JPH09229729A - 圧力センサ、流体振動検出センサ及び流量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力センサの固体差を低減し、正確な流体振
動及び正確な流量を検出する。 【解決手段】 圧電膜５、１１と圧力ダンパ２０、２１
で仕切られる密閉空間である中間圧力室８Ａ、１３Ａを
有する圧力センサにおいて、圧力ダンパ２０、２１の取
付位置を可変できるようにして、中間圧力室８Ａ、１３
Ａの体積を可変とし、中間圧力室８Ａ、１３Ａ内の圧
力、ひいては、圧電膜５、１１に印加される圧力（張
力）を、測定対象である流体の静圧に対して所定圧力差
を有する状態に保持する。これにより、圧電膜の固体
差、すなわち、圧力センサの固体差を低減した出力信号
を得ることができ、正確な流体振動及び正確な流量を検
出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサ、流体
振動検出センサ及び流量検出装置に係り、特にフルイデ
ィック素子を用いた流量計において流体圧力を検出する
圧力センサ、フルイディック振動を検出するための流体
振動検出センサ及び検出したフルイディック振動に基づ
いて流量を検出する流量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２に従来のフルイディック流量セン
サを流量検出装置として構成する場合のフルイディック
流量センサの部分断面斜視図を示す。フルイディック流
量センサ８０は、測定対象である流体が流入する流入口
８１と排出管８２を結ぶ流路上に、流体の流れを２次元
的な流れに整流するためのセットリングスペース８３
と、流体の流れを整流し流体の流路径を縮小するための
流路縮小部８４と、流体の流れを整流し所定のジェット
流に変換するためのジェットノズル８５と、流体の流路
径を再び拡大するための流路拡大部８６と、が設けられ
ている。

【０００３】流路拡大部８６内には、流体の振動を誘起
するための誘振子８７と、ジェット流の流れ方向を変更
するための流路を構成するサイドブロック８８と、サイ
ドブロック８８と協働し、ジェット流が衝突することに
よってジェット流の流れを変更するエンドブロック８９
と、エンドブロック８９のジェット流衝突面とは異なる
面側に配置された排出空間９０と、が設けられている。

【０００４】エンドブロック８９は、サイドブロック８
８に沿うように流路上流側に向かって延在する壁８９ａ
及び壁８９ｂ並びに第１圧力検出孔（導圧口）９１ａ及
び第２圧力検出孔（導圧口）９１ｂが設けられている。
さらに第１圧力検出孔（導圧口）９１ａ及び第２圧力検
出孔（導圧口）９１ｂには、導圧管９２ａ及び導圧管９
２ｂを介して、後述の流体振動検出センサを内蔵する流
量検出ユニット９３が接続されている。

【０００５】図１３に従来の流体振動検出センサの概要
構成断面図を示す。流体振動検出センサ１０１は、第１
圧力導入管１０２を介して第１導圧口１０３に連通され
る第１圧力室１０４と、第１圧力室１０４と第１圧電膜
１０５を介して分離され、第２圧力導入管１０６の途中
で合流する第３圧力導入管１０７を介して第２導圧口１
０８に連通される第２圧力室１０９と、第２圧力導入管
１０６を介して第２導圧口１０８に連通される第３圧力
室１１０と、第３圧力室１１０と第２圧電膜１１１を介
して分離され、第１圧力導入管１０２の途中で合流する
第４圧力導入管１１２を介して第１導圧口１０３に連通
される第４圧力室１１３と、を備えて構成されている。

【０００６】さらに第２圧力室１０９は、圧力の微小変
動を吸収するための第１圧力ダンパ１１５により第１副
圧力室１０９Ａ及び第２副圧力室１０９Ｂに分離され、
第４圧力室１１３は、圧力の微小変動を吸収するための
第２圧力ダンパ１１６により第３副圧力室１１３Ａ及び
第４副圧力室１１３Ｂに分離されている。

【０００７】流体振動検出センサ１０１の第１圧力室１
０４及び第４圧力室１１３は、図１２に示したフルイデ
ィック流量センサ８０のフルイディック素子内の第１圧
力検出孔９１ａに導圧管９２ａ及び第１導圧口１０３を
介して連通され、第２圧力室１０９及び第３圧力室１１
０は、フルイディック流量センサのフルイディック素子
内の第２圧力検出孔９１ｂに導圧管９２ｂ及び第２導圧
口１０８を介して連通される。

【０００８】この場合において、第１圧力室１０４、第
１圧電膜１０５、第１圧力ダンパ１１５、第１副圧力室
１０９Ａ及び第２副圧力室１０９Ｂは第１の圧力センサ
を構成し、第３圧力室１１０、第２圧電膜１１１、第２
圧力ダンパ１１６、第３副圧力室１１３Ａ及び第４副圧
力室１１３Ｂは第２の圧力センサを構成している。

【０００９】図１４に図１３の流体振動検出センサに対
応する検出回路の概要構成を示す。検出回路１２０は、
第１圧電膜１０５の出力電圧を検出し増幅する第１増幅
アンプ１２１と、第２圧電膜１１１の出力電圧を検出し
増幅する第２増幅アンプ１２２と、第１増幅アンプ１２
１の出力信号及び第２増幅アンプ１２２の出力信号の差
動増幅を行なって出力検出信号を出力する差動アンプ１
２３と、を備えて構成されている。

【００１０】ここで、検出回路の動作について説明す
る。第１圧電膜１０５は、第１圧力室１０４内の流体圧
力と第２圧力室１０９内の流体圧力との差に起因して撓
むこととなる。これにより第１圧電膜１０５には、撓み
の状態に応じた出力電圧が発生し、第１増幅アンプ１２
１は、第１圧電膜１０５の出力電圧を検出し増幅して差
動アンプ１２３に出力する。

