JPH0769237B2 - 増圧増温動作範囲用の単回転カットの水晶を備えた圧力変換器 - Google Patents
増圧増温動作範囲用の単回転カットの水晶を備えた圧力変換器Info
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- JPH0769237B2 JPH0769237B2 JP5024978A JP2497893A JPH0769237B2 JP H0769237 B2 JPH0769237 B2 JP H0769237B2 JP 5024978 A JP5024978 A JP 5024978A JP 2497893 A JP2497893 A JP 2497893A JP H0769237 B2 JPH0769237 B2 JP H0769237B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
- G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に水晶圧力変換器に
関するもので、更に詳細には厚さシア・モード水晶共振
器を有する水晶圧力変換器に関するものである。
関するもので、更に詳細には厚さシア・モード水晶共振
器を有する水晶圧力変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、油井又はガス井等内での圧力は
水晶圧力変換器を使用して公知の様式にて測定出来る。
こうした変換器には測定すべき圧力により共振器内に誘
因される機械的応力に応答して電気的回路の電気的特性
を変える圧電素子である水晶共振器が含まれる。典型的
には、共振器は共振器の応答にあわせて変化する周波数
を有する正弦波電気信号を発生する共振器回路の一部分
である。
水晶圧力変換器を使用して公知の様式にて測定出来る。
こうした変換器には測定すべき圧力により共振器内に誘
因される機械的応力に応答して電気的回路の電気的特性
を変える圧電素子である水晶共振器が含まれる。典型的
には、共振器は共振器の応答にあわせて変化する周波数
を有する正弦波電気信号を発生する共振器回路の一部分
である。
【０００３】特に、油井又はガス井内の圧力検出に適し
ている或る形式の圧力変換器は厚さシア・モード水晶共
振器を備えている。厚さシア・モード水晶共振器におい
ては電極が共振器の２つの主要面に固定され、電気的応
答が共振器の厚さを横切る応力から生じ、この厚さは主
要面に対して直角になっている。他の変換器が提案され
ているが、専用的にではなく延長的に使用される２個の
特定厚さのシア・モード水晶発振器はその使用時にＡＴ
−カット水晶又はＢＴ−カット水晶を含む。
ている或る形式の圧力変換器は厚さシア・モード水晶共
振器を備えている。厚さシア・モード水晶共振器におい
ては電極が共振器の２つの主要面に固定され、電気的応
答が共振器の厚さを横切る応力から生じ、この厚さは主
要面に対して直角になっている。他の変換器が提案され
ているが、専用的にではなく延長的に使用される２個の
特定厚さのシア・モード水晶発振器はその使用時にＡＴ
−カット水晶又はＢＴ−カット水晶を含む。
【０００４】ＡＴ−カット水晶共振器とＢＲ−カット水
晶共振器は圧力に対する応答性が実質的に温度とは無関
係であることから少なくとも部分的には有用である。即
ち、これらの共振器は周波数温度係数が０を有すると言
われている。しかしながら、これら特定の共振器はその
使用出来る最高圧力と最高温度に関して限界がある。こ
の限界は共振器に対する応力が水晶が破壊するか又は
「双晶」になる最大レベル又はそれ以上に達する際到達
する。
晶共振器は圧力に対する応答性が実質的に温度とは無関
係であることから少なくとも部分的には有用である。即
ち、これらの共振器は周波数温度係数が０を有すると言
われている。しかしながら、これら特定の共振器はその
使用出来る最高圧力と最高温度に関して限界がある。こ
の限界は共振器に対する応力が水晶が破壊するか又は
「双晶」になる最大レベル又はそれ以上に達する際到達
する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＢＴ−カット共振器に
対しては主たる欠点は破壊にある。これはＢＴ−カット
圧力検出器の一つの特定の実施態様に対して約１７５℃
における大略８４０ｋｇ／ｃｍ2 （１２、０００ｐｓ
ｉ）程度で生じる。ＡＴ−カット共振器に対しては主た
る欠点は「双晶」になることである。一つの特定の実施
態様に対しては、これは約１７５℃において大略１４０
０ｋｇ／ｃｍ2 （２０、０００ｐｓｉ）又は約２００℃
における大略１１２０ｋｇ／ｃｍ2 （１６、０００ｐｓ
ｉ）又は結果的に共振器内で許容可能な最大応力レベル
をもたらすような他の対比可能な圧力と温度の組み合わ
せにおいて生じる。ＡＴ−カット検出器の他の実施態様
に対しては、これは約２００℃において大略１４００ｋ
ｇ／ｃｍ2 ）（２０、０００ｐｓｉ）又は約１７５℃に
