JP2655573B2 - Pressure sensor and gas flow meter using pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor and gas flow meter using pressure sensor

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JP2655573B2
JP2655573B2 JP1089631A JP8963189A JP2655573B2 JP 2655573 B2 JP2655573 B2 JP 2655573B2 JP 1089631 A JP1089631 A JP 1089631A JP 8963189 A JP8963189 A JP 8963189A JP 2655573 B2 JP2655573 B2 JP 2655573B2
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polymer piezoelectric
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flow meter
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臣男 加藤
伸男 橋本
修三 武田
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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、フルイディック流量計やカルマン渦流量計
などに用いて最適な、高分子圧電膜を使用した圧力セン
サ、およびその圧力センサを用いた気体流量計に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a pressure sensor using a polymer piezoelectric film, which is optimally used for a fluidic flow meter or a Karman vortex flow meter, and uses the pressure sensor. Gas flow meter.

[従来の技術] 流体、とくに気体の流量を精度よく検出できる流量計
として、フルイディック流量計やカルマン渦流量計が知
られている(たとえば特開昭57−110918号公報、特開昭
58−169030号公報、特開昭60−187814号公報)。フルイ
ディック流量計は、特開昭60−187814号公報にも示され
ているように、流量計素子部において、噴出ノズルから
噴出された流体の主流を一対の隔壁に交互に沿わせ、そ
の流動変化の際に生じる圧力変動を圧力センサで検出
し、流体の流量を該流量に応じた圧力変動の周波数で検
出するようにしたものである。カルマン渦流量計は、特
開昭57−110918号公報や特開昭58−169030号公報にも示
されているように、流量計素子部内に設けられた渦発生
体により流通流体中にカルマン渦を断続的に発生させ、
カルマン渦が通過する際に生じる圧力変動を圧力センサ
で検出し、流体の流量を該流量に応じたカルマン渦発生
数で検出するようにしたものである。
[Prior Art] Fluidic flowmeters and Karman vortex flowmeters are known as flowmeters capable of accurately detecting the flow rate of a fluid, particularly a gas (for example, JP-A-57-110918, JP-A-57-110918).
58-169030, JP-A-60-187814). As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-187814, a fluidic flow meter has a flow meter element section in which a main flow of a fluid ejected from an ejection nozzle alternately follows a pair of partition walls, and the fluid flows therethrough. The pressure fluctuation generated at the time of the change is detected by a pressure sensor, and the flow rate of the fluid is detected at a frequency of the pressure fluctuation corresponding to the flow rate. As described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Sho 57-110918 and 58-169030, the Karman vortex flowmeter uses a vortex generator provided in the flow meter element to introduce Karman vortex into the flowing fluid. Intermittently occur,
A pressure variation generated when the Karman vortex passes is detected by a pressure sensor, and a flow rate of the fluid is detected by a Karman vortex generation number corresponding to the flow rate.

このような流量計に用いられる圧力センサとしては、
高感度、つまり微弱な圧力変動および広い周波数におけ
る圧力変動まで検出できる程望ましく、かつ、構造が簡
単で安価にしかも容易に製作できることが望ましい。
As a pressure sensor used in such a flow meter,
It is desirable that high sensitivity, that is, small pressure fluctuations and pressure fluctuations in a wide frequency range be detected, and that the structure be simple, inexpensive and easily manufactured.

従来この種の流量計に用いられる圧力センサの代表的
なものとして、上述の特開昭57−110918号公報に開示さ
れ、さらには「日経エレクトロニクス,1985年発行」に
詳述されている、シリコンダイヤフラムを用いた圧力セ
ンサ、および特開昭58−169030号公報に開示されている
ような高分子圧電膜を用いた圧力センサが知られてい
る。
As a typical example of a pressure sensor conventionally used in this type of flow meter, disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-110918, and further described in detail in "Nikkei Electronics, 1985," A pressure sensor using a diaphragm and a pressure sensor using a polymer piezoelectric film as disclosed in JP-A-58-169030 are known.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、シリコンダイヤフラムを用いた圧力セ
ンサには以下のような問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, a pressure sensor using a silicon diaphragm has the following problems.

すなわち、シリコンチップ自身は圧電材料ではないの
でそれ自身には圧力検出機能がなく、圧力変化をその歪
による抵抗変化として検出する方式であるため、ブリッ
ジ回路等の抵抗変化検出回路が必要となる。また、シリ
コンチップは剛体に近く、それを薄くするためのエッチ
ング加工にも限度があるため、微弱な圧力変動を検出す
るのは困難である。したがって、感度を良くするには限
度があり、かつ構造上圧力の変化に対し追従できる周波
数域は狭い。
That is, since the silicon chip itself is not a piezoelectric material, the silicon chip itself does not have a pressure detecting function, and a method of detecting a pressure change as a resistance change due to its strain requires a resistance change detection circuit such as a bridge circuit. In addition, since the silicon chip is close to a rigid body and there is a limit to an etching process for thinning the silicon chip, it is difficult to detect a slight pressure fluctuation. Therefore, there is a limit in improving the sensitivity, and the frequency range that can follow a change in pressure is narrow due to its structure.

また、製造上シリコンダイヤフラムの厚さの制御が難
しく、圧力センサとしての感度のばらつきが大きいとい
う問題もある。さらに、温度によって大きく変化する抵
抗の変化を検出する方式であるため温度補償が不可欠で
あり、通常この温度補償回路も集積して製作するので、
製造に複雑な技術を要する。また、製造に大型の設備を
要する。
In addition, it is difficult to control the thickness of the silicon diaphragm in manufacturing, and there is a problem that the sensitivity of the pressure sensor varies widely. Furthermore, temperature compensation is indispensable because it is a method of detecting a change in resistance that greatly changes with temperature, and since this temperature compensation circuit is usually integrated and manufactured,
Requires complex technology for manufacturing. In addition, large equipment is required for manufacturing.

さらに上述の如き製造の難しさ、検出、補償回路の必
要性のため、シリコンダイヤフラム式圧力センサは通常
相当高価なものとなり、とくに高感度のものは著しく高
価なものとなっている。
Further, due to the manufacturing difficulties described above and the need for sensing and compensating circuits, silicon diaphragm type pressure sensors are usually quite expensive, especially those with high sensitivity.

この点高分子圧電膜を用いた圧力センサにおいては、
高分子圧電膜自身が圧電材料であるから自身から発生す
る電位差を直接電圧信号として出力することが可能であ
り、感度向上が可能である。また、高分子圧電膜はシリ
コンチップに比べ容易に変形できる高い柔軟性を有し、
かつ製造上薄膜も容易に製作できるとともにその厚さも
精度よく制御できることからも、高い感度と広い圧力変
動周波数域への追従が可能である。
In this pressure sensor using a polymer piezoelectric film,
Since the polymer piezoelectric film itself is a piezoelectric material, a potential difference generated from the polymer piezoelectric film itself can be directly output as a voltage signal, and sensitivity can be improved. In addition, the polymer piezoelectric film has high flexibility that can be easily deformed compared to the silicon chip,
In addition, since a thin film can be easily manufactured and its thickness can be controlled with high precision, it is possible to follow a high sensitivity and a wide pressure fluctuation frequency range.

