JPH0454165B2 - - Google Patents

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JPH0454165B2
JPH0454165B2 JP57086385A JP8638582A JPH0454165B2 JP H0454165 B2 JPH0454165 B2 JP H0454165B2 JP 57086385 A JP57086385 A JP 57086385A JP 8638582 A JP8638582 A JP 8638582A JP H0454165 B2 JPH0454165 B2 JP H0454165B2
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piezoelectric
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static
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detector
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    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
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    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
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    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/008—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using piezoelectric devices

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、測定対象の測定信号を与えるため
接触電極と信号導線とに接続されている動的測定
のための少なくとも１つの圧電検出素子を備えた
検出器に関する。
オーストリア特許第276810号明細書によつて上
記方式の検出器が知られているが、これは内燃機
関の燃焼行程を監視するためその燃焼室へ取付け
られるものである。この目的のため、燃焼室の測
定用の穴に検出器が気密に挿入され、この感知器
の信号出力側には適宜の増幅器が接続されてい
て、その圧電検出素子の圧電効果によつて得られ
る燃焼室内の圧力変動に伴う測定信号を評価する
構成とされている。この公知装置の短所は、抵抗
と漏れ電流がつねに存在することに起因し零点が
著しく変動するおそれのある圧電検出素子を利用
していることから、圧力など測定変数が一定の周
期をもつて動的に変化する場合、つまり、測定変
数の変化率、極大値と極小値の差等の各測定値間
の相対的な関係が問題であり、測定値自体の絶対
的な値は問題とされない場合についてのみ実際上
意味のある測定をなしうるにすぎず、静的ないし
準静的な測定を全く行い得ない、ということにあ
る。なお、静的ないし準静的な測定とは、絶対的
な測定又は基準値（ゼロ点）との差を測定するこ
とをいい、以下同様の意味で用いるものとする。
一方、検出素子の種類又は取付け方法、あるい
は測定信号の評価方法などを工夫することで静的
ないし準静的測定に適するようにした検出器も知
られている。例えばオーストリア特許第353506号
明細書に開示されているものは、検出器内に設け
た圧電共振子の振動状態の変化によつて種々の物
理量、例えば、温度、圧力などを測定できる。こ
の種の検出器は非常に高度の解析力を備えてはい
るが、そのために必要とされる演算の割合が極め
て大であるから動力測定には全く不向きである。
さらに、例えばオーストリア特許第306402号明細
書に開示された検出器はひずみ変形しうる筒の面
に貼着されたひずみゲージを検出素子として作動
させる構成である。このような検出器の短所は、
ひずみゲージの貼着力が温度変化に左右されるこ
とと、該ひずみゲージ自体の測定感度がかなり低
