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JPH0372939B2 - - Google Patents
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JPH0372939B2 - - Google Patents

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JPH0372939B2
JPH0372939B2 JP1093685A JP1093685A JPH0372939B2 JP H0372939 B2 JPH0372939 B2 JP H0372939B2 JP 1093685 A JP1093685 A JP 1093685A JP 1093685 A JP1093685 A JP 1093685A JP H0372939 B2 JPH0372939 B2 JP H0372939B2
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pressure
change
sensitive element
magnetic
magnetic anisotropy
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Hozumi Kagawa
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/16Measuring 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 by making use of variations in the magnetic properties of material resulting from the application of stress

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高圧検出方法および装置に係り、特に
少なくとも500MPa=5Kbarまでの静水圧を磁気
的に検出する高圧検出方法および装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a high pressure detection method and apparatus, and more particularly to a high pressure detection method and apparatus for magnetically detecting hydrostatic pressure up to at least 500 MPa=5 Kbar.

〔従来技術と問題点〕[Conventional technology and problems]

一般に、高圧を検出する方法として電気的方法
が行なわれている。
Generally, an electrical method is used to detect high voltage.

この電気的方法は、電気抵抗値が圧力変化に応
じて変化する特性を利用している。しかしなが
ら、この電気抵抗値は、低温領域で不連続に変化
するので正確な圧力測定を行なうことができない
という問題点があつた。
This electrical method utilizes the property that electrical resistance changes in response to changes in pressure. However, this electric resistance value changes discontinuously in a low temperature region, so there is a problem that accurate pressure measurement cannot be performed.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであ
り、磁気的特性を利用することによつて高圧を正
確にしかも低温域においても良好に測定すること
のできる高圧検出方法および装置を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to provide a high pressure detection method and device that can accurately measure high pressure and satisfactorily even in a low temperature range by utilizing magnetic properties. With the goal.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の高圧検出方法は、鉄に対して30〜50重
量%のニツケルを含有させた鉄ニツケル合金の単
結晶または多結晶によつて形成された感圧素子の
圧力の変化に対する磁気異方性定数の変化度合を
予め求め、この感圧素子を圧力を検出すべき高圧
領域内に設置し、前記感圧素子の前記高圧領域内
における磁気異方性定数の変化を磁気トルクの変
化として取出し、この磁気トルクの変化をフーリ
エ解析することにより前記磁気異方性定数の変化
量を求め、前記感圧素子の予め求めてある磁気異
方性定数の前記変化量に対する圧力の変化量を前
記高圧領域の圧力とすることにより前記高圧領域
の圧力を検出することを特徴とする。
The high pressure detection method of the present invention is based on magnetic anisotropy in response to changes in pressure of a pressure sensitive element formed of a single crystal or polycrystal of an iron-nickel alloy containing 30 to 50% by weight of nickel to iron. Determining the degree of change in the constant in advance, installing this pressure-sensitive element in a high-pressure region where pressure is to be detected, and extracting the change in the magnetic anisotropy constant of the pressure-sensitive element within the high-pressure region as a change in magnetic torque, The amount of change in the magnetic anisotropy constant is determined by Fourier analysis of this change in magnetic torque, and the amount of change in pressure with respect to the amount of change in the magnetic anisotropy constant determined in advance of the pressure sensitive element is calculated in the high pressure region. The pressure in the high pressure region is detected by setting the pressure to .

また、本発明の高圧検出装置は、高圧領域内に
鉄に対して30〜50重量%のニツケルを含有させた
鉄ニツケル合金の単結晶または多結晶によつて形
成され、かつ、圧力の変化に対する磁気異方性定
数の変化度合を予め求められた感圧素子を設け、
前記感圧素子の前記高圧領域内における磁気異方
性定数の変化を磁気トルクの変化として取出す磁
気トルク検出手段を設け、検出された磁気トルク
の変化をフーリエすることにより前記磁気異方性
定数の変化量を求めとともに、前記感圧素子の予
め求めてある磁気異方性定数の前記変化量に対す
る圧力の変化量を前記高圧領域の圧力とする圧力
測定手段を設けて形成したことを特徴とする。
Further, the high pressure detection device of the present invention is formed of a single crystal or polycrystal of an iron-nickel alloy containing 30 to 50% by weight of nickel based on iron in the high pressure region, and is resistant to changes in pressure. A pressure-sensitive element whose degree of change in magnetic anisotropy constant is determined in advance is provided,
A magnetic torque detection means is provided for extracting a change in the magnetic anisotropy constant in the high pressure region of the pressure sensitive element as a change in magnetic torque, and the detected change in magnetic torque is subjected to Fourier processing to detect the magnetic anisotropy constant. The method is characterized in that a pressure measuring means is provided to determine the amount of change and to determine the amount of change in pressure with respect to the amount of change in the magnetic anisotropy constant determined in advance of the pressure sensitive element as the pressure in the high pressure region. .

