JP2553471B2 - 圧力検出器 - Google Patents
圧力検出器Info
- Publication number
- JP2553471B2 JP2553471B2 JP63006425A JP642588A JP2553471B2 JP 2553471 B2 JP2553471 B2 JP 2553471B2 JP 63006425 A JP63006425 A JP 63006425A JP 642588 A JP642588 A JP 642588A JP 2553471 B2 JP2553471 B2 JP 2553471B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- pressure detector
- sensitivity
- detector
- bellows
- Prior art date
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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を圧力検出素子として用いる圧力
検出器に関するものであり、さらに詳しくはこの圧電振
動子がこの圧電振動子を収納する圧力応動型容器に機械
的に非接触の状態で気密封止され、外部圧力の変動によ
りこの圧力応動型容器の容積が変動し、この容積変動に
伴う内部気圧変動を圧電振動子の共振周波数等の電気的
特性の変化により外部圧力を検出する方式の圧力検出器
に関するものである。
検出器に関するものであり、さらに詳しくはこの圧電振
動子がこの圧電振動子を収納する圧力応動型容器に機械
的に非接触の状態で気密封止され、外部圧力の変動によ
りこの圧力応動型容器の容積が変動し、この容積変動に
伴う内部気圧変動を圧電振動子の共振周波数等の電気的
特性の変化により外部圧力を検出する方式の圧力検出器
に関するものである。
周囲雰囲気の圧力の変化を検出する代表的な圧電振動
子として、屈曲振動モード，輪郭振動モードで振動する
水晶振動子があげられる。これら水晶振動子の電気的特
性（例えば共振周波数、あるいはクリスタルインピーダ
ンス）は周囲雰囲気の圧力変化により略直線的に変化す
る特性を有しており、この特性を利用して圧力の測定を
行う。一般的には水晶振動子表面の電極膜の保護等のた
め、この圧力検出素子として機能する水晶振動子を直接
被測定気圧下に置かず、ベローズ等の圧力応動型容器内
に設置し、この容器内の内部気圧変動を検出する。この
為、圧力応動型容器外の圧力を如何に効率よく容器内に
伝えるかが一つの解決課題であり、また圧力検出器とし
ての特性向上の着目点でもあった。
子として、屈曲振動モード，輪郭振動モードで振動する
水晶振動子があげられる。これら水晶振動子の電気的特
性（例えば共振周波数、あるいはクリスタルインピーダ
ンス）は周囲雰囲気の圧力変化により略直線的に変化す
る特性を有しており、この特性を利用して圧力の測定を
行う。一般的には水晶振動子表面の電極膜の保護等のた
め、この圧力検出素子として機能する水晶振動子を直接
被測定気圧下に置かず、ベローズ等の圧力応動型容器内
に設置し、この容器内の内部気圧変動を検出する。この
為、圧力応動型容器外の圧力を如何に効率よく容器内に
伝えるかが一つの解決課題であり、また圧力検出器とし
ての特性向上の着目点でもあった。
尚、本発明でいう「応動」という語は、外からの働き
かけに対して作動することを意味し、また「感度」とい
う語は外部圧力の変化量に対する圧力検出素子として機
能する圧電振動子の共振周波数の変化量あるいはクリス
タルインピーダンスの変化量のことを言う。尚、従来
例、実施例においては外部圧力の変化量に対する共振周
波数変化量を意味している。
かけに対して作動することを意味し、また「感度」とい
う語は外部圧力の変化量に対する圧力検出素子として機
能する圧電振動子の共振周波数の変化量あるいはクリス
タルインピーダンスの変化量のことを言う。尚、従来
例、実施例においては外部圧力の変化量に対する共振周
波数変化量を意味している。
（従来技術とその問題点） 従来技術を一般的な圧力検出器の構造を示す第１図と
ともに説明する。第１図は圧力検出器１の内部断面の模
式図である。圧力検出器１は全体として円柱形状であ
り、圧力応動型容器であるベローズ２と、基台３と、圧
電振動子４とからなる。外部圧力変化により伸縮応動す
るベローズ２は、その内部に圧電振動子の１種で圧力検
出素子として機能する音叉型水晶振動子４を有してお
