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JPS5912126B2 - Differential pressure response device - Google Patents
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JPS5912126B2 - Differential pressure response device - Google Patents

Differential pressure response device

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Publication number
JPS5912126B2
JPS5912126B2 JP53056367A JP5636778A JPS5912126B2 JP S5912126 B2 JPS5912126 B2 JP S5912126B2 JP 53056367 A JP53056367 A JP 53056367A JP 5636778 A JP5636778 A JP 5636778A JP S5912126 B2 JPS5912126 B2 JP S5912126B2
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JP
Japan
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pressure receiving
receiving plate
pressure
tip rod
differential pressure
Prior art date
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Expired
Application number
JP53056367A
Other languages
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Inventor
一造 伊藤
敏夫 阿賀
哲男 安藤
雅弘 小川
昌徳 野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Hokushin Electric Corp filed Critical Yokogawa Hokushin Electric Corp
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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、差圧をこれに対応した電気信号として検出す
る差圧応動装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a differential pressure responsive device that detects differential pressure as an electrical signal corresponding thereto.

本発明の目的は、構造が簡単にして製作費の安価なこの
種の装置を実現しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to realize a device of this type that is simple in structure and inexpensive to manufacture.

第1図は本発明の一実施例を示す構成断面図である。FIG. 1 is a structural sectional view showing an embodiment of the present invention.

図において、21.22はブロック、31゜32はブロ
ック21.22の外側側面の周縁部に例えば溶接等の手
段で固着されたダイヤフラムである。
In the figure, 21.22 is a block, and 31.degree. 32 is a diaphragm fixed to the peripheral edge of the outer side surface of the block 21.22 by means such as welding.

このダイヤフラム31,32およびこのダイヤフラム3
1,32が対向するブロック21.22の外側側面には
それぞれ対応する波形が形成されており、ブロック21
.22の外側側面とダイヤフラム31,32との透き間
は内室41.42を構成している。
This diaphragm 31, 32 and this diaphragm 3
Corresponding waveforms are formed on the outer side surfaces of the blocks 21 and 22 that the blocks 1 and 32 face, and the blocks 21 and
.. The gap between the outer side surface of 22 and the diaphragms 31, 32 constitutes an inner chamber 41,42.

51.52はカバーで、ダイヤフラム31,32の両側
にボルト60で固定されている。
51 and 52 are covers, which are fixed to both sides of the diaphragms 31 and 32 with bolts 60.

ダイヤフラム31,32とカバー51.52の間には、
受圧室71,72が構成され、これらの受圧室71.7
2には外部から導圧孔73,74を介して測定圧が導入
される。
Between the diaphragms 31 and 32 and the covers 51 and 52,
Pressure receiving chambers 71 and 72 are configured, and these pressure receiving chambers 71.7
Measurement pressure is introduced into 2 from the outside through pressure guiding holes 73 and 74.

80はブロック21,22の中心孔20内に配置された
連結軸で、その両端はダイヤフラム31゜32に固定さ
れている。
Reference numeral 80 denotes a connecting shaft disposed within the center hole 20 of the blocks 21 and 22, and both ends of the connecting shaft are fixed to the diaphragms 31 and 32.

81は一端が連結軸80に固定され、他端がフランジ8
2を介してブロック21.22に例えば溶接等の手段で
固定された先棒で、全体が可撓変形しないように剛性の
高い材料で構成されている。
81 has one end fixed to the connecting shaft 80 and the other end fixed to the flange 8
The end rod is fixed to the blocks 21 and 22 by means of welding or the like through the wires 2 and 2, and is made of a highly rigid material so as not to be flexibly deformed as a whole.

90は力棒81内にこの先棒と一体構造となるように設
けた応力検出部である。
Reference numeral 90 denotes a stress detection section provided within the force rod 81 so as to be integrated with the tip rod.

第2図は応力検出部90付近の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the stress detection section 90.

