the temperature change.

[適用例3]前記第1の感圧素子は、前記一対の第1の基部の少なくとも何れか一方の基部に一体化された第1の温度検出用感圧素子を有し、前記第2の感圧素子は、前記一対の第2の基部の少なくとも何れか一方の基部に一体化された第2の温度検出用感圧素子を有し、前記第1及び第2の温度検出用感圧素子の検出値に基づいて前記第1及び第2の感圧素子の温度特性を補正する温度補償回路を備えたことを特徴とする適用例1又は適用例2に記載の流速センサー。
これにより、温度変化による誤差を補正して、動圧導入口又は静圧導入口から導入された圧力の圧力検出精度を上げて圧力感度を改善することができる。
Application Example 3 The first pressure-sensitive element includes a first temperature detecting pressure-sensitive element integrated with at least one base of the pair of first bases, and the second The pressure sensitive element includes a second temperature detecting pressure sensitive element integrated with at least one of the pair of second base parts, and the first and second temperature detecting pressure sensitive elements. The flow velocity sensor according to Application Example 1 or Application Example 2, further comprising a temperature compensation circuit that corrects temperature characteristics of the first and second pressure-sensitive elements based on the detected value.
Thereby, the error due to the temperature change can be corrected, and the pressure detection accuracy of the pressure introduced from the dynamic pressure introduction port or the static pressure introduction port can be increased to improve the pressure sensitivity.

[適用例4]前記第1及び第2の収容空間に設置したヒータ抵抗と、前記第1及び第2の温度検出用感圧素子の検出値に基づいて前記第1及び第2の収容空間の室内温度を制御する温度制御回路と、を備えたことを特徴とする適用例3に記載の流速センサー。
上記構成により、第1及び又は第2の収容空間の内部空間を所定の設定温度に維持することができる。従って、温度変化の影響を受けることがなく、圧力変化に伴う発振周波数の変化を正確に測定することができる。
Application Example 4 Based on the heater resistance installed in the first and second accommodation spaces and the detection values of the first and second temperature detecting pressure sensing elements, the first and second accommodation spaces A flow rate sensor according to Application Example 3, further comprising: a temperature control circuit that controls a room temperature.
With the above configuration, the internal space of the first and / or second accommodation space can be maintained at a predetermined set temperature. Therefore, it is possible to accurately measure the change in the oscillation frequency accompanying the pressure change without being affected by the temperature change.

第1実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure outline of the flow velocity sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す部分分解斜視図である。It is a partial exploded perspective view showing the composition outline of the flow rate sensor concerning a 1st embodiment. 本発明の流速センサーを用いた測定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the measuring method using the flow velocity sensor of this invention. 第1実施形態の流速センサーを流体中に設置した一例図である。It is an example figure which installed the flow velocity sensor of a 1st embodiment in fluid. 第2実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure outline of the flow-velocity sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure outline of the flow-velocity sensor which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す部分分解斜視図である。It is a partial exploded perspective view showing the composition outline of the flow rate sensor concerning a 3rd embodiment. 第4実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure outline of the flow velocity sensor which concerns on 4th Embodiment.

本発明の流速センサーの実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。図1は第1実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す断面図である。図2は第1実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す部分断面斜視図である。第1実施形態に係る流速センサー10は、ハウジング12と、ダイアフラム20と、隔壁13と、感圧素子40と、発振回路50と、キャップ52と、を主な基本構成としている。   Embodiments of the flow rate sensor of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a flow velocity sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing a schematic configuration of the flow velocity sensor according to the first embodiment. The flow rate sensor 10 according to the first embodiment has a housing 12, a diaphragm 20, a partition wall 13, a pressure sensitive element 40, an oscillation circuit 50, and a cap 52 as main basic configurations.

ハウジング12は、円筒形状の容器であり、両端面に後述する一対のダイアフラム20の周縁部20eを支持する第1及び第2の開口部17a,17bが設けられている。ハウジング12は、流体の中に曝される筐体としての役割をなしている。また、ハウジング12は、内部の中央に端面と平行な隔壁13を形成している。これにより、ハウジング12の断面は、図示のように略H型形状に形成されている。ハウジング12は、隔壁13によって容器内が二分割されて、第1及び第2の収容空間14,15が形成される。なおハウジング12は、ステンレス等の金属で形成することが好ましい。隔壁13は、ハウジング12と同一の金属で形成することが好ましく、溶接等によりハウジング12に形成することができる。   The housing 12 is a cylindrical container, and is provided with first and second openings 17a and 17b that support peripheral edges 20e of a pair of diaphragms 20 described later on both end faces. The housing 12 serves as a housing that is exposed to the fluid. Moreover, the housing 12 forms the partition 13 parallel to an end surface in the center of the inside. Thereby, the cross section of the housing 12 is formed in a substantially H-shape as illustrated. The housing 12 is divided into two parts by a partition wall 13 to form first and second accommodation spaces 14 and 15. The housing 12 is preferably formed of a metal such as stainless steel. The partition wall 13 is preferably formed of the same metal as the housing 12, and can be formed in the housing 12 by welding or the like.

ダイアフラム20は、ハウジング12の第1及び第2の開口部17a,17bを封止している。ダイアフラム20は、ハウジング12の外部に面した一方の主面が受圧面22となっており、前記受圧面22が被測定圧力環境(例えば液体)の圧力を受けて撓み変形する薄肉部20cを有し、当該薄肉部20cがハウジング12内部側又は外部側に撓み変形することにより感圧素子40に引張力を伝達するものである。ダイアフラム20は、第1及び第2のダイアフラム20a,20bから構成されている。   The diaphragm 20 seals the first and second openings 17 a and 17 b of the housing 12. The diaphragm 20 has one main surface facing the outside of the housing 12 as a pressure receiving surface 22, and the pressure receiving surface 22 has a thin portion 20 c that bends and deforms under the pressure of a measured pressure environment (for example, liquid). The thin portion 20c is bent and deformed inwardly or outwardly of the housing 12 to transmit a tensile force to the pressure sensitive element 40. The diaphragm 20 is composed of first and second diaphragms 20a and 20b.

