JPH0295232A - 圧電型圧力センサ - Google Patents
圧電型圧力センサInfo
- Publication number
- JPH0295232A JPH0295232A JP63248171A JP24817188A JPH0295232A JP H0295232 A JPH0295232 A JP H0295232A JP 63248171 A JP63248171 A JP 63248171A JP 24817188 A JP24817188 A JP 24817188A JP H0295232 A JPH0295232 A JP H0295232A
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- Japan
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- pressure
- receiving surface
- component
- piezoelectric element
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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。
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、内燃機関のシリンダー内燃焼圧力等の検出に
適した圧電型圧力センサに関するものである。
適した圧電型圧力センサに関するものである。
従来の技術
力を加えて電気を発生する逆圧電効果を利用した圧電型
圧力センサは、従来よりよく用いられている。しかし、
直接シリンダ室内へ受圧面が来るように取り付けられる
内燃機関用圧力センサは、燃焼圧力を計測するため、高
温、高圧に耐えなければならない。従来、特願昭６２−
２７６．１１５号公報にみられるように円筒状の圧電素
子をその長手方向に分極し、円筒の上下面から円筒に対
し圧縮あるいはせん断力として印加する形の圧力センサ
が考えられている。第３図は、従来より用いられている
せん断効果型圧カセンサの基本原理を表す縦断面図構造
を示した。圧力検出機構部は、筐体１１の内部に図のよ
うに構成されていて、圧力伝達部材１２、円筒形圧電素
子１３、素子固定部材１４、セラミックプリント基板１
５に構成した電気回路１６および金属板１７を備える。
圧力センサは、従来よりよく用いられている。しかし、
直接シリンダ室内へ受圧面が来るように取り付けられる
内燃機関用圧力センサは、燃焼圧力を計測するため、高
温、高圧に耐えなければならない。従来、特願昭６２−
２７６．１１５号公報にみられるように円筒状の圧電素
子をその長手方向に分極し、円筒の上下面から円筒に対
し圧縮あるいはせん断力として印加する形の圧力センサ
が考えられている。第３図は、従来より用いられている
せん断効果型圧カセンサの基本原理を表す縦断面図構造
を示した。圧力検出機構部は、筐体１１の内部に図のよ
うに構成されていて、圧力伝達部材１２、円筒形圧電素
子１３、素子固定部材１４、セラミックプリント基板１
５に構成した電気回路１６および金属板１７を備える。
円筒の長手（円柱座標で２軸方向）方向に分極軸を有し
内外周囲に電極を持つ円筒形圧電素子１３は、その底面
内周部分に、圧力伝達部材１２が固定され、該圧力伝達
部材１２は内燃機関のシリンダに取り付けられる筐体１
１内部の受圧面１１ａの中心部分に固定されている。圧
電素子１３の上面外周部分には、素子固定部材１４が接
し、センサ出力に必要な電気回路１６を構成したセラミ
ックプリント基板１５と金属板１７を挟んで、固定部材
１８で筐体１１に固定されている。この構成のセンサで
は円筒形圧電素子１３の一端面の外周部分が固定され、
他端面の内周部分に圧力伝達部材１２により圧力が印加
されるので、これによって発生したせん断力に応じた電
荷をそれぞれ内周囲電極、バネ部材１９および外周囲電
極、素子固定部材１４によって取出し、圧力に比例した
出力信号をケーブル２０によって取り出すことができる
。
内外周囲に電極を持つ円筒形圧電素子１３は、その底面
内周部分に、圧力伝達部材１２が固定され、該圧力伝達
部材１２は内燃機関のシリンダに取り付けられる筐体１
１内部の受圧面１１ａの中心部分に固定されている。圧
電素子１３の上面外周部分には、素子固定部材１４が接
し、センサ出力に必要な電気回路１６を構成したセラミ
ックプリント基板１５と金属板１７を挟んで、固定部材
１８で筐体１１に固定されている。この構成のセンサで
