JPH0229165B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、機械的変位をリアクタンス性インピ
ーダンス（たとえば静電容量）の変化として検出
し、これを電気信号に変換して受信計器に伝送す
る変位変換装置に関する。 従来、この種の変位変換装置としては、２つの
圧力の差を検出するために、２つの固定電極の間
に可動電極を配置し、この可動電極をその圧力差
に応じて変位させることにより、両固定電極と可
動電極間の一対の静電容量C₁、C₂が差動的に変
化し、その変化の割合（C₁−C₂）／（C₁＋C₂）
が機械的変化の割合△ｄ／ｄに比例するように構
成したものが知られている。 この従来の変位変換装置の一例を第１図に示
す。この変位変換装置においては、負荷１に接続
された外部電源２から伝送線を介して給電されて
いる。外部電源２には電界効果トランジスタ
（FET）３、抵抗４およびツエナーダイオード５
が直列に接続されており、FET３によつてツエ
ナーダイオード５に一定電流が流れるようにされ
ている。FET３のゲートにはトランジスタ６の
ベースが接続され、このトランジスタ６を介して
発振器７、差動増幅器８，９等に駆動電流が供給
される。発振器７はトランジスタ７１に直列接続
された１次巻線７２を有しており、そのほかにフ
イードバツク巻線７３、抵抗７４，７５およびコ
ンデンサ７６，７７を具備している。発振器７の
１次巻線によつて２次巻線１０，１１，１２に交
流電圧が誘起され、そしてダイオード１３，１
４，１５，１６によつてそれらの交流電圧のうち
の正の半波のパルス期間においては２次巻線１
０，１１にのみ電流が流れ、また負の半波のパル
ス期間においては２次巻線１２にのみ電流が流れ
るようにされている。すなわち、正の半波のパル
ス期間において、２次巻線１０に流れる電流I₁
は、抵抗１７−抵抗１９−接地用コンデンサ２０
−コンデンサC₁−ダイオード１３−２次巻線１
０から成る閉回路を流れ、また２次巻線１１に流
れる電流I₂は、抵抗１８−抵抗１９−接地用コン
デンサ２０−コンデンサC₂−ダイオード１４−
２次巻線１１から成る閉回路を流れる。さらに、
負の半波のパルス期間において、２次巻線１２に
流れる電流は、２次関係１２ ＜ダイオード１５−コンデンサC₁ ダイオード１６−コンデンサC₂＞ 接地用コンデンサ２０−２次巻線１２から成る閉
回路を流れる。 コンデンサC₁、C₂は機械的変位に応じて差動
的に静電容量が変化する。しかして、正の半波に
おいて、２次巻線１０に流れる電流I₁はコンデン
サC₁の静電容量に依存して抵抗１７，１９に流
れ、また２次巻線１１に流れる電流I₂はコンデン
サC₂の静電容量に依存して抵抗１８，１９に流
れる。この結果、コンデンサC₁、C₂の和の容量
に対応する電圧E₀が抵抗１９の電圧降下として
得られる。 E₀＝R₀（I₁＋I₂） (1) ここで、R₀は抵抗１９の抵抗値である。この電
圧E₀は、差動増幅器８において、抵抗２１，２
２から成る分圧器の分圧抵抗２２の電圧降下（基
準電圧）と比較される。差動増幅器８の出力は発
振器７の発振電圧の振幅を制御する。分圧器を構
成する抵抗２１，２２の両端電圧はツエナーダイ
オード５によつて一定値に保持されているので、
コンデンサC₁，C₂の和容量に対応した電圧E₀は
一定の基準電圧に等しくなるように制御される。 一方、コンデンサC₁、C₂の差容量（C₁−C₂）
に対応する電圧E₃は抵抗１７，１８の電圧降下
によつて得られる。すなわち、コンデンサC₁の
容量に対応する電圧E₁が抵抗１７の電圧降下と
して得られ、またコンデンサC₂の容量に対応す
る電圧E₂が抵抗１８の電圧降下として得られる。
ここで、抵抗１７，１８の抵抗値を夫々R₁、R₂
とする。 E₁＝R₁I₁＋E₀ (2) E₂＝R₂I₂＋E₀ (3) これらの電圧E₁、E₂は抵抗２３，２４を介して
差動増幅器９によりその差電圧E₃が検出される。 E₃＝E₁−E₂＝Ｒ（I₁−I₂） (4) 但し、R₁＝R₂＝Ｒとする。 この差動増幅器９によつて出力トランジスタ２
５が制御される。 ここで、発振器７の２次巻線の交流電圧の振幅
をｖ、その周波数をｆとすると、コンデンサC₁
に印加される電圧は（ｖ−I₁R＋E₀）となるか
