JPH0130412B2 - - Google Patents

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JPH0130412B2
JPH0130412B2 JP8218881A JP8218881A JPH0130412B2 JP H0130412 B2 JPH0130412 B2 JP H0130412B2 JP 8218881 A JP8218881 A JP 8218881A JP 8218881 A JP8218881 A JP 8218881A JP H0130412 B2 JPH0130412 B2 JP H0130412B2
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JP
Japan
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output
capacitance
voltage
circuit
counter
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Tadashi Azegami
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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    • 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
    • G01D5/24Mechanical 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
    • G01D5/241Mechanical 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
    • G01D5/2417Mechanical 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】 この発明は、物理量(例えば、変位)を電気信
号に変換する容量式変換装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a capacitive conversion device that converts a physical quantity (eg, displacement) into an electrical signal.

容量式変換装置とは、物理量の変化を静電容量
の変化に変換し、この静電容量の変化を更に電気
信号に変換するもので、工業計測の分野等におい
て広く用いられている。
A capacitive conversion device converts a change in a physical quantity into a change in capacitance, and further converts this change in capacitance into an electrical signal, and is widely used in the field of industrial measurement and the like.

第1図は従来のこの種の容量式変換装置の一例
を示す回路図であり、この図において、符号1は
物理量の変化を検出するセンサである。このセン
サ1は固定電極1a,1b間に、物理量の変化に
したがつて移動する可動電極1cが配置されて構
成されており、可動電極1cが移動すると、電極
1a,1c間の静電容量C1および電極1b,1
c間の静電容量C2が各々相補的に変化するよう
になつている。2a,2bは各々連動動作をする
スイツチであり、カウンタ3のQn出力にしたが
つて交互にオン状態となるものである。4,5は
共に反転増幅器であり、これらの反転増幅器4,
5およびセンサ1の静電容量C1,C2によつて発
振回路9が構成される。カウンタ3は上記発振回
路9の出力をカウントするnビツトの2進カウン
タであり、そのQn出力が平滑回路6によつて平
均化され、増幅器7によつて増幅され、出力端子
8から出力される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional capacitive conversion device of this type, and in this figure, reference numeral 1 indicates a sensor that detects a change in a physical quantity. This sensor 1 is constructed by disposing a movable electrode 1c between fixed electrodes 1a and 1b, which moves according to changes in physical quantities.When the movable electrode 1c moves, the capacitance C between the electrodes 1a and 1c 1 and electrode 1b,1
The capacitances C 2 between the capacitances C and C change in a complementary manner. 2a and 2b are switches that operate in conjunction with each other, and are turned on alternately in accordance with the Qn output of the counter 3. 4 and 5 are both inverting amplifiers, and these inverting amplifiers 4,
5 and the capacitances C 1 and C 2 of the sensor 1 constitute an oscillation circuit 9. The counter 3 is an n-bit binary counter that counts the output of the oscillation circuit 9, and its Qn output is averaged by the smoothing circuit 6, amplified by the amplifier 7, and output from the output terminal 8. .

以上の構成において、カウンタ3のQn出力が
“H”(ハイ)レベルにある時(第1の状態とい
う)は、スイツチ2aがオン状態、スイツチ2b
がオフ状態となり、また、カウンタ3のQn出力
が“L”(ロー)レベルにある時(第2の状態と
いう)は、スイツチ2aがオフ状態、スイツチ2
bがオン状態となる。この結果、第1の状態にお
いては発振回路9が静電容量C1を発振要素とし
て発振し、また、第2の状態においては、発振回
路9が静電容量C2を発振要素として発振する。
これにより、カウンタ3のQn出力は、静電容量
C1,C2に対応するデユーテイ比、言い換えれば
可動電極1cに印加された物理量に対応するデユ
ーテイ比を有する信号となり、したがつて、この
信号を平滑回路6によつて平均化し、増幅器7に
よつて増幅することにより、出力端子8から物理
量に対応する電気信号を得ることができる。
In the above configuration, when the Qn output of the counter 3 is at the "H" (high) level (referred to as the first state), the switch 2a is in the on state, and the switch 2b is in the on state.
is in the off state, and when the Qn output of the counter 3 is at the "L" (low) level (referred to as the second state), the switch 2a is in the off state, and the switch 2a is in the off state.
b is turned on. As a result, in the first state, the oscillation circuit 9 oscillates using the capacitance C 1 as the oscillation element, and in the second state, the oscillation circuit 9 oscillates using the capacitance C 2 as the oscillation element.
As a result, the Qn output of counter 3 is the capacitance
The signal has a duty ratio corresponding to C 1 and C 2 , in other words, a duty ratio corresponding to the physical quantity applied to the movable electrode 1c. Therefore, this signal is averaged by the smoothing circuit 6 and sent to the amplifier 7. By amplifying the signal, an electrical signal corresponding to the physical quantity can be obtained from the output terminal 8.

