DE112013004893T5

DE112013004893T5 - Kapazitiver Wegsensor

Info

Publication number: DE112013004893T5
Application number: DE112013004893.0T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Nishikawa; Yasuhisa HIROSE; Takahiro MINATANI; Kazutoshi Itoh
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2033-09-28
Also published as: JPWO2014054529A1; WO2014054529A1; DE112013004893B4; KR20150066518A; CN104620080B; KR102023799B1; CN104620080A; TWI599761B; TW201423051A; JP6161619B2

Abstract

Kapazitiver Wegsensor, der aufweist: eine aus einem Isolationsmaterial gebildete pfeilerförmige Komponente 31, eine rohrförmige Komponente 33 aus Metall, in die ein bestimmter Bereich der pfeilerförmigen Komponente 31 hineingeschoben ist und die sich infolge der Verschiebung eines Steuerschiebers 22 bewegt, ein auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 dünnfilmartig gebildetes Festelektrodenpaar 40A, 40B, auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 dünnfilmartig gebildete Kompensationselektroden 41, 42, eine geerdete, elektrostatische Abschirmung 37, die in einem von den Festelektroden 40A, 40B, der rohrförmigen Komponente 33 und den Kompensationselektroden 41, 42 isolierten Zustand diese Elektroden bedeckt, sowie auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 dünnfilmartig gebildete, jeweils mit den Elektroden 40A, 40B, 41, 42 verbundene und bis außerhalb der elektrostatischen Abschirmung 37 sich in einem von der elektrostatischen Abschirmung isolierten Zustand in Längsrichtung erstreckende Festelektrodenanschlüsse und Kompensationselektrodenanschlüsse.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Wegsensor, der ein Festelektrodenpaar und eine dem Festelektrodenpaar gegenüberliegende bewegliche Elektrode aufweist.
Hintergrundtechnologie
Herkömmlich gibt es bei dieser Art von Wegsensor solche, bei denen auf der Außenseite einer säulenförmigen beweglichen Elektrode ein halbzylinderförmiges Festelektrodenpaar gegenüberliegend angeordnet ist und die Verschiebung eines mit der beweglichen Elektrode gekoppelten Ventilkörpers gemessen wird (vgl. z. B. Patentliteratur 1). Bei dem in der Patentliteratur 1 angegebenen Gegenstand verändert sich durch die Bewegung der beweglichen Elektrode in axialer Richtung die Kapazitanz zwischen dem Festelektrodenpaar und anhand dieser Veränderung der Kapazitanz wird die Verschiebung des Ventilkörpers gemessen.
Ferner wird bei dem in der Patentliteratur 1 angegebenen Gegenstand zwischen die bewegliche Elektrode und die Festelektroden ein dielektrisches Fluid eingeleitet, und an dem Abschnitt, durch den das dielektrische Fluid fließt, wird ein Paar Kompensationselektroden gegenüberliegend angeordnet. Dann wird die Kapazitanz zwischen dem Kompensationselektrodenpaar gemessen und der durch die Änderung der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Fluids verursachte Messfehler der Verschiebung kompensiert.
Ferner werden bei dem in der Patentliteratur 1 angegebenen Gegenstand die bewegliche Elektrode und die Festelektroden in einem elektrisch isolierten Zustand mit einer elektrostatischen Abschirmung aus Metall bedeckt und die elektrostatische Abschirmung wird elektrisch geerdet. Dadurch kann das Entstehen einer Instabilität der Kapazitanz zwischen dem Festelektrodenpaar verhindert werden, selbst wenn ein Anwender den Hauptkörper des Sensors (den Sensor enthaltender Ventilvorrichtung-Hauptkörper) berührt.
Literatur zum Stand der Technik
Patentliteratur

