JP4325117B2 - 静電容量式圧力測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業計測分野等において用いられ、膜面の両側に印加された圧力差によるダイヤフラムの微少変位に基づくキャパシタンスの差動的な変化から、センサ温度の変化に無関係に高精度に圧力差を検出する静電容量式の圧力測定装置であって、特にマイコンを利用することにより、応答を悪化させることなくノイズ等に基づく出力の突然変動（出力突変という）を防ぐ機能を備えた静電容量式圧力測定装置に関する。
なお、以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部分を示す。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する従来技術としては本出願人の先願になる特開平４−３５７４３０号公報、特開平７−１１３７０９号公報等に記載された技術がある。次にこれら従来技術の要点を簡単に説明する。
図６はその両面間の圧力差Ｐ（＝ＰＨ−ＰＬ）に比例して、Δｄだけ平行に変位する円形平膜（円盤）状のダイヤフラムを一つの可動電極とし、そのダイヤフラムの両側に該ダイヤフラムの面に平行に対向して配置された２つの国定電極と、前記可動電極とで一対のキャパシタを構成してなる、いわゆる平行平板モデルとして表されたセンサ２０１の原理説明図で、同図（Ａ）はセンサ２０１の電極の配置を、同図（Ｂ）は等価回路をそれぞれ示す。
【０００３】
図６（Ａ）において１（１Ａ、１Ｂ）は、１枚の変位位置の異なる状態のダイヤフラム（可動電極）、３，４はこのダイヤフラム１の両側に、かつダイヤフラム１の面に平行にそれぞれ配置された固定電極、ＰＬとＰＨはそれぞれ固定電極３，４に設けられた小孔３ａと４ａを介してダイヤフラム１の左，右の面に加えられる負圧と正圧である。また、２ｄは固定電極３，４間の距離である。なお、１，３，４の電極面積は全て等しい。
【０００４】
１Ａはダイヤフラム印加圧力ＰＨ＝ＰＬ（つまり圧力差Ｐ＝０）のときのダイヤフラム１の位置で、ｄｌ，ｄ２はそれぞれこのときのダイヤフラム１と固定電極３，４との電極間ギャップ、δは同じくこのときのダイヤフラム１の固定電極３，４間の中間位置からのずれである。
１Ｂはダイヤフラム両面の印加圧力差Ｐ＝ＰＨ−ＰＬ＞０のときのダイヤフラム１の位置で、△ｄはこのときのダイヤフラム１の変位である。
【０００５】
また、図６（Ｂ）においてＣＡはダイヤフラム１と固定電極３との間の全静電容量Ｃｌのうち、ダイヤフラム１の変位によって変化する静電容量（可変静電容量成分ともいう）、ＣＳｌは同じくＣｌのうちダイヤフラム１の変位によって変化しない浮遊容量（浮遊静電容量成分ともいう）であり、同様にＣＢはダイヤフラム１と固定電極４との間の全静電容量Ｃ２のうち、ダイヤフラム１の変位によって変化する静電容量としての可変静電容量成分、ＣＳ２は同じくＣ２のうちダイヤフラム１の変位によって変化しない浮遊容量としての浮遊静電容量成分である。
【０００６】
図６のようにダイヤフラム１が固定電極３，４に対し平行に変位すると見なしうるセンサでは、前記のセンサ静電容量Ｃｌ，Ｃ２はそれぞれ次式（１），（２）で与えることができる。
【０００７】
【数１】

但し、
Ｃoo＝ε・Ａ／ｄ
ｄ＝（ｄｌ＋ｄ２）／２
δ＝（ｄ２−ｄ１）／２
ｄｌ，ｄ２：電極間のギャップ（圧力差Ｐ＝０のとき）、
Δｄ（Ｐ）：圧力差Ｐのときのダイヤフラムの変位（∝圧力差Ｐ）、
ε：電極間を満たす誘電体の誘電率、
Ａ：電極面積
ＣＳｌ、ＣＳ２：浮遊容量。
【０００８】
ここで、圧力センサの静電容量ＣｌとＣ２からそれぞれ浮遊静電容量成分ＣＳｌとＣＳ２を差し引いてなる可変静電容量成分ＣＡ＝（Ｃｌ−ＣＳｌ）とＣＢ＝（Ｃ２−ＣＳ２）の差を、ＣＡとＣＢの和で除した線形化関数ｆ（Ｐ）を求めると、線形化関数ｆ（Ｐ）は次式（３）で示され、圧力差Ｐに対し線型に変化することが分かる。
【０００９】
【数２】

ここで、上式（３）中の定数である浮遊静電容量成分ＣＳｌとＣＳ２の差と和をそれぞれ次式（４），（５）のようにα，βと置く。
また、上式（３）におけるΔｄ（Ｐ）／ｄの項は圧力差Ｐに比例するので、この比例定数をＫｐとすれば（但し、この比例定数は圧力差Ｐが正の領域と負の領域とでダイヤフラムの組立誤差のために一般には異なる）、次式（６）で表され、また式（３）におけるδ／ｄの項はΔｄ（Ｐ）＝０、従って圧力差Ｐ＝０における線形化関数の値ｆ（０）に等しいので次式（７）で示される。
