JPH0128323B2 - - Google Patents
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- JPH0128323B2 JPH0128323B2 JP8974580A JP8974580A JPH0128323B2 JP H0128323 B2 JPH0128323 B2 JP H0128323B2 JP 8974580 A JP8974580 A JP 8974580A JP 8974580 A JP8974580 A JP 8974580A JP H0128323 B2 JPH0128323 B2 JP H0128323B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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- G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
- G01D5/2417—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying separation
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、圧力、張力等の物理量変化に基ずく
物理的変位を、電気信号へ変換する容量式変位変
換装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a capacitive displacement converting device that converts physical displacement based on changes in physical quantities such as pressure and tension into electrical signals.
かゝる変位変換装置は、各種プロセスの流量ま
たは圧力等を検出し、電気信号へ変換のうえ、遠
隔の受信部等へ検出結果を伝送する場合等に用い
られており、回路構成を簡略化し製造コストを低
減するものとして、本出願人の別途出願による
「変位変換装置」(特願昭55−29246号)が提案さ
れている。 Such displacement converters are used to detect flow rates or pressures in various processes, convert them into electrical signals, and transmit the detection results to a remote receiver, etc., and simplify the circuit configuration. In order to reduce manufacturing costs, a "displacement converting device" (Japanese Patent Application No. 1982-29246) has been proposed, which was filed separately by the present applicant.
しかし、一般に使用されている容量式センサに
は、固定電極と可動電極との間に介在する不変成
分としての分布容量および、固定電極ならびに可
動電極とケースとの間に介在する分布容量が存在
し、これらの分布容量により変換特性が非直線的
となる問題を生じている。 However, in commonly used capacitive sensors, there is a distributed capacitance as an invariant component that exists between the fixed electrode and the movable electrode, and a distributed capacitance that exists between the fixed electrode, the movable electrode, and the case. , these distributed capacitances cause a problem in which the conversion characteristics become non-linear.
本発明は、従来のかゝる問題点を根本的に解消
する目的を有し、回路構成が簡単であると共に、
想定し得るすべての分布容量による影響を排除す
ることのできる極めて効果的な、容量式変位変換
装置を提供するものである。 The present invention has the purpose of fundamentally solving such problems in the conventional art, and has a simple circuit configuration.
The present invention provides a highly effective capacitive displacement transducer that can eliminate all conceivable distributed capacitance effects.
以下、実施例を示す図によつて本発明の詳細を
説明するが、まず、本発明の前提事項について説
明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to figures showing examples, but first, the premises of the present invention will be described.
第1図は、単一容量形センサの一例を示す断面
図であり、ケースFの中に固定電極SPおよび可
動電極MPが収納され、可動電極MPへ検出すべ
き物理的変位に応じた機械的変位力Pが印加され
ると可動電極MPが移動するため、両電極SP、
MP間の静電容量C1が変化するものとなつてい
る。 FIG. 1 is a sectional view showing an example of a single capacitance type sensor, in which a fixed electrode SP and a movable electrode MP are housed in a case F, and a mechanical When the displacement force P is applied, the movable electrode MP moves, so both electrodes SP,
The capacitance C 1 between MPs is changed.
第2図は、分布容量の存在を考慮した第1図の
等価回路であり、固定電極SPとケースFとの間
の分布容量CS1および、可動電極MPとケースF
との間の分布容量CS2が介在するものとなつてお
り、これらの存在を考慮したうえで、変換装置を
構成する必要性が示されている。 Figure 2 is an equivalent circuit of Figure 1 taking into consideration the existence of distributed capacitance, and shows the distributed capacitance C S1 between the fixed electrode SP and case F, and the distributed capacitance C S1 between the fixed electrode SP and case F, and the distributed capacitance C S1 between the fixed electrode SP and case F.
There is a distributed capacitance C S2 between the two, and it is shown that it is necessary to configure the conversion device by taking this existence into consideration.
第3図は、第1発明の実施例を示す回路図であ
り、第2図によつて示される等価回路の単一容量
形センサに対して適用されるものとなつている。 FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the first invention, which is applied to the single capacitance type sensor of the equivalent circuit shown in FIG.
すなわち、FET(Field Effect Transistor・)
Q1〜Q4によつて構成されたCMOS
(Complementary Metal Oxide
Semiconductor・)形の第1および第2インバー
タG1,G2は、互に縦続接続されていると共に、
第2インバータG2の出力と第1インバータG1の
入力との間へ、静電容量として単一容量形センサ
CSが直列に挿入されており、第1インバータG1
の入出力間には定値電流制限回路CCが接続され
ている。 In other words, FET (Field Effect Transistor)
CMOS configured by Q 1 ~ Q 4
(Complementary Metal Oxide
The first and second Semiconductor type inverters G 1 and G 2 are cascade-connected to each other, and
A single capacitance type sensor as a capacitance between the output of the second inverter G 2 and the input of the first inverter G 1
CS is inserted in series, and the first inverter G 1
A constant value current limit circuit CC is connected between the input and output of.
こゝで縦続接続された第1、第2インバータ
G1,G2は増幅手段を形成しており、インバータ
G2の出力から静電容量への接続は、インバータ
G1の入力点の信号と同相の増幅手段出力を帰還
する帰還手段を形成する。 The first and second inverters connected in cascade here
G 1 and G 2 form an amplification means and are connected to an inverter.
The connection from the output of G 2 to the capacitance is connected to the inverter.
A feedback means is formed to feed back the output of the amplifying means that is in phase with the signal at the input point of G1 .
又定値電流制限回路は、G1の入力点の信号と
は逆相の増幅手段出力と入力点との間に接続され
ることを要件とするものである。 Further, the constant value current limiting circuit is required to be connected between the input point and the output of the amplifying means having a phase opposite to that of the signal at the input point of G1 .
従つてG1としてオペレーシヨナルアンプ又は
シユミツトトリガ等の非反転増幅器を用いてその
出力を静電容量に帰還すると共にその増幅器出力
をインバータで受け、このインバータ出力とG1
の入力点との間に定値電流制限回路を設ける構成
とすることも可能である。 Therefore, an operational amplifier or a non-inverting amplifier such as a Schmitt trigger is used as G1 , and its output is fed back to the capacitance, and the amplifier output is received by an inverter, and the inverter output and G1 are
It is also possible to provide a configuration in which a constant value current limiting circuit is provided between the input point and the input point.
第4図は、定値電流制限回路CCの一例を示す
回路図であり、FET・Q5,Q6のドレイン・ソー
ス間を直列に接続のうえ、抵抗器R1,R2へ通ず
る電流によつて生ずる抵抗器R1,R2の端子電圧
をゲートへ負帰還として与え、双方向性の定値電
流制限回路を構成している。 Figure 4 is a circuit diagram showing an example of a constant value current limiting circuit CC, in which the drains and sources of FETs Q 5 and Q 6 are connected in series, and the current flowing through resistors R 1 and R 2 is The resulting terminal voltages of the resistors R 1 and R 2 are fed to the gate as negative feedback to form a bidirectional constant value current limiting circuit.