おいて１７５０ｋｇ／ｃｍ2 （２５、０００ｐｓｉ）又
は対比可能な他の圧力と温度の組み合わせにおいて生じ
る。
対しては主たる欠点は破壊にある。これはＢＴ−カット
圧力検出器の一つの特定の実施態様に対して約１７５℃
における大略８４０ｋｇ／ｃｍ2 （１２、０００ｐｓ
ｉ）程度で生じる。ＡＴ−カット共振器に対しては主た
る欠点は「双晶」になることである。一つの特定の実施
態様に対しては、これは約１７５℃において大略１４０
０ｋｇ／ｃｍ2 （２０、０００ｐｓｉ）又は約２００℃
における大略１１２０ｋｇ／ｃｍ2 （１６、０００ｐｓ
ｉ）又は結果的に共振器内で許容可能な最大応力レベル
をもたらすような他の対比可能な圧力と温度の組み合わ
せにおいて生じる。ＡＴ−カット検出器の他の実施態様
に対しては、これは約２００℃において大略１４００ｋ
ｇ／ｃｍ2 ）（２０、０００ｐｓｉ）又は約１７５℃に
おいて１７５０ｋｇ／ｃｍ2 （２５、０００ｐｓｉ）又
は対比可能な他の圧力と温度の組み合わせにおいて生じ
る。
【０００６】過剰応力が原因で水晶が「双晶」になる場
合、結晶構造が急激に改められ、一層安定した状態にな
る。ＡＴ−カット水晶に対しては、この形式の電気的双
晶は公知の様式にて水晶を配向出来る軸線に対するＸ，
Ｙ及びＺ結晶軸のＺ軸の周りの１８０°の回転とみなす
ことが出来る。理論的には、双晶は元の状態をその適用
される応力パタ−ンに対し低いエネルギ−状態にする応
力パタ−ンを共振器に与えることで逆に出来よう。これ
は現時点では実施されないので、水晶が一旦双晶になる
と水晶はその状態にとどまる。双晶状態にあるＡＴ−カ
ット水晶の圧力応答はその元の双晶でない状態の場合よ
り温度に対して一層感知性がある。その上、水晶が双晶
になると、この水晶は典型的には部分的にのみ双晶にな
る。こうした部分的に又は不完全に双晶になった水晶は
共振するように作成出来ないことから本明細書で参照す
る形式の共振器としては役に立たない。
合、結晶構造が急激に改められ、一層安定した状態にな
る。ＡＴ−カット水晶に対しては、この形式の電気的双
晶は公知の様式にて水晶を配向出来る軸線に対するＸ，
Ｙ及びＺ結晶軸のＺ軸の周りの１８０°の回転とみなす
ことが出来る。理論的には、双晶は元の状態をその適用
される応力パタ−ンに対し低いエネルギ−状態にする応
力パタ−ンを共振器に与えることで逆に出来よう。これ
は現時点では実施されないので、水晶が一旦双晶になる
と水晶はその状態にとどまる。双晶状態にあるＡＴ−カ
ット水晶の圧力応答はその元の双晶でない状態の場合よ
り温度に対して一層感知性がある。その上、水晶が双晶
になると、この水晶は典型的には部分的にのみ双晶にな
る。こうした部分的に又は不完全に双晶になった水晶は
共振するように作成出来ないことから本明細書で参照す
る形式の共振器としては役に立たない。
【０００７】広範に使用されているＡＴ−カットとＢＴ
−カットの共振器の最大圧力、最大温度限界があるた
め、高圧高温におけるのと同様ＡＴ−カット水晶とＢＴ
−カット水晶の通常の作動範囲全体にわたりＡＴ−カッ
ト水晶又はＢＴ−カット水晶の代わりに使用を可能にす
ると共に適切な圧力応答性をもたらすような形式の水晶
を備えた改善されている圧力変換器に対する必要性があ
る。
−カットの共振器の最大圧力、最大温度限界があるた
め、高圧高温におけるのと同様ＡＴ−カット水晶とＢＴ
−カット水晶の通常の作動範囲全体にわたりＡＴ−カッ
ト水晶又はＢＴ−カット水晶の代わりに使用を可能にす
ると共に適切な圧力応答性をもたらすような形式の水晶
を備えた改善されている圧力変換器に対する必要性があ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は前述した必要性
を満たす新規にして改善された圧力変換器を提供するこ
とにより先行技術の前述した欠点と他の欠点を克服する
ものである。この新規にして改善された圧力変換器には
ＡＴ−カット水晶又はＢＴ−カット水晶を使用する慣用
的な圧力変換器の作動範囲に対して相対的に広がった圧
力温度範囲にわたり変換器の使用を可能とすべくＸ，Ｙ
及びＺ結晶軸のＺ軸に対して相対的に或る角度範囲内で
カットされる水晶が含まれる。
を満たす新規にして改善された圧力変換器を提供するこ
とにより先行技術の前述した欠点と他の欠点を克服する
ものである。この新規にして改善された圧力変換器には
ＡＴ−カット水晶又はＢＴ−カット水晶を使用する慣用
的な圧力変換器の作動範囲に対して相対的に広がった圧
力温度範囲にわたり変換器の使用を可能とすべくＸ，Ｙ
及びＺ結晶軸のＺ軸に対して相対的に或る角度範囲内で
カットされる水晶が含まれる。
【０００９】本発明は一般にＸ，Ｙ及びＺ結晶軸のＺ軸
に対して相対的に約−２５°と約−４５°の間の角度範
囲内に配向を有する水晶から成る圧力変換器を提供する
ものである。本発明は更に詳細にはＺ軸に対して相対的
に約−２５°と約−４５°の間の範囲内にある角度にて
Ｘ，Ｙ及びＺ結晶軸のＹ軸の周りで単独回転する配向に
対して平行にカットされた実質的に平行な主要面を有す
