JPH06235671A - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

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Publication number
JPH06235671A
JPH06235671A JP4570193A JP4570193A JPH06235671A JP H06235671 A JPH06235671 A JP H06235671A JP 4570193 A JP4570193 A JP 4570193A JP 4570193 A JP4570193 A JP 4570193A JP H06235671 A JPH06235671 A JP H06235671A
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JP
Japan
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pressure
circuit
pressure sensor
piezoelectric element
piezoelectric
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Application number
JP4570193A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomio Kato
臣男 加藤
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve power supply fluctuation characteristics while stabilizing sensitivity in measurement by providing a constant voltage circuit in a signal processing circuit and feeding power supply voltage also to a voltage comparator through a constant voltage regulator. CONSTITUTION:Output from an amplifying circuit section 53 is converted through a voltage comparator 55 having hysteresis into a pulse signal which is outputted through a level converter 59. The voltage comparator 55 has input hysteresis width which is determined by the output width of an element in the comparator 55 and corresponds with the voltage of a power supply 2. When the supply voltage is kept constant using a constant voltage circuit 51 and thereby the hysteresis width is kept constant, total sensitivity of the circuit 5 is kept constant and stabilized. Furthermore, fluctuation of power supply 2 due to high slew rate of the converter 59 and high amplitude operation is absorded by the circuit 51 and noise in the circuit 5 is suppressed. This constitution allows highly accurate detection only of pressure fluctuation and frequency of an object with stabilized sensitivity.

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】フルイディック流量計やカルマン渦流量
計等において、流量に比例した周波数を有する流体振動
を検出する手段として、圧力センサが用いられている
(例えば、特開昭60−187814号、特開昭57−
54809号公報)。圧力センサは、この流体振動によ
る圧力変動を検出し、それを信号処理してその周波数の
パルスとし、それから流体の流量を知ることができる。
2. Description of the Related Art In a fluidic flowmeter, a Karman vortex flowmeter, etc., a pressure sensor is used as a means for detecting a fluid vibration having a frequency proportional to the flow rate (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-187814). JP-A-57-
54809). The pressure sensor can detect the pressure fluctuation due to the fluid vibration, process the signal into a pulse of that frequency, and then know the flow rate of the fluid.

【0003】しかし、上記圧力変動は非常に小さく、一
般の圧力センサでは測定ができないか、SN比が低く、
高精度な測定が困難である。また、微小な圧力を測定で
きるセンサの素材として圧電素子が知られているが(特
開昭57−54809号公報等)、ノイズ成分の補正方
法が不十分であったり、圧電素子が流体中に配置されて
いて、流体中の異物が付着したり衝突したりするという
問題がある。
However, the above-mentioned pressure fluctuation is very small and cannot be measured by a general pressure sensor, or the SN ratio is low.
Highly accurate measurement is difficult. Further, although a piezoelectric element is known as a material of a sensor capable of measuring a minute pressure (Japanese Patent Laid-Open No. 57-54809, etc.), a method of correcting a noise component is insufficient, or the piezoelectric element is in fluid. Since they are arranged, there is a problem that foreign matter in the fluid adheres or collides.

【0004】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(特願平1
−89633号)。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。
In order to solve such a problem, the present applicant previously arranged two piezoelectric elements side by side, and from each of the 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 Application No. Hei 1 (1999) -135242).
-89633). With this proposal, it is possible to accurately correct not only noise due to vibration but also noise such as temperature fluctuations and noises transmitted throughout the fluid, which has a high SN ratio and high sensitivity that can detect even weak pressure fluctuations. Moreover, a highly reliable pressure sensor having a simple structure and a highly accurate gas flowmeter using the pressure sensor were obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしさらに検討を進
めた結果、上記先に提案した圧力センサには、以下のよ
うな問題点のあることが判明した。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(周波数)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。先に提案した圧力セン
サでは、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SN比が低下し、測定精度が悪くなる。
However, as a result of further studies, it was found that the above-mentioned pressure sensor proposed above has the following problems. For example, in a fluidic flowmeter, the frequency of fluid vibration is proportional to the flow rate,
The amplitude, that is, the fluctuating pressure is proportional to the square of the flow rate (frequency). 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. The previously proposed pressure sensor simply amplifies the output from the piezoelectric element to a measurable level, so if the flow rate is large as described above, it will be output as an amplifier because of the relationship with a certain power supply voltage. May be in a saturated state (capture state where the output does not exceed a certain value). 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, the SN ratio decreases, and the measurement accuracy deteriorates.