【００１０】
【数３】
α＝ＣＳｌ−ＣＳ２ ・・・（４）
β＝ＣＳｌ＋ＣＳ２ ・・・（５）
Δｄ（Ｐ）／ｄ＝Ｋｐ・Ｐ ・・・（６）
δ／ｄ＝ｆ（０） ・・・（７）
これらの式（４）〜（７）を用いることにより式（３）の関係は次式（８），（９）のように書換えられる。
【００１１】
【数４】

このようにして、従来は静電容量Ｃｌ（Ｐ），Ｃ２（Ｐ）を測定する手段を構成する圧力測定装置内のセンサ２０１や後述するマイコン等と、通常は圧力測定装置の外部の演算装置とを用い、予め較正時に定数α，β，Ｋｐ，ｆ（０）を求めて圧力測定装置内に記憶しておき、測定時に圧力測定装置が測定した静電容量Ｃｌ（Ｐ），Ｃ２（Ｐ）と記憶した上記定数を用い、式（８），（９）の演算を行うことによってダイヤフラムに印加されている被測定圧力差Ｐを検出している。この方法により、圧力差Ｐを非常に高精度に検出することができる。
【００１２】
なお、較正時に４つの定数α，β，Ｋｐ，ｆ（０）を求めるには（なお、この定数の個数は正，負２領域の圧力差を考えた場合はＫｐが領域別の２種類となるため５つとなる）、既知の複数種類の圧力差Ｐ（＝Ｐｋとする）、例えばＰｋ＝−１００，−５０，０，５０，１００各％の５種類、あるいはＰｋ＝０，２５，５０，１００各％の４種類の各測定点ごとに、測定された静電容量Ｃｌ（Ｐｋ），Ｃ２（Ｐｋ）と印加した圧力差Ｐｋの値を式（８）＝式（９）と置いた式に与えて得られる、５つあるいは４つの連立方程式を解くことによって求めることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の圧力差の検出方法には次のような問題がある。即ち、測定したＣｌ又は（及び）Ｃ２がノイズ等により正しく測定できなかった場合、出力突変を引き起こす場合がある。
これを回避するには、出力すべき被測定圧力差の演算結果と前回出力値とを比較し、その差がある値を超えている場合は一旦、ノイズ等により正しく測定できなかったと判断して出力を更新せずに前回出力値を保持し、この状態がある時間以上継続した場合は、実際に大きな圧力変動が起こったと判断して被測定圧力差の演算結果が正しいとしこれを出力するという方法が考えられる。
【００１４】
しかし、このような方法をとると、実際に大きな圧力変動が起こった場合、圧力測定出力の応答が悪化するという問題を生ずる。
本発明は圧力測定出力の応答を悪化させることなく、出力突変を防止できる静電容量式圧力測定装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１の静電容量式圧力測定装置（２００）は、
その膜面両側の圧力差（Ｐ）に比例して変位し該膜面を可動電極（１）の電極面とする平膜状のダイヤフラム（１）と、該ダイヤフラムの両面側にそれぞれ、その電極面が互いに同面積（Ａ）で、ダイヤフラムの膜面に平行に且つほぼ同距離（ｄ）で対向するように設けられた第１，第２の固定電極（３，４）とを持つセンサ（２０１）、
このセンサの第１の固定電極と可動電極との間に形成される静電容量としての第１の静電容量（Ｃ１（Ｐ））と、同じく第２の固定電極と可動電極との間に形成される静電容量としての第２の静電容量（Ｃ２（Ｐ））とを測定する静電容量測定手段（時定数測定器２０２、Ａ／Ｄ変換器、マイコン２０５、タイマカウンタ２０６など）を備え、
第１の静電容量から可動電極の変位によって変化しない所定の浮遊静電容量成分（ＣＳ１）を差し引いた第１の可変静電容量成分（ＣＡ＝Ｃ１（Ｐ）−ＣＳ１）と、第２の静電容量から可動電極の変位によって変化しない所定の浮遊静電容量成分（ＣＳ２）を差し引いた第２の可変静電容量成分（ＣＢ＝Ｃ２（Ｐ）−ＣＳ２）との差を、第１の可変静電容量成分と第２の可変静電容量成分との和で除してなる線形化関数（ｆ（Ｐ））の値が前記圧力差を変数として線形に変化するとする関係を示す式（（８），（９））に対して、
予め較正時に、既知の圧力差（Ｐ＝Ｐｋ）を前記ダイヤフラムに加え前記静電容量測定手段を介し第１，第２の静電容量（Ｃ１（Ｐｋ），Ｃ２（Ｐｋ）、以下既知圧力差静電容量という）を測定することを、複数種類の圧力差について行った測定結果を当てはめて（圧力測定装置２００の外部などで）算出された、前記関係式に含まれる各種の定数（α＝ＣＳ１−ＣＳ２、β＝ＣＳ１＋ＣＳ２、Ｋｐ、ｆ（０））を（メモリ２０４に）記憶し、
