JPH0435018B2 - - Google Patents
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- JPH0435018B2 JPH0435018B2 JP21304084A JP21304084A JPH0435018B2 JP H0435018 B2 JPH0435018 B2 JP H0435018B2 JP 21304084 A JP21304084 A JP 21304084A JP 21304084 A JP21304084 A JP 21304084A JP H0435018 B2 JPH0435018 B2 JP H0435018B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- piezoelectric vibrator
- diaphragm
- electrodes
- pressure
- Prior art date
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- 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
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、圧電振動子圧力センサ装置に係り、
特に、圧電振動子の周波数の安定性を利用し、か
つ、広範な温度域と圧力域をもつ圧力を直流で検
出可能な圧電振動子圧力センサ装置に関する。
特に、圧電振動子の周波数の安定性を利用し、か
つ、広範な温度域と圧力域をもつ圧力を直流で検
出可能な圧電振動子圧力センサ装置に関する。
（従来技術とその問題点）
第９図および第１０図は従来の圧力センサの一
例を説明する説明図である。図中、２０は円筒状
の容器であり、その両端部には薄いセラミツクダ
イアフラム２１を設ける。該ダイアフラム２１の
裏側には電極b1，b2を形成させ、その電極b1，b2
には内部対向電極ａを設けるようにする。そこ
で、ダイアフラム外部の圧力が変化するとダイア
フラムが変化し、電極b1，b2と内部対向電極ａと
の間隔が変化することになるので、この変化を静
電容量ｃの変化として検出し、圧力センサとして
用いるようにしている。しかし、この種の圧力セ
ンサは電極b1，b2と内部対向電極ａの設定が面倒
であると共に圧力域を広くとるための調整を行な
うことが困難であつた。
例を説明する説明図である。図中、２０は円筒状
の容器であり、その両端部には薄いセラミツクダ
イアフラム２１を設ける。該ダイアフラム２１の
裏側には電極b1，b2を形成させ、その電極b1，b2
には内部対向電極ａを設けるようにする。そこ
で、ダイアフラム外部の圧力が変化するとダイア
フラムが変化し、電極b1，b2と内部対向電極ａと
の間隔が変化することになるので、この変化を静
電容量ｃの変化として検出し、圧力センサとして
用いるようにしている。しかし、この種の圧力セ
ンサは電極b1，b2と内部対向電極ａの設定が面倒
であると共に圧力域を広くとるための調整を行な
うことが困難であつた。
一方、圧電振動子は励振電力の印加によりその
固有周波数（電気共振周波数ともいう）で強く共
振を生じるので安定な一定周波数を得る手段とし
て通信機などに広く用いられてきており、この圧
電振動子を用いた圧力センサを得ることが強く望
まれていた。
固有周波数（電気共振周波数ともいう）で強く共
振を生じるので安定な一定周波数を得る手段とし
て通信機などに広く用いられてきており、この圧
電振動子を用いた圧力センサを得ることが強く望
まれていた。
（発明の目的）
本発明は、雰囲気に影響されず、圧電振動子の
振動の安定性を利用し、かつ、広範な温度域と圧
力域をもつ圧力を直流で検出可能なコンパクトな
圧電振動子圧力センサ装置を提供することを目的
とする。
振動の安定性を利用し、かつ、広範な温度域と圧
力域をもつ圧力を直流で検出可能なコンパクトな
圧電振動子圧力センサ装置を提供することを目的
とする。
（発明の概要）
本発明は、気密容器内に同一平板状の圧電体上
に形成される厚み振動をする三対の同一電極対
（振動部）を所定距離隔てて配設し、中央に位置
する電極対（振動部）の一表面に平行に対応して
ダイアフラムが圧力差によつて生ずる変位を伝え
る対向電極を設け、この対向電極とこの中央の電
極対の前記対向電極と反対側の電極間に外部より
発振を接続するための発振回路を接続すると共に
該発振回路からバツフアを介して中央の電極対以
外の２つの電極対（振動部）が含まれる周波数判
別回路を接続して、周波数の変化を直流出力とし
て検出するようにする。
に形成される厚み振動をする三対の同一電極対
（振動部）を所定距離隔てて配設し、中央に位置
する電極対（振動部）の一表面に平行に対応して
ダイアフラムが圧力差によつて生ずる変位を伝え
る対向電極を設け、この対向電極とこの中央の電
極対の前記対向電極と反対側の電極間に外部より
発振を接続するための発振回路を接続すると共に
