JPS5938531B2 - 圧力変換器 - Google Patents
圧力変換器Info
- Publication number
- JPS5938531B2 JPS5938531B2 JP242980A JP242980A JPS5938531B2 JP S5938531 B2 JPS5938531 B2 JP S5938531B2 JP 242980 A JP242980 A JP 242980A JP 242980 A JP242980 A JP 242980A JP S5938531 B2 JPS5938531 B2 JP S5938531B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency signal
- output
- signal
- duty cycle
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超音波領域の共振周波数の振動子をセンサとし
て持つ圧力変換器に関し、更に詳しくは、プロセス入力
としての圧力を差動的に受ける一対の振動子からなる差
動形振動式センサを用いた圧力変換器に関する。
て持つ圧力変換器に関し、更に詳しくは、プロセス入力
としての圧力を差動的に受ける一対の振動子からなる差
動形振動式センサを用いた圧力変換器に関する。
振動子を超音波領域の固有の共振周波数で連続的に振動
させておき、これに圧力を加えて共振周波数を変化させ
ることにより、圧力に関連した電気信号を得る方法は従
来より広く知られている。
させておき、これに圧力を加えて共振周波数を変化させ
ることにより、圧力に関連した電気信号を得る方法は従
来より広く知られている。
このような原理に基づく圧力変換器は、水晶振動子等安
定な弾性体を使用しても尚、周囲温度の変化の影響、振
動子周囲の気体または液体の密度変化の影響など圧力以
外の要因による影響を受け共振周波数が変化する問題が
ある。そこで本発明の目的は上記した欠点のない圧力変
換器を実現することにあり、本発明の構成上の特徴は、
センサに一対の特性の揃つた振動子を用い、周囲温度、
変換器周囲の気体または液体の密度変化の影響はセンサ
のコモンモード入力として受け、圧力は一方の振動子に
対して伸張、他方に対しては圧縮のクロスモード入力と
して受けるように構成すると共に、上記コモンモード入
力の影響を受けない、上記クロスモード入力にのみ関連
した電気信号を得るように構成した点にある。
定な弾性体を使用しても尚、周囲温度の変化の影響、振
動子周囲の気体または液体の密度変化の影響など圧力以
外の要因による影響を受け共振周波数が変化する問題が
ある。そこで本発明の目的は上記した欠点のない圧力変
換器を実現することにあり、本発明の構成上の特徴は、
センサに一対の特性の揃つた振動子を用い、周囲温度、
変換器周囲の気体または液体の密度変化の影響はセンサ
のコモンモード入力として受け、圧力は一方の振動子に
対して伸張、他方に対しては圧縮のクロスモード入力と
して受けるように構成すると共に、上記コモンモード入
力の影響を受けない、上記クロスモード入力にのみ関連
した電気信号を得るように構成した点にある。
即ち、上記振動子の一方の共振周波数をｆｌ、他方の共
振周波数をｆ２としたとき、コモンモード入力に影響さ
れずにクロスモード入力だけを検出するためには以下の
式による演算を必要とする。ｆ、−ｆ、Ｑ０＝−・・・
・・・・・・・・・・・・ （１）ｆ１＋ｆ２但し、Ｑ
ｏは求めるべき解。
振周波数をｆ２としたとき、コモンモード入力に影響さ
れずにクロスモード入力だけを検出するためには以下の
式による演算を必要とする。ｆ、−ｆ、Ｑ０＝−・・・
・・・・・・・・・・・・ （１）ｆ１＋ｆ２但し、Ｑ
ｏは求めるべき解。
ここで振動子を同質の素材、同等の寸法で作るときには
、入力としてのプロセス変量に対する上記共振周波数の
変化は同等の割合となり、クロスモード入力を検出する
