JPS6057231A - 気体圧力計 - Google Patents

気体圧力計

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JPS6057231A
JPS6057231A JP8064483A JP8064483A JPS6057231A JP S6057231 A JPS6057231 A JP S6057231A JP 8064483 A JP8064483 A JP 8064483A JP 8064483 A JP8064483 A JP 8064483A JP S6057231 A JPS6057231 A JP S6057231A
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JP
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pressure
vibrator
piezoelectric vibrator
gas
piezoelectric
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Pending
Application number
JP8064483A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Hirata
国分 清秀
Kiyohide Kokubu
雅敏 小野
Masatoshi Ono
正紘 平田
Hiroshi Murakami
Yoshitsugu Toda
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP8064483A priority Critical patent/JPS6057231A/ja
Publication of JPS6057231A publication Critical patent/JPS6057231A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G01L9/0001Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0022Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element

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】 この発明は、圧電振動子に作用する気体の摩擦作用を利
用した気体圧力計に関するものである。
lO気圧から0. (1001mbarの圧力領域にお
いて時間的に連続な電気的出力が得られる圧力計または
真空d1としては、弾性物質の隔膜に働く圧力差を利用
する方式の隔膜圧力計や、熱伝導を利用するビラニ真空
計が広く実用に供されてきた。
しかし、こf’Lらの圧力計や真空計では、1つの感圧
素子で測定できる圧力範囲は4桁以内であり、使用温度
範囲匠は制約があった。さらに、隔膜を利用する方式で
は、圧力受容部の構造が複雑で犬型忙なり、大きな圧力
差による感度の変化や圧力受容部の破壊が起き、外部か
らの機械的撮動によって出力が変動することなどの欠点
がある。一方、ビラニ真空計では感度や零点の時間変化
があるために測定結果の信頼性が乏しく、応答も遅く、
前述の圧力測定領域の上限と下限の付近では感度が著し
く低下することなどが問題とさ1てきた。
また、物体に作用する気体の摩擦力l利用する方式とし
ては、回転式粘性真空計および水晶の而すべり振動子を
圧力受容部として利用する摩擦式水晶真空計も発表され
ている。しかし、既存の摩擦式水晶真空計は原理的に感
度が低く、測定圧力範囲が狭いこと、感圧子が大きいこ
と、IMIIZ以上の高周波電圧が必要であることなど
の理由から実用化されるには至っていない。−1:Tこ
、a性体の小球を磁気浮上させ、その回転速度の減哀率
から圧力をめる回転式粘性真空針は0.01 mbar
以上では感度が無く、圧力受容部の取付は方向と使用温
度範囲と忙制約がある。さらに、その制御と1測に必要
な電気回路は複雑で、極めて高価である。
この発明は、上述の点Kかんがみなされたもので、圧電
物質の屈曲振動を行う圧電振動子を用いることにより、
小型、堅牢でIO気圧から0.0001mbar以上の
範囲で気体の圧力が測定できる摩擦式の気体圧力計を得
ることを目的としている。以下、この発明を図面に基づ
いて説明する。
第1図はこの発明による気体圧力計の全体の構成を示す
ものである。この図で、■は圧力受容部、■は測定手段
である。圧力受容部■は屈曲振動な行う圧電振動子Aを
備えている。測定手段nは、圧電振動子Aを駆動するた
めの発振回路B、測定回路C2演算処理回路り、および
表示部Eとからなる。また、圧電振動子Aは、列えば圧
力容器または真空容器(以下単に容器という)Fに収容
され、その内部の圧力を測定する。
次に動作につい−(説明する。圧電振動子Aは発振回路
Bからの交流電圧によって振動する。この時、圧電振動
子Aに作用する気体の摩擦力に対応した圧電振動子Aの
振幅やその電気的な特性の変Cの出力を演算処理口′路
りによって処理し、圧力に変換した値として表示部Eに