尚定値電流制限回路は上記構成の他に一対の単
方向の定値電流制限回路を逆並列接続した構成で
も良く、又一方向のみを定値電流制限回路で構成
し他方向をダイオード等のスイツチング素子で構
成することも可能である。 In addition to the configuration described above, the constant value current limiting circuit may also have a configuration in which a pair of unidirectional constant value current limiting circuits are connected in antiparallel, or only one direction may be configured with a constant value current limiting circuit and the other direction may be configured with a switching element such as a diode. It is also possible to configure
また、各インバータG1,G2は、CMOS形を用
いることにより、電源電圧Eとほゞ等しい波高値
の出力を生ずるものとなつており、単一容量形セ
ンサCSの静電容量C1に応じた周期により発振動
作が行なわれる。 Furthermore, by using CMOS type inverters, each inverter G 1 and G 2 produces an output with a peak value that is almost equal to the power supply voltage E, and the capacitance C 1 of the single capacitance type sensor CS The oscillation operation is performed at a corresponding period.
すなわち、第3図における各部の波形を第5図
に示すとおり、第2インバータG2が出力Aを
“H”(高レベル)とし、電圧+Eを生じていると
きには、その立上りにより静電容量C1と分布容
量CS2との直列回路が急速に充電され、分布容量
CS2の端子電圧が急激に一定電圧へ達することに
より、第5図Bのとおりほゞ垂直に立上る。 That is, as shown in FIG. 5, which shows the waveforms of each part in FIG. 1 and the distributed capacitance C S2 is rapidly charged and the distributed capacitance
As the terminal voltage of C S2 suddenly reaches a constant voltage, it rises almost vertically as shown in Figure 5B.
なお、このときの充電動作においては、第2イ
ンバータG2の出力インピーダンスが極めて小さ
いため、分布容量CS1の存在が無関係となる。 Note that in the charging operation at this time, since the output impedance of the second inverter G2 is extremely small, the existence of the distributed capacitance C S1 becomes irrelevant.
また、このとき、端子Cに入力の接続された第
1インバータG1の出力Cは“L”(低レベル)に
なつていると共に、第1インバータG1の入出力
間に定値電流制限回路CCが接続されているため、
分布容量CS2の充電々荷は定値電流制限回路CCお
よび第1インバータG1の出力インピーダンスを
介して直ちに放電を開始するが、この放電々流が
定値電流制限回路CCにより一定電流値に規制さ
れることにより、直線的に出力Bが低下する。 Also, at this time, the output C of the first inverter G1 whose input is connected to the terminal C is "L" (low level), and the constant current limiter CC is connected between the input and output of the first inverter G1 . is connected, so
The charge in the distributed capacitor C S2 immediately starts discharging via the constant value current limiting circuit CC and the output impedance of the first inverter G1 , but this discharge current is regulated to a constant current value by the constant value current limiting circuit CC. As a result, the output B decreases linearly.
出力Bが、第1インバータG1の出力が反転す
るスレシホールドレベルVTHまで低下すると、第
1インバータG1の出力Cが“H”へ転じ、これ
によつて第2インバータG2の出力Aは“L”と
なるため、分布容量CS2の残留電荷が静電容量C1
を介して急速に放電し、出力Bが垂直に低下した
後、出力Cの“H”により、定値電流制限回路
CCを経る定電流によつて分布容量CS2が充電され
るものとなり、出力Bが直線的に上昇する。 When the output B decreases to the threshold level V TH at which the output of the first inverter G 1 is inverted, the output C of the first inverter G 1 changes to “H”, thereby causing the output of the second inverter G 2 to change to “H”. Since A becomes “L”, the residual charge of the distributed capacitance C S2 becomes the capacitance C 1
After the output B drops vertically due to rapid discharge through the
The distributed capacitance C S2 is charged by the constant current passing through CC, and the output B increases linearly.
出力BがスレシホールドレベルVTHに達する
と、第1インバータG1の出力Cが“L”へ転じ、
これによつて第2インバータG2の出力Aは“H”
となるため、再び第2インバータG2からの充電
が行なわれ、以上の動作を反復する。 When the output B reaches the threshold level VTH , the output C of the first inverter G1 changes to "L",
As a result, the output A of the second inverter G2 becomes "H".
Therefore, charging is performed again from the second inverter G2 , and the above operation is repeated.
こゝで、スレシホールドレベルVTHを基準とし
た分布容量CS2の端子電圧変化e1は、充電時に、
静電容量C1と分布容量CS2とのインピーダンス比
によつて、第2インバータG2の出力波高値Eを
分圧したものとなるため、次式によつて示され
る。 Here, the terminal voltage change e 1 of the distributed capacitance C S2 with reference to the threshold level V TH is as follows:
Since the output peak value E of the second inverter G 2 is divided by the impedance ratio between the capacitance C 1 and the distributed capacitance C S2 , it is expressed by the following equation.
e1=C1/C1+CS2・E ………(1)
また、端子電圧変化e1がスレシホールドレベル
VTHまで減少するのに必要とする時間t1は、定値
電流制限回路CCにより規制される一定値の放
電々流をiとすれば、次式のものとなる。 e 1 = C 1 / C 1 + C S2・E (1) Also, the terminal voltage change e 1 is the threshold level
The time t 1 required for the voltage to decrease to V TH is expressed by the following equation, where i is the constant value of the discharge current regulated by the constant value current limiting circuit CC.
i・t1=e1(C1+CS2) ………(2)
(1)、(2)式からt1を求めると、
t1=C1・E/i ………(3)
なお、充放電が反復される中に、分布容量CS2
には、スレシホールドレベルVTHに応じた電荷が
基準電位として定められ、これを中心として充放
電が行なわれるため、充電側の端子電圧変化e1と
放電側の端子電圧変化e2とは等しくなり、この端
子電圧変化e2分の充電を定値電流制限回路CCに
よる一定値の電流iによつて行なうことにより、
充電所要時間t2もt1と等しくなつて次式が成立す
る。 i・t 1 = e 1 (C 1 + C S2 ) ………(2) Calculating t 1 from equations (1) and (2), t 1 = C 1・E/i ………(3) , during repeated charging and discharging, the distributed capacitance C S2
, a charge corresponding to the threshold level V TH is determined as the reference potential, and charging and discharging are performed around this, so the terminal voltage change e 1 on the charging side and the terminal voltage change e 2 on the discharging side are By charging this terminal voltage change e for 2 minutes with a constant current i from the constant current limiting circuit CC,
The required charging time t 2 is also equal to t 1 and the following equation holds true.
t1=t2 ………(4)
したがつて、発振周波数fは次式によつて示さ
れる。 t 1 =t 2 (4) Therefore, the oscillation frequency f is expressed by the following equation.
f=1/t1+t2=i/2・C1・E ………(5)
また、電流iおよび電源電圧E等により定まる
定数をKとすれば、
f=1/C1・K ………(6)
となり、発振周波数fは静電容量C1に対応した
ものとなるため、分布容量CS1,CS2の影響が排除
される。 f = 1/t 1 + t 2 = i/2・C 1・E ………(5) Also, if K is a constant determined by the current i, power supply voltage E, etc., then f=1/C 1・K … ...(6) Since the oscillation frequency f corresponds to the capacitance C 1 , the influence of the distributed capacitances C S1 and C S2 is eliminated.