は円筒形圧電素子１３の一端面の外周部分が固定され、
他端面の内周部分に圧力伝達部材１２により圧力が印加
されるので、これによって発生したせん断力に応じた電
荷をそれぞれ内周囲電極、バネ部材１９および外周囲電
極、素子固定部材１４によって取出し、圧力に比例した
出力信号をケーブル２０によって取り出すことができる
。
また、この構成の圧力センサでは周囲の温度変化による
出力変化を生じなくするため、圧力伝達方向の該圧力検
出機構部と該固定部の合わせたみかけ上の線熱膨張係数
と該筐体の線熱膨張係数を一致させる手段が一般に実施
されている。
出力変化を生じなくするため、圧力伝達方向の該圧力検
出機構部と該固定部の合わせたみかけ上の線熱膨張係数
と該筐体の線熱膨張係数を一致させる手段が一般に実施
されている。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、上述したせん断効果型圧力センサは、そ
の圧力検出機構部の圧電素子にセンサ構成時に固定部材
による圧縮応力や圧力計測時の圧力の直流成分が印加さ
れ、圧電素子内部に静的な一方向バイアス応力が常に印
加された状態を生じる。このような状態下では静的な一
方向バイアス応力の変化により、圧電および誘電定数の
変化をもたらし、第２図の破線に示すように示すように
２０ ＨＺ、 ±１０ｋｇｆ／ｃｍ２の一定圧力変化
状態においても、バイアス圧力の変化により、出力が変
化する（バイアス圧力による出力特性変化）。
の圧力検出機構部の圧電素子にセンサ構成時に固定部材
による圧縮応力や圧力計測時の圧力の直流成分が印加さ
れ、圧電素子内部に静的な一方向バイアス応力が常に印
加された状態を生じる。このような状態下では静的な一
方向バイアス応力の変化により、圧電および誘電定数の
変化をもたらし、第２図の破線に示すように示すように
２０ ＨＺ、 ±１０ｋｇｆ／ｃｍ２の一定圧力変化
状態においても、バイアス圧力の変化により、出力が変
化する（バイアス圧力による出力特性変化）。
圧電形圧力センサは交流成分の圧力検出が可能であるが
直流成分、いわゆるバイアス圧力の計測はできない。シ
リンダー内圧センサの場合、圧力波形は逐次変化し、そ
のバイアス圧力も常に変化する。すなわち上述の従来例
のセンサでは出力がそのバイアス圧力によって変化し、
正確な圧力計測はできないという欠点を有する。
直流成分、いわゆるバイアス圧力の計測はできない。シ
リンダー内圧センサの場合、圧力波形は逐次変化し、そ
のバイアス圧力も常に変化する。すなわち上述の従来例
のセンサでは出力がそのバイアス圧力によって変化し、
正確な圧力計測はできないという欠点を有する。
本発明は、このような従来の圧力センサの課題を解決す
ることを目的とする。
ることを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、センサの受圧面に、圧力による変位がより容
易な偏度のより薄い一部分を設け、該部分以外は受圧時
の変位がほとんど生じない構造とし、該一部分の圧力の
みを圧力検出機構部に伝達する受圧面構造とすることに
より、圧力検出機構ｇＢへの伝達応力を従来のセンサに
比べ低減させるものである。
易な偏度のより薄い一部分を設け、該部分以外は受圧時
の変位がほとんど生じない構造とし、該一部分の圧力の
みを圧力検出機構部に伝達する受圧面構造とすることに
より、圧力検出機構ｇＢへの伝達応力を従来のセンサに
比べ低減させるものである。
作用
従来例のせん断効果型圧カセンサでは、基本的に受圧面
が筐体の底面部全体であり、この面積に作用する全圧力
がより面積の小さい圧力伝達部材１２に作用し、この部
材を介して圧力検出機構部に伝達される。このため、圧
力検出機構部に伝達される応力（単位面積が受ける力）
は受圧面が受ける応力（単位面積が受ける力）より大き
くなる。
が筐体の底面部全体であり、この面積に作用する全圧力
がより面積の小さい圧力伝達部材１２に作用し、この部
材を介して圧力検出機構部に伝達される。このため、圧
力検出機構部に伝達される応力（単位面積が受ける力）
は受圧面が受ける応力（単位面積が受ける力）より大き
くなる。
それに対し本発明の手段を用いることにより、圧力検出
機構部に印加されるバイアス圧力による伝達応力を大き
く低減することができ、バイアス圧力変化による出力変
化を低減することができる。
機構部に印加されるバイアス圧力による伝達応力を大き
く低減することができ、バイアス圧力変化による出力変
化を低減することができる。
これによってバイアス圧力変化を伴う各種の測定圧力波
