JP2016020857A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】片当たり時における振動検出針の変形等を防止しつつも、測定対象物の高温熱によって変形等が起こりにくい保持部材を備えたセンサ装置を提供すること。【解決手段】センサ装置１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に先端２１ｄが突出する状態で挿入され、先端２１ｄを測定対象物に接触させて押し込まれることによって振動を検出する振動検出針２１と、振動検出針２１が挿入されて振動検出針２１を保持する筒状の保持部材４０とを備える。保持部材４０は、樹脂材料で形成され、振動検出針２１をその軸方向に摺動可能に保持する摺動保持部４２と、摺動保持部４２の振動検出針２１の先端側において摺動保持部４２よりも耐熱性が高い材料で形成され、振動検出針２１が隙間を存して挿入されると共に、振動検出針２１が押し込まれた際に先端が測定対象物に直接または間接的に接する押込規制部４１とを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象物に押し当てて測定対象物の振動を検出するセンサ装置に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、測定対象物に押し当てて振動を検出するセンサ装置が知られている。このセンサ装置は、筒状のケーシング（保護管）に先端が突出する状態で挿入された振動検出針と、ケーシングに収容され且つ振動検出針が挿入されて該振動検出針を保持する筒状の保持部材（断熱管）と、保持部材の先端に設けられた熱電対とを備えている。このセンサ装置では、振動検出針を測定対象物の表面に押し当て熱電対が測定対象物に接するまで押し込むことによって、測定対象物の振動および温度が検出される。

特開平７−２７６２８号公報

ところで、特許文献１に開示のセンサ装置では、測定対象物が高温（例えば、３００℃以上）である場合、高温熱が熱電対を通じて保持部材に伝達され、保持部材が高温熱によって変形や損傷する虞があった。保持部材は、振動検出針をケーシングと同軸に保持することにより確実に芯出しを行うことが重要であるところ、振動検出針との摺動抵抗を小さくして、片当たり時における振動検出針の変形・損傷等を防止するという観点から樹脂材料（例えば、ＰＥＥＫ）で形成されており、そのため、測定対象物が樹脂材料の耐熱温度以上になると、高温熱による変形等が起こりやすくなる。こうして、保持部材が変形等することにより、振動検出針を適切に保持できない虞があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、片当たり時における振動検出針の変形・損傷等を防止しつつも、測定対象物の高温熱によって変形等が起こりにくい保持部材を備えたセンサ装置を提供することにある。

本発明は、筒状のケーシングと、該ケーシングに先端が突出する状態で挿入され、その突出端を測定対象物に接触させて押し込まれることによって上記測定対象物の振動を検出する振動検出針と、上記ケーシングに収容されると共に、上記振動検出針が挿入されて該振動検出針を保持する筒状の保持部材とを備えているセンサ装置を対象としている。そして、上記保持部材は、樹脂材料で形成され、上記振動検出針をその軸方向に摺動可能に保持する後部と、該後部の上記振動検出針の先端側において上記後部よりも耐熱性が高い材料で形成され、上記振動検出針が隙間を存して挿入されると共に、上記振動検出針が押し込まれた際に先端が上記測定対象物に直接または間接的に接する前部とを有しているものである。

本発明によれば、保持部材が、振動検出針が挿入され振動検出針をその軸方向に摺動可能に保持する樹脂製の後部を有するようにしたため、振動検出針の片当たり時における変形・損傷等を防止することができる。さらに本発明によれば、保持部材が、後部の振動検出針の先端側において後部の樹脂材料よりも耐熱性が高い材料で形成され、振動検出針が隙間を存して挿入されると共に、振動検出針が押し込まれた際に先端が測定対象物に直接または間接的に接する前部を有するようにした。そのため、振動検出針が押し込まれて保持部材の前部が測定対象物に直接または間接的に接した際、前部が測定対象物の高温熱によって変形するのを抑制することができる。これにより、前部が変形して振動検出針に接することにより振動検出針の軸芯がずれる事態を防止することができる。以上より、片当たり時における振動検出針の変形・損傷等を防止しつつも、測定対象物の高温熱によって変形が起こりにくい保持部材を備えたセンサ装置を提供することが可能である。

