JPS59192937A - 流体の特性測定装置 - Google Patents

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】 本発明は流体中に設けた振動物体の振動挙動より流体の
粘度あるいは密度等の特性を知る流体の特性測定装置に
関するものである。

この種の測定装置としては従来流体の粘度を測定する振
動片粘度計が知られている。これは流体中に薄い金属片
を挿入し、その自白振動の減衰率から流体の粘度を測定
するものであるが、上記金属片を振動せしめ、あるいは
金属片の変位量を検出する回路や機構が必要なため装置
全体か大形となる上に、耐久性にも欠け、車両等への搭
載は不可能であった。

本発明は、コンパクトでかつ寿命の長い流体の特性測定
装置を提供することにより、上記従来装置の不具合を解
消することを目的とするもので、本発明の流体の特性測
定装置は流体中に挿置した圧電振動子と、該振動子に一
体的に設けた磁性体よりなる振動部材と、振動部材に周
期的に磁界を作用せしめて振動部材を振動させるべく配
設した励振用電磁コイルと、励振用電磁コイルに励振信
号を送出する励振回路と、上記振動部材と一体に振動す
る圧電振動子の出力信号を受信する受信回路と、受信信
号の挙動より流体の特性を算出する演算回路を具備して
いる。

以下、本発明を図示の実施例により説明する。

第１図ないし第７図は本発明の第１の実施例を示すもの
で、各図に従い構成と作動を併せて説明する。

第１図において１は圧電振動子で、２枚の圧電体板１１
１、ｌｌｂを、これらの間に磁性体よりなる板状の振動
部材１２を介在せしめて接合しである。圧電体板１１ａ
、ｌｌｂは分極方向を板厚方向に対して反対としてあり
、各圧電体板１１ａ、１１ｂの外側面にはそれぞれ９３
１８Ｌ、１８ｂを設けていわゆるバイモルフ形の振動子
としである。

圧電振動子１は全体を絶縁性樹脂１４でコーティングし
である。

振動子１の近傍に配設した絶縁性樹脂ｑりなる棒状の支
持部材２内には電磁コイル６が埋設してあり、該電磁コ
イル６の磁界が上記磁性体製の振動部材１２に作用する
ようにしである。

上記振動子１および支持部材２は取付用部材４に固定し
である。

取付用部材４は段付きの肉厚円筒形で、小径部外周には
取付用ネジ部４ａが形成しである。

筒内には絶縁性樹脂４１が封着してあり、上記振動子ｌ
および支持部材２の各一端が樹脂４１円に埋設固着しで
ある。一方、振動子１の電極１８ａ、　１８ｂおよび支
持部材２内の電磁コイル６にはそれぞれ、樹脂４１を経
て外部へ延びるリード線５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂノ一端
が接続しである。

なお、第１図のＡ矢視図を第２図に示す。

上記リード線６ａ、５ｂにより電磁コイル６にパルス電
圧を印加すると、電磁コイル６はこれに応じてパルス状
に磁界を発生し、振動子１円の振動部材１２は電磁力を
受けて周期的にコイル６方向に吸引される。これにより
、振動子１は第１図の左右方向にわん曲振動せしめられ
、リード線５ａ、　５ｂ間にはその振動方向に応じて極
性か変わり、振動振幅に応じて大きさが変わる出力電圧
が現われる。

かくの如く励振用電磁コイルにより振動せしめられる圧
電振動子ｌを使用して流体の粘性測定装置を構成し、本
装置にて内燃機関のオイルの劣化検知をした例を以下に
説明する。

第３図において、圧電振動子ｌはエンジンＥノオイＪｌ
／　ハ：／　Ｅ　ｌの底部に装着され、オイル中に挿入
しである。そして、リード線５ａ、５ｂ５ａ、５ｂによ
り信号処理回路８ｏに接続しである。３１は温度センサ
で、その感温部はオイル中に挿入しである。８２はオイ
ル劣化警告灯、８３はバッテリである。上記温度センサ
８１゜警告灯３２、バッテリ３３はいずれも信号処理回
路３０に接続しである。

第４因に信号処理回路８ｏの構成を示す。図中８ＯＡは
温度検出器、８０Ｂ　、　８０１１１．ｔＡ／Ｄコンバ
ータ、３０Ｃはパルスジェネレータ、３０Ｄは定電流回
路、３’ＯＥは差動アンプ、８０Ｆハｍ　ｍ　回路、８
０Ｇは平滑回路、ｉＩ、８０にはインターフェース回路
、３０Ｊは主演算回路である。

温度センサ３１の出力信号は温度検出器３０Ａに入力さ
れ、ここで所定の電圧レベルに変換された後、Ａ／Ｄコ
ンバータ８０Ｂにてデジタル値に変換され、温度データ
Ｔとして主演算回路８０Ｊに読み込まれる。