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて発明
に至る過程とともに説明する。
Embodiments of the present invention will be described below along with the process leading to the invention based on the drawings.

圧力を検出するためには、圧力変化に応じて変
化する物性を利用し、その物性の状態から逆に圧
力を検出すればよい。
In order to detect pressure, it is sufficient to utilize physical properties that change according to changes in pressure, and conversely detect pressure from the state of the physical properties.

本発明においては、その物性として磁気異方性
を利用している。
In the present invention, magnetic anisotropy is utilized as the physical property.

即ち、本発明においては、鉄に対して30〜50重
量%のニツケルを含有させた鉄ニツケル合金の単
結晶または多結晶によつて形成された感圧素子
が、その磁気異方性定数が圧力の変化に対応して
変化変化することを利用している。
That is, in the present invention, a pressure-sensitive element formed of a single crystal or polycrystal of an iron-nickel alloy containing nickel in an amount of 30 to 50% by weight based on iron has a magnetic anisotropy constant of It takes advantage of the fact that it changes in response to changes in.

そして、本発明においては、この感圧素子の圧
力の変化に対する磁気異方性定数の変化度合を、
圧力を0から所望の高圧まで変化させて予め求め
ておく。次に、この感圧素子を圧力を検出すべき
高圧領域内に設置し、前記感圧素子の前記高圧領
域内における磁気異方性定数の変化を磁気トルク
の変化として取出す。次に、この磁気トルクの変
化をフーリエ解析することにより前記磁気異方性
定数の変化量を求め、前記感圧素子の予め求めて
ある磁気異方性定数の前記変化量に対する圧力の
変化量を前記高圧領域の圧力として前記高圧領域
の圧力を検出するようにしている。
In the present invention, the degree of change in the magnetic anisotropy constant with respect to the change in pressure of the pressure sensitive element is
The pressure is determined in advance by varying it from 0 to a desired high pressure. Next, this pressure-sensitive element is installed in a high-pressure region where pressure is to be detected, and a change in the magnetic anisotropy constant of the pressure-sensitive element within the high-pressure region is extracted as a change in magnetic torque. Next, the amount of change in the magnetic anisotropy constant is determined by Fourier analysis of this change in magnetic torque, and the amount of change in pressure with respect to the amount of change in the magnetic anisotropy constant determined in advance of the pressure sensitive element is calculated. The pressure in the high pressure area is detected as the pressure in the high pressure area.

次に、前記感圧素子の磁気異方性定数を予め求
めるやり方を説明する。
Next, a method of obtaining the magnetic anisotropy constant of the pressure sensitive element in advance will be explained.

先ず、磁気異方性とは強磁性物質を外部から磁
界Hを加えて磁化するときに、物質の結晶の方向
によつて磁化に難容があることによるものであ
り、その結晶が単結晶の場合は、結晶磁気異方性
定数K1やK2項で記述される内部エネルギ差で
ある。また、圧延加工や圧縮および引張り変形を
受けた鉄やその合金等には加工誘導磁気異方性が
生じる。この加工誘導磁気異方性定数はKuであ
る。これにより多結晶体にも異方性が発生するこ
とが判る。
First, magnetic anisotropy is due to the fact that when a ferromagnetic material is magnetized by applying a magnetic field H from the outside, it is difficult to magnetize it depending on the direction of the material's crystal. is the internal energy difference described by the magnetocrystalline anisotropy constant K1 or K2 term. In addition, work-induced magnetic anisotropy occurs in iron, its alloys, etc. that have been subjected to rolling, compression, and tensile deformation. This machining-induced magnetic anisotropy constant is Ku. This shows that anisotropy also occurs in polycrystalline materials.

これらの磁気異方性定数は、磁気ゲージの一種
として、磁気トルク計によつて磁気トルクを測定
することによつて決定することができる。
These magnetic anisotropy constants can be determined by measuring magnetic torque using a magnetic torque meter, which is a type of magnetic gauge.

すなわち、(001)面内の磁気トルクLは、下式 L=−K1/2sin4θ+Ku sin2θ′ …(1) によつて与えられる。 In other words, the magnetic torque L in the (001) plane is expressed by the following formula: L=-K1/2sin4θ+Ku sin2θ'...(1) given by.

ここで、 θ:結晶の<100>方向からの外部磁場のなす角
度 θ′:外部磁場と加工方向とのなす角度である。
Here, θ is the angle formed by the external magnetic field from the <100> direction of the crystal, and θ' is the angle formed between the external magnetic field and the processing direction.

多結晶の場合は事実上(1)式の第1項は無視する
ことができる。
In the case of polycrystals, the first term in equation (1) can actually be ignored.

