JPH05296866A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JPH05296866A
JPH05296866A JP4103296A JP10329692A JPH05296866A JP H05296866 A JPH05296866 A JP H05296866A JP 4103296 A JP4103296 A JP 4103296A JP 10329692 A JP10329692 A JP 10329692A JP H05296866 A JPH05296866 A JP H05296866A
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JP
Japan
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pressure sensor
pressure
deformed portion
magnetic permeability
value
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JP4103296A
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English (en)
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Masato Shoji
理人 東海林
Hiroyuki Hase
裕之 長谷
Masayuki Wakamiya
正行 若宮
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/16Measuring 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 by making use of variations in the magnetic properties of material resulting from the application of stress
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】非晶質磁性合金を用いた圧力センサの温度特性
を改善し、圧力センサの温度による出力幅の変化および
0点ドリフトを低減する。 【構成】圧力センサの変形部分および非変形部分に配さ
れる圧力検出コイル8および差動用コイル9のインピー
ダンスより小さい抵抗(それぞれR,Rd )を各コイル
に直列に接続してブリッジ回路を構成した検出回路を設
ける。そして圧力無印加時および最高圧力印加時の各コ
イル8,9のインダクタンスLと内部抵抗rを測定し、
Rは、最高温度と最低温度における、最高圧力印加時と
圧力無印加時との差によって表わされるセンサ出力感度
が等しくなるように決定され、Rdは、最高温度と最低
温度における圧力無印加時での圧力検出コイル8側と差
動用コイル9側の差によって表わされるセンサ出力が等
しくなるように決定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非晶質磁性合金の磁歪効
果を用いた圧力センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、非晶質磁性合金の磁歪効果を用い
た圧力センサが提案されている。図4はこのような圧力
センサの一例の概略を示す断面図である。図4におい
て、1はチタン製の直径10mm、高さ70mmの円柱
状の本体、2は直径6mmの圧力導入口、3は圧力を伝
える圧力室である。4は圧力による変形部分で、本体1
の一部を肉厚2mmに加工してある。5は圧力による歪
が生じないようにした非変形部分で、非変形部分5の内
部は圧力室3と同じ大きさの中空部分6を持つ。7は本
体1の外周上で、変形部分4および非変形部分5を覆う
ようにイミド系接着剤で250℃、1時間で固着した厚
さ0.03mmのFe −Si −B−Cr 系非晶質磁性合
金である。8は透磁率検出素子として100回コイルを
巻いて形成した圧力検出コイル、9は圧力検出コイル8
と同構成の差動用コイルで、これらのコイルは変形部分
4および非変形部分5の外周上に接着した非晶質磁性合
金7の外側にフェノール樹脂製ボビン10を介して配置
される。11は48%Ni −F e 合金製のヨークで、ボ
ビン10の外周に装着される。12は本体1の固定用ネ
ジ部分で、PF3/8のピッチに加工してある。13は
検出回路である。
【0003】圧力は圧力導入口2から圧力室3に伝わ
り、圧力室3を膨らませる。その結果、変形部分4が変
動し、その表面に接着された非晶質磁性合金7の透磁率
が変化する。この透磁率変化を圧力検出コイル8でイン
ダクタンスの変化として検出し、差動用コイル9との差
動出力より圧力の変化を得ている。
【0004】この場合の検出回路13としては、圧力検
出コイル8と差動用コイル9に、それぞれ各コイル8,
9のインピーダンスに等しい抵抗を接続し、これら圧力
検出コイル8と差動用コイル9およびそれぞれの抵抗に
よりブリッジ回路を構成し、透磁率変化は圧力検出コイ
ル8でインダクタンスの変化として検出され、差動用コ
イル9との差動出力より圧力の変化が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成による圧力
センサにおいては、圧力検出コイル8と差動用コイル9
に、それぞれ各コイルのインピーダンスに等しい抵抗を
接続したブリッジ回路を使用するので、温度が変わると
出力精度は著しく悪くなった。図5は従来の圧力センサ