第1及び第2のダイアフラム20a,20bは、それぞれ、外部からの圧力によって撓み変形する薄肉部20cと、前記薄肉部20cの外周に前記薄肉部20cよりも厚肉であって、ハウジング12に形成された開口の内壁に接合し、外部からの圧力により撓み変形しない周縁部20eと、を有している。また薄肉部20cには、薄肉部20cよりも厚肉となる一対の支持部20dが形成されている。一対の支持部20dは、ダイアフラム20の重心に対して対称となる位置に形成されている。   Each of the first and second diaphragms 20a and 20b is formed in the housing 12 with a thin portion 20c that is bent and deformed by an external pressure, and is thicker than the thin portion 20c on the outer periphery of the thin portion 20c. A peripheral edge portion 20e that is joined to the inner wall of the opening and that does not bend and deform due to pressure from the outside. In addition, a pair of support portions 20d that are thicker than the thin portion 20c are formed in the thin portion 20c. The pair of support portions 20 d are formed at positions that are symmetric with respect to the center of gravity of the diaphragm 20.

ダイアフラム20の材質は、ステンレスのような金属やセラミックなどの耐腐食性に優れたものがよい。例えば金属で形成する場合は、金属母材をプレス加工して形成すればよい。なお、ダイアフラム20は、液体やガス等により腐食しないように、外部に露出する表面をコーティングしてもよい。例えば、金属製のダイアフラム20であれば、ニッケルの化合物をコーティングしてもよい。また、周縁部20eとハウジング12は、溶接等により接続することができる。   The material of the diaphragm 20 is preferably a material having excellent corrosion resistance such as a metal such as stainless steel or ceramic. For example, in the case of forming with metal, the metal base material may be formed by pressing. The diaphragm 20 may be coated on the surface exposed to the outside so as not to be corroded by liquid or gas. For example, in the case of the metal diaphragm 20, a nickel compound may be coated. Further, the peripheral edge portion 20e and the housing 12 can be connected by welding or the like.

感圧素子40は、感圧部となる振動腕40eとその両端に形成された第1の基部40cと第2の基部40dを有し、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料により形成されている。感圧素子40は第1及び第2の感圧素子40a,40bから構成されている。第1及び第2の感圧素子40a,40bは、それぞれ第1及び第2のダイアフラム20a,20bの一対の支持部20dに接続させている。感圧素子40は、その長手方向、すなわち第1の基部40cと第2の基部40dを並ぶ検出軸がダイアフラム20の受圧面と平行になるように配置されている。このように感圧素子40は一対の支持部20dにより固定されているため、感圧素子40はダイアフラム20の変位による力を受けても、検出軸方向以外の方向に曲がることが無いので、検出軸方向の変位がそのまま感圧素子に作用して、感圧素子40の検出軸方向の感度の低下を抑制することができる。   The pressure-sensitive element 40 has a vibrating arm 40e serving as a pressure-sensitive portion, a first base portion 40c and a second base portion 40d formed at both ends thereof, and is made of a piezoelectric material such as quartz, lithium niobate, lithium tantalate, or the like. Is formed. The pressure sensitive element 40 is composed of first and second pressure sensitive elements 40a and 40b. The first and second pressure sensitive elements 40a and 40b are connected to a pair of support portions 20d of the first and second diaphragms 20a and 20b, respectively. The pressure-sensitive element 40 is arranged so that its longitudinal direction, that is, the detection axis in which the first base portion 40 c and the second base portion 40 d are aligned is parallel to the pressure-receiving surface of the diaphragm 20. Since the pressure sensitive element 40 is fixed by the pair of support portions 20d as described above, the pressure sensitive element 40 does not bend in a direction other than the detection axis direction even if it receives a force due to the displacement of the diaphragm 20. The displacement in the axial direction acts on the pressure sensitive element as it is, and the decrease in sensitivity of the pressure sensitive element 40 in the detection axial direction can be suppressed.

そして、感圧素子40の振動腕40eには励振電極(不図示)が形成され、励振電極(不図示)と電気的に接続する電極部(不図示)を有する。感圧素子40は、後述する発振回路(IC)50から供給される交流電圧により、固有の共振周波数で振動する。そして感圧素子40は、その長手方向から引張応力を受けることにより共振周波数が変動する。本実施形態においては感圧部となる振動腕40eとして双音叉型振動子を適用することができる。双音叉型振動子は、振動腕40eである前記2つの振動ビームに引張応力が印加されると、その共振周波数が印加される応力にほぼ比例して変化するという特性がある。そして双音叉型圧電振動片は、厚みすべり振動子などに比べて、引張応力に対する共振周波数の変化が極めて大きく共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな圧力差を検出するような分解能力に優れる圧力センサーにおいては好適である。双音叉型圧電振動子は、引張応力を受けると振動腕の振幅幅が小さくなるので共振周波数が高くなる。   An excitation electrode (not shown) is formed on the vibrating arm 40e of the pressure sensitive element 40, and has an electrode portion (not shown) electrically connected to the excitation electrode (not shown). The pressure sensitive element 40 vibrates at an inherent resonance frequency by an AC voltage supplied from an oscillation circuit (IC) 50 described later. The pressure sensitive element 40 changes its resonance frequency by receiving a tensile stress from the longitudinal direction. In the present embodiment, a double tuning fork vibrator can be applied as the vibrating arm 40e serving as a pressure-sensitive portion. The double tuning fork vibrator has a characteristic that when a tensile stress is applied to the two vibrating beams, which are the vibrating arms 40e, the resonance frequency changes substantially in proportion to the applied stress. And the double tuning fork type piezoelectric resonator element is superior in resolution capability to detect a slight pressure difference because the resonance frequency change with respect to the tensile stress is extremely large and the variable range of the resonance frequency is large compared to the thickness shear vibrator. It is suitable for pressure sensors. When the double tuning fork type piezoelectric vibrator is subjected to a tensile stress, the amplitude width of the vibrating arm is reduced, so that the resonance frequency is increased.

