JPS5838738B2 - 圧力計 - Google Patents

圧力計

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JPS5838738B2
JPS5838738B2 JP54002089A JP208979A JPS5838738B2 JP S5838738 B2 JPS5838738 B2 JP S5838738B2 JP 54002089 A JP54002089 A JP 54002089A JP 208979 A JP208979 A JP 208979A JP S5838738 B2 JPS5838738 B2 JP S5838738B2
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元善 安藤
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    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被測定圧力（差圧を含む）を振動子に直接又
は間接的に与え、そのときの振動子の固有振動数から被
測定圧力を求めるような構成の圧力計に関するものであ
る。
従来のこの種の圧力計は、振動子周囲の流体密度の値に
よってその出力信号が大きく変化する。
このため、測定対象となる流体の種類は同一密度のもの
に限られていた。
また、流体密度が温度によって大きく変化するため、一
定温度の測定雰囲気中でのみ使用可能という問題もあっ
た。
本発明の目的は、上記問題を解決すること、すなわち、
あらゆる密度の流体を測定対象とすることができる圧力
計を実現することにある。
以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明に係る圧力計の受圧部分の一実施例を示
す断面図、第２図は第１図のＸＸ′断面図である。
第１図および第２図において、１は段部１１を有する段
付容器でなる振動子である。
この振動子１には中心軸にそってあけられた穴１２によ
って、薄肉円筒部１３およびこれに連続した厚肉円筒部
１４が形成されている。
また、振動子１の段部１１付近の厚肉円筒部１４には外
周面から内壁付近にまで達する四つの座ぐり穴１５〜１
８が９０度ずつ隔てて形成されている。
２．３は座ぐり穴ｉｓ、１６の底面に取付けられた振動
検出用圧電素子、４，５は座ぐり穴１７，１８の底面に
取付けられた駆動用圧電素子である。
６はボディ、Ｉは振動子１とボディ６との間をシールす
る０りング、８は振動子１とボディ６とを結合するボル
トである。
ボディ６には、振動子１内に通ずる圧力導入口６１が設
けられている。
第３図は振動子１のような円筒状振動子の代表的な駆動
周波数−ゲイン特性を示す図である。
この特性は、振動子の駆動および振動検出をそれぞれ一
個の圧電素子で行い、駆動用圧電素子への印加電圧に対
する振動検出用圧電素子（常に最大振幅を得られるよう
な位置にはられている）の比をデシベル表示しゲインと
したものである。
なお、以後の説明においては、第１図および第２図の振
動子１は、この第３図の特性を有するものとする。
第３図のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｂは、それぞれ面内振動の振
動モードが３次、４次、２次、５次、６次で軸方向の振
動モードが共に１次の場合のゲインを示している。
またＦ、Ｇは面内振動モードが５次、４次で軸方向振動
モードが共に２次の場合のゲインを示している。
第４図は、第１図および第２図に示した本発明装置の全
体構成の一実施例を示す図である（第１図および第２図
と同一部分には同一符号を付して説明を省略する）。
図において、６０．７０はそれぞれ圧電素子２，３の出
力信号を受けるチャージアンプ、８０．９０はチャージ
アンプ７０の出力信号に一定値をかける係数回路、１０
０はチャージアンプ６０および係数回路８０の出力信号
を加算する加算回路、１１０はチャージアンプ６０の出
