JPH02162214A - 測温機能を有する圧電型機械量測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、常設型設備診断装置等に利用される圧電型セ
ンサを使用した機械量（加速度、圧力、力、ｅｔｃ　）
測定装置に関するものである。

（従来の技術） 回転機器、往復運動機器等の駆動モータとか回転部分さ
らには摺動部分には、これらの部分に異常振動が発生し
たならば、この異常振動を検出する圧電型加速度センサ
が、また油圧系統等の圧力が作用する箇所には圧電型動
圧センサ等の圧電型センナが常設されおり、この圧電型
センサの検出出力を見て設備の診断を行う常設型設備診
断装置が取付けられている。

この常設型設備診断装置に使用されている圧電型センサ
は、前記した設備の回転部分とか摺動部分または油圧系
統の異常を直接検出するために、この取付は箇所である
回転部分または摺動部分支持部さらには油圧系統に直接
取付けられている。

ところで、設備の異常事態を発見する手段としては、上
記した機械量の異常の検出とは別に、該当する回転部分
または摺動部分支持部さらには油圧系統の異常温度上昇
を監視するのも有効な手゛段として認められている。

このため、従来の常設型設備診断装置は、圧電型センサ
を使用した異常検出手段と、赤外線温度センサとかサー
ミスタ等の温度センサを使用した異常温度検出手段とを
併設し、両センサの出力を監視することにより、より安
全な健全性評価を得るようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来の常設型設備診断装置は、圧電型セン
サと温度センサとを設け、両センサの出力を監視してよ
り安全な健全性評価を得ているのであるが、前記したよ
うに圧電型センサおよび温度センサが取付けられる設備
箇所は、回転部分とか摺動部分とかの可動部支持部分ま
たは油圧等の圧力系統であり、このため両センサの取付
けに大きな制約を受けることが多（、スペース的に何れ
か一方のセンサしか取付けることができない場合がしば
しば生している。

また、一つの機械設備には多数の診断必要箇所があり、
各箇所のそれぞれに二つのセンサを取付けることは、そ
の取付は作業が面倒となるばかりか取付けのための専用
の構造部分を必要とすると云う問題があり、さらに各セ
ンサからの長いリード線の量が多くなると云う問題があ
る。

さらに、両センサは、その取付は箇所に全く同じ条件で
取付けられる必要があるが、両センサは元々が別物体で
あるので、全く同じ条件で取付けること自体が不可能で
あり、このため両センサからの検出結果の評価は、現場
での両センサの取付は条件を考慮して設定調整する必要
があり、その評価設定が極めて面倒であった。

そこで本発明は、上記した従来技術における問題点を解
消すべく創案されたもので、設備に常設されている圧電
型センサは、設備異常に伴う発熱部である回転部分また
は摺動部分支持部さらには圧力系統に常接した状態で取
付けられており、この発熱部と殆ど熱平衡状態となって
、その温度は発熱部と同じであること、および上記圧電
型センサはその感応素子である圧電体の寸法および誘電
率で決まる静電容量を持っており、かっこの静電容量は
検出対象部分である回転部分または摺動部分支持部さら
には圧力系統部分等の温度に従って変化することを利用
して、圧電型センサにより、この圧電型センサの取付け
られた設備箇所の機械量の異常と温度とを検出すること
を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の手段は、 機械設備の所定箇所に直接接触した状態で取付けられた
圧電型センサを有すること、 この圧電型センサの出力を人力して、圧電型センサの電
荷出力または電圧出力を測定する機械量測定回路を有す
ること、 この機械量測定回路の出力値を表示する機械量表示計を
有すること、 圧電型センサの圧電体の静電容量を測定する静電容量測
定回路を有すること、 この静電容量測定回路と圧電型センサとの組合せ回路に
電力を供給する測定電源部を有すること、圧電型センサ
を機械量測定回路または静電容量測定回路に切替え接続
する切替えスイッチを有すること、 静電容量測定回路で測定された静電容量を温度に変換す
る演算回路を有すること、 この演算回路の演算結果を表示する温度表示計を有する
こと、 にある。

