JPH074996A - Fluid vibration detection sensor in fluid vibration type flow meter - Google Patents

Fluid vibration detection sensor in fluid vibration type flow meter

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JPH074996A
JPH074996A JP14365793A JP14365793A JPH074996A JP H074996 A JPH074996 A JP H074996A JP 14365793 A JP14365793 A JP 14365793A JP 14365793 A JP14365793 A JP 14365793A JP H074996 A JPH074996 A JP H074996A
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fluid vibration
piezoelectric film
film
fluid
substrate
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Yoshiro Miyazaki
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Abstract

PURPOSE:To provide a fluid vibration detection sensor in a fluid vibration type flow meter wherein sensor sensitivity is improved and reduction in size is possible. CONSTITUTION:The fluid vibration detection sensor in a fluid vibration type flow meter for measuring a flow rate detects a change in pressure by a piezoelectric film 222 for displacing first and second vibration pressures which are caused by binary-switching a flow path of a gushed stream and which are equal in fluctuation frequency and in a relation of reverse phases to each other by means of vibration pressure. Voltage and electric charge generated by the piezoelectric film 222 is proportional to its displacement. The piezoelectric film 222 is formed by together vapor-depositing electrodes 2222, 2224 and a layer of a piezoelectric material (poly-urea) 2223 onto a substrate 2221 made of a fluorine compound-based film whose modulus of elasticity is much smaller than that of the piezoelectric material 2223. The piezoelectric film 222 has a multilayered structure. The substrate 2221 is semispherical.

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、流体中の圧力振動の周
波数を検出してこの流体の流速や流量を計測するカルマ
ン渦流量計やフルイディック流量計などの流体振動型流
量計に用いられ圧力振動を検出する流体振動検出センサ
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in a fluid vibration type flow meter such as a Karman vortex flow meter or a fluidic flow meter for detecting the frequency of pressure vibration in a fluid and measuring the flow velocity and flow rate of the fluid. The present invention relates to a fluid vibration detection sensor that detects pressure vibration.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の流体振動検出センサとし
て、フルイディック流量計に適用したものが知られてい
る。この検出センサは、コアンダー効果によって側壁に
沿ってながれる流体の噴出流の一部を帰還流路により噴
出流の基部に帰還させることによって、噴出流の流路を
2値的に切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ
互に逆位相の関係にある2つの振動圧力を圧電膜に導
き、この圧電膜が両圧力によって厚さ方向に変位するこ
とによって両圧力に応じた電圧或いは電荷を圧電膜の表
裏両面間に生じさせるようにしたもので、圧電膜の表裏
両面間に生じた電圧或いは電荷の周波数が流体の流速又
は流量に比例する関係にあるので、この電圧或いは電荷
の周波数を測定することによって流速又は流量を測定す
るようにしたものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of fluid vibration detection sensor, one applied to a fluidic flowmeter has been known. In this detection sensor, a part of the jet flow of the fluid flowing along the side wall due to the Counder effect is returned to the base of the jet flow by the return flow passage, so that the flow passage of the jet flow is binary-switched. Two oscillating pressures having the same fluctuation period and opposite phases to each other are introduced into the piezoelectric film, and the piezoelectric film is displaced in the thickness direction by the both pressures, so that the voltage or the charge corresponding to the two pressures is applied to the piezoelectric film. Since the frequency of the voltage or charge generated between the front and back surfaces of the piezoelectric film is proportional to the flow velocity or flow rate of the fluid, the voltage or charge frequency should be measured. The flow velocity or the flow rate is measured by.

【0003】ところで、この流体振動検出センサは、圧
電膜自体から電圧が発生するので外部電源を必要としな
いという利点があり、従来の流体振動検出センサにおい
ては、圧電膜として、PVDF(ポリビニリデンフロラ
イド)又はTrFE(トリフルオロエチレン)を延伸し
てフイルムを作成してからポーリング処理したものが採
用され、その両面に電極を形成することによって圧力セ
ンサが形成されていた。
By the way, this fluid vibration detection sensor has an advantage that an external power source is not required because a voltage is generated from the piezoelectric film itself. In the conventional fluid vibration detection sensor, PVDF (polyvinylidene fluoride) is used as the piezoelectric film. Ride) or TrFE (trifluoroethylene) was stretched to form a film and then subjected to poling treatment, and a pressure sensor was formed by forming electrodes on both surfaces of the film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の流体振
動検出センサでは、以下のような種々の問題があった。
因みに、圧電膜に加わる圧力Pとその変位ζとの関係
は、以下の式のように表される。
However, the conventional fluid vibration detection sensor has the following various problems.
Incidentally, the relationship between the pressure P applied to the piezoelectric film and its displacement ζ is expressed by the following equation.

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】式中、aは圧電膜の面積、T0 は圧電膜の
張力、kは弾性係数である。式中、第2項のみ注目する
と、
In the equation, a is the area of the piezoelectric film, T 0 is the tension of the piezoelectric film, and k is the elastic coefficient. In the equation, paying attention only to the second term,

【0007】[0007]

【数2】 [Equation 2]

【0008】となるので、変位ζに比例するセンサ出力
(センサ感度)がセンサ面積aに比例し、かつ圧電膜の
弾性係数kに反比例する。そして、弾性係数kは圧電膜
の弾性率Cと膜圧Dの積、すなわち、k=C・Dであ
る。
Therefore, the sensor output (sensor sensitivity) proportional to the displacement ζ is proportional to the sensor area a and inversely proportional to the elastic coefficient k of the piezoelectric film. The elastic coefficient k is the product of the elastic modulus C of the piezoelectric film and the film pressure D, that is, k = C · D.