のに必らずしも（１）式による必要はなく、下記の（２
）或は（３）式により簡略的に求めることができる。
、入力としてのプロセス変量に対する上記共振周波数の
変化は同等の割合となり、クロスモード入力を検出する
のに必らずしも（１）式による必要はなく、下記の（２
）或は（３）式により簡略的に求めることができる。
ｆ、−ｆ、
Ｑｏ−・・・・・・・・・・・・・・・ （２）ｆ、ｆ
、−ｆ。
、−ｆ。
Ｑｏ−・・・・・・・・・・・・・・・ （３）ｆ。
本発明では上記（２）、（３）式で示した簡略式に基い
て上記コモンモード入力に影響を受けずにクロスモード
入力に関連した電気信号を得るようにしたものである。
て上記コモンモード入力に影響を受けずにクロスモード
入力に関連した電気信号を得るようにしたものである。
以下図面に従い本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明の実施例装置の基本構成を表わす路線図
である。本図から明らかな如く、本発明の実施例装置は
、斜視図で稍々詳しく表わされたセンサ部Ｓ）励振部Ｅ
、、Ｅ２、ビード変換部ＢＴ）デユーテイ一・サイクル
変調部ＤＹｌ出力部０Ｕとから構成されている。センサ
部Ｓには、一端が本体１に固定され、他端が他のビーム
と一体にされた、振動子としての一対の弾性体ビーム２
，３に特性の揃つた、水晶の圧電体４，５（圧電体５の
方はビーム３の影になり本図では見えない。
である。本図から明らかな如く、本発明の実施例装置は
、斜視図で稍々詳しく表わされたセンサ部Ｓ）励振部Ｅ
、、Ｅ２、ビード変換部ＢＴ）デユーテイ一・サイクル
変調部ＤＹｌ出力部０Ｕとから構成されている。センサ
部Ｓには、一端が本体１に固定され、他端が他のビーム
と一体にされた、振動子としての一対の弾性体ビーム２
，３に特性の揃つた、水晶の圧電体４，５（圧電体５の
方はビーム３の影になり本図では見えない。
）を貼布したものが設けられており、プロセス入力とし
ての圧力Ｐが上記弾性体ビームの頂部接合点に加えられ
たとき、振動子の一方には伸張、他方には圧縮のクロス
モード入力として加わる。励振部Ｅｌ，Ｅ２には上記振
動子を共振回路中に持つた発振回路が含まれる。
ての圧力Ｐが上記弾性体ビームの頂部接合点に加えられ
たとき、振動子の一方には伸張、他方には圧縮のクロス
モード入力として加わる。励振部Ｅｌ，Ｅ２には上記振
動子を共振回路中に持つた発振回路が含まれる。
また、ビード変換部ＢＴには周波数信号Ｆ，，ｆ２の差
、即ち上記（２）或は（３）式におけるｆ１−Ｆ２の演
算を行うための回路が含まれ、デユーテイ一・サイクル
変調部ＤＹにはビード変換部ＢＴからのビード周波数信
号（Ｆ３＝Ｆ，−Ｆ２）を原周波数信号の１／Ｆ，或は
１／Ｆ２に基づく時間幅信号によつて変調する回路が含
まれている。第２図はこのような構成の本発明実施例装
置の回路図である。
、即ち上記（２）或は（３）式におけるｆ１−Ｆ２の演
算を行うための回路が含まれ、デユーテイ一・サイクル
変調部ＤＹにはビード変換部ＢＴからのビード周波数信
号（Ｆ３＝Ｆ，−Ｆ２）を原周波数信号の１／Ｆ，或は
１／Ｆ２に基づく時間幅信号によつて変調する回路が含
まれている。第２図はこのような構成の本発明実施例装
置の回路図である。
励振部Ｅ，及びＥ２には容量Ｃｌ，Ｃ２及びＣ，′，Ｃ
！の直列回路に水晶の圧電素子４，５を並列接続した共
振回路と、増幅素子として電界効果トランジスタＴｒ，
Ｔｒ′とを用いた発振回路が使用されている。これら発
振回路の出力は正弦波であるが、シユミツト・トリカー
６，７によりパルス周波数信号に変換され、ビード変換
部ＢＴに加えられている。このビード変換部にはアツプ
・ダウン・カウンタ８が用いられている。デユーテイ・
サイクル変調部ＤＹには２段のフリツプ・フロツプ９，
１０からなるシフトレジスタ並びに排他的オア回路１１
とが含まれている。夫々のフリツプ・フロツプのクロツ
ク端子ＣＬにはシユミツト・トリカー６よりの周波数信
