JPS63151826A - 振動式トランスジユ−サ - Google Patents
振動式トランスジユ−サInfo
- Publication number
- JPS63151826A JPS63151826A JP30027386A JP30027386A JPS63151826A JP S63151826 A JPS63151826 A JP S63151826A JP 30027386 A JP30027386 A JP 30027386A JP 30027386 A JP30027386 A JP 30027386A JP S63151826 A JPS63151826 A JP S63151826A
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- vibrator
- cavities
- pipes
- fluid
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- Pending
Links
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- 241001137251 Corvidae Species 0.000 abstract 1
- 235000015108 pies Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
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- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 1
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- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (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
本発明は、機械振動体を含む振動系の共振周波数を検出
して振動体に接触して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、特に管路内等の流れてい
る流体の密度または圧力を測定するに好適なトランスジ
ューサの構造に関する。
して振動体に接触して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、特に管路内等の流れてい
る流体の密度または圧力を測定するに好適なトランスジ
ューサの構造に関する。
このような振動式トランスジューサとして、本件出願人
は、既に、振動体と、この振動体の少なくとも一面側に
この面に対向するように設けられた空洞と、この空洞に
測定流体を導く筒体とを備え、この筒体内の流体の質量
すなわち密度を、この振動体と空洞および筒体内の流体
からなる機械−音響振動系の共振周波数の変化から測定
するトランスジューサを提案している。（例えば特願昭
６０−２３９２２８号参照）。 、
は、既に、振動体と、この振動体の少なくとも一面側に
この面に対向するように設けられた空洞と、この空洞に
測定流体を導く筒体とを備え、この筒体内の流体の質量
すなわち密度を、この振動体と空洞および筒体内の流体
からなる機械−音響振動系の共振周波数の変化から測定
するトランスジューサを提案している。（例えば特願昭
６０−２３９２２８号参照）。 、
しかしながら、この種の振動式トランスジューサにおい
ては、管路内等の流れている流体の密度を測定しようと
する場合、流れの偏りや管路内で発生した渦等の圧力乱
れによって振動体に広い周波数範囲の加振力が働き、こ
れによって発振周波数が不安定となり測定誤差が大きく
なるという問題があり、このためにこの種の装置では高
々数ｍ／ｓｅｃの流速が測定限界であり、これ以上の高
流速域では測定困難であった。 そこで、本発明は、上述のような従来の振動式トランス
ジューサにおける問題点を解消して、広い流速範囲に亘
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。
ては、管路内等の流れている流体の密度を測定しようと
する場合、流れの偏りや管路内で発生した渦等の圧力乱
れによって振動体に広い周波数範囲の加振力が働き、こ
れによって発振周波数が不安定となり測定誤差が大きく
なるという問題があり、このためにこの種の装置では高
々数ｍ／ｓｅｃの流速が測定限界であり、これ以上の高