なお、静電容量C1と並列な分布容量CS3が存在
する場合には、これと等しい静電容量を有する補
償用のコンデンサCcpを、定値電流制限回路CCと
並列に接続すれば、充電時に分布容量CS3に対す
る補償充電がコンデンサCcpにより行なわれるた
め、後述のとおり分布容量CS3の影響も排除され
る。 Note that if there is a distributed capacitance C S3 in parallel with the capacitance C 1 , charging can be achieved by connecting a compensating capacitor C cp with the same capacitance in parallel with the constant current limiter CC. Since compensatory charging for the distributed capacitance C S3 is sometimes performed by the capacitor C cp , the influence of the distributed capacitance C S3 is also eliminated as described later.
第6図は、第2発明および第3発明の前提とな
る差動容量形センサの概念図であり、固定電極
SP1,SP2間に設けた可動電極MPが、検出すべ
き物理的変位に応じた機械的変位にしたがつて固
定電極SP1,SP2間を移動するため、これらによ
つて形成される第1および第2静電容量C1,C2
が差動的に変化するものとなつている。 FIG. 6 is a conceptual diagram of a differential capacitance type sensor that is the premise of the second and third inventions, and shows a fixed electrode
Since the movable electrode MP provided between SP 1 and SP 2 moves between the fixed electrodes SP 1 and SP 2 according to the mechanical displacement corresponding to the physical displacement to be detected, the First and second capacitance C 1 , C 2
is now changing differentially.
第7図は、分布容量の存在を考慮した第6図の
等価回路であり、固定電極SP1,SP2とケースと
の間の分布容量CSG1,CSG2が端子A,Bとアース
との間に介在すると共に、可動電極MPとケース
との間の分布容量CSG0が端子Cとアースとの間に
介在する一方、端子A−CおよびB−C間には第
1および第2静電容量C1,C2と並列な分布容量
CSP1,CSP2が存在するものとなつている。 Figure 7 is an equivalent circuit of Figure 6 that takes into consideration the presence of distributed capacitance, and the distributed capacitances C SG1 and C SG2 between the fixed electrodes SP 1 and SP 2 and the case are the same as those between the terminals A and B and the ground. A distributed capacitance C SG0 between the movable electrode MP and the case is interposed between the terminal C and the ground, while a first and second electrostatic capacitance is interposed between the terminals A-C and B-C. Distributed capacitance in parallel with capacitances C 1 and C 2
C SP1 and C SP2 exist.
第8図は、差動容量式センサの一例を示す断面
図であり、ケースF中にリード線Lによつて支持
された固定電極SP1,SP2が設けてあると共に、
ガラス等の絶縁性封止材Iによつて基部が固定さ
れた可撓性の可動電極MPが設けてあり、その先
端部に印加される機械的変位力Pによつて可動電
極MPがたわむことにより、差動容量形センサを
構成する第1および第2静電容量C1,C2が差動
的に変化する。 FIG. 8 is a sectional view showing an example of a differential capacitance type sensor, in which fixed electrodes SP 1 and SP 2 supported by lead wires L are provided in a case F, and
A flexible movable electrode MP whose base is fixed by an insulating sealing material I such as glass is provided, and the movable electrode MP is deflected by a mechanical displacement force P applied to its tip. As a result, the first and second capacitances C 1 and C 2 configuring the differential capacitance type sensor vary differentially.
なお、この場合には、リード線Lの端部Ltと可
動電極MPの基部との間に不変静電容量が形成さ
れ、これが第7図の分布容量CSP1,CSP2に相当す
るものとなつている。 In this case, a constant capacitance is formed between the end L t of the lead wire L and the base of the movable electrode MP, and this corresponds to the distributed capacitances C SP1 and C SP2 in FIG. It's summery.
したがつて、第9図のとおり、リード線Lの端
部Ltと可動電極MPの基部との間に、突出したシ
ールド部Sを設ければ、分布容量CSP1,CSP2の形
成が阻止されるため、これを無視することもでき
る。 Therefore, as shown in FIG. 9, if a protruding shield part S is provided between the end Lt of the lead wire L and the base of the movable electrode MP, the formation of distributed capacitances C SP1 and C SP2 can be prevented. You can also ignore this.
第10図は、第2発明および第3発明の実施例
を示すブロツク図であり、端子A〜Cには第7図
および第9図の端子A〜Cが接続されるものとな
つており、まず、分布容量CSP1,CSP2を無視のう
え動作の説明を行なう。 FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment of the second invention and the third invention, and the terminals A to C of FIGS. 7 and 9 are connected to the terminals A to C. First, the operation will be explained while ignoring the distributed capacitances C SP1 and C SP2 .
まず、カウンタCTのnビツト目の出力がハイ
レベル“H”の状態にある場合について説明す
る。 First, the case where the output of the n-th bit of the counter CT is at a high level "H" will be described.
この場合には、第1ゲートG2Aはインバータと
して動作しその出力はインバータG1の出力に応
じてこれとは逆相で変化する。一方、インバータ
G3の出力はローレベル“L”(ゼロレベル)にな
つているので、第2ゲートG2Bの出力はインバー
タG1の出力の状態にかかわらずハイレベル“H”
(電圧+E)を維持したままである。 In this case, the first gate G2A operates as an inverter, and its output changes in an opposite phase to the output of the inverter G1 . On the other hand, inverter
Since the output of G3 is at low level "L" (zero level), the output of the second gate G2B is at high level "H" regardless of the state of the output of inverter G1 .
(voltage +E) is maintained.
この状態において、インバータG1の出力Cが
ハイレベル“H”からローレベル“L”に反転す
ると、これにより第1ゲートG2Aの出力Aがハイ
レベル“H”に急激に反転し一定電圧+Eに達す
る(第5図A参照)。この+Eの電圧により第2
静電容量C2と分布容量CSG0の合成容量Ctと第1静
電容量C1との直列回路を直列充電する。 In this state, when the output C of the inverter G1 is reversed from high level "H" to low level "L", the output A of the first gate G2A is rapidly reversed to high level "H" and the constant voltage +E (See Figure 5A). This +E voltage causes the second
A series circuit of the combined capacitance C t of the capacitance C 2 and the distributed capacitance C SG0 and the first capacitance C 1 is charged in series.
このレベル反転の際に行われる直列充電の等価
回路を第11図に示す。 FIG. 11 shows an equivalent circuit for series charging performed during this level inversion.
この場合に、第1ゲートG2Aおよび第2ゲート
G2Bの出力インピーダンスはいずれも極めて小さ
いので分布容量CSG1,CSG2は無視してある。 In this case, the first gate G 2A and the second gate
Since the output impedance of G 2B is extremely small, the distributed capacitances C SG1 and C SG2 are ignored.
また、第10図では、第2静電容量C2の一端
に一定値の+Eの電圧が第2ゲートG2Bの出力と
して与えられているが第11図に示す等価回路で
はこれは無視してある。 Furthermore, in Fig. 10, a constant voltage of +E is given to one end of the second capacitor C2 as the output of the second gate G2B , but this is ignored in the equivalent circuit shown in Fig. 11. be.
