JPH01182728A - 圧力検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

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。−船釣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。

（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。

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。

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。

（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。

■、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。

■、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。

■、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。

（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。

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。

（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、半田付は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。

表１ 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、ＳＦ
６を用いて５　ｋｇ　／　ｃｎ？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４００にΩであ
り、実用上回等差し支えない。

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。

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、例えばダイヤフラムなどを用
いてもよ（発明の効果） 本発明によれば、圧力竪軸型容器に気密封止された気体
め圧力５章動を検出する圧電振動子を有する圧力検出手
段÷おいて、この気体としてＳＦ６を用いているので、
前槽の実験結□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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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ＳＦ＿６を用いたことを特徴とする圧力検出器。