ところが、特開昭58−169030号公報に示されているよ
うな高分子圧電膜を用いた圧力センサには、以下のよう
な問題がある。
However, a pressure sensor using a polymer piezoelectric film as disclosed in JP-A-58-169030 has the following problems.

つまり、高分子圧電膜を流体の流路の中に直接入れる
圧力検出方式であるため、高分子圧電膜が流体によって
傷付けられやすく、長期間の使用に耐え難い。そのため
高分子圧電膜の特徴を生かして高感度の圧力センサとす
ることが難しい。
That is, since the pressure detection method is such that the polymer piezoelectric film is directly inserted into the flow path of the fluid, the polymer piezoelectric film is easily damaged by the fluid and cannot withstand long-term use. Therefore, it is difficult to make a high-sensitivity pressure sensor by utilizing the characteristics of the polymer piezoelectric film.

また、高分子圧電膜を薄い金属板に貼合せて圧力検出
部が構成されているので、圧力検出部の柔軟性が高分子
圧電膜のみの場合よりも低下してしまい、微弱圧力変化
に対する感度が低く抑えられてしまうとともに、極低周
波数や高周波数の圧力変動に追従するのが困難であると
いう問題がある。
In addition, since the pressure detecting section is configured by laminating the polymer piezoelectric film on a thin metal plate, the flexibility of the pressure detecting section is reduced as compared with the case of using only the polymer piezoelectric film, and the sensitivity to a weak pressure change is reduced. And it is difficult to follow pressure fluctuations at extremely low and high frequencies.

本発明の目的は、微弱な圧力変動まで検出できるとと
もに広い周波数域の圧力変動まで検出できる高感度な、
かつ構造が簡単で製造容易な、実用に適した圧力センサ
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a highly sensitive method capable of detecting a small pressure fluctuation and detecting a pressure fluctuation in a wide frequency range.
Another object of the present invention is to provide a pressure sensor which has a simple structure and is easy to manufacture, and which is suitable for practical use.

また本発明の別の目的は、上記高感度圧力センサを用
いた高精度の気体流量計を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a high-precision gas flow meter using the high-sensitivity pressure sensor.

[課題を解決するための手段] 上記目的に沿う本発明の圧力センサは、 (A)平面状にかつ変形可能に張設された高分子圧電膜
と; (B)該高分子圧電膜の両面にそれぞれ設けられた電極
層と; (C)該電極層を介して前記高分子圧電膜の周縁部を両
側から保持するとともに、前記高分子圧電膜の両側にそ
れぞれ設けられ、流体の圧力が導入される圧力室を形成
するために前記高分子圧電膜両側に位置する空間を包囲
する圧力室形成体と; (D)前記両圧力室へと個別に流体の圧力を導入する2
個の入口ノズルと; (E)前記高分子圧電膜の変形により生じる高分子圧電
膜両面間の電位差が前記両電極層を介して伝達され、該
電位差を増幅して出力する増幅器と;を備え、 (F)かつ、各前記入口ノズルから、対応する各前記圧
力室に至る導圧経路は、いずれも曲折しているととも
に、それぞれの流路容積が等しくされていることによっ
て圧電膜両面への圧力伝播時間をほぼ等しくしたものか
ら成る。
[Means for Solving the Problems] A pressure sensor according to the present invention, which meets the above object, comprises: (A) a polymer piezoelectric film stretched so as to be planar and deformable; and (B) both surfaces of the polymer piezoelectric film. (C) holding the periphery of the polymer piezoelectric film from both sides via the electrode layer, and providing the pressure of the fluid on both sides of the polymer piezoelectric film, respectively. A pressure chamber forming body surrounding a space located on both sides of the polymer piezoelectric film to form a pressure chamber to be formed; and (D) individually introducing pressure of a fluid into both the pressure chambers.
And (E) an amplifier for transmitting a potential difference between both surfaces of the polymer piezoelectric film caused by deformation of the polymer piezoelectric film through the two electrode layers, and amplifying and outputting the potential difference. (F) Further, the pressure guiding paths from each of the inlet nozzles to each of the corresponding pressure chambers are bent, and the respective flow passage volumes are equalized, so that the pressure guiding paths to both surfaces of the piezoelectric film are formed. The pressure propagation time is substantially equal.

この圧力センサの測定対象流体は、気体と液体の両方
が可能である。
The fluid to be measured by this pressure sensor can be both gas and liquid.

この圧力センサは、フルイディック流量計やカルマン
渦流量計からなる気体流量計に用いて最適な圧力センサ
であり、圧力センサの上記2個の入口ノズルが、2本の
導圧用チューブ等を介して、流通される流体の流量に応
じた圧力変動を発生する流量計素子部に接続される。接
続においては、2つの導圧経路、つまり導圧用チューブ
の入口端から各圧力室、高分子圧電膜の各面に至るまで
の経路の容積が等しくされている。
This pressure sensor is an optimal pressure sensor used for a gas flow meter including a fluidic flow meter and a Karman vortex flow meter, and the two inlet nozzles of the pressure sensor are connected via two pressure guiding tubes and the like. , Which are connected to a flow meter element that generates pressure fluctuations in accordance with the flow rate of the flowing fluid. In the connection, the volumes of the two pressure guiding paths, that is, the paths from the inlet end of the pressure guiding tube to each pressure chamber and each surface of the polymer piezoelectric film are made equal.

また、圧力センサの2個の入口ノズルを流量計素子部
に直接、接続し、導圧用チューブを省くこともある。
In some cases, the two inlet nozzles of the pressure sensor are directly connected to the flow meter element to eliminate the pressure guiding tube.

上記圧力センサにおける高分子圧電膜は、たとえばポ
リフッ化ビニリデンと3フッ化エチレンの共重合体から
構成される。膜厚は、感度、強度、取扱いの容易性の点
から10〜100μmの範囲から選ぶのが好ましい。膜厚は
周知の製膜技術により、容易にかつ高精度に制御可能で
ある。
The piezoelectric polymer film in the pressure sensor is made of, for example, a copolymer of polyvinylidene fluoride and ethylene trifluoride. The film thickness is preferably selected from the range of 10 to 100 μm from the viewpoint of sensitivity, strength and ease of handling. The film thickness can be easily and precisely controlled by a known film forming technique.

高分子圧電膜の両面に設けられる電極層は、アルミニ
ウム、銅、金、ニッケル、パラジウム等の材質から構成
され、蒸着、スパッタリング、メッキ等のメタライジン
グ手法により高分子圧電膜の面に形成される。
The electrode layers provided on both surfaces of the polymer piezoelectric film are made of a material such as aluminum, copper, gold, nickel, and palladium, and are formed on the surface of the polymer piezoelectric film by a metallizing method such as evaporation, sputtering, and plating. .

各入口ノズルから、対応する各圧力室に至る導圧経路
は、導入されてくる流体が直接的に高分子圧電膜面に当
たらないよう、曲折構造になっている。
The pressure guiding path from each inlet nozzle to each corresponding pressure chamber has a bent structure so that the introduced fluid does not directly hit the polymer piezoelectric film surface.

