JPH0560643A - 圧電型圧力センサ - Google Patents
圧電型圧力センサInfo
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- JPH0560643A JPH0560643A JP3223884A JP22388491A JPH0560643A JP H0560643 A JPH0560643 A JP H0560643A JP 3223884 A JP3223884 A JP 3223884A JP 22388491 A JP22388491 A JP 22388491A JP H0560643 A JPH0560643 A JP H0560643A
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- Japan
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- piezoelectric element
- capacitor
- pressure
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- piezoelectric
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 センサ内部に圧電素子と同じ材質の温度補償
用コンデンサを設け、チャージアンプのフィードバック
コンデンサとして使用することによって、センサの温度
特性を向上する。 【構成】 信号増幅回路としてチャージアンプを用いる
ものにおいて、温度補償用コンデンサ１５を圧電素子１
３と同一の材質で、かつ分極してない材質で構成し、こ
れをアンプのフィードバックコンデンサとすることによ
って温度補償を行う。また、温度補償用コンデンサ１５
の厚み方向の長さを容易に変更可能とすることによっ
て、アンプのゲイン変更を容易にする。
用コンデンサを設け、チャージアンプのフィードバック
コンデンサとして使用することによって、センサの温度
特性を向上する。 【構成】 信号増幅回路としてチャージアンプを用いる
ものにおいて、温度補償用コンデンサ１５を圧電素子１
３と同一の材質で、かつ分極してない材質で構成し、こ
れをアンプのフィードバックコンデンサとすることによ
って温度補償を行う。また、温度補償用コンデンサ１５
の厚み方向の長さを容易に変更可能とすることによっ
て、アンプのゲイン変更を容易にする。
Description
【０００１】
【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電型圧力センサに関す
る。
焼圧力等の圧力検出に適した圧電型圧力センサに関す
る。
【０００２】
【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。図３に従
来より用い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、センサ箱体３１内
部に設置された圧電素子３４は上部固定ネジ３５によっ
て圧力伝達部材３３を介してダイアフラム状に加工され
た受圧面３２の裏面に押しつけられて固定され、予備応
力が与えられている。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。
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。図３に従
来より用い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、センサ箱体３１内
部に設置された圧電素子３４は上部固定ネジ３５によっ
て圧力伝達部材３３を介してダイアフラム状に加工され
た受圧面３２の裏面に押しつけられて固定され、予備応
力が与えられている。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。
【０００３】次に、その動作を説明する。センサ箱体３
１の外部から受圧面３２に印加された圧力は、圧力伝達
部材３３を介して圧電素子３４の内周部分を押し上げる
ように伝達される。ここで圧電素子３４の上端外周部は
上部固定ネジ３５により下方へ加圧されているため、圧
電素子３４に剪断力が加えられる。この応力に応じて発
生した電荷を電気信号として検出する構成となってい
る。
１の外部から受圧面３２に印加された圧力は、圧力伝達
部材３３を介して圧電素子３４の内周部分を押し上げる
ように伝達される。ここで圧電素子３４の上端外周部は
上部固定ネジ３５により下方へ加圧されているため、圧