【0009】ところで、上述したように圧電膜として使
用されていたPVDFの弾性率Cは例えば3×109
/m2 であるが、PVDFの場合、その厚さが実に9μ
mと厚いものであるため、弾性率に厚さを乗じた弾性係
数kが非常に大きなものとなり、弾性係数kに反比例す
るセンサ感度が悪いことにより、出力が小さいという問
題が生じていた。
By the way, the elastic modulus C of PVDF used as a piezoelectric film as described above is, for example, 3 × 10 9 N
/ M 2 , but in the case of PVDF, the thickness is actually 9μ
Since it is as thick as m, the elastic coefficient k obtained by multiplying the elastic modulus by the thickness becomes very large, and the sensor sensitivity inversely proportional to the elastic coefficient k is poor, resulting in a problem that the output is small.

【0010】このため、圧力センサの出力を確保するた
めにはセンサ面積を大きくしなければならないのでセン
サの小型化ができないという問題があった。その他、小
さい出力を増幅する増幅器に負担がかかり、電池駆動す
るものでは消費電流が大きくなって電池寿命を短するの
でメンテナンス上なども問題点があった。
Therefore, there is a problem that the sensor cannot be downsized because the sensor area must be increased in order to secure the output of the pressure sensor. In addition, an amplifier for amplifying a small output is burdened, and a battery-driven type consumes a large amount of current and shortens the battery life, which causes a problem in maintenance.

【0011】また、PVDFの場合、上述したように延
伸後にポーリング処理して圧電膜を形成していたため、
感度の良い特殊形状に成形することができないなどの問
題もあった。
In the case of PVDF, the piezoelectric film is formed by poling after stretching as described above.
There was also a problem that it could not be molded into a highly sensitive special shape.

【0012】よって本発明は、上述した従来の問題点に
鑑み、センサ感度を向上して小型化を可能にした流体振
動型流量計における流体振動検出センサを提供すること
を目的としている。
Therefore, in view of the above-mentioned conventional problems, it is an object of the present invention to provide a fluid vibration detecting sensor in a fluid vibration type flow meter which has improved sensor sensitivity and can be miniaturized.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明により成された流体振動型流量計における流体振
動検出センサは、コアンダー効果によって側壁に沿って
ながれる流体の噴出流の一部を帰還流路により噴出流の
基部に帰還させることによって、噴出流の流路を2値的
に切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ互に逆
位相の関係にある第1及び第2の振動圧力を、該振動圧
力により変位する圧電膜により圧力変化を検出し、該検
出により圧電膜が発生する電圧或いは電荷の周波数を測
定して流量を測定する流体振動型流量計における流体振
動検出センサにおいて、前記圧電膜は、電極及び圧電材
料の層を該圧電材料よりも弾性率の小さい基板上に蒸着
して形成されたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a fluid vibration detecting sensor in a fluid vibration type flow meter according to the present invention returns a part of a jet flow of a fluid flowing along a side wall by a Counder effect. By returning the jet flow to the base of the jet flow by the flow passage, the first and second oscillating pressures having the same fluctuation period and opposite phase to each other, which are generated by binary switching the flow passage of the jet flow, are generated. A fluid vibration detection sensor in a fluid vibration type flow meter for detecting a pressure change by a piezoelectric film displaced by the vibration pressure and measuring a frequency of a voltage or an electric charge generated by the piezoelectric film by the detection to measure a flow rate, The piezoelectric film is characterized in that it is formed by depositing a layer of an electrode and a piezoelectric material on a substrate having a smaller elastic modulus than the piezoelectric material.

【0014】前記圧電材料がポリ尿素であること、前記
基板がフッ素系フイルムからなること、前記圧電膜が電
極及び前記ポリ尿素の層を複数回蒸着した多層構造であ
ること、又は前記基板が半円球状であることを更に特徴
としている。
The piezoelectric material is polyurea, the substrate is made of a fluorine-based film, the piezoelectric film has a multi-layer structure in which an electrode and the polyurea layer are vapor-deposited a plurality of times, or the substrate is semi-finished. It is further characterized by being spherical.

【0015】[0015]

【作用】上記構成において、流量を測定する流体振動型
流量計における流体振動検出センサが、噴出流の流路を
2値的に切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ
互に逆位相の関係にある第1及び第2の振動圧力を、該
振動圧力により変位する圧電膜により圧力変化を検出す
る。圧電膜が発生する電圧或いは電荷はその変位に比例
する。圧電膜を構成する電極及び圧電材料の層が基板に
共に蒸着され、非常に薄く形成され、しかもその基板に
圧電材料よりも弾性率の小さいものが使用されている。
従って、圧電膜全体はその弾性係数が小さくなり、それ
だけ大きく変位するようになって大きな出力を発生す
る。圧電材料として蒸着可能なポリ尿素が使用されてい
る。
In the above structure, the fluid vibration detecting sensor in the fluid vibration type flow meter for measuring the flow rate has the same fluctuation period and opposite phase to each other, which occurs when the jet flow passage is binary-switched. A pressure change is detected by a piezoelectric film that is displaced by the first and second oscillating pressures. The voltage or charge generated by the piezoelectric film is proportional to its displacement. An electrode and a layer of a piezoelectric material forming a piezoelectric film are co-deposited on a substrate to be formed very thin, and a substrate having a smaller elastic modulus than that of the piezoelectric material is used for the substrate.
Therefore, the elastic coefficient of the entire piezoelectric film is reduced, and the piezoelectric film is displaced by that amount to generate a large output. Polyurea that can be deposited is used as the piezoelectric material.

