JPS63138235A - 円方向振動形比重検出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は圧電セラミックの如き電気機械振動ｆを用いた
比重検出装置に係り、検出子を被測定液中において円方
向振動させ液の慣性モーメントに応じた該円方向振動子
の共振周波数の変化分から比ｍを測定するようにした円
方向振動形比重検出装置に関する。

従来技術 従来汎用の比重検出装置としては浮子形と音叉形が代表
例として掲げられる。浮子形は被測定液における浮子の
ｔ１沈量を検知する方式であり、音叉形は音叉管内に被
測定液を閉じこめて音叉管の共振周波数の変化を検出し
比重を測定する方式である。

発明が解決しようとする問題点 然しながら浮子形は水モ設置を要し、又充分な容ｈ」の
サンプル液が必要であり、使用条件が限定される。加え
て機械的に複雑で装置全体が大型となる欠点があり、高
い測定精度が期待できない短所がある。

又音叉形はＵ字形音叉管内にサンプル液を充満させなけ
わばならず、液量が充分でないと測定が正確でなく、又
音叉管を浸した容器内に音波が伝幡し、反射するので容
器の大小による誤差を生ずる恐れがある。

発明者らはこれらの問題を解決するため、電気機械振動
子を用い、その機械的振動を検出子に伝え、該検出子を
被測定液中に浸着し、該検出子に付加される液の慣性モ
ーメントに応じた上記振動子の共振周波数の変化分を等
価的電気振動に変換して比重を測定する装置を考えた。

例えば従来汎用の厚さ縦方向振動子を用い、検出子を被
測定液中において同方向に振動させる等であるが、圧さ
縦方向振動子を用い検出子をその表面と直交する方向に
振動させた場合、検出子の振動波が被測定液に伝輔され
て波動を生じ比重測定の外乱要因となる。

問題点を解決するための手段 本発明は電気機械振動子から成る捩れ振動子等の円方向
振動子を用い、該円方向振動子にその円方向振動子の駆
動によって円方向振動する検出子を結合し、該検出子に
負荷される被測定液の慣性そ一メントに応じた上記同方
向振動子の共振周波数の変化分から同振動ｒ−の電気機
械変換機能を利用し、比■「を測定するようにした比１
「検出装置を提供する。

作用 本発明は電気機械振動ｒから成る円方向振動子を駆動源
として用い、これに結合した検出子−を被測定液中にお
いて室軸内方向振動させ、比重を検出するものであるか
ら、液中における厚み縦方向振動ｒを用いた場合の如き
有害な外乱要因の発生を効果的に防＋１ニし、粒度が高
く且つ広範囲なｄ）１１定が可能となる。

又従来の浮子形や音叉形等に比べ著しい小形軽量化が達
成でき、使用条件に制約されず、しかも極めて紙庫な価
格で提供できる。

実施例 １１ｆ１記の如く本発明は電気機械振動ｆとして円方向
振動ｆ１を用いる。

註内方向振動ｒ−として例えば捩れ振動子を適用する。

該捩れ振動子は振動子の−・端で時計方向に、他端で反
時計方向に、互いに逆方向に円方向振動する振動ｆであ
る。

第１図に示すように、上記の円方向振動子ｌの一端に伝
達軸２をその円方向振動軸線が同一となるように直結し
、更に該伝達軸２の先端にその円方向振動軸線が同一ど
なるように検出子３を直結する。即ち、円方向振動子ｌ
に検出子３を伝達軸２を介して直結し一体なる検出構体
を形成する。

伝達軸２は円柱又は角柱状を呈する。該伝達軸２は検出
子３の担体としての機能と、円方向振動ｆ１から離間し
た距離に支持する機能を有することに加え、振動伝達媒
体として機能しその長さ設定により伝達軸における共振
周波数の波長を設定する。

実施に応じ該伝達軸２には一定の慣性モーメントを有す
る質量体１９を同志にして一体に取付け、円方向振動子
ｌの共振周波数を調整可能な構造とする。

又検出子３は金属又は合成樹脂材等から成り、第１Ｏ図
Ａ、Ｈに示すように比較的広い面積の鏡面仕上げした円
周面を４ｆする中空又は無垢の真円柱体又は薄板を用い
、軸心に伝達軸２を直結する。−適例として同図Ａに示
すような円筒体を検出−ｆ３として用いて検出子３が被
測定液中に浸着された時、同波を導入する室３ａを形成
し、該室３ａ内に一定体積の被測定液を保有させつつ円
方向振動させる構成とする。

更に適例として上記第１図、第１０図Ｂに示すように、
上記室３ａを隔壁３ｂ、例えば円筒室を直径方向に分割
する隔壁３ｂで仕切り、隔壁３ｂを抵抗板とする。又無
垢の円柱体に軸方向の複数の室を形成して液を保（■さ
せることも可能である。又検出子３は円錐形、紡鐘形の
ものが適用可能である。

