JP2018179928A - Composite sensor for liquid and method for measuring physical property of liquid using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、食品工業、化学工業、塗装業などにおいて、主に、配管中を流れる液体や密閉された容器内の液体の品質管理や変質の有無の監視等に使用される、液体の誘電率、導電率、誘電緩和特性などの誘電特性、粘度、温度、圧力などを検出するための液体用複合センサ及びこれを用いた液体の物性測定方法に関する。 The present invention is a dielectric constant of a liquid used mainly in the food industry, the chemical industry, the coating industry, etc., for quality control of a liquid flowing in piping or in a sealed container, monitoring of the presence or absence of deterioration, etc. The present invention relates to a composite sensor for liquid for detecting dielectric properties such as conductivity and dielectric relaxation properties, viscosity, temperature, pressure and the like, and a method of measuring physical properties of liquid using the same.
液体の品質の管理において液体の誘電率、導電率などの誘電特性や粘度の有効性が指摘されている。液体の誘電特性を測定する方法としては、対向する平板電極の間に被測定液体を挟んで平行板コンデンサを構成し、その並列抵抗と並列容量を測定することにより、この液体の複素誘電率を求める方法が良く知られている。 It has been pointed out that in the control of liquid quality, the effectiveness of dielectric properties such as the dielectric constant and conductivity of the liquid and viscosity is pointed out. As a method of measuring the dielectric characteristics of the liquid, a parallel plate capacitor is formed by sandwiching the liquid to be measured between opposing flat plate electrodes, and the parallel permittivity and the capacitance of the liquid are measured by measuring its parallel resistance and parallel capacitance. The way to seek is well known.
しかしながら、対向平板電極を誘電センサとして使用し、検出感度や測定精度を高めるために複数個のセンサを並列接続しようとすると、複数個の電極板の微小間隔を一定に保ったまま試料液体に浸す必要があり、電極板の曲がりを防ぐために板の厚さを厚くする必要があり、センサが大きくなるという問題がある。また、電極板の微小隙間に入った試料液体がその場所に留まるために、センサから離れた位置にある液体の特性を正しく測定できないという問題がある。さらに、同じセンサを用いて別の液体試料を測定しようとした場合に、微小な隙間に入った試料液体のために、センサの洗浄が難しくなるという問題がある。 However, when using a counter flat plate electrode as a dielectric sensor and connecting a plurality of sensors in parallel in order to improve detection sensitivity and measurement accuracy, the sensor is immersed in the sample liquid while keeping the minute intervals of the plurality of electrode plates constant. It is necessary to increase the thickness of the plate in order to prevent bending of the electrode plate, and there is a problem that the sensor becomes large. In addition, there is a problem that the characteristics of the liquid located away from the sensor can not be measured correctly because the sample liquid that has entered the minute gap of the electrode plate stays in that place. Furthermore, when it is going to measure another liquid sample using the same sensor, there is a problem that cleaning of a sensor will become difficult for sample liquid which entered minute gaps.
絶縁基板の表面に一対の導体を形成してコンデンサを形成し、導体の表面にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を、その硬化前の液体の状態で接触させ、硬化過程の粘度の変化をイオン電流の変化として、コンデンサの並列抵抗の変化から求める方式の粘度センサが知られている。 A pair of conductors are formed on the surface of the insulating substrate to form a capacitor, and a thermosetting resin such as an epoxy resin is brought into contact with the surface of the conductor in the liquid state before curing, and changes in viscosity during the curing process are ionized. As a change in current, a viscosity sensor of a type determined from a change in parallel resistance of a capacitor is known.
しかしながら、この方式の粘度センサでは、粘度の相対値の変化は検出可能で、熱硬化性樹脂の硬化反応の速度や硬化反応の完了状態などを知ることはできるが、粘度の絶対値を検出することはできない。 However, with this type of viscosity sensor, changes in relative values of viscosity can be detected, and the speed of the curing reaction of the thermosetting resin and the completion state of the curing reaction can be known, but the absolute value of the viscosity is detected. It is not possible.
液体の粘度を簡単に測定する方法として、エネルギー閉じ込め厚みすべり振動子を用いた振動粘度計が良く知られている（特許文献１参照）。図1は、特許文献1に示されている従来の振動粘度計用粘度センサの構造を示す平面図であり、圧電単結晶LGS(ランガサイト)からなる略正方形の圧電基板90のほぼ中央に、略正方形の第一の対向電極91およびこれと対向し、一辺の長さが前記第一の対向電極より大きな略正方形の第二の対向電極92を形成して、これらの対向電極が形成された領域にエネルギー閉じ込め厚みすべり振動を生じさせ、前記第二の対向電極92が形成された面に、その内寸が前記第一の対向電極より大きい略円形の試料保持用のリング93を装着し、必要に応じ、前記試料保持用のリングの開口部を覆う蓋を設け、さらに、前記第二の対向電極92が形成された面の、前記試料保持用のリング93の内側の領域に試料液体の導電率を測定するための、少なくとも一対の導電率測定用電極94,95が形成されている。 As a method of measuring the viscosity of a liquid easily, a vibration viscometer using an energy confinement thickness shear oscillator is well known (see Patent Document 1). FIG. 1 is a plan view showing the structure of a conventional viscosity sensor for a vibration viscometer disclosed in Patent Document 1, substantially at the center of a substantially square piezoelectric substrate 90 made of a piezoelectric single crystal LGS (Langasite). A substantially square first opposite electrode 91 and a substantially square second opposite electrode 92 opposed to this and having a side longer than the first opposite electrode are formed, and these opposite electrodes are formed. An energy confining thickness-shear vibration is generated in the region, and a substantially circular sample holding ring 93 whose inner size is larger than the first counter electrode is mounted on the surface on which the second counter electrode 92 is formed, If necessary, a lid is provided to cover the opening of the ring for holding the sample, and a region of the sample liquid on the inner side of the ring for holding the sample 93 on the surface on which the second counter electrode 92 is formed. At least one pair of conductivity measurements for measuring conductivity Pole 94, 95 is formed.
振動粘度計は、液体の物理特性としての粘度を直接測定することができるが、一般に、液体の粘度は温度によって大きく変化し、例えば、JISで規格化されている粘度標準液JS-100の粘度は、図2に示すように、温度20℃から40℃の範囲で、約85から32 (mPa・s)まで低下する。したがって、液体の粘度の測定には液体の温度による補正が不可欠で、これまでは、別の温度センサで測定した液体の温度で粘度の補正が行われている。 The vibration viscometer can directly measure the viscosity as a physical property of the liquid, but generally, the viscosity of the liquid largely changes depending on the temperature, and for example, the viscosity of the viscosity standard liquid JS-100 standardized by JIS. The temperature drops from about 85 to 32 (mPa · s) in the temperature range of 20 ° C. to 40 ° C., as shown in FIG. Therefore, correction based on the temperature of the liquid is essential for measuring the viscosity of the liquid, and so far, the correction of viscosity has been performed at the temperature of the liquid measured by another temperature sensor.