ら、２次巻線１０に流れる電流I₁は次式で表され
る。 I₁＝ｆ（ｖ−I₁R＋E₀）C₁ （4.1） この第4.1式は第4.2式に変形される。 I₁＝１／１＋fRC₁ｆ（ｖ−E₀）C₁ （4.2） ここで、実用上はfRC₁≪１となるよう定数が
選ばれる。何故ならび、fRC₁≫１であるならば
第4.2式はI₁＝（ｖ−E₀）／Ｒとなつてコンデンサ
C₁の検出にはならなくなるからである。このこ
とを簡単に説明する。 まず、第4.2式の右辺において、分母と分子と
fRC₁で割算すると、第4.2式は第4.3式に書き直せ
る。 I₁＝１／１＋１／fRC₁・ｆ（ｖ−E₀）C₁／fRC₁（4.3
） ここで、fRC₁≫１であるので、１／fRC₁≒０
となり、第４、３式は次のようになる。 I₁＝（ｖ−E₀）／Ｒ （4.4） しかして、fRC₁≪１となるように選定されて
いるのであるから、第４、２式は次式のように書
き直せる。 I₁＝ｆ（ｖ−E₀）C₁ (5) 同様にして、２次巻線１１に流れる電流I₂は次
式で表される。 I₂＝ｆ（ｖ−E₀）C₂ (6) 第５式および第６式から第４式および第１式は
次式のようになる。 E₃＝Ｒ（I₁−I₂） ＝Rf（ｖ−E₀）（C₁−C₂） (7) E₀＝R₀（I₁＋I₂） ＝R₀f（ｖ−E₀）（C₁＋C₂） (8) 第８式から次式が得られる。 ｆ（ｖ−E₀）＝E₀１／R₀１／C₁＋C₂ (9) この第９式を第７式に代入する。 E₃＝E₀・Ｒ／R₀・C₁−C₂／C₁＋C₂(10) ここで、コンデンサC₁、C₂は電極面積をＡ、
電極間距離をｄ、その電極間距離の機械的変位に
よる変化分を△ｄ、誘電率をεとすると、コンデ
ンサC₁、C₂の容量は次式で表わされる。 C₁＝εA／ｄ−△ｄ、C₂＝εA／ｄ＋△ｄ (11) C₁−C₂／C₁＋C₂＝△ｄ／ｄ (12) 従つて、第(12)式を第(10)式に代入すると、次式が
得られる。 E₃＝E₀・Ｒ／R₀・△ｄ／ｄ （13） しかして、差電圧E₃は機械的変位△ｄに比例
することになり、この差電圧E₃に応じて出力ト
ランジスタ２５に流れる出力電流Ｉが制御され
る。よつて、この出力電流Ｉも機械的変位△ｄに
比例する。 出力電流Ｉはフイードバツク抵抗２８に流れる
抵抗２８の電圧降下は抵抗２６を介して差動増幅
器９の一方の入力側にフイードバツクされる。差
動増幅器９の他方の入力側には抵抗２７が接続さ
れている。 ところで、第１図に示した従来の変位変換装置
においては、差動増幅器８によつて電圧E₀と基
準電圧（抵抗２２の電圧降下）とを比較し、その
差電圧に基づいて発振器７の発振電圧を制御して
その電圧E₀が基準電圧と等しくなるように、す
なわち一定値となるように制御している。従つ
て、この電圧E₀が変動すると、第（13）式で示
されるように差電圧E₃が変動し、その結果出力
電流Ｉが変動して、誤差を含む原因となる。その
ために、抵抗２２に基準電圧を発生させるための
素子、つまりFET３、ツエナーダイオード５お
よびトランジスタ６等および差動増幅器８は特性
が非常に安定している素子を多く用いる必要があ
つた。しかも、このように特性の安性している素
子および差動増幅器は価格が高くなるという欠点
もある。 さらに、コンデンサC₁、C₂には一般的に浮遊
容量ないし寄生容量がそれぞれ並列接続された形
で付随しており、これらの浮遊容量ないし寄生容
量が出力電流Ｉに与える影響も無視できない。 本発明は、このような点に鑑みてなされ、特に
特性安定性の優れた素子を必要とせず、また差動
増幅器の個数を減らして部品点数を軽減でき、し
かも浮遊容量もしくは寄生容量の影響を除去でき
るような変位変換装置を提供することを目的とす
る。 このような目的は、本発明によれば、微小な機
械的変位を直流電流信号に変換する二線式変位変
換回路装置において、交流励振される第１および
第２の一対のリアクタンス性インピーダンス素子
であつて、それらのインピーダンス素子の少なく
とも一方が機械的変位に応じて変化するインピー
ダンス値を持ち、浮遊容量がそれぞれ並列接続さ
れた形にて存在するような一対のリアクタンス性
インピーダンス素子と、前記第１および第２のイ
ンピーダンス素子の各々のインピーダンス値に比
例した第１および第２の直流電流信号を供給する
手段と、前記第１および第２の直流電流信号の差
