KR20120022776A - 유체 압력 센서 - Google Patents

Abstract

측정 대상인 유체가 체류하지 않아, 컨태미네이션의 발생도 억제되고, 또한 그 내부를 측정 대상인 유체가 흐르는 관의 직경을 자유롭게 선택할 수 있는 유체 압력 센서를 제공한다. 내부를 유체가 유통할 수 있는 관과 판형의 압전 소자를 갖는 감압부를 구비하고, 상기 관의 내부를 흐르는 유체의 압력을 감지하는 압력 센서로서, 상기 관은, 탄성 변형 가능한 재료로 이루어지며, 그 외표면에 관 두께가 얇아지도록 형성된 오목부를 갖고 있고, 상기 감압부는, 상기 압전 소자가 그 선단의 측 둘레면으로부터 상기 유체의 압력을 받도록, 그 선단부가 상기 오목부의 근방에서 상기 관의 외표면과 접하도록 하였다.

Description

유체 압력 센서{FLUID PRESSURE SENSOR}

본 발명은, 측정 대상인 유체가 체류하지 않아, 컨태미네이션의 발생도 억제되고, 그 내부를 측정 대상인 유체가 흐르는 관의 직경을 자유롭게 선택할 수 있는 유체 압력 센서에 관한 것이다.

종래, 관 내를 흐르는 기체나 액체 등의 유체의 압력을 측정하기 위해 사용되는 압력 센서로서는, 반도체 다이어프램형, 정전 용량형, 탄성체 다이어프램형, 압전형 등이 일반적으로 이용된다. 이들 종래의 압력 센서에는, 통상, 도압부로 지칭되는, 측정 대상인 유체를 센서 내에 도입하기 위한 도입 구멍 또는 도입관이 설치되어 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2).

그러나, 측정 대상인 유체가 점성을 갖는 액체인 경우, 이들 도입 구멍 등이 막히기 쉽고, 또한 이들 도입 구멍 등에서 액체가 체류하여 잔사 등에 유래하는 부착물이 발생하며, 상기 부착물이 떨어져 관 내의 하류에 흘러, 이 부착물에 의해 하류가 오염(컨태미네이션)되는 경우가 있다. 또한, 다이어프램형의 압력 센서의 경우, 다이어프램의 유지 기구의 요철에 기인하여, 센서 내에 체류가 발생하는 경우도 있다.

또한, 종래의 압력 센서는 세관(細管)에 부착하기 어렵다고 하는 공통된 결점을 갖는다. 예컨대 튜브 직경 1/4 인치나 3/8 인치 정도의 가는 튜브가 사용된 경우는, 별도로 접속용 관을 이용하지 않고 종래의 압력 센서를 설치하는 것은 어려워, 상이한 직경의 관끼리를 접속해야 한다. 그러나, 상이한 직경의 관끼리를 접속하면 반드시 데드 스페이스(dead space)가 생기고, 이 데드 스페이스에서도 체류가 발생하여 컨태미네이션의 원인이 될 가능성이 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2000-74767호 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2001-116638호

그래서 본 발명은, 측정 대상인 유체가 체류하지 않아, 컨태미네이션의 발생도 억제되고, 또한 그 내부를 측정 대상인 유체가 흐르는 관의 직경을 자유롭게 선택할 수 있는 유체 압력 센서를 제공하도록 도모한 것이다.

