JP3174984B2 - Pressure transducer - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は静電容量型の圧力センサ
ーを用いた圧力変換器に係り、特に発振回路に接続して
その発振周波数の変化から圧力センサーへの圧力量を測
定するようにした圧力測定装置に用いる圧力変換器の改
良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure transducer using a capacitance type pressure sensor, and more particularly to a pressure transducer which is connected to an oscillation circuit and measures the amount of pressure applied to the pressure sensor from a change in the oscillation frequency. The improvement of the pressure transducer used in the pressure measurement device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、この種の圧力変換器としては、加
圧によって変位するダイヤフラム電極とこれに対向する
対向電極とで形成された静電容量型の圧力センサーを用
いた構成が知られている。この圧力変換器は所定の発振
回路に接続して圧力測定装置を形成するのが一般的であ
り、圧力センサーのダイヤフラム電極と対向電極間の静
電容量を発振回路のタンク回路における容量すなわち発
振周波数決定要素として機能させ、加圧変位するダイヤ
フラム電極と対向電極間の静電容量の変化によってその
発振回路の発振周波数を変化させて圧力変化の測定を可
能にするものである。2. Description of the Related Art Heretofore, as this type of pressure transducer, there has been known a configuration using a capacitance type pressure sensor formed by a diaphragm electrode displaced by pressurization and a counter electrode facing the diaphragm electrode. I have. This pressure transducer is generally connected to a predetermined oscillation circuit to form a pressure measuring device, and the capacitance between the diaphragm electrode and the counter electrode of the pressure sensor is determined by the capacitance in the tank circuit of the oscillation circuit, that is, the oscillation frequency. It functions as a deciding element, and changes the oscillation frequency of the oscillation circuit by the change in capacitance between the diaphragm electrode and the counter electrode that are displaced under pressure, thereby enabling measurement of pressure change.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た静電容量型の圧力センサーを用いた圧力変換器では、
一般的にダイヤフラム電極のたわみによる静電容量変化
が微小であり、例えば零圧力下での静電容量Ｃ0 を１０
ｐＦとすると、加圧により変化する静電容量の変化範囲
ΔＣは３〜５ｐＦ程度であって小さい。しかも、圧力変
換器をいかに近接して発振回路に接続しても、僅かな長
さのリード線の浮遊容量や、発振回路を形成する能動素
子（例えばトランジスタ）の入力容量等があるうえそれ
らの容量にばらつきがあるから、加圧による圧力センサ
ーの静電容量変化分がそのばらつきと同程度であったり
ばらつきの範囲内に収まってしまうため、加圧力に対応
した周波数変化を得難く、圧力測定精度が低下したり不
確実なものとなり易い難点があった。本発明はこのよう
な従来の欠点を解決するためになされたもので、加えた
圧力に対応した静電容量変化分を確実に出力可能で、圧
力測定精度を向上できる構成の簡単な圧力変換器の提供
を目的とする。However, in the pressure transducer using the above-mentioned capacitance type pressure sensor,
Generally, the capacitance change due to the deflection of the diaphragm electrode is very small. For example, the capacitance C 0 at zero pressure is 10
Assuming pF, the change range ΔC of the capacitance that changes by pressurization is as small as about 3 to 5 pF. In addition, no matter how close the pressure transducer is connected to the oscillation circuit, there is a stray capacitance of a lead wire of a small length, an input capacitance of an active element (for example, a transistor) forming the oscillation circuit, and the like. Since the capacitance varies, the amount of change in capacitance of the pressure sensor due to pressurization is about the same or within the range of the variation, making it difficult to obtain a frequency change corresponding to the applied pressure. There has been a difficulty that the accuracy is reduced or the result becomes uncertain. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional drawback, and is capable of reliably outputting a capacitance change corresponding to an applied pressure, and having a simple structure capable of improving pressure measurement accuracy. The purpose is to provide.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】このような問題点を解決
するために本発明は、静電容量型の圧力センサーと、こ
の圧力センサーを発振回路へ接続するとともに、この発
振回路の発振周波数のほぼλ／４の奇数倍の長さを有す
る伝送線路からなり、その圧力センサーの静電容量分を
等価的にインダクタンス分に変換してその加圧量に応じ
たインダクタンス変化分によってその発振回路の発振周
波数を変化させる分布定数型の等価変換器を有してい
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention in order to solve such a problem, a pressure sensor of the capacitive type, as well as connecting the pressure sensor to the oscillation circuit, the originating
It has a length that is almost an odd multiple of λ / 4 of the oscillation frequency of the oscillation circuit
That made from the transmission line, the electrostatic capacity of the pressure sensor equivalently converted to inductance by equivalent transformation of the distributed constant type for varying the oscillation frequency of the oscillation circuit by the inductance variation corresponding to the pressure amount It has a vessel.
