JPH0650268B2 - 管内圧力変化検知変換器 - Google Patents

管内圧力変化検知変換器

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JPH0650268B2
JPH0650268B2 JP62052822A JP5282287A JPH0650268B2 JP H0650268 B2 JPH0650268 B2 JP H0650268B2 JP 62052822 A JP62052822 A JP 62052822A JP 5282287 A JP5282287 A JP 5282287A JP H0650268 B2 JPH0650268 B2 JP H0650268B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管の変形を検出することによって、例えばジ
ーゼルエンジンの噴射導管や油圧装置の配管等の管内部
の圧力に変化が生じたことを検知する管内圧力変化検知
変換器(以下、単に変換器と称する)に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来、管内部の圧力が変化したことを検出する方法とし
て、ストレン・ゲージ又は圧電素子を用いた在来型の圧
力センサをジーゼルエンジンの燃料噴射導管内に直接組
み込む方法が知られている。しかし、この方式の圧力セ
ンサの取付けは、非常に手数がかかり、又取付け部の構
造部分を開いて脱着する等の作業が必要となり、再密封
の不完全さとかゴミの侵入等により噴射系に故障や動作
不良を引き起こすことも少なくない。
このような問題を生じない変換器として、管外部に取付
ける方式のものが知られている。例えば、特公昭58-401
33号公報には、管のまわりに密着する弾性の測定素子を
有し、その外周を巻き込んでいる剛性ケースを備え、測
定素子と剛性ケースとの間に、弾性の保持材を配置し、
その管の変形が摩擦係合式にその測定素子へ伝達される
べく構成されたものが記載されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、前記の変換器においては、測定素子に圧電箔等
が使用されており、測定に際して管の径寸法変化ではな
くて管の周辺長の変化を検知するという測定原理のた
め、管の変形を摩擦係合式に測定素子に伝達しなければ
ならず、そのため測定素子と管の間に、管表面の変形を
すべて正確に伝達するような摩擦力を生ずるように調整
しなければならなかった。
また、前記の変換器においては、管の振動等によって、
管の内圧変動以外の力として、管と測定素子との間に慣
性力が生じる。慣性力によって測定素子に力が加わって
生ずる雑音信号を補償するには、変換器のケース部分を
できるだけ剛性の強い構成とし、この変換器のケース部
分を管上へしっかりと固着させ、測定素子そのものを支
持力を引き受ける役目から完全に開放させる必要があ
る。それゆえ、この変換器では構造が複雑になるととも
に取付け時の調整が難しいという欠点がある。
本発明は、前記欠点に鑑み摩擦力の複雑な調整が不要
で、かつ構造が非常に簡易で、取付け時の調整も容易で
あり、軽量なことによって噴射系への影響もほとんどな
く、しかも振動による雑音信号の影響を受け難くした変
換器を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、管の変形を検出することによって、その管内
の圧力変化を電気的信号に変換して検知する変換器にお
いて、測定素子にバイモルフ構造を有する圧電素子(以
下、単にバイモルフと称する)を使用し、該バイモルフ
を保持材によって管表面上に押し当てるように構成した
ことを特徴とする変換器である。
ここで、測定素子に使用するバイモルフとは、2枚の圧
電体を貼り合わせた構造を有するものである。バイモル
フには、2枚の圧電体の分極方向を逆になるようにして
貼り合わせて、その外側にそれぞれ電極を取付けて、こ
れらの電極を電気端子に結合した直列型バイモルフと、
2枚の圧電体の分極方向を同じになるようにして、圧電
体と圧電体の間に電極を介して貼り合わせ、その外側に
それぞれ電極を取付けて、この外側電極を電気的に導通
接続して、これと中央の電極をそれぞれ電気端子に結合
した並列型のバイモルフの二種類があるが、本発明にお
いてはどちらの型のバイモルフも使用できる。
バイモルフを構成する圧電体は通常高分子圧電材料又は
セラミック圧電材料と高分子材料もしくは高分子圧電材
料の混合物からなる複合物圧電材料より成り、例えば高
分子圧電材料としてフッ化ビニリデン系重合体すなわち
フッ化ビニリデン単独重合体又はフッ化ビニリデン−ト
リフルオロエチレン共重合体等の共重合体等を用いるこ
とができる。
次に、バイモルフの測定原理について説明する。バイモ