즉 본 발명에 따른 유체 압력 센서는, 내부를 유체가 유통할 수 있는 관과 판형의 압전 소자를 갖는 감압부를 구비하고, 상기 관의 내부를 흐르는 유체의 압력을 감지하는 압력 센서로서, 상기 관은, 탄성 변형 가능한 재료로 이루어지며, 그 외표면에 관 두께가 얇아지도록 형성된 오목부를 갖고 있고, 상기 감압부는, 상기 압전 소자가 그 선단의 측 둘레면으로부터 상기 유체의 압력을 받도록, 그 선단부가 상기 오목부의 근방에서 상기 관의 외표면과 접해 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 것이면, 그 내부를 측정 대상인 유체가 흐르는 관은, 탄성 변형 가능한 재료로 이루어지고, 그 외표면에 관 두께가 얇아지도록 형성된 오목부를 갖고 있기 때문에, 상기 오목부는 내부를 흐르는 유체의 압력을 받아 신축하여, 그 근방이 탄성 변형한다. 그리고, 상기 오목부의 근방에서 상기 관의 외표면과 접해 있는 상기 감압부의 선단부에는 상기 압력이 전해지고, 상기 감압부에 구비된 상기 압전 소자가 그 선단의 측 둘레면으로부터 상기 압력을 받아, 상기 유체의 압력을 감지할 수 있다. 이 때문에, 관(2) 내의 유체를 감압부(3) 내에 도입하는 도입 구멍이나 도입관은 불필요하고, 측정 대상인 유체가 흐르는 관의 내표면은 평탄하며 요철이 없기 때문에, 데드 스페이스가 생기지 않는다. 그리고, 측정 대상인 유체는 상기 관 내에서 체류하지 않아, 유체의 잔사 등에 유래하는 컨태미네이션도 발생시키지 않는다. 추가로, 상기 관 내의 세정도 용이해진다.

또한, 상기 감압부는, 그 선단부와 상기 관의 외표면이 접하는 것에 의해, 상기 압전 소자 선단의 측 둘레면으로부터 압력을 받는 것이기 때문에, 압전 소자의 진동면으로부터 압력을 받는 종래의 압력 센서에 비해, 부착에 요하는 스페이스가 적어도 되고, 상기 관이 세관이어도 좋으며, 그 직경을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 접속 대상의 관에 적합한 직경의 관을 적절하게 선택할 수 있다.

그리고, 압전 소자의 윤곽 방향으로 미지의 압력을 가한 경우, 동작 주파수 변동량을 계측하면, 압전 소자의 윤곽 방향으로 가해진 압력을 도출할 수 있다. 또한 압전 소자가 수정 진동자인 경우, 7자릿수 정도의 주파수를 용이하게 계측할 수 있기 때문에, 이것에 작용하는 압력의 계측 정밀도를 10^-7 이상으로 하는 것도 가능하다.

또한, 종래부터 어느 천칭에 비해, 고분해능인 것은 물론, 또한 고 안정도와 고 정밀도화가 용이하게 얻어진다.

또한, 본 발명에서는, 압력을 받기 위해 압전 소자의 진동면을 사용하지 않기 때문에, 진동 특성에 영향을 부여하지 않고 발생한 응력을 측정할 수 있다. 또한 압전 소자의 진동면은 기계적 강도가 약한 데 대하여, 윤곽 방향의 기계적 강도는 매우 강하기 때문에, 압전 소자의 진동면으로부터 압력을 받는 종래의 압력 센서에 비해, 상기 감압부의 가중 저항성이 대폭 증가하여, 매우 우수한 내압성을 갖는 것이 된다.

상기 압전 소자는, 정밀도가 높은 발진 주파수가 안정적으로 얻어지는 것으로부터, 수정 진동자인 것이 바람직하다.

상기 감압부로서는, 그 내부 공간에 상기 압전 소자를 기밀 상태로 수용할 수 있고, 상기 압전 소자의 선단의 측 둘레면에 대향하는 머리부가 박막형인 하우징을 구비하고 있는 것이 적합하게 이용된다.

상기 압전 소자의 선단의 측 둘레면에 압력이 가해졌을 때에, 상기 압전 소자가 이동해 버리면 압력이 충분히 전해지지 않는다. 이 때문에, 상기 압전 소자가 이동하는 것을 막기 위해, 상기 압전 소자는, 그 기단에 오리엔테이션 플랫이 형성되어 있는 원반형의 것으로서, 상기 기단이 유지대에 유지되어 있는 것이 바람직하다.

상기 하우징으로서는, 예컨대 상기 압전 소자의 선단의 측 둘레면에 대향하여 설치된 박막형의 시일 부재와, 상기 시일 부재와 함께, 그 내부 공간에 상기 압전 소자를 기밀 상태로 수용할 수 있는 용기를 구성하는 하우징 본체로 구성되고, 상기 하우징 본체에는, 슬릿이 마련되어 있으며, 상기 슬릿으로부터 상기 압전 소자의 선단이 돌출되어 있고, 상기 슬릿을 덮도록 상기 시일 부재가 부착되어 있는 것을 들 수 있다. 이러한 것이면, 상기 시일 부재를 통해 상기 압전 소자의 선단의 측 둘레면에 압력이 가해졌을 때에, 상기 압전 소자가 이동하는 것을, 상기 슬릿이 상기 유지대와 함께 막을 수 있고, 또한 상기 하우징의 내부 공간을 기밀하게 유지하는 것이 용이하다.

