JPH0120647Y2 - - Google Patents

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JPH0120647Y2
JPH0120647Y2 JP1982147778U JP14777882U JPH0120647Y2 JP H0120647 Y2 JPH0120647 Y2 JP H0120647Y2 JP 1982147778 U JP1982147778 U JP 1982147778U JP 14777882 U JP14777882 U JP 14777882U JP H0120647 Y2 JPH0120647 Y2 JP H0120647Y2
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、圧力、差圧等の被測定量に対応して
容量が差動的に変化する一対の可変コンデンサを
センサとして用い、被測定量を電気信号に変換す
る容量式変換装置の改良に関する。
従来の容量式変換装置の一例を第1図に示す。
第1図において、被測定量に応じて容量が差動的
に変化するセンサ部10の一対の可変コンデンサ
C1,C2には1次巻線n1と2次巻線n2,n3を有する
トランスTを介して発振器20の発振出力が与え
られているので、それぞれの容量に応じた交流電
流i1,i2が流れる。交流電流i1,i2は整流用ダイオ
ードD1,D2,D3,D4および平滑用コンデンサ
Cf0,Cf1,Cf2によつて整流平滑される。したが
つて、抵抗r0には交流電流i1,i2の差すなわち容
量C1,C2の差に対応した平均値電流I0が流れ、ま
た抵抗r1,r2にはそれぞれ交流電流i1,i2に対応
した平均値電流I1,I2が図示の極性で流れる。さ
らに抵抗r1,r2は抵抗r3,r4とともに直流電源Er
に直列に接続され、基準の直流電流Isが前記平均
値電流I1,I2とは逆方向に供給されている。よつ
て抵抗r1,r2の直列回路の両端には、平均値電流
I1,I2の和電流と基準の直流電流Isの差に対応し
た電圧が生じ、この差電圧が差動増幅器Aに加え
られる。差動増幅器Aは前記差電圧が零になるよ
うに発振器20の電源電圧を制御し、発振出力の
振幅や周波数等の影響を除去して抵抗r0の両端に
次式に示す如き出力電圧V0を得ている。
V0=C1−C2/C1+C2Isr0 ……(1) 一方、センサ部10の可変コンデンサC1,C2
は、被測定量に応じて変位する可動電極11と、
この可動電極11に対向配置された2個の固定電
極12,13とで形成されており、これら電極は
ケース14に収納されている。そして可動電極1
1と固定電極12間の容量および可動電極11と
固定電極13間の容量は、可動電極11の変位量
xに対し、x=0のときの初期容量をC0、可動
電極11と固定電極12,13間の基準間隔をd
とすると、C0d/d−xおよびC0d/d+xで表わさ れる。ところで、可動電極11とケース14が接
地されているため、固定電極12とケース14間
および固定電極13とケース14間にそれぞれ固
定容量Csがある。したがつて、一対の可変コンデ
ンサC1,C2の容量はそれぞれ次式で与えられる。
C1=C0d/d−x+Cs ……(2) C2=C0d/d+x+Cs ……(3) よつて、出力電圧V0は、 V0=x/d・1/1+Cs/Cp・d2−x2/d2・Isr0……
(4) となり、固定容量CSによる影響を受け、直線性が
悪かつた。
そこで、補償用コンデンサを設け、この補償用
コンデンサにも発振器出力を与え、その容量に応
じた交流電流を整流平滑して補償電流を得、この
補償電流を基準電流に加えることによつて、固定
容量Csの影響を除去するようにしたものもある
が、この場合も補償用コンデンサとして固定容量
と温度係数の同じものを用いないと誤差になる欠
点があつた。
本考案は、被測定量に応じて変位する可動電極
とこの可動電極に対向配置された第1、第2の固
定電極とで一対の可変コンデンサを形成し、これ
ら一対の可変コンデンサを収納するケースと前記
可動電極とが接地されているセンサ部を用いたも
のにおいて、前記第1、第2の固定電極をそれぞ
れトランスの第1、第2の2次巻線を介して第
1、第2の反転形増幅整流回路を形成する第1、
第2の演算増幅器の反転入力端子に接続するとと
もに、前記センサ部のケースと第1、第2の固定
電極との間に第1、第2のシールドを設け、これ
ら第1、第2のシールドをそれぞれ前記第1、第