形にも影響を受けない安定した精度の良い出力信号を得
ることができる。
形にも影響を受けない安定した精度の良い出力信号を得
ることができる。
実施例
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説
明する。
明する。
第１図は、本発明にかかる圧電型圧力センサの一実施例
の断面図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は
その分解斜視図である。
の断面図であり、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は
その分解斜視図である。
圧力検出機構部は、筐体１の内部に構成され、圧力伝達
部材２、円筒形圧電素子３、素子固定部材４、セラミッ
クプリント基板５に構成した電気回路６および金属板７
からなり、円筒の長手方向（円柱座標で２方向）に分極
軸を有し内外周面に電極を持つ円筒形圧電素子３は、そ
の底面内周部分に、耐熱性樹脂あるいは金属等に耐熱性
樹脂をコーティーングした断熱効果を有する圧力伝達部
材２が固定され、内燃機関のシリンダーに取り付けられ
る筺体１内部の受圧面１ａの中心部分に、接着等により
固着されている。筐体１の受圧面１ａはその中心部（直
径３ ｍ ｍ ）の厚さが周辺部（直径１０ｍｒｎまで
）に比べ１１５以下と薄く、この部分が受圧により変位
が周辺より容易な部分ｉｂであり、基本的にこの部分に
作用する圧力のみが圧力伝達部材２を通して圧電素子に
伝えられる構造となっている。圧電素子３の上面外周部
分には、金属等からなる素子固定部材４が接し、さらに
インピーダンス変換回路、増幅器等の電気回路６を構成
したセラミックプリント基板５と金属板７を挟んで、固
定部材８で締め付け固定することにより、筐体ｌに取り
付けられている。ここでセラミックプリント基板５は、
筐体ｌからの直接の熱を避けるとともに、円筒形圧電素
子４の内外周面電極との絶縁および筐体との絶縁を計る
ものである。金属板７は、固定部材８によって締め付け
られる部分への小さく且つ均一な荷重を生み出すための
一種の＠術部材であり、バネ性を有する中空金属である
。 円筒形圧電素子３の外周部分が素子固定部材４で
固定され、他端面の内周部分に圧力伝達部材２により圧
力が印加されるので、円筒形圧電素子３にはせん断応力
に応じた電荷が発生し、これを該圧電素子３の内周に接
触したバネ部材９と外周に接触した素子固定部材４のそ
れぞれを介して取り出し、前記電気回路６を通じてケー
ブルｌＯによって圧力に比例した出力信号として取り出
すことができる。
部材２、円筒形圧電素子３、素子固定部材４、セラミッ
クプリント基板５に構成した電気回路６および金属板７
からなり、円筒の長手方向（円柱座標で２方向）に分極
軸を有し内外周面に電極を持つ円筒形圧電素子３は、そ
の底面内周部分に、耐熱性樹脂あるいは金属等に耐熱性
樹脂をコーティーングした断熱効果を有する圧力伝達部
材２が固定され、内燃機関のシリンダーに取り付けられ
る筺体１内部の受圧面１ａの中心部分に、接着等により
固着されている。筐体１の受圧面１ａはその中心部（直
径３ ｍ ｍ ）の厚さが周辺部（直径１０ｍｒｎまで
）に比べ１１５以下と薄く、この部分が受圧により変位
が周辺より容易な部分ｉｂであり、基本的にこの部分に
作用する圧力のみが圧力伝達部材２を通して圧電素子に
伝えられる構造となっている。圧電素子３の上面外周部
分には、金属等からなる素子固定部材４が接し、さらに
インピーダンス変換回路、増幅器等の電気回路６を構成
したセラミックプリント基板５と金属板７を挟んで、固
定部材８で締め付け固定することにより、筐体ｌに取り
付けられている。ここでセラミックプリント基板５は、
筐体ｌからの直接の熱を避けるとともに、円筒形圧電素
子４の内外周面電極との絶縁および筐体との絶縁を計る
ものである。金属板７は、固定部材８によって締め付け
られる部分への小さく且つ均一な荷重を生み出すための
一種の＠術部材であり、バネ性を有する中空金属である
。 円筒形圧電素子３の外周部分が素子固定部材４で
固定され、他端面の内周部分に圧力伝達部材２により圧
力が印加されるので、円筒形圧電素子３にはせん断応力
に応じた電荷が発生し、これを該圧電素子３の内周に接
触したバネ部材９と外周に接触した素子固定部材４のそ
れぞれを介して取り出し、前記電気回路６を通じてケー
ブルｌＯによって圧力に比例した出力信号として取り出
すことができる。
上記実施例の構成により、１０ｍｍ直径の受圧面全体に