高分子圧電膜両面間の電位差の増幅器への伝達につい
ては、両電極層を直接リード線等を介して増幅器に接続
するようにしてもよいが、両電極層に接続される圧力室
形成体又はその表面を導電体で構成し、そこからリード
線等を介して増幅器に接続する方が、構造的に簡単であ
る。
Regarding the transmission of the potential difference between both surfaces of the polymer piezoelectric film to the amplifier, both electrode layers may be directly connected to the amplifier via a lead wire or the like, but a pressure chamber forming body connected to both electrode layers or It is structurally simpler to form the surface with a conductor and then connect it to the amplifier via a lead wire or the like.

[作用] 上記のような圧力センサにおいては、流体の圧力が、
2個の入口ノズルを介して両圧力室に個別に導入され、
高分子圧電膜両側の差圧により高分子圧電膜が変形さ
れ、変形による自発分極によって電荷が膜表面に生じて
高分子圧電膜両面間に電位差が生じ、該電位差が両電極
層を介して増幅器に伝達され、増幅器で増幅された電圧
信号が出力される。
[Operation] In the pressure sensor as described above, the pressure of the fluid is
Introduced separately into both pressure chambers via two inlet nozzles,
The polymer piezoelectric film is deformed by the pressure difference between both sides of the polymer piezoelectric film, and a charge is generated on the film surface by spontaneous polarization due to the deformation, and a potential difference is generated between both surfaces of the polymer piezoelectric film, and the potential difference is amplified through both electrode layers. And a voltage signal amplified by the amplifier is output.

シリコンダイヤフラム式圧力センサに比べ、高分子圧
電膜自身から信号が発生するので、増幅器のみで目標と
する出力信号が取り出せる。また、特開昭58−169030号
公報の開示の構造に比べ、高分子圧電膜は圧力検出流体
の流通部に直接は曝されないので、膜支持のための金属
板等が不要であるとともに、高分子圧電膜のもつ柔軟性
を実質的にそのまま生かして、高感度化できるとともに
広い周波数域の圧力変動に追従させることができる。
Compared with a silicon diaphragm type pressure sensor, a signal is generated from the polymer piezoelectric film itself, so that a target output signal can be obtained only by the amplifier. Further, as compared with the structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-169030, the polymer piezoelectric film is not directly exposed to the flow passage of the pressure detecting fluid, so that a metal plate or the like for supporting the film is not required, and the high pressure is not required. By utilizing the flexibility of the molecular piezoelectric film substantially as it is, it is possible to increase the sensitivity and follow pressure fluctuations in a wide frequency range.

また、一枚の高分子圧電膜の両面に流体圧を導くの
で、同一の測定対象流体に対して2個の入口ノズルをそ
れぞれ異なる測定位置へと接続することより、流体全体
の圧力変動については両圧力室に同時に導きつつ一方の
経路からはその測定位置に対応する局部的な圧力変動を
導くことができる。流体全体の圧力変動は高分子圧電膜
の両面に同時に伝達されるので、高い周波数の変動成分
によって高分子圧電膜が変形することは抑えられる。そ
して、差圧に対応した電位差および差圧発生回数に対応
した周波数の信号が出力される。したがって、この圧力
センサをフルイディック流量計やカルマン渦流量計の流
量計素子部に接続することにより、ノイズとなり得る流
体全体の高い周波数の変動成分を自動的に消去しつつ、
流体振動による圧力変動成分あるいはカルマン渦による
圧力変動成分のみを高精度で検出できるようになり、複
雑な補償回路等をもたない簡単な構造でありながら、感
度の極めて高い流量計が実現される。
In addition, since fluid pressure is guided to both surfaces of one polymer piezoelectric film, two inlet nozzles are connected to different measurement positions for the same fluid to be measured. While simultaneously leading to both pressure chambers, a local pressure fluctuation corresponding to the measurement position can be guided from one path. Since the pressure fluctuation of the entire fluid is simultaneously transmitted to both surfaces of the polymer piezoelectric film, the deformation of the polymer piezoelectric film due to the high frequency fluctuation component is suppressed. Then, a signal having a potential difference corresponding to the differential pressure and a signal having a frequency corresponding to the number of occurrences of the differential pressure is output. Therefore, by connecting this pressure sensor to the flow meter element part of a fluidic flow meter or Karman vortex flow meter, while automatically eliminating high frequency fluctuation components of the entire fluid that may be noise,
High-precision detection of only pressure fluctuation components due to fluid vibration or pressure fluctuation components due to Karman vortices realizes a highly sensitive flow meter with a simple structure without complicated compensation circuits. .

そして、導圧経路をいずれも曲折させているので、導
入流体中にたとえ微粒異物が混入したとしても、それが
圧電膜面に付着、衝突したり、噴流が高分子圧電膜を直
撃して圧電膜を損傷させたり感度低下を起こすことが防
止される。さらに、各圧力室に至る導圧経路の流路容積
を等しくしているので、圧電膜の両面への圧力伝播時間
差、圧力差によるノイズは略完全に消去される。
Since the pressure guide paths are all bent, even if fine foreign matter is mixed in the introduced fluid, it adheres to and hits the piezoelectric film surface, or the jet directly hits the polymer piezoelectric film and causes Damage to the film and loss of sensitivity are prevented. Furthermore, since the flow passage volumes of the pressure guiding paths leading to the respective pressure chambers are made equal, noise due to the pressure propagation time difference and the pressure difference between both surfaces of the piezoelectric film is almost completely eliminated.

[実施例] 以下に、本発明の望ましい実施例を図面を参照して説
明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例に係る圧力センサ、第2
図は高分子圧電膜の構成を示しており、第3図はこの圧
力センサをフルイディック流量計に使用した場合、第6
図はカルマン渦流量計に使用した場合の例をそれぞれ示
している。
FIG. 1 shows a pressure sensor according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 shows the structure of the polymer piezoelectric film, and FIG. 3 shows the structure of the sixth embodiment when this pressure sensor is used in a fluidic flow meter.
The figure shows an example of a case where the present invention is used for a Karman vortex flow meter.

第1図において、1は本発明に係る圧力センサ全体を
示しており、該圧力センサ1は、第2図にも拡大して示
すような、高分子圧電膜2を有している。高分子圧電膜
2は、平面状にかつ変形可能に張設されている。高分子
圧電膜2の材質は、本実施例ではポリフッ化ビニリデン
と3フッ化エチレンの共重合体を使用したが他の高分子
圧電材料を用いてもよい。高分子圧電膜2の厚さは、感
度、強度、取扱い易さの点から、気体圧力センサとして
は10〜100μmが適当で、本実施例では15μmとした。
ただし本発明に係る圧力センサは、勿論液体用のものも
含み、測定対象液体に応じて高分子圧電膜の厚さ、後述
の電極部等の構造を適宜選択すればよい。また、図示は
省略するが、測定対象流体、圧力変動の大きさによって
は、薄い金属又はゴム製ダイヤフラムに高分子圧電膜を
張り付け、全体を補強された高分子圧電膜として扱うこ
とも可能である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an entire pressure sensor according to the present invention, and the pressure sensor 1 has a polymer piezoelectric film 2 as shown enlarged in FIG. The polymer piezoelectric film 2 is stretched to be flat and deformable. In this embodiment, the polymer piezoelectric film 2 is made of a copolymer of polyvinylidene fluoride and ethylene trifluoride, but other polymer piezoelectric materials may be used. The thickness of the polymer piezoelectric film 2 is suitably 10 to 100 μm as a gas pressure sensor from the viewpoints of sensitivity, strength, and ease of handling, and is 15 μm in this embodiment.
However, the pressure sensor according to the present invention includes, of course, those for liquids, and the thickness of the polymer piezoelectric film and the structure of the electrode section and the like described below may be appropriately selected according to the liquid to be measured. Although not shown, depending on the fluid to be measured and the magnitude of the pressure fluctuation, it is also possible to attach a polymer piezoelectric film to a thin metal or rubber diaphragm and treat the whole as a reinforced polymer piezoelectric film. .

