JPH0130411B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0130411B2 JPH0130411B2 JP57205804A JP20580482A JPH0130411B2 JP H0130411 B2 JPH0130411 B2 JP H0130411B2 JP 57205804 A JP57205804 A JP 57205804A JP 20580482 A JP20580482 A JP 20580482A JP H0130411 B2 JPH0130411 B2 JP H0130411B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stators
- insulating
- electrodes
- rotor
- stator
- 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
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 19
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- G01D5/14—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
- G01D5/24—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
- 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
- G01D5/2412—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 overlap
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、主として流量計や液面計等に好適な
回転変位検出装置に関する。
回転変位検出装置に関する。
回転変位検出装置には、回転部と固定部間に摺
動部を有する接触型と、摺動部を有さない無接触
型とがあるが、このうち無接触型は回転に要する
トルクが小さいことと、摺動による磨耗がないこ
とから有利な場合が多い。
動部を有する接触型と、摺動部を有さない無接触
型とがあるが、このうち無接触型は回転に要する
トルクが小さいことと、摺動による磨耗がないこ
とから有利な場合が多い。
現在、無接触型としては磁気的な方法が広く用
いられており、これには磁気抵抗素子を用いた方
式と磁気平衡方式とがある。前者は直接範囲が限
定され、また出力の温度ドリフトが大きく、補償
が困難である。後者は回転部と固定部間は無接触
であるが、可動磁石と固定された可飽和鉄心間に
回転変位に伴なう磁力が生じ、ために軽トルクで
回転変位を検出しようとする場合には被測定系に
外乱を与えることとなつて好ましくない。
いられており、これには磁気抵抗素子を用いた方
式と磁気平衡方式とがある。前者は直接範囲が限
定され、また出力の温度ドリフトが大きく、補償
が困難である。後者は回転部と固定部間は無接触
であるが、可動磁石と固定された可飽和鉄心間に
回転変位に伴なう磁力が生じ、ために軽トルクで
回転変位を検出しようとする場合には被測定系に
外乱を与えることとなつて好ましくない。
本発明の目的は、直線範囲が広く、無接触にし
て軽トルクで、被測定系に外乱を与えることな
く、しかも温度変化に対して安定した出力が得ら
れる静電容量式の回転変位検出装置を提供するこ
とにある。
て軽トルクで、被測定系に外乱を与えることな
く、しかも温度変化に対して安定した出力が得ら
れる静電容量式の回転変位検出装置を提供するこ
とにある。
以下本発明を実施例図に基いて詳述する。
第１図は本発明に係る回転変位検出装置の概略
図であつて、図中１，２は各々円形状にして絶縁
性材質よりある第１、第２のステータで、互いに
絶縁距離をおいて平行に固定されている。
図であつて、図中１，２は各々円形状にして絶縁
性材質よりある第１、第２のステータで、互いに
絶縁距離をおいて平行に固定されている。
第１のステータ１の内面には、交流電圧電源３
の一端をそれぞれ接続した例えば２枚の半円形の
導体製電極４，５を、互いの弦部４ａ，５ａがギ
ヤツプ長の等しい直線状絶縁部１ａを隔てて向き
合うように貼付してある。
の一端をそれぞれ接続した例えば２枚の半円形の
導体製電極４，５を、互いの弦部４ａ，５ａがギ
ヤツプ長の等しい直線状絶縁部１ａを隔てて向き
合うように貼付してある。
第２のステータ２の内面には、負荷インピーダ