상기 시일 부재는, 용이하게 변형 가능하며 압력이 손실되지 않고 전해지기 쉽고, 상기 압전 소자의 예리한 단부 가장자리와 접촉하여도 파손하기 어려운 강도를 가지며, 하우징 내부를 기밀하게 유지하는 것이 용이한 것으로부터, 금속 박막인 것이 바람직하다.

전술한 구성의 감압부는, 압전 소자가 하우징 내에 밀폐되어 있어, 외부 환경의 변화에 의한 영향을 직접 받지 않기 때문에, 장기간에 걸쳐 신뢰성을 확보할 수 있지만, 단기간 사용하면 되는 경우, 상기 감압부는 보다 간이한 구성이어도 좋고, 이러한 감압부로서는, 상기 압전 소자의 선단에 끼워 맞춰진 캡 부재를 구비하고 있는 것을 들 수 있다.

상기 감압부를 장기간에 걸친 사용에도 견딜 수 있는 내후성(耐候性)이 우수한 것으로 하기 위해서는, 그 내부 공간에 상기 압전 소자를 기밀 상태로 수용 할 수 있는 하우징을 구비하고 있고, 상기 하우징의 머리부에는, 그 선단에 압박부를 가지며, 내부가 하우징의 내부 공간과 연통되어 있는 관이 설치되어 있고, 상기 관 내에는 그 기단이 상기 캡 부재에 고정되어 있는 막대 형상체가 삽입되어 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 측정 대상인 유체는 관 내에 체류하지 않아, 컨태미네이션의 발생도 억제된다. 또한, 상기 관은 세관이어도 좋고, 그 직경을 자유롭게 설정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 유체 압력 센서의 정면도(a) 및 측면도(b)(관 부분은 단면도).
도 2는 제1 실시형태에서의 관의 평면도(a) 및 단면도(b).
도 3은 제1 실시형태에서의 감압부의 정면도(a), 평면도(b) 및 측면도(c).
도 4는 제1 실시형태에 따른 유체 압력 센서의 성능을 평가하기 위한 장치의 구성도.
도 5는 유체 압력과 발진 주파수의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에서의 감압부의 정면도(a) 및 캡 부재의 측면도(b).
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에서의 감압부의 정면도(a) 및 압박부 근방의 단면도(b).
도 8은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 유체 압력 센서의 정면도(a)(관 부분은 단면도) 및 사시도(b).
도 9는 다른 실시형태에 따른 유체 압력 센서의 모식적 평면도(a) 및 측면도(b).
도 10은 제1 실시형태에서의 시일 부재가 케이스형의 것인 경우를 도시하는 사시도[부착 전(a) 및 부착 후(b)].

<제1 실시형태>

이하에, 본 발명의 제1 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 따른 유체 압력 센서(1)는, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 내부를 유체가 유통할 수 있는 관(2)과, 판형의 압전 소자(31)를 갖는 감압부(3)를 구비하고 있고, 관(2)의 내부를 흐르는 유체의 압력을 감지하는 것이다.

이하에 각 부를 설명한다. 관(2)은, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 것으로서, 탄성 변형 가능한 재료로 이루어지고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 그 외표면에 관 두께가 얇아지도록 형성된 오목부(21)를 갖는 것이다. 본 실시형태에서 오목부(21)는 환형을 이루고 있고, 오목부(21)로 둘러싸인 볼록부(22)에 감압부(3)의 선단(3a)이 접하도록 구성되어 있다. 오목부(21)의 크기는, 예컨대 관(2)이 내경 4.35 ㎜, 외경 6.35 ㎜, 관 두께 1 ㎜이며, W1이 12 ㎜인 경우는, W2가 16 ㎜?18 ㎜이며, H1이 2 ㎜인 경우는, H2가 6 ㎜?8 ㎜이다. 또한 관(2)이 내경 7.53 ㎜, 외경 9.53 ㎜, 관 두께 1 ㎜이며, W1이 12 ㎜인 경우는, W2가 16 ㎜?20 ㎜이며, H1이 4 ㎜인 경우는, H2가 8 ㎜?12 ㎜이다. 관(2)의 내표면 및 볼록부(22)의 정상은 평탄하며 요철은 형성되어 있지 않다.