また本実施形態においては2つの振動ビームを有する感圧部のみならず、一本の振動ビーム(シングルビーム)からなる感圧部を適用することができる。感圧部(振動腕40e)をシングルビーム型の振動子として構成すると、長手方向(検出軸方向)から同一の応力を受けた場合、その変位が2倍になるため、双音叉の場合よりさらに高感度な圧力センサーとすることができる。なお、上述の圧電材料のうち、双音叉型またはシングルビーム型の圧電振動子の圧電基板用としては温度特性に優れた水晶が望ましい。   In the present embodiment, not only a pressure-sensitive part having two vibration beams but also a pressure-sensitive part composed of a single vibration beam (single beam) can be applied. If the pressure-sensitive part (vibrating arm 40e) is configured as a single beam type vibrator, the displacement is doubled when subjected to the same stress in the longitudinal direction (detection axis direction). A highly sensitive pressure sensor can be obtained. Of the above-described piezoelectric materials, quartz having excellent temperature characteristics is desirable for a piezoelectric substrate of a double tuning fork type or single beam type piezoelectric vibrator.

発振回路50は、感圧素子40を発振させる回路である。発振回路50は第1及び第2の発振回路50a,50bから構成されており、それぞれ隔壁13の一方及び他方の主面13a,13bに取り付けている。第1及び第2の発振回路50a,50bは、それぞれボンディングワイヤ(不図示)等を介して、第1及び第2の感圧素子40a,40bと電気的に接続し、感圧素子40を発振させることができる。   The oscillation circuit 50 is a circuit that causes the pressure-sensitive element 40 to oscillate. The oscillation circuit 50 includes first and second oscillation circuits 50a and 50b, which are attached to one and the other main surfaces 13a and 13b of the partition wall 13, respectively. The first and second oscillation circuits 50a and 50b are electrically connected to the first and second pressure sensitive elements 40a and 40b via bonding wires (not shown), respectively, and oscillate the pressure sensitive element 40. Can be made.

キャップ52は、ハウジング12と略同一径となるように形成した皿状の容器である。キャップ52は、第1及び第2のキャップ52a,52bから構成されており、第1及び第2のダイアフラム20a,20bの受圧面22を覆うようにハウジング12に取り付けられている。なお、第1及び第2のキャップ52a,52bの取り付け方法は、接続箇所に雄ねじ部と雌ねじ部を形成して螺合する構造や、溶接手段、接着手段等を適用することができる。   The cap 52 is a dish-shaped container formed so as to have substantially the same diameter as the housing 12. The cap 52 includes first and second caps 52a and 52b, and is attached to the housing 12 so as to cover the pressure receiving surfaces 22 of the first and second diaphragms 20a and 20b. In addition, the attachment method of the 1st and 2nd caps 52a and 52b can apply the structure which forms an external thread part and an internal thread part in a connection location, and is screwed together, a welding means, an adhesion | attachment means, etc.

第1のキャップ52aは、動圧が導入される動圧導入口54が形成されている。本実施形態の動圧導入口54は、第1のダイアフラム20aの受圧面22と対向する壁面に1つ形成している。なお、動圧導入口54は、流体の上流側に向く方向であれば第1のキャップ52aのいずれかの場所でよい。第2のキャップ52bは、静圧が導入される静圧導入口56が形成されている。本実施形態の静圧導入口56は、第2のダイアフラム20bの受圧面22と垂直となる壁面に2つ形成している。なお、静圧導入口56は、動圧が導入されなければ第2のキャップ52bのいずれかの場所でよい。   The first cap 52a has a dynamic pressure inlet 54 through which dynamic pressure is introduced. One dynamic pressure inlet 54 of the present embodiment is formed on the wall surface of the first diaphragm 20a facing the pressure receiving surface 22. The dynamic pressure inlet 54 may be located anywhere in the first cap 52a as long as it is directed toward the upstream side of the fluid. The second cap 52b is formed with a static pressure inlet 56 through which a static pressure is introduced. Two static pressure introduction ports 56 of the present embodiment are formed on the wall surface perpendicular to the pressure receiving surface 22 of the second diaphragm 20b. Note that the static pressure inlet 56 may be located anywhere in the second cap 52b as long as dynamic pressure is not introduced.

また、第1及び第2のダイアフラム20a,20bの受圧面には、断熱部60となるシリコンオイルを塗布している。断熱部60の形成方法は動圧導入口54又は静圧導入口56から充填して形成することができる。またはハウジング12に第1及び第2のキャップ52a,52bを接続させる前段で、ダイアフラム20の受圧面に断熱部60を形成し、その後、第1及び第2のキャップ52a,52bをハウジング12に取り付けるようにしてもよい。   In addition, silicon oil to be the heat insulating portion 60 is applied to the pressure receiving surfaces of the first and second diaphragms 20a and 20b. The heat insulation part 60 can be formed by filling from the dynamic pressure inlet 54 or the static pressure inlet 56. Alternatively, before the first and second caps 52 a and 52 b are connected to the housing 12, the heat insulating portion 60 is formed on the pressure receiving surface of the diaphragm 20, and then the first and second caps 52 a and 52 b are attached to the housing 12. You may do it.

なお断熱部60は、シリコンオイルの他にも、熱伝達係数が低く、水と混ざり合うことがなく、ダイアフラム20の受圧面を覆うことができる物質であれば、これに限らず、シリコン樹脂等を適用しても良い。   In addition to silicon oil, the heat insulating part 60 is not limited to this, as long as it has a low heat transfer coefficient, does not mix with water, and can cover the pressure-receiving surface of the diaphragm 20. May be applied.