ンス６の一端をそれぞれ接続せしめた一対の出力
線６ａ，６ｂと各々接続した例えば２枚の半円形
の導体製電極７，８を、互いの弦部７ａ，８ａが
ギヤツプ長の等しい直線状絶縁部２ａを隔てて向
き合うように貼付してある。
ンス６の一端をそれぞれ接続せしめた一対の出力
線６ａ，６ｂと各々接続した例えば２枚の半円形
の導体製電極７，８を、互いの弦部７ａ，８ａが
ギヤツプ長の等しい直線状絶縁部２ａを隔てて向
き合うように貼付してある。
また、絶縁部１ａ及び２ａが互いに直角をなす
とともに、両ステータの心部を通る直線が両ステ
ータに直交するよう第１および第２のステータを
配してある。
とともに、両ステータの心部を通る直線が両ステ
ータに直交するよう第１および第２のステータを
配してある。
９は円形状のロータであつて、中心の絶縁部１
１ａが回転軸１０に固着され、かつ円周方向に４
分割されて、対称をなすそれぞれ２枚ずつの扇形
をなす絶縁性部材１１，１１と、導体１２，１３
が交互に形成されている。なおロータ９は第１図
の実施例以外に、第２，３図に示すように、中心
部１１ａに回転軸１０が固着される円形状絶縁性
部材１１を挾んで、該部材１１の両面に相対向し
て扇形の導体箔１２ａ，１２ｂおよび１３ａ，１
３ｂを貼り付け、該導体箔１２ａ，１２ｂ同士お
よび１３ａ，１３ｂ同士にそれぞれ結線２１およ
び２２を施すなどして両者を一体化した構造のも
のでもよい。
１ａが回転軸１０に固着され、かつ円周方向に４
分割されて、対称をなすそれぞれ２枚ずつの扇形
をなす絶縁性部材１１，１１と、導体１２，１３
が交互に形成されている。なおロータ９は第１図
の実施例以外に、第２，３図に示すように、中心
部１１ａに回転軸１０が固着される円形状絶縁性
部材１１を挾んで、該部材１１の両面に相対向し
て扇形の導体箔１２ａ，１２ｂおよび１３ａ，１
３ｂを貼り付け、該導体箔１２ａ，１２ｂ同士お
よび１３ａ，１３ｂ同士にそれぞれ結線２１およ
び２２を施すなどして両者を一体化した構造のも
のでもよい。
また前記回転軸１０はステータと電極よりなる
円板の中心にあけた中心孔１４，１５を貫通して
おり、前記回転軸１０の回転に伴ない、ロータ９
が前記ステータ１，２の中間位置でステータと平
行に回転できる構造となつている。なお前記回転
軸１０は図示せぬ液面計や流量計等の浮子の変位
で回転させられる。
円板の中心にあけた中心孔１４，１５を貫通して
おり、前記回転軸１０の回転に伴ない、ロータ９
が前記ステータ１，２の中間位置でステータと平
行に回転できる構造となつている。なお前記回転
軸１０は図示せぬ液面計や流量計等の浮子の変位
で回転させられる。
また、前記負荷インピーダンスの両端に生ずる
電圧は、出力電圧Voutとして後述の差動増幅回
路等へ出力される。
電圧は、出力電圧Voutとして後述の差動増幅回
路等へ出力される。
第１図の結線の理解を容易にするために、第１
図の結線方法を回路図にまとめたものが第４図で
ある。
図の結線方法を回路図にまとめたものが第４図で
ある。
第５図は本発明に係る回転変位検出装置に実際
に使用される回路構成の一例を示すものであつ
て、これによつて前記電極４，５間に安定した電
圧が供給されることになる。
に使用される回路構成の一例を示すものであつ
て、これによつて前記電極４，５間に安定した電
圧が供給されることになる。
なお、図中１６は安定化電圧源、１７は発振回
路、１８は差動増幅回路、１９は平滑回路、２０
はスイツチング素子である。
路、１８は差動増幅回路、１９は平滑回路、２０
はスイツチング素子である。
以上本発明の構造を述べてきたが、次にその作
用効果を述べる。
用効果を述べる。
いま扇形導体１２，１３の中心角を2θ0とし、
はじめ各導体は第６図の破線位置にあつたもの
が、その後、角度θだけ矢印方向へ回転して、第
６図の仮想線位置にきたものとすると、電極４と
扇形導体１２との重なりにより構成されるコンデ
ンサーの静電容量C1は、 C1＝ε／ｄ｛（R2−r2）θ0／２−（R2−r2）θ／２
｝ ＝ε／2d（R2−r2）（θ0−θ） ……(1) となる。
はじめ各導体は第６図の破線位置にあつたもの
が、その後、角度θだけ矢印方向へ回転して、第
６図の仮想線位置にきたものとすると、電極４と
扇形導体１２との重なりにより構成されるコンデ
ンサーの静電容量C1は、 C1＝ε／ｄ｛（R2−r2）θ0／２−（R2−r2）θ／２
｝ ＝ε／2d（R2−r2）（θ0−θ） ……(1) となる。
ここで、εは電極と導体間の物質の誘電率、ｄ
は各電極と導体間の距離、Ｒは外径、ｒは内径で
ある。
は各電極と導体間の距離、Ｒは外径、ｒは内径で
ある。
扇形導体１２と電極５との重なりにより構成さ