この実施例では、フランジ82から先棒81に凹部83
を形成し、この凹部83内に一つの圧電材料を共用して
構成した2つの圧電素子84をその中心が先棒81の中
心線lと一致するように配置させ、例えばガラス材のよ
うな絶縁材の封着体85を流し込んで固着させることに
よって、先棒81と圧電素子84とを一体構造となるよ
うにしている。
In this embodiment, a recess 83 is formed from the flange 82 to the tip rod 81.
Two piezoelectric elements 84 made of the same piezoelectric material are arranged in the recess 83 so that their centers coincide with the center line l of the tip rod 81. By pouring and fixing a sealed body 85 of material, the tip rod 81 and the piezoelectric element 84 are made into an integral structure.

第3図は本発明に用いられる圧電素子84の一例を示す
構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a piezoelectric element 84 used in the present invention.

841は円板状に形成された圧電素子材料で、例えばニ
オブ酸リチウム(LiNb03)が使用される。
Reference numeral 841 indicates a piezoelectric element material formed into a disk shape, and for example, lithium niobate (LiNb03) is used.

842.843および844.845はそれぞれ半円形
状の電極で、圧電素子材料841を両側から挾んで設け
られている。
Denoted at 842.843 and 844.845 are semicircular electrodes, which are provided to sandwich the piezoelectric element material 841 from both sides.

第4図は第3図のように構成した圧電素子の電気的な等
価回路で、圧電素子材料841に与えられる力に対応し
た電荷量が各電極間842゜843および844.84
5に発生する。
FIG. 4 shows an electrical equivalent circuit of the piezoelectric element configured as shown in FIG.
Occurs on 5th.

このような構造の圧電素子は、電気的に2つの圧電素子
を一個の圧電材料によって構成するものであるから、製
作が容易であるうえに、全体を小形にできるという特長
がある。
Since the piezoelectric element having such a structure is electrically composed of two piezoelectric elements made of one piezoelectric material, it has the advantage that it is easy to manufacture and can be made compact as a whole.

このように構成した装置において、被測定圧が導圧孔7
3.74を通って受圧室71,72に導入されると、受
圧室71.72内の圧力がダイヤフラム31,32に与
えられる。
In the device configured in this way, the pressure to be measured is
3.74 and into the pressure receiving chambers 71, 72, the pressure within the pressure receiving chambers 71.72 is applied to the diaphragms 31, 32.

ダイヤフラム31.32は連結軸を介して互に結合して
いるので、ダイヤフラム31,32が受ける圧力の差に
対応していずれか一方に変位しようとする。
Since the diaphragms 31 and 32 are connected to each other via the connecting shaft, the diaphragms 31 and 32 tend to be displaced in one direction in response to the difference in pressure they receive.

連結軸80はそのほぼ中央において可撓変形しない先棒
81に固定されており、このため連結棒80が変位しよ
うとしても実際には変位せず、圧力差に対応した力が先
棒81の一端に与えられることとなる。
The connecting shaft 80 is fixed to the tip rod 81 which does not flexibly deform at approximately the center thereof, so even if the connecting rod 80 attempts to displace, it does not actually displace, and a force corresponding to the pressure difference is applied to one end of the tip rod 81. It will be given to

先棒81の一端にこのような差圧に対応した力が与えら
れると、先棒81は可撓変形しない構造としたことから
、この先棒81内部に第2図口に示すように、先棒81
の中心線lを中心として左右異なった極性でしかもその
大きさが与えられた力に対応する応力δが生ずる。
When a force corresponding to such a pressure difference is applied to one end of the tip rod 81, the tip rod 81 has a structure that does not flexibly deform. 81
Stresses δ are generated with different polarities on the left and right sides around the center line l of , and whose magnitudes correspond to the applied forces.

ここで、圧電素子84は先棒81内部にあって、この先
棒81と一体構造となっていることから、先棒81内部
に発生する応力+δ、−δを受け、圧電効果によりこの
応力δに対応した電圧Vを各電極間に発生する。
Here, since the piezoelectric element 84 is located inside the tip rod 81 and has an integral structure with the tip rod 81, it receives stress +δ and -δ generated inside the tip rod 81, and due to the piezoelectric effect, this stress δ is A corresponding voltage V is generated between each electrode.

この電圧■は(1弐で示される。V=d・ δ・ t ただし d:圧電定数 t:電極間距離 したがって、各電極間842.843および844.8
45に発生する電圧Vを、差動的に測定すれば、応力δ
、すなわち差圧に対応した電気信号を得ることができる
This voltage (■) is indicated by (12).
If the voltage V generated at 45 is measured differentially, the stress δ
In other words, it is possible to obtain an electrical signal corresponding to the differential pressure.