における−30℃から100℃までの出力特性を示して
いる。なお、−30℃における出力幅は0から1になる
ように調整されている。図5からわかるように、温度が
変わると、出力幅が最大約25%F.S.(フルスケー
ル)、0点の出力が最大約2%F.S.変わる。このよ
うに、従来の圧力センサでは、温度が変わると出力精度
が著しく悪くなるという問題があった。
【0006】本発明は上記問題を解決するために、非晶
質磁性合金を用いた圧力センサにおいて、その温度特性
を改善した圧力センサを提供することを目的とするもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述課題を解決するため
に、本発明の圧力センサは、変形部分および非変形部分
に配された2個の透磁率検出素子にそれぞれ直列に抵抗
を接続することによりブリッジ回路を構成し、変形部分
に配した透磁率検出素子と直列に接続した抵抗の大きさ
R、および非変形部分に配した透磁率検出素子と直列に
接続した抵抗の大きさRd が各透磁率検出素子のインピ
ーダンスより小さくしたものである。
【0008】さらに本発明の圧力センサは、上記変形部
分に配した透磁率検出素子と直列に接続した抵抗の大き
さRが、下記の(1) 式を満たすようにしたものである。
【0009】
【数1】
【0010】ここで、 V:透磁率検出素子と抵抗に加わる印加電圧 Vc :透磁率検出素子の両端電圧 r:透磁率検出素子の内部抵抗 L:透磁率検出素子のインダクタンス R:変形部分の透磁率検出素子と直列に接続した抵抗の
大きさ f:印加電圧の周波数,w=2πf 添字 h:圧力センサの使用最高温度における値 l:圧力センサの使用最低温度における値 a:圧力センサの使用最高応力における値 i:圧力センサの応力無印加状態における値 さらに本発明の圧力センサは、上記非変形部分に配した
透磁率検出素子と直列に接続した抵抗の大きさRd が下
記の(2) 式または(3) 式を満たすようにしたものであ
る。
【0011】
【数2】
【0012】
【数3】
【0013】ここで、 V:透磁率検出素子と抵抗に加わる印加電圧 Vc :透磁率検出素子の両端電圧 r:透磁率検出素子の内部抵抗 L:透磁率検出素子のインダクタンス R:変形部分の透磁率検出素子と直列に接続した抵抗の
大きさ Rd :非変形部分の透磁率検出素子と直列に接続した抵
抗の大きさ f:印加電圧の周波数,w=2πf 添字 h:圧力センサの使用最高温度における値 l:圧力センサの使用最低温度における値 a:圧力センサの使用最高応力における値 i:圧力センサの応力無印加状態における値 d:圧力センサの非変形部分側における値
【0014】
【作用】上記構成により、抵抗R,Rd を各透磁率検出
素子のインピーダンスより小さくすることで、その温度
特性を改善して温度による出力精度の低下を抑えること
ができる。このとき、Rの大きさは(1) 式により設定可
能であり、これにより、圧力センサの温度による出力幅
の変化を低減できる。また、Rd の大きさは(2)式また
は(3) 式により決定可能であり、圧力センサの温度によ
る0点ドリフトを低減できる。このように、出力幅およ
び0点出力の温度変化が理論的に無くなる抵抗を用いる
ことができるので、圧力センサの出力精度を著しく向上
できる。
【0015】
【実施例】以下本発明の一実施例を図1〜図3を参照し
ながら説明する。なお、本発明における圧力センサの構
造は図4と同一であるので、その詳細な説明は省略し、
本発明の特徴となる部分について説明する。図1、図2
はそれぞれ本発明の一実施例の圧力センサにおける検出
回路の概略構成を示す回路図であり、図1は圧力検出コ
イルおよび差動用コイルの両端電圧の差を差動回路で取
った後、増幅して検出信号を出力する回路構成を示し、
図2は圧力検出コイルおよび差動用コイルの両端電圧を
先に増幅し、その差動を取って検出信号を出力する回路
構成を示す。図3は本発明の一実施例の圧力センサにお
ける出力特性図である。
【0016】図1、図2において、圧力検出コイル8と
差動用コイル9にそれぞれ直列に抵抗R,Rd を接続
し、ブリッジ回路を構成する。このときの抵抗R,Rd
の大きさを各コイル8,9のインピーダンスより小さく
することにより、温度特性を改善し、出力精度は著しく
向上する。この際の抵抗R,Rd の大きさはたとえば次
のようにして決定する。
【0017】(1) 圧力センサ使用時の最高温度(100
℃)と最低温度(−30℃)における圧力無印加時およ
び最高圧力(200気圧)印加時の各コイル8,9のイ
ンダクタンスLと内部抵抗rを測定する。このときの印
加電圧Vの周波数fは32.8KHzとした。
【0018】(2) これらの測定値Li とLa およびri
とra を(1) 式に代入してRを求める。なお、Rが無限
大に近づくと(1) 式は成立するものの、Δv/v(印加
電圧Vに対するセンサ出力感度)が0に近づくため、R
を圧力検出コイル8のインピーダンスより小さい値と
し、その大きさを(1) 式により最も適切な値に設定す
る。このような値にRを設定することにより、最高温度
と最低温度における、最高圧力印加時と圧力無印加時と
の差によって表わされるセンサ出力感度を等しくするこ
とができ、圧力センサの温度による出力幅の変化を低減
できる。
【0019】(3) さらに、(1) 項で測定した測定値と
(2) 項で求めたRを(2) 式または(3)式に代入すること
により、Rd の値を求める。ここで、Rd は検出回路の
構成により2通りの求め方がある。まず、図1に示すよ
うに、圧力無印加時の圧力検出コイル8と差動用コイル
9の両端電圧(Vci,Vcd)の差を差動回路で取った
後、増幅して出力する回路構成の場合は、(2) 式を用い