れるコンデンサーの静電容量C2は、 C2＝ε／ｄ｛（R2−r2）θ0／２−（R2−r2）θ／２
｝ ＝ε／2d（R2−r2）（θ0−θ） ……(2) となる。
れるコンデンサーの静電容量C2は、 C2＝ε／ｄ｛（R2−r2）θ0／２−（R2−r2）θ／２
｝ ＝ε／2d（R2−r2）（θ0−θ） ……(2) となる。
電極５と扇形導体１３との重なりにより構成さ
れるコンデンサーの静電容量C3、扇形導体１３
と電極４との重なりにより構成されるコンデンサ
ーの静電容量C4は、対称性によりそれぞれC1＝
C3、C2＝C4 であり、 C3＝ε／2d（R2−r2）（θ0−θ） ……(3) C4＝ε／2d（R2−r2）（θ0−θ） ……(4) となる。
れるコンデンサーの静電容量C3、扇形導体１３
と電極４との重なりにより構成されるコンデンサ
ーの静電容量C4は、対称性によりそれぞれC1＝
C3、C2＝C4 であり、 C3＝ε／2d（R2−r2）（θ0−θ） ……(3) C4＝ε／2d（R2−r2）（θ0−θ） ……(4) となる。
扇形導体１２と電極７との重なりにより構成さ
れるコンデンサーの静電容量C5、扇形導体１３
と電極８との重なりにより構成されるコンデンサ
ーの静電容量C6は、回転軸１０の回転角度範囲
を適当に選べば、重り合い部分の面積を一定とす
ることができるから、 C5＝C6＝ＣＳ とおける。
れるコンデンサーの静電容量C5、扇形導体１３
と電極８との重なりにより構成されるコンデンサ
ーの静電容量C6は、回転軸１０の回転角度範囲
を適当に選べば、重り合い部分の面積を一定とす
ることができるから、 C5＝C6＝ＣＳ とおける。
ここで、式(1)、(2)、(3)、(4)において、
C0＝ε（R2−r2）θ0／2d ……(5)
ｈ＝ε（R2−r2）／2d ……(6)
とおくと、(1)〜(4)式は、
C1＝C3＝C0−hθ ……(7)
C2＝C4＝C0＋hθ ……(8)
となり、静電容量C1〜C4はロータの回転角θの
１次関数として表わされることがわかる。
１次関数として表わされることがわかる。
ところで、第４図に示す等価回路において、交
流電源３より電極４，５間に角周波数ω、振幅Ｅ
の交流電圧を印加すると、インピーダンスZLなる
負荷６の両端に生ずる出力電圧Vputは、 Vput＝ｈ／C0θE１／１＋Ｋ ……(9) Ｋ＝１／jωC0＋２／jωCs／ZL……(10) となる。（Ｊは虚数単位を示す。） ここで、 １／jωC0、２／jωCSZL であるなならば、(9)、(10)式より出力電圧Vputは、 Vput＝ｈ／C0Ｅ・θ ……(11) となる。
流電源３より電極４，５間に角周波数ω、振幅Ｅ
の交流電圧を印加すると、インピーダンスZLなる
負荷６の両端に生ずる出力電圧Vputは、 Vput＝ｈ／C0θE１／１＋Ｋ ……(9) Ｋ＝１／jωC0＋２／jωCs／ZL……(10) となる。（Ｊは虚数単位を示す。） ここで、 １／jωC0、２／jωCSZL であるなならば、(9)、(10)式より出力電圧Vputは、 Vput＝ｈ／C0Ｅ・θ ……(11) となる。
さらに、(5)、(6)式より(11)式を調整すれば、
Vput＝θ／θ0・Ｅ ……(12)
となり、交流電圧の振幅Ｅを一定とすると、出力
電圧Vputはθのみに比例し、電極と導体間物質の
誘電率ε、各電極と導体間の距離ｄ、電源電圧の
角周波数ω等には全く影響されないことがわか
る。
電圧Vputはθのみに比例し、電極と導体間物質の
誘電率ε、各電極と導体間の距離ｄ、電源電圧の
角周波数ω等には全く影響されないことがわか
る。
したがつて、既知であるところのＥ、θ0及びこ
のVputからロータ９の回転角、すなわち被測定物
の回転角θが得られる。
のVputからロータ９の回転角、すなわち被測定物
の回転角θが得られる。
なお、一定な振幅Ｅの電源電圧を得るために、
例えば前述した第５図のごとき回路構成とする。
例えば前述した第５図のごとき回路構成とする。
以上説明したように、本発明に係る回路変位検
出装置によれば、無接触型にして静電容量式の検
出を行えるので、回転部に要するトルクが小さく
てすみ、被測定系に外乱を与えることもない。
出装置によれば、無接触型にして静電容量式の検
出を行えるので、回転部に要するトルクが小さく
てすみ、被測定系に外乱を与えることもない。
また、回転角θはＥ、θ0、Vputから求められる
ので、各ステータとロータの導体部分とで形成さ
れるコンデンサの静電容量には一切左右されず、
したがつて、温度変化等による静電容量変化に対
しても安定な出力が得られ、極めて精度の高い測
定が行える。
ので、各ステータとロータの導体部分とで形成さ
れるコンデンサの静電容量には一切左右されず、