高分子圧電膜2の両面には、それぞれ、蒸着、スパッ
タリング、メッキ等のメタライジングにより極薄電極層
3、4が形成されている。電極層3、4の材質は、前述
の如く、アルミニウム、銅、金、ニッケル、パラジウム
等から選択される。高分子圧電膜2の周縁部は、両側か
ら、電極層3、4を介して圧力室形成体としてのホルダ
電極5、6によって挾持されている。ホルダ電極5、6
も導電体、たとえば真ちゅうで構成され、電極5が電極
層3と、電極6が電極層4とそれぞれ導通されており、
両者間は高分子圧電膜2によって絶縁されている。ホル
ダ電極5、6は、高分子圧電膜2の両側に、図に示すよ
うに圧電膜2の両側に位置する空間を包囲することによ
り、流体の圧力が導入される圧力室7、8を形成してお
り、圧力室7、8は、絞り9、10部分以外は流体封入タ
イプに形成されている。高分子圧電膜2を保持したホル
ダ電極5、6は、フェノール樹脂からなるボデー11に保
持されており、ボデー11によりホルダ電極5、6の両側
に、絞り9を介して圧力室7と連通する前室12、および
絞り10を介して圧力室8と連通する前室13が形成されて
いる。このボデー11の材質は、絶縁体であれば任意の他
のエンジニアリングプラスチックが使用できる。なお、
絞り9、10は、直径0.1〜0.5mm程度が適当である。
Ultra-thin electrode layers 3 and 4 are formed on both surfaces of the polymer piezoelectric film 2 by metallization such as vapor deposition, sputtering, and plating. As described above, the material of the electrode layers 3 and 4 is selected from aluminum, copper, gold, nickel, palladium and the like. The periphery of the polymer piezoelectric film 2 is sandwiched from both sides by holder electrodes 5 and 6 as pressure chamber forming members via electrode layers 3 and 4. Holder electrodes 5, 6
The electrode 5 is electrically connected to the electrode layer 3, and the electrode 6 is electrically connected to the electrode layer 4, respectively.
Both are insulated by the polymer piezoelectric film 2. The holder electrodes 5, 6 form pressure chambers 7, 8 on both sides of the polymer piezoelectric film 2, which surround the spaces located on both sides of the piezoelectric film 2 as shown in the figure, into which the pressure of the fluid is introduced. The pressure chambers 7 and 8 are formed as a fluid-filled type except for the portions of the throttles 9 and 10. The holder electrodes 5 and 6 holding the polymer piezoelectric film 2 are held by a body 11 made of a phenol resin, and communicate with the pressure chamber 7 via the throttle 9 on both sides of the holder electrodes 5 and 6 by the body 11. A front chamber 12 and a front chamber 13 communicating with the pressure chamber 8 via the throttle 10 are formed. As the material of the body 11, any other engineering plastic can be used as long as it is an insulator. In addition,
The diameter of the apertures 9 and 10 is suitably about 0.1 to 0.5 mm.

前室12、13は、導入路14、15を介して2個の入口ノズ
ル16、17にそれぞれ個別に連通している。入口ノズル1
6、17は、本実施例では同方向に向けて開口されている
が、開口方向は任意の方向でよい。ただし、導入路14、
15の前室12、13への開口部は、絞り9、10とは対向され
ずに位置がずれている。すなわち、導圧経路が曲折構造
になっている。そして本実施例では、入口ノズル16から
圧力室7に至る流体圧力導入経路の容積と、入口ノズル
17から圧力室8に至る流体圧力導入経路の容積とが等し
くなるように、各通路容積が設定されている。
The front chambers 12 and 13 are individually connected to two inlet nozzles 16 and 17 via introduction paths 14 and 15, respectively. Inlet nozzle 1
In the present embodiment, the openings 6 and 17 are opened in the same direction, but the openings may be in any direction. However, introduction route 14,
The openings of the 15 into the front chambers 12 and 13 are not opposed to the diaphragms 9 and 10, but are shifted in position. That is, the pressure guiding path has a bent structure. In this embodiment, the volume of the fluid pressure introduction path from the inlet nozzle 16 to the pressure chamber 7 and the volume of the inlet nozzle
Each passage volume is set such that the volume of the fluid pressure introduction path from 17 to the pressure chamber 8 is equal.

ホルダ電極5、6には、それぞれ、ハンダ付け等によ
りリード線18、19が接続され、リード線18、19は増幅器
20に接続されている。この増幅器20には、高分子圧電膜
2の変形により生じる高分子圧電膜両面間の電位差が電
極層3、4、ホルダ電極5、6、リード線18、19を介し
て伝達され、増幅器20で電位差が増幅されて電圧信号と
して出力端子21から出力される。増幅器20は樹脂22に埋
設され、樹脂22とボデー11全体はシールドケース23に収
納されている。シールドケース23は、本実施例では真ち
ゅう板を加工して作製したが、樹脂製ケース表面にメタ
ライジング加工するか、導電性樹脂を使用して成型加工
してもよい。
Lead wires 18 and 19 are connected to the holder electrodes 5 and 6 by soldering or the like, respectively.
Connected to 20. The potential difference between both surfaces of the polymer piezoelectric film caused by the deformation of the polymer piezoelectric film 2 is transmitted to the amplifier 20 via the electrode layers 3 and 4, the holder electrodes 5 and 6, and the leads 18 and 19. The potential difference is amplified and output from the output terminal 21 as a voltage signal. The amplifier 20 is embedded in a resin 22, and the resin 22 and the entire body 11 are housed in a shield case 23. In this embodiment, the shield case 23 is manufactured by processing a brass plate, but may be formed by metallizing the surface of a resin case or by molding using a conductive resin.

上記のように構成された圧力センサ1の作用を、該圧
力センサ1をフルイディック気体流量計に用いた場合の
構成および作用とともに以下に説明する。
The operation of the pressure sensor 1 configured as described above will be described below together with the configuration and operation when the pressure sensor 1 is used in a fluid gas flow meter.