作用する圧力全体が圧電素子に伝達される従来例の構造
のセンサに比べ、伝達される応力が１／ｌＯ以下とする
ことができる。この結果、センサとしてのバイアス圧力
による出力特性変化は第２図の実線に示すようになり、
バイアス圧力が変化しても特に低いバイアス圧力領域で
出力特性変化が極めて小さい圧力センサを供給すること
ができる。
作用する圧力全体が圧電素子に伝達される従来例の構造
のセンサに比べ、伝達される応力が１／ｌＯ以下とする
ことができる。この結果、センサとしてのバイアス圧力
による出力特性変化は第２図の実線に示すようになり、
バイアス圧力が変化しても特に低いバイアス圧力領域で
出力特性変化が極めて小さい圧力センサを供給すること
ができる。
また、本発明においても該圧力検出機構部と該固定部材
との合わせたみかけ上の線熱膨張係数と該筐体の線熱膨
張係数とを等しくすることが出来る。さらに素子固定部
材４は、筐体１と電気的絶縁が計られるように筐体ｌと
接触しない構造、あるいは素子固定部材４の外周部分に
耐熱性樹脂なコーティングした構造にすることにより、
円筒形圧電素子３の内外周面電極と筐体ｌと絶縁がはか
られる。従って圧力による電気信号は、筐体すなわち車
体によりシールドされるのでノイズに強い構造となる。
との合わせたみかけ上の線熱膨張係数と該筐体の線熱膨
張係数とを等しくすることが出来る。さらに素子固定部
材４は、筐体１と電気的絶縁が計られるように筐体ｌと
接触しない構造、あるいは素子固定部材４の外周部分に
耐熱性樹脂なコーティングした構造にすることにより、
円筒形圧電素子３の内外周面電極と筐体ｌと絶縁がはか
られる。従って圧力による電気信号は、筐体すなわち車
体によりシールドされるのでノイズに強い構造となる。
発明の効果
本発明は、センサ出力がそのバイアス（静圧、圧力の直
流成分）圧力によって変化しない圧電形シリンダ内圧セ
ンサを提供するものであり、正確なシリンダ内圧力計測
が可能となる。またこのセンサは構造が簡単であり、感
度も高いことがらセンサ間のバラツキを少なくでき、量
産性に向いた汎用形センサである。
流成分）圧力によって変化しない圧電形シリンダ内圧セ
ンサを提供するものであり、正確なシリンダ内圧力計測
が可能となる。またこのセンサは構造が簡単であり、感
度も高いことがらセンサ間のバラツキを少なくでき、量
産性に向いた汎用形センサである。
第１図は本発明の一実施例の圧電型圧力センサを示し、
同図（ａ）はその縦断面図、同図（ｂ）はその分解斜視
図、第２図は従来例および本発明のバイアス圧力変化に
よる出力特性変化を示すグラフであり、第３図は従来例
のせん断効果型の圧力センサの縦断面図である。 １．１１ ・・・筐体、１ ａ、 １１ ａ・−受圧
面、ｌｌｂ・・・受圧面の圧力による変位がより容易な
部分、２．１２・・・圧力伝達部材、３．１３・・・円
筒形圧電素子、４．１４・・・素子固定部材、５．１５
・・・セラミックプリント基板、６．１６・・・電気回
路、７．１７・・・金属板、８．１８・・・固定部材、
９．１９・・・バネ部材、 １０、２０・・・ケーブル
。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名第 ］ 図 （ａ） ］ａ受圧面 第 図 バイアス圧力（Ｋｇｆ／ｃｍり 第 ］ 図 （ｂ） 鼾２／Ｉカイ云満ＩＢ材 第 図
同図（ａ）はその縦断面図、同図（ｂ）はその分解斜視
図、第２図は従来例および本発明のバイアス圧力変化に
よる出力特性変化を示すグラフであり、第３図は従来例
のせん断効果型の圧力センサの縦断面図である。 １．１１ ・・・筐体、１ ａ、 １１ ａ・−受圧
面、ｌｌｂ・・・受圧面の圧力による変位がより容易な
部分、２．１２・・・圧力伝達部材、３．１３・・・円
筒形圧電素子、４．１４・・・素子固定部材、５．１５
・・・セラミックプリント基板、６．１６・・・電気回
路、７．１７・・・金属板、８．１８・・・固定部材、
９．１９・・・バネ部材、 １０、２０・・・ケーブル
。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名第 ］ 図 （ａ） ］ａ受圧面 第 図 バイアス圧力（Ｋｇｆ／ｃｍり 第 ］ 図 （ｂ） 鼾２／Ｉカイ云満ＩＢ材 第 図
Claims (1)
- 被測定領域内に受圧面が位置するように取り付け構造
を有する筐体と、前記筐体の内部に圧電素子を用いた圧
力検出機構部と、前記圧力検出機構部を前記筐体に固定
する固定部材とを備えた圧電型圧力センサにおいて、前
記被測定領域内の受圧面に、圧力による変位がより容易