る実質的に円筒状の厚さのシア・モード水晶を含む圧力
変換器を提供するものである。
に対して相対的に約−２５°と約−４５°の間の角度範
囲内に配向を有する水晶から成る圧力変換器を提供する
ものである。本発明は更に詳細にはＺ軸に対して相対的
に約−２５°と約−４５°の間の範囲内にある角度にて
Ｘ，Ｙ及びＺ結晶軸のＹ軸の周りで単独回転する配向に
対して平行にカットされた実質的に平行な主要面を有す
る実質的に円筒状の厚さのシア・モード水晶を含む圧力
変換器を提供するものである。
【００１０】本発明は又、高圧力、高温度環境を監視す
る方法を提供するものである。この方法は圧力が少なく
とも約１４００ｋｇ／ｃｍ2 （２０、０００ｐｓｉ）で
温度が少なくとも約２００℃になっている環境内の圧力
を、その環境内の圧力と温度に応答して水晶が破壊した
り又は双晶にならないようＸ，Ｙ及びＺ結晶軸のＺ軸に
対して約−２５°と約−４５°の間の範囲内の角度を有
する単一回転カットの水晶で検出することを含む。
る方法を提供するものである。この方法は圧力が少なく
とも約１４００ｋｇ／ｃｍ2 （２０、０００ｐｓｉ）で
温度が少なくとも約２００℃になっている環境内の圧力
を、その環境内の圧力と温度に応答して水晶が破壊した
り又は双晶にならないようＸ，Ｙ及びＺ結晶軸のＺ軸に
対して約−２５°と約−４５°の間の範囲内の角度を有
する単一回転カットの水晶で検出することを含む。
【００１１】一層詳細な実施態様においては、水晶のカ
ット角度はＺ軸に対して相対的に約−２５°と約−３５
°の間の範囲内にある。更に詳細には、水晶はその双晶
のＡＴ−カット水晶と等しい角度に配向される。
ット角度はＺ軸に対して相対的に約−２５°と約−３５
°の間の範囲内にある。更に詳細には、水晶はその双晶
のＡＴ−カット水晶と等しい角度に配向される。
【００１２】従って、前掲の内容から本発明の一般的目
的は、新規にして改善された圧力変換器を提供すること
にある。本発明の他の諸目的、諸特徴及び諸利点につい
ては好適実施態様に関する以下の説明を添付図面を参照
しながら読めば当技術の熟知者には容易に明らかとなろ
う。
的は、新規にして改善された圧力変換器を提供すること
にある。本発明の他の諸目的、諸特徴及び諸利点につい
ては好適実施態様に関する以下の説明を添付図面を参照
しながら読めば当技術の熟知者には容易に明らかとなろ
う。
【００１３】
【実施例】図１において、水晶２はＸ，Ｙ及びＺ結晶軸
に対して相対的に配向された状態で示してある。当技術
における慣例に従って、Ｘ軸は電気的軸であり、Ｙ軸は
機械的軸であり、Ｚ軸は光学的軸である。これらの軸線
に対する水晶２の適切な配向は公知のＸ線回折技術を使
用するといった当技術における公知の方法で得ることが
出来る。
に対して相対的に配向された状態で示してある。当技術
における慣例に従って、Ｘ軸は電気的軸であり、Ｙ軸は
機械的軸であり、Ｚ軸は光学的軸である。これらの軸線
に対する水晶２の適切な配向は公知のＸ線回折技術を使
用するといった当技術における公知の方法で得ることが
出来る。
【００１４】図１に示された配向から水晶２は結晶軸の
１本以上の結晶軸に対して１種類以上の角度にて公知の
様式にてカット出来る。図解の目的上、慣用的なＸカッ
ト配向、Ｙカット配向及びＺカット配向が図２に示して
ある。図３を参照すると、慣用的なＡＴ−カット及びＢ
Ｔ−カット厚さシア・モード水晶共振器の主要面の配向
が表してある。本発明が適用される形式の圧力変換器に
おいて電極が適用されるＡＴ−カット水晶の主要面とＢ
Ｔ−カット水晶の主要面はそれぞれ図３に示された平面
状面４、６を含めてそれに対して平行になっている。平
面状面４は＋３５°１５´の角度にてＺ軸からＸ軸の周
りで回転し、平面状面６は−４９°の角度にてＺ軸から
Ｘ軸の周りで回転する。厚さシア・モード共振器として
ＡＴ−カット水晶とＢＴ−カット水晶は実質的にその主
要面の直径又は最大線状次元以下の厚さを備えている。
１本以上の結晶軸に対して１種類以上の角度にて公知の
様式にてカット出来る。図解の目的上、慣用的なＸカッ
ト配向、Ｙカット配向及びＺカット配向が図２に示して
ある。図３を参照すると、慣用的なＡＴ−カット及びＢ
Ｔ−カット厚さシア・モード水晶共振器の主要面の配向
が表してある。本発明が適用される形式の圧力変換器に
おいて電極が適用されるＡＴ−カット水晶の主要面とＢ
Ｔ−カット水晶の主要面はそれぞれ図３に示された平面
状面４、６を含めてそれに対して平行になっている。平
面状面４は＋３５°１５´の角度にてＺ軸からＸ軸の周
りで回転し、平面状面６は−４９°の角度にてＺ軸から
Ｘ軸の周りで回転する。厚さシア・モード共振器として
ＡＴ−カット水晶とＢＴ−カット水晶は実質的にその主
要面の直径又は最大線状次元以下の厚さを備えている。
【００１５】図３には又、本発明の圧力変換器に含まれ
る水晶に対してのカット配向の範囲の角度限界値を表す
２個の平面状面８、１０も表してある。平面状面８は約
−２５°の角度にてＺ軸からＸ軸の周りで回転され、平
