JPS5999332A - 流体の特性測定装置 - 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】 本発明は流体中に設けた自由振動物体の振動挙動よ多流
体の粘度あるいは密度等の特性を知る流体の特性測定装
置に関するものである。

この種の測定装置としては従来流体の粘度を測定する振
動片粘度計が知られている。これは流体中に薄い金属片
を挿入し、その自由振動の減衰率から流体の粘度を測定
するものであるが、上記金属片を振動せしめ、あるいは
金属片の変位量を検出する回路や機構が必要なため装置
全体が大形となる上に、耐久性にも欠け、車両等への搭
載は不可能であった。

本発明は圧電振動子を使用して、コンパクトでかつ寿命
の長い流体の特性測定装置を提供することにより、上記
従来装置の不具合を解消することを目的とするもので、
圧゛亀振動子を流体中に設けるとともに、上記振動子を
励振する励振回路と、自由振動する上記振動子の出力信
号を受信する受信回路と、励振と受信を切シ換える切換
回路と、受信信号の挙動より上記流体の特性を算出する
演算回路とを具備している。

以下本発明を図示の実施例により説明する。

第１図ないし第８肉は本発明の第１の芙施例を示すもの
で、各図に従い構成と作動を併せて説明する。１ｆ、１
図、第２図はそれぞれ圧電振動子の正面図および断面図
である。圧電振動子１は２枚の圧１ｂ：体板１１ａ、：
１１１）を３枚の電極板１２ａ、　１２’ｂ、１２０間
に挟肩した、いわゆるバイモルフ振動子で、上記圧電伴
板１１ａ１１１’Ｌ）の分極方向は板厚方向に対して同
一としである。振動子１は表面全体が絶縁性樹脂１３で
コーティングしてあり、その一端は取付用部材１５に固
定しである。

取付用部材１５は段付きの両岸円筒形で、小径部外周に
は取付用ネジ部１５ａが形成しである。ｉ’ｄ内には絶
縁性樹脂１４が封５Ｍ　シてあり、上記振動子ｌの一端
は樹脂１４内に埋設固着しである。一方、電極板１２ａ
、１２０には樹脂１４を経て外部へ延びる共辿のリード
線１６ａの一端が接続され、’４　ｈ板１２１）にはリ
ード線１６１）の一端が接続しである。

そして、上記リード線１６ａ、１６ｂによシ振動子ｌに
交番電圧を印加すると、交番電圧の極性の反転に伴なっ
て振動子１は第２図の左右方向にわん曲振動する。また
、交番電圧の印加を停止して振動子１を自由微動させる
と、その振動方向に応じて極性が父わり、振幅に応じて
大きさが寂わる出力電圧がリード線１６ａ、１６ｂ間に
現われる。

上記（）４造の圧電振動子１を使用して流体の粘性測定
装置を構成し、本装置にて内燃にべ関のオイルの劣化横
刈をした例を第３図以降にボす。

第３図において、圧’ｔ　ＤＡ動子１はエンジンＥのオ
イルパンＥ１のｉｔ部に装着され、オイル中に挿入しで
ある。そして、リード線１６ａ、１６ｂにより信号処理
回路２に接続しである。４は温度センサで、その感温部
はオイル中に挿入しである。５はオイル劣化警告灯、３
はバッテリである。上記１Ｍ１反センサ４、警告灯５、
バッテリ３はいずれも信号処理回路２に接続しである。

第４図に信号処理回路２の構成を示す。図中２Ａは温度
検出器、２Ｂ１２ＰはＡ／Ｄコンバータ、２Ｃはパルス
ジェネレータ、２Ｄは増幅器、２Ｅは切換スイッチ、２
Ｆは切換信号発生回路、２Ｇは差動アンプ、２Ｈはピー
クホールド回路、２Ｊは比較器、２には単安定マルチバ
イブレータ、２Ｌ、２Ｎはインターフェース四路、２Ｍ
は演算回路である。

圧電振動子１は切換スイッチ２Ｅに接続しである。切換
スイッチ２Ｅは切換信号発生回路２Ｆの出力信号によっ
て切り換わり、振動子ｌと増幅器２Ｄもしくは差動アン
プ２Ｇとを所定周期で交互に接続する。

振動子１が増幅器２Ｄ側に接続されると、パ１ｖ７−ジ
ェネレータ２Ｃのパルス出力が増幅器２Ｄで増幅され、
正負に（憩性を変える励振信号として振動子１に与えら
れて振動子ｌを振動せしめる。振動子１が差動アンプ２
Ｇｉｔｌｌｌに接続されると励振は停止し、自由＊動に
伴なう振動子１の出力電圧信号が差動アンプ２Ｇにて増
幅され信号ａとしてピークホールド回路２Ｈおよび比較
器２Ｊに入力される。信号ａは第５図（１〕に示すよう
に、振動子１の振動減衰に伴なって次第に電圧が低くな
る交番電圧１Ｈ号である。

