JP2532351B2 - 差動トランスを使用した位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差動トランスを使用して
位置を検出する装置に関し、とくに、０点調整ボリウム
で０点を補正し、感度調整ボリウムで測定感度を調整で
きるようにした位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】差動トランスは一次コイルに交流を加
え、一次コイルに電磁結合する二次コイルに誘導される
電圧を検出して可動部の変位を検出する。差動トランス
は、可動部を移動させると、一対の二次コイルに誘導さ
れる電圧が変化するようになっている。差動トランスを
使用した位置検出装置は、可動部を所定の位置に移動し
た状態で０点を補正するために０点調整ボリウムを接続
している。０点調整ボリウムのある位置検出装置は、た
とえば、シックネスゲージを使用して、基準位置からず
らせた位置を０点に調整して使用することができるの
で、便利に使用できる。さらに、測定範囲を調整するた
めに感度調整ボリウムを備える。感度調整ボリウムは、
フルスケールの範囲を調整する。たとえば、可動部が１
ｍｍ変位した状態をフルスケールとするか、１００μｍ
変位した状態をフルスケールとするかを調整できる。

【０００３】０点調整ボリウムと感度調整ボリウムを内
蔵する従来の位置検出装置の回路図を図１に示す。この
図に示す位置検出装置は、差動トランス１の二次コイル
１Ｂと直列に０点調整ボリウム２を接続している。０点
調整ボリウム２は両端の固定端子２Ａを二次コイル１Ｂ
に接続している。抵抗面を摺動する摺動子を接続する摺
動子端子２Ｂは、感度調整ボリウム３の固定端子３Ａに
接続される。感度調整ボリウム３は、一方の固定端子３
Ａを０点調整ボリウム２に、他方の固定端子３Ａを交流
的なアース側に接続している。この明細書において交流
的なアース側とは、電源の＋−側であって、差動トラン
スの交流信号で変動しない点である。感度調整ボリウム
３の摺動子端子３Ｂは、交流的なアース側とアンプ４の
入力側とに接続している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１に示す差動トラン
スを使用した位置検出装置は、０点調整ボリウム２で０
点を補正し、感度調整ボリウム３でフルスケールの測定
範囲を調整できるので、便利に使用できる。しかしなが
ら、この図に示す装置は、０点調整ボリウム２を調整し
た後で、感度調整ボリウム３を調整すると、０点がずれ
てしまう欠点がある。また、感度調整ボリウム３を調整
した後に、０点調整ボリウム２を調整すると感度調整が
ずれてしまう欠点がある。このために、０点調整と、感
度調整とを何回も繰り返し再調整する必要があり、０点
と感度の調整に著しく手間がかかる欠点がある。

【０００５】本発明は、この欠点を解決することを目的
に開発されたもので、本発明の重要な目的は、０点調整
ボリウムと感度調整ボリウムとを、簡単かつ容易に、し
かも短時間に正確に調整できる差動トランスを使用した
位置検出装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の差動トランスを
使用した位置検出装置は、前述の目的を達成するために
下記の構成を備える。本発明の差動トランスを使用した
位置検出装置は、０点調整ボリウム２と感度調整ボリウ
ム３とを互いに影響なく独立して正確に調整するために
独得の回路を備える。

【０００７】請求項１の位置検出装置は、差動トランス
１と、この差動トランス１の一次コイル１Ａに交流を供
給する交流電源５と、差動トランス１の二次コイル１Ｂ
に接続された０点調整ボリウム２と、この０点調整ボリ
ウム２に接続された感度調整ボリウム３と、感度調整ボ
リウム３の摺動子端子３Ｂに入力側を接続している高入
力インピーダンスアンプ４とを備える。

【０００８】０点調整ボリウム２は、摺動子端子２Ｂを
感度調整ボリウム３の片方の固定端子３Ａに、固定端子
２Ａを差動トランス１の二次コイル１Ｂに接続してい
る。さらに、一方の固定端子３Ａを０点調整ボリウム２
の摺動子端子２Ｂに接続している感度調整ボリウム３
は、他方の固定端子３Ａを交流的なアース側に、摺動子
端子３Ｂを交流的なアース側から切り離して高入力イン
ピーダンスアンプ４の入力側に接続している。

【０００９】請求項２に記載の差動トランスを使用した
位置検出装置は、差動トランス１と、この差動トランス
１の一次コイル１Ａに交流を供給する交流電源５と、差
動トランス１の二次コイル１Ｂに接続された０点調整ボ
リウム２と、この０点調整ボリウム２にバッファーアン
プ４を介して接続された感度調整ボリウム３と、感度調
整ボリウム３の摺動子端子３Ｂに入力側を接続している
高入力インピーダンスアンプ４とを備える。