또한, 감압부(3)의 선단(3a)이, 관 두께가 두꺼운 볼록부(22)에 접하도록 구성되어 있는 것에 의해, 압전 소자(31)의 견경하고 예리한 선단(31a)에 의해 압박되어도 관(2)이 손상받기 어렵다.

관(2)을 구성하는 탄성 변형 가능한 재료로서는, 내약품성이 높은 재료가 바람직하고, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE) 등의 불소 수지가 적합하게 이용된다.

감압부(3)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 판형의 압전 소자(31)와, 그 내부 공간에 압전 소자(31)를 기밀 상태로 수용 가능하고, 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 대향하는 머리부가 시일 부재(32)를 포함하는 하우징(33)을 구비하고 있다.

판형의 압전 소자(31)는, 예컨대 오리엔테이션 플랫이 형성된 원반형의 수정편(311)이 2장의 전극판(312a, 312b)으로 끼워져 이루어지는 AT 커트 9 MHz 컨백스 형상 수정 진동자로서, 오리엔테이션 플랫을 기단(31b)으로 하고, 그 양측단이 슬릿을 갖는 탄성 지지체(313a, 313b)의 슬릿(3131)에 삽입되는 것에 의해 지지되며, 그 기단이 유지대(314)에 접착제 등을 이용하여 고착되어 있고, 선단(31a)의 측 둘레면에 압력을 받은 경우에는, 종방향으로는 압력이 그대로 전해져 압축 변형되어 휘지만, 횡방향이나 전후 방향으로는 이동하지 않도록 설치되어 있다.

AT 커트 진동자 등의 두께 미끄럼 진동자는, 높은 주파수대에 적합하고, 높은 주파수대에서, 외부 환경의 변화에 대한 발진 주파수 안정도 및 신뢰성이 높다.

또한, 유지대(314)는 베이스(331b)에 접착제 등을 이용하여 고착되어 있다. 또한, 슬릿을 갖는 탄성 지지체(313a, 313b)는 금속 등의 도전성 재료로 이루어지고, 전극판(312a, 312b)과 접하도록 압전 소자(31)를 지지하고 있으며, 리드선을 겸하고 있다.

하우징(33)은, 시일 부재(32)와, 그 내부 공간에 압전 소자(31)를 기밀 상태로 수용할 수 있는 용기를 구성하는 하우징 본체(331)로 구성되는 것이다.

시일 부재(32)는, 압력 변화에 따라 변형하는 박막형의 것으로서, 예컨대 10 ㎛?30 ㎛ 정도의 두께를 갖는 SUS 등의 금속 박막으로 이루어지는 것이다. 초기 상태에서, 시일 부재(32)와 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면은 0.1 ㎜?0.3 ㎜ 정도의 스트로크를 갖지만, 일단 사용한 후에는, 시일 부재(32)가 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 접하고, 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 약간의 압력이 가해진 상태가 된다.

하우징 본체(331)는, 예컨대 금속 등으로 이루어지고, 그 머리부에는 슬릿(332)이 마련되어 있으며, 슬릿(332)으로부터는 압전 소자(31)의 선단(31a)이 0.1 ㎜?0.2 ㎜ 정도 돌출되어 있고, 슬릿(332)을 덮도록 시일 부재(32)가 고착되어 있다. 시일 부재(32)를 하우징 본체(331)에 고착하여 밀봉하기 위해서는, 건조 분위기하에서, 접착제를 사용하거나, 저항 용접하거나 한다. 또한 하우징 본체(331)는, 슬릿(332)이 마련된 상부와, 리드선(333)이 설치된 베이스(331b)로 나뉘지만, 이들도 마찬가지로 하여 밀봉된다.