面状面１０は約−４５°の角度にてＺ軸からＸ軸の周り
で回転される。従って、本発明の水晶共振器はその主要
面が約−２５°と約−４５°の間の範囲内の角度にてカ
ットされている。φがＺ軸に対する角度を表し、θがＸ
軸に対する角度を表すとすれば、本発明で使用される水
晶の主要面はφ＝約−２５°乃至約−４５°でθ＝０°
の範囲内の配向を有し、従って、本発明の水晶は単一回
転カットを有している。更に好適な範囲はφ＝約−２５
°乃至約−３５°でθ＝０°である。
る水晶に対してのカット配向の範囲の角度限界値を表す
２個の平面状面８、１０も表してある。平面状面８は約
−２５°の角度にてＺ軸からＸ軸の周りで回転され、平
面状面１０は約−４５°の角度にてＺ軸からＸ軸の周り
で回転される。従って、本発明の水晶共振器はその主要
面が約−２５°と約−４５°の間の範囲内の角度にてカ
ットされている。φがＺ軸に対する角度を表し、θがＸ
軸に対する角度を表すとすれば、本発明で使用される水
晶の主要面はφ＝約−２５°乃至約−４５°でθ＝０°
の範囲内の配向を有し、従って、本発明の水晶は単一回
転カットを有している。更に好適な範囲はφ＝約−２５
°乃至約−３５°でθ＝０°である。
【００１６】特に好適な配向は水晶が完全に又は完璧に
双晶ＡＴ−カット水晶と同等にカットされるよう角度φ
＝−３５°１５´になっている。この特定の配向は慣用
的なＡＴ−カット水晶共振器より高い温度感知性を持っ
た圧力応答の共振器を提供するが、本出願人は本発明の
この特定の配向の水晶共振器がＡＴ−カット又はＢＴ−
カット水晶共振器のいずれかより高い動作範囲と同様、
許容可能な圧力応答を呈することを発見した。
双晶ＡＴ−カット水晶と同等にカットされるよう角度φ
＝−３５°１５´になっている。この特定の配向は慣用
的なＡＴ−カット水晶共振器より高い温度感知性を持っ
た圧力応答の共振器を提供するが、本出願人は本発明の
この特定の配向の水晶共振器がＡＴ−カット又はＢＴ−
カット水晶共振器のいずれかより高い動作範囲と同様、
許容可能な圧力応答を呈することを発見した。
【００１７】好適実施態様においては、本発明の水晶共
振器は実質的に円筒形である。即ち、水晶の主要面の外
周部は好適には配向を外部的に示すため設けられた縁部
の平坦化されている部分の場合を除いて円形になってい
る。好適な円筒形と同様、この目的に対するこうした平
坦化された縁部は先行技術の水晶共振器で使用されて来
ている。本発明の範囲内での角度φにおいて向けられた
こうした構成は図４に示された水晶共振器１２で図解さ
れている。実質的に円形の主要面１４、１６は平行であ
る。全体的に円筒形の縁部１８は先に述べた如く、配向
に対して平坦部２０を備えている。
振器は実質的に円筒形である。即ち、水晶の主要面の外
周部は好適には配向を外部的に示すため設けられた縁部
の平坦化されている部分の場合を除いて円形になってい
る。好適な円筒形と同様、この目的に対するこうした平
坦化された縁部は先行技術の水晶共振器で使用されて来
ている。本発明の範囲内での角度φにおいて向けられた
こうした構成は図４に示された水晶共振器１２で図解さ
れている。実質的に円形の主要面１４、１６は平行であ
る。全体的に円筒形の縁部１８は先に述べた如く、配向
に対して平坦部２０を備えている。
【００１８】本発明の圧力変換器は好適には水晶共振器
をカプセル化する結晶ハウジングを含む。このハウジン
グには好適には共振器が一体的に形成されて共振器の主
要面が垂直になるようにした円筒形の水晶壁が備えてあ
る。共振器の両方の主要面に隣接して壁により空洞が定
められる。一致している結晶端部キャップがこの空洞を
閉じる。この形式の構成は当技術において知られてお
り、前述したＡＴ−カット水晶共振器とＢＴ−カット水
晶共振器とで併用されている。この形式の構成の例を図
５乃至図１０に示す。図５および図６はカーラー等の米
国特許第３、５６１、８３２号から取られたものであ
り、図７及び図８はベンジャミンソン等の米国特許第
３、６１７、７８０号から取られたものであり、図９は
アーニッセの米国特許第４、５５０、６１０号から取ら
れたものであり、図１０はアーニッセ等の米国特許第
４、８０２、３７０号から取られたものである。これら
の特許は参考として本明細書に導入してある。図７及び
図８は主要面が平面状である必要がなく、従って平行で
ある必要がない状態を図解している。図９は発振器回路
内に接続された共振器を図解している。前述した如く、
本発明に対する角度範囲が与えられたので、こうしたハ
ウジング及び全体の圧力変換器の製造方法については当
技術で知られている。好適の技術と構造は図１１及び図
１２に図解された実施態様を作成する目的で使用され
る。これは当技術で良く知られた形式である。共振器２
２は一部片で形成され、そのため隣接する空洞は図示の
中空端部キャップ２４、２６で形成される。多数の共振
器構成を使用出来る。例えば、圧力に露呈はされない
が、圧力検出器と同じ配向になった第２の水晶を２個の