【0016】基板を形成するフッ素系フイルムは弾性率
が極めて小さく、基板として必要な厚さにしても弾性係
数は、ポリ尿素の層に比べて無視できるものである。圧
電膜が多層構造であるので、それだけ面積が大きくなっ
て大きな出力が得られる。また、基板が半円球状である
ので、圧力によって伸び変形がし易くなって大きな出力
が得られる。
The fluorine-based film forming the substrate has a very small elastic modulus, and even if the thickness required for the substrate is large, the elastic modulus is negligible as compared with the polyurea layer. Since the piezoelectric film has a multi-layered structure, the area is correspondingly increased and a large output can be obtained. In addition, since the substrate has a semi-spherical shape, it is easily stretched and deformed by pressure, and a large output can be obtained.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明による流体振動検出センサが適用さ
れる流体振動型流量計の一例を示し、同図において、流
体振動型流量計を構成するフルイディック発振器は、例
えば図示しないガス配管の途中に設けられる断面矩形状
の管路1内に構成される。管1内には、管路縮小部2及
び噴出ノズル3を形成する一対の流路形成部材4a,4
bが管中心軸線Pに対して対称に配置され、管路縮小部
2の作用によりガスが噴出ノズル3に円滑に導かれると
共に、噴出ノズル3からは管中心線Pを噴出中心として
ガスが噴出されるようにされている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a fluid vibration type flow meter to which the fluid vibration detection sensor according to the present invention is applied. In FIG. 1, a fluidic oscillator constituting the fluid vibration type flow meter is provided, for example, in the middle of a gas pipe (not shown). Is formed in the duct 1 having a rectangular cross section. Inside the pipe 1, a pair of flow path forming members 4a, 4 forming the pipe contracting portion 2 and the jet nozzle 3 are formed.
b is arranged symmetrically with respect to the pipe center axis P, the gas is smoothly guided to the ejection nozzle 3 by the action of the pipe contracting portion 2, and the gas is ejected from the ejection nozzle 3 with the pipe center line P as the ejection center. It is supposed to be done.

【0018】また、管中心軸線Pに対して対称に、管路
拡大部5、一対の制御ノズル6a,6b、管路拡大部5
の下流側と制御ノズル6a,6bを各別に連通する一対
の帰還流路7a,7b、及び一対の帰還流路7a,7b
を区画形成する一対の隔壁8a,8bが配置されてい
る。管路拡大部5の管中心軸線P上には、流動方向の切
り換えを安定化するためのターゲット9が配置されてい
る。一対の制御ノズル6a,6bは、噴出ノズル3の噴
出方向に対して略直角方向にかつ相対向するようにされ
ている。
Further, symmetrically with respect to the central axis P of the pipe, the pipe expanding part 5, the pair of control nozzles 6a and 6b, and the pipe expanding part 5 are provided.
Pair of return flow passages 7a, 7b, and a pair of return flow passages 7a, 7b for communicating the downstream side of the control nozzles 6a, 6b with each other.
A pair of partition walls 8a and 8b that define the partition are arranged. A target 9 for stabilizing the switching of the flow direction is arranged on the pipe central axis P of the pipe expanding portion 5. The pair of control nozzles 6a and 6b are arranged to face each other in a direction substantially perpendicular to the ejection direction of the ejection nozzle 3.

【0019】そして、一対の隔壁8a,8bとの協動で
一対の排出路10a,10bを形成する隔壁11を、管
路拡大部5の下流側を遮断する状態で設け、両排出路1
0a,10bの入口を両帰還流路7a,7bの入口側に
各別に連通するようにしている。なお、隔壁11には、
凹部11a,11bが形成されている。また、図には、
管路1、流路形成部材4a,4b、隔壁8a,8b、タ
ーゲット9及び隔壁11を別体の部材として示している
が、例えばダイキャスト成形によって一体に形成するこ
とができ、また図示しない蓋体を上方から取り付けるこ
とによって完成される。
A partition wall 11 forming a pair of discharge paths 10a, 10b in cooperation with the pair of partition walls 8a, 8b is provided in a state of blocking the downstream side of the conduit expanding portion 5, and both discharge paths 1 are provided.
The inlets of 0a and 10b are separately communicated with the inlet sides of both return flow paths 7a and 7b. In addition, in the partition wall 11,
Recesses 11a and 11b are formed. Also, in the figure,
The conduit 1, the flow path forming members 4a and 4b, the partition walls 8a and 8b, the target 9 and the partition wall 11 are shown as separate members, but they can be integrally formed by die casting, for example, and a lid not shown. It is completed by attaching the body from above.

