JPS5930440Y2 - pressure transducer - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は圧力や差圧金電気信号に変換する圧力変換器
に関するものである。[Detailed Description of the Invention] This invention relates to a pressure transducer that converts pressure or differential pressure into electrical signals.

従来から共振ワイヤ４用いた差圧伝送器のように、振動
子の振動敷金差圧によって変化させ、この変化音電気的
に検出する圧力変換器は知られている。Pressure transducers, such as differential pressure transmitters using resonant wires 4, have been known in which pressure is varied by a vibrating differential pressure of a vibrator and the sound of this variation is electrically detected.

しかしながら、このようね方式の圧力変換器では、ワイ
ヤと受圧ダイヤフラムと金機械的に結合するため構造が
複雑になってコストが高くなり、捷た、ワイヤにばねで
バイアステンションｌえておく必要があるため、温度等
てこのバイアステンションが変化すると誤差音生じる等
の欠点があった。However, in this spring-type pressure transducer, the wire and pressure-receiving diaphragm are mechanically connected using gold, making the structure complicated and expensive, and it is necessary to apply bias tension to the twisted wire with a spring. Therefore, there were drawbacks such as an error sound occurring when the bias tension of the lever changes due to temperature or other factors.

この考案はこのような従来の欠点金解消するためになさ
れたもので、その目的とするところは、構造が簡単で、
精度よく安定な圧力検出ができるような圧力変換益金提
供することにある。This invention was made to eliminate these conventional disadvantages, and its purpose is to have a simple structure,
The objective is to provide pressure conversion benefits that enable accurate and stable pressure detection.

このような目的音達成するために、この考案は、液体中
に振動子と対向させて移動体定設け、この移動体音受圧
に応じて振動子との対向距離が変化するように構成した
もので、液体中で振動する振動子に物体４近づけると振
動数が変化すること金利用して、振動子と非接触で出力
音検出できるようにしたものである。In order to achieve such a target sound, this invention has a structure in which a moving body is provided in the liquid facing the vibrator, and the facing distance from the vibrator changes depending on the sound receiving pressure of the moving body. By taking advantage of the fact that the frequency of vibration changes when an object 4 is brought close to a vibrating vibrator in a liquid, output sound can be detected without contacting the vibrator.

以下、この考案金図面にもとすいて詳細に説明する。Hereinafter, a detailed explanation will be given based on this design drawing.

第２図はこの考案に係る圧力変換器の一実施例の断面図
である。FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the pressure transducer according to this invention.

図において、本体１は内部空間とこの内部空間から両側
面に通ずる中心礼金有し、内部空間の開口部には端子体
２がはめ込すれて溶接されている。In the figure, a main body 1 has an internal space and a central key metal extending from the internal space to both sides, and a terminal body 2 is fitted and welded into the opening of the internal space.

また、本体１の両側面には間隙金おいて受圧素子として
のダイヤフラム３，４がそれぞれ溶接して取付けられて
いる。Further, diaphragms 3 and 4 as pressure receiving elements are welded and attached to both side surfaces of the main body 1 through gap metals, respectively.

そして、本体１、ダイヤフラム３，４および端子体２に
囲ｌれた密封空間内には非圧縮性□リコン油からなる液
体が充填されている。A sealed space surrounded by the main body 1, diaphragms 3 and 4, and the terminal body 2 is filled with a liquid made of incompressible silicone oil.

一方、端子体２の内面からは移動体としての片持はり５
ぎ内部空間内にのびて立設されており、捷た１、この片
持はり５の両側に対向するように音さ形の振動子６，７
がそれぞれねじ止めして固定でれている。On the other hand, from the inner surface of the terminal body 2, there is a cantilever beam 5 as a moving body.
The cantilever beam 5 is provided with tuning fork-shaped vibrators 6 and 7 facing each other on both sides of the cantilever beam 5.
are fixed with screws.

振動子６，７には圧電素子８，９がそれぞれ固着されて
おり、端子２に絶縁材１０゜１１でハーメチックシール
された端子１２．１３にこの圧電素子８，９の電極がそ
れぞれリード線で接続されている。Piezoelectric elements 8 and 9 are fixed to the vibrators 6 and 7, respectively, and the electrodes of the piezoelectric elements 8 and 9 are connected to terminals 12 and 13, which are hermetically sealed to the terminal 2 with an insulating material 10 and 11, respectively, using lead wires. It is connected.

なお、１４は端子体２に直接挿入され溶接された端子で
ある。Note that 14 is a terminal that is directly inserted into the terminal body 2 and welded.