に相当し前記機械的変位の量を表わす出力電流信
号を供給する第１の手段と、前記一対のリアクタ
ンス性インピーダンス素子に並列接続されている
浮遊容量のほぼ和に応じた固定のインピーダンス
値を持つ第３のリアクタンス性インピーダンス素
子と、この第３のインピーダンス素子のインピー
ダンス値に比例した第３の電流信号を供給する第
２の手段とを備え、前記第３の電流信号と前記前
記第１および第２の電流信号の少なくとも一方と
の和を電流調整器によつて予め定められた一定値
に保持することによつて達成される。 本発明による実施態様は次のとおりである。 (1) 第１および第２のインピーダンス素子はお互
いに差動的に変化するインピーダンス値を持
ち、第１および第２の直流信号と第３の直流信
号との和は電流調整器によつて予め定められた
一定値に保持される。 (2) 第１および第２のインピーダンス素子は各々
固定および可変のインピーダンス値を持ち、第
２および第３の電流信号の和は電流調整器によ
つて予め定められた一定値に保持され、一方前
記第１の電流信号は調整されない。 (3) 第１および第２のインピーダンス素子は交流
励振の１つの半波で一方の極性に同時に励振さ
れ、一方それらのインピーダンス素子は前記交
流励振の引続いて起る他の半波で同時に他方の
極性に励振される。 (4) 第１の手段は、各々が第１および第２電流信
号に応動する一対の入力部および２つの入力電
流信号の間の差に応動する出力部を有する差動
増幅器と、機械的変位の量を表わす出力電流信
号を供給するために差動増幅器の出力に応動す
る出力トランジスタと、前記出力電流の全部を
実質的に受け、フイードバツク信号を与えるた
めに前記差動増幅器の１つの入力につながつた
フイードバツク抵抗と、前記差動増幅器の２つ
の入力の間に接続された２つの末端の端子、お
よび前記差動増幅器の１つの入力に前記フイー
ドバツク信号を供給するために前記フイードバ
ツク抵抗とその１つの入力とにつながれたフイ
ードバツク回路につながれた中間の可調整端子
を備えた零調整抵抗と、を含む。 (5) 第１の手段は、各々が第１および第２の電流
信号の各々に応答する一対の入力部および入力
電流信号の差に応動する出力部を持つ差動増幅
器と、機械的変位の量を表わす出力電流を供給
するために前記差動増幅器の出力に応動する出
力トランジスタと、前記差動増幅器の入力につ
ながれたダンピング回路とを含み、前記ダンピ
ング回路はダンピングコンデンサとスイツチン
グ手段と電圧分割手段とを有し、前記電圧分割
手段は、ダンピング動作を必要とするときは前
記ダンピングコンデンサと前記差動増幅器の一
方の入力部とを接続し、ダンピング動作を必要
としないときは予め定められた電圧値に前記ダ
ンピングコンデンサを充電しておくために前記
ダンピングコンデンサと前記電圧分割手段とを
接続し得るようになされている。 (6) 電流調整器は電流調整トランジスタとこの電
流調整トランジスタの制御のための直列抵抗と
の直列接続から成り、第２の手段は前記第３の
インピーダンス素子を流れる交流電流を一方お
よび他方の極性に転換整流するための一対の整
流器と前記電流調整トランジスタの両端電圧を
検出する検出手段とを含み、前記一方の極性の
前記整流電流は前記直列抵抗に供給され、前記
他方の極性の整流電流は前記検出手段へ供給さ
れる。 次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。 第２図は本発明の一実施例の回路図である。こ
の実施例においても、負荷１に接続された外部電
源２から伝送線を介して給電され、外部電源２に
は電界効果トランジスタ（FET）３１、抵抗３
２およびツエナーダイオード３３が直列接続され
ており、FET３１によつて一定電流がツエナー
ダイオード３３に流される。同様に、FET３１
のゲートにはトランジスタ３４のベースが接続さ
れ、このトランジスタ３４を介して発振器（交流
励振手段）７および差動増幅器９等に駆動電流が
供給される。発振器７の１次巻線７２によつて２
次巻線１０，１１，１２の交流電圧が誘起され、
そしてダイオード１３，１４，１５，１６によつ
てそれらの交流電圧のうち正の半波のパルス期間
においては２次巻線１０，１１にのみ電流が流
