JPS62184325A - 水晶式気体圧力計 - Google Patents

水晶式気体圧力計

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JPS62184325A
JPS62184325A JP61025392A JP2539286A JPS62184325A JP S62184325 A JPS62184325 A JP S62184325A JP 61025392 A JP61025392 A JP 61025392A JP 2539286 A JP2539286 A JP 2539286A JP S62184325 A JPS62184325 A JP S62184325A
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JP
Japan
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gas pressure
temperature
crystal
pressure gauge
resonance
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Pending
Application number
JP61025392A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisao Hojo
久男 北條
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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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
    • G01L9/0001Transmitting 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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (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】 (産業上の利用分野) 本発明は水晶撮動子を利用して、その周囲の気体圧力を
δする気体圧力測定装置に関するものである。
(発明の概要) 本発明は水晶振動子の共振抵抗の圧力依存性を利用した
水晶式気体圧力計において、水晶振動fとして水晶の2
板より得られる音叉型のものでありかつY軸に対するカ
ット角が1°50′以上のものを用いることにより、特
に低圧測定域において周囲温度変化による測定誤差が生
じるのを防ごうとするものである。
(従来の技術) 大気圧から10−3トール(TOrr)迄の気体圧力を
1つのセンサでMvc的に測るための水晶式気体圧力計
が従来から知られていた。すなわち水晶撮動子の共振抵
抗が、その周囲気体の圧力に広い範囲で依存性を右する
ことが発見されて以来、この現象を利用して大気圧から
10−3トールまで1つのセンサで連続的に測定可能な
気体圧力計が開発された。例えば月刊誌[計装J、19
84年VOI。
27、NQ7F水晶撮動子を使った超小型真空センサの
開発]の項にiff示されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら水晶振動子の共振抵抗の圧力依存性を利用
する前述の従来構成による水晶式気体圧力計においては
、水晶振動子の共振抵抗が特に10 から10−2ト一
ル程度の低圧領域で温度によって大きく変化するため精
度の良い測定が困難になるという問題点があった。
第4図は従来の水晶振動子の抜振抵抗の温度特性を示し
ている。真空中ではその共振抵抗の温度による変化量は
大きく温度が高くなるにつれて共振抵抗は増加する。−
万人気中では、その共振抵抗の大部分は空気とのa!擦
低抵抗よって占められるので、温度を変えても共振抵抗
はあまり変化しない。その結果従来技術においでは気体
圧力が低くなるに従って温度による影響が顕著になり、
大ぎな測定誤差が生じるという問題点があった。
(問題点を解決するための手段) 本発明は従来技術の上記問題点に鑑みなされたものであ
る。本発明は水晶振動子をフェーズ・ロックド・ループ
回路(以下1” L 1回路という)で安定的に共振発
振させた状態で水晶振動子の共振抵抗が周囲気体圧力依
存性をイ■づることを利用【ノた水晶式気体圧力計にお
いて、水晶振動子として、水晶のZ板より得られる音叉
型のものでありかつY軸に対するカット角が1°50′
以上のものを用いるという構成手段とした。。
(作用) 水晶のZ板より得られる音叉型のものでY軸に対するカ
ット角が1950’ 以上の本品振1111J子は、そ
の温度−共振抵抗特性が放物線をなしており、しかもピ
ークが使用m麿である常温に近く放物線の開きもブロー
ドである。従って温度−共振抵抗特性は使用温度領域C
平坦に近く、囚l!ll温度変化にあまり影響されない
(実施例) 以下本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。
第2図は気体圧力と本発明にかかる水晶振動子の共振抵
抗値、共振電流値の関係を示す図である。
水晶振動子の共振抵抗は大気圧から10−3トールまで
気体圧力に対して感度を有している。この水晶振動子を
定電圧駆動すれば同図においてiで示すような共振電流
−気体圧力曲線が得られる。それは前記共振抵抗値と同
様に大気圧から10−3トールまで気体圧力に対する感
度を有する。従って測定の容易さの点から、共振抵抗値
を測るよりは共振電流又は共振電圧を測るhが良い。
第1図は本発明の対象である水晶式気体圧力計の回路ブ
ロック図である。大きくはP L 1回路部11と、表
示変換回路部12と表示部13とから構成される。前記
PLL回路部11は、電流又は電圧によって制御される
周波数可変発振器1.水晶振動子5の共振電流を電圧と
して増幅する増幅器2.前記増幅器2の出力信号と前記
周波数可変発振器1の出力信号との位相を比較しその位
相差に比例づる信号を出力16位相比較器3と、前記位
相比較器3のパルス状出力信号を直流電圧r直す低域ろ
波器4とからなる。前記低域ろ波i!A4の出力電圧は
