JPH06186105A - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

Info

Publication number
JPH06186105A
JPH06186105A JP4354446A JP35444692A JPH06186105A JP H06186105 A JPH06186105 A JP H06186105A JP 4354446 A JP4354446 A JP 4354446A JP 35444692 A JP35444692 A JP 35444692A JP H06186105 A JPH06186105 A JP H06186105A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
piezoelectric element
piezoelectric
pressure sensor
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4354446A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomio Kato
臣男 加藤
Masakazu Yamamoto
昌和 山本
Toru Ito
徹 伊藤
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.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP4354446A priority Critical patent/JPH06186105A/en
Publication of JPH06186105A publication Critical patent/JPH06186105A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide a pressure sensor wherein it corrects a vibration, a temperature fluctuation and a noise propagated to the whole of a fluid by means of a sensor structure, it executes an electric-signal processing operation, its S/N ratio is extremely high, its sensitivity is high and its reliability is high. CONSTITUTION:Two piezoelectric elements 2, 3 in which electrode layers have been formed on both faces of each filmlike piezoelectric body are arranged in such a way that faces in the same direction become the same polarizing polarity. Then, in a pressure sensor, a fluid pressure is introduced from two entrance nozzles respectively into a first face on the piezoelectric element on one side and into a second face on the piezoelectric element on the other side as well as into a first face on the piezoelectric element on the other side and into a second face on the piezoelectric element on one side, the faces, whose polarizing polarity is different from each other, on the piezoelectric elements 2, 3 are connected electrically, outputs from the piezoelectric elements are passed through a filter circuit 51 and the outputs are amplified.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微小な圧力変動まで検
出でき、出力信号に対する振動等によるノイズの比(以
下SN比と称する。)が高い、圧電素子を使用した、気
体流量計に用いて最適な圧力センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for a gas flow meter using a piezoelectric element, which can detect even minute pressure fluctuations and has a high ratio of noise due to vibration to an output signal (hereinafter referred to as SN ratio). And optimal pressure sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧力センサとしては従来からマノメ―
タ、ブルドン管式、静電容量式、差動トランス式あるい
は半導体ダイヤフラム式など種々のものが知られてい
る。これらは一般的に大きな圧力の検出に用いられてお
り、大型で構造が複雑であったり、高価なものが多い。
また、検出対象の圧力が大きなこともあり、通常、振動
などの外乱によるノイズに対して配慮されていない。そ
のため、微小な圧力まで検出することが要求される用途
には、使用できないか、たとえ使用したとしてもノイズ
の割合が高くなって高精度な検出が困難となる。
2. Description of the Related Art Conventional pressure sensors are
Various types are known, such as a digital camera, a Bourdon tube type, a capacitance type, a differential transformer type, and a semiconductor diaphragm type. These are generally used for detecting a large pressure, and are large in size, complicated in structure, and expensive.
Further, since the pressure to be detected is large, noise is not usually considered due to disturbance such as vibration. For this reason, it cannot be used in applications requiring detection of even minute pressures, or even if it is used, the proportion of noise becomes high, and high-precision detection becomes difficult.

【0003】微小な圧力まで検出できる程好ましい用途
として、たとえば圧力検出を介して流体の流量を検出す
るフルイディック流量計やカルマン渦流量計がある(た
とえば特開昭60−187814号公報、特開昭57−
54809号公報)。また、これら流量計に用いて最適
な、微小圧力変動まで検出可能な圧力センサとして、膜
状の圧電素子を用いた圧力センサが知られている(たと
えは特開昭57−54809号公報)。上記フルイディ
ック流量計は、特開昭60−187814号公報にも示
されているように、流量計素子部において、噴出ノズル
から噴出された流体の主流をコアンダ効果を利用して一
対の隔壁に交互に沿わせ、その流動変化の際に生じる圧
力変動を圧力センサで検出し、流体の流量を該流量に応
じた圧力変動の周波数で検出するようにしたものであ
る。カルマン渦流量計は、特開昭57−54809号公
報にも示されているように、流量計素子部内に設けられ
た渦発生体により流通流体中にカルマン渦を断続的に発
生させ、カルマン渦が通過する際に生じる圧力変動を圧
力センサで検出し、流体の流量を該流量に応じたカルマ
ン渦発生数で検出するようにしたものである。
As a preferable application that can detect even a minute pressure, for example, there is a fluidic flowmeter or a Karman vortex flowmeter which detects the flow rate of a fluid through pressure detection (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-187814). 57-
54809). A pressure sensor using a film-shaped piezoelectric element is known as an optimal pressure sensor that can detect even minute pressure fluctuations using these flowmeters (for example, JP-A-57-54809). In the fluidic flowmeter, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-187814, in the flowmeter element portion, the main flow of the fluid ejected from the ejection nozzle is divided into a pair of partition walls by utilizing the Coanda effect. The pressure sensors are arranged alternately, and pressure fluctuations that occur when the flow changes are detected by a pressure sensor, and the flow rate of the fluid is detected at a frequency of pressure fluctuations corresponding to the flow rate. The Karman vortex flowmeter, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-54809, generates a Karman vortex intermittently in a flowing fluid by a vortex generator provided in a flowmeter element section, Is detected by a pressure sensor, and the flow rate of the fluid is detected by the number of Karman vortices generated according to the flow rate.

【0004】このような流量計に用いられる圧力センサ
としては、高感度、つまり微弱な圧力変化および広い周
波数における圧力変化まで検出できる程望ましく、その
ためには、振動等の外乱に対する対策を施して、SN比
を相当高くしなければならない。SN比を高くするため
に、とくに振動対策を施したものとして、前述の特開昭
57−54809号公報に開示された圧力センサが知ら
れている。この圧力センサは、圧電素子として高分子圧
電体を使用し、圧力検出用とノイズ成分補正用とに分岐
したレバ―の両側にそれぞれ圧電素子2枚をバイモルフ
型のように取付け、ノイズ成分補正用圧電素子は周囲を
カバ―して圧力検出用圧電素子と雰囲気を分離したもの
である。ノイズ成分となる振動は、圧力検出用圧電素子
とノイズ成分補正用圧電素子の両方に加わるので、圧力
検出用圧電素子からの出力信号からノイズ成分補正用圧
電素子による信号を差し引けば、原理的には振動に起因
するノイズが除去されることになる。この方法は検出対
象以外のノイズ成分を補正する差動型といわれる最も一
般的な方法である。
A pressure sensor used in such a flow meter is desired to have high sensitivity, that is, to detect even a weak pressure change and a pressure change in a wide frequency range. For that purpose, measures against disturbance such as vibration are taken, The signal-to-noise ratio must be fairly high. The pressure sensor disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 57-54809 is known as a measure against vibration in order to increase the SN ratio. This pressure sensor uses a polymer piezoelectric material as a piezoelectric element, and two piezoelectric elements are attached like a bimorph type on both sides of a lever that branches for pressure detection and noise component correction, for noise component correction. The piezoelectric element covers the surrounding area to separate the pressure detecting piezoelectric element from the atmosphere. Since the vibration that is a noise component is applied to both the pressure detection piezoelectric element and the noise component correction piezoelectric element, it is theoretically possible to subtract the signal from the noise component correction piezoelectric element from the output signal from the pressure detection piezoelectric element. The noise due to vibration will be removed. This method is the most general method called the differential type that corrects noise components other than the detection target.

【0005】しかしながら、上記圧力センサの構造にお
いては、ノイズ成分補正用と圧力検出用の圧電素子はそ
れぞれ構造や雰囲気が異なるところに納められているた
め、両圧電素子への振動や温度の伝わりかたがそれぞれ
異なり、ノイズ成分を正確にかつ十分に除去できないと
いう問題がある。とくに、ノイズ成分補正用圧電素子を
隔離しているため、流体の温度変動に関するノイズ、お
よび絞り弁等から流体全体に伝幡してくるノイズ成分は
除去され難い。また、機械的に弱い圧電素子が流体流路
中に露出する構造であるので、流体中の異物などが圧電
素子に付着し易いという問題、および製作、取り扱い、
実施の過程で圧電素子に損傷あるいは感度低下を招きや
すいという問題がある。
However, in the structure of the pressure sensor, since the noise component correcting piezoelectric element and the pressure detecting piezoelectric element are housed in different structures and atmospheres, respectively, vibration and temperature may be transmitted to both piezoelectric elements. However, there is a problem that the noise component cannot be removed accurately and sufficiently. In particular, since the piezoelectric element for correcting the noise component is isolated, it is difficult to remove the noise related to the temperature change of the fluid and the noise component transmitted to the entire fluid from the throttle valve and the like. Moreover, since the mechanically weak piezoelectric element is exposed in the fluid flow path, the problem that foreign matter in the fluid easily adheres to the piezoelectric element, and the manufacturing, handling,
There is a problem that the piezoelectric element is likely to be damaged or the sensitivity is lowered in the process of implementation.

【0006】このような問題点に対し、先に本出願人に
より、2個の圧電素子を並置し、2個の入口ノズルから
同容積の流体圧力導入経路を介して各圧電素子の各面に
それぞれ圧力を伝播させ、該圧力を各圧電素子で逆相に
て同時に検出するようにした圧力センサおよびその圧力
センサを用いた気体流量計が提案されている(特開平2
−268230号公報)。この提案により、振動による
ノイズは勿論のこと、温度変動や流体全体に伝幡される
雑ノイズ等のノイズを正確に補正できてSN比が高い、
かつ微弱な圧力変動まで検出できる高感度な、しかも構
造が簡単で信頼性の高い圧力センサ、およびその圧力セ
ンサを用いた高精度な気体流量計が得られたが、以下の
ような問題点が判明した。例えばフルイディック流量計
では、流体振動はその周波数が流量に比例し、その振幅
すなわち変動圧力は流量のほぼ2乗に比例する。流量が
大きくなると、圧電素子部に導入される圧力変動(差
圧)が大きくなるが、同時にノイズ成分による圧力変動
も大きくなる。特開平2−268230号公報では、圧
電素子からの出力を、測定可能なレベルまで単に増幅し
ていただけなので、上記のように流量が大きい場合、あ
る一定の電源電圧との関係から、増幅器の出力としては
飽和状態(出力がある値以上にはならない頭打ち状態)
になることがある。このとき、大きいノイズ成分が存在
すると、そのノイズ成分が、測定対象である流量比例周
波数としてカウントされてしまうことがある。つまりS
N比が低下し、測定精度が悪くなる。
[0006] In order to solve such a problem, the present applicant previously arranged two piezoelectric elements in parallel, and from two inlet nozzles to each surface of each piezoelectric element via a fluid pressure introduction path of the same volume. There has been proposed a pressure sensor in which each pressure is propagated and the pressure is simultaneously detected by each piezoelectric element in a reverse phase, and a gas flow meter using the pressure sensor (Japanese Patent Laid-Open No. HEI-2).
-268230). With this proposal, it is possible to accurately correct not only noise due to vibration but also noise such as temperature fluctuations and noise transmitted throughout the fluid, and the SN ratio is high.
A highly sensitive pressure sensor with a simple structure and high reliability that can detect even weak pressure fluctuations and a highly accurate gas flow meter using the pressure sensor were obtained, but the following problems were encountered. found. For example, in a fluidic flow meter, the frequency of fluid vibration is proportional to the flow rate, and its amplitude, that is, fluctuating pressure, is proportional to the square of the flow rate. When the flow rate increases, the pressure fluctuation (differential pressure) introduced into the piezoelectric element portion increases, but at the same time, the pressure fluctuation due to the noise component also increases. In JP-A-2-268230, since the output from the piezoelectric element is simply amplified to a measurable level, when the flow rate is large as described above, the output of the amplifier is changed from the relationship with a certain constant power supply voltage. As a saturated state (a state where the output does not reach a certain value or more is reached)
May become. At this time, if there is a large noise component, the noise component may be counted as the flow rate proportional frequency to be measured. That is, S
The N ratio decreases, and the measurement accuracy deteriorates.

【0007】そこで、さらに先に本出願人により、振
動、温度変動、流体全体に伝播されるノイズ等のセンサ
構造による補正に加え、さらに、電気的な信号処理を施
して、SN比が極めて高い、高感度で信頼性の高い圧力
センサが提供されている(特願平3−274874
号)。
Therefore, the applicant of the present invention further corrected the vibration, temperature fluctuation, noise propagated in the entire fluid by the sensor structure, and further performed electrical signal processing to obtain an extremely high SN ratio. , A highly sensitive and highly reliable pressure sensor is provided (Japanese Patent Application No. 3-274874).
issue).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】振動や流体圧力変動等
は先に提案した圧力センサ(特開平2−268230号
公報、特願平3−274874号など)において、同相
ノイズとして2個の圧電素子内で自動的に除去し、高い
ノイズ除去効果があった。しかしさらに検討を進めた結
果、実際にフルイディック流量計に取り付けて使用した
ときに流体の供給側で大きな圧力変動があることがあ
り、2個の圧電素子の両方の面に同時に変動した圧力が
加わるいわゆる同圧変動によるノイズが通常測定する流
量での信号値を越えることがあるという問題があること
が判った。
In the pressure sensor previously proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-268230, Japanese Patent Application No. 3-274874, etc.), vibration and fluid pressure fluctuation are caused by two piezoelectric elements as in-phase noise. It has a high noise removal effect. However, as a result of further study, there was a large pressure fluctuation on the fluid supply side when it was actually attached to a fluidic flow meter and used, and the pressure that fluctuated simultaneously on both surfaces of the two piezoelectric elements was It has been found that there is a problem that the noise due to the so-called same pressure fluctuation may exceed the signal value at the flow rate normally measured.

