JPS6013235A - 圧力センサ− - Google Patents

圧力センサ−

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Publication number
JPS6013235A
JPS6013235A JP12064083A JP12064083A JPS6013235A JP S6013235 A JPS6013235 A JP S6013235A JP 12064083 A JP12064083 A JP 12064083A JP 12064083 A JP12064083 A JP 12064083A JP S6013235 A JPS6013235 A JP S6013235A
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JP
Japan
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pressure
crystal
protrusion
recess
pressure sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP12064083A
Other languages
English (en)
Inventor
Kunio Sasaki
邦夫 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Crystal Device Corp
Original Assignee
Kyocera Crystal Device Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Crystal Device Corp filed Critical Kyocera Crystal Device Corp
Priority to JP12064083A priority Critical patent/JPS6013235A/ja
Publication of JPS6013235A publication Critical patent/JPS6013235A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、安定な特性か得られる圧力センサーに関する
最近、圧力を測定する各種の圧力センサーか用いられて
いる。その中で、水晶振動子を用いた圧力センサーは、
圧力の変化かディジタル置去して得られるためマイクロ
コンピュータ−で情報処理する場合にA/D変換を行う
必要かなく好都合である。しかし、水晶圧力センサーは
外形が大きくなることさ、同一規格のものを多数個均一
に作るのか困難である。
従来の水晶圧力センサーの概略図を第1図に示す。水晶
振動板11か両端部を接着剤にて金属枠I2に保持され
ている。電極13は水晶板11の中心部の両側に対向し
て設けられ、リード線14により外部へ引き出されてい
る。圧力は水晶板の両端部の金属枠間にかけられ、この
圧力により水晶振動子の発振周波数か変化する。この様
な圧力センサーで問題になるのは感度であるか、この場
合は単位圧力当たりの周波数の変化か感度になる。
水晶の圧力センサーの感度は、約10MHzの発振周波
数の水晶を用いて2I−1z/g+・程度である。
これは100grの荷重に対しても2001−1zの周
波数変化にしかならず、発振か不安定であると、圧力に
よる変化分が不安定さにマスキングされてし」うので、
発振の非常な安定性を要求される。
通常、水晶振動子は極力応力の加わらない状態に保持さ
れ安定な発振を行う。圧力の加わった状態でこれを実現
するのは困難であり、水晶の保持等に各種の工夫かこら
されている。また水晶扱き金属枠とを固定している接着
剤も、その材質か圧力の一部を吸収するため感度のバラ
ツキ、ヒステリシス等の原因になる。
本発明は、前述した水晶圧力センサーの欠点に鑑み水晶
振動子を用いなから従来き異なる水晶の使い方を行い、
圧力センサーを実現するものである。即ち、水晶振動子
がその負荷容量で発振周波数を変化さゼることかできる
ことを利用し、水晶振動子の負荷容量を圧力によって変
化させ水晶振動子の発振周波数を変化させ、安価で安定
な圧力センサーを得ようとするものである。
第2図は水晶発振器のブロックダイアグラムで21か水
晶振動子、22が可変容量、23が帰還増幅器で全体と
して水晶発振器を形成している。
この可変容量22を変化させると水晶発振器の発振周波
数が変化することは一般によく知られている。1jtっ
で本発明は、圧力によりこの容量を変化させることに着
目し、その容量素子を発明した。
本発明を、実施例に基づいて説明する。第3図は、シリ
コンゴム等の弾性体の薄1摸3工に一体成形された突起
部32を有してお1バその突起部32に電極として金属
リング33かはめ込まれている。なお、電極はメッキや
金属箔をはりつける方法等であってもよい。このような
素子か組み込まれノこ圧力センサーの断面図を第4図(
a)に示す。
第3図の突起部32を有した弾性体薄膜31は筐体部4
1a42とにより、その端部を挾み込まれて保持されて
いる。筐体部41には突起部32と嵌合する如く凹部4
5かあり、これに金属リング43か挿入されており、弾
性体薄!摸31の突起部32に、はめ込まれた金属リン
グ33との間で容量を形成している。筐体部42には凹
部44かあり、この凹部より流体の圧力か加えられる。
圧力か加わると第4図(b)の如く弾性体薄1模31か
伸び、突起部32が凹部45の中へ押し込まれ、金属リ
ング33と43七の間の容量か増加する。この金属リン
グ33.43間に、薄いテフロン等の誘電体46を介在
させるこ七により、金属リング両者の短絡を防止するた
めにも好ましい。このようにして出来た容量素子に圧力
を加えた場合、容量か2pFより10pFまで変化させ
られた。これを3.5MI−(zの水晶振動子21に直
列に、この容量素子を接続し発振させる表、発振周波数
の変化量は、1.8kHz、l01VIHzでは4.1
kHzの変化量が得られた。圧)Jによる容量の変化量
は、突起部の移動距離によって決定されるか、これは結
8弾11体薄膜と突起部に加わる面積(カー面積×圧力
)及び突起部の外形等により任意に決定される。従って
従来の水晶振動子に直接圧力を加える方法より感度の段
d4が容易である。また感度のバラツキの調整も、その
容量素子の容量に並列にトリマーコンデンサーを挿入し
相対的な容量変化を加減することにより行うことができ
る。第5図で22は容量素子であり、51はトリマーコ
ンデンサーを表わす。また第3図の弾性体薄膜は、第6