これは、この+Eの電圧が第1静電容量C1お
よび分布容量CSG0の並列容量と第2静電容量C2と
で分圧されてインバータG1の入力端にバイアス
電圧として与えられるが、このバイアス電圧は後
述するように一定であり発振動作に影響を与えな
いからである。なお、第1静電容量C1と第2静
電容量C2の値はほぼ等しく分布容量 SG0はこれ等
に対して大きいので、バイアス点はほぼ+E/2
の付近に設定される。 This is because the +E voltage is divided by the parallel capacitance of the first capacitance C 1 and the distributed capacitance C SG0 and the second capacitance C 2 and is applied as a bias voltage to the input terminal of the inverter G 1 . This is because, as will be described later, this bias voltage is constant and does not affect the oscillation operation. Note that the values of the first capacitance C 1 and the second capacitance C 2 are almost equal and the distributed capacitance SG0 is large compared to them, so the bias point is approximately +E/2
is set near .
直列充電の開始により+Eの電圧は第2静電容
量C2および分布容量CSG0の合成容量Ctと第1静電
容量C1との直列容量とを充電するが、この反転
の当初のインバータG1の入力端Cの最大電圧は
これ等の容量のインピーダンス比により決定され
る。 With the start of series charging, the +E voltage charges the series capacitance of the composite capacitance C t of the second capacitance C 2 and the distributed capacitance C SG0 and the first capacitance C 1 , but the initial inverter of this inversion The maximum voltage at the input terminal C of G 1 is determined by the impedance ratio of these capacitors.
この充電の終了の後、定値電流制限回路CCに
よる放電が開始される。 After completion of this charging, discharging by the constant value current limiting circuit CC is started.
直列充電の終了後は、インバータG1の入力端
はハイレベルになつているのでその出力Cはロー
レベル“L”であり(第5図Cのt1期間参照)、
インバータG1の入出力端間には定値電流制限回
路CCが接続されているので、分布容量CSG0と第
2静電容量C2の充電電荷は定値電流制限回路CC
とインバータG1の出力インピーダンスを介して
直ちに放電を開始するが、この放電電流は定値電
流制限回路CCにより一定の電流値に制限され、
インバータG1の入力端の電位は第5図Bに示す
ように直線的に低下する。 After series charging is completed, the input terminal of inverter G1 is at high level, so its output C is at low level "L" (see period t1 in Figure 5C),
Since the constant value current limiting circuit CC is connected between the input and output terminals of the inverter G1 , the charge in the distributed capacitance CSG0 and the second capacitance C2 is transferred to the constant value current limiting circuit CC.
The discharge starts immediately through the output impedance of the inverter G1 , but this discharge current is limited to a constant current value by the constant current limiter CC.
The potential at the input end of inverter G1 decreases linearly as shown in FIG. 5B.
この放電は各容量に対して並列的に放電をする
(並列放電)が、この放電の際の等価回路を第1
2図に示す。 This discharge is performed in parallel to each capacity (parallel discharge), but the equivalent circuit at the time of this discharge is
Shown in Figure 2.
この等価回路においても第11図に示す等価回
路と同じように第2静電容量C2の一端に第2ゲ
ートG2Bから+Eの電圧が印加されているがこれ
は省略されている。 In this equivalent circuit, as in the equivalent circuit shown in FIG. 11, a voltage of +E is applied from the second gate G 2B to one end of the second capacitor C 2 , but this is omitted.
第1ゲートG2Aの出力のレベルの反転直後にお
いては、第2ゲートG2Bから印加される+Eの電
圧によるC点つまりインバータG1の入力端のバ
イアス電圧は、第11図の場合と同じように第1
静電容量C1および分布容量CSG0の並列容量と第2
静電容量C2とで分圧された分圧電圧となり、バ
イアス電圧に変更を来たさない。つまり、第2ゲ
ートG2Bから印加される+Eの電圧は発振動作に
対して何等障害とはならない。 Immediately after the level of the output of the first gate G2A is inverted, the bias voltage at point C, that is, at the input terminal of the inverter G1 , due to the +E voltage applied from the second gate G2B is the same as in the case of Fig. 11. 1st to
The parallel capacitance of capacitance C 1 and distributed capacitance C SG0 and the second
It becomes a divided voltage divided by capacitance C 2 and does not change the bias voltage. In other words, the +E voltage applied from the second gate G2B does not pose any hindrance to the oscillation operation.
並列放電が継続され出力BがインバータG1の
出力が反転するスレシホールドレベルVTHまで低
下すると、インバータG1の出力Cが“H”に反
転しこれによつて第1ゲートG2Aの出力Aは
“L”となるため、分布容量CSG0および第2静電
容量C2の残留電荷は急速に放電し、インバータ
G1の入力端の電位が垂直に低下する。 When the parallel discharge continues and the output B falls to the threshold level VTH at which the output of the inverter G1 is inverted, the output C of the inverter G1 is inverted to "H", thereby causing the output of the first gate G2A to Since A becomes “L”, the residual charges in the distributed capacitance C SG0 and the second capacitance C 2 are rapidly discharged, and the inverter
The potential at the input end of G1 drops vertically.
この電位低下によりインバータG1の出力は
“H”(第1ゲートG2Aの出力Aは“L”)となる
ので、定値電流制限回路CCを介して一定電流で
第12図に示す電流とは逆方向で分布容量CSGOお
よび第2静電容量C2を逆放電(充電)させる。 Due to this potential drop, the output of the inverter G1 becomes "H" (the output A of the first gate G2A becomes "L"), so the current shown in Fig. 12 is a constant current through the constant value current limiting circuit CC. The distributed capacitance C SGO and the second capacitance C 2 are reversely discharged (charged) in the opposite direction.
この逆放電の際の第2ゲートG2Bから印加され
る+Eの電圧によるC点に対するバイアス電圧の
関係も電流の方向が逆の第12図に示す等価回路
と同じ回路で示されるのでバイアス電圧に変更は
生じない。 The relationship between the bias voltage at point C due to the +E voltage applied from the second gate G2B during this reverse discharge is also shown by the same circuit as the equivalent circuit shown in Figure 12 with the direction of current reversed. No changes occur.
この逆放電によりインバータG1の入力は直線
的に上昇する。スレシホールドレベルVTHに達す
るとインバータG1の出力Cは“L”に反転し、
これにより第1ゲートG2Aの出力Aは“H”とな
るので、再び第1ゲートからの充電が行われ、第
3図と同様にこれ等の動作を反復する。 Due to this reverse discharge, the input of inverter G1 increases linearly. When the threshold level VTH is reached, the output C of the inverter G1 is inverted to "L",
As a result, the output A of the first gate G2A becomes "H", so charging from the first gate is performed again, and these operations are repeated as in FIG. 3.
一方、インバータG1の出力CはカウンタCTに
よつてカウントされており、一定数のカウントが
行なわれるとカウント出力nが“H”から“L”
へ転じ、再び一定数のカウントを行なうまでこの
状態を維持するため、これがインバータG3を介
して第2ゲートG2Bへ与えられることにより、第
2ゲートG2Bがオンになると共に第1ゲートG2A
はオフになり、今度は端子B−C間において上述
と同様の充放電が反復して行なわれ、カウント出
力nが再び“H”に転すれば、第1ゲートG2Aが
オン、第2ゲートG2Bがオフとなつて、端子A−
C間の充放電が行なわれる。 On the other hand, the output C of the inverter G1 is counted by the counter CT, and when a certain number of counts is performed, the count output n changes from "H" to "L".