共振器の周波数変化を比較することで温度効果を補償す
る手段として使用出来る。温度／基準水晶は例えば圧力
検出器及び／又は比較水晶に加えることが出来る。
をカプセル化する結晶ハウジングを含む。このハウジン
グには好適には共振器が一体的に形成されて共振器の主
要面が垂直になるようにした円筒形の水晶壁が備えてあ
る。共振器の両方の主要面に隣接して壁により空洞が定
められる。一致している結晶端部キャップがこの空洞を
閉じる。この形式の構成は当技術において知られてお
り、前述したＡＴ−カット水晶共振器とＢＴ−カット水
晶共振器とで併用されている。この形式の構成の例を図
５乃至図１０に示す。図５および図６はカーラー等の米
国特許第３、５６１、８３２号から取られたものであ
り、図７及び図８はベンジャミンソン等の米国特許第
３、６１７、７８０号から取られたものであり、図９は
アーニッセの米国特許第４、５５０、６１０号から取ら
れたものであり、図１０はアーニッセ等の米国特許第
４、８０２、３７０号から取られたものである。これら
の特許は参考として本明細書に導入してある。図７及び
図８は主要面が平面状である必要がなく、従って平行で
ある必要がない状態を図解している。図９は発振器回路
内に接続された共振器を図解している。前述した如く、
本発明に対する角度範囲が与えられたので、こうしたハ
ウジング及び全体の圧力変換器の製造方法については当
技術で知られている。好適の技術と構造は図１１及び図
１２に図解された実施態様を作成する目的で使用され
る。これは当技術で良く知られた形式である。共振器２
２は一部片で形成され、そのため隣接する空洞は図示の
中空端部キャップ２４、２６で形成される。多数の共振
器構成を使用出来る。例えば、圧力に露呈はされない
が、圧力検出器と同じ配向になった第２の水晶を２個の
共振器の周波数変化を比較することで温度効果を補償す
る手段として使用出来る。温度／基準水晶は例えば圧力
検出器及び／又は比較水晶に加えることが出来る。
【００１９】本出願人は本発明による水晶カットが異な
る図１１及び図１２に示された形式の多数の圧力検出器
を組み立てた。３種類の異なる水晶配向が使用された。
これらの値はＺ軸に対して−３５°、−４０°及び−４
５°である。共振器及びその組み合っている端部キャッ
プによる組み立てとアッセンブリーは証明済みの技術を
使って行われた。この形式の３個の圧力検出器は２３０
℃程度の高い温度迄及び２１００ｋｇ／ｃｍ2 （３０、
０００ｐｓｉ）の高い圧力迄検査された。欠陥がなかっ
た。これらの温度と圧力は本発明の有用性の限界ではな
く、検査に対する本出願人の機器の限界であることに注
意すべきである。本出願人は−２５°迄のカットを使用
しての検査は行なわなかったが、本出願人は角度が負に
ならないのに伴い周波数−温度ターンオーバーが移動す
ることから−２５°乃至−３５°が好適範囲であること
を補償する。これは優位的に高い温度作動を可能にす
る。
る図１１及び図１２に示された形式の多数の圧力検出器
を組み立てた。３種類の異なる水晶配向が使用された。
これらの値はＺ軸に対して−３５°、−４０°及び−４
５°である。共振器及びその組み合っている端部キャッ
プによる組み立てとアッセンブリーは証明済みの技術を
使って行われた。この形式の３個の圧力検出器は２３０
℃程度の高い温度迄及び２１００ｋｇ／ｃｍ2 （３０、
０００ｐｓｉ）の高い圧力迄検査された。欠陥がなかっ
た。これらの温度と圧力は本発明の有用性の限界ではな
く、検査に対する本出願人の機器の限界であることに注
意すべきである。本出願人は−２５°迄のカットを使用
しての検査は行なわなかったが、本出願人は角度が負に
ならないのに伴い周波数−温度ターンオーバーが移動す
ることから−２５°乃至−３５°が好適範囲であること
を補償する。これは優位的に高い温度作動を可能にす
る。
【００２０】前述した圧力変換器は高圧力高温環境を監
視する目的で本発明の好適方法にて使用される。この方
法は、圧力と温度に応答して水晶が破壊せず、又は双晶
を生じないようＺ結晶軸に対して約−２５°と約−４５
°の間の前述した範囲内にある角度を有する単回転カッ
トの水晶で環境内の圧力を検出することを含む。好適実
施態様において、こうした圧力は少なくとも約２００℃
を越える温度において少なくとも約１４００ｋｇ／ｃｍ
2 （２０、０００ｐｓｉ）に出来る。これは本発明が作
動出来る環境であるが、これは（本発明が使用可能であ
る下方の範囲における）慣用的なＡＴ−カット水晶とＢ
Ｔ−カット水晶の低い呼び安全作動範囲を越えている。
検出の行なわれ方は大気圧に対する水晶共振器の圧電素
子的応答を通じてであり、この応答は図９の配列に対し
て図解され又、当技術で公知の如く共振器が接続される
発振器回路を通じて検出される。
視する目的で本発明の好適方法にて使用される。この方
法は、圧力と温度に応答して水晶が破壊せず、又は双晶
を生じないようＺ結晶軸に対して約−２５°と約−４５
°の間の前述した範囲内にある角度を有する単回転カッ
