JPH02143132A - 圧力計 - 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） この発明は、圧力の変化を共振周波数の変化として検出
する圧力センサを応用した圧力計に関し、特に簡単なシ
ステムで高精度の検出が可能な圧電型圧力計に関するも
のである。

（従来の技術） 製造分野に限らず、あらゆる分野において、圧力計を用
いて気圧、水圧等の圧力を検出することは重要な技術で
ある。例えば、内燃機関では、燃焼室内の圧力を検出し
、点火時期や燃ｔ４噴射量を制御ｎすることが行われて
いる。

従来この種の圧力計では、半導体ダイヤフラムあるいは
ストレーンゲージ等、圧力変化に基づく抵抗の変化を電
圧変化として検出するタイプの圧力センサが用いられる
のが一般的であった。しかるにこれらの圧力センサを用
いて高精度の圧力計を構成すると、高精度のオペアンプ
やビット数の多いＡ／Ｄコンバータを必要とし、高度な
アナログ技術を要していた。

これに対し、水晶振動子の共振周波数が周囲の圧力によ
って変化するという現象を応用して圧力計を構成するこ
とが提案されており、その−例として特開昭５７−１３
６１３０号公報に示されるものがある。即ち、これは、
圧力検知素子としての音叉型水晶振動子と、基準信号発
生用の音叉型水晶振動子とを用い、基準信号を計数回路
に入力して基準時間を設定し、基準時間の間圧力検知素
子の信号をカウントし、計数回路の出力に基づいてＣＰ
Ｕで演算処理して圧力を求めるようにしたものである。

また、他の例として、特開昭６３−１７１３３５号公報
に示されるように、圧ノｊ検知素子によって求められた
圧力をさらに圧力雰囲気の温度で補正するようにしたも
のがある。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、従来の圧電型圧力計では、いずれもセンサ出
力に基づいてＣＰＬＩで圧力を演算処理するようにして
いたので、計器に搭載できるＣＰＵの処理能力との関係
で、より高い検出精度が要求される場合には対応しきれ
ないという問題があっまた、圧力を雰囲気温度で補正す
る場合、補正精度を高めるためには温度範囲を小さく区
切り。

各温度範囲に対応して補正係数を設定する必要があり、
その結果広い温度範囲にわたって温度補正をする場合に
は多数多桁の補正係数を必要とし、ＣＰＵで補正の演算
処理を行うようにすると、処理に時間がかかるという問
題があり、実際には雰囲気温度近傍、例えば２５゛Ｃ近
傍でのみ補正を行っているのが実情である。

さらに相対圧力を測定する場合には測定時の大ス圧をＯ
ｋｇ／ｃＴＡとしなければならないが、従来の方式では
多回転型可変抵抗などでそのつどＯになるよう調整しな
ければならなかった。

この発明は、かかる問題点に迄み、簡単なシステムで広
い、Ｈ度範囲にわたって高い検出精度を保証できる圧力
計を提供することを課題とする。

（課題を解決するための手段） そこで本発明に係る圧力計は、 「測定すべき雰囲気の圧力の大きさを圧力検知素子の共
振周波数に関連するパラメータとして検出する圧力検出
手段と、 圧力雰囲気の温度を検出する温度センサと、共振周波数
バラメークと温度とに対応して予め求められた複数の各
圧力データが共振周波数パラメータと温度とによって定
まるアトレフに書き込まれたメモリと、 圧力検出手段及び温度センサの両出ノＪに対応する圧力
データをメモリから読み出す手段とを設けた」ことを要
旨とするものである。

ここで共振周波数パラメータとしては共振周波数に関連
するものであればどのような因子であってもよいが、例
えば共振周波数自体であってもよく、又共振周波数の変
化量であってもよい。共振周波数の変化量として検出す
る場合には、「測定すべき雰囲気の圧力変化を圧力検知
素子の共振周波数の変化として検出する圧力センサと、
該圧力センサの出力波形の立ち上がり立ち下がり間の基
準クロ・７りをカウントし該カウント値と初！■設定値
との差から上記圧力センサの共振周波数の変化量を求め
るカウンタ回路と、 圧力雰囲気の温度を検出する温度センサと、共振周波数
の変化量と温度とに対応して予め求められた複数の各圧
力データが共振周波数の変化量と温度とによって定まる
アドレスに書き込まれたメモリと、 カウンタ回路及びｌ１度センサの両出力に対応した圧力
データをメモリから読み出す手段とを設けて構成する」
のが望ましい。

また、圧力検知素子は水晶セラミック等、圧力によって
共振周波数の変化する圧電材料を用いることができ、そ
の−例としては音叉型水晶振動子がある。

また、圧力検出方式には一般に絶対圧を検出する方式と
、相対圧を検出する方式とがあり、いずれの方式の場合
にも共振周波数パラメータと温度とに対応した絶対圧デ
ータ又は相対圧データを求めてメモリに言き込んでおけ
ばよい。