ところで、上述した容量式変換装置に限らず、
この種の変換装置における問題点は、センサの各
電極とセンサ筐体間の容量あるいは配線間の容量
等の浮遊容量の影響により測定値に誤差が生じる
ことである。そして、これらの浮遊容量のうち特
に問題となるのは第1図に示す浮遊容量Csであ
り、この位置に発生する浮遊容量は測定精度の低
下や特性の不安定さを生じさせる。
By the way, it is not limited to the above-mentioned capacitive conversion device.
A problem with this type of converter is that errors occur in measured values due to stray capacitance such as capacitance between each electrode of the sensor and the sensor housing or capacitance between wiring. Among these stray capacitances, the stray capacitance Cs shown in FIG. 1 is particularly problematic, and the stray capacitance generated at this position causes a decrease in measurement accuracy and instability of characteristics.

この発明は上記事情に鑑み、浮遊容量の影響を
受けない容量式変換装置を提供するもので、検出
すべき物理量の変化に応じて少なくとも一方の容
量が変化する直列接続された第1、第2の静電容
量を、交互に発振周波数を決定する要素とする発
振回路と、前記発振回路の出力をカウントするカ
ウンタと、このカウンタの出力に対応させて前記
第1、第2の静電容量を切換える切換手段と、前
記カウンタの出力を平滑する平滑手段と、この平
滑手段の出力を増幅し装置出力を発信する増幅手
段とを具備してなり、前記平滑手段の出力が前記
第1、第2の静電容量の値にかかわらず常時一定
値を保つように、前記増幅手段の出力によつて前
記前記第1、第2の静電容量へ印加する電圧の少
なくとも一方を制御するようにしたものである。
In view of the above-mentioned circumstances, the present invention provides a capacitive conversion device that is not affected by stray capacitance. an oscillation circuit in which the electrostatic capacitance of is used as an element that alternately determines the oscillation frequency; a counter that counts the output of the oscillation circuit; and the first and second capacitances corresponding to the output of the counter. It comprises a switching means for switching, a smoothing means for smoothing the output of the counter, and an amplification means for amplifying the output of the smoothing means and transmitting a device output, and the output of the smoothing means is equal to the output of the first and second counters. At least one of the voltages applied to the first and second capacitances is controlled by the output of the amplification means so as to always maintain a constant value regardless of the value of the capacitance. It is.

以下、図面を参照しこの発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第2図はこの発明の第1の実施例の構成を示す
回路図であり、この図において符号11は物理量
を検出するためのセンサである。このセンサ11
は、物理量の変化にしたがつて移動する可動電極
11aと、固定電極11bと、これら可動電極1
1a、固定電極11bとの間に配置された固定電
極11cとから構成されている。すなわち、この
センサ11は、固定電極11b,11c間の静電
容量C4が常に一定であり、可動電極11a、固
定電極11cの容量C3のみが物理量の変化にし
たがつて変化するようになつている。そして、固
定電極11cが反転増幅器12の入力端に接続さ
れ、可動電極11aが、ナンドゲート13の出力
端に接続され、また、固定電極11bがナンドゲ
ート14の出力端に接続されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention, and in this figure, reference numeral 11 is a sensor for detecting a physical quantity. This sensor 11
A movable electrode 11a that moves according to changes in physical quantities, a fixed electrode 11b, and these movable electrodes 1
1a, and a fixed electrode 11c disposed between the fixed electrode 11b and the fixed electrode 11b. That is, in this sensor 11, the capacitance C 4 between the fixed electrodes 11b and 11c is always constant, and only the capacitance C 3 between the movable electrode 11a and the fixed electrode 11c changes as the physical quantity changes. ing. The fixed electrode 11c is connected to the input end of the inverting amplifier 12, the movable electrode 11a is connected to the output end of the NAND gate 13, and the fixed electrode 11b is connected to the output end of the NAND gate 14.