【0009】本発明の目的は、先に提案した圧力センサ
の圧電素子の接続方法を変更することにより、振動、温
度変動、流体全般に伝播されるノイズ等を更に低減し、
SN比が極めて高い、高感度で信頼性の高い圧力センサ
を提供することにある。
An object of the present invention is to further reduce vibrations, temperature fluctuations, noises propagated to fluids, etc. by changing the connection method of the piezoelectric elements of the pressure sensor proposed above.
It is to provide a highly sensitive and reliable pressure sensor having an extremely high SN ratio.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
圧力センサは、膜状圧電体の両面に電極層を設けた2個
の圧電素子を、それぞれ2個一対のホルダで両面から挟
持して張設した圧力検出部を備え、前記2個の圧電素子
は同一の方向に向きかつ同一方向の面が同一の分極極性
となるように配置され、前記圧力検出部には流体の圧力
を導入する2個の入口ノズルが設けられ、一方の入口ノ
ズルが第1の流体圧力導入経路を介して一方の圧電素子
の第1の面に連通されるとともに第4の流体圧力導入経
路を介して前記一方の圧電素子の第1の面とは分極極性
が異なる他方の圧電素子の第2の面に連通され、他方の
入口ノズルが第2の流体圧力導入経路を介して前記一方
の圧電素子の第2の面に連通されるとともに第3の流体
圧力導入経路を介して前記他方の圧電素子の第1の面に
連通された圧力センサであって、前記2個の圧電素子の
互いに分極極性の異なる面をそれぞれ電気的に接続し、
いずれか一方の圧電素子の接続部からの出力をフィルタ
回路に接続し、該フィルタ回路を、該フィルタ回路から
の出力を増幅する増幅回路に接続したものからなる。
According to the pressure sensor of the present invention for this purpose, two piezoelectric elements each having an electrode layer provided on both sides of a film-shaped piezoelectric body are sandwiched by two pairs of holders from both sides. And the two piezoelectric elements are arranged so as to face in the same direction and have the same polarization polarity on the surfaces in the same direction, and the pressure of the fluid is introduced into the pressure detecting section. Two inlet nozzles are provided, one inlet nozzle communicates with the first surface of the one piezoelectric element via the first fluid pressure introducing path, and the other inlet nozzle via the fourth fluid pressure introducing path. The first surface of the one piezoelectric element is communicated with the second surface of the other piezoelectric element having a different polarization polarity, and the other inlet nozzle is connected to the second surface of the other piezoelectric element through the second fluid pressure introduction path. And the third fluid pressure introduction path Wherein a pressure sensor communicating with the first surface of the other piezoelectric element, the two mutually polarization polarities different surfaces of the piezoelectric element is electrically connected Te,
An output from the connection portion of one of the piezoelectric elements is connected to a filter circuit, and the filter circuit is connected to an amplifier circuit that amplifies the output from the filter circuit.

【0011】圧力センサの出力からノイズを除去してよ
り正確な流量対応周波数を取り出すためには、上記増幅
回路に、該増幅回路出力の周波数のパルスを出力する電
圧比較器を接続することが好ましい。また、圧電素子を
圧力変化に対してより敏感に変形させより高感度な圧力
センサとするためには、圧電素子をダイヤフラム状や球
面状に張設しておくことが好ましく、そのような張設状
態を得るために、2個の圧電素子を挟持するホルダの挟
持面を傾斜面に形成しておくことが好ましい。
In order to remove noise from the output of the pressure sensor and extract a more accurate frequency corresponding to the flow rate, it is preferable to connect a voltage comparator for outputting a pulse of the frequency of the amplifier circuit to the amplifier circuit. . Further, in order to deform the piezoelectric element more sensitively to a pressure change to make a pressure sensor with higher sensitivity, it is preferable to stretch the piezoelectric element in a diaphragm shape or a spherical shape. In order to obtain the state, it is preferable that the holding surface of the holder that holds the two piezoelectric elements is formed as an inclined surface.

【0012】この圧力センサは、フルイディック流量計
やカルマン渦流量計からなる気体流量計に用いて最適な
圧力センサであり、圧力センサの上記2個の入口ノズル
が、2個の同面積の導圧用孔を開けたガスケット等を介
して、流通される流体の流量に応じた圧力変動を発生す
る流量計素子部に接続される。
This pressure sensor is an optimum pressure sensor for use in a gas flow meter including a fluidic flow meter and a Karman vortex flow meter, and the two inlet nozzles of the pressure sensor are two of the same area. It is connected to a flow meter element section that generates a pressure fluctuation according to the flow rate of the fluid that is circulated, through a gasket having a pressure hole.

【0013】この発明において、圧電素子に使用する圧
電体は、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)に代表される
セラミック圧電体、高分子圧電体、あるいは高分子にP
ZT粉末を混入した複合圧電体等から成る。高分子圧電
体は、たとえば、フッ化ビニリデンと3フッ化エチレン
の共重合体から構成される。その膜厚は、感度、強度、
取扱い性を考慮して選ぶのが好ましい。膜厚は周知の製
膜技術により、容易にかつ高精度に制御可能である。
In the present invention, the piezoelectric body used for the piezoelectric element is a ceramic piezoelectric body represented by lead zirconate titanate (PZT), a polymeric piezoelectric body, or a polymeric P body.
It is composed of a composite piezoelectric material mixed with ZT powder. The polymeric piezoelectric body is made of, for example, a copolymer of vinylidene fluoride and ethylene trifluoride. The film thickness depends on sensitivity, strength,
It is preferable to select it in consideration of handleability. The film thickness can be easily and highly accurately controlled by a known film forming technique.

【0014】圧電体の両面に設けられる電極層は、アル
ミニウム、銅、金、ニッケル、パラジウム等の材質から
構成され、蒸着、スパッタリング、メッキ等のメタライ
ジング手法により圧電体の面に形成される。各流体圧力
導入経路は、導入されてくる流体が直接的に圧電素子面
に当たらないよう、曲折構造あるいは絞り介在構造とす
ることが望ましい。また、圧電素子の分極極性は、圧電
体製造過程において付与されるが、この付与には周知の
方法が適用できる。圧電素子は、両面がそれぞれ同一の
方向に向くように圧力検出部内に配置されるが、並列的
な配置、直列的な配置のいずれでもよい。
The electrode layers provided on both sides of the piezoelectric body are made of a material such as aluminum, copper, gold, nickel and palladium, and are formed on the surface of the piezoelectric body by a metallizing method such as vapor deposition, sputtering and plating. It is desirable that each fluid pressure introduction path has a bent structure or a throttle interposition structure so that the introduced fluid does not directly contact the piezoelectric element surface. Further, the polarization polarity of the piezoelectric element is given in the process of manufacturing the piezoelectric body, and a well-known method can be applied to this. The piezoelectric elements are arranged in the pressure detection unit so that both surfaces thereof face in the same direction, but they may be arranged in parallel or in series.

【0015】[0015]

【作用】上記のような圧力センサにおいては、ある圧力
取出口から取出された流体の圧力が、一方の入口ノズ
ル、第1の流体圧力導入経路、第4の流体圧力導入経路
を介して、一方の圧電素子の第1の面および他方の圧電
素子の第2の面に同時に導入され、別の圧力取出口から
取出された同じ流体の圧力が、他方の入口ノズル、第2
の流体圧力導入経路、第3の流体圧力導入経路を介して
一方の圧電素子の第2の面および他方の圧電素子の第1
の面に同時に導入され、両面間の差圧により生じる各圧
電素子の変形によって分極量が変化し、それによって生
じる圧電体両面の電荷が電極層を介して出力される。そ
して、この両圧電素子の電荷の和が入力されるようにし
てフィルタ回路に接続される。
In the pressure sensor as described above, the pressure of the fluid taken out from a certain pressure outlet is passed through one inlet nozzle, the first fluid pressure introducing path, and the fourth fluid pressure introducing path to the one side. Of the same fluid that is simultaneously introduced into the first surface of the piezoelectric element and the second surface of the other piezoelectric element and taken out from another pressure outlet,
Through the third fluid pressure introducing path and the second surface of the one piezoelectric element and the first piezoelectric element of the other piezoelectric element.
Are simultaneously introduced into the surface of the piezoelectric element, the amount of polarization changes due to the deformation of each piezoelectric element caused by the pressure difference between the two surfaces, and the electric charges on the both surfaces of the piezoelectric element generated thereby are output through the electrode layer. Then, it is connected to the filter circuit so that the sum of the charges of both piezoelectric elements is input.

【0016】この圧力センサにおける検出においては、
(イ)圧電素子の両側に同時に流体圧力を導き、その差
圧を検出する構造であること、(ロ)実質的に同一構造
で同一雰囲気中に2個の圧電素子を並設したこと、
(ハ)SN比が高くなるように電気的な信号処理を施し
たこと、により極めて正確にノイズ成分が除去される。
In the detection by this pressure sensor,
(A) A structure in which fluid pressure is simultaneously introduced to both sides of the piezoelectric element and the differential pressure is detected, (b) Two piezoelectric elements are arranged side by side in the same atmosphere with substantially the same structure,
(C) Since the electrical signal processing is performed so that the SN ratio becomes high, the noise component is extremely accurately removed.

【0017】まず、一個の圧電素子の両面に流体圧を同
時に導くので、同一の測定対象流体に対して2個の入口
ノズルをそれぞれ異なる測定位置へと接続することよ
り、流体全体の圧力変動(ノイズ成分)については圧電
素子両面に同時に導きつつ一方の経路からはその測定位
置に対応する圧力変動を導くことができる。流体全体の
圧力変動は2個の圧電素子の両面に同時に伝達されるの
で、この変動成分によって2個の圧電素子が同一の変形
をして圧電素子自身で流体全体の圧力変動による電位差
が消去され、両面間の差圧成分に対応した電位差および
差圧発生回数に対応した周波数の信号が出力される。ま
た、流体全体の温度変動に対しても同様であり、各圧電
素子の両面に同時に温度変動が伝達されるので、この変
動成分によって2個の圧電素子は同一の変形をして圧電
素子自身で温度変動によるノイズ成分は自動的に消去さ
れる。したがって、この圧力センサをフルイディクス流
量計やカルマン渦流量計の流量計素子部に接続すること
により、ノイズとなり得る流体全体の変動成分を自動的
に消去しつつ、流体振動による圧力変動成分あるいはカ
ルマン渦による圧力変動成分のみを高精度で検出できる
ようになる。
First, since the fluid pressure is simultaneously guided to both surfaces of one piezoelectric element, the pressure fluctuation of the entire fluid can be obtained by connecting two inlet nozzles to different measurement positions for the same fluid to be measured. The noise component) can be simultaneously introduced to both surfaces of the piezoelectric element, and the pressure fluctuation corresponding to the measurement position can be introduced from one path. Since the pressure fluctuation of the entire fluid is simultaneously transmitted to both surfaces of the two piezoelectric elements, the fluctuation component causes the two piezoelectric elements to undergo the same deformation and the piezoelectric element itself erases the potential difference due to the pressure fluctuation of the entire fluid. A signal having a frequency corresponding to the potential difference corresponding to the differential pressure component between the two surfaces and the number of times of differential pressure generation is output. The same applies to temperature fluctuations of the entire fluid, and temperature fluctuations are simultaneously transmitted to both surfaces of each piezoelectric element, so the two piezoelectric elements undergo the same deformation due to this fluctuation component, and the piezoelectric elements themselves are deformed. Noise components due to temperature fluctuations are automatically deleted. Therefore, by connecting this pressure sensor to the flowmeter element part of a fluidics flowmeter or a Karman vortex flowmeter, the fluctuation component of the entire fluid, which may cause noise, is automatically deleted, while the pressure fluctuation component due to fluid vibration or Karman Only the pressure fluctuation component due to the vortex can be detected with high accuracy.

【0018】そして、分極極性が同一方向となるように
配設されたそれぞれの圧電素子の、互に異なる分極極性
の面に同一経路からの圧力が導入されるので、両圧電素
子の変形方向は逆相となり、両者の電荷の和として出力
することにより、上記流体全体の変動に起因するノイズ
成分が除去された出力信号が得られることになる。
Since the pressures from the same path are introduced to the surfaces of the respective piezoelectric elements arranged so that the polarization polarities thereof are in the same direction, the deformation directions of both piezoelectric elements are different. The opposite phase is obtained, and by outputting as the sum of both charges, an output signal from which the noise component due to the fluctuation of the entire fluid is removed can be obtained.