【００１１】一方、第２圧電膜１１１は、第３圧力室１
１０内の流体圧力と第４圧力室１１３内の流体圧力との
差に起因して撓むこととなる。これにより第２圧電膜１
１１には、撓みの状態に応じた出力電圧が発生し、第２
増幅アンプ１２２は、第２圧電膜１１１の出力電圧を検
出し増幅して差動アンプ１２３に出力する。

【００１２】これらの結果、差動アンプ１２３は、第１
増幅アンプ１２１の出力信号及び第２増幅アンプ１２２
の出力信号の差動増幅を行なって圧力の微小変動を吸収
して低雑音の出力検出信号を出力することとなり、この
出力検出信号に基づいて流量検出ユニットは流体の流量
を検出することにより正確な流体の流量を得ることがで
きる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の流体振動検
出センサにおいては、第１副圧力室１０９Ａ−第１圧力
室１０４間のオフセット圧力差（固定圧力差）及び第３
副圧力室１１３Ａ−第３圧力室１１０間のオフセット圧
力が等しければ、同じ圧力が印加された場合の出力検出
信号は等しくなり、正確な流体の流量を得ることができ
るはずである。

【００１４】しかしながら、実際には、第１副圧力室１
０９Ａ−第１圧力室１０４間のオフセット圧力差及び第
３副圧力室１１３Ａ−第３圧力室１１０間のオフセット
圧力差は等しくないため、圧力センサの固体差を生じる
こととなり、正確な流体の流量を得ることができない。

【００１５】そこで、本発明の目的は、固体差が低減さ
れた圧力センサ及びこの圧力センサを用いて正確な流体
振動を検出することができる流体振動検出センサ及び正
確な流量を検出することが可能な流量検出装置を提供す
ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、第１導圧口における流体の
圧力である第１流体圧力及び第２導圧口における前記流
体の圧力である第２流体圧力の差圧を検出する圧力セン
サにおいて、一方の面には前記第１流体圧力が印加さ
れ、他方の面には前記第２流体圧力が印加され、前記第
１流体圧力と前記第２流体圧力との差圧に対応する電圧
信号を出力する圧電膜と、前記圧電膜のいずれか一方の
面に前記流体の圧力の静圧に対して所定の圧力差を有す
る圧力が印加された場合に相当する張力を前記圧電膜に
常時印加する張力印加手段と、を備えて構成する。

【００１７】請求項１記載の発明によれば、張力印加手
段は、圧電膜のいずれか一方の面に流体の圧力の静圧に
対して所定の圧力差を有する圧力が印加された場合に相
当する張力を圧電膜に常時印加し、張力が印加された状
態で圧電膜の一方の面には第１流体圧力が印加され、他
方の面には第２流体圧力が印加され、第１流体圧力と第
２流体圧力との差圧に対応する電圧信号を出力する。

【００１８】請求項２記載の発明は、第１導圧口におけ
る流体の圧力である第１流体圧力及び第２導圧口におけ
る前記流体の圧力である第２流体圧力の差圧を検出する
圧力センサにおいて、一方の面には前記第１流体圧力が
印加され、他方の面には前記第２流体圧力が印加され、
前記第１流体圧力と前記第２流体圧力との差圧に対応す
る電圧信号を出力する圧電膜と、前記圧電膜のいずれか
一方の面に前記流体の圧力の静圧に対して所定の圧力差
を有する調整用圧力を常時印加する圧力印加手段と、を
備えて構成する。

【００１９】請求項２記載の発明によれば、圧力印加手
段は、圧電膜のいずれか一方の面に流体の圧力の静圧に
対して所定の圧力差を有する調整用圧力を常時印加し、
圧電膜は調整用圧力が印加された状態で、一方の面には
第１流体圧力が印加され、他方の面には第２流体圧力が
印加され、第１流体圧力と第２流体圧力との差圧に対応
する電圧信号を出力する。

【００２０】請求項３記載の発明は、第１導圧口におけ
る流体の圧力である第１流体圧力及び第２導圧口におけ
る前記流体の圧力である第２流体圧力の差圧を検出する
圧力センサにおいて、前記第１導圧口に連通される第１
圧力室と、前記第２導圧口に連通される第２圧力室と、
前記第１圧力室と圧電膜を介して分離されるとともに、
前記第２圧力室と圧力の微小変動を吸収する圧力ダンパ
により分離され、密閉空間を形成する中間圧力室と、前
記中間圧力室内の内部圧力を前記第１流体圧力及び前記
第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定した所定
の圧力差を有する調整用圧力に設定する圧力設定手段
と、を備えて構成する。

【００２１】請求項３記載の発明によれば、圧力設定手
段は、中間圧力室内の内部圧力を前記第１流体圧力及び
前記第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定した
所定の圧力差を有する調整用圧力に設定し、圧電膜は、
調整用圧力が印加され、かつ、圧力ダンパにより圧力の
微小変動が吸収された状態で第１導圧口における流体の
圧力である第１流体圧力及び第２導圧口における前記流
体の圧力である第２流体圧力の差圧に対応する電圧信号
を出力する。

【００２２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記圧力設定手段は、前記中間圧力室の体
積を変化させることにより前記調整用圧力に設定する体
積可変手段を備えて構成する。請求項４記載の発明によ
れば、請求項３記載の発明の作用に加えて、圧力設定手
段の体積可変手段は、密閉空間である中間圧力室の体積
を変化させることにより、ボイル−シャルルの法則に基
づいて中間圧力室内の圧力を調整用圧力に設定する。