また、特許文献1に示されているようなエネルギー閉じ込め振動子を用いた振動粘度計においては、振動子の支持・固定による振動の減衰を無くすために、使用する圧電単結晶基板の厚さにより、支持可能な外形寸法を所定の寸法よりも大きくする必要があるため、液体の圧力に対する耐性を高めるために、基板の厚さを厚くすることができないという問題がある。 Moreover, in the vibration viscometer using the energy confinement vibrator as shown in Patent Document 1, in order to eliminate the damping of the vibration due to the support and fixation of the vibrator, depending on the thickness of the piezoelectric single crystal substrate used. There is a problem that the thickness of the substrate can not be increased in order to increase the pressure resistance of the liquid, since it is necessary to make the supportable external dimensions larger than the predetermined dimensions.
さらに、図1に示した、従来の振動粘度計においては導電率測定用電極が形成されており、試料保持用リング93の中の試料液体に対して、この電極間の直流抵抗を測定することにより、液体の導電率の測定が可能であることが示されている。しかしながら、液体の電気物性としては、直流的な導電率だけでは不十分で、交流に対する誘電率の測定、すなわち複素誘電率や誘電緩和特性の測定を行いたいという要求が多くある。 Furthermore, in the conventional vibration viscometer shown in FIG. 1, an electrode for measuring conductivity is formed, and the DC resistance between the electrodes is measured with respect to the sample liquid in the ring 93 for sample holding. It has been shown that measurement of the conductivity of a liquid is possible. However, in terms of the electrical properties of a liquid, direct current conductivity alone is not sufficient, and there are many requests to measure the dielectric constant with respect to alternating current, that is, to measure the complex dielectric constant and dielectric relaxation characteristics.
液体の温度の測定には、周知のように、いろいろなタイプの温度センサが使用されているが、液体の粘度や誘電特性が液体の温度により大きく変化するので、できるだけこれらのセンサの近くに温度センサを配置する必要がある。 As is well known, various types of temperature sensors are used to measure the temperature of the liquid, but since the viscosity and dielectric properties of the liquid largely change depending on the temperature of the liquid, the temperature is as close as possible to these sensors It is necessary to arrange the sensor.
液体が発酵などの化学反応を生ずる物質を含む場合などでは、化学反応や発酵によりガスを発生し、配管や密閉容器内圧力が増加することがあるため、液体の品質管理や安全性の確保のために、圧力センサが使用されている。 When the liquid contains a substance that causes a chemical reaction such as fermentation, the gas may be generated by the chemical reaction or fermentation, and the pressure in the piping or sealed container may increase. Therefore, the quality control of the liquid and securing of safety Pressure sensors are used to
配管や密閉容器内の液体の圧力の検出には、配管や容器の壁面に設けた孔から、MEMS技術で製作された静電容量型圧力センサの感圧部を液体に触れるように装着する方法が一般的であるが、複数のセンサを用いる場合に、他のセンサと別の場所に取り付ける必要があるため、取り付け場所の加工や、検出された信号の処理が複雑になるという問題がある。 To detect the pressure of the liquid in the piping or sealed container, a method of mounting the pressure sensitive portion of the capacitive pressure sensor manufactured by the MEMS technology so as to touch the liquid from the hole provided on the wall of the piping or container Although it is common to use a plurality of sensors, there is a problem that the processing of the mounting location and the processing of the detected signal become complicated because it is necessary to mount the sensor in another place from other sensors.
以上、従来の液体用センサとして複数個のセンサを使用する場合、個々のセンサが別々に作られており、取り付け場所も別々に加工する必要があるためセンサ全体の構造が複雑で大型になるという問題がある。 As described above, in the case of using a plurality of sensors as conventional sensors for liquid, individual sensors are separately manufactured, and mounting locations need to be separately processed, so that the overall structure of the sensor becomes complicated and large. There's a problem.
また、液体自体の温度特性を補正する場合に、個々のセンサの設置位置の違いや、センサの形状や大きさの違いなどの影響をそれぞれの状況に応じて補正する必要があり、補正手順、補正方法が複雑になる。 In addition, when correcting the temperature characteristics of the liquid itself, it is necessary to correct the effects of differences in the installation position of the individual sensors, differences in the shape and size of the sensors, and the like according to each situation. The correction method becomes complicated.
本発明においては、複数個のセンサに対する被測定液体の温度補正の手順や補正方法の複雑さを解決して、従来の液体センサと比較して、小型、多機能、高性能の液体用複合センサ及びこれを用いた物性測定方法を提供する。 In the present invention, the complicated procedure of the temperature correction procedure and correction method of the liquid to be measured for a plurality of sensors is solved, and the composite sensor for liquid of small size, multi-function and high performance is compared with the conventional liquid sensor. And provide a method of measuring physical properties using the same.
本発明によれば、液体の導電・誘電特性と相対粘度を検出するための誘電センサ、液体の粘度を検出するための粘度センサ、液体の温度を検出する温度センサ、液体の圧力を検出するための圧力センサなどの複数個のセンサを一体に構成した液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。 According to the present invention, a dielectric sensor for detecting the conductivity and dielectric properties of the liquid and the relative viscosity, a viscosity sensor for detecting the viscosity of the liquid, a temperature sensor for detecting the temperature of the liquid, and a pressure of the liquid A composite sensor for a liquid, in which a plurality of sensors such as the pressure sensor described above are integrated, and a method of measuring physical properties of a liquid using the composite sensor.
また、本発明によれば、円形あるいは正方形の絶縁基板の表面が試料液体に接触する液体用複合センサであって、前記絶縁基板の表面および裏面のいずれかに、液体の導電・誘電特性と相対粘度を検出するための誘電センサ、液体の粘度を検出するための粘度センサ、液体の温度を検出するための温度センサ、液体の圧力を検出するための圧力センサなどの複数個のセンサを一体に形成するとともに、前記複数個のセンサが形成された絶縁基板をセンサホルダーの開口部を密閉するように装着した液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。 Further, according to the present invention, it is a composite sensor for liquid in which the surface of a circular or square insulating substrate is in contact with a sample liquid, wherein either the surface or the back surface of the insulating substrate is relative to the conductive and dielectric characteristics of the liquid. Multiple sensors such as dielectric sensor for detecting viscosity, viscosity sensor for detecting viscosity of liquid, temperature sensor for detecting temperature of liquid, pressure sensor for detecting pressure of liquid A composite sensor for a liquid, in which the insulating substrate on which the plurality of sensors are formed is attached so as to seal the opening of the sensor holder, and a method of measuring physical properties of a liquid using the composite sensor can be obtained.
また、本発明によれば、前記センサホルダーに、前記複数個のセンサが形成された絶縁基板を載せるための台座部とこの台座部の内側には円形の凹部が形成され、前記台座部に、前記絶縁基板に形成された前記複数個のセンサの電気端子と接続するための接続端子が形成され、さらに、それぞれの接続端子から、前記センサホルダーの外側に外部接続用端子が引き出され、前記センサホルダーの背面に、前記複数個のセンサ用の電気回路を収納するための空洞が形成されている液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。 Further, according to the present invention, a pedestal portion for mounting the insulating substrate on which the plurality of sensors are formed is formed on the sensor holder, and a circular recess is formed inside the pedestal portion. Connection terminals for connecting with the electric terminals of the plurality of sensors formed on the insulating substrate are formed, and further, terminals for external connection are drawn out from the respective connection terminals to the outside of the sensor holder. A composite sensor for a liquid, in which a cavity for housing the electric circuit for the plurality of sensors is formed on the back surface of the holder, and a method of measuring physical properties of the liquid using the same.
