JPS5857693B2

JPS5857693B2 - 温度計

Info

Publication number: JPS5857693B2
Application number: JP252979A
Authority: JP
Inventors: 元善安藤; 恭一池田
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1979-01-12
Publication date: 1983-12-21
Also published as: JPS5594122A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は被測定雰囲気内に振動子を配置しこの振動子の
固有振動数から温度を測定するような温度計に関するも
のである。

従来のこの種の温度計は、水晶振動子を用いたもので、
その感度はあまり大きいものでなかった。

本発明の目的は、この種の温度計で高感度なものを実現
することにある。

以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。

図は本発明に係る温度計の一実施例を示す構成図である
。

図において、１は両端が支持された音叉形の振動子、２
，３は振動子１の薄肉部１０１の振動を検出するため薄
肉部１０１の端部付近に取付けられた振動検出用圧電素
子、４，５は振動子１を駆動するために圧電素子２，３
に対向して取付けられた駆動用圧電素子である。

６，７はそれぞれ圧電素子２，３の出力信号を受けるチ
ャージアンプ、８，９はチャージアンプ７の出力信号に
一定値をかける係数回路、１０はチャージアンプ６およ
び係数回路８の出力信号を加算する加算回路、１１はチ
ャージアンプ６の出力信号から係数回路９の出力信号を
引く引算回路である。

また、１２．１３は２次以下の振動モードの周波数を通
すローパスフィルタ、１４．１５はそれぞれローパスフ
ィルタ１２．１３の出力信号を受は振動一定の電圧を出
力するアンプである。

１６はアンプ１４．１５の出力信号を加算したものを圧
電素子４に印加する加算回路、１Ｔはアンプ１４の出力
信号からアンプ１５の出力信号を引いたものを圧電素子
５に印加する引算回路、１８はアンプ１４゜１５の出力
信号Ｖｅ、Ｖｆを受けて温度に対応した信号を出力す
る出力回路である。

上記圧電素子２〜５、チャージアンプ６．７、係数回路
８，９、加算回路１０，１６、引算回路１１．１７、ロ
ーパスフィルタ１２，１３、およびアンプ１４．１５は
、振動子１を駆動させるための駆動部を成す。

この駆動部および振動子１でなる閉ループ上の一点から
出た信号と、この信号が一巡して戻った信号との間には
、１次および２次の振動モードの信号分に関して（正確
には、フィルタ１２側を通る信号については１次の、ま
たフィルタ１２側を通る信号については２次の各振動モ
ードについての信号分に関して）、はとんど位相差が生
じないように、駆動部が構成されている。

したがって、定常動作状態においては、チャージアンプ
６．７から、次に示す信号Ｖａ、Ｖｂが出力される。

ただし、ｒｎｌ＋ｍｌ：１次の振動モードに起因する信
号分ｍ２＋ｒｎ’２：２次の振動モードに起因する信
号分上記係数回路８，９の具体的構成は、チャージアンプ７
の出力信号に、それぞれｍ２／ｍ２１ｍｌ／ｍ’
１なる値（ｍ２とｍ≦とは同一モードの信号分、ｍｌと
ｍｆとは同一モードの信号分であるから、これらの比は
一定といえる）をかけるようになっている（ｒｎｌ
＝ｒｎｌ＋ｒｎ２−ｒｎ≦であれば係数回路８，
９は不要）。

したがって、加算回路１０、引算回路１１の出力信号Ｖ
ｃ、Ｖｄは次のようになる。

ただし、ｋ、に’：係数回路８，９の係数値（具体的にはｍ
２７ｍ≦、ｍｌ／ｍ：である）この（２）式から明ら
かなように、Ｖｃ、Ｖｄはそれぞれ１次、２次の振動モ
ードのみに対応した信号である。

そして、このＶｃ、Ｖｄに対応した信号Ｖｅ、Ｖｆが
アンプ１４，１５から出力され、これを受けた加算回路
１６および引算回路１７が、１次および２次の振動モー
ドで振動子１を確実に振動させるような電圧を、圧電素
子４，５に印加する。

この実施例における駆動部は、振動子１の振動の検出を
１次および２次の振動モードに起因する信号分のみにつ
いて行っていると同時に、駆動においては、１次および
２次の振動モードで変形するような力を振動子１に加え
る構成となっているので、きわめて安定した状態で、振
動子１が二重振動モード（１次および２次）で振動して
いる。