【0019】上述の如く、両圧電素子は測定対象圧力を
互に逆相で同時に検出するが、両圧電素子に振動が加わ
った場合、その振動によって、一方の圧電素子に上記検
出圧力を減ずる方向の変形力が加わったとすると、他方
の圧電素子には必ず同じ大きさで検出圧力を増加させる
方向の変形力が働く。圧力検出部からの出力としては、
両圧電素子の逆相の検出した電荷の和としてとり出され
る。つまり、両圧電素子に発生する電荷の和として取り
出される。(以下、これを「出力の和」と呼称する。)
そして、上記振動に伴う同相のノイズ成分は自動的に消
去される。しかし、実際には、圧電素子からなる圧力検
出部は慎重に製作されるがいくつかの製造工程におい
て、振動に対してSN比の低下をもたらす微小な感度差
が2個の圧電素子間に生じる場合があり、大きな同相の
ノイズが加わった場合、ノイズ成分は完全には消去され
ず、微小な電荷が消去されずに残ることがある。すなわ
ち、ノイズ成分が大きくて、通常では自動的に消去され
る同相ノイズがいわゆる測定信号のレベルに達すること
がある。
As described above, both piezoelectric elements simultaneously detect the pressures to be measured in opposite phases, but when vibration is applied to both piezoelectric elements, the vibration reduces the detected pressure in one of the piezoelectric elements. If the deforming force is applied, the deforming force in the direction of increasing the detected pressure is always applied to the other piezoelectric element with the same magnitude. The output from the pressure detector is
It is taken out as the sum of the detected charges of opposite phases of both piezoelectric elements. That is, it is taken out as the sum of electric charges generated in both piezoelectric elements. (Hereinafter, this is referred to as "sum of outputs".)
Then, the in-phase noise component associated with the vibration is automatically erased. However, in reality, the pressure detecting portion including the piezoelectric element is carefully manufactured, but in some manufacturing steps, a minute sensitivity difference that causes a reduction in the SN ratio with respect to vibration occurs between the two piezoelectric elements. In some cases, when a large in-phase noise is added, the noise component may not be completely erased, and a minute charge may remain without being erased. That is, in-phase noise, which has a large noise component and is normally automatically canceled, may reach the so-called measurement signal level.

【0020】本発明で提供する圧電素子の接続方法によ
れば、特願平3−274874号で提案した圧電素子を
直列に接続する方法に比べ、ほぼ2倍の耐同相ノイズ性
が得られ、一方、本来の差圧による測定信号は測定しよ
うとする周波数の範囲で、増幅回路の出力は先に提案し
た圧電素子を直列に接続する方法とほぼ同じ感度で検出
される。
According to the piezoelectric element connection method provided by the present invention, the common-mode noise resistance is almost doubled as compared with the method of connecting piezoelectric elements in series proposed in Japanese Patent Application No. 3-274874. On the other hand, the measurement signal due to the original differential pressure is detected in the frequency range to be measured, and the output of the amplifier circuit is detected with substantially the same sensitivity as the previously proposed method of connecting the piezoelectric elements in series.

【0021】さらに本発明の圧力センサでは、電源電圧
との関係から圧力センサとしての出力の大きさが限られ
る場合にあっても、つまり圧力検出部からの出力を増幅
した出力の大きさが限られる場合にあっても、SN比を
大きく取れるように電気的な信号処理が行われる。前述
の如く、流体振動による変動圧力(つまり圧電素子にお
ける両面間の差圧)は流量のほぼ2乗に比例し、流量が
大きくなると、その差圧が大きくなると同時にノイズ成
分による圧力変動も大きくなる。したがって、圧力検出
部からの出力を単に増幅するだけで、その増幅された出
力が飽和状態になった場合、飽和値に近い大きいノイズ
成分が存在すると、SN比が低下する。このような場
合、本発明の圧力センサでは、圧力検出部を、例えば該
圧力検出部からの出力周波数の2乗分の1のゲイン特性
を有するフィルタ回路に接続し、該フィルタ回路を、該
フィルタ回路からの出力を増幅する増幅回路に接続する
ことにより、流量のほぼ2乗に比例した圧力検出部から
の出力にフィルタ回路による周波数の2乗分の1のゲイ
ン特性が乗ぜられ、それが増幅回路により増幅されて圧
力センサとしての出力が適正な一定のレベルに制御され
るとともに、ノイズ成分が小さく抑えられる。その結
果、測定対象である流量比例周波数のみが効率良くカウ
ントされ、SN比が大幅に改善できる。
Further, in the pressure sensor of the present invention, even if the output of the pressure sensor is limited due to the relationship with the power supply voltage, that is, the output of the pressure detection unit is amplified. Even in such a case, electrical signal processing is performed so as to obtain a large SN ratio. As described above, the fluctuating pressure due to fluid vibration (that is, the differential pressure between the two surfaces of the piezoelectric element) is approximately proportional to the square of the flow rate. When the flow rate increases, the differential pressure increases and the pressure fluctuation due to the noise component also increases. . Therefore, when the output from the pressure detection unit is simply amplified and the amplified output is in a saturated state, if there is a large noise component close to the saturation value, the SN ratio decreases. In such a case, in the pressure sensor of the present invention, the pressure detection unit is connected to, for example, a filter circuit having a gain characteristic of a square of the output frequency from the pressure detection unit, and the filter circuit is connected to the filter circuit. By connecting to the amplifier circuit that amplifies the output from the circuit, the output from the pressure detection unit, which is proportional to the square of the flow rate, is multiplied by the gain characteristic of the frequency squared by the filter circuit, which is amplified. The output of the pressure sensor is amplified by the circuit and is controlled to an appropriate constant level, and the noise component is suppressed to a small level. As a result, only the flow rate proportional frequency that is the measurement target is efficiently counted, and the SN ratio can be greatly improved.

【0022】このような信号処理は、ある周波数以上の
領域、つまりある流量以上の領域で圧力検出部からの出
力が大きくなる領域に対して行えばよい。あまり低周波
数の領域に対して適用すると、圧力検出部からの出力自
身を小さく抑えてしまう。フィルタ回路による周波数の
2乗分の1のゲイン特性は、具体的には、例えば、ロー
パスフィルタによる、周波数の増加に略比例してゲイン
が低下する立ち下がり部の周波数分の1の特性と、演算
増幅器自身が有する周波数分の1の特性とを組み合わせ
ることにより得られる。
Such signal processing may be performed on a region having a frequency higher than a certain level, ie, a region having a flow rate higher than a certain level, in which the output from the pressure detection unit becomes large. When applied to a region of too low frequency, the output itself from the pressure detection unit is suppressed to a small value. Specifically, the gain characteristic of the frequency squared by the filter circuit is, for example, a characteristic of the frequency of the falling portion of the falling portion in which the gain decreases substantially in proportion to the increase in the frequency due to the low-pass filter, It is obtained by combining with the characteristic of the frequency division of the operational amplifier itself.

【0023】そして、どの周波数以上の領域に対して周
波数の2乗分の1のゲイン特性を持たせるかは、後述の
実施例に示すように回路中の抵抗を変えることにより容
易に変更できるので、流量計の仕様(測定対象流量や流
量計素子部の特性)に応じてSN比の高い極めて高精度
な圧力センサとすることができる。
Further, which frequency range or more to which the gain characteristic of the square of the frequency is to be given can be easily changed by changing the resistance in the circuit as shown in the embodiments described later. A highly accurate pressure sensor having a high SN ratio can be obtained according to the specifications of the flow meter (the flow rate to be measured and the characteristics of the flow meter element).

【0024】本発明では、2個の圧電素子の互いに分極
極性の異なる面を電気的に接続した、いわゆる並列接続
をしたことにより、圧電素子のインピーダンスが低下
し、フィルタ回路のインピーダンスも低下し、これによ
る演算増幅器および周辺のインピーダンスとの関係から
先に提案した2個の圧電素子を直列接続したものとほぼ
同等な感度を有し、一方、流体の供給側での大きな圧力
変動によって起こる同圧変動によるノイズの除去比が向
上する。ちなみに、先に提案した発明では同圧変動に対
する除去比は80dB以上あり、10Hz、100Pa
p-p の同圧変動で通常の差圧測定での0.01Pap-p
に相当する出力になるに過ぎない。一般的には、上記の
ように、圧電素子を除く電気的信号処理回路構成を全く
同一として、同相のノイズに対する除去効果は、特開平
2−268230号公報や特願平3−274874号な
どで提案した2個の圧電素子を直列接続したものでも十
分であるが、本発明ではさらに、ノイズ除去比を約2倍
に向上させている。
In the present invention, the impedance of the piezoelectric element is lowered and the impedance of the filter circuit is also lowered by electrically connecting the surfaces of the two piezoelectric elements having different polarization polarities from each other, that is, in parallel connection. Due to the relationship between the operational amplifier and the impedance of the surroundings, the sensitivity is almost the same as the previously proposed two piezoelectric elements connected in series, while the same pressure caused by a large pressure fluctuation on the fluid supply side. The noise removal ratio due to fluctuations is improved. By the way, in the previously proposed invention, the removal ratio for the same pressure fluctuation is 80 dB or more, and 10 Hz, 100 Pa
0.01Pa pp in a normal differential pressure measured under the same pressure fluctuations of pp
The output is equivalent to. Generally, as described above, the electric signal processing circuit configuration except for the piezoelectric element is exactly the same, and the effect of removing in-phase noise is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-268230 and Japanese Patent Application No. 3-274874. Although it is sufficient to connect two proposed piezoelectric elements in series, the present invention further improves the noise removal ratio by about 2 times.

【0025】[0025]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。図2ないし図6は本発明の一実施例に係る圧力
センサを、図7は上記圧力センサをフルイディック流量
計に使用した場合の例を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 2 to 6 show a pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows an example in which the pressure sensor is used in a fluidic flow meter.

【0026】図1は本発明の一実施例に係る圧力センサ
の電気的信号処理回路を示す。本発明は電池52、1本
で動作することにしているので単一直流電源から中間電
圧を発生させる電源変換回路を有しているが、本実施例
では演算増幅器58を用いて、抵抗R9と抵抗R10で
電源電圧を分割した電圧を出力する回路構成になってい
る。また、フイルタ回路、増幅回路等、アナログ回路部
分とコンパレータ回路等のディジタル回路部分との間で
のノイズが互いに影響しないようにアイソレーションを
強化するために電源変換回路を、それぞれの回路部分に
配置するとなお良い。本発明では消費電流を少なくして
いる関係から、演算増幅器の処理速度が遅いのでスルー
レートを大きくするために、最終段のコンパレータの出
力をC−MOS型のシュミットで処理することが望まし
い。このとき抵抗R8はシュミット出力に付加する。
FIG. 1 shows an electric signal processing circuit of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. The present invention has a power supply conversion circuit for generating an intermediate voltage from a single DC power supply because it is designed to operate with only one battery 52, but in this embodiment, an operational amplifier 58 is used to connect a resistor R9 and a resistor R9. The circuit configuration is such that the resistor R10 outputs a voltage obtained by dividing the power supply voltage. In addition, a power supply conversion circuit is placed in each circuit part to enhance isolation so that noise between the analog circuit part such as the filter circuit and the amplifier circuit and the digital circuit part such as the comparator circuit do not affect each other. It's even better then. In the present invention, since the current consumption is reduced, the processing speed of the operational amplifier is slow. Therefore, in order to increase the slew rate, it is desirable to process the output of the final stage comparator by a C-MOS type Schmitt. At this time, the resistor R8 is added to the Schmitt output.