In order to maintain this state until a certain number of counts are performed again, this signal is applied to the second gate G2B via the inverter G3 , thereby turning on the second gate G2B and turning on the first gate G2B. 2A
is turned off, and this time the same charging and discharging as described above is performed repeatedly between terminals B and C. When the count output n changes to "H" again, the first gate G2A is turned on and the second gate G2A is turned on. G 2B is turned off and terminal A-
Charging and discharging between C is performed.
したがつて第1および第2ゲートG2A,G2Bが
交互にオンとなり、これに伴なつて端子A−C間
およびB−C間の充放電動作が反復される。 Therefore, the first and second gates G 2A and G 2B are turned on alternately, and accordingly, charging and discharging operations between terminals A and C and between terminals B and C are repeated.
この場合の第1ゲート、第2ゲートは、増幅手
段の同相出力を帰還手段を介して選択的に第1、
第2静電容量の一端へ接続する切換え手段を形成
している。従つてG1として非反転増幅器を用い
た場合は、第1、第2ゲートで形成される切換手
段は単純な切換えスイツチ回路で実現することも
可能である。 In this case, the first gate and the second gate selectively feed the in-phase output of the amplifying means to the first gate, the second gate, and the like through the feedback means.
A switching means connected to one end of the second capacitor is formed. Therefore, when a non-inverting amplifier is used as G1 , the switching means formed by the first and second gates can be realized by a simple changeover switch circuit.
こゝで、スレシホールドレベルVTHを基準とし
た分布容量CSG0の端子電圧変化e1は、第11図の
関係から分布容量CSG0と第2静電容量C2との合成
容量をCtとすれば、次式によつて示される。 Here, the terminal voltage change e 1 of the distributed capacitance C SG0 with respect to the threshold level V TH as a reference is the combined capacitance of the distributed capacitance C SG0 and the second capacitance C 2 from the relationship shown in Figure 11. If t , then it is expressed by the following equation.
e1=C1/C1+Ct・E ………(11)
また、端子電圧変化e1がスレシホールドレベル
VTHまで減少するのに必要とする時間t1は、定値
電流制限回路CCによつて規正される一定値の放
電々流をiとすれば、第12図の関係から次式の
ものとする。 e 1 = C 1 / C 1 + C t・E (11) Also, the terminal voltage change e 1 is the threshold level
The time t1 required for the voltage to decrease to V TH is given by the following formula based on the relationship shown in Figure 12, where i is the discharge current of a constant value regulated by the constant value current limiting circuit CC. .
i・t1=e1(C1+Ct) ………(12)
(11)、(12)式からt1を求めると、
t1=C1・E/i ………(13)
なお、充放電が反復される中に、分布容量CSG0
には、スレシホールドレベルVTHに応じた電荷が
基準電位として定められ、これを中心として充放
電が行なわれるため、充電側の端子電圧変化e1と
放電側の端子電圧変化e2とは等しくなり、この端
子電圧変化e2分の充電を定値電流制限回路CCに
よる一定値の電流iによつて行なうことにより、
充電所要時間t2もt1と等しくなつて次式が成立す
る。 i・t 1 = e 1 (C 1 +C t ) ………(12) Calculating t 1 from equations (11) and (12), t 1 = C 1・E/i ………(13) , during repeated charging and discharging, the distributed capacitance C SG0
, a charge corresponding to the threshold level V TH is determined as the reference potential, and charging and discharging are performed around this, so the terminal voltage change e 1 on the charging side and the terminal voltage change e 2 on the discharging side are By charging this terminal voltage change e for 2 minutes with a constant current i from the constant current limiting circuit CC,
The required charging time t 2 is also equal to t 1 and the following equation holds true.
t1=t2 ………(14)
これらの関係は、端子B−C間の充放電におい
ても同様であり、この場合には、第11図、第1
2図の第1静電容量C1と第2静電容量C2とを入
替えた状態となり、(13)式は次式のものとなる。 t 1 = t 2 (14) These relationships are the same in charging and discharging between terminals B and C, and in this case, as shown in Fig. 11,
The first capacitance C 1 and the second capacitance C 2 in FIG. 2 are exchanged, and the equation (13) becomes the following equation.
t1=C2・E/i ………(15)
したがつて、カウンタCTのカウント出力nか
ら得られるパルス信号の“H”期間は第1静電容
量C1に、“L”期間は第2静電容量C2に対応した
ものとなり、これを抵抗器R3とコンデンサC3と
の積分回路により平均化すれば、パルス信号のデ
ユーテイ比が求められるため、C1/(C1+C2)
の演算結果となり、これが変換出力Eoとしての
電気信号になる。 t 1 = C 2 · E/i (15) Therefore, the "H" period of the pulse signal obtained from the count output n of the counter CT is applied to the first capacitance C 1, and the "L" period is applied to the first capacitance C 1. It corresponds to the second capacitance C 2 , and if this is averaged by an integrating circuit of resistor R 3 and capacitor C 3 , the duty ratio of the pulse signal can be obtained, so C 1 /(C 1 +C 2 )
This is the calculation result, which becomes the electrical signal as the conversion output Eo.
第13図および第14図は、分布容量CSP1,
CSP2の存在を考慮した場合の第11図および第1
2図と同様な等価回路であり、第11図および第
12図につき、(11)〜(13)式と同様に考察すれば
次式が得られる。 Figures 13 and 14 show distributed capacitances C SP1 ,
Figure 11 and Figure 1 when considering the existence of C SP2 .
This is an equivalent circuit similar to that shown in FIG. 2, and by considering FIGS. 11 and 12 in the same way as equations (11) to (13), the following equation can be obtained.
e1=(C1+CSP1)E/C1+CSP1+CSG0+C2+Ccp
+Ccp・−E/C1+CSP1+CSG0+C2+Ccp………(16)
i・t1=e1(Ccp+CSP1+C1+C2+CSG0)
………(17)
たゞし、Ccpは第5図において定値電流制限回
路CCと並列に接続した補償用コンデンサであり、
これを分布容量CSP1と等しい容量値とすれば、第
13図の充電状態において分布容量CSP1に対する
補償充電が補償用コンデンサCcpによつて行なわ
れるため、出力Cに与える分布容量CSP1の影響が
排除される。e 1 = (C 1 +C SP1 )E/C 1 +C SP1 +C SG0 +C 2 +C cp +C cp・−E/C 1 +C SP1 +C SG0 +C 2 +C cp ……(16) i・t 1 = e 1 (C cp +C SP1 +C 1 +C 2 +C SG0 )
......(17) Therefore, C cp is a compensation capacitor connected in parallel with the constant value current limiting circuit CC in Fig. 5,
If this is set to the same capacitance value as the distributed capacitance C SP1 , the distributed capacitance C SP1 given to the output C will be compensated for by the compensation capacitor C cp in the charging state shown in FIG . influence is eliminated.
したがつて、(16)、(17)式から次式が成立す
る。 Therefore, the following equation holds from equations (16) and (17).
t1=(C1+CSP1−Ccp)E/i ………(18) こゝで、CSP1=Ccpのため、(18)式は、 t1=C1・E/i ………(19) となり、(13)、(15)式と同様の結果が得られる。 t 1 = (C 1 + C SP1 − C cp ) E/i ...... (18) Here, since C SP1 = C cp , the equation (18) is t 1 = C 1・E/i ... ...(19), and the same results as equations (13) and (15) are obtained.