【００２３】請求項５記載の発明は、第１導圧口におけ
る流体の圧力である第１流体圧力及び第２導圧口におけ
る前記流体の圧力である第２流体圧力に基づいて、前記
流体のフルイディック振動を検出する流体振動検出セン
サにおいて、前記第１導圧口に連通される第１圧力室
と、前記第２導圧口に連通される第２圧力室と、前記第
１圧力室と第１圧電膜を介して分離されるとともに、前
記第２圧力室と圧力の微小変動を吸収する第１圧力ダン
パにより分離され、密閉空間を形成する第１中間圧力室
と、前記第１導圧口に連通される第４圧力室と、前記第
２導圧口に連通される第３圧力室と、前記第３圧力室と
第２圧電膜を介して分離されるとともに、前記第４圧力
室と圧力の微小変動を吸収する第２圧力ダンパにより分
離され、密閉空間を形成する第２中間圧力室と、前記第
１中間圧力室内の内部圧力を前記第１流体圧力及び前記
第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定した所定
の圧力差を有する所定圧力に設定する第１圧力設定手段
と、前記第２中間圧力室内の内部圧力を前記第１流体圧
力及び前記第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設
定した所定の圧力差を有する所定圧力に設定する第２圧
力設定手段と、を備えて構成する。

【００２４】請求項５記載の発明によれば、第１圧力設
定手段は、第１中間圧力室内の内部圧力を第１流体圧力
及び第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定した
所定の圧力差を有する所定圧力に設定し、第１圧電膜
は、調整用圧力が印加され、かつ、第１圧力ダンパによ
り圧力の微小変動が吸収された状態で第１導圧口におけ
る流体の圧力である第１流体圧力及び第２導圧口におけ
る前記流体の圧力である第２流体圧力の差圧に対応する
第１の電圧信号を出力する。

【００２５】第２圧力設定手段は、第２中間圧力室内の
内部圧力を第１流体圧力及び第２流体圧力に対応する静
圧に対して予め設定した所定の圧力差を有する所定圧力
に設定し、第２圧電膜は、調整用圧力が印加され、か
つ、第２圧力ダンパにより圧力の微小変動が吸収された
状態で第１導圧口における流体の圧力である第１流体圧
力及び第２導圧口における流体の圧力である第２流体圧
力の差圧に対応する第２の電圧信号を出力する。

【００２６】従って、第１及び第２の電圧信号に基づい
てフルイディック振動を検出することができる。請求項
６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記第
１圧力設定手段は、前記第１中間圧力室の体積を変化さ
せることにより前記調整用圧力に設定する第１体積可変
手段を備え、前記第２圧力設定手段は、前記第２中間圧
力室の体積を変化させることにより前記調整用圧力に設
定する第２体積可変手段を備えて構成する。

【００２７】請求項６記載の発明によれば、請求項５記
載の発明の作用に加えて、第１圧力設定手段の第１体積
可変手段は、第１中間圧力室の体積を変化させることに
より、密閉空間である第１中間圧力室の体積を変化させ
ることにより、ボイル−シャルルの法則に基づいて第１
中間圧力室内の圧力を調整用圧力に設定する。

【００２８】同様に、第２圧力設定手段の第２体積可変
手段は、第２中間圧力室の体積を変化させることによ
り、密閉空間である第２中間圧力室の体積を変化させる
ことにより、第２中間圧力室内の圧力を調整用圧力に設
定する。請求項７記載の発明は、請求項５又は請求項６
のいずれかに記載の流体振動検出センサを有し、フルイ
ディック素子内の流体振動に基づいて流体の流量を検出
する流量検出装置であって、前記フルイディック素子内
の前記流体の流れ方向に対して前記フルイディック素子
内の対称な所定位置に設けられた第１圧力検出孔及び第
２圧力検出孔のうち一方の圧力検出孔に前記第１圧力室
及び前記第４圧力室が連通され、他方の圧力検出孔に前
記第２圧力室及び前記第３圧力室が連通されるととも
に、前記第１圧電膜の撓み状態に応じた第１検出信号を
出力する第１検出手段と、前記第２圧電膜の撓み状態に
応じた第２検出信号を出力する第２検出手段と、前記第
１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて前記流体の
流量を演算する流量演算手段と、を備えて構成する。

【００２９】請求項７記載の発明によれば、第１検出手
段は、第１圧電膜の撓み状態、すなわち、第１の電圧信
号に応じた第１検出信号を流量演算手段に出力する。第
２検出手段は、第２圧電膜の撓み状態、すなわち、第２
の電圧信号に応じた第２検出信号を流量演算手段に出力
する。

【００３０】この結果、流量演算手段は、第１検出信号
及び第２検出信号に基づいて流体の流量を演算する。請
求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前
記流量演算手段は、前記第１検出信号及び前記第２検出
信号の差に対応する差信号を出力する差動手段と、前記
差信号に基づいて前記流体の流量を演算する流量検出手
段と、を備えて構成する。

【００３１】請求項８記載の発明によれば、請求項７記
載の発明の作用に加えて、流量演算手段の差動手段は、
第１検出信号及び第２検出信号の差に対応する差信号を
流量検出手段に出力する。これにより流量検出手段は、
差信号に基づいて流体の流量を演算する。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の好適
な実施形態を説明する。図１に流体振動検出センサの概
要構成断面図を示す。流体振動検出センサ１は、第１圧
力導入管２を介して第１導圧口３に連通される第１圧力
室４と、第１圧力室４と第１圧電膜５を介して分離さ
れ、第２圧力導入管６の途中で合流する第３圧力導入管
９を介して第２導圧口７に連通される第２圧力室８と、
第２圧力導入管６を介して第２導圧口７に連通される第
３圧力室１０と、第３圧力室１０と第２圧電膜１１を介
して分離され、第４圧力導入管１２を介して第１導圧口
３に連通される第４圧力室１３と、を備えて構成されて
いる。

【００３３】さらに第２圧力室８は、圧力の微小変動を
吸収すべく保持部材２０Ａに保持されている第１圧力ダ
ンパ２０により第１副圧力室８Ａ及び第２副圧力室８Ｂ
に分離され、第４圧力室１３は、圧力の微小変動を吸収
すべく保持部材２１Ａに保持されている第２圧力ダンパ
２１により第３副圧力室１３Ａ及び第４副圧力室１３Ｂ
に分離されている。