力信号から係数回路９の出力信号を引く引算回路である
。
また、１２０．１３０は約６ＫＨｚ以下の周波数を通す
ローパスフィルタ、１４０゜１５０はそれぞれローパス
フィルタ１２０．１３０の出力信号を受は振幅一定の電
圧を出力するアンプである。
１６０はアンプ１４０，１５０の出力信号を加算したも
のを圧電素子４に印加する加算回路、１７０はアンプ１
４０の出力信号からアンプ１５０の出力信号を引いたも
のを圧電素子５に印加する引算回路、１８０はアンプ１
４０．１５０の出力信号Ｖｅ、Ｖｆを受けて被測定圧力
に対応した信号を出力する出力回路である。
上記圧電素子２〜５、チャージアンプ６０ 、７０係数
回路８０．９０、加算回路１００，１６０、引算回路１
１０，１７０、ローパスフィルタ１２０゜１３０、アン
プ１４０，１５０は、振動子１を振動させるための駆動
部を成す。
４次の振動モードでの固有振動数と同一の周波数の信号
を加算回路１６０に加えたとき、アンプ１４０から得ら
れる信号と上記印加信号との間には、はとんど位相差が
生じないように駆動部は構成されている。
また、２次の振動モードでの固有振動数と同一の周波数
の信号を加算回路１６０に加えたとき、アンプ１５０か
ら・得られる信号と上記印加信号との間には、はとんど
位相差が生じないように駆動部は構成されている。
ローパスフィルタ１２．１３を通過し得る信号としては
、２次および４次の振動モードの他に３次および５次の
振動モードのものがあるが、２次および４次の振動モー
ドにおける場合と、３次および５次の振動モードにおけ
る場合とは、圧電素子４の１駆動に関して圧電素子２の
出力が逆極性になる。
このため、３次および５次の振動モードにおける信号分
は、１駆動用圧電素子４゜５にほとんど正帰還されない
。
したがって、定常動作状態においては、振動子１は２次
および４次の振動モードで同時に振動しており（圧電素
子２〜５部分が振動の腹となる）、チャージアンプ６０
．７０から、次に示す信号Ｖａ、Ｖｂが出力される。
ただし、 ｍ２ 、 ｍ２’： ２次の振動モードに起因する信
号分ｍ４１ ｍ４’ ：４次の振動モードに起因する信
号弁上記係数回路８０．９０の具体的構成は、チャージ
アンプ７０の出力信号に、それぞれｍ ２７ｍ ２’
１ｍ４／ ｍ４／なる値（ｍ２とｍ２’とは同一モート
ノ信号分、ｍ４とｍ４とは同一モードの信号分であるか
ら、これらの比は一定といえる）をかけるようになって
いる。
したがって、加算回路１００、引算回路１１０の出力信
号Ｖｃ、Ｖｄは次のようになる。
ただし、 ｋ、に’：係数回路８０．９０の係数値（具体的にはｍ
２／ ｍ４’＋ ｍ４ ／ ｍ４である）この（２）式
から明らかなように、■ｃ、■ｄはそれぞれ４次、２次
の振動モードのみに対応した信号である。
そして、このＶｃ 、Ｖｄに対応した信号Ｖｅ。Ｖｆが
アンプ１４０，１５０から出力され、これを受けた加算
回路１６０および引算回路１７０が、２次および４次の
振動モードで振動子１を確実に振動させるような電圧を
、圧電素子４，５に印加する。
この実施例における駆動部は、振動子１の振動の検出を
２次および４次の振動モードに起因する信号のみについ
て行っているだけでなく、駆動においても、２次および
４次の振動モードで変形するような強制力を振動子１に
加える構成となっているので、きわめて安定した状態で
、振動子１が二重振動モード（２次および４次）で振動
している。
このときの振動子１の固有振動数を、ｆ２（２次の振動
モードについての振動数）、ｆ４（４次の振動モードに
ついての振動数）とすれば、次式が成り立つ。
ただし、 Ｃ２，Ｃ４：２次、４次の振動モードによって決まる定
数 Ｅ：振動子１（薄肉円筒部１３）のヤング率Ａ：振動子
１の断面積 ■：振動子１の断面二次モーメント ρ：振動子１の密度 ρＸ：Ｘ：振動子四周囲体密度 Ｃ２，Ｃ４：２次、４次の振動モードにおける流体密度
感度係数 β２．β４：２次、４次の振動モードにおける圧力感度
係数 Ｐ：被測定圧力（圧力導入口６１に導びかれる圧力Ｐ１
と周囲の圧力Ｐ。
