(57)【要約】 【課題】液体の誘電特性、粘度、温度、および圧力などを検出するための複数個のセンサを一体に構成して、構造が簡単で、小型、多機能、高性能の液体用複合センサを提供する。【解決手段】円形あるいは正方形の絶縁基板の表面および裏面のいずれかに、液体の導電・誘電特性と相対粘度を検出するための誘電センサ、液体の粘度を検出するための粘度センサ、液体の温度を検出するための温度センサ、液体の圧力を検出するための圧力センサなどの複数個のセンサを一体に形成するとともに、前記複数個のセンサが形成された絶縁基板をセンサホルダーの開口部を密閉するように装着する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の温度を検出する温度センサと、
液体の導電・誘電特性と粘度の相対値を検出するための誘電センサ及び液体の複素粘度を検出するための粘度センサのうちの少なくとも一つとを有し、前記温度センサと前記誘電センサ及び前記粘度センサのうちの少なくとも一方とを絶縁基板上に一体に構成したことを特徴とする液体用複合センサ。
【請求項２】
液体の温度を検出する温度センサと、
液体の導電・誘電特性と粘度の相対値を検出するための誘電センサと、
液体の複素粘度を検出するための粘度センサとを有し、
前記温度センサと前記誘電センサと前記粘度センサとを絶縁基板上に一体に構成したことを特徴とする液体用複合センサ。
【請求項３】
さらに、液体の圧力を検出する圧力センサを有し、前記圧力センサは前記絶縁基板上に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体用複合センサ。
【請求項４】
凹部を有するセンサホルダーを有し、
前記絶縁基板は、前記凹部の開口部外側に面して液体に接触する面を表面側及び前記凹部の開口部内側に面する面を裏側にして、前記センサホルダーの前記凹部の開口部を密閉するように装着されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体用複合センサ。
【請求項５】
前記温度センサは、前記絶縁基板の裏側に形成されることを特徴とする請求項４に記載の液体用複合センサ。
【請求項６】
前記センサホルダーの前記凹部に、前記絶縁基板を載せるための台座部が形成され、前記台座部に、前記絶縁基板に形成されたセンサの電気端子と接続するための接続端子が形成され、さらに、それぞれの接続端子から、前記センサホルダーの外側に外部接続用端子が引き出され、前記センサホルダーの背面に、前記絶縁基板に形成されたセンサ用の電気回路を収納するための空洞が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の液体用複合センサ。
【請求項７】
前記センサホルダーの前記凹部の中央部に、前記凹部の底部から立ち上がる突起部を形成し、前記突起部の上面と前記絶縁基板の裏面との間に、前記絶縁基板の表面に所定の圧力が印加されときに前記絶縁基板が撓んでその裏面が接触するだけの隙間を設けたことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の液体用複合センサ。
【請求項８】
前記絶縁基板の裏面の外周側のドーナツ状領域に金属薄膜から成る歪抵抗素子を形成して圧力センサが設けられることを特徴とする請求項４に記載の液体用複合センサ。
【請求項９】
前記絶縁基板の裏面の前記圧力センサが形成された領域と重ならない領域に、感温抵抗材料からなる薄膜を形成して前記温度センサが設けられることを特徴とする請求項８に記載の液体用複合センサ。
【請求項１０】
前記絶縁基板に前記粘度センサが形成される場合、
前記絶縁基板として、厚みすべり振動モードが励振可能な圧電単結晶を使用し、前記圧電単結晶からなる絶縁基板の中央部に厚さ方向に対向する電極を形成して、エネルギー閉じ込め厚みすべり振動を励振可能にして粘度センサとしたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液体用複合センサ。
【請求項１１】
前記絶縁基板に前記誘電センサが形成される場合、
