JP3141645B2 - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は圧力センサに関し、特
にたとえば、圧電型の振動子を圧力検知手段として用い
た圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電効果を利用して圧力を測定するため
の圧電型の圧力センサとして、ダイアフラム弁を用いた
ものがあった。こうした圧力センサでは、ダイアフラム
弁に圧電特性を持たせ、圧力によるダイアフラム弁の変
位を検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の圧力センサでは、高圧力は検出できるが、微少
圧力を検出することはできなかった。
【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、高
圧力のみならず微少圧力も検出することができる圧力セ
ンサを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、振動子を圧
力検知手段として用いた、圧力センサにおいて、振動子
は、振動体と、振動体の一方主面に形成される円状の第
１の圧電体と、振動体の他方主面に形成される円状の第
２の圧電体と、第１の圧電体の一方主面に形成された円
状の第１の電極およびその外側に形成された中空円状の
第２の電極と、第２の圧電体の一方主面に形成された円
状の第３の電極およびその外側に形成された中空円状の
第４の電極とを含み、第１の電極および第３の電極に挟
まれた内円部と、第２の電極および第４の電極に挟まれ
た外円部とが、伸びと縮みが逆となるような径方向への
振動をする、圧力センサである。
【０００６】
【作用】圧電体において、第１の電極および第３の電極
に挟まれる内円部と、第２の電極および第４の電極に挟
まれる外円部とが、伸びと縮みが逆となるような径方向
への振動をするので、圧電体が共振しても、圧電体の円
径が変わらず、振動が漏れない。また、この振動子を圧
力センサの圧力検知手段として用いることによって、変
位による圧力変化以外に共振特性の変化を検知すること
ができる。
【０００７】
【発明の効果】この発明にかかる圧力センサは、変位に
よる圧力変化以外に共振特性の変化を検知することがで
きるので、圧力変化の検知の感度を高めることができ、
高圧力のみならず微少圧力も検出することができる。ま
た、この圧力センサの圧力検知手段として用いられる振
動子は、共振しても、圧電体の円径が変わらず、振動が
漏れないので、共振特性が安定し、圧力センサの特性を
安定化することができる。そして、圧力変化の検知の感
度を高めることができるので、小型で低コストの圧力セ
ンサを得ることができる。
【０００８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【０００９】
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す正面図であ
る。圧力センサ１０は図２に示す振動子１１を含む。振
動子１１は振動体としてのダイアフラム弁１２を含む。
ダイアフラム弁１２は、金属やセラミックなどの非圧電
体によって、切削，プレス，エッチングなどの加工手段
で形成される。ダイアフラム弁１２の両主面には、それ
ぞれ圧電体１４ａおよび１４ｂが形成される。
【００１０】圧電体１４ａおよび１４ｂは圧電性を有
し、圧電セラミックやＺｎＯなどによって形成される。
圧電体１４ａの一方主面には、円状の第１の電極１８ａ
が形成され、さらに第１の電極１８ａの外側に中空円状
の第２の電極１８ｂが形成される。同様に、圧電体１４
ｂの一方主面には、円状の第３の電極２０ａが形成さ
れ、さらに第３の電極２０ａの外側に中空円状の第４の
電極２０ｂが形成される。また、ダイアフラム弁１２
は、第１の電極１８ａおよび第３の電極２０ａに挟まれ
る内円部１２ａと、第２の電極１８ｂおよび第４の電極
２０ｂに挟まれる外円部１２ｂとを含む。第１の電極１
８ａ，第２の電極１８ｂ，第３の電極２０ａおよび第４
の電極２０ｂは、内円部１２ａの外径および外円部１２
ｂの内径が、ダイアフラム弁１２の半径の１／２とほぼ
等しくなるように形成される。
【００１１】図３に示すように、第１の電極１８ａは、
抵抗２２およびトランス２４の１次コイルを介して接地
される。また、第２の電極１８ｂは、抵抗２６およびト
ランス２４の２次コイルを介して接地される。第３の電
極２０ａは、抵抗３０およびトランス２４の１次コイル
を介して接地される。また、第４の電極２０ｂは、抵抗
３２およびトランス２４の２次コイルを介して接地され
る。さらに、第１の電極１８ａおよび第３の電極２０ａ