トの水晶で環境内の圧力を検出することを含む。好適実
施態様において、こうした圧力は少なくとも約２００℃
を越える温度において少なくとも約１４００ｋｇ／ｃｍ
2 （２０、０００ｐｓｉ）に出来る。これは本発明が作
動出来る環境であるが、これは（本発明が使用可能であ
る下方の範囲における）慣用的なＡＴ−カット水晶とＢ
Ｔ−カット水晶の低い呼び安全作動範囲を越えている。
検出の行なわれ方は大気圧に対する水晶共振器の圧電素
子的応答を通じてであり、この応答は図９の配列に対し
て図解され又、当技術で公知の如く共振器が接続される
発振器回路を通じて検出される。
【００２１】油井又はガス井は本発明を使用出来る環境
の特定の例である。例えば、本発明の圧力変換器は本明
細書に参考として導入してあるアンダーソン等の米国特
許第４、８６６、６０７号に開示されたダウンホール検
出記録工具内で使用出来る。
の特定の例である。例えば、本発明の圧力変換器は本明
細書に参考として導入してあるアンダーソン等の米国特
許第４、８６６、６０７号に開示されたダウンホール検
出記録工具内で使用出来る。
【００２２】以上本発明は諸目的の実施のため十分適合
され、又、本明細書において固有の利点と同様前述した
諸目的と諸利点を達成している。本発明の好適実施態様
をこの開示の目的上説明して来たが、構造、部品の配列
及び方法段階の実施における変更は当技術の熟知者によ
り行うことが出来、これらの変更は前掲の特許請求の範
囲で定められた本発明の技術思想内に入るものである。
され、又、本明細書において固有の利点と同様前述した
諸目的と諸利点を達成している。本発明の好適実施態様
をこの開示の目的上説明して来たが、構造、部品の配列
及び方法段階の実施における変更は当技術の熟知者によ
り行うことが出来、これらの変更は前掲の特許請求の範
囲で定められた本発明の技術思想内に入るものである。
【図１】Ｘ，Ｙ及びＺ結晶軸に対して向けられた水晶を
示す。
示す。
【図２】Ｘ，Ｙ及びＺ結晶軸に対しての慣用的な相対的
Ｘカット、Ｙカット、Ｚカット面の配向を示す。
Ｘカット、Ｙカット、Ｚカット面の配向を示す。
【図３】本発明の圧力変換器の水晶共振器に対するカッ
ト範囲の限界における面を示し又、慣用的なＡＴカット
ＢＴカット共振器に対する面を表す。
ト範囲の限界における面を示し又、慣用的なＡＴカット
ＢＴカット共振器に対する面を表す。
【図４】本発明に従って配向された厚さシア・モード水
晶共振器を示す。
晶共振器を示す。
【図５】本発明の圧力変換器を取ることが出来る構造的
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
【図６】本発明の圧力変換器を取ることが出来る構造的
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
【図７】本発明の圧力変換器を取ることが出来る構造的
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
【図８】本発明の圧力変換器を取ることが出来る構造的
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
【図９】本発明の圧力変換器を取ることが出来る構造的
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
構成の例として公知の圧力変換器を示す。
【図１０】本発明の圧力変換器を取ることが出来る構造
的構成の例として公知の圧力変換器を示す。
的構成の例として公知の圧力変換器を示す。
【図１１】本発明の圧力変換器を取ることが出来る構造
的構成の例として公知の圧力変換器を示す。
的構成の例として公知の圧力変換器を示す。
【図１２】本発明の圧力変換器を取ることが出来る構造
的構成の例として公知の圧力変換器を示す。
的構成の例として公知の圧力変換器を示す。
２ 水晶 ４ 平面状面 ６ 平面状面 ８ 平面状面 １０ 平面状面 １２ 水晶共振器 １４ 主要面 １６ 主要面 １８ 縁部 ２０ 平坦部 ２２ 共振器 ２４ 端部キャップ ２６ 端部キャップ Ｘ 結晶軸 Ｙ 結晶軸 Ｚ 結晶軸 θ Ｘ軸に対する角度 φ Ｚ軸に対する角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−193026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−22041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−131135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−86331（ＪＰ，Ａ)
Claims (15)
- 【請求項１】 Ｘ，Ｙ及びＺ結晶軸のＺ軸に対する約−
２５°と約−４５°の間の角度範囲内の配向を有する水
晶から成る圧力変換器。 - 【請求項２】 前記範囲がＺ軸に対して約−２５°と約
