JPH02236431A - 圧電型圧力センサ - Google Patents

圧電型圧力センサ

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JPH02236431A
JPH02236431A JP5832789A JP5832789A JPH02236431A JP H02236431 A JPH02236431 A JP H02236431A JP 5832789 A JP5832789 A JP 5832789A JP 5832789 A JP5832789 A JP 5832789A JP H02236431 A JPH02236431 A JP H02236431A
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JP
Japan
Prior art keywords
pressure
piezoelectric
electric charge
piezoelectric element
pressure sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP5832789A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayuki Wakamiya
若宮 正行
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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 本発明は内燃機間のシリンダー内燃焼圧力等の圧力検出
に適した圧力センサ、特に厚み方向の応力を利用した縦
効果型の圧電型圧力センサに関する。
従来の技術 力を加えて電気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。第3図に従
来より用いられているせん断型圧力センサの基本構造を
示す。同図(a)は縦断面図、同図(b)分解斜視図で
ある。厚さ方向に分極軸を有し円筒の内外周面を電極と
する円筒形圧電素子31の外周面に円筒形金属体32を
接着剤等で固定し、さらに円筒形圧電素子31を固定す
る軸を有する金属体33を取り付け、円筒形圧電素子3
lを支持固定した構造である。円筒形金属体32を筐体
等で固定し、金属体33を受圧面とすれば、圧力に応じ
た電気信号出力が得られる。
発明が解決しようとする課題 しかし、上述しだせん断効果型圧力センサの構造は、圧
電素子3lと円筒形金属体32との接触面積が大きく、
且つ円筒形ということから均一な接着が難しい。従って
、センサ間のバラツキが大きくなり量産に向かないとい
う欠点を有していた。
本発明は、このような従来の圧力センサの課題を解決す
ることを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、被測定領域内に受圧面が位置しかつ筐体と分
離しかつ筐体に接触固定させた受圧伝達部材を有し、該
受圧部材の受圧面の反対面に直接厚さ方向に分極軸を有
し上下面を電極とした円盤形チタン酸鉛系圧電素子の一
方の面を接触させ,他方の面を絶縁層および固定部材を
介して該筐体に固定し、さらに該圧電素子の1下面に圧
力印加によって発生する電荷を取り出す手段と該電荷を
電圧として取り出す電気回路手段を有するものである。
作用 本発明は、圧力センサに圧力が印加されると円醗型圧電
素子の厚み方向に単純圧縮応力が働くことになる。応力
モードが単純であり、圧電材科の円盤の全体面で圧力を
受ける構造のため、偏荷重のかからない円盤上下面に均
一な応力が印加される構造をとりやすい。また、印加応
力に安定な圧電特性を有する圧電材料を圧電素子として
用いることにより、縦型圧電素子そのものの特性が得ら
れる。これによってセンサに印加される応力から圧電素
子に印加される動的応力を設計することができ、該動的
応力と出力電圧が直線性をもつ安定したバラツキのない
センサを得ることができる。
実施例 以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。
実施例1 まず本発明のセンサの構造を説明する。第1図は本発明
の一実施例を示し、その縦断面図である。
厚さ方向に分極軸を有しその上下面に電極を持つチタン
酸鉛系円盤形圧電素子1は、その一方の面が受圧伝達部
材2と面接触し、該受圧伝達部材2の反対側の面は圧力
測定をされる領域(被測定領域)3内に位置させる。こ
の受圧伝達部材2は杵形形状とし、その中央部にO−リ
ング4を位置させることによって被測定領域3に存在す
る気体や液体等の圧力媒体のセンサ内部への侵入を防い
でいる。一方、該圧電素子lの他方の面は円盤状金属5
に接し、さらに該円盤状金属5は該圧電素子面と筐体6
とを絶縁する機能をもつ石英等の中空セラミックス円筒
板7、および金属製のワツシャ8を介してセラミック基
板9に接している。このセラミック基板9には円盤形圧
電素子1の上面とケーブル10で電気的に結合した電極
と、筐体6と電気的に結合した電極とを形成している。
またインピーダンス変換回路、増幅器等、の電気回路1
1をもその上に構成してある。さらに該セラミック基板
9は金属ワツシャ8′を介して固定ネジ部材l2で筐体
6に締め付け固定することにより取り付けられている。
また、センサで得られた電気信号をケーブル10’によ
って該セラミック基板から外部に取り出すようになって
いる。
次に本発明のセンサの検出動作を説明する。
筐体6を、内燃機間のシリンダ内面等に位置させ、発生
圧力を計測する。シリンダ内部に発生した圧力は受圧伝
達部材2により円盤形圧電素子1に厚み方向の圧縮応力
として伝達される。この圧縮応力によって該圧電素子l
の上下面に電荷が発生する。受圧伝達部材2に接触した
面に発生した電荷は該伝達部材2と筐体6を経由し、セ
ラミック基板9の接地電極に結合されている。一方、他
の面で発生した電荷は円盤状金属5、ケーブルlOを介
してセラミック基板9のもう一方の電極に伝えられる。
これらの電荷は圧電素子の出力インピーダンスを下げる
インピーダンス変換回路、適当な感度に設定するための