流速域では測定困難であった。 そこで、本発明は、上述のような従来の振動式トランス
ジューサにおける問題点を解消して、広い流速範囲に亘
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。
このような目的を達成するために、本発明においては、
機械振動体の両側に、その振動体のそれぞれの面に対向
する空洞とそれぞれの空洞に測定流体を導く導管を兼ね
た音響管とを設け、これらの空洞と音響管のディメンジ
ョンをほぼ等しく設定するとともに、２つの音響管を集
合してその先端に第３の導管を接続し、この第３の導管
を流れている流体中に挿入する。
機械振動体の両側に、その振動体のそれぞれの面に対向
する空洞とそれぞれの空洞に測定流体を導く導管を兼ね
た音響管とを設け、これらの空洞と音響管のディメンジ
ョンをほぼ等しく設定するとともに、２つの音響管を集
合してその先端に第３の導管を接続し、この第３の導管
を流れている流体中に挿入する。
本発明によれば、上述の如く構成することによって、流
れの中に乱れによる圧力変動が振動体の両面に位相のず
れなく加わり、それ゛により振動体に加わる加振力が相
殺される。このようにして、ノイズが低減し、よって流
速範囲が拡大され、かつ測定誤差が小さくなる。
れの中に乱れによる圧力変動が振動体の両面に位相のず
れなく加わり、それ゛により振動体に加わる加振力が相
殺される。このようにして、ノイズが低減し、よって流
速範囲が拡大され、かつ測定誤差が小さくなる。
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例の外観図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ断面図、第３図は第２図の要部詳細図である。第
４図は第１図の展開図、第５図は第２図における振動系
の等価電気回路図、第６図は一例を示す流速−周波数ば
らつき特性図である。 図において、ｌはその両面に圧電振動子２．３が接合さ
れた円形状基体であり、半径方向に突出する突出部１ａ
を存している。この基体１は圧電振動子２，３とほぼ熱
膨張係数が等しい厚さ０．１１１Ｉｌ程度のコバールや
Ｎｉ −Ｆｅ合金等の金属製薄板で形成されている。第
３図に詳細に示すように、圧電振動子２はＰＺＴ系材料
製の円板状圧電基板２ａと、基板２ａの両面にそれぞれ
設けた第１電極２ｂおよび第２電極２Ｃとで構成されて
いる。 また、圧電振動子３は基板２ａと同じ材料により同じ寸
法に形成された円板状圧電基板３ａと、基板３ａの一面
に設けた第１電極３ｂと他の面に設けた第２電極３Ｃと
で構成されている。そうして圧電振動子２．３はいずれ
も第１電極２ｂ、３ｂが基体１に導電的に接続されるよ
うにしてこの基体に固定され、かつ、矢印Ｐ方向に分極
されている。４は基体ｌと圧電振動子２．３とから成る
振動子である。５は開口端側につば５ａを有する有底円
筒状の第１ハウジングで、その底部５ｂの一部に凹部５
Ｃを有し、この凹部５Ｃから直径方向に伸びた断面半月
状の溝５ｄが設けられている。 ６は第１ハウジング５とほぼ同形状の第２ハウジングで
あり第１ハウジング５と同様に開口端側にはつば６ａを
有し、底部６ｂの一部６Ｃから直径方向に伸びた溝６ｄ
が設けられる。振動子４の基体１もほぼこのハウジング
５．６の開口端側と同形状に形成されているが、ちょう
ど溝５ｄ、６ｄに重なる突出部１ａはこの溝５ｄ、６ｄ
の長手方向の一部を覆う長さとなっている。この基体の
周縁部が第１．第２ハウジング５．６のつば５ａ。 ５ｂによって挟み付けられ、図示されていないネジによ
って気密に固定されている。なお、第１゜第２ハウジン
グ５．６の材料は圧電振動子２，３と熱膨張率が等しい
材料から成る。 このように第１ハウジング５．振動子４．第２ハウジン
グ６を積層することによって、振動子４の一面と第１ハ
ウジング５の底部５ｂとの間、および振動子４の他面と
第２ハウジング６の底部６ｂとの間には、はぼ等しい容
積Ｖを有する円板状の空洞８９．９が形成される。同時
に、基体１の突出部１ａの両側には第１ハウジング５と
この突出部１ａとで囲まれた断面半円形の音響管１０と
、第２ハウジング６とその突出部１ａとで囲まれたほぼ
同形状の音響管１１とが形成され、この２つの音響管ｔ
ｏ、ｔｔはその先端が第１．第２ハウジング５゜６の溝
５ｄ、６ｄによって形成された導管１２に連通されてい
る。なお、１３はフィルタで、前記溝５ｄ、６ｄに設け
られた半円環状の溝５ｅ、５ｅに挟まれて支持されてい