【0020】以上の構成により、噴出ノズル3からのガ
ス噴出が開始されると、コアンダー効果によって噴出ガ
スは一方の隔壁8aに沿って流れ、これによって渦流が
発生するため、その隔壁8a側に位置する制御ノズル6
aに帰還流路7aから大きな流体エネルギが供給され
る。これが噴出ノズル3から噴出している噴出ガスに作
用して噴出ガスを反対側の隔壁8bに沿って流し、これ
によって渦流を発生させる。よって、今度は反対側の制
御ノズルからの流体エネルギによって噴出ガスは始めの
隔壁8aに沿って再び流れるようになり、以後噴出ノズ
ル3からの噴出ガスが隔壁8a,8bに対して交互に沿
って流れるようになる。なお、この噴出ガスの流動方向
の切り換えによる流体振動は、その周期が噴出ガス量の
増大に対して定量的相関をもって短くなる。
With the above construction, when the gas ejection from the ejection nozzle 3 is started, the ejected gas flows along one partition wall 8a due to the Counder effect, and a vortex is generated thereby, so that the gas is positioned on the partition wall 8a side. Control nozzle 6
Large fluid energy is supplied to a from the return flow path 7a. This acts on the ejection gas ejected from the ejection nozzle 3 to cause the ejection gas to flow along the partition wall 8b on the opposite side, thereby generating a vortex. Therefore, this time, the jet gas comes to flow again along the first partition wall 8a by the fluid energy from the control nozzle on the opposite side, and thereafter, the jet gas from the jet nozzle 3 alternately flows along the partition walls 8a and 8b. It comes to flow. The fluid vibration due to the switching of the flow direction of the ejected gas has a shorter cycle with a quantitative correlation with the increase in the ejected gas amount.

【0021】上述した流体振動によって帰還流路に至る
管路拡大部5中の流路に圧力変化を生じさせ、これを検
出することによって流量を測定することができるが、こ
のために管路拡大部5の上記流路が形成される管中心軸
線Pに対して対称な位置に圧力導出孔12a,12bを
あけ、この圧力導出孔12a,12bから導出した圧力
を導圧路13a,13bを通じて流体振動検出センサ1
4に導いている。検出センサ14は、導圧路13a,1
3bを通じて導入した圧力に応じてパルス状の電気信号
を発生し、これを流量計測器15に送出する。流量計測
器15は検出センサ14からのパルス状の電気信号の周
波数から流量を算出して表示などを行う。
The flow rate can be measured by causing a pressure change in the flow passage in the pipe expanding portion 5 which reaches the return flow passage by the above-mentioned fluid vibration, and the flow rate can be measured by detecting the pressure change. The pressure derivation holes 12a and 12b are opened at positions symmetrical with respect to the pipe center axis P in which the above-mentioned flow path of the portion 5 is formed, and the pressure derived from the pressure derivation holes 12a and 12b is fluidized through the pressure guiding paths 13a and 13b. Vibration sensor 1
Leading to 4. The detection sensor 14 includes pressure guiding paths 13a, 1
A pulsed electric signal is generated according to the pressure introduced through 3b and is sent to the flow rate measuring device 15. The flow rate measuring device 15 calculates the flow rate from the frequency of the pulsed electric signal from the detection sensor 14 and displays it.

【0022】図2は本発明による流体振動検出センサの
蓋体21内に組み込まれた一実施例を示し、図1につい
て上述した圧力導出孔12a,12b、導圧路13a,
13bが蓋体21に形成されている。蓋体21にはま
た、導圧路13a,13bを通じて導入した圧力が導か
れる圧力検出室22a,22bが形成されている。圧力
検出室22a,22bは、導圧路13a,13bが底部
に連通されて蓋体21に形成された凹部22a1 ,22
1 の開口に、圧電膜からなる圧力センサ22a 2 ,2
2b2 が流体密に取り付けられることによって形成され
ている。圧電膜からなる圧力センサ22a2 ,22b2
により仕切られた凹部22a1 ,22b1の外側には、
図示しない導管により、流路に圧力変化の影響を受けな
い部分に連通された一定の圧力の空所Sが形成されてい
る。
FIG. 2 shows a fluid vibration detecting sensor according to the present invention.
An example incorporated in the lid 21 is shown in FIG.
, The pressure lead-out holes 12a and 12b, the pressure guiding path 13a,
13b is formed on the lid 21. The lid 21
Also, the pressure introduced through the pressure guiding paths 13a and 13b is guided.
Pressure detection chambers 22a and 22b are formed. pressure
In the detection chambers 22a and 22b, the pressure guiding paths 13a and 13b are at the bottom.
22a formed in the lid 21 by communicating with the1, 22
b1Pressure sensor 22a made of a piezoelectric film 2, 2
2b2Formed by being mounted fluid-tight
ing. Pressure sensor 22a made of piezoelectric film2, 22b2
Recessed portion 22a partitioned by1, 22b1Outside of
The flow path is not affected by pressure changes due to the conduit not shown.
A void S of constant pressure is formed which communicates with the
It