【００３４】第１副圧力室８Ａ内には、第１圧力ダンパ
２０を第１圧電膜５から所定距離隔離して配置するため
の中間リング１４と、第１圧力ダンパ２０の保持位置を
調整するための弾性を有する弾性部材１５と、が設けら
れている。第２副圧力室８Ｂ内には、第１中間圧力室で
ある第１副圧力室８Ａの体積を変化させるための調整用
リング１６と、第２副圧力室８Ｂの内面に形成され、後
述のネジ溝１６Ａと螺合するネジ山１７と、が設けられ
ている。

【００３５】調整用リング１６は、図２に示すように、
外周面にネジ溝１６Ａが設けられ、上面にネジ締めのた
めのドライバ用溝１６Ｂが設けられたリング形状を有し
ている。第３副圧力室１３Ａ内には、第２圧力ダンパ２
１を第２圧電膜１１から所定距離隔離して配置するため
の中間リング２５と、第２圧力ダンパ２１の保持位置を
調整するための弾性を有する弾性部材２６と、が設けら
れている。

【００３６】第４副圧力室１３Ｂ内には、外周面にネジ
溝２７Ａが設けられ、上面に図示しないネジ締めのため
のドライバ用溝が設けられたリング形状を有し、第２中
間圧力室である第３副圧力室１３Ａの体積を変化させる
ための調整用リング２７と、第４副圧力室１３Ｂの内面
に形成され、ネジ溝２７Ａと螺合するネジ山２８と、が
設けられている。

【００３７】ここで図３乃至図６を参照して、第１中間
圧力室である第１副圧力室８Ａ内の圧力を調整する方法
について説明する。なお、第３副圧力室１３Ａ内の圧力
調整方法も同様である。流体の流体振動圧力は、縦軸に
圧力Ｐ横軸に時間をとると、図４に示すように、静圧
（成分）Ｐ0 を中心として振動している。

【００３８】仮に流体振動検出センサ１をＬＰ用ガスメ
ータに採用するとすると、ＬＰガスの場合、出口圧力は
２５５〜３３０［ｍｍＨ₂ Ｏ］と規定されており、これ
はＬＰ用ガスの静圧Ｐ0 に等しい。ところで、ＬＰガス
の出口圧力が３１０［ｍｍＨ₂ Ｏ］のときに第１中間圧
力室である第１副圧力室８Ａ内の圧力を変化させて第１
圧電膜５の出力（＝センサ出力）を観察すると、図５に
示すようになる。

【００３９】図５によれば、第１中間圧力室である第１
副圧力室８Ａ内の圧力がＬＰガスの出口圧力とほぼ等し
くなる領域では、センサ出力が不安定となり、図５に異
なる圧力センサ（センサＡ及びセンサＢ）を用いた場合
に固体差の影響を無視することはできない。

【００４０】しかしながら、第１中間圧力室である第１
副圧力室８Ａ内の圧力を静圧Ｐ0 に対しおよそ±１５０
［ｍｍＨ₂ Ｏ］以上とすれば、異なる圧力センサ（セン
サＡ及びセンサＢ）を用いても圧力センサの固体差の影
響を無視することができる。より確実には、静圧Ｐ0 の
変動を見込んで、第１中間圧力室である第１副圧力室８
Ａ内の圧力を静圧Ｐ0 に対しおよそ±２００［ｍｍＨ₂
Ｏ］以上、すなわち、第１副圧力室８Ａ内の圧力を１０
０［ｍｍＨ₂ Ｏ］以下あるいは５００［ｍｍＨ₂ Ｏ］以
上とすれば、確実に圧力センサの固体差の影響を無視す
ることができる。

【００４１】現実的には、組立工程の簡略化、並びに制
御の容易さの観点から第１副圧力室８Ａ内の圧力を５０
０［ｍｍＨ₂ Ｏ］以上とするのが好ましい。第１副圧力
室８Ａ内の圧力を１００［ｍｍＨ₂ Ｏ］以下とするため
には、減圧環境下で組立を行なわなければならず、組立
設備の複雑化等を伴うからである。

【００４２】そこで、本実施形態では、第１副圧力室８
Ａ内の圧力を５００［ｍｍＨ₂ Ｏ］以上とする場合につ
いて説明する。流体振動検出センサ１の組立てた段階で
は図３（ａ）に示すように、第１圧電膜５及び第１圧力
ダンパ２０の両面には等しい圧力が印加されており、第
１圧電膜５及び第１圧力ダンパ２０は平板状となってい
る。

【００４３】まず、この状態の流体振動検出センサ１を
ジグに取付けて、レーザ変位計ＬＤ（図３（ｂ）参照）
により計測用レーザ光Ｌを照射し、第１圧力ダンパ２０
までの距離を基準距離ＤREF として測定する。次に調整
用リング１６を図３（ｂ）に示す矢印方向に弾性部材１
５を押圧しつつねじこむことにより、第１副圧力室８Ａ
の体積を減少させる。

【００４４】そして調整用リング１６とレーザ変位計Ｌ
Ｄの距離を一定に保った状態で、再び第１圧力ダンパ２
０までの実測距離Ｄを測定し、基準距離ＤREF との差で
ある変位量ΔＤを求める。 ΔＤ＝ＤREF −Ｄ そして、図６に示すような予め求めた変位量と第１中間
圧力室である第１副圧力室８Ａ内の圧力との関係に基づ
いて、変位量が第１副圧力室８Ａ内の圧力＝５００［ｍ
ｍＨ₂ Ｏ］に相当するように調整用リング１６をねじこ
む。

【００４５】すなわち、変位量＝１．０２［ｍｍ］に設
定する。そして、設定後、ネジ溝１６Ａとネジ山１７を
樹脂系のシーリング剤によりシーリングすることにより
圧力洩れを防止する。この結果、図５に示したように、
圧力センサの固体差を低減することができるのである。

【００４６】図７に図１の流体振動検出センサを図１２
のフルイディック素子に接続した場合の概要構成図を示
す。第１導圧口３は第１連通路３９を介してフルイディ
ック流量センサ８０の第１圧力検出孔９１ａに連通さ
れ、第３導圧口７は第２連通路４０を介してフルイディ
ック流量センサ８０の第２圧力検出孔９１ｂに連通され
ている。