図１は、実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、実施形態に係るセンサ本体の概略構成を示す断面図である。 図３は、実施形態に係るセンサ本体の要部を拡大して示す断面図である。 図４は、実施形態に係るセンサ本体を先端側から視て示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示す本実施形態のセンサ装置１は、図示しない固定器具に連結して測定対象物（例えば、スチームトラップ）に固定し、該測定対象物の振動および温度の２つを検出する、いわゆる固定タイプのセンサである。

センサ装置１は、センサ本体２と、アンテナ３と、接続軸４とを備えている。接続軸４は、中空軸であり、両端がナット５，６によってセンサ本体２とアンテナ３に連結されている。アンテナ３は、図示しないが、信号処理回路や発信部が内蔵されており、センサ本体２によって検出された測定対象物の温度および振動に関する信号が送られる。

図２に示すように、センサ本体２は、ケーシング１０と、振動検出機構２０と、温度検出機構３０（熱電対）と、保持部材４０とを備えている。

ケーシング１０は、略円筒状に形成され、大径部１１および小径部１２を有する。大径部１１の外周面には、上述したナット５が締結される雄ねじ部１１ａが形成されている。小径部１２の外周面には、上述した固定器具に締結される雄ねじ部１２ａが形成されている。

振動検出機構２０は、振動検出針２１と、２つの圧電素子２２，２３と、２つの電極板２４，２５と、ウエイト２６とを備え、測定対象物の振動を検出（測定）するものである。

振動検出針２１は、細長い棒状の部材であり、ケーシング１０に挿入されている。振動検出針２１は、基端側（図２において左側）から順に、大径部２１ａ、中径部２１ｂおよび小径部２１ｃが形成されている。振動検出針２１は、先端２１ｄがケーシング１０の小径部１２から突出する状態でケーシング１０に挿入されている。振動検出針２１の大径部２１ａには、第１圧電素子２２、第１電極板２４、第２圧電素子２３、第２電極板２５およびウエイト２６が順にケーシング１０内において配置されている。振動検出針２１の大径部２１ａ、圧電素子２２，２３、電極板２４，２５およびウエイト２６は、ウエイトカバー２７によって覆われている。

また、ケーシング１０内には、ウエイトカバー２７を振動検出針２１の先端２１ｄ側（図２において右側）へ付勢するばね２８が設けられると共に、該ばね２８の抜け出しを防止する止め輪２９が設けられている。振動検出針２１の大径部２１ａ、圧電素子２２，２３および電極板２４，２５は、ウエイト２６の重力によって互いに密接している。２つの電極板２４，２５は、それぞれ信号線Ｓによってアンテナ３の信号処理回路に接続されている。つまり、信号線Ｓはセンサ本体２から接続軸４内を通ってアンテナ３内まで配線されている。

図３および図４にも示すように、温度検出機構３０は、接触板３１（伝熱板）と、２本の熱電対線３２，３３とを備え、測定対象物の温度を検出（測定）するものである。接触板３１は、略環状の板部材であり、周方向における一部が後方（図２において左側）に折り曲げられている。なお、後で詳述するが、接触板３１は保持部材４０の先端に設けられている。２本の熱電対線３２，３３は、一端が接触板３１に接続され、他端がアンテナ３の信号処理回路に接続されている。つまり、熱電対線３２，３３はケーシング１０内および接続軸４内を通ってアンテナ３内まで配線されている。なお、２本の熱電対線３２，３３は、例えば、一方がアルメル線で、他方がクロメル線である。

保持部材４０は、振動検出針２１と接触板３１を保持するものである。図３および図４にも示すように、保持部材４０は、略円筒状に形成され、ケーシング１０の小径部１２の先端側に収容（挿入）されている。

保持部材４０には、それぞれ軸方向（図２において左右方向）に延びる、１つの検出針用孔４３と、２つの熱電対線用孔４４，４５とが形成されている。検出針用孔４３は、保持部材４０の中央に形成された貫通孔であり、振動検出針２１の小径部２１ｃが挿入されている。熱電対線用孔４４，４５は、検出針用孔４３を間に置いて１８０°ずれた位置に形成された貫通孔であり、熱電対線３２，３３が挿通されている。振動検出針２１は、先端２１ｄが保持部材４０から突出する状態で保持部材４０に挿入されている。

