JPS63241448A - 振動式トランスジユ−サ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動板とこの振動板に接触している街１ｊ定
流体とからなる振動系の共振周波数を測定し″’Ｃ＠記
測定流体の密度またヲ′ＬＩＥカを測定する振動式トラ
ンスジューサ、％に管路な流動する測定流体の圧力損失
の増大を招くことのないトランスジューサに関する。

〔従来の技術〕

第６図は本出願人が既に特願昭ｆ５０−２３９２２８号
明細書によって提案している振動式トランスジ−−サの
一例の縦断面図である。

図において、ｌはその底部ｔａの内面に円板状電 ８Ｅ電去動子２が導→性接着剤で接着・固定され、開口
端につば１ｂが設けらねた厚さ０．１〔駒〕程度の金属
薄板製有底円筒状振動体で、３は振動体ｌと圧電振動子
２とからだろ機械振動子である。

４は開口端側にめねじ４ａを設けた有底円尚状容器で、
この容器の底部４ｂの外面には円筒状筒体５の一端が固
定され、さらに容器底部４ｂＶｃは容器４の内部と筒体
５の内部とを連通させる円形貫通孔４Ｃが設けられてい
る。６は外側面に前記めねじ４ａに螺合するおねじ６ａ
が設けられ、底部６ｂに少なくとも一個の貫通孔６Ｃが
設けらねた有底円筒状ハウジングで、ハウジング底１Ｂ
ｈｂの内面には検出回路７が取り付けられている。そう
して機械振動子３は、おねじ６ａをめねじ４ａｌＣねじ
こんで振動体のつばｌｂを容器４内の段差部４ｄＶｃハ
ウジング６で締めつけることによって。

容器４とハウジング６とで取り囲まれた空所内に固定さ
れ、この結果、容器４と機械振動子３との間に第１空洞
８が形成され、該振動子３とハウジング６との間に第２
空洞９が形成さ１ている。そうして、この場合、空洞８
と９とは振動子３１Ｃよつ″Ｃ流体密に仕切られた構成
となり℃いろ。ｌＯａは振動体ｌを検出回路７に接続す
る接続１Ｌ１０ｂ、ＩＯＣは圧電振動子２の振動体底面
１Ｈに接していない面に設けた第２電極１１ｂ、第３電
極１１Ｃをそれぞれ検出回路７に接読する接続導線で、
１２は検出回路７Ｖｃ電源を供給しかつ該回路から出力
される傷号を空洞９外に、４＜ようにハウジング底部６
ｂの貫通孔５Ｃに貫役した電線である。

さ″Ｃ％第６図のトランスジューサにおいては。

検出回路７に電源を投入すると、導線１０ａとｌＯｂと
を介し１振動子２に駆動交流電圧が加えられるために振
動体底部ｌａが振動子２によつ″Ｃ駆動され１底ｆ！Ａ
　ｔ　ａの厚さ方向に振動する。したがって第３電極１
１Ｃと振動体底部１ａとの間に該底部の振動数ＫＱｆ？
Ｌい周波数Ｆの検出交流電圧が現れろ。ところが、この
トランスジューサでは、前記検出交流電圧が検出回路７
ケ介し工上記駆Ｗ１交流憤圧に正帰還されるように構成
され、かつこの正帰還が機械振動子３と該振動子３に接
する音響振動系とからなる複合振動系の共振状態におい
１振動体底部１Ｈの摂動を継続させるよ５に構成され１
いるので、結局碌動体底部１ａは前記複合振動系の共振
周波数Ｆｎで振動を継続することになろ。したがってこ
のような共振状態が発生すると第３Ｑ極ｌｉｅと振動体
底部１１ａとの間に生成する検出交流電圧の周波数はＦ
ｎ　Ｖｃなる。ところが、検出回路７は該検出交流電圧
につい℃所定の信号処理を行つｔ周波数Ｆｎに応じた信
号な電線１２を介し工出力するようｖｃ構成され−おり
、また駆６図において１工、周波数Ｆｎが空洞８及び９
に尋人された測定流体１３の密度に応じた値となるよう
に前述の複合振動系が構成されている。故に％第６図の
トランスジューサを測定流体１３内に配置し工上述の共
振状態を発生させろと、電線１２を介して出力さｆする
検出回路７の出力信号によって流体１３の密度または圧
力を測定することができることになる。