そして、(1)式における各磁気異方性定数の圧力
変化率ΔK1とΔKuは、下式 ΔK1=1/K1・∂K1/∂P ΔKu=1/Ku・∂Ku/∂P (2) によつて定義される。
Then, the pressure change rates ΔK1 and ΔKu of each magnetic anisotropy constant in equation (1) are expressed as follows: ΔK1=1/K1・∂K1/∂P ΔKu=1/Ku・∂Ku/∂P (2) It is defined accordingly.

ここで、∂K1,∂Ku,∂PはそれぞれK1,Ku,
Pの変化である。
Here, ∂K1, ∂Ku, ∂P are K1, Ku, respectively
This is a change in P.

この(2)式を∂Pについて変形すると、 ∂P=1/ΔK1・∂K1/K1 ∂P=1/ΔKu・∂Ku/Ku (3) となる。 Transforming this equation (2) with respect to ∂P, we get ∂P=1/ΔK1・∂K1/K1 ∂P=1/ΔKu・∂Ku/Ku (3) becomes.

本発明においては(3)式の右辺のΔK1,K1,
∂K1,ΔKu,Ku,∂Kuと左辺の∂Pとの関係を、
予め測定して求めておき、圧力を検出すべき高圧
領域のΔK1,ΔKu等の磁気異方性定数の圧力変
化率を検出し、(3)式に基づいて高圧領域の圧力を
求める。
In the present invention, ΔK1, K1, on the right side of equation (3),
The relationship between ∂K1, ΔKu, Ku, ∂Ku and ∂P on the left side is
The pressure change rate of magnetic anisotropy constants such as ΔK1 and ΔKu in the high pressure region where the pressure is to be detected is detected by measurement in advance, and the pressure in the high pressure region is determined based on equation (3).

また、本発明においては、前述したように、感
圧素子として鉄に対して30〜50重量%のニツケル
を含有させた鉄ニツケル合金の単結晶または多結
晶を用いている。この鉄ニツケル合金を用いたの
は、発明者の鋭意な実験、研究により、磁気異方
性定数の圧力変化率が安定していることが判明し
たからである。
Further, in the present invention, as described above, a single crystal or polycrystal of an iron-nickel alloy containing 30 to 50% by weight of nickel based on iron is used as the pressure-sensitive element. This iron-nickel alloy was used because the inventor's extensive experiments and research revealed that the rate of pressure change in the magnetic anisotropy constant is stable.

第1図は本実施例における感圧素子の圧力変化
に対する磁気異方性定数の変化を測定する装置を
示している。
FIG. 1 shows an apparatus for measuring changes in magnetic anisotropy constant with respect to changes in pressure of a pressure-sensitive element in this embodiment.

図中、符号1はボンベであり、このボンベ1は
円筒状の上部ボンベ2を円筒状の下部ボンベ3の
上端部に螺入させシール部材4を介して気密およ
び液密に結合して形成されている。この下部ボン
ベ3内には感圧素子5を設置する圧力室6が形成
されている。この圧力室6は、下部ボンベ3と、
ピストン7とホルダ8とにより形成されている。
このピストン7は上部ピストン7aの下端部に下
部ピストン7bを螺合して連結形成されており、
下部ピストン7bの下端には圧縮用のセンタ9が
固着されており、このセンタ9の外周部と下部ボ
ンベ3の内周面との間に複数の圧力リング10,
10が装着されている。また、上部ピストン7a
の小径部は上部ボンベ2の上端部に螺入されてい
るストツパ11の中心軸部を摺動自在に貫通して
おり、下方の大径部がストツパ11の下端部に当
接することにより一定位置に保持される。感圧素
子5はホルダ8の上端部に固着されており、鉄に
対してニツケルを30〜50重量%含有させた鉄ニツ
ケル合金の単結晶または多結晶によつて形成され
ている。実際には、前記鉄ニツケル合金を1300〓
で10時間焼鈍した後に冷間加工し、直径5mm、厚
さ1mmの円板状にして感圧素子5を形成してい
る。また、下部ボンベ3の下端部の中心には栓ボ
ルト12を緊締固着して密封している。そして、
栓ボルト12の上端の突出部12aと下部ボンベ
3の内周面との間には複数の大圧力リング13,
13が装着されている。そして、ホルダ8の下端
にはこれらの大圧力リング13,13を下圧する
断面U字形の環状の膨出部8aが形成されてい
る。また、これらの構成各部は感圧素子5の磁気
異方性定数等の検出にノイズ等が入らないように
するために非強磁性体で製するとよい。本実施例
ではベリリウム銅合金によつて製せられている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a cylinder, and this cylinder 1 is formed by screwing a cylindrical upper cylinder 2 into the upper end of a cylindrical lower cylinder 3 and connecting them airtightly and liquid-tightly via a sealing member 4. ing. A pressure chamber 6 in which a pressure sensitive element 5 is installed is formed within the lower cylinder 3. This pressure chamber 6 is connected to the lower cylinder 3,
It is formed by a piston 7 and a holder 8.
This piston 7 is formed by threading a lower piston 7b to the lower end of an upper piston 7a, and
A compression center 9 is fixed to the lower end of the lower piston 7b, and a plurality of pressure rings 10,
10 is installed. In addition, the upper piston 7a
The small diameter portion of the upper cylinder 2 is slidably inserted through the center shaft of the stopper 11 screwed into the upper end of the upper cylinder 2, and the lower large diameter portion abuts against the lower end of the stopper 11 to maintain a fixed position. is maintained. The pressure sensitive element 5 is fixed to the upper end of the holder 8 and is made of a single crystal or polycrystalline iron-nickel alloy containing 30 to 50% by weight of nickel to iron. In fact, the said iron-nickel alloy is 1300〓
The pressure-sensitive element 5 was annealed for 10 hours and then cold-worked into a disk shape with a diameter of 5 mm and a thickness of 1 mm. Further, a stopper bolt 12 is tightly secured to the center of the lower end of the lower cylinder 3 to seal it. and,
A plurality of large pressure rings 13,
13 is installed. At the lower end of the holder 8, an annular bulge 8a having a U-shaped cross section is formed to press down on the large pressure rings 13, 13. Further, each of these constituent parts is preferably made of a non-ferromagnetic material in order to prevent noise from entering into the detection of the magnetic anisotropy constant, etc. of the pressure sensitive element 5. In this embodiment, it is made of beryllium copper alloy.