Patentliteratur 1: WO 2012/090583 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
Bei dem in der Patentliteratur 1 angegebenen Gegenstand ist es erforderlich, dass auf der Außenseite der säulenförmigen beweglichen Elektrode ein halbzylinderförmiges Festelektrodenpaar gegenüberliegend angeordnet wird. Es ist jedoch nicht einfach, ein halbzylinderförmiges Festelektrodenpaar korrekt in einem bestimmten Abstand zueinander gegenüberliegend anzuordnen.
Bei dem in der Patentliteratur 1 angegebenen Gegenstand werden ferner die bewegliche Elektrode und die Festelektroden in einem elektrisch isolierten Zustand mit einer elektrostatischen Abschirmung bedeckt. Dafür ist es erforderlich, die Festelektroden und Kompensationselektroden z. B. über Drähte oder Anschlüsse aus der elektrostatischen Abschirmung herauszuführen. Es ist daher unvermeidlich, dass die Struktur für das Herausführen der Festelektroden und Kompensationselektroden kompliziert wird.
Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung dieser Tatsachen und ihr hauptsächliches Ziel besteht darin, bei einem kapazitiven Wegsensor mit einer elektrostatischen Abschirmung ein Festelektrodenpaar in einem bestimmten Abstand zueinander korrekt anzuordnen und das Herausführen der Elektroden aus der elektrostatischen Abschirmung zu vereinfachen.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Zum Lösen der vorstehenden Aufgabe, verwendet die vorliegende Erfindung folgende Mittel.
Bei dem ersten Mittel handelt es sich um einen kapazitiven Wegsensor, der gekennzeichnet ist durch eine stabförmige Komponente mit einer Außenfläche, die aus einem Isoliermaterial gebildet ist, eine zylinderförmigen Komponente, in die ein bestimmter Bereich von einem Ende der stabförmigen Komponente in Längsrichtung hineingeschoben wird und die sich entsprechend der Verschiebung des Messgegenstandes in Längsrichtung bewegt, ein Paar Festelektroden, die dünnfilmartig auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente gebildet sind und sich auf der stabförmigen Komponente gegenüberliegen, eine dem Festelektrodenpaar gegenüberliegende, zusammenhängende bewegliche Elektrode, die in einem von den Festelektroden und dem Messgegenstand isolierten Zustand an der zylinderförmigen Komponente vorgesehen ist, Kompensationselektroden, die auf der Außenseite der stabförmigen Komponente filmartig gebildet sind und der beweglichen Elektrode nicht gegenüberliegen, eine geerdete elektrostatische Abschirmung, die in einem von den Festelektroden, der beweglichen Elektrode und den Kompensationselektroden isolierten Zustand diese Elektroden bedeckt, Festelektrodenanschlüsse, die auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente dünnfilmartig gebildet sind, mit den jeweiligen Festelektroden verbunden sind und sich aus der elektrostatischen Abschirmung heraus in einem von der elektrostatischen Abschirmung isolierten Zustand in Längsrichtung erstrecken, und Kompensationselektrodenanschlüsse, die auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente dünnfilmartig gebildet sind, mit den Kompensationselektroden verbunden sind und sich bis aus der elektrostatischen Abschirmung heraus in einem von der elektrostatischen Abschirmung isolierten Zustand in Längsrichtung erstrecken.
Gemäß dem vorstehenden Aufbau wird bei der rohrförmigen Komponente eine zusammenhängende bewegliche Elektrode einem Festelektrodenpaar gegenüberliegend in einem von den Festelektroden und dem Messgegenstand isolierten Zustand vorgesehen. Es wird daher ein zusammengesetzter Kondensator gebildet, indem zwischen den jeweiligen Festelektroden und der gegenüberliegenden beweglichen Elektrode jeweils ein Kondensator gebildet wird und diese Kondensatoren über die zusammenhängende, bewegliche Elektrode seriell verbunden werden. Bewegt sich dann die rohrförmige Komponente infolge der Verschiebung des Messobjektes in Längsrichtung der stabförmigen Komponente, verändert sich die Grundfläche des Abschnittes, in dem die Festelektroden und die bewegliche Elektrode sich gegenüberliegen, sodass sich die Kapazitanz des zusammengesetzten Kondensators ändert. Folglich kann die Verschiebung des Messgegenstandes aufgrund der Änderung der Kapazitanz des zusammengesetzten Kondensators, d. h. der Änderung der Kapazitanz zwischen dem Festelektrodenpaar, gemessen werden.
Zusätzlich zu dem Festelektrodenpaar werden der beweglichen Elektrode nicht gegenüberliegende Kompensationselektroden dünnfilmartig auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente gebildet. Durch die Messung der Kapazitanz eines Kompensationskondensators, der gebildet wird mit den Kompensationselektroden als einer Elektrode, kann daher ein Messfehler der Verschiebung, der durch die Änderung der Dielektrizitätskonstante zwischen den Festelektroden und der beweglichen Elektrode verursacht wird, kompensiert werden.
Dabei ist das Festelektrodenpaar, das sich auf der stabförmigen Komponente gegenüberliegt, dünnfilmartig auf der Außenfläche der aus einem Isolationsmaterial gebildeten stabförmigen Komponente gebildet. Es ist daher nicht erforderlich, ein aus unterschiedlichen Materialien gebildetes Festelektrodenpaar anzuordnen, sodass auf der Außenfläche einer einzigen stabförmigen Komponente ein Festelektrodenpaar als dünnfilmartiges Muster gebildet werden kann. Folglich wird der Abstand zwischen dem Festelektrodenpaar durch die Maße der stabförmigen Komponente festgelegt, sodass das Festelektrodenpaar in einem bestimmten Abstand korrekt angeordnet werden kann.
Die Festelektroden, die bewegliche Elektrode und die Kompensationselektroden werden von einer von diesen Elektroden isolierten elektrostatischen Abschirmung bedeckt. Die elektrostatische Abschirmung ist geerdet, sodass das Entstehen einer Instabilität der Kapazitanz zwischen dem Festelektrodenpaar verhindert werden kann, selbst wenn ein Anwender den Hauptkörper des Sensors (den Sensor enthaltender Vorrichtungshauptkörper) berührt.
Dabei sind mit den jeweiligen Festelektroden und den Kompensationselektroden verbundene, sich aus der elektrostatischen Abschirmung heraus in einem von der elektrostatischen Abschirmung isolierten Zustand in Längsrichtung der stabförmigen Komponente erstreckende Festelektrodenanschlüsse und Kompensationselektrodenanschlüsse jeweils auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente dünnfilmartig gebildet. Die Festelektroden und die Kompensationselektroden können daher jeweils aus der elektrostatischen Abschirmung herausgeführt werden, indem die Festelektroden und die Kompensationselektroden zusammen mit den Festelektrodenanschlüssen und den Kompensationselektrodenanschlüssen als dünnfilmartige Muster gebildet werden. Folglich kann das Herausführen der Elektroden auf die Außenseite der elektrostatischen Abschirmung vereinfacht werden.
Bei dem zweiten Mittel weist die elektrostatische Abschirmung ein bis zu einer in Richtung der Kompensationselektroden angenäherten Stelle vorstehendes Vorsprungsteil auf.
Gemäß diesem Aufbau nähert sich das Vorsprungsteil der elektrostatischen Abschirmung an die Kompensationselektroden an, sodass durch die Kompensationselektroden und das Vorsprungsteil ein Kompensationskondensator mit einer vergleichsweise großen Kapazitanz gebildet werden kann. Folglich kann die elektrostatische Abschirmung als eine Elektrode des Kompensationskondensators verwendet und die Präzision des Kompensationskondensators verbessert werden. Es ist ferner möglich, den Kompensationskondensator auf engem Raum zu bilden.
Bei dem dritten Mittel ist ein Sensorhauptkörper vorgesehen, in dessen Inneren eine Fluidkammer gebildet ist, die eine dielektrische Flüssigkeit speichert, die mit den Festelektroden, der beweglichen Elektrode und mit dem Vorsprungsteil in Kontakt kommt, wobei in der elektrostatischen Abschirmung eine Durchgangsöffnung gebildet ist, die den Raum zwischen den Kompensationselektroden und dem Vorsprungsteil auf beiden Seiten der Kompensationselektroden in Längsrichtung mit dem Raum auf der Außenseite der elektrostatischen Abschirmung bei der Fluidkammer verbindet.
Gemäß diesem Aufbau wird eine Fluidkammer gebildet, die im Inneren des Sensorhauptkörpers ein dielektrisches Fluid speichert, wobei das dielektrische Fluid mit den Festelektroden, der beweglichen Elektrode, den Kompensationselektroden und dem Vorsprungsteil der elektrostatischen Abschirmung in Kontakt kommt. Daher kann die Kapazitanz des aus den Festelektroden und der beweglichen Elektrode gebildeten Kondensators und des aus den Kompensationselektroden und dem Vorsprungsteil gebildeten Kompensationskondensators vergrößert werden.
Durch die in der elektrostatischen Abschirmung gebildete Durchgangsöffnung wird der Raum zwischen den Kompensationselektroden und dem Vorsprungsteil auf beiden Seiten der Kompensationselektroden in Längsrichtung mit dem Raum auf der Außenseite der elektrostatischen Abschirmung bei der Fluidkammer verbunden. Der Fluss des dielektrischen Fluids in dem Raum zwischen der Kompensationselektroden und dem Vorsprungsteil, die zueinander benachbart sind, kann dadurch gefördert werden und der Zustand des dielektrischen Fluids in dem Raum zwischen den Kompensationselektroden und dem Vorsprungsteil kann an den Zustand des dielektrischen Fluids in anderen Teilen der Fluidkammer angenähert werden. Folglich können sich Änderungen des Zustands des dielektrischen Fluids, z. B. Änderungen der Dielektrizitätskonstante aufgrund von Temperaturänderungen, Änderungen der Fluidsubstanz usw., sensibel in Änderungen der Kapazitanz des Kompensationskondensators widerspiegeln, sodass die Präzision bei der Kompensation von Messfehlern der Verschiebung verbessert werden kann.
Bei dem vierten Mittel wird der Randteil auf der dem bestimmten Bereich der stabförmigen Komponente in Längsrichtung entgegengesetzten Seite entlang des Umfangs der Außenfläche durch ein Isolationsmaterial ringförmig versiegelt.
Für den Fall, dass das dielektrische Fluid mit den Festelektroden oder den Kompensationselektroden in Kontakt kommt, ist es erforderlich, so zu versiegeln, dass das dielektrische Fluid nicht nach außen entweichen kann, und die Festelektroden und die Kompensationselektroden aus der elektrostatischen Abschirmung herauszuführen.
In diesem Punkt ist gemäß dem vorstehenden Aufbau der Randteil auf der in Längsrichtung dem bestimmten Bereich der stabförmigen Komponente entgegengesetzten Seite entlang des Umfangs der Außenfläche durch ein Isolationsmaterial ringförmig versiegelt. Wie vorstehend ausgeführt, sind ferner jeweils mit den Festelektroden und den Kompensationselektroden verbundene Festelektrodenanschlüsse und Kompensationselektrodenanschlüsse auf der Oberfläche der stabförmigen Komponente dünnfilmartig gebildet. Dadurch kann die Dicke der Festelektrodenanschlüsse und der Kompensationselektrodenanschlüsse nahezu vernachlässigt werden, sodass die Oberfläche der stabförmigen Komponente entlang des Umfangs leicht versiegelt werden kann.
Bei dem fünften Mittel erstreckt sich die elektrostatische Abschirmung entlang der Längsrichtung und liegt an der Öffnung des Sensorhauptkörpers frei, wobei zwischen dem Randteil auf der in Längsrichtung dem bestimmten Bereich der stabförmigen Komponente entgegengesetzten Seite und der elektrostatischen Abschirmung eine Versiegelung durch ein Isolationsmaterial besteht.
Gemäß diesem Aufbau kann das Vorsprungsteil der elektrostatischen Abschirmung, das eine der Elektroden des Kompensationskondensators bildet, leicht mit einer externen elektrischen Leitung verbunden werden, da sich die elektrostatische Abschirmung entlang der Längsrichtung erstreckt und an der Öffnung des Sensorhauptkörpers freiliegt. Ferner befindet sich zwischen dem Randteil auf der in Längsrichtung der stabförmigen Komponente dem bestimmten Bereich der stabförmigen Komponente entgegengesetzten Seite und der elektrostatischen Abschirmung durch ein Isolationsmaterial eine Versiegelung. Folglich kann unter Aufrechterhaltung der Isolierung zwischen den Festelektrodenanschlüssen und den Kompensationselektrodenanschlüssen sowie der elektrostatischen Abschirmung so versiegelt werden, dass das dielektrische Fluid nicht nach außen entweichen kann.
Bei dem sechsten Mittel wird die gesamte stabförmige Komponente aus einem Isolationsmaterial gebildet.
Da gemäß diesem Aufbau die gesamte stabförmige Komponente aus einem Isolationsmaterial gebildet ist, kann einfach die Oberfläche der stabförmigen Komponente als Isolationsmaterial bestimmt werden, sodass die Herstellung der stabförmigen Komponente vereinfacht werden kann.
Bei dem siebten Mittel wird die gesamte rohrförmige Komponente aus einem dielektrischen Material gebildet.
Da gemäß diesem Aufbau die gesamte rohrförmige Komponente aus einem dielektrischen Material gebildet ist, kann die rohrförmige Komponente selbst als bewegliche Elektrode fungieren und leicht als zusammenhängende bewegliche Elektrode bestimmt werden. Dadurch kann die Herstellung der beweglichen Elektrode vereinfacht werden.
Bei dem achten Mittel erstrecken sich die Festelektrodenanschlüsse und die Kompensationselektrodenanschlüsse in Längsrichtung und sind miteinander verbunden angeordnet, wobei sich die Festelektroden und die Kompensationselektroden in Umfangsrichtung der Außenfläche erstrecken.
Gemäß diesem Aufbau erstrecken sich die Festelektrodenanschlüsse und die Kompensationselektrodenanschlüsse in Längsrichtung und sind miteinander verbunden angeordnet. Dadurch können die Elektrodenanschlüsse konzentriert werden, sodass die jeweiligen Elektrodenanschlüsse leicht mit einer externen elektrischen Leitung verbunden werden können.
Ferner erstrecken sich die Festelektroden und die Kompensationselektroden in Umfangsrichtung der Außenfläche der stabförmigen Komponente. Dadurch können sowohl die Elektrodenanschlüsse konzentriert werden, als auch die Elektroden effektiv angeordnet und die Fläche für die Elektroden sichergestellt werden. Folglich kann die Präzision bei der Messung der Verschiebung des Messobjektes verbessert werden.
Bei dem neunten Mittel wird in Längsrichtung an dem Randteil des bestimmten Bereichs der stabförmigen Komponente eine freiliegende Komponente vorgesehen, an der die Außenfläche freiliegt.
Neigt sich die rohrförmige Komponente zu der stabförmigen Komponente, wenn sich die rohrförmige Komponente infolge der Verschiebung des Messobjektes in Längsrichtung der stabförmigen Komponente bewegt, besteht die Gefahr, dass sich die einander gegenüberliegenden Festelektroden und die bewegliche Elektrode berühren. In diesem Fall ist es leicht möglich, dass sich die Festelektroden und die bewegliche Elektrode insbesondere am Randteil der stabförmigen Komponente und am Randteil der rohrförmigen Komponente zuerst berühren.
Gemäß diesem Aufbau ist in diesem Punkt am Randteil des bestimmten Bereichs der stabförmigen Komponente in Längsrichtung der stabförmigen Komponente eine freiliegende Komponente, vorgesehen, an der die aus einem Isolationsmaterial gebildete Außenfläche freiliegt. Selbst wenn das Randteil der stabförmigen Komponente die zylinderförmige Komponente berührt, kann dadurch verhindert werden, dass sich die Festelektroden und die bewegliche Elektrode berühren.
Ferner sind die Festelektroden auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente dünnfilmartig gebildet, sodass die freiliegende Komponente leicht durch ein Muster, bei dem am Randteil der stabförmigen Komponente keine Festelektroden gebildet werden, gebildet werden kann, oder nach der Bildung eines Musters mit Festelektroden bis zum Randteil der stabförmigen Komponente, das Muster am Randteil abgeschabt wird.
Bei dem zehnten Mittel handelt es sich bei der Kompensationselektrode um eine erste Kompensationselektrode und bei dem Kompensationselektrodenanschluss um einen ersten Kompensationselektrodenanschluss, und es weist eine zweite Kompensationselektrode, die auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente dünnfilmartig und größer als die erste Kompensationselektrode gebildet ist, und der beweglichen Elektrode nicht gegenüberliegt, einen zweiten Kompensationselektrodenanschluss, der auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente dünnfilmartig gebildet ist, mit der zweiten Kompensationselektrode verbunden ist, und sich bis aus der elektrostatischen Abschirmung heraus in einem von der elektrostatischen Abschirmung isolierten Zustand in Längsrichtung erstreckt, eine Messschaltung zum Messen der Kapazitanz zwischen zwei Elektroden, eine Wechselschaltung zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, in dem der erste Kompensationselektrodenanschluss und die elektrostatische Abschirmung mit der Messschaltung verbunden werden, einem zweiten Zustand, in dem der zweite Kompensationselektrodenanschluss und die elektrostatische Abschirmung mit der Messschaltung verbunden werden, und einem dritten Zustand, in dem die Festelektrodenanschlüsse, die mit den jeweiligen Festelektroden verbunden sind, mit der Messschaltung verbunden werden, und eine Rechenkomponente auf, die durch die Messschaltung im ersten Zustand, im zweiten Zustand und im dritten Zustand jeweils eine erste Kapazitanz, eine zweite Kapazitanz und eine dritte Kapazitanz messen lässt und aufgrund der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der zweiten Kapazitanz sowie der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der dritten Kapazitanz die Verschiebung des Messobjektes berechnet.
Gemäß diesem Aufbau wird auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente eine zweite Kompensationselektrode gebildet, die größer ist als die erste Kompensationselektrode. Ferner wird die zweite Kompensationselektrode durch den zweiten Kompensationselektrodenanschluss aus der elektrostatischen Abschirmung herausgeführt.
Durch die Wechselschaltung kann umgeschaltet werden zwischen dem ersten Zustand, in dem der erste Kompensationselektrodenanschluss und die elektrostatische Abschirmung mit der Messschaltung verbunden werden, dem zweiten Zustand, in dem der zweite Kompensationselektrodenanschluss und die elektrostatische Abschirmung mit der Messschaltung verbunden werden, und dem dritten Zustand, in dem die Festelektrodenanschlüsse, die mit den jeweiligen Festelektroden verbunden sind, mit der Messschaltung verbunden werden. Dann werden durch die Messschaltung im ersten Zustand, im zweiten Zustand und im dritten Zustand jeweils eine erste Kapazitanz, eine zweite Kapazitanz und eine dritte Kapazitanz gemessen.