てRd を求める。このとき、最高温度と最低温度におけ
る、圧力無印加時での圧力検出コイル8側と差動用コイ
ル9側の差によって表わされるセンサ出力を等しくでき
る。一方、図2に示すように、基準温度(この場合−3
0℃)でVci=Vcdとなるように、VciおよびVcdを先
に増幅し、その後差動を取って出力する回路構成場合
は、(3) 式を用いてRd を求める。このとき、最高温度
における、圧力無印加時での圧力検出コイル8側と増幅
器の増幅比により補正された差動用コイル9側との差に
よって表わされるセンサ出力を0に等しくできる。これ
らのことにより、圧力センサの温度による0点ドリフト
を低減できる。
【0020】このようにして決定したR,Rd を用いて
従来例と同じ構成の圧力センサの出力特性を測定した。
ここでは、検出回路を図2のものとしたため、Rd
(3) 式より求めた。この際のR,Rd はいずれも132
Ωであった。これは、各コイルのインピーダンス(34
2Ω)より小さい値である。図3は本構成の圧力センサ
の出力特性を示す。図5と比較して著しく精度が向上し
たことがわかる。この際の精度は約1%F.S.であっ
た。なお、検出回路を図1の構成にしても、(2)式で得
られたRd を用いると図3と同じような高精度出力が得
られた。
【0021】以上の検出回路構成により従来に比べてセ
ンサ精度を大幅に向上することができた。なお、以上の
説明では、圧力センサを例にとって説明したが、同じよ
うな構成を持つ他の力学量センサにおいても同等の温度
特性改善効果を持つのはもちろんである。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、透磁率
検出素子のインピーダンスより小さい最適抵抗値を持つ
抵抗を透磁率検出素子に直列に接続し、ブリッジ回路を
構成することにより、温度変動の少ない高精度なセンサ
出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の圧力センサにおける検出回
路の概略構成を示す図である。
【図2】本発明の他の実施例の圧力センサにおける検出
回路の概略構成を示す図である。
【図3】本発明の他の実施例の圧力センサにおける出力
特性図である。
【図4】圧力センサの断面図である。
【図5】従来例の圧力センサの出力特性図である。
【符号の説明】
1 本体 2 圧力導入口 3 圧力室 4 変形部分 5 非変形部分 6 中空部分 7 非晶質磁性合金 8 圧力検出コイル 9 差動用コイル 10 ボビン 13 検出回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力によってひずむ変形部分と、圧力に
    よって歪が生じない非変形部分とを有し、前記変形部分
    および非変形部分間にわたって磁歪を有する非晶質磁性
    合金を固着し、前記非晶質磁性合金と磁気回路をなすよ
    うに前記変形部分と非変形部分に各々透磁率検出素子が
    配置され、圧力印加にともなう前記2個の透磁率検出素
    子の透磁率差から圧力を検出するように構成した圧力セ
    ンサであって、前記2個の透磁率検出素子にそれぞれ直
    列に抵抗を接続することによりブリッジ回路を構成し、
    変形部分に配した透磁率検出素子と直列に接続した抵抗
    の大きさR、および非変形部分に配した透磁率検出素子
    と直列に接続した抵抗の大きさRd を各透磁率検出素子
    のインピーダンスより小さくしたことを特徴とする圧力
    センサ。
  2. 【請求項2】 変形部分に配した透磁率検出素子と直列
    に接続した抵抗の大きさRが、 を満たすことを特徴とする請求項1記載の圧力センサ。
    ここで、 V:透磁率検出素子と抵抗に加わる印加電圧 Vc :透磁率検出素子の両端電圧 r:透磁率検出素子の内部抵抗 L:透磁率検出素子のインダクタンス R:変形部分の透磁率検出素子と直列に接続した抵抗の
    大きさ f:印加電圧の周波数,w=2πf 添字 h:圧力センサの使用最高温度における値 l:圧力センサの使用最低温度における値 a:圧力センサの使用最高応力における値 i:圧力センサの応力印加状態における値
  3. 【請求項3】 非変形部分に配した透磁率検出素子と直
    列に接続した抵抗の大きさRdが、 または、 を満たすことを特徴とする請求項1記載の圧力センサ。
    ここで、 V:透磁率検出素子と抵抗に加わる印加電圧 Vc :透磁率検出素子の両端電圧 r:透磁率検出素子の内部抵抗 L:透磁率検出素子のインダクタンス R:変形部分の透磁率検出素子と直列に接続した抵抗の
    大きさ Rd :非変形部分の透磁率検出素子と直列に接続した抵
    抗の大きさ f:印加電圧の周波数,w=2πf 添字 h:圧力センサの使用最高温度における値 l:圧力センサの使用最低温度における値 a:圧力センサの使用最高応力における値 i:圧力センサの応力無印加状態における値 d:圧力センサの非変形部分側における値
JP4103296A 1992-04-23 1992-04-23 圧力センサ Pending JPH05296866A (ja)

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DE69301053T DE69301053T2 (de) 1992-04-23 1993-04-20 Drucksensor
KR1019930006776A KR970000035B1 (ko) 1992-04-23 1993-04-22 압력센서
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