〔発明が解決しようとする間色点〕

第６図のトランスジューサでは上述のようにし工密度測
定が行われろが、この場合、空洞８におけろ流体１３の
圧力と空洞９におけろ流体１３の圧力とが等しくないと
、前述した複合振動系の共振周波数がこれらの圧力に応
じて変化でろので。

大きい測定誤差が生じろ。故に、上述のように形成され
たトランスジューサで密度測定を行おうとｆ石場合、該
トランスジューサの全体を測定流体１３の中に置かなけ
ればならないので、このようなトランスジューサにｈｓ
、泥足流体１３が小口径の管路を流動する流体である場
合、該管路におい″Ｃ流体１３に無視し得ない大きさの
圧力損失を生じさせろことになるという問題点があるこ
とになる。

本発明の目的は、密度または圧力測定に際し又、トラン
スジューサ全体を測定流体１３の中に置かな（てもよい
ようＫして、測定流体１３が小口径管路を流れる場合に
、該管路における流体１３の振動式トランスジューサに
よる圧力損失が無視し得ないような大きさにならないよ
うにすることにある。

〔問題点な解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、不発明によれば。

振動板と、この糸動仮の一面に接するように設けた前記
振動板のコンプライアンスよりも小さい音響コンプライ
アンスを有する第１空洞と、＠記録動板の他面に接する
ように設けた第２空洞と、前記第１空洞に測定流体を導
入する筒体と、前記第２空洞に前記測定流体を４人する
開口部と、前記測定流体を前記筒体の開口端と前記第２
空洞の前記開口部とに案内する流体案内手段とを備え、
前記振動板の振動周波数にもとづき前記測定流体の密度
または圧力を測定するようにし又振動式トランスジュー
サを構成するものとする。

〔作用〕

上記のように構成すると、振動式トランスジューサ全体
を測定流体中に配置しないでも、振動板の両面に圧力の
等しい測定流体を導くことができろ。この結果、たとえ
ば、小口径管路を流れろ測定流体に対する密度測定を、
該流体の圧力損失の無視し得ない程の増大を招くことな
く１行うことができろことになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、ｇｐＪ２図は第
１図に用いた圧電振動子２の外観図で、第２図＾は裏面
図、第２図０は表面図である。

纂１図及び第２図において、１５は外側面に容器４にお
けるめねじ４ａに螺合するおねじ１５ａが設けられたリ
ング状ねじで、この場合１機械振動子３は、振動体のつ
ばＩｂを容器４０段差部４ｄとリング状ねじ１５との間
に挟んでおねじ１５ａをめねじ４ａにねじこむことによ
り′〔、つばｌｂが段差部４ｄＫ流体密に締めつげられ
て、容器４とリング状ねじ１５との間に固定されている
。

１６ｔＸ容器４を収容した円筒状ハウジングで、容器４
（エハウジング１６内に設けた段差部１６ａＶｃ図示し
工いない手段によつ１取り付けられ、この端 ようにＬ℃取り付けられた容器４の開口寸側のハウジン
グ１６内には、該ハウジングを気密に塞ぐようにした蓋
１７が投げらｔ′１″Ｃいろ。そうしてこＯ蓋１７Ｖｃ
は導線１０　”　＊　１０　ｂ　＃　１０　Ｃによりて
振動体ｌ、圧電損動子２の第２電極１　ｌ　ｂ、同じく
振動子２の第３電極ｔｉｃにそれぞれ朕伏された気密端
子１８ａｌ　　１８ｂｌ　　１８Ｃが設けられ℃いる。

１９は庵１７とハウジング１６と容器４と機械振動子３
とで取り囲まれた。第一６図の第２空洞９に対応でる第
２空洞である。第１図においＣは、第６図に示した検出
回路７はハウジング１６の外部に設けらｒＬ、電線２０
によって気密端子１８ａ〜ＩＢｃｉｃ接伏さｉている。