【０００５】また、本発明では、上記伝送線路を同軸管
で形成し、この同軸管の外周導体の開放端を塞ぐダイヤ
フラム電極とその中心導体の端部にてそのダイヤフラム
電極に対向する対向電極とから上記圧力センサーを形成
することが可能である。さらに、本発明では、上記同軸
管の導体、並びに上記圧力センサーのダイヤフラム電極
および対向電極を同一導電材料から形成すると良い。According to the present invention, the transmission line is formed of a coaxial tube, and a diaphragm electrode for closing an open end of an outer conductor of the coaxial tube, and a counter electrode facing the diaphragm electrode at an end of the center conductor. From the pressure sensor. Further, in the present invention, the conductor of the coaxial tube, and the diaphragm electrode and the counter electrode of the pressure sensor may be formed of the same conductive material.
【０００６】[0006]
【作用】このような手段を備えた本発明では、静電容量
型の圧力センサーに加えられた加圧量に応じた静電容量
変化分が等価変換器によって等価的にインダクタンス変
化分に変換される。そのため、等価変換器を発振回路に
接続すれば、そのインダクタンス分を発振周波数決定要
素として発振回路が発振するとともに加圧変化によって
その発振周波数が変化する。According to the present invention having such means, the capacitance change according to the amount of pressure applied to the capacitance type pressure sensor is equivalently converted into the inductance change by the equivalent converter. You. Therefore, when the equivalent converter is connected to the oscillation circuit, the oscillation circuit oscillates using the inductance as an oscillation frequency determining element, and the oscillation frequency changes due to a change in pressure.
【０００７】また、上記等価変換器を伝送線路で形成す
る構成では、伝送線路の一端が圧力センサーによって終
端される一方、他端からこの伝送線路を見ると誘導性リ
アクタンスすなわち上記インダクタンス分と等価になる
とともに、等価変換器を発振周波数のほぼλ／４の奇数
倍の長さに選定できる。そして、上記伝送線路を同軸管
で形成し、その外周導体の開放端に配置したダイヤフラ
ム電極とその中心導体から延びる対向電極によって圧力
センサーを形成する構成では、外周導体やダイヤフラム
電極がシールド機能を有する。さらに、同軸管の導体、
圧力センサーのダイヤフラム電極および対向電極が同一
導電材料からなる構成では、温度変化に対して同様な膨
張傾向となる。Further, in the configuration in which the equivalent converter is formed by a transmission line, one end of the transmission line is terminated by a pressure sensor, and when the transmission line is viewed from the other end, it is equivalent to an inductive reactance, that is, the inductance. At the same time, the equivalent converter can be selected to have a length approximately equal to an odd multiple of λ / 4 of the oscillation frequency. In the configuration in which the transmission line is formed of a coaxial tube and the pressure sensor is formed by a diaphragm electrode disposed at the open end of the outer conductor and a counter electrode extending from the center conductor, the outer conductor and the diaphragm electrode have a shielding function. . In addition, the conductor of the coaxial tube,
In a configuration in which the diaphragm electrode and the counter electrode of the pressure sensor are made of the same conductive material, a similar expansion tendency occurs with a temperature change.
【０００８】[0008]
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１および図２は本発明に係る圧力変換器の一実施
例を示す縦断面図および横断面図（図１中のII−II間断
面）である。図１および図２において、所定の特性イン
ピーダンスを有する分布定数型の等価変換器１は、例え
ばステンレス材料からなる中心導体３の外周にセラミッ
クスやプラスチックスからなる誘電性の絶縁層５を介し
てやはりステンレス材料からなる導体筒７を配置した同
軸管９からなる伝送線路（インピーダンス線路）で形成
され、後述する発振周波数のほぼλ／４の奇数倍の長さ
を有している。なお、絶縁層５は導体筒７の片端面（図
中左端）から若干内側へ寄った位置まで延びている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view (sectional view taken along the line II-II in FIG. 1) showing an embodiment of the pressure transducer according to the present invention. 1 and 2, a distributed constant type equivalent converter 1 having a predetermined characteristic impedance also has a dielectric conductor 5 made of ceramics or plastics on the outer periphery of a central conductor 3 made of, for example, stainless steel. It is formed of a transmission line (impedance line) composed of a coaxial tube 9 in which a conductor tube 7 made of a stainless material is arranged, and has a length substantially equal to an odd multiple of λ / 4 of an oscillation frequency described later. The insulating layer 5 extends from one end surface (left end in the figure) of the conductor tube 7 to a position slightly inward.