図に示す断面図の如く端部に肉厚部61を設け、繰り返
し使用により保持部分のはずれ、ゆるみが生し測定値か
変化しないよう配慮か必要である。
さらに第7図に他の実施例の断面図を示ず。弾1生体の
;W膜に2つの突起部71.71゛を設広筐体部にも突
起部71.71′に合わせて凹部73.73゛を設υる
、もちろん突起部71.71゛には電極72.72゛、
凹部73.73゛にも電極74.74゛を配置している
。この電極72七72′表は同電位古し、また電極74
.74゛を同電位にするこ七により、対向する電極面積
を大きくし容量の変化を大きく取るこ七かでき、従って
感度を大きく設定できるこ七である。
第8図は、他の実施例て突起部81を短冊状にしたもの
である。この突起部81の両側に同電位の電極82か設
けられている。この感圧素子を用いノこ圧力センサーの
断面図を第9図に示す。加圧により突起部82(」、凹
部83にスライドしてい°く、凹部83の側壁には同電
位の固定電極84去可変電極85とかあり、突起部の電
極82との間で容量を形成している。この場合は可変電
極85をネジ86を回ずことにより微小@城で移動させ
、電極82との間の間隔を変化させることにより容量の
変化量を加減できる。従って感度の調整を機械的に行う
こ七かてきる。
以上の例は、圧力の増加により容量か増加する容量素子
であり、容量か増加すると当然水晶発振器の発振周波数
は低下する。これはマイクロコンピュータで処理する場
合何ら障害にはならないか、第」0図に示す断面図のよ
うにすれば、圧力により容量を1礒少せしめ発振周波数
を上昇させるこ去もできる。即ち容量素子は、その周辺
部の肉厚部101か筐体102表103に挾み込まれて
支持され、突起部104は筺体103に設けられた凹部
105に嵌合している。開口部106より圧力が付加さ
れると突起部104か、凹部105より抜ける方向へ移
動し、電極107と108表の間に形成された容量は減
少する。この場合も両電極の間に介在させる誘電体は省
略しである。水晶振動子の発振周波数を負荷容量の変化
で変化させる方法でも、前記した如く容量の2pFより
l0pFよでの変化で、周波数の変化は3.5Ml−1
zの水晶で1.8kHz程度であった。
これの血圧計への応用を考えると、圧力は大気に対し0
から500gr/cntまての変化を測定できることか
要求される。ゴム質弾性体表して用いるシリコンゴム等
の疲労を考えると、突起部の移動距離を大きくすること
は危険で、これをあえて大きくしようとすると外形を大
きくしなければならない。
今回発明された圧力センサーはシリコンゴムの外形20
φ、厚さ0 、8 mmに5φの突起部を有し、周辺部
を肉厚部で保持されており、突起部電極と凹部電極には
テフロンシートか挿入されている。−これに最大500
gr/caの圧力を加えた時の周波数変化は3.5MH
zの水晶発振器で1 、8 kl−1zなので感度は、
3 、6 Hz/gr/cutである。通常水晶発振器
でも0〜40℃の範囲で、温度特性も含めてIQppm
程度の不安定さは持っている。これは3.5JvlHz
の水晶発振器で351−1zてあり、約10gr/ci
の圧力に相当する。これは測定器とじては大きな誤差に
なるので、普通第11図の如く周波数の近い、もう一つ
の水晶発振器との間で差の周波数に変換する。即ち、容
量素子と水晶振動子との圧力センサーIIIのついた水
晶振動子21の発振周波数をfl、固定容量112のつ
いた水晶振動子21′の発振周波数をf2とする。この
2つの周波数をミキサー113に入れ、差の周波数へf
=f、−F2に変換する。両方の水晶振動子21.21
′の温度特性を合わせておけばΔfも同等の温度特性に
なる。ここで、八f=50kHzの周波数に変換したと
すると、50kl−(zに対する不安定さ10ppmは
、0.5Hzになり、これは0.14gr/。lliに
相当し大幅に特性か改善される。二つの水晶振動子21
.21゛の特性を合わゼる為には、第12図の如く一つ
の水晶板121の中心に切り込み122を入れ、両側に
それぞれ一組の電極を設け、一つのケース内に収容する
ようにずればよい。
アース電極123を共通とすれば三端子となり保持も容
易である。また、このようにミキサーを用いて周波数を
低減する方式では第13図に示す断面図のように、中心
部の突起を上方の突起部I31、下方の突起部132を
設(J、第4図及び第10図の如く、一方は容量か増加
する如く、他方は容量が減少する如くに変化させるこ七
かできる。
この各々の容量を第11図の容1111及び112に置
き換えれば、圧力変化により一方の発振器は周波数か上
昇し、他方は減少するため、差の周波数は2倍の変化幅
を示す。これは水晶に直接圧力を加える方式で、圧〕J
を圧縮と引張りに変換し各々の水晶に加え、差の周波数
を取るこ七により感度の上昇上温度特性の相殺を行って
いるのと間しである。
以上は主に1気圧より高い圧力の測定にふされしい形状
を示したか1気圧より低い圧力も含めて測定する場合は
、例えば第4図で1気圧の時に突起部32か凹部45の
中間位に位置するよう突起部32または、凹部45を設
計すればよい。そうすれば圧力が1気圧よりも低下ずれ
ば突起部は凹部より抜は出す方向へ移動し容量は減少し
発振器の周波数は」二昇する。
以上の如く、ゴム質弾性体を用いノこ簡便な圧力−容量
変換器と水晶振動子と組み合わせるこ七により、圧力の
変化をディジタル量として直接マイクロコンピュータ−
に入力できる。
本発明において、弾性体としてシリコンゴムを例に挙げ
たか、他の弾性体であってもよい。また圧電体として、
水晶振動子を例に挙げたが他にタンタル酸リチウム、圧
電セラミック等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の圧力センサーの斜視図。第2図、第11
図は水晶発振器のブロックダイアグラム。 第3図は本発明の弾性体斜視図。第4図(a>(b)は
圧力センサーの断面図。第5図は水晶発振器のブロック
ダイアグラム。第6図は弾性体の斜視図。 第7図は弾性体上凹部との断面図。第8図は弾性体の斜
視図。第9図、第10図は圧力センサーの斜視図。第1
2図は水晶振動子のj]視図。第13図は弾性体の断面
図である。 411,12・・・・・・筐体部 31・・・・・・弾性体 32.71.71’ 、81.104,131,132
・・・・・・突起部45.73.73’ 、83.10
5・・・・・・凹部33.43,72.72’ 、74
.74’ 、82,84,85,107,108・・・
・・・電極 4G・・・・・・誘電体 21・・・・・・圧電振動子 第8(2) 第11図 第1211 第13圓