２１＆’！一端に７ランジ２１ａが設けらｔた円筒状管
体、１６ｂはハウジング１６の蓋１７が設けろれ（いな
い側の開口端に設けられた７ランジで、ハウジング１６
と管体２１とは７ランジ１６ｂと７ランジ２１ａとの結
合によって気密かつ固定的に結合され、このように結合
された状態で、管体２１が、測定流体１３が流動でろ管
路２２に設けた頁迫孔２２ａｉｃ押入され王、図示し℃
いない手段しτよって７ランジ２１ａが管路２２に気密
に固定されている。そうしＣ，、この場合、一端が容器
低部４ｂに固定された筒体５が、管体２１と７ランジ２
１ａとハウジング１６と容器４とでとり囲まれた第３空
洞２３内にあつＣ１かつ筒体５の開口端５ａ側が管体２
１内に遊挿され、しかも筒体５の開口端５ａが管体２１
の・Ｕ路２２内に配置された開口端２１ｂよりも内側に
配着され℃いるようになっている。圧電振動子２は、第
２図に示したように１円甲板状の圧電材料製基板２ａと
、この基板の裏面に設けた円９漠状の第−堂、啄１１ａ
と、基板２ａの表面に設けた欠除部１１ｂｌを有する円
墳膜状の第２電極ｉｉｂと、前記欠除部１１ｂｌＫおい
″Ｃ第２電極１１ｂと接触しないようにし１基板２ａに
設けた膜状の第３電極１１ｃとで構成され％第１電極１
１ａが振動体底部１ａＶｃφ１５気的Ｖｃ導通状態にな
るようにして該底部１ａに接着、固定され（いる。２４
は第２空洞１９と第３空洞２３とを連通させろように容
器４に設げた空洞１９におけろ円柱状開口部である。

さ″Ｃ，，第１図においては・０体２１が管路２２内に
挿入され℃いるので、測定流体１３が管体開口端２１ｂ
から空洞２３内に流入し、この空刺２３に流入した流体
１３は筒体開口端５ａから筒体５内を通つ又第１空洞８
に麗人すると共に開口部２４を通つ１第２′ｇ！、洞１
９にも流入する。そうして、この場合、筒体間ロゾ１ｉ
ｉ５ａ近傍から空洞１９に流入する流体１３の流路は、
該流体の圧力降下を殆ど生じないようＩＣ，たとえば筒
体５と管体２１との間の距離や容器底ｓ４ｂと管体７ラ
ンジ２１ａとの間の距離などが形成されている。したが
つ工窒洞８内の圧力と空洞１９内の圧力とは等しくなり
、また空洞２３における筒体開口端５ａ近冴の圧力は、
該開口端５ａと管体開口端２１ｂとＤ）上述のように配
置されて、測定流体１３の流動態様に無関係な該流体１
３の静圧？呈するようになっているので、結局機械撮動
子３０表裏両面の圧力は測定流体１３の流速にかかわら
ず常に等しい圧力でかつ流体１３の静圧に等しくなる。

したがって、このような振動式トランスジューサによれ
ば。

以下ｌＣ説明するようにして流体１３の密度を測定する
ことができ、しかもこの場合、管路２２にを了管体２１
が挿入され１いろだけであるから、このトランスジュー
サが管路２２を流動でる流体１３に対して著しい圧力損
失を招来することニナいということになる。

次に上述した振動式トランスジューサによつ１流体１３
の密度測定が可能であろ卵白を説明でろ。

−Ｃなわち、第１図のトランスジューサ＆工上述のよう
に構成され１いろので、筒体５内と１を通孔４Ｃと空洞
８とからなる第２１＊振動系２５と％空洞１９と容器４
ｖｃおける開口部２４とからなろｍ２音響振動系２６と
１機械損動子３と、で形成された機械−音響撮動系を機
械系から見た電気的等価回路で表わすと第３図のように
なる。第３図におい１　、　Ｍｍ　、　Ｃｍはそれぞｔ
′Ｉ機械機械撮動子育効１Ｌ有効コンプライアンス、Ｃ
ａ１．Ｃａ２は空洞８．１９の各音響容量、Ｍａｔ、Ｍ
ａ２　）”！筒体５内の流体１３のイナータンス、開口
部２４内の流体１３のイナータンスで、Ａは音響振動系
２５．２ｆｉ周波ａ　Ｆ　ｎ及びその近傍の周波数で１
ｘｃａｔ／Ａによるインピーダンスが非常に大きくなる
ように。