すなわち、本発明の圧電型機械量測定装置は、従来の加
速度測定用または圧力測定用さらには力測定用、その他
の圧電型センサを使用した機械量測定装置に、静電容量
測定回路と測定電源部と演算回路と温度表示計とを追加
し、この追加された回路を圧電型センサに対して切替え
スイッチにより切替え接続する構成となっているのであ
る。

〔作用〕

機械設備の診断目的箇所に直接接触した状態で取付けら
れた圧電型センサから得られる検出信号は、この検出信
号をチャージアンプで測定することにより電荷出力信号
となり、また電圧アンプで測定することにより電圧出力
信号となる。

この圧電型センサから得られる単位機械量当たりの電荷
信号および電圧信号は、縦軸にレスポンスをとり、横軸
に温度をとると、第６図に示す特性を描くことになる。

すなわち、電荷感度特性すは、設備の診断目的箇所の温
度とほぼ比例して変化し、反対に電圧感度特性Ｃは、設
備の診断目的箇所の温度にほぼ反比例して変化する。同
様に、圧電型センサの感応体であるジルコン酸チタン酸
鉛磁器強誘電体等の圧電体は、圧電定数とキュリー点で
最大値を示す誘電定数（誘電率）を持っているので、圧
電体の寸法および誘電率で決まる静電容量をもっており
、しかもこの静電容量は第６図の静電容量特性ａに示す
ように温度にほぼ比例して変化するものとなっている。

そこで、圧電型センサの出力を機械量測定回路で測定し
、その結果を機械量表示計に表示して圧電型センサ本来
の設備の異常検出動作を行い、これとは別にこの異常検
出動作と相前後して、切替えスイッチを静電容量測定回
路側に切替えて圧電型センサの静電容量を測定し、この
測定結果を演算回路に入力する。

演算回路では、この入力された静電容量を温度に変換し
て温度表示計に温度値として出力表示するのである。

このように、本発明による圧電型機械量測定装置は、一
つの圧電型センサにより、この圧電型センサの取付けら
れた設備箇所の機械量の異常と温度とを同時に検出する
ことができる。

また、一つの圧電型センサから機械量信号と静電容量信
号とを検出するので、この機械量と温度とは全く同じ条
件で検出されたことになり、これにより雨検出信号の検
出条件の整合性を得るための処理は全く必要ない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の最も基本的な回路構成を示す回路図
で、図中１は圧電型センサで、この圧電型センサ１には
切替えスイッチ２が接続されており、この切替えスイッ
チ２の一方の切替え接点には、機械量測定回路３と機械
量表示計４との回路が接続されて、設備の機械量の異常
診断部が構成されている。また、切替えスイッチ２の他
方の切替え接点には、温度表示計８を接続した演算回路
７をその出力端子に接続した静電容量測定回路５と測定
電源部６との回路が接続されて、設備の異常温度診断部
が構成されている。

圧電型センサ１は、従来から周知のものであって、その
構造は、例えば第２図に示す圧電型加速度センサの場合
、上面に圧電体１ｆを密に覆って収納するためのケース
１ｂを一体に設けると共に、下面に機械設備の設置目的
箇所に直接接触状態で取付けるための取付はネジ孔１ｄ
を形成し、さらに側面に検出信号取出しのためのリード
線を引き出す出力コネクタｌｃを形成したベース１ａの
、前記ケースｉｂで覆われた上面中央に固定ボルト１ｅ
を一体に起立膜し、この固定ポルＨｅに円リング板形状
をした二つの圧電体１ｆ、１ｆを重合わせた姿勢で嵌合
組付けすると共に、この側圧電体ｌｆ上に肉厚円筒形状
をした重錘１ｇを嵌合組付けし、この両正電体１ｆと重
錘１ｇとの組合せ物を固定ボルトｌｅの上端に螺合組付
けされる固定ナラｌ−１ｈで締付は固定した構造となっ
ている。