【0006】このため、本出願人は、上記先に提案した
圧力センサにさらに改良を加え、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を提供した
(特願平3−274874号)。
Therefore, the present applicant further improved the above-mentioned pressure sensor to correct vibrations, temperature fluctuations, noise propagated in the entire fluid, etc. by the sensor structure, and further, electrically. By performing signal processing, a highly sensitive and highly reliable pressure sensor having an extremely high SN ratio was provided (Japanese Patent Application No. 3-274874).

【0007】しかしながら、実際にこのセンサを使用す
る現場では、電源電圧変動がかなり大きく、また、平均
的な電源の電圧値も一定でないことが判った。この電源
電圧変動によって、誤動作したり、また、平均的な電源
の電圧値が一定でないことにより、電圧比較器のヒステ
リシス幅が変わって、見かけ上の測定感度が異なること
があることが判った。
However, it was found that in the field where this sensor is actually used, the fluctuation of the power supply voltage is quite large, and the average voltage value of the power supply is not constant. It has been found that the fluctuation of the power supply voltage causes a malfunction, or the average voltage value of the power supply is not constant, so that the hysteresis width of the voltage comparator is changed and the apparent measurement sensitivity may be different.

【0008】そこで本発明の目的は、上記先の提案(特
願平3−274874号)にさらに電気的な改善、より
詳しくは電源の改良を加え、対電源変動特性を向上さ
せ、かつ測定の感度を安定化して、SN比が極めて高
い、高感度でより信頼性の高い圧力センサを提供するこ
とにある。
Therefore, an object of the present invention is to improve the above-mentioned proposal (Japanese Patent Application No. 3-274874) electrically, more specifically, to improve the power supply, improve the power supply fluctuation characteristic, and perform measurement. The object is to stabilize the sensitivity and provide a highly sensitive and highly reliable pressure sensor having an extremely high SN ratio.

【0009】[0009]

【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
は同一の方向を向きかつ同一方向の面が同一分極極性と
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個の圧電素子から
の出力を、圧力センサ内部の信号処理回路の増幅回路部
に送るとともに、該信号処理回路内部に、定電圧回路を
備えているものから成る。
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 in the same direction, and the pressure of the fluid is introduced into the pressure detection unit. Two inlet nozzles are provided, and one inlet nozzle communicates with the first surface of the one piezoelectric element via the first fluid pressure introducing passage and the other one through the fourth fluid pressure introducing passage. Of the other piezoelectric element having a polarization polarity different from that of the first surface of the other piezoelectric element, and the other inlet nozzle is connected to the second surface of the other piezoelectric element via the second fluid pressure introduction path. Through the third fluid pressure introduction path A pressure sensor in communication with the first surface of the other piezoelectric element, wherein the outputs from the two piezoelectric elements are sent to an amplifier circuit section of a signal processing circuit inside the pressure sensor, and the signal processing circuit It consists of one that has a constant voltage circuit inside.

【0010】この圧力センサにおいて、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半球状
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
を傾斜面か、任意の曲率を持つ曲面に形成しておくこと
が好ましい。
In this pressure sensor, it is preferable that the piezoelectric element is stretched in a diaphragm shape or a hemispherical shape in order to deform the piezoelectric element more sensitively to a pressure change and to make the pressure sensor more sensitive. In order to obtain such a stretched state, it is preferable that the holding surface of the holder that holds the two piezoelectric elements is formed as an inclined surface or a curved surface having an arbitrary curvature.

【0011】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.

【0012】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 polymer piezoelectric body, or a polymer containing P.
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.

【0013】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.

【0014】[0014]

【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
じる圧電体両面間の電位差が電極層を介して出力され
る。両圧電素子は両者出力の和が入力されるようにして
増幅回路部に接続される。
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 both surfaces, and the potential difference between the two surfaces of the piezoelectric body caused thereby is output via the electrode layer. Both piezoelectric elements are connected to the amplifier circuit section so that the sum of both outputs is input.

【0015】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.

【0016】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
置に対応する局部的な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 introduced to both surfaces of one piezoelectric element, the pressure fluctuations 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 guided to both surfaces of the piezoelectric element, and local pressure fluctuation corresponding to the measurement position can be guided 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.

