JPH0128325B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0128325B2
JPH0128325B2 JP55029246A JP2924680A JPH0128325B2 JP H0128325 B2 JPH0128325 B2 JP H0128325B2 JP 55029246 A JP55029246 A JP 55029246A JP 2924680 A JP2924680 A JP 2924680A JP H0128325 B2 JPH0128325 B2 JP H0128325B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
displacement
changes
impedance
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP55029246A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56126714A (en
Inventor
Tadashi Azegami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2924680A priority Critical patent/JPS56126714A/en
Publication of JPS56126714A publication Critical patent/JPS56126714A/en
Publication of JPH0128325B2 publication Critical patent/JPH0128325B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/12Mechanical 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
    • G01D5/14Mechanical 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

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、圧力、張力、温度、光量等の物理量
変化に基づく物理的変位を、電気信号へ変換する
変位変換装置に関するものである。 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、従来は、第1図に示す構成のものが
特開昭53−9565号公報により提案されている。 すなわち、第1図のブロツク図に示すとおり、
発振器101の共振回路として、検出すべき物理
的変位に応じて静電容量またはインダクタンスの
変化する可変リアクタンス素子102と、周囲条
件の物理的変化に応じてのみ静電容量またはイン
ダクタンスの変化する固定リアクタンス素子10
3とを用い、スイツチ104により各リアクタン
ス素子102,103を切替えることにより発振
回路が構成されるものとなつており、可変リアク
タンス素子102が選択されたときには、発振器
101が周波数f1の発振出力を生じ、固定リアク
タンス素子103が選択されゝば、発振器101
が周波数f2の発振出力を生ずるものとなつてい
る。 また、発振器101の出力は、スイツチ105
を介して加減カウンタ106の加算端子Uまたは
減算端子Dへ接続されるものとなつており、スイ
ツチ104が可変リアクタンス素子102側とな
つたときに、スイツチ105は加算端子U側へ切
替り、スイツチ104が固定リアクタンス素子1
03側となれば、スイツチ105は減算端子D側
へ切替り、かつ、スイツチ104と105とは同
期して切替えが行なわれるものとなつている。 したがつて、最初にスイツチ104が可変リア
クタンス素子102側にあるとすれば、周波数f1
の出力により加減カウンタ106が加算カウント
を行い、可減カウンタ106の内容を第2図aに
示すとおり、その内容が増加する。 一方、加減カウンタ106のカウント出力は、
論理回路107へ与えられており、加減カウンタ
106のカウント出力が上限値USに達すると、
論理回路107の出力が生じスイツチ104,1
05を反対側へ切替える。 すると、今度は周波数f2の出力による減算カウ
ントが可減カウンタ106において行なわれ、そ
の内容は第2図aのとおりに減少し、これが可限
値DSに達すれば論理回路107の出力が消滅し
て、スイツチ104,105が最初の状態に戻
り、再度、周波数f1の出力による加算カウントが
行なわれ、以上の動作を反復する。 これらの回路に対し、直流電源108、等しい
抵抗値の抵抗器109,110およびスイツチ1
11が設けてあり、スイツチ111も論理回路1
07により制御され、スイツチ104,105と
同期してまたは側へ切替るものとなつている
ため、スイツチ111の出力としては、第2図b
に示すとおり、周波数f1に逆比例した時間T1と、
周波数f2に逆比例した時間T2とに応じた復流パル
ス信号が得られ、これを低域波器112におい
て平均化すれば、復流パルス信号の正負各波形面
積に応じた直流信号となり、これが出力端子11
3,114から送出される。 したがつて、周波数f1は検出すべき物理的変位
に応じて変化し、周波数f2は周囲条件の物理的条
件が一定とすれば変化しないため、復流パルス信
号のデユーテイ比(T1−T2)/(T1+T2)は、
周波数f1に基づいて変化するため、検出すべき物
理的変位に対応する直流信号が出力端子113,
114に得られる。 なお、周囲温度等の影響は、周囲条件の物理的
変化として可変リアクタンス素子102および固
定リアクタンス素子103に対し、均等に作用す
るため、周囲条件の物理的変化は検出結果に現わ
れない。 しかし、第1図の構成によるときには、高価な
加減カウンタ106を用いると共に、複雑な構成
の論理回路107を要し、直流電源108乃至ス
イツチ111を別途に要するため、構成の複雑化
により製造コストが高価となる欠点を生ずる。 また、第1図においては、静電容量の値をC、
インダクタンスの値をLとするとき、発振周波数
fがf=1/2π√によつて定められるため、他
の定数によりfが変化しない反面、非直線的な変
換特性となる欠点を有すると共に、発振周波数の
切替時における立上り特性が悪く、速やかに所定
の発振波形とならず、この間において、測定誤差
を生ずる欠点も有するものであつた。 本発明は、従来のかゝる欠点を根本的に解消す
る目的を有し、例えば静電容量と抵抗とによつて
発振周波数の定められる弛張形発振器を用い、直
線的な変換特性を得ると共に、単なるカウンタを
用いることにより回路構成の単純化を実現した極
めて効果的な、変位変換装置を提供するものであ
る。 以下、実施例を示す第3図以降により本発明の
詳細を説明する。 第3図は、基本構成を示すブロツク図であり、
差動形容量素子301、切替回路302、発振器
303、演算部304および出力部305からな
り、差動形容量素子301は、固定電極306,
307および可動電極308により構成され、検
出すべき物理的変位に応じて可動電極308が、
固定電極306,307間を移動するため、固定
電極306と可動電極308との間の静電容量
C1、および固定電極307と可動電極308と
の間の静電容量C2が差動的に変化するものとな
つており、これらが第1および第2インピーダン
ス素子として用いられている。 また、切替回路302は、ゲート回路等のスイ
ツチ309と310とを備え、これらが交互にオ
ン、オフを行なうため、単一の弛張形発振器(以
下、発振器)303に対し、静電容量C1,C2
交互に切替接続されるものとなつており、この切
替は後述の演算部304によつて制御されてい
る。 このため、発振器303に静電容量C1が接続
されたときには、これによつて発振周波数が決定
され、発振器303は第1周波数として周波数f1
の発振出力を生じ、同様に静電容量C2が接続さ
れゝば、発振器303は第2周波数として周波数
f2の発振出力を生ずる。 この発振出力は演算部304へ与えられ、こゝ
において(f2−f1)/(f1+f2)の演算がなされ、
これによつて周波数f1、f2の差に応じた出力を得
ると共に、(f2−f1)/(f1+f2)の演算により、
周囲条件の物理的変化に応じた周波数f1、f2の同
方向かつ同等な変化を消去するものとしている。 演算部304の出力は出力部305へ与えら
れ、こゝにおいて、工業計測の分野に用いられる
4〜20mAの変化範囲を有する統一信号電流等
の、測定値Dを示す所定の形態とした信号へ変換
されたうえ送出される。 第4図は、具体的構成を示す回路図であり、
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor.)401,402により切替
回路302を構成すると共に、MOSFET403
〜406により2段縦続の相補的反転増幅器を構
成し、その段間と可動電極308との間を抵抗器
407を介して接続のうえ、発振器303として
いる。 また、演算部304は、カウント出力1〜nを
有するカウンタ408および、抵抗器409,4
10、コンデンサ411,412からなる積分回
路を用いた平均化手段により構成され、発振器3
03からの周波数f1、f2を有する出力をカウンタ
408により一定数カウントし、そのカウント出
力nの“H”(高レベル)または“L”(低レベ
ル)によりFET401,402を交互にオンま
たはオフ状態とする一方、カウント出力nから得
られる“H”、“L”のパルス信号を直接積分回路
により平均化し、これによつて得られた直流信号
を出力部305へ与えている。 出力部305は、定電圧ダイオード413、抵
抗器414,415、ポテンシヨメータ416、
抵抗器417、演算増幅器418、FET(Feeld
Effect Transistor.)419,420および帰還
用の抵抗器421により構成され、出力端子11
3,114に接続される2線式線路を介して受信
部から与えられる電源をFET419による定電
流回路および定電圧ダイオード413により安定
化のうえ、演算増幅器418側の電源としてお
り、ポテンシヨメータ416により設定される基
準電圧と、積分回路からの直流電圧との差を、演
算増幅器418において増幅し、その出力により
FET420を制御して、出力端子113,11
4間の電流を可変している。 また、演算増幅器418の非反転入力には、抵
抗器421からの負帰還が、抵抗器417を介し
て施されているため、演算増幅器418の両入力
間電圧がほゞ零となる点で、FET420から抵
抗器421へ通ずる電履が平衡し、これが積分回
路からの直流電圧に応じた出力電流となる。 第5図は、第3図および第4図の動作状況を示
すタイムチヤートであり、カウンタ408のカウ
ント出力nが“L”のときMOSFET401がオ
ン、MOSFET402がオフとなり、これによつ
て発振器303が、静電容量C1と抵抗器407
の抵抗値との積に逆比例した周波数f1の発振出力
を生じ、これをカウンタ408がカウントし、カ
ウント数Nに達すれば、カウント出力nを“H”
として再びカウント数のカウントを行なうまでこ
の状態を保持するため、カウント出力nが“H”
の間は、MOSFET401がオフ、MOSFET4
02がオンとなり、このときには発振器303
が、静電容量C2と抵抗器407の抵抗値との積
に逆比例した周波数f2の発振出力を生じ、これを