号Ｆ，が加えられ、フリツプ・フロツプ９のデータ端子
Ｄにはアツプ・ダウン・カウンタ８の出力が、フリツプ
・フロツプ１０のデータ端子にはフリツプフロツプ９の
出力が加えられ、また夫々のクリア端子ＣＲにはアツプ
・ダウン・カウンタ８からのビード周波数信号Ｆ３が与
えられている。これらフリツプ・フロツプの出力は上記
ビード周波数信号が与えられているとき周波数信号ｆ１
の１サイクル分づつ遅れて立上り、夫々排他的オア回路
１１に加えられる。出力部０Ｕには電源の供給端子と信
号出力端子とが共通のいわゆる２線式の回路が用いられ
る。
！の直列回路に水晶の圧電素子４，５を並列接続した共
振回路と、増幅素子として電界効果トランジスタＴｒ，
Ｔｒ′とを用いた発振回路が使用されている。これら発
振回路の出力は正弦波であるが、シユミツト・トリカー
６，７によりパルス周波数信号に変換され、ビード変換
部ＢＴに加えられている。このビード変換部にはアツプ
・ダウン・カウンタ８が用いられている。デユーテイ・
サイクル変調部ＤＹには２段のフリツプ・フロツプ９，
１０からなるシフトレジスタ並びに排他的オア回路１１
とが含まれている。夫々のフリツプ・フロツプのクロツ
ク端子ＣＬにはシユミツト・トリカー６よりの周波数信
号Ｆ，が加えられ、フリツプ・フロツプ９のデータ端子
Ｄにはアツプ・ダウン・カウンタ８の出力が、フリツプ
・フロツプ１０のデータ端子にはフリツプフロツプ９の
出力が加えられ、また夫々のクリア端子ＣＲにはアツプ
・ダウン・カウンタ８からのビード周波数信号Ｆ３が与
えられている。これらフリツプ・フロツプの出力は上記
ビード周波数信号が与えられているとき周波数信号ｆ１
の１サイクル分づつ遅れて立上り、夫々排他的オア回路
１１に加えられる。出力部０Ｕには電源の供給端子と信
号出力端子とが共通のいわゆる２線式の回路が用いられ
る。
即ち、この部分には前段の排他的オア回路１１からの出
力を平衡し、それに関連した電圧信号を得るフイルタ回
路１２、このフイルタからの電圧を増幅する増幅器１３
、この増幅器の出力で制御される、出力電流制御用のＭ
ＯＳＦＥＴｌ４、増幅器１３等に一定駆動電流を供給す
るＦＥＴｌ５、出力電流に比例した電圧を増幅器１３に
帰還するための抵抗１６等が含まれている。第３図はこ
のように嘴成された本発明の実施例装置の動作を説明す
るための波形図で、図１は波形の右端に符号が付されて
いる如く、励振部Ｅ２の正弦波周波数出力Ａを、図２は
同じく励振部Ｅ，の正弦波周波数出力Ｂを、図３はシユ
ミツト・トリカー７の出力側Ｃにおける周波数信号Ｆ２
を、図４はシユミツト・トリカー６の出力側Ｄにおける
聞波数信号ｆ１を表わす波形図であり、図５はアツプ・
ダウン・カウンタ８の内部状態を表わす波形図、図６は
アツプ・ダウン・カウンタ８の出力、ビード周波数信号
Ｆ（Ｆ３）、すなわち桁上げパルスを示す波形図、図７
は排他的オア回路１１の出力Ｈを表わす。
力を平衡し、それに関連した電圧信号を得るフイルタ回
路１２、このフイルタからの電圧を増幅する増幅器１３
、この増幅器の出力で制御される、出力電流制御用のＭ
ＯＳＦＥＴｌ４、増幅器１３等に一定駆動電流を供給す
るＦＥＴｌ５、出力電流に比例した電圧を増幅器１３に
帰還するための抵抗１６等が含まれている。第３図はこ
のように嘴成された本発明の実施例装置の動作を説明す
るための波形図で、図１は波形の右端に符号が付されて
いる如く、励振部Ｅ２の正弦波周波数出力Ａを、図２は
同じく励振部Ｅ，の正弦波周波数出力Ｂを、図３はシユ
ミツト・トリカー７の出力側Ｃにおける周波数信号Ｆ２
を、図４はシユミツト・トリカー６の出力側Ｄにおける
聞波数信号ｆ１を表わす波形図であり、図５はアツプ・
ダウン・カウンタ８の内部状態を表わす波形図、図６は
アツプ・ダウン・カウンタ８の出力、ビード周波数信号
Ｆ（Ｆ３）、すなわち桁上げパルスを示す波形図、図７
は排他的オア回路１１の出力Ｈを表わす。
本発明の実施例装置の動作につき、これら波形図に従い
