JPH1062331A - 粒子センサ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 流体中に含まれる粒子の大きさや粒度分布
を、簡易かつ短時間に測定できる粒子センサを提供す
る。 【解決手段】 流体中の固体粒子の衝突に対して感応で
きる程度の質量を有する振動部14と、振動部14の振
動を検出し電気信号に変換する検出部20とを有するセ
ンサ素子10と、センサ素子10を固定するハウジング
30と、流体の入口32を形成する入口ノズル33と、
流体の出口34を形成する出口ノズル35とを有し、出
口ノズル35は、センサ素子10に対して、入口ノズル
33の反対側に配置され、振動部14の周囲の少なくと
も一部に孔部18が形成されており、入口ノズル35か
ら流入した流体がセンサ素子10に衝突した後、孔部1
8を通過して出口ノズル35より流出するように構成さ
れた粒子センサであって、当該粒子センサのセンサ素子
10に衝突する流体の速度を変化させることができるよ
うにした粒子センサ。
を、簡易かつ短時間に測定できる粒子センサを提供す
る。 【解決手段】 流体中の固体粒子の衝突に対して感応で
きる程度の質量を有する振動部14と、振動部14の振
動を検出し電気信号に変換する検出部20とを有するセ
ンサ素子10と、センサ素子10を固定するハウジング
30と、流体の入口32を形成する入口ノズル33と、
流体の出口34を形成する出口ノズル35とを有し、出
口ノズル35は、センサ素子10に対して、入口ノズル
33の反対側に配置され、振動部14の周囲の少なくと
も一部に孔部18が形成されており、入口ノズル35か
ら流入した流体がセンサ素子10に衝突した後、孔部1
8を通過して出口ノズル35より流出するように構成さ
れた粒子センサであって、当該粒子センサのセンサ素子
10に衝突する流体の速度を変化させることができるよ
うにした粒子センサ。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体中の固体粒子
を検出するための粒子センサに関する。
を検出するための粒子センサに関する。
【0002】
【従来の技術】液体又は気体の流体中に固体粒子が混在
するとき、その粒子の存在を検出することが求められる
場合がある。特に、粒子が流体中に本来、混在すべきで
はないのにも拘わらず混在し、その流体の作用を阻害す
る場合、粒子の検出が重要になる。
するとき、その粒子の存在を検出することが求められる
場合がある。特に、粒子が流体中に本来、混在すべきで
はないのにも拘わらず混在し、その流体の作用を阻害す
る場合、粒子の検出が重要になる。
【0003】例えば、自動車のエンジン又は重機械のエ
ンジンなどの内燃機関は、ガソリン、軽油等を動力源と
するが、これらの内燃機関はエンジンオイル等の潤滑剤
を用いて、エンジン等の回転面や摺動面の摩擦抵抗及び
磨耗を低減する。しかし、内燃機関の使用に伴って、磨
耗により金属粉等の粒子が生じて、潤滑剤に混入し、回
転面及び摺動面の磨耗を早めることがある。通常は、オ
イルフィルター等の濾過器により、潤滑剤中の粒子等を
除去するが、潤滑剤中の粒子を検出することにより、潤
滑剤の状態をより詳細にモニターすることができる。
ンジンなどの内燃機関は、ガソリン、軽油等を動力源と
するが、これらの内燃機関はエンジンオイル等の潤滑剤
を用いて、エンジン等の回転面や摺動面の摩擦抵抗及び
磨耗を低減する。しかし、内燃機関の使用に伴って、磨
耗により金属粉等の粒子が生じて、潤滑剤に混入し、回
転面及び摺動面の磨耗を早めることがある。通常は、オ
イルフィルター等の濾過器により、潤滑剤中の粒子等を
除去するが、潤滑剤中の粒子を検出することにより、潤
滑剤の状態をより詳細にモニターすることができる。
【0004】また、エンジンなどの内燃機関に限らず、
変速機などの動力伝達機構、油圧サーボバルブなどの油
圧配管系、工業的な圧延加工、プレス加工などに用いら
れる作動油、洗浄油などについても、その流体中の粒子
及び/又はこれらの油の粘度等を中心として、流体の状
態を管理することは重要である。更に、大気中の浮遊粒
子の存在、その濃度等も、大気汚染の程度をモニターす
るうえで重要である。例えば、工場における排煙中の浮
遊粒子を検出することである。
変速機などの動力伝達機構、油圧サーボバルブなどの油
圧配管系、工業的な圧延加工、プレス加工などに用いら
れる作動油、洗浄油などについても、その流体中の粒子
及び/又はこれらの油の粘度等を中心として、流体の状
態を管理することは重要である。更に、大気中の浮遊粒
子の存在、その濃度等も、大気汚染の程度をモニターす
るうえで重要である。例えば、工場における排煙中の浮
遊粒子を検出することである。
【0005】このような流体中の粒子を検出するための
センサとして、特開平7−301594号公報には、圧
電膜を用いたセンサ素子を有する粒子センサが開示され
ている。このセンサでは、流体中の粒子が、圧電膜を有
する検出部又は検出部を載置する振動部に衝突すること
により、振動部及び検出部が振動し、圧電膜がこの振動
を電気信号に変換し、圧電膜を挟んでいる電極がこの電
気信号を出力する。
センサとして、特開平7−301594号公報には、圧
電膜を用いたセンサ素子を有する粒子センサが開示され
ている。このセンサでは、流体中の粒子が、圧電膜を有
する検出部又は検出部を載置する振動部に衝突すること
により、振動部及び検出部が振動し、圧電膜がこの振動
を電気信号に変換し、圧電膜を挟んでいる電極がこの電
気信号を出力する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、流体の状態
を管理し、適宜、濾過等の処理をするにおいては、単に
流体中の粒子の存在や濃度を確認できるだけでなく、流
体中に含まれる粒子の大きさや粒度分布についても知る
ことができればより有利である。このため、上記従来の
粒子センサを用いて流体の検出を行うに際しては、セン
サ素子に衝突する流体の速度を一定としておき、粒子の
衝突により発生した信号の振幅(電圧値)の大きさによ
って、衝突した粒子の大きさを判断していた。
を管理し、適宜、濾過等の処理をするにおいては、単に
流体中の粒子の存在や濃度を確認できるだけでなく、流
体中に含まれる粒子の大きさや粒度分布についても知る
ことができればより有利である。このため、上記従来の
粒子センサを用いて流体の検出を行うに際しては、セン
サ素子に衝突する流体の速度を一定としておき、粒子の
衝突により発生した信号の振幅(電圧値)の大きさによ
って、衝突した粒子の大きさを判断していた。
【0007】しかしながら、上記のようにして得られる
信号の振幅の大きさにはバラツキが多く、その精度に欠
けるものであった。また、精度を上げるため測定回数を
増やしてやると、信号処理機械が複雑になったり、測定
時間が長くなるといった問題が生じていた。
信号の振幅の大きさにはバラツキが多く、その精度に欠
けるものであった。また、精度を上げるため測定回数を
増やしてやると、信号処理機械が複雑になったり、測定
時間が長くなるといった問題が生じていた。
【0008】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、流体中に含ま
れる粒子の大きさや粒度分布を、より簡易かつ短時間に
測定できる粒子センサを提供することにある。
たものであり、その目的とするところは、流体中に含ま
れる粒子の大きさや粒度分布を、より簡易かつ短時間に
測定できる粒子センサを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、流体中
の固体粒子の衝突に対して感応できる程度の質量を有す
る振動部と、当該振動部の振動を検出し電気信号に変換
する検出部とを有するセンサ素子と、当該センサ素子を
固定するハウジングと、流体の入口を形成する入口ノズ
ルと、流体の出口を形成する出口ノズルとを有し、当該
出口ノズルは、当該センサ素子に対して、当該入口ノズ
ルの反対側に配置され、当該振動部の周囲の少なくとも
一部に孔部が形成されており、当該入口ノズルから流入
した流体が当該センサ素子に衝突した後、当該孔部を通
過して当該出口ノズルより流出するように構成された粒
子センサであって、当該粒子センサのセンサ素子に衝突
する流体の速度を変化させることができるようにしたこ
とを特徴とする粒子センサ(第1発明)、が提供され
る。
の固体粒子の衝突に対して感応できる程度の質量を有す
る振動部と、当該振動部の振動を検出し電気信号に変換
する検出部とを有するセンサ素子と、当該センサ素子を
固定するハウジングと、流体の入口を形成する入口ノズ
ルと、流体の出口を形成する出口ノズルとを有し、当該
出口ノズルは、当該センサ素子に対して、当該入口ノズ
ルの反対側に配置され、当該振動部の周囲の少なくとも
一部に孔部が形成されており、当該入口ノズルから流入
した流体が当該センサ素子に衝突した後、当該孔部を通
過して当該出口ノズルより流出するように構成された粒
子センサであって、当該粒子センサのセンサ素子に衝突
する流体の速度を変化させることができるようにしたこ
とを特徴とする粒子センサ(第1発明)、が提供され
る。
【0010】また、本発明によれば、流体中の固体粒子
の衝突に対して感応できる程度の質量を有する振動部
と、当該振動部の振動を検出し電気信号に変換する検出
部とを有するセンサ素子と、当該センサ素子を固定する
ハウジングと、流体の入口を形成する入口ノズルと、流
体の出口を形成する出口ノズルとを有し、当該出口ノズ
ルは、当該センサ素子に対して、当該入口ノズルの反対
側に配置され、当該振動部の周囲の少なくとも一部に孔
部が形成されており、当該入口ノズルから流入した流体