パルスジェネレータ３０Ｃは圧電振動子１の固有振動数
に等しい周波数のパルス出力信号を発する。この出力信
号は定電流回路８０Ｄより励振信号としてリード線６ａ
、６ｂを経て電磁コイル６に与えられ、これに応じて振
動子ｌが振動する。

一方、振動子ｌの出力信号はリード線５ａ、５ｂを経て
差動アンプ８０Ｅに入力され、増幅された後、整流回路
３０Ｆ１平滑回路ＢＯＧによりその振幅に比例した直流
信号Ｖｌに変換されＡ　７　Ｄコンバータ８０Ｋにてデ
ジタル値に変換されて振幅テークＡとして主演算回路８
０Ｊに読み込まれる。

オイル劣化警告灯８２はインターフェース回ＦＭ１８０
Ｋに接続してあり、主演算回路８０Ｊの出力信号により
点灯する。

ところで、上記振幅データＡと流体の粘度Ｃとは第５図
に示す如く、反比例関係にある。また、流体の粘度Ｃと
オイルの劣化度とは第６図に示す如く、温度をパラメー
タとして一義的に定まる。図中、線に、１３．ｍはこの
順に温度が低い。

そこで、主演算回路８０Ｊでは第７図に示す手順でオイ
ルの劣化を検知する。すなわち、ステップ７０１にて温
度データＴと振幅データＡを読み込む。ステップ７０２
では振幅データＡよりオイルの粘度Ｃを算出し、続くス
テップ、７０Ｂにて読み込み温度Ｔにおけるオイルの劣
・　　化限界粘度Ｃｏ■と比較する。その結果、粘度Ｃ
カＰＭ界粘度Ｃｏ　（Ｉ’）を越えているとステップ７
０４にて警告表示灯８２（第４図参照〕を点灯し、運転
者に注意を促す。

このように、本発明の流体特性測定装置はオイル中に設
けられ、磁性体よりなる振動部材を一体的に設けた圧電
振動子を励振用電磁コイルにて強制振動せしめ、圧電振
動子の出力信号の振幅を測定することにより正確にオイ
ルの粘度を算出し、これに基ついてオイルの劣化を検知
するもので、振動物体として圧電振動子を使用でること
により装置全体を極めてコンパクトになし、車両等への
搭載を可能としたものである。

なお、圧電振動子１は第８図ないし第１８図に示す構造
としても第１の実施例と同様の効果かある。

すなわち、第８図において圧電体板１１ａ、ｌｌｂは分
極方向を板厚方向に同一・とじ、これらの間に介在せし
めた振動部材１２にはリード線５ａを接続して電極を兼
用し、電極１３ａ、　ｔａｂには共通のリード線５ｂを
接続していわゆる並列形のバイモルフ振動子としである
。

第９図は一枚の圧電体板１１によって振動子１を構成し
たもので、圧電体板１１の両面に電＆１８ａ、１８ｂを
設け、振動部材１２は電極１３ａの外側に設けである。

第１θ図は第９図に示す振動子１を半円形にわん曲せし
め、両端部を取付用部材４に固定したもので、電磁コイ
ル６は振動子１の凹面内部に設けである。そして、電磁
コイル６により生じるパルス状の磁界により振動子１の
わん曲面が上下に振動し、リード線５ａ、５ｂに出力信
号が得られる。

なお、電磁コイル６は凹面の外部に設けても良い。

振動子１は第１１図、第１２図に示す如く円筒状として
も良＜、電磁コイル６は円筒内部に設けである。そして
、電磁コイル６により生じるパルス状の磁界により振動
子１の側壁が内外方にわん曲振動し、リード線５ａ、５
ｂに出力信号が得られる。

なお、振動子１は筒状の両端をともに固定端としても良
く、また両端をともに自由端としても良い。電磁コイル
６は部外に設けてももちろん良い。

上記第１の実施例では振動子ｌを強制振動せしめ、その
振動振幅より流体の粘度を測定したが、振動子１を自由
振動せしめてその振動減衰率より流体の粘度を測定する
ようにしても良い。

第１３図ないし第１５図は本発明の第２の実施例を示す
もので、上記振動子１を使用して液体の密度測定装置を
構成した例である。

第１３図において、測定容器３４内には試料液体りが満
たしてあり、圧電振動子１は上記液中に挿入しである。

振動子１は信号処理回路８０に接続され、処理回路８０
には表示器３５および電源３６が接続しである。

第１４図に信号処理回路８０の回路構成を示す。パルス
ジェネレータ３０ＣはＤ７Ａコンバータ３０Ｐに接続さ
れており、主演算回路８０Ｊより出力される周波数設定
テークＦにより、そのパルス出力信号の周波数を変える
。表示器３５はインターフェース回路８０Ｋに接続して
あり、主演算回路３０Ｊより出力される液体りの密度値
を表示する。