該発振回路からバツフアを介して中央の電極対以
外の２つの電極対（振動部）が含まれる周波数判
別回路を接続して、周波数の変化を直流出力とし
て検出するようにする。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図は圧電振動子圧力センサ装置の内部を破
断して示した傾斜図、第２図は圧電振動子圧力セ
ンサ回路図である。図中、１は気密容器、２はダ
イアフラム、２ａはダイアフラムの裏面に取付け
られた対向電極、３は圧電振動子片、３ａ〜３ｃ
は圧電振動部、４は圧電振動子片保持具、５は定
電圧バツフア、６は周波数判別回路、７は発振回
路である。
断して示した傾斜図、第２図は圧電振動子圧力セ
ンサ回路図である。図中、１は気密容器、２はダ
イアフラム、２ａはダイアフラムの裏面に取付け
られた対向電極、３は圧電振動子片、３ａ〜３ｃ
は圧電振動部、４は圧電振動子片保持具、５は定
電圧バツフア、６は周波数判別回路、７は発振回
路である。
次に、この圧電振動子圧力センサ装置の動作に
ついて説明する。まず、片面にダイアフラム２を
有する気密容器１内に、同一平板状圧電振動子３
の上に形成した厚み振動をする三対の同一電極対
（振動部）を互いに音響結合しないとみなせる所
定距離（圧電体中の波長の10倍以上）に離して
夫々配設する。これらの振動部のうち中央の振動
部３ｂの一表面に平行に対応してダイアフラム２
が圧力差によつて生ずる変位を伝える対向電極２
ａを設ける。この対向電極２ａとこの中央の振動
部３ｂのうち対応電極２ａと反対側の電極間で形
成した電気回路に外部より発振を持続するための
発振回路７を持続する。
ついて説明する。まず、片面にダイアフラム２を
有する気密容器１内に、同一平板状圧電振動子３
の上に形成した厚み振動をする三対の同一電極対
（振動部）を互いに音響結合しないとみなせる所
定距離（圧電体中の波長の10倍以上）に離して
夫々配設する。これらの振動部のうち中央の振動
部３ｂの一表面に平行に対応してダイアフラム２
が圧力差によつて生ずる変位を伝える対向電極２
ａを設ける。この対向電極２ａとこの中央の振動
部３ｂのうち対応電極２ａと反対側の電極間で形
成した電気回路に外部より発振を持続するための
発振回路７を持続する。
一方、この発振回路７から発振に影響を及ぼさ
ないためのバツフア５を介して三対の電極対（振
動部）３ａ，３ｂ，３ｃのうち、中央の振動部３
ｂを除く２つの振動部３ａ，３ｃが含まれる周波
数判別回路６に導き周波数の変化を直流出力とし
て検出する。尚、周波数判別回路６におけるコン
デンサC3は整合トランスＴの同調コンデンサ、
コンデンサC1，C2はほぼ振動部２ａ，２ｃの静
電容量C0と等しくする。抵抗Ｒは検出出力負荷
抵抗である。
ないためのバツフア５を介して三対の電極対（振
動部）３ａ，３ｂ，３ｃのうち、中央の振動部３
ｂを除く２つの振動部３ａ，３ｃが含まれる周波
数判別回路６に導き周波数の変化を直流出力とし
て検出する。尚、周波数判別回路６におけるコン
デンサC3は整合トランスＴの同調コンデンサ、
コンデンサC1，C2はほぼ振動部２ａ，２ｃの静
電容量C0と等しくする。抵抗Ｒは検出出力負荷
抵抗である。
上述の動作を更に詳細に説明する。
ダイアフラム２上の圧力が変化すると気密容器
１内の気圧とその圧力差が変化するので、その圧
力差の変化に応じてダイアフラム２は変位する。
するとそのダイアフラム２に取付けられている対
向電極２ａも変位する。一方、圧電振動子片３は
保持具４によつて保持されており、圧力の変動に
は左右されない。つまり、圧力の変動によつても
圧電振動子片３上に形成された振動部３ｂは変位
しない。
１内の気圧とその圧力差が変化するので、その圧
力差の変化に応じてダイアフラム２は変位する。
するとそのダイアフラム２に取付けられている対
向電極２ａも変位する。一方、圧電振動子片３は
保持具４によつて保持されており、圧力の変動に
は左右されない。つまり、圧力の変動によつても
圧電振動子片３上に形成された振動部３ｂは変位
しない。
従つて、気密容器１の外部の気圧変化によつ
て、対向電極２ａと圧電振動子片３上の振動部３
ｂとの間隙ｔが変化することになる。
て、対向電極２ａと圧電振動子片３上の振動部３
ｂとの間隙ｔが変化することになる。
このように構成されたものは第２図に示される
外部発振回路７に接続し発振させるようにする。
つまり、振動部３ｂに対向電極２ａと振動部３ｂ
との間で形成される静電容量CLを直列に接続し、
この両端に発振回路７を接続する。
外部発振回路７に接続し発振させるようにする。
つまり、振動部３ｂに対向電極２ａと振動部３ｂ
との間で形成される静電容量CLを直列に接続し、
この両端に発振回路７を接続する。
そして、振動部３ｂの励振回路中にそれと直列
にこの負荷容量とよばれる静電容量CLを挿入す
ると、この静電容量の大きさに従つて固有周波数
ｆは直列共振周波数f0から次のように変化する。
にこの負荷容量とよばれる静電容量CLを挿入す
ると、この静電容量の大きさに従つて固有周波数