また、本発明によれば、前記センサホルダーの凹部の中央部に、凹部の底部から立ち上がる突起部を形成し、前記突起部の上面と前記絶縁基板の裏面との間に、前記絶縁基板の表面に所定の圧力が印加されときに前記絶縁基板が撓んでその裏面が接触するだけの隙間を設けた液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。 Further, according to the present invention, a protrusion rising from the bottom of the recess is formed at the center of the recess of the sensor holder, and the surface of the insulating substrate is between the upper surface of the protrusion and the back surface of the insulating substrate. When the predetermined pressure is applied, the insulating substrate is bent and the liquid composite sensor is provided with a gap that allows the back surface to be in contact, and a method of measuring physical properties of the liquid using the same.
また、本発明によれば、前記絶縁基板の表面に一対の導体薄膜を形成してコンデンサを構成し、絶縁基板として複素誘電率が既知の基板を用い、まず、前記一対の導体の上面に誘電体が無い場合のインピーダンス特性の測定結果から前記一対の導体が真空中に浮いていると仮定した場合の静電容量を求め、次に、前記一対の導体の上面を誘電体で覆ったときのインピーダンスの測定結果から、この誘電体の複素誘電率を求めることが可能な液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。 Further, according to the present invention, a pair of conductive thin films are formed on the surface of the insulating substrate to form a capacitor, and a substrate having a known complex dielectric constant is used as the insulating substrate. The capacitance when assuming that the pair of conductors is floating in a vacuum is determined from the measurement result of the impedance characteristic when there is no body, and then the upper surface of the pair of conductors is covered with a dielectric. From the measurement result of the impedance, a composite sensor for liquid which can obtain the complex dielectric constant of the dielectric and a method of measuring physical properties of the liquid using the composite sensor can be obtained.
また、本発明によれば、前記絶縁基板の裏面の外周側のドーナツ状領域に金属薄膜から成る歪抵抗素子を形成して前記圧力センサとした液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。 Further, according to the present invention, a composite resistance sensor for liquid as the pressure sensor and a physical property measurement of the liquid using the same as the pressure sensor by forming a strain resistance element made of a metal thin film in a toroidal region on the outer peripheral side of the back surface of the insulating substrate. The way is obtained.
また、本発明によれば、前記絶縁基板の裏面の前記圧力センサが形成された領域と重ならない領域に、感温抵抗材料からなる薄膜を形成して温度センサとした液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。 Further, according to the present invention, a composite sensor for a liquid, in which a thin film made of a temperature sensitive resistance material is formed in a region not overlapping the region where the pressure sensor is formed on the back surface of the insulating substrate The physical property measuring method of the used liquid is obtained.
また、本発明によれば、前記絶縁基板として、厚みすべり振動モードが励振可能な圧電単結晶を使用し、前記圧電単結晶からなる絶縁基板の中央部に厚さ方向に対向する電極を形成して、エネルギー閉じ込め厚みすべり振動を効率良く励振可能にして粘度センサとした液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。 Further, according to the present invention, a piezoelectric single crystal capable of exciting a thickness shear vibration mode is used as the insulating substrate, and an electrode facing in the thickness direction is formed at the central portion of the insulating substrate made of the piezoelectric single crystal. Thus, it is possible to obtain a composite sensor for a liquid as a viscosity sensor capable of efficiently exciting thickness shear vibration, and a method of measuring physical properties of the liquid using the composite sensor.
本発明は、液体の温度を検出する温度センサと、液体の導電・誘電特性と粘度の相対値を検出するための誘電センサ及び液体の複素粘度を検出するための粘度センサのうちの少なくとも一つとを有し、前記温度センサと前記誘電センサ及び前記粘度センサのうちの少なくとも一方とを絶縁基板上に一体に構成した液体用複合センサである。 The present invention comprises at least one of a temperature sensor for detecting the temperature of a liquid, a dielectric sensor for detecting the relative value of conductivity and dielectric properties of the liquid and viscosity, and a viscosity sensor for detecting the complex viscosity of the liquid. A composite sensor for liquid, in which the temperature sensor and at least one of the dielectric sensor and the viscosity sensor are integrated on an insulating substrate.
本発明は、液体の温度を検出する温度センサと、液体の導電・誘電特性と粘度の相対値を検出するための誘電センサと、液体の複素粘度を検出するための粘度センサとを有し、前記温度センサと前記誘電センサと前記粘度センサとを絶縁基板上に一体に構成した液体用複合センサである。 The present invention comprises a temperature sensor for detecting the temperature of the liquid, a dielectric sensor for detecting the relative value of the conductivity / dielectric characteristics of the liquid and the viscosity, and a viscosity sensor for detecting the complex viscosity of the liquid, It is a composite sensor for liquid in which the temperature sensor, the dielectric sensor, and the viscosity sensor are integrally formed on an insulating substrate.
さらに、本発明は、液体の圧力を検出する圧力センサを有し、前記圧力センサは前記絶縁基板上に形成される液体用複合センサである。 Furthermore, the present invention has a pressure sensor for detecting the pressure of the liquid, and the pressure sensor is a composite sensor for liquid formed on the insulating substrate.
本発明は、凹部を有するセンサホルダーを有し、前記絶縁基板は、前記凹部の開口部外側に面して液体に接触する面を表面側及び前記凹部の開口部内側に面する面を裏側にして、前記センサホルダーの前記凹部の開口部を密閉するように装着される液体用複合センサである。 The present invention has a sensor holder having a recess, and the insulating substrate faces the outside of the opening of the recess with the surface in contact with the liquid on the front side and the surface facing the inside of the opening of the recess on the back side. The liquid composite sensor is mounted so as to seal the opening of the recess of the sensor holder.
本発明は、前記温度センサが、前記絶縁基板の裏側に形成される液体用複合センサである。 The present invention is the composite sensor for liquid in which the temperature sensor is formed on the back side of the insulating substrate.
本発明は、前記センサホルダーの前記凹部に、前記絶縁基板を載せるための台座部が形成され、前記台座部に、前記絶縁基板に形成されたセンサの電気端子と接続するための接続端子が形成され、さらに、それぞれの接続端子から、前記センサホルダーの外側に外部接続用端子が引き出され、前記センサホルダーの背面に、前記絶縁基板に形成されたセンサ用の電気回路を収納するための空洞が形成されている液体用複合センサである。 In the present invention, a pedestal for mounting the insulating substrate is formed in the recess of the sensor holder, and a connection terminal for connecting to an electrical terminal of a sensor formed on the insulating substrate is formed in the pedestal. Further, external connection terminals are drawn out from the respective connection terminals to the outside of the sensor holder, and on the back surface of the sensor holder there is a cavity for housing an electric circuit for a sensor formed on the insulating substrate. It is a composite sensor for liquid being formed.