片持はり５の先端部は、本体１の中心孔内に配置された
ピン１５゜１６によってダイヤフラム３，４とそれぞれ
連結されている。The tips of the cantilever beams 5 are connected to the diaphragms 3 and 4 by pins 15 and 16 arranged in the center hole of the main body 1, respectively.

第２図は振動子の振動状態金説明するもので、イは測面
図、口は正面図である。Figure 2 explains the vibration state of the vibrator, where A is a surface view and Figure 2 is a front view.

振動子７はエリンバ、Ｎｉ ５ｐａｎＣ等の恒弾性金属
板金平板音さ形に形成したもので、一方の脚にＺｎｏ等
の圧電材料金蒸着し、この圧電材料上に薄膜電極金蒸着
して圧電素子９乞形威し、さらにこの薄膜電極にリード
線を接続しである。The vibrator 7 is formed into the shape of a flat tuning fork made of a constant elastic metal sheet made of Elinba, Ni 5panC, etc. A piezoelectric material such as Zno is deposited on one leg, and a thin film electrode is deposited with gold on this piezoelectric material to form a piezoelectric element. A lead wire is connected to this thin film electrode.

圧電素子９の他方の電極は振動子７自身によって形成さ
れ、この電極は端子１４に共通接続されている。The other electrode of the piezoelectric element 9 is formed by the vibrator 7 itself, and this electrode is commonly connected to the terminal 14.

なお、７ａは振動子７乞端子体２に取付けるための取付
穴である。Note that 7a is a mounting hole for mounting the vibrator 7 to the terminal body 2.

両電極間に交流電圧が印加されると、振動子７はイに矢
印で示すように各脚が反対方向にたわみ固有振動数で振
動する。When an alternating current voltage is applied between both electrodes, each leg of the vibrator 7 is deflected in the opposite direction as shown by the arrow in A, and vibrates at a natural frequency.

振動子６についても形状、動作は全く同じである。The shape and operation of the vibrator 6 are exactly the same.

このような構成にむいて、端子１２と１４および端子１
３と１４の間に発振回路が接続されると、振動子６，７
はそれぞれ固有振動数で自動振動する。For such a configuration, terminals 12 and 14 and terminal 1
When an oscillation circuit is connected between 3 and 14, the oscillators 6 and 7
each vibrates automatically at its own natural frequency.

ここで、左右のダイヤフラム３，４に加わる圧力に差が
生ずると、ピン１５，１６に介して片持はり５が第１図
で左右方向にたわみ、振動子６と片持はり５および振動
子７と片持はり５の各対向距離が差動的に変化する。Here, when a difference occurs in the pressure applied to the left and right diaphragms 3 and 4, the cantilever beam 5 is deflected in the left-right direction in FIG. 7 and the cantilever beam 5 vary differentially.

このような対向距離の変化により、折言１了Ｌ７に対す
る周囲液体の影響、すなわち等偏曲付加質量やダンピン
グ特性が変わり、これによって各振動数がそれぞれ逆方
向（一方が増加すれば他方は減少する）に変化する。Due to this change in the facing distance, the influence of the surrounding liquid on the Equation 1 Ryo L7, that is, the equi-oblique added mass and the damping characteristics, changes, and each frequency moves in the opposite direction (if one increases, the other decreases). change to).

したがって、振動子６，１の振動数変化□検出すれば、
ダイヤフラム３，４に加わる圧力差金計測することがで
きろ。Therefore, if the frequency change of the vibrators 6 and 1 is detected,
Be able to measure the pressure difference applied to diaphragms 3 and 4.

なお、この場合、振動数は片持はり５のたわみによって
差動的に変化するので、湿度による周囲液体の密度、粘
度変化等の影響は相殺されて計測結果には出てこない。In this case, since the frequency changes differentially depending on the deflection of the cantilever beam 5, the effects of changes in the density and viscosity of the surrounding liquid due to humidity are canceled out and do not appear in the measurement results.

このため高精度の圧力検出が可能となる。Therefore, highly accurate pressure detection is possible.

次に、この圧力変換器の電気回路の動作について説明す
る。Next, the operation of the electric circuit of this pressure transducer will be explained.

第３図はこの電気回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of this electric circuit.

図において、２０ａ、２０ｂは励振部で、増幅素子２１
゜２２金用いて周知の見極回路が形成されている。In the figure, 20a and 20b are excitation parts, and the amplification element 21
A well-known identification circuit is formed using 22 gold.