하우징(33)의 내부 공간에는, N₂ 가스 등의 비활성 가스가 건조된 상태로 봉입되어 있고, 기재에 금 증착이 실시되어 이루어지는 전극판(312a, 312b) 등이 부식되지 않도록 구성되어 있다.

본 실시형태에서의 하우징(33)은, 금속 등의 도전성 재료로 이루어지고, 그 바닥부에 하우징 본체와 일체 성형된 리드선(333a, 333b)을 구비하고 있다. 리드선(333a, 333b)은 슬릿을 갖는 탄성 지지체(313a, 313b)와 전기적으로 연락되어 있어, 압전 소자(31)에서 발생한 전압을 출력 신호로서 외부에 발신할 수 있다.

본 실시형태에 따른 유체 압력 센서(1)는, 접속 대상의 관에 관(2)을 접속하고, 관(2) 내를 측정 대상인 유체가 흐르면, 그 압력에 따라 오목부(21) 및 볼록부(22)가 탄성 변형하며, 시일 부재(32)를 통해 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 압력이 가해진다. 그리고, 압전 소자(31)가 압축 변형하여 휘고, 응력이 발생하면, 그 발진 주파수가 변화되어, 상기 발진 주파수에 따른 전압이 생기고, 그 전기 신호를 슬릿을 갖는 탄성 지지체(313a, 313b) 및 리드선(333a, 333b)을 통해 출력 신호로서 외부에 발신한다.

그리고, 유지대(314), 오리엔테이션 플랫의 방향과 치수, 슬릿을 갖는 탄성 지지체(313a, 313b)의 치수의 적정화에 의해, 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면으로부터 받는 압력의 허용 범위를 정할 수 있다.

본 실시형태에 따른 유체 압력 센서(1)의 성능을 평가하기 위해, 도 4에 도시하는 바와 같은 구성의 장치를 조립하여, 외경 8 ㎜×내경 6 ㎜의 PFA 튜브로 이루어지는 관(2) 내에 유체를 흘리고, 감압부(3)의 발진 주파수의 변화를 측정하여, 압력 교정기에서의 설정값과 주파수 카운터에서의 측정값을 비교하였다. 결과는 도 5에 도시하였다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 유체 압력 센서(1)에서는, 관(2) 내를 흐르는 유체의 압력과 감압부(3)의 발진 주파수는 일차 함수의 관계에 있고, 유체의 압력은 정확히 감지되어 있는 것이 확인되었다.

따라서, 이와 같이 구성한 본 실시형태에 따른 유체 압력 센서(1)에 의하면, 그 내부를 측정 대상인 유체가 흐르는 관(2)은, 탄성 변형 가능한 재료로 이루어지고, 그 외표면에 관 두께가 얇아지도록 형성된 오목부(21)를 갖고 있기 때문에, 오목부(21)는 내부를 흐르는 유체의 압력을 받아 신축하여, 오목부(21) 및 볼록부(22)가 탄성 변형한다. 그리고, 볼록부(22)에서 관(2)의 외표면과 접해 있는 감압부(3)의 선단부(3a)에 상기 압력이 전해져, 감압부(3)에 구비된 압전 소자(31)가 그 선단(31a)의 측 둘레면으로부터 상기 압력을 받아, 유체의 압력을 감지할 수 있다. 이 때문에, 관(2) 내의 유체를 감압부(3) 내에 도입하는 도입 구멍이나 도입관은 불필요하고, 측정 대상인 유체가 흐르는 관(2)의 내표면은 평탄하며 요철이 없기 때문에, 데드 스페이스가 생기지 않는다. 그리고, 상기 유체는 관(2) 내에서 체류하지 않아, 유체의 잔사 등에 유래하는 컨태미네이션도 발생하지 않는다. 추가로, 관(2) 내의 세정도 용이해진다.

또한, 감압부(3)는, 그 선단부(3a)와 관(2)의 외표면에 형성된 볼록부(22)가 접하는 것에 의해, 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면으로부터 압력을 받는 것이기 때문에, 압전 소자(31)의 진동면으로부터 압력을 받는 종래의 압력 센서에 비해, 부착에 요하는 스페이스가 적어도 되고, 관(2)이 세관이어도 좋으며, 그 직경을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 유체 압력 센서(1)의 접속 대상인 관에 적합한 직경의 관(2)을 적절하게 선택할 수 있다.