したがつて、温度変化等による静電容量変化に対
しても安定な出力が得られ、極めて精度の高い測
定が行える。
第１図は本発明に係る回転変位検出装置の概略
図、第２図はロータの他実施例図、第３図は第２
図の−線縦断面図、第４図は第１図の等価回
路図、第５図は本発明に実際に使用される回路の
一例を示す構成図、第６図は電極と導体の位置関
係を示す図である。 図中、１……第１のステータ、２……第２のス
テータ、３……交流電源、４，５，７，８……電
極、９……負荷、９……ロータ、１０……回転
軸、１１……絶縁性部材、１２，１３……扇形導
体、１４，１５……孔、１６……安定化電圧源、
１７……発振回路、１８……差動増幅回路、１９
……平滑回路、２０……スイツチング素子、２
１，２２……結線部。
図、第２図はロータの他実施例図、第３図は第２
図の−線縦断面図、第４図は第１図の等価回
路図、第５図は本発明に実際に使用される回路の
一例を示す構成図、第６図は電極と導体の位置関
係を示す図である。 図中、１……第１のステータ、２……第２のス
テータ、３……交流電源、４，５，７，８……電
極、９……負荷、９……ロータ、１０……回転
軸、１１……絶縁性部材、１２，１３……扇形導
体、１４，１５……孔、１６……安定化電圧源、
１７……発振回路、１８……差動増幅回路、１９
……平滑回路、２０……スイツチング素子、２
１，２２……結線部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 次ぎの(a)〜(f)の構成を備える回転変位検出装
置。 (a) 絶縁距離を隔てて平行に配せられた絶縁性材
質よりなる不動な第１および第２ステータ。 (b) それら両ステータの対向面へそれぞれ配した
導体を、ギヤツプ長の等しい直線状絶縁部にて
二等分するとともに、両ステータにおける絶縁
部が直角をなすように形成した４つの電極。 (c) 第１ステータの両電極に接続せしめた一定振
幅の電圧を供給する交流電源及び、第２ステー
タの両電極に負荷インピーダンスを介して接続
せしめた一対の出力線。 (d) 前記第１および第２のステータに直交し、か
つ両ステータの絶縁部を貫通し得る軸心を有す
るとともに、２枚のステータの少くとも一方の
ステータを貫通させた回転軸。 (e) その回転軸の軸心に該心部が位置するよう、
両ステータから同一距離を隔てて両ステータと
平行に回転軸へ取り付けた絶縁性部材の円形状
ロータ。 (f) そのロータに配され、前記第１ステータの絶
縁部に跨つて両電極に対向する面積が均等とな
るよう、ロータの軸心に対称に配した扇形導
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57205804A JPS5995422A (ja) | 1982-11-22 | 1982-11-22 | 回転変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57205804A JPS5995422A (ja) | 1982-11-22 | 1982-11-22 | 回転変位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5995422A JPS5995422A (ja) | 1984-06-01 |
| JPH0130411B2 true JPH0130411B2 (ja) | 1989-06-20 |
Family
ID=16512956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57205804A Granted JPS5995422A (ja) | 1982-11-22 | 1982-11-22 | 回転変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5995422A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61105421A (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-23 | Mitsutoyo Mfg Co Ltd | 静電容量型エンコ−ダ |
| JPS62156519A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-11 | Mitsutoyo Mfg Corp | 静電容量型エンコ−ダ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4889754A (ja) * | 1972-02-09 | 1973-11-22 | ||