【0017】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高い感度で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 their polarization polarities are the same, the directions of deformation of both piezoelectric elements are different. Since the phases are opposite to each other and output as the sum of the two, the output signal from which the noise component caused by the fluctuation of the entire fluid is removed can be obtained with high sensitivity.

【0018】なお、2個の圧電素子の接続方法として
は、圧電素子並設構造により略完全に除去される。2個
の圧電素子の第1の面同士または第2の面同士を電気的
に接続し、この2個の圧電素子を、その2個の圧電素子
の他方の面間からの出力を増幅回路部に接続する、いわ
ゆる直列接続と、2個の圧電素子の互いに分極極性が異
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増幅回路部に接続する、いわゆ
る並列接続とがある。これら、各圧電素子が全く同じ構
造に作製されているので、そのインピーダンスは前者が
後者の4分の1になり、一方、出力は前者が後者の2倍
になる。いずれを採用するかは、測定する圧力の大きさ
や回路環境による。
As a method of connecting the two piezoelectric elements, the piezoelectric element side-by-side structure can be removed almost completely. The first surfaces or the second surfaces of the two piezoelectric elements are electrically connected to each other, and the output from the other surface of the two piezoelectric elements is amplified by the amplification circuit section. So-called parallel connection, in which two piezoelectric elements having different polarization polarities are electrically connected to each other, and the output from one of the piezoelectric element connection portions is connected to the amplification circuit portion. There is a connection. Since each of these piezoelectric elements is manufactured in exactly the same structure, the impedance of the former is one-fourth of that of the latter, while the output of the former is twice that of the latter. Which one is used depends on the magnitude of pressure to be measured and the circuit environment.

【0019】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(周波数)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1ないし
は2乗分の1のゲイン特性を有する増幅回路部に接続す
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
の出力にこのゲイン特性が乗ぜられ、圧力センサとして
の出力が適正なレベルに制御され、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比が大幅に改善され
る。
Further, in the pressure sensor of the present invention, even when 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 the fluid vibration (that is, the differential pressure between the two surfaces of the piezoelectric element) is proportional to the square of the flow rate (frequency), and when the flow rate increases, the differential pressure increases and at the same time the pressure fluctuation due to the noise component. Also grows. 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, an amplifier circuit unit having a gain characteristic of 1 or 1 / square of the output frequency from the pressure detection unit, thereby reducing the flow rate. This gain characteristic is multiplied by the output from the pressure detection unit, which is approximately proportional to the square, and the output as the pressure sensor is controlled to an appropriate 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 is greatly improved.

【0020】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。
Such signal processing may be performed on a region having a certain frequency or more, that is, a region having a certain flow rate or more, in which the output from the pressure detecting 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.

【0021】そして、増幅回路部からの出力は、一定の
ヒステリシスを有する電圧比較器に入り、圧力変動に対
応した周波数のパルスに変換される。この電圧比較器の
出力はそれを構成する演算増幅器の最大出力振幅であ
り、それは電源電圧の大きさと対応している。したがっ
て、電源電圧を定電圧レギュレータを介して、電圧比較
器にも供給する構造にしたことにより、供給電源電圧に
係わらず、測定の感度が一定になり、また、定電圧レギ
ュレータを配置したことにより、供給電源電圧の変動や
レベル変換器の駆動によって生じる信号処理回路内部で
の電源の変動もカット(吸収)され、対電源変動特性が
向上し、信頼性がさらに向上する。
Then, the output from the amplifier circuit section enters a voltage comparator having a certain hysteresis and is converted into a pulse having a frequency corresponding to the pressure fluctuation. The output of this voltage comparator is the maximum output amplitude of the operational amplifier that constitutes it, which corresponds to the magnitude of the power supply voltage. Therefore, by adopting a structure in which the power supply voltage is also supplied to the voltage comparator via the constant voltage regulator, the sensitivity of measurement becomes constant regardless of the power supply voltage supplied, and by arranging the constant voltage regulator, The fluctuation of the power supply voltage and the fluctuation of the power supply inside the signal processing circuit caused by the driving of the level converter are also cut (absorbed), the power supply fluctuation characteristic is improved, and the reliability is further improved.

【0022】[0022]

【実施例】以下に、本発明の望ましい実施例を図面を参
照して説明する。図3は本発明の一実施例に係る圧力セ
ンサを、図15はこ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例を示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows a pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 15 shows an example in which the pressure sensor is used in a fluidic flow meter.