れ、また負の半波のパルス期間においては２次巻
線１２にのみ電流が流れる。ここで、コンデンサ
C₁，C₂には浮遊容量Cs₁，Cs₂がそれぞれ並列接
続された形で存在している。従つて、コンデンサ
C₁，C₂に流れる電流成分をそれぞれI₁，I₂とし、
浮遊容量Cs₁，Cs₂に流れる電流成分をそれぞれ
Is₁，Is₂とすると、正の半波において、２次巻線
１０に流れる電流（I₁＋Is₁）は、抵抗３５−接地
用コンデンサ２０−コンデンサC₁および浮遊容
量Cs₁−ダイオード１３−２次巻線１０から成る
閉回路を流れ、また２次巻線１１に流れる電流
（I₂＋Is₂）は、抵抗３６−抵抗３７−抵抗３８−
接地用コンデンサ２０−コンデンサC₂および浮
遊容量Cs₂−ダイオード１４−２次巻線１１から
成る閉回路を流れる。 ここで、第４図および第５図を用いて、コンデ
ンサC₁，C_s1に印加される電圧について詳細に説
明する。第４図は第２図に示した回路の一部を拡
大して示す回路図である。第５図は第４図に示し
た各点ａ〜ｃでの電位変化を示す。なお、説明の
都合上、ダイオード１３，１５の電圧降下は無視
するものとする。そして、第４図に示したよう
に、コンデンサ２０の一端の電位を基準電位
（OV）とする。 コンデンサC₁，C_s1に印加される電圧はｃ点の
電位変化に等しく、ｃ点の電位はａ点またはｂ点
のいずれかの順方向電位に等しい。ａ点電位は２
次巻線１２による交番電圧V_nsinωtから電界効果
トランジスタ（FET）３９のドレイン・ソース
間電圧V_DSおよびFET３９のソース抵抗４０の電
圧効果V_GSを差し引いたものであり、ｂ点電位は
２次巻線１０による交番電圧V_nsinωtに抵抗３５
の電圧降下V₁を足したものと等しい。従つて、
ａ点電位およびｂ点電位は次のように示される。 ａ点電位：（V_DS＋V_GS）＋V_nsinωt ｂ点電位：V₁＋V_nsinωt 以下、期間に区切つて電位変化を第５図を用い
て説明する。 期間t₁〜t₂ ダイオード１５は順方向、ダイオード１３は逆
方向にあり、ｃ点の電位はａ点電位とほぼ等しく
変化する。この間、ｂ点はｃ点よりも高い電位に
あり、ダイオード１３が逆方向であるためｂ点電
位はｃ点電位に影響しない。 期間t₂〜t₃ ａ点電位は下降するが、ｃ点からａ点への放電
はダイオード１５によつて阻止される。また時点
t3まではｂ点は依然としてｃ点よりも高電位であ
るので、ｂ点側への放電もない。従つて、t₂〜t₃
間はｃ点はV_n−（V_DS＋V_GS）の電位に保持され
る。 期間t₃〜t₄ 時点t₃からｂ点はｃ点より電位が低くなるの
で、ダイオード１３が順方向となり、ｃ点電位は
ｂ点電位とほぼ等しくなる。 期間t₄〜t₅ 時点t₄でｃ点電位は（V₁−V_n）となり、この
まま時点t₅まで保持される。時点t₅は時点t₁と同
じ状態である。 以後、期間t₁〜t₅が繰り返される。 このようにコンデンサC₁、C_s1には第５図の符
号ｃで示した波形の電圧が印加されることにな
る。第５図の符号ｃで示した波形の振幅V_C1は第
５図から明らかなように次のように表せる。 V_C1＝｛V_n−（V_DS＋V_GS｝−（V₁−V_n） ＝2V_n−（V₁＋V_DS＋V_GS） ここで、2V_n＝ｖ V₁＋V_DS＋V_GS＝Ｖ と置くと、上式は次式のように表せる。 V_C1＝ｖ−Ｖ （14） すなわち、コンデンサC₁、C_S1に流れる電流は
２次巻線１０を流れる方向にあつてもまた２次巻
線１２に流れる方向にあつても電圧V₁、V_DS、
V_GSに関係する。そして、正の極性時の電流と負
の極性時の電流とは相等しい。何故ならば、正の
極性時の電流が大きく、負の極性時の電流が小さ
いとしたならば、コンデンサC₁、C_S1には正の極
性時の電荷が残り、次のサイクルにおいて正の極
性の電流が流れ難くなるからである。 以上と全く同様に考えて、コンデンサC₂、C_S2
に印加される電圧の振幅V_C2も次式で表すことが
出来る。 V_C2＝ｖ−Ｖ （15） しかして、交流電圧の周波数をｆとすれば、コ
ンデンサC₁、C₂、C_S1、C_S2に流れる直流電流I₁、