カウンタ408がカウントし、カウント数Nに達
すると、カウント出力nを“L”へ戻し、この動
作を反復することにより、第5図aにカウンタ4
08のカウント状況を、同図bにカウント出力n
の変化を示すとおり、周波数f1のカウント期間T1
はN/f1、周波数f2のカウント期間T2はN/f2
なる。 こゝで、カウンタ408にCMOS
(Complementary Metal Oxide
Semiconductor.)集積回路を用いれば、、電源電
圧+Eおよび−Eとほゞ等しい波高値の出力が得
られるため、カウント出力nが“H”のとき+E
が生じ、“H”のときに−Eが生ずることにより、
カウント出力nのパルス信号を積分回路において
平均化すると、その出力電圧は、次式によつて
与えられる。 =1/f2/1/f2+1/f1・(+E)1/f2/1/f2
+1/f1・(−E) =f2−f1/f1+f2・E ………(1) すなわち、演算部304により(1)式に示す所定
の演算が行なわれるものとなる。 なお、静電容量C1、C2は、固定電極306,
307および可変電極308間の誘電体が、温度
変動により誘電率の変化を生じ、これによつて静
電容量値が変化すると共に、発振器303自体の
特性も温度、電源電圧等の変動によつて変化し、
これらの要因により、周波数f1、f2に予定外の変
化を生ずるが、固定電極306,307および可
動電極308を同一ケースへ封入すれば、静電容
量C1、C2の変化は同方向かつ均等となり、更に、
単一の発振器303を用いているため、周波数f1
とf2との変化は同一の係数uを乗じたものとな
り、変化した周数f1′、f2′は次式によつて示され
る。 f1′=uf1、f2′=uf2 ………(2) こゝで、(2)式の関係から(1)式による出力電圧
を求めると =uf2−uf1/uf1+uf2・E=f2−f1/f1+f2・E……
…(3) すなわち、(1)式の演算により、温度、電源電圧
等の変動に基づく周波数f1、f2の変化は、演算部
304の出力に現われず、検出すべき物理的変位
にのみ応じた正確な直流電圧が得られる。また、
各部にCMOS回路を用いることにより。低消費
電力が図られると同時にカウンタ408の出力を
直接平均化することができる。 第6図は、第3図のものへ開平演算部601を
追加した場合のブロツク図であり、差動容量形差
圧検出器を差動形容量素子301として用い、オ
リフイスによる差圧を利用して流体の流量測定等
を行なう場合には、自乗特性の検出結果が得られ
るため、演算部304と出力部305との間へ開
平演算部601を挿入し、流量等に比例した出力
信号√を得るものとしている。 なお、開平演算部601としては、公知の開平
演算回路を用いればよい。 第7図は、差動形容量素子301の有する非直
線性を補償するため、あるいは、全体としての温
度特性をより厳密に補償するため、補償回路を付
加した場合の回路図であり、コンデンサ701に
より可動電極308を基準電位へ接続すると共
に、切替回路302を構成する同極性のFET7
02,703を、、インバータ704を介しまた
は介せずに制御する一方、抵抗器705およびヒ
ステリシス特性を有するインバータ706により
充放電形の発振器303を構成し、更に、
NANDゲート707、FET708、抵抗器70
9,710およびサーミスタ711により、温度
補償回路712を構成している。 したがつて、カウンタ408のカウント出力n
が“H”のとき、NANDゲート707がオン状
態となり、インバータ706の出力によりFET
708がオン、オフ動作を行ない、抵抗器709
を介して、電源電圧+Eを抵抗器710とサーミ
スタ711とにより分圧した電圧がインバータ7
06の入力へ与えられ、これが、このときオンと
なつているFET702を経て静電容量C1へ印加
されるため、周波数f1の発振に対して加速効果を
与えるが、この効果がサーミスタ711の抵抗値
に応じて変化することにより、温度特性の補償が
行なえる。 たゞし、FET708を介してインバータ70
6の入力側へ与える電圧は、サーミスタ711に
よるもののみならず、目的に応じ種々のものを用
いることができる。 なお、インバータ706のヒステリシス特性と
して、出力の反転する入力側スレシホールドレベ
ルが、立上り時に高く、立下り時に低いものと用
いることにより、充放電形の弛張形発振を行なう
ことができる。 また、NANDゲート707の代りにNORゲー
トを用いれば、周波数f2の発振に対する関与が行
なえ、同様の結果を得ることができる。 第8図は、第1図および第2可変インピーダン
ス素子として、差動的に静電容量の変化するコン
デンサ801,802を用いると共に、これらに
よる発振回路を切替回路302によつて交互に完
結させる場合のブロツク図であり、第7図と同様
のヒステリシス特性を有するANDゲート803
および帰還充電用の抵抗器804,805により
発振器303を構成しており、ANDゲート80
3の出力と抵抗器804,805との間へ、切替
回路302としてNANDゲート806および反
転入力NANDゲート807を挿入し、カウンタ
408のカウント出力nが“H”のときNAND
ゲート806をオンとし、同出力が“L”のとき
反転入力NANDゲート807をオンとして、発
振回路を交互に完結させている。 第8図においてカウンタ408のnビツトの出
力がハイレベルのときはNANDゲート806は
インバータとして機能し、NANDゲート807
はその出力がハイレベルに保持された状態となつ
ている。 この場合、NANDゲート807のハイレベル
の出力(+E)はコンデンサ802と抵抗器80
5との接続点に接続されたANDゲート803の
一方の入力端の電位をハイレベル+Eに保持する
のでANDゲート803はシユミツト・トリガと
して機能する。 従つて、この場合はコンデンサ801、AND
ゲート803、NANDゲート806、および抵
抗器804を含む発振回路が形成されコンデンサ
801の容量値に対応して発振を繰り返す。この
発振周波数をnビツトカウントするとカウンタ4
08の出力はそのレベルを反転する。 このレベルの反転により今度はNANDゲー8
06の出力がハイレベルに固定され、NANDゲ
ート807側がコンデンサ802の容量値に対応
して発振を繰り返す。 ところで、これ等の発振に際してはシユミツ
ト・トリガとして機能するANDゲート803の
ヒステリシス幅が重要な意味を持つ。 以上の点について、第9図に示す波形図を用い
て説明する。 ANDゲート803の入力側スレシホールドレ
ベルにおける立上りレベルULが零電位に対して
低い場合には第9図aに示すように、ANDゲー
ト803の出力がローレベルのときはNANDゲ
ート806(または807)のハイレベルの出力
によりコンデンサ801(または802)の充電
による端子電圧の上昇が立上りレベルULに達す
る。この時点でANDゲート803の出力は速や
かにハイレベルになり、このためNANDゲート
806(または反転入力NANDゲート807)
の出力はローレベルとなり放電へ移る。 これに対して、立上りレベルULが零電位に対
して高くなれば、第9図b,cに示すように次第
の放電に移る時点が遅くなり、充電期間t1が延長
されるのに対して放電期間t2が短縮される。 しかし、立上りレベルULと立下りレベルDLと
の差が一定であれば、立上りレベルULと立下り
レベルDLとの変動に基づく周波数f1、f2の変化は
なく、これに基づく誤差は回避される。 なお、集積回路化されたものをANDゲート8
03として用いれば、立上りレベルULおよび立
上りレベルDLの絶対値が、温度、電源電圧等の
変動により変化しても、両レベルUL、DLの差は
ほゞ一定であるため、好適である。 第10図は、第1および第2固定インピーダン
スとして用いる帰還充電用の抵抗器804,80
5として互に抵抗値の異なるものを使用し、非直
線的な変換特性を得る場合の回路図であり、静電
容量C1、C2に対し、切替回路302としてFET
1001,1002を並列に接続のうえ、インバ
ータ704を介しあるいは介さずにカウンタ40
8のカウント出力nによつてオン、オフ制御を行
ない、抵抗器804または805を介する発振回
路中、FET1001または1002がオンとな
つた側の発振回路を完結し、周波数f1、f2の発振
出力を交互に発生している。 このため、演算部304において(1)式の演算を
行なえば、抵抗器804の抵抗値R1、抵抗器8
05の抵抗値をR2としたとき、平均化された直
流電圧を示す値は、次式によつて与えられる。 =1/C2・R2−1/C1・R1/1/C1・R1+1/
C2・R2………(4) したがつて、例えばR1=80KΩ、R2=100KΩ
とし、静電容量C1、C2が50PFを基準として差動
的に変化するものとすれば、第1表の関係が得ら
れる。
The present invention relates to a displacement conversion device that converts physical displacement based on changes in physical quantities such as pressure, tension, temperature, amount of light, etc. into electrical signals. 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 receiving unit. The structure shown in the figure is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-9565. That is, as shown in the block diagram of Figure 1,
The resonant circuit of the oscillator 101 includes a variable reactance element 102 whose capacitance or inductance changes depending on the physical displacement to be detected, and a fixed reactance element whose capacitance or inductance changes only in response to physical changes in the ambient conditions. Element 10
3, an oscillation circuit is constructed by switching each reactance element 102, 103 with a switch 104, and when the variable reactance element 102 is selected, the oscillator 101 outputs an oscillation output of frequency f1 . If the fixed reactance element 103 is selected, the oscillator 101
generates an oscillation output with a frequency f2 . Further, the output of the oscillator 101 is transmitted to the switch 105.