| JPS55106312A (en) * | 1979-02-09 | 1980-08-15 | Westinghouse Electric Corp | Capacitanceetype angular displacement converter |
-
1982
- 1982-11-22 JP JP57205804A patent/JPS5995422A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4889754A (ja) * | 1972-02-09 | 1973-11-22 | ||
| JPS55106312A (en) * | 1979-02-09 | 1980-08-15 | Westinghouse Electric Corp | Capacitanceetype angular displacement converter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5995422A (ja) | 1984-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS5919285B2 (ja) | トランスジユ−サ | |
| CA1105088A (en) | Electrode or pole piece array for creating prescribed electric or magnetic fields | |
| US3109139A (en) | Electromagnetic apparatus for sensing discontinuities in structural members | |
| JPH0130411B2 (ja) | ||
| JPS5829442B2 (ja) | ジキベアリング ニ オケル ハンケイホウコウヘンイケンチソウチ | |
| US3742340A (en) | Inductive angle position transducer | |
| JPS6363856B2 (ja) | ||
| US4799386A (en) | Electrostatic accelerometer with dual electrical connection to its test mass | |
| US4916957A (en) | Flexible disc rotor rate gyro | |
| JP2002221402A (ja) | 静電容量ギャップセンサの測定装置及びその測定方法 | |
| JPS5995421A (ja) | 回転変位検出装置 | |
| SU1249319A1 (ru) | Емкостной преобразователь угловых перемещений с переменным зазором | |
| SU1283516A1 (ru) | Преобразователь перемещений | |
| SU1059426A1 (ru) | Устройство дл определени параметров волн | |
| US4610168A (en) | Variable magnetic field coupling circuit and rotary transducer using same | |
| JPS63308514A (ja) | 静電容量検出ポテンショメ−タ | |
| SU794208A1 (ru) | Инклинометр | |
| RU2075729C1 (ru) | Способ определения отклонения объекта от вертикального положения | |
| SU1249309A1 (ru) | Емкостный измеритель угловых перемещений | |
| SU316931A1 (ru) | Двухкоординатный датчик наклона | |
| JPH0348492Y2 (ja) | ||
| SU1315791A1 (ru) | Индуктивный датчик угловых перемещений | |
| SU636468A1 (ru) | Емкостной трансформаторный мост дл измерени перемещений | |
| SU765945A1 (ru) | Синусно-косинусный датчик угла | |
| JP2008051633A (ja) | 差動静電容量式レゾルバ |