【0027】図2において、1は本発明に係る圧力セン
サ全体を示しており、該圧力センサ1は、2個の圧電素
子2、3を有する圧力検出部4と、上述の電気的信号処
理回路5(図1)を備えている。2個の圧電素子2、3
は、2個一対のホルダ12、13および14、15で両面から挟
持されて中央部が変形可能に張設されている。圧電素子
2、3は、図3に拡大して示すように、圧電材料からな
る膜状の圧電体6、7の両面に、耐腐食性の良いアルミ
ニウム、銅、金、ニッケル、パラジウム等の金属からな
る電極層8、9および10、11を蒸着、スパッタリング、
メッキ等により形成して構成されている。この2個の圧
電素子2、3の平面形状は、本実施例では円形とされて
いるが、これに限定されない。圧電体6、7の材質とし
ては、種々の圧電材料が適用可能であるが、本実施例で
は、フッ化ビニリデンと3フッ化エチレンの共重合体か
らなる高分子圧電材料を使用した。高分子圧電膜の厚さ
は、感度、強度、取扱い易さを考慮して決められるが、
本実施例では15μmとした。ただし本発明に係る圧力セ
ンサは、勿論液体用のものも含み、測定対象液体に応じ
て高分子圧電膜の厚さ、後述の電極部等の構造を適宜選
択すればよい。また、図示は省略するが、測定対象流
体、圧力変動の大きさによっては、薄い金属又はゴム製
ダイヤフラムに高分子圧電膜を張り付け、全体が補強さ
れた高分子圧電膜として扱うことも可能である。
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes the entire pressure sensor according to the present invention. The pressure sensor 1 includes a pressure detecting section 4 having two piezoelectric elements 2 and 3, and the above-mentioned electrical signal processing circuit. 5 (FIG. 1). Two piezoelectric elements 2, 3
Is sandwiched by two pairs of holders 12, 13 and 14, 15 from both sides, and the central part is stretched so as to be deformable. As shown in the enlarged view of FIG. 3, the piezoelectric elements 2 and 3 are formed on both surfaces of film-shaped piezoelectric bodies 6 and 7 made of a piezoelectric material, and are made of a metal such as aluminum, copper, gold, nickel, or palladium having good corrosion resistance. Electrode layers 8, 9 and 10, 11 consisting of
It is formed by plating or the like. The planar shape of the two piezoelectric elements 2 and 3 is circular in the present embodiment, but is not limited to this. Although various piezoelectric materials can be applied as the material of the piezoelectric bodies 6 and 7, in this embodiment, a polymer piezoelectric material made of a copolymer of vinylidene fluoride and ethylene trifluoride was used. The thickness of the piezoelectric polymer film is determined considering sensitivity, strength, and ease of handling.
In this embodiment, the thickness is 15 μm. However, the pressure sensor according to the present invention includes, of course, a liquid sensor, and the thickness of the polymer piezoelectric film and the structure such as an electrode portion described later may be appropriately selected according to the liquid to be measured. Although not shown, depending on the fluid to be measured and the magnitude of pressure fluctuation, it is possible to attach a polymer piezoelectric film to a thin metal or rubber diaphragm and treat it as a reinforced polymer piezoelectric film as a whole. .

【0028】圧電素子2、3の周縁部は、両側から、電
極層8、9および10、11を介してホルダ12、13および1
4、15によって挾持されている。各ホルダに保持された
圧電素子2、3は、両面がそれぞれ同一の方向に向くよ
うに並設されており、かつ同一方向の面がそれぞれ同一
の分極極性になるように配置されている。ホルダ12、1
3、14、15は、真鍮等の金属類や、耐水、耐油性がよ
い、PBT(ポリブチレンテレフタレート)のような絶
縁体であるプラスチックに導電材料を混入させたり、メ
ッキをしたようなものなど、その全体または表面が導電
体で構成され、なお、圧電素子に近い感度の温度依存性
を持たせる場合には線膨張率が、圧電素子のそれに近い
素材を使用するのが好ましく、各電極層8、9、10、11
にそれぞれ電気的に接続されて各圧電素子の出力端子と
して機能する。ホルダ12と13、14と15間は、圧電体6、
7によって絶縁されている。
The peripheral portions of the piezoelectric elements 2 and 3 are held from both sides by holders 12, 13 and 1 via electrode layers 8, 9 and 10, 11.
Held by 4, 15. The piezoelectric elements 2 and 3 held by the respective holders are arranged in parallel so that both surfaces thereof face in the same direction, and the surfaces in the same direction have the same polarization polarity. Holder 12, 1
3, 14, and 15 are metal such as brass, plastic with good water resistance and oil resistance, which is an insulator such as PBT (polybutylene terephthalate), mixed with conductive material, plated, etc. , The whole or the surface of which is made of a conductor, and when the temperature dependence of the sensitivity is close to that of the piezoelectric element, it is preferable to use a material having a linear expansion coefficient close to that of the piezoelectric element. 8, 9, 10, 11
To function as output terminals of each piezoelectric element. Between the holders 12 and 13, 14 and 15, the piezoelectric body 6,
Insulated by 7.

【0029】この2個一対のホルダ12、13および14、15
で、圧電素子2、3は、図4および図5に示すように挟
持され、張設される。平面形状が円形の圧電素子2、3
は、その周縁部でホルダに挟持されるが、このホルダの
圧電素子挟持面12a 、13a および14a 、15a はそれぞ
れ、同一方向に同一角度θで傾斜する傾斜面に形成され
ている。傾斜角θは、図8に示す、傾斜角θと圧力セン
サの出力との試験結果から、最大の出力が得られた7°
の角度を採用している。ただし、この傾斜角は、圧電素
子2、3の材質、厚み、剛性等により、圧力センサの出
力が最大になるよう適宜決定すればよい。圧電素子2、
3は、組込前、つまり両ホルダ12、13または14、15に挟
持される前は、図4に示すように、単なるフラットな膜
として形成されている。そして傾斜面12a 、13a および
14a 、15a を有する両ホルダ12、13および14、15に挟持
されると、図5に示すように、圧電素子2、3周縁部が
傾斜面12a 、13a および14a 、15a に沿って強制的に変
形されるため、圧電素子2、3全体は、ダイヤフラム状
(図示の形状)、あるいは球面状になり、その状態で張
設される。
This pair of two holders 12, 13 and 14, 15
Then, the piezoelectric elements 2 and 3 are sandwiched and stretched as shown in FIGS. 4 and 5. Piezoelectric elements 2 and 3 having a circular planar shape
Is sandwiched by the holder at its peripheral portion, and the piezoelectric element sandwiching surfaces 12a 1, 13a and 14a 1, 15a of the holder are formed as inclined surfaces inclined in the same direction at the same angle θ. The inclination angle θ was 7 ° at which the maximum output was obtained from the test results of the inclination angle θ and the output of the pressure sensor shown in FIG.
The angle of is adopted. However, this inclination angle may be appropriately determined depending on the material, thickness, rigidity, etc. of the piezoelectric elements 2 and 3 so that the output of the pressure sensor is maximized. Piezoelectric element 2,
Before being assembled, that is, before being sandwiched between both holders 12, 13 or 14, 15, 3 is formed as a simple flat film, as shown in FIG. And slopes 12a, 13a and
When sandwiched between the holders 12, 13 and 14 and 15 having 14a and 15a, the piezoelectric elements 2 and 3 are forcibly forced along the inclined surfaces 12a, 13a and 14a and 15a as shown in FIG. Since the piezoelectric elements 2 and 3 are deformed, the entire piezoelectric elements 2 and 3 have a diaphragm shape (the shape shown) or a spherical shape, and are stretched in that state.

【0030】なお、予めダイヤフラム状や球面状に成形
した圧電素子を使用し、それを注意深く両ホルダに挟持
させることによっても同様にその形状に維持され、感度
も保たれる。
By using a piezoelectric element previously formed in a diaphragm shape or a spherical shape and carefully holding it between both holders, the shape is maintained and the sensitivity is maintained.

【0031】圧電素子2、3の両面側には、圧力室16、
17、18、19が形成されている。各圧力室16、17、18、19
はそれぞれ対応する前室20、21、22、23に連通してい
る。
On both sides of the piezoelectric elements 2 and 3, pressure chambers 16 and
17, 18, 19 are formed. Each pressure chamber 16, 17, 18, 19
Respectively communicate with the corresponding front chambers 20, 21, 22, 23.

【0032】圧電素子2、3は、図6に示すように圧接
狭持されている。図示例は、圧電素子2について示して
いるが、圧電素子3に対しても同様の構造となってい
る。圧電素子2は、ホルダ12、13によって両面側から挟
持され、下側のホルダ12は、スペーサ24、電極板25を介
して支持され、電極板25は四角頭を有する(回り止めを
施した)ねじ26を介して固定されている。上側のホルダ
13は、電極板27を介してばね28によって付勢されてお
り、ばね28の付勢力を利用して圧電素子2が両ホルダ1
2、13間に圧接挟持されている。電極板27は、四角頭を
有するねじ29により、上記圧接方向の自由度をもたせつ
つ、位置固定されている。ねじ29は、圧力検出部4内か
ら気体が洩れないようにするためのOリング49、ワッシ
ヤ30、ナット31を介して基板32の蓋33に固定されてい
る。各ねじ29に、ナット34を介して回路基板35が固定さ
れており、この回路基板35上に、電気的信号処理回路5
が組み込まれている。図2における36、37は、該回路5
の電源入力端子を、38は該回路5 からの出力端子をそれ
ぞれ示している。これら入出力端子36、37、38は、シー
ルドケースの蓋46にハーメチックシールを施して端子部
から気体が洩れないようにしている。なお、圧電素子
2、3の一方の電極板25と他方の電極板27とが互に
それぞれ、ネジ26、29と短絡板86を介して接続さ
れ、ネジ29を介して、その接続部の一方が電気的信号
処理回路5への入力として該回路5に、他方が電源から
供給される電位のうち中間電位の極(後述)に接続され
ている。
The piezoelectric elements 2 and 3 are pressed and sandwiched as shown in FIG. Although the illustrated example shows the piezoelectric element 2, the piezoelectric element 3 has a similar structure. The piezoelectric element 2 is sandwiched by the holders 12 and 13 from both sides, the lower holder 12 is supported via the spacer 24 and the electrode plate 25, and the electrode plate 25 has a square head (rotated). It is fixed via screws 26. Upper holder
13 is urged by a spring 28 via an electrode plate 27, and the urging force of the spring 28 is used to cause the piezoelectric element 2 to move to both holders 1
It is clamped by pressure between 2 and 13. The electrode plate 27 is fixed in position by a screw 29 having a square head, while having the degree of freedom in the pressure contact direction. The screw 29 is fixed to the lid 33 of the substrate 32 via an O-ring 49, a washer 30, and a nut 31 for preventing gas from leaking from the pressure detecting portion 4. A circuit board 35 is fixed to each screw 29 via a nut 34, and the electrical signal processing circuit 5 is mounted on the circuit board 35.
Is built in. Reference numeral 36 and 37 in FIG.
The power input terminal of the circuit 5 and the output terminal 38 of the circuit 5 are shown. The input / output terminals 36, 37, 38 are hermetically sealed to the lid 46 of the shield case to prevent gas from leaking from the terminals. In addition, one electrode plate 25 and the other electrode plate 27 of the piezoelectric elements 2 and 3 are connected to each other via screws 26 and 29 and a short-circuit plate 86, respectively, and one of the connecting portions via the screw 29. Is connected to the electrical signal processing circuit 5 as an input to the circuit 5, and the other is connected to a pole (to be described later) having an intermediate potential among the potentials supplied from the power source.

【0033】圧力検出部4は、ホルダ12、13および14、
15を収納、保持する基板32、第2の流体圧力導入経路43
の一部および第4の流体圧力導入経路45の一部が形成さ
れた基板の蓋33、流体の圧力を導入する2個の入口ノズ
ル39、40が形成されたシールドケース41で囲まれてい
る。シールドケース41と基板32、基板32とその蓋33、お
よびシールドケース41とその蓋46とは、変形Oリングを
介して内部からの漏れがないように接合されている。基
板32、その蓋33は絶縁性が良く、機械的強度が高いエポ
キシ樹脂やポリアセタ―ル樹脂等のエンジニアリングプ
ラスチックで構成されればよく、本実施例ではポリブチ
レンテレフタレート樹脂(PBT樹脂)で構成されてい
る。
The pressure detector 4 includes holders 12, 13 and 14,
A substrate 32 for accommodating and holding 15 and a second fluid pressure introduction path 43
Of the substrate and a part of the fourth fluid pressure introduction path 45 are surrounded by a substrate lid 33 and a shield case 41 in which two inlet nozzles 39, 40 for introducing the fluid pressure are formed. . The shield case 41 and the substrate 32, the substrate 32 and the lid 33 thereof, and the shield case 41 and the lid 46 thereof are joined to each other via a deformed O-ring so as not to leak from the inside. The substrate 32 and its lid 33 may be made of engineering plastic such as epoxy resin or polyacetal resin having good insulation and high mechanical strength. In this embodiment, it is made of polybutylene terephthalate resin (PBT resin). ing.

【0034】一方の入口ノズル39は、前室20、圧力室16
を介して圧電素子2の第1の面に連通するとともに、連
通路47、前室23、圧力室19を介して他方の圧電素子3の
分極極性の異なる面(第2の面)に連通している。した
がってこれら前室20から圧力室16までの経路は、本発明
でいう第1の流体圧力導入経路42を構成しており、連通
路47から圧力室19までの経路は第4の流体圧力導入経路
45を構成している。他方の入口ノズル40は、前室22、圧
力室18を介して圧電素子3の他面(第1の面)に連通す
るとともに、連通路48、前室21、圧力室17を介して圧電
素子2の他面(第2の面)に連通している。したがっ
て、これら前室22から圧力室18までの経路は、第3の流
体圧力導入経路44を構成しており、連通路48から圧力室
17までの経路は、第2の流体圧力導入経路43を構成して
いる。
One of the inlet nozzles 39 has a front chamber 20 and a pressure chamber 16
Via the communication passage 47, the front chamber 23, and the pressure chamber 19 to the surface of the other piezoelectric element 3 having a different polarization polarity (the second surface). ing. Therefore, the path from the front chamber 20 to the pressure chamber 16 constitutes the first fluid pressure introduction path 42 in the present invention, and the path from the communication passage 47 to the pressure chamber 19 is the fourth fluid pressure introduction path.
It comprises 45. The other inlet nozzle 40 communicates with the other surface (first surface) of the piezoelectric element 3 through the front chamber 22 and the pressure chamber 18, and also through the communication passage 48, the front chamber 21, and the pressure chamber 17. 2 communicates with the other surface (second surface). Therefore, the path from the front chamber 22 to the pressure chamber 18 constitutes the third fluid pressure introduction path 44, and the communication passage 48 to the pressure chamber
The path to 17 constitutes the second fluid pressure introduction path 43.