表示する。この実施例では圧電振動子Aだげが容器Fの
中に納められているが、発振回路臼、測定回路C1演算
処理回路りのすべてもしくはそのずれか1つ以上を容器
Fの中に圧電振動子Aと共に納めることもできる。
第2図は圧電振動子AとしてXYカットの水晶の角柱状
屈曲振動子を用いて圧力受容部Iを構成した場合の一例
を示すものである。
この図で、1ゆ水晶柱で、その4つの側面には、それぞ
れ電極2,3が密着して取り付けである。
機械的な支持体4の一端は電極2に、他端は図示しない
圧力受容器の支持部に固定されている。対向する2組の
電極2,2および3,3はそれぞれ電気端子1,6に接
続して、これら電気端子5゜6の間に5に一100KH
2の交流電圧を発振回路Bから印加すると、水晶柱1は
、木琴の発音板のような屈曲振動を行う。
なお、この場合、水晶柱1の端部に別個の電極を取り付
けておき、水晶柱1の屈曲に比例した電気信号を取り出
すのに利用することもできる。
第3図(a) 、(b )は音叉型の水晶振動子によっ
て圧力受容部IY構成した場合の一例な示す正面−図お
よび側面図である。XYカットの音叉型水晶1′に取り
付けた電極2.3を第2図の水晶柱1を用いた圧・救援
動子Aと同様に電気的に接続して交流電圧を印加すれば
音叉型水晶1′は振動する。音叉型の圧電振動子Aはそ
の底面で支持体へ固定できるので、支持は簡単になる。
なお、この場合、水晶または剛体の板を圧力振動子への
端部に固定し・定形状とすれば、気体による摩擦力が太
き(なって圧力に対する感度を高めることができる。
第4図は水晶を用い定圧化振動子Aの共振周波数におけ
る交流インピーダンスの抵抗成分の圧力依存性を測定し
た結果の一例である。横軸は圧力を、縦軸は交流抵抗値
の変化分を示す。曲線aは第2図に示したような水晶の
角柱状屈曲振動子な用いて構成した圧力受容部Iによる
場合に対応する。XYカットの水晶柱の大きさは3mm
X4mmX 50 mm 、共振周波数はl0KH2で
あって、被測定気体は空気である。曲線すは、厚さ0.
5mm、幅1.5 mm 、高さ5 mm 、共振周波
数32.7 K Hzの音叉型の水晶振動子製用いて構
成した圧力受容部Iによる場合であり、被測定気体を空
気とした場合の交流抵抗値の気体圧力依存を示している
これらの測定例によって、屈曲振動をする圧電振動子A
の交流抵抗値の変化から圧電振動子への周囲の気体圧力
を知ることができることは明らかである。
この交流抵抗値の圧力変化は、気体とのF−擦によって
圧力振動子Aから失われるエネルギーの量に対応してい
る。交流抵抗値の変化分の値は気体の摩擦力に比例して
おり、圧力と共に増大することは気体分子運動論と流体
力学から理論的に説明できる。こ5した理論解析の結果
と第4図の曲線とは、良い一致な示す。
第5図はこの発明の圧力受容部■の他の実施例を示すも
ので、音叉型水晶1′の保訟のため円筒状の外周器7の
中に固定した圧力受容部Iの一例であって、8は絶縁物
の板体である。矢印9の方向から流れる気体に対しては
池の方向より高い・上刃が得らハる。音叉型水晶1′の
電極2,3は音叉型水晶1′の支持体7兼ねた電気端子
5,6に接続されており、これらの電気端子5,61固
定している絶縁物の板体8は外周器Tの一部l購成して
いる。第5図に一例な示したような外周器7の中に圧電
振動子Aを固定し定圧力受容部TYx複数個、その開口
の方向を変えて組み合せることによって、圧力の他に気
体の流れも測定できる。
また、角柱状と音叉状のように形が異なる2つの圧電振
動子A1あるいは大きさの異なる2つの圧電振動子へを
用いた2台の圧電振動子式の気体圧力計で同一の揚所の
圧力を測定1加ば、2つの圧電振動子への感度が気体の
種類によって異なることを利用して圧力だけでなく被測
定気体の成分の違いについても知ることかできる。
カットの異なる水晶振動子を用いた圧電振動子へを2個
以上併用した圧力受容部■を使用すわば、水晶振動子の
内部インピーダンスの温度変化に起因する圧力測定の誤
差を補正することができる。
第6図はこの発riAによる気体圧力計の電気回路の一
実施例の構成を示している。圧電振動子への共振周波数
に合せた発振回路Bからの交流電圧によって感圧子であ
る圧電振動子Aが振動する。この圧電振動子への両端に
印加されている電圧は交流電圧it c 、によって測
定さ4、圧電振動子へを流れる電流は交流電流計C*に
よって測定される。
これらの交流電圧計C3と交流T!L流計c2の出力は
演算処理回路りによって抵抗値に変換さt1圧力に対応
した量として表示される。
第7図は圧電振動子Aを発振回路の一部として構成した
圧電振動子式の気体圧力計用の発振回路BY示すもので
ある。この図で、Rは抵抗器、AMPは増幅器、C■は
可変コンデンサ、CFは固定コンデンサである。抵抗値
が既知の抵抗器Rの両端の電圧から電流がわかり、この
電流と圧電振動子への両端の電圧から交流抵抗値がまる
。この回路を使用丁れば電気回路の構成が単純忙なると
共に発振周波数の調整が不要になって使用法も簡単化さ
れる。
水晶のような圧電振動子Aを感圧子とするこの発明によ
る摩擦式の気体圧力計では、圧力振動子Aから気体に与
えられるエネルギーが極めて少すくて済み、被測定気体
に与える熱的影響は小さいので、従来の既存の真空計で