I₂、I_S1、I_S2は次式で示されるようになる。 I₁＝fV_C1C₁＝ｆ（ｖ−Ｖ）C₁ （16） I₂＝fV_C2C₂＝ｆ（ｖ−Ｖ）C₂ （17） I_S1＝fV_C1C_S1＝ｆ（ｖ−Ｖ）C_SI （18） I_S2＝fV_C2C_S2＝ｆ（ｖ−Ｖ）C_S2 （19） ここで、浮遊容量C_S1、C_S2はコンデンサC₁、C₂
の設計により通常等しくなるようにされる。 C_S1＝C_S2＝C_S さらに、抵抗３５の抵抗値をR₁₀、抵抗３６，
３７，３８の抵抗値をR₁₁、R₁₂、R₁₃とすると、
それらの関係は次のように設定されている。 R₁₀＝R₁₁＋R₁₂＋R₁₃ （20） 次に負の半波のバルス期間において、２次巻線
１２に流れる電流｛（I₁＋I_S1）＋（I₂＋Is₂）｝は、２
次巻線１２ ＜ダイオード１５−コンデンサC₁ および浮遊容量C_S1 ダイオード１６−コンデンサC₂ および浮遊容量C_S2＞ 接地用コンデンサ２０−電界効果トランジスタ３
９−抵抗４０−２次巻線１２から成る閉回路を流
れる。 ここで、FET３９のドレイン電流｛（I₁＋Is₁）
＋（I₂＋Is₂）｝はFET３９のゲート・ソース間電
圧V_GSによつて決まり、その電圧V_GSは抵抗４０
とこの抵抗４０に流れる電流I₀との積で表わされ
る。この電流I₀はFET３９の自己バイアス作用に
より一定値に制御される。 一方、本発明においては、浮遊容量Cs₁，Cs₂の
影響を補償するための補償コンデンサ４１と、こ
の補償コンデンサ４１の負および正の充電々流を
それぞれ形成する整流用ダイオード４２，４３
と、電界効果トランジスタ３９のドレイン電圧を
検出する差動増幅器４４とを設け、２次巻線１２
によつて補償コンデンサ４１に交流電圧を印加
し、この補償コンデンサ４１に流れる正の充電々
流をダイオード４３を介してFET３９のソース
抵抗４０に流すと共に、負の充電々流をダイオー
ド４２を介して差動増幅器４４に流すようにして
いる。従つて、２次巻線１２の負の半波における
補償コンデンサ４１の充電々流は、２次巻線１２
−補償コンデンサ４１−ダイオード４２−差動増
幅器４４（差動増幅器４４の出力端子から入つて
電源端子のマイナス側から出る）−２次巻線１２
から成る閉回路を流れ、また正の半波における補
償コンデンサ４１の充電々流は、２次巻線１２−
抵抗４０−ダイオード４３−補償コンデンサ４１
−２次巻線１２から成る閉回路を流れる。 ここで、補償コンデンサ４１に印加される電圧
について第６図および第７図を用いて説明する。
第６図は第２図に示した回路の一部を拡大して示
す回路図である。第７図は第６図に示した各点ａ
〜ｄでの電位変化をｄ点電位を基準電位として示
す。補償コンデンサ４１の印加電圧は第７図の符
号ｃの電位変化に等しい。この第７図の説明は第
５図の説明と同じに考えることが出来るのでその
説明は省略する。しかして、第７図から明らかな
ように、ｄ点電位を基準電位とすると、t₂〜t₃間
のｃ点電位およびt₄〜t₅間のｃ点電位は次のよう
に表せる。 t₂〜t₃間のｃ点電位：V_GS＋V_n t₄〜t₅間のｃ点電位：（V_DS＋V_GS）−V_n 従つて、補償コンデンサ４１に印加される電圧
の振幅V₄₁は次のように表せる。 V₄₁＝（V_GS＋V_n）−｛（V_DS＋V_GS）−V_n｝ ＝2V_n−V_DS ここで、2V_n＝ｖ V_DS＝Ｖ と置くと、上式は次のように表せる。 V₄₁＝ｖ−V′ 従つて、補償コンデンサ４１の容量をC_cとする
と、補償コンデンサ４１の充電電流I_cは次式で表
される。 I_c＝fV₄₁C_c＝ｆ（ｖ−V′）C_c （21） それゆえ、抵抗４０に流れる電流I₀は次の第22
式で示される。なお、第６図に示したように、電
流｛（I₁＋I_S1）＋（I₂＋I_S2）｝がソース抵抗４０を流
れる向きに対して、電流I_cは逆向きに流れている
ため、ソース抵抗４０に流れる電流I₀は電流
｛（I₁＋I_S1）＋（I₂＋I_S2）｝ と電流I_cとの引算の形で表される。 I₀＝｛（I₁＋Is₁）＋（I₂＋Is₂）｝−Ic ＝（I₁＋I₂）＋（Is₁＋Is₂）−Ic ＝ｆ（ｖ−Ｖ）（C₁＋C₂）＋2f（ｖ−Ｖ）Cs −ｆ（ｖ−V′）Cc （22） ここで、次式のように補償コンデンサ４１の容
量Ccを定めると、第（22）式は第（24）式のよ
うに変形されて、浮遊容量Csの影響を除くこと