第3図は、圧力センサ1をフルイディック流量計に適
用した場合の構成を示しており、図中30がフルイディッ
ク流量計における流量計素子部を示している。流量計素
子部30を、矢印の方向に測定対象気体が流通される。31
は流路縮小部で、その先端の噴出ノズル32から流速の増
大された噴流が噴出される。噴流の主流は、流路拡大部
33を構成する一対の隔壁34、35のいずれか一方の壁面に
沿って流れるが、該壁面流の一部は方向転換されて制御
ノズル36(又は37)から上記噴出ノズル32からの噴流に
直交するように指向され、噴出ノズル32からの噴流がも
う一方の隔壁に沿って流れるよう力が作用する。これが
くり返されるため気体は隔壁34、35に対し交互に沿うよ
うに流れ、この流動変化に対応して流量計素子部30内に
圧力変動が生じる。上記流動変化の周波数は気体流量に
比例しているので、圧力変動の周波数を検出することに
より流量を測定できる。なお、図における38は、噴流を
いずれか一方の隔壁に効率よくふり向けるためのターゲ
ットである。
FIG. 3 shows a configuration in a case where the pressure sensor 1 is applied to a fluidic flow meter. In the drawing, reference numeral 30 denotes a flow meter element in the fluidic flow meter. The gas to be measured flows through the flow meter element section 30 in the direction of the arrow. 31
Is a flow channel reducing portion, and a jet having an increased flow velocity is jetted from the jet nozzle 32 at the tip thereof. The main stream of the jet is the channel expansion section
33 flows along one of the wall surfaces of the pair of partition walls 34 and 35, and a part of the wall flow is changed in direction and is orthogonal to the jet from the jet nozzle 32 from the control nozzle 36 (or 37). And a force acts so that the jet from the jet nozzle 32 flows along the other partition. Since this is repeated, the gas flows along the partition walls 34 and 35 alternately, and a pressure fluctuation occurs in the flow meter element unit 30 in accordance with the flow change. Since the frequency of the flow change is proportional to the gas flow rate, the flow rate can be measured by detecting the frequency of the pressure fluctuation. Reference numeral 38 in the figure denotes a target for efficiently directing the jet to one of the partition walls.

上記のような流量計素子部30内に、内圧取出口39、40
が設けられ、内圧取出圧口39、40が導圧用チューブ41、
42を介して圧力センサ1の入口ノズル16、17にそれぞれ
接続される。図中43は、前述の圧力センサ1における、
高分子圧電膜2を含む圧力検出部を略して示したもので
ある。
Inside the flow meter element 30 as described above, the internal pressure outlets 39, 40
Is provided, and the internal pressure extraction pressure ports 39, 40 are provided with pressure guiding tubes 41,
It is connected to the inlet nozzles 16 and 17 of the pressure sensor 1 via 42, respectively. In the drawing, reference numeral 43 denotes the pressure sensor 1 described above.
2 schematically shows a pressure detecting section including the polymer piezoelectric film 2.

流量計素子部30の内部で流れが内圧取出口39側に切替
ったとき、内圧取出口39近傍の流体圧力は内圧取出口40
近傍よりも高くなり、逆に流れが内圧取出口40側に切替
ると、内圧取出口40近傍の流体圧力の方が高くなる。こ
の内圧取出口39、40間の周期的な圧力変動が、導圧用チ
ューブ41、入口ノズル16、導入路14、前室12、絞り9、
圧力室7の導圧経路と、導圧用チューブ42、入口ノズル
17、導入路15、前室13、絞り10、圧力室8の導圧経路と
を通して、高分子圧電膜2の両面側にそれぞれ導かれ
る。したがって、高分子圧電膜2の両面側には、交互に
大小関係が逆の差圧がくり返し作用し、該差圧により高
分子圧電膜2が圧力室7側と圧力室8側とに交互に変形
する。変形による自発分極により高分子圧電膜2の表面
には電荷が生じ、両面間には交番状電位差が生じる。こ
の電位差の変化の周期は、上述の流量計素子部30内にお
ける流動変化の周期と同一であり、この電位差が電極層
3、4、ホルダ電極5、6、リード線18、19を介して増
幅器20に伝達され、適切に増幅されて電圧信号として出
力される。この電圧信号を適当な信号処理回路(図示
略)に送り、電気パルス列に整調して単位時間当りのパ
ルス発生数を計測すれば、流量計素子部30における気体
流量に比例した信号が得られ、流量が測定される。ま
た、前述の内圧取出口39、40におる差圧は流量に対応
し、高分子圧電膜2両面に導入された圧力の差圧の大き
さと高分子圧電膜2の変形量とが比例し、高分子圧電膜
2の変形量と変形により高分子圧電膜2から発生する電
圧の大きさとは比例するので、出力信号を、その大きさ
が圧力に比例したアナログ信号として取り出すことも可
能である。
When the flow is switched to the internal pressure outlet 39 side inside the flow meter element unit 30, the fluid pressure near the internal pressure outlet 39 becomes the internal pressure outlet 40.
When the flow is switched to the internal pressure outlet 40 side, on the contrary, the fluid pressure near the internal pressure outlet 40 becomes higher. The periodic pressure fluctuation between the internal pressure outlets 39 and 40 is caused by the pressure guiding tube 41, the inlet nozzle 16, the introduction path 14, the front chamber 12, the throttle 9,
Pressure guiding path of pressure chamber 7, pressure guiding tube 42, inlet nozzle
17, the introduction path 15, the front chamber 13, the restrictor 10, and the pressure guiding path of the pressure chamber 8, are guided to both sides of the polymer piezoelectric film 2, respectively. Therefore, on both sides of the polymer piezoelectric film 2, a differential pressure having a magnitude relationship opposite to that of the polymer piezoelectric film 2 is alternately applied, and the polymer piezoelectric film 2 is alternately formed on the pressure chamber 7 side and the pressure chamber 8 side by the differential pressure. Deform. Due to the spontaneous polarization due to the deformation, a charge is generated on the surface of the polymer piezoelectric film 2, and an alternating potential difference is generated between both surfaces. The cycle of the change in the potential difference is the same as the cycle of the flow change in the flow meter element section 30 described above. This potential difference is amplified by the amplifier via the electrode layers 3 and 4, the holder electrodes 5 and 6, and the leads 18 and 19. It is transmitted to 20 and appropriately amplified and output as a voltage signal. If this voltage signal is sent to an appropriate signal processing circuit (not shown), and the number of pulses generated per unit time is measured by adjusting to an electric pulse train, a signal proportional to the gas flow rate in the flow meter element unit 30 can be obtained. The flow is measured. Further, the differential pressure at the internal pressure outlets 39 and 40 corresponds to the flow rate, and the magnitude of the differential pressure of the pressure introduced to both surfaces of the polymer piezoelectric film 2 is proportional to the deformation amount of the polymer piezoelectric film 2, Since the amount of deformation of the polymer piezoelectric film 2 and the magnitude of the voltage generated from the polymer piezoelectric film 2 due to the deformation are proportional, it is also possible to take out the output signal as an analog signal whose magnitude is proportional to the pressure.