測定時に、被測定圧力差の前記ダイヤフラムへの印加のもとで前記静電容量測定手段を介して測定した第１，第２の静電容量（以下被測定圧力差静電容量という）と前記の予め記憶した定数とを用いて前記の関係式から被測定圧力差を算出し出力する静電容量式圧力測定装置において、
前記の較正時に、所定の１種類の既知の圧力差の印加のもとで測定された第１および第２の既知圧力差静電容量、またはこの第１もしくは第２の既知圧力差静電容量およびこの２つの既知圧力差静電容量を用いて演算された線形化関数（ｆ（Ｐｋ））の値を（メモリ２０４に）少なくとも追加記憶すると共に、
前記の測定時に、測定された前記第１および第２の被測定圧力差静電容量、またはこの２つの被測定圧力差静電容量を用いて演算された線形化関数の値と、前記較正時に追加記憶した２つの既知圧力差静電容量、または１つの既知圧力差静電容量および線形化関数の値とを少なくとも用いて、第１または（及び）第２の被測定圧力差静電容量に相当する値を逆算し、
この逆算値とこれに対応する第１または第２の被測定圧力差静電容量との差のいずれかが所定の許容差を越えるときは、当該の測定が正しく行われなかったとして当該の被測定圧力差を出力しないようにする出力突変防止手段（２０５Ａ）を備えたものとする。
【００１６】
また請求項２の静電容量式圧力測定装置は、請求項１に記載の静電容量式圧力測定装置において、前記所定の１種類の既知の圧力差を０とする。
また請求項３の静電容量式圧力測定装置は、請求項１または２に記載の静電容量式圧力測定装置において、
前記センサの温度（ｔ）を検出する手段（温度検出器２１３）を備え、
前記の測定時に、被測定圧力差の算出および被測定圧力差静電容量の逆算に用いる、前記の較正時に記憶した各種の定数、既知圧力差静電容量、線形化関数値等（Ｔｄ、Ｔａ、Ｔ１０、Ｔ２０、ｆ０など、以下これらを一括して演算用定数類とよぶ）がそれぞれ、当該の被測定圧力差の計測時点のセンサ温度に対応する値（Ｔｄ（ｔ）、Ｔａ（ｔ）、Ｔ１０（ｔ）、Ｔ２０（ｔ）、ｆ０（ｔ）など）に温度補正されるようにする。
【００１７】
また請求項４の静電容量式圧力測定装置は、請求項３に記載の静電容量式圧力測定装置において、
前記の較正時に、前記演算用定数類はそれぞれ所定の複数点のセンサ温度（ｔｉ（ｉ＝１〜４）などの）別に記憶され、この記憶された演算用定数類（Ｔｄ（ｔｉ）、Ｔａ（ｔｉ）、Ｔ１０（ｔｉ）、Ｔ２０（ｔｉ）、ｆ０（ｔｉ）、（ｉ＝１〜４）など）からの補間（直線補間等）によって前記温度補正された演算用定数類の値が求められるようにする。
【００１８】
本発明の作用は次の如くである。
即ち請求項１，２に関わる発明では、測定時に、被測定圧力差（Ｐ）を演算出力する前に、被測定圧力差（Ｐ）の印加のもとで測定された静電容量Ｃ１（Ｐ）およびＣ２（Ｐ）、またはこの２つの静電容量を用いて演算された線形化関数ｆ（Ｐ）の値から、この測定が正常に行われたか否かを調べて出力突変を防ぐ。
【００１９】
そのために、この測定された静電容量Ｃ１（Ｐ）およびＣ２（Ｐ）、または演算された線形化関数ｆ（Ｐ）の値と、既知の静電容量Ｃooとから静電容量Ｃ１（Ｐ）の逆算値を式（１）に相当する式（１６），（１６’），（１６Ａ），（１６’Ａ）の何れかによって、又は（及び）静電容量Ｃ２（Ｐ）の逆算値を式（２）に相当する式（１７），（１７’），（１７Ａ），（１７’Ａ）の何れかによそれぞれ求め、静電容量Ｃ１（Ｐ），Ｃ２（Ｐ）の逆算値とこれに対応する実際の測定値との差が許容範囲内にあるか否かで、測定が正常であったか否かを判定する。
【００２０】
なお、静電容量Ｃooは理論上はε・Ａ／ｄで表されるが、実際は較正時に、既知の圧力差Ｐｋの印加のもとで測定された静電容量Ｃ１（Ｐｋ），Ｃ２（Ｐｋ）を用いて式（１４）又は（１５）のように示される。
ノイズ等の影響によりＣｌ（Ｐ）、Ｃ２（Ｐ）が正しく測定されていない場合は、逆算値と測定値に大きな差がでるため、即座に判断することができる。この場合は、異常処理（例えば出力保持）を行うことにより、異常な出力突変を避けることができる。また、現実に大きな圧力変動があった場合は、逆算値と測定値に大きな差がでないため、応答性を損なうこと無く出力を更新することができる。