The switch 105 is connected to the addition terminal U or the subtraction terminal D of the addition/subtraction counter 106 through the addition/subtraction counter 106, and when the switch 104 is placed on the variable reactance element 102 side, the switch 105 is switched to the addition terminal U side, and the switch 105 is switched to the addition terminal U side. 104 is fixed reactance element 1
03 side, the switch 105 is switched to the subtraction terminal D side, and the switches 104 and 105 are switched synchronously. Therefore, if the switch 104 is initially on the variable reactance element 102 side, the frequency f 1
The addition/subtraction counter 106 performs an addition count based on the output of , and the contents of the addition/subtraction counter 106 increase as shown in FIG. 2a. On the other hand, the count output of the addition/subtraction counter 106 is
It is applied to the logic circuit 107, and when the count output of the addition/subtraction counter 106 reaches the upper limit value US,
The output of the logic circuit 107 is generated and the switch 104,1
Switch 05 to the opposite side. Then, a subtraction count based on the output of frequency f 2 is performed in the decrementable counter 106, and its contents decrease as shown in FIG. 2a. When this reaches the limit value DS, the output of the logic circuit 107 disappears. Then, the switches 104 and 105 return to their initial states, and the addition count is performed again using the output of the frequency f1 , and the above operation is repeated. For these circuits, a DC power supply 108, resistors 109 and 110 of equal resistance value, and switch 1
11 is provided, and the switch 111 is also a logic circuit 1.
Since the output of the switch 111 is controlled by the switch 07 and switches to the side in synchronization with the switches 104 and 105, the output of the switch 111 is as shown in FIG.
As shown in , the time T 1 is inversely proportional to the frequency f 1 and
A return pulse signal corresponding to a time T 2 which is inversely proportional to the frequency f 2 is obtained, and when this is averaged in the low-frequency wave generator 112, a DC signal corresponding to the positive and negative waveform areas of the return pulse signal is obtained. , this is output terminal 11
3,114. Therefore, since the frequency f 1 changes depending on the physical displacement to be detected, and the frequency f 2 does not change if the physical conditions of the surroundings are constant, the duty ratio of the return pulse signal (T 1 − T 2 )/(T 1 +T 2 ) is
Since it changes based on the frequency f 1 , the DC signal corresponding to the physical displacement to be detected is output to the output terminal 113,
Obtained at 114. Note that the influence of the ambient temperature and the like acts equally on the variable reactance element 102 and the fixed reactance element 103 as a physical change in the ambient condition, so the physical change in the ambient condition does not appear in the detection results. However, when using the configuration shown in FIG. 1, an expensive addition/subtraction counter 106 is used, a logic circuit 107 with a complicated configuration is required, and a DC power supply 108 to a switch 111 are required separately, so the manufacturing cost increases due to the complexity of the configuration. This has the disadvantage of being expensive. In addition, in Fig. 1, the value of capacitance is C,
When the value of inductance is L, the oscillation frequency f is determined by f = 1/2π√, so f does not change due to other constants, but it has the disadvantage of non-linear conversion characteristics and the oscillation The rise characteristic at the time of frequency switching is poor, and the oscillation waveform does not quickly become a predetermined oscillation waveform, which also has the disadvantage of causing measurement errors during this period. The present invention has the purpose of fundamentally eliminating such drawbacks of the conventional technology, and uses, for example, a relaxation type oscillator whose oscillation frequency is determined by capacitance and resistance, and obtains linear conversion characteristics. The present invention provides an extremely effective displacement converting device whose circuit configuration is simplified by using a simple counter. The details of the present invention will be explained below with reference to FIG. 3 and subsequent figures showing embodiments. FIG. 3 is a block diagram showing the basic configuration.
It consists of a differential capacitor 301, a switching circuit 302, an oscillator 303, an arithmetic unit 304, and an output unit 305.
307 and a movable electrode 308, the movable electrode 308 responds to the physical displacement to be detected.
In order to move between the fixed electrodes 306 and 307, the capacitance between the fixed electrode 306 and the movable electrode 308
C 1 and the capacitance C 2 between the fixed electrode 307 and the movable electrode 308 change differentially, and these are used as the first and second impedance elements. Furthermore, the switching circuit 302 includes switches 309 and 310 such as gate circuits, which are turned on and off alternately . , C 2 are alternately switched and connected, and this switching is controlled by an arithmetic unit 304, which will be described later. Therefore, when the capacitance C 1 is connected to the oscillator 303, the oscillation frequency is determined by this, and the oscillator 303 uses the frequency f 1 as the first frequency.
If the capacitance C 2 is connected in the same way, the oscillator 303 generates an oscillation output as the second frequency.
Generates an oscillation output of f 2 . This oscillation output is given to the calculation section 304, where the calculation of (f 2 −f 1 )/(f 1 +f 2 ) is performed,
As a result, an output corresponding to the difference between frequencies f 1 and f 2 is obtained, and by calculating (f 2 − f 1 )/(f 1 + f 2 ),
It is assumed that equivalent changes in the frequencies f 1 and f 2 in the same direction and in response to physical changes in the ambient conditions are eliminated. The output of the calculation section 304 is given to the output section 305, where it is converted into a signal in a predetermined format indicating the measured value D, such as a unified signal current having a variation range of 4 to 20 mA used in the field of industrial measurement. It is converted and then sent. FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific configuration,
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field)
Effect Transistor) 401 and 402 constitute a switching circuit 302, and MOSFET 403
406 constitute a two-stage complementary inverting amplifier, and the stages are connected to the movable electrode 308 via a resistor 407 to form an oscillator 303. The calculation unit 304 also includes a counter 408 having count outputs 1 to n, and resistors 409 and 4.
10, consists of an averaging means using an integrating circuit consisting of capacitors 411 and 412, and an oscillator 3
A counter 408 counts a fixed number of outputs having frequencies f 1 and f 2 from 03, and turns on or off FETs 401 and 402 alternately depending on the "H" (high level) or "L" (low level) of the count output n. While in the off state, the "H" and "L" pulse signals obtained from the count output n are directly averaged by an integrating circuit, and the resulting DC signal is provided to the output section 305. The output section 305 includes a constant voltage diode 413, resistors 414 and 415, a potentiometer 416,
Resistor 417, operational amplifier 418, FET (Feeld
Effect Transistor.) 419, 420 and a feedback resistor 421, and the output terminal 11
The power supplied from the receiving section via the two-wire line connected to 3 and 114 is stabilized by a constant current circuit with FET 419 and a constant voltage diode 413, and is used as a power source for the operational amplifier 418 side, and the potentiometer 416 The difference between the reference voltage set by and the DC voltage from the integrating circuit is amplified by the operational amplifier 418, and its output
By controlling FET420, output terminals 113 and 11
The current between 4 is variable. Further, since negative feedback from the resistor 421 is applied to the non-inverting input of the operational amplifier 418 via the resistor 417, the voltage between both inputs of the operational amplifier 418 becomes almost zero. The electric current flowing from the FET 420 to the resistor 421 is balanced, and this becomes an output current corresponding to the DC voltage from the integrating circuit. FIG. 5 is a time chart showing the operating status of FIGS. 3 and 4. When the count output n of the counter 408 is "L", the MOSFET 401 is turned on and the MOSFET 402 is turned off, thereby turning on the oscillator 303. , capacitance C 1 and resistor 407
The counter 408 generates an oscillation output with a frequency f 1 that is inversely proportional to the product of the resistance value of
In order to maintain this state until the count number is counted again, the count output n is “H”.
During this period, MOSFET401 is off, MOSFET4
02 is turned on, and at this time the oscillator 303
generates an oscillation output with a frequency f 2 that is inversely proportional to the product of the capacitance C 2 and the resistance value of the resistor 407, which is counted by the counter 408. When the count number N is reached, the count output n is set to “ By returning to "L" and repeating this operation, the counter 4 is shown in FIG. 5a.
The count status of 08 is shown in the figure b as the count output n.
The counting period T 1 for frequency f 1 is shown as the change in
is N/f 1 , and the count period T 2 of frequency f 2 is N/f 2 . Here, the counter 408 is set to CMOS.