【００１０】０点調整ボリウム２は、摺動子端子２Ｂを
バッファーアンプ６を介して感度調整ボリウム３の片方
の固定端子３Ａに、固定端子３Ａを差動トランス１の二
次コイル１Ｂに接続している。さらに、感度調整ボリウ
ム３は、片方の固定端子３Ａを交流的なアース側に、摺
動子端子３Ｂを高入力インピーダンスアンプ４の入力側
に接続している。

【００１１】

【作用】本発明の差動トランスを使用した位置検出装置
は、０点調整ボリウム２を移動させて０点補正をした
後、感度調整ボリウム３を調整しても０点がずれない。
それは、感度調整ボリウム３を回転させても、０点調整
ボリウム２の摺動子端子２Ｂの負荷インピーダンスが変
化しないからである。

【００１２】請求項１の差動トランスを使用した位置検
出装置は、０点調整ボリウム２の摺動子端子２Ｂの負荷
インピーダンスの変化を防止するために、感度調整ボリ
ウム３の摺動子端子３Ｂを、交流的なアース側から切り
離して高入力インピーダンスアンプ４の入力側に接続し
ている。交流的なアース側から切り離された感度調整ボ
リウム３は、摺動子端子３Ｂをどの位置に移動させて
も、０点調整ボリウム２摺動子端子２Ｂの負荷インピー
ダンスを変化させない。

【００１３】感度調整ボリウム３の摺動子端子３Ｂを交
流的なアース側に接続すると、摺動子端子３Ｂの位置に
よって両固定端子３Ａ間の抵抗値が変化してしまう。こ
の回路は、摺動子端子３Ｂを交流的なアース側に移動さ
せると０点調整ボリウム２の摺動子端子２Ｂの負荷イン
ピーダンスが大きくなる。反対に感度調整ボリウム３の
摺動子端子３Ｂを交流的なアース側から離すように摺動
子を移動させるにしたがって、０点調整ボリウム２の摺
動子端子２Ｂの負荷インピーダンスが小さくなる。

【００１４】これに対して、本発明の位置検出装置は、
感度調整ボリウム３の摺動子端子３Ｂを交流的なアース
側から切り離しているので、摺動子端子３Ｂをどこに移
動させても感度調整ボリウム両端の固定端３Ａ間の抵抗
は変化しない。また、感度調整ボリウム３の摺動子端子
３Ｂを高入力インピーダンスアンプ４の入力側に接続す
るので、摺動子端子３Ｂから高入力インピーダンスアン
プ４に流れる入力電流が無視できるほどに小さくでき
る。このため、高入力インピーダンスアンプ４の入力電
流に起因する、０点調整ボリウム２摺動子端子２Ｂの負
荷インピーダンスの変化を極減できる。

【００１５】さらに請求項２に記載される差動トランス
を使用した位置検出装置は、０点調整ボリウム２の摺動
子端子２Ｂの負荷インピーダンスの変化を阻止するため
に、０点調整ボリウム２の摺動子端子２Ｂを、バッファ
ーアンプ６を介して感度調整ボリウム３の一方の固定端
子３Ａに接続している。この回路は、０点調整ボリウム
２の負荷インピーダンスがバッファーアンプ６の入力イ
ンピーダンスとなる。バッファーアンプ６の入力インピ
ーダンスは相当に高いので、０点調整ボリウム２を調整
した後に、感度調整ボリウム３を調整しても、感度調整
ボリウム３が０点調整ボリウム２の調整位置をずらせる
ことがない。また、０点調整ボリウム２が感度調整ボリ
ウム３の調整位置をずらせることもない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための差動トランスを使用した位置検出装
置を例示するものであって、本発明は位置検出装置を下
記のものに特定しない。

【００１７】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００１８】図２に示す差動トランスを使用した位置検
出装置は、差動トランス１と、この差動トランス１の一
次コイル１Ａに交流を供給する交流電源５と、差動トラ
ンス１の二次コイル１Ｂに接続された０点調整ボリウム
２と、この０点調整ボリウム２に接続された感度調整ボ
リウム３と、感度調整ボリウム３の摺動子端子３Ｂに入
力側を接続している高入力インピーダンスアンプ４とを
備える。

【００１９】差動トランス１には、空心形や鉄芯形のも
のが使用できる。鉄芯形の差動トランス１は、一次コイ
ル１Ａと二次コイル１Ｂとを巻いたコアの内部に、可動
部（図示せず）である鉄芯を移動できるように内蔵させ
ている。コアには、中央に一次コイルを、その両側に二
次コイルを巻いき、あるいは、一次コイルと二次コイル
とを積層して巻いたものが使用できる。