説明する。
説明する。
圧力Ｐが加えられない状態、即ち零点にあつては振動子
２，３は同じ共振周波数で振動している。圧力が加えら
れた場合、夫々の共振周波数は差動的に変化する。図１
，２はそのときの正弦波周波数信号を表わす。これら正
弦波周波数信号はシユミツト・トリカー６，７でパルス
周波数信号に整形され（図４，３参照）、アツプ・ダウ
ン・カウンタ８に加えられる。このアツプ・ダウン・カ
ウンタの内部では図５で示す如く変化し、出力として図
６に示す如きビード周波数信号Ｆ（Ｆ３）が発信される
。デユーテイ・サイクル変調部ＤＹでは、アツプ・ダウ
ン・カウンタ８からのビード周波数信号Ｆを原周波数信
号ｆ１またはＦ２の１または任意サイクルで決まる時間
幅（本実施例の場合１サイクルの時間幅）に基づき変調
する。
２，３は同じ共振周波数で振動している。圧力が加えら
れた場合、夫々の共振周波数は差動的に変化する。図１
，２はそのときの正弦波周波数信号を表わす。これら正
弦波周波数信号はシユミツト・トリカー６，７でパルス
周波数信号に整形され（図４，３参照）、アツプ・ダウ
ン・カウンタ８に加えられる。このアツプ・ダウン・カ
ウンタの内部では図５で示す如く変化し、出力として図
６に示す如きビード周波数信号Ｆ（Ｆ３）が発信される
。デユーテイ・サイクル変調部ＤＹでは、アツプ・ダウ
ン・カウンタ８からのビード周波数信号Ｆを原周波数信
号ｆ１またはＦ２の１または任意サイクルで決まる時間
幅（本実施例の場合１サイクルの時間幅）に基づき変調
する。
即ち、シフトレジスタを構成するフリツプ・フロツプ９
，１０の出力を排他的オア回路１１に加えることによつ
て、図７に示す如き信号が得られる。この信号はビード
周波数信号Ｆを原周波数信号ｆ１の１サイクルの時間幅
で変調したものに相当し、この変調されたビード周波数
信号のデユーテイ一・サイクルは原周波数信号ｆ１の上
昇に伴つて減少し、下降に伴つて増加する。このように
ビード周波数信号Ｆのもつ各サイクル毎のパルス幅を１
／ｆ１の時間幅で設定することにより、デユーテイ一・
サイクル変調部ＤＹの出力信号のデユーテイ一・サイク
ルは以下の（４）式で与えられ、これは前記（２）式と
同一である。但し、Ｑｄは出力のデユーテイ一・サイク
ル。
，１０の出力を排他的オア回路１１に加えることによつ
て、図７に示す如き信号が得られる。この信号はビード
周波数信号Ｆを原周波数信号ｆ１の１サイクルの時間幅
で変調したものに相当し、この変調されたビード周波数
信号のデユーテイ一・サイクルは原周波数信号ｆ１の上
昇に伴つて減少し、下降に伴つて増加する。このように
ビード周波数信号Ｆのもつ各サイクル毎のパルス幅を１
／ｆ１の時間幅で設定することにより、デユーテイ一・
サイクル変調部ＤＹの出力信号のデユーテイ一・サイク
ルは以下の（４）式で与えられ、これは前記（２）式と
同一である。但し、Ｑｄは出力のデユーテイ一・サイク
ル。
仮りにｆ１＝Ｆ２の零点から周波数信号ｆ１が＋１０（
Ｆｆ）、周波数信号Ｆ２が−１０％のクロスモード入力
を受け変化したとき、デユーテイ一・サイクル変調部Ｄ
Ｙのデユーテイ一・サイクルＱｌは、（４）式を用いて
、以下のように表わすことができる。但し、ｋは変換を
行うときに、周波数信号ｆ１の１または任意サイクルを
選択することによつて決める変調時間幅に応じた定数。
次に、このときに、周波数信号Ｆ，，ｆ２が共に＋１０
？のコモンモード入力の影響を受けたと仮定する。
Ｆｆ）、周波数信号Ｆ２が−１０％のクロスモード入力
を受け変化したとき、デユーテイ一・サイクル変調部Ｄ
Ｙのデユーテイ一・サイクルＱｌは、（４）式を用いて
、以下のように表わすことができる。但し、ｋは変換を
行うときに、周波数信号ｆ１の１または任意サイクルを
選択することによつて決める変調時間幅に応じた定数。
次に、このときに、周波数信号Ｆ，，ｆ２が共に＋１０
？のコモンモード入力の影響を受けたと仮定する。
そのときのデユーテイ一・サイクルＱＩは次のように表