この圧電型センサｌである圧電型加速度センサとしては
、第２図に示された構造に限定されることはなく、例え
ば固定ポルＨｅの途中に肉厚円筒形状の圧電体ｉｆを固
定し、この圧電体１ｆの外周面に肉厚円筒形状の重錘１
ｇを固定した構造であっても良い。また、圧電型センサ
ｌとしては、第２図に示された圧電型加速度センサに限
定されることはなく、第３図に示した構造の圧電型動圧
センサであっても良い。この第３図に示された圧電型動
圧センサは、壁体Ａが受ける流体の動圧を計測するもの
で、壁体Ａに穿設された貫通孔Ａｌに密嵌入する組付は
筒１ｍを枠体１ｊの底板１ｋから突設したケース体１ｉ
と、組付は筒１ｍ内に組付けられて、壁体Ａの受圧面側
に受圧面が露出する剛体製の受圧ピース１ｎと、底板１
にと受圧ピース１ｎとによって挟持された圧電体１ｆと
、作用する動圧に対して組付は筒１ｍで支持された状態
で組付は筒１ｍ内周面と受圧ピース１ｎ外周面との間に
密接配置されたＯリング１ｐとから構成されている。

機械量測定回路３は、圧電型センサ１の電荷出力を測定
する構成であっても、電圧出力を測定する構成であって
も良い。電荷出力を測定する場合には、第４図（ａ）に
示すように、出力端に反転素子を接続した反転電圧アン
プ３ａとコンデンサＣとの並列回路であるチャージアン
プで構成し、電圧出力を測定する場合には、第４図（ｂ
）に示すように、電圧アンプ３ｂとこの電圧アンプ３ｂ
の入力端に並列接続された抵抗Ｒとから構成する。

圧電型センサ１の圧電体１ｆの静電容量を測定する静電
容量測定回路５の構成は、第５図に示すように種々考え
られる。

第５図（ａ）は、電流測定回路５ａで構成した場合を示
すもので、この場合、測定電源部６は交流定電圧源であ
り、圧電型センサ１の温度に対応した静電容量をアドミ
ッタンスとして測定する。

第５図（ｂ）は、電圧測定回路５ｂで構成した場合を示
すもので、この場合、測定電源部６は交流定電流源であ
り、圧電型センサｌの温度に対応した静電容量をインピ
ーダンスとして測定する。

第５図（ｃ）は、共振回路の一部で構成した場合を示す
もので、この場合、測定電源部６は、可変交流定電圧源
であり、コイル５Ｃと抵抗５ｄを使用して圧電型センサ
１の温度に対応した静電容量を共振周波数として測定す
る。

第５図（ｄ）は、反共振回路の一部で構成した場合を示
すもので、この場合、測定電源部６は、可変交流定電圧
源であり、コイル５Ｃと抵抗５ｄを使用して圧電型セン
サ１の温度に対応した静電容量を、反共振周波数として
測定する。

第５図（ｅ）は、トランジスタとコイルとコンデンサと
抵抗とから構成される発振回路の一部で構成した場合を
示すもので、この場合、測定電源部６は直流定電圧源で
あり、圧電型センサ１の温度に対応した静電容量を発振
周波数として測定する。

第５図（ｆ）は、トランジスタとコンデンサと抵抗から
構成される発振回路の一部で構成した場合を示すもので
、この場合、測定電源部６は直流定電圧源であり、圧電
型センサｌの温度に対応した静電容量を、発振周波数と
して測定する。

このように、圧電型センサｌの圧電体ｉｆの静電容量を
測定する回路としては種々考えられるのであるが、第５
図（ｅ）ないしくｆ）の場合は、圧電型センサ１の静電
容量を発振周波数として検出するので、検出結果をその
ままデジタル処理することができ、これにより演算回路
７における演算処理を簡単にかつ高い精度で行うことが
できると共に回路構成が簡単なものとすることができる
。