本発明は、前記センサホルダーの前記凹部の中央部に、前記凹部の底部から立ち上がる突起部を形成し、前記突起部の上面と前記絶縁基板の裏面との間に、前記絶縁基板の表面に所定の圧力が印加されときに前記絶縁基板が撓んでその裏面が接触するだけの隙間を設けた液体用複合センサである。 In the present invention, a protrusion rising from the bottom of the recess is formed in the center of the recess of the sensor holder, and a surface of the insulating substrate is provided between the upper surface of the protrusion and the back surface of the insulating substrate. The liquid composite sensor is provided with a gap such that the insulating substrate bends and the back surface of the insulating substrate contacts when the pressure is applied.
本発明は、前記絶縁基板の裏面の外周側のドーナツ状領域に金属薄膜から成る歪抵抗素子を形成して圧力センサが設けられる液体用複合センサである。 The present invention is a composite sensor for liquid, in which a strain resistance element made of a metal thin film is formed in a doughnut-shaped area on the outer peripheral side of the back surface of the insulating substrate to provide a pressure sensor.
本発明は、前記絶縁基板の裏面の前記圧力センサが形成された領域と重ならない領域に、感温抵抗材料からなる薄膜を形成して前記温度センサが設けられる液体用複合センサである。 The present invention is a composite sensor for liquid, in which a thin film made of a temperature sensitive resistance material is formed in a region not overlapping the region where the pressure sensor is formed on the back surface of the insulating substrate, and the temperature sensor is provided.
本発明は、前記絶縁基板に前記粘度センサが形成される場合、前記絶縁基板として、厚みすべり振動モードが励振可能な圧電単結晶を使用し、前記圧電単結晶からなる絶縁基板の中央部に厚さ方向に対向する電極を形成して、エネルギー閉じ込め厚みすべり振動を励振可能にして粘度センサとした液体用複合センサである。 In the present invention, when the viscosity sensor is formed on the insulating substrate, a piezoelectric single crystal capable of exciting a thickness shear vibration mode is used as the insulating substrate, and a thickness of the central portion of the insulating substrate made of the piezoelectric single crystal is used. This is a composite sensor for a liquid, which is an viscosity sensor in which an energy confinement thickness shear vibration can be excited by forming an electrode facing in the longitudinal direction.
本発明は、前記絶縁基板に前記誘電センサが形成される場合、前記絶縁基板の表面に一対の導体薄膜を形成してコンデンサを構成し、絶縁基板として複素誘電率が既知の基板を用いて、まず、前記一対の導体の上面に誘電体が無い場合のインピーダンス特性の測定結果から前記一対の導体が真空中に浮いていると仮定した場合の静電容量を求め、次に、前記一対の導体の上面を誘電体で覆ったときのインピーダンスの測定結果から、この誘電体の複素誘電率を求める液体用複合センサを用いた液体の物性測定方法である。 In the present invention, when the dielectric sensor is formed on the insulating substrate, a pair of conductive thin films are formed on the surface of the insulating substrate to form a capacitor, and a substrate having a known complex dielectric constant is used as the insulating substrate. First, from the measurement result of the impedance characteristic when there is no dielectric on the top surface of the pair of conductors, the capacitance in the case where the pair of conductors is assumed to be floating in vacuum is determined, and then the pair of conductors The method of measuring physical properties of a liquid using the composite sensor for liquid, which obtains the complex dielectric constant of the dielectric from the measurement result of impedance when the upper surface of the is covered with the dielectric.
本発明によれば、液体用の誘電センサ、粘度センサ、温度センサ、圧力センサ、などを1枚の絶縁基板に形成したため、構造が簡単で、小型、多機能、高性能の液体用複合センサが得られる。 According to the present invention, since a dielectric sensor for liquid, a viscosity sensor, a temperature sensor, a pressure sensor, etc. are formed on a single insulating substrate, a compact, multi-functional, high performance composite sensor for liquid is simple in structure. can get.
液体の誘電特性として、単なる静電容量の変化や直流抵抗の変化ではなく、液体の物理定数としての複素誘電率、あるいは誘電緩和特性の測定が可能になる。 As dielectric properties of the liquid, it is possible to measure not only a change in capacitance or a change in direct current resistance, but also a complex dielectric constant as a physical constant of the liquid or a dielectric relaxation property.
液体の誘電特性と温度を同時に検出することができるため、温度により大きく変化する液体の導電率、誘電緩和特性、および粘度の温度補正が容易になる。 The ability to simultaneously detect the dielectric properties and temperature of the liquid facilitates temperature correction of the conductivity, dielectric relaxation properties, and viscosity of the liquid, which changes significantly with temperature.
絶縁基板の表面に形成した誘電センサの駆動周波数を適切に選ぶことにより、液体の導電率、液体の誘電緩和特性、液体の粘度を別々に検出することができる。 By appropriately selecting the drive frequency of the dielectric sensor formed on the surface of the insulating substrate, the conductivity of the liquid, the dielectric relaxation characteristics of the liquid, and the viscosity of the liquid can be separately detected.
圧電すべり振動子により、真の粘度を直接測定することができると同時に試料液体の温度を同時に検出することができるため、温度により大きく変化する液体の粘度の温度補正が容易になり、より正確になる。また、センサホルダーの底部に圧電単結晶基板のたわみ量を限定するためのストッパー(突起部)を形成しているので、液体の圧力に対する圧電基板の耐性が向上する。 By using a piezoelectric slip oscillator, the true viscosity can be measured directly and at the same time the temperature of the sample liquid can be detected simultaneously, so temperature correction of the viscosity of the liquid, which changes greatly depending on the temperature, becomes easy and more accurate Become. Further, since the stopper (protrusion) for limiting the amount of deflection of the piezoelectric single crystal substrate is formed at the bottom of the sensor holder, the resistance of the piezoelectric substrate to the pressure of the liquid is improved.
本発明の誘電センサと本発明の粘度センサの両方を同一圧電基板上に形成した場合、誘電センサによる相対的粘度と振動粘度センサによる物理特性としての粘度の両方を同時に検出することが可能となるため、液体の粘度を立体的に把握することができ、特に粘度の変化が重要な用途においては、粘度に関して補強されたデータを得ることができる。 When both the dielectric sensor of the present invention and the viscosity sensor of the present invention are formed on the same piezoelectric substrate, it is possible to simultaneously detect both the relative viscosity by the dielectric sensor and the viscosity as a physical property by the vibration viscosity sensor. Therefore, it is possible to three-dimensionally grasp the viscosity of the liquid, and in particular in applications where a change in viscosity is important, it is possible to obtain reinforced data regarding the viscosity.
本発明では、絶縁材からなり、台座部にセンサ接続用端子が形成されたセンサホルダーを用いているため、センサの組み立てと端子の接続が容易になる。 In the present invention, since the sensor holder made of an insulating material and having the sensor connection terminal formed on the pedestal portion is used, assembly of the sensor and connection of the terminal become easy.