このときの振動子１の固有振動数を、ｆｌ（１次の振動
モードについての振動数）、β２（２次の振動モードに
ついての振動数）とすれば、次式％式％ただし、Ｃ１，Ｃ２：１次、２次の振動モードによって決まる定
数ｔ：温度ｔＯ二二基湿温度ｏ：ｔ＝ｔｏにおける振動子１（薄肉部１０１）のヤ
ング率 ρｐ：ｔ＝ｔｏにおける振動子の密度 α ：Ｅｏ／ｐの温度係数 ρＸ：Ｘ：振動子四周囲体の密度 β１．β２：１次、２次の振動モードにおける密度感度
係数この（３）式から流体の密度ρＸを消去して温度ｔに関
する式を導くと次のようになる。

ｆ】 γ−− ただし、 β２この（４）式中の右辺は、ｆｌ、γを除き全て定数であ
る。

一方、γはｆｌ＋ β２を知れば求められるものであ
る。

ここで、ｆｌ、β２はアンプ１４．１５の出力信号Ｖｅ
、Ｖｆの周波数から求められる。

したがって、（４）式に基づき、温度ｔを測定すること
ができる。

（４）式相当の演算は出力回路１８が行い、温度ｔに対
応した信号を出力する。

なお、温度をそれ程高精度に測定する必要がない場合に
は、（４）式そのものを用いずに近似式を用いるように
しても良い。

逆に、より高精度に測定する場合は、（３）式のｆ１２
．ｆＸに関する式におけるαをそれぞれα１．α２とす
れば、二つの振動モードにおける温度係数の微少差によ
る悪影響をも除去できる。

また、上記の説明においては、振動子１を二重振動モー
ド（１次および２次）で同時に振動させる場合を示した
が、時分割方式、例えば１次と２次の振動モードで交互
に振動させるように構成することもできる。

また、振動子１として音叉形のものを示したが、これ以
外であっても同様である。

さらに、振動子１の振動検出および１駆動を圧電素子で
もって行う例を示したが、他の手段を用いることもでき
る。

また、１次および２次の振動モードを選択する場合を示
したが、他の振動モードを選択した場合も同様である。

さらに、振動検出側のモードリジェクションに関し、振
動検出用圧電素子を複数個用いる例を示したが、フィル
タ１２．１３だけでもって１次、２次の信号弁に分離で
きる場合は、一個あれば十分である。

また駆動用圧電素子を複数個用いて駆動側にもモードリ
ジェクション機能をもたせた場合を示したが、振動検出
側でモードリジェクションがなされているので、実用上
は一個でも十分に動作する。

以上説明したように本発明装置は、（３）式又は（３）
式相当の式から温度を求めるものである。

このため、（３）式から明らかなように、αが大きい材
料を用いれば、ｆｌ、ｆ２も大きくなり、高感度な温度
計を実現できる。

また、各振動検出用圧電素子からの信号を加算する回路
と、引算する回路を設け、その出力信号を各ローペスフ
ィルタに印加するようにしたことから、簡単な構成でモ
ードリジェクションを効果的に行なうことができ、振動
子を二重モードで安定に振動させることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る温度計の一実施例を示す構成図である
。１・・・・・・振動子、２，３・・・・・・振動検出用
圧電素子、４．５・・・・・・駆動用圧電素子、６，７
・・・・・・チャージアンプ、８，９・・・・・・係数
回路、１０．１６・・・・・・加算回路、１１．１７・
・・・・・引算回路、１２．１３・・・・・・フィルタ
、１４，１５・・・・・・アンプ、１８・・・・・・出
力回路。

Claims

【特許請求の範囲】１被測定雰囲気内に配置された振動子、この振動子を
振動させる第１、第２の駆動素子、前記振動子の振動を
検出する第１、第２の振動検出素子、この第１、第２の
振動検出素子からの信号を加算する加算回路、前記第１
、第２の振動検出素子からの信号を引算する引算回路、
前記加算回路からの信号を入力し第１の周波数成分を通
過させる第１のローパスフィルタ、前記引算回路からの
信号を入力し第２の周波数成分を通過させる第２のロー
パスフィルタ、前記第１、第２のローパスフィルタから
の信号を加算しこの加算信号を前記第１又は第２の駆動
素子に与える第１の回路手段、前記第１、第２のローパ
スフィルタからの信号を弓算しこの引算信号を前記第２
又は第１の駆動素子に与える第２の回路手段を具備し、前記振動子は同時に又は時分割で第１、第２の振動モー
ドで振動し、そのときの各振動モードにおける固有振動
数から被測定雰囲気内の温度を求めるようにした温度計
。