本実施例においては、圧力室6内に圧縮流体と
してエチルアルコールを封入し、ピストン7のボ
ンベ3内への押込長さを変化させて感圧素子5に
目的の圧力を加え、その場合の感圧素子5の磁気
異方性定数を求めて、磁気異方性定数の圧力変化
率を検出した。この場合、ピストン7の押込長さ
を一定に保持するために、ストツパ11をその下
端が上部ピストン7aの大径部に当接するまで螺
入させている。また、本実施例のように、圧力室
6内にエチルアルコールを封入すると、このエチ
ルアルコールが固化する低温まで高圧検出を行な
うことができる。
In this embodiment, ethyl alcohol is sealed in the pressure chamber 6 as a compressed fluid, and a desired pressure is applied to the pressure sensitive element 5 by changing the pushing length of the piston 7 into the cylinder 3. The magnetic anisotropy constant of the pressure element 5 was determined, and the pressure change rate of the magnetic anisotropy constant was detected. In this case, in order to keep the pushing length of the piston 7 constant, the stopper 11 is screwed into the stopper 11 until its lower end abuts the large diameter portion of the upper piston 7a. Furthermore, if ethyl alcohol is sealed in the pressure chamber 6 as in this embodiment, high pressure detection can be performed down to the low temperature at which the ethyl alcohol solidifies.

この磁気異方性定数を求めるには、磁気ゲージ
によつて、(1)式の磁気トルクLを求め、その値を
フーリエ解析すればよい。
In order to obtain this magnetic anisotropy constant, it is sufficient to obtain the magnetic torque L in equation (1) using a magnetic gauge and perform Fourier analysis on the value.

第5図はこの磁気ゲージの一例を示している。 FIG. 5 shows an example of this magnetic gauge.

この磁気ゲージは、磁石のN極とS極との間に
形成される磁界(図中の細矢印部)の中にボンベ
1内に納められた感圧素子5を置き、このボンベ
1を磁気トルク計14の垂直軸15の下端に設け
た把持部16によつて把持し、この垂直軸15を
軸受17を介して鉛直軸回りに設置することによ
り形成されている。磁気トルク計測時には、磁石
をボンベ1を中心として水平面内で回転させるこ
とにより磁界を回転させて、磁気トルクを計測す
る。すなわち、感圧素子5は、圧力変化に応じて
その磁気異方性が変化すると、磁石と磁界との相
互作用によりこの垂直軸15と一緒にある角度だ
け回動する。この垂直軸15の回動角度を指針1
8およびメータ9によつて読み取ることにより感
圧素子5に作用する磁気トルクを求める。
This magnetic gauge places a pressure-sensitive element 5 housed in a cylinder 1 in a magnetic field (thin arrow part in the figure) formed between the north and south poles of a magnet, and It is formed by gripping a vertical shaft 15 of the torque meter 14 with a gripping portion 16 provided at the lower end thereof, and installing the vertical shaft 15 around the vertical axis via a bearing 17 . When measuring magnetic torque, the magnet is rotated in a horizontal plane around the cylinder 1 to rotate the magnetic field and measure the magnetic torque. That is, when the magnetic anisotropy of the pressure-sensitive element 5 changes in accordance with a change in pressure, the pressure-sensitive element 5 rotates by a certain angle together with the vertical axis 15 due to the interaction between the magnet and the magnetic field. The rotation angle of this vertical axis 15 is determined by the pointer 1.
8 and meter 9 to determine the magnetic torque acting on the pressure sensitive element 5.

