KR100189223B1 - 음차형 수정진동자를 사용한 압력의 측정방법 - Google Patents

Abstract

음차형 수정진동자를 사용한 압력의 측정방법이다.

음차형 진동자의 공진주파수(f)로부터 온도(T)를 구하고, 온도(T)에 있어서의 고유공진저항 Ζ_T=Zc +△Ζ_T를 구한다.

Zc는 일정온도(예컨대 20℃)에 있어서의 공진저항(Zo)의 값, △Ζ_T는 온도(T)에 있어서의 Ζ_T와Ζc와의 차이다.

구해진 Ζ_T와 공진저항(Z)의 차이 (△Ζ)로부터 기체의 입력이 구해진다.

Description

음차형 수정진동자를 사용한 압력의 측정방법

제1도는 본 발명의 실시예에서 사용한 진동자의 온도에 대한 공진 주파수변화 및 고유공진저항변화의 특성을 나타내는 그래프,

제2도는 상기와 같이 진동자의 압력에 대한 차이의 특성을 나타내는 그래프,

제3도는 본발명 실시예의 측정회로의 블록도,

제4도는 본발명의 실시예의 연산회로의 회로도,

제5도는 본발명의 다른 실시예의 측정회로의 블록도,

제6도는 종래 진동자의 온도를 제어하도록한 장치의 정면도.

본 발명은 음차형 수정진동자를 사용한 압력의 측정방법 관한 것이다.

종래 음차형 수정진동자(이하 단순히「진동자」라 한다)를 사용하여 압력(주로 진공압력)을 측정하는 방법이 알려져 있다(예컨대 일본 실공소 64-38547호).

이것은 진동장의 공진저항이 분자류영역에서는 압력에 비례하여 증가하고 점성류영역에서는 압력의½승에 비례하여 증가한다고 하는 진동자가 지니는 우수한 특성을 이용한 것으로 대기압으로부터 10^-2∼10^-3Torr 대 까지의 넓은 범위의 압력측정이 가능하므로, 유력한 압력측정수단으로써 인정되고 있다.

이 진동자를 사용한 압력의 측정방법에서는 진동자를 압력이 측정되어야할 기체공간내에 qo치하고, 발진회로를 통하여 진동시켜 그때의 공진저항(Z)과 진동자의 고유 공진저항(Zo)(고진동에 있어서의 값)의 차이 △Z(=Z - Zo)로부터 기체의 압력을 측정하도록 하고 있다.

상기와 같은 진동자를 사용한 압력측정방법에 있어서는 일반적으로 측정중의 진동자의 온도는 일정하지 않으므로 낮은 압력측에서 측정오차가 커져, 정확한 압력측정을 할수 없다는 문제점이 있었다.

상기 고유공진저항(Zo)은 넓은 온도영역(-20∼ +60℃)에 있어서 수ＫΩ밖에 변화하지 않는 안정된 것이나, 상기 차이 (△Z)는 10^-1∼10^-2Torr 의 영역에서는 수 KΩ정도, 10^-2∼10^-3Torr의 영역에서는 수 10Ω 정도로 압력이 낮게됨에 따라 차이(△Z)가 작아지고, 진동자의 온도에 비해 변화하는 고유공진저항(Zo)의 변화가 무시할수 없는 것이었다.

그리고 이것이 진동자를 사용한 경우의 측정한계로 되어 있었다.

진동자의 고유공진저항(Zo)이 변화하는 것을 방지하는 목적으로 제6도에 도시한 바와같이 진동자(41)를 알루미늄블록(42)내에 매입하고, 또한 이 알루미늄블록(42)내에 히터(43) 및 온도센서(44)도 매입하여 진동자(41)를 일정온도에 유지할수 있도록한 측정자가 제안되어 있다.

그러나 이와같은 측정자로서는 알루미늄블록(42)이 가지는 열용량으로 진동자(41)를 소정의 온도로 제어하기 까지에 시간을 요하고, 측정상의 반응이 늦은 문제점이나 히터(43) 및 온도센서(44)를 통하여 온도제어회로를 구비하지 않으면 안되므로, 측정회로가 복잡 또한 고가로 되는 문제점이 있었다.