Da hierbei die zweite Kompensationselektrode größer gebildet ist als die erste Kompensationselektrode, ist auch die der elektrostatischen Abschirmung gegenüberliegende Fläche der zweiten Kompensationselektrode größer als die der elektrostatischen Abschirmung gegenüberliegende Fläche der ersten Kompensationselektrode. D. h., der aus der ersten Kompensationselektrode und der elektrostatischen Abschirmung gebildete erste Kompensationskondensator entspricht dem Zustand, wenn die gegenüberliegende Fläche des Festelektrodenpaares und der beweglichen Elektrode klein ist (Zustand, in dem die Verschiebung des Messobjektes gering ist). Der aus der zweiten Kompensationselektrode und der elektrostatischen Abschirmung gebildete zweite Kompensationskondensator entspricht ferner dem Zustand, wenn die gegenüberliegende Fläche des Festelektrodenpaares und der beweglichen Elektrode groß ist (Zustand, in dem die Verschiebung des Messobjektes groß ist). Folglich kann aufgrund der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der zweiten Kapazitanz sowie der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der dritten Kapazitanz die Verschiebung des Messobjektes berechnet werden, indem vorab z. B. experimentell die Verschiebung des Messobjektes für den Fall, dass der aus dem Festelektrodenpaar und der beweglichen Elektrode gebildete zusammengesetzte Kondensator dem ersten Kompensationskondensator entspricht, und die Verschiebung des Messobjektes für den Fall, dass der zusammengesetzte Kondensator dem zweiten Kompensationskondensator entspricht, ermittelt wird.
Selbst wenn sich die Dielektrizitätskonstante zwischen dem Festelektrodenpaar und der beweglichen Elektrode ändert, verändert sich in gleicher Weise auch die Dielektrizitätskonstante bei dem ersten Kompensationskondensator und dem zweiten Kompensationskondensator. Die Verschiebung des Messobjektes für den Fall, dass der zusammengesetzte Kondensator dem ersten Kompensationskondensator entspricht und die Verschiebung des Messobjektes für den Fall, dass der zusammengesetzte Kondensator dem zweiten Kompensationskondensator entspricht, ändert sich daher nicht. Selbst wenn sich die Kapazitanz des ersten Kompensationskondensators und des zweiten Kompensationskondensators z. B. aufgrund der Änderung der Kapazitanz des für die Messung der Kapazitanz verwendeten Kondensators für die Einstellung ändert, weist die Änderung der Kapazitanz des ersten Kompensationskondensators und des zweiten Kompensationskondensators die gleiche Tendenz auf. Durch die Berechnung der Verschiebung des Messobjektes aufgrund der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der zweiten Kapazitanz sowie der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der dritten Kapazitanz, können daher Einflüsse z. B. aufgrund der Änderung der Kapazitanz des Kondensators für die Einstellung vernachlässigt werden. Folglich kann selbst bei einer Änderung der Dielektrizitätskonstante zwischen dem Festelektrodenpaar und der beweglichen Elektrode oder bei einer Änderung der Kapazitanz des ersten Kompensationskondensators und des zweiten Kompensationskondensators aufgrund einer Änderung der Kapazitanz von z. B. dem Kondensator für die Einstellung, die Verschiebung des Messobjektes korrekt berechnet werden.
Bei dem elften Mittel weisen die erste Kompensationselektrode und die zweite Kompensationselektrode jeweils mehrere Verzweigungen auf, die sich in Umfangsrichtung der Oberfläche erstrecken, wobei die Verzweigungen der ersten Kompensationselektrode und die Verzweigungen der zweiten Kompensationselektrode alternierend angeordnet sind.
Entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten Kompensationselektrode und der zweiten Kompensationselektrode, besteht die Gefahr einer unterschiedlichen Dielektrizitätskonstante bei dem durch die erste Kompensationselektrode gebildeten Kondensator und dem durch die zweite Kompensationselektrode gebildeten Kondensator. Demzufolge besteht die Gefahr, dass die Berechnungspräzision der Verschiebung abnimmt, wenn die Verschiebung des Messobjektes aufgrund der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der zweiten Kapazitanz und der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der dritten Kapazitanz berechnet wird.
In diesem Punkt weisen die erste Kompensationselektrode und die zweite Kompensationselektrode gemäß dem vorstehenden Aufbau jeweils mehrere Verzweigungen auf, die sich in Umfangsrichtung der Außenfläche der stabförmigen Komponente erstrecken. Da ferner die Verzweigungen der ersten Kompensationselektrode und die Verzweigungen der zweiten Kompensationselektrode in Längsrichtung der stabförmigen Komponente alternierend angeordnet sind, kann die Entstehung einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten Kompensationselektrode und der zweiten Kompensationselektrode verhindert werden. Folglich kann eine Abnahme der Präzision bei der Berechnung der Verschiebung des Messobjektes verhindert werden.
Kurze Erläuterung der Zeichnungen
1 ist eine Teilschnittzeichnung, die einen kapazitiven Wegsensor und einen Teil eines Steuerschieberventils zeigt.
2 ist eine Seitenansicht des Wegsensors von 1.
3 ist eine Frontansicht, die die pfeilerförmige Komponente und die Elektroden zeigt.
4 ist eine aufgefaltete Ansicht, die eine Auffaltung der Elektroden von 3 zeigt.
[5] ist eine schematische Darstellung, die schematisch die an den verschiedenen Teilen des Wegsensors von 1 gebildeten Kondensatoren zeigt.
6 ist ein elektrisches Schaltkreisdiagramm, das die Äquivalenzschaltung von 5 zeigt.
7 ist ein Blockbild, das die elektrische Struktur des Wegsensors von 1 zeigt.
8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Verschiebung des Steuerschiebers und der Kapazitanz zeigt.
9 ist eine Teilschnittzeichnung, die ein abgewandeltes Beispiel der zylinderförmigen Komponente und der beweglichen Elektrode zeigt.
10 ist eine Teilschnittzeichnung, die ein abgewandeltes Beispiel der elektrostatischen Abschirmung zeigt.
11 ist eine Teilschnittzeichnung, die ein weiteres abgewandeltes Beispiel der elektrostatischen Abschirmung zeigt.
12 ist eine Frontansicht, die ein abgewandeltes Beispiel der Kompensationselektrode zeigt.
13 ist eine Teilschnittzeichnung, die ein abgewandeltes Beispiel der zylinderförmigen Komponente zeigt.
14 ist eine Frontansicht, die ein abgewandeltes Beispiel der Festelektroden zeigt.
15 ist eine aufgefaltete Ansicht, die eine Auffaltung der Elektroden von 14 zeigt.
16 ist eine Frontansicht, die ein abgewandeltes Beispiel der Festelektroden zeigt.
17 ist eine aufgefaltete Ansicht, die eine Auffaltung der Elektroden von 16 zeigt.
18 ist eine Teilschnittzeichnung, die den Aufbau eines Wegsensors mit den in 16 dargestellten Festelektroden zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform anhand der Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Ausführungsform ist beispielsweise bei einer Halbleiterproduktionsvorrichtung als Ventilvorrichtung, die den Durchfluss einer Flüssigkeit, z. B. einer chemischen Flüssigkeit, steuert, konkretisiert.
1 ist eine Teilschnittzeichnung, die einen kapazitiven Wegsensor 30 und einen Teil eines Steuerschieberventils 20 zeigt. Wie in der Figur dargestellt, weist eine Ventilvorrichtung 10 z. B. einen ersten Hauptkörper 11, einen zweiten Hauptkörper 12, ein Steuerschieberventil 20 und einen kapazitiven Wegsensor 30 auf. Der erste Hauptkörper 11 und der zweite Hauptkörper 12 sind aus einem Metall, z. B. Edelstahl, in einer Vierkantrohrform (rohrförmig) gebildet und weisen im Inneren einen säulenförmigen Raum auf. Am Randteil des ersten Hauptkörpers 11 ist der zweite Hauptkörper 12 befestigt, sodass ihre Zentralachsen miteinander übereinstimmen, und zwischen dem ersten Hauptkörper 11 und dem zweiten Hauptkörper 12 erfolgt mittels eines Versiegelungsmaterials eine Versiegelung. Im Inneren des ersten Hauptkörpers 11 und des zweiten Hauptkörpers 12 sind das Steuerschieberventil 20 und der Wegsensor 30 gelagert. Das Steuerschieberventil 20 und der Wegsensor 30 sind in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) des ersten Hauptkörpers 11 nebeneinander angeordnet. An dem ersten Hauptkörper 11 sind eine Zuflussöffnung 11a und eine Abflussöffnung 11b für eine Flüssigkeit gebildet.
Das Steuerschieberventil 20 weist z. B. eine Muffe 21, einen Steuerschieber 22 und einen Aktor (nicht dargestellt) auf. Die Muffe 21 und der Steuerschieber 22 sind aus einem Metall, z. B. Edelstahl, gebildet. Die Muffe 21 ist zylindrisch (rohrförmig) gebildet und der Steuerschieber 22 ist säulenförmig (pfeilerförmig) gebildet. Die Muffe 21 und der Steuerschieber 22 sind in einer passenden Querschnittsform gebildet und der Steuerschieber 22 ist ins Innere der Muffe 21 verschiebbar eingeschoben. Im Inneren des Steuerschiebers 22 ist eine Durchgangsöffnung 22b gebildet, die sich in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) erstreckt.
Bei der Muffe 21 sind an den Positionen, die der Zuflussöffnung 11a und der Abflussöffnung 11b des ersten Hauptkörpers 11 entsprechen, jeweils Durchgangsbohrungen 21a, 21b gebildet. Die Durchgangsbohrungen 21a, 21b erstrecken sich in Umfangsrichtung der Muffe 21 und verbinden das Innere der Muffe 21 mit außen. Bei dem Steuerschieber 22 ist in einer Breite, die dem Abstand der Durchgangsbohrungen 21a, 21b der Muffe 21 entspricht, ein ringförmiger Graben 22a gebildet, der sich in Umfangsrichtung erstreckt. Der Steuerschieber 22 (Messobjekt) ist mit einem Aktor, z. B. einem elektromagnetischen Aktor, gekoppelt und wird durch den Aktor in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) hin- und her bewegt. Dadurch werden der Zustand, in dem die Verbindung zwischen der Durchgangsbohrung 21a und der Durchgangsbohrung 21b der Muffe 21 durch die Außenfläche des Steuerschiebers 22 unterbrochen ist, und der Zustand, in dem die Durchgangsbohrung 21a und die Durchgangsbohrung 21b durch den Graben 22a des Steuerschiebers 22 verbunden sind, gesteuert.
Im Inneren des ersten Hauptkörpers 11 und des zweiten Hauptkörpers 12 ist der Wegsensor 30 gelagert. Der Wegsensor 30 weist z. B. eine pfeilerförmige Komponente 31, eine rohrförmige Komponente 33, eine Verbindungskomponente 35 und eine elektrostatische Abschirmung 37 auf.
Die rohrförmige Komponente 33 (bewegliche Elektrode) ist aus einem Metall, z. B. Edelstahl, in einer Zylinderform (zusammenhängende Form), die einen Boden 33a aufweist, gebildet. Die Verbindungskomponente 35 ist aus einem Isolationsmaterial, z. B. Keramik oder Harz, ein einer Zylinderform gebildet. Mit dem Randteil 22c des Steuerschiebers 22 ist über die Verbindungskomponente 35 der Boden 33a der rohrförmigen Komponente 33 gekoppelt. D. h., der Steuerschieber 22 und die rohrförmige Komponente 33 werden über die Verbindungskomponente 35 elektrisch isoliert.
Am Boden 33a der rohrförmigen Komponente 33 ist eine Durchgangsbohrung 33b gebildet, die sich in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) der rohrförmigen Komponente 33 erstreckt. Die Durchgangsbohrung 22b des Steuerschiebers 22 und die Durchgangsbohrung 33b des Bodens 33a sind über die zylindrische Verbindungskomponente 35 verbunden. D. h., das Innere des Steuerschiebers 22 und das Innere der rohrförmigen Komponente 33 sind verbunden.
Die pfeilerförmige Komponente 31 (stabförmige Komponente) ist aus einem Isolationsmaterial, z. B. Aluminium, säulenförmig gebildet. D. h., die Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 ist aus einem Isolationsmaterial gebildet. Auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 sind ein Paar Festelektroden 40A, 40B, eine Kompensationselektrode 41 (erste Kompensationselektrode) und eine Kompensationselektrode 42 (zweite Kompensationselektrode) dünnfilmartig gebildet. Bei der pfeilerförmigen Komponente 31 ist ein bestimmter Bereich vom Rand in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung), genauer gesagt, der Teil, der den Festelektroden 40A, 40B entspricht, ins Innere der rohrförmigen Komponente 33 eingeschoben. Die Zentralachsenlinien der pfeilerförmigen Komponente 31 und der rohrförmigen Komponente 33 stimmen miteinander überein. Zwischen den Festelektroden 40A, 40B (pfeilerförmige Komponente) und der rohrförmigen Komponente 33 ist ein bestimmter Freiraum (Zwischenraum) gebildet. D. h., die Festelektroden 40A, 40B und die rohrförmige Komponente 33 liegen sich in einem elektrisch isolierten Zustand gegenüber.
Um die pfeilerförmige Komponente 31 und die rohrförmige Komponente 33 herum ist die elektrostatische Abschirmung 37 vorgesehen, die die Festelektroden 40A, 40B, die Kompensationselektroden 41, 42 und die rohrförmige Komponente 33 bedeckt. Die elektrostatische Abschirmung 37 ist aus einem Metall (elektrisch leitendes Material), z. B. Edelstahl, zylindrisch (rohrförmig) gebildet. Die elektrostatische Abschirmung 37 ist von den Festelektroden 40A, 40B, den Kompensationselektroden 41, 42 und der rohrförmigen Komponente 33 elektrisch isoliert.
Zwischen der Außenfläche des Randteil 37a der elektrostatischen Abschirmung 37 und der Innenfläche des zweiten Hauptkörpers 12 besteht (vgl. 2) eine ringförmige Versiegelung (Abdichtung) entlang der Umfangsrichtung aus Glas 51 mit einem niedrigen Schmelzpunkt (Isolationsmaterial). Dadurch ist die elektrostatische Abschirmung 37 in einem zu dem zweiten Hauptkörper 12 elektrisch isolierten Zustand an dem zweiten Hauptkörper 12 angebracht. Das Randteil 31a der pfeilerförmigen Komponente 31 liegt außerhalb der elektrostatischen Abschirmung 37, d. h. an der Öffnung 12a des zweiten Hauptkörpers 12 frei. Zwischen der Innenfläche des Randteils 37a der elektrostatischen Abschirmung 37 und der Außenfläche des Randteils 31 der pfeilerförmigen Komponente 31 ist aus Glas 52 mit einem niedrigen Schmelzpunkt (Isolationsmaterial) entlang der Umfangsrichtung ringförmig versiegelt (vgl. 2). Dadurch ist die pfeilerförmige Komponente 31 an der elektrostatischen Abschirmung 37 befestigt.
Die Zentralachsenlinie der elektrostatischen Abschirmung 37 stimmt mit der Zentralachsenlinie der pfeilerförmigen Komponente 31 überein. Die elektrostatische Abschirmung 37 erstreckt sich in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) und ihr Randteil 37a liegt an der Öffnung 12a des zweiten Hauptkörpers 12 frei. Mit dem Randteil 37a der elektrostatischen Abschirmung 37 ist eine Leitung (nicht dargestellt) verbunden. Durch diese Leitung wird die elektrostatische Abschirmung 37 geerdet.
Im Inneren des ersten Hauptkörpers 11 und des zweiten Hauptkörpers 12 ist eine Fluidkammer 13 zum Speichern eines Fluids gebildet. Die Fluidkammer 13 wird durch den ersten Hauptkörper 11, den zweiten Hauptkörper 12, die Muffe 21, den Steuerschieber 22, die elektrostatische Abschirmung 37 und die pfeilerförmige Komponente 31 sektoriert. Ein Fluid, dessen Fluss durch das Steuerschieberventil 20 gesteuert wird, fließt aus dem Freiraum (Zwischenraum) von der Innenfläche der Muffe 21 und der Außenfläche des Steuerschiebers 22 in die Fluidkammer 13. Dann wird das Innere der Fluidkammer 13 durch das Fluid gefüllt. Dadurch kommen die Elektroden 40A, 40B, 41 und 42, die rohrförmige Komponente 33 und die elektrostatische Abschirmung 37 mit dem Fluid in Kontakt. Bei dem Fluid aus einer chemischen Flüssigkeit handelt es sich um ein Dielektrikum, das als dielektrische Flüssigkeit fungiert. Der erste Hauptkörper 11 und der zweite Hauptkörper 12 bilden den Sensorkörper des Wegsensors 30.
Der Abschnitt, der bei der elektrostatischen Abschirmung 37 den Kompensationselektroden 41, 42 gegenüberliegt, bildet ein zu den Kompensationselektroden 41, 42 vorstehendes Vorsprungsteil 37b. Das Vorsprungsteil 37b steht ringförmig bis zu einer an die Kompensationselektroden 41, 42 angrenzenden Position vor. Die Kompensationselektroden 41, 42 liegen der rohrförmigen Komponente 33 nicht gegenüber.
An der elektrostatischen Abschirmung 37 sind Durchgangsbohrungen 37c, 37d gebildet, die bei dem Fluidraum 13 die Innenseite und die Außenseite der elektrostatischen Abschirmung 37 verbinden. Die Durchgangsbohrungen 37c, 37d sind in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) der pfeilerförmigen Komponente 31 beidseitig der Kompensationselektroden 41, 42 gebildet. Genauer gesagt sind die Durchgangsbohrungen 37c, 37d in Zentralachsenrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 beidseitig eines Bereichs gebildet, der die Festelektroden 40A, 40B und die Kompensationselektroden 41, 42 einschließt.
Als nächstes wird der Aufbau des Festelektrodenpaares 40A, 40B und der Kompensationselektroden 41, 42 genau erläutert. 3 ist eine Frontansicht, die die pfeilerförmige Komponente 31, die Festelektroden 40A, 40B und die Kompensationselektroden 41, 42 darstellt, und 4 ist eine aufgefaltete Ansicht, die eine Auffaltung der Elektroden 40A, 40B, 41 und 42 von 3 zeigt.
Wie in der Figur dargestellt, ist das Festelektrodenpaar 40A, 40B in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) der pfeilerförmigen Komponente 31 in einem bestimmten Bereich vom Rand gebildet. Die Festelektroden 40A, 40B erstrecken sich in Umfangsrichtung der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31. Die Festelektroden 40A, 40B sind halbzylinderförmig auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 gebildet. Dadurch liegt sich das Paar Festelektroden 40A, 40B über die pfeilerförmige Komponente 31 gegenüber. Bei der pfeilerförmigen Komponente 31 ist am Randteil in Längsrichtung der Seite, auf der die Festelektroden 40A, 40B gebildet sind, eine freiliegende Komponente 31b gebildet, an der die Außenfläche freiliegt. D. h., an der freiliegenden Komponente 31b sind keine Festelektroden 40A, 40B gebildet.
Die Abschnitte, an denen die Festelektrode 40A und die Festelektrode 40B aneinander angrenzen, sind jeweils mit Festelektrodenschlüssen Ta, Tb verbunden. Die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb erstrecken sich bis zum Randteil 31a in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31. Ferner erstrecken sich die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb bis zur Endfläche des Randteils 31a (vgl. 2). Daher liegen die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb außerhalb der elektrostatischen Abschirmung 37, d. h. an der Öffnung 12a des zweiten Hauptkörpers 12 frei (vgl. 1). Die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb sind zueinander benachbart parallel (nebeneinander) angeordnet.
