JPH04313037A - 圧電型圧力センサ - Google Patents

圧電型圧力センサ

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Publication number
JPH04313037A
JPH04313037A JP7886591A JP7886591A JPH04313037A JP H04313037 A JPH04313037 A JP H04313037A JP 7886591 A JP7886591 A JP 7886591A JP 7886591 A JP7886591 A JP 7886591A JP H04313037 A JPH04313037 A JP H04313037A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
pressure
box
guide member
signal extraction
Prior art date
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Pending
Application number
JP7886591A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroki Kusakabe
弘樹 日下部
Susumu Okauchi
岡内 享
Masuo Takigawa
瀧川 益生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH04313037A publication Critical patent/JPH04313037A/ja
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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】
【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
【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6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51内
部に設置された圧電素子54は上部固定ネジ55によっ
て圧力伝達部材53を介してダイアフラム状に加工され
た受圧面52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。また、圧力伝達部材53は受圧面5
2の中心に直角に取り付けられるように、ガイド部材5
6によってガイドされている。
【0003】次に、その動作を説明する。センサ箱体5
1の外部から受圧面52に印加された圧力は、圧力伝達
部材53を介して圧電素子54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54の上端外周部は
上部固定ネジ55により下方へ加圧されているため、圧
電素子54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54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57
によって信号を取り出していた。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
方法が考えられている(特開平1−213535参照)
【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。
【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。
【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、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、内外周面に電極を設け、外周面側の電極が前記箱
体の側面に接する筒形の圧電素子と、前記箱体の内部に
設けられ、前記圧力伝達部材と前記箱体の間に配置され
、前記圧力伝達部材を前記受圧面の中心に、かつ受圧面
にほぼ直角に位置決めするガイド部材と、前記箱体の内
部に設けられ、前記圧電素子の内周面側の電極に接し、
前記圧電素子で発生した電圧を前記箱体外部に取り出す
信号取り出し部材と、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、前記信号取り出し部材
と前記圧電素子は、前記固定部材と前記圧力伝達部材と
の間に配置され、前記ガイド部材、前記圧力伝達部材、
前記信号取り出し部材、前記圧電素子、前記固定部材を
ほぼ同軸位置に配置し、前記ガイド部材の内周面に電極
を設け、前記圧電素子と電気的に並列に接続するコンデ
ンサを構成し、前記圧電素子の温度特性と前記コンデン
サの温度特性とが互いにほぼ相殺するものであることを
特徴とする圧電型圧力センサである。
【0009】また、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、内外周面に電極を設け、外周面側の電極が
前記箱体の側面に接する筒形の圧電素子と、前記箱体の
内部に設けられ、前記圧力伝達部材と前記箱体の間に配
置され、前記圧力伝達部材を前記受圧面の中心に、かつ
受圧面にほぼ直角に位置決めするガイド部材と、前記箱
体の内部に設けられ、前記圧電素子の内周面側の電極に
接し、前記圧電素子で発生した電圧を前記箱体外部に取
り出す信号取り出し部材と、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、前記信号取り出
し部材と前記圧電素子は、前記固定部材と前記圧力伝達
部材との間に配置され、前記ガイド部材、前記圧力伝達
部材、前記信号取り出し部材、前記圧電素子、前記固定
部材をほぼ同軸位置に配置し、前記ガイド部材の外周面
に電極を設け、前記箱体と前記ガイド部材との間に絶縁
層を設け、前記圧電素子と電気的に直列に接続するコン
デンサを構成し、前記コンデンサの温度特性と前記圧電
素子の温度特性とがほぼ同一の特性をし、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、本発明はガイド部材を圧電素
子と逆の温度特性を持つ温度補償用コンデンサで構成す
るか、またはガイド部材を圧電素子と同じ材質で構成し
、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、正確にセンサ出力の温度補償を行い、かつ
センサの小型化が容易な構造とできる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して第一の発明の圧電型圧
力センサの一実施例について説明する。図1は第一の発
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11は金属からなるセンサ箱体であり、このセン
サ箱体11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、他端には円筒形の圧電素子13が設け
られている。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、図5の実線に示すような正の温度特
性を有している。この円筒形の圧電素子13の下方内周
部分は信号取り出し金具14を介して圧力伝達部材16
に接している。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。ここで、信号取り出し金具14およ
び圧力伝達部材16はガイド部材15によって、受圧面
11の中心に直角に位置するよう高精度に支持される。 また、ガイド部材15の内外周には電極(図示せず)が
形成されており、外周電極はセンサ箱体11に、内周電
極は信号取り出し金具14にそれぞれ接触している。す
なわち、圧電素子13とガイド部材15は電気的に並列
に接続されている。このガイド部材15は、例えばチタ
ン酸ストロンチウムを主成分とするセラミックが用いら
れており、図5の破線に示すように、圧電素子13と逆
の温度特性を有している。
【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、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1
2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は第一の発明の模式図である。破線で
囲まれた部分がセンサ内部に相当し、圧電素子22とガ
イド部材23が並列に接続されている。ここで、ガイド
部材23は圧電素子22と逆の温度特性を有するため、
温度変化による圧電素子の容量変化をキャンセルするこ
とが可能となる。
【0014】次に、第二の発明について説明する。図3
は第二の発明の一実施例における圧電型圧力センサの断
面図である。圧電素子33と同じ材質のガイド部材35
の内外周面には電極(図示せず)が構成されている。さ
らに、外周面電極上と底面には絶縁層39を構成してお
り、センサ箱体31と電気的に絶縁されている。この絶
縁層39としては例えばテフロン系樹脂等が使用される
。また、内周面の電極は信号取り出し金具34と接し、
電気的に導通している。ガイド部材35の外周電極はリ
ード線38に接続され、センサ箱体31の一部分に設け
られた切り欠き部分を通って、チャージアンプのフィー
ドバックコンデンサ部分に接続されている。
【0015】図4は第二の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40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42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に移行するという特徴がある。す
なわち、ガイド部材43はチャージアンプ40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42で発生した電荷は全てガイド部材43に移行する
。 ここで、ガイド部材43は圧電素子42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
、圧電素子42に容量の変化が生じた場合、ガイド部材
43にも同様の容量変化が生じ、チャージアンプの出力
を補正することが可能となる。
【0016】尚、本実施例ではガイド部材の全部を温度
補償用コンデンサに変更したものを示したが、一部分を
変更することによっても同様の効果が得られるものであ
る。
【0017】
【発明の効果】以上のように、第一の発明では圧力伝達
部材を受圧面の中心に直角に支持するためのガイド部材
に圧電素子と逆の温度特性を有する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圧電素子と並
列に接続することによって、圧電素子の静電容量変化を
キャンセルする。また、第二の発明では、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、ガイド部
材を圧電素子と同じ材質で構成し、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。
【0018】これによって、部品数が増加することなし
に容易でかつ正確に温度補償を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の発明の一実施例における圧電型圧力セン
サの断面図
【図2】第一の発明の模式図
【図3】第二の発明の一実施例における圧電型圧力セン
サの断面図
【図4】第二の発明の模式図
【図5】第一の発明の一実施例における圧電素子及びコ
ンデンサの温度特性を表わす図
【図6】従来例における圧電型圧力センサの断面図
【符号の説明】
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  ガイド部材 16  圧力伝達部材 17  受圧面 20  信号増幅回路 21  センサ 22  圧電素子 23  ガイド部材 30  コネクタ部 31  センサ箱体 32  上部固定ネジ 33  圧電素子 34  信号取り出し金具 35  ガイド部材 36  圧力伝達部材 37  受圧面 38  リード線 39  絶縁層 40  チャージアンプ 41  センサ 42  圧電素子 43  ガイド部材 51  センサ箱体 52  受圧部 53  圧力伝達部材 54  圧電素子 55  上部固定ネジ 56  ガイド部材 57  電極取り出し金具