본발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로 진동자에 대하여 특별한 수단을 부가함이 없이 정확한 압력을 측정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하는 본발명의 진동자를 사용한 압력의측정방법은 진동자의 고유공진저항(Zo)으로 측정한 공진저항(Z)의 차이(△Z) 로부터 기체의 압력을 측정하는 방법에 있어서, 상기 고유공진저항(Zo)은 진동자의 공진주파수(F)를 측정하고, 이 공진주파수(f)로부터 진동자의 온도(T)를 구하고 구한 온도(T)에 있어서 고유공진저항(Z_T)을 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기에 있어서 공진저항(Z)의 측정은 진동자를 정전압교류로 구동하고, 이때의 공진전류를 연산하여 구하는 것이 일반적이다.

또 온도(T)에 있어서의 고유공진저항(Z_T)은, 일정온도(예컨대 20℃)에 있어서 공진저항(Zo)의 값(Zc)에 상당하는 전압을 기준전압으로 설정하고, 공진주파수(f)로부터 온도(T)에 있어서의 Zo와 Zc와의 차이(△Z_T)에 상당하는 전압을 얻고, 연산증폭기에 의해 연산하도록하여 실질적으로 온도(T)를 구하고, 구한 온도(T)에 있어서의 고유 공진저항(Z_T)을 구한 것으로 하는 것이 일반적이다.

또한 여기서 Zo, Zc, Z_T등은 다음과 같은 의미로 사용하고 있다.

즉 Zo는 진동자의 고유공진저항 및 그 값이다.

이 값은 온도변화에 따라 변화한다.

Zc는 일정온도 (예컨대 20℃)에 있어서의 공진저항(Zo)으 값이다.

또 Z_T는 임의의 온도(T)에 있어서의 공진저항(Zo)의 값이며, Zc + △Ζ_T에서 구해지는 것이다.

△Ζ_T는 임의의 온도(T)에 있어서 Z_T와 Zc와의 차이다.

본 발명의 압력 측정방법에 의하면 측정중의 진동자의 온도가 변화하여도 진동자의 실제 고유공진저항(Ζ_T)과, 압력에 대응하는 공진저항(Z)으로부터 차이(△Ζ)를 구하므로, 항상 정확한 압력을 특정하여 오차를 없앨 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 설명한다.

진동자로서는 제1도에 도시한 바와같이 온도(T)와 공진주파수(f)사이에서 직선(Q)과 같은 특성을 가지며, 또 오도(T)와 고유공진저항(Ζ_T)사이에서 곡선(b)과 같은 특성을 가진 것을 사용하였다.

그러나 기체(공기)의 압력(P)과, 공진저항의 차이 △Z (= Z -Z_T) 와의 사이에는 제2도와 같은 특성을 가지는 진동자였다.

이와같은 진동자(1)을 사용하여 제3도에 도시한 바와같은 측정회로를 구성하였다. 도면중 2는 전류전압변환기, 3은 전파정류기, 4는 1/10 감쇄기, 5는 비교기, 6은 전압제어감쇄기, 7은 전파정류기, 8은 연산회로, 9는 주파수 카운터, 10은 D/A 콘버터, 11은 미터(meter)이다.

상기 전파전류기(3),1/10감쇄기(4), 비교기(5) 및 전압제어감쇄기(6)는 정전압교류전원을 구성하고 있고, 이 정전압교류전원과 진동자(1)로 자려식 발진회로를 구성한 것이다.

측정회로를 이와같이 구성함으로써 전류전압변환기(2) 및 전파정류기(7)를 통하여 연산회로(8)의 한쪽의 입력에 대해서는 발진회로에 있어서의 공진전류에 대응하는 신호가 부여된다.

공진전류에 대응하는 신호는 공진저항(Ζ)에 대응하는 신호이므로 연산회로(8)의 한쪽의 입력에는 실질적으로 공진저항(Z)에 관한 신호 1/Z가 부여 되게 된다. 연산회로(8)의 다른쪽의 입력에는 주파수 카운터(9)와 D/A 콘버터(10)에 의해 △Ζ_T에 관한 신호가 부여된다.

연산회로(8)는 제4도에 도시한 바와같이 구성되어 있다.