上記構成による第1実施形態の流速センサー10は、ハウジング12の開口を一対のダイアフラム20で閉塞し、中央部を隔壁13で分割している。このため、第1の収容空間14の内部には、第1のダイアフラム20aと第1の感圧素子40aが配置され、第2の収容空間15の内部には、第2のダイアフラム20bと第2の感圧素子40bが配置され、第1及び第2の収容空間14,15が互いに分離した密閉空間となる。なお、第1及び第2の収容空間14,15の内部は減圧させることにより、感圧素子の測定精度を向上させることができる。   In the flow velocity sensor 10 according to the first embodiment having the above-described configuration, the opening of the housing 12 is closed by a pair of diaphragms 20 and the central portion is divided by a partition wall 13. For this reason, the first diaphragm 20a and the first pressure-sensitive element 40a are disposed in the first housing space 14, and the second diaphragm 20b and the second pressure sensor 40a are disposed in the second housing space 15. The pressure sensitive element 40b is arranged, and the first and second accommodation spaces 14, 15 become a sealed space separated from each other. The measurement accuracy of the pressure sensitive element can be improved by reducing the pressure inside the first and second accommodation spaces 14 and 15.

上記構成による第1実施形態の流速センサー10の作用について以下説明する。図3は本発明の流速センサーを用いた測定方法の説明図である。第1実施形態の流速センサー10の動圧導入口54が河川等の水(流体)の流れる方向に向くように安定した状態で設置する。このとき静圧導入口56は流体の流れる方向とほぼ直交した方向に向いた位置に設置される。流速センサー10の動圧導入口54は、開口から第1のキャップ52a内に水が導入されて、室内に生じた圧力が第1のダイアフラム20aに加わる。この圧力により、第1の感圧素子40aには、引張力が作用し、内部に生じた引張応力で素子の発振周波数が変化する。この変化量を検出することにより圧力を検出することができる。   The operation of the flow velocity sensor 10 of the first embodiment having the above configuration will be described below. FIG. 3 is an explanatory view of a measuring method using the flow rate sensor of the present invention. The dynamic pressure inlet 54 of the flow velocity sensor 10 of the first embodiment is installed in a stable state so as to face the direction in which water (fluid) flows in a river or the like. At this time, the static pressure introduction port 56 is installed at a position facing a direction substantially perpendicular to the direction in which the fluid flows. Water is introduced into the first cap 52a from the opening of the dynamic pressure introduction port 54 of the flow rate sensor 10, and pressure generated in the room is applied to the first diaphragm 20a. Due to this pressure, a tensile force acts on the first pressure-sensitive element 40a, and the oscillation frequency of the element changes due to the tensile stress generated inside. The pressure can be detected by detecting the amount of change.

一方、流速センサー10の静圧導入口56は、直線上に2つの開口が形成され、開口から第2のキャップ52b内に水が流入する。第2のキャップ52b内では、室内に生じた圧力が第2のダイアフラム20bに加わる。これにより、第2の感圧素子40bには、引張力が作用し、この力により内部に生じた引張応力によって素子の発振周波数が変化する。この変化量を検出することにより圧力を検出することができる。   On the other hand, the static pressure inlet 56 of the flow rate sensor 10 has two openings formed on a straight line, and water flows into the second cap 52b from the openings. In the second cap 52b, the pressure generated in the room is applied to the second diaphragm 20b. As a result, a tensile force acts on the second pressure-sensitive element 40b, and the oscillation frequency of the element changes due to the tensile stress generated inside by the force. The pressure can be detected by detecting the amount of change.

得られた圧力の差分を求めることにより、動圧が求まり、以下に示すベルヌーイの定理により流体の流速を求めることができる。
流体に大気圧が付加されている場合の流速は、
Pa:動圧導入口から導入され、第1のダイアフラムで受圧する圧力
Pb:静圧導入口から導入され、第2のダイアフラムで受圧する圧力
P0:大気圧
P1:静圧
P2:動圧
V:流体の速度
g:重力加速度
w:流体の単位重量
とすると、
By obtaining the difference between the obtained pressures, the dynamic pressure is obtained, and the flow velocity of the fluid can be obtained by Bernoulli's theorem shown below.
The flow rate when atmospheric pressure is added to the fluid is
Pa: Pressure introduced from the dynamic pressure inlet and received by the first diaphragm Pb: Pressure introduced from the static pressure inlet and received by the second diaphragm P0: Atmospheric pressure P1: Static pressure P2: Dynamic pressure V: Fluid velocity g: Gravitational acceleration w: Fluid unit weight

ここで、流体が水であれば、水の密度は1であるから、
w=1
より、
従って
Here, if the fluid is water, the density of water is 1, so
w = 1
Than,
Therefore

ここで、動圧孔の形状による補正係数をkとすると、
流速Vは、
により求めることができる。
Here, if the correction coefficient according to the shape of the dynamic pressure hole is k,
The flow velocity V is
It can ask for.

また、流体に大気圧が付加されていない場合の流速は、
In addition, when the atmospheric pressure is not added to the fluid,

ここで、流体が水であれば、水の密度は1であるから、
w=1
より、
従って
Here, if the fluid is water, the density of water is 1, so
w = 1
Than,
Therefore

ここで、動圧孔の形状による補正係数をkとすると、
流速Vは、
により求めることができる。
Here, if the correction coefficient according to the shape of the dynamic pressure hole is k,
The flow velocity V is
It can ask for.

