JPH03148028A - 圧電型圧力センサ - Google Patents

圧電型圧力センサ

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JPH03148028A
JPH03148028A JP1287002A JP28700289A JPH03148028A JP H03148028 A JPH03148028 A JP H03148028A JP 1287002 A JP1287002 A JP 1287002A JP 28700289 A JP28700289 A JP 28700289A JP H03148028 A JPH03148028 A JP H03148028A
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JP
Japan
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pressure
piezoelectric element
piezoelectric
receiving surface
sensor
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JP1287002A
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Hiroki Kusakabe
弘樹 日下部
Masuo Takigawa
瀧川　益雄
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
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    • G01L9/00—Measuring 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
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/008—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using piezoelectric devices
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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。

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内燃焼圧力等の圧力検出に
適した圧力センサに関する。
従来の技術 応力を加えて電荷を発生する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。特に最近
では内燃機関のシリンダ内燃焼圧力等の検出に適した圧
力センサの開発が盛んである。
第２図に特願昭８３−１０９３４２号公報に述べられて
いる圧電型圧力センサの基本構成を示す。
同図はセンサの縦断面図であり、ここでは特に圧電素子
にせん断応力を印加する構成のものを示している。セン
サ筐体２１内部に設置された圧電素子２４は上部固定ネ
ジ２５によって圧力１云達部材２３を介して受圧面２２
に押しつけられて固定及び予備応力を与えられている。
この予備応力は特に内燃機関のシリンダ内燃焼圧力を計
測する場合には負圧を計測するためにも必要である。受
圧面２２に印加された圧力は、電気的にセンサ筺体と絶
縁された圧力伝達部材２３を介して圧電素子２４の内周
部に伝達される。ここで圧電素子２４の上端部は上部固
定ネジ２５にて外周部を固定されているため、圧電素子
２４にせん断応力が発生する。このせん断応力に応じた
電荷が圧電素子２４の内外周に発生し、これを内外周面
に構成した電極により電気信号として検出する構成とな
っている。
発明が解決しようとする課題 上記のような構成の圧電型圧力センサは、構成が簡単で
あるという利点はあるが、センサを供試体に取り付けた
ときに第３図に示すようにセンサ筐体にその締め付け力
に応じた引張り応力が発生し軸方向に歪が生じるため、
受圧面と上部固定ネジとの間隔が広くなるという欠点が
あった。これによって、圧電素子を固定している予備応
力が減少し、圧電素子と圧力伝達部材及び上部固定ネジ
との接触が不安定になり、伝達圧力が不均一になったり
圧力が伝達されなくなりセンサ出力に変動を生じる。ま
た、予備応力の大きさによって圧電素子の圧電定数が若
干変動するためにセンサ出力にさらに悪影響を与える。
この様に従来例の様な構成のセンサではセンサを供試体
へ締め付けた時の力によって出力が変動し、出力の信頼
性が得られなかった。
課題を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明では内部に圧電
素子を有し、この圧電素子の軸方向に予備応力を与え、
かつ受圧面に印加された圧力を伝達する様に構成された
センシング部と供試体にセンサを取り付けるための取り
付けネジ部とにセンサ筐体を分割し、取り付けネジ部に
センシング部の一部をネジ止めあるいはその他の方法で
固定することにより、取り付けネジ部の軸方向歪がセン
シング部の軸方向長さに影響を与えないセンサ構造とし
たものである。
作用 上述の構成により、供試体ヘセンサを取り付けた際に生
じる取り付けネジ部の軸方向歪によってセンシング部は
その一部を取り付けネジ部に固定されているために軸方
向に移動する。しかし、センシング部の受圧面と圧電素
子の上面を固定している部材との軸方向の間隔には変化
は生じず、圧電素子に与えられた予備応力は変化しない
。これによって予備応力の変動によるセンサ出力の変動