なお、各電極間に発生する電圧を差動的に測定すると、
先棒81に伝えられる機械的振動ノイズに対しては、2
つの圧電素子に同相で作用するので互に相殺されこれら
の影響を受けないという効果がある。
Furthermore, when the voltage generated between each electrode is measured differentially,
For mechanical vibration noise transmitted to the tip rod 81, 2
Since it acts on the two piezoelectric elements in the same phase, they cancel each other out and are not influenced by them.

第5図および第7図は本発明の他の実施例を示す構成図
である。
FIGS. 5 and 7 are configuration diagrams showing other embodiments of the present invention.

第5図の実施例において、10は可撓変形しない構造と
した受圧板、71 、72は受圧板10の両側に形成さ
れた受圧室、73゜74は測定圧が導入される導圧孔で
ある。
In the embodiment shown in FIG. 5, 10 is a pressure receiving plate having a structure that does not flexibly deform, 71 and 72 are pressure receiving chambers formed on both sides of the pressure receiving plate 10, and 73 and 74 are pressure guiding holes through which measurement pressure is introduced. be.

91.9□は受圧板10内にこの受圧板と一体構造とな
るように設けた応力検出部で、ここでは上下に2ケ所設
けられている。
Reference numeral 91.9□ denotes a stress detecting section provided in the pressure receiving plate 10 so as to be integrated with the pressure receiving plate, and here, two stress detecting sections are provided on the upper and lower sides.

第6図は第5図装置に用いられている受圧板10の一部
−’+面で示す斜視図で、受圧面が円形状に形成されて
おり、この受圧面に導入圧力に対応した力F1.F2が
両側から作用する。
FIG. 6 is a perspective view showing a part of the pressure receiving plate 10 used in the device shown in FIG. F1. F2 acts from both sides.

このため、受圧板10はFl−F2の力を受け、力の小
さい方向に変位しようとする。
Therefore, the pressure receiving plate 10 receives the force Fl-F2 and tends to be displaced in the direction of the smaller force.

ここで、受圧板10は可撓変形しないような構造としで
あるので、Fl−F2の力は受圧板10内部の応力変化
となって表われる。
Here, since the pressure receiving plate 10 has a structure that does not flexibly deform, the force Fl-F2 appears as a stress change inside the pressure receiving plate 10.

この応力変化は、受圧板10と一体構造とした応力検出
部91,92によって検出される。
This stress change is detected by stress detection sections 91 and 92 that are integrally constructed with the pressure receiving plate 10.

第7図の実施例は、第1図の実施例において、先棒81
をブロック21,22に両端を固定した構成とするとと
もに、ダイヤフラム31,32が受ける力を連結軸80
1および802を介して先棒81の中央部両側に与える
ようにしたしたものである。
The embodiment of FIG. 7 is different from the embodiment of FIG.
are fixed at both ends to the blocks 21, 22, and the force received by the diaphragms 31, 32 is transferred to the connecting shaft 80.
1 and 802 to both sides of the center portion of the tip rod 81.

また、ここでは応力検出手段91,9□を2ケ所設けた
ものである。
In addition, two stress detection means 91, 9□ are provided here.

いずれの実施例においても、受圧板10は可撓変形しな
いように構成されるとともに、応力検出手段は受圧板1
0と一体構造となっており、応力検出手段9は受圧板1
0内部の応力を検出するようにしている。
In either embodiment, the pressure receiving plate 10 is configured so as not to be flexibly deformed, and the stress detection means is configured to prevent the pressure receiving plate 10 from being flexibly deformed.
0, and the stress detection means 9 is integrated with the pressure receiving plate 1.
0 is designed to detect the internal stress.

第8図は応力検出手段として第3図に示すよう。FIG. 8 is as shown in FIG. 3 as a stress detection means.

な圧電素子を用いた場合における電気回路の一例を示す
接続図である。
FIG. 2 is a connection diagram showing an example of an electric circuit when a piezoelectric element is used.