上記構成による第1実施形態の流速センサー10によれば、センサー本体を水流の中に設置して水温の温度変化が生じた場合、流体と直に接触するダイアフラム20の受圧面22から伝わる温度変化が断熱部60によって遮断されハウジング12内の収容空間18へ熱伝導が起こらない。よって動圧と静圧を測定するときに水温の温度変化が生じても断熱部60を介して熱を遮断することができる。これにより水温の温度変化の影響を感圧素子40が受けることがなく、圧力変化に伴う発振周波数の変化を正確に測定することができる。   According to the flow velocity sensor 10 of the first embodiment having the above configuration, when the sensor body is installed in the water flow and the temperature change of the water temperature occurs, the temperature change transmitted from the pressure receiving surface 22 of the diaphragm 20 that comes into direct contact with the fluid. Is blocked by the heat insulating portion 60, and heat conduction does not occur to the accommodating space 18 in the housing 12. Therefore, even when the temperature of the water temperature changes when measuring the dynamic pressure and the static pressure, the heat can be shut off via the heat insulating portion 60. Thereby, the pressure-sensitive element 40 is not affected by the temperature change of the water temperature, and the change of the oscillation frequency accompanying the pressure change can be accurately measured.

図4は第1実施形態の流速センサーを流体中に設置した一例図である。
図示のように、流速センサー10は筐体110の内部に設けられている。筐体110は、全体形状を流線型とし、後端部に尾翼112が設けられている。筐体110の先端部には、流体の流れる方向に向けて動圧導入口114が設けられている。また筐体110の側面部には、流体の流れる方向とほぼ直行した方向に向けて静圧導入口116が設けられている。一方、流体センサーの第1及び第2のキャップ52c,52dは、第1又は第2ダイアフラム20a,20bの受圧面と対向する壁面に一つの開口を設けている。動圧導入口114には、流速センサー10の第1のキャップ52cに接続している配管118が設けられている。静圧導入口116には、流速センサー10の第2のキャップ52dと接続している配管119が設けられている。このような構成による流速センサー10は、筐体110を流体中に曝すと、先端部が上流側を向いて、尾翼112側が下流側を向くように配置される。このとき動圧導入口114は、流体中の流れに向けて配置され、静圧導入口116は、流体の流れに対してほぼ直行した方向に向けて配置され易くなる。従って動圧導入口又は静圧導入口から導入された圧力を第1又は第2ダイアフラム20a,20bで検出することができる。
FIG. 4 is an example diagram in which the flow velocity sensor of the first embodiment is installed in a fluid.
As illustrated, the flow rate sensor 10 is provided inside the housing 110. The casing 110 has a streamlined overall shape, and is provided with a tail 112 at the rear end. A dynamic pressure introduction port 114 is provided at the front end of the housing 110 in the direction in which the fluid flows. Further, a static pressure introduction port 116 is provided on the side surface of the housing 110 in a direction substantially perpendicular to the direction in which the fluid flows. On the other hand, the first and second caps 52c, 52d of the fluid sensor have one opening on the wall surface facing the pressure receiving surface of the first or second diaphragm 20a, 20b. The dynamic pressure inlet 114 is provided with a pipe 118 connected to the first cap 52 c of the flow rate sensor 10. The static pressure introduction port 116 is provided with a pipe 119 connected to the second cap 52d of the flow rate sensor 10. When the casing 110 is exposed to a fluid, the flow velocity sensor 10 having such a configuration is arranged such that the tip portion faces the upstream side and the tail blade 112 side faces the downstream side. At this time, the dynamic pressure introduction port 114 is arranged toward the flow in the fluid, and the static pressure introduction port 116 is easily arranged in a direction substantially perpendicular to the flow of the fluid. Therefore, the pressure introduced from the dynamic pressure introduction port or the static pressure introduction port can be detected by the first or second diaphragm 20a, 20b.

図5は第2実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す断面図である。
第2実施形態に係る流速センサー100は、ハウジング120の側壁に断熱層70を形成している。その他の構成は第1実施形態に係る流速センサー10と同一の構成であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a flow velocity sensor according to the second embodiment.
In the flow velocity sensor 100 according to the second embodiment, a heat insulating layer 70 is formed on the side wall of the housing 120. Other configurations are the same as those of the flow velocity sensor 10 according to the first embodiment, and the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.

第2実施形態の流速センサー100は、ハウジング120の側面に断熱層70となる円筒状の密閉空間を形成し、この密閉空間内を真空に保持している。このため、ハウジング120の内側と外側の間で、真空の密閉空間が断熱材の役割を担って熱伝導が生じない。従って、流速センサー100の測定環境の温度変化で感圧素子40の発振周波数の変化が起こることがなく、正確な圧力測定を行うことができる。   In the flow rate sensor 100 of the second embodiment, a cylindrical sealed space serving as the heat insulating layer 70 is formed on the side surface of the housing 120, and the inside of the sealed space is held in a vacuum. For this reason, between the inner side and the outer side of the housing 120, the vacuum sealed space plays a role of a heat insulating material, and heat conduction does not occur. Therefore, a change in the oscillation frequency of the pressure sensitive element 40 does not occur due to a temperature change in the measurement environment of the flow velocity sensor 100, and an accurate pressure measurement can be performed.

上記構成による第2実施形態の流速センサー100によれば、センサー本体を水流の中に設置して水温の温度変化が生じた場合、流体と直に接触するダイアフラム20の受圧面22からの温度変化が断熱部60によって遮断され、また、ハウジング120の側面からの温度変化が断熱層70によって遮断されて、熱伝導が起こらない。従って動圧と静圧を測定するときに、水温の温度変化が生じてもハウジング12の断熱部60、断熱層70を介して熱を遮断することができる。これにより感圧素子40が測定環境の温度変化の影響を受けることがなく、圧力変化に伴う発振周波数の変化を正確に測定することができる。   According to the flow velocity sensor 100 of the second embodiment having the above-described configuration, when the temperature change of the water temperature occurs when the sensor body is installed in the water flow, the temperature change from the pressure receiving surface 22 of the diaphragm 20 that directly contacts the fluid. Is blocked by the heat insulating portion 60, and the temperature change from the side surface of the housing 120 is blocked by the heat insulating layer 70, so that heat conduction does not occur. Therefore, when measuring the dynamic pressure and the static pressure, heat can be shut off via the heat insulating portion 60 and the heat insulating layer 70 of the housing 12 even if the temperature of the water temperature changes. As a result, the pressure sensitive element 40 is not affected by the temperature change of the measurement environment, and the change of the oscillation frequency accompanying the pressure change can be measured accurately.