る。また、１４ａ、１４ｂはそれぞれ圧電振動子２．３
の第２電極２ｃ、３ｃをそれぞれハウジング６．５に設
けた溝６ｆ、５ｆを解して外部に引き出したリード線で
、この溝６ｆ、５ｆは接着剤にてシールされている。１
５は電極２ｂ、２ｃを介して交流電圧を圧電振動子２に
印加する増幅器、１６は圧電振動子３に発生した電圧を
電極３ｃを介して増幅器１５に帰還する帰還回路である
。 以上のような構成において、振動子４、空洞８゜９と、
音響管１０．１１から成る機械−音ｖＷＲ動系を機械系
から見た等価電気回路で表わすと、第５図（Ａ）に示す
ようになる。ここでｍ、およびｃＩｌは振動子４の’Ｊ
ｔ’ｉ！およびコンプライアンス、ｍ、は音響管１０．
１１のイナータンス、Ｃ３は空洞８．９の音響容量を表
わす。ａは振動子４の平面積と音響管１０．１１の断面
積とで決まる係数である。この図において、空洞８，９
の音響容量を十分小さくして音響管１０．１１とで定ま
る音響系の共振周波数を十分高くすることにより、この
系は同図（Ｂ）で近似され、結局、この系の共振周波数
は、振動子４のコンプライアンスと、振動子４の質量及
び音響管１０及び１１のイナータンスで定まることにな
る。 すなわち、この共振周波数を検出すれば、流体の密度を
検出できる。 ところで、このようなトランスジューサを流れている流
体の中に置くと、導管１２の部分の圧力は流れの中の乱
れにより変動するが、この圧力変動はほぼ等しいディメ
ンジョンを持った音響管１０゜１１と空洞８．９とを介
して振動子４の表裏に伝わるので、位相差が殆どなく表
裏の圧力の不平衡に伴う変形から生じる発振周波数の変
化を防止でき、測定誤差を少なくして測定できる。また
、上述の説明から明らかなように、本発明は圧力が急激
に変化する場合も精度良く測定できる。更に又、音響管
１０．１１内の流体は逆位相の関係で振動するので、外
界への音響圧力の放射が少ない所謂閉じた系となってい
るので、周囲の障害物等の外界の音響インピーダンスの
影響を受けない。この為には、音響管１０．１１を集合
する導管１２に一定長さを持たせることが重要であり、
こうすることによってフィルタ１３の有無に影響しない
特性が得られる。 第６図はこのトランスジューサを口径６０φの管路中に
挿入して流速の影響を調べた実験データを示す。この実
験データによれば、５０ｍ／ｓｅｃ以上の高流速域まで
周波数のバラツキσは０．１ｚ以下と非常に小さく、平
均値は管路の圧力損失に追随しており、良好な特性を示
していることが解る。
Ａ−Ａ断面図、第３図は第２図の要部詳細図である。第
４図は第１図の展開図、第５図は第２図における振動系
の等価電気回路図、第６図は一例を示す流速−周波数ば
らつき特性図である。 図において、ｌはその両面に圧電振動子２．３が接合さ
れた円形状基体であり、半径方向に突出する突出部１ａ
を存している。この基体１は圧電振動子２，３とほぼ熱
膨張係数が等しい厚さ０．１１１Ｉｌ程度のコバールや
Ｎｉ −Ｆｅ合金等の金属製薄板で形成されている。第
３図に詳細に示すように、圧電振動子２はＰＺＴ系材料
製の円板状圧電基板２ａと、基板２ａの両面にそれぞれ
設けた第１電極２ｂおよび第２電極２Ｃとで構成されて
いる。 また、圧電振動子３は基板２ａと同じ材料により同じ寸
法に形成された円板状圧電基板３ａと、基板３ａの一面
に設けた第１電極３ｂと他の面に設けた第２電極３Ｃと
で構成されている。そうして圧電振動子２．３はいずれ
も第１電極２ｂ、３ｂが基体１に導電的に接続されるよ
うにしてこの基体に固定され、かつ、矢印Ｐ方向に分極
されている。４は基体ｌと圧電振動子２．３とから成る
振動子である。５は開口端側につば５ａを有する有底円
筒状の第１ハウジングで、その底部５ｂの一部に凹部５
Ｃを有し、この凹部５Ｃから直径方向に伸びた断面半月
状の溝５ｄが設けられている。 ６は第１ハウジング５とほぼ同形状の第２ハウジングで
あり第１ハウジング５と同様に開口端側にはつば６ａを
有し、底部６ｂの一部６Ｃから直径方向に伸びた溝６ｄ
が設けられる。振動子４の基体１もほぼこのハウジング
５．６の開口端側と同形状に形成されているが、ちょう
ど溝５ｄ、６ｄに重なる突出部１ａはこの溝５ｄ、６ｄ
の長手方向の一部を覆う長さとなっている。この基体の
周縁部が第１．第２ハウジング５．６のつば５ａ。 ５ｂによって挟み付けられ、図示されていないネジによ
って気密に固定されている。なお、第１゜第２ハウジン
グ５．６の材料は圧電振動子２，３と熱膨張率が等しい
材料から成る。 このように第１ハウジング５．振動子４．第２ハウジン
