JPS63502218A - 音叉式温度センサ用の取付・絶縁装置 - 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】 音叉式温度センサ用の取付・絶縁装置 １Ｌ１ 温度を測定するための装置に関し、特に、重要な周波数範囲が不連続とならない ように音叉を取り付けるための装置に関するものである。　、 光ｍぶ− 適当な駆動回路に接続された音叉は、音叉の温度に応じて変化する周波数で共鳴 することが知られている。従って、音叉と駆動回路から成る発信器は、音叉が置 かれている環境の温度を測定するために使用できる。成る公知の音叉式温度セン サにおいて、音叉の基部は支持構造体に固定されており、音叉の脚部はその長軸 の回りでねじり振動または曲げ振動を行う、音叉の温度が変化すると、振動の周 波数も所定の動作範囲内で変化する。この作用は、温度には無感応となるように 且つ単一の周波数で作動するように特に設計された音叉周波数基準とは異なって いる。

音叉発信器を基礎とするセンサは、非常に正確に温度を測定することができるが 、このようなセンサには、今日までその有用性を制限してきた多くの問題点を有 している。特に、音叉式温度センサは、屡々、所定の動作範囲内において、特定 の温度または周波数で実質的に予測できない重大な非線形状態および不連続状態 を呈することがある。このような非線形状態および不連続状態は、一般的には、 アクティビティ・ディップ（ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｄｉｐｓ）と呼ばれている。従 来、アクティビティ、ディップの原因は推論的な部分が残っており、それらを除 去するための効果的な技術はなかった。この結果として、温度センサに用いられ る各音叉は、アクティビティ・ディップが所定の動作範囲内で生ずるか否かを定 めるために、個々に検査されなければならなかった。このようなアクティビティ ・ディップが生じたならば、その音叉は廃棄された。このような適確性審査行為 は非常に手間と費用がかかり、この行為を行う必要性が音叉式温度センナの適用 を相当に妨げていた。この問題は、単一の周波数だけで作動する周波数基準音叉 発信器においては生じない。

先１列」」 本発明は、音叉発信器における予測できない非線形作用の多くが、音叉の取付方 の変化、即ち、音叉の基部の支持構造体に対する取付方の変化によるものである 、という発見に基づいている。従来の取付技術においては、音叉の基部は２つの 異なる機能を果たす、即ち、基部は、脚部を連結して共鳴構造部分を形成し、ま た、音叉を取り付けるための取付点としても機能する。従って、基部の機械的振 動特性は基部の支持構造体に接した部分の寸法および形状に左右される。音叉の 基部と支持構造体との間の取付けの正確な特性を制御することは困難である°の で基部の共鳴周波数は予測できず、多くの場合、音叉発信器の所定動作範囲内で 発生する。基部の共鳴周波数が動作範囲内にある場合、脚部の振動周波数が基部 の共鳴周波数に近付くとエネルギが基部に効果的に伝えられ、これによって、不 測の作用が発生し、基部の共鳴周波数に近い周波数でのセンサの有用性を無効に する。

本発明は、音叉と、この音叉が取り付けられる支持構造体との間に取付・絶縁装 置を介設することによって、上記問題点を解決する。この取付・絶縁装置は２つ の基本的特徴を有している。即ち、この装置はあらゆる方向の動きに対して音叉 を支持し、また、選択されたカットオフ周波数以上の振動周波数を減衰する。尚 、このカットオフ周波数は、音叉式温度センサの動作範囲内の最も低い周波数よ りも低くなるように調整されている。この配列の結果として、取付・絶縁装置が 音叉の動作範囲内の周波数にて振動エネルギを効果的に伝達しないので、音叉か ら支持構造体へのエネルギ伝達は減じられる。同様に、支持構造体で生じた高周 波振動も音叉に伝えられない、取付・絶縁装置は低周波振動、例えば支持構造体 の大規模な移動や回転運動、および低範囲の音響振動等なく、従って、温度セン サの性能には影響を及ぼさな〜）。

機械的ローパス・フィルタのカットオフ周波数は、不減衰振動絶縁装置にとり、 エネルギ伝導、即ち伝達率は次式で与えられる、という事実を考慮して選ばれる と良い。

ここで、ｆＲは音叉発信器の共鳴周波数であり、ｆＩは振動絶縁体の共鳴周波数 である。このように、音叉発信器の周波数が基部の共鳴周波数と等しいならば、 非常に多量のエネルギが伝えられる。しかしながら、絶縁装置の周波数が音叉の 周波数の１０分の１であったならば、その場合には、１％だけのエネルギが伝え られるであろう。