は測定が不可能であった−1()0℃以下の温度におい
ても圧力計測ができる。
以上詳i1:IIIに述べたように、この発明による気
体圧力J1は、屈曲振動を行う圧電振動子な備えた圧力
受容部と、圧′磨振動子の被測定圧力に対応する交流抵
抗値な計測する測定手段とで構成されているので、従来
のものに比較してより広い温度範囲と圧力領域で使用で
きるだけでなく、圧電振動子を含む圧力受容部も小型、
堅牢であって、化学的に活性な気体に対しても使用でき
、かつ安価に製造することができる。また、流速の測定
にも使用でき、さらに気体の種類によってレスポンスの
異なる圧力受容部を用いることにより気体の種類の測定
も行うことができ、かつ、温度係数の異j、cる圧電振
動子を用いることにより温度補正火打いつるなどの優れ
た利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成な示すブロック図、
第2図はこの発明に用いる圧電振動子の構成を示す斜視
図、第3図(a)、(b)は同じく他の圧電振動子の溝
成ン示す一部を断面としム:iE面図と側面図、第4図
は水晶を用いた圧電振動子の共振周波数における圧力に
対する交流抵抗値の変化分を示す図、第5図はこの発明
に用いる圧電振動子のさらに他の構成を示す正断面図、
第6図はこの発明に用いる電気回路の一例を示すブロッ
ク図、第7図はこの発明に用いる発振回邦の一例を示す
回路図である。 図中、■は圧力受容部、■は測定手段、Aは圧電振動子
、Bは発振回路、Cは測定回路、Dは演算処理回路、E
は表示部、1は水晶柱、2,3は電極、4は支持体、5
,6は電気端子、7は外周器、8は板体である。 第1図 第2図 第3図 1 よ 第4図 圧力(mbar) 第1頁の続き 0発 明 者 村 上 寛 茨城県新治郡桜村所内 [相]発明者 戸1)義継 茨で新治悲村所内 梅園1丁目1番4号 電子技術総合研究梅園1丁目1番
4号 電子技術総合研究手続補正書(方式) 昭和69 年 10月 81」 】1゜ 特許庁長官 志賀 学 殿 1事件の表示 昭和58年特許願第80644号 2発明の名称 気体圧力計 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞か関1丁目3番1号 114 工 業 技 術 院 長 等々 力 達4指定
代理人 δζ城県新治郡桜村梅園1丁目1番4号0035−1ニ
業技術院 電子技術総合研究所長 佐藤孝平 第3図 (0) 土 (b) 上 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 屈曲振動を行う圧電振動子を備えた圧力受容部と、前記
    圧電振動子の被測定圧力に対応する交流抵抗値l計測す
    る測定手段とからなることl特徴とする気体圧力計。
JP8064483A 1983-05-09 1983-05-09 気体圧力計 Pending JPS6057231A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8064483A JPS6057231A (ja) 1983-05-09 1983-05-09 気体圧力計

Applications Claiming Priority (1)

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JP8064483A JPS6057231A (ja) 1983-05-09 1983-05-09 気体圧力計

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JPS6057231A true JPS6057231A (ja) 1985-04-03

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ID=13724070

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JP8064483A Pending JPS6057231A (ja) 1983-05-09 1983-05-09 気体圧力計

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62218834A (ja) * 1986-03-20 1987-09-26 Seiko Instr & Electronics Ltd 気体圧力計
JP2014130016A (ja) * 2012-12-28 2014-07-10 Canon Anelva Corp 水晶摩擦真空計

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55149824A (en) * 1979-05-11 1980-11-21 Yokogawa Hokushin Electric Corp Vibration type pressure measuring apparatus
JPS5658632A (en) * 1979-10-18 1981-05-21 Seikosha Co Ltd Pressure detecting device

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