さらに、本発明では、複数のセンサが一枚の絶縁基板上に形成され、一つのセンサホルダーに収容されているため、それぞれのセンサに対する電気回路の、電源回路、基準信号回路などを共通とすることができる上に、センサ間の電気配線が簡単、容易になり、回路部がコンパクトになるという利点がある。 Furthermore, in the present invention, since a plurality of sensors are formed on a single insulating substrate and housed in one sensor holder, the power supply circuit, reference signal circuit, etc. of the electric circuit for each sensor are made common. In addition, there is an advantage that the electrical wiring between the sensors becomes simple and easy, and the circuit part becomes compact.
本発明におけるそれぞれのセンサの説明 Description of each sensor in the present invention
＜誘電センサ＞
本発明の誘電センサは、一対の導体を絶縁基板の面上に形成してコンデンサを構成し、誘電体である液体の複素誘電率を測定する。具体的には、絶縁基板として複素誘電率が既知の基板を用いるとともに、前記一対の導体の上面に誘電体が無い場合のインピーダンス特性を測定して、前記一対の導体が真空中に浮いていると仮定した場合の静電容量を求めることにより、前記一対の導体の上面を複素誘電率が未知の誘電体で覆ったときのインピーダンスの測定結果から、前記一対の導体の上面を覆う誘電体の複素誘電率を求めることが可能となる。
<Dielectric sensor>
The dielectric sensor of the present invention forms a capacitor by forming a pair of conductors on the surface of an insulating substrate, and measures the complex dielectric constant of a liquid which is a dielectric. Specifically, a substrate having a known complex dielectric constant is used as the insulating substrate, and impedance characteristics in the case where there is no dielectric on the top surface of the pair of conductors are measured, and the pair of conductors float in vacuum Of the dielectrics covering the upper surfaces of the pair of conductors from the measurement results of impedance when the upper surfaces of the pair of conductors are covered with a dielectric whose unknown complex dielectric constant is unknown. It is possible to determine the complex dielectric constant.
前記一対の導体が形成された絶縁基板の複素誘電率が未知の場合は、同じ絶縁基板に対向電極を形成して平板コンデンサを構成し、対向電極の面積と絶縁基板の厚さを測定するとともに、コンデンサのインピーダンスを測定することにより、従来から知られている方法で、前記絶縁基板の複素誘電率を求めることができる。 When the complex dielectric constant of the insulating substrate on which the pair of conductors are formed is unknown, the counter electrode is formed on the same insulating substrate to form a flat plate capacitor, and the area of the counter electrode and the thickness of the insulating substrate are measured. The complex dielectric constant of the insulating substrate can be determined by a conventionally known method by measuring the impedance of the capacitor.
さらに、一対の導体は、前記絶縁基板の表面に平面状に形成されているため、試料液体が誘電センサの上に留まることが無いので、試料液体の特性の変化を正しく測定することが可能となる。 Furthermore, since the pair of conductors are formed flat on the surface of the insulating substrate, the sample liquid does not stay on the dielectric sensor, so that it is possible to correctly measure the change in the characteristics of the sample liquid. Become.
本発明の誘電センサは、一対のコイル状導体が直接試料と接触する必要があるため、絶縁基板の表面に形成する必要がある。 The dielectric sensor of the present invention needs to be formed on the surface of the insulating substrate because the pair of coiled conductors need to be in direct contact with the sample.
また、誘電センサの形成位置は、他のセンサと重ならない領域であれば、絶縁基板の表面のどの位置でも良い。 Further, the formation position of the dielectric sensor may be any position on the surface of the insulating substrate as long as it does not overlap with other sensors.
上記構成の誘電センサにより交流における誘電特性・複素誘電率の測定を可能にするとともに、センサを小型化し、均一な測定が可能となり、さらにセンサ自体の洗浄も可能となる。 The dielectric sensor having the above configuration enables measurement of dielectric characteristics and complex dielectric constant in alternating current, enables downsizing of the sensor, enables uniform measurement, and enables cleaning of the sensor itself.
＜粘度センサ＞
本発明のエネルギー閉じ込め厚みすべり振動を利用した粘度センサは、上述の特許文献１に開示されるエネルギー閉じ込め厚みすべり振動子（圧電振動子ともいう）を利用するものであって、絶縁基板として、水晶などの圧電性を有する単結晶から厚みすべり振動を得るためのカット方位で切断された基板（圧電単結晶基板）を用い、エネルギー閉じ込め振動モードを励振可能とするための対向電極が、この圧電基板のほぼ中央部に対向して形成されている。
<Viscosity sensor>
The viscosity sensor using the energy confinement thickness shear vibration of the present invention utilizes the energy confinement thickness shear vibrator (also referred to as a piezoelectric vibrator) disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, and uses quartz as an insulating substrate. Etc. using a substrate (piezoelectric single crystal substrate) cut in a cut orientation for obtaining thickness shear vibration from a single crystal having piezoelectricity such as, and an opposite electrode for enabling excitation of an energy confinement vibration mode, this piezoelectric substrate It is formed opposite to the approximately central part of.
厚みすべり振動をしている圧電振動子の表面に、液体などの粘弾性特性を有する物体が接触すると、この物体の粘弾性特性の影響により、圧電振動子の共振周波数が変化するとともに、圧電振動子の等価回路定数である直列抵抗が変化する。 When an object having visco-elastic properties, such as liquid, comes into contact with the surface of the piezoelectric vibrator undergoing thickness shear vibration, the resonance frequency of the piezoelectric vibrator changes due to the influence of the visco-elastic property of the body, and the piezoelectric vibration The series resistance which is the equivalent circuit constant of the child changes.
このエネルギー閉じ込め厚みすべり振動子の表面の振動している部分に液体が接触したときの共振周波数の変化と直列抵抗の変化から試料液体の複素粘度を容易に検出することができる。 The complex viscosity of the sample liquid can be easily detected from the change in resonance frequency and the change in series resistance when the liquid comes in contact with the vibrating part of the surface of the energy confinement thickness shear oscillator.
また、前述したように、絶縁基板の表面に一対の導電体を形成した誘電センサにより、液体を流れるイオン電流の大きさから相対的な粘度を検出することができる。 Further, as described above, the relative viscosity can be detected from the magnitude of the ion current flowing through the liquid by the dielectric sensor in which the pair of conductors are formed on the surface of the insulating substrate.
＜温度センサ＞
本発明の温度センサとしては、既に広い分野で使用されている、白金やその他の感温抵抗金属薄膜を絶縁基板上にライン状に形成することで得られる温度センサを使用する。この技術を用いて、他の機能を有するセンサが形成された同じ絶縁基板上に温度センサを形成することにより、誘電センサや粘度センサで得られた特性に対して、より正確な温度補正を行うことができる。
<Temperature sensor>
As a temperature sensor of the present invention, a temperature sensor obtained by forming platinum or another temperature-sensitive metal thin film in a line shape on an insulating substrate, which is already used in a wide field, is used. By using this technology to form a temperature sensor on the same insulating substrate on which sensors with other functions are formed, more accurate temperature correction can be performed on the characteristics obtained by the dielectric sensor or viscosity sensor. be able to.