いこと、である。
この発明が課題とするのは、公知の諸種の検出
器が有している短所を解消すること、そして特
に、直接的圧電効果により作動する検出素子の高
分解能と動的測定可能性とを保持しながらも、静
的ないし準静的測定にも利用できるような検出器
を提供することである。この課題を解決するた
め、この発明においては、圧電検出素子からな
り、測定変数の静的ないし準静的測定を行う、少
なくとも１個の副測定素子を備えると共に、 この副測定素子が前記圧電検出素子と独立した
信号導線を有していて、この信号導線を介して印
加される交流電圧による逆圧電効果を利用するこ
とにより、前記圧電検出素子が励振されるように
構成されており、 前記圧電検出素子とその周囲とからなる振動系
の振動状態の変化が測定変数の静的ないし準静的
測定の測定値として利用されるようになつている
ことを特徴とする。このように、直接的圧電効果
を用いることによる長所を持つた動的測定用の検
出素子と、静的ないし準静的測定に適した基準値
（ゼロ点）測定用の副測定素子が複合され、動的
測定用の検出素子と静的ないし準静的測定用素子
の両素子が測定変数から同時に圧力作用を受ける
ので、副測定素子により測定された圧電素子のゼ
ロ点の変動の値を、同じ条件で変動する動的測定
用の圧電素子により正確な圧力測定値が得られる
ことになる。
この発明においては、上記の副測定素子もやは
り圧電素子からなり、この素子はその信号導線を
通じて交流電圧を印加すると、逆圧電効果によつ
て機械的振動を生ずる。つまり、この副測定素子
が圧電共振子として形成されているわけで、逆圧
電効果により生じる前記機械的振動に伴う、素子
とその周辺部分から成る振動系の振動状態の変化
をとらえて基準値とすると共に、この基準値との
対比を行うことにより、絶対的又は静的ないし準
静的測定を高分解能で行うことができる。この場
合、さらに他の具体的実施態様に示すように、両
圧電検出素子が測定変数に対しほぼ同一の感度を
有するようになつていれば一層好都合である。こ
の構成により両素子はその信号導線の接続を切換
えることで簡単に互換でき、また測定器を軽量化
できることになる。
さらに、両圧電検出素子が機能上直列に接続さ
れる他の実施態様によれば、同じ膜面積でより高
い感度を得ることができる。別の具体的実施態様
においては、上記の動的測定用の検出素子は圧電
作用の横方向への振動効果、つまり取付筒の筒軸
とは垂直な方向への振動を利用するように接続さ
れ、かつ静的ないし準静的測定用の副測定素子は
圧電作用の縦方向への振動効果、つまり取付筒の
筒軸方向への振動を利用するように接続され、こ
れらが同じ取付筒内に設けられる。
他の実施態様では両圧電検出素子が機能上並列
に接続されたもの、特に、少なくとも１個の円盤
形の圧電性結晶が検出素子として備えられ、その
片面に設けられた互いに絶縁された２つの接触電
極に、又、反対側の面に設けられた１つの共通接
触電極に、夫々接触接続されているものが好都合
である。この実施態様の利点は、上記構成により
検出器を対称形にできることである。
さらに別の実施例は、動的測定用の検出素子と
静的測定用の検出素子とがいずれも圧電作用の横
振動効果を利用する様に接続されたもので、対称
的構造と同一感度とが容易に得られるもうひとつ
の方法を提供する。
周波数可変の励起用交流電圧が少なくとも１つ
の圧電検出素子に印加でき、かつ他の少なくとも
１つの測定素子でこの時の信号を測定して、検出
器の周波数特性を評価する構成であれば、検出器
の検定のために別の機械的測定装置を何ら必要と
せず、又普通の測定器の測定用電子回路を転用で
きる、という点で特に有利である。
以下図の実施例を参照しつつ、この発明をさら
に詳しく説明する。
第１〜２図の検出器は２つの圧電検出素子３，
４を有し、これらはそれぞれ２枚のほぼ円盤形を
した圧電材料からなる板片で構成され、機能的に
は直列に接続されている。検出素子３，４ないし
その個々の板片は、圧電作用の縦振動効果を利用
するように適宜の接触電極に接続される。即ち、
一方の電極は検出器のハウジング５と電気的に接
続され、他方の電極は金属板片２及び信号導線６
ないし７を介して、上記ハウジング５に対し絶縁
された差込端子８，９と接続されている。検出素
子３，４と接触電極とは共に金属の取付筒１０に
よつて検出器のハウジング５へ取付けられている