(Complementary Metal Oxide
Semiconductor.) If you use an integrated circuit, you can obtain an output with a peak value that is almost equal to the power supply voltages +E and -E. Therefore, when the count output n is "H", +E
occurs, and -E occurs when it is "H", so
When the pulse signal of the count output n is averaged in the integrating circuit, the output voltage is given by the following equation. =1/f 2 /1/f 2 +1/f 1・(+E)1/f 2 /1/f 2
+1/f 1 ·(-E) = f 2 −f 1 /f 1 +f 2 ·E (1) That is, the calculation unit 304 performs the predetermined calculation shown in equation (1). Note that the capacitances C 1 and C 2 are the fixed electrodes 306,
The dielectric between the oscillator 307 and the variable electrode 308 causes a change in dielectric constant due to temperature fluctuations, which causes the capacitance value to change, and the characteristics of the oscillator 303 itself also change due to changes in temperature, power supply voltage, etc. change,
These factors cause unplanned changes in the frequencies f 1 and f 2 , but if the fixed electrodes 306 and 307 and the movable electrode 308 are enclosed in the same case, the capacitances C 1 and C 2 will change in the same direction. And it becomes equal, and furthermore,
Since a single oscillator 303 is used, the frequency f 1
The changes in and f 2 are multiplied by the same coefficient u, and the changed frequencies f 1 ' and f 2 ' are expressed by the following equations. f 1 ′=uf 1 , f 2 ′=uf 2 ………(2) Now, from the relationship of equation (2), find the output voltage according to equation (1) = uf 2 −uf 1 /uf 1 +uf 2・E=f 2 −f 1 /f 1 +f 2・E……
...(3) That is, by calculating equation (1), changes in frequencies f 1 and f 2 due to fluctuations in temperature, power supply voltage, etc. do not appear in the output of the calculation unit 304, but only in the physical displacement to be detected. Accurate DC voltage can be obtained. Also,
By using CMOS circuits in each part. While low power consumption is achieved, the output of the counter 408 can be directly averaged. FIG. 6 is a block diagram when a square root calculation unit 601 is added to the one shown in FIG. When measuring the flow rate of a fluid, etc., the square root calculation unit 601 is inserted between the calculation unit 304 and the output unit 305 to obtain an output signal √ proportional to the flow rate, etc., since the detection result of the square characteristic is obtained. I am assuming that I will get it. Note that a known square root calculation circuit may be used as the square root calculation unit 601. FIG. 7 is a circuit diagram when a compensation circuit is added to compensate for the nonlinearity of the differential capacitor 301 or to more strictly compensate for the temperature characteristics as a whole. connects the movable electrode 308 to the reference potential, and connects the FET 7 of the same polarity that constitutes the switching circuit 302.
02, 703 with or without an inverter 704, a charge/discharge type oscillator 303 is configured by a resistor 705 and an inverter 706 having hysteresis characteristics, and further,
NAND gate 707, FET 708, resistor 70
9, 710 and the thermistor 711 constitute a temperature compensation circuit 712. Therefore, the count output n of counter 408
When is “H”, the NAND gate 707 is turned on, and the output of the inverter 706 causes the FET
708 performs on/off operation, resistor 709
The voltage obtained by dividing the power supply voltage +E by the resistor 710 and thermistor 711 is applied to the inverter 7 via
This is applied to the capacitance C 1 via the FET 702 which is on at this time, giving an accelerating effect to the oscillation of the frequency f 1 , but this effect causes the thermistor 711 to The temperature characteristics can be compensated by changing according to the resistance value. However, the inverter 70 is connected via FET 708.
The voltage applied to the input side of 6 is not limited to the thermistor 711, but various voltages can be used depending on the purpose. Note that by using the hysteresis characteristic of the inverter 706 such that the input side threshold level at which the output is inverted is high at the rising edge and low at the falling edge, charge/discharge type relaxation type oscillation can be performed. Further, if a NOR gate is used in place of the NAND gate 707, it can participate in the oscillation at the frequency f2 , and the same result can be obtained. FIG. 8 shows a case in which capacitors 801 and 802 whose capacitances differentially change are used as the variable impedance elements shown in FIG. is a block diagram of an AND gate 803 having the same hysteresis characteristics as in FIG.
and resistors 804 and 805 for feedback charging constitute an oscillator 303, and an AND gate 80
A NAND gate 806 and an inverting input NAND gate 807 are inserted as a switching circuit 302 between the output of the counter 408 and the resistors 804 and 805, and when the count output n of the counter 408 is "H", the NAND gate is inserted.
The gate 806 is turned on, and when the output is "L", the inverting input NAND gate 807 is turned on, thereby completing the oscillation circuit alternately. In FIG. 8, when the n-bit output of the counter 408 is at a high level, the NAND gate 806 functions as an inverter, and the NAND gate 807
is in a state where its output is held at a high level. In this case, the high level output (+E) of the NAND gate 807 is connected to the capacitor 802 and the resistor 80.
The AND gate 803 functions as a Schmitt trigger because the potential at one input terminal of the AND gate 803 connected to the connection point with 5 is held at a high level +E. Therefore, in this case, capacitor 801, AND
An oscillation circuit including a gate 803, a NAND gate 806, and a resistor 804 is formed and repeats oscillation in accordance with the capacitance value of the capacitor 801. Counter 4 counts this oscillation frequency by n bits.
The output of 08 inverts its level. Due to this level reversal, NAND game 8
06 is fixed at a high level, and the NAND gate 807 side repeats oscillation in response to the capacitance value of the capacitor 802. Incidentally, the hysteresis width of the AND gate 803, which functions as a Schmitt trigger, has an important meaning in these oscillations. The above points will be explained using the waveform diagram shown in FIG. When the rising level UL at the input threshold level of the AND gate 803 is lower than zero potential, as shown in FIG. ), the terminal voltage rises due to charging of the capacitor 801 (or 802) and reaches the rising level UL. At this point, the output of AND gate 803 quickly becomes high level, so that NAND gate 806 (or inverting input NAND gate 807)
The output becomes low level and the discharge begins. On the other hand, if the rising level UL becomes higher than the zero potential, as shown in Figure 9 b and c, the point at which the gradual discharge begins will be delayed and the charging period t 1 will be extended. The discharge period t2 is shortened. However, if the difference between the rising level UL and the falling level DL is constant, there will be no change in frequencies f 1 and f 2 due to fluctuations between the rising level UL and the falling level DL, and errors based on this will be avoided. Ru. In addition, the integrated circuit is called AND gate 8.
03 is suitable because even if the absolute values of the rising level UL and the rising level DL change due to fluctuations in temperature, power supply voltage, etc., the difference between the two levels UL and DL remains approximately constant. FIG. 10 shows feedback charging resistors 804 and 80 used as first and second fixed impedances.
5 is a circuit diagram in the case of using different resistance values to obtain non - linear conversion characteristics.
1001 and 1002 are connected in parallel, and the counter 40 is connected with or without the inverter 704.
On/off control is performed by the count output n of FET 8, and in the oscillation circuit via resistor 804 or 805, the oscillation circuit on the side where FET 1001 or 1002 is turned on is completed, and oscillation at frequencies f 1 and f 2 is performed. The output is generated alternately. Therefore, if the calculation section 304 calculates equation (1), the resistance value R 1 of the resistor 804, the resistance value R 1 of the resistor 804,
When the resistance value of 05 is R2 , the value indicating the averaged DC voltage is given by the following equation. =1/C 2・R 2 −1/C 1・R 1 /1/C 1・R 1 +1/
C 2・R 2 ………(4) Therefore, for example, R 1 = 80KΩ, R 2 = 100KΩ
Assuming that the capacitances C 1 and C 2 vary differentially with respect to 50PF, the relationships shown in Table 1 are obtained.