【0035】さらに本実施例では、2個の圧電素子2、
3に対して、各入口ノズル39、40、および流体圧力導入
経路42、44、流体圧力導入経路43、45の配置と、圧力検
出部4の内部構造が、ほぼ同形対称に構成されている。
Further, in this embodiment, two piezoelectric elements 2,
3, the arrangement of the inlet nozzles 39, 40, the fluid pressure introduction paths 42, 44, and the fluid pressure introduction paths 43, 45 and the internal structure of the pressure detection unit 4 are configured substantially symmetrically.

【0036】この圧力検出部4と電気的信号処理回路5
とは、それらが商用電源等からの電磁誘導ノイズを受け
ないように電気的良導体である金属などからなるシ―ル
ドを兼ねたケ―ス41に収納されている。回路における電
源のマイナス電極とケ―ス41とは、図示していないがね
じ、ナット、ワッシャを介して接続されている。また、
配線材や電子部品が動くことにより発生するノイズを防
ぐためにエポキシ系の充填材でケ―ス41とそれらを固定
して圧力センサ1が構成されている。
The pressure detector 4 and the electric signal processing circuit 5
Are housed in a case 41 which also serves as a shield made of metal, which is an electrically good conductor, so that they are not subjected to electromagnetic induction noise from a commercial power source or the like. The negative electrode of the power source in the circuit and the case 41 are connected via screws, nuts and washers, which are not shown. Also,
In order to prevent noise generated due to movement of wiring materials and electronic parts, the case 41 and the pressure sensor 1 are fixed to each other with epoxy-based filling material.

【0037】次に、回路基板35上に組み込まれる電気的
信号処理回路5を、図1を参照して説明する。圧電素子
2、3は、分極極性が異なる面を接続し、そのどちらか
一方の接続部がフィルタ回路51への入力として該フィル
タ回路51に接続され、他方が電源52(本実施例では1個
の電池電源)の中間電位の極に接続されている。
Next, the electrical signal processing circuit 5 incorporated on the circuit board 35 will be described with reference to FIG. The piezoelectric elements 2 and 3 connect surfaces having different polarization polarities, and one of the connecting portions is connected to the filter circuit 51 as an input to the filter circuit 51, and the other is a power source 52 (in this embodiment, one Battery power source) is connected to the intermediate potential pole.

【0038】圧電素子2、3からの出力は、フィルタ回
路51、さらに交流増幅回路53へと入力される。このフィ
ルタ回路51は、非常に高いインピーダンスのものから
(圧電素子2、3の出力から)、低いインピーダンスの
出力を得るバッファ回路を構成しており、以下の如く、
圧電素子2、3からの出力に対して、ある値以上の周波
数に対して周波数の2乗分の1のゲイン特性を有する。
圧電素子と演算増幅器54のプラス極との間に直列に接続
された抵抗R1と、該回路と中間電位の極との間に並列
に接続されたコンデンサC1とは、いわゆるローパスフ
ィルタを構成し、ある周波数以上に対してゲインが低下
する積分特性をもっている。すなわち、図11に示すよう
に、ある値以上の周波数増加に対してゲインが低下する
立ち下がり部を有し、この立ち下がり部が周波数分の1
のゲイン特性を有する。どの周波数以上で周波数分の1
の特性をもたせるかは、抵抗R1の抵抗値を変えること
によって変更できる。なお、抵抗R2は、圧電素子2、
3自身のもつ静電容量との組合せにより、いわゆるハイ
パスフィルタを構成している。また、図1における圧電
素子2、3中の矢印は、分極方向を示している。
The outputs from the piezoelectric elements 2 and 3 are input to the filter circuit 51 and the AC amplification circuit 53. The filter circuit 51 constitutes a buffer circuit that obtains an output of low impedance from an extremely high impedance one (from the outputs of the piezoelectric elements 2 and 3).
With respect to the outputs from the piezoelectric elements 2 and 3, it has a gain characteristic of a frequency squared with respect to a frequency higher than a certain value.
A resistor R1 connected in series between the piezoelectric element and the positive pole of the operational amplifier 54 and a capacitor C1 connected in parallel between the circuit and the pole of the intermediate potential constitute a so-called low-pass filter, It has an integral characteristic that the gain decreases for a certain frequency and above. That is, as shown in FIG. 11, there is a falling portion in which the gain decreases with an increase in frequency above a certain value, and this falling portion has
It has a gain characteristic of. Above which frequency is 1 / Frequency
It is possible to change whether or not to have the characteristic of by changing the resistance value of the resistor R1. The resistor R2 is a piezoelectric element 2,
A so-called high-pass filter is configured by a combination with the electrostatic capacity of 3 itself. The arrows in the piezoelectric elements 2 and 3 in FIG. 1 indicate the polarization directions.

【0039】演算増幅器54の反転入力端子には、抵抗R
3を介して帰還電流を送る回路と、抵抗R4とコンデン
サC2とが直列に接続された中間電位からの回路と、が
接続されている。これらの回路は、交流増幅回路を構成
している。とくにコンデンサC2を組み込んだことによ
り、交流成分しか流さなくなり、演算増幅器54の基準電
位のオフセット(演算増幅器固有のもの)に関係なく、
ゲインを必要なレベルまで上げることができる。つま
り、オフセット電圧が、増幅率に無関係になる。この交
流増幅回路は、本来の増幅機能とともに、ある周波数以
上で周波数分の1となるゲイン特性を有する。すなわ
ち、ある周波数以上で周波数分の1となる、演算増幅器
54自身のもっているゲイン特性(図12に示す特性)が現
われる。
A resistor R is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 54.
A circuit for sending a feedback current through 3 and a circuit from the intermediate potential in which a resistor R4 and a capacitor C2 are connected in series are connected. These circuits form an AC amplifier circuit. In particular, by incorporating the capacitor C2, only the AC component flows, and regardless of the offset of the reference potential of the operational amplifier 54 (specific to the operational amplifier),
You can raise the gain to the required level. That is, the offset voltage becomes independent of the amplification factor. This AC amplifier circuit has an original amplifying function and also has a gain characteristic that becomes 1 / frequency above a certain frequency. In other words, an operational amplifier that is 1 / frequency above a certain frequency
54 The gain characteristic of itself (the characteristic shown in Fig. 12) appears.

【0040】前記ローパスフィルタによる周波数分の1
のゲイン特性と、上記演算増幅器54自身のもつ周波数分
の1のゲイン特性とが積算されて、本発明で目標として
いる周波数の2乗分の1のゲイン特性が得られる。した
がって、前記ローパスフィルタを構成する回路、および
演算増幅器54およびその帰還回路は、本発明でいう、周
波数の2乗分の1のゲイン特性を有するフィルタ回路51
を構成し、演算増幅器54、その帰還抵抗R3、抵抗R
4、コンデンサC2は、本発明でいう、フィルタ回路か
らの出力を増幅する増幅回路を構成している。
1 / frequency divided by the low-pass filter
And the gain characteristic of 1 / frequency possessed by the operational amplifier 54 itself are integrated to obtain a gain characteristic of 1 / square of the frequency which is the target of the present invention. Therefore, the circuit that constitutes the low-pass filter, the operational amplifier 54, and the feedback circuit thereof have the filter circuit 51 having the gain characteristic of the square of the frequency, which is referred to in the present invention.
The operational amplifier 54, its feedback resistor R3, and the resistor R
4. The capacitor C2 constitutes an amplifier circuit which amplifies the output from the filter circuit according to the present invention.

【0041】本実施例では、交流増幅回路53からの出力
は、ヒステリシスをもつコンパレータ(電圧比較器)55
に送られ、パルス信号に処理され、それが出力端子56か
ら出力されるようになっている。ヒステリシスコンパレ
ータ55への回路には、コンデンサC3が設けられ、交流
成分のみを送るようにし、抵抗R5で適切な電位に調整
されている。コンデンサC3からはコンパレータ55中の
演算増幅器57の反転入力端子へ接続されている。このよ
うに構成されることにより、ある中点を中心にコンデン
サC3を通した出力が振れることになる。抵抗R6、R
7により増幅率が設定されるが、この増幅率を大きくと
ることにより、小さい入力で出力が飽和点に達するよう
になる。つまり、パルス出力を得ようとしているのであ
るから、この出力段階では、飽和点に達した明確な出力
信号の方が望ましいわけである。増幅された信号は、抵
抗R8により、出力側に過大な電圧がかかったり過大な
電流が流れたりしないようにして、出力端子56から出力
される。
In this embodiment, the output from the AC amplifier circuit 53 is a comparator (voltage comparator) 55 having hysteresis.
And processed into a pulse signal, which is output from the output terminal 56. The circuit to the hysteresis comparator 55 is provided with a capacitor C3 so as to send only an AC component, and is adjusted to an appropriate potential by a resistor R5. The capacitor C3 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 57 in the comparator 55. With this configuration, the output through the capacitor C3 swings around a certain midpoint. Resistors R6, R
Although the amplification factor is set by 7, the output reaches the saturation point with a small input by increasing the amplification factor. In other words, since a pulse output is to be obtained, a clear output signal reaching the saturation point is preferable at this output stage. The amplified signal is output from the output terminal 56 so that an excessive voltage is not applied to the output side and an excessive current does not flow through the resistor R8.

【0042】本実施例では、1個の電池電源52の電位が
分割され、その中間電位が圧電素子からの信号処理に供
される。このようにすることにより1個の電池で済み、
電源を収容するスペースが小さくてよいので、結局、圧
力センサを取り付けた流量計全体の小型化をはかること
ができる。
In the present embodiment, the potential of one battery power source 52 is divided, and the intermediate potential is used for signal processing from the piezoelectric element. By doing this, one battery is enough,
Since the space for accommodating the power supply may be small, it is possible to downsize the entire flow meter to which the pressure sensor is attached.

【0043】電源52の電圧は、抵抗R9、R10によって
分割され、その間に中間電位の極を構成している。本実
施例では、抵抗R9とR10を同じ抵抗値として丁度2分
割している。コンデンサC5は、ノイズを除去するため
のものである。中間電位の極は、出力インピーダンスの
高い演算増幅器58の非反転入力端子に接続され、交流の
中間電位を得るようにしている。図1に示すように演算
増幅器54のプラス電源に抵抗R14とコンデンサC9
による積分回路を設けることにより、フィルタ回路51
と交流増幅回路53とで構成する増幅回路の電源を安定
化させ、それにより電源変動に対するインピーダンスの
アンバランスによる出力の変動を減少させる。電源が安
全であるとか、演算増幅器54の耐電源安定性が良好で
あれば、抵抗R14とコンデンサC9による積分回路は
不要である。
The voltage of the power supply 52 is divided by the resistors R9 and R10, and the intermediate potential pole is formed therebetween. In this embodiment, the resistors R9 and R10 have the same resistance value and are exactly divided into two. The capacitor C5 is for removing noise. The pole of the intermediate potential is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 58 having a high output impedance so as to obtain the AC intermediate potential. As shown in FIG. 1, a resistor R14 and a capacitor C9 are connected to the positive power source of the operational amplifier 54.
By providing an integrating circuit according to
And stabilizes the power supply of the amplifier circuit configured by the AC amplification circuit 53, thereby reducing the fluctuation of the output due to the imbalance of the impedance against the fluctuation of the power supply. If the power supply is safe or the power supply stability of the operational amplifier 54 is good, the integrating circuit formed by the resistor R14 and the capacitor C9 is unnecessary.

【0044】上記のように構成された圧力センサ1の作
用を、該圧力センサ1をフルイディック気体流量計に用
いた場合の構成および作用とともに以下に説明する。
The operation of the pressure sensor 1 configured as described above will be described below together with the configuration and operation when the pressure sensor 1 is used in a fluidic gas flow meter.