換言すれば音響容量ｅａｔ　が非常に小さくなるように
要部が構成さｔｌ″Ｃいて、かつＣａｌ／ＡとＡ・Ｍａ
ｘとからなる振動系の共振周波数Ｆａｌ　が前記Ｆｎよ
りも十分高い周波数であるように要部が構成されている
ので、第３図の電気回路は周波ｆｉＦｎ及びその近傍に
おいては第４図のように書きかえられる。前述した周波
数Ｆｎは第４図に、示した回路の共振周波数である。

第１図のトランスジ具−サでは、その機械−音響撮動系
の機械系から見た電気的等価回路が、前述の文献特願昭
６０−２３９２２８号明細ｉｉに記したように，Ｍｍと
ＣｍとＡ＠Ｍａｌとのみの直列回路で表わされるように
なっていれば、この直列回路の共振周波数Ｆｎｏを測定
することによつてイナータンスＭａｘを構成する流体１
３の密度を測定することができる。ところが、ｍ１図に
おいて警ユその機械−音響振動系の機械系から見た電気
的等価回路が第３図または第４図で表わされろようにな
つ工いて、かつ検出回路７によって第４図に示した回路
の共振周波数Ｆｎが測定されるようになつ工いろので、
この場合、流体１３に対する密度測定の結果が第２音響
振動系２６の影響を受けることになる。第５図はこの影
響を調べるために行った実験結果の説明図で、ＲはＣａ
　２　／ＡとＡ・Ｍａｚとからなる回路、つまり第２音
響振動系２６の共振周波数Ｆａ２と上記の共振周波数Ｉ
ｉ’ｎｏとの比、ΔＦは１（、＝ｒの時の共振周波数Ｆ
ｎＯ値ｐｎｒとＲ＝ｉの時の共振周波数Ｆｎの値Ｆｎｌ
との差である。

第５図から、Ｒが１よりもかなり大きいかまたは１より
もかなり小さい値である場合１周囲温度等の変化にもと
づく共振周波ａＦａｚの変動が生じて比率Ｒが変動し２
もΔＦはあまり変化しないことが明らかである。したが
って、第４図において。

周波数Ｆａ２な周波数Ｆｎｏに比べてかなり高（するか
またはかなり低くすればよいわけであるが、Ｆａｚを高
くするためｖｃＣａ２を小さくしようとすると、空洞１
９の高さが低くなって該空洞における流体１３の流動抵
抗が大きくなり、この結果機械振動子３０両面の圧力？
迅速に平衡させろことが困難になる。またＦａｚを高（
するためにＭａｚを小さくしようとすると、流体１３の
密度なρ、開開１２４の長さ及び断面積をそれぞれｔ・
Ｓとした時Ｍａ２ｉｚ（ρ・ｔ／Ｓ　）で表わされるの
で、ｔを小さくしかつＳを大きくすればよく、この場合
開口９２４における流体１３の圧力損失が少（なって好
都合であるが、実際問題としてＳが大きくなりすぎろと
いう問題がある。すなわち第４図においては、Ｆａｚ　
ｒｌ高くしようとすると上述のような難点があるので、
ＦａｚをＦｎｏＶｃ比べてかなり低くしなげればならな
いことになるが、Ｆａｚを低くするためにＣａ２ｐ（大
きくＬようとするとトランスジューサの大きさが大きく
なるので、ＣａｚによるＦａｚの低減には限度があるこ
とになる。またＦａｚを低くするためにＭａｚを太き（
することヲ工、上述のｔを大にしかつＳを小にすること
になって、結局流体１３の圧力損失が大きくなることに
なり。

不都合である。このため第１図においては、開口部２４
における流体１３の圧力損失が大きくなりすぎないよう
に、またトランスジューサが大形忙なりすぎないようＶ
ｃＳさらに周囲温度変動によるΔＦの変動が少なくなる
ように％第２音響振動系２６の各部寸法、形状等が構成
され工いろ。

第１図においＣは振動式トランスジューサな上述のよう
Ｖｃ徊成したので、このようなトランスジュサによれば
、管路２２を流れる流体１３の密度または圧力を該流体
の圧力損失の増大を招くことなく正確に測定できろこと
になる。