比較器２Ｊは上記信号ａと正負の極性を反転せしめた矩
形パ／Ｌ／ヌ１ば号ｂ（第５図（２）参照）を出力する
。単安定マルチバイブレータは上記１Ｊ号すの立上りに
同期したスタードパ／Ｌ’ス１司号Ｓ（第５図（３）参
照）を出力する。この信号Ｓによｆｉ　Ａ／Ｄコンバー
タ２Ｐは作動を開始する。

一方、ピークホールド回路２Ｈでは信号ａをピークホー
ルドして信号ｈ（第５図（４）参照）を出力する。信号
りはＡ／Ｄコンバータ２Ｐにてデジタル値に父候され、
ピーク値デーク■としてインターフェース回路２Ｌを経
て演算回路２算回路２Ｍより出力されるリセット１ごす
ｒによ、？Ｕリセットれ、その出力信号りは第５図（４
）に示す如く順次ピーク値をホールドしたものとなる。

またＡ／Ｄコンバータ２Ｐは莢侠終了時に終了イロサｅ
をブｄする。

温度センサ４の出力信号は温灰侠出ｉｉｓ　２　Ａに入
力され、ここで所定の電圧レベルに変換された後、Ａ／
Ｄコンバーク２Ｂにてデジタル値に変換され、温度デー
タＴとして演算回路２Ｍに読み込まれる。

オイル劣化警告灯５はインターフェース回路２Ｎに接続
してあり、演算回路２Ｍの出力信号により点灯する。

第６図は演算回路の演算フローチャートである。ステッ
プ２０１にてカウント用便Ｍｎを０にクリヤする。ステ
ップ２０２にてＡ／Ｄコンバータ２Ｐの終了信号ｅ（第
４図参照）を待ち、終了信号ｅが有ればステップ２０３
にてピーク値データＶを読み込み、メモリＡ（＃に記憶
する。

同時にカウント用変数ｎに１を加える。次に２テツプ２
０４にてピークホールド回路２Ｈ（第４図参照）にリセ
ット信号ｒを出力する。

ステップ２０５ではステップ２０３で読み込んだピーク
値データＶが充分減衰して一定値α以下になったか判断
し、Ｎｏであればステップ２０２以降を繰シ返して次の
ピーク値データＶを読み込む。”ｆ　Ｅ　Ｓであればス
テップ２０６で温度データＴを読み込み、次にステップ
２０７でメモリＡ（０）ないしＡ　（ｎ）に記憶した各
ピーク値データについて、順次対数減衰率Ｂ（１）を算
出する。

ステップ２０８では上記各対数減皺率Ｂ（１）の平均値
Ｃを算出する。ところで、振動子１の振動減放率Ｃと流
体の粘度Ｘとは第７図に示す如く比例関係にあるから、
ステップ２０９にて減衰率の平均値Ｃより、これに対応
する粘度Ｘを算出する。さらに、オイルの粘度とその劣
化度は第８図に示す如く温度をパラメータとして一義的
に定まる。ここで、図中線に１工、ｍはこの順に温度が
低くなっている。ステップ２１０では先にステップ２０
６で読み込んだ温度データＴに基づき、この温度におけ
るオイルの劣化限界粘度Ｘｏ（１）とステップ２０９で
算出しだ粘度Ｘを比較する。その結果、粘度Ｘが限界粘
度Ｘｏ　（Ｔ）を越えている場合にはステップ２１１に
て警告表示灯５（第４図参照）を点灯し、運転者に注意
を促す。

このように、本発明の流体特性測定装置はオイル中に設
けた圧電振動子の自白振動の減衰率より正確にオイルの
粘度を測定し、これに基づいてオイルの劣化検知をする
もので、振動物体に圧電振動子を使用することにより、
装置全体が極めてコンパクトになり、車両等への搭載が
可能となった。

第９図は不発明の第２の実施例で、圧電振動子１は分極
方向を厚さ方向に互いに反対とした圧電体板１１ａ、ｌ
ｌｂを接合した後、その両凹に電極板１２ａ、１２０を
当渣せしめ、さらに全体を絶縁性樹脂１３でコーティン
グしである。この構造のバイモルフ−振動子によっても
第１の実施例と同様の効果がある。

第１０図は本発明の第３の実施例で圧電振動子１は１枚
の圧−電体板−エユの両面に電極板１２ａ、１２Ｑを接
合したものである。この場合には振動子１は１簡さ方向
に伸縮振動する。このような構造の振動子によっても第
１の実施例と同様の効果がある。