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 筺体部に端部を固定された弾性体の中央部付近
    に電極を設けた突起部かあり、該突起部より大きめの四
    部を該筐体部に設け、凹部の内面には電極を施し、該凹
    部の内面の電極と前記突起部の電極との間で容量素子を
    形成し、該容量素子七圧電振動子七を組合わせたこ吉を
    #機上する圧力センサー。
  2. (2) 該突起部吉該凹部との間に、誘電体を設置した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項の圧力センサー
JP12064083A 1983-07-01 1983-07-01 圧力センサ− Pending JPS6013235A (ja)

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JP12064083A JPS6013235A (ja) 1983-07-01 1983-07-01 圧力センサ−

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JPS6013235A true JPS6013235A (ja) 1985-01-23

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5043841A (en) * 1989-06-13 1991-08-27 Bishop Robert P High pressure transducer package
JP2001242027A (ja) * 2000-01-06 2001-09-07 Rosemount Inc 可動誘電体を有する容量型圧力感知装置
JP2007232542A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Kyocera Kinseki Corp 圧力センサ素子

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5043841A (en) * 1989-06-13 1991-08-27 Bishop Robert P High pressure transducer package
JP2001242027A (ja) * 2000-01-06 2001-09-07 Rosemount Inc 可動誘電体を有する容量型圧力感知装置
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