電素子３４に剪断力が加えられる。この応力に応じて発
生した電荷を電気信号として検出する構成となってい
る。
【０００４】ここで、発生した電荷を検出するための構
成を説明する。円筒形の圧電素子３４の内側面と外側面
には圧電素子内で発生した電荷を収集するための電極が
設けられている。外側電極はセンサ箱体にアースされ、
内側電極の電荷を検出するために信号取り出し金具３６
によって信号を取り出している。さらに、この電荷は信
号増幅回路（図示せず）に入力され電圧に変換されてい
た。
成を説明する。円筒形の圧電素子３４の内側面と外側面
には圧電素子内で発生した電荷を収集するための電極が
設けられている。外側電極はセンサ箱体にアースされ、
内側電極の電荷を検出するために信号取り出し金具３６
によって信号を取り出している。さらに、この電荷は信
号増幅回路（図示せず）に入力され電圧に変換されてい
た。
【０００５】このような圧電素子を用いたセンサを温度
変化の激しいエンジンの燃焼圧測定に使用するために
は、圧電素子の温度特性が大きく影響する。そこで、サ
ーミスタ等をセンサ内に新たに取り付けて温度補償を行
う方法（特開平１−２１３５３５参照）や温度補償用コ
ンデンサを用いる方法（特開昭６１−２０９３３４参
照）が考えられている。
変化の激しいエンジンの燃焼圧測定に使用するために
は、圧電素子の温度特性が大きく影響する。そこで、サ
ーミスタ等をセンサ内に新たに取り付けて温度補償を行
う方法（特開平１−２１３５３５参照）や温度補償用コ
ンデンサを用いる方法（特開昭６１−２０９３３４参
照）が考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】現在のエンジンは高出
力化のため４バルブエンジンが主流であり、シリンダヘ
ッドにセンサを取り付けることのできる部分が非常に制
約されている。このため、上記の様な目的で使用するセ
ンサには取付部分の小型化が要求されている。
力化のため４バルブエンジンが主流であり、シリンダヘ
ッドにセンサを取り付けることのできる部分が非常に制
約されている。このため、上記の様な目的で使用するセ
ンサには取付部分の小型化が要求されている。
【０００７】しかしながら、従来例の様にサーミスタ等
の部品を新たに用いて温度補償を行うためには、センサ
の小型化が困難になるという欠点があった。また、部品
数が増加するために、センサの信頼性の問題も生じてい
る。また、特開昭６１−２０９３３４に示されるような
方法では、温度補償用コンデンサと圧電素子の温度特性
が逆特性を示す必要があるが、この様なコンデンサを選
ぶことは非常に困難であり、正確な温度補償ができな
い。
の部品を新たに用いて温度補償を行うためには、センサ
の小型化が困難になるという欠点があった。また、部品
数が増加するために、センサの信頼性の問題も生じてい
る。また、特開昭６１−２０９３３４に示されるような
方法では、温度補償用コンデンサと圧電素子の温度特性
が逆特性を示す必要があるが、この様なコンデンサを選
ぶことは非常に困難であり、正確な温度補償ができな
い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、受圧面を有する筒形の箱体と、箱体の内
部に設けられ、かつ一端が受圧面の裏側の面のほぼ中央
に接する圧力伝達部材と、箱体の内部に設けられ、分極
された筒形の圧電素子と、箱体の内部に設けられ、圧電
素子で発生した電荷を箱体外部に取り出す信号取り出し
部材と、箱体の内部に設けられ、圧電素子と同じ材質
で、分極されていない筒形のコンデンサと、圧電素子、
信号取り出し部材、圧力伝達部材、コンデンサを、圧力
を与えることにより固定する固定部材とから構成され、
信号取り出し部材と圧電素子とコンデンサは、固定部材
と圧力伝達部材との間に配置され、圧力伝達部材、信号
取り出し部材、圧電素子、コンデンサ、固定部材をほぼ
同軸位置に配置し、コンデンサと圧電素子を電気的に直
列に接続するコンデンサを構成する圧電型圧力センサで
ある。
め、本発明は、受圧面を有する筒形の箱体と、箱体の内
部に設けられ、かつ一端が受圧面の裏側の面のほぼ中央
に接する圧力伝達部材と、箱体の内部に設けられ、分極
された筒形の圧電素子と、箱体の内部に設けられ、圧電
素子で発生した電荷を箱体外部に取り出す信号取り出し
部材と、箱体の内部に設けられ、圧電素子と同じ材質
で、分極されていない筒形のコンデンサと、圧電素子、
信号取り出し部材、圧力伝達部材、コンデンサを、圧力
を与えることにより固定する固定部材とから構成され、
信号取り出し部材と圧電素子とコンデンサは、固定部材