2の演算増幅器の反転入力端子に接続することに
よつて、センサ部の固定容量の影響を有効に除去
できる容量式変換装置を実現したものである。
第2図は本考案装置の一実施例を示す接続図で
ある。第2図において、10はセンサ部、20は
発振器、30,40はそれぞれ反転形増幅整流回
路、50は積分器、60は電流電圧変換回路であ
る。
センサ部10には、固定電極12とケース14
との間にシールド15が、固定電極13とケース
14との間にシールド16がそれぞれ設けられて
いる。センサ部10の固定電極12はトランスT
の2次巻線n2を介して反転形増幅整流回路30を
形成する演算増幅器P1の反転入力端子(−)
に、また固定電極13はトランスTの2次巻線n3
を介して反転形増幅整流回路40を形成する演算
増幅器P2の反転入力端子(−)にそれぞれ接
続されている。またシールド15,16も演算増
幅器P1,P2の反転入力端子(−)に接続さ
れている。センサ部10の可動電極11はコンデ
ンサC0を介して回路コモンに接続されている。
反転形増幅整流回路30は、P1の出力をP1
の反転入力端子(−)に帰環するためのダイオー
ドD1と抵抗R1の直列回路およびD1とは逆極性に
接続されたダイオードD2と抵抗R2の直列回路と
を有しており、入力された交流電流を整流し、互
いに逆方向の整流電流Ia1,Ia2を抵抗R5,R6に流
す。反転形増幅整流回路40は、P2の出力を
OP2の反転入力端子(−)に帰還するためのダ
イオードD3と抵抗R3の直列回路およびD3とは逆
極性に接続されたダイオードD4と抵抗R4の直列
回路とを有しており、入力された交流電流を整流
し、同方向の整流電流Ib1,Ib2を抵抗R7,R8に流
す。またP1,P2の非反転入力端子(+)は
共に回路コモンに接続されている。したがつて、
OP1,P2は反転入力端子(−)を常に回路コ
モンの電位に保つている。反転形増幅整流回路3
0の抵抗R5を流れる整流電流Ia1が積分器50に、
R6を流れる整流電流Ia2が電流電圧変換回路60
にそれぞれ与えられる。反転形増幅整流回路40
の抵抗R7を流れる整流電流Ib1が積分器50に前
記電流Ia1と同方向に与えられ、R8を流れる整流
電流Ib2が電流電圧変換回路60に前記電流Ia2
は逆方向に与えられる。積分器50は演算増幅器
OP3とその帰還回路に接続された積分コンデン
サCIとからなり、その入力端子(−)に与えられ
る整流電流Ia1とIb1の和と、これら電流とは逆方
向に基準電圧源Erから抵抗R9を介して与えられ
る基準電流Irとを加算積分し、その出力で発振器
20を制御する。電流電圧変換回路60は演算増
幅器P4とその帰還回路に接続された抵抗R0
からなり、その入力端子(−)に与えられる整流
電流Ia2とIb2との差を出力電圧E0に変換する。
このように構成した本考案において、発振器2
0の発振出力がトランスTの1次巻線n1に与えら
れると、2次巻線n2,n3に誘起する電圧が可動電
極11と固定電極12間の容量(C0d/d−x)お よび可動電極11と固定電極13間の容量(C0
d/d+x)に印加されるとともに、固定電極12 とシールド15間の容量Cg1および固定電極13
とシールド16間の容量Cg2にも印加されるが、
シールド15,16がそれぞれP1,P2の反
転入力端子(−)に接続されているので、Cg1
流れる電流i′1はn2−固定電極12−シールド15
−n2の経路をとり、Cg2を流れる電流i′2はn3−固
定電極13−シールド16−n3の経路をとり、そ
れぞれ反転形増幅整流回路30,40には流れな
い。したがつて反転形増幅整流回路30は可動電
極11と固定電極12間の容量(C0d/d−x)の みに関連した交流電流i1を増幅整流して、抵抗
R5,R6にそれぞれ整流電流Ia1,Ia2を流す。また
反転形増幅整流回路40は可動電極11と固定電
極13間の容量(C0d/d+x)のみに関連した交 流電流i2を増幅整流して、抵抗R7,R8にそれぞれ
整流電流Ib1,Ib2を流す。ここで、トランスTの
2次巻線n2,n3間に発生する交流電圧の波高値を
EB、周期をTとし、かつC0≫C1,C2,R1=R5
R2=R6,R3=R7,R4=R8,n2=n3とすると、整
流されて得られる電流の平均値Ia1,Ia2,Ib1
Ib2はそれぞれ次式で与えられる。
Ia=Ia1=Ia2=1/T・2EB・C0d/d−x(5) Ib=Ib1=Ib2=1/T・2EB・C0d/d+x(6) そして積分器50はその入力電流が零になるよ