Die Kompensationselektrode 42 ist in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) der pfeilerförmigen Komponente 31 in einem Abschnitt neben dem Abschnitt, in dem die Festelektroden 40A, 40B gebildet sind, gebildet. Die Kompensationselektrode 42 erstreckt sich in Umfangsrichtung der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31. Die Kompensationselektrode 42 ist zylindrisch auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 gebildet.
Der Abschnitt, der bei der Kompensationselektrode 42 zu dem Festkontaktanschluss Ta benachbart ist, ist mit einem Kompensationselektrodenanschluss T2 verbunden. Der Kompensationselektrodenanschluss T2 (zweiter Kompensationselektrodenanschluss) erstreckt sich bis zum Randteils 31a in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31. Ferner erstreckt sich der Kompensationselektrodenanschluss T2 bis zur Endfläche des Randteils 31a (vgl. 2). Daher liegt der Kompensationselektrodenanschluss T2 außerhalb der elektrostatischen Abschirmung 37, d. h. an der Öffnung 12a des zweiten Hauptkörpers 12 frei (vgl. 1). Der Kompensationselektrodenanschluss T2 ist zu dem Festelektrodenanschluss Ta benachbart parallel (nebeneinander) angeordnet.
Die Kompensationselektrode 41 ist in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) der pfeilerförmigen Komponente 31 in einem Abschnitt neben dem Abschnitt, in dem die Kompensationselektrode 42 gebildet ist, gebildet. Die Kompensationselektrode 41 erstreckt sich in Umfangsrichtung der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31. Die Kompensationselektrode 41 ist zylindrisch auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 gebildet. In Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 ist dabei die Länge der Kompensationselektrode 42 länger als die Länge der Kompensationselektrode 41 bestimmt. D. h., die Fläche der Kompensationselektrode 42 ist größer als die Fläche der Kompensationselektrode 41 bestimmt.
Bei der Kompensationselektrode 41 ist der zu dem Festelektrodenanschluss Tb benachbarte Abschnitt mit dem Kompensationselektrodenanschluss T1 verbunden. Der Kompensationelektrodenanschluss T1 (erster Kompensationselektrodenanschluss) erstreckt sich bis zum Randteil 31a in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31. Ferner erstreckt sich der Kompensationselektrodenanschluss T1 bis zur Randfläche des Randteils 31a (vgl. 2). Daher liegt der Kompensationselektrodenanschluss T1 außerhalb der elektrostatischen Abschirmung 37, d. h. an der Öffnung 12a des zweiten Hauptkörpers 12 frei (vgl. 1). Der Kompensationselektrodenanschluss T1 ist zu dem Festelektrodenanschluss Tb benachbart parallel (nebeneinander) angeordnet.
Die Elektroden 40A, 40B, 41, 42 und die Anschlüsse Ta, Tb, T1, T2 werden durch Siebdruck und Brennen einer Paste, die ein elektrisch leitendes Material, z. B. Silber enthält, dünnfilmartig gebildet. D. h., die Elektroden 40A, 40B, 41, 42 und die Anschlüsse Ta, Tb, T1, T2 werden gebildet, indem mittels einer Elektrodenmuster geformten Siebmaske das elektrisch leitende Material aufgedruckt wird.
Die Anschlüsse Ta, Tb, T1, T2 sind an einer Stelle in Umfangsrichtung der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 konzentriert angeordnet. Bei der elektrostatischen Abschirmung 37 ist an dem Abschnitt, der den Anschlüssen Ta, Tb, T1, T2 gegenüberliegt, eine Aussparung 37e gebildet (vgl. 2). Die Aussparung 37e erstreckt sich entlang der Anschlüsse Ta, Tb, T1, T2 zur Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) der pfeilerförmigen Komponente 31. Die Tiefe der Aussparung 37e ist tiefer festgelegt als die Dicke der dünnfilmartigen Anschlüsse Ta, Tb, T1, T2. Dadurch wird der Abstand der Anschlüsse Ta, Tb, T1, T2 zu der elektrostatischen Abschirmung 37 bewahrt, sodass die Anschlüsse Ta, Tb, T1, T2 von der elektrostatischen Abschirmung 37 isoliert sind. Auch ins Innere der Aussparung 37e ist Glas 52 mit einem niedrigen Schmelzpunkt eingeführt, sodass zwischen der pfeilerförmigen Komponente 31 und der elektrostatischen Abschirmung 37 eine Versiegelung besteht. D. h., die Elektroden 40A, 40B, 41, 42 werden aus der elektrostatischen Abschirmung 37 herausgeführt, während gleichzeitig eine Versiegelung besteht, sodass das Fluid nicht aus der Fluidkammer 13 entweicht.
Als nächstes werden bei dem kapazitiven Wegsensor 30 der die Kapazitanz messende Kondensator und die an anderen Teilen gebildeten Kondensatoren erläutert. 5 ist eine abstrakte Darstellung, die bei dem Wegsensor 30 von 1 die an verschiedenen Teilen gebildeten Kondensatoren abstrakt darstellt. 6 ist ein Schaltkreisdiagramm, das die Äquivalenzschaltung von 5 darstellt.
Wie in dieser Figur dargestellt, werden durch die Festelektrode 40A und die rohrförmige Komponente 33 ein Kondensator Ca und durch die Festelektrode 40B und die rohrförmige Komponente 33 ein Kondensator Cb gebildet. Die rohrförmige Komponente 33 hat eine zusammenhängende Form, sodass der Kondensator Ca und der Kondensator Cb durch die rohrförmige Komponente 33 seriell verbunden sind. Ferner wird durch die Kondensatoren Ca, Cb ein zusammengesetzter Kondensator Cab gebildet.
Wird nun bei dem Steuerschieberventil 20 der Steuerschieber 22 durch den Antrieb eines Aktors bewegt, wird die mit dem Steuerschieberventil 20 gekoppelte rohrförmige Komponente 33 in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) bewegt. Dadurch verändert sich die Fläche des Abschnitts, an dem sich die Festelektroden 40A, 40B und die rohrförmige Komponente 33 gegenüberliegen, sodass sich die Kapazitanz C des zusammengesetzten Kondensators Cab verändert. D. h., die Beziehung von C = ε × S/d wird erfüllt. C ist die Kapazitanz des Kondensators, ε ist die Dielektrizitätskonstante, S ist die Elektrodenfläche und d ist der Abstand zwischen den Elektroden. Der Abstand zwischen den Elektroden d ist ein bekannter konstanter Wert, die Elektrodenfläche S verändert sich entsprechend der Verschiebung des Steuerschiebers 22. Folglich kann durch die Messung der Kapazitanz zwischen dem Festelektrodenanschluss Ta und dem Festelektrodenanschluss Tb basierend auf der Änderung der Kapazitanz die Verschiebung des Steuerschiebers 22 gemessen werden.
Wenn sich infolge der Verschiebung des Steuerschiebers 22 die rohrförmige Komponente 33 in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) der pfeilerförmigen Komponente 31 bewegt und sich die rohrförmige Komponente 33 zu der pfeilerförmigen Komponente 31 neigt, besteht die Gefahr, dass sich die Festelektroden 40A, 40B und die rohrförmige Komponente 33, die sich gegenüberliegen, berühren. Dabei kann es leicht passieren, dass sich insbesondere am Randteil der pfeilerförmigen Komponente 31 und am Randteil der rohrförmigen Komponente 33 zuerst die Festelektroden 40A, 40B und die rohrförmige Komponente 33 berühren.
In diesem Punkt ist in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 an den Randteilen der pfeilerförmigen Komponente 31 die freiliegende Komponente 31b vorgesehen, an der keine Festelektroden 40A, 40B gebildet sind. Selbst wenn die freiliegende Komponente 31b die rohrförmige Komponente 33 berührt, kann dadurch eine Berührung zwischen den Festelektroden 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 verhindert werden.
Ferner wird durch die Kompensationselektrode 41 und das Vorsprungsteil 37b der elektrostatischen Abschirmung 37 ein Kompensationskondensator C1 (erster Kompensationskondensator) und durch die Kompensationselektrode 42 und das Vorsprungsteil 37b ein Kompensationskondensator C2 (zweiter Kompensationskondensator) gebildet. Wie vorstehend beschrieben, ist zwischen den Festelektroden 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 sowie zwischen den Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b der elektrostatischen Abschirmung 37 ein aus einem Dielektrikum bestehendes Fluid eingefüllt.
Verändert sich dabei der Zustand des Fluids (Temperatur, Substanz der Flüssigkeit), ändert sich die Dielektrizitätskonstante ε des Fluids, sodass sich die Kapazitanz des zusammengesetzten Kondensators Cab verändert. Aufgrund der Änderung der Dielektrizitätskonstante ε des Fluids verändert sich dabei auch die Kapazitanz der Kompensationskondensatoren C1, C2. Der Abstand d zwischen den Elektroden der Kompensationselektroden C1, C2 und die Elektrodenfläche S kann durch den Einstellwert bzw. durch Messung vorab erworben werden. Durch die Messung der Kapazitanz C zwischen dem Kompensationselektrodenanschluss T1 (T2) und dem elektrostatischen Abschirmungsanschluss Ts, kann aus der Beziehung C = ε × S/d die Dielektrizitätskonstante ε des Fluids berechnet werden. Dann kann mittels der berechneten Dielektrizitätskonstante ε durch Messung der Kapazitanz des zusammengesetzten Kondensators Cab ein Messfehler der Verschiebung des Steuerschiebers 22, der durch die Änderung der Dielektrizitätskonstante des Fluids verursacht wird, kompensiert werden.
An der elektrostatischen Abschirmung 37 sind ferner Durchgangsbohrungen 37c, 37d gebildet. Dadurch hat der Raum zwischen den Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b der elektrostatischen Abschirmung 37 auf beiden Seiten der Kompensationselektroden 41, 42 in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 eine Verbindung zur Außenseite der elektrostatischen Abschirmung 37. Genauer gesagt sind die Durchgangsbohrungen 37c, 37d in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 jeweils an beiden Seiten eines Bereichs gebildet, der die Festelektroden 40A, 40B und die Kompensationselektroden 41, 42 einschließt.
Selbst wenn es sich um eine Struktur handelt, bei der die Kompensationselektroden 41, 42 und das Vorsprungsteil 37b benachbart sind, kann dadurch zwischen den Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b ein Fluid fließen. Aus diesem Grund kann der Zustand des Fluids zwischen den Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b an den Zustand des Fluids in anderen Teilen der Fluidkammer 13 angenähert und die Präzision, mit der ein Rechenfehler der Verschiebung des Steuerschiebers 22 kompensiert wird, verbessert werden.
Die Elektroden 40A, 40B, 41 und 42 werden von der elektrostatischen Abschirmung 37 bedeckt und die elektrostatische Abschirmung 37 ist geerdet. Selbst wenn sich z. B. aufgrund der Berührung der Hauptkörper 11, 12 durch einen Anwender der elektrische Lastzustand oder die Kapazitanz Cn der Hauptkörper 11, 12 ändert, können Auswirkungen dieser Einflüsse auf die Elektroden 40A, 40B, 41 und 42 verhindert werden.
Ferner wird aus der Festelektrode 40A und der elektrostatischen Abschirmung 37 ein Kondensator Cas gebildet. Außerdem wird an dem Abschnitt, an dem die Festelektrode 40A und die Festelektrode 40B aneinander angrenzen, ein Kondensator Cc und aus der rohrförmigen Komponente 33 und der elektrostatischen Abschirmung 37 ein Kondensator Cms gebildet. Die Kapazitanz der Kondensatoren Cas, Cc und Cms ist verglichen mit der Kapazitanz der Kondensatoren Ca, Cb, Cab, C1 und C2 sehr gering.
Als nächstes wird mit Referenz auf 7 der elektrische Aufbau des Wegsensors 30 erläutert. Der Wegsensor 30 weist eine Kapazitätsmessschaltung 61 und einen Schalterschaltkreis 62 auf.
Die Kapazitätsmessschaltung 61 ist eine allgemein bekannte Schaltung, die zwischen zwei Punkten, die mit den Eingangsanschlüssen Cin+, Cin– verbunden sind, die Kapazitanz misst.
Der Schalterschaltkreis 62 (Wechselschaltung) weist einen Mikrocomputer 64 (im Folgenden „MC64” genannt) und Schalter SW1, SW2, SW3 auf. Bei den Schaltern SW1, SW2, SW3 handelt es sich um Analogschalter, z. B. CMOS, die durch den MC64 schnell von ON auf OFF umgeschaltet werden können. Die Kapazitätsmessschaltung 61 weist einen Kondensator Ct für die Einstellung auf, der für die Einstellung bei der Messung der Kapazitanz verwendet wird. Die Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung steht in keiner Beziehung zu der Dielektrizitätskonstante des Fluids, sondern verändert sich aufgrund anderer Faktoren, z. B. Veränderungen der Umgebungstemperatur.
Durch Umschalten des Schalters SW1 auf ON und der Schalter SW2, SW3 auf OFF entsteht ein erster Zustand, in dem der Kompensationselektrodenanschluss T1 und der elektrostatische Abschirmungsanschluss Ts mit der Kapazitätsmessschaltung 61 verbunden sind. Durch Umschalten des Schalters SW2 auf ON und der Schalter SW1, SW3 auf OFF entsteht ein zweiter Zustand, in dem der Kompensationselektrodenanschluss T2 und der elektrostatische Abschirmungsanschluss Ts mit der Kapazitätsmessschaltung 61 verbunden sind. Durch Umschalten des Schalters SW3 auf ON und der Schalter SW1, SW2 auf OFF entsteht ein dritter Zustand, in dem die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb mit der Kapazitätsmessschaltung 61 verbunden sind.
In dem ersten Zustand wird eine erste Kapazitanz, bei der es sich um die Kapazitanz C1 (ε) des Kompensationskondensators C1 handelt, von der Kapazitätsmessschaltung 61 gemessen. In dem zweiten Zustand wird eine zweite Kapazitanz, bei der es sich um die Kapazitanz C2 (ε) des Kompensationskondensators C2 handelt, von der Kapazitätsmessschaltung 61 gemessen. In dem dritten Zustand wird eine dritte Kapazitanz, bei der es sich um die Kapazitanz Cab (ε) des zusammengesetzten Kondensators Cab handelt, von der Kapazitätsmessschaltung 61 gemessen. Die gemessenen Kapazitanzen C1 (ε), C2 (ε) und Cab (ε) werden von der Kapazitätsmessschaltung 61 an den MC64 des Schalterschaltkreises 62 gesendet.
In 8 ist die Beziehung zwischen der Verschiebung des Steuerschiebers 22 und der Kapazitanz Cab (ε) des zusammengesetzten Kondensators Cab dargestellt. Wie in der Figur dargestellt, ist die Kapazitanz Cab (ε) proportional zu der Verschiebung des Steuerschiebers 22. Anders ausgedrückt, die Kapazitanz Cab (ε) ist proportional zu der Fläche des Abschnitts, in dem sich die Festelektroden 40A, 40B und die rohrförmige Komponente 33 gegenüberliegen. 1 zeigt den Zustand der maximalen Verschiebung des Steuerschiebers 22, d. h. den Zustand, in dem die Fläche des Abschnitts, in dem sich die Festelektroden 40A, 40B und die rohrförmige Komponente 33 gegenüberliegen, maximal ist.
Beträgt dabei die Dielektrizitätskonstante des Fluids εa, wird, wie die durchgezogene Linie zeigt, bei einer Verschiebung x1 des Steuerschiebers 22 die Kapazitanz Cab (εa) des zusammengesetzten Kondensators Cab gleich der Kapazitanz C1 (εa) des Kompensationskondensators C1. Bei einer Verschiebung x2 des Steuerschiebers 22 wird ferner die Kapazitanz Cab (εa) des zusammengesetzten Kondensators Cab gleich der Kapazitanz C2 (εa) des Kompensationskondensators C2.
D. h., die Kompensationskondensatoren C1, C2 sind so eingestellt, dass der Kompensationskondensator C1 dem Fall der Verschiebung x1 des zusammengesetzten Kondensators Cab und der Kompensationskondensator C2 dem Fall der Verschiebung x2 des zusammengesetzten Kondensators Cab entspricht. Die Verschiebungen x1, x2 können vorab z. B. experimentell ermittelt werden. Die Verschiebung x des Steuerschiebers 22 kann dann gemessen werden, indem die Kapazitanzen C1 (εa), C2 (εa) und Cab (εa) gemessen werden und die Kapazitanz Cab (εa) auf die durch die Kapazitanz C1 (εa) und die Kapazitanz C2 (εa) verlaufende Gerade angewandt wird.
Hat sich die Dielektrizitätskonstante des Fluids in εb geändert, wird, wie die gestrichelte Linie zeigt, die Kapazitanz Cab (εb) des zusammengesetzten Kondensators Cab bei der Verschiebung x1 des Steuerschiebers 22 gleich der Kapazitanz C1 (εb) des Kompensationskondensators C1. Bei der Verschiebung x2 des Steuerschiebers 22 wird die Kapazitanz Cab (εb) des zusammengesetzten Kondensators Cab ferner gleich der Kapazitanz C2 (εb) des Kompensationskondensators C2. Da sich in diesem Fall bei dem zusammengesetzten Kondensator Cab und den Kompensationskondensatoren C1, C2 die Dielektrizitätskonstante des Fluids gleichermaßen in εb ändert, ergibt sich keine Veränderung der Verschiebung x1 des Steuerschiebers 22 für den Fall, dass der zusammengesetzte Kondensator Cab dem Kompensationskondensator C1 entspricht, und der Verschiebung x2 des Steuerschiebers 22 für den Fall, dass der zusammengesetzte Kondensator Cab dem Kompensationskondensator C2 entspricht.
Wie vorstehend ausgeführt, verändert sich ferner die Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung der Kapazitätsmessschaltung 61 nicht im Zusammenhang mit der Dielektrizitätskonstante des Fluids, sondern aufgrund anderer Faktoren, z. B. einer Änderung der Umgebungstemperatur. Nimmt daher, wenn die Dielektrizitätskonstante des Fluids εa beträgt, beispielsweise die Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung zu, erhöhen sich die Kapazitanzen C1 (εa), C2 (εa) der Kompensationskondensatoren C1, C2 jeweils auf die Kapazitanzen C1m (εa), C2m (εa). Wie die Strich-Punkt-Linie zeigt, weicht daher das Verhältnis zwischen der Verschiebung des Steuerschiebers 22 und der Kapazitanz Cab (εa) des zusammengesetzten Kondensators Cab von dem Verhältnis, das die durchgezogene Linie zeigt, ab. Folglich besteht die Gefahr, dass durch die Änderung der Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung die Präzision bei der Messung der Verschiebung des Steuerschiebers 22 abnimmt.
In diesem Punkt berechnet bei der vorliegenden Ausführungsform der MC64 (Rechenkomponente) aufgrund der Differenz zwischen der Kapazitanz C1 (ε) des Kompensationskondensators C1 und der Kapazitanz C2 (ε) des Kompensationskondensators C2 sowie der Differenz zwischen der Kapazitanz C1 (ε) und der Kapazitanz Cab (ε) des zusammengesetzten Kompensators Cab die Verschiebung des Steuerschiebers 22. D. h., er setzt die Differenz zwischen der Kapazitanz C1 (ε) und der Kapazitanz C2 (ε) in Entsprechung mit der Änderung von der Verschiebung x1 zu der Verschiebung x2 und berechnet die Verschiebung x, die der Differenz zwischen der Kapazitanz C1 (ε) und der Kapazitanz C2 (ε) entspricht.
Selbst wenn sich aufgrund der Änderung der Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung die Kapazitanzen C1 (ε), C2 (ε) der Kompensationskondensatoren C1, C2 verändert, weist die Änderung der Kapazitanzen C1 (ε), C2 (ε) daher die gleiche Tendenz auf. Beispielsweise wird die Gerade der Strich-Punkt-Linie durch die Kapazitanzen C1m (εa), C2m (εa) zu einer Geraden, die sich parallel zu der Geraden der durchgezogenen Linie durch die Kapazitanzen C1 (εa), C2 (εa) bewegt. Durch die Berechnung der Verschiebung x des Steuerschiebers 22 aufgrund der Differenz zwischen der Kapazitanz C1 (ε) und der Kapazitanz C2 (ε) sowie der Differenz zwischen der Kapazitanz C1 (ε) und der Kapazitanz Cab (ε), können Einflüsse auf die Kapazitanzen C1 (ε), C2 (ε) durch die Veränderung der Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung vernachlässigt werden.
Die vorstehend ausgeführte Ausführungsform hat folgende Vorteile.