【表】 すなわち、静電容量C1、C2の差を横軸に取り、
第1表の関係を図表で示せば第11図のものとな
り、R1、R2に応じた曲率の非直線的変換特性が
得られる。 なお、、R1とR2との関係を入替えれば、第11
図とは逆傾向の凹形特性が得られ、R1、R2の選
定により任意の変換特性が実現し、差動形容量素
子301の非直線性等を完全に補償することがで
きる。 第12図は、NANDゲート1201,120
2により第1および第2発振器303A,303
Bを構成すると共に、同ゲート1201,120
2を切替回路302としても用いた場合のブロツ
ク図であり、インバータ704を介しあるいは介
さずにNANDゲート1201,1202のオン、
オフを交互に制御し、これによつて発振回路の完
結を行なつたうえ、NANDゲート1201から
の周波数f1を有する発振出力または、NANDゲ
ート1202からの周波数f2を有する発振出力
を、NANDゲート1203を介しカウンタ40
8へ与えている。 第13図は、第12図における発振波形を示
し、NANDゲート1201,1202の出力が
反転する入力側スレシホールドレベルをVTRとす
るとき、静電容量C1またはC2に対する放電期間t1
と、同容量C1またはC2からの充電期間t2とは、電
源電圧をEとすれば次式によつて示される。 t1=−R・C(lo・E−VTR/E) ………(5) t2=−R・C(lo・VTR/E) ………(6) たゞし、Rは抵抗器804,805に抵抗値、
Cは静電容量C1、C2の容量値である。 したがつて、第13図a〜cに、スレシホール
ドレベルVTRの変化に応じた波形を示すとおり、
スレシホールドレベルVTRが変化しても周波数の
変化は抑制され、正確な変換特性が得られる。 なお、第10図の様に、抵抗器804と805
との抵抗値を異ならせ、任意の変換特性を得るこ
ともできる。また、第1および第2発振器303
A、303Bの回路を常時完結状態としておき、
これらの出力をゲート回路等により交互に切替
え、カウンタ408へ与えるものとしても同様で
ある。 第14図は、演算部304の変形実施例を示す
ブロツク図であり、この場合の第1および第2イ
ンピーダンス素子としては、検出すべき物理的変
位に応じて静電容量の変化する可変容量素子と、
周囲条件の物理的変化に応じてのみ静電容量の変
化する静電容量素子とが用いられ、検出すべき物
理的変位によつては周波数f1のみが変化するもの
となつている。 また、カウンタ408としては、カウント出力
nの波高値が特に電源電圧と均等にはならない一
般のものを用いることが可能となつている。 同図において、カウント出力nにはCMOS形
のインバータ1401が接続され、その出力が抵
抗器409とコンデンサ411とからなる積分回
路へ与えられていると共に、カウント出力nから
のパルス信号はCMOS形のバツフア1402お
よび、抵抗器1403とコンデンサ1404との
積分回路を介して、演算増幅器1405の反転入
力が与えられており、同増幅器1405の出力
Ecは、インバータ1401およびバツフア14
02の電源電圧として用いられ、CMOS形回路
の出力波高値が電源電圧Ecとほゞ等しく定めら
れるうえから、バツフア1402と演算増幅器1
405との間には、負帰還ループが形成されてい
る。 このため、演算増幅器1405の非反転入力へ
与えられている基準電圧ERと、反転入力の電圧
とが、ほゞ等しい値となつたときに負帰還ループ
が平衡し、この条件によつて電源電圧Ecが決定
されるものとなり、第5図aと同様のカウント動
作がカウンタ408において行なわれ、同図bの
パルス信号がカウント出力nから得られるものと
なるため、バツフア1402の出力における波高
値が電源電圧Ecにほゞ等しく、かつ、その出力
が抵抗器1403とコンデンサ1404とにより
平均化されることにより次式が成立する。 ER=Ec・T2/T1+T2 ………(7) ∴Ec=ER・T1+T2/T2 ………(8) また、抵抗器409とコンデンサ411との積
分回路から得られる出力電圧Eoutは、第5図b
の波形を反転し、かつ、波高値が電源電圧Ecと
ほゞ等しくなつたものを平均化した結果であるた
め、次式によつて示される。 Eout=Ec・T1/T1+T2 ………(9) (9)式へ(8)式を代入すれば、 Eout=ER・T1/T2 ………(10) したがつて、出力電圧EoutはT1/T2に比例し
たものとなり、これを用いて減算回路により次式
の演算を行なえば、 1−T1/T2=T2−T1/T2 ………(11) が得られ、可変容量素子の容量変化に応じた直流
電圧となるため、目的が達せられる。 なお、演算部304を若干変形することによ
り、つぎに示す各式の演算が可能となり、条件に
応じて適用することができる。 T1−T2/T1+T2orT1−T2/T1orT1/T1+T2………(12) 第15図は、開ループ形の出力部305を示す
回路図であり、演算増幅器418には入力抵抗器
1501,1502を介して演算部304からの
直流電圧が与えられ、同増幅器418の非反転入
力は抵抗器1503を介し、基準電位としての出
力端子114へ接続されていると共に、反転入力
に対し抵抗器1504による負帰還が施されてお
り、演算増幅器418の出力には、演算部304
からの直流電圧に応じ、出力電圧e1が生ずるもの
となつている。 また、演算増幅器418側の電源は、第5図の
FET419等による定電流回路1505および、
定電圧ダイオード413によつて与えられている
一方、出力端子113,114間に、定電圧回路
1506が接続され、定電圧e2を発生しており、
この出力と演算増幅器418と出力との間に接続
された抵抗器1507には、これの抵抗値をRQ
とするとき、(e2/e1)/RQの電流が通ずるもの
となつている。 第16図は、定電圧回路1506の具体例を示
す回路図であり、定電圧回路1601および定電
圧ダイオード1602により定電圧e3を得たう
え、演算増幅器1603の電源および非反転入力
電圧としており、同増幅器1603の出力によつ
て、出力端子113と演算増幅器1603の反転
入力にドレイン・ソース間が接続されたトランジ
スタ1604のゲートを制御し、トランジスタ1
604のソースを定電圧e2に固定している。 このため、トランジスタ1604には(e2
e1)/RQの電流が通じ、この電流は出力端子1
13からトランジスタ1604のドレイン・ソー
ス間を介して演算増幅器418へ流入する。 したがつて、抵抗器1507の電流は、演算増
幅器418の出力インピーダンスを介して出力端
子114へ還流し、演算部304からの直流電圧
にしたがつた電流が、出力端子113,114間
に通ずる。 なお、演算増幅器418が電流を十分に吸収し
得ない場合には、第17図のとおり、同増幅器4
18の出力側へ出力段用のトランジスタ1701
を挿入すればよい。 このほか、第15図の構成によるときは、出力
端子113,114側と演算増幅器418との間
に、直接的かつ閉ループ状の負帰還がなく、開ル
ープ状となつているため、出力部の定電圧回路1
506側と別個に演算増幅器418側を調整する
ことが容易となる。 第18図は、出力端子113,114間の出力
電流を、出力部305の入力側へパルス的に帰還
する場合の回路図であり、集積回路化された
NANDゲートをインバータ1801〜1804
として用いると共に、同様のスイツチ1805〜
1808を用いており、カウンタ408のカウン
ト出力中、最上位ビツトQ7とこれに隣接する下
位ビツトQ6とを用い、最上位ビツトQ7から得ら
れるパルス信号に対し、出力電流に応じた負帰還
を与えるものとしている。 すなわち、インバータ1801,1802およ
び抵抗器407により、第4図と同様の発振器3
03を構成し、カウンタ408の最上位ビツト
Q7により、インバータ1083を介しあるいは
介さずに制御されるスイツチ1805,1806
によつて切替回路302を構成する一方、抵抗器
409とコンデンサ411とからなる積分回路に
は、下位ビツトQ6により、インバータ1804
を介しあるいは介さずに制御されるスイツチ18
07,1808によつて、最上位ビツトQ7から
のパルス信号をインバータ1803により反転し
た信号と、出力電流の負帰還用ポテンシヨメータ
から得た信号とを与えている。 また、出力部305は第5図のものとほゞ同様
であるが、定電圧ダイオード1810により定電
圧を得て、演算増幅器418側の電源としている
ほか、FET420のドレイン・ソース間インピ
ーダンスを演算増幅器418の出力により制御
し、出力電流の可変を行なつている。 したがつて、発振器303においては、カウン
タ408の最上位ビツトQ7が“L”のときスイ
ツチ1805がオンとなり、静電容量C1に応じ
た周波数f1の発振出力が生じ、これのカウントに
より最上位ビツトQ7が“H”へ転ずれば、スイ
ツチ1806のオンによつて、静電容量C2に応
じた周波数f2の発振出力を生じ、これを反復する
が、最上位ビツトQ7からのパルス信号はインバ
ータ1803により反転されたうえ、最上位ビツ
トQ7に対し2倍の周波数により“H”、“L”を
反復する下位ビツトQ6の出力によつて制御され
るスイツチ1807により断続されると共に、ス
イツチ1807がオフとなつたときにスイツチ1
808がオンとなるため、この間はポテンシヨメ
ータ1809からの帰還電圧Efが挿入される。 なお、インバータ1801〜1804およびカ
ウンタ408には、CMOS形回路が用いられて
おり、スイツチ1807の出力波高値は電源電圧
+Eとほぼ等しいものとなつているため、第19
図に示すとおり、スイツチ1807がオンとなつ
ている期間は、零電位に対し電源電圧+Eの波高
値を有するパルス信号が得られる。 また、最上位ビツトQ7に対し隣接する下位ビ
ツトQ6により、スイツチ1807,1808の
オン、オフ制御が行なわれるため、周波数f1に応
じた期間T1と周波数f2に応じた期間T2とは、そ
の1/2の期間において帰還電圧Efが負方向に挿入
されると共に、可動電極308の移動に応じて第
19図a〜bのとおり、期間T1、T2が差動的に
変化する。 たゞし、帰還電圧Efの挿入による負帰還作用
により、第19図cのとおり、帰還電圧Efによ
る負方向波形の面積と、電源電圧+Eによる正方
向波形の面積とが等しくなつた状態で平衡し、か
つ、この信号を平均化した電圧と、ポテンシヨメ
ータ416により設定された基準電圧Esとの差
が、帰還電圧Efに比例するため、次式が成立す
る。 Es−+E・T1/2(T1+T2)=Ef ………(13) したがつて、(13)式に示す平衡状態では、T1
(T1+T2)に対応した出力電流が得られ、目的を
達することができる。 第20図は、第7図、第8図および第10図に
示す充放電形の発振器303における、インバー
タ706、ANDゲート803の入出力間分布容
量による影響を排除した回路を示し、インバータ
2001およびコンデンサ2002を付加するこ
とにより、インバータ706の入出力間分布容量
Csに基づく発振周波数への影響を補償している。 すなわち、インバータ2001およびコンデン
サ2002がないときには、静電容量C1または
C2の端子電圧上昇あるいは下降により、インピ
ーダンス706の出力が“H”から“L”へある
いは“L”から“H”へ反転する際、分布容量
Csを介した放電あるいは充電が静電容量C1また
はC2に対して行なわれ、第21図aに示すとお
り、立上りレベルULと立下りレベルDLの近辺に
おいて発振波形に急激な変化を生じ、これによつ
て、本来、同図に点線で示す変化の波形となるべ
きものが実線のとおりに変化し、充放電周期が短
縮され、発振周波数に誤差を生ずる。 また、この分布容量Csよる充放電状況は、静
電容量C1またはC2と分布容量Csとの容量比に応
じて変化し、静電容量C1、C2が物理量に応じて
変化すれば、これにしたがつて周波数誤差も変化
するため、変換特性に非直線的な誤差を生ずる。 したがつて、第20図のとおり、インバータ7
06の出力側へインバータ2001を挿入のう
え、その出力とインバータ706の入力との間
へ、分布容量Csと等しい容量値のコンデンサ2
002を接続すれば、分布容量Csによる放電の
際にコンデンサ2002による充電が行なわれる
と共に、分布容量Csによる充電の際にはコンデ
ンサ2002による放電が行なわれ、第21図b
に示すとおり、同図aに点線で示す波形と同一の
発振周期が得られ、分布容量Csに基づく周波数
誤差が排除される。 このほか、以上の説明では第1および第2イン
ピーダンス素子として、差動形容量素子または可
変容量素子と固定容量素子とを用いたが、第1お
よび第2インピーダンス素子としては、ストレイ
ンゲージ、サーミスタ等の差動形抵抗素子あるい
は、可変抵抗素子と固定抵抗素子とを用い、発振
器303の抵抗器407,705,804,80
5の代りにコンデンサを挿入してもよい。 また、平均化手段としての積分回路および出力
部305を省略し、カウンタ408からのパルス
信号をそのまゝの形で伝送のうえ、受信部へ積分
回路を設けても同様であり、あるいは、積分回路
の代りに可動線輪形計器等、パルス信号の平均値
を指示する指示計器を平均化手段として用いるこ
ともできる等、本発明は種々の変形が自在であ
る。 以上の説明により明らかなとおり本発明によれ
ば、主としてデイジタル回路により構成されるた
め、調整が不要になると共に、カウンタとして
CMOS形を用いることにより、電源電圧とほゞ
等しい波高値の出力が得られ、これを直ちに平均
化すればよく、回路構成の単純化が実現する。ま
た、各部にCMOS形回路を用いることにより、
電源消費電流が少なく、2線式伝送器の場合に
は、出力端子間の規定最小電流値以下に電源消費
電流を定めることが容易となる等の特徴を呈し、
各種製造工程のプロセス量計測等において顕著な
効果が得られる。
[Table] In other words, taking the difference between capacitance C 1 and C 2 on the horizontal axis,
