JP3141645B2 - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
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Description
にたとえば、圧電型の振動子を圧力検知手段として用い
た圧力センサに関する。
の圧電型の圧力センサとして、ダイアフラム弁を用いた
ものがあった。こうした圧力センサでは、ダイアフラム
弁に圧電特性を持たせ、圧力によるダイアフラム弁の変
位を検出する。
た従来の圧力センサでは、高圧力は検出できるが、微少
圧力を検出することはできなかった。
圧力のみならず微少圧力も検出することができる圧力セ
ンサを提供することである。
力検知手段として用いた、圧力センサにおいて、振動子
は、振動体と、振動体の一方主面に形成される円状の第
1の圧電体と、振動体の他方主面に形成される円状の第
2の圧電体と、第1の圧電体の一方主面に形成された円
状の第1の電極およびその外側に形成された中空円状の
第2の電極と、第2の圧電体の一方主面に形成された円
状の第3の電極およびその外側に形成された中空円状の
第4の電極とを含み、第1の電極および第3の電極に挟
まれた内円部と、第2の電極および第4の電極に挟まれ
た外円部とが、伸びと縮みが逆となるような径方向への
振動をする、圧力センサである。
に挟まれる内円部と、第2の電極および第4の電極に挟
まれる外円部とが、伸びと縮みが逆となるような径方向
への振動をするので、圧電体が共振しても、圧電体の円
径が変わらず、振動が漏れない。また、この振動子を圧
力センサの圧力検知手段として用いることによって、変
位による圧力変化以外に共振特性の変化を検知すること
ができる。
よる圧力変化以外に共振特性の変化を検知することがで
きるので、圧力変化の検知の感度を高めることができ、
高圧力のみならず微少圧力も検出することができる。ま
た、この圧力センサの圧力検知手段として用いられる振
動子は、共振しても、圧電体の円径が変わらず、振動が
漏れないので、共振特性が安定し、圧力センサの特性を
安定化することができる。そして、圧力変化の検知の感
度を高めることができるので、小型で低コストの圧力セ
ンサを得ることができる。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
る。圧力センサ10は図2に示す振動子11を含む。振
動子11は振動体としてのダイアフラム弁12を含む。
ダイアフラム弁12は、金属やセラミックなどの非圧電
体によって、切削,プレス,エッチングなどの加工手段
で形成される。ダイアフラム弁12の両主面には、それ
ぞれ圧電体14aおよび14bが形成される。
し、圧電セラミックやZnOなどによって形成される。
圧電体14aの一方主面には、円状の第1の電極18a
が形成され、さらに第1の電極18aの外側に中空円状
の第2の電極18bが形成される。同様に、圧電体14
bの一方主面には、円状の第3の電極20aが形成さ
れ、さらに第3の電極20aの外側に中空円状の第4の
電極20bが形成される。また、ダイアフラム弁12
は、第1の電極18aおよび第3の電極20aに挟まれ
る内円部12aと、第2の電極18bおよび第4の電極
20bに挟まれる外円部12bとを含む。第1の電極1
8a,第2の電極18b,第3の電極20aおよび第4
の電極20bは、内円部12aの外径および外円部12
bの内径が、ダイアフラム弁12の半径の1/2とほぼ
等しくなるように形成される。
抵抗22およびトランス24の1次コイルを介して接地
される。また、第2の電極18bは、抵抗26およびト
ランス24の2次コイルを介して接地される。第3の電
極20aは、抵抗30およびトランス24の1次コイル
を介して接地される。また、第4の電極20bは、抵抗
32およびトランス24の2次コイルを介して接地され
る。さらに、第1の電極18aおよび第3の電極20a
は、交流電源34を介して接地される。そして、第1の
電極18aと第3の電極20aとが、差動回路36の2
つの入力端にそれぞれ接続され、第2の電極18bと第
4の電極20bとが、差動回路38の2つの入力端にそ
れぞれ接続される。
と、ダイアフラム弁12の外円部12bとが、伸びと縮
みが逆となるような長さ振動をするように、電極18
a,18b,20aおよび20bは配置され、圧電体1
4aおよび14bの特性や印加電圧(駆動信号)の極性
が定められる。
は、ダイアフラム弁12の半径などの形状から定まる共
振特性を有し、駆動信号の周波数を共振周波数に合わせ
ることによって、内円部12aと外円部12bとが、伸
びと縮みが逆となるような径方向への振動をする。な
お、駆動信号の周波数を共振周波数に合わせるのは、自
励振駆動によってもよい。
イアフラム弁12が反る。そして、差動回路36で第1
の電極18aと第3の電極20aとの出力電圧の差を測
定し、差動回路38で第2の電極18bと第4の電極2
0bとの出力電圧の差を測定することによって、ダイア
フラム弁12の反りによる圧力変化および共振特性の変
化を検知することができる。すなわち、この実施例によ
れば、従来の変位による圧力変化以外に共振特性の変化
を検知することができる。したがって、圧力変化の検知
の感度をたとえばQ倍高めることができ、高圧力のみな
らず微少圧力も検出することができる。また、振動子1
1は、内円部12aと外円部12bとが、伸びと縮みが
逆となるような長さ振動をするので、ダイアフラム弁1
2が共振(振動)しても、ダイアフラム弁12の円径が
変わらず、振動が漏れず、振動子11の共振特性が安定
している。そのため、圧力センサの特性を安定化するこ
とができる。そして、圧力変化の検知の感度を高めるこ
とができるので、ダイアフラム弁12を小型化すること
ができ、小型で低コストの圧力センサ10を得ることが
できる。
圧電体によって形成し、ダイアフラム弁12の両主面に
圧電性を有する圧電体を形成したが、ダイアフラム弁1
2自体を圧電性を有する材料で形成してもよい。
である。
す回路図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 振動子を圧力検知手段として用いた、圧
力センサにおいて、 前記振動子は、 振動体、 前記振動体の一方主面に形成される円状の第1の圧電
体、 前記振動体の他方主面に形成される円状の第2の圧電
体、 前記第1の圧電体の一方主面に形成された円状の第1の
電極およびその外側に形成された中空円状の第2の電
極、 前記第2の圧電体の一方主面に形成された円状の第3の
電極およびその外側に形成された中空円状の第4の電極
を含み、 前記第1の電極および前記第3の電極に挟まれた内円部
と、前記第2の電極および前記第4の電極に挟まれた外
円部とが、伸びと縮みが逆となるような径方向への振動
をすることを特徴とする、圧力センサ。
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