本発明の取付・絶縁装置は、音叉をその基部にて支持する・これ番よ・振動ビー ム力ｎ速度言↑（こ用ν）られるような振動ビームのための従来の取付装置と対 比されるものである。このような加速度計の振動ビームは、ソノｓ端ｃたわみヒ ンジにより取り付けられるのが一般的であり・各たわみヒンジは、一方向の横運 動は許容するが、他の横方向には固定するようになっている０本発明の取付装置 は、音叉の一端（即ち、基部）にての取付はに限定され。

従って、全ての横方向に対して音叉を剛に支持しなＩすればならない。

・　の　゛　ｆ　；　日 第１図は水晶振動子発信器を基礎とした温度センサのブロック図； 第２図は本発明に従った音叉および関連の取付装置の平面図； 第３図は音叉および第２の実施例による取付装置の平面図； 第４図は音叉および第３の実施例による取付装置の平面図； 第５図は音叉および第４の実施例による取付装置の平面図である。

図　の＝細−−日 本発明の取付装置は、金属、水晶のような圧電材料、或は他の適当な弾性材料か ら成る音叉のために用いられる。音叉は、選ばれた特定の音叉材料に適している 手段によって、ねじり振動または曲げ振動が起こされる。説明を簡単にするため に、本発明は、音叉の表面に付着された電極を介して駆動される水晶の音叉につ いて説明される。第１図はこのような音叉を基礎とした温度センサのブロック図 を示している。このセンサは、駆動回路１４と水晶の音叉２０を有する発信器１ ２を具備している。音叉２０は、その表面に配置された電極１６．１８によって 駆動回路１４に接続されている。音叉２０に電極１６．１８を取り付けるための 色々な技術は公知であり、図示されていない。

発信器１２は、音叉２０の温度に対応する周波数を有する出力信号をライン２４ に発する０周波数計測回路２２はライン２４の信号周波数を計測し、音叉の公知 の特性に従って周波数を温度に変換する。

第２図は音叉２０と関連される取付・絶縁装置の好適を実施例を示している。音 叉は基部４４により結合された脚部４０．４２から成っている。基部４４の大き さは、該基部が振動している脚部４０．４２の周波数の近くで振動的共鳴しない ように選ばれている。音叉２０のための取付・絶縁装置３２は、取付バッド３４ とビーム（ｂｅａｍ）３６とから成っている。取付パッド、ビームおよび音叉は 水晶のような材料の単一片から一体的に形成されるのが好適である。ビーム３６ は基部４４の脚部４０．４２とは反対の側がら延びている。

ビーム３６の他端は取付パッド３４と連続している。電極１６．１８（第２図に は示されていない、）は脚部４０．４２の表面に取り付けられており、各電極は 、音叉２０からビーム３６を介して取付パッド３４に延びる部分を有している。

電極の取付バッド３４上に延ばされた部分は、駆動回路１４に適当な手段によっ て接続されている０組み合わされた音叉と取付・絶縁装置は、音叉２０がビーム ３６だけで支持されるように、取付パッド３４のみで支持構造体に取り付けられ る。

この結果として、音叉２０の振動は取付パッドと支持構造体との間の継手の細部 から本質的に独立している。

取付パッド３４の大きさは本質的には任意であり、取付パッドが取り付けられる 支持構造体の寸法および性質に従って選ばれると良い、音叉２０の大きさは、感 度、線形性、振動の！ｌｉ！様、動作温度範囲、および音叉の材料等の一般的な 考慮事項に基づいて選ばれる。音叉の大きさが特定されると、ビーム３６の大き さは次の２つの基準に基づいて定められる。即ち、第１に、ビームは、その所定 の用途において温度センサが受けるであろうと予期される全ての振動や加速力に 抗して音叉を支持するのに十分なほど剛でなければならない、第２に、ビームは 、取付パッド３４と音叉２０との間における振動に対する機械的なローパス・フ ィルタとして機能するように寸法状めされなければならない、８！械的ローパス ・フィルタのカットオフ周波数は、音叉発信器の動作範囲の下限よりも低くなる ように選択される。特に、ビーム３６は、前記の式（１）により与えられるよう な伝達率が、動作範囲の最も低い周波数において、取付パッドから音叉を効果的 に絶縁するのに十分に小さくなるよう設計されている。ビーム３６における振動 の伝達特性の決定は、有限要素分析法のような従来公知の構造分析技術によって 行われると良い。