If the relationship in Table 1 is shown graphically, it will be shown in FIG. 11, and a non-linear conversion characteristic of curvature according to R 1 and R 2 can be obtained. In addition, if the relationship between R 1 and R 2 is switched, the 11th
A concave characteristic with a tendency opposite to that shown in the figure is obtained, and by selecting R 1 and R 2 , an arbitrary conversion characteristic can be realized, and the nonlinearity of the differential capacitive element 301 can be completely compensated. FIG. 12 shows NAND gates 1201, 120
2, the first and second oscillators 303A, 303
B and the same gates 1201, 120
2 is also used as a switching circuit 302, and the NAND gates 1201 and 1202 are turned on and off with or without an inverter 704.
The oscillation circuit is controlled to be off alternately, thereby completing the oscillation circuit, and the oscillation output having a frequency f 1 from the NAND gate 1201 or the oscillation output having a frequency f 2 from the NAND gate 1202 is connected to the NAND gate. Counter 40 via gate 1203
It is given to 8. FIG. 13 shows the oscillation waveform in FIG. 12, and when the input threshold level at which the outputs of the NAND gates 1201 and 1202 are inverted is V TR , the discharge period t 1 for the capacitance C 1 or C 2
, and the charging period t 2 from the same capacity C 1 or C 2 is expressed by the following equation, where E is the power supply voltage. t 1 = -R・C (l o・E−V TR /E) ………(5) t 2 = −R・C (l o・V TR /E) ………(6) R is the resistance value of resistors 804 and 805,
C is the capacitance value of the capacitances C 1 and C 2 . Therefore, as shown in FIGS. 13a to 13c, waveforms corresponding to changes in the threshold level V TR are as follows.
Even if the threshold level V TR changes, frequency changes are suppressed and accurate conversion characteristics can be obtained. In addition, as shown in FIG. 10, resistors 804 and 805
It is also possible to obtain arbitrary conversion characteristics by making the resistance values different. In addition, the first and second oscillators 303
Keep the circuits of A and 303B in a complete state at all times,
The same applies if these outputs are alternately switched by a gate circuit or the like and fed to the counter 408. FIG. 14 is a block diagram showing a modified embodiment of the calculation unit 304, in which the first and second impedance elements are variable capacitance elements whose capacitance changes according to the physical displacement to be detected. and,
A capacitive element whose capacitance changes only in response to physical changes in ambient conditions is used, and only the frequency f 1 changes depending on the physical displacement to be detected. Further, as the counter 408, it is possible to use a general counter whose peak value of the count output n is not particularly equal to the power supply voltage. In the figure, a CMOS type inverter 1401 is connected to the count output n, and its output is given to an integrating circuit consisting of a resistor 409 and a capacitor 411, and a pulse signal from the count output n is connected to a CMOS type inverter 1401. An inverting input of an operational amplifier 1405 is supplied through a buffer 1402 and an integrating circuit consisting of a resistor 1403 and a capacitor 1404, and the output of the amplifier 1405 is
Ec is the inverter 1401 and buffer 14
Since the output peak value of the CMOS type circuit is determined to be approximately equal to the power supply voltage Ec, the buffer 1402 and the operational amplifier 1
405, a negative feedback loop is formed. Therefore, when the reference voltage E R applied to the non-inverting input of operational amplifier 1405 and the voltage at the inverting input become approximately equal, the negative feedback loop is balanced, and under this condition, the power supply The voltage Ec is determined, a counting operation similar to that shown in FIG. 5a is performed in the counter 408, and the pulse signal shown in FIG. is approximately equal to the power supply voltage Ec, and the output thereof is averaged by the resistor 1403 and the capacitor 1404, so that the following equation holds true. E R = Ec・T 2 /T 1 +T 2 ………(7) ∴Ec=E R・T 1 +T 2 /T 2 ………(8) Also, from the integrating circuit of resistor 409 and capacitor 411, The resulting output voltage Eout is shown in Figure 5b.
This is the result of inverting the waveform of , and averaging the waveforms whose peak values are approximately equal to the power supply voltage Ec, so it is expressed by the following equation. Eout=Ec・T 1 /T 1 +T 2 ......(9) If we substitute equation (8) into equation (9), Eout=E R・T 1 /T 2 ......(10) Therefore, , the output voltage Eout will be proportional to T 1 /T 2 , and if you use this to calculate the following formula using the subtraction circuit, 1-T 1 /T 2 = T 2 - T 1 /T 2 ...... (11) is obtained, and the DC voltage corresponds to the capacitance change of the variable capacitance element, so the purpose is achieved. Note that by slightly modifying the calculation unit 304, calculations of the following equations can be made, and can be applied depending on the conditions. T 1 −T 2 /T 1 +T 2 orT 1 −T 2 /T 1 orT 1 /T 1 +T 2 (12) FIG. 15 is a circuit diagram showing an open-loop type output section 305, The operational amplifier 418 is supplied with the DC voltage from the calculation unit 304 via input resistors 1501 and 1502, and the non-inverting input of the amplifier 418 is connected to the output terminal 114 as a reference potential via a resistor 1503. At the same time, negative feedback is applied to the inverting input by a resistor 1504, and the output of the operational amplifier 418 is connected to the operational unit 304.
The output voltage e 1 is generated in response to the DC voltage from the output voltage e 1 . In addition, the power supply on the operational amplifier 418 side is as shown in FIG.
Constant current circuit 1505 using FET419 etc.,
On the other hand, a constant voltage circuit 1506 is connected between the output terminals 113 and 114 to generate a constant voltage e 2 .