第１１図は本発明の第４の実施例で、第３の実施例にお
ける圧電振動子１を半円形にわん曲せしめ、両端部を取
付用部材１５に固定したもので、これにより、振動子１
の縦振動はわん曲面の上下振動になる。このような構造
の振動子によっても第１の実施例と同様の効果がある。

第１２図ないし第１４図は本発明の第５の実施例で、上
記各実施例の圧電振動子を使用して液体の密度測定装置
を構成した例である。

第１２図において、測定容器６内には試料液体りが瀾た
してあり、圧電振動子１は上記猷中に挿入しである。振
動子１はリード線１６ａ。

１６１）により信号処理回路２に接続しである。

処理回路２にはまた表示器７および電源８が接続しであ
る。

第１３図１で信号処理回路２の回路構成をンＩりす。

切換スイッチ２Ｅが差動アンプ２Ｇ側へ切り換えられる
と、自白振動に伴なう振動子１の出力信号は差動アンプ
２Ｇで増幅され、比戟器２Ｊにて矩形波パルスに整形さ
れる。Ｆ／Ｖコン／＜−夕２Ｑでは上記矩形波パルスの
周波数すなわち振動子１の出力信号の周波数に比例した
′直圧を出力する。この電圧値−号はＡ／Ｄコンバータ
２Ｐでデジク）ｖ随に変換され演算回路２Ｍに読み込ま
れる。

表示器マはインターフェース回路２Ｎに接続され、演算
回路２Ｍより出力される密度値を表示する。

第１４図は演算回路２Ｍの演算フローチャートである。

ステップ２２１では振動子１の自由振動周波数に比例し
たコンバータ２Ｑ、（第１３図参照）の出力゛面圧デー
タＦをレジスタＡに読み込む。ステップ２２２では上記
レジスタＡの値に所定の係数を乗じて周波数ｆに換算す
る。

振動子１の振動周波数は液体の密度と一義的な関係があ
るから、ステップ２２３ではステップ２２２で算出した
周波数ｆより液体の密度ρを算出し、次ヌテツプ２２４
で密度ｅの値を表示器７へ出力する。

ここで、密度を測定する対象は液体に限らず、気体でも
良い。

以上の如く、本発明の流体の特性測定装置は圧電振動子
を流体中で自由振動せしめ、その振動挙動より流体の粘
度あるいは密度等を測定するもので、振動物体として圧
電振動子を使用することにより、装置の小型化および耐
久性の向上を実現し、特に車両等へ搭載して優れた性能
を発揮するものである。

なお、自由振動の減衰率と周波数の両者を同時に測定す
れば、流体の粘度と密度をよ、り正確に同時に求めるこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図は圧電振動子の正面図、第２図は第１図にお
けるトｌ線断面図、第３図は本発明の装置をオイルの劣
化検知に使用した装置構成図、第４図は信号処理回路の
構成を示すブロック図、第５図は信号処理回路の信号波
形を示す図、第６図は演算回路の演算フローチャート、
第７図は減衰率と粘度の関係を示す図、第８図は粘度と
オイルの劣化度を示す図である。第９図ないし第１１図
はそれぞれ本発明の第２ないし第４の実施例を示す圧電
振動子の断面図である。第１２図ないし第１４図は本発
明の第５の実施例を示すもので、第１２図は本発明の装
置を密度測定に使用した装置１１４成図、第１３図は信
号処理回路の構成を示すプロ゛ンク図、第１４図は演算
回路の割算フローチャートである。 １・・・・・・圧電振動子 ２・・・・・・信号処理回路 ２Ｃ・・・・・・パｌＶ７ジエネレータ２Ｄ・・・・・
・増幅器 ２Ｅ・・・・・・切換スイッチ ２Ｇ・・・・・・差動アンプ ２Ｈ・・・・・・ピークホールド回路 ２Ｍ・・・・・・演算回路 ＝１６′ Ｚδ９図 第１０図 第１１１２１ 第１２図 第１４図 第７図 粘度（Ｘ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　流体中に設けた圧電振動子と、該圧電振動子
   の励振回路と、励振停止後の自由振動に伴なう上記圧電
   振動子の出力信号を受信する受信回路と、励振と受信を
   切シ換える切換回路と、受（ｉ（信号の挙動より流体の
   特性を算出する演算回路とを具備する流体の特性測定装
   置。
2. （２）上記演算回路は受信した圧電振動子の出力信号の
   減衰率よ多流体の粘性を算出する特許請求の範囲第１項
   記載の流体の特性測定装置。
3. （３）上記演算回路は受１ぎした圧電振動子の出力信号
   の周波数より流体の密度を算出する特許請求の範囲第１
   項記載の流体の特性測定装置。