JPH0331207B2 - - Google Patents

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JPH0331207B2
JPH0331207B2 JP58028209A JP2820983A JPH0331207B2 JP H0331207 B2 JPH0331207 B2 JP H0331207B2 JP 58028209 A JP58028209 A JP 58028209A JP 2820983 A JP2820983 A JP 2820983A JP H0331207 B2 JPH0331207 B2 JP H0331207B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
diaphragm
pressure
oscillation circuit
sides
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP58028209A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59153130A (ja
Inventor
Toshitsugu Ueda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPS59153130A publication Critical patent/JPS59153130A/ja
Publication of JPH0331207B2 publication Critical patent/JPH0331207B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H13/00Measuring resonant frequency

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、振動子の固有振動数が振動子の軸方
向に与えられる力(軸力)によつて変化すること
を利用した振動式トランスデユーサに関し、さら
に詳しくは、被測定圧力を受けるダイヤフラム
と、このダイヤフラムの結合させた振動子とから
なり、振動子周囲の雰囲気の影響を受けないで被
測定圧力を検出できるようにした振動式トランス
デユーサに関する。
振動子の固有振動数は、振動子周囲の流体圧力
や密度、温度あるいは振動子に与えられる力等各
種の物理量によつて変化するので、この固有振動
数を検出することによつて、各種の物理量を知る
ことができる。この様な原理に基づく振動式トラ
ンスデユーサは、例えば特開昭55−98314号公報
等で従来より公知である。
しかしながら、この様な従来の振動式トランス
デユーサにおいては、例えば円筒形の振動子が用
いられていて、この振動子が外部から導かれた被
測定流体に直接接触するような構成であつて、被
測定流体が直接振動子に接触することによる各種
の問題点、例えば振動子が被測定流体により腐蝕
したり、ゴミなどが付着する等の問題点があつ
た。
また、振動子の固有振動数が各種の物理量によ
つて変わるために、測定しようとする物理量以外
の外乱の影響を大巾に受け易いという問題点もあ
つた。
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、振動子が被測定流体に直接接
触しない構成とすると共に、振動子周囲の雰囲気
の影響を受けないで被測定圧力を高い精度で検出
できるようにした振動式トランスデユーサを提供
することにある。
本発明に係わる装置は、 受圧面の外周が環状の支持部において支持され
たダイヤフラムと、 このダイヤフラムの両面に測定圧力が導入され
当該ダイヤフラムの両面側に圧力室を形成するケ
ースと、 ダイヤフラムの両面側に導入された圧力の差に
よつてダイヤフラムに生ずる力が軸力として加わ
るように一端が当該ダイヤフラムの中心部に他端
がケースにそれぞれ固着された第1の振動子と、 この第1の振動子が配置されている圧力室と同
じ雰囲気中に前記軸力が加わらないように設置さ
れた第2の振動子と、 前記第1の振動子を含んで形成される第1の発
振回路と、 前記第2の振動子を含んで構成される第2の発
振回路と、 前記第1の発振回路から得られる周波数信号f1
と前記第2の発振回路から得られる周波数信号f2
とを入力し、f2/f1またはf1/f2なる演算を含む
所定の演算を行なう演算手段とを備えている点に
特徴がある。
第1図は、本発明に係わる装置の電気回路の一
例を示す構成ブロツク図である。この図におい
て、1は第1の振動子で、ここでは平行ビームで
構成されたものを示すが他の構造の振動子でもよ