〔発明の効果〕

本発明による測温機能を存する圧電型機械量測定装置は
、上記した構成となっているので、以下に示す効果を奏
する。

一つの圧電型センサから、機械量と温度とを検出するの
で、異常温度検出のための専用の温度センサを設ける必
要がなく、この高価な温度センサを不要とすることによ
り、設備診断装置に要する経費を大幅に削減することが
できる。

同様に、設備診断のためのセンサが一つだけで良いので
、このセンサの取付はスペースを小さくすることができ
、これにより例え取付はスペースが大幅に制限される箇
所であってもセンサを簡単にかつ良好に取付けることが
できる。

得られた機械量と温度との両検出結果は、単一のセンサ
から得たものであるので、両検出結果は全く同じ条件で
検知されたことになり、これにより両検出結果の整合性
を合致させるため面倒な処理を施す必要は全くなく、得
られた測定結果の信顛性は極めて高いものとなる。

圧電型センサにおける圧電体の温度変化に対する静電容
量変化が比較的大きいので、この圧電型センサによる温
度測定は確実にかつ精度良く達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の基本的な回路構成を示すブロッ
ク図である。 第２図は、本発明装置に使用される圧電型センサの一種
である圧電型加速度センサの構造例を示す一部縦断正面
図である。 第３図は、本発明装置に使用される他の圧電型センサで
ある圧電型圧力（動圧）センサの構造例を示す縦断面図
である。 第４図は、機械量測定回路の回路構成例を示すもので、
第４図（ａ）は電荷出力測定を示し、第４図（ｂ）は電
圧出力測定を示している。 第５図は、静電容量測定回路の回路構成例を示すもので
、第５図（ａ）は電流測定による静電容量測定を示し、
第５図（ｂ）は電圧測定による静電容量測定を示し、第
５図（Ｃ）は共振周波数測定による静電容量測定を示し
、第５図（ｄ）は反共振周波数測定による静電容量測定
を示し、第５図（ｅ）および第５図（ｆ）は発振周波数
測定による静電容量測定を示している。 第６図は、圧電型加速度センサの電荷および電圧そして
静電容量の温度特性線図である。 符号の説明 １；圧電型センサ、２；切替えスイッチ、３；機械量測
定回路、４：機械量表示計、５；静電容量測定回路、６
；測定電源部、７；演算回路、８；温度表示計、１ｆ；
圧電体。 ；ブシを勿 １−−一三重型でンプ　　２−−一τｎｐｔｂスイ１．
す　３−−一力を右べ量、１ｊＩ老回詞ト４−−−＊拭
１ト、１ｚｔｔｔ　　　！５−−−静頑定ノーー１と’
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？７−−−シ窄り４回）名−８−−−”ＩＪｉ−１刀マ
寥士１ａ−−べ′−ス ｌｂ−一ケース け−一、ｌ＝己、電イ、２９、 りψシΔツ １ド一ゲースイ本 １に一鷹五 １ｍ−狙４牝問 １ｎ−−一欠反ｄ入 Ａ−−一壁イ２ト Ａｌ−１！ｉ通死 ２プリ７勿 （ｅ） （ｆ） −ｆ４滅 （ｂ） （ｃ） （ｄ） ）口 ノ５１ 贋 〔０Ｃ］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機械設備の所定箇所に直接接触した状態で取付け
   られた圧電型センサ（１）と、 該圧電型センサ（１）の出力を入力して電荷出力または
   電圧出力を測定する機械量測定回路（３）と、該機械量
   測定回路（３）の出力値を表示する機械量表示計（４）
   と、 前記圧電型センサ（１）の圧電体の静電容量を測定する
   静電容量測定回路（５）と、 該静電容量測定回路（５）と前記圧電型センサ（１）と
   の組合せ回路に電力を供給する測定電源部（６）と、前
   記圧電型センサ（１）を前記機械量測定回路（３）また
   は静電容量測定回路（５）に切替え接続する切替えスイ
   ッチ（２）と、 前記静電容量測定回路（５）で測定された静電容量を温
   度に変換する演算回路（７）と、該演算回路（７）の演
   算結果を表示する温度表示計（８）と、 から成る測温機能を有する圧電型機械量測定装置。