この圧力センサ1は、高分子圧電膜2を両側に圧力室
7、8を有する状態にて、実質的に容器状体の中に閉じ
込めた状態で保持し、流体の流れによる不必要な力が直
接的に高分子圧電膜2に作用しないようにしたので、高
分子圧電膜2を保護および補強板等なしで使用できると
ともにその膜厚も10〜100μmと非常に薄くでき、高分
子圧電膜2の柔軟性の特徴を最大限に発揮させて、極め
て微弱な差圧によっても高分子圧電膜2の変形による出
力信号を得ることができる。したがって上記流量計に適
用した場合にも圧力変動に対する検出感度が極めて高
い。従来のピエゾ抵抗効果を利用するシリコン製ダイヤ
フラムで検出素子を構成する圧力センサでは、通常、高
感度タイプでも0.2mmH2O程度の圧力変動までしか検出で
きないが、本発明による圧力センサ1では、0.002mmH2O
程度の微小圧力変動の検出が可能になる。また、高分子
圧電膜2の両面にメタライジングによる極く薄い電極層
3、4を形成するだけであるから、実質的に高分子圧電
膜2のみの場合と同等の圧電膜柔軟性を維持でき、上記
の如く微小圧力変動の検出とともに、0.1Hz〜数MHz程度
の広い周波数域の圧力変動に追従することが可能とな
る。
The pressure sensor 1 holds the polymer piezoelectric film 2 in a state of having the pressure chambers 7 and 8 on both sides and in a state of being substantially confined in a container-like body. Since the polymer piezoelectric film 2 is prevented from directly acting on the polymer piezoelectric film 2, the polymer piezoelectric film 2 can be used without protection and a reinforcing plate, and the film thickness can be extremely thin as 10 to 100 μm. In this way, an output signal due to the deformation of the polymer piezoelectric film 2 can be obtained even by an extremely weak differential pressure. Therefore, even when applied to the above flowmeter, the detection sensitivity to pressure fluctuation is extremely high. A conventional pressure sensor comprising a silicon diaphragm using a piezoresistive effect as a detecting element can normally detect only a pressure fluctuation of about 0.2 mmH 2 O even with a high-sensitivity type. mmH 2 O
It becomes possible to detect a minute pressure fluctuation. Further, since only extremely thin electrode layers 3 and 4 are formed on both surfaces of the polymer piezoelectric film 2 by metallizing, the same flexibility of the piezoelectric film as in the case of only the polymer piezoelectric film 2 can be maintained. As described above, it is possible to detect a minute pressure fluctuation and follow a pressure fluctuation in a wide frequency range of about 0.1 Hz to several MHz.

また、高分子圧電膜2は、その製造において、比較的
容易に高精度に厚さ制御できる。膜厚が高精度に設定さ
れることにより、高感度に加え、測定精度も向上され
る。
Further, the thickness of the polymer piezoelectric film 2 can be controlled relatively easily and with high precision in its manufacture. By setting the film thickness with high accuracy, measurement accuracy is improved in addition to high sensitivity.

また、導入路14、15の前室12、13への開口部を、絞り
9、10とは対向させずにずらして配置したので、導入流
体中にたとえ微粒異物が混入したとしても、それが圧電
膜面に付着、衝突したり、噴流が高分子圧電膜2を直撃
して圧電膜を損傷させたり感度低下を起こすことが防止
される。
In addition, since the openings of the introduction passages 14 and 15 to the front chambers 12 and 13 are displaced without being opposed to the diaphragms 9 and 10, even if fine foreign matter is mixed in the introduced fluid, it is not affected. It is possible to prevent the piezoelectric film from being attached to or colliding with the surface of the piezoelectric film, or from directly hitting the polymer piezoelectric film 2 to damage the piezoelectric film or to lower the sensitivity.

また、高分子圧電膜2の両面に流体圧を導く構造であ
るので、圧力センサ1を上記のような流量計に使用した
場合、内圧取出口39、40から導入される流体全体の高い
周波数の圧力変動成分は高分子圧電膜2の両面に同時に
等しく加わることになり、流体流量測定上ノイズとなり
得る流体全体の高い周波数の圧力変動成分によっては高
分子圧電膜2は変形せず、この高い周波数のノイズ成分
を自動的に消去することが可能となる。
In addition, since the fluid pressure is introduced to both surfaces of the polymer piezoelectric film 2, when the pressure sensor 1 is used in a flow meter as described above, the high frequency of the entire fluid introduced from the internal pressure outlets 39 and 40 is reduced. The pressure fluctuation component is applied equally to both surfaces of the polymer piezoelectric film 2 at the same time, and the polymer piezoelectric film 2 is not deformed by the high frequency pressure fluctuation component of the entire fluid which may be a noise in fluid flow rate measurement. Can be automatically eliminated.

とくに入口ノズル16、17から圧力室7、8に至る両導
圧経路の容積を等しくしているので、導圧用チューブ4
1、42を長さを整えることにより、内圧取出口39、40か
ら高分子圧電膜2両面への圧力/伝播時間が等しくな
り、上記濾波効果が高く保たれる。この濾波効果につい
て、第4図に示す如く、高分子圧電膜50の両側にホルダ
電極51、52により圧力室52、54を形成したテスト用圧力
センサ55を用い、圧空源56から供給されてくる空気を絞
り弁57で絞り、それによって発生する可聴周波数ノイズ
を小型タンク58から導圧用チューブ59、60、圧力センサ
55の両入口ノズル61、62を介して高分子圧電膜50両面に
導き、増幅器63を介して出力端子64から出力電圧を測定
する装置を用いて、導圧用チューブ59、60の内容積差を
変えて可聴周波数ノイズ低減効果を調べた。その結果、
第5図に示すように、導圧用チューブ59、60の容積差の
ある場合と比較して、容積差を20mm3以内に整えれば、
ノイズは殆んど消去できることが判った。したがって、
前述の如く、第3図に示した流量測定において、高分子
圧電膜2両面への両導圧経路の容積差を無くすることに
よって、流体全体に発生するノイズは略完全に消去され
る。これに加え、圧力センサ1における前室12、13およ
び絞り9、10は低域フィルタとして作用するので、測定
対象流体に伝わってくる外部騒音や配管系の絞り部分で
発生するノイズは効率よく消され、流量計出力信号とノ
イズとの比(SN比)は極めて高くなる。
In particular, since the pressure guiding paths from the inlet nozzles 16 and 17 to the pressure chambers 7 and 8 have the same volume, the pressure guiding tube 4
By adjusting the length of 1, 42, the pressure / propagation time from the internal pressure outlets 39, 40 to both surfaces of the polymer piezoelectric film 2 becomes equal, and the above-mentioned filtering effect is kept high. As shown in FIG. 4, this filtering effect is supplied from a pressurized air source 56 using a test pressure sensor 55 in which pressure chambers 52, 54 are formed by holder electrodes 51, 52 on both sides of a polymer piezoelectric film 50. The air is throttled by a throttle valve 57, and audible frequency noise generated by the throttle valve 57 is reduced from a small tank 58 to pressure guiding tubes 59 and 60, a pressure sensor.
The internal volume difference between the pressure guiding tubes 59 and 60 is measured by using a device that guides both sides of the polymer piezoelectric film 50 through both inlet nozzles 61 and 62 of 55 and measures an output voltage from an output terminal 64 through an amplifier 63. The audible frequency noise reduction effect was examined by changing. as a result,
As shown in FIG. 5, when the volume difference is adjusted within 20 mm 3 as compared with the case where there is a volume difference between the pressure guiding tubes 59 and 60,
It was found that the noise could be almost completely eliminated. Therefore,
As described above, in the flow rate measurement shown in FIG. 3, by eliminating the volume difference between the two pressure guiding paths to both surfaces of the polymer piezoelectric film 2, noise generated in the entire fluid is almost completely eliminated. In addition, since the front chambers 12 and 13 and the throttles 9 and 10 in the pressure sensor 1 function as low-pass filters, external noise transmitted to the fluid to be measured and noise generated at the throttle portion of the piping system are efficiently eliminated. Thus, the ratio (SN ratio) between the flow meter output signal and the noise becomes extremely high.