なお、センサの構造上、CSP1≒CSP2の関係が得
られるため、同一の補償用コンデンサCcpにより
目的を達することができる。 Note that, due to the structure of the sensor, the relationship C SP1 ≈C SP2 is obtained, so the purpose can be achieved using the same compensation capacitor C cp .
すなわち、分布容量CSG1,CSG2,CSG0等の影響
が完全に排除されると共に、補償用コンデンサ
Ccpを付加すれば分布容量CSP1,CSP2の影響も排除
されるため、簡単な回路構成により分布容量
CSG1,CSG2,CSG0,CSP1,CSP2等の影響が無い直線
的な変換特性を得ることができる。 In other words, the influence of distributed capacitances C SG1 , C SG2 , C SG0 etc. is completely eliminated, and the compensation capacitor
By adding C cp , the influence of distributed capacitances C SP1 and C SP2 can be eliminated, so a simple circuit configuration can reduce the distributed capacitance.
It is possible to obtain linear conversion characteristics without the influence of C SG1 , C SG2 , C SG0 , C SP1 , C SP2, etc.
このほか、第1図に示す単一容量形センサを、
第1および第2静電容量C1,C2のいずれか一方
として用い、他方に固定の基準静電容量を用いて
も同様の目的を達することができる。 In addition, the single capacitance type sensor shown in Figure 1 is
The same purpose can be achieved by using one of the first and second capacitances C 1 and C 2 and using a fixed reference capacitance for the other.
第15図は、第4発明の実施例を示す回路図で
あり、差動容量形センサDS乃至抵抗器R3A,R3B
およびコンデンサC3A,C3Bによる積分回路は第1
0図と同様であるが、定値電流制限回路CCには、
第4図に対し、ドレインとソースとの接続を反対
としたものが用いられている。 FIG. 15 is a circuit diagram showing an embodiment of the fourth invention, in which differential capacitance type sensor DS to resistor R 3A , R 3B
The integration circuit with capacitors C 3A and C 3B is the first
It is the same as figure 0, but the constant value current limiter CC has
In contrast to FIG. 4, a device in which the drain and source connections are reversed is used.
また、積分回路の出力は、差動増幅器Aを主体
とする2線式の出力部OTへ与えられており、差
動増幅器Aにおいて、反転入力へ与えられた積分
回路の出力電圧と、抵抗器R4,R5および抵抗器
R6を介したポテンシヨメータRV1により設定さ
れる非反転入力の基準電圧との差が増幅され、こ
の出力によつてFET・Q7を制御し、2線式線路
が接続される線路端子LT1,LT2間の電流値を決
定している。 In addition, the output of the integrating circuit is given to a two-wire output section OT mainly composed of differential amplifier A, and in differential amplifier A, the output voltage of the integrating circuit given to the inverting input and the resistor R 4 , R 5 and resistor
The difference with the reference voltage of the non-inverting input set by the potentiometer RV 1 via R 6 is amplified, and this output controls the FET Q 7 to the line terminal to which the two-wire line is connected. The current value between LT 1 and LT 2 is determined.
たゞし、FET・Q7および定電圧ダイオードZD
を通ずる電流は、帰還用のポテンシヨメータRV2
にも通じ、これに生ずる電圧を負帰還として抵抗
器R5を介したうえ、差動増幅器Aの非反転入力
へ与えているため、同増幅器Aの両入力間電圧が
ほゞ零となる点で、線路端子LT1,LT2間の電流
が平衡し、これによつて線路端子LT1,LT2間の
電流値が安定化される。 However, FET Q 7 and constant voltage diode ZD
The current through the feedback potentiometer RV 2
The resulting voltage is passed through resistor R5 as negative feedback and is applied to the non-inverting input of differential amplifier A, so the voltage between both inputs of differential amplifier A becomes almost zero. Then, the current between the line terminals LT 1 and LT 2 is balanced, thereby stabilizing the current value between the line terminals LT 1 and LT 2 .
なお、線路端子LT1,LT2には、2線式線路を
介し、受信部からの電源電圧が印加されており、
これを定電圧ダイオードZDによつて安定化のう
え、各部の電源電圧VDDとして供給している。 Note that the power supply voltage from the receiving section is applied to the line terminals LT 1 and LT 2 via a two-wire line.
This is stabilized by a constant voltage diode ZD and then supplied as the power supply voltage V DD to each part.
このほか、線路端子LT1,LT2間の線路電流
は、工業計測の分野で規定されている変化範囲4
〜20mAの統一信号となつており、差動容量形セ
ンサDSの平衡状態で線路電流が4mAの基準電
流となる様、ポテンシヨメータRV1によつて調整
されると共に、変化範囲はポテンシヨメータRV2
により調整されるが、抵抗器R4〜R6による加算
回路を介して、各ポテンシヨメータRV1,RV2か
らの電圧が差動増幅器Aへ与えられるため、基準
電流と変化範囲との調整が相互の干渉なしに行な
われる。 In addition, the line current between line terminals LT 1 and LT 2 is within the change range 4 specified in the field of industrial measurement.
It is a unified signal of ~20 mA, and is adjusted by the potentiometer RV 1 so that the line current becomes a reference current of 4 mA in the balanced state of the differential capacitive sensor DS, and the range of change is controlled by the potentiometer. RV 2
However, since the voltages from each potentiometer RV 1 and RV 2 are applied to the differential amplifier A via an adder circuit made up of resistors R 4 to R 6 , it is possible to adjust the reference current and the range of variation. are carried out without mutual interference.
第16図は、カウンタCTのカウント出力nか
ら得られるパルス信号を、正負両極性の複流信号
とする場合の回路図であり、出力部OTの構成が
第15図とは若干異なつていると共に、カウンタ
CTに対し+Eおよび−Eの両電源電圧が与えら
れている。 FIG. 16 is a circuit diagram in the case where the pulse signal obtained from the count output n of the counter CT is a double current signal with both positive and negative polarities, and the configuration of the output section OT is slightly different from that in FIG. 15. counter
Both +E and -E power supply voltages are applied to CT.
すなわち、出力部OTは、線路端子LT1,LT2
に与えられる電源電圧を、FET・Q8による定電
流回路および定電圧ダイオードZDにより安定化
のうえ、正負両電源電圧+E、−Eとしており、
抵抗器R7,R8およびポテンシヨメータRV1によ
り設定される中間電圧を差動増幅器Aの反転入力
へ与え、同増幅器Aの動作基準電圧としていると
共に、カウンタCTのカウント出力nが“H”の
ときには+Eの波高値、“L”のときには−Eの
波高値を有するパルス信号が生ずるものとなつて
いるため、これを抵抗器R3A,R3Bおよびコンデ
ンサC3A,C3Bからなる積分回路により平均化すれ
ば、パルス信号の“H”期間が第15図の第1静
電容量C1に、“L”期間が第2静電容量C2に対応
することにより、(C1−C2)/(C1+C2)の演算
が行なわれるものとなり、第1および第2静電容
量C1,C2の同方向かつ同等な変動が消去される。 In other words, the output section OT is connected to the line terminals LT 1 and LT 2
The power supply voltage applied to is stabilized by a constant current circuit with FET Q 8 and a constant voltage diode ZD, and both positive and negative power supply voltages +E and -E are set.