【0023】図3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、後述の電気的信号処
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4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. 3, 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 an electric signal processing circuit described later. 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 an enlarged view in FIG. 4, the piezoelectric elements 2 and 3 are provided on both surfaces of the 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. .

【0024】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、その全体又は表面がたとえば真ちゅう等
の導電体で構成され、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 holders 12, 13 and 1 from both sides 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, 15 are wholly or entirely formed of a conductor such as brass, and are electrically connected to the respective electrode layers 8, 9, 10, 11 to function as output terminals of the respective piezoelectric elements. The holders 12 and 13, 14 and 15 are insulated by the piezoelectric bodies 6 and 7.

【0025】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5および図6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、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5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6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)、あるいは半球状になり、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. 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. As the inclination angle θ, an angle of 7 °, which gives the maximum output from the test results of the inclination angle θ and the output of the pressure sensor, 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. The piezoelectric elements 2 and 3 are formed as a simple flat film, as shown in FIG. 5, before being assembled, that is, before being sandwiched between the holders 12, 13 or 14, 15. And slopes 12a, 13a and 14a, 15a
When sandwiched between both holders 12, 13 and 14, 15 having
As shown in FIG. 6, the peripheral edges of the piezoelectric elements 2 and 3 are inclined surfaces 12a.
, 13a and 14a, 15a are forcibly deformed, so that the piezoelectric elements 2, 3 as a whole have a diaphragm shape (the shape shown) or a hemispherical shape and are stretched in that state.

【0026】なお、予めダイヤフラム状や半球状に成形
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 hemispherical shape and carefully holding it between both holders, the shape can be maintained and the sensitivity can be maintained.

【0027】圧電素子2、3を挟持する2個一対のホル
ダ12、13および14、15の挟持面の形状としては、上記傾
斜面に限らず、図8(挟持前)、図9(挟持後)に示す
ように、任意の曲率ρを持つ曲面12b 、13b および14b
、15b に形成してもよい。
The shape of the sandwiching surface of the pair of holders 12, 13 and 14, 15 for sandwiching the piezoelectric elements 2 and 3 is not limited to the above-mentioned inclined surface, but may be any one of those shown in FIG. 8 (before sandwiching) and FIG. 9 (after sandwiching). ), Curved surfaces 12b, 13b and 14b with arbitrary curvature ρ
, 15b may be formed.

【0028】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.

【0029】圧電素子2、3は、図7に示すように圧接
挟持されている。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3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
ぞれ示しており、これら入出力端子36、37、38は、蓋46
を貫通して延びている。なお、2個の圧電素子2、3を
直列に接続する場合には、圧電素子2、3の一方の電極
板25、25又は27、27同士が、ねじ29またはねじ26を介し
て回路基板35上で電気的に接続され、他方の電極板27、
27又は25、25については、そ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。また、2個の圧電素子を並列に接続する場合には、
圧電素子2、3の一方の電極板25と他方の電極板27とが
互いにそれぞれねじ26、29と短絡板86を介して接続さ
れ、ねじ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
供給される中間電位の極(後述)に接続される。なお、
2個の圧電素子2、3を直列に接続する場合には、一方
の電極板25又は27を広くして、圧電素子2、3に共通に
接触させてねじを省き、回路基板35上で短絡しないこと
もある。
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. 36 and 37 in FIG. 3 are the circuit 5
The power input terminals of the circuit 5 and the output terminals 38 of the circuit 5 are shown. The input / output terminals 36, 37 and 38 are the lid 46.
Extend through. When the two piezoelectric elements 2 and 3 are connected in series, one electrode plate 25, 25 or 27, 27 of the piezoelectric elements 2 and 3 is connected to the circuit board 35 via the screw 29 or the screw 26. The other electrode plate 27, electrically connected above
One of 27, 25 and 25 is connected to the electric signal processing circuit 5 as an input to the electric signal processing circuit 5, and the other is connected to an intermediate potential pole (described later) of the potentials supplied from the power source. Also, when connecting two piezoelectric elements in parallel,
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 via the screw 29, one of the connecting portions is an electrical signal. As an input to the processing circuit 5, the other side of the circuit 5 is connected to an intermediate potential pole (described later) supplied from a power source. In addition,
When two piezoelectric elements 2 and 3 are connected in series, one electrode plate 25 or 27 is widened so that the piezoelectric elements 2 and 3 can be commonly contacted with each other to eliminate screws and short-circuit on the circuit board 35. Sometimes I don't.