【0045】図7は、圧力センサ1をフルイディック流
量計に適用した場合の構成を示しており、図中60がフル
イディック流量計における流量計素子部を示している。
流量計素子部60を、矢印の方向に測定対象気体が流通さ
れる。61は流路縮小部で、その先端の噴出ノズル62から
流速の増大された噴流が噴出される。噴流の主流は、コ
アンダ効果により、流路拡大部63を構成する一対の隔壁
64、65のいずれか一方の壁面に沿って流れるが、該壁面
流は反射翼69に沿って方向転換されて制御ノズル66(又
は67)から上記噴出ノズル62からの噴流に直交するよう
に指向され、噴出ノズル62からの噴流がもう一方の隔壁
に沿って流れるよう力が作用する。これがくり返される
ため気体は隔壁64、65に対し交互に沿うように流れ、こ
の流動変化に対応して流量計素子部60内に圧力変動が生
じる。上記流動変化の周波数は気体流量に比例している
ので、圧力変動の周波数を検出することにより流量を測
定できる。なお、図における68は、噴流をいずれか一方
の隔壁に効率よくふり向けるためのタ―ゲット、70は流
れを誘導するための誘導板である。
FIG. 7 shows a configuration in which the pressure sensor 1 is applied to a fluidic flow meter, and 60 in the figure shows a flow meter element portion in the fluidic flow meter.
Gas to be measured is circulated through the flowmeter element unit 60 in the direction of the arrow. Reference numeral 61 is a flow path contracting portion, and a jet flow having an increased flow velocity is jetted from a jet nozzle 62 at the tip thereof. Due to the Coanda effect, the main flow of the jet flow is a pair of partition walls that form the flow passage expanding portion 63.
It flows along one of the wall surfaces of either 64 or 65, but the wall surface flow is redirected along the reflecting vane 69 and directed so as to be orthogonal to the jet from the jet nozzle 62 from the control nozzle 66 (or 67). Then, a force acts so that the jet flow from the jet nozzle 62 flows along the other partition wall. Since this is repeated, the gas flows alternately along the partition walls 64 and 65, and a pressure fluctuation occurs in the flowmeter element unit 60 in response to this flow change. Since the frequency of the flow change is proportional to the gas flow rate, the flow rate can be measured by detecting the frequency of pressure fluctuation. In the figure, 68 is a target for efficiently directing the jet flow to one of the partition walls, and 70 is a guide plate for guiding the flow.

【0046】上記のような流量計素子部60内に、内圧取
出口71、72が設けられ、内圧取出口71、72がガスケット
73(耐薬品性のあるゴムがよい)を介して圧力センサ1
の入口ノズル39、40にそれぞれ接続される。
Internal pressure outlets 71 and 72 are provided in the flow meter element portion 60 as described above, and the internal pressure outlets 71 and 72 are gaskets.
Pressure sensor 1 through 73 (preferably rubber with chemical resistance)
Are connected to the inlet nozzles 39 and 40, respectively.

【0047】流量計素子部60の内部で流れが内圧取出口
71側に切替ったとき、内圧取出口71近傍の流体圧力は内
圧取出口72近傍よりも低くなり、逆に流れが内圧取出口
72側に切替ると、内圧取出口72近傍の流体圧力の方が低
くなる。この内圧取出口71における圧力(P1)が、ガ
スケット73、入口ノズル39、第1の流体圧力導入経路42
および第4の流体圧力導入経路45を介して、圧電素子2
の第1の面と圧電素子3の第2の面に導入され、内圧取
出口72における圧力(P2)が、ガスケット73、入口ノ
ズル40、第2の流体圧力導入経路43および第3の流体圧
力導入経路44を介して圧電素子2の他面(第2の面)と
圧電素子3の他面(第1の面)に導入される。両圧電素
子2、3にはP1とP2の圧力が交互に加わり、その圧
力変動による圧電素子の変形によって分極量が変化し、
それによって圧電体自身の両面に電位差が生じる。両圧
電素子2、3の出力の和が電気回路5に送られ、処理さ
れて出力端子56から圧力変動検出信号として取り出され
る。
Inside the flowmeter element 60, the flow is the internal pressure outlet
When switching to the 71 side, the fluid pressure in the vicinity of the internal pressure outlet 71 becomes lower than in the vicinity of the internal pressure outlet 72, and conversely the flow becomes the internal pressure outlet.
When switched to the 72 side, the fluid pressure near the internal pressure outlet 72 becomes lower. The pressure (P1) at the internal pressure outlet 71 is the gasket 73, the inlet nozzle 39, and the first fluid pressure introduction path 42.
And the piezoelectric element 2 via the fourth fluid pressure introduction path 45.
The pressure (P2) at the internal pressure outlet 72, which is introduced to the first surface of the piezoelectric element 3 and the second surface of the piezoelectric element 3, the gasket 73, the inlet nozzle 40, the second fluid pressure introduction path 43, and the third fluid pressure. It is introduced into the other surface (second surface) of the piezoelectric element 2 and the other surface (first surface) of the piezoelectric element 3 through the introduction path 44. The pressures P1 and P2 are alternately applied to the two piezoelectric elements 2 and 3, and the amount of polarization changes due to the deformation of the piezoelectric element due to the pressure variation,
As a result, a potential difference is generated on both sides of the piezoelectric body itself. The sum of the outputs of both piezoelectric elements 2 and 3 is sent to the electric circuit 5, processed, and taken out from the output terminal 56 as a pressure fluctuation detection signal.

【0048】上記検出においては、圧電素子の両面に同
時に流体圧力が導入され、その差圧が各圧電素子で検出
される方式であるので、流体全体に生じた圧力変動およ
び温度変動によるノイズ成分は、それらが圧電素子の両
面に同時に加わることからノイズ成分によって圧電素子
は同一の変形をして、ノイズ成分は圧電素子自身におい
て、自動的に消去されることになる。そして、上記ノイ
ズの消去された測定対象圧力の検出出力は、両圧電素子
2、3からの出力の和として取り出され、極めて高精度
な検出が可能となる。
In the above detection, the fluid pressure is simultaneously introduced to both surfaces of the piezoelectric element, and the differential pressure is detected by each piezoelectric element. Therefore, the noise component due to the pressure variation and temperature variation generated in the entire fluid is Since they are added to both sides of the piezoelectric element at the same time, the piezoelectric element undergoes the same deformation due to the noise component, and the noise component is automatically erased in the piezoelectric element itself. Then, the detection output of the pressure to be measured from which the noise has been eliminated is taken out as the sum of the outputs from both piezoelectric elements 2 and 3, and extremely highly accurate detection is possible.

【0049】また、外乱として振動が加わった場合、そ
の加振力は両圧電素子2、3に同時に同方向の力として
作用する。圧電素子2、3の流体圧力導入による変形方
向は互に逆方向とされているが、上記加振力による2個
の圧電素子の変形代は、変形を増加、減少させる方向に
関して、同一方向となる。したがって、このノイズ成分
による出力の増減は、両圧電素子2、3の出力の和の段
階で自動的に消去される。
When vibration is applied as a disturbance, the exciting force acts on both piezoelectric elements 2 and 3 simultaneously as a force in the same direction. Although the deformation directions of the piezoelectric elements 2 and 3 due to the introduction of the fluid pressure are opposite to each other, the deformation margins of the two piezoelectric elements due to the above-mentioned vibration force are the same in the directions of increasing and decreasing the deformation. Become. Therefore, the increase / decrease in the output due to this noise component is automatically erased at the stage of the sum of the outputs of the piezoelectric elements 2 and 3.

【0050】また、音圧によるノイズについては、伝播
されてくる音圧によって、各圧電素子2、3は、同時に
その厚み方向に同一量だけ変形する。したがって、この
ノイズ成分による出力の増減は、両圧電素子2、3の出
力を加算する段階で自動的に消去される。その結果、音
圧によるノイズも自動的に消去され、測定対象の圧力変
動が極めて高精度で検出される。
Regarding the noise due to the sound pressure, the piezoelectric elements 2 and 3 are simultaneously deformed by the same amount in the thickness direction due to the propagated sound pressure. Therefore, the increase / decrease in the output due to this noise component is automatically erased at the stage of adding the outputs of both piezoelectric elements 2 and 3. As a result, the noise due to the sound pressure is also automatically deleted, and the pressure fluctuation of the measurement target is detected with extremely high accuracy.

【0051】さらに本実施例では、このノイズ除去効果
をさらに高めるために、2個の圧電素子2、3に対し
て、入口ノズル39、40、各流体圧力導入経路の配置と圧
力検出部の構造がほぼ同形対称に構成されている。
Further, in this embodiment, in order to further enhance the noise removing effect, the arrangement of the inlet nozzles 39 and 40, the fluid pressure introducing paths, and the structure of the pressure detecting portion for the two piezoelectric elements 2 and 3. Are configured to have almost the same shape and symmetry.

【0052】次に、電気信号処理について説明する。本
発明の圧力センサは、基本原理としては、流量に比例し
て発生する圧力変動の周波数を測定し、気体流量計に用
いて高精度の流量測定ができるものである。圧力センサ
1の入口ノズル39、40に伝波されてくる圧力変動に伴う
差圧(圧電素子の両面側で検出される差圧)は、図9に
示すように、周波数(流量)のほぼ2乗に比例する。こ
の差圧に対応する圧電素子2、3からの出力に、信号処
理回路のゲインを乗じた出力が、圧力センサ1としての
出力になるわけであるが、上記差圧に対応する周波数の
出力を単に増幅するだけ、或いは、周波数分の1のゲイ
ン特性をもつ増幅器を備えた増幅回路で単に増幅するだ
けでは、大流量領域において、増幅回路の出力が飽和し
てしまうことがある。このような状態になると、測定対
象となる周波数の出力は頭打ち状態になってある飽和値
以上には増幅されず、結局ノイズ成分が不要に増幅され
て、SN比が悪化することなる。したがって、このSN
比の悪化を防止するには、ある周波数以上の領域(ある
流量以上の領域)において、圧電素子2、3からの出力
を増幅する際のゲインを落とす必要がある。本発明で
は、前述の如くフィルタ回路51に、1つの適切な方法
として、フィルタ定数がある周波数以上で周波数の2乗
分の1のゲイン特性をもたせるよう構成したので、図10
に示すように、ある周波数以上で周波数の2乗分の1の
特性線Aとなるゲイン特性が得られる。このフィルタ回
路51を通すことにより、周波数のほぼ2乗に比例した圧
電素子2、3からの出力に、周波数の2乗分の1のゲイ
ン特性を乗じることになり、結果として、図13に示すよ
うに、ある周波数以上で実質的に一定の出力となる特性
Bが得られる。この出力特性Bは、電源電圧によって定
まる演算増幅器54の最大出力K(前記飽和点に相当する
出力)未満とされるので、周波数が大きくなっても、つ
まり大流量領域においても、圧力センサとしての出力が
飽和することがなくなり、SN比が大きく保たれて高測
定精度が確保される。なお、図10における特性線Cは、
周波数分の1のゲイン特性、つまり演算増幅器54自身の
もつゲイン特性を示している。
Next, the electric signal processing will be described. The basic principle of the pressure sensor of the present invention is to measure the frequency of pressure fluctuations that occur in proportion to the flow rate, and to use it in a gas flow meter for highly accurate flow rate measurement. As shown in FIG. 9, the differential pressure (differential pressure detected on both sides of the piezoelectric element) due to the pressure fluctuation transmitted to the inlet nozzles 39, 40 of the pressure sensor 1 is approximately 2 of the frequency (flow rate). Proportional to the square. The output obtained by multiplying the output from the piezoelectric elements 2 and 3 corresponding to this differential pressure by the gain of the signal processing circuit is the output as the pressure sensor 1. However, the output of the frequency corresponding to the differential pressure is The output of the amplifier circuit may be saturated in the large flow rate region by simply amplifying or by simply amplifying with an amplifier circuit having an amplifier having a gain characteristic of 1 / frequency. In such a state, the output of the frequency to be measured is not amplified above the saturation value, which is in the peak state, and eventually the noise component is unnecessarily amplified and the SN ratio deteriorates. Therefore, this SN
In order to prevent the ratio from deteriorating, it is necessary to reduce the gain when amplifying the outputs from the piezoelectric elements 2 and 3 in a region above a certain frequency (region above a certain flow rate). In the present invention, as described above, as one suitable method, the filter circuit 51 is configured so as to have the gain characteristic of the square of the frequency above a certain frequency, and therefore, FIG.
As shown in, a gain characteristic having a characteristic line A of a square of the frequency above a certain frequency is obtained. By passing this filter circuit 51, the output from the piezoelectric elements 2 and 3 proportional to the square of the frequency is multiplied by the gain characteristic of the square of the frequency, and as a result, shown in FIG. As described above, the characteristic B that provides a substantially constant output at a certain frequency or higher is obtained. Since the output characteristic B is less than the maximum output K (output corresponding to the saturation point) of the operational amplifier 54 which is determined by the power supply voltage, the pressure sensor is used as a pressure sensor even when the frequency becomes large, that is, in the large flow rate region. The output is not saturated, the SN ratio is kept large, and high measurement accuracy is secured. The characteristic line C in FIG.
The gain characteristic of 1 / frequency, that is, the gain characteristic of the operational amplifier 54 itself is shown.