が当該センサ素子に衝突した後、当該孔部を通過して当
該出口ノズルより流出するように構成されたセンサを複
数組み合わせてなる粒子センサであって、当該粒子セン
サを構成する各センサのセンサ素子に、流体が異なる速
度で衝突するようにしたことを特徴とする粒子センサ
(第2発明)、が提供される。
の衝突に対して感応できる程度の質量を有する振動部
と、当該振動部の振動を検出し電気信号に変換する検出
部とを有するセンサ素子と、当該センサ素子を固定する
ハウジングと、流体の入口を形成する入口ノズルと、流
体の出口を形成する出口ノズルとを有し、当該出口ノズ
ルは、当該センサ素子に対して、当該入口ノズルの反対
側に配置され、当該振動部の周囲の少なくとも一部に孔
部が形成されており、当該入口ノズルから流入した流体
が当該センサ素子に衝突した後、当該孔部を通過して当
該出口ノズルより流出するように構成されたセンサを複
数組み合わせてなる粒子センサであって、当該粒子セン
サを構成する各センサのセンサ素子に、流体が異なる速
度で衝突するようにしたことを特徴とする粒子センサ
(第2発明)、が提供される。
【0011】なお、本発明において、流体の速度とは、
単位時間内に流路を直角に切断する単位断面を通過する
流体の体積をいい、例えばm3/m2・sec(=m/sec)のよう
な単位で表される値である。
単位時間内に流路を直角に切断する単位断面を通過する
流体の体積をいい、例えばm3/m2・sec(=m/sec)のよう
な単位で表される値である。
【0012】
【発明の実施の形態】まず、第1発明に係る粒子センサ
について説明する。図1は本発明に係る粒子センサの基
本構造の一例を示す断面説明図で、図2はそのA部を拡
大した図である。センサ内において流体の流れる流路
は、流体の入口32を形成する入口ノズル33と、流体
の出口34を形成する出口ノズル35と、これらノズル
33、35が固定され、ノズル33、35の間において
センサ素子10を収容するハウジング30とから構成さ
れている。
について説明する。図1は本発明に係る粒子センサの基
本構造の一例を示す断面説明図で、図2はそのA部を拡
大した図である。センサ内において流体の流れる流路
は、流体の入口32を形成する入口ノズル33と、流体
の出口34を形成する出口ノズル35と、これらノズル
33、35が固定され、ノズル33、35の間において
センサ素子10を収容するハウジング30とから構成さ
れている。
【0013】出口ノズル35は、センサ素子10に対し
て、入口ノズル32の反対側に配置されている。また、
センサ素子10の振動部14の周囲の少なくとも一部に
孔部18が形成されており、入口ノズル33から流入し
た流体が、センサ素子10に衝突した後、孔部18を通
過して出口ノズル35から流出するように、センサ素子
10の振動部14が入口ノズル33で形成される流体の
流れの延長に配置されている。センサ素子10は、o-
リング等の弾性部材36、37を介して、ハウジング3
0の内部に固定されている。
て、入口ノズル32の反対側に配置されている。また、
センサ素子10の振動部14の周囲の少なくとも一部に
孔部18が形成されており、入口ノズル33から流入し
た流体が、センサ素子10に衝突した後、孔部18を通
過して出口ノズル35から流出するように、センサ素子
10の振動部14が入口ノズル33で形成される流体の
流れの延長に配置されている。センサ素子10は、o-
リング等の弾性部材36、37を介して、ハウジング3
0の内部に固定されている。
【0014】図3は、センサ素子の一例を示す説明図で
(a)が平面図、(b)がそのI−I断面図である。振動部
14は肉薄の板形状で、該振動部14が振動できるよう
にこれを固定する固定部16と一体となって基体12を
構成している。基体12には、振動部14が肉薄になる
ように空所(凹部)17が形成されており、空所17の
反対側の振動部14の表面14sに検出部20が設けら
れている。また、振動部14の周囲に、基体12をその
厚さ方向に貫通するようにして一対の孔部18が形成さ
れている。
(a)が平面図、(b)がそのI−I断面図である。振動部
14は肉薄の板形状で、該振動部14が振動できるよう
にこれを固定する固定部16と一体となって基体12を
構成している。基体12には、振動部14が肉薄になる
ように空所(凹部)17が形成されており、空所17の
反対側の振動部14の表面14sに検出部20が設けら
れている。また、振動部14の周囲に、基体12をその
厚さ方向に貫通するようにして一対の孔部18が形成さ
れている。
【0015】図1において、入口ノズル33を通じてハ
ウジング30内に流入してきた流体は、矢印で示すよう
に、振動部14及び振動部14に載置された検出部20
に流れを遮られるような状態でこれらに衝突する。この
際に、流体中の粒子が振動部14又は検出部20に衝突
し、振動部14及び検出部20が振動する。流体は振動
部14及び検出部20に衝突した後、孔部18を抜け、
出口ノズル35を通じて外部に流出する。このセンサで
は、流体中の粒子が、圧電膜を有する検出部20又は検
出部20を載置する振動部14に衝突することにより、
振動部14及び検出部20が振動し、圧電膜22がこの
振動を電気信号に変換し、圧電膜を挟んでいる電極2
4、26がこの電気信号を出力する。
ウジング30内に流入してきた流体は、矢印で示すよう
に、振動部14及び振動部14に載置された検出部20
に流れを遮られるような状態でこれらに衝突する。この
際に、流体中の粒子が振動部14又は検出部20に衝突
し、振動部14及び検出部20が振動する。流体は振動
部14及び検出部20に衝突した後、孔部18を抜け、
出口ノズル35を通じて外部に流出する。このセンサで
は、流体中の粒子が、圧電膜を有する検出部20又は検
出部20を載置する振動部14に衝突することにより、
振動部14及び検出部20が振動し、圧電膜22がこの
振動を電気信号に変換し、圧電膜を挟んでいる電極2
4、26がこの電気信号を出力する。
【0016】第1発明の粒子センサは、上記のような基
本構造を有するものであるが、更にその特徴として、当
該粒子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変化
させることができるようにされている。センサ素子に衝
突する流体の速度が早いほど、その流体中に含まれる粒
子がセンサ素子に衝突する際の衝撃が大きくなるので、
より小さな粒子まで検出できる。したがって、センサ素
子に衝突する流体の速度を変えることにより、センサで
検出可能な最小粒子径が変化する。
本構造を有するものであるが、更にその特徴として、当
該粒子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変化
させることができるようにされている。センサ素子に衝
突する流体の速度が早いほど、その流体中に含まれる粒
子がセンサ素子に衝突する際の衝撃が大きくなるので、
より小さな粒子まで検出できる。したがって、センサ素
子に衝突する流体の速度を変えることにより、センサで
検出可能な最小粒子径が変化する。
【0017】このようなセンサ素子に衝突する流体の速
度を変化させることができるセンサを用い、センサ素子
に様々な速度で流体を衝突させることにより、それら各
速度においてセンサで検出可能な最小粒子径以上の大き
さの粒子の存在を確認できる。各速度で検出可能な最小
粒子径を予め求めておけば、各速度におけるセンサの検
出信号の発生の有無という単純な比較で、流体に含まれ
る粒子の大きさを素早く検知できる。そして、一定時間
内における各速度での検出粒子数を調べることにより、
流体中に含まれる粒子の粒度分布を知ることができる。
度を変化させることができるセンサを用い、センサ素子
に様々な速度で流体を衝突させることにより、それら各
速度においてセンサで検出可能な最小粒子径以上の大き
さの粒子の存在を確認できる。各速度で検出可能な最小
粒子径を予め求めておけば、各速度におけるセンサの検
出信号の発生の有無という単純な比較で、流体に含まれ
る粒子の大きさを素早く検知できる。そして、一定時間
内における各速度での検出粒子数を調べることにより、
流体中に含まれる粒子の粒度分布を知ることができる。
【0018】次に、第1発明の粒子センサにおいて、粒
子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変化させ
るための具体的手段と、それらの手段を用いた粒子セン
サの構成を例示する。
子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変化させ
るための具体的手段と、それらの手段を用いた粒子セン
サの構成を例示する。
【0019】まず、粒子センサのセンサ素子に衝突する
流体の速度を変化させるための第1の手段として、粒子
センサの入口ノズルのセンサ外に通じる流路を複数に分
岐させるとともに、各分岐路に開閉弁を備え、当該開閉
弁の開閉の組み合わせにより、粒子センサのセンサ素子
に衝突する流体の速度を変化させることが挙げられる。
図4は、このような手段を用いて構成した粒子センサの
一例を示している。この粒子センサは、入口ノズルのセ
ンサ40外に通じる流路を、分岐路41と42の2つに
分岐させ、各分岐路に開閉弁43、44を備えたもの
で、これら開閉弁43と44の開閉の組み合わせによ
り、粒子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変
化させることができる。
流体の速度を変化させるための第1の手段として、粒子
センサの入口ノズルのセンサ外に通じる流路を複数に分
岐させるとともに、各分岐路に開閉弁を備え、当該開閉
弁の開閉の組み合わせにより、粒子センサのセンサ素子