【００２０】差動トランス１は、励磁する周波数によっ
て感度が変化する。周波数が低いときは、トランスの周
波数特性と同じように、周波数が高くなるにしたがって
感度が高くなる。周波数が高くなると浮遊容量によって
感度が低下する。しだかって、一次コイル１Ａを励磁す
る交流電源５の周波数は、差動トランス１の感度が高く
なるように、たとえば１〜５ｋＨｚ、好ましくは約４ｋ
Ｈｚに調整する。

【００２１】差動トランス１の二次コイル１Ｂは、共通
の接続点をアースに、ふたつの出力端子を抵抗Ｒ1、Ｒ2
を介して０点調整ボリウム２の固定端子２Ａに接続す
る。０点調整ボリウム２は、ボリウムの抵抗面を摺動す
る摺動子を接続する摺動子端子２Ｂを次段の感度調整ボ
リウム３の固定端子３Ａに接続している。０点調整ボリ
ウム２は、摺動子の変位量に対して抵抗が直線的に変化
するＢカーブの可変抵抗器である。

【００２２】二次コイル１Ｂの負荷抵抗は、０点調整ボ
リウム２の抵抗と、直列に接続される抵抗Ｒ1、Ｒ2の和
となる。０点調整ボリウム２の抵抗値と、これに直列に
接続される抵抗Ｒ1、Ｒ2とは、差動トランス１の二次コ
イル１Ｂのインピーダンスとを考慮して最適値に設計さ
れる。差動トランス１に二次コイル１Ｂのインピーダン
スを２５０Ωとするものを使用するとき、たとえば、直
列接続する抵抗Ｒ1、Ｒ2を２０〜２４ｋΩ、０点調整ボ
リウム２の抵抗値を１８０〜２２０ｋΩとする。

【００２３】感度調整ボリウム３は、一方の固定端子３
Ａを０点調整ボリウム２の摺動子端子２Ｂに、他端の固
定端子３Ａを抵抗Ｒ3を介してアースに接続する。感度
調整ボリウム３の摺動子端子３Ｂは、交流的なアース側
から切り離して、すなわち、アース側の固定端子３Ａか
ら切り離して高入力インピーダンスアンプ４の入力側に
接続する。感度調整ボリウム３は、Ａカーブ又はＢカー
ブの可変抵抗器が使用できる。感度調整ボリウム３の固
定端子３Ａとアースとの間に接続される抵抗Ｒ3は、感
度調整できる範囲を狭くして、感度調整をより正確にす
るたるのものである。感度調整ボリウム３は、０点調整
ボリウム２の摺動子端子２Ｂの負荷抵抗となる。したが
って、感度調整ボリウム３の抵抗値は、０点調整ボリウ
ム２よりも大きく、たとえば、０点調整ボリウム２の抵
抗値の３〜３０倍、好ましくは約５〜１５倍に設計され
る。

【００２４】高入力インピーダンスアンプ４の入力イン
ピーダンスは、０点調整ボリウム２の抵抗値に比較して
充分に大きく設計される。高入力インピーダンスアンプ
４は、入力インピーダンスを高くすると共に、増幅率を
一定に調整するために、負帰還をかけたＮＦＢアンプ４
が使用される。高入力インピーダンスアンプ４の入力イ
ンピーダンスは、感度調整ボリウム３の抵抗値の少なく
とも３０倍、好ましくは１００倍、さらに好ましくは３
００倍よりも大きく設計される。

【００２５】高入力インピーダンスアンプ４の出力に
は、差動トランスの可動部の変位量に比例して電圧が出
力される。この出力信号は、位相弁別回路７に検出され
て、可動部が変位した方向によって＋−極性の異なる電
圧信号として出力される。

【００２６】図３に示す差動トランスを使用した位置検
出装置は、０点調整ボリウム２と感度調整ボリウム３と
の間にバッファーアンプ６を接続している。バッファー
アンプ６は、入力側を０点調整ボリウム２の摺動子端子
２Ｂに、出力側を感度調整ボリウム３の固定端子３Ａに
接続している。バッファーアンプ６は、高入力インピー
ダンスアンプ４と同程度に入力インピーダンスの高いも
のである。この回路は、０点調整ボリウム２の摺動子端
子２Ｂに入力インピーダンスの高いバッファーアンプ６
を接続するので、０点調整ボリウム２の負荷インピーダ
ンスを極めて大きくできる。したがって、この回路は、
図３の鎖線で示すように、感度調整ボリウム３の摺動子
端子３Ｂをアース側の固定端子３Ａに接続することもで
きる。バッファーアンプ６の出力側の負荷インピーダン
スが、０点調整ボリウム２の負荷インピーダンスに影響
を与えないからである。