ｆは直列共振周波数f0から次のように変化する。
ｆ＝f0／2r（１＋CL／C0） …(1)
ここで、COは圧電振動子の等価回路で示され
る電極間静電気容量、C1は同じく等価直列静電
容量であり、ｒは静電容量比（ｒ＝C0／C1）と
よばれる圧電体の電気機械結合係数と、圧電振動
子の構造によつて決まる定数である。
る電極間静電気容量、C1は同じく等価直列静電
容量であり、ｒは静電容量比（ｒ＝C0／C1）と
よばれる圧電体の電気機械結合係数と、圧電振動
子の構造によつて決まる定数である。
また、この負荷容量CLは第３図から明らかな
ように、ダイアフラム２に取付けられた対向電極
２ａと振動部３ｂ間の間隙をｔとすると、 CL＝Ｋ／（ｔ×Ｓ） …(2) となる。
ように、ダイアフラム２に取付けられた対向電極
２ａと振動部３ｂ間の間隙をｔとすると、 CL＝Ｋ／（ｔ×Ｓ） …(2) となる。
ここで、Ｋは静電容量算出定数、Ｓは対向電極
２ａと振動部３ｂのなす有効静電容量面積を表わ
すものとする。
２ａと振動部３ｂのなす有効静電容量面積を表わ
すものとする。
そこで、第２図から明らかなように、当該圧力
センサの外部に発振回路７を接続し、発振させる
と、該圧力センサ容器内の不活性気体圧力とダイ
アフラムの外圧との間に圧力差を生ずるとその圧
力差と、ダイアフラムの弾性反撥力にほぼ比例し
た量だけダイアフラム２が可動し、間隙ｔ（第３
図参照）が変化する。するとこの間隙ｔの変化に
より、前記式(2)に従つて静電容量CLが変化する。
センサの外部に発振回路７を接続し、発振させる
と、該圧力センサ容器内の不活性気体圧力とダイ
アフラムの外圧との間に圧力差を生ずるとその圧
力差と、ダイアフラムの弾性反撥力にほぼ比例し
た量だけダイアフラム２が可動し、間隙ｔ（第３
図参照）が変化する。するとこの間隙ｔの変化に
より、前記式(2)に従つて静電容量CLが変化する。
そして、該振動部３ｂ、つまり、中央の電極対
はダイアフラム２の変位Δtによつて周波数ｆの
変化量Δfとして現われ次式で表現できる。
はダイアフラム２の変位Δtによつて周波数ｆの
変化量Δfとして現われ次式で表現できる。
Δf＝−K′f0 2ΔCL
ここで、ΔCL＝−CL 2K″Δt ∴Δf＝−Ｋ
Claims (1)
- １ 気密容器内に同一平板状の圧電体上に形成さ
れる厚み振動をする三対の同一電極対を所定距離
隔てて配設し、中央に位置する電極対の一表面に
平行に対応してダイアフラムが圧力差によつて生
ずる変位を伝える対向電極を設け、この対向電極
とこの中央の電極対の前記対向電極と反対側の電
極間に外部より発振を持続するための発振回路を
接続すると共に該発振回路からバツフアを介して
中央の電極対以外の２つの電極対が含まれる周波
数判別回路を接続して、周波数の変化を直流出力
として検出するようにしたことを特徴とする圧電
振動子圧力センサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21304084A JPS6190030A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21304084A JPS6190030A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6190030A JPS6190030A (ja) | 1986-05-08 |
| JPH0435018B2 true JPH0435018B2 (ja) | 1992-06-09 |
Family
ID=16632518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21304084A Granted JPS6190030A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 圧電振動子圧力センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6190030A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0766570B2 (ja) * | 1986-01-28 | 1995-07-19 | 三井石油化学工業株式会社 | 情報記録基板およびその製法 |
| US4802370A (en) * | 1986-12-29 | 1989-02-07 | Halliburton Company | Transducer and sensor apparatus and method |
-
1984
- 1984-10-11 JP JP21304084A patent/JPS6190030A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6190030A (ja) | 1986-05-08 |
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