ここでは圧電素子84において、電極843と844と
をそれぞれコモンラインに接続し、電極842と845
とを接続し、ここから応力に対応する電気信号を得るよ
うにした並列接続が採用されている。
Here, in the piezoelectric element 84, electrodes 843 and 844 are connected to the common line, and electrodes 842 and 845 are connected to the common line.
A parallel connection is used in which an electric signal corresponding to the stress is obtained from this connection.

この図において、SWは接点a、b、cを有するスイッ
チ、DCは電荷量検出回路、MEは電荷量記憶保持回路
、CKは演算回路である。
In this figure, SW is a switch having contacts a, b, and c, DC is a charge detection circuit, ME is a charge storage and holding circuit, and CK is an arithmetic circuit.

スイッチSWは、第9図イに示すように短時間だけ接点
a、cに接続される。
Switch SW is connected to contacts a and c only for a short time, as shown in FIG. 9A.

いま、圧電素子84に応力に対応した電荷量Qが発生し
た状態で、スイッチSWが接点aに接続されると、第9
図口に示すような電流が流れ、その放電特性は電荷量検
出回路DCの入力インピーダンスによって決まる。
Now, when the switch SW is connected to the contact point a in a state where the amount of charge Q corresponding to the stress is generated in the piezoelectric element 84, the ninth
A current as shown in the figure flows, and its discharge characteristics are determined by the input impedance of the charge amount detection circuit DC.

ここで、スイッチSWを接点aに接続した瞬間の電流ピ
ーク値A1は先棒又は受圧板内部に生ずる応力δ1に対
応する。
Here, the current peak value A1 at the moment when the switch SW is connected to the contact a corresponds to the stress δ1 generated inside the tip rod or the pressure receiving plate.

電荷量記憶保持回路MEは、電流ピーク値A1を第9図
ハに示すように記憶保持する。
The electric charge storage and holding circuit ME stores and holds the current peak value A1 as shown in FIG. 9C.

スイッチSWは、その後接点Cに接続され圧電素子の電
荷量を放電した後、接点すに接続される。
The switch SW is then connected to the contact C, and after discharging the electric charge of the piezoelectric element, is connected to the contact S.

次に、スイッチSWが接点aに接続されると、これまで
の間に応力δ1がδ1から+△δ1だけ変化したとすれ
ば、+△δ1に対応する電荷量が新たに圧電素子に発生
しいるので、電荷量検出回路DCから+δ1に対応する
電流ピーク値A2をもつ電流が第11四国こ示すように
検出され、これが電荷量記憶保持回路MEに記憶される
Next, when switch SW is connected to contact a, if stress δ1 has changed from δ1 by +△δ1, a new charge amount corresponding to +△δ1 is generated in the piezoelectric element. Therefore, a current having a current peak value A2 corresponding to +δ1 is detected from the charge amount detection circuit DC as shown in the 11th Shikoku circuit, and is stored in the charge amount storage holding circuit ME.

演算回路CKは、電荷量記憶保持回路MEからの各ピー
ク値に対応した信号を入力とし、これらを演算すること
によって差圧に対応した信号を得ることができる。
The arithmetic circuit CK receives signals corresponding to each peak value from the electric charge storage holding circuit ME, and can obtain a signal corresponding to the differential pressure by calculating these signals.

すなわち、A2.A3. A4は応力δ1からの偏差
値を表わすものであって、Alr A2 + A3 +
A4を順次加算演算することによって差圧の絶対値
に対応した電気信号を得ることができる。
That is, A2. A3. A4 represents the deviation value from stress δ1, and Alr A2 + A3 +
By sequentially adding and calculating A4, it is possible to obtain an electrical signal corresponding to the absolute value of the differential pressure.

なお、上記の各実施例において、応力検出手段9を先棒
又は受圧板肉に更に多数組配置させ、これらの信号を例
えば応力分布に応じて、適当に演算するなどして電気信
号を得るようにしてもよい。
In each of the above-mentioned embodiments, a large number of sets of stress detection means 9 are arranged on the tip rod or the pressure-receiving plate, and these signals are appropriately calculated depending on the stress distribution to obtain electrical signals. You can also do this.