【0030】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.

【0031】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.

【0032】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.

【0033】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。
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.

【0034】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および図2を参照して説明す
る。圧電素子2、3の接続方法は直列と並列とがあり、
それぞれ図1、図2のようになる。この回路構成につい
て説明するが、図1と図2の違いは圧電素子2、3の接
続方法の違いのみであるので、以降は図1のみで説明す
る。
Next, the electrical signal processing circuit 5 incorporated on the circuit board 35 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The piezoelectric elements 2 and 3 can be connected in series or in parallel,
It becomes like FIG. 1 and FIG. 2, respectively. This circuit configuration will be described. However, the only difference between FIG. 1 and FIG. 2 is the difference in the method of connecting the piezoelectric elements 2 and 3, and hence only the description in FIG.

【0035】電池電源52は、3Vリチウム電池で、VDD
端子50a にはその+極側を、VSS端子50b にはその−極
側を接続する。電池電源52の+極側は、VDD端子50a か
ら電源保護回路54を経て定電圧回路51に接続される。そ
して、増幅回路部53、電圧比較器55、中点電源I(5
7)、中点電源II(58)の+電源として、定電圧回路5
1の出力を供給している。一方、レベル変換器59の+電
源は、電源保護回路54の出力を供給し、外部からの供給
電圧とほぼ同じ電圧である。中点電源I(57)の出力は
増幅回路部53の中間電位の極として、また、中点電源I
I(58)の出力は電圧比較器55の中間電位の極として使
用される。
The battery power source 52 is a 3V lithium battery, V DD
The positive pole side is connected to the terminal 50a, and the negative pole side is connected to the V SS terminal 50b. The + pole side of the battery power source 52 is connected to the constant voltage circuit 51 from the V DD terminal 50a through the power source protection circuit 54. Then, the amplifier circuit section 53, the voltage comparator 55, the midpoint power source I (5
7), as a positive power source for the midpoint power source II (58), a constant voltage circuit 5
Supplying an output of 1. On the other hand, the + power supply of the level converter 59 supplies the output of the power supply protection circuit 54 and is approximately the same voltage as the voltage supplied from the outside. The output of the midpoint power source I (57) is used as the intermediate potential pole of the amplifier circuit section 53, and
The output of I (58) is used as the mid-potential pole of voltage comparator 55.

【0036】圧電素子2、3からの出力は、図11のよ
うなゲイン特性を有する交流増幅回路部53へと入力され
る。図11のA〜Fで示す線は増幅回路部53の定数の変
更で得られる例を示している。増幅回路部53そのものは
対電源電圧特性が低く、その小さい変動で誤動作するの
で、電源電圧変動の変動分をカット(吸収)する定電圧
回路51を備える回路構成にした。
The outputs from the piezoelectric elements 2 and 3 are input to the AC amplification circuit section 53 having a gain characteristic as shown in FIG. Lines A to F in FIG. 11 show examples obtained by changing the constant of the amplifier circuit section 53. The amplifier circuit section 53 itself has low power supply voltage characteristics and malfunctions due to small fluctuations thereof, so the circuit configuration is provided with the constant voltage circuit 51 that cuts (absorbs) fluctuations in power supply voltage fluctuations.

