JPS62184325A - 水晶式気体圧力計 - Google Patents
水晶式気体圧力計Info
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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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- 239000010453 quartz Substances 0.000 title abstract description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 48
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 2
- 241000283986 Lepus Species 0.000 description 1
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- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
゛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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61025392A JPS62184325A (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | 水晶式気体圧力計 |
EP87301000A EP0233054A3 (en) | 1986-02-07 | 1987-02-04 | Gas pressure gauge |
US07/012,355 US4741213A (en) | 1986-02-07 | 1987-02-09 | Quartz-type gas pressure gauge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61025392A JPS62184325A (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | 水晶式気体圧力計 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62184325A true JPS62184325A (ja) | 1987-08-12 |
Family
ID=12164612
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61025392A Pending JPS62184325A (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | 水晶式気体圧力計 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4741213A (ja) |
EP (1) | EP0233054A3 (ja) |
JP (1) | JPS62184325A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006250711A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Citizen Fine Tech Co Ltd | 圧力センサ |
RU2627544C2 (ru) * | 2015-09-30 | 2017-08-08 | Валерий Владимирович Коваленко | Пьезорезонансно-вязкостный вакуумметр |
RU175121U1 (ru) * | 2016-06-08 | 2017-11-21 | Юлия Александровна Солдатова | Первичный преобразователь пьезорезонансно-вязкостного вакуумметра |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01313728A (ja) * | 1988-06-13 | 1989-12-19 | Seiko Electronic Components Ltd | 水晶式真空計 |
FR2638519B1 (fr) * | 1988-11-02 | 1990-12-28 | Asulab Sa | Dispositif de mesure d'une grandeur physique |
DE58905634D1 (de) * | 1989-01-23 | 1993-10-21 | Balzers Hochvakuum | Gasdruck-Messgerät. |
CH687277A5 (de) * | 1989-01-23 | 1996-10-31 | Balzers Hochvakuum | Stimmgabelquarz-Manometer. |
CH687276A5 (de) * | 1989-01-23 | 1996-10-31 | Balzers Hochvakuum | Stimmgabelquarz-Manometer. |
JP2764754B2 (ja) * | 1989-12-20 | 1998-06-11 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 水晶発振子を用いた圧力検出器 |
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