勿論、特定の温度センサのために選ばれた特定の大きさは、温度センサの動作範 囲、および、この温度センサが用いられる装置と環境に依存する。

第３〜５図は本発明に従った音叉を取り付けるための別の手段を示している。第 ３図において、音叉５０はビーム５４を介して取付パッド５２に連結されている 。ビーム５４は、第２図のビーム３６の矩形の縁部の代わりに円形の縁部５６を 有している点を除き、ビーム３６と同じであり、即ち、ビーム５４は首部が細く されたたわみヒンジから構成されている。第４図においては、音叉６０はビーム ６４．６６例は、第２．３図の単一ビームの実施例よりも回転方向の安定性が良 く、従って、ビームの幅がビームの長さよりも相当に小さい音叉式温度センサに おいて好適である。

第５図は、ビーム７４、フロおよび支持構造７８を介して取付パッド７２に連結 された音叉７０を示している。支持構造７８は第３図の縁部５６と類似した内方 に湾曲された縁部８０を有している。

好適な実施例について図示し説明してきたが、当業者にとり明らかな変形可能な 部分があることは理解されるべきである。従って、本発明は図示および説明され た特定の実施例に限られず、本発明の真の範囲および精神は請求の範囲を参照し て決定されるべきである。

補正書の翻訳文提出書く特許法第１８４条の７第１項）請求の範囲（補正） 昭和６２年　８月２６日 ＰＣＴ／ＵＳ　８６１０２７６５ ２、発明の名称 音叉式温度センサ用の取付・絶縁装置 ３、特許出願人 名　称　サンドストランド・データ・コントロール・インコーホレーテッド ４、代理人 住　所　〒１００　東京都千代田区丸の内二丁目４番１号丸の内ビルディング４ 階 ５、補正書の提出年月日 １、温度に応じて変化する振動周波数を有する音叉を具備している音叉式温度セ ンサのための取付・絶縁装置であって、外部の支持体に剛に連結されるように形 作られた面を有している取付部材と、それ自体のみで前記音叉を支持するように 前記音叉を前記取付部材に連結する支持構造とから成り、前記支持構造が、前記 音叉の周波数の動作範囲よりも低い振動周波数だけを伝えるようになっている機 械的ローパス・フィルタを構成している取付・絶縁装置。

２、支持構造は単一のビームから成る請求の範囲第１項３、支持構造は、１対の 背中合わせとなった円弧状の溝によって形成された可変幅のビームから成る請求 の範囲第１項記載の取付・絶縁装置。

４、支持構造は互いに離隔された２つのビームから成る請求の範囲第１項記載の 取付・絶縁装置。

５、音叉、取付部材および支持構造は水晶の単一ウエーファから作られている請 求の範囲第１項記載の取付・絶縁装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．温度に応じて変化する振動周波数を有している音叉式温度センサのための取 付・絶縁装置であって、支持構造体に剛に連結されるように形作られた面を有し ている（剛結合用の）取付部材と、それ自体のみで前記音叉を支持するように該 音叉を前記取付部材に連結する支持部材とから成り、前記支持部材が、前記音叉 の周波数の動作範囲よりも低い振動周波数だけを伝えるようになっている機械的 ローパス・フィルタを構成している取付・絶縁装置。
2. ２．支持部材は単一のビームから成る請求の範囲第１項記載の取付・絶縁装置。
3. ３．支持部材は、１対の背中合わせとなった円弧状の溝によって形成された可変 幅のビーム（首部が細められたたわみヒンジ）から成る請求の範囲第１項記載の 取付・絶縁装置。
4. ４．支持部材は互いに離隔された２つのビームから成る請求の範囲第１項記載の 取付・絶縁装置。
5. ５．音叉、取付部材および支持部材は水晶の単一ウェーファから作られている請 求の範囲第１項記載の取付・絶縁装置。
6. ６．音叉はねじり態様の振動用となっている請求の範囲第１項記載の取付・絶縁 装置。
7. ７．音叉は曲げ態様の振動用となっている請求の範囲第１項記載の取付・絶縁装 置。