次に第6図に本発明による圧力センサをカルマン渦流
量計に使用した場合の例を示す。
Next, FIG. 6 shows an example in which the pressure sensor according to the present invention is used for a Karman vortex flowmeter.

第6図において、70はカルマン渦流量計の流量計素子
部を示しており、71は渦発生体を示している。図の矢印
の方向に流れてきた流体は、渦発生体71に当たることに
より、その後流に断続的にカルマン渦72を発生させる。
このカルマン渦72の通過部分に、一方の内圧取出口73が
設けられ、他方の内圧取出口74は流量計素子部70の内壁
面部に設けられている。両内圧取出口73、74は、導圧用
チューブ75、76を介して圧力センサ1の入口ノズル16、
17に接続される。その他の構成は第3図および第1図に
示した構成に準じる。
6, reference numeral 70 denotes a flow meter element of the Karman vortex flow meter, and 71 denotes a vortex generator. The fluid flowing in the direction of the arrow in the figure hits the vortex generator 71, and generates a Karman vortex 72 intermittently in the subsequent flow.
One of the internal pressure outlets 73 is provided in the passage portion of the Karman vortex 72, and the other internal pressure outlet 74 is provided on the inner wall surface of the flow meter element 70. The two internal pressure outlets 73 and 74 are connected to the inlet nozzle 16 of the pressure sensor 1 through the pressure guiding tubes 75 and 76, respectively.
Connected to 17. Other configurations are the same as those shown in FIGS. 3 and 1.

このようなカルマン渦流量計においては、流体の流量
に比例して単位時間当りのカルマン渦の発生数が変化
し、内圧取出口73部におけるカルマン渦通過数を計測す
ることにより流量が検出される。カルマン渦通過の際の
圧力変動が、内圧取出口73、導圧用チューブ75、入口ノ
ズル16を介して高分子圧電膜2の片面側に導入され、内
圧取出口74、導圧用チューブ76、入口ノズル17を介して
通過流体全体の圧力および圧力変動が高分子圧電膜2の
他面側に導入される。したがって高分子圧電膜2の両面
に圧力を導入して差圧を検出することにより流体全体の
圧力変動分(高い周波数のノイズ分)が効果的に消去さ
れつつ、柔軟な高分子圧電膜2によってカルマン渦通過
による圧力変動が精度よく検出され、高感度、高精度の
流量測定が可能になる。その他の作用は前述のフルイデ
ィック流量計の場合に準じる。
In such a Karman vortex flowmeter, the number of Karman vortices generated per unit time changes in proportion to the flow rate of the fluid, and the flow rate is detected by measuring the number of Karman vortices passing through the internal pressure outlet 73. . The pressure fluctuation during the passage of the Karman vortex is introduced into one side of the polymer piezoelectric film 2 via the internal pressure outlet 73, the pressure guiding tube 75, and the inlet nozzle 16, and the internal pressure outlet 74, the pressure guiding tube 76, the inlet nozzle The pressure and the pressure fluctuation of the entire passing fluid are introduced to the other surface side of the piezoelectric polymer film 2 via 17. Therefore, by introducing pressure to both surfaces of the polymer piezoelectric film 2 and detecting the differential pressure, the pressure fluctuation (the high frequency noise) of the entire fluid is effectively eliminated, and the flexible polymer piezoelectric film 2 is used. Pressure fluctuation due to Karman vortex passage is detected with high accuracy, and high-sensitivity, high-precision flow measurement becomes possible. Other operations are the same as those of the above-described fluidic flow meter.

以上の説明はフルイディック流量計、カルマン渦流量
計について行ったが、他の流量計であっても圧力変動検
出を必須とするものであれば本発明による圧力センサの
適用が可能である。また、本発明による圧力センサは高
分子圧電膜の両面側の差圧を検出できるようになってい
るが、たとえば一方の入口ノズルを大気開放しておき、
他方の入口ノズルに測定対象流体の圧力を導くようにす
れば、大気圧に対するゲージ圧を高感度で測定すること
ができる。さらに一方の入口ノズルを予め較正された一
定圧の流体が封入された封入容器に接続しておき、他方
の入口ノズルに測定対象流体の圧力を導くようにすれ
ば、圧力の絶対値を高精度で検出できる圧力センサとし
て使用することもできる。
Although the above description has been made with respect to a fluidic flow meter and a Karman vortex flow meter, the pressure sensor according to the present invention can be applied to other flow meters as long as the pressure fluctuation detection is essential. Further, the pressure sensor according to the present invention can detect the differential pressure on both sides of the polymer piezoelectric film. For example, one of the inlet nozzles is opened to the atmosphere,
If the pressure of the fluid to be measured is guided to the other inlet nozzle, the gauge pressure with respect to the atmospheric pressure can be measured with high sensitivity. In addition, if one inlet nozzle is connected to a sealed container filled with a pre-calibrated fluid at a constant pressure and the pressure of the fluid to be measured is guided to the other inlet nozzle, the absolute value of the pressure can be accurately determined. It can also be used as a pressure sensor that can be detected by.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明の圧力センサによるとき
は、高分子圧電膜の両側に圧力室を形成し、2個の入口
ノズルから個別に流体圧力を高分子圧電膜の両側に導入
して高分子圧電膜の有する柔軟性を維持させつつ両側の
差圧を検出できるようにしたので、微弱な圧力変動まで
高感度で検出できるとともに極低周波から超高周波まで
の広い周波数域の圧力変動まで検出できる。また、信号
処理としては、高分子圧電膜自身から発生する電位差を
増幅器で増幅するだけで適切な電圧信号として出力でき
るので、応答速度が極めて速いとともに構造的にも極め
て簡単であり、製造が容易であるとともに安価な圧力セ
ンサを実現できる。しかも、導圧経路をいずれも曲折さ
せているので、導入流体中にたとえ微粒異物が混入した
としても、それが圧電膜面に付着、衝突したり、噴流が
高分子圧電膜を直撃して圧電膜を損傷させたり感度低下
を起こすことが防止される。さらに、各圧力室に至る導
圧経路の流路容積を等しくしたので、圧電膜の両面への
圧力伝播時間差、圧力差によるノイズを略完全に消去で
きる。
[Effects of the Invention] As described above, when using the pressure sensor of the present invention, pressure chambers are formed on both sides of the polymer piezoelectric film, and fluid pressures are individually applied from two inlet nozzles to both sides of the polymer piezoelectric film. To detect the differential pressure on both sides while maintaining the flexibility of the polymer piezoelectric film, so that it can detect small pressure fluctuations with high sensitivity and a wide frequency range from extremely low frequency to ultra-high frequency Up to pressure fluctuations. In signal processing, the potential difference generated from the polymer piezoelectric film itself can be output as an appropriate voltage signal only by amplifying it with an amplifier, so that the response speed is extremely fast and the structure is extremely simple, making it easy to manufacture. In addition, an inexpensive pressure sensor can be realized. In addition, since the pressure guiding paths are all bent, even if fine foreign matter is mixed in the introduced fluid, it adheres to and hits the piezoelectric film surface, or the jet directly hits the polymer piezoelectric film and causes Damage to the film and loss of sensitivity are prevented. Further, since the flow volume of the pressure guiding path leading to each pressure chamber is made equal, noise caused by the pressure propagation time difference and the pressure difference to both surfaces of the piezoelectric film can be almost completely eliminated.