The intermediate voltage set by resistors R 7 and R 8 and potentiometer RV 1 is applied to the inverting input of differential amplifier A, and is used as the operating reference voltage of differential amplifier A, and the count output n of counter CT is “H”. ”, a pulse signal with a peak value of +E is generated, and when it is “L”, a pulse signal with a peak value of −E is generated, so this is an integral signal formed by resistors R 3A and R 3B and capacitors C 3A and C 3B . If averaged by the circuit, the "H" period of the pulse signal corresponds to the first capacitance C 1 in FIG. 15, and the "L" period corresponds to the second capacitance C 2 , so that (C 1 - The calculation of C 2 )/(C 1 +C 2 ) is performed, and the same direction and equivalent fluctuations of the first and second capacitances C 1 and C 2 are eliminated.
この演算結果を示す積分回路の出力は、差動増
幅器Aの非反転入力へ与えられ、反転入力の基準
電圧との差として増幅されたうえ、FET・Q7を
制御し、線路端子LT1,LT2間に通ずる電流値を
定めている。 The output of the integrator circuit indicating the result of this calculation is applied to the non-inverting input of the differential amplifier A, where it is amplified as a difference from the reference voltage of the inverting input, controls FET Q 7 , and connects the line terminals LT 1 , The current value that passes between LT2 is determined.
また、FET・Q7の電流は、帰還用の抵抗器R10
にも通じ、これの端子電圧が抵抗器R9を介して
差動増幅器Aの非反転入力へ負帰還として与えら
れており、これによつて、FET・Q7の電流値が
安定化される。 In addition, the current of FET Q 7 is connected to the feedback resistor R 10
This terminal voltage is given as negative feedback to the non-inverting input of differential amplifier A via resistor R9 , thereby stabilizing the current value of FET Q7 . .
なお、カウンタCTとしてCMOS形のものを用
いれば、電源電圧+E、−Eとほゞ等しい波高値
のパルス信号が得られるため、電源電圧+E、−
Eを安定化することにより、パルス信号の波高値
も安定化され好適となる。 Note that if a CMOS type counter CT is used, a pulse signal with a peak value that is approximately equal to the power supply voltages +E, -E can be obtained.
By stabilizing E, the peak value of the pulse signal is also stabilized and becomes suitable.
たゞし、この関係は第15図のカウンタCTに
おいても同様である。 However, this relationship is also the same for the counter CT shown in FIG.
このほか、第15図、第16図のカウンタCT
として、フリツプフロツプ回路等の1ビツトカウ
ンタを用いてもよく、この場合には、第5図Cに
示すインバータG1の出力信号が1サイクル生ず
る毎に第1および第2ゲートG2A,G2Bのオン・
オフ切替えが行なわれる。 In addition, the counter CT shown in Figures 15 and 16
As a counter, a 1-bit counter such as a flip-flop circuit may be used. In this case, the first and second gates G 2A and G 2B are input every cycle of the output signal of the inverter G 1 shown in FIG. 5C. on·
A switch off takes place.
また、第1および第2ゲートG2A,G2Bならび
にインバータG1としてCMOS形以外のものを用
いてもよいが、CMOS形を用いれば前述の理由
により出力波高値が規制されるため、出力波高値
の規制上、別途にスイツチング回路等を用いる必
要が排除され、回路構成の簡略化が実現する。 Furthermore, it is also possible to use something other than the CMOS type for the first and second gates G 2A , G 2B and the inverter G 1 , but if the CMOS type is used, the output peak value will be regulated for the reasons mentioned above, so the output wave Due to high price regulations, the need to use a separate switching circuit or the like is eliminated, and the circuit configuration can be simplified.
たゞし、CMOS形の場合、一般に過入力阻止
用のダイオードが入力側に付加されているため、
入出力特性の直線領域内で動作させるには、イン
バータG1の入力と基準電位との間へ分圧用のコ
ンデンサを付加することが望ましい。 However, in the case of CMOS type, a diode is generally added to the input side to prevent excessive input, so
In order to operate within the linear region of the input/output characteristics, it is desirable to add a voltage dividing capacitor between the input of inverter G1 and the reference potential.
なお、第1および第2ゲートG2A,G2Bとして
ANDゲートとインバータとの組み合せを用いて
もよく、出力部OTには条件に応じたものを選定
すればよい等、本発明は種々の変形が自在であ
る。 In addition, as the first and second gates G 2A and G 2B
The present invention can be modified in various ways, such as using a combination of an AND gate and an inverter, and selecting the output section OT according to the conditions.
以上の説明により明らかなとおり本発明によれ
ば、本質的に分布容量の影響を排除した変換特性
の変位変換装置が実現するため、各種物理量の遠
隔測定において多大な効果が得られる。 As is clear from the above description, according to the present invention, a displacement conversion device with conversion characteristics that essentially eliminates the influence of distributed capacitance is realized, and therefore great effects can be obtained in remote measurement of various physical quantities.
第1図は単一容量形センサの一例を示す断面
図、第2図は第1図の等価回路、第3図は第1発
明の実施例を示す回路図、第4図は定値電流制限
回路の一例を示す回路図、第5図は第3図におけ
る各部の波形を示す図、第6図は差動容量形セン
サの概念図、第7図は第6図の等価回路、第8図
は差動容量形センサの一例を示す断面図、第9図
はシールドを設けた場合の第8図と同様な断面
図、第10図は第2発明および第3発明の実施例
を示すブロツク図、第11図は充電時の等価回
路、第12図は放電時の等価回路、第13図およ
び第14図は並列分布容量を考慮した場合の第1
1図および第12図と同様な等価回路、第15図
は第4発明の実施例を示す回路図、第16図はカ
ウンタから複流パルス信号を得る場合の回路図で
ある。
G1……第1インバータ(インバータ)、G2……
第2インバータ、G2A……第1ゲート、G2B……
第2ゲート、C1……第1静電容量(静電容量)、
C2……第2静電容量、CC……定値電流制限回路、
CT……カウンタ、R3,R3A,R3B……抵抗器、
C3,C3A,C3B……コンデンサ、OT……出力部、
LT1,LT2……線路端子。
Fig. 1 is a sectional view showing an example of a single capacitance type sensor, Fig. 2 is an equivalent circuit of Fig. 1, Fig. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the first invention, and Fig. 4 is a constant value current limiting circuit. A circuit diagram showing an example, Fig. 5 is a diagram showing waveforms of each part in Fig. 3, Fig. 6 is a conceptual diagram of a differential capacitance type sensor, Fig. 7 is an equivalent circuit of Fig. 6, and Fig. 8 is A sectional view showing an example of a differential capacitance type sensor, FIG. 9 is a sectional view similar to FIG. 8 when a shield is provided, and FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment of the second and third inventions. Figure 11 is the equivalent circuit when charging, Figure 12 is the equivalent circuit when discharging, and Figures 13 and 14 are the equivalent circuit when parallel distributed capacitance is considered.
1 and 12, FIG. 15 is a circuit diagram showing an embodiment of the fourth invention, and FIG. 16 is a circuit diagram for obtaining a double current pulse signal from a counter. G 1 ... 1st inverter (inverter), G 2 ...