前記絶縁基板の表面に一対の導体薄膜を形成してコンデンサを構成し、絶縁基板として複素誘電率が既知の基板を用いて、まず、前記一対の導体薄膜の上面に誘電体が無い場合のインピーダンス特性の測定結果から前記一対の導体薄膜が真空中に浮いていると仮定した場合の静電容量を求め、次に、前記一対の導体薄膜の上面を誘電体で覆ったときのインピーダンスの測定結果から、この誘電体の複素誘電率を求めることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の液体用複合センサを用いた液体の物性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品工業、化学工業、塗装業などにおいて、主に、配管中を流れる液体や密閉された容器内の液体の品質管理や変質の有無の監視等に使用される、液体の誘電率、導電率、誘電緩和特性などの誘電特性、粘度、温度、圧力などを検出するための液体用複合センサ及びこれを用いた液体の物性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の品質の管理において液体の誘電率、導電率などの誘電特性や粘度の有効性が指摘されている。液体の誘電特性を測定する方法としては、対向する平板電極の間に被測定液体を挟んで平行板コンデンサを構成し、その並列抵抗と並列容量を測定することにより、この液体の複素誘電率を求める方法が良く知られている。
【０００３】
しかしながら、対向平板電極を誘電センサとして使用し、検出感度や測定精度を高めるために複数個のセンサを並列接続しようとすると、複数個の電極板の微小間隔を一定に保ったまま試料液体に浸す必要があり、電極板の曲がりを防ぐために板の厚さを厚くする必要があり、センサが大きくなるという問題がある。また、電極板の微小隙間に入った試料液体がその場所に留まるために、センサから離れた位置にある液体の特性を正しく測定できないという問題がある。さらに、同じセンサを用いて別の液体試料を測定しようとした場合に、微小な隙間に入った試料液体のために、センサの洗浄が難しくなるという問題がある。
【０００４】
絶縁基板の表面に一対の導体を形成してコンデンサを形成し、導体の表面にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を、その硬化前の液体の状態で接触させ、硬化過程の粘度の変化をイオン電流の変化として、コンデンサの並列抵抗の変化から求める方式の粘度センサが知られている。
【０００５】
しかしながら、この方式の粘度センサでは、粘度の相対値の変化は検出可能で、熱硬化性樹脂の硬化反応の速度や硬化反応の完了状態などを知ることはできるが、粘度の絶対値を検出することはできない。
【０００６】
液体の粘度を簡単に測定する方法として、エネルギー閉じ込め厚みすべり振動子を用いた振動粘度計が良く知られている（特許文献１参照）。図1は、特許文献1に示されている従来の振動粘度計用粘度センサの構造を示す平面図であり、圧電単結晶LGS(ランガサイト)からなる略正方形の圧電基板90のほぼ中央に、略正方形の第一の対向電極91およびこれと対向し、一辺の長さが前記第一の対向電極より大きな略正方形の第二の対向電極92を形成して、これらの対向電極が形成された領域にエネルギー閉じ込め厚みすべり振動を生じさせ、前記第二の対向電極92が形成された面に、その内寸が前記第一の対向電極より大きい略円形の試料保持用のリング93を装着し、必要に応じ、前記試料保持用のリングの開口部を覆う蓋を設け、さらに、前記第二の対向電極92が形成された面の、前記試料保持用のリング93の内側の領域に試料液体の導電率を測定するための、少なくとも一対の導電率測定用電極94,95が形成されている。
【０００７】
振動粘度計は、液体の物理特性としての粘度を直接測定することができるが、一般に、液体の粘度は温度によって大きく変化し、例えば、JISで規格化されている粘度標準液JS-100の粘度は、図2に示すように、温度20℃から40℃の範囲で、約85から32 (mPa・s)まで低下する。したがって、液体の粘度の測定には液体の温度による補正が不可欠で、これまでは、別の温度センサで測定した液体の温度で粘度の補正が行われている。