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、内外周面に電極を設け、外周面側の電極が前記箱
    体の側面に接する筒形の圧電素子と、前記箱体の内部に
    設けられ、前記圧力伝達部材と前記箱体の間に配置され
    、前記圧力伝達部材を前記受圧面の中心に、かつ受圧面
    にほぼ直角に位置決めするガイド部材と、前記箱体の内
    部に設けられ、前記圧電素子の内周面側の電極に接し、
    前記圧電素子で発生した電圧を前記箱体外部に取り出す
    信号取り出し部材と、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、前記信号取り出し部材
    と前記圧電素子は、前記固定部材と前記圧力伝達部材と
    の間に配置され、前記ガイド部材、前記圧力伝達部材、
    前記信号取り出し部材、前記圧電素子、前記固定部材を
    ほぼ同軸位置に配置し、前記ガイド部材の内周面に電極
    を設け、前記圧電素子と電気的に並列に接続するコンデ
    ンサを構成し、前記圧電素子の温度特性と前記コンデン
    サの温度特性とが互いにほぼ相殺するものであることを
    特徴とする圧電型圧力センサ。
  2. 【請求項2】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、内外周面に電極を設け、外周面側の電極が前記箱
    体の側面に接する筒形の圧電素子と、前記箱体の内部に
    設けられ、前記圧力伝達部材と前記箱体の間に配置され
    、前記圧力伝達部材を前記受圧面の中心に、かつ受圧面
    にほぼ直角に位置決めするガイド部材と、前記箱体の内
    部に設けられ、前記圧電素子の内周面側の電極に接し、
    前記圧電素子で発生した電圧を前記箱体外部に取り出す
    信号取り出し部材と、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、前記信号取り出し部材
    と前記圧電素子は、前記固定部材と前記圧力伝達部材と
    の間に配置され、前記ガイド部材、前記圧力伝達部材、
    前記信号取り出し部材、前記圧電素子、前記固定部材を
    ほぼ同軸位置に配置し、前記ガイド部材の外周面に電極
    を設け、前記箱体と前記ガイド部材との間に絶縁層を設
    け、前記圧電素子と電気的に直列に接続するコンデンサ
    を構成し、前記コンデンサの温度特性と前記圧電素子の
    温度特性とがほぼ同一の特性をし、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圧電型圧力センサ。
JP7886591A 1991-04-11 1991-04-11 圧電型圧力センサ Pending JPH04313037A (ja)

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JP7886591A JPH04313037A (ja) 1991-04-11 1991-04-11 圧電型圧力センサ

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JPH04313037A true JPH04313037A (ja) 1992-11-05

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JP (1) JPH04313037A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5517073A (en) * 1992-03-19 1996-05-14 Unisia Jecs Corporation Pressure sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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