このようにして求められた磁気トルクには、感
圧素子5を納めているボンベ1自身が磁界の回転
を受ける時に生じる渦電流によるトルクLedも含
めて計測されてしまう。
The magnetic torque obtained in this way includes the torque LED caused by the eddy current generated when the cylinder 1 itself containing the pressure-sensitive element 5 is subjected to the rotation of the magnetic field.

すなわち、このような磁気ゲージにおいて、一
般に磁界を回転させるときに生じる渦電流による
トルクLedは、 Led=kMv(1・1H)2 (4) となる。
That is, in such a magnetic gauge, the torque Led due to the eddy current that generally occurs when rotating the magnetic field is Led=kMv(1·1H) 2 (4).

ここで、 k:この磁気ゲージのトルク係数で7.9μN・m M:ボンベ1の質量 v:磁界の回転速度 H:磁界の強さ である。 here, k: Torque coefficient of this magnetic gauge is 7.9μN・m M: mass of cylinder 1 v: Rotation speed of magnetic field H: Magnetic field strength It is.

(4)式よりトルクLedは磁界の強さHの2乗に比
例することが判る。
From equation (4), it can be seen that the torque Led is proportional to the square of the magnetic field strength H.

第2図のa曲線はこのLedとHの関係を示して
いる。同図b曲線は、純ニツケルの(001)面の
磁気トルクの振幅の値を示している。このb曲線
によれば、純ニツケルのLedは外部の磁界の強さ
Hが0.25テスラ(T)で既にテクニカルサチレー
トの領域に入つていると考えられる。
The a curve in FIG. 2 shows the relationship between this LED and H. Curve b in the figure shows the value of the amplitude of magnetic torque on the (001) plane of pure nickel. According to this b curve, it is considered that pure nickel LEDs are already in the technical saturation region when the external magnetic field strength H is 0.25 Tesla (T).

本実施例においては、Hは0.5T、vを6分/
回転として測定した。また、室温(約290〓)中
で測定した。
In this example, H is 0.5T, v is 6 minutes/
Measured as rotation. In addition, measurements were taken at room temperature (approximately 290°C).

第3図は、第5図の磁気ゲージにより計測され
た計測磁気トルクより予め求められた感圧素子5
の磁気異方性定数と圧力との関係を示している。
FIG. 3 shows the pressure sensitive element 5 determined in advance from the measured magnetic torque measured by the magnetic gauge in FIG.
The relationship between the magnetic anisotropy constant and pressure is shown.

すなわち、第5図の磁気ゲージにより計測され
た計測磁気トルクは、前記式(1)に示す感圧素子5
の磁気異方性定数の変化による磁気トルクLani
と、前記トルクLedとの合計となるが、本発明に
おいては、その計測磁気トルクの値をフーリエ解
析することにより、磁気異方性定数の変化量のみ
を算出し、圧力と磁気異方性定数との関係を圧力
0から所望の高圧までに亘つて予め求めたもので
ある。第3図中、%は鉄ニツケル合金のニツケル
の含有率を示し、N1は純ニツケルを示してい
る。またK1は結晶磁気異方性定数を示し、Ku
は加工誘導磁気異方性定数を示し、K1′は圧延
加工したK1成分を示し、KUは一軸性の磁気異
方性定数を示している。
That is, the measured magnetic torque measured by the magnetic gauge in FIG.
The magnetic torque due to the change in the magnetic anisotropy constant of Lani
However, in the present invention, by Fourier analysis of the measured magnetic torque value, only the amount of change in the magnetic anisotropy constant is calculated, and the pressure and the magnetic anisotropy constant are The relationship between pressure and pressure is determined in advance from pressure 0 to a desired high pressure. In FIG. 3, % indicates the nickel content of the iron-nickel alloy, and N1 indicates pure nickel. In addition, K1 indicates the magnetocrystalline anisotropy constant, and Ku
indicates the process-induced magnetic anisotropy constant, K1' indicates the K1 component obtained by rolling, and KU indicates the uniaxial magnetic anisotropy constant.

第3図においては、K1が正であることは、K
1に関してはその磁化容易軸が<100>方向に平
行に出現することを意味する。また、Kuに関し
ては、圧延加工をした結晶の方向と同方向に磁化
容易軸が出る場合を正と定義し、図中には−Ku
を示している。
In Figure 3, the fact that K1 is positive means that K1 is positive.
1 means that the axis of easy magnetization appears parallel to the <100> direction. Regarding Ku, the case where the axis of easy magnetization appears in the same direction as the direction of the rolled crystal is defined as positive, and −Ku in the figure is defined as positive.
It shows.