に衝突する流体の速度を変化させることが挙げられる。
図4は、このような手段を用いて構成した粒子センサの
一例を示している。この粒子センサは、入口ノズルのセ
ンサ40外に通じる流路を、分岐路41と42の2つに
分岐させ、各分岐路に開閉弁43、44を備えたもの
で、これら開閉弁43と44の開閉の組み合わせによ
り、粒子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変
化させることができる。
【0020】例えば、本例において、分岐路41と分岐
路42の内径を同じとした場合は、開閉弁43、44
のうちのどちらか一方を開としたときと、開閉弁4
3、44の両方を開としたときとで2種類の流体速度が
得られる。また、分岐路43と分岐路44の内径を異な
るものとした場合は、開閉弁43のみを開としたとき
と、開閉弁44のみを開としたときと、開閉弁4
3、44の両方を開としたときとで3種類の流体速度が
得られる。
路42の内径を同じとした場合は、開閉弁43、44
のうちのどちらか一方を開としたときと、開閉弁4
3、44の両方を開としたときとで2種類の流体速度が
得られる。また、分岐路43と分岐路44の内径を異な
るものとした場合は、開閉弁43のみを開としたとき
と、開閉弁44のみを開としたときと、開閉弁4
3、44の両方を開としたときとで3種類の流体速度が
得られる。
【0021】粒子センサのセンサ素子に衝突する流体の
速度を変化させるための第2の手段として、粒子センサ
の出口ノズルのセンサ外に通じる流路を複数に分岐させ
るとともに、各分岐路に開閉弁を備え、当該開閉弁の開
閉の組み合わせにより、粒子センサのセンサ素子に衝突
する流体の速度を変化させることが挙げられる。図5
は、このような手段を用いて構成した粒子センサの一例
を示している。この粒子センサは、出口ノズルのセンサ
45外に通じる流路を、分岐路46と47の2つに分岐
させ、各分岐路に開閉弁48、49を備えたもので、こ
れら開閉弁48と49の開閉の組み合わせにより、粒子
センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変化させる
ことができる。
速度を変化させるための第2の手段として、粒子センサ
の出口ノズルのセンサ外に通じる流路を複数に分岐させ
るとともに、各分岐路に開閉弁を備え、当該開閉弁の開
閉の組み合わせにより、粒子センサのセンサ素子に衝突
する流体の速度を変化させることが挙げられる。図5
は、このような手段を用いて構成した粒子センサの一例
を示している。この粒子センサは、出口ノズルのセンサ
45外に通じる流路を、分岐路46と47の2つに分岐
させ、各分岐路に開閉弁48、49を備えたもので、こ
れら開閉弁48と49の開閉の組み合わせにより、粒子
センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変化させる
ことができる。
【0022】上記以外に、粒子センサのセンサ素子に衝
突する流体の速度を変化させるため手段として、例え
ば、図6のように、センサ素子51の入口ノズル側にポ
ンプ50を設け、このポンプ50の吐出量を変化させる
ことにより、センサ素子に衝突する流体の速度を変化さ
せることが挙げられる。また、センサの入口ノズル又は
出口ノズルの径を適時変化させたり、入口ノズルの下端
部(センサ素子側の開口端部)とセンサ素子との距離を
適時変化させたりして、センサ素子に衝突する流体の速
度を変化させるようにしてもよい。なお、第1発明にお
いて、粒子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を
変化させるため手段、及び粒子センサの構成は、上記し
たものに限られるものではない。
突する流体の速度を変化させるため手段として、例え
ば、図6のように、センサ素子51の入口ノズル側にポ
ンプ50を設け、このポンプ50の吐出量を変化させる
ことにより、センサ素子に衝突する流体の速度を変化さ
せることが挙げられる。また、センサの入口ノズル又は
出口ノズルの径を適時変化させたり、入口ノズルの下端
部(センサ素子側の開口端部)とセンサ素子との距離を
適時変化させたりして、センサ素子に衝突する流体の速
度を変化させるようにしてもよい。なお、第1発明にお
いて、粒子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を
変化させるため手段、及び粒子センサの構成は、上記し
たものに限られるものではない。
【0023】次に、第2発明に係る粒子センサについて
説明する。第2発明の粒子センサは、先に説明した図1
〜3に示すような基本構造を有するセンサを複数組み合
わせて構成され、各センサのそれぞれのセンサ素子に流
体が異なる速度で衝突するようにしたものである。セン
サ素子に衝突する流体の速度が早いほど、その流体中に
含まれる粒子がセンサ素子に衝突する際の衝撃が大きく
なるので、より小さな粒子まで検出できる。したがっ
て、各センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変え
ることにより、各センサで検出可能な最小粒子径が異な
るものとなる。
説明する。第2発明の粒子センサは、先に説明した図1
〜3に示すような基本構造を有するセンサを複数組み合
わせて構成され、各センサのそれぞれのセンサ素子に流
体が異なる速度で衝突するようにしたものである。セン
サ素子に衝突する流体の速度が早いほど、その流体中に
含まれる粒子がセンサ素子に衝突する際の衝撃が大きく
なるので、より小さな粒子まで検出できる。したがっ
て、各センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変え
ることにより、各センサで検出可能な最小粒子径が異な
るものとなる。
【0024】このような検出可能な最小粒子径が異なる
複数のセンサに流体を流すことにより、それら各センサ
において検出可能な最小粒子径以上の大きさの粒子の存
在を確認できる。各センサで検出可能な最小粒子径を予
め求めておけば、各センサにおける検出信号の発生の有
無という単純な比較で、流体に含まれる粒子の大きさを
素早く検知できる。そして、一定時間内における各セン
サの検出粒子数を調べることにより、流体中に含まれる
粒子の粒度分布を知ることができる。
複数のセンサに流体を流すことにより、それら各センサ
において検出可能な最小粒子径以上の大きさの粒子の存
在を確認できる。各センサで検出可能な最小粒子径を予
め求めておけば、各センサにおける検出信号の発生の有
無という単純な比較で、流体に含まれる粒子の大きさを
素早く検知できる。そして、一定時間内における各セン
サの検出粒子数を調べることにより、流体中に含まれる
粒子の粒度分布を知ることができる。
【0025】次に、第2発明の粒子センサにおいて、各
センサのセンサ素子に流体が異なる速度で衝突するよう
にするための具体的手段と、それらの手段を用いた粒子
センサの構成を例示する。
センサのセンサ素子に流体が異なる速度で衝突するよう
にするための具体的手段と、それらの手段を用いた粒子
センサの構成を例示する。
【0026】まず、各センサのセンサ素子に流体が異な
る速度で衝突するようにするための第1の手段として、
各センサの入口ノズルの内径が異なるようにすることが
挙げられる。すなわち、センサ素子に送り込まれる流体
の量が一定ならば、入口ノズルの内径が小さい方が流体
の速度は速くなる。図7は、このような手段を用いて構
成した粒子センサの一例を示している。この粒子センサ
は、図2に示す入口ノズル33の内径Dが相異なる第1
センサ55、第2センサ56及び第3センサ57を直列
的に組み合わせて構成したものである。
る速度で衝突するようにするための第1の手段として、
各センサの入口ノズルの内径が異なるようにすることが
挙げられる。すなわち、センサ素子に送り込まれる流体
の量が一定ならば、入口ノズルの内径が小さい方が流体
の速度は速くなる。図7は、このような手段を用いて構
成した粒子センサの一例を示している。この粒子センサ
は、図2に示す入口ノズル33の内径Dが相異なる第1
センサ55、第2センサ56及び第3センサ57を直列
的に組み合わせて構成したものである。
【0027】なお、第1センサ〜第3センサのいずれ
も、入口ノズル33の下端部(センサ素子側の開口端
部)とセンサ素子との距離Hは0.1mmとした。各セ
ンサにおける入口ノズルの内径D、入口ノズル下端部で
の流体の速度、検出可能な最小粒子径(流体中に含まれ
る粒子がAl2O3粒子である場合)は、表1に示すとお
りであった。
も、入口ノズル33の下端部(センサ素子側の開口端
部)とセンサ素子との距離Hは0.1mmとした。各セ
ンサにおける入口ノズルの内径D、入口ノズル下端部で
の流体の速度、検出可能な最小粒子径(流体中に含まれ
る粒子がAl2O3粒子である場合)は、表1に示すとお
りであった。
【0028】この粒子センサでは、粒子径25μm以上
のAl2O3粒子は、第1センサ55、第2センサ56及
び第3センサ57のいずれにも検出され、10μm以上
25μm未満のAl2O3粒子は、第2センサ56及び第
3センサ57で検出され、5μm以上10μm未満のA
l2O3粒子は、第3センサ57でのみ検出される。これ
ら第1〜第3センサにおいて一定時間内に検出された粒
子の数を調べれば、流体中に含まれる粒子の粒度分布を
知ることができる。
のAl2O3粒子は、第1センサ55、第2センサ56及
び第3センサ57のいずれにも検出され、10μm以上
25μm未満のAl2O3粒子は、第2センサ56及び第
3センサ57で検出され、5μm以上10μm未満のA
l2O3粒子は、第3センサ57でのみ検出される。これ