【００４７】図８に流量検出装置としての流量検出表示
装置の概要構成ブロック図を示す。流量検出表示装置５
０は、流体振動検出センサ１の出力信号である第１電気
検出信号ＳD1を増幅して第１増幅検出信号ＡＳD1として
出力する第１アンプ５１と、流体振動検出センサ１の出
力信号である第２電気検出信号ＳD2を増幅して第２増幅
検出信号ＡＳD2として出力する第２アンプ５２と、第１
増幅検出信号ＡＳD1と第２増幅検出信号ＡＳD2との差動
増幅を行なって差信号ＳDEL として出力する差動アンプ
５３と、差信号ＳDEL のノイズ成分を除去すべく所定の
周波数帯域成分を除去して出力するフィルタ回路５４
と、フィルタ回路５４の出力信号に基づいて波形整形を
行ない、矩形波出力信号を出力するシュミットトリガ回
路５５と、シュミットトリガ回路の矩形波出力信号に基
づいて演算を行なって、流体の流量を求めるとともに、
演算結果を後述のモニタ５７に表示させるための表示制
御信号ＳCDを出力するプロセッサ５６と、各種表示を行
なう液晶モニタ等のモニタ５７と、を備えて構成されて
いる。

【００４８】次に図９乃至図１１を参照して流体振動検
出センサ１及び流量検出表示装置５０の動作について説
明する。 Ａ） Ｐ1 ＞Ｐ2 の場合 図９にＰ1 ＞Ｐ2 の場合の動作説明図を示す。

【００４９】Ｐ1 ＞Ｐ2 の場合、すなわち、第１圧力検
出孔９１ａ側が流体圧力が高く、第２圧力検出孔９１ｂ
側が流体圧力が低い場合は、図１０（ａ）に示すよう
に、第２圧力室８側の流体圧力が低く、第１圧力室４側
の流体圧力が高いので、第１圧電膜５は、第２圧力室８
側（図面、上側）に凸になるように撓むこととなる。

【００５０】これにより、第１圧電膜５の撓み状態に応
じた第１電気検出信号ＳD1（図９（ｂ）（ｉ）参照）が
第１増幅アンプ５１に出力される。第１増幅アンプ５１
は、第１電気検出信号ＳD1を増幅して第１増幅検出信号
ＡＳD1として差動アンプ５３の非反転入力端子に出力す
る。

【００５１】また、第４圧力室１３側の流体圧力が高
く、第３圧力室１０側の流体圧力が低いので、第２圧電
膜１１は、第３圧力室１０側（図面、下側）に凸になる
ように撓むこととなる。これにより第２圧電膜１１の撓
み状態に応じた第２電気検出信号ＳD2（図９（ｂ）（ｉ
ｉ）参照）が第２増幅アンプ５２に出力される。

【００５２】第２増幅アンプ５２は、第２電気検出信号
ＳD2を増幅して第２増幅検出信号ＡＳD2として差動アン
プ５３の反転入力端子に出力する。これらにより、差動
アンプ５３は、第１増幅検出信号ＡＳD1と第２増幅検出
信号ＡＳD2との差動増幅を行なって差信号ＳDEL （図９
（ｂ）（ｉｉｉ）参照）としてフィルタ回路５４に出力
する。

【００５３】このように第１検出信号ＳD1（実質的に
は、第１増幅検出信号ＡＳD1）と第２電気検出信号ＳD2
（実質的には、第２増幅検出信号ＡＳD1）の差動増幅を
行なっているため、流量の微小な変化を容易に検出する
ことができるとともに、双方の信号に含まれる同相のノ
イズ成分が除去され、より精度の高い流量検出が行なえ
るのである。

【００５４】次にフィルタ回路５４は、差信号ＳDEL の
ノイズ成分を除去すべく所定の周波数帯域成分を除去し
てシュミットトリガ回路５５に出力し、シュミットトリ
ガ回路５５は、フィルタ回路５４の出力信号に基づいて
波形整形を行ない、矩形波出力信号をプロセッサ５６に
出力する。

【００５５】これによりプロセッサ５６は、シュミット
トリガ回路５５の矩形波出力信号に基づいて演算を行な
って、流体の流量を求めるとともに、演算結果をモニタ
５７に表示させるための表示制御信号ＳCDをモニタに出
力し、モニタ５７には演算結果である流量が表示される
こととなる。 Ｂ） Ｐ1 ＜Ｐ2 の場合 図１０にＰ1 ＜Ｐ2 の場合の動作説明図を示す。

【００５６】Ｐ1 ＜Ｐ2 の場合、すなわち、第１圧力検
出孔９１ａ側が流体圧力が低く、第２圧力検出孔９１ｂ
側が流体圧力が高い場合は、図１１（ａ）に示すよう
に、第２圧力室８側の流体圧力が高く、第１圧力室４側
の流体圧力が低いので、第１圧電膜５は、第１圧力室４
側（図面、下側）に凸になるように撓むこととなる。

【００５７】これにより第１圧電膜５の撓み状態に応じ
た第１電気検出信号ＳD1（図１０（ｂ）（ｉ）参照）が
第１増幅アンプ５１に出力される。第１増幅アンプ５１
は、第１電気検出信号ＳD1を増幅して第１増幅検出信号
ＡＳD1として差動アンプ５３の非反転入力端子に出力す
る。

【００５８】また、第４圧力室１３側の流体圧力が低
く、第３圧力室１０側の流体圧力が高いので、第２圧電
膜１１は、第４圧力室１３側（図面、上側）に凸になる
ように撓むこととなる。これにより第２圧電膜１１の撓
み状態に応じた第２電気検出信号ＳD2（図１０（ｂ）
（ｉｉ）参照）が第２増幅アンプ５２に出力される。