図6は第3実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す断面図である。図7は第3実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す部分分解斜視図である。第3実施形態に係る流速センサー200は、第1及び第2の収容空間14,15内に温度センサーを取り付けている。その他の構成は、第2実施形態の流速センサー100の構成と同一であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   FIG. 6 is a sectional view showing a schematic configuration of a flow velocity sensor according to the third embodiment. FIG. 7 is a partially exploded perspective view showing a schematic configuration of the flow velocity sensor according to the third embodiment. The flow rate sensor 200 according to the third embodiment is provided with temperature sensors in the first and second accommodation spaces 14 and 15. Other configurations are the same as the configuration of the flow velocity sensor 100 of the second embodiment, and the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.

第3実施形態に係る流速センサー200は、圧力検出用の第1及び第2の感圧素子40a,40bに温度検出用感圧素子80を一体化させている。第1の感圧素子40aは、一対の基部40c、40dの少なくとも何れか一方の基部(本実施形態では基部40d)と一体的に形成され、第1の収容空間14の温度変化により共振周波数が変化する第1の温度検出用感圧素子80aを備えている。また第2の感圧素子40bは、一対の基部40c、40dの少なくとも何れか一方の基部(本実施形態では基部40d)と一体的に形成され、第2の収容空間15の温度変化により共振周波数が変化する第2の温度検出用感圧素子80bを備えている。このような構成の第1及び第2の温度検出用感圧素子80a,80bには、ダイアフラム20の可撓部20dの撓みによる応力は加わらない構成としている。なお、第1及び第2の温度検出用感圧素子80a,80bには素子を発振させる発振回路(不図示)がそれぞれ取り付けられている。   In the flow velocity sensor 200 according to the third embodiment, the pressure detection element 80 for temperature detection is integrated with the first and second pressure detection elements 40a and 40b for pressure detection. The first pressure-sensitive element 40a is formed integrally with at least one of the pair of base portions 40c and 40d (base portion 40d in the present embodiment), and has a resonance frequency due to a temperature change of the first housing space 14. There is provided a first temperature detecting pressure sensing element 80a that changes. The second pressure-sensitive element 40b is formed integrally with at least one of the pair of base portions 40c and 40d (the base portion 40d in the present embodiment), and has a resonance frequency due to a temperature change in the second housing space 15. Is provided with a second pressure sensing element 80b for temperature detection. The first and second temperature detecting pressure sensing elements 80a and 80b having such a configuration are configured such that stress due to the bending of the flexible portion 20d of the diaphragm 20 is not applied. Note that an oscillation circuit (not shown) for oscillating the elements is attached to each of the first and second temperature detecting pressure sensing elements 80a and 80b.

また、第1及び第2の収容空間14,15には、温度補償回路82が取り付けられている。温度補償回路82は、第1及び第2の温度補償回路82a,82bから構成されている。第1及び第2の温度補償回路82a,82bは、隔壁13の一方及び他方の主面13a,13bに取り付けられている。温度補償回路82は、第1及び第2の温度検出用感圧素子80a,80bの測定値に基づいて、圧力検出用の第1及び第2の感圧素子40a,40bの温度特性の補正を行っている。なお、温度補償回路82は、温度検出用感圧素子80を発振させるための発振回路とともに、発振回路50と一体に形成した構成としても良い。   A temperature compensation circuit 82 is attached to the first and second accommodation spaces 14 and 15. The temperature compensation circuit 82 includes first and second temperature compensation circuits 82a and 82b. The first and second temperature compensation circuits 82 a and 82 b are attached to one and the other main surfaces 13 a and 13 b of the partition wall 13. The temperature compensation circuit 82 corrects the temperature characteristics of the first and second pressure sensing elements 40a and 40b for pressure detection based on the measured values of the first and second temperature sensing elements 80a and 80b. Is going. The temperature compensation circuit 82 may be formed integrally with the oscillation circuit 50 together with an oscillation circuit for oscillating the temperature detecting pressure sensitive element 80.

上記構成による第3実施形態の流速センサー200は、動圧導入口又は静圧導入口から導入された圧力を測定する際、第1及び第2の収容空間14,15内の温度を第1及び第2の温度検出用感圧素子80a,80bにより検出している。この温度測定値が温度補償回路82に入力されて、収容容器14,15の設定温度又は初期温度と測定温度の差分に基づいて、圧力検出用の第1及び第2の感圧素子40a,40bの周波数温度特性を補正している。   When measuring the pressure introduced from the dynamic pressure inlet or the static pressure inlet, the flow velocity sensor 200 according to the third embodiment having the above-described configuration sets the temperature in the first and second housing spaces 14 and 15 to the first and second. The detection is performed by the second temperature detecting pressure sensing elements 80a and 80b. This temperature measurement value is input to the temperature compensation circuit 82, and the first and second pressure sensing elements 40a, 40b for pressure detection are based on the difference between the set temperature or the initial temperature of the storage containers 14, 15 and the measured temperature. The frequency temperature characteristics of are corrected.

このような第3実施形態の流速センサー200によれば、温度変化による誤差を補正して、動圧と静圧の圧力検出精度を上げて圧力感度を改善することができる。また、温度センサーの取り付けが容易となり、センサー全体を小型化することができる。
なお、第1実施形態の流速センサー10に本実施形態の温度検出用感圧素子80と温度補償回路82を適用する構成としても良い。
According to the flow rate sensor 200 of the third embodiment, it is possible to improve the pressure sensitivity by correcting the error due to the temperature change and increasing the pressure detection accuracy of the dynamic pressure and the static pressure. Further, the temperature sensor can be easily attached, and the entire sensor can be reduced in size.
Note that the temperature detection pressure-sensitive element 80 and the temperature compensation circuit 82 of the present embodiment may be applied to the flow velocity sensor 10 of the first embodiment.