【０００９】同軸管９における導体筒７の片端面（図中
左端）には受圧電極としてのダイヤフラム電極１１が一
体的に形成されて導体筒７の開放端を塞いでおり、同軸
管９の中心導体３は絶縁層５から突出して大径に広がっ
てダイヤフラム電極と僅かな間隔で対向する対向電極１
３となっている。導体筒７内において絶縁層５の端部か
らダイヤフラム電極１１までの間は真空又は適当な気体
で満たされた空所になっており、圧力−静電容量変換部
としての静電容量型の圧力センサー１５を形成してい
る。等価変換器１の他端（図中右端）は、例えば図３の
ような変形コルピッツ型発振回路１７に接続されてい
る。A diaphragm electrode 11 as a pressure-receiving electrode is integrally formed on one end surface (left end in the figure) of the conductor tube 7 in the coaxial tube 9 so as to cover the open end of the conductor tube 7. The conductor 3 protrudes from the insulating layer 5 and spreads to a large diameter, facing the diaphragm electrode at a small interval.
It is 3. The space between the end of the insulating layer 5 and the diaphragm electrode 11 in the conductor tube 7 is a space filled with vacuum or an appropriate gas, and a capacitance-type pressure as a pressure-capacitance conversion unit is provided. A sensor 15 is formed. The other end (the right end in the figure) of the equivalent converter 1 is connected to a modified Colpitts type oscillation circuit 17 as shown in FIG. 3, for example.
【００１０】すなわち、同軸管９の中心導体（図３では
図示省略）３は、コンデンサＣ１を介してトランジスタ
Ｑのベースに接続されるとともにコンデンサＣ２を介し
て接地され、トランジスタＱのベースは抵抗Ｒ１を介し
て電源Ｅのプラス側へ接続されるとともに抵抗Ｒ２、コ
ンデンサＣ３、Ｃ４を介して接地されている。トランジ
スタＱのコレクタは電源Ｅのプラス側へ接続されてお
り、エミッタはコンデンサＣ３とＣ４の接続点に接続さ
れるとともに抵抗Ｒ３を介して接地され、同軸管９の導
体筒７および電源Ｅのマイナス側も接地されている。こ
の発振回路１７では、主にコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ
３、Ｃ４および本発明の同軸管９を発振周波数決定要素
として発振動作し、トランジスタＱのエミッタからコン
デンサＣ５を介して発振信号が出力されるようになって
いる。なお、同軸管９の接続される発振回路１７は上述
した変形コルピッツ型に限定されず、他の一般的な発振
回路でも良いことは言うまでもない。That is, a center conductor (not shown in FIG. 3) 3 of the coaxial waveguide 9 is connected to the base of the transistor Q via a capacitor C1 and grounded via a capacitor C2, and the base of the transistor Q is connected to a resistor R1. Is connected to the plus side of the power supply E via a resistor R2, and grounded via a resistor R2 and capacitors C3 and C4. The collector of the transistor Q is connected to the positive side of the power supply E, the emitter is connected to the connection point of the capacitors C3 and C4 and grounded via the resistor R3, and the conductor tube 7 of the coaxial tube 9 and the negative side of the power supply E are connected. Side is also grounded. In this oscillation circuit 17, mainly the capacitors C1, C2, C
Oscillation operation is performed using the coaxial waveguide 3 and C4 and the coaxial waveguide 9 of the present invention as oscillation frequency determining elements, and an oscillation signal is output from the emitter of the transistor Q via the capacitor C5. Note that the oscillation circuit 17 connected to the coaxial waveguide 9 is not limited to the modified Colpitts type described above, and it is needless to say that another general oscillation circuit may be used.