【００５９】第２増幅アンプ５２は、第２電気検出信号
ＳD2を増幅して第２増幅検出信号ＡＳD2として差動アン
プ５３の反転入力端子に出力する。これらにより、差動
アンプ５３は、第１増幅検出信号ＡＳD1と第２増幅検出
信号ＡＳD2との差動増幅を行なって差信号ＳDEL （図１
０（ｂ）（ｉｉｉ）参照）としてフィルタ回路５４に出
力する。

【００６０】このように第１検出信号ＳD1（実質的に
は、第１増幅検出信号ＡＳD1）と第２電気検出信号ＳD2
（実質的には、第２増幅検出信号ＡＳD1）の差動増幅を
行なっているため、流量の微小な変化を容易に検出する
ことができるとともに、双方の信号に含まれる同相のノ
イズ成分が除去され、より精度の高い流量検出が行なえ
るのである。

【００６１】次にフィルタ回路５４は、差信号ＳDEL の
ノイズ成分を除去すべく所定の周波数帯域成分を除去し
てシュミットトリガ回路５５に出力し、シュミットトリ
ガ回路は、フィルタ回路５４の出力信号に基づいて波形
整形を行ない、矩形波出力信号をプロセッサ５６に出力
する。

【００６２】これによりプロセッサ５６は、シュミット
トリガ回路の矩形波出力信号に基づいて演算を行なっ
て、流体の流量を求めるとともに、演算結果をモニタに
表示させるための表示制御信号ＳCDをモニタに出力し、
モニタには演算結果である流量が表示されることとな
る。 Ｃ） 外部振動等のノイズ発生の場合 図１１に外部振動等のノイズが発生した場合の動作説明
図を示す。

【００６３】外部振動等のノイズ発生の場合（典型的に
はＰ1 ＝Ｐ2 の場合を想定すると理解しやすい。）、す
なわち、第１圧力検出孔９１ａ側の流体圧力及び第２圧
力検出孔９１ｂ側の流体圧力にかかわらず、外部振動等
により第１圧電膜５及び第２圧電膜１１が同方向に撓む
こととなる。

【００６４】これにより第１圧電膜５の撓み状態に応じ
た第１電気検出信号ＳD1（図１１（ｂ）（ｉ）参照）が
第１増幅アンプ５１に出力され、第１増幅アンプ５１
は、第１電気検出信号ＳD1を増幅して第１増幅検出信号
ＡＳD1として差動アンプ５３の非反転入力端子に出力す
る。

【００６５】同様に第２圧電膜１１の撓み状態に応じた
第２電気検出信号ＳD2（図１１（ｂ）（ｉｉ）参照）が
第２増幅アンプ５２に出力され、第２増幅アンプ５２
は、第２電気検出信号ＳD2を増幅して第２増幅検出信号
ＡＳD2として差動アンプ５３の反転入力端子に出力す
る。

【００６６】これらにより、差動アンプ５３は、第１増
幅検出信号ＡＳD1と第２増幅検出信号ＡＳD2との差動増
幅を行なって差信号ＳDEL （図１１（ｂ）（ｉｉｉ）参
照）としてフィルタ回路５４に出力する。図１１（ｂ）
（ｉｉｉ）に示すように第１検出信号ＳD1（実質的に
は、第１増幅検出信号ＡＳD1）と第２電気検出信号ＳD2
（実質的には、第２増幅検出信号ＡＳD1）とは差動増幅
により互いに相殺されることとなり、ノイズによる撓み
は検出されることとなる。

【００６７】従って、このような外乱の影響を受けるこ
となく、精度の高い流量検出が行なえることがわかる。
以上の説明のように本実施形態によれば、圧力センサ
（圧電膜）の固体差の影響を低減して流体振動を検出
し、より精度の高い流量を検出することが可能となる。

【００６８】以上の説明においては、中間圧力室（第１
副圧力室８Ａ及び第３副圧力室１３Ａ）内の圧力を問題
としていたが、圧電膜（第１圧電膜５及び第２圧電膜１
１）のいずれか一方の面に流体の圧力の静圧Ｐ0 （例え
ば、３１０［ｍｍＨ₂ Ｏ］）に対して所定の圧力差（例
えば、２００［ｍｍＨ₂ Ｏ］）を有する圧力が印加され
た場合に相当する張力を圧電膜に常時印加し、張力が印
加された状態で測定を行なうようにすれば同様の効果を
得ることができる。

【００６９】また、以上の説明は、主として流体振動検
出センサについて説明したが、流体振動検出センサを構
成している二つの圧力センサをそれぞれ単体で差圧検出
用の圧力センサとして用いた場合にも本発明の適用が可
能である。

【００７０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、張力印加
手段は、圧電膜のいずれか一方の面に流体の圧力の静圧
に対して所定の圧力差を有する圧力が印加された場合に
相当する張力を圧電膜に常時印加し、張力が印加された
状態で圧電膜の一方の面には第１流体圧力が印加され、
他方の面には第２流体圧力が印加され、第１流体圧力と
第２流体圧力との差圧に対応する電圧信号を出力するの
で、圧電膜の両面に測定対象の圧力の静圧に相当する圧
力が同時に印加された場合と等価となることがなくな
り、圧電膜の出力電圧は、圧電膜の固体差、ひいては、
圧力センサの固体差の影響を受けることがなくなり、正
確な圧力を測定することが可能となる。

【００７１】請求項２記載の発明によれば、圧力印加手
段は、圧電膜のいずれか一方の面に流体の圧力の静圧に
対して所定の圧力差を有する調整用圧力を常時印加し、
圧電膜は調整用圧力が印加された状態で、一方の面には
第１流体圧力が印加され、他方の面には第２流体圧力が
印加され、第１流体圧力と第２流体圧力との差圧に対応
する電圧信号を出力するので、圧電膜の両面に測定対象
の圧力の静圧に相当する圧力が同時に印加されることが
なくなり、圧電膜の出力電圧は、圧電膜の固体差、ひい
ては、圧力センサの固体差の影響を低減でき、より正確
な圧力を測定することが可能となる。