– Zusätzlich zu dem Festelektrodenpaar 40A, 40B sind auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 Kompensationselektroden 41, 42, die der rohrförmigen Komponente 33 nicht gegenüberliegen, dünnfilmartig gebildet. Durch die Messung der Kapazitanz der Kompensationskondensatoren C1, C2, die mit den Kompensationselektroden 41, 42 als einer Elektrode gebildet werden, kann daher ein Messfehler der Verschiebung x, der durch eine Änderung der Dielektrizitätskonstante ε zwischen den Festelektroden 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 verursacht wird, kompensiert werden.
– Das sich auf der pfeilerförmigen Komponente 31 gegenüberliegende Festelektrodenpaar 40A, 40B ist auf der Außenfläche der aus einem Isolationsmaterial gebildeten pfeilerförmigen Komponente 31 dünnfilmartig gebildet. Es ist daher nicht erforderlich, ein Festelektrodenpaar anzuordnen, das aus unterschiedlichen Materialien gebildet ist, sodass auf der Außenfläche einer einzigen pfeilerförmigen Komponente 31 als Dünnfilmmuster ein Festelektrodenpaar 40A, 40B gebildet werden kann. Folglich wird der Abstand zwischen dem Festelektrodenpaar 40A, 40B durch die Maße der pfeilerförmigen Komponente 31 bestimmt, sodass das Festelektrodenpaar 40A, 40B in einem bestimmten Abstand korrekt angeordnet werden kann.
– Die Festelektroden 40A, 40B, die rohrförmige Komponente 33 und die Kompensationselektroden 41, 42 werden von der elektrostatischen Abschirmung 37 in einem von diesen Elektroden isolierten Zustand bedeckt. Da die elektrostatische Abschirmung 37 geerdet ist, kann eine Instabilität der Kapazitanz zwischen dem Festelektrodenpaar 40A, 40B verhindert werden, selbst wenn ein Anwender die Hauptkörper 11, 12 des Sensors oder den Hauptkörper des Steuerschieberventils 20 berührt.
– Die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb und die Kompensationselektrodenanschlüsse T1, T2 sind jeweils mit den Festelektroden 40A, 40B bzw. den Kompensationselektroden 41, 42 verbunden. Die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb und die Kompensationselektrodenanschlüsse T1, T2 erstrecken sich bis außerhalb der elektrostatischen Abschirmung 37 in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 in einem von der elektrostatischen Abschirmung 37 isolierten Zustand. Die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb und die Kompensationselektrodenanschlüsse T1, T2 sind jeweils auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 dünnfilmartig gebildet. Alleine dadurch, dass die Festelektroden 40A, 40B und die Kompensationselektroden 41, 42 zusammen mit den Festelektodenanschlüssen Ta, Tb und den Kompensationselektrodenanschlüssen T1, T2 als dünnfilmartiges Muster gebildet werden, können die Festelektroden 40A, 40B und die Kompensationselektroden 41, 42 jeweils aus der elektrostatischen Abschirmung 37 herausgeführt werden. Folglich kann das Herausführen der Elektroden 40A, 40B, 41, 42 aus der elektrostatischen Abschirmung 37 vereinfacht werden.
– Da das Vorsprungsteil 37b der elektrostatischen Abschirmung 37 und die Kompensationselektroden 41, 42 benachbart angeordnet sind, können mittels der Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b Kompensationskondensatoren C1, C2 mit einer verhältnismäßig großen Kapazitanz gebildet werden. Folglich kann die elektrostatische Abschirmung 37 als eine der Elektroden der Kompensationskondensatoren C1, C2 verwendet und die Präzision der Kompensationskondensatoren C1, C2 verbessert werden. Ferner ist es möglich, die Kompensationskondensatoren C1, C2 auf engem Raum zu bilden.
– Im Inneren der Hauptkörper 11, 12 ist eine ein dielektrisches Fluid speichernde Fluidkammer 13 gebildet, sodass die Festelektroden 40A, 40B, die rohrförmige Komponente 33, die Kompensationselektroden 41, 42 und das Vorsprungsteil 37b der elektrostatischen Abschirmung 37 mit dem dielektrischen Fluid in Kontakt kommen. Dadurch kann die Kapazitanz des aus den Festelektroden 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 gebildeten zusammengesetzten Kondensators Cab und der aus den Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b gebildeten Kompensationskondensatoren C1, C2 vergrößert werden. Ferner kann das Fluid, das über das Steuerschieberventil 20 den Fluss steuert, als Dielektrikum verwendet werden.
– Durch die in der elektrostatischen Abschirmung 37 gebildeten Durchgangsbohrungen 37c, 37d wird der Raum zwischen den Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b auf beiden Seiten der Kompensationselektroden 41, 42 in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 mit dem Raum auf der Außenseite der elektrostatischen Abschirmung 37 bei der Fluidkammer verbunden. Dadurch kann der Fluss des dielektrischen Fluids in dem Raum zwischen den zueinander benachbarten Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b gefördert werden, und der Zustand (Temperatur und Fluidsubstanz) des dielektrischen Fluids in dem Raum zwischen den zueinander benachbarten Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b kann an den Zustand des dielektrischen Fluids in anderen Teilen der Fluidkammer angenähert werden. Folglich kann eine Änderung der Dielektrizitätskonstante ε aufgrund einer Änderung des Zustands des dielektrischen Fluids sensibel in der Änderung der Kapazitanzen C1 (ε), C2 (ε) der Kompensationskondensatoren C1, C2 widergespiegelt werden, sodass sich die Präzision zur Kompensierung eines Messfehlers der Verschiebung x verbessert.
– Die Durchgangsbohrungen 37c, 37d sind in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 jeweils an beiden Enden eines Bereichs gebildet, der die Festelektroden 40A, 40B und die Kompensationselektroden 41, 42 einschließt. Daher können der Zustand des dielektrischen Fluids zwischen den Festelektroden 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 und der Zustand des dielektrischen Fluids zwischen den Kompensationselektroden 41, 42 und dem Vorsprungsteil 37b angenähert werden. Folglich kann ein Messfehler der Verschiebung x des Steuerschiebers 22, der durch eine Änderung des Zustands (Dielektrizitätskonstante) des dielektrischen Fluids verursacht wird, mit höherer Präzision kompensiert werden.
– Der Randteil 31a der pfeilerförmigen Komponente 31 ist entlang des Außenumfangs der Außenfläche durch ein Isolationsmaterial ringförmig versiegelt. Wie vorstehend ausgeführt, sind die jeweils mit den Festelektroden 40A, 40B und den Kompensationselektroden 41, 42 verbundenen Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb und Kompensationselektrodenanschlüsse T1, T2 auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 dünnfilmartig gebildet. Daher kann die Dicke der Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb und der Kompensationselektrodenanschlüsse T1, T2 nahezu vernachlässigt und die Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 entlang des Außenumfangs leicht versiegelt werden.
– Die elektrostatische Abschirmung 37 erstreckt sich entlang der Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 und liegt an der Öffnung 12a des zweiten Hauptkörpers 12 frei, sodass das Vorsprungsteil 37b der elektrostatischen Abschirmung 37, das eine Elektrode der Kompensationskondensatoren C1, C2 bildet, leicht mit einem externen Stromkreis verbunden werden kann. Zwischen dem Randteil 31a der pfeilerförmigen Komponente 31 und der elektrostatischen Abschirmung 37 besteht eine Versiegelung durch ein Isolationsmaterial. Folglich kann unter Aufrechterhaltung der Isolierung zwischen den Festelektrodenanschlüssen Ta, Tb sowie den Kompensationselektrodenanschlüssen T1, T2 und der elektrostatischen Abschirmung 37 eine Versiegelung vorgenommen werden, sodass das dielektrische Fluid nicht nach außen entweichen kann.
– Bei der elektrostatischen Abschirmung 37 ist in einem den Anschlüssen Ta, Tb, T1, T2 gegenüberliegenden Abschnitt die Aussparung 37e gebildet. Die Aussparung 37e erstreckt sich in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 entlang den Anschlüssen Ta, Tb, T1, T2. Dadurch kann der Abstand zwischen den Anschlüssen Ta, Tb, T1, T2 und der elektrostatischen Abschirmung 37 beibehalten werden und die Anschlüsse Ta, Tb, T1, T2 können noch sicherer von der elektrostatischen Abschirmung 37 isoliert werden.
– Da die pfeilerförmige Komponente 31 insgesamt aus einem Isolationsmaterial gebildet ist, kann einfach die Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 als Isolationsmaterial bestimmt werden, sodass die Herstellung der pfeilerförmigen Komponente 31 vereinfacht werden kann.
– Da die rohrförmige Komponente 33 insgesamt aus einem dielektrischen Material gebildet ist, fungiert die rohrförmige Komponente 33 selbst als bewegliche Elektrode, sodass die bewegliche Elektrode leicht zusammenhängend vorgegeben werden kann. Dadurch kann die Herstellung der beweglichen Elektrode vereinfacht werden.
– Die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb und die Kompensationselektrodenanschlüsse T1, T2 erstrecken sich in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 und sind zueinander benachbart angeordnet. Dadurch können die Elektrodenanschlüsse konzentriert und die jeweiligen Elektrodenanschlüsse leicht mit einem externen Stromkreis verbunden werden.
– Die Festelektroden 40A, 40B und die Kompensationselektroden 41, 42 erstrecken sich in Umfangsrichtung der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31. Dadurch können die Elektrodenanschlüsse Ta, Tb, T1, T2 konzentriert werden, sodass die Elektroden 40A, 40B, 41, 42 effektiv angeordnet werden können und die Fläche für die Elektroden 40A, 40B, 41, 42 sichergestellt werden kann. Folglich kann die Präzision bei der Messung der Verschiebung x des Steuerschiebers 22 verbessert werden.
– In Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 ist am Randteil der pfeilerförmigen Komponente 31 auf Seiten der Festelektroden 40A, 40B die freiliegende Komponente 31b vorgesehen, bei der die aus einem Isolationsmaterial gebildete Außenfläche freiliegt. Selbst wenn das Randteil der pfeilerförmigen Komponente 31 mit der rohrförmigen Komponente 33 in Berührung kommt, kann dadurch eine Berührung zwischen den Festelektroden 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 verhindert werden.
– Da die Festelektroden 40A, 40B auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 dünnfilmartig gebildet sind, kann die freiliegende Komponente 31b leicht durch ein Muster gebildet werden, bei dem am Rand der pfeilerförmigen Komponente 31 keine Festelektroden 40A, 40B gebildet werden, oder nach der Bildung eines Musters mit Festelektroden 40A, 40B bis zum Rand der pfeilerförmigen Komponente 31 das Muster am Rand abgeschabt wird.
– Da die Kompensationselektrode 42 größer gebildet ist als die Kompensationselektrode 41, ist auch die gegenüberliegende Fläche der Kompensationselektrode 42 und der elektrostatischen Abschirmung 37 größer als die gegenüberliegende Fläche der Kompensationselektrode 41 und der elektrostatischen Abschirmung 37. D. h., der aus der Kompensationselektrode 41 und der elektrostatischen Abschirmung 37 gebildete Kompensationskondensator Clentspricht dem Zustand, bei dem die gegenüberliegende Fläche des Festelektrodenpaares 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 klein ist (Verschiebung x1 des Steuerschiebers 22). Ferner entspricht der aus der Kompensationselektrode 42 und der elektrostatischen Abschirmung 37 gebildete Kompensationskondensator C2 dem Zustand, bei dem die gegenüberliegende Fläche des Festelektrodenpaares 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 groß ist (Verschiebung x2 des Steuerschiebers 22). Folglich kann die Verschiebung x des Steuerschiebers 22 basierend auf der Differenz zwischen der Kapazitanz des Kompensationskondensators C1 und der Kapazitanz des Kompensationskondensators C2 sowie der Differenz zwischen der Kapazitanz des Kompensationskondensators C1 und der Kapazitanz des zusammengesetzten Kondensators Cab berechnet werden, indem die Verschiebung x1 des Steuerschiebers 22 für den Fall, dass der aus dem Festelektrodenpaar 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 gebildete zusammengesetzte Kondensator Cab dem Kompensationskondensator C1 entspricht, und die Verschiebung x2 des Steuerschiebers für den Fall, dass der zusammengesetzte Kondensator Cab dem Kompensationskondensator C2 entspricht, z. B. experimentell ermittelt wird.
– Selbst wenn sich die Dielektrizitätskonstante ε zwischen dem Festelektrodenpaar 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 ändert, ändert sich die Dielektrizitätskonstante ε in gleicher Weise bei den Kompensationskondensatoren C1, C2. Daher kommt es zu keiner Veränderung der Verschiebung x1 des Steuerschiebers 22 für den Fall, dass der zusammengesetzte Kondensator Cab dem Kompensationskondensator C1 entspricht, und der Verschiebung x2 des Steuerschiebers 22 für den Fall, dass der zusammengesetzte Kondensator Cab dem Kompensationskondensator C2 entspricht. Selbst wenn sich ferner die Kapazitanz der Kompensationskondensatoren C1, C2 aufgrund der Änderung der Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung ändert, hat die Änderung der Kapazitanz der Kompensationskondensatoren C1, C2 die gleiche Tendenz. Durch die Berechnung der Verschiebung x des Steuerschiebers 22 aufgrund der Differenz zwischen der Kapazität des Kompensationskondensators C1 und der Kapazitanz des Kompensationskondensators C2 sowie der Differenz zwischen der Kapazitanz des Kompensationskondensators C1 und der Kapazitanz des zusammengesetzten Kondensators Cab, können daher Einflüsse durch die Veränderung der Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung vernachlässigt werden. Daher kann ungeachtet einer Änderung der Dielektrizitätskonstante ε zwischen dem Festelektrodenpaar 40A, 40B und der rohrförmigen Komponente 33 oder einer Änderung der Kapazitanz der Kompensationskondensatoren C1, C2 aufgrund der Änderung der Kapazitanz des Kondensators Ct für die Einstellung, die Verschiebung x des Steuerschiebers 22 korrekt berechnet werden.