−３５°の間にある請求項１記載の圧力変換器。 - 【請求項３】 前記水晶がＡＴカット双晶と等しい角度
にて前記範囲内にて配向される請求項１記載の圧力変換
器。 - 【請求項４】 更に前記水晶をカプセル化する結晶ハウ
ジングを含む請求項１記載の圧力変換器。 - 【請求項５】 前記範囲がＺ軸に対して約−２５°と約
−３５°の間にある請求項４記載の圧力変換器。 - 【請求項６】 前記水晶がＡＴ−カット双晶と等しい角
度にて前記範囲内にて配向される請求項４記載の圧力変
換器。 - 【請求項７】 Ｚ軸に対して約−２５°と約−４５°の
間の範囲内の角度にてＸ，Ｙ及びＺ結晶軸のＸ軸の周り
で単独回転する配向に平行にカットされた実質的に平行
な主要面を有する実質的に円筒状の厚さのシア・モ−ド
水晶共振器を含む圧力変換器。 - 【請求項８】 前記範囲がＹ軸に対して約−２５°と約
−３５°の間にある請求項７記載の圧力変換器。 - 【請求項９】 前記角度がＡＴ−カット水晶共振器の角
度の双晶である請求項７記載の圧力変換器。 - 【請求項１０】 更に前記水晶共振器と一体の結晶ハウ
ジングを含み、前記ハウジングが前記結晶共振器の前記
主要面に隣接して定められる空洞を有する請求項７記載
の圧力変換器。 - 【請求項１１】 前記範囲がＺ軸に対して約−２５°と
約−３５°の間にある請求項１０記載の圧力変換器。 - 【請求項１２】 前記角度がＡＴ−カット水晶共振器の
角度の双晶である請求項１０記載の圧力変換器。 - 【請求項１３】 圧力が少なくとも約１４００ｋｇ／ｃ
ｍ2 （２０、０００ｐｓｉ）であり、温度が少なくとも
約２００℃になっている高圧高温環境内の圧力、前記圧
力と温度に応答して水晶が破壊しないか又は双晶になら
ないようＸ，Ｙ及びＺ結晶軸のＺ軸に対する約−２５°
と約−４５°の間の範囲内の角度を有する単回転カット
の水晶で検出することから成る、当該環境を監視する方
法。 - 【請求項１４】 前記範囲がＺ軸に対して約−２５°と
約−３５°の間にある請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 前記角度がＡＴ−カット水晶の角度の
双晶である請求項１３記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/823,734 US5221873A (en) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | Pressure transducer with quartz crystal of singly rotated cut for increased pressure and temperature operating range |
| US823734 | 1992-01-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0626957A JPH0626957A (ja) | 1994-02-04 |
| JPH0769237B2 true JPH0769237B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=25239580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5024978A Expired - Lifetime JPH0769237B2 (ja) | 1992-01-21 | 1993-01-21 | 増圧増温動作範囲用の単回転カットの水晶を備えた圧力変換器 |
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| Country | Link |
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| US (1) | US5221873A (ja) |
| EP (1) | EP0552884B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0769237B2 (ja) |
| CA (1) | CA2087629C (ja) |
| DE (1) | DE69311918T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5747857A (en) * | 1991-03-13 | 1998-05-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electronic components having high-frequency elements and methods of manufacture therefor |