前記周波数可変発振器1の発振周波数を制御する。圧カ
ヒンサCある前記水晶振動子5は、前記周波数可変発振
P!i1の出力端子と前記増幅2jI2の入力端子に接
続される。
PLL回路部11の動作原理は既に広く知られているの
でここでは省略するが、前記周波数可変発振器1の発振
周波数は、前記周波数可変光@鼎1の出力信号即ら前記
水晶振動子5の駆a電圧と、前記増幅器2の出力信号即
ち前記水晶振動子5を流れる′j@流との位相差が零に
なるように常に制御されている。即ち、・前記水晶振動
子5は常に、イれ自身の共振周波数5にて駆動されてい
ることであり、水晶式気体圧力計を実用化する土で重要
な意味をもつ。というのは水晶振動子の共振周波数自体
が周囲気体圧力によって変化するからである。
次に表示変換回路部11は、前記増幅器2の信号を更に
増幅する主増幅@6.前記主増幅器6の出力信号を直流
にする整流器7.前記整流器7の出り電圧の穫性を反転
するインバータ8.及び前記インバータ8の出力電圧に
バイアスをか(プるためのバッファ9とからなる。前記
バイアス量は可変抵抗89aによって任意に変えること
ができる。
表示i!!1113は気体圧力をデジタル的に又はアナ
ログ的に表示する部分で本例ではメータ10により構成
されていて、前記メータ10の撮れ角から気体圧力を読
み取るものである。
前記水晶撮動子の共振電流の圧力特性は第2図に示1よ
うに、周囲気体の圧力が低下するに従って共振電流が増
加するので、電圧として増幅しに1流になJ3シそのま
まメータ10を駆動すると圧力が低下するに従いメータ
10の振れ角が増加り、、常識に反する表示になる。そ
こで前記インバータ8によって前記直流電圧の極性を反
転し、更に前記バラフン79によってバイアス電圧を加
えることにより第3図に示ずようなメータ駆動電圧を得
ることができる。第3図の例では大気圧においCメータ
駆Ij71電圧が10Vになるように前記バイアス量が
調整されでいる。このようにして大気圧においてメータ
の針が完全に振れ低圧になるに従ってメータの振れ角が
減少する通常の圧力表示を得ることができる。
さて第5図は本発明に用いられる水晶振動子5の斜視図
である。水晶撮動子5は2本の腕部どそれらを共通に支
える脚部15よりなるγ1叉型振動rである。その表面
には1組の電+4!(Au/Cr2層構造)16が配置
されている。そして:tf極の両端にはPLL回路部1
1が接続されている。音叉の寸法とじ工は例えば腕の良
ざLloH,幅下3.25i*、厚みW130μのもの
が使われるがこれらの寸法に限られない。
重要なのは以下に述べるカット角である。りなわら第5
図においてZ軸は水晶結晶の頂点を通る軸であり光軸で
ある。X軸はz軸と垂直な面内にあり水晶の六角柱構造
頂点に向かって伸びている。
従ってX軸は3本有り互いに120°をなしている。Y
INlはZ軸と垂直な面内にありかつX軸と直交してい
る。
さて本発明に用いられる音叉型水晶撮動子のカット角(
すなわち結晶からの切り出し方位)は第5図に示すよう
である。すなわち音叉片は、X@を回転軸としてY軸を
反時計まわりに0だり回転して与えられるY′軸と、X
軸によって規定される平板(すなわちZ板)より切り出
されるのである。
第6図は音叉型水晶撮動子においてθをいくつか変え(
゛切り出したものの低圧状態における温度−共振抵抗特
性を示ず。縦軸の共振抵抗値はピーク値を100とした
ときの相対メモリである。さてθ=0°50′のときは
放物線のピーク値は15℃に存在し、放物線の開きも小
さい。従って使用範囲の常温(25℃)近辺では平坦な
特性を有しない。これに対し′COを増し、θ=1°5
0′及びθ=2°50’ にすると、ピーク値はいずれ
も30℃近辺に移動し使用範囲の常温に近くなる。
しかも放物線の開きが広くなり常温近辺での共振抵抗特
性がフラットになる。この点は0−1″50′の場合と
θ−2°50′の場合で差が無い。
従って0−1″50′以上のカッ1−角を右する音叉型
水晶撮動子を用いれば、低圧下で共振抵抗の温度依存性
が小ざい気体Jt力計が111られる。
(発明の効果) 本発明によれば水晶振動子の共振抵抗の周囲圧力依存性
を利用した気体圧力計において、カット角が1°50’
 以上の音叉型水晶振vJ7−を用いることにより、低
圧時共振抵抗の温度依存性が小さい気体圧力計を得るこ
とができ従って低圧の測定精度が向上するという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は水晶式気体圧力計の回路ブロック図、第2図は
気体圧ツノー水品搬動fJt振抵抗、共振電流特性図、
第3図はメータ駆i!lI電圧−気体圧力特性図、第4
図は従来の水晶撮動子の共振抵抗の温度特性図、第5図
は音叉型水晶振動子の斜視図及び第6図はカット角をパ
ラメータとりる8叉型水晶振動子の共振抵抗一温度特性
図である。 5・・・水晶振動子 11・・・PLI−回路部 12・・・表示変換回路部 13・・・表示部 水晶代λ体圧力計の回路10シフ図 第1図 気体圧カー水晶振動子ル振抵乳、共握電流特a図メータ
、馳#Jl/i −、圧、カフ寺々丈図第3図 従来の水晶撮動子の共振低坑の温濃1今秩図第5図 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも、周波数可変発振器、位相比較器、低域通過
    ろ波器及び増幅器よりなるフェーズ・ロックド・ループ
    回路部と、前記周波数可変発振器に接続された水晶振動
    子と、前記フェーズ・ロックド・ループ回路部に接続さ
    れた表示変換回路部と、前記表示変換回路部に接続され
    た表示部とを有し、前記水晶振動子の共振抵抗値又は共
    振電流値又は共振電圧値から前記水晶振動子の周囲気体
    の圧力を測定する水晶式気体圧力計において、前記水晶
    振動子はZ板より得られる音叉型水晶振動子でありかつ
    Y軸に対するカット角が+1°50′以上であることを
    特徴とする水晶式気体圧力計。
JP61025392A 1986-02-07 1986-02-07 水晶式気体圧力計 Pending JPS62184325A (ja)

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