ルフは、管の内圧変化によって生ずる管径の変化を電圧
の変化によって検知することができる。バイモルフの出
力電圧をV〔V〕とすると V=cgt−1 (I) c:圧電体の弾性率〔N/m〕 g:圧電体の電圧出力係数〔V・m/N〕 t:圧電体(1枚)の厚さ〔m〕 r:曲率半径(管の中心からバイモルフの中央までの曲
率)〔m〕 で表される。この式(I)から示されるように、出力電
圧Vは圧電体(1枚)の厚さtの2乗に比例するの
で、圧電体の厚さを厚くすれば、大きな出力電圧が得ら
れ、検出感度は向上する。また、圧電体と圧電体の間に
中間層を設けることによって、圧電体の厚さを中間層の
厚さ分だけ厚くしたと同様の効果が得られ、検出感度を
向上させることができる。中間層の材質は、導電体であ
れば特に限定されないが、銅、アルミ等の金属薄板が好
適に用いられる。中間層の厚さは、0.1〜2.0mm程度が好
ましい。
本発明において前記バイモルフは、管径の変化にできる
だけ忠実に追従することができるように管表面上に押し
当てられていることが必要であり、そのために保持材が
用いられる。保持材としては、ゴム等の弾性体か又は伸
縮性のバンドが好適に用いられる。保持材として弾性体
を使用する場合は、管の外周を囲い込むケースを用い
て、そのケースとバイモルフとの間に、この弾性体を配
置するのが好ましい。また、分割構成のケースを使用す
れば、このケースに締付けねじ、スナップ締め具、バネ
クリップ等を付属させることによって、測定対象となる
管に取り外し可能式に固着することができる。保持材に
伸縮性のバンドを使用する場合は、このバンドを管の外
周を巻き囲うよう配置し、管とバンドの間にバイモルフ
を配置して、バンドの末端に締め付け具を付属させれ
ば、ケースを用いなくても、管に取り外し可能式に固着
することができる。
前記バイモルフが保持材によって管表面上に押し当てら
れる場合、バイモルフは管表面上に直接押し当てられて
いてもよいし、金属箔等の保護層を介して間接的に押し
当てられていてもよい。いずれの場合にも、バイモルフ
は管径の変化に追従するように管表面上に押し当てられ
ていればよく、管表面の変形をすべて正確に伝達するよ
うな摩擦力を管とバイモルフとの間に生じさせるような
摩擦係合式の押し当ては必要でない。従来のように測定
素子が単なる圧電体の場合は、管の周辺長の変化を検出
するために摩擦係合式の押し当てが必要であったが、バ
イモルフを用いる本発明の場合は測定原理が異なり、管
の周辺長の変化ではなく管の直径の変化を検出するので
摩擦係合式の押し当ては不要である。なお、バイモルフ
の場合は、管の周辺長の変化により管の周方向へ力が作
用しても、バイモルフ中の一方の圧電体に発生する電荷
と、もう一方の圧電体に発生する電荷がお互いに打ち消
し合って、電圧の変化は検出されない。
本発明の変換器は、測定素子にバイモルフを使用してい
るので、従来の変換器のように測定素子に対して支持力
を引き受ける特別な構造の変換器のケースを用いなくと
も、管の振動等によって生ずる雑音信号の影響を防ぐこ
とができる。すなわち、管の振動等によって管とバイモ
ルフとの間に慣性力が発生すると、その慣性力によって
バイモルフは、厚さ方向に圧迫されるが、その場合バイ
モルフ中の一方の圧電体に発生する電荷と、もう一方の
圧電体に発生する電荷が、お互いに打ち消し合って、電
圧の変化は検出されないのである。したがって、変換器
の構造をより簡易なものにすることができる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
第1図は、本発明の変換器の一形態例の断面図であり、
第2図は、第1図中のI−I断面図である。第1図にお
いて、(1)は圧力変化を検知すべき圧力導管であって、
この圧力導管(1)上に保護層(2)を介して測定素子である
バイモルフ(3)が保持材(4)によって押し当てられてい
る。保護層(2)はバイモルフ(3)を保護するものであり、
例えば金属箔等である。保持材(5)は直接圧力導管(1)を
保持している。保持材(4)及び(5)はゴム等の弾性体であ
る。保持材(4)及び(5)の外側からは、二分割構成のケー
ス(6)及び(7)が締付けネジ等の締付け装置(8)によって
取付けられている。
次に、第1図及び第2図の変換器の機能を説明する。圧
力導管(1)内に燃料等が圧送されると圧力導管(1)の径が
それによって変化する。圧力導管の径が変化するという
ことは、前記の曲率半径rが変化するということであ
り、バイモルフ(3)は、前記式(I)より明らかなよう
に、曲率半径rの変化に対応した電圧Vが発生する。
この電圧変化を検出することにより、圧力導管内部の圧
力変化を検知することができる。なお、圧力導管が振動
した場合、変換器に慣性力が発生し、この慣性力がバイ
モルフに加わることがある。しかし、バイモルフの場合