また、反転増幅器12の入出力端間には抵抗1
5が介挿され、反転増幅器12の出力端がナンド
ゲート13,14の各一方の入力端およびフリツ
プフロツプ16のクロツク端子CLに接続されて
いる。フリツプフロツプ16の出力端子Qはナン
ドゲート13の他方の入力端に接続され、出力端
子はナンドゲート14の他方の入力端およびフ
リツプフロツプ16の入力端子Dに接続され、ま
た、ナンドゲート13の正電源端子に後述する積
分回路17の出力端が接続されている。
Furthermore, a resistor 1 is connected between the input and output terminals of the inverting amplifier 12.
5 is inserted, and the output terminal of the inverting amplifier 12 is connected to one input terminal of each of the NAND gates 13 and 14 and to the clock terminal CL of the flip-flop 16. The output terminal Q of the flip-flop 16 is connected to the other input terminal of the NAND gate 13, and the output terminal is connected to the other input terminal of the NAND gate 14 and the input terminal D of the flip-flop 16. The output terminal of the integrating circuit 17 is connected.

以上の構成において、センサ11、ナンドゲー
ト13,14、反転増幅器12および抵抗15が
発振回路18を構成している。この発振回路18
は基本的には第1図に示す発振回路9と同じであ
るが、第1図におけるスイツチ2a,2bおよび
反転増幅器5がナンドゲート13,14に置き換
わつている点およびセンサ11の構成が異なつて
いる。また、この発振回路18は、特にナンドゲ
ート13の正電源端子に積分回路17の出力が供
給されている点に特徴がある。また、フリツプフ
ロツプ16は第1図に示すカウンタ3として1ビ
ツトのものを用いたにすぎず、このフリツプフロ
ツプ16の代わりにnビツトのカウンタを用いて
も特性上何ら変わるものではない。
In the above configuration, the sensor 11, the NAND gates 13 and 14, the inverting amplifier 12, and the resistor 15 constitute the oscillation circuit 18. This oscillation circuit 18
is basically the same as the oscillation circuit 9 shown in FIG. 1, except that the switches 2a, 2b and inverting amplifier 5 in FIG. 1 are replaced with NAND gates 13, 14, and the configuration of the sensor 11 is different. It's on. Further, this oscillation circuit 18 is particularly characterized in that the output of the integrating circuit 17 is supplied to the positive power supply terminal of the NAND gate 13. Furthermore, the flip-flop 16 is merely a 1-bit flip-flop as the counter 3 shown in FIG. 1, and there is no change in characteristics even if an n-bit counter is used instead of the flip-flop 16.

しかして、フリツプフロツプ16の出力端子Q
に得られる信号は抵抗20およびコンデンサ21
から構成される平滑回路22を介して積分回路1
7へ供給される。積分回路17は、増幅器24
と、この増幅器24の反転入力端子および積分回
路22の出力端子間に介挿された抵抗25と、増
幅器24の反転入力端子および出力端子間に介挿
されたコンデンサ26と、増幅器24の非反転入
力端子に電圧E/2(Eは電源電圧)のバイアス
電圧を供給する抵抗27,28とから構成され、
増幅器24の出力が出力端子29へ供給されると
共に、前述したナンドゲート13の正電源端子へ
供給される。
Therefore, the output terminal Q of the flip-flop 16
The signal obtained from the resistor 20 and capacitor 21
The integrating circuit 1
7. The integrating circuit 17 is connected to the amplifier 24
, a resistor 25 inserted between the inverting input terminal of the amplifier 24 and the output terminal of the integrating circuit 22, a capacitor 26 inserted between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier 24, and a non-inverting terminal of the amplifier 24. It is composed of resistors 27 and 28 that supply a bias voltage of voltage E/2 (E is the power supply voltage) to the input terminal,
The output of the amplifier 24 is supplied to an output terminal 29 and also to the positive power supply terminal of the NAND gate 13 described above.