この第3図の各定数の値から判るように、磁気
異方性定数K1,K1′,Ku,KUは圧力の上昇
に伴つてほぼ直線的に減少し、その圧力変化率は
負である。
As can be seen from the values of the constants in FIG. 3, the magnetic anisotropy constants K1, K1', Ku, and KU decrease almost linearly as the pressure increases, and the rate of pressure change is negative.

そして、前記各磁気異方性定数K1,K1′,
Ku,KUを、測定温度を変化させてそれぞれ予
め求めておく。
Then, each of the magnetic anisotropy constants K1, K1',
Ku and KU are determined in advance by changing the measurement temperature.

第4図はこのようにして求めた磁気異方性定数
の圧力変化率と鉄ニツケル合金のニツケル濃度と
の関係を示している。
FIG. 4 shows the relationship between the pressure change rate of the magnetic anisotropy constant determined in this manner and the nickel concentration of the iron-nickel alloy.

第4図中の添字cは圧縮の場合を示している。
また、同図中、ニツケルの含有率が40重量%の鉄
ニツケル合金のΔK1は−10.3(Pa-1)であり、
ΔKuは−3.8(Pa-1)である。
The subscript c in FIG. 4 indicates the case of compression.
In addition, in the same figure, ΔK1 of an iron-nickel alloy with a nickel content of 40% by weight is -10.3 (Pa -1 ),
ΔKu is −3.8 (Pa −1 ).

この第4図から、高圧検出に利用できる鉄ニツ
ケル合金はニツケルの含有率が30〜50重量%の範
囲であることが判る。特に、ニツケルの含有率が
36.8〜40.8重量%の鉄ニツケル合金はK1の圧力
変化率が−1×10-4(bar-1)と大きく、0〜
500MPaまでに5%も変化するので、感圧素子5
として用いると圧力を正確に検出することができ
る。
From FIG. 4, it can be seen that the iron-nickel alloy that can be used for high pressure detection has a nickel content in the range of 30 to 50% by weight. In particular, the content of nickel
The 36.8 to 40.8 wt% iron-nickel alloy has a large K1 pressure change rate of -1 x 10 -4 (bar -1 ), and 0 to 40.8% by weight.
It changes by 5% up to 500MPa, so the pressure sensitive element 5
When used as a pressure sensor, pressure can be detected accurately.

次に、第6図により、圧力が未知の筐体30内
の高圧領域31の圧力を検出する場合を、高圧検
出装置の構成とともに説明する。
Next, with reference to FIG. 6, a case will be described in which the pressure in the high pressure region 31 in the casing 30, where the pressure is unknown, is detected together with the configuration of the high pressure detection device.

先ず、前記のようにして予め磁気異方性定数の
圧力変化率と圧力との関係を求めてある感圧素子
5を、筐体30に接続したボンベ32内に固定的
に設置して、前記高圧領域31の圧力が感圧素子
5に直接作用するように設ける。この感圧素子5
の予め求められた磁気異方性定数と圧力との関係
特性を、後述する圧力測定手段38にデータとし
て記憶させておく。
First, the pressure sensing element 5, whose relationship between the pressure change rate of the magnetic anisotropy constant and the pressure has been determined in advance as described above, is fixedly installed in the cylinder 32 connected to the casing 30, and then It is provided so that the pressure of the high pressure region 31 acts directly on the pressure sensing element 5. This pressure sensitive element 5
The predetermined relationship between the magnetic anisotropy constant and pressure is stored as data in a pressure measuring means 38, which will be described later.

次に、磁気トルク測定手段33により、高圧領
域31の圧力に応じて変化する感圧素子5の磁気
異方性定数の変化に対応する磁気トルクを測定す
る。すなわち、感圧素子5の磁気異方性定数が変
化すると、軸受35により回転自在に支承されて
いる垂直軸34に感圧素子5を間に対称に挟むよ
うにして取付けられている永久磁石N、Sが所定
角度だけ回動し、その回動角度を指針36および
メータ37によつて読み取つて、磁気トルクを測
定する。
Next, the magnetic torque measuring means 33 measures a magnetic torque corresponding to a change in the magnetic anisotropy constant of the pressure sensitive element 5, which changes depending on the pressure in the high pressure region 31. That is, when the magnetic anisotropy constant of the pressure-sensitive element 5 changes, the permanent magnets N and S attached to the vertical shaft 34, which is rotatably supported by a bearing 35, with the pressure-sensitive element 5 symmetrically sandwiched between them. rotates by a predetermined angle, and the rotation angle is read by the pointer 36 and meter 37 to measure the magnetic torque.