A resistor 1507 connected between this output and the operational amplifier 418 has a resistance value of R Q
When , a current of (e 2 /e 1 )/R Q flows through it. FIG. 16 is a circuit diagram showing a specific example of a constant voltage circuit 1506, in which a constant voltage e 3 is obtained by a constant voltage circuit 1601 and a constant voltage diode 1602, and is used as a power source and a non-inverting input voltage for an operational amplifier 1603. , the gate of a transistor 1604 whose drain and source are connected to the output terminal 113 and the inverting input of the operational amplifier 1603 is controlled by the output of the amplifier 1603.
The source of 604 is fixed at a constant voltage e2 . Therefore, the transistor 1604 has (e 2
e 1 )/R Q current flows, and this current flows to output terminal 1
13 and flows into the operational amplifier 418 via the drain and source of the transistor 1604. Therefore, the current of resistor 1507 flows back to output terminal 114 via the output impedance of operational amplifier 418, and a current according to the DC voltage from calculation section 304 flows between output terminals 113 and 114. Note that if the operational amplifier 418 cannot sufficiently absorb the current, as shown in FIG.
Transistor 1701 for the output stage to the output side of 18
Just insert . In addition, when using the configuration shown in FIG. 15, there is no direct closed-loop negative feedback between the output terminals 113, 114 and the operational amplifier 418, but an open-loop configuration exists, so the output section Constant voltage circuit 1
It becomes easy to adjust the operational amplifier 418 side separately from the 506 side. FIG. 18 is a circuit diagram when the output current between the output terminals 113 and 114 is fed back to the input side of the output section 305 in a pulsed manner.
Invert NAND gates 1801-1804
as well as similar switches 1805~
1808 is used, and during the count output of the counter 408, the most significant bit Q 7 and the adjacent lower bit Q 6 are used to generate a negative pulse signal obtained from the most significant bit Q 7 according to the output current. It is supposed to give you a return. That is, the oscillator 3 similar to that shown in FIG.
03 and the most significant bit of the counter 408
Switches 1805 and 1806 controlled by Q 7 with or without inverter 1083
The inverter 1804 is configured by the lower bit Q6 in the integrating circuit consisting of the resistor 409 and the capacitor 411.
switch 18 controlled with or without
07 and 1808 provide a signal obtained by inverting the pulse signal from the most significant bit Q7 by an inverter 1803, and a signal obtained from a potentiometer for negative feedback of the output current. Further, the output section 305 is almost the same as that shown in FIG. The output current is controlled by the output of 418, and the output current is varied. Therefore, in the oscillator 303, when the most significant bit Q7 of the counter 408 is "L", the switch 1805 is turned on, and an oscillation output with a frequency f1 corresponding to the capacitance C1 is generated, and by counting this, When the most significant bit Q7 turns to "H", the switch 1806 is turned on to generate an oscillation output with a frequency f2 corresponding to the capacitance C2 , and this is repeated, but the most significant bit Q7 The pulse signal from is inverted by an inverter 1803, and is then inverted by a switch 1807 controlled by the output of the lower bit Q6 , which repeats "H" and " L " at twice the frequency of the most significant bit Q7. When switch 1807 is turned off, switch 1
Since the switch 808 is turned on, the feedback voltage Ef from the potentiometer 1809 is inserted during this time. Note that CMOS type circuits are used for the inverters 1801 to 1804 and the counter 408, and the output peak value of the switch 1807 is approximately equal to the power supply voltage +E.
As shown in the figure, while the switch 1807 is on, a pulse signal having a peak value of the power supply voltage +E with respect to zero potential is obtained. Furthermore, since the switches 1807 and 1808 are controlled to be turned on and off by the lower bit Q6 adjacent to the most significant bit Q7 , the period T1 corresponds to the frequency f1 and the period T2 corresponds to the frequency f2 . This means that the feedback voltage Ef is inserted in the negative direction during the 1/2 period, and the periods T 1 and T 2 are differentially inserted as shown in FIGS. Change. However, due to the negative feedback effect caused by the insertion of the feedback voltage Ef, as shown in Figure 19c, equilibrium is reached in a state where the area of the negative waveform due to the feedback voltage Ef is equal to the area of the positive waveform due to the power supply voltage +E. However, since the difference between the voltage obtained by averaging this signal and the reference voltage Es set by the potentiometer 416 is proportional to the feedback voltage Ef, the following equation holds true. Es−+E・T 1 /2 (T 1 + T 2 )=Ef (13) Therefore, in the equilibrium state shown in equation (13), T 1
An output current corresponding to (T 1 +T 2 ) can be obtained, and the purpose can be achieved. FIG. 20 shows a circuit in which the influence of the distributed capacitance between the input and output of the inverter 706 and the AND gate 803 is eliminated in the charge/discharge type oscillator 303 shown in FIGS. 7, 8, and 10, and the inverter 2001 and By adding the capacitor 2002, the distributed capacitance between the input and output of the inverter 706 can be increased.
The influence on the oscillation frequency based on Cs is compensated. That is, when there is no inverter 2001 and capacitor 2002, the capacitance C 1 or
When the output of impedance 706 is reversed from "H" to "L" or from "L" to "H" due to the rise or fall of the terminal voltage of C2 , the distributed capacitance
Discharging or charging via Cs is performed on the capacitance C1 or C2 , and as shown in FIG. 21a, a sudden change occurs in the oscillation waveform near the rising level UL and falling level DL, As a result, the waveform that should originally change as shown by the dotted line in the figure changes as shown by the solid line, the charging and discharging cycle is shortened, and an error occurs in the oscillation frequency. Furthermore, the charging/discharging status due to this distributed capacitance Cs changes depending on the capacitance ratio between the capacitance C 1 or C 2 and the distributed capacitance Cs, and if the capacitances C 1 and C 2 change depending on the physical quantities, , the frequency error also changes accordingly, resulting in a nonlinear error in the conversion characteristics. Therefore, as shown in FIG.
Insert an inverter 2001 into the output side of the inverter 706, and connect a capacitor 2 with a capacitance equal to the distributed capacitance Cs between its output and the input of the inverter 706.
002, charging by the capacitor 2002 is performed when discharging by the distributed capacitance Cs, and discharging by the capacitor 2002 is performed when charging by the distributed capacitance Cs, as shown in Fig. 21b.
As shown in FIG. 2, the same oscillation period as the waveform indicated by the dotted line in FIG. In addition, in the above explanation, a differential capacitor element or a variable capacitor element and a fixed capacitor element are used as the first and second impedance elements, but strain gauges, thermistors, etc. are used as the first and second impedance elements. Using a differential resistance element or a variable resistance element and a fixed resistance element, the resistors 407, 705, 804, 80 of the oscillator 303
A capacitor may be inserted in place of 5. Alternatively, the same effect can be obtained by omitting the integrating circuit and the output section 305 as the averaging means, transmitting the pulse signal from the counter 408 as it is, and then providing an integrating circuit in the receiving section. The present invention can be modified in various ways, such as using an indicating instrument that indicates the average value of the pulse signal, such as a movable ring-type instrument, as the averaging means instead of the circuit. As is clear from the above explanation, according to the present invention, since it is mainly composed of a digital circuit, there is no need for adjustment, and it can also be used as a counter.