【0053】現実には、流量計素子部の設計等により、
周波数と差圧との関係(ある流量における特性)が、図
14に示すような特性になったり、図15に示すような特性
になったりする。図14に示すような特性では、測定対象
周波数であるピーク周波数Pが、他の周波数領域のノイ
ズ成分に対して明確に区別できるので、上述の如き周波
数の2乗分の1のゲイン特性Aをもたせればよく、何ら
問題は生じない。
In reality, due to the design of the flow meter element, etc.,
The relationship between frequency and differential pressure (characteristic at a certain flow rate)
The characteristics shown in 14 and the characteristics shown in FIG. 15 are obtained. In the characteristic as shown in FIG. 14, the peak frequency P, which is the measurement target frequency, can be clearly distinguished from the noise components in other frequency regions, so that the gain characteristic A of the square of the frequency as described above is used. All you have to do is not to cause any problems.

【0054】しかし図15に示すような特性の場合には、
流量の増加に伴ってノイズ成分も増大するが、出力段階
(つまり差圧×ゲイン)で、低周波領域にあるノイズ成
分Nを、測定対象となる周波数成分Pに対して、明確に
区別できるように十分に低くしなければならない。した
がってこのような場合には、周波数の増加に伴って出力
が増加する方が、つまり高低周波側にある測定対象周波
数の出力をより大きくする方が、却って好ましい。その
ためには、たとえば、周波数の2乗分の1のゲイン特性
にする周波数領域を、上記図14に示した特性に対するよ
りは、高い領域に設定し、それよりも低い周波数領域で
は周波数分の1のゲイン特性をもつようにしておき、比
較的高い周波数領域で周波数の2乗分の1のゲイン特性
をもたせるようにすればよい。つまり、どの周波数か
ら、周波数の2乗分の1のゲイン特性にするかを、変更
する必要がある。この変更は、抵抗R1の抵抗値を変
え、ローパスフィルタのゲイン特性を変更することによ
って達成される。抵抗R1を変えることにより、図10に
おける、特性D、E、Fのように変更でき、その結果、
図13における特性は、特性G、H、Iのように調整され
る。この調整の結果、流量計の特性に応じて、測定対象
周波数をノイズ成分周波数から明確に区別できる最適な
圧力センサが得られる。
However, in the case of the characteristics shown in FIG. 15,
Although the noise component increases as the flow rate increases, it is possible to clearly distinguish the noise component N in the low frequency region from the frequency component P to be measured at the output stage (that is, the differential pressure × gain). Must be low enough. Therefore, in such a case, it is rather preferable that the output increases as the frequency increases, that is, the output of the measurement target frequency on the high and low frequency side becomes larger. For that purpose, for example, the frequency region where the gain characteristic of 1 / square of the frequency is set to a region higher than that for the characteristic shown in FIG. It suffices that the gain characteristic of 1 is obtained and the gain characteristic of the square of the frequency is obtained in a relatively high frequency region. That is, it is necessary to change from which frequency the gain characteristic of the square of the frequency is obtained. This change is achieved by changing the resistance value of the resistor R1 and changing the gain characteristic of the low pass filter. By changing the resistance R1, the characteristics D, E, and F in FIG. 10 can be changed, and as a result,
The characteristics in FIG. 13 are adjusted like the characteristics G, H, and I. As a result of this adjustment, an optimum pressure sensor that can clearly distinguish the measurement target frequency from the noise component frequency according to the characteristics of the flowmeter is obtained.

【0055】本実施例における交流増幅回路53において
は、演算増幅器54のオフセット電圧が増幅率に無関係で
一定であることも1つの特長である。高分子圧電膜のよ
うに高いインピーダンスを有するセンサからの微弱な信
号を増幅する場合に測定に適した値にするためには、 1
00倍〜 10000倍程度の高い増幅率が必要となるが、オフ
セット電圧が増幅率に無関係なのでこのような高増幅率
も容易に設定できる。
One feature of the AC amplifier circuit 53 of this embodiment is that the offset voltage of the operational amplifier 54 is constant regardless of the amplification factor. In order to obtain a value suitable for measurement when amplifying a weak signal from a sensor with high impedance such as a polymer piezoelectric film, 1
A high amplification factor of about 00 to 10,000 times is required, but since the offset voltage is irrelevant to the amplification factor, such a high amplification factor can be easily set.

【0056】また、本実施例の圧力センサ1において
は、増幅回路53からの出力が、ヒステリシスコンパレー
タ55を通すことにより、パルス信号として出力される。
このコンパレータ55では、図16に示すような入出力波形
となり、図17に示すようなヒステリシス特性を有する
が、スレッシュホルドレベルSH1、SH2があるの
で、該レベル以下のノイズ成分はほぼ完全に除去でき
る。また、入力が一方のスレッシユホルドレベルSH1
に到達するとスレッシュホルドレベルが他方のレベルS
H2に変化するため、オーバドライブ量が瞬間的に増え
る。これによって、出力の立ち上がりが速くなる。した
がって、多少のノイズが重畳していても正確に安定した
パルスが得られる。この結果、パルス信号としてより正
確に取り出せるようになる。そして、消費電流を少なく
するために、スルーレートを大きくする手段として、ヒ
ステリシスコンパレータ55の出力をC−MOS型シュ
ッミトに接続する方法などがある。このことは、さら
に、信号処理のためMOS型のディジタルICにつなぐ
場合、立ち上がりが速いので消費電力が少なくて済むと
いう利点もある。
Further, in the pressure sensor 1 of this embodiment, the output from the amplifier circuit 53 is output as a pulse signal by passing through the hysteresis comparator 55.
The comparator 55 has an input / output waveform as shown in FIG. 16 and has a hysteresis characteristic as shown in FIG. 17, but since there are threshold levels SH1 and SH2, noise components below this level can be almost completely removed. . In addition, the input is one threshold level SH1.
When the level reaches the threshold level of the other S
Since it changes to H2, the amount of overdrive instantaneously increases. As a result, the output rises faster. Therefore, a stable pulse can be obtained accurately even if some noise is superimposed. As a result, the pulse signal can be extracted more accurately. In order to increase the slew rate in order to reduce the current consumption, there is a method of connecting the output of the hysteresis comparator 55 to a C-MOS type Schmitt. This further has an advantage that when connected to a MOS type digital IC for signal processing, the power consumption is small because the rise is fast.

【0057】なお、本実施例では、最終出力をパルスと
しているが、圧力センサ最終出力として周波数に比例し
た電圧や電流の出力としてもよい。また出力を数値等で
表示したり、光や音の強弱、光の点滅、音の高低に変換
する回路にすることもできる。
Although the final output is a pulse in this embodiment, the pressure sensor final output may be a voltage or current output proportional to the frequency. Also, the output can be displayed as a numerical value or the like, or can be a circuit that converts the intensity of light or sound, blinking of light, or pitch of sound.

【0058】更に本実施例では、電池一つで圧力センサ
1を動作させるために、単一直流電圧を中間電圧を有す
る電源に変換する回路を有している。この回路中に演算
増幅器58を使用したのは、抵抗分割のみでは中間電位が
負荷によっては非常に不安定になることと、多くの場
合、抵抗分割での消費電力は増幅器を用いた物に比べて
かなり大きいからである。実施例では約10倍である。本
実施例では抵抗R9、R10による分割で中間点を設けて
いる。
Further, in this embodiment, in order to operate the pressure sensor 1 with only one battery, a circuit for converting a single DC voltage into a power supply having an intermediate voltage is provided. The reason why the operational amplifier 58 is used in this circuit is that the intermediate potential becomes very unstable depending on the load only with resistance division, and in many cases, the power consumption in resistance division is higher than that with an amplifier. Because it is quite large. In the embodiment, it is about 10 times. In this embodiment, an intermediate point is provided by dividing the resistors R9 and R10.

【0059】なお、圧力センサを電源の質に影響されな
いようにすることが必要な場合や、必要な電源の供給が
困難な場合に対応するために、圧力センサ内に電池を設
けることも可能である。上記実施例では、消費電力が10
μA程度であるので、電池の取り替えなしでも長期間使
用できる。
A battery may be provided in the pressure sensor in order to cope with the case where it is necessary to keep the pressure sensor from being affected by the quality of the power source or when it is difficult to supply the necessary power source. is there. In the above embodiment, the power consumption is 10
Since it is about μA, it can be used for a long time without replacing the battery.

【0060】図18は、本発明による圧力センサをカル
マン渦流量計に使用した場合の例を示している。図18
において、80はカルマン渦流量計の流量計素子部を示し
ており、81は渦発生体を示している。図の矢印の方向に
流れてきた流体は、渦発生体81に当たることにより、そ
の後流に断続的にカルマン渦82を発生させる。このカル
マン渦82の通過部分に、一方の内圧取出口83が設けら
れ、他方の内圧取出口84は流量計素子部80の内壁面部に
設けられている。両内圧取出口83、84は、ガスケット85
を介して圧力センサ1の入口ノズル39、40に接続され
る。その他の構成は前述の実施例に示した構成に準じ
る。
FIG. 18 shows an example in which the pressure sensor according to the present invention is used in a Karman vortex flowmeter. FIG.
In, the reference numeral 80 indicates the flow meter element portion of the Karman vortex flow meter, and the reference numeral 81 indicates the vortex generator. The fluid flowing in the direction of the arrow in the figure hits the vortex generator 81 to intermittently generate Karman vortices 82 in the subsequent flow. One internal pressure outlet 83 is provided at the passage of the Karman vortex 82, and the other internal pressure outlet 84 is provided on the inner wall surface portion of the flowmeter element portion 80. Both internal pressure outlets 83, 84 are gaskets 85
Is connected to the inlet nozzles 39, 40 of the pressure sensor 1. Other configurations are the same as those shown in the above-mentioned embodiment.

【0061】このようなカルマン渦流量計においては、
流体の流量に比例して単位時間当りのカルマン渦の発生
数が変化し、内圧取出口83部におけるカルマン渦通過数
を計測することにより流量が検出される。カルマン渦通
過の際の圧力変動が、内圧取出口83、ガスケット85、入
口ノズル39を介して両圧電素子2、3の片面側に導入さ
れ、内圧取出口84、ガスケット85、入口ノズル40を介し
て通過流体全体の圧力および圧力変動が両圧電素子2、
3の他面側に導入される。両圧電素子2、3の出力の和
としてカルマン渦通過による圧力変動のみが精度よく検
出され、高感度、高精度の流量測定が可能になる。その
他の作用は前述のフルイディック流量計の場合に準じ
る。
In such a Karman vortex flowmeter,
The number of Karman vortices generated per unit time changes in proportion to the flow rate of the fluid, and the flow rate is detected by measuring the number of Karman vortex passages at the internal pressure outlet 83. The pressure fluctuation when passing through the Karman vortex is introduced to one side of both piezoelectric elements 2 and 3 through the internal pressure outlet 83, the gasket 85, and the inlet nozzle 39, and the internal pressure outlet 84, the gasket 85, and the inlet nozzle 40. The pressure of the whole passing fluid and the pressure fluctuation are both piezoelectric elements 2,
3 is introduced on the other side. As the sum of the outputs of both piezoelectric elements 2 and 3, only the pressure fluctuation due to the Karman vortex passage is accurately detected, and highly sensitive and highly accurate flow rate measurement becomes possible. Other functions are similar to those of the fluidic flowmeter described above.

【0062】以上の説明はフルイディック流量計、カル
マン渦流量計について行ったが、他の流量計であっても
圧力変動検出を必須とするものであれば本発明による圧
力センサの適用が可能である。
Although the above description has been made on the fluidic flowmeter and the Karman vortex flowmeter, the pressure sensor according to the present invention can be applied to other flowmeters as long as pressure fluctuation detection is essential. is there.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力セン
サによるときは、同一方向の面が同一の分極極性となる
ように配置した2個の圧電素子の一方の面に一方の入口
ノズルからの圧力を加え、他方の面には他方の入口ノズ
ルからの圧力を同時に加え、両面間の差圧をとることに
より圧力変動、温度変動によるノイズ成分を自動的に消
去するとともに、両圧電素子の出力の和をとることによ
り検出精度を2倍に高め、さらに2個の圧電素子を積極
的に同一条件に並置してあり、2個の圧電素子の互いに
分極極性の異なる面をそれぞれ電気的に接続したことに
より、自動的に消去している振動等によるノイズが先に
提案した圧力センサより、更に低減する。さらに、圧電
素子からの信号を、フィルタ回路に通すとともに、該フ
ィルタ回路からの出力を増幅回路を通して圧力センサと
しての出力を得るようにしたので、ノイズ成分を電気処
理的にも除去でき、測定対象圧力変動、測定対象周波数
のみを極めて高精度に検出することができる。また、本
発明では、電源との接続部にコンデンサを配し、さらに
は、フィルタ回路と交流増幅回路を構成する演算増幅器
のプラス電源と中間電圧の電源との間に積分回路を付加
し、パルスなどの電源に対するノイズの影響を低減する
対策をしているで、電源の質が悪い環境下でも高精度に
対象の圧力を検出できる。
As described above, when the pressure sensor of the present invention is used, one of the two piezoelectric elements arranged so that the surfaces in the same direction have the same polarization polarity is connected to one of the inlet nozzles. The pressure from the other inlet nozzle is applied to the other surface at the same time, and the noise component due to pressure fluctuation and temperature fluctuation is automatically eliminated by taking the differential pressure between the two surfaces, and at the same time, The detection accuracy is doubled by taking the sum of the outputs, and two piezoelectric elements are positively juxtaposed under the same condition. The two piezoelectric elements have different polarization polarities electrically. By connecting, the noise due to the vibration that is automatically erased is further reduced as compared with the previously proposed pressure sensor. Furthermore, since the signal from the piezoelectric element is passed through the filter circuit and the output from the filter circuit is obtained through the amplifier circuit to obtain the output as the pressure sensor, the noise component can be removed electrically and the measurement target Only the pressure fluctuation and the frequency to be measured can be detected with extremely high accuracy. Further, in the present invention, a capacitor is arranged at the connection with the power supply, and further, an integrating circuit is added between the positive power supply of the operational amplifier forming the filter circuit and the AC amplification circuit and the intermediate voltage power supply, and the pulse is added. By taking measures to reduce the influence of noise on the power source, it is possible to detect the target pressure with high accuracy even in an environment where the quality of the power source is poor.