【0023】図3(a)は圧力センサ222 の具体的な
構成の一例を示し、同図において、2221は低弾性率を
有する基板であり、この基板としては弾性率49kgf
/mm2 のフッ素系の高分子材料、例えば東レ社からト
ヨフロンFEPの商品名で販売されているフッ素フイル
ム(四フッ化エチレンと六フッ化プロピレンの共重合
体)からなる例えば厚さ12.5μmの電気絶縁性のフイ
ルムが使用される。22 22は基板2221の上面に例えば
蒸着によって形成された例えば厚さ0.1μmの例えばア
ルミニウムなどからなる電極層である。2223は電極層
2222の上面に蒸着法によって形成された例えば厚さ1
μmの圧電特性をもった弾性率2.2×10 9 N/m2
ポリ尿素層である。2224はポリ尿素層2223を挟んで
電極層22 22と対向するように例えば蒸着により形成さ
れた例えば厚さ0.1μmの例えばアルミニウムなどから
なる電極層である。
FIG. 3A shows the pressure sensor 22.2Of the concrete
An example of the configuration is shown in FIG.twenty oneIs a low modulus
The substrate has a modulus of elasticity of 49 kgf.
/ Mm2Fluorine-based polymer materials such as those from Toray
Fluorine film sold under the trade name of Yofron FEP
(Copolymerization of tetrafluoroethylene and propylene hexafluoride
The body is made of, for example, 12.5 μm thick electrically insulating film.
Rum is used. 22 twenty twoIs the substrate 22twenty oneOn the upper surface of
For example, a layer with a thickness of 0.1 μm formed by vapor deposition
It is an electrode layer made of, for example, aluminum. 22twenty threeIs the electrode layer
22twenty twoFormed on the upper surface of the substrate by vapor deposition, for example, with a thickness of 1
Elasticity of 2.2 × 10 with piezoelectric characteristics of μm 9N / m2of
It is a polyurea layer. 22twenty fourIs the polyurea layer 22twenty threeAcross
Electrode layer 22 twenty twoFormed by, for example, vapor deposition so as to face
Made from, for example, aluminum with a thickness of 0.1 μm
Is an electrode layer.

【0024】上述の圧電特性をもったポリ尿素層2223
は、例えば、真空中でジアミンとジイソシアネートとか
らなる原料モノマーを蒸発させ、これらを電極層2222
及び基板2221上の所定の領域上で蒸着重合させてポリ
尿素膜を形成し、このポリ尿素膜にポーリング処理を施
すことにより形成される。ポーリング処理は、ポリ尿素
膜を高温度に加熱した状態でポリ尿素膜に100〜20
0MV/m程度の電界を所定時間印加した後、室温まで
徐冷することで行われる。
Polyurea layer 22 23 having the above-mentioned piezoelectric characteristics
Is, for example, by evaporating the raw material monomers consisting of diamine and diisocyanate in a vacuum, and then applying these to the electrode layer 22 22
And a predetermined area on the substrate 22 21 to form a polyurea film by vapor deposition polymerization, and the polyurea film is subjected to poling treatment. The poling treatment is performed by heating the polyurea film to a high temperature at a temperature of 100 to 20
An electric field of about 0 MV / m is applied for a predetermined time and then gradually cooled to room temperature.

【0025】上述したように、弾性率の小さな基板22
21上に蒸着によって極めて薄いポリ尿素層2223を形成
して圧力センサ222 を構成しているので、弾性率に厚
さを乗じた圧力センサの弾性係数が小さくなる。よっ
て、弾性係数に対して反比例関係にある検出センサの出
力、すなわち感度が増大するようになる。
As described above, the substrate 22 having a small elastic modulus
Since the extremely thin polyurea layer 22 23 is formed on 21 by vapor deposition to form the pressure sensor 22 2 , the elastic modulus of the pressure sensor obtained by multiplying the elastic modulus by the thickness becomes small. Therefore, the output of the detection sensor, which is in inverse proportion to the elastic coefficient, that is, the sensitivity is increased.

【0026】図3(a)について上述した圧力センサ2
2 では、ポリ尿素層2223は単層であるが、図3
(b)に示すように、電極層2222、ポリ尿素層2223
及び電極層2224をa〜gの順に蒸着によって交互に繰
り返し形成することによって多層にすることができる。
この構造の場合、ポリ尿素層223の面積が3倍になるの
で、3層分のポリ尿素層2223の厚さをできるだけ抑え
るように調整し、弾性係数を抑えるようにすることによ
って、出力を大幅に増大することができる。なお、図3
(c)は図3(a)及び(b)の圧力センサ222 の上
面を示している。
The pressure sensor 2 described above with reference to FIG.
In 2 2 , the polyurea layer 22 23 is a single layer, but FIG.
As shown in (b), the electrode layer 22 22 and the polyurea layer 22 23
The electrode layers 22 24 and the electrode layers 22 24 are alternately and repeatedly formed by vapor deposition to form a multilayer structure.
In the case of this structure, since the area of the polyurea layer 2 23 is tripled, the thickness of the polyurea layer 22 23 for the three layers is adjusted to be as small as possible, and the elastic coefficient is suppressed so that the output is reduced. Can be significantly increased. Note that FIG.
3C shows the upper surface of the pressure sensor 22 2 shown in FIGS. 3A and 3B.