ら第1〜第3センサにおいて一定時間内に検出された粒
子の数を調べれば、流体中に含まれる粒子の粒度分布を
知ることができる。
【0029】
【表1】
【0030】各センサのセンサ素子に流体が異なる速度
で衝突するようにするための第2の手段として、各セン
サの入口ノズル下端部とセンサ素子との距離が異なるよ
うにすることが挙げられる。図8は、このような手段を
用いて構成した粒子センサの一例を示している。この粒
子センサは、図2に示す入口ノズル33の下端部とセン
サ素子との距離Hが相異なる第1センサ58及び第2セ
ンサ59を直列的に組み合わせて構成したものである。
で衝突するようにするための第2の手段として、各セン
サの入口ノズル下端部とセンサ素子との距離が異なるよ
うにすることが挙げられる。図8は、このような手段を
用いて構成した粒子センサの一例を示している。この粒
子センサは、図2に示す入口ノズル33の下端部とセン
サ素子との距離Hが相異なる第1センサ58及び第2セ
ンサ59を直列的に組み合わせて構成したものである。
【0031】なお、第1センサ、第2センサとも、入口
ノズル33の内径Dは3mmφとし、入口ノズル33の
下端部での流体の速度は5m/secとなるようにし
た。各センサにおける入口ノズルの下端部とセンサ素子
との距離H、検出可能な最小粒子径(流体中に含まれる
粒子がAl2O3粒子である場合)は、表2に示すとおり
であった。
ノズル33の内径Dは3mmφとし、入口ノズル33の
下端部での流体の速度は5m/secとなるようにし
た。各センサにおける入口ノズルの下端部とセンサ素子
との距離H、検出可能な最小粒子径(流体中に含まれる
粒子がAl2O3粒子である場合)は、表2に示すとおり
であった。
【0032】
【表2】
【0033】各センサのセンサ素子に流体が異なる速度
で衝突するようにするための第3の手段として、各セン
サの流体の出口側の流路抵抗が異なるようにすることが
挙げられる。この流体の出口側の流路抵抗の調整は、例
えば、各センサの出口ノズル側にバルブを設け、その開
閉度を変えることにより行うことができる。図9は、こ
のような手段を用いて構成した粒子センサの一例を示し
ている。この粒子センサは、第1センサ60、第2セン
サ61及び第3センサ62を並列的に組み合わせ、それ
ぞれの出口ノズル側にバルブ63、64、65を設け、
これらバルブの開閉度により、各センサにおける流体の
出口側の流路抵抗が異なるように構成したものである。
で衝突するようにするための第3の手段として、各セン
サの流体の出口側の流路抵抗が異なるようにすることが
挙げられる。この流体の出口側の流路抵抗の調整は、例
えば、各センサの出口ノズル側にバルブを設け、その開
閉度を変えることにより行うことができる。図9は、こ
のような手段を用いて構成した粒子センサの一例を示し
ている。この粒子センサは、第1センサ60、第2セン
サ61及び第3センサ62を並列的に組み合わせ、それ
ぞれの出口ノズル側にバルブ63、64、65を設け、
これらバルブの開閉度により、各センサにおける流体の
出口側の流路抵抗が異なるように構成したものである。
【0034】なお、第1〜第3センサのいずれも、入口
ノズルの内径Dは3mmφとし、入口ノズルの下端部と
センサ素子との距離Hは0.2mmとした。各センサに
おける入口ノズル下端部での流体の速度、検出可能な最
小粒子径(流体中に含まれる粒子がAl2O3粒子である
場合)は、表3に示すとおりであった。
ノズルの内径Dは3mmφとし、入口ノズルの下端部と
センサ素子との距離Hは0.2mmとした。各センサに
おける入口ノズル下端部での流体の速度、検出可能な最
小粒子径(流体中に含まれる粒子がAl2O3粒子である
場合)は、表3に示すとおりであった。
【0035】
【表3】
【0036】各センサのセンサ素子に流体が異なる速度
で衝突するようにするための第4の手段として、各セン
サのセンサ素子に至る流体の流路抵抗が異なるようにす
ることが挙げられる。このセンサ素子に至る流体の流路
抵抗の調整は、例えば、各センサの入口ノズルの形状や
入口ノズル内面の表面粗さを変えることにより行うこと
ができる。図10は、このような手段を用いて構成した
粒子センサの一例を示している。この粒子センサは、第
1センサ66及び第2センサ67を並列的に組み合わ
せ、それぞれのセンサ素子に至る流体の流路抵抗が異な
るように構成したものである。
で衝突するようにするための第4の手段として、各セン
サのセンサ素子に至る流体の流路抵抗が異なるようにす
ることが挙げられる。このセンサ素子に至る流体の流路
抵抗の調整は、例えば、各センサの入口ノズルの形状や
入口ノズル内面の表面粗さを変えることにより行うこと
ができる。図10は、このような手段を用いて構成した
粒子センサの一例を示している。この粒子センサは、第
1センサ66及び第2センサ67を並列的に組み合わ
せ、それぞれのセンサ素子に至る流体の流路抵抗が異な
るように構成したものである。
【0037】なお、第1センサ、第2センサとも、入口
ノズルの内径Dは2mmφとし、入口ノズルの下端部と
センサ素子との距離Hは1mmとした。各センサにおけ
る入口ノズル下端部での流体の速度、検出可能な最小粒
子径(流体中に含まれる粒子がAl2O3粒子である場
合)は、表4に示すとおりであった。
ノズルの内径Dは2mmφとし、入口ノズルの下端部と
センサ素子との距離Hは1mmとした。各センサにおけ
る入口ノズル下端部での流体の速度、検出可能な最小粒
子径(流体中に含まれる粒子がAl2O3粒子である場
合)は、表4に示すとおりであった。
【0038】
【表4】
【0039】各センサのセンサ素子に流体が異なる速度
で衝突するようにするための第5の手段として、各セン
サのセンサ素子に単位時間当たりに送り込まれる流体の
量が異なるようにすることが挙げられる。このセンサ素
子に送り込まれる流体の量の調整は、例えば、各センサ
の入口ノズル側にポンプを設けることにより行うことが
できる。図11は、このような手段を用いて構成した粒
子センサの一例を示している。この粒子センサは、第1
センサ68及び第2センサ69を並列的に組み合わせ、
それぞれの入口ノズル側にポンプ70、71を設け、こ
れらポンプにより、第1センサと第2センサに単位時間
当たりに異なる量の流体が送り込まれるように構成した
ものである。
で衝突するようにするための第5の手段として、各セン
サのセンサ素子に単位時間当たりに送り込まれる流体の
量が異なるようにすることが挙げられる。このセンサ素
子に送り込まれる流体の量の調整は、例えば、各センサ
の入口ノズル側にポンプを設けることにより行うことが
できる。図11は、このような手段を用いて構成した粒
子センサの一例を示している。この粒子センサは、第1
センサ68及び第2センサ69を並列的に組み合わせ、
それぞれの入口ノズル側にポンプ70、71を設け、こ
れらポンプにより、第1センサと第2センサに単位時間
当たりに異なる量の流体が送り込まれるように構成した
ものである。
【0040】なお、第1センサ、第2センサとも、入口
ノズルの内径Dは1mmφとし、入口ノズルの下端部と
センサ素子との距離Hは0.5mmとした。各センサに
おける入口ノズル下端部での流体の速度、検出可能な最
小粒子径(流体中に含まれる粒子がAl2O3粒子である
場合)は、表5に示すとおりであった。
ノズルの内径Dは1mmφとし、入口ノズルの下端部と
センサ素子との距離Hは0.5mmとした。各センサに
おける入口ノズル下端部での流体の速度、検出可能な最
小粒子径(流体中に含まれる粒子がAl2O3粒子である
場合)は、表5に示すとおりであった。
【0041】
【表5】
【0042】上記第1〜第5の手段のうち、特に、第1
〜第3の手段は、簡便でセンサ素子に衝突する流体の速
度を効果的に変化させることができる。また、第3〜第
5の手段は、粒子センサを構成する各センサにおいて、
流体が衝突するセンサ素子表面付近におけるセンサ各部
の配置、寸法が同じにできるため、流体の流れの状態を
常に一定にでき、衝突する粒子の速度のみを変化させる
ことができるため、粒径判断の機構が簡単にできる。
〜第3の手段は、簡便でセンサ素子に衝突する流体の速
度を効果的に変化させることができる。また、第3〜第
5の手段は、粒子センサを構成する各センサにおいて、
流体が衝突するセンサ素子表面付近におけるセンサ各部
の配置、寸法が同じにできるため、流体の流れの状態を
常に一定にでき、衝突する粒子の速度のみを変化させる
ことができるため、粒径判断の機構が簡単にできる。
【0043】また、上記第1〜第5の手段は任意に組み
合わせることも可能である。例えば、図12に示す粒子
センサは、入口ノズルの内径、入口ノズル下端部とセン
サ素子との距離、及び流体の出口側の流路抵抗の組み合
わせにより、第1センサ72、第2センサ73、第3セ
ンサ74、第4センサ75及び第5センサ76の各セン
サ素子に衝突する流体の速度が異なるようにしたもので
ある。第4センサ75及び第5センサ76の出口ノズル
側には、バルブ77、78を設けて、それぞれのセンサ
の出口側の流路抵抗を調整している。第1〜第5センサ
の詳細は表6に示すとおりであった。
合わせることも可能である。例えば、図12に示す粒子
センサは、入口ノズルの内径、入口ノズル下端部とセン
サ素子との距離、及び流体の出口側の流路抵抗の組み合
わせにより、第1センサ72、第2センサ73、第3セ
ンサ74、第4センサ75及び第5センサ76の各セン
サ素子に衝突する流体の速度が異なるようにしたもので
ある。第4センサ75及び第5センサ76の出口ノズル
側には、バルブ77、78を設けて、それぞれのセンサ
の出口側の流路抵抗を調整している。第1〜第5センサ
の詳細は表6に示すとおりであった。