도면중 OP₁∼OP₃은 연상증폭기, 15는 분배회로이다.

주파수카운터(9)와 D/A 콘버터(10)에서는 공진주파수(f)로부터 제1도의 특성에 따라 진동자(1)의 온도에 대하여 보정해야할 저항치(△Ζ_T)를 구할수 있는 구성으로 되어있고, 연산응폭기(OP₁)에서는 부여된 △Ζ_T에 관한 신호와, 미리 설정한 Zc상당의 기준전압으로부터 -(Zc +△Ζ_T)를 연산한다.

그리고 이 얻어진 -(Zc +△Ζ_T), 즉 Ζ_T와 전파정류기(7)측으로부터 부여된 공진저항(Z)을 가산하여Ζ-Ζ_T를 얻은후, 연산증폭기(OP₁, OP₂)로 순차적 으로 증폭하여 미러(11)를 구동한다.

상기와 같이 구성함으로써 실질적으로 공진주파수(f)로부터 예컨대 제1도중의 A점을 구하고, 계속하여 B점을 구하게되므로, 진동자(1)의 고유공진저항(Zo)은 종래의 방법에 있어서 고진공에서 고정된 값은 아니고, 측정중의 온도에 있어서의 고유공진저항치(Ζ_T)로 할 수 있고, 진동자(1)가 놓여진 온도에 의한 오차를 없앨수 있다.

제5도는 상기 실시예의 아날로그 표시에 대신하여 디지탈 표시를 할 수 있도록한 측정회로의 실시예이다.

상기 실시예와 동일한 요소에는 동일부호를 부여하고 있다.

상기 실시예와 상이한 바는 전파정류기(7)로 부여되는 공진저항1/Z를 A/D 콘버터(12)에서 디지탈 변환하고, 주파수카운터(9)의 출력과 함께 CUP(13)에서 연산하여 표시기(14)에 디지탈 표시하도록한 점에 있다.

CUP(13)는 상기 실시예에서 행한 연산을 행하는 것처럼 프로그램과 제1도에 표시된 데이터가 기억되어 있는 것이다.

이 실시예도 상기 실시예와 동일하게 진동자(1)의 측정중의 온도에 있어서의 고유공진저항(Ζ_T)에 의거하여, 압력을 구할 수 있고, 온도에 의한 오차를 없앨 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 진동자의 온도를 구하여 그 온도에 있어서의 고유공진저항(Ζ_T)과, 압력에 대응하는 공진저항(Z)으로부터 차이(△Ζ)를 구하여 압력을 측정하도록 하였으므로 측정중의 진동자의 온도에 의거한 오차를 없애고, 정확한 압력측정을 할 수 있는 효과가 있다.

그리고 온도에 의거한 오차가 없어지므로 측정 가능한 범위를 압력이 낮은 방향으로 확대하고, 넓은 압력범위를 커버할수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 음차형 수정진동자의 고유공진저항(Zo)과 측정한 공진저항(Z)의 차이(△Ζ)로부터 기체의 압력을 측정하는 방법에 있어서, 상기 고유공진저항(Zo)은 음차형 수정진동자의 공진주파수(f)를 측정하고, 이 공진주파수(f)를 측정하고, 이 공진주파수(f)로부터 음차 형수정 진동자의 온도(T)를 구하고, 구해진 온도(T)에 있어서의 고유공진저항(Ζ_T)을 사용하는 것을 특징으로 한 음차형 수정 진동자를 사용한 압력의 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 공진저향(Ζ)의 측정은 음차형 수정진동자를 정전압교류에서 구동시의 공진전류로부터 환산하여 구하도록한 것을 특징으로 하는 음차형 수정진동자를 사용한 압력의 측정방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온도(T)에 있어서의 고유공진저항(Ζ_T)은 일정한 온도(예컨대 20℃)에 있어서의 공진저항(Zo)의 값(Zc)에 상당하는 전압을 기준전압으로하여 설정하고, 공진주파수(f)로부터 온도(T)에서의 Zo와Zc와의 차이(△Ζ_T)에 상당하는 전압을 얻어 연산증폭기에 의해 연산하도록한 것을 특징으로 하는 음차형 수정진동자를 사용한 압력의 측정방법.