【０００８】
また、特許文献1に示されているようなエネルギー閉じ込め振動子を用いた振動粘度計においては、振動子の支持・固定による振動の減衰を無くすために、使用する圧電単結晶基板の厚さにより、支持可能な外形寸法を所定の寸法よりも大きくする必要があるため、液体の圧力に対する耐性を高めるために、基板の厚さを厚くすることができないという問題がある。
【０００９】
さらに、図1に示した、従来の振動粘度計においては導電率測定用電極が形成されており、試料保持用リング93の中の試料液体に対して、この電極間の直流抵抗を測定することにより、液体の導電率の測定が可能であることが示されている。しかしながら、液体の電気物性としては、直流的な導電率だけでは不十分で、交流に対する誘電率の測定、すなわち複素誘電率や誘電緩和特性の測定を行いたいという要求が多くある。
【００１０】
液体の温度の測定には、周知のように、いろいろなタイプの温度センサが使用されているが、液体の粘度や誘電特性が液体の温度により大きく変化するので、できるだけこれらのセンサの近くに温度センサを配置する必要がある。
【００１１】
液体が発酵などの化学反応を生ずる物質を含む場合などでは、化学反応や発酵によりガスを発生し、配管や密閉容器内圧力が増加することがあるため、液体の品質管理や安全性の確保のために、圧力センサが使用されている。
【００１２】
配管や密閉容器内の液体の圧力の検出には、配管や容器の壁面に設けた孔から、MEMS技術で製作された静電容量型圧力センサの感圧部を液体に触れるように装着する方法が一般的であるが、複数のセンサを用いる場合に、他のセンサと別の場所に取り付ける必要があるため、取り付け場所の加工や、検出された信号の処理が複雑になるという問題がある。
【００１３】
以上、従来の液体用センサとして複数個のセンサを使用する場合、個々のセンサが別々に作られており、取り付け場所も別々に加工する必要があるためセンサ全体の構造が複雑で大型になるという問題がある。
【００１４】
また、液体自体の温度特性を補正する場合に、個々のセンサの設置位置の違いや、センサの形状や大きさの違いなどの影響をそれぞれの状況に応じて補正する必要があり、補正手順、補正方法が複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１４−４１０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明においては、複数個のセンサに対する被測定液体の温度補正の手順や補正方法の複雑さを解決して、従来の液体センサと比較して、小型、多機能、高性能の液体用複合センサ及びこれを用いた物性測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、液体の導電・誘電特性と相対粘度を検出するための誘電センサ、液体の粘度を検出するための粘度センサ、液体の温度を検出する温度センサ、液体の圧力を検出するための圧力センサなどの複数個のセンサを一体に構成した液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、円形あるいは正方形の絶縁基板の表面が試料液体に接触する液体用複合センサであって、前記絶縁基板の表面および裏面のいずれかに、液体の導電・誘電特性と相対粘度を検出するための誘電センサ、液体の粘度を検出するための粘度センサ、液体の温度を検出するための温度センサ、液体の圧力を検出するための圧力センサなどの複数個のセンサを一体に形成するとともに、前記複数個のセンサが形成された絶縁基板をセンサホルダーの開口部を密閉するように装着した液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記センサホルダーに、前記複数個のセンサが形成された絶縁基板を載せるための台座部とこの台座部の内側には円形の凹部が形成され、前記台座部に、前記絶縁基板に形成された前記複数個のセンサの電気端子と接続するための接続端子が形成され、さらに、それぞれの接続端子から、前記センサホルダーの外側に外部