と圧力伝達部材との間に配置され、圧力伝達部材、信号
取り出し部材、圧電素子、コンデンサ、固定部材をほぼ
同軸位置に配置し、コンデンサと圧電素子を電気的に直
列に接続するコンデンサを構成する圧電型圧力センサで
ある。
【０００９】さらに、圧電素子の出力の検出時に、増幅
器としてチャージアンプを用い、コンデンサをチャージ
アンプのフィードバックコンデンサとすることを特徴と
する圧電型圧力センサである。
器としてチャージアンプを用い、コンデンサをチャージ
アンプのフィードバックコンデンサとすることを特徴と
する圧電型圧力センサである。
【００１０】
【作用】上記構成により、本発明は温度補償用コンデン
サを圧電素子と同じ材質で分極されていないコンデンサ
で構成したことによって、圧電素子と温度補償用コンデ
ンサが同じ温度特性を示す。この温度補償用コンデンサ
をチャージアンプのフィードバックコンデンサとするこ
とによって、容易にかつ正確にセンサ出力の温度補償を
行うことができる。さらに、温度補償用コンデンサの軸
方向の厚みを変更することによって、容易にチャージア
ンプのゲイン変更を可能とする。
サを圧電素子と同じ材質で分極されていないコンデンサ
で構成したことによって、圧電素子と温度補償用コンデ
ンサが同じ温度特性を示す。この温度補償用コンデンサ
をチャージアンプのフィードバックコンデンサとするこ
とによって、容易にかつ正確にセンサ出力の温度補償を
行うことができる。さらに、温度補償用コンデンサの軸
方向の厚みを変更することによって、容易にチャージア
ンプのゲイン変更を可能とする。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の圧電型圧力セ
ンサの一実施例について説明する。図１に本発明の実施
例における圧電型圧力センサの断面図を示す。同図中１
１は金属からなるセンサ箱体であり、このセンサ箱体１
１の一端にダイアフラム状に加工された受圧面１７を設
けている。この受圧面１７は被測定領域、例えば内燃機
関のシリンダ内に設置されている。センサ箱体１１の内
部には絶縁材（例えばセラミック）で形成された圧力伝
達部材１６が一端が受圧面１７の裏面に接するように設
けられ、他端には電極板１８を介して温度補償用コンデ
ンサ１５が接している。この温度補償用コンデンサ１５
としては、円筒型の圧電素子１３と同じ材質で分極され
ていない素子が使用されている。さらに、温度補償用コ
ンデンサ１５の圧力伝達部材１６との反対側には信号取
り出し金具１４が位置している。この信号取り出し金具
１４は、円筒形の圧電素子１３の内周に設けられた電極
と温度補償用コンデンサ１５の上面に設けられた電極を
電気的に接続し、リード線によってチャージアンプに導
いている。この円筒型の圧電素子１３としては、例えば
チタン酸鉛を主成分としてＭnやＬa等を加えたものが用
いられており、軸方向に分極を施されている。さらに圧
電素子１３の上端外周部分は上部固定ネジ１２によって
押さえ付けられている。この上部固定ネジ１２の締め付
け力によって圧電素子１３、信号取り出し金具１４、温
度補償用コンデンサ１５、電極板１８及び圧力伝達部材
１６を受圧面１７に押し付け、各部材の固定及び圧電素
子１３への予備応力を印加している。
ンサの一実施例について説明する。図１に本発明の実施
例における圧電型圧力センサの断面図を示す。同図中１
１は金属からなるセンサ箱体であり、このセンサ箱体１
１の一端にダイアフラム状に加工された受圧面１７を設
けている。この受圧面１７は被測定領域、例えば内燃機
関のシリンダ内に設置されている。センサ箱体１１の内
部には絶縁材（例えばセラミック）で形成された圧力伝
達部材１６が一端が受圧面１７の裏面に接するように設
けられ、他端には電極板１８を介して温度補償用コンデ
ンサ１５が接している。この温度補償用コンデンサ１５
としては、円筒型の圧電素子１３と同じ材質で分極され
ていない素子が使用されている。さらに、温度補償用コ
ンデンサ１５の圧力伝達部材１６との反対側には信号取
り出し金具１４が位置している。この信号取り出し金具
１４は、円筒形の圧電素子１３の内周に設けられた電極
と温度補償用コンデンサ１５の上面に設けられた電極を
電気的に接続し、リード線によってチャージアンプに導
いている。この円筒型の圧電素子１３としては、例えば
チタン酸鉛を主成分としてＭnやＬa等を加えたものが用
いられており、軸方向に分極を施されている。さらに圧
電素子１３の上端外周部分は上部固定ネジ１２によって
押さえ付けられている。この上部固定ネジ１２の締め付
け力によって圧電素子１３、信号取り出し金具１４、温