金属薄膜を用いた温度センサは、感温抵抗素子を用いて温度変化にともなう抵抗変化を利用しているので、液体に導電性がある場合には、温度センサを絶縁膜で覆う必要がある。 Since a temperature sensor using a metal thin film utilizes resistance change with temperature change using a temperature sensitive resistance element, when the liquid is conductive, it is necessary to cover the temperature sensor with an insulating film.
＜圧力センサ＞
本発明の圧力センサとしては、一般的に、Cu-NiやCr-Nなどの金属薄膜からなる歪抵抗素子を絶縁基板上の発生歪あるいは、発生応力の大きな領域に形成して得られる金属薄膜圧力センサを使用する。
<Pressure sensor>
In the pressure sensor according to the present invention, generally, a metal thin film obtained by forming a strain resistance element made of a metal thin film such as Cu-Ni or Cr-N in a region where a generation strain or a generation stress is large on an insulating substrate. Use a pressure sensor.
図3は、半径aの周辺固定円板の表面に等分布荷重が印加された場合の径方向の応力分布を示す図である。半径aの周辺固定円板の表面に等分布荷重が印加された場合、同心円状に分布する径方向の応力(=歪)が発生し、中心から径方向の位置rにおける応力(=歪)の大きさは、図3に示すようになる。ただし、図3の縦軸は、周辺固定部の最大応力(=歪)で基準化している。 FIG. 3 is a diagram showing a stress distribution in the radial direction when an equally distributed load is applied to the surface of the peripheral fixed disk of radius a. When an equally distributed load is applied to the surface of the peripheral fixed disk of radius a, radial stress (= strain) distributed concentrically is generated, and stress (= strain) at position r in the radial direction from the center The size is as shown in FIG. However, the vertical axis in FIG. 3 is normalized by the maximum stress (= strain) of the peripheral fixed portion.
つまり、円板の周辺を固定した場合、あるいは、円形の凹部が形成された台座に、凹部を覆うように板を張り付けて、凹部の周辺で板を固定した場合に、板の表面に等分布荷重が印加された場合には、板には図3に示すような応力(=歪)分布を生じるため、円板の周辺部の応力(=歪)が大きくなる。 That is, when the periphery of the disc is fixed, or when the plate is attached to a pedestal on which a circular recess is formed so as to cover the recess and the plate is fixed around the recess, equal distribution on the surface of the plate When a load is applied, a stress (= strain) distribution as shown in FIG. 3 is generated in the plate, so the stress (= strain) in the peripheral portion of the disc becomes large.
したがって、本発明においては、歪抵抗素子をその歪-抵抗感度が最大となる方向を円板の径方向に合わせるよう、円板の外周部に近い領域に形成している。 Therefore, in the present invention, the strain resistance element is formed in a region close to the outer peripheral portion of the disc so that the direction in which the strain-resistance sensitivity is maximized is aligned with the radial direction of the disc.
前述の温度センサの場合と同様に、歪抵抗素子を用いた圧力センサは、圧力変化にともなう抵抗変化を利用しているので、液体に導電性がある場合には、歪抵抗素子を絶縁膜で覆う必要がある。 As in the case of the temperature sensor described above, the pressure sensor using a strain resistance element utilizes resistance change accompanying pressure change, so if the liquid is conductive, the strain resistance element is an insulating film You need to cover it.
また、本発明の圧力センサは、表面、裏面、いずれの面に形成しても、特性に差はない。 In addition, the pressure sensor of the present invention has no difference in characteristics regardless of whether it is formed on the front surface or the back surface.
＜本発明の液体用複合センサの構成例＞
図4は、本発明の液体用複合センサ基板の構成例を示す平面図であり、(a)は表面、(b)は裏面である。一枚の圧電単結晶基板（圧電基板と称する場合がある）の表面と裏面に、誘電センサと振動粘度センサ、温度センサおよび圧力センサの4つのセンサが形成されている。図4において、圧電円板401の表面には、誘電センサ、402と403が圧電円板401の周辺領域に形成され、並列接続されている。圧電基板401の中央部に円形の第一の振動粘度センサ用駆動電極404が形成されて、それぞれのセンサの電気端子が、圧電円板401の周辺に引き出されている。また、圧電基板401の裏面には、周辺領域に第一の圧力センサ405および第二の圧力センサ406、および温度センサ407が形成され、圧電基板401の中央部には、前記第一の振動粘度センサ用駆動電極404に対向して第二の振動粘度センサ用駆動電極408が形成されている。前記第一の圧力センサ405および第二の圧力センサ406は、別々に形成されているが、これらは、直列接続されて一個の圧力センサとして使用される。
<Configuration Example of Liquid Composite Sensor of the Present Invention>
FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of the composite sensor substrate for liquid of the present invention, in which (a) is a front surface and (b) is a rear surface. Four sensors of a dielectric sensor, a vibration viscosity sensor, a temperature sensor, and a pressure sensor are formed on the front and back surfaces of a single piezoelectric single crystal substrate (sometimes referred to as a piezoelectric substrate). In FIG. 4, dielectric sensors 402 and 403 are formed in the peripheral region of the piezoelectric disc 401 and connected in parallel on the surface of the piezoelectric disc 401. A circular first vibration viscosity sensor drive electrode 404 is formed at the center of the piezoelectric substrate 401, and the electrical terminals of each sensor are drawn out around the piezoelectric disk 401. Further, on the back surface of the piezoelectric substrate 401, a first pressure sensor 405, a second pressure sensor 406, and a temperature sensor 407 are formed in the peripheral area, and in the central portion of the piezoelectric substrate 401, the first vibration viscosity A second vibration viscosity sensor drive electrode 408 is formed opposite to the sensor drive electrode 404. Although the first pressure sensor 405 and the second pressure sensor 406 are separately formed, they are connected in series and used as one pressure sensor.
誘電センサや振動粘度センサに加え、液体の圧力を検出する圧力センサと液体の温度を検出するための温度センサを絶縁基板上に一体的に形成することで、センサ全体の小型化が実現される。 In addition to the dielectric sensor and the vibration viscosity sensor, the pressure sensor for detecting the pressure of the liquid and the temperature sensor for detecting the temperature of the liquid are integrally formed on the insulating substrate, so that the entire sensor can be miniaturized. .