そして、保持部材４０は、その軸方向（図２において左右方向）に順に形成された押込規制部４１および摺動保持部４２を有している。つまり、保持部材４０において、押込規制部４１は摺動保持部４２の前側（図２において右側、即ち振動検出針２１の先端２１ｄ側）に連続して形成（一体形成）されている。押込規制部４１および摺動保持部４２は、それぞれ、本発明に係る保持部材４０の前部および後部を構成している。

保持部材４０の摺動保持部４２は、小径部４８と大径部４９を有し、大径部４９がケーシング１０の小径部１２と嵌合している。摺動保持部４２の中央には、検出針用孔４３の一部を構成する後部孔４３ｂが形成されており、振動検出針２１の小径部１２が挿入されている。保持部材４０の摺動保持部４２は、振動検出針２１の小径部１２をその軸方向（図２において左右方向）に摺動可能に保持している。保持部材４０の摺動保持部４２は、樹脂材料（例えば、ＰＥＥＫ）で形成されている。なお、ケーシング１０内には保持部材４０をケーシング１０の先端側（図２において右側）へ付勢するばね５１が設けられており、保持部材４０では摺動保持部４２の大径部４９がばね５１の受け部材になっている。

保持部材４０の押込規制部４１は、先端に平面視環状の段差部４６が形成されており、この段差部４６に温度検出機構３０の接触板３１が嵌め込まれている。押込規制部４１の外周面には、その周方向に亘って突起４７が形成されている。保持部材４０は、押込規制部４１の突起４７が、ケーシング１０の小径部１２の内面に形成された段差部１２ｂに接しており、これにより、ケーシング１０からの抜け出しが防止される。

押込規制部４１の中央には、検出針用孔４３の一部を構成する前部孔４３ａが形成されており、振動検出針２１の小径部１２が挿入されている。前部孔４３ａの径は、振動検出針２１の小径部１２の外径よりも大きい。つまり、保持部材４０の押込規制部４１は、振動検出針２１が隙間を存して挿入されている。なお、振動検出針２１は先端２１ｄが接触板３１の端面から突出する状態で設けられている。そして、保持部材４０の押込規制部４１は、摺動保持部４２の樹脂材料よりも耐熱性が高く且つ熱伝導率が低い材料で形成されている。例えば、押込規制部４１はセラミックで形成されている。

本実施形態のセンサ装置１は、センサ本体２とアンテナ３とが接続軸４によって接続された状態（即ち、図１に示す状態）でセンサ本体２のケーシング１０が固定器具に連結される。これにより、センサ装置１はセンサ本体２が測定対象物に接した状態で固定される。こうして測定対象物に固定されたセンサ本体２では、振動検出針２１が測定対象物に接した状態でケーシング１０内に押し込まれ、それによって、接触板３１が測定対象物に接する。つまり、振動検出針２１が押し込まれることによって、保持部材４０の押込規制部４１（即ち、保持部材４０の先端）は接触板３１を介して間接的に測定対象物に接した状態となる。つまり、押込規制部４１は、測定対象物に間接的に接することによって振動検出針２１の押し込みを規制し、測定対象物に対してセンサ装置１を支持する。

センサ装置１では、振動検出針２１が押し込まれることによって、測定対象物の機械的振動が振動検出針２１に伝わり、圧力変動として圧電素子２２，２３に作用する。これに応じて圧電素子２２，２３に電圧変動が生じ、この電圧変動に関する信号が電極板２４，２５から信号線Ｓを介してアンテナ３の信号処理回路に送られて測定対象物の振動が検出（測定）される。また、センサ装置１では、測定対象物の熱（高温熱）が接触板３１に伝わり、２本の熱電対線３２，３３において電位差が生じる。そして、この電位差に関する信号がアンテナ３の信号処理回路に送られて測定対象物の温度が検出（測定）される。つまり、本実施形態の温度検出機構３０は振動検出針２１が押し込まれることによって測定対象物に接して該測定対象物の温度を検出する。以上のようにして検出された測定対象物の振動および温度の数値は、アンテナ３の発信部から別の受信部（図示省略）へ無線送信される。

上記実施形態のセンサ装置１によれば、保持部材４０において、振動検出針２１が挿入され振動検出針２１をその軸方向に摺動可能に保持する樹脂製の摺動保持部４２を備えるようにした。そのため、片当たり時における振動検出針２１の変形・損傷等を防止することができる。