【００７２】請求項３記載の発明によれば、圧力設定手
段は、中間圧力室内の内部圧力を前記第１流体圧力及び
前記第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定した
所定の圧力差を有する調整用圧力に設定し、圧電膜は、
調整用圧力が印加され、かつ、圧力ダンパにより圧力の
微小変動が吸収された状態で第１導圧口における流体の
圧力である第１流体圧力及び第２導圧口における流体の
圧力である第２流体圧力の差圧に対応する電圧信号を出
力するので、圧電膜の固体差、ひいては、圧力センサの
影響を低減して第１流体圧力及び第２流体圧力の差圧に
対応する電圧信号を出力でき、より正確な差圧測定を行
なうことができる。

【００７３】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明の効果に加えて、圧力設定手段の体積可変手段
は、密閉空間である中間圧力室の体積を変化させること
により、ボイル−シャルルの法則に基づいて中間圧力室
内の圧力を調整用圧力に設定するので、組立工程が複雑
化することなく、確実に圧力センサの固体差に起因する
測定誤差を抑制することができる。

【００７４】請求項５記載の発明によれば、第１圧力設
定手段は、第１中間圧力室内の内部圧力を第１流体圧力
及び第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定した
所定の圧力差を有する所定圧力に設定し、第１圧電膜
は、調整用圧力が印加され、かつ、第１圧力ダンパによ
り圧力の微小変動が吸収された状態で第１導圧口におけ
る流体の圧力である第１流体圧力及び第２導圧口におけ
る前記流体の圧力である第２流体圧力の差圧に対応する
第１の電圧信号を出力し、第２圧力設定手段は、第２中
間圧力室内の内部圧力を第１流体圧力及び第２流体圧力
に対応する静圧に対して予め設定した所定の圧力差を有
する所定圧力に設定し、第２圧電膜は、調整用圧力が印
加され、かつ、第２圧力ダンパにより圧力の微小変動が
吸収された状態で第１導圧口における流体の圧力である
第１流体圧力及び第２導圧口における流体の圧力である
第２流体圧力の差圧に対応する第２の電圧信号を出力す
ることとなり、圧電膜の固体差、ひいては、各圧力セン
サの固体差の影響を低減して第１及び第２の電圧信号に
基づいてフルイディック振動を検出することができるの
で、各圧力センサの固体差の影響を低減してより正確な
フルイディック振動を検出することが可能となる。請求
項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明の効果に
加えて、第１圧力設定手段の第１体積可変手段は、第１
中間圧力室の体積を変化させることにより、密閉空間で
ある第１中間圧力室の体積を変化させることにより、ボ
イル−シャルルの法則に基づいて第１中間圧力室内の圧
力を調整用圧力に設定し、第２圧力設定手段の第２体積
可変手段は、第２中間圧力室の体積を変化させることに
より、密閉空間である第２中間圧力室の体積を変化させ
ることにより、第２中間圧力室内の圧力を調整用圧力に
設定するので、簡単、かつ、確実に第１中間圧力室及び
第２中間圧力室内の圧力を調整用圧力に設定して、正確
なフルイディック振動を検出することが可能となる。

【００７５】請求項７記載の発明によれば、第１検出手
段は、第１圧電膜の撓み状態、すなわち、第１の電圧信
号に応じた第１検出信号を流量演算手段に出力し、第２
検出手段は、第２圧電膜の撓み状態、すなわち、第２の
電圧信号に応じた第２検出信号を流量演算手段に出力
し、流量演算手段は、第１検出信号及び第２検出信号に
基づいて流体の流量を演算するので、各圧力センサの固
体差の影響を低減してより誤差の少ない正確な流量を演
算することができる。

【００７６】請求項８記載の発明によれば、請求項７記
載の発明の効果に加えて、流量演算手段の差動手段は、
第１検出信号及び第２検出信号の差に対応する差信号を
流量検出手段に出力し、流量検出手段は、差信号に基づ
いて流体の流量を演算するので、振動等に起因する同相
雑音成分を容易に除去してより精度の高い流量測定が行
なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】流体振動検出センサの概要構成断面図である。

【図２】調整用リングの斜視図である。

【図３】中間圧力室である副圧力室内の圧力の調整方法
説明図である。

【図４】フルイディック振動圧力と静圧との関係を説明
する図である。

【図５】中間圧力室内の圧力とセンサ出力の関係説明図
である。

【図６】中間圧力室内の圧力と圧力ダンパの変位量の関
係説明図である。

【図７】流体振動検出センサをフルイディック素子に接
続した場合の概要構成図である。

【図８】流量検出表示装置の概要構成ブロック図であ
る。

【図９】Ｐ1 ＞Ｐ2 の場合の動作説明図である。

【図１０】Ｐ1 ＜Ｐ2 の場合の動作説明図である。

【図１１】外部振動等のノイズが発生した場合の動作説
明図である。

【図１２】従来のフルイディック流量センサを流量検出
装置として構成する場合のフルイディック流量センサの
部分断面斜視図である。

【図１３】従来例の流体振動検出センサの概要構成図で
ある。

【図１４】図１３の流体振動検出センサに対応する検出
回路の概要構成図である。

【符号の説明】

１ 流体振動検出センサ ２ 第１圧力導入管 ３ 第１導圧口 ４ 第１圧力室 ５ 第１圧電膜 ６ 第２圧力導入管 ７ 第２導圧口 ８ 第２圧力室 ８Ａ 第１副圧力室 ８Ｂ 第２副圧力室 ９ 第３圧力導入管 １０ 第３圧力室 １１ 第２圧電膜 １２ 第４圧力導入管 １３ 第４圧力室 １３Ａ 第３副圧力室 １３Ｂ 第４副圧力室 １４ 中間リング １５ 弾性部材 １６ 調整用リング １６Ａ ネジ溝 １６Ｂ ドライバ用溝 １７ ネジ山 ２０ 第１圧力ダンパ ２１ 第２圧力ダンパ ２５ 中間リング ２６ 弾性部材 ２７ 調整用リング ２７Ａ ネジ溝 ２８ ネジ山 ５０ 流量検出表示装置 ５１ 第１アンプ ５２ 第２アンプ ５３ 差動アンプ ５４ フィルタ回路 ５５ シュミットトリガ回路 ５６ プロセッサ ５７ モニタ ＡＳD1 第１増幅検出信号 ＡＳD2 第２増幅検出信号 ＳCD 表示制御信号 ＳD1 第１電気検出信号 ＳD2 第２電気検出信号 ＳDEL 差信号