うに発振器20の発振出力を制御するので、 1/T・2EBC0d(1/d−x+1/d+x)=Ir (7) が成立する。よつて、Ia,Ibは次式の如く表わす
ことができる。
Ia=d+x/2d・Ir ……(8) Ib=d−x/2d・Ir ……(9) IaとIbの差を電圧に変換する電流電圧変換回路
60の出力電圧E0は、 E0=R0(Ia−Ib)=x/d・R0・Ir となり、可動電極11の変位量xすなわち被測定
量に正確に対応したものとなる。
なお、図示の如くトランスTの2次巻線n2,n3
が接続される点A,BにシールドS1,S2と設け、
このシールドS1,S2もP1,P2の反転入力端
子(−)に接続すれば、A点と回路コモン間のス
トレイ容量およびB点と回路コモン間のストレイ
容量の影響も有効に除去できる。
以上説明したように本考案では、被測定量に応
じて変位する可動電極とこの可動電極に対向配置
された第1、第2の固定電極とで一対の可変コン
デンサを形成し、これら一対の可変コンデンサを
収納するケースと前記可動電極とが接地されてい
るセンサ部を用いたものにおいて、前記第1、第
2の固定電極をそれぞれトランスの第1、第2の
2次巻線を介して第1、第2の反転形増幅整流回
路を形成する第1、第2の演算増幅器の反転入力
端子に接続するとともに、前記センサ部のケース
と第1、第2の固定電極との間に第1、第2のシ
ールドを設け、これら第1、第2のシールドもそ
れぞれ前記第1、第2の演算増幅器の反転入力端
子に接続しているので、センサ部の固定容量の影
響を有効に除去できる容量式変換装置が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の一例を示す接続図、第2図
は本考案装置の一実施例を示す接続図である。 10……センサ部、20……発振器、30,4
0……反転形増幅整流回路、50……積分器、6
0……電流電圧変換回路、T……トランス、11
……可動電極、12,13……固定電極、14…
…ケース、15,16……シールド。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 被測定量に応じて変位する可動電極とこの可動
    電極に対向配置された第1、第2の固定電極とで
    一対の可変コンデンサを形成し、これら一対の可
    変コンデンサを収納するケースと前記可動電極と
    が接地されているセンサ部と、前記第1の固定電
    極をトランスの第1の2次巻線を介して第1の反
    転形増幅整流回路を形成する第1の演算増幅器の
    反転入力端子に接続する手段と、前記第2の固定
    電極をトランスの第2の2次巻線を介して第2の
    反転形増幅整流回路を形成する第2の演算増幅器
    の反転入力端子に接続する手段と、前記第1、第
    2の演算増幅器の非反転入力端子を基準点に接続
    する手段と、前記トランスの1次巻線に発振出力
    を印加する発振器と、前記第1、第2の反転形増
    幅整流回路の出力電流の和と基準電流との差を積
    分し、その積分結果で前記発振器を制御する積分
    器と、前記第1、第2の反転形増幅整流回路の出
    力電流の差を出力電圧に変換する電流電圧変換回
    路とを有する容量式変換装置であつて、 前記センサ部のケースと第1、第2の固定電極
    との間に第1、第2のシールドを設け、これら第
    1、第2のシールドをそれぞれ前記第1、第2の
    演算増幅器の反転入力端子に接続したことを特徴
    とする容量式変換装置。
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JPS5952408U JPS5952408U (ja) 1984-04-06
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5331441B2 (ja) * 1974-05-08 1978-09-02
JPS5733316A (en) * 1980-08-08 1982-02-23 Yokogawa Hokushin Electric Corp Differential electrostatic capacity type sensor

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