【0064】検出可能な最小圧力変動幅としては0.0
01〜1Paと非常に小さくなり、さらに小さくするこ
とも可能となる。また、SN比は0.001Paで20d
BV、1Paで60dBVと非常に高い。このため、従来
では検出が出来なかった気体や液体の微小な圧力変動を
周囲のノイズに影響されないで検出できるようになっ
た。現状までの技術では1Pa程度の微小圧力変動はか
なり大掛かりか、あるいは高価な設備でないと測定が出
来なかったが、本発明品は極めて小型のセンサに構成で
き、簡単に、フルイディック流量計やカルマン渦流量計
のみならず、他の計器や、機械の一部に組み込んで使用
することができるので広範な分野での利用が期待でき
る。また、機械的に弱い圧電素子が露出していないので
流体中の異物などが付着することがなく、製作、取り扱
い、実施の過程で損傷あるいは感度低下を招かないの
で、寿命も長い。さらに構造が簡単であり、製作に高度
な技術が要求される部位がないので安価に製作できる。
The minimum detectable pressure fluctuation range is 0.0
It becomes very small, from 01 to 1 Pa, and can be made even smaller. The SN ratio is 0.001 Pa and 20d.
BV is very high at 60 dBV at 1 Pa. For this reason, it has become possible to detect minute pressure fluctuations of gas or liquid that could not be detected conventionally without being affected by ambient noise. With the technology up to the present, a minute pressure fluctuation of about 1 Pa is quite large, or measurement cannot be performed unless expensive equipment is used. However, the product of the present invention can be configured as an extremely small sensor, and can be easily configured by a fluidic flow meter or Kalman. It can be used not only in the vortex flowmeter but also in other instruments and a part of the machine, so that it can be expected to be used in a wide range of fields. In addition, since the mechanically weak piezoelectric element is not exposed, foreign matter in the fluid does not adhere to the piezoelectric element, and it does not cause damage or decrease in sensitivity during the manufacturing, handling, and implementation processes, and thus has a long life. Furthermore, the structure is simple, and there are no parts that require high technology for manufacturing, so that it can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る圧力センサの電気的信
号処理回路図である。
FIG. 1 is an electrical signal processing circuit diagram of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係る圧力センサの断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図3】図2の圧力センサの圧電素子部の拡大部分断面
図である。
FIG. 3 is an enlarged partial sectional view of a piezoelectric element portion of the pressure sensor of FIG.

【図4】図2の圧力センサにおける圧電素子取付け前の
拡大部分分解断面図である。
FIG. 4 is an enlarged partial exploded cross-sectional view of the pressure sensor of FIG. 2 before attachment of a piezoelectric element.

【図5】図4の圧電素子の取付け後の縦断面図である。5 is a vertical cross-sectional view after the piezoelectric element of FIG. 4 is attached.

【図6】図2の圧力センサにおける圧電素子挟持部の拡
大分解縦断面図である。
6 is an enlarged exploded vertical cross-sectional view of a piezoelectric element holding portion in the pressure sensor of FIG.

【図7】図2の圧力センサをフルイディック流量計に使
用した場合の概略構成図である。
7 is a schematic configuration diagram when the pressure sensor of FIG. 2 is used in a fluidic flow meter.

【図8】ホルダの傾斜角度と圧力センサ出力との関係図
である。
FIG. 8 is a relationship diagram between a holder inclination angle and a pressure sensor output.

【図9】圧力センサにおける周波数と圧力変動に伴う差
圧との関係図である。
FIG. 9 is a relationship diagram between a frequency in a pressure sensor and a differential pressure due to pressure fluctuation.

【図10】フィルタ回路における周波数とゲインとの関
係図である。
FIG. 10 is a relationship diagram between frequency and gain in the filter circuit.

【図11】ローパスフィルタにおける周波数とゲインと
の関係図である。
FIG. 11 is a relationship diagram between frequency and gain in a low pass filter.

【図12】演算増幅器自身がもつ周波数とゲインとの関
係図である。
FIG. 12 is a relationship diagram between a frequency and a gain of the operational amplifier itself.

【図13】圧力センサ出力と周波数との関係図である。FIG. 13 is a relationship diagram between a pressure sensor output and frequency.

【図14】ある流量計における周波数と圧力変動に伴う
差圧との関係図である。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the frequency and the differential pressure due to pressure fluctuation in a certain flow meter.

【図15】別の流量計における周波数と圧力変動に伴う
差圧との関係図である。
FIG. 15 is a relationship diagram between the frequency and the differential pressure due to pressure fluctuation in another flow meter.

【図16】パルスを出力する電圧比較器の入出力特性図
である。
FIG. 16 is an input / output characteristic diagram of a voltage comparator that outputs a pulse.

【図17】上記電圧比較器におけるヒステリシスを示す
特性図である。
FIG. 17 is a characteristic diagram showing hysteresis in the voltage comparator.

【図18】図2の圧力センサをカルマン渦流量計に使用
した場合の概略構成図である。
18 is a schematic configuration diagram when the pressure sensor of FIG. 2 is used in a Karman vortex flowmeter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧力センサ 2、3 圧電素子 4 圧力検出部 5 電気的信号処理回路 6、7 圧電体 8、9、10、11 電極層 12、13、14、15 ホルダ 16、17、18、19 圧力室 20、21、22、23 前室 32 基板 33 蓋 35 回路基板 36、37 入力端子 38 出力端子 39、40 入口ノズル 41 シールドケース 42 第1の流体圧力導入経路 43 第2の流体圧力導入経路 44 第3の流体圧力導入経路 45 第4の流体圧力導入経路 46 蓋 47、48 連通路 49 Oリング 51 フィルタ回路 52 電源 53 増幅回路 54、57、58 演算増幅器 55 電圧比較器 56 出力端子 60 流量計素子部 61 流路縮小部 62 噴出ノズル 63 流路拡大部 64、65 隔壁 66、67 制御ノズル 68 タ―ゲット 69 反射翼 70 誘導板 71、72 内圧取出口 73 ガスケット 80 カルマン渦流量計の流量計素子部 81 渦発生体 82 カルマン渦 83、84 内圧取出口 85 ガスケット 86 短絡板 1 Pressure Sensor 2, 3 Piezoelectric Element 4 Pressure Detection Section 5 Electric Signal Processing Circuit 6, 7 Piezoelectric Body 8, 9, 10, 11 Electrode Layer 12, 13, 14, 15 Holder 16, 17, 18, 19 Pressure Chamber 20 , 21, 22, 23 Front chamber 32 Substrate 33 Lid 35 Circuit board 36, 37 Input terminal 38 Output terminal 39, 40 Inlet nozzle 41 Shield case 42 First fluid pressure introduction path 43 Second fluid pressure introduction path 44 Third Fluid pressure introduction path 45 Fourth fluid pressure introduction path 46 Lid 47, 48 Communication path 49 O-ring 51 Filter circuit 52 Power supply 53 Amplification circuit 54, 57, 58 Operational amplifier 55 Voltage comparator 56 Output terminal 60 Flow meter element part 61 Flow reduction part 62 Jet nozzle 63 Flow expansion part 64, 65 Partition 66, 67 Control nozzle 68 Target 69 Reflector 70 Reflector 70 Guide plate 71, 72 Internal pressure outlet 73 Gasket 80 Karman vortex flowmeter element part 81 Vortex generator 82 Karman vortex 83, 84 Internal pressure outlet 85 Gasket 86 Short-circuit plate

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 膜状圧電体の両面に電極層を設けた2個
の圧電素子を、それぞれ2個一対のホルダで両面から挟
持して張設した圧力検出部を備え、前記2個の圧電素子
は同一の方向に向きかつ同一方向の面が同一の分極極性
となるように配置され、前記圧力検出部には流体の圧力
を導入する2個の入口ノズルが設けられ、一方の入口ノ
ズルが第1の流体圧力導入経路を介して一方の圧電素子
の第1の面に連通されるとともに第4の流体圧力導入経
路を介して前記一方の圧電素子の第1の面とは分極極性
が異なる他方の圧電素子の第2の面に連通され、他方の
入口ノズルが第2の流体圧力導入経路を介して前記一方
の圧電素子の第2の面に連通されるとともに第3の流体
圧力導入経路を介して前記他方の圧電素子の第1の面に
連通された圧力センサであって、前記2個の圧電素子の
互いに分極極性の異なる面をそれぞれ電気的に接続し、
いずれか一方の圧電素子接続部からの出力をフィルタ回
路に接続し、該フィルタ回路を、該フィルタ回路からの
出力を増幅する増幅回路に接続したことを特徴とする圧
力センサ。
1. A pressure detecting portion, comprising two piezoelectric elements each having an electrode layer provided on both sides of a film-shaped piezoelectric body, sandwiched between two pairs of holders from both sides, and provided with tension. The elements are arranged so as to face in the same direction and have the same polarization polarity in the same direction, and the pressure detecting portion is provided with two inlet nozzles for introducing the pressure of the fluid. The polarization polarity is different from that of the first surface of the one piezoelectric element communicated with the first surface of the one piezoelectric element via the first fluid pressure introduction path and the fourth surface of the one piezoelectric element via the fourth fluid pressure introduction path. The second surface of the other piezoelectric element is communicated with, and the other inlet nozzle is communicated with the second surface of the one piezoelectric element via the second fluid pressure introducing path, and the third fluid pressure introducing path is also provided. Via a pressure sensor connected to the first surface of the other piezoelectric element via And electrically connecting surfaces of the two piezoelectric elements having different polarization polarities,
A pressure sensor characterized in that an output from one of the piezoelectric element connecting portions is connected to a filter circuit, and the filter circuit is connected to an amplifier circuit for amplifying an output from the filter circuit.
【請求項2】 前記2個の圧電素子を挟持する前記ホル
ダの挟持面を傾斜面に形成した請求項1の圧力センサ。
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the holding surface of the holder for holding the two piezoelectric elements is formed as an inclined surface.
JP4354446A 1992-12-15 1992-12-15 Pressure sensor Pending JPH06186105A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4354446A JPH06186105A (en) 1992-12-15 1992-12-15 Pressure sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4354446A JPH06186105A (en) 1992-12-15 1992-12-15 Pressure sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06186105A true JPH06186105A (en) 1994-07-08

Family

ID=18437626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4354446A Pending JPH06186105A (en) 1992-12-15 1992-12-15 Pressure sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06186105A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6456477B1 (en) Linear capacitance detection circuit
Shirinov et al. Pressure sensor from a PVDF film
US6418793B1 (en) Differential pressure sensor
US5130600A (en) Acceleration sensor
EP0799412B1 (en) AC excitation of polysilicon based pressure sensors
JPH08178951A (en) Semiconductor acceleration detector
US5315884A (en) Capacitive proximity sensor
JP2014089183A (en) Pressure sensor
JPH02170061A (en) Electric power detecting device
JPH06249732A (en) Pressure sensor
JPH06186105A (en) Pressure sensor
US11271386B2 (en) Electronic temperature switch
JPH09126928A (en) Pressure sensor
JP2021099290A (en) Flow detector and pump system
JPH05164638A (en) Pressure sensor
JPH06235671A (en) Pressure sensor
JP3344846B2 (en) Fluidic gas meter
JP2699743B2 (en) Pressure sensor
JPH09119876A (en) Pressure sensor
JPH06294691A (en) Pressure sensor
JP4648625B2 (en) Vortex flow meter
JPH07104219B2 (en) Pressure sensor and gas flowmeter using the pressure sensor
Pandiyan et al. Design of industrial vibration transmitter using MEMS accelerometer
JPH1038725A (en) Pressure-sensitive element, manufacture thereof and pressure sensor
JPH05164640A (en) Pressure sensor