ができる。 2f（ｖ−Ｖ）Cs＝ｆ（ｖ−V′）Cc （23） I₀＝ｆ（ｖ−Ｖ）（C₁＋C₂）＝Const （24） なお、ダイオード４５およびコンデンサ４６
は、２次巻線１２の交流電圧によつて差動増幅器
４４を駆動するための整流用ダイオードおよび平
滑用コンデンサである。 次に、第２図の実施例においては、出力電流Ｉ
は次のようにして求められる。つまり、抵抗３５
の電圧降下の抵抗３６，３７，３８の電圧降下と
がそれぞれ演算増幅器９に導かれ、両電圧降下の
差が検出される。この差は出力トランジスタ２５
によつて出力電流Ｉに変換される。この出力電流
Ｉは出力トランジスタ２５の負荷抵抗４７および
演算増幅器９の抵抗４８を介して直流電流I₂が流
れる抵抗３７，３８に帰還される。その結果、演
算増幅器９の一対の入力端子に生ずる電圧差は零
となり、第（25）式が成立する。但し、抵抗３
７，３８に流れる帰還電流をI_fとする。 R₁₀（I₁＋Is₁） ＝（R₁₁＋R₁₂＋R₁₃）（I₂＋Is₂） ＋（R₁₂＋R₁₃）I_f （25） しかして、第（18）式および第（20）式の関係
を考慮して、第（25）式から帰還電流I_fを求め
る。 I_f＝R₁₀／R₁₂＋R₁₃（I₁−I₂） （26） 一方、抵抗３７，３８，４７，４８から成る帰
環回路にキルヒホツフの法則を適用する。ここ
で、機械的変位△ｄが零のとき、つまりコンデン
サC₁，C₂が等しいときに、出力トランジスタ２
５に流れる電流をI_Bとする。この電流I_Bは出力電
流Ｉに対して基礎電流とする。これはたとえば信
号電流４〜20ｍＡの４ｍＡに相当する。従つて、
機械的変位△ｄが存在する測定状態においては、
出力トランジスタ２５には、この基礎電流I_Bと機
械的変位△ｄに関係する出力電流Ｉとの和の電流
（I_B＋Ｉ）とが流れる。しかして、抵抗３７，３
８，４７，４８から成る閉回路において、負荷抵
抗４７には電流（I_B＋Ｉ−I_f）が流れ、抵抗４８
には帰還電流I_fが流れ、抵抗３７，３８には電流
（I₂＋I_s2＋I_f）が流れるので、次式が得られる。但
し、抵抗４７の抵抗値をR₂₀、抵抗４８の抵抗値
をR_fとする。 R₂₀（I_B＋Ｉ−I_f）＝R_fI_f＋（R₁₂ ＋R₁₂）（I₂＋Is₂＋I_f） （27） ここで、第（27）式において、機械的変位△ｄ
に関係する成分のみについて着目すると、次式が
得られる。 R₂₀（Ｉ−I_f）＝R_fI_f＋（R₁₂ ＋R₁₃）（I₂＋I_f） （28） しかして、第（28）式から出力電流Ｉを求め、
帰還電流I_fに第（26）式に代入する。 Ｉ＝R₁₀（R₀＋R_f＋R₁₂＋R₁₃）／R₂₀（R₁₂＋R₁₃）（I₁ −I₂）＋（R₁₂＋R₁₃）I₂＝K₁（I₁−I₂） ＋K₂I₂ （29） K₁＝R₁₀（R₀＋R_f＋R₁₂＋R₁₃）／R₂₀（R₁₂＋R₁₃）K₂＝R_1
2＋R₁₃ つぎに、第（29）式に第（14）式、第（15）式
を代入する。 Ｉ＝K₁f（ｖ−Ｖ）（C₁−C₂）＋K₂f（ｖ−Ｖ） （30） この第（30）式に第（24）式に代入する。 Ｉ＝K₁I₀C₁−C₂／C₁＋C₂＋K₂I₀C₂／C₁＋C₂ （31） ここで、第(11)式から次の関係が明らかである。 C₁−C₂／C₁＋C₂＝△ｄ／ｄ C₂／C₁＋C₂＝１／２（１−
△ｄ／ｄ） 従つて、第（31）式は次のように変形される。 Ｉ＝１／２K₂I₀＋（K₁−１／２K₂）I₀△ｄ／ｄ ＝G₁＋G₂△ｄ／ｄ （32） G₁＝１／２K₂I₀＝Const G₂＝（K₁−１／２K₂）I₀＝Const しかして、第（32）式において、右辺第１項
G₁は定数であり、第２項のG₂も定数であるから、
出力電流Ｉは機械的変位△ｄに比例することにな
る。このようにして、出力電流Ｉからは浮遊容量
Cs₁，Cs₂の影響を除くことができる。 ところで、この種の２線式変位変換装置は圧力
等の工業用プロセス量をたとえば４〜20ｍＡの範
囲の直流電流Ｉに変換して伝送するものであり、
伝送すべきプロセス量に多くの脈動成分が含まれ
ていても、そのプロセス量を変換して伝送する直
流電流Ｉからは脈動成分を除去することが要求さ
れ、このために抵抗とコンデンサとから構成され
た脈動成分除去用ダンピング回路が設けられる。
第２図の実施例においてもこの種のダンピング回
路が設けられているが、このダンピング回路にお