또한, 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면으로부터 시일 부재(32)를 통해 압력을 받는 것에 의해, 압력을 받기 위해 압전 소자의 진동면을 사용하지 않기 때문에, 진동 특성에 영향을 부여하지 않고 발생한 응력을 측정할 수 있다. 또한 압전 소자의 진동면은 기계적 강도가 약한 데 대하여, 윤곽 방향의 기계적 강도는 매우 강하기 때문에, 압전 소자의 진동면으로부터 압력을 받는 종래의 압력 센서에 비해, 감압부(3)의 가중 저항성이 대폭 증가하여, 매우 우수한 내압성을 갖는 것이 된다. 그리고, 미리 주파수 변화와 압력의 관계를 조사해 두면, 주파수 변화로부터 압력을 도출할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 관(2)에 감압부(3)로부터 유체의 도입관 등이 삽입되어 있지 않기 때문에, 관(2)을 불소 수지로 구성한 경우는 불소 수지의 내약품성을 충분히 발휘할 수 있다.

또한, 압전 소자(31)로서 AT 커트 9 MHz 컨백스 형상 수정 진동자를 이용하는 것에 의해, 정밀도가 높은 발진 주파수를 안정적으로 얻을 수 있다.

또한, 하우징 본체(331)의 머리부에는 슬릿(332)이 마련되어 있고, 슬릿(332)으로부터 압전 소자(31)의 선단(31a)이 돌출되어 있으며, 슬릿(332)을 덮도록 시일 부재(32)가 고착되어 있기 때문에, 압전 소자(31)에 그 선단(31a)의 측 둘레면으로부터 압력이 가해졌을 때에, 압전 소자(31)가 이동하는 것을 유지대(314)와 함께 막을 수 있고, 또한 하우징(33)의 내부 공간을 기밀하게 유지하는 것이 용이하다.

또한, 시일 부재(32)로서 SUS 등으로 이루어지는 금속 박막을 이용하는 것으로부터, 상기 금속 박막은 용이하게 변형 가능하기 때문에 압력이 손실되지 않고 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 전해지기 쉽고, 또한 강도가 높기 때문에 압전 소자(31)의 예리한 선단(31a)과 접촉하여도 파손하기 어려우며, 또한 하우징(33) 내부를 기밀하게 유지하는 것이 용이하다.

또한, 압전 소자(31)가 하우징(33) 내에 밀폐되어 있어, 외부 환경의 변화에 의한 영향을 직접 받지 않기 때문에, 유체 압력 센서(1)의 장기간에 걸친 신뢰성을 확보할 수 있다.

<제2 실시형태>

이하에, 본 발명의 제2 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서는 제1 실시형태와 상이한 구성을 채용하는 부분을 중심으로 설명하고, 제1 실시형태와 동일한 구성을 채용하는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

제1 실시형태에서의 감압부(3)는 장기간에 걸친 사용이 가능한 것이지만, 단기간 사용하면 되는 경우는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 압전 소자(31)가 하우징(33)에 기밀 상태로 수용되어 있지 않아도 좋다. 그리고, 본 실시형태에서는, 압전 소자(31)의 선단(31a)에는, 금속제 또는 플라스틱제의 캡 부재(5)가 끼워 맞춰져 있어, 캡 부재(5)를 통해 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 압력이 가해지도록 구성되어 있다.

캡 부재(5)에는, 압전 소자(31)의 선단(31a)에 끼워 맞추기 위한 홈(51)이 형성되어 있고, 또한 머리부에는 구멍(52)이 형성되어 있다.