から、検出素子の両接触電極が短絡するのを防ぐ
ため、絶縁筒１１が取付筒１０の中へ挿入されて
いる。検出素子３，４の奥側にある２枚の圧電板
片の接地は絶縁筒によつて遮断され、接続導線１
３に接続される中間板１２がハウジングへ接地さ
れる。信号導線６，７もまた短絡を避けるため絶
縁筒１４の中に収納されている。
取付筒１０の底部は膜１５とじかに接触してお
り、この膜は膜支持筒１６へ取付けられ、検出器
の内部を図外の測定空間に対し封止するはたらき
をなす。
例えば上記の膜に作用する力の変動などの動的
な圧力変化は、圧電素子４の直接的圧電効果を利
用して測定されるのであり、信号導線７を介して
圧電素子４から生じる電気信号から発信される信
号が差込端子を通して図外の増幅器に供給され
る。もつとも、上記圧電素子４に代えて圧電素子
３から動的圧力変化の信号を、信号導線６を介し
て取出すようにしてもよい。静的ないし準静的な
測定のためには、その構造上ほぼ同じ感度を有す
る上記２つの検出素子のもう一方のものが、つま
り動的測定に圧電素子４を用いたとすると圧電素
子３が信号導線６を通じて印加される交流電圧で
検出素子板片あるいは検出素子全体がたとえば厚
さ変化を起こして生ずる高周波の機械的振動が利
用される。例えば膜１５の外の圧が変化しその結
果として取付筒に加わる力が変化することによつ
て上記振動の状態に変化を生じると、この変化は
対応した差込端子に接続されている図外の評価回
路で測定変数に対応する測定値に変換される。な
お、この評価回路は動的測定用回路と組合わせる
ことも可能である。
第３〜５図の検出器は圧電素子１７をひとつだ
け有するものであり、これは２つの圧電板片とこ
れらに対応した接触電極とからなる。ほぼ円盤形
の圧電結晶は、その下側の一枚を拡大表示した第
５図に見るように、素子１７の各圧電板片の片面
が２つの互いに絶縁された接触電極１８に、また
他方の面が共通電極１９に接触している。第３〜
５図の検出器は、これ以外の点では第１〜２図に
ついて詳説したものと実質上同一の構成とされ、
同じ部品には同じ参照符号をつけてある。
第３及び４図に示すように、圧電結晶の片面上
の分割された接触電極１８と別々の信号導線とに
よつて機能的に互いに独立した素子１７の両半体
が、実際上２つの別々の検出素子２０，２１を形
成し、これらは機能的には並列に接続された形と
なつている。検出器をこのように構成することに
よる利点は、その構造における対称性のほか、両
測定素子間の完全な等価性にあり、両素子の中の
一方は第１〜２図に述べたように測定変数を直接
的圧電効果によつて測定するために使用し、他方
は共鳴状態の変化に基づいて静的ないし準静的な
測定を行うために使用することができる。
第６，８及び９図の検出器は４つの圧電素子を
備え、これらは横振動圧電効果を利用する様に接
続され、機能的には並列に結線されている。これ
ら素子は、中心に配置されたコイルスプリング状
の共通接触電極４２を介して２個ずつ一緒に接続
されている。圧電検出素子の他方の極はやはり
夫々ハウジングに接地されている。検出素子の対
４３，４４は、絶縁層４５により互いに電気的に
絶縁されている。該絶縁層４５には、図示してい
ないアースされた金属箔を含んでいてもよい。上
記圧電検出素子は取付筒４６の中に収納され、該
筒は膜４７を介して測定変数の影響を受ける。さ
らにこの検知器のハウジング４８の内には、２条
の周溝４９を有する圧力伝導体４８′があり、検
出素子を介し取付筒４６の影響を受けるようにさ
れている。これらの溝は上記圧力伝導体の長さ方
向及び半径方向の伸びに伴う振動を減衰させる作
用をもつていて、その結果固有振動の特性が改善
され高精度の測定が可能となる。振動伝播をさら
によく遮断するため第９図に明示した如く、圧力
伝導体４８′は直径方向にスリツトを有した形に
してある。
ハウジング４８の上側にはやはり差込端子４
９′を配設してあり、これは信号導線５０を介し
接触電極４２へ接続されている。
上記の両検出素子対が機能上並列に構成されて
いるため、動的測定および静的ないし準静的測定
のいずれにおいてもほぼ同一の感度が得られる利
点があつて、第１〜２図において述べたような方
法で、望ましい検出素子対を選択して測定を行う
ことができる。
第７図の検出器が第６，８及び９図のものと異
なる実質上唯一の点は、静的測定用の測定素子５