接続用端子が引き出され、前記センサホルダーの背面に、前記複数個のセンサ用の電気回路を収納するための空洞が形成されている液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記センサホルダーの凹部の中央部に、凹部の底部から立ち上がる突起部を形成し、前記突起部の上面と前記絶縁基板の裏面との間に、前記絶縁基板の表面に所定の圧力が印加されときに前記絶縁基板が撓んでその裏面が接触するだけの隙間を設けた液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記絶縁基板の表面に一対の導体薄膜を形成してコンデンサを構成し、絶縁基板として複素誘電率が既知の基板を用い、まず、前記一対の導体の上面に誘電体が無い場合のインピーダンス特性の測定結果から前記一対の導体が真空中に浮いていると仮定した場合の静電容量を求め、次に、前記一対の導体の上面を誘電体で覆ったときのインピーダンスの測定結果から、この誘電体の複素誘電率を求めることが可能な液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記絶縁基板の裏面の外周側のドーナツ状領域に金属薄膜から成る歪抵抗素子を形成して前記圧力センサとした液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記絶縁基板の裏面の前記圧力センサが形成された領域と重ならない領域に、感温抵抗材料からなる薄膜を形成して温度センサとした液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、前記絶縁基板として、厚みすべり振動モードが励振可能な圧電単結晶を使用し、前記圧電単結晶からなる絶縁基板の中央部に厚さ方向に対向する電極を形成して、エネルギー閉じ込め厚みすべり振動を効率良く励振可能にして粘度センサとした液体用複合センサとこれを用いた液体の物性測定方法が得られる。
【００２５】
本発明は、液体の温度を検出する温度センサと、液体の導電・誘電特性と粘度の相対値を検出するための誘電センサ及び液体の複素粘度を検出するための粘度センサのうちの少なくとも一つとを有し、前記温度センサと前記誘電センサ及び前記粘度センサのうちの少なくとも一方とを絶縁基板上に一体に構成した液体用複合センサである。
【００２６】
本発明は、液体の温度を検出する温度センサと、液体の導電・誘電特性と粘度の相対値を検出するための誘電センサと、液体の複素粘度を検出するための粘度センサとを有し、前記温度センサと前記誘電センサと前記粘度センサとを絶縁基板上に一体に構成した液体用複合センサである。
【００２７】
さらに、本発明は、液体の圧力を検出する圧力センサを有し、前記圧力センサは前記絶縁基板上に形成される液体用複合センサである。
【００２８】
本発明は、凹部を有するセンサホルダーを有し、前記絶縁基板は、前記凹部の開口部外側に面して液体に接触する面を表面側及び前記凹部の開口部内側に面する面を裏側にして、前記センサホルダーの前記凹部の開口部を密閉するように装着される液体用複合センサである。
【００２９】
本発明は、前記温度センサが、前記絶縁基板の裏側に形成される液体用複合センサである。
【００３０】
本発明は、前記センサホルダーの前記凹部に、前記絶縁基板を載せるための台座部が形成され、前記台座部に、前記絶縁基板に形成されたセンサの電気端子と接続するための接続端子が形成され、さらに、それぞれの接続端子から、前記センサホルダーの外側に外部接続用端子が引き出され、前記センサホルダーの背面に、前記絶縁基板に形成されたセンサ用の電気回路を収納するための空洞が形成されている液体用複合センサである。
【００３１】
本発明は、前記センサホルダーの前記凹部の中央部に、前記凹部の底部から立ち上がる突起部を形成し、前記突起部の上面と前記絶縁基板の裏面との間に、前記絶縁基板の表面に所定の圧力が印加されときに前記絶縁基板が撓んでその裏面が接触するだけの隙間を設けた液体用複合センサである。
【００３２】
本発明は、前記絶縁基板の裏面の外周側のドーナツ状領域に金属薄膜から成る歪抵抗素子を形成して圧力センサが設けられる液体用複合センサである。