り、大気圧でN2、Ar等の不活性ガスが充填された状態で
基台３と気密封止されている。尚、基台３と音叉型水晶
振動子４とはシール材５で接続されている。第２図に示
すように圧力検出器１に外部圧力Ｐが加わるとベローズ
２が圧縮され、ベローズ２の内部気圧が上昇する。この
気圧の上昇に応じて音叉型水晶振動子４の共振周波数が
略直線的に低下し、よってこの変化量を検出して外部圧
力を測定する。
ともに説明する。第１図は圧力検出器１の内部断面の模
式図である。圧力検出器１は全体として円柱形状であ
り、圧力応動型容器であるベローズ２と、基台３と、圧
電振動子４とからなる。外部圧力変化により伸縮応動す
るベローズ２は、その内部に圧電振動子の１種で圧力検
出素子として機能する音叉型水晶振動子４を有してお
り、大気圧でN2、Ar等の不活性ガスが充填された状態で
基台３と気密封止されている。尚、基台３と音叉型水晶
振動子４とはシール材５で接続されている。第２図に示
すように圧力検出器１に外部圧力Ｐが加わるとベローズ
２が圧縮され、ベローズ２の内部気圧が上昇する。この
気圧の上昇に応じて音叉型水晶振動子４の共振周波数が
略直線的に低下し、よってこの変化量を検出して外部圧
力を測定する。
上記２種類のガスを各々封入して、圧力検出器にかけ
る外部圧力を漸次変化させた場合の共振周波数の変化の
様子を第３図に示す。尚、詳細な実験条件については後
述する。このグラフから明らかなようにAr、N2（各々A,
Bで示す）のいずれを用いても、外部圧力の変化に伴う
共振周波数の変化量は比較的少ない（すなわち感度が低
い）ことが分かる。このように従来の圧力検出器の構成
では総体的に感度が低く、よって圧力検出の分解能が低
いので微小な外部圧力変動を検出しないことがあり、高
精度の圧力検出を行うのに適していなかった。
る外部圧力を漸次変化させた場合の共振周波数の変化の
様子を第３図に示す。尚、詳細な実験条件については後
述する。このグラフから明らかなようにAr、N2（各々A,
Bで示す）のいずれを用いても、外部圧力の変化に伴う
共振周波数の変化量は比較的少ない（すなわち感度が低
い）ことが分かる。このように従来の圧力検出器の構成
では総体的に感度が低く、よって圧力検出の分解能が低
いので微小な外部圧力変動を検出しないことがあり、高
精度の圧力検出を行うのに適していなかった。
また一方、圧力検出器としての感度を決定する要因と
してベローズのバネ定数がある。この定数が小さいと感
度は増すが圧力測定範囲は狭くなる。逆にこの定数を大
きくすると感度は減少するが圧力測定範囲は広くなる。
後者の場合、外部圧力変化に対するベローズの圧縮量が
小さくなりすぎ、よって内部気圧変化量も小さくなる。
そうすると圧電振動子が検出する感度は微少なものとな
り、結果として微少な外部圧力変化を検出しなかった
り、検出の分解能が極端に悪化することがあった。この
ため感度の向上と圧力測定範囲の拡大の両者を同時に満
足させるためには、圧力応動型容器としてベローズを用
いた場合、圧力応動型容器のバネ定数を小さくするとと
もに高さあるいは径を大きくする等，圧力応動型容器の
大型化が必要となり、このため圧力検出器の小型化の防
げとなっていた。
してベローズのバネ定数がある。この定数が小さいと感
度は増すが圧力測定範囲は狭くなる。逆にこの定数を大
きくすると感度は減少するが圧力測定範囲は広くなる。
後者の場合、外部圧力変化に対するベローズの圧縮量が
小さくなりすぎ、よって内部気圧変化量も小さくなる。
そうすると圧電振動子が検出する感度は微少なものとな
り、結果として微少な外部圧力変化を検出しなかった
り、検出の分解能が極端に悪化することがあった。この
ため感度の向上と圧力測定範囲の拡大の両者を同時に満
足させるためには、圧力応動型容器としてベローズを用
いた場合、圧力応動型容器のバネ定数を小さくするとと
もに高さあるいは径を大きくする等，圧力応動型容器の
大型化が必要となり、このため圧力検出器の小型化の防
げとなっていた。
（発明の目的） 本発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、以下の事項を実現する圧力検出器を提供することを
目的とするものである。
で、以下の事項を実現する圧力検出器を提供することを
目的とするものである。
Ｉ、圧力検出器の感度を向上させることにより、圧力測
定の分解能を向上させ、高精度の圧力検出を実現する。
定の分解能を向上させ、高精度の圧力検出を実現する。
II、小型化しても圧力測定範囲を狭めないで圧力検出器
の感度を向上させる。