上記によって円方向振動子１の円方向振動が伝達軸２を
介して検出子３に伝達され、該検出子３を被測定液中に
浸着して伝達軸２を中心に円方向振動させる。この円方
向振動に伴ない検出子３に被測定ｆｉ９の慣性モーメン
トが負荷され、検出′ｆ３の回転モーメントを増加させ
る。この回転モーメントの増加により円方向振動子ｌの
共振周波数を変化させ同振動ｆ１により共振周波数の変
化量に応じた電気信号を得る。

この機能は円方向振動子、例えば圧電セラミックの電気
−機械エネルギー変換効果によるものである。

該内方向振動は縦方向振動等と異なって外乱要因となる
液の波動を抑止し、液を静的状態に保ち慣性抵抗のみを
感知する。

第２図に示すように、測定回路として円方向振動子１を
電気的に駆動する駆動回路５と振動子１の共振周波数の
変化量を電気信号として検出する周波数検出回路６と、
上記周波数の変化量に応動し、比重を表示する表示回路
７とを有し、各回路はト記円方向振動子１と接続する。

第３図に示すように、上記円方向振動子１及び伝達軸２
はハンドグリップ形の外囲器８内に内蔵し、検出子３を
伝達軸２の端末部分と共に該外囲器８の先端より露出状
態とし、第２図に示すように検出子３のみを被測定液９
中に浸着できるようにし、該検出部１０と上記回路装置
を内蔵した測定機１１とをコネクタケーブル１２にて接
続する。

前記の如く上記円方向振動子１の適材として新規な捩れ
振動子を適用する。第５図、第６図はその一例を示して
いる。同図に示すように、表裏面に電極Ｖを施した外形
が矩形の圧電セラミックＩＡ、ＩＢを四象限単位の分極
領域に区分して一方の対角となるコーナを占有する二象
限に正方向分極領域Ｐ２．Ｐ３を、他方の対角となるコ
ーナな占有する二象限に負方向分極領域ＰＩ　、Ｐ４を
夫々配置し、該四分様圧電セラミックＩＡ。

ＩＢ相互の貼り合せ体を形成し、各四分様圧電セラミッ
クＩＡ、ＩＢの各分極領域ＰＩ乃至Ｐ４を電圧印加時の
長さ振動方向が逆方向となるように対向させる。

並列接続の場合には第５図に示すように、二枚の四分様
圧電セラミックＩＡ、ＩＢの正方向分極領域Ｐ２同志及
びＰ３同志を対向させ、且つ負方向分極領域ＰＩ同志及
びＰ４同志を対向させ、電圧印加方向が逆方向となるよ
うに貼り合せる。

又直列接続の場合には第６図に示すように、二枚の四分
様圧電セラミックＩＡ、ＩＢを一方の正方向分極領域Ｐ
２．Ｐ３と他方の負方向分極領域ＰＩ　、Ｐ４とを対向
させ、一方の負方向分極領域Ｐ１．Ｐ４と他方の正方向
分極領域Ｐ２．Ｐ３とを対向させ、分極方向が逆方向と
なるように貼り合せる。

四分様圧電セラミックＩＡ、ＩＢを上記の如き約束に従
い貼り合せた場合には、各対向する一組の分極領域にお
いては一方では伸びを、他方では縮みを生じ、又他の組
の分極領域では一方では縮みを、他方では伸びを生じ、
前者においてはＪ’Ｘみ方向の一方へ屈曲し、後者にお
いては厚み方向の他方へ屈曲することとなる。斯くして
同様に複屈曲振動、即ち捩れ振動を誘起する。

即ち、例えば第７図に示すように、−組の正方向分極領
域Ｐ２．Ｐ］において、　一方の四分様圧電セラミック
ＩＡが伸びＸＩを生じた時、他方の四分様圧電セラミッ
クＩＢが縮みＸ２を生じ、従って該−組の１［方向分極
領域Ｐ２．Ｐ３を厚み方向の一方に屈曲Ｙ１する。

他方、他の一組の負方向分極領域ＰＩ、Ｐ４において、
一方の四分様圧電セラミック１／１（ｆｉみｘ２を生じ
た時、他方の四分様圧電セラミックＩＢが伸びＸＩを生
じ、従って該−組の負方向分極領域ＰＩ　、Ｐ４は厚み
方向の他方に屈曲Ｙ２し、ＩＭ！ｌＩＬの−４で時計方
向に、同他端で反時計方向に円方向振動し、全体として
捩れ振動を来す。