また先棒81の断面形状、受圧板10の受圧面の形状は
円形の他、矩形、円形状などどのような形状でもよい。
Further, the cross-sectional shape of the tip rod 81 and the shape of the pressure receiving surface of the pressure receiving plate 10 may be any shape such as a circular shape, a rectangular shape, or a circular shape.

また、第5図および第7図の実施例において、受圧板1
0の両側の室に例えばシリコンオイルのような非圧縮性
流体を満たし、測定圧をこの非圧縮性流体を介して受圧
板10に与えるようにしてもよい。
In addition, in the embodiments shown in FIGS. 5 and 7, the pressure receiving plate 1
0 may be filled with an incompressible fluid such as silicone oil, and the measurement pressure may be applied to the pressure receiving plate 10 via the incompressible fluid.

以上説明したように、本発明によれば、構造が簡単で製
作コストの安い差圧応動装置が実施できる。
As described above, according to the present invention, a differential pressure responsive device with a simple structure and low manufacturing cost can be implemented.

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

第1図は本発明の一実施例を示す構成断面図、第2図は
第1図における応力検出部付近の拡大図、第3図は本発
明に用いられる圧電素子の一例を示す構成図、第4図は
第3図圧電素子の電気的回路図、第5図および第7図は
本発明の他の実施例を示す構成図、第6図は第5図実施
例の一部を断面で示す斜視図、第8図は電気回路の一例
を示すブロック図、第9図は第8図の動作波形図である
。 21.22・・・・・・ブロック、31,32・・・・
・・ダイヤフラム、41.42・・・・・・内室、51
,52・・・・・・カバー、60・・・・・・ボルト、
71.72・・・・・・受圧室、73.74・・・・・
・導圧孔、80・・・・・・連結軸、81・・・・・・
先棒、84・・・・・・圧電素子、90・・・・・・応
力検出手段、10・・・・・・受圧板。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the stress detection section in FIG. 1, and FIG. 3 is a configuration diagram of an example of the piezoelectric element used in the present invention. Fig. 4 is an electrical circuit diagram of the piezoelectric element shown in Fig. 3, Figs. 5 and 7 are configuration diagrams showing other embodiments of the present invention, and Fig. 6 is a cross-sectional view of a part of the embodiment of Fig. 5. 8 is a block diagram showing an example of an electric circuit, and FIG. 9 is an operation waveform diagram of FIG. 8. 21.22...Block, 31,32...
...Diaphragm, 41.42...Inner chamber, 51
, 52... Cover, 60... Bolt,
71.72... Pressure receiving chamber, 73.74...
・Pressure hole, 80...Connection shaft, 81...
Tip bar, 84...piezoelectric element, 90...stress detection means, 10...pressure receiving plate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 差圧に対応した力が与えられ剛性の高い材料で構成
された先棒又は受圧板、少なくとも一個の圧電素子材料
を共用して構成された2つの圧電素子、この2つの圧電
素子を前記圧電素子材料の中心が前記先棒の中心線又は
受圧板の受圧面と平行な中心線と一致するとともに2つ
の圧電素子に被測定差圧によって生ずる応力が逆極性で
与えられるように先棒又は受圧板肉に設置し、固着させ
る固着手段、前記2つの圧電素子に発生する電気信号を
差動的に測定する手段を具備した差圧応動装置。
1. A tip rod or pressure receiving plate that is applied with a force corresponding to the differential pressure and is made of a highly rigid material, two piezoelectric elements that share at least one piezoelectric element material, and these two piezoelectric elements are connected to the piezoelectric The tip rod or pressure receiving plate is arranged so that the center of the element material coincides with the center line of the tip rod or the center line parallel to the pressure receiving surface of the pressure receiving plate, and the stress generated by the differential pressure to be measured is applied to the two piezoelectric elements with opposite polarities. A differential pressure response device comprising a fixing means installed and fixed on a plate, and a means for differentially measuring electric signals generated in the two piezoelectric elements.
JP53056367A 1978-05-12 1978-05-12 Differential pressure response device Expired JPS5912126B2 (en)

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JPS54147884A JPS54147884A (en) 1979-11-19
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5169679A (en) * 1974-11-05 1976-06-16 Siemens Ag SAATSUSOKUTE ISOCHI

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