いては、動作中にダンピングを施こしても、出力
電流に過渡変動が発生しないように工夫してあ
る。すなわち、ダンピング回路は、ダンピングコ
ンデンサ４９および抵抗３６，３７，３８から成
る遅れ回路と、抵抗５０と、２つの抵抗５１，５
２から成る分圧回路と、スイツチ５３とから構成
されている。ダンピングを施こさないときには、
スイツチ５３は接点ｂ側に接続されている。この
とき、抵抗５１と抵抗５２との接続点の電位は差
動増幅器９の反転入力端子における電位つまり抵
抗３６と２次巻線１１との接続点の電位にほぼ等
しく設定しておく。すなわち、抵抗３６と２次巻
線１１との接続点電位は電流I₂つまり機械的変位
△ｄによつて変化する。そこで、その機械的変位
△ｄが０〜100％変化するときに、その接続点電
位がたとえば2.5Vから3.0Vに変化するように設
定した場合には、抵抗５１，５２の抵抗値の選定
により、その抵抗５１，５２の接続点電位が約
2.5Vになるように設定する。それにより、コン
デンサ４９はダンピングを施こさないときには約
2.5Vに充電されている。従つて、ダンピングを
施こすために、スイツチ５３を接点ａ側に切換え
て、コンデンサ４９を差動増幅器９の入力側に接
続したとしても、その接続による過渡変動はあま
り生じない。 ところが、抵抗５１，５２によるダンピングコ
ンデンサ４９の事前充電を施こしておかない場合
には、差動増幅器９へのコンデンサ４９の接続投
入により、その差動増幅器９の入力側では約2.5
〜3.0Vの電圧変動が生じ、従つてコンデンサ４
９の接続による大幅な過渡変動が生じることにな
る。 なお、第２図において、ダンピング回路そのも
のの機能についてはよく知られていることなの
で、ここではその説明を省略する。 次に、第２図に示した実施例においては、零点
調整回路が設けられている。この零点調整回路
は、差動増幅器９の一対の入力端子間に接続され
た可変抵抗５４と、この可変抵抗５４の可変タツ
プに接続された抵抗５５とから主として構成され
ており、抵抗５５の他端は抵抗３７，３８の接続
点に接続されている。この場合に、本発明におい
ては、抵抗３５における電圧降下の変化と抵抗３
８における電圧降下の変化とが等しくなるように
設定されている。（このために、抵抗３７と抵抗
３８とを等しく設定しておく。）それにより、抵
抗５５の両端電圧は常に一定となる。従つて、抵
抗５５に流れる電流は常に一定となる。しかし
て、一対のコンデンサC₁，C₂の静電容量が等し
くC₁＝C₂のときにはI₁＝I₂となつて差動増幅器９
の入力電圧差は零となるべきであるが、何らかの
原因により零にならないときには、可変抵抗５４
の可変タツプの位置を変えて、２次巻線１０側か
らこの可変抵抗５４に流れる電流i₁と２次巻線１
１側から可変抵抗５４に流れる電流i₂との割合を
調整し、差動増幅器９の入力電圧差が零になるよ
うに調整する。なお、この電流i₁、i₂は共に抵抗
５５を介して流れるが、抵抗５５の両端電圧は常
に一定に保持されるので、和電流（i₁＋i₂）は常
に一定とする。この和電流（i₁＋i₂）は抵抗３８
に流入するが、非常に小さく、しかも一定値であ
るので、上述した式の展開においては無視して説
明した。 次に、第３図は本発明の他の実施例の回路図で
ある。この実施例においては、コンデンサC₁は
不変であり、コンデンサC₂のみが機械的変位△
ｄに応じて変えられる。回路構成は基本的には第
２図の実施例と同じであるが、ダイオード１５，
１６にそれぞれ２次巻線５７，５８が接続される
点で異なつている。 このような回路構成により、第３図の実施例に
おいては、（C₁−C₂）／C₂なる演算が行なわれ
る。動作は第２図の実施例とほとんど同じである
ので、その説明は省略する。但し、この回路で
は、FET３９によつて電流｛（I₂＋Is₂）−Ic｝が
一定制御される。 以上に説明したように、本発明においては、
FET３９の作用により、コンデンサC₁，C₂に流
れる電流I₁、I₂の少なくとも一方（つまり和電流
I₁＋I₂あるいは電流I₂）と補償コンデンサ４１に
流れる電流Icとの合成電流を一定値に保持するよ
うにした。その結果、FET３１、ツエナーダイ
オード３３およびトランジスタ３４は、主とし
て、発振器７および差動増幅器９の駆動電圧供給