<제3 실시형태>

제2 실시형태에서의 감압부(3)에는, 압력 작용부로서 캡 부재(5)가 설치되어 있지만, 제3 실시형태에서는, 이러한 제2 실시형태에 따른 감압부(3)를, 장기간에 걸친 사용에도 견디도록 하기 위해, 도 7에 도시하는 바와 같이, 그 내부 공간에 압전 소자(31)를 기밀 상태로 수용할 수 있는 하우징(33)을 구비하고 있고, 하우징(33)의 머리부에는, 그 선단에 압박부(61)를 가지며, 내부가 하우징(33)의 내부 공간과 연통되어 있는 관(62)이 설치되어 있고, 관(62) 내에는 그 기단이 캡 부재(5)에 고정되어 있는 막대 형상체(63)가 삽입되어 있다. 막대 형상체(63)는 관(62) 내를 미끄럼 이동 가능하다.

관(62)과 하우징(33)은 저항 용접되고, 압박부(61)와 관(62) 사이에는 O링(64)이 설치되어 있는 것에 의해, 하우징(33)의 내부 공간은 기밀 상태로 유지되고 있다.

캡 부재(5)에는, 머리부에 구멍(52)이 마련되어 있지만, 막대 형상체(63)의 기단이 구멍(52)에 비틀어 넣어져 고정되어 있다. 그리고, 압박부(61)에 압력이 가해진 경우, 상기 압력은, 막대 형상체(63)를 통해 캡 부재(5)에 전달되고, 또한 캡 부재(5)를 통해 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 가해진다.

<제4 실시형태>

제4 실시형태에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 오목부(21)가 관(2)의 외측 둘레면을 둘러싸도록 형성되고, 오목부(21)를 덮도록 관(2)과 끼워 맞추는 관형상의 프레임(23)이 설치되어 있다. 그리고, 프레임(23)에는 감압부(3)의 하우징(33)을 삽입할 수 있는 구멍(231)이 형성되어 있고, 상기 구멍(231)에 삽입한 감압부(3)는 그 시일 부재(32)가 대응판(24)을 통해 관(2)과 접하도록 구성되어 있다. 이러한 관(2) 내를 측정 대상인 유체가 흐르면, 그 압력에 따라 오목부(21)가 탄성 변형하고, 대응판(24) 및 시일 부재(32)를 통해 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 상기 압력이 가해진다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다.

예컨대, 본 발명에 따른 유체 압력 센서는, 감압부(3)가, 도 9에 도시하는 바와 같이, 입력 수단(34), 디스플레이(35)에 추가로, 발진 회로, CPU나 메모리, A/D 변환기, D/A 변환기 등을 포함하는 연산 처리부(도시 생략)를 일체적으로 구비하고 있어도 좋다.

또한, 압전 소자(31)는 받는 압력에 의해 발진 진동수가 변화하는 것이면 어느 것이어도 좋고, 수정 진동자에 한정되지 않고, 압전체로서 세라믹스 등의 수정 이외의 재료가 이용된 것이어도 좋다.

또한, 시일 부재(32)는 압력의 변화에 따라 탄성 변형하는 것이면 어느 것이어도 좋고, 금속 박막에 한정되지 않으며, 카본 등의 다른 재료로 이루어지는 것이나, 또는 다이어프램, 벨로우즈가 이용되어도 좋다.

또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 시일 부재(32)가 1면이 개구된 케이스형의 것으로서, 하우징 본체(331)의 머리부로부터 씌우도록 부착되는 것이어도 좋다.

또한, 유지대(314)에는 압전 소자(31)의 기단(31b)에 끼워 맞추기 위한 홈이 형성되어 있어도 좋고, 또한 케이스 본체(331)와 일체 성형되어 있어도 좋다.

또한, 수정 진동자는 온도에 의한 영향을 받기 때문에, 감압부(3)는 온도에 의한 영향을 보정하기 위해 온도 센서를 구비하고 있어도 좋다.

본 발명에서의 감압부(3)는, 압전 소자(31)의 윤곽 방향의 압력대 동작 주파수 변동 특성에 의한 대단히 우수한 특성을 갖지만, 동작의 오차 요인으로서는, (1) 대기중에서 계측하는 경우는, 기후에 의한 변화, (2) 하우징(33)의 머리부의 초기 왜곡의 영향, (3) 압전 소자(31)의 열화에 의한 주파수 변화 등의 영향, (4) 압력 작용 방향이 상이하기 때문인 감도 오차를 생각할 수 있다.