次に、上記構成になる容量式変換装置の動作を
反転増幅器12の入力端および接地間に存在する
浮遊容量Csを考慮の上で説明する。
Next, the operation of the capacitive converter having the above configuration will be explained while taking into account the stray capacitance Cs existing between the input terminal of the inverting amplifier 12 and the ground.

最初に、ナンドゲート13の正電源端子に電源
電圧+E(一定)が供給されているものとして、
発振回路18およびフリツプフロツプ16の動作
を説明する。なお、この場合の発振回路18の動
作は、第1図に示す発振回路9の動作と全く同じ
である。
First, assuming that the power supply voltage +E (constant) is supplied to the positive power supply terminal of the NAND gate 13,
The operations of oscillation circuit 18 and flip-flop 16 will be explained. Note that the operation of the oscillation circuit 18 in this case is exactly the same as the operation of the oscillation circuit 9 shown in FIG.

まず、発振回路18は、フリツプフロツプ16
の出力端子Qが“H”レベルにあるときはナンド
ゲート13が開状態となることから、静電容量
C3によつて決定される周波数で発振し、また、
フリツプフロツプ16の出力端子Qが“L”レル
にあるときはナンドゲート14が開状態となるこ
とから、静電容量C4によつて決定される周波数
で発振する。また、フリツプフロツプ16は発振
回路18の出力の1サイクル毎にその出力が反転
する。すなわち、発振回路18の出力信号S1およ
びフリツプフロツプ16のQ出力信号S2は、静電
容量C3,C4に、 C3>C4 ……(1) なる関係があると仮定すると、第3図イおよびロ
に各々示すものとなる。また、ナンドゲート13
は信号S1およびS2の、ナンドゲート14は信号S1
および信号S2の反転信号のナンドを各々とること
から、これらのナンドゲート13,14の各出力
信号S3およびS4は各々第3図ハおよびニに示すも
のとなる。そして、これらの信号S3およびS4
各々センサ11の可動電極11aおよび固定電極
11bに供給されることから、センサ11の固定
電極11cに得られる信号、すなわち、反転増幅
器12の入力信号S5は第3図ホに示すものとな
る。なおこの場合、反転増幅器12のスレツシユ
ホールドレベルをE/2としている。
First, the oscillation circuit 18 includes a flip-flop 16
When the output terminal Q of is at “H” level, the NAND gate 13 is open, so the capacitance
oscillates at a frequency determined by C 3 , and
When the output terminal Q of the flip-flop 16 is in the "L" level, the NAND gate 14 is in an open state, so that it oscillates at a frequency determined by the capacitance C4 . Further, the output of the flip-flop 16 is inverted every cycle of the output of the oscillation circuit 18. That is , the output signal S 1 of the oscillation circuit 18 and the Q output signal S 2 of the flip - flop 16 are calculated as They are shown in Figure 3 A and B, respectively. Also, Nand Gate 13
are the signals S 1 and S 2 , and the NAND gate 14 is the signal S 1
and the NAND of the inverted signal of the signal S2 , the output signals S3 and S4 of these NAND gates 13 and 14 are as shown in FIGS. 3C and 3D, respectively. Since these signals S 3 and S 4 are supplied to the movable electrode 11a and the fixed electrode 11b of the sensor 11, respectively, the signal obtained at the fixed electrode 11c of the sensor 11, that is, the input signal S 5 of the inverting amplifier 12 is shown in Figure 3 (E). In this case, the threshold level of the inverting amplifier 12 is set to E/2.

