JPS62294938A - 振動式トランスジユ−サ - Google Patents

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、振動体の共振周波数を検出して該振動体に接
触し℃いる流体の密度または圧力を測定する振動式トラ
ンスジューサ、特に広い使用温度範囲にわたって測定誤
差σ）小さいトランスジューサｆ）構成に関する。

〔従来技術とその問題点〕

上述のような撮動式トランスジューサについては、本発
明者等は、既に、振動板の少な（とも−面側ｖＣ該面に
対向する空洞と該空洞ＶＣ測定流体を導く筒体とを設け
、振動板を該振動板に接着した板状の圧電振動子で駆動
し℃曲げ振動させるもσ）を提案し工いる（％願昭６０
−２３９２２８号参照）。

このトランスジューサは、空洞および筒体ｒ）大きさと
振動板の弾性とを適宜設定することによつ１低密度流体
に対しても精度のよい測定が行える利点があるが、振動
板σ）、駆動をこび）振動板に接着した圧１！壬動子で
行っているｆ〕で、振動板と圧電蛋動子との各熱１彰脹
係数に差があると温度変動に伴りて振動板がそり返ると
いう現象が発生する。したがって上記のようなトランス
ジューサでは、振動板および圧電振動子の画然膨張係数
を一４０℃〜＋１２０℃というような広い温度範囲にわ
たって一致させることは困難であるから、広い温度範囲
で使用すると大きい測定誤差が発生するという問題があ
る。

〔発明の目的〕

本発明は、上述したような従来σ）トランスジューサに
おける問題を解消し℃、広い使用温度範囲にわたって測
定誤差の小さい振動式トランスジューサを提供すること
を目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、Ｓ動板のような基体をこれに接合した！ＥＩ
Ｉ！撮動子のような駆動体で駆動して曲げ振動を発生さ
せるようにした振動式トランスジューサにおいて、基体
には、曲げ振動の両方向側に共に駆動体が接合されるよ
うにするか、または曲げ振動の一方向側には駆動体が接
合されるが曲げ振動の他方向側には疑似駆動体が接合さ
れるようにし。

かつ駆動体および疑似駆動体は基体に対してすべ℃等し
い熱膨脹効果を及ぼすように構成したもので、このよう
にすることによって、基体と駆動体とｆ）間に熱膨張係
数の差があっても温度変動に伴って振動体がそり反るこ
とｆ】ないようにして、もって広い使用温度範囲にわた
って測定誤差の小さい振動式トランスジューサが得られ
るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
における要部の説明図である。両面において、ｌはその
底部１ａの内外面にそれぞれ圧電振動子２．３が接着固
定され開口端にはつば１ｂが設けられた有底円筒状の基
体である。基体ｌはコバールや４２Ｎｉ−Ｆｅ合金等の
低熱膨張係数を有する金属製σ）厚さ０１ｌＣ１ｌＩ１
１〕程度の薄板で形成されている。圧電振動子２は、Ｐ
ＺＴ系材料製の円板状圧電基板２ａと、基板２３の両面
のそれぞれに設けた第１電極２ｂおよび第２電極２Ｃと
で構成され、圧［撮動子３は、基板２ａと同じ材料で同
じ寸法に形成された円板状圧電基板３ａと。

基板３ａの−Ｉｆｉｖｃ設けた第１電極３ｂと、基板３
ａの他面に設けた第２および第３電極３Ｃｅ　３ｄとで
構成されている。そうして撮動子２．３は、いずれも第
１１！極２ｂ、３ｂが基体ｌに導電的に接続されるよう
にして、該基体に固定され、しかもこの場合基板２ａ＋
　３ａは電極２ｂｅ　３ｂ側が逆極性で分極されている
ように構成されている。

第２図に示したＰ矢印はこの分極の方向を示したもので
ある。４は基体１と圧電振動子２．３とからなる振動体
である。基体ｌと振動子２．３とはそれぞれ上記のよう
な材料で形成されているので。

これらの間り）熱膨張係数の差は非常に小さくなってい
る。

５は開口端側の内側にめねじ５ａが設けられ底部５ｂの
外面に筒体６の一端が固定された容器で。

底部５ｂには筒体６の内部に連通ずる貫通孔５Ｃが設け
られている。７は外側面におねじ７ａを設けた有底円筒
状ハウジングで、振動体４は、つばｌｂを容器５とハウ
ジング７とｆ】間に挟むようにしておねじ７ａをめねじ
５ａにねじ込むことによって、容器５とハウジング７と
で形成される内部空所内に固定されている。８は振動体
４と容器５とで形成された第１空所、９は振動体４とハ
ウジング７とで形成された第２空所、１０はハウジング
の底部７ｂに設けた貫通孔で、底部７ｂの内面には検出
回路１１を構成するプリント配線基板１２が接着固定さ
れている。空所８と９とは振動体４隔 によって流体密ＴＩＣ彎離されている。１３ａ−１３ｄ
は基体！、振動子３における電極３ｄおよび３Ｇ％撮動
子２における電極２Ｃの各々と検出回路１１とを接続す
るリード線、１４は検出回路１１から貫通孔１０を介し
て空所９外に引き出した。