Die vorstehende Ausführungsform kann auch wie folgt abgewandelt ausgeführt werden. Gleiche Bauteile wie bei der vorstehenden Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass deren Erläuterung ausgelassen wird.

– Wie in 9 dargestellt, kann auch auf der Innenfläche einer rohrförmigen Komponente 133, die aus einem Isolationsmaterial, z. B. Keramik oder Harz gebildet ist, eine dünnfilmartige Elektrode 133a aus einem dielektrischen Material, z. B. Silber, gebildet werden. Durch diesen Aufbau kann auch die Elektrode 133a als eine den Festelektroden 40A, 40B gegenüberliegende bewegliche Elektrode fungieren. Der Steuerschieber 22 und die Elektrode 133a sind im Übrigen elektrisch isoliert.
– Wie in 10 dargestellt, liegt die elektrostatische Abschirmung 137 an der Öffnung 112a des zweiten Hauptkörpers 112 nicht frei, sodass auch ein Aufbau anwendbar ist, bei dem das Randteil 137a der elektrostatischen Abschirmung 137 durch eine Verbindungselektrode 43 und einen Verbindungselektrodenanschluss T3 bis zur Öffnung 112a des zweiten Hauptkörpers 112 herausgeführt wird. Die Verbindungselektrode 43 und der Verbindungselektrodenanschluss T3 sind auf der Außenfläche der pfeilerförmigen Komponente 31 dünnfilmartig gebildet. Das Randteil 137a der elektrostatischen Abschirmung 137 ist mit der Verbindungselektrode 43 verbunden und mit der Verbindungselektrode 43 ist der Verbindungselektrodenanschluss T3 verbunden. Der Verbindungselektrodenanschluss T3 ist zu dem Kompensationselektrodenanschluss T2 benachbart parallel (nebeneinander) angeordnet.
– Wie in 11 dargestellt, kann auch eine elektrostatische Abschirmung 237 verwendet werden, bei der das vorstehend beschriebene Vorsprungsteil 37b und die Durchgangsbohrungen 37c, 37d nicht gebildet sind. In diesem Fall verkleinert sich die Kapazitanz des aus der Kompensationselektrode 41 gebildeten Kompensationskondensators C1 und des aus der Kompensationselektrode 42 gebildeten Kompensationskondensators C2, sodass es ratsam ist, die Fläche der Kompensationselektroden 41, 42 im Vergleich zu den Festelektroden 40A, 40B zu vergrößern. Da die Kompensationselektroden 41, 42 und die elektrostatische Abschirmung 237 nicht benachbart sind, kann durch diesen Aufbau auch ohne die Bildung von Durchgangsbohrungen 37c, 37d in der elektrostatischen Abschirmung 237 zwischen den Kompensationselektroden 41, 42 und der elektrostatischen Abschirmung 237 leicht ein dielektrisches Fluid fließen. Über eine Haltekomponente 14, die aus einem Isolationsmaterial, z. B. Keramik oder Harz gebildet ist, ist die pfeilerförmige Komponente 31 auf der Innenseite der elektrostatischen Abschirmung 237 angebracht.
– Wie in 12 dargestellt, können die Kompensationselektroden 141, 142 auch jeweils mehrere Abzweigungen 141a, 142a aufweisen, die sich in Umfangsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 erstrecken. Die Abzweigungen 141a, 142a sind in Längsrichtung der pfeilerförmigen Komponente 31 alternierend angeordnet. Durch diesen Aufbau kann verhindert werden, dass eine Differenz der Dielektrizitätskonstante zwischen der Kompensationselektrode 141 und der Kompensationselektrode 142 entsteht. Folglich kann aufgrund der Differenz zwischen der Kapazitanz C1 (ε) des Kompensationskondensators C1 und der Kapazitanz C2 (ε) des Kompensationskondensators C2 sowie der Differenz zwischen der Kapazitanz C1 (ε) und der Kapazitanz Cab (ε) des zusammengesetzten Kondensators Cab verhindert werden, dass die Präzision bei der Berechnung der Verschiebung x des Steuerschiebers 22 abnimmt.
– Es ist von Vorteil, wenn die Schnittflächenform der pfeilerförmigen Komponente 31 und der rohrförmigen Komponente 33 einander entsprechen. Dabei ist abgesehen von einer runden Schnittfläche auch eine viereckige Schnittfläche oder eine sechseckige Schnittfläche anwendbar. In diesem Fall ist eine Drehsperre für die rohrförmige Komponente erforderlich, um den Abstand zwischen den Elektroden konstant zu halten. Auch die Schnittflächenform der elektrostatischen Abschirmung 37 kann beliebig verändert werden.
– Bei der vorstehenden Ausführungsform wurde die pfeilerförmige Komponente 31 insgesamt aus einem Isolationsmaterial gebildet. Es ist jedoch auch möglich, die pfeilerförmige Komponente aus einem dielektrischen Material zu bilden und die Außenfläche mit einem Isolationsmaterial zu überziehen. Außerdem kann anstelle der pfeilerförmigen Komponente 31 auch eine rohrförmig gebildete Komponente verwendet werden.
– Die Festelektroden 40A, 40B, die Kompensationselektroden 41, 42, die Festelektrodenanschlüsse Ta, Tb sowie die Kompensationselektrodenanschlüsse T1, T2 können abgesehen von dem Musterbildungsverfahren mittels Siebdruck auch durch ein anders Musterbildungsverfahren, z. B. durch Ätzung eines aufgedampften Films, dünnfilmartig gebildet werden.
– Bei der vorstehenden Ausführungsform ist die Fluidkammer 13 mit einem dielektrischen Fluid, z. B. einer chemischen Substanz gefüllt. Es ist jedoch auch möglich, die Fluidkammer 13 mit einem Gas, z. B. Luft, zu füllen oder die Fluidkammer 13 zu evakuieren.
– Bei der vorstehenden Ausführungsform wurde der Wegsensor 30 auf die Ventilvorrichtung 10 mit dem Steuerschieberventil 20 angewandt. Der Wegsensor 30 kann jedoch auch auf eine Ventilvorrichtung mit einem Ventil einer anderen Form angewandt werden. Es besteht ferner keine Beschränkung auf ein Ventil. Mit dem Wegsensor 30 kann auch die Verschiebung eines anderen Messobjektes gemessen werden.
– Wie in 13 dargestellt, kann bei der rohrförmigen Komponente 33 auch eine Durchgangsbohrung 33c gebildet werden. Die Durchgangsbohrung 33c ist so vorgesehen, dass der Raum auf der Innenseite der rohrförmigen Komponente 33 (d. h. der Raum, der zwischen der pfeilerförmigen Komponente 31 und der rohrförmigen Komponente 33 gebildet ist; im Folgenden ebenso) und der Raum auf der Außenseite der rohrförmigen Komponente 33 (d. h. der Raum, der zwischen der rohrförmigen Komponente 33 und der elektrostatischen Abschirmung 37 gebildet ist; im Folgenden ebenso) verbunden werden. Bei dieser Struktur kann zwischen dem Raum auf der Innenseite der rohrförmigen Komponente 33 und dem Raum auf der Außenseite der rohrförmigen Komponente 33 gut ein Austausch z. B. des Fluids erfolgen. Gemäß diesem Aufbau kann folglich noch besser die Entstehung eines Messfehlers der Verschiebung des Steuerschiebers 22, der auf einer Veränderung der Dielektrizitätskonstante in dem Raum auf der Innenseite der rohrförmigen Komponente 33 beruht, verhindert werden.