【００１１】次に、上述した本発明の圧力変換器の原理
を説明する。ここで、便宜上、図１中の同軸管９におけ
る二点鎖線Ａ−Ａ’の左側が圧力センサー１５、二点鎖
線Ａ−Ａ’の右側すなわち二点鎖線Ａ−Ａ’とＢ−Ｂ’
間を同軸管９として考えることができるから、同図中の
圧力センサー１５および同軸管９の等価回路は図４のよ
うになる。図４において端子Ａ−Ａ’の左側は圧力セン
サー１５を任意のインピーダンスＺ1 で表し、右側は同
軸管９を等価伝送四端子回路に置き換えて表している。
同軸管９は対称であるからこの影像インピーダンス
Ｚ01、Ｚ02は特性インピーダンスＺ0 に等しく、更に、
同軸管９の伝播定数をγ、長さをＸとすればその影像伝
播定数θはγＸに等しい。図４の同軸管９の等価回路を
二次定数で表現すると図５のように書き換えることがで
きる。Next, the principle of the above-described pressure transducer of the present invention will be described. Here, for convenience, the left side of the two-dot chain line AA 'in the coaxial tube 9 in FIG. 1 is the pressure sensor 15, and the right side of the two-dot chain line AA', that is, the two-dot chain lines AA 'and BB'.
Since the space between them can be considered as the coaxial tube 9, an equivalent circuit of the pressure sensor 15 and the coaxial tube 9 in FIG. It left terminal A-A 'in FIG. 4 represents a pressure sensor 15 at an arbitrary impedance Z 1, and the right side represents replace the coaxial tube 9 to the equivalent transmission four-terminal circuit.
Since the coaxial waveguide 9 is symmetric, the image impedances Z 01 and Z 02 are equal to the characteristic impedance Z 0 , and
Assuming that the propagation constant of the coaxial waveguide 9 is γ and the length is X, the image propagation constant θ is equal to γX. If the equivalent circuit of the coaxial waveguide 9 in FIG. 4 is expressed by a quadratic constant, it can be rewritten as shown in FIG.
【００１２】ここで端子Ｂ−Ｂ’から左側（同軸管９
側）を見たインピーダンスＺ2 について考える。図５に
おいて端子Ｂ−Ｂ’への電圧をＶ2 、端子Ｂ−Ｂ’から
流入する電流をＩ2、同様に端子Ａ−Ａ’についても端
子間電圧をＶ1 、流出する電流をＩ1 とすると、これら
電圧Ｖ1 、Ｖ2 および電流Ｉ1 、Ｉ2 には次の式
（１）、（２）のような関係がある。Here, the left side (coaxial tube 9) from terminal BB '
Think about the impedance Z 2, which saw the side). In FIG. 5, the voltage to the terminal BB ′ is V 2 , the current flowing from the terminal BB ′ is I 2 , the voltage between the terminals AA ′ is V 1 , and the current flowing out is I 1. Then, these voltages V 1 , V 2 and currents I 1 , I 2 have a relationship as shown in the following equations (1) and (2).
【数１】従って、端子Ｂ−Ｂ’から左側（同軸管９側）
を見たインピーダンスＺ2 は次の式（３）のようにな
る。## EQU1 ## Therefore, on the left side of the terminal BB '(on the coaxial tube 9 side).
, The impedance Z 2 is as shown in the following equation (3).
【数２】この式（３）において分母と分子をＩ1 cosｈ
γＸで除して Ｖ1 ／Ｉ1 を任意のインピーダンスＺ1
とおくと、式（３）は次の式（４）のように書換えるこ
とができる。In this equation (3), the denominator and the numerator are I 1 cosh
V 1 / I 1 is divided by γX into an arbitrary impedance Z 1
In other words, equation (3) can be rewritten as the following equation (4).
【数３】(Equation 3)
【００１３】ここで、同軸管９の伝播定数γを減衰定数
αおよび位相定数βを用いて表すと、 γ＝α＋ｊβ ………（５） となり、tanｈγＸはtanｈγＸ＝tanｈ（α＋ｊβ）Ｘ
に変換できる。同軸管９における線路損失は十分小さく
できるので、減衰定数αを無視可能となってγ＝ｊβと
なる。従って、tanｈγＸは tanｈγＸ＝tanｈｊβＸとなり、 tanｈｊβＸ＝ｊtanβＸであるから、 tanｈγＸ＝ｊtanβＸとなる。 これらを上述した式（４）へ代入してインピーダンスＺ
2 を求めると、次の式（６）のようになる。Here, when the propagation constant γ of the coaxial waveguide 9 is represented by using the attenuation constant α and the phase constant β, γ = α + jβ (5), and tanhγX becomes tanhγX = tanh (α + jβ) X
Can be converted to Since the line loss in the coaxial waveguide 9 can be made sufficiently small, the attenuation constant α can be ignored, and γ = jβ. Therefore, tanhγX becomes tanhγX = tanhjβX, and since tanhjβX = jtanβX, tanhγX = jtanβX. These are substituted into the above equation (4) to obtain the impedance Z
When 2 is obtained, the following equation (6) is obtained.