グ６を積層することによって、振動子４の一面と第１ハ
ウジング５の底部５ｂとの間、および振動子４の他面と
第２ハウジング６の底部６ｂとの間には、はぼ等しい容
積Ｖを有する円板状の空洞８９．９が形成される。同時
に、基体１の突出部１ａの両側には第１ハウジング５と
この突出部１ａとで囲まれた断面半円形の音響管１０と
、第２ハウジング６とその突出部１ａとで囲まれたほぼ
同形状の音響管１１とが形成され、この２つの音響管ｔ
ｏ、ｔｔはその先端が第１．第２ハウジング５゜６の溝
５ｄ、６ｄによって形成された導管１２に連通されてい
る。なお、１３はフィルタで、前記溝５ｄ、６ｄに設け
られた半円環状の溝５ｅ、５ｅに挟まれて支持されてい
る。また、１４ａ、１４ｂはそれぞれ圧電振動子２．３
の第２電極２ｃ、３ｃをそれぞれハウジング６．５に設
けた溝６ｆ、５ｆを解して外部に引き出したリード線で
、この溝６ｆ、５ｆは接着剤にてシールされている。１
５は電極２ｂ、２ｃを介して交流電圧を圧電振動子２に
印加する増幅器、１６は圧電振動子３に発生した電圧を
電極３ｃを介して増幅器１５に帰還する帰還回路である
。 以上のような構成において、振動子４、空洞８゜９と、
音響管１０．１１から成る機械−音ｖＷＲ動系を機械系
から見た等価電気回路で表わすと、第５図（Ａ）に示す
ようになる。ここでｍ、およびｃＩｌは振動子４の’Ｊ
ｔ’ｉ！およびコンプライアンス、ｍ、は音響管１０．
１１のイナータンス、Ｃ３は空洞８．９の音響容量を表
わす。ａは振動子４の平面積と音響管１０．１１の断面
積とで決まる係数である。この図において、空洞８，９
の音響容量を十分小さくして音響管１０．１１とで定ま
る音響系の共振周波数を十分高くすることにより、この
系は同図（Ｂ）で近似され、結局、この系の共振周波数
は、振動子４のコンプライアンスと、振動子４の質量及
び音響管１０及び１１のイナータンスで定まることにな
る。 すなわち、この共振周波数を検出すれば、流体の密度を
検出できる。 ところで、このようなトランスジューサを流れている流
体の中に置くと、導管１２の部分の圧力は流れの中の乱
れにより変動するが、この圧力変動はほぼ等しいディメ
ンジョンを持った音響管１０゜１１と空洞８．９とを介
して振動子４の表裏に伝わるので、位相差が殆どなく表
裏の圧力の不平衡に伴う変形から生じる発振周波数の変
化を防止でき、測定誤差を少なくして測定できる。また
、上述の説明から明らかなように、本発明は圧力が急激
に変化する場合も精度良く測定できる。更に又、音響管
１０．１１内の流体は逆位相の関係で振動するので、外
界への音響圧力の放射が少ない所謂閉じた系となってい
るので、周囲の障害物等の外界の音響インピーダンスの
影響を受けない。この為には、音響管１０．１１を集合
する導管１２に一定長さを持たせることが重要であり、
こうすることによってフィルタ１３の有無に影響しない
特性が得られる。 第６図はこのトランスジューサを口径６０φの管路中に
挿入して流速の影響を調べた実験データを示す。この実
験データによれば、５０ｍ／ｓｅｃ以上の高流速域まで
周波数のバラツキσは０．１ｚ以下と非常に小さく、平
均値は管路の圧力損失に追随しており、良好な特性を示
していることが解る。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、振動体の両側に
ほぼディメンジョンの等しい空洞と音響管とを設け、こ
の２つの独立した音響管を集合しその先端を第３の導管
に接続するように構成したので、管路内等の流れている
流体や急激な圧力変化がある条件下でも振動板の表裏に
位相差無く圧力の乱れが伝わり、振動板表裏の圧力差に
伴う周波数変化を無くして精度良く密度を測定できかつ
応答速度が速くなるという効果が得られる。 また、２つの音響管内の流体は互いに逆位相で振動する
ので、外界への音響出力の放射が少なくなり、従って外
界の音響インピーダンス変化の音響を受けない効果もあ
る。
ほぼディメンジョンの等しい空洞と音響管とを設け、こ
の２つの独立した音響管を集合しその先端を第３の導管
に接続するように構成したので、管路内等の流れている
流体や急激な圧力変化がある条件下でも振動板の表裏に
位相差無く圧力の乱れが伝わり、振動板表裏の圧力差に
伴う周波数変化を無くして精度良く密度を測定できかつ
応答速度が速くなるという効果が得られる。 また、２つの音響管内の流体は互いに逆位相で振動する
ので、外界への音響出力の放射が少なくなり、従って外
界の音響インピーダンス変化の音響を受けない効果もあ
る。