ここで、ナンドゲート13,14の出力インピ
ーダンスが極めて小さいとすると、ナンドゲート
13の出力端から反転増幅器12の入力端への結
合は、等価的に第4図に示すものとなり、また、
ナンドゲート14の出力端から反転増幅器12の
入力端への結合は、第4図において静電容量C3
C4を各々入れ替えたものとなる。この結果、信
号S2が“H”レベルとなる期間T1における信号
S5の波高値e1は、信号S3の“H”レベル電圧をe2
とすれば、 e1=C3/C3+C4+Cs・e2 ……(2) となり、また、信号S2が“L”レベルとなる期間
T2における信号S5の波高値e′1は、信号S4の“H”
レベルの電圧をe3とすれば、 e′1=C4/C3+C4+Cs・e2 ……(3) となる。なお上述した電圧e2は、ナンドゲート1
3の正電源端子に+Eが印加されている場合は、 e2=+E ……(4) となるが、ナンドゲート13の正電源端子に積分
回路17の出力電圧Vが印加されている場合は e2=V ……(5) となる。そして、この場合前記(2)式は、 e2=C3/C3+C4+Cs・V ……(6) となる。また、電圧e3は常に、 e3=+E ……(7) である。
Here, assuming that the output impedance of the NAND gates 13 and 14 is extremely small, the coupling from the output terminal of the NAND gate 13 to the input terminal of the inverting amplifier 12 is equivalently as shown in FIG.
The coupling from the output terminal of the NAND gate 14 to the input terminal of the inverting amplifier 12 is shown in FIG .
C 4 is replaced with each other. As a result, the signal in period T1 when signal S2 is at "H" level
The peak value e 1 of S 5 is the “H” level voltage of signal S 3 e 2
Then, e 1 = C 3 / C 3 + C 4 + Cs・e 2 ...(2) and the period during which the signal S 2 is at "L" level.
The peak value e′ 1 of the signal S 5 at T 2 is “H” of the signal S 4
If the level voltage is e 3 , then e' 1 = C 4 /C 3 + C 4 + Cs・e 2 ...(3). Note that the voltage e 2 mentioned above is the NAND gate 1
When +E is applied to the positive power supply terminal of NAND gate 13, e 2 = +E ...(4) However, when the output voltage V of the integrating circuit 17 is applied to the positive power supply terminal of NAND gate 13, e 2 = V...(5). In this case, the above equation (2) becomes e 2 =C 3 /C 3 +C 4 +Cs·V (6). Further, the voltage e 3 is always e 3 =+E (7).

次に、積分回路17の出力電圧Vをナンドゲー
ト13の正電源端子に印加した場合の第2図に示
す回路の動作を説明する。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 2 when the output voltage V of the integrating circuit 17 is applied to the positive power supply terminal of the NAND gate 13 will be described.

第2図に示す回路は、積分回路17の出力がナ
ンドゲート13の正電源端子に供給され、これに
より、増幅器24の帰還ループが構成されること
から、平滑回路22の出力電圧Vaが常に(静電
容量C3,C4の値にかかわらず)増幅器24の非
反転入力端へ供給されている電圧E/2に保持さ
れるように動作する。このことは、フリツプフロ
ツプ16の出力信号S2のデユーテイ比が常に1:
1に保持されることを意味し、また、第3図ロに
示す期間T1,T2が常に、 T1=T2 ……(8) に保持されることを意味する。
In the circuit shown in FIG. 2, the output of the integrating circuit 17 is supplied to the positive power supply terminal of the NAND gate 13, thereby forming a feedback loop of the amplifier 24, so that the output voltage Va of the smoothing circuit 22 is always Regardless of the values of the capacitances C 3 and C 4 ), the voltage E/2 supplied to the non-inverting input terminal of the amplifier 24 is maintained. This means that the duty ratio of the output signal S2 of the flip-flop 16 is always 1:
1, and also means that the periods T 1 and T 2 shown in FIG. 3B are always held as T 1 =T 2 (8).