【数４】(Equation 4)
【００１４】ここで、図６に示すように、任意のインピ
ーダンスＺ1 として可変の静電容量Ｃを用いると、Ｚ1
＝１／（ｊωＣ）とおけるから、上述した式（６）は次
の式（７）のようになる。Here, as shown in FIG. 6, when a variable capacitance C is used as an arbitrary impedance Z 1 , Z 1
= 1 / (jωC), and the above equation (6) becomes the following equation (7).
【数５】さらに、同軸管９の長さＸが１／４波長（λ）
の奇数倍となるような周波数ｆを選べば、Ｘ＝（λ／
４）・ｎ （ｎ＝１、３、５……）とλ＝２π／βとの
関係から、βＸ＝（π／２）・ｎとなり、次の式が得ら
れる。## EQU5 ## Further, the length X of the coaxial tube 9 is １ ／ wavelength (λ).
If the frequency f is selected so as to be an odd multiple of the following, X = (λ /
4) · n (n = 1, 3, 5,...) And λ = 2π / β, βX = (π / 2) · n, and the following equation is obtained.
【数６】(Equation 6)
【００１５】一方、式（７）において分母および分子を
tan βＸで除して書換えると、次のような式（８）が得
られる。On the other hand, in equation (7), the denominator and the numerator
By rewriting by dividing by tan βX, the following equation (8) is obtained.
【数７】ここで、tan βＸ＝∞であるから、Here, since tan βX = β,
【数８】となり、上述した式（８）における該当項は無
視可能となり、結果としてインピーダンスＺ2 は、次の
式（９）で表せる。Equation 8], and the corresponding term in equation (8) above becomes negligible, the impedance Z 2 as a result can be expressed by the following equation (9).
【数９】(Equation 9)
【００１６】すなわち、同軸管９を使用して発振させる
実用的な発振周波数は１００ＭＨｚ程度であり、この発
振周波数では特性インピーダンスＺ0 がほぼ純抵抗とな
るから、インピーダンスＺ2 はプラスのリアクタンス、
換言すれば誘導性リアクタンスと等価となり、同軸管９
は圧力センサー１５の静電容量分をインダクタンス分に
等価的に変換する分布定数型の等価変換器として機能す
る。しかも、実際には特性インピーダンスＺ0 を２０〜
４０Ω程度に選定するのが一般的であるから、仮にそれ
を３０Ω前後として計算するとＺ0 2≒１０００となり、
インピーダンスＺ2 は圧力センサー１５の静電容量を約
１０００倍したインダクタンスと等価になる。[0016] That is, practical oscillation frequency for oscillating using coaxial tube 9 is about 100 MHz, since the characteristic impedance Z 0 at the oscillation frequency becomes almost pure resistance, the impedance Z 2 plus reactance,
In other words, it becomes equivalent to the inductive reactance, and the coaxial waveguide 9
Functions as a distributed constant type equivalent converter for equivalently converting the capacitance of the pressure sensor 15 into the inductance. Moreover, in practice 20 to the characteristic impedance Z 0
Since it is common to select about 40Ω, if it is calculated assuming that it is about 30Ω, Z 0 2 ≒ 1000,
The impedance Z 2 is equivalent to an inductance obtained by multiplying the capacitance of the pressure sensor 15 by about 1000.
【００１７】例えば、１０ｐＦのＣ0 は１０ｎＨに、容
量変化量（範囲）ΔＣの３ｐＦは３ｎＨとなるから、同
軸管９はその出力側すなわち発振回路１７側からみる
と、Ｌ＝Ｌ0 ＋ΔＬ＝１０ｎＨ＋３ｎＨの可変インダク
タンスと等価となる。このインダクタンス分を上記発振
回路１７の発振周波数決定要素として２５０ｐＦ程度の
静電容量Ｃ２と組み合わせると、１００ＭＨｚ程度の発
振周波数が得られ、３ｐＦの容量変化によって発振周波
数が１２．４ＭＨｚ程度変化する。そして、上述した同
軸管９では、その中心導体３と導体筒７間の絶縁層５の
比誘電率の大小により伝播速度が変化するから、絶縁層
５の材料を適宜選択することにより同軸管９の長さを調
整することができる。For example, C 0 of 10 pF is 10 nH, and 3 pF of the capacitance variation (range) ΔC is 3 nH. Therefore, when the coaxial tube 9 is viewed from its output side, that is, the oscillation circuit 17 side, L = L 0 + ΔL = This is equivalent to a variable inductance of 10 nH + 3 nH. When this inductance is combined with the capacitance C2 of about 250 pF as an oscillation frequency determining element of the oscillation circuit 17, an oscillation frequency of about 100 MHz is obtained, and the oscillation frequency changes by about 12.4 MHz due to a capacitance change of 3 pF. In the above-described coaxial waveguide 9, the propagation speed changes depending on the relative permittivity of the insulating layer 5 between the center conductor 3 and the conductor tube 7. Length can be adjusted.