な面厚のより薄い一部分が設けられ、該部分以外は受圧
時の変位がほとんど生じない構造とされ、該一部分の圧
力のみが圧力検出機構部に伝達されることを特徴とする
圧電型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63248171A JPH0295232A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 圧電型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63248171A JPH0295232A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 圧電型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0295232A true JPH0295232A (ja) | 1990-04-06 |
Family
ID=17174268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63248171A Pending JPH0295232A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 圧電型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0295232A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04203944A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電型圧力センサ |
| US5138885A (en) * | 1990-03-16 | 1992-08-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric-type pressure sensor |
| JPH05157651A (ja) * | 1991-12-04 | 1993-06-25 | Japan Electron Control Syst Co Ltd | 圧力センサ |
| JP2010509574A (ja) * | 2006-11-10 | 2010-03-25 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | 高温かつ動的なプロセスにおける測定で用いる圧力センサー |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63122926A (ja) * | 1986-11-13 | 1988-05-26 | Nippon Denso Co Ltd | 圧電型圧力検出器 |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP63248171A patent/JPH0295232A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63122926A (ja) * | 1986-11-13 | 1988-05-26 | Nippon Denso Co Ltd | 圧電型圧力検出器 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138885A (en) * | 1990-03-16 | 1992-08-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric-type pressure sensor |
| JPH04203944A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電型圧力センサ |
| JPH05157651A (ja) * | 1991-12-04 | 1993-06-25 | Japan Electron Control Syst Co Ltd | 圧力センサ |
| JP2010509574A (ja) * | 2006-11-10 | 2010-03-25 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | 高温かつ動的なプロセスにおける測定で用いる圧力センサー |
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