Dabei ist es wünschenswert, wenn die Durchgangsbohrung 33c an einer Stelle vorgesehen ist, die dem oberen Rand bei dem Raum auf der Innenseite der rohrförmigen Komponente 33 entspricht. Es kann vorkommen, dass die Zentralachsenlinie der rohrförmigen Komponente 33 schräg zur Horizontalen verläuft, sodass insbesondere der Boden 33a höher ist als die Öffnung der rohrförmigen Komponente 33 (Rand der zur Durchgangsbohrung 33b in Längsrichtung entgegengesetzten Seite, d. h. die Öffnung, die am Rand der linken Seite bei 13 vorgesehen ist). In diesem Fall ist die Durchgangsbohrung 33c an einer Stelle vorgesehen, die dem Rand der Seite der Durchgangsbohrung 33b in Längsrichtung (Rand auf der entgegengesetzten Seite zu der vorstehenden Öffnung) entspricht. Hierdurch kann die Entstehung eines Messfehlers aufgrund des Stagnierens von Gas (Luftblasen) auf der Innenseite der rohrförmigen Komponente 33 erfolgreich verhindert werden.

– Wie in 14 und 15 dargestellt, können die Festelektroden 40A, 40B auch kammzinkenförmig gebildet werden. Bei dieser Struktur wird die Änderung der Kapazitanz infolge der Verschiebung des Steuerschiebers 22 stufenförmig. Folglich erfolgt die Messung der Verschiebung des Steuerschiebers 22 basierend auf einem stufenförmigen oder pulsförmigen Ausgabesignal. Demzufolge ist es mittels dieser Struktur möglich, die Messung der Verschiebung des Steuerschiebers 22 noch einfacher durchzuführen. In diesem Fall können bei den Festelektroden 40A, 40B die jeweiligen feinlinienförmigen Elektrodenmuster, aus denen die kammzinkenförmigen Elektroden bestehen, zueinander auch die gleiche Breite aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass ein Teil der mehreren feinlinienförmigen Elektrodenmuster eine andere Breite als die übrigen hat (gemäß diesem Aufbau kann eine Referenzpunktmessung oder eine Kalibrierung bei der Messung der Verschiebung des Steuerschiebers 22 gut durchgeführt werden).