【0027】上述した実施例では、圧力センサの圧電膜
は平面状に取り付けられているが、図3(d)に示すよ
うに、予め半円球状に成形することにより、より大きな
出力が得られるようになる。これは、出力が膜の伸びに
より得られ、半円球状の場合、流体振動による圧力pが
加わったとき、図3(e)に示すように膜の横方向の伸
びが全ての方向に伝わるためである。なお、ポリ尿素層
23は蒸着により形成されるので、基板2221を予め半
円球状に成形しおけるが、延伸を必要とするPVDFで
はこのような形状のものは得られない。
In the above-described embodiment, the piezoelectric film of the pressure sensor is attached in a flat shape, but as shown in FIG. 3 (d), a larger output can be obtained by forming the piezoelectric film in a hemispherical shape in advance. Like This is because the output is obtained by stretching the membrane, and in the case of a hemispherical shape, when the pressure p due to fluid vibration is applied, the lateral stretching of the membrane is transmitted in all directions as shown in FIG. 3 (e). Is. Since the polyurea layer 2 23 is formed by vapor deposition, the substrate 22 21 can be preliminarily formed into a hemispherical shape, but PVDF which requires stretching cannot obtain such a shape.

【0028】圧力センサ222 を構成する圧電膜を圧力
検出室22a,22bに取り付けるには、図4に示すよ
うに取付具23を使用して行う。その具体的な例を、ポ
リ尿素よりも十分に弾性率の小さな基板として、フッ素
系の高分子フイルムを使用した場合について以下説明す
る。まず、図5(a)に示すように、金属リング23a
上に厚いフッ素系フイルム23bを数分間の加熱により
熱溶着し、続いて厚いフッ素系フイルム23bの上に基
板2221となる薄いフッ素系フイルムを数秒間の加熱に
より熱溶着することによって、フイルムリングを得る。
The piezoelectric film forming the pressure sensor 22 2 is attached to the pressure detection chambers 22a and 22b by using a fixture 23 as shown in FIG. A specific example will be described below in the case where a fluorine-based polymer film is used as a substrate having a modulus of elasticity sufficiently smaller than that of polyurea. First, as shown in FIG. 5A, the metal ring 23a
The thick fluorine film 23b is heat-welded by heating for several minutes, and then the thin fluorine film to be the substrate 22 21 is heat-welded by heating for several seconds on the thick fluorine film 23b to form a film ring. To get

【0029】その後、薄いフッ素系フイルムからなる基
板2221上に、電極層2222、ポリ尿素層2223及び電
極層2224を蒸着して形成して圧力センサ組立体を得
る。そしてその後、図5(b)に示すように、外リング
23c内に圧力センサ組立体を流体密に嵌合させ、続い
て電極層2222及び2224にそれぞれ電気接触する電極
用リング24a,24bを嵌合し、この電極用リング2
4a,24bにリード線をそれぞれ接続することにより
完成する。
Thereafter, an electrode layer 22 22 , a polyurea layer 22 23 and an electrode layer 22 24 are formed by vapor deposition on a substrate 22 21 made of a thin fluorine film to obtain a pressure sensor assembly. Then, as shown in FIG. 5 (b), the pressure sensor assembly is fluid-tightly fitted into the outer ring 23c, and subsequently the electrode rings 24a and 24b are brought into electrical contact with the electrode layers 22 22 and 22 24 , respectively. Mating, this electrode ring 2
This is completed by connecting lead wires to 4a and 24b, respectively.

【0030】なお、基板2221の固定に熱溶着を採用
し、かつ熱溶着に際し厚いフッ素系フイルム23bを使
用する理由は、このフッ素系フイルムに接着剤を使用す
ることができず、また薄いフッ素系フイルムからなる基
板2221を直接金属リング23aに熱溶着すると時間が
かかり、フイルムを溶かしてしまうことになるからであ
る。
The reason why the substrate 22 21 is fixed by heat welding and the thick fluorine-based film 23b is used for the heat-welding is that an adhesive cannot be used for this fluorine-based film and thin fluorine-containing film is used. This is because if the substrate 22 21 made of a system film is directly heat-welded to the metal ring 23a, it takes a long time to melt the film.

【0031】図6は、図3(b)について上述した3層
構造の圧電膜を使用して構成した検出センサの流体振動
周波数−出力特性を従来のPVDFを使用したものと比
較して示すグラフであり、出力レベルが1〜1kHzの範
囲で少なくとも5db以上の改善が図れることが判った。
FIG. 6 is a graph showing the fluid vibration frequency-output characteristics of the detection sensor constructed by using the piezoelectric film having the three-layer structure described above with reference to FIG. 3 (b) in comparison with that using the conventional PVDF. It was found that the output level could be improved by at least 5 dB or more in the range of 1 to 1 kHz.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極及びポリ尿素からなる圧電材料の層が共に蒸着され、
非常に薄く形成され、しかもその基板に圧電材料よりも
弾性率の小さいものが使用され、圧電膜全体はその弾性
係数が小さくなり、それだけ大きく変位するようになっ
て大きな出力を発生することができる。
As described above, according to the present invention, an electrode and a layer of a piezoelectric material composed of polyurea are deposited together,
The substrate is made very thin and its elastic modulus is smaller than that of the piezoelectric material, and the piezoelectric film as a whole has a small elastic coefficient and can be displaced by that amount to generate a large output. .