【００２７】さらに、図３に示す位置検出装置は、感度
調整ボリウム３の抵抗値を小さく設計することもでき
る。バッファーアンプ６の出力インピーダンスを小さく
設計できるからである。感度調整ボリウム３の抵抗値を
小さく設計できることは、高入力インピーダンスアンプ
４の入力側に誘導される雑音をレベルを低くすることに
効果がある。高入力インピーダンスアンプ４の増幅率を
高くして、測定できる分解能を高く設計したものは、雑
音の影響を極力少なくすることが大切である。雑音が分
解能を低くしてしまうからである。

【００２８】図２と図３に示す位置検出装置は、差動ト
ランスの可動部の変位量に比例した電圧を、位相弁別回
路７から出力する。いいかえると、位相弁別回路７の出
力電圧は、可動部の変位に対して直線的に増加する。し
たがって、位相弁別回路７の出力電圧をアナログメータ
ーで表示し、あるいはデジタル値で表示して、可動部の
変位を検出できる。さらに、位相弁別回路７の出力をＡ
／Ｄコンバータ（図示せず）でデジタル量に変換し、デ
ジタル信号をマイクロコンピュータ等に入力して種々の
演算処理をすることもできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の差動トランスを使用した位置検
出装置は、極めて簡単な回路であるにもかかわらず、０
点調整ボリウムと感度調整ボリウムとを、簡単かつ容易
に、しかも短時間で正確に調整できる特長がある。それ
は、感度調整ボリウムを調整しても、０点調整ボリウム
の負荷インピーダンスが変化しないからである。したが
って、本発明の差動トランスを使用した位置検出装置
は、従来のように、０点調整ボリウムと感度調整ボリウ
ムとを何回も繰り返し再調整する必要がなく、０点調整
ボリウムで基準となる０点を調整し、感度調整ボリウム
でフルスケールの測定幅を調整して、極めて便利に使用
できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の差動トランスを使用した位置検出装置の
一例を示す回路図

【図２】本発明の実施例にかかる差動トランスを使用し
た位置検出装置の回路図

【図３】本発明の他の実施例にかかる差動トランスを使
用した位置検出装置の回路図

【符号の説明】

１…差動トランス １Ａ…一次コイル １Ｂ…
二次コイル ２…０点調整ボリウム ２Ａ…固定端子 ２Ｂ…
摺動子端子 ３…感度調整ボリウム ３Ａ…固定端子 ３Ｂ…
摺動子端子 ４…アンプ ５…交流電源 ６…バッファーアンプ ７…位相弁別回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 差動トランス(1)と、この差動トランス
   (1)の一次コイル(1A)に交流を供給する交流電源(5)と、
   差動トランス(1)の二次コイル(1B)に接続された０点調
   整ボリウム(2)と、この０点調整ボリウム(2)に接続され
   た感度調整ボリウム(3)と、感度調整ボリウム(3)の摺動
   子端子(3B)に入力側を接続している高入力インピーダン
   スアンプ(4)とを備え、 ０点調整ボリウム(2)は、摺動子端子(2B)を感度調整ボ
   リウム(3)の片方の固定端子(3A)に、固定端子(2A)を差
   動トランス(1)の二次コイル(1B)に接続しており、さら
   に、一方の固定端子(3A)を０点調整ボリウム(2)の摺動
   子端子(2B)に接続している感度調整ボリウム(3)は、他
   方の固定端子(3A)を交流的なアース側に、摺動子端子(3
   B)を交流的なアース側から切り離して高入力インピーダ
   ンスアンプ(4)の入力側に接続している差動トランスを
   使用した位置検出装置。
2. 【請求項２】 差動トランス(1)と、この差動トランス
   (1)の一次コイル(1A)に交流を供給する交流電源と、差
   動トランス(1)の二次コイル(1B)に接続された０点調整
   ボリウム(2)と、この０点調整ボリウム(2)にバッファー
   アンプ(6)を介して接続された感度調整ボリウム(3)と、
   感度調整ボリウム(3)の摺動子端子(3B)に入力側を接続
   している高入力インピーダンスアンプ(4)とを備え、 ０点調整ボリウム(2)は、摺動子端子(2B)をバッファー
   アンプ(6)を介して感度調整ボリウム(3)の片方の固定端
   子(3A)に、固定端子(2A)を差動トランス(1)の二次コイ
   ル(1B)に接続しており、さらに、感度調整ボリウム(3)
   は、片方の固定端子(3A)を交流的なアース側に、摺動子
   端子(3B)を高入力インピーダンスアンプ(4)の入力側に
   接続してなる差動トランスを使用した位置検出装置。