(1)에 대해서는, 과거의 주파수 기준으로서의 기후에 의한 수정 진동자 주파수 안정도를 파악해 두는 것에 의해, 대기중의 조건을 설정하여 계측 오차의 한계값을 설정할 수 있어, 간이 계측에 용이하게 사용할 수 있다.

(2)에 대해서는, 만약에 변동이 발생했다고 해도, 윤곽 방향의 압력대 동작 주파수 변동 특성의 직선성이 우수하기 때문에 직선성이 있는 범위 내에서의 감도는 불변이며, 계측시의 주파수-압력 환산 프로그램의 선택만으로 대응할 수 있다.

(3)에 대해서는, 5?10 MHz대의 주파수대를 선택하는 것에 의해 높은 안정성?정밀도도 얻어지고, 압전 소자(31)를 기밀 상태하에 두는 것에 의해, 또한 안정도, 정밀도 향상을 도모할 수 있다. 또한 어느 일정 기간 사용 후의 교정에 의해, 정밀도 향상을 더 도모하는 것이 가능하다.

(4)에 대해서는, 압력을 가하는 방향을 바꾸면, 압력과 주파수 변화량과의 관계는 약간 변화되지만, 이러한 압력 작용 방향에 의한 감도의 차이는, 주파수를 압력으로 환산하는 프로그램을 수정하는 것에 의해 조정할 수 있다. 또한, 시일 부재(32)가 압전 소자(31)의 선단(31a)의 측 둘레면에 접하는 것에 의해 가해지는 약간의 압력은 마찬가지로 주파수 조정에 의해 수정할 수 있다.

그 외, 전술한 실시형태나 변형 실시형태의 일부 또는 전부를 적절하게 조합하여도 좋고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능한 것은 물론이다.

Claims (7)

1. 내부를 유체가 유통할 수 있는 관과, 판형의 압전 소자를 갖는 감압부를 구비하고, 상기 관의 내부를 흐르는 유체의 압력을 감지하는 압력 센서로서,
   상기 관은, 탄성 변형 가능한 재료로 이루어지고, 그 외표면에 관 두께가 얇아지도록 형성된 오목부를 갖고 있으며,
   상기 감압부는, 상기 압전 소자가 그 선단의 측 둘레면으로부터 상기 유체의 압력을 받도록, 그 선단부가 상기 오목부의 근방에서 상기 관의 외표면과 접해 있는 것을 특징으로 하는 유체 압력 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 압전 소자는 수정 진동자인 것인 유체 압력 센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 감압부는 그 내부 공간에 상기 압전 소자를 기밀 상태로 수용할 수 있고, 상기 압전 소자의 선단의 측 둘레면에 대향하는 머리부가 박막형인 하우징을 구비하고 있는 것인 유체 압력 센서.
4. 제1항에 있어서, 상기 감압부는, 상기 압전 소자의 선단에 끼워 맞춰진 캡 부재를 구비하고 있는 것인 유체 압력 센서.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 압전 소자는, 그 기단에 오리엔테이션 플랫(orientation flat)이 형성되어 있는 원반형의 것으로서, 상기 기단이 유지대에 유지되어 있는 것인 유체 압력 센서.
6. 제3항에 있어서, 상기 하우징은,
   상기 압전 소자의 선단의 측 둘레면에 대향하여 설치된 박막형의 시일 부재와,
   상기 시일 부재와 함께, 그 내부 공간에 상기 압전 소자를 기밀 상태로 수용할 수 있는 용기를 구성하는 하우징 본체
   로 구성되고,
   상기 하우징 본체에는 슬릿이 마련되어 있으며, 상기 슬릿으로부터 상기 압전 소자의 선단이 돌출되어 있고, 상기 슬릿을 덮도록 상기 시일 부재가 부착되어 있는 것인 유체 압력 센서.
7. 제4항에 있어서, 그 내부 공간에 상기 압전 소자를 기밀 상태로 수용할 수 있는 하우징을 구비하고 있고,
   상기 하우징의 머리부에는, 그 선단에 압박부를 가지며, 내부가 하우징의 내부 공간과 연통하고 있는 관이 설치되어 있으며, 상기 관 내에는 그 기단이 상기 캡 부재에 고정되어 있는 막대 형상체가 삽입되어 있는 것인 유체 압력 센서.

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