【0037】本実施例では、増幅回路部53からの出力
は、ヒステリシスをもつ電圧比較器55に送られ、パルス
信号に処理され、それがレベル変換器59を通して出力端
子56から出力されるようになっている。電圧比較器55へ
の回路は、ある中点を中心に図14に示すように、小さ
い入力で出力が飽和点に達するようになる。電圧比較器
55には図14、図15に示すように入力に幅があり、こ
れをヒステリシス幅と呼ぶことがあるが、これは電圧比
較器55に使われる素子の出力振幅によって定まり、それ
はまたその電源電圧に対応するものである。したがっ
て、本発明のように定電圧回路51を使用することによ
り、供給される電源電圧が一定に保たれると、このヒス
テリシス幅も一定となり、回路5全体の感度が一定とな
り安定する。そして出力端子56からの出力は電源の供給
側からは、信号処理の関係上、供給電圧とほぼ同じ電圧
のスルーレート( 立ち上がり、立ち下がり速度) が大き
い出力パルスが要求される。このため、レベル変換器59
は供給電圧とほぼ同じ電圧が得られる電源保護回路54の
出力を供給している。そして、このレベル変換器59が高
速で駆動するために生じる電源の変動は定電圧回路51で
吸収され、ノイズにはならない。
In this embodiment, the output from the amplifier circuit section 53 is sent to the voltage comparator 55 having hysteresis and processed into a pulse signal, which is output from the output terminal 56 through the level converter 59. Has become. As for the circuit to the voltage comparator 55, the output reaches the saturation point with a small input, as shown in FIG. Voltage comparator
As shown in FIGS. 14 and 15, 55 has an input width, which is sometimes called a hysteresis width. This is determined by the output amplitude of the element used in the voltage comparator 55, which is also the power supply voltage. It corresponds to. Therefore, by using the constant voltage circuit 51 as in the present invention, when the supplied power supply voltage is kept constant, this hysteresis width also becomes constant and the sensitivity of the circuit 5 as a whole becomes constant and stable. For the output from the output terminal 56, an output pulse having a large slew rate (rising speed, falling speed) of almost the same voltage as the supply voltage is required from the power supply side because of signal processing. For this reason, the level converter 59
Supplies the output of the power supply protection circuit 54 which provides a voltage approximately the same as the supply voltage. Then, the fluctuation of the power supply caused by driving the level converter 59 at high speed is absorbed by the constant voltage circuit 51 and does not become noise.

【0038】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。これは本発明では、増幅回路部53と電圧比較器
55との間のアイソレーションを高めるため、2回路設け
ている。中点電源I(57)は増幅回路部53用に、中点電
源II(58)は電圧比較器55用に使われている。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 this embodiment, the potential of one battery power source 52 is divided, and the intermediate potential is used for signal processing from the piezoelectric element. In the present invention, this is the amplifier circuit unit 53 and the voltage comparator.
Two circuits are provided in order to increase the isolation between the circuit and 55. The midpoint power source I (57) is used for the amplifier circuit section 53, and the midpoint power source II (58) is used for the voltage comparator 55. By doing so, only one battery is required, and the space for accommodating the power supply may be small, so that it is possible to downsize the entire flow meter equipped with the pressure sensor.

【0039】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 flowmeter.

【0040】図16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. 16 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 reducing portion, and a jet nozzle 62 at the tip thereof.
A jet with an increased flow velocity is jetted from. The main flow of the jet flows due to the Coanda effect along the wall surface of either one of the pair of partition walls 64 and 65 forming the flow path expanding portion 63,
The wall flow is redirected along the reflector blades 69 to control nozzles.
A force is applied from 66 (or 67) so as to be orthogonal to the jet flow from the jet nozzle 62, and 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. Incidentally, 68 in the figure is a target for efficiently directing the jet flow to one of the partition walls,
70 is a guide plate for guiding the flow.

【0041】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.

【0042】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.

【0043】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るので高感度で
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 eliminated. 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. 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, so that it can be taken out with high sensitivity and extremely highly accurate detection becomes possible.

【0044】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の出力を加算す
る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 adding the outputs of both piezoelectric elements 2 and 3.

【0045】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.

【0046】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 inlet nozzles 39 and 40, the arrangement of the fluid pressure introducing paths, and the structure of the pressure detecting portion are provided for the two piezoelectric elements 2 and 3. Are configured to have almost the same shape and symmetry.

【0047】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10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、増幅回
路部53のゲインを乗じた出力が、増幅回路部53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、この増幅回路部53に図11に示す
ようなゲイン特性をもたせるよう構成した。
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. 10, 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 times 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 amplifier circuit section 53 becomes the output as the amplifier circuit section 53. If the output is simply amplified, the output of the amplifier circuit may be saturated in the large flow rate region. 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, in order to prevent the deterioration of the SN ratio, it is necessary to reduce the gain at the time of amplifying the output from the piezoelectric elements 2 and 3 in a region above a certain frequency (region above a certain flow rate). In the present invention, the amplification circuit section 53 is configured to have the gain characteristic as shown in FIG.

【0048】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
12に示すような特性になったり、図13に示すような特性
になったりするが、この特性に図11のA〜Fの例に示す
ようなゲイン特性を定数変更で持たせることができ対応
できるので、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 Fig. 12 or the characteristics shown in Fig. 13 may be obtained, but the gain characteristics shown in the examples of A to F in Fig. 11 can be given by changing the constants. You can, so there will be no problems.