【００２１】
また請求項３，４に関わる発明では、センサの温度（ｔ）を検出する温度検出器２１３を設け、測定時に、被測定圧力差の算出および被測定圧力差静電容量の逆算に用いる演算用定数類Ｔｄ、Ｔａ、Ｔ１０、Ｔ２０、ｆ０などを、それぞれ当該の被測定圧力差の計測時点のセンサ温度に対応する値Ｔｄ（ｔ）、Ｔａ（ｔ）、Ｔ１０（ｔ）、Ｔ２０（ｔ）、ｆ０（ｔ）などに温度補正し、圧力測定の精度をより高める。
【００２２】
この演算用定数類の温度補正値は、較正時に所定の複数点のセンサ温度ｔｉ（ｉ＝１〜４など）の別に求めて記憶した演算用定数類Ｔｄ（ｔｉ）、Ｔａ（ｔｉ）、Ｔ１０（ｔｉ）、Ｔ２０（ｔｉ）、ｆ０（ｔｉ）からの直線補間等によって求める。
【００２３】
【発明の実施の形態】
先ず本発明の原理を述べる。
被測定圧力差Ｐを求めるために測定した静電容量Ｃｌ（Ｐ），Ｃ２（Ｐ）を用いて前記の式（８）により線形化関数ｆ（Ｐ）を算出したのち、式（９）の演算を行う前に、測定された静電容量Ｃｌ（Ｐ）または（および）Ｃ２（Ｐ）が異常に測定されたものであるか否かを調べて出力突変を防ぐ。
【００２４】
このため、基本的には算出した線形化関数ｆ（Ｐ）またはその元となる２つの測定した静電容量Ｃｌ（Ｐ）とＣ２（Ｐ）から、式（１）または（および）（２）を用いて、静電容量Ｃｌ（Ｐ）または（および）Ｃ２（Ｐ）の逆算値を求めるわけであるが、実際に計算を行うには式（１），（２）を次のように変換する。先ず、浮遊静電容量成分ＣＳｌ，ＣＳｌは式（４），（５）から次式（１０），（１１）で表される。
【００２５】
【数５】
ＣＳｌ＝（β＋α）／２ ・・・（１０）
ＣＳ２＝（β−α）／２ ・・・（１１）
また、式（３）から次式（１２），（１３）が得られる。
【００２６】
【数６】
１−Δｄ（Ｐ）／ｄ−δ／ｄ＝１−ｆ（Ｐ） ・・・（１２）
１＋Δｄ（Ｐ）／ｄ＋δ／ｄ＝１＋ｆ（Ｐ） ・・・（１３）
また、静電容量Ｃooは、較正時に印加した所定の既知の圧力差Ｐｋの下で測定された静電容量Ｃｌ（Ｐｋ），Ｃ２（Ｐｋ）の値と、式（１０）〜（１３）の関係を式（１），（２）に当てはめて次式（１４）または（１５）のように示される。
【００２７】
【数７】
Ｃoo＝｛Ｃｌ（Ｐｋ）−ＣＳｌ｝｛ｌ−Δｄ（Ｐｋ）／ｄ−δ／ｄ｝
＝｛Ｃｌ（Ｐｋ）−（β＋α）／２｝｛ｌ−ｆ（Ｐｋ）｝・・・（１４）
Ｃoo＝｛Ｃ２（Ｐｋ）−ＣＳ２｝｛ｌ＋Δｄ（Ｐｋ）／ｄ＋δ／ｄ｝
＝｛Ｃ２（Ｐｋ）−（β−α）／２｝｛ｌ＋ｆ（Ｐｋ）｝・・・（１５）
従って式（１）に相当する静電容量Ｃｌ（Ｐ）の逆算式は、上式（１４）または（１５）を用いて次式（１６）または（１６’）で与えられ、式（２）に相当する静電容量Ｃ２（Ｐ）の逆算式は同様に次式（１７）または（１７’）で与えられる。
【００２８】
【数８】

さらに、上記の逆算式（１６），（１６’），（１７），（１７’）内における線形化関数ｆ（Ｐｋ）は前記の式（８）によってそれぞれ静電容量Ｃｌ（Ｐｋ），Ｃ２（Ｐｋ）と定数α，βによって表され、同様に線形化関数ｆ（Ｐ）は静電容量Ｃｌ（Ｐ），Ｃ２（Ｐ）と定数α，βによって表されるので、式（１６），（１６’），（１７），（１７’）はそれぞれ次式（１６Ａ），（１６’Ａ），（１７Ａ），（１７’Ａ）のように書換えられる。
【００２９】
センサ静電容量Ｃｌ（Ｐ），Ｃ２（Ｐ）の逆算にはこれらの線形化関数ｆを含まぬ下式（１６Ａ）〜（１７’Ａ）を用いてもよい。
【００３０】
【数９】

なお、図２に述べる実施例では既知の圧力差Ｐｋを０とした式（１６），（１７）に相当する演算を行うようにしている。
この式（１６），（１６’），（１６Ａ），（１６’Ａ）又は（及び）（１７），（１７’），（１７Ａ），（１７’Ａ）によるＣｌ（Ｐ）又は（及び）Ｃ２（Ｐ）の逆算値とこれに対応する実際の測定値との差が許容値以内であれば当該の測定を正常とし、そうでなければ異常とする。
【００３１】
（実施の形態１）
次に、図１および図２を用いて本発明の実施の形態１としての、請求項１，２に関わる発明の実施例を説明する。図１はこの実施の形態１の１実施例としての静電容量式圧力測定装置の構成図である。
図１において２００は静電容量式圧力測定装置、２０５はこの静電容量式圧力測定装置を制御する演算制御手段としてのマイコン、２０５Ａはマイコン２０５の機能の一部を分担すると見なしたときの部分機能部としての、本発明の核心となる出力突変防止手段である。