図8は第4実施形態に係る流速センサーの構成概略を示す断面図である。
第4実施形態に係る流速センサー300は、第1及び第2の収容空間14,15内にヒータ抵抗90及び温度制御回路92を取り付けている。その他の構成は、第3実施形態の流速センサー200の構成と同一であり、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a flow velocity sensor according to the fourth embodiment.
In the flow velocity sensor 300 according to the fourth embodiment, a heater resistor 90 and a temperature control circuit 92 are attached in the first and second accommodation spaces 14 and 15. Other configurations are the same as the configuration of the flow rate sensor 200 of the third embodiment, and the same reference numerals are given and detailed description is omitted.

第4実施形態の流速センサー300は、隔壁13の一方の主面13aに、第1のヒータ抵抗90aと第1の温度制御回路92aを取り付けている。また隔壁13の他方の主面13bに、第2のヒータ抵抗90bと第2の温度制御回路92bを取り付けている。ヒータ抵抗90は、一例としてセラミック抵抗素子を用いることができる。第1の温度制御回路92aは、第1のヒータ抵抗90aと、第1の温度検出用感圧素子80aと、第1の発振回路50aと電気的に接続させている。第2の温度制御回路92bは、第2のヒータ抵抗90bと、第2の温度検出用感圧素子80bと、第2の発振回路50bと電気的に接続させている。   In the flow rate sensor 300 of the fourth embodiment, a first heater resistor 90 a and a first temperature control circuit 92 a are attached to one main surface 13 a of the partition wall 13. A second heater resistor 90b and a second temperature control circuit 92b are attached to the other main surface 13b of the partition wall 13. As the heater resistor 90, for example, a ceramic resistor element can be used. The first temperature control circuit 92a is electrically connected to the first heater resistor 90a, the first temperature detecting pressure sensitive element 80a, and the first oscillation circuit 50a. The second temperature control circuit 92b is electrically connected to the second heater resistor 90b, the second pressure sensing element 80b for temperature detection, and the second oscillation circuit 50b.

上記構成による第4実施形態の流速センサー300は、ヒータ抵抗90によって第1及び第2の収容空間14,15内部を加熱すると共に、温度検出用感圧素子80によって第1及び第2の収容空間14,15内部の温度を検出している。温度制御回路92では、測定温度が、予め定めた設定温度の範囲となるようにヒータ抵抗90のヒータ加熱を制御している。そして、温度補償回路82では、温度検出用感圧素子80の測定値に基づいて、前記設定温度の範囲における微小な温度誤差を検知して、感圧素子40の周波数温度特性を補正している。
これにより、断熱部60と、断熱層70によって外部と断熱された第1及び第2の収容空間14,15の内部を所定の温度に維持することができる。
The flow velocity sensor 300 according to the fourth embodiment having the above-described configuration heats the interiors of the first and second accommodation spaces 14 and 15 by the heater resistor 90, and also uses the temperature detecting pressure sensitive element 80 to provide the first and second accommodation spaces. The temperature inside 14 and 15 is detected. The temperature control circuit 92 controls the heater heating of the heater resistor 90 so that the measured temperature falls within a predetermined set temperature range. The temperature compensation circuit 82 detects a minute temperature error in the set temperature range based on the measured value of the temperature detecting pressure sensitive element 80 and corrects the frequency temperature characteristic of the pressure sensitive element 40. .
Thereby, the inside of the 1st and 2nd accommodation space 14 and 15 thermally insulated by the heat insulation part 60 and the heat insulation layer 70 can be maintained at predetermined | prescribed temperature.

このような第4実施形態の流速センサー300によれば、第1及び第2の収容空間14,15の内部空間を所定の設定温度に維持することができる。従って、測定環境の温度変化の影響を受けることがなく、動圧と静圧の圧力変化に伴う発振周波数の変化を正確に測定することができる。またハウジング120は、断熱部60及び断熱層70により外部からの温度の影響を受け難くなると共に、ヒータ抵抗90の熱の拡散を抑制することができる。従って、外部の温度変化の影響を受けることがなく、圧力変化に伴う発振周波数の変化を正確に測定することができる。   According to the flow rate sensor 300 of the fourth embodiment, the internal spaces of the first and second accommodation spaces 14 and 15 can be maintained at a predetermined set temperature. Therefore, it is possible to accurately measure the change in the oscillation frequency accompanying the change in the dynamic pressure and the static pressure without being affected by the temperature change in the measurement environment. In addition, the housing 120 is less affected by the temperature from the outside due to the heat insulating portion 60 and the heat insulating layer 70, and can suppress diffusion of heat of the heater resistor 90. Therefore, it is possible to accurately measure the change of the oscillation frequency accompanying the pressure change without being affected by the external temperature change.

10,100,200,300,400………流速センサー、12,120………ハウジング、13………隔壁、13a………一方の主面、13b………他方の主面、14………第1の収容空間、15………第2の収容空間、20………ダイアフラム、20a………第1のダイアフラム、20b………第2のダイアフラム、20c………薄肉部、20d………支持部、20e………周縁部、22………受圧面、40………感圧素子、40a………第1の感圧素子、40b………第2の感圧素子、40c………第1の基部、40d………第2の基部、40e………振動腕、50………発振回路、52………キャップ、52a………第1のキャップ、52b………第2のキャップ、54………動圧導入口、56………静圧導入口、60………断熱部、70………断熱層、80………温度検出用感圧素子、80a………第1の温度検出用感圧素子、80b………第2の温度検出用感圧素子、82………温度補償回路、82a………第1の温度補償回路、82b………第2の温度補償回路、90………ヒータ抵抗、90a………第1のヒータ抵抗、90b………第2のヒータ抵抗、92………温度制御回路、92a………第1の温度制御回路、92b………第2の温度制御回路。 10, 100, 200, 300, 400 ......... flow velocity sensor, 12,120 ......... housing, 13 ......... partition wall, 13a ......... one main surface, 13b ......... the other main surface, 14 ... ... 1st accommodation space, 15 ......... 2nd accommodation space, 20 ......... Diaphragm, 20a ......... 1st diaphragm, 20b ...... 2nd diaphragm, 20c ......... Thin part, 20d ... ...... Supporting part, 20e ... Peripheral part, 22 ......... Pressure-receiving surface, 40 ......... Pressure-sensitive element, 40a ...... First pressure-sensitive element, 40b ......... Second pressure-sensitive element, 40c ......... first base, 40d ......... second base, 40e ......... vibrating arm, 50 ......... oscillation circuit, 52 ......... cap, 52a ......... first cap, 52b ......... Second cap 54 ... Dynamic pressure inlet 56 56 Static pressure inlet 60 Insulation , 70... Thermal insulation layer, 80... Temperature sensing pressure sensing element, 80 a... First temperature sensing pressure sensing element, 80 b. ... Temperature compensation circuit, 82a ......... First temperature compensation circuit, 82b ......... Second temperature compensation circuit, 90 ......... Heater resistance, 90a ......... First heater resistance, 90b ......... Second Heater resistance, 92... Temperature control circuit, 92 a... First temperature control circuit, 92 b.