回路１１と図示していない外部回路とを接続する導線で
ある。

次に検出回路１１について説明する。１５は電極２ｃ＊
　３Ｇを介して出力交流電圧１５ａを圧電基板２ａ＋３
ａＶｃ印加する増幅器、１６は圧電基板３ａに発生した
電圧を電極３ｄを介して検出して増幅器１５に正帰還す
る帰還回路である。第１図および第２図においては振動
体４が上述のように構成されており、かつ圧電基板２ａ
＋　３ａは電極２ｂｅ　２Ｃ間、電極３ｂ、３Ｃ間にそ
れぞれ交流電圧が印加されるといずれも半径方向に伸縮
するように構成されているので、圧電基板２ａ、３ａＶ
にσ）ような伸縮が生じると、基体１の底部１ａは該基
体の筒体軸の方向ｖｃ微振動る。すなわち摂動体４にお
いては、ＥＥ電基板２ａ、３ａの分極φ）極性とこのよ
うな圧電基板２ａ＃　３Ｈに同時に印加される電圧の極
性とが上述のようになっているので、基板２ａが半径方
向に伸びる時は基板３ａは半径方向に縮まり、基板２ａ
が縮まる時は基板３ａ＆″！、伸びることになって、基
体の底部１ａが上記り）ように振動するのである。さ工
このようにして基板３ａに伸１縮が生じると、今度は基
板３ａに伸縮に応じた交流電圧が発生する。そうしてこ
の電圧が電極３ｄを介して帰還回路１６に入力され、さ
らにこの回路び〕出力が増幅器１５に正帰遣されるｆ】
で、結局振動体４はこの振動体の固有振動数Ｆで共蛋す
る自励悪動を継続する。１７は振動数Ｆに等しい周波数
を有する出力交流電圧１５ａが入力され、この電圧１５
３に対して行う後述の信号処理をやり易くするインピー
ダンス変換回路で、１８は変換回路１７’７）出力信号
を波形整形して周波数Ｆのパルス列信号１８ａを出力す
る鼓形整形回路である。検出回路１１は、上述したｊ・
計速回路１６と増幅器１５と変換回路１７と波形整形回
路１８と、プリント配線基板１２とで構成されている。

第１図および第２図においては各部が上述ｆ〕ように構
成されているので、第１図の部分を測定流体１９内に配
置すると、空所８には筒体６を介して、また空所９には
貫通孔ｔｏ、ｔｏを介していずれも流体１９が流入する
。故にこｒ〕状態で振動体４を上述のようにして撮動さ
せると、振動体４は自身の質量および機械的ばね定数と
筒体６内における測定流体１９の質量とに応じた周波数
で共振する。したがって、波形整形回路Ｉ８から出力さ
れるパルス列信号１８の周波数を測定することによって
流体１９の密匿が測定できることになる。

流体１９が気体であればその圧力を測定することもでき
ろ。

上記の蛋動式トランスジューサでは、既に説明したよう
に、基体ｌの熱膨張係数と振動子２．３の熱膨張係数と
の差を非常に小さくする材料構成となっているが、実際
上告材料には物性のばらつきがあるので、広い温度範囲
にわたって前記直膨張係数Ｑ〕差を小さい値もしくは零
に維持することは不可能である。したがって振動体４を
振動子２゜３り）いずれかと基体ｌとからなる従来の構
成とした場合、トランスジューサの使用温度によっては
振動体４がそり反って大きい測定誤差が生じることにな
るが、第１図および第２図に示したトランスジューサで
は基体底部１ａの両面に寸法、材料の等しい振動子２．
３が接着されているグ〕で、振動体４ｖｃは広い使用温
度範囲にわたって上述のそり反りが生じることはない。

このため、このようなトランスジューサによれば広い使
用温度範囲にわたって測定誤差の小さい測定が行えるこ
とになる。この場合基体１と振動子２．３とび〕間ｆ〕
熱膨張係数差にもとづく熱歪みの差は、基体と振動子と
の間の接着剤によって吸収される。

なお上記トランスジューサでは、基体ｌと容器５とハウ
ジング７とσ】各熱歪みに差があると基体底部１ａが変
形して測定誤差が発生する恐れがあるが、容器５とハウ
ジング７とを同じ材料で形成し、かつこの材料の熱膨張
係数が基体１のそれに殆ど一致するように各材料を選定
し、かつ基体ｌの厚さを薄くしかも該基体の円筒部ＩＣ
の高さを高（することによってつば１ｂに生じた熱歪み
力が底部１ａに及ばないようにしているので、こｒ〕よ
うなトランスジューサには基体のつば１ｂに加えられる
熱歪み力によって測定誤差が発生することはない。