【0033】基板を形成するフッ素系フイルムは、弾性
率が極めて小さく、ポリ尿素からなる圧電材料の層に比
べて無視できるので基板として都合がよい。電極及び圧
電材料であるポリ尿素の層が基板に共に蒸着され形成さ
れるので、圧電膜の多層構造がとれ、また基板の半円球
形状がとれるようになって、大きな出力が得られるよう
になる。
The fluorine-based film forming the substrate is suitable as a substrate because it has an extremely small elastic modulus and can be ignored as compared with a layer of a piezoelectric material made of polyurea. Since the electrode and the layer of polyurea, which is the piezoelectric material, are formed by vapor deposition on the substrate together, the multilayer structure of the piezoelectric film can be obtained, and the hemispherical shape of the substrate can be taken, so that a large output can be obtained. Become.

【0034】よって、センサ感度が向上してセンサの小
型化が可能になるなどの効果が得られる。
Therefore, the sensor sensitivity is improved, and the sensor can be downsized.

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

【図1】本発明による流体振動検出センサが適用される
流体振動型流量計の一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a fluid vibration type flow meter to which a fluid vibration detection sensor according to the present invention is applied.

【図2】本発明による流体振動検出センサの一実施例を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a fluid vibration detection sensor according to the present invention.

【図3】本発明による流体振動検出センサの圧力センサ
の各種の例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing various examples of a pressure sensor of the fluid vibration detection sensor according to the present invention.

【図4】本発明による流体振動検出センサの圧力センサ
の取付構造の概略を示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a mounting structure of a pressure sensor of a fluid vibration detection sensor according to the present invention.

【図5】図4の取付構造の具体例を示す図である。5 is a diagram showing a specific example of the mounting structure of FIG.

【図6】本発明による流体振動検出センサの出力特性を
従来例と比較して示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the output characteristics of the fluid vibration detection sensor according to the present invention in comparison with a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

222 圧電膜(圧力センサ) 2221 基板(フッ素系フイルム) 2222,2224 電極層 2223 圧電材料の層(ポリ尿素層)22 2 Piezoelectric film (pressure sensor) 22 21 Substrate (fluorine film) 22 22 , 22 24 Electrode layer 22 23 Piezoelectric material layer (polyurea layer)

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年11月12日[Submission date] November 12, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0003[Name of item to be corrected] 0003

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0003】ところで、この流体振動検出センサは、圧
電膜自体から電圧が発生するので外部電源を必要としな
いという利点があり、従来の流体振動検出センサにおい
ては、圧電膜として、PVDF(ポリビニリデンフロラ
イド)又はP(VDF/TrFE)(フッ化ビニリデン
とトリフルオロエチレンの共重合体)にてフイルムを作
成してからポーリング処理したものが採用され、その両
面に電極を形成することによって圧力センサが形成され
ていた。
By the way, this fluid vibration detection sensor has an advantage that an external power source is not required because a voltage is generated from the piezoelectric film itself. In the conventional fluid vibration detection sensor, PVDF (polyvinylidene fluoride) is used as the piezoelectric film. Ride) or P (VDF / TrFE) (vinylidene fluoride)
And a film made of a trifluoroethylene copolymer) and then subjected to a poling treatment, and a pressure sensor was formed by forming electrodes on both surfaces of the film.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0006】式中、aは圧電膜の半径、T0 は圧電膜の
初期張力、kは2次元弾性係数である。式中、第2項の
み注目すると、
Where a is the radius of the piezoelectric film and T 0 is the piezoelectric film.
Initial tension, k is a two-dimensional elastic coefficient. In the equation, paying attention only to the second term,

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0007】[0007]

【数2】 [Equation 2]

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0008】となるので、変換ζに比例するセンサ出力
(センサ感度)がセンサ面積aに比例し、かつ圧電膜の
弾性係数kに反比例する。そして、2次元弾性係数kは
圧電膜の弾性率Cと膜圧Dの積、すなわち、k=C・D
である。
Therefore, the sensor output (sensor sensitivity) proportional to the conversion ζ is proportional to the sensor area a and inversely proportional to the elastic coefficient k of the piezoelectric film. The two-dimensional elastic coefficient k is the product of the elastic modulus C of the piezoelectric film and the film pressure D, that is, k = C · D
Is.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0009】ところで、上述したように圧電膜として使
用されていたPVDFの弾性率Cは例えば3×109
/m2 であるが、PVDFの場合、その厚さが実に9μ
mと厚いものであるため、弾性率に厚さを乗じた2次元
弾性係数kが非常に大きなものとなり、弾性係数kに反
比例するセンサ感度が悪いことにより、出力が小さいと
いう問題が生じていた。
By the way, the elastic modulus C of PVDF used as a piezoelectric film as described above is, for example, 3 × 10 9 N
/ M 2 , but in the case of PVDF, the thickness is actually 9μ
Since it is as thick as m, the two-dimensional elastic coefficient k obtained by multiplying the elastic modulus by the thickness becomes very large, and the sensor sensitivity inversely proportional to the elastic coefficient k is poor, resulting in a small output. Was occurring.