次に、圧力測定手段38の演算部(図示せず)
により、測定された磁気トルクをフーリエ解析し
て感圧素子5の磁気異方性定数の変化量を演算す
る。続いて、データとして記憶されている予め求
められた磁気異方性定数と圧力との特性より、前
記高圧領域31の温度に応じた特性を選択し、算
出された磁気異方性定数の変化量に対応する圧力
の変化量を、高圧領域31の圧力として、適宜の
方法により表示する。
Next, a calculation section (not shown) of the pressure measurement means 38
The amount of change in the magnetic anisotropy constant of the pressure sensitive element 5 is calculated by Fourier analysis of the measured magnetic torque. Next, a characteristic corresponding to the temperature of the high-pressure region 31 is selected from the characteristics of the magnetic anisotropy constant and pressure determined in advance and stored as data, and the calculated amount of change in the magnetic anisotropy constant is calculated. The amount of change in pressure corresponding to is displayed as the pressure in the high pressure region 31 by an appropriate method.

第7図は小型でしかも高圧を蓄圧することので
きるボンベ20を示している。このボンベ20は
第1図のボンベ1と同様に、圧力室6内にエチル
アルコールを内封するとともに、ホルダ21によ
つて感圧素子5を設け、ピストン22によつて外
部から加圧するように形成されている。そして、
ボンベ20自身の耐圧力、特にピストン22の押
込方向と反対の軸方向端部の耐圧力を向上させる
ために、圧力室6を形成する部分のボンベ20を
内側ボンベ20aと外側ボンベ20bとの2重構
造とし、各ボンベの軸方向端の間に補強部材23
を介装させている。そして、更に内側ボンベ20
aの突出部24に補強部材23を焼ばめして一体
化し、この内側ボンベ20aと補強部材23とを
一緒に外側ボンベ20b内に焼ばめしている。こ
れにより、ボンベ20の強度が大きくなり、ボン
ベ20の肉厚を薄くしても高圧力例えば1GPaを
蓄圧することができる。また、ピストン22は前
記実施例と同様に二連のピストン22aと22b
とを連結して形成されており、ボンベ20の円筒
部20cの端部に螺入されたストツパ11によつ
て一定位置に保持される。また、圧力室6からピ
ストン22とボンベ20との間からのエチルアル
コールの漏洩を防止するため、密封部材25を設
けている。
FIG. 7 shows a cylinder 20 that is small and can store high pressure. This cylinder 20 is similar to the cylinder 1 shown in FIG. It is formed. and,
In order to improve the pressure resistance of the cylinder 20 itself, especially the pressure resistance of the axial end opposite to the pushing direction of the piston 22, the portion of the cylinder 20 that forms the pressure chamber 6 is divided into an inner cylinder 20a and an outer cylinder 20b. It has a heavy structure, and a reinforcing member 23 is installed between the axial ends of each cylinder.
is interposed. And further inner cylinder 20
A reinforcing member 23 is shrink-fitted to the protruding portion 24 of a to be integrated, and the inner cylinder 20a and the reinforcing member 23 are shrink-fitted together into the outer cylinder 20b. As a result, the strength of the cylinder 20 is increased, and even if the wall thickness of the cylinder 20 is made thin, a high pressure, for example, 1 GPa, can be accumulated. Further, the piston 22 has two pistons 22a and 22b as in the previous embodiment.
It is held in a fixed position by a stopper 11 screwed into the end of the cylindrical portion 20c of the cylinder 20. Further, a sealing member 25 is provided to prevent leakage of ethyl alcohol from the pressure chamber 6 between the piston 22 and the cylinder 20.

なお、本発明は前記実施例に限定されるもので
はなく、必要に応じて変更することができる。
Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be modified as necessary.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の高圧検出方法および装置はこのように
構成され作用するものであるから、磁気異方性定
数の圧力変化率を求めることにより高圧力を正確
に、かつ、低温域においても良好に測定すること
ができる等の効果を奏する。
Since the high pressure detection method and device of the present invention are configured and operate in this way, high pressure can be measured accurately and well even in a low temperature range by determining the pressure change rate of the magnetic anisotropy constant. It has the following effects:

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

図面は本発明の実施例を示し、第1図は圧力検
出用のボンベの半断面図、第2図は渦電流による
トルクと磁界の強さとの関係特性図、第3図は磁
気異方性定数と圧力との関係特性図、第4図は磁
気異方性定数の圧力変化率と鉄ニツケル合金のニ
ツケル含有率との関係特性図、第5図は磁ゲージ
の一例を示す概略斜視図、第6図は高圧力検出装
置の一実施例を示す概略図、第7図はボンベの他
の実施例を示す半断面図である。 1…ボンベ、5…感圧素子、6…圧力室、14
…磁気ゲージ、20…ボンベ、31…高圧領域、
33…磁気トルク測定手段、38…圧力測定手
段。
The drawings show embodiments of the present invention; Fig. 1 is a half-sectional view of a cylinder for pressure detection, Fig. 2 is a characteristic diagram of the relationship between torque due to eddy current and magnetic field strength, and Fig. 3 is a diagram showing magnetic anisotropy. Figure 4 is a characteristic diagram of the relationship between the constant and pressure; Figure 4 is a diagram of the relationship between the pressure change rate of the magnetic anisotropy constant and the nickel content of an iron-nickel alloy; Figure 5 is a schematic perspective view showing an example of a magnetic gauge; FIG. 6 is a schematic diagram showing one embodiment of the high pressure detection device, and FIG. 7 is a half sectional view showing another embodiment of the cylinder. 1...Cylinder, 5...Pressure sensitive element, 6...Pressure chamber, 14
...Magnetic gauge, 20...Cylinder, 31...High pressure area,
33...Magnetic torque measuring means, 38...Pressure measuring means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 鉄に対して30〜50重量%のニツケルを含有さ
せた鉄ニツケル合金の単結晶または多結晶によつ
て形成された感圧素子の圧力の変化に対する磁気
異方性定数の変化度合を予め求め、この感圧素子
を圧力を検出すべき高圧領域内に設置し、前記感
圧素子の前記高圧領域内における磁気異方性定数
の変化を磁気トルクの変化として取出し、この磁
気トルクの変化をフーリエ解析することにより前
記磁気異方性定数の変化量を求め、前記感圧素子
の予め求めてある磁気異方性定数の前記変化量に
対する圧力の変化量を前記高圧領域の圧力とする
ことにより前記高圧領域の圧力を検出する高圧検
出方法。 2 感圧素子はニツケルを36.8〜40.8重量%含有
した鉄ニツケル合金によつて製せられていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高圧検
出方法。 3 高圧領域内に鉄に対して30〜50重量%のニツ
ケルを含有させた鉄ニツケル合金の単結晶または
多結晶によつて形成され、かつ、圧力の変化に対
する磁気異方性定数の変化度合を予め求められた
感圧素子を設け、前記感圧素子の前記高圧領域内
における磁気異方性定数の変化を磁気トルクの変
化として取出す磁気トルク検出手段を設け、検出
された磁気トルクの変化をフーリエ解析すること
により前記磁気異方性定数の変化量を求めととも
に、前記感圧素子の予め求めてある磁気異方性定
数の前記変化量に対する圧力の変化量を前記高圧
領域の圧力とする圧力測定手段を設けて形成した
ことを特徴とする高圧検出装置。 4 感圧素子はニツケルを36.8〜40.8重量%含有
した鉄ニツケル合金によつて製せられていること
を特徴とする特許請求の範囲第3項記載の高圧検
出装置。
[Claims] 1. Magnetic anisotropy constant with respect to changes in pressure of a pressure-sensitive element formed from a single crystal or polycrystalline iron-nickel alloy containing 30 to 50% by weight of nickel based on iron. The degree of change in the pressure-sensitive element is determined in advance, the pressure-sensitive element is installed in a high-pressure region where pressure is to be detected, and the change in the magnetic anisotropy constant of the pressure-sensitive element within the high-pressure region is extracted as a change in magnetic torque. The amount of change in the magnetic anisotropy constant is determined by Fourier analysis of the change in magnetic torque, and the amount of change in pressure in the high pressure region is calculated based on the amount of change in the magnetic anisotropy constant determined in advance of the pressure sensitive element. A high pressure detection method for detecting the pressure in the high pressure region by measuring the pressure. 2. The high pressure detection method according to claim 1, wherein the pressure sensitive element is made of an iron-nickel alloy containing 36.8 to 40.8% by weight of nickel. 3 It is formed from a single crystal or polycrystal of an iron-nickel alloy containing 30 to 50% by weight of nickel based on iron in a high-pressure region, and the degree of change in magnetic anisotropy constant with respect to changes in pressure is A predetermined pressure sensitive element is provided, a magnetic torque detection means is provided for extracting a change in the magnetic anisotropy constant in the high pressure region of the pressure sensitive element as a change in magnetic torque, and the detected change in magnetic torque is detected using a Fourier method. Pressure measurement in which the amount of change in the magnetic anisotropy constant is determined by analysis, and the amount of change in pressure with respect to the amount of change in the magnetic anisotropy constant determined in advance of the pressure sensitive element is determined as the pressure in the high pressure region. A high pressure detection device characterized in that it is formed by providing means. 4. The high pressure detection device according to claim 3, wherein the pressure sensitive element is made of an iron-nickel alloy containing 36.8 to 40.8% by weight of nickel.
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