さらに、保持部材４０は、摺動保持部４２の前側（振動検出針２１の先端２１ｄ側）において摺動保持部４２の樹脂材料よりも耐熱性が高い材料（上記実施形態では、セラミック）で形成され、振動検出針２１が隙間を存して挿入される押込規制部４１を備えるようにした。そのため、振動検出針２１が押し込まれて保持部材４０の押込規制部４１が接触板３１を介して間接的に測定対象物に接した際、押込規制部４１が測定対象物の高温熱によって変形するのを抑制することができる。これにより、押込規制部４１が変形して振動検出針２１に接することにより振動検出針２１の軸芯がずれる事態を防止することができる。以上より、上記実施形態によれば、片当たり時における振動検出針２１の変形・損傷等を防止しつつも、測定対象物の高温熱によって変形が起こりにくい保持部材４０を備えたセンサ装置１を提供することが可能である。

さらに、上記実施形態では、保持部材４０の押込規制部４１を、例えばセラミックのような熱伝導率が低い材料で形成するようにした。そのため、振動検出針２１が押し込まれて押込規制部４１が接触板３１を介して間接的に測定対象物に接した際、測定対象物の高温熱が接触板３１から押込規制部４１を通じて摺動保持部４２に伝導するのを抑制することができる。よって、保持部材４０の摺動保持部４２が測定対象物の高温熱によって変形するのを抑制することができる。

また、上記実施形態のセンサ装置１によれば、さらに温度検出機構３０を設けているため、測定対象物の振動だけでなく温度も測定することができる。しかも、温度検出機構３０を保持部材４０の押込規制部４１の先端に設けて振動検出針２１が押し込まれることによって測定対象物に接触させるようにしているため、振動の検出動作と同時に温度の検出動作を行うことができる。よって、測定作業を簡略化させることができる。そして、こうした場合でも、上述したように、保持部材４０において測定対象物の高温熱が温度検出機構３０（接触板３１）から押込規制部４１を通じて摺動保持部４２に伝導するのを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、セラミックに限らず、耐熱性が高く且つ熱伝導率が低い、樹脂材料、金属材料または複合材料等で押込規制部４１を形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態の保持部材４０では、押込規制部４１と摺動保持部４２とを一体形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、押込規制部４１と摺動保持部４２とを接着剤で接合させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、測定対象物に固定して振動等を測定するセンサ装置１について説明したが、本発明は、作業者が手で持って測定対象物に押し当てて測定するハンディタイプのセンサ装置１についても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本発明のセンサ装置１は、温度検出機構３０を省略して、振動検出針２１が押し込まれることによって保持部材４０の押込規制部４１が直接に測定対象物に接するものであっても同様に適用することができる。

また、上記実施形態では、保持部材４０の押込規制部４１が振動検出針２１の押し込みを規制するようにしたが、本発明はこれに限らず、例えばケーシング１０における小径部１２の先端が測定対象物に接することにより振動検出針２１の押し込みが規制されてもよい。

本発明は、振動検出針を測定対象物に押し当てて測定対象物の振動を検出するセンサ装置について有用である。

１ センサ装置
１０ ケーシング
２１ 振動検出針
４０ 保持部材
４１ 押込規制部（前部）
４２ 摺動保持部（後部）

Claims (3)

1. 筒状のケーシングと、
   上記ケーシングに先端が突出する状態で挿入され、その突出端を測定対象物に接触させて押し込まれることによって上記測定対象物の振動を検出する振動検出針と、
   上記ケーシングに収容されると共に、上記振動検出針が挿入されて該振動検出針を保持する筒状の保持部材とを備えているセンサ装置であって、
   上記保持部材は、
   樹脂材料で形成され、上記振動検出針をその軸方向に摺動可能に保持する後部と、
   上記後部の上記振動検出針の先端側において上記後部よりも耐熱性が高い材料で形成され、上記振動検出針が隙間を存して挿入されると共に、上記振動検出針が押し込まれた際に先端が上記測定対象物に直接または間接的に接する前部とを有していることを特徴とするセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   上記保持部材の前部の先端に設けられ、上記振動検出針が押し込まれることによって上記測定対象物に接して該測定対象物の温度を検出する熱電対を備えていることを特徴とするセンサ装置。
3. 請求項１または２に記載のセンサ装置において、
   上記保持部材の前部は、セラミックで形成されていることを特徴とするセンサ装置。
   

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