度補償用コンデンサ１５、電極板１８及び圧力伝達部材
１６を受圧面１７に押し付け、各部材の固定及び圧電素
子１３への予備応力を印加している。
【００１２】次に、本実施例の圧電型圧力センサの動作
について説明する。被測定領域の圧力が受圧面１７に加
わると、その力は圧力伝達部材１６、電極板１８、温度
補償用コンデンサ１５、信号取り出し金具１４を通して
圧電素子１３の下方内周部分に伝えられる。一方、圧電
素子１３の上方外周部分は上部固定ネジ１２によって押
さえられているので、圧電素子１３に剪断力が加えら
れ、この加えられた力に応じた電荷が圧電素子１３に発
生し、内外周に形成された電極（図示せず）に集められ
る。外周電極はセンサ箱体１１の内側側面と接してお
り、グランドに接地されている。また、内周電極は信号
取り出し金具１４に接しており、信号取り出し金具１４
を介して電荷を取り出している。
について説明する。被測定領域の圧力が受圧面１７に加
わると、その力は圧力伝達部材１６、電極板１８、温度
補償用コンデンサ１５、信号取り出し金具１４を通して
圧電素子１３の下方内周部分に伝えられる。一方、圧電
素子１３の上方外周部分は上部固定ネジ１２によって押
さえられているので、圧電素子１３に剪断力が加えら
れ、この加えられた力に応じた電荷が圧電素子１３に発
生し、内外周に形成された電極（図示せず）に集められ
る。外周電極はセンサ箱体１１の内側側面と接してお
り、グランドに接地されている。また、内周電極は信号
取り出し金具１４に接しており、信号取り出し金具１４
を介して電荷を取り出している。
【００１３】図２は本発明の模式図である。破線で囲ま
れた部分がセンサ内部であり、一点鎖線で囲まれた部分
はチャージアンプ２０である。このようなチャージアン
プでは、出力電圧ＥaはＥa＝−Ｑ／Ｃfで表され、圧電
素子２２で発生した電荷Ｑは全てフィードバックコンデ
ンサの容量Ｃfに移行し、出力のゲインはＣfの大きさに
よって決まるという特徴がある。すなわち、温度補償コ
ンデンサ２３はチャージアンプ２０のフィードバックコ
ンデンサとして接続されているため、圧電素子２２で発
生した電荷は全て温度補償コンデンサ２３に移行する。
ここで、温度補償コンデンサ２３は圧電素子２２と同じ
材質で構成されており、かつ同じ温度状態に置かれてい
るために、チャージアンプの出力を補正することが可能
となる。さらに、温度補償用コンデンサ２３の容量は電
極面積と電極間の距離によって決定されるため、実施例
の様な構成では、容易に温度補償用コンデンサの電極間
距離を変更することが可能であり、簡単にチャージアン
プのゲインを変更することが可能となる。
れた部分がセンサ内部であり、一点鎖線で囲まれた部分
はチャージアンプ２０である。このようなチャージアン
プでは、出力電圧ＥaはＥa＝−Ｑ／Ｃfで表され、圧電
素子２２で発生した電荷Ｑは全てフィードバックコンデ
ンサの容量Ｃfに移行し、出力のゲインはＣfの大きさに
よって決まるという特徴がある。すなわち、温度補償コ
ンデンサ２３はチャージアンプ２０のフィードバックコ
ンデンサとして接続されているため、圧電素子２２で発
生した電荷は全て温度補償コンデンサ２３に移行する。
ここで、温度補償コンデンサ２３は圧電素子２２と同じ
材質で構成されており、かつ同じ温度状態に置かれてい
るために、チャージアンプの出力を補正することが可能
となる。さらに、温度補償用コンデンサ２３の容量は電
極面積と電極間の距離によって決定されるため、実施例
の様な構成では、容易に温度補償用コンデンサの電極間
距離を変更することが可能であり、簡単にチャージアン
プのゲインを変更することが可能となる。
【００１４】
【発明の効果】以上のように、本発明では圧力伝達部材
と信号取り出し金具との間に圧電素子と同じ材質で、分
極していない温度補償用コンデンサを使用し、この温度
補償用コンデンサを、信号増幅回路であるチャージアン
プのフィードバックコンデンサとすることによって温度
補償を行う。
と信号取り出し金具との間に圧電素子と同じ材質で、分
極していない温度補償用コンデンサを使用し、この温度
補償用コンデンサを、信号増幅回路であるチャージアン
プのフィードバックコンデンサとすることによって温度
補償を行う。
【００１５】これによって、容易でかつ正確に温度補償
を可能にする。さらに、容易に温度補償用コンデンサの
容量を変更することが可能となり、簡単にチャージアン
プのゲインを変更することが可能となる。
を可能にする。さらに、容易に温度補償用コンデンサの
容量を変更することが可能となり、簡単にチャージアン
プのゲインを変更することが可能となる。
【図１】本発明の一実施例における圧電型圧力センサの