【００３３】
本発明は、前記絶縁基板の裏面の前記圧力センサが形成された領域と重ならない領域に、感温抵抗材料からなる薄膜を形成して前記温度センサが設けられる液体用複合センサである。
【００３４】
本発明は、前記絶縁基板に前記粘度センサが形成される場合、前記絶縁基板として、厚みすべり振動モードが励振可能な圧電単結晶を使用し、前記圧電単結晶からなる絶縁基板の中央部に厚さ方向に対向する電極を形成して、エネルギー閉じ込め厚みすべり振動を励振可能にして粘度センサとした液体用複合センサである。
【００３５】
本発明は、前記絶縁基板に前記誘電センサが形成される場合、前記絶縁基板の表面に一対の導体薄膜を形成してコンデンサを構成し、絶縁基板として複素誘電率が既知の基板を用いて、まず、前記一対の導体の上面に誘電体が無い場合のインピーダンス特性の測定結果から前記一対の導体が真空中に浮いていると仮定した場合の静電容量を求め、次に、前記一対の導体の上面を誘電体で覆ったときのインピーダンスの測定結果から、この誘電体の複素誘電率を求める液体用複合センサを用いた液体の物性測定方法である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、液体用の誘電センサ、粘度センサ、温度センサ、圧力センサ、などを1枚の絶縁基板に形成したため、構造が簡単で、小型、多機能、高性能の液体用複合センサが得られる。
【００３７】
液体の誘電特性として、単なる静電容量の変化や直流抵抗の変化ではなく、液体の物理定数としての複素誘電率、あるいは誘電緩和特性の測定が可能になる。
【００３８】
液体の誘電特性と温度を同時に検出することができるため、温度により大きく変化する液体の導電率、誘電緩和特性、および粘度の温度補正が容易になる。
【００３９】
絶縁基板の表面に形成した誘電センサの駆動周波数を適切に選ぶことにより、液体の導電率、液体の誘電緩和特性、液体の粘度を別々に検出することができる。
【００４０】
圧電すべり振動子により、真の粘度を直接測定することができると同時に試料液体の温度を同時に検出することができるため、温度により大きく変化する液体の粘度の温度補正が容易になり、より正確になる。また、センサホルダーの底部に圧電単結晶基板のたわみ量を限定するためのストッパー(突起部)を形成しているので、液体の圧力に対する圧電基板の耐性が向上する。
【００４１】
本発明の誘電センサと本発明の粘度センサの両方を同一圧電基板上に形成した場合、誘電センサによる相対的粘度と振動粘度センサによる物理特性としての粘度の両方を同時に検出することが可能となるため、液体の粘度を立体的に把握することができ、特に粘度の変化が重要な用途においては、粘度に関して補強されたデータを得ることができる。
【００４２】
本発明では、絶縁材からなり、台座部にセンサ接続用端子が形成されたセンサホルダーを用いているため、センサの組み立てと端子の接続が容易になる。
【００４３】
さらに、本発明では、複数のセンサが一枚の絶縁基板上に形成され、一つのセンサホルダーに収容されているため、それぞれのセンサに対する電気回路の、電源回路、基準信号回路などを共通とすることができる上に、センサ間の電気配線が簡単、容易になり、回路部がコンパクトになるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】特許文献1に示されている従来の振動粘度計に用いられている粘度センサの構造を示す平面図である。
【図２】粘度標準液としてJISで規格化されているJS-100の粘度の、温度20〜40[℃]の範囲の特性変化を示す図である。
【図３】半径aの周辺固定円板の表面に等分布荷重が印加された場合の径方向の応力分布を示す図である。
【図４】本発明の液体用複合センサ基板の構成例を示す平面図である。
【図５】本発明の液体用複合センサ基板の別の構成例を示す平面図である。
【図６】本発明の液体用複合センサ基板の別の構成例を示す平面図である。
【図７】本発明のセンサホルダーの構造例を示す斜視図である。
【図８】本発明の液体用複合センサの構造例を示す斜視図である。