【0049】また、本実施例の圧力センサ1において
は、増幅回路部53からの出力が、電圧比較器55を通すこ
とにより、パルス信号として出力される。この電圧比較
器55では、図14に示すような入出力波形となり、図15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SH2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。さらに、レベル変換器を介してスルーレートが大き
い、供給電圧とほぼ同じ振幅のパルスに変換しているの
で、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流量計全体としての消費電
力が少なくて済むという利点もある。
In the pressure sensor 1 of this embodiment, the output from the amplifier circuit section 53 is output as a pulse signal by passing through the voltage comparator 55. The voltage comparator 55 has an input / output waveform as shown in FIG. 14 and has a hysteresis characteristic as shown in FIG. 15, but since there are threshold levels SH1 and SH2, noise components below this level are completely removed. it can. Further, when the input reaches one of the threshold levels SH1, the threshold level changes to the other level SH2, so that the overdrive amount 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. Furthermore, since the pulse is converted into a pulse having a large slew rate and an amplitude substantially the same as that of the supply voltage through the level converter, when connecting to a MOS type digital IC for signal processing, the rise time is fast and the flowmeter as a whole It also has the advantage that it consumes less power.

【0050】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。
In this embodiment, the final output is a pulse, but 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.

【0051】なお、圧力センサ1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1内に電池
を設けることも可能であるが、本発明のように内部に定
電圧回路51を備えると、今まで述べたように測定の感度
が一定となり、また、電源電圧変動があるような質の悪
い電源に対しても精度のよい圧力センサを提供できる。
また、上記実施例では、消費電力が17μA以下であるの
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 1 in order to cope with the case where it is necessary to prevent the pressure sensor 1 from being affected by the quality of the power source or when it is difficult to supply the necessary power source. Although it is possible, if the constant voltage circuit 51 is provided inside as in the present invention, the sensitivity of the measurement becomes constant as described above, and even for a power supply with poor quality such as power supply voltage fluctuation. An accurate pressure sensor can be provided.
Further, in the above embodiment, the power consumption is 17 μA or less, so that the battery can be used for a long time without replacement.

【0052】以上の説明はフルイディック流量計につい
て行ったが、カルマン渦流量計や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, the pressure sensor according to the present invention can be applied to the Karman vortex flowmeter and other flowmeters as long as pressure fluctuation detection is essential. is there.

【0053】[0053]

【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るため、振動によるノイズも自動的
に消去できる。さらに、圧電素子からの信号を増幅回路
部を通し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たことに加
え、信号処理回路内部に定電圧回路を備えることによっ
て、対電源電圧変動特性が大幅に改善され、更に、電圧
比較器のヒステリシス幅が供給電圧に係わらず一定であ
ることから、測定の感度が一定となった。また、レベル
変換器のスルーレートが大きく、振幅が大きい動作によ
って生じる電源への影響も吸収され、回路内部のノイズ
も小さくなり、安定した感度で、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。
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, Detection accuracy is improved by taking the sum of outputs, and since two piezoelectric elements are positively arranged side by side under the same condition, noise due to vibration can be automatically deleted. Further, the signal from the piezoelectric element is passed through the amplifier circuit section to obtain the output as the pressure sensor, so that the noise component can be removed electrically and the constant voltage circuit is provided inside the signal processing circuit. As a result, the variation characteristic with respect to the power supply voltage was significantly improved, and furthermore, the hysteresis width of the voltage comparator was constant regardless of the supply voltage, and therefore the measurement sensitivity was constant. In addition, the slew rate of the level converter is large, and the influence on the power supply caused by the large amplitude operation is also absorbed, the noise inside the circuit is also small, and the stable sensitivity makes only the pressure fluctuation of the measurement object and the frequency of the measurement object extremely high. It can be detected accurately.

【0054】検出可能な最小圧力変動幅としては0.001
〜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0.001 Paで20dBV、1
Pa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 0.001
It becomes as small as ~ 1 Pa, and can be made even smaller. Also, the SN ratio is 0.001 Pa, 20 dBV, 1
It is very high at 60 dBV in 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. Also,
Since the mechanically weak piezoelectric element is not exposed, foreign matter in the fluid does not adhere to it, and it does not cause damage or decrease in sensitivity during the process of manufacture, handling, and implementation, 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における電
気的信号処理回路図である。
FIG. 1 is an electrical signal processing circuit diagram in a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例に係る圧力センサにおける
電気的信号処理回路図である。
FIG. 2 is an electrical signal processing circuit diagram in a pressure sensor according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例に係る圧力センサの断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3の圧力センサの圧電素子部の拡大部分断面
図である。
FIG. 4 is an enlarged partial sectional view of a piezoelectric element portion of the pressure sensor of FIG.