図5は、本発明の液体用複合センサ基板の別の構成例を示す平面図であり、(a)は表面、(b)は裏面である。一枚の絶縁円板の表面と裏面に、誘電センサ、温度センサおよび圧力センサの3つのセンサが形成されている。図5において、絶縁円板501の表面には、ほぼ全面に亘り誘電センサ502が形成され、絶縁円板の裏面には、外周側に略円形に圧力センサ503が形成され、絶縁円板501の中央部には、温度センサ504が形成されている。誘電センサ502の電気端子は、円板に形成したスルーホールを介して、裏面に引き出されて接続端子と接続されており、裏面に形成されている他のセンサの接続端子と同様に、センサホルダーの台座部に形成された接続端子との電気的接続をより容易に行うことができる。 FIG. 5 is a plan view showing another configuration example of the composite sensor substrate for liquid of the present invention, in which (a) is a front surface and (b) is a rear surface. Three sensors, a dielectric sensor, a temperature sensor, and a pressure sensor, are formed on the front and back surfaces of a single insulating disk. In FIG. 5, a dielectric sensor 502 is formed over the substantially entire surface of the insulating disc 501, and a pressure sensor 503 is formed in a substantially circular shape on the outer peripheral side of the back of the insulating disc. A temperature sensor 504 is formed at the central portion. The electrical terminals of the dielectric sensor 502 are drawn out to the back surface through the through holes formed in the disc and connected to the connection terminals, and like the connection terminals of other sensors formed on the back surface, the sensor holder The electrical connection with the connection terminal formed on the pedestal portion of the above can be made more easily.
図6は、本発明の液体用複合センサ基板の別の構成例を示す平面図であり、(a)は表面、(b)は裏面である。一枚の正方形圧電板の表面と裏面に、誘電センサ、振動粘度センサ、および温度センサの3つのセンサが形成されている。図6において、正方形圧電板601の表面には、正方形圧電板601の周の3辺を囲むように、誘電センサ602が形成され、中央部には、第一の振動粘度センサ用駆動電極603が形成され、それぞれの端子が、正方形圧電板601の外周部に引き出されている。 FIG. 6 is a plan view showing another configuration example of the composite sensor substrate for liquid of the present invention, in which (a) is a front surface and (b) is a rear surface. Three sensors, a dielectric sensor, a vibration viscosity sensor, and a temperature sensor, are formed on the front and back surfaces of one square piezoelectric plate. In FIG. 6, a dielectric sensor 602 is formed on the surface of the square piezoelectric plate 601 so as to surround three sides of the circumference of the square piezoelectric plate 601, and a first vibration viscosity sensor drive electrode 603 is provided at the center. The respective terminals are drawn out to the outer peripheral portion of the square piezoelectric plate 601.
正方形圧電板601の裏面には、その中央部の前記振動粘度センサ用駆動電極603と対向する位置に、第二の振動粘度センサ用駆動電極604が形成されており、正方形圧電板601の一つの辺の近傍に、温度センサ605が形成されている。 A second vibration viscosity sensor drive electrode 604 is formed on the back surface of the square piezoelectric plate 601 at a position opposite to the vibration viscosity sensor drive electrode 603 in the central portion thereof. A temperature sensor 605 is formed in the vicinity of the side.
図7は、本発明のセンサホルダーの構造例を示す斜視図であり、701は、円形基板用センサホルダー、702は正方形基板用センサホルダーである。円形基板用センサホルダー701と正方形基板用センサホルダー702の違いは、単に、絶縁基板用台座703、704の形状が異なることだけであり、いずれのセンサホルダーにおいても、絶縁基板用台座703、704には、前記複数個のセンサが形成された絶縁基板の電気端子と接続されるための接続端子705、706が形成され、これらの接続端子は、前述したようにセンサホルダーの背面に形成された回路用空洞(図示せず)の内面に引き出されている。 FIG. 7 is a perspective view showing a structural example of a sensor holder according to the present invention, in which 701 is a circular substrate sensor holder and 702 is a square substrate sensor holder. The difference between the circular substrate sensor holder 701 and the square substrate sensor holder 702 is merely that the shapes of the insulating substrate pedestals 703 and 704 are different, and in any sensor holder, the insulating substrate pedestals 703 and 704 are used. The connection terminals 705 and 706 are formed to be connected to the electric terminals of the insulating substrate on which the plurality of sensors are formed, and the connection terminals are circuits formed on the back surface of the sensor holder as described above. It is pulled out to the inner surface of the cavity (not shown).
また、センサホルダー701と702のそれぞれ、前記絶縁基板用台座703、704の内側には円形の凹部707、708が形成され、それぞれの凹部707、708の中央に、底部から立ち上がる突起部709、710が形成されている。このように、センサホルダーの底部に圧電単結晶基板のたわみ量を限定するためのストッパー(突起部)を形成しているので、液体の圧力に対する圧電基板の耐性が向上する。 Further, circular recesses 707 and 708 are formed inside the insulating substrate pedestals 703 and 704 respectively in the sensor holders 701 and 702, and protrusions 709 and 710 which rise from the bottom in the center of the respective recesses 707 and 708. Is formed. As described above, since the stopper (projection) for limiting the amount of deflection of the piezoelectric single crystal substrate is formed at the bottom of the sensor holder, the resistance of the piezoelectric substrate to the pressure of the liquid is improved.
図8は、図5のセンサ付き圧電円板801とセンサホルダー802、およびこれらを組み合わせて構成した、本発明の複合センサ803の構造を示す斜視図である。図8のセンサホルダー802には、前記センサ付き圧電円板801を載せるための台座部804が形成され、この台座部804の内側には、円形の凹部805が形成され、凹部805の中央には、凹部の底部から立ち上がる突起部806が形成されている。さらに、前記台座部804には、前記センサ付き圧電円板801に形成された前記複数個のセンサの電気端子と接続するための接続端子807が形成され、さらに、それぞれの接続端子から、前記センサホルダーの背面に形成された、複数個のセンサのための電気回路が設置される回路用空洞(図示せず)の内側に外部接続用端子が引き出されている。 FIG. 8 is a perspective view showing a structure of a composite sensor 803 according to the present invention, which is configured by combining the sensor-equipped piezoelectric disk 801 and the sensor holder 802 of FIG. 5 and these. A pedestal 804 for mounting the piezoelectric disc 801 with a sensor is formed on the sensor holder 802 of FIG. 8, and a circular recess 805 is formed inside the pedestal 804, and the center of the recess 805 is formed. The projection 806 is formed to rise from the bottom of the recess. Furthermore, connection terminals 807 for connecting to the electric terminals of the plurality of sensors formed on the sensor-equipped piezoelectric disc 801 are formed on the pedestal portion 804, and the sensors are further connected to the sensor from the respective connection terminals. Terminals for external connection are drawn out inside circuit cavities (not shown) formed on the back of the holder and in which electric circuits for a plurality of sensors are installed.
図9は、本発明の液体用複合センサを配管や容器に取り付ける場合の構成例を示す斜視図であり、図9において、本発明の複合センサは、その背面を示している。 FIG. 9 is a perspective view showing a configuration example of the case where the composite sensor for liquid of the present invention is attached to a pipe or a container, and in FIG. 9, the composite sensor of the present invention shows its back surface.
図9において、液体容器あるいは液体配管の壁面901に本複合センサ902のセンサホルダー細径部分903が挿入可能な孔904をあけ、本複合センサ902を密閉用パッキン905を介して挿入する。容器の壁面には外側にネジが切られた第一の複合センサ締め付け具906が接合されており、内側にネジが切られた第二の複合センサ締め付け具907により、本複合センサ902を壁面901に締め付け固定することにより、センサ部が液面に接触し、配管や容器の密閉を確保することができる。 In FIG. 9, a hole 904 through which the sensor holder small diameter portion 903 of the present composite sensor 902 can be inserted is made in the wall surface 901 of the liquid container or liquid pipe, and the present composite sensor 902 is inserted through the sealing packing 905. The first composite sensor fastener 906 externally threaded is joined to the wall of the container, and the second composite sensor fastener 907 internally threaded is a composite sensor 902 on the wall 901 The sensor unit can be in contact with the liquid surface by tightening and fixing it, and sealing of the piping and the container can be ensured.