増幅回路等の電気回路l1により、ケーブル10’に出
力としてでるように構成してある。
このような構成の圧力センサでは円盤形圧電素子やセラ
ミック中空円筒板は研磨等により上下面精度や厚みの高
精度制御が可能で、その他の金属部材と整合性よく組み
立てが可能で圧電素子に{扁荷重なく均一に応力を加え
ることができる。この結果センサ間のバラツキが小さく
かつ出力ヒステリシスのない高精度の圧力センサの供給
が可能となる。
また、チタン酸鉛を主成分とした圧電材科は高い耐熱性
と同時に高温下で安定な特性を示す。また圧電材、科の
厚み方向の圧電定数d33は締め付け圧力等の静圧が変
化しても安定な値を示すとともにその値はdosと同等
であり、d−J+に比べて犬きく、センサを構成した場
合に大きい感度が得られるという特長を有する。このよ
うにチタン酸鉛系圧電材科は内燃機関のシリンダー内部
の圧力のような高温、高圧下での応力計測に適している
。これに対しチタン酸ジルコン酸鉛系圧電材科は耐熱性
に乏しく、高圧下では圧電特性が変化し高温、高圧下で
の使用には適さない。
なお上記のセンサ構成部材の金属はインバー合金のよう
な線熱膨張係数の小さいものが望ましく、個々の構成部
材の線熱膨張係数の差が、±1.0×10−6の範囲内
にあることか望ましい。線熱膨張係数の差が±+.ox
 to−6より大きくなるとセンサ特性に大きな影響を
及ぼし!、−40〜250℃のような広範囲の温度下で
のセンサ使用に不適となる。
このように本発明のセンサでは構造が簡単で、バラツキ
が小さく、高温高圧下の使用においても高精度な量産に
適した圧力センサを供給できる。
実施例2 センサの構造は実施例lのもの円盤形圧電素子部を除い
て同一である。本実施例の圧電素子は第2図のようにチ
タン酸鉛を主成分とする5個(奇数個)の円盤形圧電材
科21を分極軸方向が層毎に反対になるように積層し、
かつ分極方向の同じ電極面を第2図のように電気的に導
線22で結合したものであり、実施例1と同様なメカニ
ズムで圧電素子の厚み方向に印加される応力により個々
の円盤形圧電素子の上下面に発生する電荷を、積層した
圧電素子の七下面から電荷を取り出す。このことにより
、実施例1のものに比べ圧電素子の積層数倍感度を大き
くすることが可能となり、より高精度、高感度でバラツ
キの小さい圧力センサの供給ができる。
このように本発明のセンサにおいては実施例lのセンサ
の効果に加えて高感度な特長を有するセンサが供給でき
る。
発明の効果 本発明による圧電型圧力センサでは、円盤形圧電素子や
セラミック中空円筒板は研磨等により上下面精度や厚み
の高精度制御が可能で、その他の金属部材と整合性よく
絹み立てが可能で圧電素子に偏荷重なく均一に応力を加
えることができる。
この結果センサ間のバラツキが小さくかつ出力ヒステリ
シスのない高精度の圧力センサの供給が可能となる。ま
たこの圧力センサは構造が簡単なため、安価に供給が可
能でかつ上記の効果を有するため、自動車などの制御に
大きく貢献することが間待てきる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1の圧力センサの断面図、第2
図は本発明の実施例2の圧電素子部を示す側面図、第3
図は従来の圧力センサの概略を示す断WJ図である。 1・・・円盤形圧電素子、2・・・受圧伝達部材、3・
・・被測定領域、4・・・O−リング、5・・・円盤状
金属、6・・・筐体、7・・・セラミック板、8、8′
 ・・・金属製ワッシャ、9−・・セラミック基板、1
0、10゛ ・・・)1 一ブル、11・・・電気回路
、12・・・固定ネジ部材、21・・・円醗形圧電材料
、22・・・導線、31・・・円筒形圧電素子、32・
・・円筒形金属体、33・・・金属体。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝はか1名第 図 第 3l2l IQ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被測定領域内にその受圧面が位置しかつ筐体と分
    離しかつ筺体に接触固定された受圧伝達部材を有し、該
    受圧伝達部材の受圧面の反対面に直接厚さ方向に分極軸
    を有し上下面を電極とした円盤形圧電素子の一方の面が
    接触され、他方の面が絶縁層および固定部材を介して該
    筐体に固定され、さらに該圧電素子の上下面に圧力印加
    によって発生する電荷を取り出す手段と、該電荷を電圧
    として取り出す電気回路手段とを有することを特徴とす
    る圧電型圧力センサ。
  2. (2)奇数個の円盤形圧電素子を分極軸方向が層毎に反
    対になるように積層し、かつ分極方向の同じ電極面を電
    気的に結合し、上下面から圧電素子に発生する電荷を取
    り出す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)円盤形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。
JP5832789A 1989-03-10 1989-03-10 圧電型圧力センサ Pending JPH02236431A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0485137U (ja) * 1990-11-29 1992-07-23
US5138885A (en) * 1990-03-16 1992-08-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Piezoelectric-type pressure sensor
FR2724267A1 (fr) * 1994-09-02 1996-03-08 Coget Didier Dispositif a traducteur de pression pour cable de telecommunications
CN103245456A (zh) * 2012-02-09 2013-08-14 Smc株式会社 压力检测器

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