【図5】図3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。
5 is an enlarged partial exploded cross-sectional view of the pressure sensor of FIG. 3 before attachment of a piezoelectric element.

【図6】図5の圧電素子の取付け後の縦断面図である。6 is a vertical cross-sectional view after the piezoelectric element of FIG. 5 is attached.

【図7】図3の圧力センサにおける圧電素子挟持部の拡
大分解斜視図である。
7 is an enlarged exploded perspective view of a piezoelectric element holding portion in the pressure sensor of FIG.

【図8】図3の圧力センサにおける他の圧電素子取付け
前の拡大部分分解断面図である。
8 is an enlarged partial exploded cross-sectional view of the pressure sensor of FIG. 3 before attachment of another piezoelectric element.

【図9】図8の圧電素子の取付け後の縦断面図である。9 is a vertical cross-sectional view after the piezoelectric element of FIG. 8 is attached.

【図10】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. 10 is a diagram showing the relationship between the frequency of the pressure sensor and the differential pressure due to pressure fluctuations.

【図11】増幅回路部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 a frequency and a gain in the amplifier circuit section.

【図12】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. 12 is a diagram showing a relationship between a frequency and a differential pressure due to pressure fluctuation in a certain flow meter.

【図13】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. 13 is a relationship diagram between the frequency and the differential pressure due to pressure fluctuation in another flow meter.

【図14】パルスを出力する電圧比較器の入出力特性図
である。
FIG. 14 is an input / output characteristic diagram of a voltage comparator that outputs a pulse.

【図15】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. 15 is a characteristic diagram showing hysteresis in the voltage comparator.

【図16】図3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。
16 is a schematic configuration diagram when the pressure sensor of FIG. 3 is used in a fluidic flow meter.

【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 50 電源用端子 51 定電圧回路 52 電源 53 増幅回路部 54 電源保護回路 55 電圧比較器 56 出力端子 57 中点電源I 58 中点電源II 59 レベル変換器 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 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 route 45 Fourth fluid pressure introduction route 46 Lids 47, 48 Communication passage 49 O-ring 50 Power supply terminal 51 Constant voltage circuit 52 Power supply 53 Amplification circuit section 54 Power supply protection circuit 55 Voltage comparator 56 Output terminal 57 Middle Point power source I 58 Middle point power source II 59 Level converter 60 Flow meter element section 61 Flow path reduction section 62 Jet nozzle 63 Flow path expansion section 64, 65 Partition wall 66, 67 Control nozzle 68 Target 69 Reflector blade 70 Guide plate 71 , 72 Internal pressure outlet 73 Gasket 86 Short circuit plate

Claims (3)

【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
は同一の方向を向きかつ同一方向の面が同一分極極性と
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個の圧電素子から
の出力を、圧力センサ内部の信号処理回路の増幅回路部
に送るとともに、該信号処理回路内部に、定電圧回路を
備えている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 the surfaces in the same direction have the same polarization polarity, and the pressure detection unit is provided with two inlet nozzles for introducing the pressure of the fluid, and one inlet nozzle is the first nozzle. The other is connected to the first surface of one of the piezoelectric elements via the first fluid pressure introduction path and has a polarization polarity different from that of the first surface of the one piezoelectric element via the fourth fluid pressure introduction path. Of the piezoelectric element is communicated with the second surface of the piezoelectric element, and the other inlet nozzle is communicated with the second surface of the one piezoelectric element through the second fluid pressure introduction path, and the third fluid pressure introduction path is connected. Pressure sensor communicated with the first surface of the other piezoelectric element through the pressure sensor The output from the two piezoelectric elements is sent to an amplification circuit section of a signal processing circuit inside the pressure sensor, and a constant voltage circuit is provided inside the signal processing circuit. Sensor.
【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.
【請求項3】 前記2個の圧電素子を挟持する前記ホル
ダの挟持面を、任意の曲率を持つ曲面に形成した請求項
1の圧力センサ。
3. The pressure sensor according to claim 1, wherein a holding surface of the holder for holding the two piezoelectric elements is formed into a curved surface having an arbitrary curvature.
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