い。この第1の振動子1には、例えば測定すべき
力Fが与えられている。11は振動子1の励振手
段、12は振動子1の振動検出手段で、これらは例
えば圧電素子が使用される。2は第2の振動子
で、ここでは音叉形のものを示しているが、他の
構造のものが使用可能である。21は振動子2の励
振手段、22は振動子2の振動検出手段である。3
1,32はそれぞれ増幅器で、入出力端間に振動
検出手段12,22、励振手段11,21を介し
て第1、第2の振動子1,2が結合しており、こ
れらの各振動子を含んで、第1の自励振回路
OSC1、第2の自励振回路OSC2をそれぞれ形成し
ている。
第1の振動子1と、第2の振動子2とは、同一
の雰囲気となるように、ケース10内に設置され
ている。
4は、演算表示手段で、第1の自励振回路
OSC1から得られる周波数信号f1と、第2の自励
振回路OSC2から得られる周波数信号f2とを入力
している。この演算表示手段において、41は周
波数信号f1を分周する分周器、42は周波数信号
f2の極性を反転するインバータ、43は分周器4
1からの信号及びインバータ42からの信号を入
力するゲート回路、44はゲート回路43を介し
て印加される周波数信号f2をクロツク信号として
計数するカウンタ、45はカウンタ44からの計
数値を入力する演算表示回路である。この演算表
示手段4は、f2/f1なる演算を含む所定の演算を
行ない、その演算結果を表示する。
このように構成した装置において、第1の自励
振回路OSC1から得られる周波数信号f1(振動子1
の固有振動数に対応)及び、第2の自励振回路
OSC2から得られる周波数信号f2(振動子2の固有
振動数に対応)は、(1)式及び(2)式で示すことがで
きる。
f1≒g1(α1,E1,L1,ρ11,ρ12,V1,Q1) {1+K(F0−F1)}1/2 (1) f2≒g2(α2,E2,L2,ρ21,ρ22,V2,Q2)(2) ただし、 (F0−F1):振動子1に与えられる力 α1,α2:第1、第2の振動子の振動モードにより
決まる定数 E1,E2:第1、第2の振動子の弾性定数 L1,L2:第1、第2の振動子の形状によつて決
まる定数 ρ11,ρ21:第1、第2の振動子の密度 ρ12,ρ22:第1、第2の振動子周囲の流体密度 V1,V2:ボアソン比 Q1,Q2:その他、例えば圧電素子の接着の影響
等総括した定数 演算表示回路4において、分周器41は周波数
信号f1を分周し、ゲート回路43に印加し、ゲー
ト回路43は、これが開となつている間、インバ
ータ42を介して印加される周波数信号f2をカウ
ンタ44に印加する。カウンタ44は、この周波
数信号f2をクロツクパルスとして計数するもの
で、その計数値Nは(3)式に示すようにf2/f1なる
演算をしたものとなる。
N=f2/f1≒g2(α2,E2,L2,ρ21,ρ22,V2,Q2
/g1(α1,E1,L1,ρ11,ρ12,V1,Q1){1+K(F
0−F1)}1/2(3) (3)式において、第1、第2の振動子の各定数
(α、E、L、ρ、V、Q)をそれぞれ等しくな
るように設計すれば、演算結果Nは、これらの各
定数の変化による外乱の影響が除去され、第1の
振動子1に与えられる力(F0−F1)に対応した
ものとなり、これが表示回路45に表示される。
なお、演算表示回路4は、第1図に示すブロツク
図に限定されず、例えばマイクロプロセツサ等を
利用してもよく、f1/f2なる演算を行なうように
してもよい。
第2図は、本発明に係る装置の具体的な構成例
を示す説明図である。
この図において、1は第1の振動子、2は第2
の振動子で、これらは共通のケース10内に設置
されている。ここでケース10は、上部ケース6
0、下部ケース70で構成されている。50はダ
イヤフラム、80はベース、OSC1,OSC2はそれ
ぞれ第1、第2の発振回路である。
第1の振動子1は、加えられる軸力に応じて共
振周波数が変化するものであつて、ここでは平行
な2本の横振動梁1a,1b,これら梁1a,1
bの両端をそれぞれ連結する連結部13,14、
フレクシヤ15,16、取付部17,18等が共
通の部材をプレス加工することにより一体成形さ
れている。なお、連結部14の両側には圧電素子
11,12が設けられている。第2の振動子2
は、ここで音叉形のものを示す。
ダイヤフラム50は、受圧面の外周が環状の支
持部52において支持されるとともに、受圧面の
中心部において第1の振動子1の一端が固着され
ており、ダイヤフラム50が受ける圧力によつて
生ずる力を、第1の振動子1に軸力として加える
ものである。
ベース80の一端にはダイヤフラム50の支持
部52の内周に嵌め合う環状の段付部81が形成