すなわち、例えば第5図イに示す時刻t1におい
て静電容量C3が増大したとすると、第5図ニに
示すように、一時的に信号S2の“H”レベル期間
T1が“L”レベル期間T2より大となり、この結
果、積分回路22の出力電圧Vaが、第5図ホに
示すように電圧E/2から徐々に上昇する。電圧
Vaが上昇すると、増幅器24はその反転入力端
子の電圧をE/2に保つべくその出力電圧Vを
徐々に減少させる(第5図ヘ参照)。電圧Vが減
少すると、前記(6)式から明らかなように信号S5
期間T1における波高値e1が減少し、したがつて、
期間T1が小となり、平滑回路22の出力電圧Va
が徐々に減少する。そして、電圧Vaが再び電圧
E/2に戻ると、増幅器24の出力電圧Vの下降
が停止し、以後、静電容量C3の変化があるまで
その電圧を保持する。このようにして、第2図に
示す回路は、期間T1,T2が常にT1=T2となるよ
うに動作する。なお、第5図ロ,ハは各々信号S5
および信号S1を示す。また、第5図ホにおける一
点鎖線Gは増幅器24の非反転入力端の電圧を示
す。
That is, for example, if the capacitance C3 increases at time t1 shown in FIG. 5A, the "H" level period of the signal S2 temporarily increases as shown in FIG.
T1 becomes longer than the "L" level period T2 , and as a result, the output voltage Va of the integrating circuit 22 gradually increases from the voltage E/2 as shown in FIG. 5E. Voltage
As Va increases, amplifier 24 gradually decreases its output voltage V to maintain the voltage at its inverting input terminal at E/2 (see FIG. 5). As the voltage V decreases, the peak value e 1 of the signal S 5 during the period T 1 decreases, as is clear from the above equation (6), and therefore,
The period T 1 becomes small, and the output voltage Va of the smoothing circuit 22
gradually decreases. Then, when the voltage Va returns to the voltage E/2 again, the output voltage V of the amplifier 24 stops decreasing, and the voltage is maintained thereafter until there is a change in the capacitance C3 . In this way, the circuit shown in FIG. 2 operates such that the periods T 1 and T 2 are always such that T 1 =T 2 . In addition, Fig. 5 (b) and (c) are the signals S5, respectively.
and signal S 1 is shown. Further, a dashed line G in FIG. 5E indicates the voltage at the non-inverting input terminal of the amplifier 24.

ところで、期間T1,T2は、 T=−2R1(C3+C4+Cs)ln{e/(E/2)+e} ……(9) 但し、 R1:抵抗15の値 e:期間T1においては電圧e1 期間T2においては電圧e′1 なる式により与えられる。なお、上記(9)式におけ
る「e」は、期間T1においては第3図ホに示す
電圧e1であり、前述した第(2)式によつて与えられ
る。また、期間T2においては第3図ホに示す電
圧e1′であり、前述した第(3)式によつて与えられ
る。上記(9)式において、 −2R1(C3+C4+Cs) は期間T1,T2のいずれにおいても一定である。
したがつて、T1=T2が成立つことは、 e1/(E/2)+e1=e′1/(E/2)+e′1……
(10) なる式が成立つことを意味する。そして、この(10)
式を変形すると、 e1=e′1 ……(11) なる式が得られる。この(11)式に前記(6)式および(3)
式を代入し、更に(7)式を代入すると、 C3/C3+C4+Cs・V=C4/C3+C4+Cs・E……(12) なる式が得られ、この式から、 V=C4/C3・E ……(13) なる式が得られる。
By the way, the periods T 1 and T 2 are as follows: T=-2R 1 (C 3 +C 4 +Cs)ln{e/(E/2)+e}...(9) However, R 1 : Value of resistor 15 e : Period In T 1 , the voltage e 1 is given by the equation, and in the period T 2 , the voltage e' 1 is given by the equation. Note that "e" in the above equation (9) is the voltage e 1 shown in FIG. 3E during the period T 1 , and is given by the above-mentioned equation (2). Further, during the period T 2 , the voltage e 1 ' shown in FIG. 3E is given by the above-mentioned equation (3). In the above equation (9), −2R 1 (C 3 +C 4 +Cs) is constant in both periods T 1 and T 2 .
Therefore, T 1 = T 2 holds, e 1 / (E/2) + e 1 = e' 1 / (E/2) + e' 1 ...
(10) This means that the formula holds true. And this (10)
By transforming the formula, we obtain the following formula: e 1 = e′ 1 ……(11). In this equation (11), the above equation (6) and (3)
By substituting the formula and then substituting the formula (7), the following formula is obtained: C 3 /C 3 +C 4 +Cs・V=C 4 /C 3 +C 4 +Cs・E...(12) From this formula, The following formula is obtained: V=C 4 /C 3 ·E (13).