との差圧Ｐ１Ｐｏ）この（３）式から、ρＸを消去しＰ
について整理すると次式を得ることができる。
ここで、Ｃ４，Ｃ２，Ｃ２′、β２１ Ｃ４’＋β４は
一定であるから、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅを定数とすれば、
（４）式は次のようになる。
５つの異なる圧力（基準圧力）Ｐを与えそのときの振動
数ｆ４．ｆ２（アンプ１４０，１５０の出力信号Ｖｅ、
Ｖｆの周波数に対応している）を求めれば、容易にＡ、
Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｂの値を決定することができる。
したがって、この方法によりＡ、Ｂ。Ｃ，Ｄ、Ｅをあら
かじめ求めておけば、被測定圧力印加時の振動数ｆ２．
ｆ４から（５）式に基づき被測定圧力の大きさを測定す
ることができる。
この演算を行うのが出力回路１８０である。
この構成の圧力計は、流体密度の影響を受けない（５）
式に基づき、被測定圧力Ｐを求めるものである。
このため、原理的に、流体密度ρＸの変化に起因する誤
差が生じない。
なお、上記の説明においては、振動子に力を加えたりそ
の歪を検出したりするのに、座グリ穴内に取付けられた
圧電素子を用いた例を示したが、圧電素子をこのような
位置に必ずしも取付ける必要はないし、また圧電素子以
外のものを用いても構成できる。
また、駆動用圧電素子を二つ（４゜５）用いて、励振側
で２次および４次以外の振動モードをリジェクションす
るとともに、振動検出用圧電素子を二つ（２，３）用い
て振動検出側でも、２次および４次以外の振動モードの
りジエクションを行っている例を示したが、いずれか一
方でモードリジェクションするようにしても良い。
さらに、検出側に関してはフィルタだけでモードリジェ
クションすることが可能であれば、そのように構成して
も良い。
また、２次および４次の振動モードで振動させるものを
示したが、２次および４次以外の他の振動モードを選択
するようにしても良い。
また、振動数ｆ２．ｆ４に関する（３）式も近似式であ
るから、より高精度のものを得るには、（３）式より正
確なｆ２．ｆ４に関する近似式を用いるようにすれば良
い。
以上説明したように、本発明によれば、流体密度の影響
を受けない圧力計、すなわち、あらゆる密度の流体を測
定対象とすることができる圧力計を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る圧力計の受圧部分の一実施例を示
す断面図、第２図は第１図のＸＸ′断面図、第３図は円
筒状振動子の代表的な特性図、第４図は本発明装置の全
体構成の一実施例を示す図である。 １・・・・・・振動子、２，３・・・・・・振動検出用
圧電素子、４，５・・・・・・駆動用圧電素子、６・・
・・・・ボディ、７・・・・・・０リング、８・・・・
・・ポル）、６０．７０・・・・・・チャージアンプ、
８０，９０・・・・・・係数回路、１００゜１６０・・
・・・・加算回路、１１０，１７０・・・・・・引算回
路、１２０，１３０・・・・・・フィルタ、１４０．１
５０・・・・・・アンプ、１８０・・・・・・出力回路
。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 被測定圧力が与えられる円筒状振動子と、この円筒
    状振動子を同時に複数の振動モードで振動させる駆動手
    段と、前記円筒状振動子の振動数を異なった２ケ所で検
    出する振動検出手段と、この振動検出手段からの各出力
    信号を加算又は減算することによって少なくとも２種類
    の振動モードにおける固有振動数に対応した信号を得る
    とともに当該信号を前記駆動手段に与える回路手段と、
    前記２種類の振動モードにおける固有振動数に対応した
    信号を入力し所定の演算を行なって前記被測定圧力に関
    連した信号を出力する演算回路とを具備した圧力計。
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