Wie in den 16 bis 18 dargestellt, ist es auch möglich, die Festelektroden 40A, 40B so vorzusehen, dass sie sich in Zentralachsenrichtung (Längsrichtung) der pfeilerförmigen Komponente 31 nicht gegenseitig überlagern. In diesem Fall wird, wie in 18 dargestellt, die aus einem Isolationsmaterial, z. B. Keramik oder Harz gebildete rohrförmige Komponente 133 (vgl. 9) verwendet. Bei diesem Aufbau wird mittels der Differenz aus der Kapazitanz zwischen der auf der Innenfläche der rohrförmigen Komponente 133 gebildeten Elektrode 133a und der Festelektrode 40A und der Kapazitanz zwischen der Elektrode 133a und der Festelektrode 40B die Verschiebung des Steuerschiebers 22 gemessen. Bei diesem Aufbau können daher die Kompensationselektroden 41, 42 (vgl. 1) weggelassen werden.
Bezugszeichenliste

10: Ventilvorrichtung
11: erster Hauptkörper
12: zweiter Hauptkörper
12a: Öffnung
13: Fluidkammer
20: Steuerschieberventil
22: Steuerschieber (Messobjekt)
30: kapazitiver Wegsensor
31: pfeilerförmige Komponente (stangenförmige Komponente)
31a: Randteil
31b: freiliegende Komponente
33: rohrförmige Komponente (bewegliche Elektrode)
37: elektrostatische Abschirmung
37a: Randteil
37b: Vorsprungsteil
37c: Durchgangsbohrung
37d: Durchgangsbohrung
40A: Festelektrode
40B: Festelektrode
41: Kompensationselektrode (erste Kompensationselektrode)
42: Kompensationselektrode (zweite Kompensationselektrode)
51: Glas mit niedrigem Schmelzpunkt (Isolationsmaterial)
52: Glas mit niedrigem Schmelzpunkt (Isolationsmaterial)
61: Kapazitätsmessschaltung (Messschaltung)
62: Schalterschaltkreis (Wechselschaltung)
64: Mikrocomputer (Rechenkomponente)
112: zweiter Hauptkörper
112a: Öffnung
133: rohrförmige Komponente
133a: Elektrode (bewegliche Elektrode)
137: elektrostatische Abschirmung
137a: Randteil
141: Kompensationselektrode (erste Kompensationselektrode)
141a: Verzweigung
142: Kompensationselektrode (zweite Kompensationselektrode)
142a: Verzweigung
237: elektrostatische Abschirmung
T1: Kompensationselektrodenanschluss (erster Kompensationselektrodenanschluss)
T2: Kompensationselektrodenanschluss (zweiter Kompensationselektrodenanschluss)
Ta: Festelektrodenanschluss
Tb: Festelektrodenanschluss

Claims

Kapazitiver Wegsensor (30), der aufweist: eine stabförmige Komponente (31) mit einer aus einem Isolationsmaterial gebildeten Außenfläche, eine rohrförmige Komponente (33), in die ein bestimmter Bereich von einem Ende der stabförmigen Komponente (31) in Längsrichtung hineingeschoben wird und die sich infolge der Verschiebung eines Messobjektes in Längsrichtung bewegt, ein Paar Festelektroden (40A, 40B), die auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente (31) dünnfilmartig gebildet sind und sich auf der stabförmigen Komponente (31) gegenüberliegen, eine zusammenhängende bewegliche Elektrode (33), die in einem von den Festelektroden (40A, 40B) und dem Messobjekt isolierten Zustand an der rohrförmigen Komponente (33) vorgesehen ist und dem Festelektrodenpaar (40A, 40B) gegenüberliegt, Kompensationselektroden (41, 42), die auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente dünnfilmartig gebildet sind und der beweglichen Komponente nicht gegenüberliegen, eine elektrostatische Abschirmung (37), die in einem von den Festelektroden (40A, 40B), der beweglichen Elektrode (33) und den Kompensationselektroden (41, 42) isolierten Zustand diese Elektroden bedeckt und geerdet ist, Festelektrodenanschlüsse (Ta, Tb), die auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente (31) dünnfilmartig gebildet sind, mit den jeweiligen Festelektroden (40A, 40B) verbunden sind, und sich bis außerhalb der elektrostatischen Abschirmung (37) in einem von der elektrostatischen Abschirmung (37) isolierten Zustand in Längsrichtung erstrecken, und Kompensationselektrodenanschlüsse (T1, T2), die auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente (31) dünnfilmartig gebildet sind, mit den Kompensationselektroden (41, 42) verbunden sind und sich bis außerhalb der elektrostatischen Abschirmung (37) in einem von der elektrostatischen Abschirmung (37) isolierten Zustand in Längsrichtung erstrecken.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß Anspruch 1, wobei die elektrostatische Abschirmung (37) ein Vorsprungsteil (37b) aufweist, das bis zu einer zu den Kompensationselektroden (41, 42) benachbarten Position vorsteht.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß Anspruch 2, der einen Sensorhauptkörper aufweist, in dessen Inneren eine Fluidkammer (13) gebildet ist, um eine dielektrische Flüssigkeit aufzunehmen, die mit den Festelektroden (40A, 40B), der beweglichen Elektrode (33), den Kompensationselektroden (41, 42) und dem Vorsprungsteil (37b) in Kontakt kommt, wobei in der elektrostatischen Abschirmung (37) Durchgangsbohrungen (37c, 37d) gebildet sind, die einen Raum zwischen den Kompensationselektroden (41, 42) und dem Vorsprungsteil (37b) auf beiden Seiten der Kompensationselektroden (41, 42) in Längsrichtung bei der Fluidkammer (13) mit einem Raum außerhalb der elektrostatischen Abschirmung (37) verbindet.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß Anspruch 3, wobei in Längsrichtung der Randteil (31a) der dem bestimmten Bereich der stabförmigen Komponente (31) entgegengesetzten Seite entlang des Umfangs der Außenfläche durch ein Isolationsmaterial ringförmig versiegelt ist.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß Anspruch 4, wobei die elektrostatische Abschirmung (37) an einer Öffnung (12a) des Sensorhauptteils (12), die sich entlang der Längsrichtung erstreckt, freiliegt, und in Längsrichtung zwischen dem Randteil (31a) der dem bestimmten Bereich der stabförmigen Komponente (31) entgegengesetzten Seite und der elektrostatischen Abschirmung (37) durch ein Isolationsmaterial versiegelt ist.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die stabförmige Komponente (31) insgesamt aus einem Isolationsmaterial gebildet ist.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die rohrförmige Komponente (32) insgesamt aus einem Isolationsmaterial gebildet ist.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich die Festelektrodenanschlüsse (Ta, Tb) und die Kompensationselektrodenanschlüsse (T1, T2) in Längsrichtung erstrecken und zueinander benachbart angeordnet sind, und sich die Festelektroden (40A, 40B) und die Kompensationselektroden (41, 42) in Umfangsrichtung der Außenfläche erstrecken.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in Längsrichtung am Randteil (31a) des bestimmten Bereichs der stabförmigen Komponente (31) eine freiliegende Komponente (31b) vorgesehen ist, an der die Außenfläche freiliegt.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei es sich bei der Kompensationselektrode (41, 141) um eine erste Kompensationselektrode, und bei dem Kompensationselektrodenanschluss (T1) um einen ersten Kompensationselektrodenanschluss handelt, und der folgendes aufweist: eine zweite Kompensationselektrode (42, 142), die auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente (31) dünnfilmartig größer gebildet ist als die erste Kompensationselektrode (41, 141), einen zweiten Kompensationselektrodenanschluss (T2), der auf der Außenfläche der stabförmigen Komponente (31) dünnfilmartig gebildet ist, mit der zweiten Kompensationselektrode (42, 142) verbunden ist, und sich bis außerhalb der elektrostatischen Abschirmung (37, 137, 237) in einem von der elektrostatischen Abschirmung (37, 137, 237) isolierten Zustand in Längsrichtung erstreckt, eine Messschaltung (61) zum Messen der Kapazitanz zwischen zwei Elektroden, eine Wechselschaltung (62) zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, in dem der erste Kompensationselektrodenanschluss (T1) und die elektrostatische Abschirmung (37, 137, 237) mit der Wechselschaltung (62) verbunden sind, einem zweiten Zustand, in dem der zweite Kompensationselektrodenanschluss (T2) und die elektrostatische Abschirmung (37, 137, 237) mit der Wechselschaltung verbunden sind, und einem dritten Zustand, in dem die mit den jeweiligen Festelektroden (40A, 40B) verbundenen Festelektrodenanschlüsse (Ta, Tb) mit der Wechselschaltung (62) verbunden sind, und eine Rechenkomponente (64), die durch die Messschaltung (61) im ersten Zustand, im zweiten Zustand und im dritten Zustand jeweils eine erste Kapazitanz, eine zweite Kapazitanz und eine dritte Kapazitanz messen lässt, und aufgrund der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der zweiten Kapazitanz sowie der Differenz zwischen der ersten Kapazitanz und der dritten Kapazitanz die Verschiebung des Messobjektes berechnet.
Kapazitiver Wegsensor (30) gemäß Anspruch 10, bei dem die erste Kompensationselektrode (41, 141) und die zweite Kompensationselektrode (42, 142) jeweils mehrere Abzweigungen (141a) aufweisen, die sich in Umfangsrichtung der Außenfläche erstrecken, wobei die Abzweigungen (141a) der ersten Kompensationselektrode (41, 141) und die Abzweigungen (142a) der zweiten Kompensationselektrode (42, 142) in Längsrichtung alternierend angeordnet sind.