また、圧力データは大型コンピュータ等を用いて計算で
求めるようにしてもよく、あるいは実験で求めるように
してもよい。

さらに、本圧力計ではメモリに温度データを書き込んで
おいて温度表示を行うようにしてもよく、その場合には
、 「温度センサの出力と制御信号によって定まるメモリの
所定のアドレスに書き込み、温度センサの出力に対応す
る温度データを上記メモリから圧力データとともに、あ
るいは外部からの制御信号に基づいて読み出し、 表示器に上記読み出された温度を圧力とともに、あるい
は圧力表示と切り換えて表示するように構成する」のが
好ましい。

（作用） 本発明においては、圧力センサ及び温度センサの出力に
対応して予め求めておいた圧力データをメモリに書き込
んでおき、これをセンサ出力に基づいて読み出して出力
するようにしたことから、ＣＰＵを用いることなく、シ
ステムが比較的簡単に＋！築され、又予め高精度の圧カ
デ：タを求めることが可能であることから、広い温度範
囲にわたって非常に高い検出精度が得られるものである
。

また、本発明においては、メモリに温度データを９き込
んでおき、これを圧力補正用の温度センサ出力に基づい
て読み出し、圧力とともにあるいは圧力表示と切り換え
て表示するようにしたことから、圧力とともに温度をも
分かるものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例による圧力計を
示す。図において、ｌは音叉型水晶振動子と発振回路と
から構成され、圧力変化を水晶振動子の共振周波数の変
化として検出する圧力センサ、２は所定周波数のクロン
ク信号を出力する温度補償型水晶発振回路、３．４は分
周回路、５は圧力センサ１の出力から共振周波数の変化
量を求めるラノ千機能付アップ・ダウンカウンタ回路、
６は圧力雰囲気の湯境を検出する温度センサ、７は第２
図に示すように共振周波数の変化量と温度とに対応して
予め求められた複数の各圧力データＤＩが共振周波数の
変化量と温度とによって定まるアドレスに書き込まれ、
かつ温度によって定まる所定アドレスに温度データＤ２
が書き込まれたメモリ、８は温度表示アドレス用ランチ
、９は圧力表示と温度表示とを切り換えるスイッチ、１
１は温度センサ出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変ｔＡ器、
１２は圧力又は温度を表示する表示部、１３は表示部１
２の駆動回路である。　なお、カウンタ回路５内の各ブ
ロック１４〜１９はカウンタ回路５の機能を示す機能プ
ロ、りである。

次に動作について説明する。

まず、圧力表示を行う場合、スイー、・千９を圧力表示
側接点Ｐに倒す。すると、圧力センサ１では発振回路が
音叉型水晶振動子を振動さゼ、圧力センサ１はこれに作
用する圧力に対応した約３２に１にの共振周波数１Ｓ号
を出力し、この共振周波数信号は分周回路３で１〜４臣
に分周されてカウンタ回路５のセット・リセント入力端
に人力される。

一方、温度補償型水晶発振回路２の発振出力は分周回路
４で分周されこれは基準クロックとしてカウンタ回路５
のクロック入力端に入力される。このカウンタ回路５で
は分周された圧力センサ１出力の波形の立ち上がり（第
３図のａ参照）においてセットされるとともにその立ち
下がり（第３図のｂ参照）においてリセットされる。

そして、パワーＯＮ後１個目の圧力センサ１出力が入力
されると、セント・リセット間の基準クロックがカウン
タ部１４でアンプカウントされてそのカウント値がラッ
チされ、こうして初期値が設定され、パワーＯＮ後２個
目以降の出力が人力され、カウンタ回路５がセントされ
ると、今度はランチしたカウント値からセット・リセッ
ト間の基準クロックの数だけダウンカウントされ、その
カウント値により圧力センサ１の共振周波数の変化量が
求められ、これがＩＯと、トの周波数データとして出力
される。即ち、パワーＯＮ後の１回目のデータ１５はラ
ンチ部１７でラッチされ、これとパワーＯＮ後２回目以
降のデータ１６とは引算部１８で引き算され、こうして
共振周波数の変化量が求められ、これが１０ビツトの周
波数データ１９としてスイッチ９を経てメモリ７のアド
レス指定を行う。

一方、温度センサ６では圧力雲囲気の温度が検出されて
おり、温度センサ６の出力がＡ／Ｄ変換器１３で６ピン
トのデジタル信号に変換され、この６ピントの温度セン
サ出力と１０ビツトの周波数データ１９とがアドレスデ
ータとしてメモリ７に与えられ、メモリ７からは共振周
波数の変化量と温度とに対応した圧力データが読み出さ
れ、これが駆動回路１３に人力され、表示部１２には検
出された圧力が表示されることになる。ここで圧力デー
タはＢＣＤで１６ビノトとし、周波数データ１０ビツト
、温度データ６ビツトで、１０４８５７６ビント＃ＩＭ
ピントのメモリが必要ということになる。