【００３２】
２０１は図６で述べたダイヤフラム１及び固定電極３，４からなるセンサ、２０２はこのセンサ２０１のダイヤフラム１と固定電極３及び４との間に、それぞれ形成されるセンサ静電容量Ｃｌ，Ｃ２に比例する時定数を測定するための時定数測定器、２０３は時定数測定器２０２で測定された時定数をＡ／Ｄ変換してマイコン２０５に与えるＡ／Ｄ変換器、２０６はマイコン２０５の計時動作などに用いられるタイマカウンタ、２０４はマイコン２０５に属し、検出された静電容量値や各種の定数等を記憶するメモリである。
【００３３】
以下に述べるように、図１の構成ではセンサ静電容量Ｃｌ，Ｃ２は、これに比例する時間の形で測定され、マイコン２０５の演算も時間値を用いて行われる。
２０７は測定された圧力差をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、２０９はＤ／Ａ変換器２０７から出力されるアナログ電圧信号を４〜２０ｍＡ等の電流信号に変換するＶ／Ｉ変換器、２０８はこの静電容量式圧力測定装置２００が外部とデジタルデータにより通信する際に、データの変調信号を作るためのモデムである。
【００３４】
次に２１０は静電容量式圧力測定装置２００の外部にあって、前記電流信号発生のための電源となる外部直流電源、２１１は同じく電流信号を電圧信号として捕えるための外部負荷抵抗（例えば４〜２０ｍＡを１〜５Ｖとして捕える場合は２５０Ωとなる）、２１２は同じくこの静電容量式圧力測定装置２００が外部ヘデータ送信する際の相手となる外部コミュニケータである。
【００３５】
図２は圧力差Ｐを測定する際における図１のマイコン２０５の要部の演算のフローを示し、３０１〜３１０はそのステップを示す。
まず、ステップ３０２ではマイコン２０５は時定数測定器２０２，Ａ／Ｄ変換器２０３，タイマカウンタ２０６を制御して、センサ静電容量ＣｌとＣ２にそれぞれ比例する時間Ｔｌ，Ｔ２を検出する。
【００３６】
次のステップ３０３では、上記の測定された時間Ｔｌ，Ｔ２とメモリ２０４に予め記憶してある時間定数Ｔｄ，Ｔａを用いて、前記の式（８）に相当する次式（１８）の演算を行う。
つまり、時間定数Ｔｄ，Ｔａはそれぞれ前記の式（４），（５）に示されるα，βに比例する定数で、式（１８）の値が式（８）と同様に圧力差Ｐに対し、線形となるように較正時に設定される値である。
【００３７】
【数１０】

次のステップ３０４では、センサ静電容量Ｃｌに相当する時間Ｔｌを逆算する。即ち、上記の式（１８）の線形化関数の演算結果ｆ及びメモリ２０４にある定数Ｔｄ，Ｔａ，Ｔ１０，ｆ０を用い、前記の式（１６）の既知圧力差Ｐｋ＝０としたものに相当する次式（１９）により、時間Ｔｌの逆算値ＴＩｃを求める。
【００３８】
【数１１】

なお、上記Ｔ１０，ｆ０は較正時に設定される値で、既知圧力差Ｐｋ＝０の時のＴｌ及びｆ、つまり式（１６）におけるＣ１（Ｐｋ）＝Ｃ１（０）及びｆ（Ｐｋ）＝ｆ（０）にそれぞれ相当する値である。
【００３９】
次のステップ３０５では、測定値Ｔ１と逆算値Ｔ１ｃの差を逆算値Ｔ１ｃで除した値の絶対値を精度判定値Ｅｃと比較し、該絶対値がＥｃ以下である場合はＴｌが正しく測定されたと判断し、次のステップ３０６を実行する。逆に、前記絶対値が精度判定値Ｅｃを超えている場合は、センサ静電容量Ｃ１に相当する時間Ｔｌがノイズ等の影響により正しく測定できなかったとし、異常処理のステップ３０９へ進む。
【００４０】
ここで、精度判定値Ｅｃは静電容量式圧力測定装置２００の精度（Ｔｌ，Ｔ２の測定精度、Ａ／Ｄ変換精度等）に応じて決定される値である。
次のステップ３０６では、センサ静電容量Ｃ２に相当する時間Ｔ２を逆算する。即ち、上記の式（１８）の線形化関数の演算結果ｆ及びメモリ２０４にある定数Ｔｄ，Ｔａ，Ｔ２０，ｆ０を用い、前記の式（１７）の既知圧力差Ｐｋ＝０としたものに相当する次式（２０）により、時間Ｔ２の逆算値Ｔ２ｃを求める。
【００４１】
【数１２】

なお、上記Ｔ２０は較正時に設定される値で、既知圧力差Ｐｋ＝０の時のＴ２、つまり式（１７）におけるＣ２（Ｐｋ）＝Ｃ２（０）に相当する値である。