なお、第１図では管路２２に管体２１を挿入することに
より工管体開ロ端２１ｂ近傍の管体２１内に流体＋３の
滞留状態なつ（す、この状態の流体１３％’上述のよう
にして空洞８及び１９Ｖｃ導いて測定を行うようにした
ので、この場合、一端２１ｂが管路２２に挿入されかつ
筒体開口端５ａが前記一端２１ｂよりも内側に配置され
ろように筒体５が遊挿された管体２１と、筒体５と管体
２１との間の空所を流体密に第２空洞１９の開口部２４
に連通させる連通路としての第３空洞とで、流体１３の
滞留する部分を筒体開口端５ａと開口部２４とに案内す
る流体案内手段２７が構成され℃いることになるが、本
発明は流体案内手段のこのような構成に限定されるもの
でなく、流体案内手段が。

測定流体１３の流路中に該流体が滞留する部分を形成し
工この滞留部分の測定流体１３を筒体開口端５ａと第２
空洞１９の開口部２４とに案内するように構成され工い
ればよいものである。

〔発明の効果〕

上述したようＩＣ，本発明におい′１−は、振動板と。

該振動板の一面に接するように設けた前記振動板のコン
プライアンスよりも小さい音響コンプライアンスを有す
る第１空洞と、振動板の他面に接するように設けた第２
窒洞と％第１空洞に測定流体を導入する筒体と、第２空
洞に測定流体を等大する開口部と、　′６１１１定流体
を筒体の開口端と第２空洞の開口部とに案内する流体案
内手段とを備え、振動板の振動周波ａＶｃもとづき測定
流体の密度またを工圧力を測定するようにし″ＣＣ励動
式トランスジューサ構成した。

このため上述のように構成すると、振動式トランスジュ
ーサ全体を測定流体の流路中に配置しないでも、測定流
体がその流路において滞留する部分を形成でろようにし
た流体案内手段の先端ｈｂ分のみ？前記流路中に配置す
ることによつ１．振動板の両面に圧力の等しい測定流体
な尋くことができるので、この結果１本発明によれば、
小口径管路を流れろ測定流体に対する密度測定を、該流
体の圧力損失の無視し得ない程の増大な招くことなく行
うことができる効果が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図に本発明の一実施例の縦断面図、第２図は圧″Ｒ
憑動子の外観を示す図で％第２図面はその農面図、第２
図■はその表面図である。第３図、第４図はそれぞれ第
１図に示した振動式トランスジューサの異なる電気的等
価回路図、第５図（工実験結果説明図、第６図舎工従来
の振動式トランスジューサの縦断面図である。 １ａ・・・・・・振動体底部、５・・・・・・筒体、５
ａ・・・・・・筒体開口端、８・・・・・・第１空洞、
　　１３・・・・・・測定流体、１９・・・・・・第２
空洞、２２・・・・・・管路、２４・・・・・・開口部
、２７流体案内手段。 １５１．７．２，３７、Ｊｒ　ｏ　−ｎ　／−い。 ← ←　　　　？ 箋　　２　　図 箋　　　３　　聞 嘱　　４　　口 “１ 箋　　５　　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）振動板と、該振動板の一面に接するように設けた前
   記振動板のコンプライアンスよりも小さい音響コンプラ
   イアンスを有する第１空洞と、前記振動板の他面に接す
   るように設けた第２空洞と、前記第１空洞に測定流体を
   導入する筒体と、前記第２空洞に前記測定流体を導入す
   る開口部と、前記測定流体を前記筒体の開口端と前記第
   ２空洞の前記開口部とに案内する流体案内手段とを備え
   、前記振動板の振動周波数にもとづき前記測定流体の密
   度または圧力を測定することを特徴とする振動式トラン
   スジューサ。 ２）特許請求の範囲第１項に記載のトランスジューサに
   おいて、流体案内手段は、一端が測定流体の流路に挿入
   され、かつ筒体の開口端が前記一端よりも内側に配置さ
   れるように前記筒体が遊挿された管体と、前記筒体と前
   記管体との間の空所を流体密に第２空洞の開口部に連通
   させる連通路とからなることを特徴とする振動式トラン
   スジューサ。