【図９】本発明の液体用複合センサを配管や容器に取り付ける場合の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明におけるそれぞれのセンサの説明
【００４６】
＜誘電センサ＞
本発明の誘電センサは、一対の導体を絶縁基板の面上に形成してコンデンサを構成し、誘電体である液体の複素誘電率を測定する。具体的には、絶縁基板として複素誘電率が既知の基板を用いるとともに、前記一対の導体の上面に誘電体が無い場合のインピーダンス特性を測定して、前記一対の導体が真空中に浮いていると仮定した場合の静電容量を求めることにより、前記一対の導体の上面を複素誘電率が未知の誘電体で覆ったときのインピーダンスの測定結果から、前記一対の導体の上面を覆う誘電体の複素誘電率を求めることが可能となる。
【００４７】
前記一対の導体が形成された絶縁基板の複素誘電率が未知の場合は、同じ絶縁基板に対向電極を形成して平板コンデンサを構成し、対向電極の面積と絶縁基板の厚さを測定するとともに、コンデンサのインピーダンスを測定することにより、従来から知られている方法で、前記絶縁基板の複素誘電率を求めることができる。
【００４８】
さらに、一対の導体は、前記絶縁基板の表面に平面状に形成されているため、試料液体が誘電センサの上に留まることが無いので、試料液体の特性の変化を正しく測定することが可能となる。
【００４９】
本発明の誘電センサは、一対のコイル状導体が直接試料と接触する必要があるため、絶縁基板の表面に形成する必要がある。
【００５０】
また、誘電センサの形成位置は、他のセンサと重ならない領域であれば、絶縁基板の表面のどの位置でも良い。
【００５１】
上記構成の誘電センサにより交流における誘電特性・複素誘電率の測定を可能にするとともに、センサを小型化し、均一な測定が可能となり、さらにセンサ自体の洗浄も可能となる。
【００５２】
＜粘度センサ＞
本発明のエネルギー閉じ込め厚みすべり振動を利用した粘度センサは、上述の特許文献１に開示されるエネルギー閉じ込め厚みすべり振動子（圧電振動子ともいう）を利用するものであって、絶縁基板として、水晶などの圧電性を有する単結晶から厚みすべり振動を得るためのカット方位で切断された基板（圧電単結晶基板）を用い、エネルギー閉じ込め振動モードを励振可能とするための対向電極が、この圧電基板のほぼ中央部に対向して形成されている。
【００５３】
厚みすべり振動をしている圧電振動子の表面に、液体などの粘弾性特性を有する物体が接触すると、この物体の粘弾性特性の影響により、圧電振動子の共振周波数が変化するとともに、圧電振動子の等価回路定数である直列抵抗が変化する。
【００５４】
このエネルギー閉じ込め厚みすべり振動子の表面の振動している部分に液体が接触したときの共振周波数の変化と直列抵抗の変化から試料液体の複素粘度を容易に検出することができる。
【００５５】
また、前述したように、絶縁基板の表面に一対の導電体を形成した誘電センサにより、液体を流れるイオン電流の大きさから相対的な粘度を検出することができる。
【００５６】
＜温度センサ＞
本発明の温度センサとしては、既に広い分野で使用されている、白金やその他の感温抵抗金属薄膜を絶縁基板上にライン状に形成することで得られる温度センサを使用する。この技術を用いて、他の機能を有するセンサが形成された同じ絶縁基板上に温度センサを形成することにより、誘電センサや粘度センサで得られた特性に対して、より正確な温度補正を行うことができる。
【００５７】
金属薄膜を用いた温度センサは、感温抵抗素子を用いて温度変化にともなう抵抗変化を利用しているので、液体に導電性がある場合には、温度センサを絶縁膜で覆う必要がある。
【００５８】
＜圧力センサ＞
本発明の圧力センサとしては、一般的に、Cu-NiやCr-Nなどの金属薄膜からなる歪抵抗素子を絶縁基板上の発生歪あるいは、発生応力の大きな領域に形成して得られる金属薄膜圧力センサを使用する。
【００５９】