上記円方向振動ｆ１なる捩れ振動子の一端を第１図、第
４図Ａに示すように慣性ττ雀体１３に一体に固着し、
註慣性Ｔ１　ｎｔ体１３を外囲器８内面に振動吸収用の
緩衝材１４を介して固定し、同他端に前記の如くして伝
達軸２及び検出子３を直結する。円方向振動子ｌ及びこ
れに直結する伝達＠２及び検出″ｆ３の組）１体（検出
構体）は上記によって外囲器８内にに１衝材１４を介し
て架装状態とされる。緩衝材１４は外囲器８内壁面へ緊
密に挿入し摩擦保持させると共に、緩衝材１４を外囲器
８内面に形成した受部１５で支承し、移動を阻止し、定
位置に保持する。

又、第４図Ｂに示すように円方向振動子１を伝達軸上に
おいて節（振動′：４）を有するような波形１６で共振
させ、例えば該節１７を外囲器８の先端に位置させ、該
節１７において外囲器先端面を閉鎖するシール１８を設
けて伝達軸２を支持し、よって検出構体の支持を強化し
、外囲器８内への被測定液９の浸入を防止する。

円方向振動子またる捩れ撮動子は上記の如く一端を固定
することによって、他ｍにおいて円方向振動し、該円方
向振動を同他端に連結された伝達軸２を介し検出子３に
伝え、これを伝達軸２を中心として円方向振動させ、前
記の如くして被測定液の比重に比例した共振周波数の変
化分から等価的電気信号として比重の検出を行う。

第８図、第９図は上記円方向振動子またる捩れ撮動その
他側を示す。該振動子１は円筒形の圧電セラミックによ
って構成されている。該円筒形圧１・ｕセラミックは直
径線上を境に二分割され、一方の圧電セラミックＩＡと
他方の圧電セラミックＩＢにその内外周面の電極面Ｖと
平行な分極処理（ポーリング処理）を施し、矢印で示す
ように夫々の分極方向２０ａ、２０ｂを互いに逆方向に
し、これを円筒形に組立て、内周面又は外路面側の一方
を固定し他方をフリーにすると電気駆動によりフリー側
において円方向振動する。この円方向振動側に伝達軸２
を介し検出子３を連結する。

例えば円筒形円方向振動子１を内周面側において円方向
振動させ、図示の如く同内周面側に伝達軸２の一端を嵌
挿し固定する。

斯くして円筒形円方向振動子ｌが円方向振動し、これに
結合された検出子３を被測定液中において円方向振動し
、前記の如く液の慣性モーメントに応じた振動子ｌの共
振周波数の変化分から比重を検知する。

発明の効果 本発明は以Ｅ説明したように、電気機械振動子から成る
円方向振動子を駆動源として用い、これに結合した検出
子を被測定液中において室軸円方向振動させ、比重を検
出するようにしたものであるから、液中における厚み縦
方向振動子を用いた場合の如き有害な外乱要因の発生を
効果的に防止し、高精度で且つ広範囲な測定が可能とな
る。

又、従来の浮子形や音叉形等に比べ著しい小形、軽星化
が達成でき、使用条件に殆ど制約を伴なわない。本発明
によれば上記目的達成手段としての検出子の円方向振動
が容易に得られ、円方向振動する検出構体が極めて簡素
に構成でき、紙庫な価格で提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す検出構体の側面図、第２
図はその外観と検出回路を示す図、第３図は上記検出構
体を内蔵せる検出部と測定機の外観を表す斜視図、第４
図Ａは同検出部の断面図、同図Ｂは伝達軸上における波
形を示す図、第５図Ａは円方向振動子たる捩れ振動子の
一例を示す分解斜視図、同図Ｂは貼り合せ体とした同振
動ｆの断面図、第６図Ａは円方向振動ｆたる捩れ撮動子
−の他側を示す分解斜視図、同図Ｂは貼り合せ体とした
同振動ｆ・の断面図、第７図は第５図、第６図における
円方向振動ｆの捩わ振動動作を説明′４−る斜視図、第
８図は円方向振動子の他側たる円筒形捩れ振動イーの他
側を示す横断面図、第９図は同円筒形捩れ振動ｆを用い
た検出構体側面し１、第１０図Ａは検出７−の構造を例
示するー・部切欠側面図、同図Ｂは検出子の他の栖造例
を示す横断面図である。 １・・・円方向振動ｆ、２・・・伝達軸、３・・・検出
子、３ａ・・・室、８・・・外囲器、９・・・被測定液
、１０・・・検出部、ｔ　ｔ−ｉｔり足載。 第３図 第７図 第８図 第１０図 （Ａ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気機械振動子から成る同方向振動子に、該同方
   向振動子の駆動によって円方向振動される検出子を結合
   し、該検出子に付加される被測定液の慣性モーメントに
   応じた上記同方向振動子の共振周波数の変化分から比重
   を測定する構成とした円方向振動形比重検出装置。
2. （２）上記検出子が被測定液中に浸着された時、同液を
   導入する室を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の円方向振動形比重検出装置。
3. （３）上記同方向振動子の共振周波数を調整する一定の
   慣性モーメントを有する質量体を具備することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の円方向振動形比重検出
   装置。