すなわち、第2図に示す回路においては、積分
回路17の出力電圧VがC4/C3に比例する値と
なり、また、この値は浮遊容量Csの影響を全く
受けない。また、第2図に示すセンサ11を用い
た場合はC4=一定であり、したがつて、出力電
圧Vは1/C3に比例する値となる。すなわち、
第2図に示すセンサ11を用いた場合、他の方式
では得ることができない1/C3に比例する出力、
言い換えれば、物理量の変化に比例する出力を積
分回路17の出力として得ることができる。
That is, in the circuit shown in FIG. 2, the output voltage V of the integrating circuit 17 has a value proportional to C 4 /C 3 , and this value is not affected by the stray capacitance Cs at all. Furthermore, when the sensor 11 shown in FIG. 2 is used, C 4 =constant, and therefore the output voltage V has a value proportional to 1/C 3 . That is,
When using the sensor 11 shown in FIG. 2, an output proportional to 1/C 3 that cannot be obtained with other methods,
In other words, an output proportional to a change in the physical quantity can be obtained as the output of the integrating circuit 17.

なお、電圧Vおよび電源電圧E間には、 V<E ……(14) なる関係があり、この(14)式に前記(13)式を
代入すると、 C4<C3 ……(15) なる関係が得られる。すなわち、第2図に示す回
路が正常に動作するためには、この(15)式の関
係が必要となる。
Note that there is a relationship between voltage V and power supply voltage E as follows: V<E...(14), and by substituting the above equation (13) into equation (14), C 4 < C 3 ...(15) The following relationship is obtained. That is, in order for the circuit shown in FIG. 2 to operate normally, the relationship expressed by equation (15) is required.

第6図はこの発明の第2の実施例の構成を示す
回路図であり、この図において第2図の各部に対
応する部分には同一の符号が付してある。この図
に示す回路においては、増幅器24の出力電圧V
を電界効果トランジスタ32およびゼナーダイオ
ード33の直列回路によつて4〜20mAの電流信
号に変換して出力するようになつており、また、
その出力電流を増幅器36によつて電流−電圧変
換してナンドゲート13の正電源端子へ供給する
ようになつている。そして、この回路によつても
第2図に示す回路と同様の特性および効果を得る
ことができる。
FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of a second embodiment of the present invention, and in this figure, parts corresponding to those in FIG. 2 are given the same reference numerals. In the circuit shown in this figure, the output voltage V of the amplifier 24
is converted into a current signal of 4 to 20 mA by a series circuit of a field effect transistor 32 and a Zener diode 33, and is output.
The output current is current-voltage converted by an amplifier 36 and supplied to the positive power supply terminal of the NAND gate 13. This circuit also provides the same characteristics and effects as the circuit shown in FIG. 2.

なお、上述した第1、第2の実施例において
は、センサ11cとして静電容量C3,C4の一方
C3のみが物理量にしたがつて変化するものを用
いたが、この発明による容量式変換装置は、例え
ば第1図に示すセンサ1のように静電容量C1
C2の双方が物理量にしたがつて変化するものを
用いてもよい。
In the first and second embodiments described above, one of the capacitances C 3 and C 4 is used as the sensor 11c.
Although a device in which only C 3 changes according to a physical quantity was used, the capacitive conversion device according to the present invention has capacitance C 1 ,
It is also possible to use one in which both C 2 change according to physical quantities.

