JPS5838738B2 - 圧力計 - Google Patents
圧力計Info
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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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- vibrator
- pressure
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- vibration modes
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
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-
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
- G01L1/162—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/22—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
- G01K11/26—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of resonant frequencies
-
- 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
-
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- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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)
- 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。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP54002089A JPS5838738B2 (ja) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | 圧力計 |
BR7908576A BR7908576A (pt) | 1979-01-11 | 1979-12-27 | Transdutor do tipo de vedacao |
US06/108,477 US4297872A (en) | 1979-01-11 | 1979-12-31 | Vibration type transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP54002089A JPS5838738B2 (ja) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | 圧力計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5594127A JPS5594127A (en) | 1980-07-17 |
JPS5838738B2 true JPS5838738B2 (ja) | 1983-08-25 |
Family
ID=11519612
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP54002089A Expired JPS5838738B2 (ja) | 1979-01-11 | 1979-01-11 | 圧力計 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4297872A (ja) |
JP (1) | JPS5838738B2 (ja) |
BR (1) | BR7908576A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6339220Y2 (ja) * | 1983-12-29 | 1988-10-14 | ||
JPS6339219Y2 (ja) * | 1983-11-01 | 1988-10-14 | ||
JPS6350265Y2 (ja) * | 1984-05-22 | 1988-12-23 |
Families Citing this family (41)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4372164A (en) * | 1980-06-02 | 1983-02-08 | The Foxboro Company | Industrial process control instrument employing a resonant sensor |
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