他の回路構成は第１の実施例と同じである。

第１５図は主演算回路における液体密度の算出手順を示
すもので、周波数設定テークＦによりパルスジェネレー
タ３０Ｃのパルス周波数を順次太きくして各周波数にお
ける受信信号の振幅テークＡを読み込み、振幅データＡ
が最大値を示す周波数より流体の密度を算出するもので
ある。

すなわち、ステップ１４１にて周波数設定テータ用しジ
スク■および振幅テーク用レジスタ（Ａｏ）をクリアす
る。ステップ１４２にてレジスタ（ト）の内容を所定の
角周波数△ωだけ増し、周波数設定データＦとしてＤ／
Ａコンバータ３０Ｐに出力する。

ステップ１４３では上記設定テークＦに基づいて発信さ
れた励振信号による受信信号の振幅データＡを読み込む
。この振幅テークＡがレジスタ（Ａｏ）の内容よりも大
きい場合にはステップ１４４よりステップ１４５に進ん
でレジスタ（Ａｏ）に振幅テークＡを記憶し、ステップ
１４２以降を繰り返す。

一方、振幅データＡがレジスタ（Ａｏ）の内容よりも大
きくない場合、すなわち最大値を示した場合にはステッ
プ１４４よりステップ１４６に進む。ステップ１４６で
は最大値を示した振幅テークＡと、この時の周波数テー
クＦより振動子１の固有角振動数ωｎを算出する。そし
て、続くステップ１４７で固有角振動数ωｎに基づいて
液体りの密度ρを算出し、ステップ１４８では算出した
密度ρを表示器３５（第１４図参照）に表示する。

このように、本発明の流体特性測定装置は圧電振動子の
固有振動数より流体の密度を算出するもので、振動物体
として圧電振動子を使用したことにより装置は極めてコ
ンパクトである。

ここで、密度を測定する対象は液体に限らず、気体でも
良い。

なお、振動子１を自由振動せしめ、その振動数より流体
密度を算出する方法も可能である。

以上の如く、本発明の流体の特性測定装置は流体中に挿
置した圧電振動子に磁性体まりなる振動部材を一体的に
設けるとともに、電磁コイルにより上記振動部材に周期
的に磁界を作用せしめて圧電振動子を振動せしめ、その
振動挙動より流体の粘度あるいは密度等を測定するもの
で、振動物体として圧電振動子を使用することにより、
装置の小型化および耐久性の向上を実現し、特に車両等
−＼搭載して優れた性能を発揮するものである。

なお、圧電振動子の振動振幅と振動数の両者を同時に測
定すれば、液体の粘度と密度をより正確に同時に求める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図は圧電振動子の断面図、第２図は第１図のＡ
矢視図、第３図は本発明の装置をオイルの劣化検知（こ
使用した装置構成図、第４図は信号処理回路の構成を示
すブロック図、第５図は振幅と粘度の関係を示す図、第
６図は粘度とオイルの劣化度の関係を示す図、第７図は
主演算回路の演算フローチャートである。 第８図ないし第１１図は圧電振動子の断面図、第１２図
は第１１図を上方より見た平面図である。 第１３図ないし第１５図は本発明の第２の実施例を示す
もので、第１３図は本発明の装置を流体の密度測定に使
用した装置構成図、第１４図は信号処理回路の構成を示
すブロック図、第１５図は主演算回路の演算フローチャ
ートである。 １・・・圧電振動子　　　１２・・・振動部材６・・・
励振用電磁コイル３０・・・信号処理回路８００・・・
励振回路（ハルスジエネレータ）８０Ｅ・・・受信回路
（差動アンプ） ３０Ｊ・・・主演算回路 第５図　　　　　　　第６図 第７図 第１１図 第８図　　　　　　　第９図 第１０回 第１２図 第１３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　流体中に挿置した圧電振動子と、該振動子に
   一体的に設けた磁性体よりなる振動部材と、振動部材に
   周期的に磁界を作用せしめて振動部材を振動させるべく
   配設した励振用電磁コイルと、励振用電磁コイルに励振
   信号を送出する励振回路と、上記振動部材と一体に振動
   する圧電振動子の出力信号を受信する受信回路と、受信
   信号の挙動より流体の特性を算出する演算回路とを具備
   する流体の特性測定装置
2. （２）上記演算回路は受信信号の振動振幅の変化より流
   体の粘度を算出する特許請求の範囲第１項記載の流体の
   特性測定装置。
3. （３）上記演算回路は受信信号の振動数の変化より流体
   の密度を算出する特許請求の範囲第１項記載の流体の特
   性測定装置。