断面図
断面図
【図２】本発明の模式図
【図３】従来例における圧電型圧力センサの断面図
１０ コネクタ部 １１ センサ箱体 １２ 上部固定ネジ １３ 圧電素子 １４ 信号取り出し金具 １５ 温度補償用コンデンサ １６ 圧力伝達部材 １７ 受圧面 １８ 電極板 ２０ チャージアンプ ２１ センサ ２２ 圧電素子 ２３ 温度補償用コンデンサ ６１ センサ箱体 ６２ 受圧部 ６３ 圧力伝達部材 ６４ 圧電素子 ６５ 上部固定ネジ ６６ 電極取り出し金具
Claims (3)
- 【請求項１】受圧面を有する筒形の箱体と、前記箱体の
内部に設けられ、かつ一端が前記受圧面の裏側の面のほ
ぼ中央に接する圧力伝達部材と、前記箱体の内部に設け
られ、分極された筒形の圧電素子と、前記箱体の内部に
設けられ、前記圧電素子で発生した電荷を前記箱体外部
に取り出す信号取り出し部材と、前記箱体の内部に設け
られ、前記圧電素子と同じ材質で、分極されていないコ
ンデンサと、前記圧電素子、前記信号取り出し部材、前
記圧力伝達部材、前記コンデンサを、圧力を与えるなが
ら固定する固定部材とから構成され、前記信号取り出し
部材と前記圧電素子と前記コンデンサは、前記固定部材
と前記圧力伝達部材との間に配置され、前記圧力伝達部
材、前記信号取り出し部材、前記圧電素子、前記コンデ
ンサ、前記固定部材をほぼ同軸位置に配置し、前記コン
デンサと前記圧電素子を電気的に直列に接続することを
特徴とする圧電型圧力センサ。 - 【請求項２】前記圧電素子の出力の検出時に、増幅器と
してチャージアンプを用い、前記コンデンサを前記チャ
ージアンプのフィードバックコンデンサとすることを特
徴とする請求項１記載の圧電型圧力センサ。 - 【請求項３】前記コンデンサは電極を有し、前記圧力伝
達部材と前記信号取り出し部材との間に配置され、前記
信号取り出し部材によって、前記圧電素子に設けられた
電極と電気的に接続されることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の圧電型圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3223884A JPH0560643A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 圧電型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3223884A JPH0560643A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 圧電型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0560643A true JPH0560643A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16805221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3223884A Pending JPH0560643A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 圧電型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0560643A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006058084A (ja) * | 2004-08-18 | 2006-03-02 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
| JP2017009414A (ja) * | 2015-06-22 | 2017-01-12 | リオン株式会社 | 圧電センサ |
-
1991
- 1991-09-04 JP JP3223884A patent/JPH0560643A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006058084A (ja) * | 2004-08-18 | 2006-03-02 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
| JP2017009414A (ja) * | 2015-06-22 | 2017-01-12 | リオン株式会社 | 圧電センサ |
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