また、温度表示を行う場合は、スイッチ９を温度表示側
接点Ｔに倒すやすると今度は温度表示アドレス用ランチ
８の出力と６ピントの温度センサ出力とがメモリ７に与
えられ、メモリ７から温度センサ６の出力に対応した温
度データが読み出され、これが表示部１２で表示される
こととなる。

以上のような本実施例の圧力計では、従来のＣＰＵに代
えてメモリ７を用いて圧力計を構成するようにしたので
、従来の圧力計に比較して構成が簡単であり、又大型コ
ンピュータ等を用いて予め広い温度範囲にわたって高精
度の圧力データを求めこれをメモリ７に書き込んでおく
ことができ、広い温度範囲にわたって非常に高い検出精
度を確保できる。

また、従来の抵抗変化型圧力センサを用いてデジタル圧
力計を構成する場合、例えば０．５％Ｆ・Ｓの精度を必
要とするならば、少なくとも１０ビツト、内部分解能を
考慮すると１２ビット程度の高性能なＡ／Ｄコンバータ
と直線性のよいオペアンプが必要であり、それにともな
って高度なアナログ技術を必要としていたの６二対し、
本圧力ｊｔでは必要なＡ／Ｄコンバータは低ビットでよ
く、コスト的にも技術的にも本圧力針の方が優位と考え
られる。

また、本実施例の圧力計では、メモリ７に温度データを
書き込んでおき、スイッチ９の切り換えによって温度デ
ータを読み出し、圧力表示に代えて温度表示するように
したので、圧力ばかりでなく温度を知ることもでき、そ
の有用性を高めることができる。

また、相対圧力を検出する場合、測定時の大気圧をＯｋ
ｇ　／　ｃｄとする零点調節をする必要があるが、本圧
力計では、最初の検出圧力信号と２回目以降の圧力信号
とを比較演算し、その差分を圧力デクとしているので、
零点調節が不要であり、常に正確な相対圧力を測定する
ことができる。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、圧力センサ出力及び温
度センサ出力に対応した圧力データ、あるいはそれに加
え、温度センナ出力乙こ対応した温度データをメモリに
書き込んでおき、センサ出力に基づいてメモリから圧力
データあるいは温度データを読み出して出力し、あるい
は表示するようにしたので、比較的簡単なシステム構成
で広い温度範囲にわたって高精度の圧力検出ができ、又
圧力とともに温度が表示され、有用性を高めることがで
きる効果がある。

また、相対圧力を検出する場合、測定時の大気圧をＯｋ
ｇ　／　ｄとしなければならないが、本発明のように最
初の圧力出力と２回目以降の圧力出力との比較演算をし
、その差分を圧力データとすれば零点３１１節が不要で
常に正確な相対圧力を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による圧力計の構成図、第２
図は上記圧力計におけるメモリ７を説明するための図、
第３図は上記圧力計の動作を説明するための図である。 ｉ−−・圧力センサ、５−・−カウンタ回路、６・−温
度センサ、７−−−・−メモリ、１２−一表示部。 特許出願人　株式会社　大和真空工業所代理人　弁理士
　　石　井　久　夫 →時間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定すべき雰囲気の圧力の大きさを圧力検知素子
   の共振周波数に関連するパラメータとして検出する圧力
   検出手段と、 上記圧力雰囲気の温度を検出する温度センサと、上記共
   振周波数パラメータと温度とに対応して予め求められた
   複数の各圧力データが共振周波数パラメータと温度とに
   よって定まるアドレスに書き込まれたメモリと、 上記圧力検出手段及び温度センサの両出力に対応する圧
   力データを上記メモリから読み出す手段とを備えたこと
   を特徴とする圧力計。
2. （２）測定すべき雰囲気の圧力変化を圧力検知素子の共
   振周波数の変化として検出する圧力センサと、該圧力セ
   ンサの出力波形の立ち上がり立ち下がり間の基準クロッ
   クをカウントし該カウント値と初期設定値との差から上
   記圧力センサの共振周波数の変化量を求めるカウンタ回
   路と、 上記圧力雰囲気の温度を検出する温度センサと、上記共
   振周波数の変化量と温度とに対応して予め求められた複
   数の各圧力データが共振周波数の変化量と温度とによっ
   て定まるアドレスに書き込まれたメモリと、 上記カウンタ回路及び温度センサの両出力に対応した圧
   力データを上記メモリから読み出す手段とを備えたこと
   を特徴とする圧力計。
3. （３）上記メモリには上記温度センサの出力によって定
   まる所定のアドレスに温度センサの出力に対応した温度
   データが書き込まれており、 上記温度センサの出力に対応する温度データが上記メモ
   リから圧力データとともに、あるいは外部からの制御信
   号に基づいて読み出され、 表示部には上記読み出された温度が圧力とともに、ある
   いは圧力表示と切り換えられて表示されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の圧力計。