次のステップ３０７では、測定値Ｔ２と逆算値Ｔ２ｃの差を逆算値Ｔ２ｃで除した値の絶対値を精度判定値Ｅｃと比較し、該絶対値がＥｃ以下である場合はＴ２が正しく測定されたと判断し、次のステップ３０８を実行する。逆に、前記絶対値が精度判定値Ｅｃを超えている場合は、センサ静電容量Ｃ２に相当する時間Ｔ２がノイズ等の影響により正しく測定できなかったとし、異常処理のステップ３０９へ進む。
【００４２】
次のステップ３０８では、センサ静電容量Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ相当する時間Ｔｌ，Ｔ２が正しく測定されたとし、線形化関数の出力ｆを更新する。従ってこの静電容量式圧力測定装置２００が出力する被測定圧力差も更新される。
しかし、異常処理のステップ３０９では、時間Ｔｌまたは（及び）Ｔ２が正しく測定できなかったとし、線形化関数出力ｆを更新せず前回の出力を保持する。従ってこの静電容量式圧力測定装置２００が出力する被測定圧力差も前回の出力値が保持される。
【００４３】
なお、図２においてステップ３０４〜３０７、３０９が、図１における出力突変防止手段２０５Ａの機能である。
（実施の形態２）
次に、図３ないし図５を用いて本発明の実施の形態２としての、請求項３，４に関わる発明の実施例を説明する。この実施の形態２では静電容量式圧力測定装置２００における計測時、マイコン２０５がセンサ静電容量の逆算値や被測定圧力差を算出する際に用いる前記Ｔｄ，Ｔａ，Ｔ１０，Ｔ２０，ｆ０等の定数類の値を、当該計測時点のセンサ２０１の温度に対応する値に補正し、圧力差の測定精度をより高めるものである。
【００４４】
図３は実施の形態２の１実施例としての静電容量式圧力測定装置の構成図である。上記温度補正の目的で図３においては図１（実施の形態１）に対して静電容量式圧力測定装置２００内にセンサ２０１の温度を検出するための温度検出器２１３が追加されている。この温度検出器２１３の検出値はマイコン２０５の制御によってＡ／Ｄ変換器２０３を介し、マイコン２０５に読込まれる。
【００４５】
図４は圧力差Ｐを測定するモードでの、図３のマイコン２０５の要部の演算フローで、３０１〜３１１はそのステップを示す。図４の処理は基本的には図２（実施の形態１）の処理と同様であるが異なるところは次の▲１▼，▲２▼である。
▲１▼図４ではステップ３１１が追加されており、マイコン２０５がステップ３０２でセンサ静電容量Ｃ１とＣ２に夫々比例する時定数Ｔ１，Ｔ２を測定した後、次のステップ３１１で定数Ｔｄ，Ｔａ，Ｔ１０，Ｔ２０，ｆ０の温度補正を行う。
【００４６】
▲２▼また図４では上記ステップ３１１の後段のステップ３０３，３０４，３０６の演算式に用いられている上記定数が、何れもステップ３１１で温度補正された値Ｔｄ（ｔ），Ｔａ（ｔ），Ｔ１０（ｔ），Ｔ２０（ｔ），ｆ０（ｔ）に置き換わっている。なお、ｔはセンサ静電容量Ｃ１とＣ２を測定した時点における温度検出器２１３の検出温度（つまりセンサ２０１の温度）を意味している。
【００４７】
図５は図４のステップ３１１におけるマイコン２０５の温度補正処理の詳細フローを示し、４０１〜４１０は図５のステップ番号である。
図５の例では予め較正時に、４つの異なるセンサ温度ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４（但しｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４とする）のもとでそれぞれ、既知の複数種類の圧力差を印加してそのつどセンサ静電容量Ｃ１，Ｃ２を測定し、前記の各センサ温度ｔｉ（ｉ＝１〜４）に対応する定数Ｔｄ（ｔｉ）、Ｔａ（ｔｉ）、Ｔ１０（ｔｉ）、Ｔ２０（ｔｉ）、ｆ０（ｔｉ）を、実施の形態１でのＴｄ，Ｔａ，Ｔ１０，Ｔ２０，ｆ０と同様に算出または測定し、メモリ２０４に記憶しておくものとする。
【００４８】
なお、定数Ｔｄ（ｔｉ）、Ｔａ（ｔｉ）はそれぞれセンサ温度ｔｉでの較正時に前記の式（１８）が圧力差Ｐに対し、線形となるように設定されるＴｄ、Ｔａの値であり、Ｔ１０（ｔｉ）、Ｔ２０（ｔｉ）はそれぞれセンサ温度ｔｉでの較正時に圧力差Ｐ＝０とした時のＴ１、Ｔ２の測定値である。さらにｆ０（ｔｉ）は前記の式（１８）に前記Ｔｄ（ｔｉ）、Ｔａ（ｔｉ）、Ｔ１０（ｔｉ）、Ｔ２０（ｔｉ）を代入して算出されたｆ０の値である。
【００４９】