第３図は第１図および第２図に示したトランスジュサを
用いて行ったー実験結果σ）説明閃で、本図における特
性線Ａは測定流体１９ｆ〕温度を変化させた場合に現れ
るパルス列信号１８ａ　’７］周波数の変化率を示した
もＬ′ｆ）である。第３図には、比較のため、基体、底
部１ａの片面にのみ振動子２または３を接着した従来構
造のトランスジ二−サについて行った実験結果も特性線
Ｂとして示しである。

本図から、第１図のトランスジューサが広い使用温度範
囲にわたって測定誤差の小さいトランスジューサである
ことが明らかである。

上述したように、第１図においては基体底部ｌａを振動
子２と３とで変形させるようにした。故にこｆ）ような
トランスジューサでは底部ｌａに対する励振力が大きく
なるので振動子２．３ＶＣ印加する電圧を低くできる利
点もある。なお第１図では振動子２と３とを設けたが１
本発明においては、基体底部ｌａσ〕−面に振動子２ま
たは３を設け、底部１ａの他面に振動子２または３と同
じ寸法、材質＋７）疑似撮動子を接着して振動体を構成
するようにしてもよい。この疑似振動子は圧電性をもっ
ていない円板で、もちろん電極も設けられていないもの
である。振動体がこのように構成されると、撮動子２ま
たは３、疑似振動子のそれぞれの基体底部１ａＶｃ対す
る熱膨脹効果が等しくなるので、第１図ｆ′Ｊ場合と同
様に、広い使用温度範囲にわたりて測定誤差の小さいト
ランスジューサが得られることが明らかである。この場
合、撮動子２が基体１の駆動用に採用されたとすると、
この振動子には電極３ｄと同様な電圧検出電極が設けら
れることになるのはもちろんである。また上述において
は撮動子２．３および疑似振動子がすべて等しい材質、
寸法を有するものとしたが１本発明は。

このような態様に限定されるもｆ】ではな（、基体底部
１ａに対する熱膨脹効果が等しければ振動子２．３およ
び疑似撮動子をどのように構成し℃もよいものである。

なお本発明では、基体ｌを駆動する駆動体が圧電振動子
に限定されるもσ］ではなく、基体ｌは他の動作原理を
有する駆動体によって振動させられるようにしても差し
支えない。さらに本発明は、基体１の材質をＳＵＳとし
圧電振動子２．３０材質をＰＺＴ系セラミックとした場
合のような、基体の熱膨張係数と圧電振動子の熱膨張係
数との差がかなり大きい場合にも適用することができる
ものである。

〔発明の効果〕

上述したように１本発明においては、基体と駆動体とを
接合させて曲げ振動を発生させるようにした振動式トラ
ンスジューサにおいて、基体には、曲げ振動１１両方向
側に共に駆動体が接合されるようにするか、または曲げ
撮動の一方向側には駆動体が接合されるが曲げ振動の他
方向側には疑似駆動体が接合されるようにし、かつ駆動
体および疑似駆動体は基体に対してすべて等しい熱膨脹
効果を及ぼすようＶＣＳ成した。このため本発明におい
ては、基体と駆動体とＬ）’）間に熱膨張係数の差があ
つ℃も温度変動に伴って基体もしくは駆動体にそり反り
が生じることがなく、この結果広い使用温度範１１１Ｊ
Ｉｃわたって誤差σ〕小さい測定が行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例り）縦断面図、第２図は第１
Ｍにおける要部σ】説明図、第３図は実験結果説明図で
ある。 １・・・・・・基体、２．３・・・・・・圧電撮動子、
４・・・・・・振動−１１、−ｔａｕ　Ｑ−＋−〆。 葛　　１　　図 １　２　　図 【ら・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基体と前記基体に接合された駆動体とを備え前記駆
   動体により前記基体を曲げ振動をさせるようにした振動
   体の共振周波数にもとづき、前記振動体に接触する流体
   の密度または圧力を測定するものにおいて、前記基体に
   は前記曲げ振動の両方向側に共に前記駆動体が接合され
   るかまたは前記曲げ振動の両方向側に別々に前記駆動体
   と疑似駆動体とが接合されるかし、かつ前記駆動体およ
   び前記疑似駆動体は前記基体に対して等しい熱膨脹効果
   を及ぼす機能を有することを特徴とする振動式トランス
   ジューサ。 ２）特許請求の範囲第１項記載のトランスジューサにお
   いて、前記基体の両面に前記駆動体が接合される場合、
   前記駆動体として２つの圧電振動子を分極方向が互いに
   同一の向きになるように前記基体の両面に取り付けたこ
   とを特徴とする振動式トランスジューサ。