【００１８】例えば、アルミナセラミックスの比誘電率
は９．８程度であるからこれを絶縁層５として使用する
と、波長短縮率は０．３２となり、伝播速度ｖは９．６
×１０9 ｃｍ／ｓｅｃ、１００ＭＨｚにおける波長λは
９５．８ｃｍ、λ／４＝２４ｃｍとなる。さらに、誘電
率８０程度のセラミックスを絶縁層５として使用すれ
ば、伝播速度ｖは３．３５×１０9 ｃｍ／ｓｅｃ、１０
０ＭＨｚにおける波長λは３３．５ｃｍ、λ／４＝８．
４ｃｍとなり、同軸管９の長さをかなり短くできる。For example, since the relative permittivity of alumina ceramics is about 9.8, when this is used as the insulating layer 5, the wavelength shortening rate is 0.32 and the propagation velocity v is 9.6.
The wavelength λ at × 10 9 cm / sec and 100 MHz is 95.8 cm, λ / 4 = 24 cm. Further, if a ceramic having a dielectric constant of about 80 is used as the insulating layer 5, the propagation velocity v is 3.35 × 10 9 cm / sec, 10
The wavelength λ at 0 MHz is 33.5 cm, λ / 4 = 8.
4 cm, and the length of the coaxial tube 9 can be considerably shortened.
【００１９】このような本発明の圧力変換器では、静電
容量型圧力センサー１５と、これを発振回路１７へ接続
する同軸管９とを有し、その同軸管９の長さをその発振
回路１７の発振周波数のほぼλ／４の奇数倍に選定して
なるから、同軸管９の一端が圧力センサー１５で終端さ
れ、同軸管９をこの他端から見ると誘導性リアクタンス
と等価になり、しかも、圧力センサー１５の小さな静電
容量変化が浮遊容量等の影響を受けずにある距離を隔て
た点で安定した誘導性リアクタンス変化となるから、微
少な静電容量変化から安定した周波数変化が得られる。
そのため、圧力センサー１５へ加えられた圧力を確実か
つ正確に測定可能となるし、デジタル発振信号を得るこ
とも容易である。The pressure transducer of the present invention has a capacitance type pressure sensor 15 and a coaxial tube 9 for connecting the capacitance type pressure sensor 15 to an oscillating circuit 17. Since the oscillation frequency is selected to be approximately an odd number multiple of λ / 4, one end of the coaxial tube 9 is terminated by the pressure sensor 15, and when the coaxial tube 9 is viewed from the other end, it becomes equivalent to an inductive reactance. Moreover, since a small capacitance change of the pressure sensor 15 becomes a stable inductive reactance change at a certain distance without being affected by a stray capacitance or the like, a stable frequency change from a small capacitance change is obtained. can get.
Therefore, the pressure applied to the pressure sensor 15 can be measured reliably and accurately, and a digital oscillation signal can be easily obtained.
【００２０】また、圧力センサー１５の長さを発振周波
数のほぼλ／４の奇数倍の長さに選定できるから、形状
特に長さを広範囲に変えて設計できる。そのため、圧力
センサー１５を高温部や人手を配置できないような環境
下に置き、遠隔的に圧力変化を周波数信号として得るこ
とができる。さらに、同軸管９において、その導体筒９
の開放端に配置したダイヤフラム電極１１とその中心導
体３の端部の対向電極１３によって圧力センサー１５が
形成されているから、構造が簡単であるうえ、電磁的な
外乱の影響を受け難い。Since the length of the pressure sensor 15 can be selected to be an odd multiple of about λ / 4 of the oscillation frequency, the shape, particularly the length, can be changed in a wide range. Therefore, it is possible to place the pressure sensor 15 in an environment where a high-temperature part or a human hand cannot be placed, and remotely obtain a pressure change as a frequency signal. Further, in the coaxial tube 9, the conductor tube 9
Since the pressure sensor 15 is formed by the diaphragm electrode 11 disposed at the open end of the above and the opposing electrode 13 at the end of the center conductor 3, the structure is simple and it is hardly affected by electromagnetic disturbance.