の感度を向上させる。
III、同じく小型化しても感度を低下させないで圧力検
出器の圧力測定範囲を広げる。
出器の圧力測定範囲を広げる。
（発明の構成） 本発明者は、圧力応動容器内に封入する気体を種々異
ならせて鋭意実験を繰り返した結果、SF6を用いると上
記目的を達成することを見いだしたのである。
ならせて鋭意実験を繰り返した結果、SF6を用いると上
記目的を達成することを見いだしたのである。
すなわち本発明による圧力検出器は、圧力応動型容器
に気密封止された気体の圧力変動を検出する圧電振動子
を有する圧力検出器において、この気体にSF6を用いた
ことを特徴とするものである。
に気密封止された気体の圧力変動を検出する圧電振動子
を有する圧力検出器において、この気体にSF6を用いた
ことを特徴とするものである。
（発明の実施例） 本発明による実施例を説明する。
圧力検出器の構成については第１図とともに従来技術
の項で説明した構成と略同じである。すなわち圧力検出
器１は全体として円柱形状であり、 圧力応動型容器である一端が開口した金属製のベロー
ズ２と、このベローズ２の開口部と接続される金属製の
基台３と、この基台３に設置される圧電振動子４とから
なる。圧力検出素子として機能する圧電振動子４は、こ
の実施例では屈曲振動を行なわしめるように電極配置さ
れた（図面では電極配置は省略している）音叉型水晶振
動子であり、シール材５にて基台３に固着される。そし
て大気圧のSF6ガス下でベローズ２の開口部21と基台の
フランジ部31を、抵抗溶接、半田付け等の手段を用いて
気密封止する。
の項で説明した構成と略同じである。すなわち圧力検出
器１は全体として円柱形状であり、 圧力応動型容器である一端が開口した金属製のベロー
ズ２と、このベローズ２の開口部と接続される金属製の
基台３と、この基台３に設置される圧電振動子４とから
なる。圧力検出素子として機能する圧電振動子４は、こ
の実施例では屈曲振動を行なわしめるように電極配置さ
れた（図面では電極配置は省略している）音叉型水晶振
動子であり、シール材５にて基台３に固着される。そし
て大気圧のSF6ガス下でベローズ２の開口部21と基台の
フランジ部31を、抵抗溶接、半田付け等の手段を用いて
気密封止する。
次に先の従来技術の説明の項でも簡単に説明したが、
圧力応動容器内の気体を異ならせて漸次外部圧力を加え
た場合の感度の違いを比較した実験データを以下に示
す。尚、実験条件は表１のとおりであり、この実験結果
を第３図に示す。
圧力応動容器内の気体を異ならせて漸次外部圧力を加え
た場合の感度の違いを比較した実験データを以下に示
す。尚、実験条件は表１のとおりであり、この実験結果
を第３図に示す。
第３図に示す上記実験結果は、圧力検出器の圧力応動
型容器内に封入された気体の種類以外を同一条件とした
場合の外部圧力に対する共振周波数変化を示したもので
あるが、この実験結果から明らかなように内部気体とし
てSF6を用いる（第３図においてはＣで示す）と、従来
用いられていた気体N2、Ar（第３図においては各々Ａ、
Ｂで示す）に較べて感度は飛躍的に向上していることが
分かる。このことは、たとえ圧力検出器を小型化しても
圧力測定範囲を狭めないで圧力検出器の感度を向上させ
得ることを意味し、逆に、感度を低下させないで圧力測
定範囲を広げ得ることを意味している。尚、SF6を用い
て5kg/cm2の外部圧力を加えた場合の音叉型水晶振動子
の共振抵抗値は約400kΩであり、実用上何等差し支えな
い。
型容器内に封入された気体の種類以外を同一条件とした
場合の外部圧力に対する共振周波数変化を示したもので
あるが、この実験結果から明らかなように内部気体とし
てSF6を用いる（第３図においてはＣで示す）と、従来
用いられていた気体N2、Ar（第３図においては各々Ａ、
Ｂで示す）に較べて感度は飛躍的に向上していることが
分かる。このことは、たとえ圧力検出器を小型化しても
圧力測定範囲を狭めないで圧力検出器の感度を向上させ
得ることを意味し、逆に、感度を低下させないで圧力測
定範囲を広げ得ることを意味している。尚、SF6を用い
て5kg/cm2の外部圧力を加えた場合の音叉型水晶振動子
の共振抵抗値は約400kΩであり、実用上何等差し支えな
い。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、圧力
検出器の所望の外形寸法，圧力測定範囲，感度に応じ
て、上記表に示した条件を有機的に取り込み、設計条件
を決定すればよいことは言うまでもない。