１が縦振動効果を利用する圧電性板片であつて、
圧力伝導体５３が中間にあつて、横方向に作動し
て動的測定をする検出素子５２から分離されてい
る点である。圧力伝導体５３はやはり固有振動状
態を改善するための溝４９を有する。
上述の各例による検出器を用いるならば、動的
測定に用いられる従来の圧電式検出器の長所を完
全に保持しながら、同時に静的ないし準静的測定
を高精度に行うことが極めて簡単に可能となる。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明のいくつかの実施例を示し、第１
図はその一実施例の縦断面図、第２図は第１図の
−線断面図、第３図は別の実施例の断面図、
第４図は第３図の−線断面図、第５図は第３
〜４図における要部の拡大正面図、第６図はさら
に別の実施例の部分縦断面図、第７図はさらに別
の実施例の部分縦断面図、第８図は第６図の−
線断面図、第９図は同じくXI−XI線断面図、で
ある。 ３，４，２０，２１，２８，４３，４４，５
１，５２……圧電検出素子、１７……圧電性結
晶、１８，１９……接触電極、２５，４６……取
付筒、３６……ひずみゲージ、３８，４０……プ
レートコンデンサの極板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 接触電極１０，１２，１８，１９，４２を介
    して信号導線６，７，５０に接続された、動的測
    定のための少なくとも１個の圧電検出素子［３ま
    たは４，１７，４３または４４、および５１また
    は５２］を備え、圧力もしくは力などの測定変数
    に対応した測定信号を与える圧電式検出器におい
    て、 圧電検出素子からなり、測定変数の静的ないし
    準静的測定を行う、少なくとも１個の副測定素子
    ［４または３，１７，４４または４３、および５
    ２または５１］を備えると共に、 この副測定素子が前記圧電検出素子と独立した
    信号導線６，７，５０を有していて、この信号導
    線６，７，５０を介して印加される交流電圧によ
    る逆圧電効果を利用することにより、前記圧電検
    出素子が励振されるように構成されており、 前記圧電検出素子とその周囲とからなる振動系
    の振動状態の変化が測定変数の静的ないし準静的
    測定の測定値として利用されるようになつている
    ことを特徴とする検出器。 ２ 前記圧電検出素子および前記副測定素子用圧
    電素子の両圧電検出素子［３または４，４３また
    は４４、および５１または５２］が測定変数に対
    しほぼ同一の感度を有している特許請求の範囲第
    １項記載の検出器。 ３ 前記圧電検出素子および前記副測定素子用圧
    電素子の両圧電検出素子［３または４、および５
    １または５２］が機能上直列に接続されている特
    許請求の範囲第１項又は第２項記載の検出器。 ４ 前記の動的測定用圧電検出素子５２が、横振
    動圧電効果を利用するように接続せられ、さらに
    静的ないし準静的測定のため縦振動圧電効果を利
    用するように接続させた副測定素子用の圧電検出
    素子５１と共に取付筒４６内に装着されている特
    許請求の範囲第３項記載の検出器。 ５ 前記の両圧電検出素子［４３または４４］が
    機能上並列に接続されている特許請求の範囲第１
    項又は第２項記載の検出器。 ６ 前記の検出素子が、一方の面に互いに絶縁さ
    れた２個の接触電極１８を備え、他方の面に１個
    の共通接触電極１９を備える、ほぼ円盤形をした
    圧電性結晶１７の少なくとも１枚から形成されて
    いる特許請求の範囲第５項記載の検出器。 ７ 前記の圧電検出素子のうち動的測定用のもの
    のほか静的測定用のものも横振動圧電効果を利用
    するように接続させられる構成の特許請求の範囲
    第６項記載の検出器。
JP57086385A 1981-05-20 1982-05-20 Measuring sensor with piezo-electric detecting element Granted JPS57198811A (en)

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