は、慣性力が加わっても、前述した作用によって電圧の
変化は検出されない。したがって、本発明の変換器は、
慣性力による雑音信号の検出を未然に防ぐことができ
る。
第3図は、本発明の変換器の別の形態例の断面図であ
り、第4図は、第3図中のII−II断面図である。第1図
の変換器と比べて保持材(5)がなく、圧力導管(2)の下部
はV字形の溝の形状を有したケース(9)によって保持さ
れている点が異なっている。本発明の変換器は測定素子
を管に対して対称に配置しなくてもよいので、このよう
な簡略な構造とすることも可能である。機能については
第1図の変換器と同じである。
第5図は、本発明の変換器の別の形態例の断面図であ
り、第6図は、第5図中のIII−III断面図である。第5
図において、符号(10)及び(11)は伸縮性のバンドからな
る保持材であり、バンド(10)はその張力によってバイモ
ルフ(3)を圧力導管(1)の表面に押し当てており、バンド
(11)は圧力導管(1)を直接保持している。バンド(10)及
び(11)の各末端はそれぞれケース(12)及び(13)に固定さ
れている。機能については、第1図の変換器と同じであ
る。
第7図は、本発明の変換器の別の形態例の断面図であ
り、第8図は、第7図中のIV−IV断面図である。第7図
において、ケース(14)及び(15)に軟質肉薄部分(16)及び
(17)を作り、気密質(18)及び(19)を設ける。この気密質
(18)及び(19)に空気もしくはその他の気体又は油等の圧
力媒体を充填することによって、バイモルフ(3)を圧力
導管(1)の表面へ押し当てるとともに圧力導管(1)を保持
する。なお、気密質(18)には、注入口(20)を設けてお
り、圧力の調整をすることができる。機能については、
第1図の変換器と同じである。
第9図は、本発明の変換器の別の形態例の断面図であ
り、第10図は、第9図中のV−V断面図である。第9
図において、符号(21)は伸縮性のバンドからなる保持材
であり、バイモルフ(3)はこのバンド(21)によって圧力
導管(1)の表面に押し当てられている。バンド(21)の両
端は、取付け装置である締め付け片(22)及び(23)に固定
されており、締め付け片(22)及び(23)はネジ(24)によっ
て、圧力導管(1)へ取付けることができる。本形態例の
場合は、ケースを必要としないので、非常に簡略化され
た構造をとることができる。機能については、第1図の
変換器と同じである。
なお、各図面において、同一符号は同一物を表してお
り、重複する説明を避けるために既述の符号については
その説明を省略してある。
〔発明の効果〕
本発明の変換器は、管と測定素子の間の摩擦力の複雑な
調整が不要で、構造が非常に簡易であり、しかも慣性力
によって発生する雑音信号を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の変換器の一形態例の断面図であり、
第2図は第1図中のI−I断面図である。第3図は、本
発明の変換器の別の一形態例の断面図であり、第4図は
第3図中のII−II断面図である。第5図は、本発明の変
換器の更に別の一形態例の断面図であり、第6図は第5
図中のIII−III断面図である。第7図は、本発明の変換
器の更に別の一形態例の断面図であり、第8図は第7図
のIV−IV断面図である。第9図は本発明の更に別の変換
器の一形態例の断面図であり、第10図は第9図中のV
−V断面図である。 (1)……圧力導管、(2)……保護層、(3)……バイモル
フ、(4),(5),(10),(11),(21)……保持材、(6),(7),(9),
(10),(11),(14),(15)……ケース、(8)……締め付け装
置、(16),(17)……肉薄部分、(18),(19)……気密室、(2
0)……圧力媒注入口、(22),(23)……締め付け片、(24)
……ネジ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】管の変形を検出することにより、管内の圧
    力変化を電気的信号に変換し検知する変換器において、
    測定素子にバイモルフ構造を有する圧電素子を使用し、
    該バイモルフ構造を有する圧電素子を保持材によって管
    表面上に押し当てるように構成したことを特徴とする管
    内圧力変化検知変換器。
  2. 【請求項2】バイモルフ構造を有する圧電素子が圧電体
    と圧電体の間に中間層を設けた構造である特許請求の範
    囲第1項記載の管内圧力変化検知変換器。
JP62052822A 1987-03-06 1987-03-06 管内圧力変化検知変換器 Expired - Fee Related JPH0650268B2 (ja)

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