検出器の所望の外形寸法，圧力測定範囲，感度に応じ
て、上記表に示した条件を有機的に取り込み、設計条件
を決定すればよいことは言うまでもない。
尚、実施例に圧力検出素子として機能する圧電振動子
として音叉型水晶振動子を取り上げたが、これに限られ
るものではなく、他の振動モードの振動子であってもよ
く，また圧力検出手段としてクリスタルインピーダンス
の変化量を用いてもよい。さらに圧力応動型容器として
ベローズを取り上げたが、例えばタイヤフラムなどを用
いてもよい。
として音叉型水晶振動子を取り上げたが、これに限られ
るものではなく、他の振動モードの振動子であってもよ
く，また圧力検出手段としてクリスタルインピーダンス
の変化量を用いてもよい。さらに圧力応動型容器として
ベローズを取り上げたが、例えばタイヤフラムなどを用
いてもよい。
（発明の効果） 本発明によれば、圧力応動型容器に気密封止された気
体の圧力変動を検出する圧電振動子を有する圧力検出器
において、この気体としてSF6を用いているので、前述
の実験結果からも明らかなとおり圧力検出器の感度を向
上させ、圧力測定の分解能を向上させることができる。
よって高精度の圧力検出が可能となり、微小な外部圧力
変動も検出すことが可能となった。
体の圧力変動を検出する圧電振動子を有する圧力検出器
において、この気体としてSF6を用いているので、前述
の実験結果からも明らかなとおり圧力検出器の感度を向
上させ、圧力測定の分解能を向上させることができる。
よって高精度の圧力検出が可能となり、微小な外部圧力
変動も検出すことが可能となった。
そして、小型化しても圧力測定範囲を狭めないで、圧
力検出器の感度を向上させることができ、また小型化し
ても感度を低下させないで圧力測定範囲を広げることが
できるので、圧力検出器としての性能を低下させないで
小型化が実現できた。
力検出器の感度を向上させることができ、また小型化し
ても感度を低下させないで圧力測定範囲を広げることが
できるので、圧力検出器としての性能を低下させないで
小型化が実現できた。
第１図は本発明に関する圧力検出器を示す図、第２図は
第１図に示す圧力検出器が加圧された状態を示す図、第
３図は感度の比較を示すグラフである。 １……圧力検出器 ２……ベローズ（圧力応動型容器） ３……基台 ４……圧電振動子（音叉型水晶振動子）
第１図に示す圧力検出器が加圧された状態を示す図、第
３図は感度の比較を示すグラフである。 １……圧力検出器 ２……ベローズ（圧力応動型容器） ３……基台 ４……圧電振動子（音叉型水晶振動子）
Claims (1)
- 【請求項１】圧力応動型容器に気密封止された気体の圧
力変動を検出する圧電振動子を有する圧力検出器におい
て、この気体にSF6を用いたことを特徴とする圧力検出
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63006425A JP2553471B2 (ja) | 1988-01-13 | 1988-01-13 | 圧力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63006425A JP2553471B2 (ja) | 1988-01-13 | 1988-01-13 | 圧力検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01182728A JPH01182728A (ja) | 1989-07-20 |
| JP2553471B2 true JP2553471B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=11638026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63006425A Expired - Lifetime JP2553471B2 (ja) | 1988-01-13 | 1988-01-13 | 圧力検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2553471B2 (ja) |
-
1988
- 1988-01-13 JP JP63006425A patent/JP2553471B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01182728A (ja) | 1989-07-20 |
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