また本発明による圧力センサをフルイディック流量計
やカルマン渦流量計に使用することにより、低流量域か
ら高流量域まで高感度な流量測定を行うことができ、か
つノイズ成分を実質的に消去して高精度な流量測定を行
うことができる。
In addition, by using the pressure sensor according to the present invention for a fluidic flow meter or a Karman vortex flow meter, high-sensitivity flow measurement can be performed from a low flow rate range to a high flow rate range, and a noise component is substantially eliminated. And high-accuracy flow measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る圧力センサの断面図、 第2図は第1図の圧力センサの高分子圧電膜の拡大部分
断面図、 第3図は第1図の圧力センサをフルイディック流量計に
使用した場合の概略構成図、 第4図は本発明による圧力センサの濾波効果を試験する
ための装置の系統図、 第5図は第4図の装置による試験の結果を示す容積差と
ノイズの大きさとの関係図、 第6図は第1図の圧力センサをカルマン渦流量計に使用
した場合の概略構成図、 である。 1、55……圧力センサ 2、50……高分子圧電膜 3、4……電極層 5、6、51、52……圧力空形成体としてのホルダ電極 7、8、53、54……圧力室 9、10……絞り 11……ボデー 12、13……前室 14、15……導入路 16、17、61、62……入口ノズル 18、19……リード線 20、63……増幅器 21、64……出力端子 23……シールドケース 30……フルイディック流量計の流量計素子部 31……流路縮小部 32……噴出ノズル 34、35……隔壁 36、37……制御ノズル 38……ターゲット 39、40、73、74……内圧取出口 41、42、59、60、75、76……導圧用チューブ 43……圧力検出部 56……圧空源 57……絞り弁 58……小型タンク、70……カルマン渦流量計の流量計素
子部 71……渦発生体 72……カルマン渦
1 is a sectional view of a pressure sensor according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged partial sectional view of a polymer piezoelectric film of the pressure sensor of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view of the pressure sensor of FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a device for testing the filtering effect of a pressure sensor according to the present invention, and FIG. 5 shows the results of a test using the device shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the volume difference and the magnitude of noise. FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration when the pressure sensor of FIG. 1 is used in a Karman vortex flowmeter. 1, 55: Pressure sensor 2, 50: Polymer piezoelectric film 3, 4, ... Electrode layer 5, 6, 51, 52: Holder electrode as pressure air forming body 7, 8, 53, 54: Pressure Chamber 9, 10… Restrictor 11… Body 12, 13… Front chamber 14, 15… Introductory passage 16, 17, 61, 62… Inlet nozzle 18, 19… Lead wire 20, 63… Amplifier 21 , 64… Output terminal 23… Shield case 30… Flow meter element part of fluidic flow meter 31… Flow path reducing part 32… Jet nozzles 34, 35… Partition walls 36, 37… Control nozzle 38… … Target 39, 40, 73, 74… Internal pressure outlet 41, 42, 59, 60, 75, 76… Pressure guiding tube 43… Pressure detector 56… Compressed air source 57… Throttle valve 58… Compact Tank, 70: Flow meter element of Karman vortex flow meter 71: Vortex generator 72: Karman vortex

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−110918(JP,A) 特開 昭56−133639(JP,A) 特開 昭57−147027(JP,A) 実開 昭62−35244(JP,U) 特公 昭52−10632(JP,B2) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-57-110918 (JP, A) JP-A-56-1333639 (JP, A) JP-A-57-147027 (JP, A) 35244 (JP, U) JP-B 52-10632 (JP, B2)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(A)平面状にかつ変形可能に張設された
高分子圧電膜と; (B)該高分子圧電膜の両面にそれぞれ設けられた電極
層と; (C)該電極層を介して前記高分子圧電膜の周縁部を両
側から保持するとともに、前記高分子圧電膜の両側にそ
れぞれ設けられ、流体の圧力が導入される圧力室を形成
するために前記高分子圧電膜両側に位置する空間を包囲
する圧力室形成体と; (D)前記両圧力室へと個別に流体の圧力を導入する2
個の入口ノズルと; (E)前記高分子圧電膜の変形により生じる高分子圧電
膜両面間の電位差が前記両電極層を介して伝達され、該
電位差を増幅して出力する増幅器と;を備え、 (F)かつ、各前記入口ノズルから、対応する各前記圧
力室に至る導圧経路は、いずれも曲折しているととも
に、それぞれの流路容積が等しくされていることによっ
て圧電膜両面への圧力伝播時間をほぼ等しくしたことを
特徴とする圧力センサ。
(A) a polymer piezoelectric film stretched in a planar and deformable manner; (B) electrode layers respectively provided on both surfaces of the polymer piezoelectric film; and (C) the electrode layer. And a peripheral portion of the polymer piezoelectric film is held from both sides through the polymer piezoelectric film, and both sides of the polymer piezoelectric film are formed on both sides of the polymer piezoelectric film to form pressure chambers into which fluid pressure is introduced. A pressure chamber forming body surrounding a space located at a position (2); and (D) introducing a pressure of a fluid individually into the two pressure chambers.
And (E) an amplifier for transmitting a potential difference between both surfaces of the polymer piezoelectric film caused by deformation of the polymer piezoelectric film through the two electrode layers, and amplifying and outputting the potential difference. (F) Further, the pressure guiding paths from each of the inlet nozzles to each of the corresponding pressure chambers are bent, and the respective flow passage volumes are equalized, so that the pressure guiding paths to both surfaces of the piezoelectric film are formed. A pressure sensor wherein pressure propagation times are substantially equal.
【請求項2】前記流体が気体である請求項1記載の圧力
センサ。
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein said fluid is a gas.
【請求項3】流通される気体の流量に応じた圧力変動を
発生する流量計素子部に、請求項2記載の圧力センサの
前記2個の入口ノズルを接続した気体流量計。
3. The gas flow meter according to claim 2, wherein said two inlet nozzles of the pressure sensor are connected to a flow meter element for generating a pressure fluctuation according to a flow rate of a gas to be circulated.
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