【００２１】しかも、同軸管９の中心導体３や導体筒
７、並びに圧力センサー１５のダイヤフラム電極１１お
よび対向電極１３が同一導電材料からなるので、温度変
化に対して同様な膨張傾向となるから、測定誤差を小さ
く抑えることが可能である。もっとも、同軸管９を形成
する中心導体３、絶縁層５および導体筒７の材料は任意
である。さらに、上述した実施例では、等価変換器１を
同軸管９からなる伝送線路で形成する例を示したが、こ
の同軸管９は絶縁層５の外周に金メッキや銅メッキによ
って導体筒７を形成したものであっても良い。要は、本
発明の圧力変換器では同軸管によって等価変換器を形成
することが好ましい。Moreover, since the center conductor 3 and the conductor tube 7 of the coaxial tube 9 and the diaphragm electrode 11 and the counter electrode 13 of the pressure sensor 15 are made of the same conductive material, they have the same expansion tendency with a temperature change. Measurement errors can be kept small. However, the material of the center conductor 3, the insulating layer 5, and the conductor tube 7 forming the coaxial tube 9 is arbitrary. Further, in the above-described embodiment, the example in which the equivalent converter 1 is formed by the transmission line including the coaxial tube 9 has been described, but the coaxial tube 9 forms the conductor tube 7 on the outer periphery of the insulating layer 5 by gold plating or copper plating. It may be what you did. In short, in the pressure transducer of the present invention, it is preferable to form an equivalent transducer by a coaxial tube.
【００２２】ところで、上述した実施例では、等価変換
器１を伝送線路である同軸管９で形成する例を説明した
が、本発明ではこれに限定されない。圧力センサー１５
の静電容量分をインダクタンス分に等価的に変換できる
分布定数型の等価変換器を用いれば、理論上、圧力セン
サー１５の静電容量変化分に相当したインダクタンス変
化分が等価的に得られるので、本発明の目的は達成され
る。By the way, in the embodiment described above, an example is described in which the equivalent converter 1 is formed by the coaxial tube 9 as a transmission line, but the present invention is not limited to this. Pressure sensor 15
If a distributed constant type equivalent converter capable of equivalently converting the capacitance of the pressure sensor into the inductance is used, a change in inductance corresponding to the change in capacitance of the pressure sensor 15 can be theoretically obtained equivalently. The object of the present invention is achieved.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように本発明の圧力変換器
は、静電容量型の圧力センサーと、この圧力センサーを
発振回路へ接続するとともに、その発振回路の発振周波
数のほぼλ／４の奇数倍の長さに選定した伝送線路から
なり、その圧力センサーの静電容量分をインダクタンス
分に等価的に変換する分布定数型の等価変換器を有する
から、その圧力センサーに加えられた加圧量に応じた静
電容量変化分がその等価変換器によって等価的に静電容
量変化分に相当するインダクタンス変化分として得ら
れ、静電容量変化分を安定かつ確実に取り出すことがで
きるし、等価変換器の長さの選択範囲が大きいので、遠
隔的な測定器としても用いることができる。そのため、
発振回路においてそのインダクタンス分を発振周波数決
定要素として発振させると、微少な圧力変化からも適切
な発振周波数変化が得られるので、圧力センサーへの加
圧力を確実かつ正確に測定可能となる。さらに、上記伝
送線路を同軸管で形成し、その外周導体に一体的に接続
されたダイヤフラム電極とその中心導体の対向電極で圧
力センサーを形成する構成では、電磁的に外乱の影響を
受け難く、測定精度も高いうえ構造も簡単である。しか
も、その同軸管を形成する導体、並びに圧力センサーの
ダイヤフラム電極および対向電極を同一導電材料から形
成する構成では、上述した効果に加えて誤差を一層小さ
く抑えることが可能である。As described above, the pressure transducer according to the present invention comprises a capacitance-type pressure sensor, the pressure sensor connected to an oscillation circuit, and the oscillation frequency of the oscillation circuit.