第１図は本発明の一実施例の外観図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ断面図、第３図は第２図の要部詳細図、第４図は
第１図の展開図、第５図は第２図における振動系の等価
電気回路図、第６図は一例を示す流速−周波数ばらつき
特性図である。 １−・基体、２，３− 圧電振動子、４−・振動子、
５．６ ・・−・ハウジング、８． ９ − 空洞、
１０、１１・・−・音響管、１２−・・−導管。 第 １ 招 茶 ２ 罰 Ｄ 晃４０
Ａ−Ａ断面図、第３図は第２図の要部詳細図、第４図は
第１図の展開図、第５図は第２図における振動系の等価
電気回路図、第６図は一例を示す流速−周波数ばらつき
特性図である。 １−・基体、２，３− 圧電振動子、４−・振動子、
５．６ ・・−・ハウジング、８． ９ − 空洞、
１０、１１・・−・音響管、１２−・・−導管。 第 １ 招 茶 ２ 罰 Ｄ 晃４０
Claims (1)
- 機械振動体の共振周波数の変化より前記振動体に接触し
ている流体の密度または圧力を測定する振動式トランス
ジューサにおいて、板状振動体の両側に、その振動体の
それぞれの面に対向して形成した空洞とこの空洞にそれ
ぞれ前記流体を導く音響管とから成る音響振動系を設け
、この２つの音響管を集合して１つの導管に連通させた
ことを特徴とする振動式トランスジューサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30027386A JPS63151826A (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 振動式トランスジユ−サ |
| GB878727811A GB8727811D0 (en) | 1986-12-17 | 1987-11-27 | Vibration-type transducer |
| GB8728116A GB2200450B (en) | 1986-12-17 | 1987-12-01 | Apparatus for detecting resonant frequency of a vibratory mem ber |
| DE19873741558 DE3741558A1 (de) | 1986-12-17 | 1987-12-08 | Vorrichtung zur erfassung der resonanzfrequenz eines mit einem fluid in beruehrung stehenden schwingenden organs |
| US07/326,431 US4991153A (en) | 1986-12-17 | 1989-03-20 | Vibration type transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30027386A JPS63151826A (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 振動式トランスジユ−サ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63151826A true JPS63151826A (ja) | 1988-06-24 |
Family
ID=17882805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30027386A Pending JPS63151826A (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 振動式トランスジユ−サ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63151826A (ja) |
| GB (1) | GB8727811D0 (ja) |
-
1986
- 1986-12-17 JP JP30027386A patent/JPS63151826A/ja active Pending
-
1987
- 1987-11-27 GB GB878727811A patent/GB8727811D0/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8727811D0 (en) | 1987-12-31 |
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