図3は、半径aの周辺固定円板の表面に等分布荷重が印加された場合の径方向の応力分布を示す図である。半径aの周辺固定円板の表面に等分布荷重が印加された場合、同心円状に分布する径方向の応力(=歪)が発生し、中心から径方向の位置rにおける応力(=歪)の大きさは、図3に示すようになる。ただし、図3の縦軸は、周辺固定部の最大応力(=歪)で基準化している。
【００６０】
つまり、円板の周辺を固定した場合、あるいは、円形の凹部が形成された台座に、凹部を覆うように板を張り付けて、凹部の周辺で板を固定した場合に、板の表面に等分布荷重が印加された場合には、板には図3に示すような応力(=歪)分布を生じるため、円板の周辺部の応力(=歪)が大きくなる。
【００６１】
したがって、本発明においては、歪抵抗素子をその歪-抵抗感度が最大となる方向を円板の径方向に合わせるよう、円板の外周部に近い領域に形成している。
【００６２】
前述の温度センサの場合と同様に、歪抵抗素子を用いた圧力センサは、圧力変化にともなう抵抗変化を利用しているので、液体に導電性がある場合には、歪抵抗素子を絶縁膜で覆う必要がある。
【００６３】
また、本発明の圧力センサは、表面、裏面、いずれの面に形成しても、特性に差はない。
【００６４】
＜本発明の液体用複合センサの構成例＞
図4は、本発明の液体用複合センサ基板の構成例を示す平面図であり、(a)は表面、(b)は裏面である。一枚の圧電単結晶基板（圧電基板と称する場合がある）の表面と裏面に、誘電センサと振動粘度センサ、温度センサおよび圧力センサの4つのセンサが形成されている。図4において、圧電円板401の表面には、誘電センサ、402と403が圧電円板401の周辺領域に形成され、並列接続されている。圧電基板401の中央部に円形の第一の振動粘度センサ用駆動電極404が形成されて、それぞれのセンサの電気端子が、圧電円板401の周辺に引き出されている。また、圧電基板401の裏面には、周辺領域に第一の圧力センサ405および第二の圧力センサ406、および温度センサ407が形成され、圧電基板401の中央部には、前記第一の振動粘度センサ用駆動電極404に対向して第二の振動粘度センサ用駆動電極408が形成されている。前記第一の圧力センサ405および第二の圧力センサ406は、別々に形成されているが、これらは、直列接続されて一個の圧力センサとして使用される。
【００６５】
誘電センサや振動粘度センサに加え、液体の圧力を検出する圧力センサと液体の温度を検出するための温度センサを絶縁基板上に一体的に形成することで、センサ全体の小型化が実現される。
【００６６】
図5は、本発明の液体用複合センサ基板の別の構成例を示す平面図であり、(a)は表面、(b)は裏面である。一枚の絶縁円板の表面と裏面に、誘電センサ、温度センサおよび圧力センサの3つのセンサが形成されている。図5において、絶縁円板501の表面には、ほぼ全面に亘り誘電センサ502が形成され、絶縁円板の裏面には、外周側に略円形に圧力センサ503が形成され、絶縁円板501の中央部には、温度センサ504が形成されている。誘電センサ502の電気端子は、円板に形成したスルーホールを介して、裏面に引き出されて接続端子と接続されており、裏面に形成されている他のセンサの接続端子と同様に、センサホルダーの台座部に形成された接続端子との電気的接続をより容易に行うことができる。
【００６７】
図6は、本発明の液体用複合センサ基板の別の構成例を示す平面図であり、(a)は表面、(b)は裏面である。一枚の正方形圧電板の表面と裏面に、誘電センサ、振動粘度センサ、および温度センサの3つのセンサが形成されている。図6において、正方形圧電板601の表面には、正方形圧電板601の周の3辺を囲むように、誘電センサ602が形成され、中央部には、第一の振動粘度センサ用駆動電極603が形成され、それぞれの端子が、正方形圧電板601の外周部に引き出されている。
【００６８】
正方形圧電板601の裏面には、その中央部の前記振動粘度センサ用駆動電極603と対向する位置に、第二の振動粘度センサ用駆動電極604が形成されており、正方形圧電板601の一つの辺の近傍に、温度センサ605が形成されている。
【００６９】