From a transmission line selected to have a length that is approximately an odd multiple of λ / 4
Since there is a distributed constant type equivalent converter for equivalently converting the capacitance component of the pressure sensor into the inductance component, the capacitance change according to the amount of pressurization applied to the pressure sensor is the same. It is equivalently obtained as an inductance change equivalent to the capacitance change by the equivalent converter, and the capacitance change can be taken out stably and reliably, and the selection range of the equivalent converter length is large. , Far
It can also be used as a remote measuring device. for that reason,
If the oscillation component is oscillated in the oscillation circuit as an oscillation frequency determining element, an appropriate oscillation frequency change can be obtained even from a small pressure change, so that the pressure applied to the pressure sensor can be measured reliably and accurately. Further, in the configuration in which the transmission line is formed by a coaxial tube, and the pressure sensor is formed by the diaphragm electrode integrally connected to the outer conductor and the counter electrode of the center conductor, the transmission sensor is less susceptible to electromagnetic disturbance. The measurement accuracy is high and the structure is simple. In addition, in the configuration in which the conductor forming the coaxial tube and the diaphragm electrode and the counter electrode of the pressure sensor are formed of the same conductive material, it is possible to further reduce the error in addition to the above-described effects.
【図１】本発明の圧力変換器に係る一実施例を示す縦断
面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a pressure transducer of the present invention.
【図２】本発明の圧力変換器の横断面図（図１中のII−
II間断面）である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the pressure transducer of the present invention (II- in FIG. 1).
II section).
【図３】本発明の圧力変換器の接続される発振回路の一
例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of an oscillation circuit to which the pressure transducer of the present invention is connected.
【図４】本発明の圧力変換器の原理を説明する等価回路
図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram for explaining the principle of the pressure transducer of the present invention.
【図５】本発明の圧力変換器の原理を説明する等価回路
図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram for explaining the principle of the pressure transducer of the present invention.
【図６】本発明の圧力変換器の原理を説明する等価回路
図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram for explaining the principle of the pressure transducer of the present invention.
１ 等価変換器（伝送線路） ３ 中心導体 ５ 絶縁層 ７ 導体筒 ９ 同軸管（伝送線路） １１ ダイヤフラム電極 １３ 対向電極 １５ 圧力センサー １７ 発振回路 Ｃ１〜Ｃ５ コンデンサ Ｅ 電源 Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗 Ｑ トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Equivalent converter (transmission line) 3 Center conductor 5 Insulating layer 7 Conductor cylinder 9 Coaxial tube (transmission line) 11 Diaphragm electrode 13 Counter electrode 15 Pressure sensor 17 Oscillation circuit C1-C5 Capacitor E Power supply R1-R3 Resistance Q transistor
Claims (3)
価変換器であって、前記発振回路の発振周波数のほぼλ
／４の奇数倍の長さを有する伝送線路からなり、前記圧
力センサーの静電容量分を等価的にインダクタンス分に
変換してその加圧量に応じたインダクタンス変化分によ
って前記発振回路の発振周波数を変化させる等価変換器
と、 を具備することを特徴とする圧力変換器。1. A capacitance type pressure sensor, and a distributed constant type equivalent converter connecting the pressure sensor to an oscillation circuit , wherein the oscillation frequency of the oscillation circuit is approximately λ.
A transmission line having a length of an odd multiple of / 4, equivalently converting the capacitance of the pressure sensor into an inductance, and changing the oscillation frequency of the oscillation circuit by an inductance change according to the amount of pressurization. A pressure transducer, comprising: an equivalent transducer that changes the following.
力センサーは前記同軸管の外周導体の開放端を塞ぐダイ
ヤフラム電極と中心導体の端部にて前記ダイヤフラム電
極に対向する対向電極とからなる請求項１記載の圧力変
換器。2. The transmission line comprises a coaxial tube, and the pressure sensor comprises a diaphragm electrode for closing an open end of an outer conductor of the coaxial tube, and a counter electrode facing the diaphragm electrode at an end of a center conductor. The pressure transducer according to claim 1 .
サーのダイヤフラム電極および対向電極が同一導電材料
からなる請求項２記載の圧力変換器。3. The pressure transducer according to claim 2 , wherein the conductor of the coaxial tube, and the diaphragm electrode and the counter electrode of the pressure sensor are made of the same conductive material.
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| JP21105693A JP3174984B2 (en) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | Pressure transducer |
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| JP21105693A JP3174984B2 (en) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | Pressure transducer |
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| JPH0749276A JPH0749276A (en) | 1995-02-21 |
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