そして、測定モードにおいては、その測定時のセンサ温度ｔに対応する定数Ｔｄ（ｔ），Ｔａ（ｔ），Ｔ１０（ｔ），Ｔ２０（ｔ），ｆ０（ｔ）を図５の手順により直線補間で求めるものである。
図５を説明すると、まずステップ４０２でマイコン２０５は温度検出器２１３を制御しセンサ温度ｔを測定する。
【００５０】
次のステップ４０３〜４０７で、直線補間の対象区間を定める、較正時の２点の温度ｔｉ，ｔｊを選択する。即ち、
ｔ＜ｔ２のとき：センサ温度ｔｉ＝ｔ１（つまりｉ＝１）とｔｊ＝ｔ２（つまりｊ＝２）の区間での直線補間とする（ステップ４０４）。
ｔ２≦ｔ＜ｔ３のとき：センサ温度ｔｉ＝ｔ２（つまりｉ＝２）とｔｊ＝ｔ３（つまりｊ＝３）の区間での直線補間とする（ステップ４０６）。
【００５１】
ｔ３≦ｔのとき：センサ温度ｔｉ＝ｔ３（つまりｉ＝３）とｔｊ＝ｔ４（つまりｊ＝４）の区間での直線補間とする（ステップ４０７）。
次のステップ４０８では直線補間の傾きとなるＫ（ｔ）を次式（２１）によって算出する。
【００５２】
【数１３】
Ｋ（ｔ）＝（ｔ−ｔｉ）／（ｔｊ−ｔｉ） ・・・（２１）
最後に、ステップ４０９で各定数Ｔｄ（ｔ）、Ｔａ（ｔ）、Ｔ１０（ｔ）、Ｔ２０（ｔ）、ｆ０（ｔ）を直線補間により、それぞれ次式（２２）〜（２６）を用いて算出する。
【００５３】
【数１４】
Ｔd(t)＝Ｔd(ti) ＋Ｋ(t) ・｛Ｔd(tj) −Ｔd(ti) ｝ ・・・（２２）
Ｔa(t)＝Ｔa(ti) ＋Ｋ(t) ・｛Ｔa(tj) −Ｔa(ti) ｝ ・・・（２３）
Ｔ10(t) ＝Ｔ10(ti)＋Ｋ(t) ・｛Ｔ10(tj)−Ｔ10(ti)｝ ・・・（２４）
Ｔ20(t) ＝Ｔ20(ti)＋Ｋ(t) ・｛Ｔ20(tj)−Ｔ20(ti)｝ ・・・（２５）
ｆ0(t)＝ｆ0(ti) ＋Ｋ(t) ・｛ｆ0(tj) −ｆ0(ti) ｝ ・・・（２６）
上述した例は一実施例であり、４つの温度ｔ１〜ｔ４の内の２つの温度により直線補間を行っているが、直線補間の他に例えば５つの温度により４次曲線補間を行うというようなことも可能である。
【００５４】
図４のステップ３０３から３１０までの処理は、定数としてＴｄ，Ｔａ，Ｔ１０，Ｔ２０，ｆ０に代わりＴｄ（ｔ）、Ｔａ（ｔ）、Ｔ１０（ｔ）、Ｔ２０（ｔ）、ｆ０（ｔ）を用いる点以外は図２と同じであり説明を省略する。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１，２に関わる発明によれば、圧力差の測定時に測定されたセンサ静電容量Ｃ１（Ｐ），Ｃ２（Ｐ）を用いて線形化関数ｆ（Ｐ）を求めたのち被測定圧力差Ｐを演算出力する前に、この線形化関数ｆ（Ｐ）の値、またはその元となる測定されたセンサ静電容量Ｃ１（Ｐ）およびＣ２（Ｐ）と、予め較正時に既知の圧力差Ｐｋを用いて求め、記憶したセンサ静電容量Ｃ１（Ｐｋ），Ｃ２（Ｐｋ），線形化関数ｆ（Ｐｋ）値等とを用い、測定されたセンサ静電容量Ｃ１（Ｐ）または（及び）Ｃ２（Ｐ）の逆算値を求め、この逆算値とこれに対応する実際の測定値との差が許容範囲内にあるか否かで、測定が正常であったか否かを判定し、測定が正常の場合のみ被測定圧力差（Ｐ）を出力更新するようにしたので、
ノイズ等の影響により測定が正しく行えなかった場合に発生し得る出力突変を回避することができる。また、実際に大きな圧力変動が発生した場合であっても応答性を損なうことなく圧力差Ｐに応じた出力をする静電容量式圧力測定装置を得ることができる。
【００５６】
また請求項３，４に関わる発明によれば、センサの温度（ｔ）を検出する温度検出器２１３を設け、測定時に、被測定圧力差の算出および被測定圧力差静電容量の逆算に用いる演算用定数類（Ｔｄ、Ｔａ、Ｔ１０、Ｔ２０、ｆ０など）をそれぞれ、較正時に記憶した所定の複数点のセンサ温度別の演算用定数類のデータからの補間によって、当該の被測定圧力差の計測時点のセンサ温度に対応する値に温度補正するようにしたので、圧力差測定の精度をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１，２に関わる発明の１実施例としての静電容量式圧力測定装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の静電容量式圧力測定装置の測定時の要部動作を示すフローチャート
【図３】請求項３，４に関わる発明の１実施例としての静電容量式圧力測定装置の構成図