を除去できる。すなわち、センサを供試体に取り付けた
時の締め付け力にセンサ出力が影響されない信頼性に優
れた圧電型圧力センサを構成できる。
実施例 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について説
明する。
第１図は本実施例における圧電型圧力センサの断面図で
ある。図において１１は取り付けネジ部、１１ａは接触
面、１２はセンシング部、工２ａは固定ネジ、１３は受
圧面、１４は圧力伝達部材、１５は圧電素子、１６は上
部固定ネジ、１７はシール部材である。
センシング部１２は取り付けネジ部１１にシール部材１
７を介して、固定ネジ１２ａの締め付け力によって接触
面１１ａのみで接触固定されており〜　その他の部分で
はセンシング部１２！：取り付けネジ１１は固定されて
いない。このため、取り付けネジ部１１に軸方向歪が生
じてもセンシング部１２は軸方向に移動するのみであり
、軸方向長さの変動は生じない。被測定領域内に受圧面
１３が位置し、受圧面１３の内側にはテフロン等の電気
的絶縁物を介して圧力伝達部材１４が接触している。圧
力伝達部材１４の受圧面と反対側には、長さ方向に分極
軸を有し内外周面に電極を有する圧電素子１５が位置し
、その内周部分を保持されている。さらに、圧電素子１
５の圧力伝達部材１４と反対側には上部固定ネジ１６が
位置し圧電素子１５の外周部分を保持している。この上
部固定ネジ１６の締め付け力によ、って圧電素子１５及
び圧力伝達部材１４を受圧面１３に押し付け、各部材の
固定及び圧電素子１５への予備応力を印加している。尚
、この上部固定ネジ１６は圧電素子１５の外周に構成さ
れた電極と電気的に導通しており、リード線取り出しの
役目も果たしている。
本実施例の圧電型圧力センサでは、被測定領域内に生じ
た圧力変動によって受圧面１３に印加された圧力は圧力
伝達部材１４によって圧電素子１５の内周部分に伝達さ
れる。ここで、圧電素子１５は上部固定ネジ１６にその
外周部を固定されているために伝達された圧力によって
圧電素子１５内部にせん断応力が生じる。このせん断応
力に応じた電荷が圧電素子１５の内外周電極部分に発生
する構成となっている。
この様に、本発明の構成の圧電型圧力センサでは、従来
例のようにセンサ筺体の軸方向歪みによって圧電素子１
５に印加される予備応力の変動が生じないため、出力の
変動を除去することができる。
尚、本実施例ではせん断方向の応力を利用するせん断効
果型の圧電型圧力センサを示したが、この他にも圧縮方
向や横方向等の応力を利用してもセンサを構成すること
は可能である。
また、せん断方向の応力を利用してセンサを構成した場
合は、圧電材料が有する焦電出力の影響をセンサ出力に
対して非常に小さくできるという利点がある。さらに、
圧電素子に耐熱性と同時に高温下での安定な特性を示す
チタン酸鉛を主成分とした圧電材料を使用することによ
り、センサの高温下での出力特性を向上できる。この様
にせん断方向の応力を利用し、チタン酸鉛系圧電材料を
用いることによって高温下での圧力計測にさらに適した
圧電型圧力センサを構成できる。
発明の効果 以上のように、本発明によれば、内部に圧電素子を有し
この圧電素子の軸方向に予備応力を与え、かつ受圧面に
印加された圧力を伝達する様に構成されたセンシング部
と供試体にセンサを取り付けるための取り付けネジ部と
にセンサ筐体を分割し、取り付けネジ部にセンシング部
の一部をネジ止めあるいはその他の方法で固定すること
により、センサを供試体に取り付けたときの筐体の軸方
向歪によって生じる予備応力の変動を防止できる。また
、これによってセンサ出力の変動を除去できるため、高
精度でかつ信頼性の高い圧電型圧力センサを供給でき、
実用的に極めて有用な効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例における圧電型圧力センサの
断面図、第２図は従来の圧電型圧力センサの断面図、第
３図は従来の圧電型圧力センサを供試体に取り付けた時
の応力の印加状態を示すための断面図である。 １１・・取り付けネジ部、　１１ａ・・接触部、１２・
・センシング部、１２ａ・・固定ネジ、１３・・受圧面
、１４・・圧力伝達部材、１５・・圧電素子、１６・・
上部固定ネジ、１７・・シール部材、２１・・センサ筐
体、２２・・受圧面、２３・・圧力伝達部材、２４・・
圧電素子、２５・・上部固定ネジ、３０・・センサ筐体
、３１・・供試体。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）圧電素子に動的応力が印加されることによって生
    じる電荷を検出する圧電型圧力センサにおいて、内部に
    圧電素子を有し、この圧電素子の軸方向に予備応力を与
    え、かつ受圧面に印加された圧力を伝達する様に構成さ
    れたセンシング部と供試体にセンシング部を取り付ける
    ための取り付けネジ部とにセンサ筐体を分割し、取り付
    けネジ部にセンシング部の一部を固定する構成としたこ
    とを特徴とする圧電型圧力センサ。
  2. （２）圧電素子にせん断応力が発生するように圧力を印
    加し、このせん断応力によって発生する電荷を検出する
    よう構成したことを特徴とする請求項１記載の圧電型圧
    力センサ。
  3. （３）圧電素子としてチタン酸鉛系の圧電材料を用いる
    ことを特徴とする請求項１記載の圧電型圧力センサ。
JP1287002A 1989-11-02 1989-11-02 圧電型圧力センサ Pending JPH03148028A (ja)

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