【0044】
【表6】
【0045】なお、第2発明において、各センサのセン
サ素子に流体が異なる速度で衝突するようにするための
手段、及び粒子センサの構成は、上記したものに限られ
るものではない。粒子センサを構成するセンサの数、各
センサのセンサ素子に衝突する流体の速度、各センサ間
の検出可能な最小粒子径の差などは、流体やそれに含ま
れる粒子の種類、測定の目的等に応じて適宜設定すれば
よい。また、本発明の粒子センサを用いて粒子の大きさ
を検出するに当たり、更に従来の信号の振幅の大きさで
粒子の大きさを判断する手法を組み合わせてもよく、こ
れによってより細かな粒径の判断が可能になる。
サ素子に流体が異なる速度で衝突するようにするための
手段、及び粒子センサの構成は、上記したものに限られ
るものではない。粒子センサを構成するセンサの数、各
センサのセンサ素子に衝突する流体の速度、各センサ間
の検出可能な最小粒子径の差などは、流体やそれに含ま
れる粒子の種類、測定の目的等に応じて適宜設定すれば
よい。また、本発明の粒子センサを用いて粒子の大きさ
を検出するに当たり、更に従来の信号の振幅の大きさで
粒子の大きさを判断する手法を組み合わせてもよく、こ
れによってより細かな粒径の判断が可能になる。
【0046】次に、本発明の粒子センサに用いられるセ
ンサ素子の各部の構成を詳しく説明する。センサ素子1
0の基体12には、振動部14が肉薄になるように空所
17が形成され、また、振動部14の周囲には孔部18
が形成される。
ンサ素子の各部の構成を詳しく説明する。センサ素子1
0の基体12には、振動部14が肉薄になるように空所
17が形成され、また、振動部14の周囲には孔部18
が形成される。
【0047】振動部14は、図のようにその全周が固定
部16に保持されている必要はなく、振動部14の少な
くとも一部分が保持されていればよい。例えば、振動部
14の周囲の一端部のみが、固定部16にいわゆる片持
ち状態で保持されていてもよい。空所17は、図のよう
な凹部に限られず閉塞空間としてもよい。また、空所と
して凹部を形成する場合、凹部は出口34側に形成され
てもよいし、入口32側に形成されてもよい。更に、検
出部20は振動部14に対して入口32側に配置されて
もよいし、振動部14に対して出口34側に配置されて
もよい。
部16に保持されている必要はなく、振動部14の少な
くとも一部分が保持されていればよい。例えば、振動部
14の周囲の一端部のみが、固定部16にいわゆる片持
ち状態で保持されていてもよい。空所17は、図のよう
な凹部に限られず閉塞空間としてもよい。また、空所と
して凹部を形成する場合、凹部は出口34側に形成され
てもよいし、入口32側に形成されてもよい。更に、検
出部20は振動部14に対して入口32側に配置されて
もよいし、振動部14に対して出口34側に配置されて
もよい。
【0048】孔部18の数、形状等には特に制限はない
が、一対の孔部18は互いに同一の形状であり、振動部
14を軸方向に貫く仮想的な平面に対して、対称的に配
置されていることが好ましい。基体12の形状は板状が
好ましいが、特に限定されず、用途に応じて適宜選ばれ
る。
が、一対の孔部18は互いに同一の形状であり、振動部
14を軸方向に貫く仮想的な平面に対して、対称的に配
置されていることが好ましい。基体12の形状は板状が
好ましいが、特に限定されず、用途に応じて適宜選ばれ
る。
【0049】振動部14は、粒子が衝突した際に、検出
部20とともに上下方向、すなわち検出部20及び空所
17の方向に振動する。この振動に好適な形状のため、
振動部14は、板形状であることが好ましい。振動部1
4の厚さは1〜100μmであることが好ましい。厚さ
が100μmを超えると感度が低下し、厚さが1μm未
満では機械的強度が低下する。
部20とともに上下方向、すなわち検出部20及び空所
17の方向に振動する。この振動に好適な形状のため、
振動部14は、板形状であることが好ましい。振動部1
4の厚さは1〜100μmであることが好ましい。厚さ
が100μmを超えると感度が低下し、厚さが1μm未
満では機械的強度が低下する。
【0050】振動部14の構成材料としては、本発明の
粒子センサにより粒子の検出が行われる種々の流体に接
触しても変性しないような化学的安定性の高いものが好
ましく、具体的にはセラミックスであることが好まし
い。例えば、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニ
ア、マグネシア、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪
素、ガラス等を用いることができる。固定部16は、振
動部14と同一の材料で構成してもよいし、異なる材料
で構成してもよい。
粒子センサにより粒子の検出が行われる種々の流体に接
触しても変性しないような化学的安定性の高いものが好
ましく、具体的にはセラミックスであることが好まし
い。例えば、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニ
ア、マグネシア、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪
素、ガラス等を用いることができる。固定部16は、振
動部14と同一の材料で構成してもよいし、異なる材料
で構成してもよい。
【0051】検出部20は、圧電膜22と、圧電膜22
を挟む第1電極24及び第2電極26を有する。第1電
極24は、圧電膜の外表面22sの少なくとも一部を被
覆し、第2電極26は、振動部14の表面14sの少な
くとも一部を被覆する。圧電膜22は、微視的には、応
力に対応して誘電分極を生じ、巨視的には、応力に応じ
て、電気信号、例えば、電荷又は電圧を出力する。この
とき、圧電膜は、その厚さ方向に屈曲変位が発現するも
のであることが好ましい。
を挟む第1電極24及び第2電極26を有する。第1電
極24は、圧電膜の外表面22sの少なくとも一部を被
覆し、第2電極26は、振動部14の表面14sの少な
くとも一部を被覆する。圧電膜22は、微視的には、応
力に対応して誘電分極を生じ、巨視的には、応力に応じ
て、電気信号、例えば、電荷又は電圧を出力する。この
とき、圧電膜は、その厚さ方向に屈曲変位が発現するも
のであることが好ましい。
【0052】圧電膜22は、粒子が第1電極24及び/
又は振動部14に接触するとき、振動部14とともに、
圧電膜22の膜厚さの方向に振動し、この振動が圧電膜
22に応力を加える。第1電極24及び第2電極26
は、圧電膜22の電気信号を、リード28及びリード2
9を通じて、端子パッドに出力する。
又は振動部14に接触するとき、振動部14とともに、
圧電膜22の膜厚さの方向に振動し、この振動が圧電膜
22に応力を加える。第1電極24及び第2電極26
は、圧電膜22の電気信号を、リード28及びリード2
9を通じて、端子パッドに出力する。
【0053】圧電膜の厚さは、1〜100μmであるこ
とが好ましい。厚さが100μmを超えると感度が低下
し、厚さが1μm未満では信頼性が確保し難い。圧電膜
には、好適には、圧電性セラミックスを用いることがで
きるが、電歪セラミックス又は強誘電体セラミックスで
あってもよく、更には、分極処理が必要な材料であって
も、必要がない材料であってもよい。
とが好ましい。厚さが100μmを超えると感度が低下
し、厚さが1μm未満では信頼性が確保し難い。圧電膜
には、好適には、圧電性セラミックスを用いることがで
きるが、電歪セラミックス又は強誘電体セラミックスで
あってもよく、更には、分極処理が必要な材料であって
も、必要がない材料であってもよい。
【0054】圧電膜に用いるセラミックスとしては、例
えば、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケ
ルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、
アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、マンガンタングステ
ン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム等、又
はこれらの何れかを組み合わせた成分を含有するセラミ
ックスが挙げられる。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛
とジルコン酸鉛とチタン酸鉛との組成比が、20:3
7:43近辺の成分は、キュリー点が高く、また、圧電
特性が優れており、センサの材料に適している。
えば、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケ
ルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、
アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、マンガンタングステ
ン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム等、又
はこれらの何れかを組み合わせた成分を含有するセラミ
ックスが挙げられる。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛
とジルコン酸鉛とチタン酸鉛との組成比が、20:3
7:43近辺の成分は、キュリー点が高く、また、圧電
特性が優れており、センサの材料に適している。
【0055】上記セラミックスに、更に、ランタン、カ
ルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステ
ン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の
酸化物、若しくはこれらの何れかの組み合わせ、又は他
の化合物を、適宜、添加したセラミックスを用いてもよ
い。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛と、ジルコン酸鉛
と、チタン酸鉛とからなる成分を主成分とし、更にラン
タンやストロンチウムを含有するセラミックスを用いる
ことが好ましい。
ルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステ
ン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の
酸化物、若しくはこれらの何れかの組み合わせ、又は他
の化合物を、適宜、添加したセラミックスを用いてもよ
い。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛と、ジルコン酸鉛
と、チタン酸鉛とからなる成分を主成分とし、更にラン
タンやストロンチウムを含有するセラミックスを用いる
ことが好ましい。
【0056】第1電極及び第2電極は、用途に応じて適
宜な厚さとするが、0.1〜50μmの厚さであること
が好ましい。第1電極は、室温で固体であって、導電性
の金属で構成されていることが好ましい。例えば、アル
ミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、
銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウ
ム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、
白金、金、鉛等を含有する金属単体又は合金が挙げられ
る。
宜な厚さとするが、0.1〜50μmの厚さであること
が好ましい。第1電極は、室温で固体であって、導電性
の金属で構成されていることが好ましい。例えば、アル
ミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、
銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウ
ム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、
白金、金、鉛等を含有する金属単体又は合金が挙げられ
る。
【0057】第2電極は、白金、ルテニウム、ロジウ
ム、パラジウム、イリジウム、チタン、クロム、モリブ
デン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト等
の高融点の金属を含有する単体又は合金からなることが
好ましい。第2電極は、圧電膜の熱処理の時に高温に晒
される場合があるので、高温酸化雰囲気に耐えられる金
属であることが好ましいからである。また、これらの高
融点金属と、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ
素、ガラス等のセラミックスとを含有するサーメットで
あってもよい。
ム、パラジウム、イリジウム、チタン、クロム、モリブ
デン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト等
の高融点の金属を含有する単体又は合金からなることが
好ましい。第2電極は、圧電膜の熱処理の時に高温に晒
される場合があるので、高温酸化雰囲気に耐えられる金
属であることが好ましいからである。また、これらの高
融点金属と、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ
素、ガラス等のセラミックスとを含有するサーメットで
あってもよい。
【0058】次に、センサ素子の製造方法を説明する。
基体は、グリーンシート又はグリーンテープである成形
層を、熱圧着等で積層し、次いで、焼結することで一体
化できる。例えば、図のように空所17として凹部が形
成される基体12では、二層のグリーンシート又はグリ
ーンテープを積層するが、その第二層に、空所17に対
応する所定形状の貫通孔を積層前に予め設けておけばよ
い。また、成形型を用いる加圧成形、鋳込み成形、射出
成形等によって、成形層を作成し、切削、研削加工、レ
ーザー加工、プレス加工による打ち抜き等の機械加工に
より、空所等を設けてもよい。成形層は、互いに同一の
厚さである必要はないが、焼結による収縮が同じ程度に
なるようにしておくことが好ましい。
基体は、グリーンシート又はグリーンテープである成形
層を、熱圧着等で積層し、次いで、焼結することで一体
化できる。例えば、図のように空所17として凹部が形
成される基体12では、二層のグリーンシート又はグリ
ーンテープを積層するが、その第二層に、空所17に対
応する所定形状の貫通孔を積層前に予め設けておけばよ
い。また、成形型を用いる加圧成形、鋳込み成形、射出
成形等によって、成形層を作成し、切削、研削加工、レ
ーザー加工、プレス加工による打ち抜き等の機械加工に
より、空所等を設けてもよい。成形層は、互いに同一の
厚さである必要はないが、焼結による収縮が同じ程度に
なるようにしておくことが好ましい。
【0059】セラミックスからなる振動部14に、検出
部20を形成する方法としては、金型を用いたプレス成
形法又はスラリー原料を用いたテープ成形法等によって
圧電体を成形し、この焼結前の圧電体を、焼結前の基体
における振動部に、熱圧着で積層し、同時に焼結して、
基体と圧電体とを形成する方法がある。この場合には、
電極は後述する膜形成法により、基体又は圧電体に予め
形成しておく必要がある。
部20を形成する方法としては、金型を用いたプレス成
形法又はスラリー原料を用いたテープ成形法等によって
圧電体を成形し、この焼結前の圧電体を、焼結前の基体
における振動部に、熱圧着で積層し、同時に焼結して、
基体と圧電体とを形成する方法がある。この場合には、
電極は後述する膜形成法により、基体又は圧電体に予め
形成しておく必要がある。
【0060】圧電膜の焼結温度は、これを構成する材料
によって適宜定められるが、一般には、800〜140
0℃であり、好ましくは、1000〜1400℃であ
る。この場合、圧電膜の組成を制御するために、圧電膜
材料の蒸発源の存在下に焼結することが好ましい。
によって適宜定められるが、一般には、800〜140
0℃であり、好ましくは、1000〜1400℃であ
る。この場合、圧電膜の組成を制御するために、圧電膜
材料の蒸発源の存在下に焼結することが好ましい。
【0061】一方、膜形成法では、振動部14に、第2
電極26、圧電膜22、及び第1電極24をこの順序に
積層して、検出部20を形成する。公知の膜形成法、例
えば、スクリーン印刷のごとき厚膜法、ディッピング等
の塗布法、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、
イオンプレーティング、化学蒸着法(CVD)、メッキ
等の薄膜法等が適宜用いられるが、これらに何等限定さ
れるものではない。この中では、スクリーン印刷法が安
定に製造することができるので好ましい。
電極26、圧電膜22、及び第1電極24をこの順序に
積層して、検出部20を形成する。公知の膜形成法、例
えば、スクリーン印刷のごとき厚膜法、ディッピング等
の塗布法、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、
イオンプレーティング、化学蒸着法(CVD)、メッキ
等の薄膜法等が適宜用いられるが、これらに何等限定さ
れるものではない。この中では、スクリーン印刷法が安
定に製造することができるので好ましい。
【0062】第2電極26、リード28、29及び端子
パッドは、スクリーン印刷によって、同時に印刷塗布す
ることができる。また、圧電膜22は、好ましくは、ス
クリーン印刷、ディッピング、塗布等によって形成す
る。これらの手法は、圧電膜の材料からなるセラミック
粒子を主成分とするペーストやスラリーを用いて、基体
上に膜形成することができ、良好な圧電体特性が得られ
る。
パッドは、スクリーン印刷によって、同時に印刷塗布す
ることができる。また、圧電膜22は、好ましくは、ス
クリーン印刷、ディッピング、塗布等によって形成す
る。これらの手法は、圧電膜の材料からなるセラミック
粒子を主成分とするペーストやスラリーを用いて、基体
上に膜形成することができ、良好な圧電体特性が得られ
る。
【0063】また、このように圧電膜を膜形成法によっ
て形成すると、接着剤を用いることなく、検出部と振動
部とを一体的に接合することができるため、信頼性、再
現性に優れ、更に、集積化しやすいことから、特に好ま
しい。また、そのような膜の形状は、適当なパターンを
形成してもよい。スクリーン印刷法、フォトリソグラフ
ィ法等によって、パターン形成してもよく、また、レー
ザー加工法、スライシング、超音波加工等の機械加工法
を用い、不必要な部分を除去してパターン形成してもよ
い。
て形成すると、接着剤を用いることなく、検出部と振動
部とを一体的に接合することができるため、信頼性、再
現性に優れ、更に、集積化しやすいことから、特に好ま
しい。また、そのような膜の形状は、適当なパターンを
形成してもよい。スクリーン印刷法、フォトリソグラフ
ィ法等によって、パターン形成してもよく、また、レー
ザー加工法、スライシング、超音波加工等の機械加工法
を用い、不必要な部分を除去してパターン形成してもよ
い。
【0064】そして、このようにして基体上に形成され
たそれぞれの膜(22、24、26)は、各膜の形成の
都度、熱処理して、基体と一体構造となるようにしても