By using a CMOS type, an output with a peak value approximately equal to the power supply voltage can be obtained, which can be averaged immediately, simplifying the circuit configuration. In addition, by using CMOS type circuits in each part,
It has characteristics such as low power consumption current, and in the case of a two-wire transmitter, it is easy to set the power consumption current below the specified minimum current value between the output terminals,
Remarkable effects can be obtained in measurement of process quantities in various manufacturing processes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来例のブロツク図、第2図は第1図
の動作状況を示すタイムチヤート、第3図以降は
本発明の実施例を示し、第3図は基本構成のブロ
ツク図、第4図は第3図のものゝ具体的構成を示
す回路図、第5図は第3図および第4図の動作状
況を示すタイムチヤート、第6図は第3図へ開平
演算部を追加した場合のブロツク図、第7図は補
償回路を付加した場合の回路図、第8図は発振回
路を切替回路により完結させる場合のブロツク
図、第9図は第8図の発振波形を示す図、第10
図は非直線的な変換特性を得る場合の回路図、第
11図は第10図のものゝ変換特性を示す図、第
12図は発振器および切替回路にNANDゲート
を用いた場合のブロツク図、第13図は第12図
のものゝ発振波形を示す図、第14図は演算部の
変形例を示すブロツク図、第15図は開ループ形
の出力部を示す回路図、第16図は第15図にお
ける定電圧回路の具体例を示す回路図、第17図
は第15図の演算増幅器へ出力段を付加した場合
の回路図、第18図は出力電流をパルス的に帰還
する場合の回路図、第19図は第18図における
パルス信号の波形を示す図、第20図はインバー
タの入出力間分布容量による発振周波数の誤差を
補償する場合の回路図、第21図は第20図にお
ける発振波形の変化を示す図である。 C1,C2……静電容量(第1および第2インピ
ーダンス素子)、301……差動形容量素子、3
02……切替回路、303……発振器(弛張形発
振器)、408……カウンタ、409,401…
…抵抗器、411,412……コンデンサ、80
4,805……抵抗器(第1および第2固定イン
ピーダンス)。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional example, FIG. 2 is a time chart showing the operating status of FIG. Figure 3 is a circuit diagram showing the specific configuration, Figure 5 is a time chart showing the operating status of Figures 3 and 4, and Figure 6 is when a square root calculation section is added to Figure 3. 7 is a circuit diagram when a compensation circuit is added, FIG. 8 is a block diagram when the oscillation circuit is completed by a switching circuit, FIG. 9 is a diagram showing the oscillation waveform of FIG. 10
The figure is a circuit diagram when obtaining non-linear conversion characteristics, Figure 11 is a diagram showing the conversion characteristics of Figure 10, Figure 12 is a block diagram when NAND gates are used in the oscillator and switching circuit, Fig. 13 is a diagram showing the oscillation waveform of Fig. 12, Fig. 14 is a block diagram showing a modification of the arithmetic section, Fig. 15 is a circuit diagram showing an open-loop type output section, and Fig. 16 is a diagram showing the oscillation waveform of Fig. 12. Figure 15 is a circuit diagram showing a specific example of the constant voltage circuit, Figure 17 is a circuit diagram when an output stage is added to the operational amplifier in Figure 15, and Figure 18 is a circuit where the output current is fed back in a pulsed manner. Figure 19 is a diagram showing the waveform of the pulse signal in Figure 18, Figure 20 is a circuit diagram when compensating for an error in the oscillation frequency due to distributed capacitance between the input and output of the inverter, and Figure 21 is a diagram showing the waveform of the pulse signal in Figure 20. FIG. 3 is a diagram showing changes in oscillation waveform. C 1 , C 2 ... Capacitance (first and second impedance elements), 301 ... Differential capacitance element, 3
02... Switching circuit, 303... Oscillator (relaxation type oscillator), 408... Counter, 409, 401...
...Resistor, 411,412...Capacitor, 80
4,805...Resistor (first and second fixed impedance).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 それぞれの一端が共通接続され検出すべき物
理的変位に応じて少なくとも一方のインピーダン
スが変化する第1および第2インピーダンス素子
と、この第1或いは第2インピーダンス素子の他
端と前記共通接続された共通接続点との間に接続
され前記第1或いは第2インピーダンスを回路要
素の1つとする抵抗値と容量値で決定される第1
および第2周波数を発振する弛張形発振器と、こ
の弛張形発振器の発振出力を所定数まで計数しこ
の所定数に達したときにその出力レベルを変更す
るカウンタと、このカウンタの出力レベルの変更
に応じて前記第1周波数と前記第2周波数のいず
れか一方に切り換える切換手段と、前記カウンタ
のカウント出力を平均化する平均化手段とからな
ることを特徴とする変位変換装置。 2 検出すべき物理的変位に応じて差動的に静電
容量の変化する差動形容量素子を第1および第2
インピーダンス素子として用いたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の変位変換装置。 3 検出すべき物理的変位に応じて静電容量の変
化する可変容量素子と、周囲条件の物理的変化に
応じてのみ静電容量の変化する固定容量素子とを
第1および第2インピーダンス素子として用いた
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の変
位変換装置。 4 検出すべき物理的変位に応じて差動的に抵抗
値の変化する差動形抵抗素子を第1および第2イ
ンピーダンス素子として用いたことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の変位変換装置。 5 検出すべき物理的変位に応じて抵抗値の変化
する可変抵抗素子と、周囲条件の物理的変化に応
じてのみ抵抗値の変化する固定抵抗素子とを第1
および第2インピーダンス素子として用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の変位変
換装置。 6 単一の弛張形発振器を用いると共に第1また
は第2インピーダンス素子による発振回路を交互
に完結する切替路を用いたことを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の変位変換装置。 7 第1および第2インピーダンス素子が各個に
接続された第1および第2弛張形発振器を用いる
と共に該第1および第2弛張形発振器による発振
回路を交互に完結する切替回路を用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の変位変換装
置。 8 第1および第2インピーダンス素子と共に発
振周波数を定める第1および第2固定インピーダ
ンスを備え、かつ該第1および第2固定インピー
ダンスの値を互いに異ならせた弛張形発振器を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の変位変換装置。 9 平均化手段として、積分回路を用いたことを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の変位変換
装置。 10 平均化手段として、パルス信号の平均値を
指示する指示計器を用いたことを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の変位変換装置。
[Scope of Claims] 1. First and second impedance elements whose respective ends are commonly connected and whose impedance changes in accordance with the physical displacement to be detected, and the other end of the first or second impedance element. and the commonly connected common connection point, the first or second impedance being determined by the resistance value and capacitance value, with the first or second impedance being one of the circuit elements.
and a relaxation type oscillator that oscillates a second frequency, a counter that counts the oscillation output of the relaxation type oscillator up to a predetermined number and changes its output level when the predetermined number is reached, and a counter that changes the output level of the counter. A displacement conversion device comprising: switching means for switching to either the first frequency or the second frequency according to the frequency; and averaging means for averaging the count output of the counter. 2 A differential type capacitive element whose capacitance changes differentially according to the physical displacement to be detected is connected to the first and second
2. The displacement converting device according to claim 1, wherein the displacement converting device is used as an impedance element. 3. A variable capacitance element whose capacitance changes in accordance with the physical displacement to be detected and a fixed capacitance element whose capacitance changes only in response to physical changes in ambient conditions are used as the first and second impedance elements. The displacement converting device according to claim 1, wherein the displacement converting device is used. 4. Displacement according to claim 1, characterized in that differential resistance elements whose resistance value differentially changes depending on the physical displacement to be detected are used as the first and second impedance elements. conversion device. 5. A variable resistance element whose resistance value changes according to the physical displacement to be detected and a fixed resistance element whose resistance value changes only according to physical changes in the surrounding conditions are used as the first
2. The displacement converting device according to claim 1, which is used as a second impedance element. 6. The displacement conversion device according to claim 1, characterized in that a single relaxation type oscillator is used and a switching path is used to alternately complete the oscillation circuit by the first or second impedance element. 7. The invention is characterized by using first and second relaxation type oscillators each having a first and second impedance element connected to each other, and using a switching circuit that alternately completes an oscillation circuit using the first and second relaxation type oscillators. A displacement converting device according to claim 1. 8. A relaxation type oscillator is used, which includes first and second fixed impedances that together with the first and second impedance elements determine the oscillation frequency, and in which the values of the first and second fixed impedances are different from each other. A displacement converting device according to claim 1. 9. The displacement converting device according to claim 1, characterized in that an integrating circuit is used as the averaging means. 10. The displacement converting device according to claim 1, characterized in that an indicator that indicates the average value of the pulse signal is used as the averaging means.
JP2924680A 1980-03-10 1980-03-10 Displacement converting device Granted JPS56126714A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2924680A JPS56126714A (en) 1980-03-10 1980-03-10 Displacement converting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2924680A JPS56126714A (en) 1980-03-10 1980-03-10 Displacement converting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56126714A JPS56126714A (en) 1981-10-05
JPH0128325B2 true JPH0128325B2 (en) 1989-06-02

Family

ID=12270889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2924680A Granted JPS56126714A (en) 1980-03-10 1980-03-10 Displacement converting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS56126714A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56174011U (en) * 1980-05-28 1981-12-22

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS539565A (en) * 1976-07-14 1978-01-28 Yokogawa Hokushin Electric Corp Displacement transducer

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS539565A (en) * 1976-07-14 1978-01-28 Yokogawa Hokushin Electric Corp Displacement transducer

Also Published As

Publication number Publication date
JPS56126714A (en) 1981-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3906391A (en) Linear period thermistor temperature oscillator
JP4089672B2 (en) Oscillation circuit and semiconductor device having the oscillation circuit
US4366716A (en) Pressure transducer
JPS5937611B2 (en) Resistor-capacitive oscillator circuit
US4603308A (en) Temperature stable oscillator
US4241317A (en) Frequency generator suitable for use as position-frequency transducer
JPH0128325B2 (en)
EP0687903B1 (en) Humidity meter
SK280692B6 (en) Circuit for a transducer
JPH0134326B2 (en)
JP3729872B2 (en) Oscillator circuit
JPH0431328B2 (en)
JPS6353600B2 (en)
SU769419A1 (en) Conductometer
JPS60624B2 (en) Impedance-frequency conversion circuit
JPH05280996A (en) Processing circuit for output signal of sensor
JPH0130412B2 (en)
JPH0353180Y2 (en)
JPH0128323B2 (en)
JPH0933564A (en) Signal processing circuit for sensor utilizing change in capacitance
JPS6351248B2 (en)
JPS5821214B2 (en) temperature measuring device
JPH0412815B2 (en)
JPH11298317A (en) Counting device, capacitance type sensor and frequency difference measurement device
JPH0439894B2 (en)