2nd inverter, G 2A ... 1st gate, G 2B ...
Second gate, C 1 ... first capacitance (capacitance),
C 2 ... second capacitance, CC ... constant value current limit circuit,
CT...Counter, R3 , R3A , R3B ...Resistor,
C 3 , C 3A , C 3B ... Capacitor, OT ... Output section,
LT 1 , LT 2 ...Line terminals.
Claims (1)
容量と、該静電容量の一端がその入力点に接続さ
れた増幅手段と、上記入力の信号と同相の上記増
幅手段の出力を上記静電容量の他端に低出力イン
ピーダンスで帰還する帰還手段と、上記入力点の
信号とは逆相の上記増幅手段の出力と上記入力点
との間に接続された定値電流制限回路と、この定
値電流制限回路の両端に接続された補償コンデン
サとを具備した容量式変位変換器。 2 検出すべき物理的変化に応じて少なくとも一
方が変化し各々の一端が共通接続された第1およ
び第2静電容量と、上記共通接続点がその入力点
に接続された増幅手段と、前記入力点の信号とは
逆相の上記増幅手段の出力と上記入力点間に接続
された定値電流制限回路と、この定値電流制限回
路の両端に接続された補償コンデンサと、上記増
幅手段の出力信号を一定数カウントするカウンタ
と、該カウンタのカウント出力によつて上記入力
点と同相の上記増幅手段の出力を帰還手段を介し
て上記第1および第2静電容量の各々の他端に低
出力インピーダンスで選択的に接続する切換手段
とを具備した容量式変位変換器。 3 検出すべき物理的変化に応じて差動的に変化
し各々の一端が共通接続された第1おび第2静電
容量と、上記共通接続点がその入力点に接続され
た増幅手段と、上記入力点の信号とは逆相の上記
増幅手段の出力と上記入力点間に接続された定値
電流制限回路と、この定値電流制限回路の両端に
接続された補償コンデンサと、上記増幅手段の出
力信号を一定数カウントするカウンタと、該カウ
ンタのカウント出力によつて上記入力点と同相の
上記増幅手段の出力を帰還手段を介して上記第1
および第2静電容量の各々の他端に低出力インピ
ーダンスで選択的に接続する切換手段とを具備し
た容量式変位変換器。 4 検出すべき物理的変化に応じて差動的に変化
し各々の一端が共通接続された第1および第2静
電容量と、上記共通接続点がその入力点に接続さ
れた増幅手段と、上記入力点の信号とは逆相の上
記増幅手段の出力と上記入力点間に接続された定
値電流制限回路と、この定値電流制限回路の両端
に接続された補償コンデンサと、上記増幅手段の
出力信号を一定数カウントするカウンタと、該カ
ウンタのカウント出力によつて上記入力点と同相
の上記増幅手段の出力を帰還手段を介して上記第
1および第2静電容量の各々の他端に低出力イン
ピーダンスで選択的に接続する切換手段と、上記
カウンタのカウント出力から得られるパルス信号
を平均化する積分回路と、該積分回路の出力を2
線式線路に通ずる電流値へ変換する出力部とを具
備した容量式変位変換装置。 5 増幅手段としてMOS形インバータを用いた
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2
項、第3項又は第4項記載の容量式変位変換装
置。 6 切換手段としてCMOS形ゲートを用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項、第3項又
は第4項記載の容量式変位変換装置。 7 カウンタとしてCMOS形カウンタを用いた
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項、第3項
又は第4項記載の容量式変位変換装置。[Claims] 1. A capacitance that changes according to a physical change to be detected, an amplification means having one end of the capacitance connected to its input point, and the amplification device that is in phase with the input signal. feedback means for feeding back the output of the means to the other end of the capacitance with low output impedance; and a constant current connected between the output of the amplifying means and the input point, the phase of which is opposite to the signal at the input point. A capacitive displacement transducer comprising a limiting circuit and a compensation capacitor connected across the fixed value current limiting circuit. 2 first and second capacitances, at least one of which changes in response to a physical change to be detected, and one end of each of which is commonly connected; an amplifying means with the common connection point connected to its input point; A constant value current limiting circuit connected between the output of the amplifying means and the above input point having a phase opposite to the signal at the input point, a compensation capacitor connected to both ends of the constant value current limiting circuit, and an output signal of the amplifying means. a counter that counts a fixed number of , and the output of the amplifying means, which is in phase with the input point, is sent to the other end of each of the first and second capacitors via a feedback means according to the count output of the counter, and a low output is sent to the other end of each of the first and second capacitors. A capacitive displacement transducer equipped with switching means for selectively connecting by impedance. 3. first and second capacitances that vary differentially in accordance with the physical change to be detected and have one end of each connected in common, and an amplification means with the common connection point connected to its input point; a constant value current limiting circuit connected between the output of the amplifying means which is in opposite phase to the signal at the input point and the above input point; a compensation capacitor connected to both ends of the constant value current limiting circuit; and an output of the amplifying means. a counter that counts a certain number of signals; and the output of the amplifying means that is in phase with the input point based on the count output of the counter is passed through the feedback means to the first
and switching means selectively connected to the other end of each of the second capacitors with low output impedance. 4. first and second capacitances that vary differentially in response to a physical change to be detected and have one end of each capacitance connected in common, and an amplification means with the common connection point connected to its input point; a constant value current limiting circuit connected between the output of the amplifying means which is in opposite phase to the signal at the input point and the above input point; a compensation capacitor connected to both ends of the constant value current limiting circuit; and an output of the amplifying means. a counter that counts a fixed number of signals; and a count output of the counter that outputs the output of the amplifying means that is in phase with the input point to the other end of each of the first and second capacitances via feedback means. a switching means for selectively connecting the output impedance; an integrating circuit for averaging the pulse signals obtained from the count output of the counter;
A capacitive displacement converter equipped with an output section that converts into a current value that passes through a wire line. 5 Claims 1 and 2 characterized in that a MOS inverter is used as the amplification means.
3. The capacitive displacement converter according to item 3, item 4, or item 4. 6. The capacitive displacement converter according to claim 2, 3, or 4, characterized in that a CMOS gate is used as the switching means. 7. The capacitive displacement converter according to claim 2, 3, or 4, characterized in that a CMOS type counter is used as the counter.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8974580A JPS5714714A (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | Capacity type displacement converter |
US06/275,510 US4387601A (en) | 1980-07-01 | 1981-06-19 | Capacitance type displacement conversion device |
DE19813125664 DE3125664A1 (en) | 1980-07-01 | 1981-06-30 | ADJUSTMENT DEVICE |
FR8112976A FR2486232B1 (en) | 1980-07-01 | 1981-07-01 | CAPACITIVE-TYPE DISPLACEMENT CONVERSION DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8974580A JPS5714714A (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | Capacity type displacement converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5714714A JPS5714714A (en) | 1982-01-26 |
JPH0128323B2 true JPH0128323B2 (en) | 1989-06-02 |
Family
ID=13979287
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8974580A Granted JPS5714714A (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | Capacity type displacement converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5714714A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61140833A (en) * | 1984-12-14 | 1986-06-27 | Tonichi Seisakusho:Kk | Torque meter |
-
1980
- 1980-07-01 JP JP8974580A patent/JPS5714714A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5714714A (en) | 1982-01-26 |
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