され、他端には振動子1の他端を固着するための
筒状の取付部82が形成されている。なお、ベー
ス80の外周にも、上部ケース60の嵌め合う環
状の段付部83が形成されている。また、ベース
80の中央部には、振動子1を配置するための連
通筒84が形成されている。
上部ケース60は、ダイヤフラム50を内包す
るようにして、ベース80の外周の段付部83に
嵌め合わされている。この上部ケース60には、
被測定圧力Pxの入力孔81が設けられている。
下部ケース70は、ベース80の下部に嵌め合
わされている。この下部ケース70には、第1の
振動子1に設けられた圧電素子11,12を外部
の第1の発振回路OSC1に接続するための端子7
1,72が設けられている。
また、第2の振動子2に設けられた圧電素子2
1,22を外部の第2の発振回路OSC2に接続す
るための端子73,74が設けられている。この
下部ケース70の側壁には、圧力P0の入力孔75
が設けられている。
このように構成された装置の動作について次に
説明する。
ダイヤフラム50と上部ケース60との間に
は、圧力Pxが導入される圧力室Rが形成されて
おり、ダイヤフラム50は圧力Pxと、圧力P0
の差圧に応じた力を受け、この力を第1の振動子
1に軸力として加える。これにより、第1の振動
子1の固有振動数は加えられる軸力及び、第1の
振動子1の周囲の雰囲気に応じて変化する。
一方、第2の振動子2は、このような差圧によ
つて生ずる力は加えられておらず、もつぱらケー
ス10内の雰囲気(圧力P0の流体)に応じた固
有振動数で変化する。
ここで、ケース10において、第1の振動子1
と第2の振動子2が配置されているダイヤフラム
50で仕切られた一方の部屋は、例えばゴミなど
が除去された標準の圧力流体が導入されていて、
同一雰囲気内にあるので、演算表示回路4で、前
記(3)式の演算を行うことにより、雰囲気の変化に
よる影響を除去することができる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、
被測定圧力流体をおダイヤフラムの方の面に導
き、他方の面には例えば標準の圧力を持つ流体を
導く構成にできもので、第1の振動子および第2
の振動子が直接被測定流体に接触せず、従つて、
振動子が外部流体に汚染されたり、これに埃やゴ
ミなどが付着して振動条件が時間の経過と共に変
化するという事態を解決できる。
また、第1の振動子にダイヤフラムに発生する
力を軸力として与え、第2の振動子にはこの軸力
を与えず、両振動子を同一雰囲気中に配置する構
成としたことから、簡単な構成で、かつ周囲の雰
囲気に影響されないで被測定流体の圧力を高い精
度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る装置の一例を示す構成ブ
ロツク図、第2図は本発明に係る装置の具体的な
構成例を示す説明図である。 1……第1の振動子、2……第2の振動子、
OSC1……第1の発振回路、OSC2……第2の発振
回路、4……演算表示手段、10……ケース。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 受圧面の外周が環状の支持部において支持さ
    れたダイヤフラムと、 このダイヤフラムの両面に測定圧力が導入され
    当該ダイヤフラムの両面側に圧力室を形成するケ
    ースと、 ダイヤフラムの両面側に導入された圧力の差に
    よつてダイヤフラムに生ずる力が軸力として加わ
    るように一端が当該ダイヤフラムの中心部に他端
    がケースにそれぞれ固着された第1の振動子と、 この第1の振動子が配置されている圧力室と同
    じ雰囲気中に前記軸力が加わらないように設置さ
    れた第2の振動子と、 前記第1の振動子を含んで形成される第1の発
    振回路と、 前記第2の振動子を含んで構成される第2の発
    振回路と、 前記第1の発振回路から得られる周波数信号f1
    と前記第2の発振回路から得られる周波数信号f2
    とを入力し、f2/f1またはf1/f2なる演算を含む
    所定の演算を行なう演算手段とを備えた振動式ト
    ランスデユーサ。
JP58028209A 1983-02-22 1983-02-22 振動式トランスデユ−サ Granted JPS59153130A (ja)

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JPS59153130A JPS59153130A (ja) 1984-09-01
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