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導圧口における流体の圧力である第
   １流体圧力及び第２導圧口における前記流体の圧力であ
   る第２流体圧力の差圧を検出する圧力センサにおいて、 一方の面には前記第１流体圧力が印加され、他方の面に
   は前記第２流体圧力が印加され、前記第１流体圧力と前
   記第２流体圧力との差圧に対応する電圧信号を出力する
   圧電膜と、 前記圧電膜のいずれか一方の面に前記流体の圧力の静圧
   に対して所定の圧力差を有する圧力が印加された場合に
   相当する張力を前記圧電膜に常時印加する張力印加手段
   と、 を備えたことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 第１導圧口における流体の圧力である第
   １流体圧力及び第２導圧口における前記流体の圧力であ
   る第２流体圧力の差圧を検出する圧力センサにおいて、 一方の面には前記第１流体圧力が印加され、他方の面に
   は前記第２流体圧力が印加され、前記第１流体圧力と前
   記第２流体圧力との差圧に対応する電圧信号を出力する
   圧電膜と、 前記圧電膜のいずれか一方の面に前記流体の圧力の静圧
   に対して所定の圧力差を有する調整用圧力を常時印加す
   る圧力印加手段と、 を備えたことを特徴とする圧力センサ。
3. 【請求項３】 第１導圧口における流体の圧力である第
   １流体圧力及び第２導圧口における前記流体の圧力であ
   る第２流体圧力の差圧を検出する圧力センサにおいて、 前記第１導圧口に連通される第１圧力室と、 前記第２導圧口に連通される第２圧力室と、 前記第１圧力室と圧電膜を介して分離されるとともに、
   前記第２圧力室と圧力の微小変動を吸収する圧力ダンパ
   により分離され、密閉空間を形成する中間圧力室と、 前記中間圧力室内の内部圧力を前記第１流体圧力及び前
   記第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定した所
   定の圧力差を有する調整用圧力に設定する圧力設定手段
   と、 を備えていることを特徴とする圧力センサ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の圧力センサにおいて、 前記圧力設定手段は、前記中間圧力室の体積を変化させ
   ることにより前記調整用圧力に設定する体積可変手段を
   備えていることを特徴とする圧力センサ。
5. 【請求項５】 第１導圧口における流体の圧力である第
   １流体圧力及び第２導圧口における前記流体の圧力であ
   る第２流体圧力に基づいて、前記流体のフルイディック
   振動を検出する流体振動検出センサにおいて、 前記第１導圧口に連通される第１圧力室と、 前記第２導圧口に連通される第２圧力室と、 前記第１圧力室と第１圧電膜を介して分離されるととも
   に、前記第２圧力室と圧力の微小変動を吸収する第１圧
   力ダンパにより分離され、密閉空間を形成する第１中間
   圧力室と、 前記第１導圧口に連通される第４圧力室と、 前記第２導圧口に連通される第３圧力室と、 前記第３圧力室と第２圧電膜を介して分離されるととも
   に、前記第４圧力室と圧力の微小変動を吸収する第２圧
   力ダンパにより分離され、密閉空間を形成する第２中間
   圧力室と、 前記第１中間圧力室内の内部圧力を前記第１流体圧力及
   び前記第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定し
   た所定の圧力差を有する所定圧力に設定する第１圧力設
   定手段と、 前記第２中間圧力室内の内部圧力を前記第１流体圧力及
   び前記第２流体圧力に対応する静圧に対して予め設定し
   た所定の圧力差を有する所定圧力に設定する第２圧力設
   定手段と、 を備えていることを特徴とする流体振動検出センサ。
6. 【請求項６】 請求項５記載の流体振動検出センサにお
   いて、 前記第１圧力設定手段は、前記第１中間圧力室の体積を
   変化させることにより前記調整用圧力に設定する第１体
   積可変手段を備え、 前記第２圧力設定手段は、前記第２中間圧力室の体積を
   変化させることにより前記調整用圧力に設定する第２体
   積可変手段を備えていることを特徴とする流体振動検出
   センサ。
7. 【請求項７】 請求項５又は請求項６のいずれかに記載
   の流体振動検出センサを有し、フルイディック素子内の
   流体振動に基づいて流体の流量を検出する流量検出装置
   であって、 前記フルイディック素子内の前記流体の流れ方向に対し
   て前記フルイディック素子内の対称な所定位置に設けら
   れた第１圧力検出孔及び第２圧力検出孔のうち一方の圧
   力検出孔に前記第１圧力室及び前記第４圧力室が連通さ
   れ、他方の圧力検出孔に前記第２圧力室及び前記第３圧
   力室が連通されるとともに、 前記第１圧電膜の撓み状態に応じた第１検出信号を出力
   する第１検出手段と、 前記第２圧電膜の撓み状態に応じた第２検出信号を出力
   する第２検出手段と、 前記第１検出信号及び前記第２検出信号に基づいて前記
   流体の流量を演算する流量演算手段と、 を備えたことを特徴とする流量検出装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の流量検出装置において、 前記流量演算手段は、前記第１検出信号及び前記第２検
   出信号の差に対応する差信号を出力する差動手段と、 前記差信号に基づいて前記流体の流量を演算する流量検
   出手段と、 を備えたことを特徴とする流量検出装置。