よく、又は、これらの膜を形成した後に、これらの膜を
同時に熱処理して、各膜を基体に一体的に接合せしめて
もよい。なお、薄膜法により第1電極又は第2電極を形
成する場合には、これらの電極を一体化するためには、
必ずしも熱処理を必要としない。
たそれぞれの膜(22、24、26)は、各膜の形成の
都度、熱処理して、基体と一体構造となるようにしても
よく、又は、これらの膜を形成した後に、これらの膜を
同時に熱処理して、各膜を基体に一体的に接合せしめて
もよい。なお、薄膜法により第1電極又は第2電極を形
成する場合には、これらの電極を一体化するためには、
必ずしも熱処理を必要としない。
【0065】孔部18は、基体製造時に同時にグリーン
シート若しくはグリーンテープ又は成形型により得られ
た成形層に対して、切削加工、研削加工、プレス加工等
により打ち抜く等の機械加工をすることにより形成して
もよい。すなわち、孔部の形状に対応して、グリーンシ
ート等を機械加工すればよい。また、基体焼結後にレー
ザー加工、切削加工、超音波加工等の機械加工により孔
部を形成してもよい。更にまた、検出部形成後に同様の
加工法により形成してもよい。
シート若しくはグリーンテープ又は成形型により得られ
た成形層に対して、切削加工、研削加工、プレス加工等
により打ち抜く等の機械加工をすることにより形成して
もよい。すなわち、孔部の形状に対応して、グリーンシ
ート等を機械加工すればよい。また、基体焼結後にレー
ザー加工、切削加工、超音波加工等の機械加工により孔
部を形成してもよい。更にまた、検出部形成後に同様の
加工法により形成してもよい。
【0066】以上、振動部の振動を検出し電気信号に変
換する検出部(変換装置)として、圧電膜の圧電作用を
利用する例を中心に説明した。しかし、上記検出部は圧
電作用を利用するものには限られない。
換する検出部(変換装置)として、圧電膜の圧電作用を
利用する例を中心に説明した。しかし、上記検出部は圧
電作用を利用するものには限られない。
【0067】例えば、電磁誘導作用を利用するようにし
てもよく、この場合の検出部は、振動部に設けられるコ
イルと、このコイルに流れる電気信号を検出する電気回
路と、当該コイルに磁場を形成する磁石(電磁石であっ
てもよい。)とを有する。振動部と共にコイルが振動す
る際に、電磁誘導によりコイルに電流が流れ、この電流
を電気回路が検出する。
てもよく、この場合の検出部は、振動部に設けられるコ
イルと、このコイルに流れる電気信号を検出する電気回
路と、当該コイルに磁場を形成する磁石(電磁石であっ
てもよい。)とを有する。振動部と共にコイルが振動す
る際に、電磁誘導によりコイルに電流が流れ、この電流
を電気回路が検出する。
【0068】また、静電容量変化を利用する場合には、
検出部は、振動部の表面に設けた一対の電極と、この電
極に挟まれた誘電体と、電極に接続する電子回路を有
し、この特定の空間に荷電される静電容量を電子回路に
より検出する。
検出部は、振動部の表面に設けた一対の電極と、この電
極に挟まれた誘電体と、電極に接続する電子回路を有
し、この特定の空間に荷電される静電容量を電子回路に
より検出する。
【0069】振動部に投光し、受光部での光の入射変化
を利用する場合には、検出部は、光ダイオード等の振動
部に投光するデバイスと、振動部で反射した光量を測定
するデバイスとを有する。反射した光量を測定するデバ
イスとしては、光センサー等を用いることができる。振
動部が振動するに従って、振動部で反射する光量が変化
し、その光量変化を測定する。
を利用する場合には、検出部は、光ダイオード等の振動
部に投光するデバイスと、振動部で反射した光量を測定
するデバイスとを有する。反射した光量を測定するデバ
イスとしては、光センサー等を用いることができる。振
動部が振動するに従って、振動部で反射する光量が変化
し、その光量変化を測定する。
【0070】導体の歪に対する電気抵抗変化を利用する
場合には、検出部は、振動部の表面に設けた導体と、こ
の導体に接続する電子回路を有する。振動部とともに導
体が振動する際に、振動により導体が歪み、抵抗が変化
するので、電気回路でこの抵抗変化を検出する。
場合には、検出部は、振動部の表面に設けた導体と、こ
の導体に接続する電子回路を有する。振動部とともに導
体が振動する際に、振動により導体が歪み、抵抗が変化
するので、電気回路でこの抵抗変化を検出する。
【0071】半導体の歪に対する電気抵抗変化を利用す
る場合には、検出部は、振動部の表面に設けた半導体
と、この半導体に接続する電子回路を有する。振動部と
共に半導体が振動する際に、振動により半導体が歪み、
抵抗が変化するので、電気回路でこの抵抗変化を検出す
る。
る場合には、検出部は、振動部の表面に設けた半導体
と、この半導体に接続する電子回路を有する。振動部と
共に半導体が振動する際に、振動により半導体が歪み、
抵抗が変化するので、電気回路でこの抵抗変化を検出す
る。
【0072】
【発明の効果】以上説明したように、第1発明に係るセ
ンサにおいては、センサ素子に衝突する流体の速度を変
化させることができるようにして、検出可能な最小粒子
径を変えられるようにしたことにより、センサ素子に衝
突する流体の速度を様々に設定し、それら各速度におい
てセンサで検出可能な最小粒子径以上の大きさの粒子の
存在を確認できる。したがって、各速度で検出可能な最
小粒子径を予め求めておけば、各速度におけるセンサの
検出信号の発生の有無という単純な比較で、流体に含ま
れる粒子の大きさを素早く検知できる。そして、一定時
間内における各速度での検出粒子数を調べることによ
り、流体中に含まれる粒子の粒度分布を知ることができ
る。
ンサにおいては、センサ素子に衝突する流体の速度を変
化させることができるようにして、検出可能な最小粒子
径を変えられるようにしたことにより、センサ素子に衝
突する流体の速度を様々に設定し、それら各速度におい
てセンサで検出可能な最小粒子径以上の大きさの粒子の
存在を確認できる。したがって、各速度で検出可能な最
小粒子径を予め求めておけば、各速度におけるセンサの
検出信号の発生の有無という単純な比較で、流体に含ま
れる粒子の大きさを素早く検知できる。そして、一定時
間内における各速度での検出粒子数を調べることによ
り、流体中に含まれる粒子の粒度分布を知ることができ
る。
【0073】また、第2発明に係る粒子センサにおいて
は、センサ素子に衝突する流体の速度を変えて、検出可
能な最小粒子径が異なるようにした複数のセンサを組み
合わせたことにより、それら各センサで検出可能な最小
粒子径以上の大きさの粒子の存在を確認できる。したが
って、各センサで検出可能な最小粒子径を予め求めてお
けば、各センサにおける検出信号の発生の有無という単
純な比較で、流体に含まれる粒子の大きさを素早く検知
できる。そして、一定時間内における各センサの検出粒
子数を調べることにより、流体中に含まれる粒子の粒度
分布を知ることができる。
は、センサ素子に衝突する流体の速度を変えて、検出可
能な最小粒子径が異なるようにした複数のセンサを組み
合わせたことにより、それら各センサで検出可能な最小
粒子径以上の大きさの粒子の存在を確認できる。したが
って、各センサで検出可能な最小粒子径を予め求めてお
けば、各センサにおける検出信号の発生の有無という単
純な比較で、流体に含まれる粒子の大きさを素早く検知
できる。そして、一定時間内における各センサの検出粒
子数を調べることにより、流体中に含まれる粒子の粒度
分布を知ることができる。
【図1】センサの基本構造の一例を示す説明図である。
【図2】図1のA部の拡大図である。
【図3】センサ素子の一例を示す説明図で、(a)が平面
図、(b)がそのI−I断面図である。
図、(b)がそのI−I断面図である。
【図4】第1発明に係る粒子センサの構成の一例を示す
概要図である。
概要図である。
【図5】第1発明に係る粒子センサの構成の一例を示す
概要図である。
概要図である。
【図6】第1発明に係る粒子センサの構成の一例を示す
概要図である。
概要図である。
【図7】第2発明に係る粒子センサの構成の一例を示す
概要図である。
概要図である。
【図8】第2発明に係る粒子センサの構成の一例を示す
概要図である。
概要図である。
【図9】第2発明に係る粒子センサの構成の一例を示す
概要図である。
概要図である。
【図10】第2発明に係る粒子センサの構成の一例を示
す概要図である。
す概要図である。
【図11】第2発明に係る粒子センサの構成の一例を示
す概要図である。
す概要図である。
【図12】第2発明に係る粒子センサの構成の一例を示
す概要図である。
す概要図である。
10…センサ素子、12…基体、14…振動部、16…
固定部、17…凹部、18…孔部、20…検出部、22
…圧電膜、24…第1電極、26…第2電極、28…リ
ード、29…リード、30…ハウジング、32…入口、
33…入口ノズル、34…出口、35…出口ノズル、3
6,37…弾性部材
固定部、17…凹部、18…孔部、20…検出部、22
…圧電膜、24…第1電極、26…第2電極、28…リ
ード、29…リード、30…ハウジング、32…入口、
33…入口ノズル、34…出口、35…出口ノズル、3
6,37…弾性部材
Claims (9)
- 【請求項1】 流体中の固体粒子の衝突に対して感応で
きる程度の質量を有する振動部と、当該振動部の振動を
検出し電気信号に変換する検出部とを有するセンサ素子
と、 当該センサ素子を固定するハウジングと、 流体の入口を形成する入口ノズルと、 流体の出口を形成する出口ノズルとを有し、 当該出口ノズルは、当該センサ素子に対して、当該入口
ノズルの反対側に配置され、 当該振動部の周囲の少なくとも一部に孔部が形成されて
おり、 当該入口ノズルから流入した流体が当該センサ素子に衝