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0024[Name of item to be corrected] 0024

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0024】上述の圧電特性をもったポリ尿素層2223
は、例えば、真空中で4,4′−ジアミノジフェニルメ
タンと4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート
からなる原料モノマーを蒸発させ、これらを電極層22
22及び基板2221上の所定の領域上で蒸着重合させてポ
リ尿素膜を形成し、このポリ尿素膜にポーリング処理を
施すことにより形成される。ポーリング処理は、ポリ尿
素膜を高温度に加熱した状態でポリ尿素膜に100〜2
00MV/m程度の電界を所定時間印加した後、室温ま
で徐冷することで行われる。
Polyurea layer 22 23 having the above-mentioned piezoelectric characteristics
Is, for example, 4,4'-diaminodiphenylmethene in vacuum.
Starting material consisting of tan and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate is evaporated, and these are converted into an electrode layer 22.
22 and by vapor deposition polymerization on a predetermined region on the substrate 22 21 to form a polyurea film is formed by performing a polling process on the polyurea membrane. In the poling treatment, the polyurea film is heated to a high temperature at a temperature of 100 to 2
It is performed by applying an electric field of about 00 MV / m for a predetermined time and then gradually cooling to room temperature.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0025[Name of item to be corrected] 0025

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0025】上述したように、弾性率の小さな基板22
21上に蒸着によって極めて薄いポリ尿素層2223を形成
して圧力センサ222 を構成しているので、弾性率に厚
さを乗じた圧力センサの2次元弾性係数が小さくなる。
よって、2次元弾性係数に対して反比例関係にある検出
センサの出力、すなわち感度が増大するようになる。
As described above, the substrate 22 having a small elastic modulus
Since the extremely thin polyurea layer 22 23 is formed on 21 by vapor deposition to form the pressure sensor 22 2 , the two-dimensional elastic coefficient of the pressure sensor obtained by multiplying the elastic modulus by the thickness becomes small.
Therefore, the output of the detection sensor, which is in inverse proportion to the two-dimensional elastic coefficient, that is, the sensitivity is increased.

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0030[Name of item to be corrected] 0030

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0030】なお、基板2221の固定に熱溶着を採用
し、かつ熱溶着に際し厚いフッ素系フイルム23bを使
用する理由は、このフッ素系フイルムに接着剤を使用す
ることができず、また薄いフッ素系フイルムからなる基
板2221を直接金属リング23aに熱溶着すると、フ
ルムを溶かしてしまうことになるからである。
The reason why the substrate 22 21 is fixed by heat welding and the thick fluorine-based film 23b is used for the heat-welding is that an adhesive cannot be used for this fluorine-based film and thin fluorine-containing film is used. When thermal welding directly the metal ring 23a of the substrate 22 21 consisting of system film, because would become dissolved off Lee <br/> Lum.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年11月12日[Submission date] November 12, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図1[Name of item to be corrected] Figure 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コアンダー効果によって側壁に沿ってな
がれる流体の噴出流の一部を帰還流路により噴出流の基
部に帰還させることによって、噴出流の流路を2値的に
切り換えられて生じる、変動周期が等しくかつ互に逆位
相の関係にある第1及び第2の振動圧力を、該振動圧力
により変位する圧電膜により圧力変化を検出し、該検出
により圧電膜が発生する電圧或いは電荷の周波数を測定
して流量を測定する流体振動型流量計における流体振動
検出センサにおいて、 前記圧電膜は、電極及び圧電材料の層が、該圧電材料よ
りも弾性率の小さい基板上に蒸着して形成されたことを
特徴とする流体振動型流量計における流体振動検出セン
サ。
1. The flow path of the jet flow is binary-switched to cause a part of the jet flow of the fluid flowing along the side wall by the Counder effect to return to the base of the jet flow by the return flow passage, The first and second oscillating pressures having the same fluctuation period and the mutually opposite phases are detected by the piezoelectric film displaced by the oscillating pressure, and the voltage or charge generated by the piezoelectric film is detected by the detection. In a fluid vibration detection sensor in a fluid vibration type flow meter which measures a frequency to measure a flow rate, the piezoelectric film is formed by depositing an electrode and a layer of a piezoelectric material on a substrate having a smaller elastic modulus than the piezoelectric material. And a fluid vibration detecting sensor in a fluid vibration type flow meter.
【請求項2】 前記圧電材料がポリ尿素であることを特
徴とする請求項1記載の流体振動型流量計における流体
振動検出センサ。
2. The fluid vibration detecting sensor in a fluid vibration type flowmeter according to claim 1, wherein the piezoelectric material is polyurea.
【請求項3】 前記基板がフッ素系フイルムからなるこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の流体振動型流量計
における流体振動検出センサ。
3. The fluid vibration detection sensor in a fluid vibration type flow meter according to claim 1, wherein the substrate is made of a fluorine film.
【請求項4】 前記圧電膜が、前記電極及び前記ポリ尿
素の層を複数回蒸着した多層構造であることを特徴とす
る請求項1〜3記載の流体振動型流量計における流体振
動検出センサ。
4. The fluid vibration detecting sensor in a fluid vibration type flow meter according to claim 1, wherein the piezoelectric film has a multilayer structure in which the electrode and the polyurea layer are vapor-deposited a plurality of times.
【請求項5】 前記基板が半円球状であることを特徴と
する請求項1〜4記載の流体振動型流量計における流体
振動検出センサ。
5. The fluid vibration detecting sensor in a fluid vibration type flow meter according to claim 1, wherein the substrate has a semi-spherical shape.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010500859A (en) * 2006-08-11 2010-01-07 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Circuit module
JP2010197192A (en) * 2009-02-25 2010-09-09 Kyocera Corp Piezoelectric element for pressure sensor and pressure sensor using the same

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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