Claims (4)

流体の中に曝される筐体と、
当該筐体に設けられた第1の収容空間及び第2の収容空間と、
前記筐体の先端部に設けられた動圧導入口と、
前記筐体の側面部に設けられた静圧導入口と、
を備え、
前記動圧導入口を前記流体の流れる方向に向け、
前記静圧導入口を前記流体の流れる方向とほぼ直交した方向に向けてなる流速センサーであって、
前記第1の収容空間の第1の開口部を封止する第1のダイアフラムと、
前記第2の収容空間の第2の開口部を封止する第2のダイアフラムと、
前記第1の収容空間に収容され、第1の感圧部と、当該第1の感圧部の両端に接続される一対の第1の基部と、を有し、前記一対の第1の基部を結ぶ方向を第1の検出軸とする第1の感圧素子と、
前記第2の収容空間に収容され、第2の感圧部と、当該第2の感圧部の両端に接続される一対の第2の基部と、を有し、前記一対の第2の基部を結ぶ方向を第2の検出軸とする第2の感圧素子と、
を有し、
前記第1の感圧素子は、前記第1の基部を前記第1のダイアフラムの支持部に接続し、前記第1の検出軸は前記第1のダイアフラムの受圧面に平行であり、
前記第2の感圧素子は、前記第2の基部を前記第2のダイアフラムの支持部に接続し、前記第2の検出軸は前記第2のダイアフラムの受圧面に平行であり、
前記第1のダイアフラムは、前記動圧導入口から導入された圧力を受圧し、
前記第2のダイアフラムは、前記静圧導入口から導入された圧力を受圧し、
前記第1及び第2のダイアフラムの受圧面側に断熱部が設けられたことを特徴とする流速センサー。
A housing exposed to the fluid;
A first accommodation space and a second accommodation space provided in the housing;
A dynamic pressure inlet provided at the tip of the housing;
A static pressure inlet provided in a side surface of the housing;
With
Directing the dynamic pressure inlet in the direction of flow of the fluid;
A flow rate sensor in which the static pressure inlet is directed in a direction substantially perpendicular to the direction in which the fluid flows,
A first diaphragm for sealing the first opening of the first accommodation space;
A second diaphragm for sealing the second opening of the second accommodation space;
The pair of first base portions, which are housed in the first housing space, have a first pressure sensing portion, and a pair of first base portions connected to both ends of the first pressure sensing portion. A first pressure sensitive element whose first detection axis is the direction connecting
A pair of second bases, which are housed in the second housing space and have a second pressure sensing part and a pair of second bases connected to both ends of the second pressure sensing part; A second pressure sensitive element whose second detection axis is a direction connecting the two,
Have
The first pressure sensitive element connects the first base to a support portion of the first diaphragm, and the first detection axis is parallel to a pressure receiving surface of the first diaphragm,
The second pressure sensitive element connects the second base to a support portion of the second diaphragm, and the second detection axis is parallel to the pressure receiving surface of the second diaphragm,
The first diaphragm receives the pressure introduced from the dynamic pressure inlet,
The second diaphragm receives pressure introduced from the static pressure inlet,
A flow rate sensor characterized in that a heat insulating portion is provided on the pressure receiving surface side of the first and second diaphragms.
前記筐体の側壁に断熱層を設けたことを特徴とする請求項1に記載の流速センサー。   The flow rate sensor according to claim 1, wherein a heat insulating layer is provided on a side wall of the casing. 前記第1の感圧素子は、前記一対の第1の基部の少なくとも何れか一方の基部に一体化された第1の温度検出用感圧素子を有し、
前記第2の感圧素子は、前記一対の第2の基部の少なくとも何れか一方の基部に一体化された第2の温度検出用感圧素子を有し、
前記第1及び第2の温度検出用感圧素子の検出値に基づいて前記第1及び第2の感圧素子の温度特性を補正する温度補償回路を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の流速センサー。
The first pressure sensitive element has a first temperature detecting pressure sensing element integrated with at least one of the pair of first base parts,
The second pressure-sensitive element has a second temperature-sensitive element for temperature detection integrated with at least one of the pair of second base parts,
2. A temperature compensation circuit for correcting temperature characteristics of the first and second pressure sensitive elements based on detection values of the first and second temperature detecting pressure sensitive elements. The flow rate sensor according to claim 2.
前記第1及び第2の収容空間に設置したヒータ抵抗と、
前記第1及び第2の温度検出用感圧素子の検出値に基づいて前記第1及び第2の収容空間の室内温度を制御する温度制御回路と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の流速センサー。
Heater resistors installed in the first and second accommodation spaces;
A temperature control circuit for controlling the indoor temperature of the first and second accommodation spaces based on the detection values of the first and second temperature detecting pressure sensing elements;
The flow rate sensor according to claim 3, further comprising:
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