図7は、本発明のセンサホルダーの構造例を示す斜視図であり、701は、円形基板用センサホルダー、702は正方形基板用センサホルダーである。円形基板用センサホルダー701と正方形基板用センサホルダー702の違いは、単に、絶縁基板用台座703、704の形状が異なることだけであり、いずれのセンサホルダーにおいても、絶縁基板用台座703、704には、前記複数個のセンサが形成された絶縁基板の電気端子と接続されるための接続端子705、706が形成され、これらの接続端子は、前述したようにセンサホルダーの背面に形成された回路用空洞(図示せず)の内面に引き出されている。
【００７０】
また、センサホルダー701と702のそれぞれ、前記絶縁基板用台座703、704の内側には円形の凹部707、708が形成され、それぞれの凹部707、708の中央に、底部から立ち上がる突起部709、710が形成されている。このように、センサホルダーの底部に圧電単結晶基板のたわみ量を限定するためのストッパー(突起部)を形成しているので、液体の圧力に対する圧電基板の耐性が向上する。
【００７１】
図8は、図5のセンサ付き圧電円板801とセンサホルダー802、およびこれらを組み合わせて構成した、本発明の複合センサ803の構造を示す斜視図である。図8のセンサホルダー802には、前記センサ付き圧電円板801を載せるための台座部804が形成され、この台座部804の内側には、円形の凹部805が形成され、凹部805の中央には、凹部の底部から立ち上がる突起部806が形成されている。さらに、前記台座部804には、前記センサ付き圧電円板801に形成された前記複数個のセンサの電気端子と接続するための接続端子807が形成され、さらに、それぞれの接続端子から、前記センサホルダーの背面に形成された、複数個のセンサのための電気回路が設置される回路用空洞(図示せず)の内側に外部接続用端子が引き出されている。
【００７２】
図9は、本発明の液体用複合センサを配管や容器に取り付ける場合の構成例を示す斜視図であり、図9において、本発明の複合センサは、その背面を示している。
【００７３】
図9において、液体容器あるいは液体配管の壁面901に本複合センサ902のセンサホルダー細径部分903が挿入可能な孔904をあけ、本複合センサ902を密閉用パッキン905を介して挿入する。容器の壁面には外側にネジが切られた第一の複合センサ締め付け具906が接合されており、内側にネジが切られた第二の複合センサ締め付け具907により、本複合センサ902を壁面901に締め付け固定することにより、センサ部が液面に接触し、配管や容器の密閉を確保することができる。
【００７４】
本発明の絶縁基板の形状は、円形であっても正方形であっても差し支えない。
【００７５】
また、本発明のセンサホルダーの材質は、絶縁性と強度が満足されれば、セラミックスでも樹脂でも良く、センサホルダーは開口部を除き気密構造となっており、もし、液体圧力の異常な増加などにより、絶縁基板が破損した場合にも、気密構造が保たれるようになっている。
【符号の説明】
【００７６】
401:圧電基板
402、403、502、602:誘電センサ
404:第一の振動粘度センサ用駆動電極
405:第一の圧力センサ
406:第二の圧力センサ
407、504、605:温度センサ
408:第二の振動粘度センサ用駆動電極
501:絶縁円板
503:圧力センサ
601:正方形圧電板
603:第一の振動粘度センサ用駆動電極
604:第二の振動粘度センサ用駆動電極
701:円形基板用センサホルダー、
702:正方形基板用センサホルダー
703、704:絶縁基板用台座
705、706:接続端子
707、708:円形の凹部
709、710:突起部
801:センサ付き圧電円板
802:センサホルダー
803、902:複合センサ
804:台座部
805:円形の凹部
806:突起部
807:接続端子
901:液体容器あるいは液体配管の壁面
903:センサホルダー細径部
904:センサホルダー孔
905:密閉用パッキン
906:第一の複合センサ締め付け具
907:第二の複合センサ締め付け具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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