本発明の絶縁基板の形状は、円形であっても正方形であっても差し支えない。 The shape of the insulating substrate of the present invention may be circular or square.
また、本発明のセンサホルダーの材質は、絶縁性と強度が満足されれば、セラミックスでも樹脂でも良く、センサホルダーは開口部を除き気密構造となっており、もし、液体圧力の異常な増加などにより、絶縁基板が破損した場合にも、気密構造が保たれるようになっている。 Further, the material of the sensor holder of the present invention may be ceramic or resin as long as insulation and strength are satisfied, and the sensor holder has an airtight structure except for the opening, and an abnormal increase in liquid pressure, etc. Thus, the airtight structure is maintained even when the insulating substrate is broken.
401:圧電基板
402、403、502、602:誘電センサ
404:第一の振動粘度センサ用駆動電極
405:第一の圧力センサ
406:第二の圧力センサ
407、504、605:温度センサ
408:第二の振動粘度センサ用駆動電極
501:絶縁円板
503:圧力センサ
601:正方形圧電板
603:第一の振動粘度センサ用駆動電極
604:第二の振動粘度センサ用駆動電極
701:円形基板用センサホルダー、
702:正方形基板用センサホルダー
703、704:絶縁基板用台座
705、706:接続端子
707、708:円形の凹部
709、710:突起部
801:センサ付き圧電円板
802:センサホルダー
803、902:複合センサ
804:台座部
805:円形の凹部
806:突起部
807:接続端子
901:液体容器あるいは液体配管の壁面
903:センサホルダー細径部
904:センサホルダー孔
905:密閉用パッキン
906:第一の複合センサ締め付け具
907:第二の複合センサ締め付け具
401: Piezoelectric substrate
402, 403, 502, 602: dielectric sensor
404: Drive electrode for the first vibrational viscosity sensor
405: First pressure sensor
406: Second pressure sensor
407, 504, 605: Temperature sensor
408: Drive electrode for second vibrational viscosity sensor
501: Insulating disc
503: Pressure sensor
601: Square piezoelectric plate
603: Drive electrode for the first vibrational viscosity sensor
604: Drive electrode for second vibrational viscosity sensor
701: Sensor holder for circular substrate,
702: Sensor holder for square substrate
703, 704: pedestal for insulating substrate
705, 706: Connection terminals
707, 708: circular recess
709, 710: projection
801: Piezoelectric disc with sensor
802: Sensor holder
803, 902: Combined sensor
804: pedestal part
805: Circular recess
806: Projection
807: Connection terminal
901: Wall of liquid container or liquid pipe
903: Sensor holder small diameter part
904: Sensor holder hole
905: Packing for sealing
906: First combined sensor clamp
907: Second combined sensor clamp
Claims (11)
液体の導電・誘電特性と粘度の相対値を検出するための誘電センサ及び液体の複素粘度を検出するための粘度センサのうちの少なくとも一つとを有し、前記温度センサと前記誘電センサ及び前記粘度センサのうちの少なくとも一方とを絶縁基板上に一体に構成したことを特徴とする液体用複合センサ。 A temperature sensor that detects the temperature of the liquid;
The temperature sensor, the dielectric sensor, and the viscosity, comprising: at least one of a dielectric sensor for detecting a relative value of conductivity and dielectric properties of the liquid and viscosity, and a viscosity sensor for detecting complex viscosity of the liquid A composite sensor for liquid, wherein at least one of the sensors is integrally formed on an insulating substrate.
液体の導電・誘電特性と粘度の相対値を検出するための誘電センサと、
液体の複素粘度を検出するための粘度センサとを有し、
前記温度センサと前記誘電センサと前記粘度センサとを絶縁基板上に一体に構成したことを特徴とする液体用複合センサ。 A temperature sensor that detects the temperature of the liquid;
A dielectric sensor for detecting the relative value of the conductivity and dielectric properties of the liquid and the viscosity;
And a viscosity sensor for detecting the complex viscosity of the liquid;
A composite sensor for liquid comprising the temperature sensor, the dielectric sensor and the viscosity sensor integrated on an insulating substrate.
前記絶縁基板は、前記凹部の開口部外側に面して液体に接触する面を表面側及び前記凹部の開口部内側に面する面を裏側にして、前記センサホルダーの前記凹部の開口部を密閉するように装着されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体用複合センサ。 Having a sensor holder with a recess,
The insulating substrate seals the opening of the recess of the sensor holder, with the surface facing the outside of the opening of the recess facing the liquid and the surface facing the inside of the opening of the recess on the back side. The composite sensor for a liquid according to any one of claims 1 to 3, which is mounted so as to
前記絶縁基板として、厚みすべり振動モードが励振可能な圧電単結晶を使用し、前記圧電単結晶からなる絶縁基板の中央部に厚さ方向に対向する電極を形成して、エネルギー閉じ込め厚みすべり振動を励振可能にして粘度センサとしたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液体用複合センサ。 When the viscosity sensor is formed on the insulating substrate,
As the insulating substrate, a piezoelectric single crystal capable of exciting a thickness shear vibration mode is used, and an electrode facing in the thickness direction is formed at the central portion of the insulating substrate made of the piezoelectric single crystal, The composite sensor for a liquid according to any one of claims 1 to 9, wherein the viscosity sensor is made excitable.
前記絶縁基板の表面に一対の導体薄膜を形成してコンデンサを構成し、絶縁基板として複素誘電率が既知の基板を用いて、まず、前記一対の導体薄膜の上面に誘電体が無い場合のインピーダンス特性の測定結果から前記一対の導体薄膜が真空中に浮いていると仮定した場合の静電容量を求め、次に、前記一対の導体薄膜の上面を誘電体で覆ったときのインピーダンスの測定結果から、この誘電体の複素誘電率を求めることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の液体用複合センサを用いた液体の物性測定方法。 When the dielectric sensor is formed on the insulating substrate,
A pair of conductive thin films are formed on the surface of the insulating substrate to form a capacitor, and using a substrate having a known complex dielectric constant as the insulating substrate, first, the impedance when there is no dielectric on the upper surface of the pair of conductive thin films From the measurement results of the characteristics, the capacitance when the pair of conductive thin films are assumed to be floating in vacuum is determined, and then the measurement results of the impedance when the upper surfaces of the pair of conductive thin films are covered with a dielectric 11. A method of measuring physical properties of a liquid using the composite sensor for liquid according to any one of claims 1 to 10, wherein the complex dielectric constant of the dielectric is determined.
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| JP (1) | JP2018179928A (en) |
-
2017
- 2017-04-21 JP JP2017084297A patent/JP2018179928A/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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