以上説明したように、この発明によれば、検出
すべき物理量の変化に応じて少なくとも一方の容
量が変化する直列接続された第1、第2の静電容
量を、交互に発振周波数を決定する要素とする発
振回路と、前記発振回路の出力をカウントするカ
ウンタと、このカウンタの出力に対応させて前記
第1、第2の静電容量を切換える切換手段と、前
記カウンタの出力を平滑する平滑手段と、この平
滑手段の出力を増幅し装置出力を発信する増幅手
段とを具備してなり、前記平滑手段の出力が前記
第1、第2の静電容量の値にかかわらず常時一定
値を保つように、前記増幅手段の出力によつて前
記前記第1、第2の静電容量へ印加する電圧の少
なくとも一方を制御するようにしたので、第1、
第2の静電容量の接続点および接地間に介在する
浮遊容量の影響を受けない容量式変換装置を提供
することができる。
As explained above, according to the present invention, the oscillation frequency is determined alternately between the first and second capacitors connected in series, the capacitance of at least one of which changes in accordance with changes in the physical quantity to be detected. an oscillation circuit as an element, a counter for counting the output of the oscillation circuit, a switching means for switching the first and second capacitances in accordance with the output of the counter, and a smoothing device for smoothing the output of the counter. and an amplification means for amplifying the output of the smoothing means and transmitting the device output, the output of the smoothing means always being a constant value regardless of the values of the first and second capacitances. At least one of the voltages applied to the first and second capacitances is controlled by the output of the amplification means so that the first and second capacitances are maintained.
It is possible to provide a capacitive conversion device that is not affected by stray capacitance that exists between the connection point of the second capacitance and ground.

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

第1図は従来の容量式変換装置の構成例を示す
回路図、第2図はこの発明の第1の実施例の構成
を示す回路図、第3図は同実施例における発振回
路18およびフリツプフロツプ16の動作を説明
するための波形図、第4図は同実施例におけるイ
ンバータ13と反転増幅器12との間の結合状態
を示す図、第5図は同実施例全体の動作を説明す
るための波形図、第6図はこの発明の第2の実施
例の構成を示す回路図である。 13,14……ナンドゲート(切換手段)、1
6……フリツプフロツプ(カウンタ)、17……
積分回路、18……発振回路、22……平滑手
段、C3……第1の静電容量、C4……第2の静電
容量。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional capacitive conversion device, FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram showing an oscillation circuit 18 and a flip-flop in the same embodiment. 16, FIG. 4 is a diagram showing the coupling state between the inverter 13 and the inverting amplifier 12 in the same embodiment, and FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the entire embodiment. The waveform diagram and FIG. 6 are circuit diagrams showing the configuration of a second embodiment of the present invention. 13, 14... NAND gate (switching means), 1
6...Flip-flop (counter), 17...
Integrating circuit, 18...Oscillating circuit, 22...Smoothing means, C3 ...First capacitance, C4 ...Second capacitance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 検出すべき物理量の変化に応じて少なくとも
一方の容量が変化する直列接続された第1、第2
の静電容量を、交互に発振周波数を決定する要素
とする発振回路と、前記発振回路の出力をカウン
トするカウンタと、このカウンタの出力に対応さ
せて前記第1、第2の静電容量を切換える切換手
段と、前記カウンタの出力を平滑する平滑手段
と、この平滑手段の出力を増幅し装置出力を発信
する増幅手段とを具備してなり、前記平滑手段の
出力が前記第1、第2の静電容量の値にかかわら
ず常時一定値を保つように、前記増幅手段の出力
によつて前記前記第1、第2の静電容量へ印加す
る電圧の少なくとも一方を制御することを特徴と
する容量式変換装置。
1. A first and a second connected in series, the capacitance of at least one of which changes according to changes in the physical quantity to be detected.
an oscillation circuit that uses the electrostatic capacitance as an element that alternately determines the oscillation frequency; a counter that counts the output of the oscillation circuit; and the first and second electrostatic capacitances that correspond to the output of the counter. It comprises a switching means for switching, a smoothing means for smoothing the output of the counter, and an amplification means for amplifying the output of the smoothing means and transmitting a device output, and the output of the smoothing means is the same as that of the first and second counters. At least one of the voltages applied to the first and second capacitances is controlled by the output of the amplifying means so as to always maintain a constant value regardless of the value of the capacitance. capacitive conversion device.
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