【図４】図３の静電容量式圧力測定装置の測定時の要部動作を示すフローチャート
【図５】図４の温度補正の詳細手順を示すフローチャート
【図６】図１のセンサの説明図
【符号の説明】
１（１Ａ，１Ｂ） ダイヤフラム（可動電極）
３，４ 固定電極
Ｃ１，Ｃ２ センサ静電容量
２００ 静電容量式圧力測定装置
２０１ センサ
２０２ 時定数測定器
２０３ Ａ／Ｄ変換器
２０４ メモリ
２０５ マイコン
２０５Ａ 出力突変防止手段
２０６ タイマカウンタ
２０７ Ｄ／Ａ変換器
２０８ モデム
２０９ Ｖ／Ｉ変換器
２１０ 外部直流電源
２１１ 外部負荷抵抗
２１２ 外部コミュニケータ
２１３ 温度検出器

Claims (4)

1. その膜面両側の圧力差に比例して変位し該膜面を可動電極の電極面とする平膜状のダイヤフラムと、該ダイヤフラムの両面側にそれぞれ、その電極面が互いに同面積で、ダイヤフラムの膜面に平行に且つほぼ同距離で対向するように設けられた第１，第２の固定電極とを持つセンサ、
   このセンサの第１の固定電極と可動電極との間に形成される静電容量としての第１の静電容量と、同じく第２の固定電極と可動電極との間に形成される静電容量としての第２の静電容量とを測定する静電容量測定手段を備え、
   第１の静電容量から可動電極の変位によって変化しない所定の浮遊静電容量成分を差し引いた第１の可変静電容量成分と、第２の静電容量から可動電極の変位によって変化しない所定の浮遊静電容量成分を差し引いた第２の可変静電容量成分との差を、第１の可変静電容量成分と第２の可変静電容量成分との和で除してなる線形化関数の値が前記圧力差を変数として線形に変化するとする関係を示す式に対して、
   予め較正時に、既知の圧力差を前記ダイヤフラムに加え前記静電容量測定手段を介し第１，第２の静電容量（以下既知圧力差静電容量という）を測定することを、複数種類の圧力差について行った測定結果を当てはめて算出された、前記関係式に含まれる各種の定数を記憶し、
   測定時に、被測定圧力差の前記ダイヤフラムへの印加のもとで前記静電容量測定手段を介して測定した第１，第２の静電容量（以下被測定圧力差静電容量という）と前記の予め記憶した定数とを用いて前記の関係式から被測定圧力差を算出し出力する静電容量式圧力測定装置において、
   前記の較正時に、所定の１種類の既知の圧力差の印加のもとで測定された第１および第２の既知圧力差静電容量、またはこの第１もしくは第２の既知圧力差静電容量およびこの２つの既知圧力差静電容量を用いて演算された線形化関数の値を少なくとも追加記憶すると共に、
   前記の測定時に、測定された前記第１および第２の被測定圧力差静電容量、またはこの２つの被測定圧力差静電容量を用いて演算された線形化関数の値と、前記較正時に追加記憶した２つの既知圧力差静電容量、または１つの既知圧力差静電容量および線形化関数の値とを少なくとも用いて、第１または（及び）第２の被測定圧力差静電容量に相当する値を逆算し、
   この逆算値とこれに対応する第１または第２の被測定圧力差静電容量との差のいずれかが所定の許容差を越えるときは、当該の測定が正しく行われなかったとして当該の被測定圧力差を出力しないようにする出力突変防止手段を備えたことを特徴とする静電容量式圧力測定装置。
2. 請求項１に記載の静電容量式圧力測定装置において、
   前記所定の１種類の既知の圧力差を０としたことを特徴とする静電容量式圧力測定装置。
3. 請求項１または２に記載の静電容量式圧力測定装置において、
   前記センサの温度を検出する手段を備え、
   前記の測定時に、被測定圧力差の算出および被測定圧力差静電容量の逆算に用いる、前記の較正時に記憶した各種の定数、既知圧力差静電容量、線形化関数値等（以下これらを一括して演算用定数類とよぶ）がそれぞれ、当該の被測定圧力差の計測時点のセンサ温度に対応する値に温度補正されることを特徴とする静電容量式圧力測定装置。
4. 請求項３に記載の静電容量式圧力測定装置において、
   前記の較正時に、前記演算用定数類はそれぞれ所定の複数点のセンサ温度別に記憶され、この記憶された演算用定数類からの補間によって前記温度補正された演算用定数類の値が求められることを特徴とする静電容量式圧力測定装置。

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