わすことができる。上記より明らかな如く、Ｑｌはコモ
ンモード入力の影響を受けることがなく、上記クロスモ
ード入力だけを受けたときの出力ＱＪと同じである。
わすことができる。上記より明らかな如く、Ｑｌはコモ
ンモード入力の影響を受けることがなく、上記クロスモ
ード入力だけを受けたときの出力ＱＪと同じである。
このように本発明によれば圧力以外の要因による周波数
信号の変化は出力に現れないため正確な圧力・電気信号
変換を行うことができる。
信号の変化は出力に現れないため正確な圧力・電気信号
変換を行うことができる。
第１図は本発明の実施例装置の基本構成を表わす路線図
、第２図は本発明の実施例装置の回路図、第３図は本発
明の実施例装置の動作を説明するための波形図である。 ２，３・・・・・・振動子、４，５・・・・・・圧電体
、Ｅｌ，Ｅ２・・・・・・励振部、ＢＴ・・・・・・ビ
ード変換部、ＤＹ・・・・・・デユーテイ一・サイクル
変調部、０Ｕ・・・・・・出力部。
、第２図は本発明の実施例装置の回路図、第３図は本発
明の実施例装置の動作を説明するための波形図である。 ２，３・・・・・・振動子、４，５・・・・・・圧電体
、Ｅｌ，Ｅ２・・・・・・励振部、ＢＴ・・・・・・ビ
ード変換部、ＤＹ・・・・・・デユーテイ一・サイクル
変調部、０Ｕ・・・・・・出力部。
Claims (1)
- １ 圧力を差動的に受ける一対の振動子からなる差動形
振動式センサと、上記各振動子からの二つの周波数信号
ｆ＿１、ｆ＿２の差に基づき他の周波数信号ｆ＿３をつ
くるビート変換部と、上記周波数信号ｆ＿３の各サイク
ル毎に上記周波数信号ｆ＿１またはｆ＿２の逆数に基づ
く時間幅のパルス信号を発信するデューティー・サイク
ル変調部と、上記デューティー・サイクル変調部の出力
信号を平滑、増幅して装置出力とする出力部を備えた圧
力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP242980A JPS5938531B2 (ja) | 1980-01-11 | 1980-01-11 | 圧力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP242980A JPS5938531B2 (ja) | 1980-01-11 | 1980-01-11 | 圧力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56100332A JPS56100332A (en) | 1981-08-12 |
| JPS5938531B2 true JPS5938531B2 (ja) | 1984-09-18 |
Family
ID=11529009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP242980A Expired JPS5938531B2 (ja) | 1980-01-11 | 1980-01-11 | 圧力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5938531B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7870791B2 (en) * | 2008-12-03 | 2011-01-18 | Rosemount Inc. | Method and apparatus for pressure measurement using quartz crystal |
-
1980
- 1980-01-11 JP JP242980A patent/JPS5938531B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56100332A (en) | 1981-08-12 |
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