端子１２は増幅素子２１の入力端、端子１３は増幅素子
２２の入力端にそれぞれ接続され、端子１４は共通接続
されている。The terminal 12 is connected to the input end of the amplification element 21, the terminal 13 is connected to the input end of the amplification element 22, and the terminal 14 is connected in common.

励振ｇＨ（２０ａによって振動子６の発振回路が構成さ
れ、励振部２０ｂによって振動子７の発振回路が構成さ
れろ。The excitation gH (20a constitutes the oscillation circuit of the vibrator 6, and the excitation section 20b constitutes the oscillation circuit of the vibrator 7.

３０ａ。３０ｂはカウンタ部で、それぞれフリフプフロ
ップを連結して構成され、励振部２０ａ、２０ｂの発振
出力音分周するものであり、例えば０．０５ ％の分解
能４得るときは１２ピントに形成される。30a. Reference numeral 30b denotes a counter section, each of which is constructed by connecting flip-flops, and divides the frequency of the oscillation output sound of the excitation sections 20a and 20b.For example, when obtaining a resolution of 4 of 0.05%, it is formed into 12 focal points. .

４０は論理演算部で、カウンタ部３０ａ、３０ｂからの
分周出力４人力するエクスクル−シブオアゲート４１と
同じくアンドゲート４２とからなる。Reference numeral 40 denotes a logic operation section, which consists of an exclusive OR gate 41 which outputs four divided outputs from the counter sections 30a and 30b, and an AND gate 42 as well.

アンドゲート４２の出力はカウンタ部３０ａ。The output of the AND gate 42 is the counter section 30a.

３０ｂのフリップフロンプ金同期してリセットさせるた
めのリセット信号として田いられろ。Use it as a reset signal to reset the flip-flop of 30b synchronously.

５０はアナログ出力部で、エクスクルーシプオアゲト４
１から出力されるパルス幅信号金平滑するフィルタとし
てのコンデンサ５１、この平滑出力音一定電圧と比較す
る増幅器５２、この増幅器５２の出力で制御されるＦＥ
Ｔ５３、増幅器５２等に一定の、駆動電流４与えるＦＥ
Ｔ５４、負荷電流に応じた電圧金増幅器５２に帰還させ
る抵抗５５等が含まれている。50 is the analog output section, exclusive or get 4
1, an amplifier 52 that compares the smoothed output sound with a constant voltage, and an FE controlled by the output of the amplifier 52.
FE that provides a constant drive current of 4 to T53, amplifier 52, etc.
T54, a resistor 55 for feeding back a voltage corresponding to the load current to the gold amplifier 52, and the like are included.

出力端子１７．１８には、図示してないが、電源および
負荷が接続されている。Although not shown, a power source and a load are connected to the output terminals 17 and 18.

次に、このような回路の動作について、第４面に示すタ
イムチャートに田いて説明する。Next, the operation of such a circuit will be explained with reference to the time chart shown on the fourth page.

圧力差によって、振動子６の振動数の方が振動子７の振
動数より高くなった場合は、カウンタ部３０ａの出力が
先にゝＬ“からゝＨ“に変わり、カウンタｇ１５３０ｂ
の出力のゝＨ“への変化と同時にリセットされる。When the frequency of the vibrator 6 becomes higher than the frequency of the vibrator 7 due to the pressure difference, the output of the counter section 30a first changes from "L" to "H", and the output of the counter section 30a changes from "L" to "H".
It is reset simultaneously with the change of the output to "H".

第４図イ９口はこのときのカウンタｇ１５３０ａ、３０
ｂの各出力の波形金石す。Figure 4 A9 is the counter g1530a, 30 at this time.
The waveforms of each output of b.

振動子６，７の振動数が等しいときは、カウンタ部３０
ａ、３０ｂの出力は同相となるため、その波形は第４図
ハ、二のようになる。When the frequencies of the vibrators 6 and 7 are equal, the counter section 30
Since the outputs of a and 30b are in phase, their waveforms are as shown in Fig. 4, c and 2.

また、振動子７の振動数の方が振動子６の振動数より高
くなった場合は、カウンタ部３０ｂの出力が先にゝＬ“
から′Ｘ Ｈ“に変わり、カウンタ部３０ａの出力のゝ
Ｈ“への変化と同時にリセットされる。In addition, when the frequency of the vibrator 7 becomes higher than the frequency of the vibrator 6, the output of the counter section 30b becomes "L" first.
to 'XH', and is reset at the same time as the output of the counter section 30a changes to 'H'.

第４図ホ、へはこのときのカウンタ部３０ａ、３０ｂの
各出力の波形４示す。FIGS. 4E and 4B show waveforms 4 of the respective outputs of the counter sections 30a and 30b at this time.