突した後、当該孔部を通過して当該出口ノズルより流出
するように構成された粒子センサであって、 当該粒子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変
化させることができるようにしたことを特徴とする粒子
センサ。 - 【請求項2】 当該粒子センサの入口ノズルのセンサ外
に通じる流路が複数に分岐するとともに、各分岐路に開
閉弁を備え、当該開閉弁の開閉の組み合わせにより、粒
子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変化させ
る請求項1記載の粒子センサ。 - 【請求項3】 当該粒子センサの出口ノズルのセンサ外
に通じる流路が複数に分岐するとともに、各分岐路に開
閉弁を備え、当該開閉弁の開閉の組み合わせにより、粒
子センサのセンサ素子に衝突する流体の速度を変化させ
る請求項1記載の粒子センサ。 - 【請求項4】 流体中の固体粒子の衝突に対して感応で
きる程度の質量を有する振動部と、当該振動部の振動を
検出し電気信号に変換する検出部とを有するセンサ素子
と、 当該センサ素子を固定するハウジングと、 流体の入口を形成する入口ノズルと、 流体の出口を形成する出口ノズルとを有し、 当該出口ノズルは、当該センサ素子に対して、当該入口
ノズルの反対側に配置され、 当該振動部の周囲の少なくとも一部に孔部が形成されて
おり、 当該入口ノズルから流入した流体が当該センサ素子に衝
突した後、当該孔部を通過して当該出口ノズルより流出
するように構成されたセンサを複数組み合わせてなる粒
子センサであって、 当該粒子センサを構成する各センサのセンサ素子に、流
体が異なる速度で衝突するようにしたことを特徴とする
粒子センサ。 - 【請求項5】 各センサのセンサ素子に、流体が異なる
速度で衝突するようにするために、各センサの入口ノズ
ルの内径が異なるようにした請求項4記載の粒子セン
サ。 - 【請求項6】 各センサのセンサ素子に、流体が異なる
速度で衝突するようにするために、各センサの入口ノズ
ル下端部とセンサ素子との距離が異なるようにした請求
項4記載の粒子センサ。 - 【請求項7】 各センサのセンサ素子に、流体が異なる
速度で衝突するようにするために、各センサの流体の出
口側の流路抵抗が異なるようにした請求項4記載の粒子
センサ。 - 【請求項8】 各センサのセンサ素子に、流体が異なる
速度で衝突するようにするために、各センサのセンサ素
子に至る流体の流路抵抗が異なるようにした請求項4記
載の粒子センサ。 - 【請求項9】 各センサのセンサ素子に、流体が異なる
速度で衝突するようにするために、各センサのセンサ素
子に単位時間当たりに送り込まれる流体の量が異なるよ
うにした請求項4記載の粒子センサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8218816A JPH1062331A (ja) | 1996-08-20 | 1996-08-20 | 粒子センサ |
US08/911,704 US5969236A (en) | 1996-08-20 | 1997-08-15 | Particle sensor |
EP97306268A EP0825436A1 (en) | 1996-08-20 | 1997-08-19 | Particle sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8218816A JPH1062331A (ja) | 1996-08-20 | 1996-08-20 | 粒子センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1062331A true JPH1062331A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16725802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8218816A Pending JPH1062331A (ja) | 1996-08-20 | 1996-08-20 | 粒子センサ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5969236A (ja) |
EP (1) | EP0825436A1 (ja) |
JP (1) | JPH1062331A (ja) |
Families Citing this family (11)
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US7026922B1 (en) | 2002-08-07 | 2006-04-11 | Ford Global Technologies, Llc | Method and apparatus for automatically identifying the location of pressure sensors in a tire pressure monitoring system |
DE102004036192B3 (de) * | 2004-07-15 | 2006-02-23 | Friatec Ag | Magnetisch-induktives Durchfkußmeßgerät und Verfahren zur Herstellung eines Meßrohrs für ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät |
US7634937B2 (en) * | 2005-07-01 | 2009-12-22 | Symyx Solutions, Inc. | Systems and methods for monitoring solids using mechanical resonator |
US7463158B2 (en) * | 2005-10-19 | 2008-12-09 | Linear Measurements, Inc. | Acoustic particle alarm including particle sensor |
NO325703B1 (no) | 2006-03-16 | 2008-07-07 | Sensorteknikk As | Fremgangsmate for a registrere et strommende mediums karakteristiske tilstand, mengde og sammensetning |
TW200944764A (en) * | 2008-04-28 | 2009-11-01 | Univ Feng Chia | Vibration type sand testing method |
CN102286854B (zh) * | 2011-08-17 | 2012-06-27 | 宁波舒普机电科技有限公司 | 自动卷橡筋头机的卷料送料装置及自动卷橡筋头机 |
KR101377058B1 (ko) * | 2012-02-16 | 2014-03-28 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 분사된 고체상 기체입자의 압흔 형성장치 및 이를 포함하는 충돌력 분석시스템 |
US20140002662A1 (en) * | 2012-06-22 | 2014-01-02 | E. Neil Lewis | Particle characterization |
Family Cites Families (21)
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ATE249036T1 (de) * | 1993-06-07 | 2003-09-15 | Colloidal Dynamics Pty Ltd | Messung der teilchengrösse und -ladung in mehrkomponenten-kolloiden |
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GB2294551B (en) * | 1994-10-17 | 1998-09-30 | Ecc Int Ltd | Apparatus for determining particle size distribution |
JPH09138192A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-05-27 | Ngk Insulators Ltd | 多要素粒子センサ及び信号処理電子装置 |
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-
1996
- 1996-08-20 JP JP8218816A patent/JPH1062331A/ja active Pending
-
1997
- 1997-08-15 US US08/911,704 patent/US5969236A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-19 EP EP97306268A patent/EP0825436A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0825436A1 (en) | 1998-02-25 |
US5969236A (en) | 1999-10-19 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030430 |