| US5471882A (en) * | 1993-08-31 | 1995-12-05 | Quartzdyne, Inc. | Quartz thickness-shear mode resonator temperature-compensated pressure transducer with matching thermal time constants of pressure and temperature sensors |
| US5578759A (en) * | 1995-07-31 | 1996-11-26 | Quartzdyne, Inc. | Pressure sensor with enhanced sensitivity |
| US6131462A (en) * | 1998-12-18 | 2000-10-17 | Delaware Capital Formation, Inc. | Pressure/temperature transducer with improved thermal coupling and enhanced transient response |
| US6111340A (en) * | 1999-04-12 | 2000-08-29 | Schlumberger Technology Corporation | Dual-mode thickness-shear quartz pressure sensors for high pressure and high temperature applications |
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| US6598481B1 (en) | 2000-03-30 | 2003-07-29 | Halliburton Energy Services, Inc. | Quartz pressure transducer containing microelectronics |
| US6744182B2 (en) * | 2001-05-25 | 2004-06-01 | Mark Branham | Piezoelectric quartz plate and method of cutting same |
| AT410737B (de) * | 2001-05-31 | 2003-07-25 | Avl List Gmbh | Piezoelektrisches resonatorelement der kristallographischen punktgruppe 32 |
| US20050113771A1 (en) * | 2003-11-26 | 2005-05-26 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Odor control in personal care products |
| JP2007057382A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Kyocera Kinseki Corp | 圧力センサ素子 |
| JP2007057389A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Kyocera Kinseki Corp | 圧力センサ素子及び圧電振動子 |
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| US8726725B2 (en) | 2011-03-08 | 2014-05-20 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus, system and method for determining at least one downhole parameter of a wellsite |
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-
1992
- 1992-01-21 US US07/823,734 patent/US5221873A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-01-14 DE DE69311918T patent/DE69311918T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-14 EP EP93300218A patent/EP0552884B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-01-20 CA CA002087629A patent/CA2087629C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-21 JP JP5024978A patent/JPH0769237B2/ja not_active Expired - Lifetime
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