したがって、エクスクル−シブオアゲート４１からは、
第４図トに示すように両板動子の振動数の差に応じたパ
ルス幅金有するパルス幅信号が出力される。Therefore, from exclusive or gate 41,
As shown in FIG. 4, a pulse width signal having a pulse width corresponding to the difference in frequency between the two plate movers is output.

このパルス幅信号はコンデンサ５１金介して平滑された
後増幅され、出力端子１７゜１８からは振動数差に応じ
たアナログ信号が出力される。This pulse width signal is smoothed through a capacitor 51 and then amplified, and an analog signal corresponding to the frequency difference is output from output terminals 17 and 18.

第５図は振動子の他の実施例の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of another embodiment of the vibrator.

恒弾性金属からなる振動子６，７は通常のＵ字形音さに
形成されており、脚の先端は互いに接近、離反金繰返し
て矢印の方向に振動する。The vibrators 6 and 7 made of constant elastic metal are formed into a normal U-shape, and the ends of the legs repeatedly approach and separate from each other to vibrate in the direction of the arrow.

内側の脚が片持はり５に対向しており、外測の脚には圧
電素子８，９がそれぞれ固着されている。The inner leg faces the cantilever 5, and piezoelectric elements 8 and 9 are fixed to the outer legs, respectively.

以上の実施例では振動千金２個設けて差動的に田いたが
、■個であっても圧力測定は可能である。In the above embodiment, two vibrating springs were provided for differential pressure, but pressure measurement is also possible even with two vibrating rings.

筐だ、振動子には恒弾性金属金剛いたが、水晶。The casing was made of constant elastic metal Kongo for the oscillator, but it was made of crystal.

圧電セラ□ンク等圧電素子自身金振動子として田いるこ
ともできる。A piezoelectric element such as a piezoelectric ceramic can also be used as a gold vibrator.

１だ、両側面の２個のダイヤフラム４田いて差圧によっ
て片持はり４変位させたが、片側面のみから圧力４加え
圧力計として中いることもできる。1.The two diaphragms on both sides were used to displace the cantilever beam by 4 degrees due to the differential pressure, but it is also possible to apply 4 pressures from only one side and use it as a pressure gauge.

このように、この考案に係る圧力変換器によると、振動
千金受圧素子に機株的に直結とせることかないために、
構造が簡単になり振動子の取付および固定が容易にでき
るようになる。In this way, according to the pressure transducer according to this invention, since it is not directly connected to the vibrating metal pressure receiving element,
The structure is simplified and the vibrator can be easily mounted and fixed.

べた、バイアステンション４加える必要がないために、
温度誤差等が生じることなく精度よく安定な圧力検出が
可能になる等数多くの優れた効果がある。Since there is no need to add bias tension 4,
It has many excellent effects, such as enabling accurate and stable pressure detection without temperature errors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図はこの考案に係る圧力変換器の一実施例の断面図
、第２図は振動子の説明図、第３図は電気回路の回路図
、第４図はタイムチャート、第５図は振動子の他の実施
例の説明図である。 １・・・・・・本体、２・・・・・・端子体、３，４・
・・・・・ダイヤフラム、５・・・・・・片持ばり、６
，７・・・・・・振動子、８゜９・・・・・・圧電素子
、、１２，１３，１４・・・・・・端子、１５．１６・
・・・・・ピン。Fig. 1 is a sectional view of one embodiment of the pressure transducer according to this invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of the vibrator, Fig. 3 is a circuit diagram of the electric circuit, Fig. 4 is a time chart, and Fig. 5 is It is an explanatory view of other examples of a vibrator. 1... Main body, 2... Terminal body, 3, 4...
...Diaphragm, 5...Cantilever beam, 6
, 7... Vibrator, 8°9... Piezoelectric element, 12, 13, 14... Terminal, 15.16.
·····pin.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 受圧素子と本体に四重れた空間内に充填された液体中に
設けられた振動子と、この振動千金振動させる発振回路
と、前記液体中に振動子と対向して設けられ、前記受圧
素子の変位に応じて振動子との対向距離が変化する移動
体と金備え、前記対向距離の変化にもとずく振動子の振
動数変化から前記受圧素子に加わる圧力音検出するよう
にした圧力変換器。A vibrator disposed in a liquid filled in a quadruple space between a pressure receiving element and a main body, an oscillation circuit for vibrating this vibration, and an oscillation circuit disposed in the liquid facing the vibrator, the pressure receiving element A pressure conversion system comprising: a movable body whose facing distance with a vibrator changes according to the displacement of the metal; vessel.