は、交流電源３４を介して接地される。そして、第１の
電極１８ａと第３の電極２０ａとが、差動回路３６の２
つの入力端にそれぞれ接続され、第２の電極１８ｂと第
４の電極２０ｂとが、差動回路３８の２つの入力端にそ
れぞれ接続される。
【００１２】なお、ダイアフラム弁１２の内円部１２ａ
と、ダイアフラム弁１２の外円部１２ｂとが、伸びと縮
みが逆となるような長さ振動をするように、電極１８
ａ，１８ｂ，２０ａおよび２０ｂは配置され、圧電体１
４ａおよび１４ｂの特性や印加電圧（駆動信号）の極性
が定められる。
【００１３】この実施例によれば、ダイアフラム弁１２
は、ダイアフラム弁１２の半径などの形状から定まる共
振特性を有し、駆動信号の周波数を共振周波数に合わせ
ることによって、内円部１２ａと外円部１２ｂとが、伸
びと縮みが逆となるような径方向への振動をする。な
お、駆動信号の周波数を共振周波数に合わせるのは、自
励振駆動によってもよい。
【００１４】ダイアフラム弁１２に圧力が加わると、ダ
イアフラム弁１２が反る。そして、差動回路３６で第１
の電極１８ａと第３の電極２０ａとの出力電圧の差を測
定し、差動回路３８で第２の電極１８ｂと第４の電極２
０ｂとの出力電圧の差を測定することによって、ダイア
フラム弁１２の反りによる圧力変化および共振特性の変
化を検知することができる。すなわち、この実施例によ
れば、従来の変位による圧力変化以外に共振特性の変化
を検知することができる。したがって、圧力変化の検知
の感度をたとえばＱ倍高めることができ、高圧力のみな
らず微少圧力も検出することができる。また、振動子１
１は、内円部１２ａと外円部１２ｂとが、伸びと縮みが
逆となるような長さ振動をするので、ダイアフラム弁１
２が共振（振動）しても、ダイアフラム弁１２の円径が
変わらず、振動が漏れず、振動子１１の共振特性が安定
している。そのため、圧力センサの特性を安定化するこ
とができる。そして、圧力変化の検知の感度を高めるこ
とができるので、ダイアフラム弁１２を小型化すること
ができ、小型で低コストの圧力センサ１０を得ることが
できる。
【００１５】上記実施例では、ダイアフラム弁１２を非
圧電体によって形成し、ダイアフラム弁１２の両主面に
圧電性を有する圧電体を形成したが、ダイアフラム弁１
２自体を圧電性を有する材料で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１実施例の圧力センサの振動子を示す平面図
である。
【図３】電極へのトランス，抵抗などの接続の状態を示
す回路図である。
【符号の説明】
１０ 圧力センサ １１ 振動子 １２ 振動体（ダイアフラム弁） １２ａ 内円部 １２ｂ 外円部 １４ａ，１４ｂ 圧電体 １８ａ 第１の電極 １８ｂ 第２の電極 ２０ａ 第３の電極 ２０ｂ 第４の電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−4836（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−223667（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151848（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−125733（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−102736（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5221873（ＵＳ，Ａ) 米国特許4175243（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 振動子を圧力検知手段として用いた、圧
    力センサにおいて、 前記振動子は、 振動体、 前記振動体の一方主面に形成される円状の第１の圧電
    体、 前記振動体の他方主面に形成される円状の第２の圧電
    体、 前記第１の圧電体の一方主面に形成された円状の第１の
    電極およびその外側に形成された中空円状の第２の電
    極、 前記第２の圧電体の一方主面に形成された円状の第３の
    電極およびその外側に形成された中空円状の第４の電極
    を含み、 前記第１の電極および前記第３の電極に挟まれた内円部
    と、前記第２の電極および前記第４の電極に挟まれた外
    円部とが、伸びと縮みが逆となるような径方向への振動
    をすることを特徴とする、圧力センサ。
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