用に使用され、第１図の従来回路の如く差動増幅
器８のための基準電圧素子として使用されるので
はないので、特性安定性がそれ程厳しくなくても
よい。それゆえ、このようなFET３１、ツエナ
ーダイオード３３およびトランジスタ３４の入手
は非常に容易となり、しかも価格も非常に安価と
なる。さらに、浮遊容量Cs₁，Cs₂の影響を補償す
るための補償コンデンサ４１を設け、この補償コ
ンデンサ４１に流れる電流Icと電流｛（I₁＋Is₁）＋
（I₂＋Is₂）｝または電流（I₂＋Is₂）との合成電流を
FETによつて一定値制御するので、構造簡単に
して、浮遊容量の影響を補償することができる。
さらに、差動増幅器４４は浮遊容量Csを補償す
るために設けられており、従つて結果的には第１
図の従来例に比べて差動増幅器８を１個分を除く
ことができることになり、部品点数を軽減させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の変位変換装置の回路図、第２図
および第３図は本発明のそれぞれ異なる実施例の
回路図、第４図は第２図の回路の一部を拡大して
示した回路図、第５図は第４図に示した回路にお
ける各点での電位の変化について説明するための
波形図、第６図は同様に第２図の回路の他の一部
を拡大して示した回路図、第７図は第６図に示し
た回路における各点での電位の変化について説明
するための波形図である。 C₁，C₂……測定コンデンサ、Cs₁，Cs₂……浮
遊容量、７……発振器、９……差動増幅器、１
０，１１，１２，５７，５８……２次巻線、１
３，１４，１５，１６……ダイオード、２５……
出力トランジスタ、３１，３９……電界効果トラ
ンジスタ、３５，３６，３７，３８，４０，４
８，５０，５１，５２，５４，５５……抵抗、４
１……補償コンデンサ、４２，４３……ダイオー
ド、４４……差動増幅器、４９……ダンピングコ
ンデンサ、５３……スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 微小な機械的変位を直流電流信号に変換する
   二線式変位変換回路装置において、交流励振され
   る第１および第２の一対のリアクタンス性インピ
   ーダンス素子であつて、それらのインピーダンス
   素子の少なくとも一方が機械的変位に応じて変化
   するインピーダンス値を持ち、浮遊容量がそれぞ
   れ並列接続された形にて存在するような一対のリ
   アクタンス性インピーダンス素子と、前記第１お
   よび第２のインピーダンス素子の各々のインピー
   ダンス値に比例した第１および第２の直流電流信
   号を供給する手段と、前記第１および第２の直流
   電流信号の差に相当し前記機械的変位の量を表わ
   す出力電流信号を供給する第１の手段と、前記一
   対のリアクタンス性インピーダンス素子に並列接
   続されている浮遊容量のほぼ和に応じた固定のイ
   ンピーダンス値を持つ第３のリアクタンス性イン
   ピーダンス素子と、この第３のインピーダンス素
   子のインピーダンス値に比例した第３の電流信号
   を供給する第２の手段とを備え、前記第３の電流
   信号と前記前記第１および第２の電流信号の少な
   くとも一方との和を電流調整器によつて予め定め
   られた一定値に保持することを特徴とする二線式
   変位変換回路装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の変位変換装置に
   おいて、前記第１および第２のインピーダンス素
   子はお互いに差動的に変化するインピーダンス値
   を持ち、前記第１および第２の電流信号と前記第
   ３の電流信号との和は前記電流調整器によつて予
   め定められた一定値に保持されることを特徴とす
   る二線式変位変換回路装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の変位変換装置に
   おいて、前記第１および第２のインピーダンス素
   子は各々固定および可変のインピーダンス値を持
   ち、前記第２および第３の電流信号の和は前記電
   流調整器によつて予め定められた一定値に保持さ
   れ、一方前記第１の電流信号は調整されないこと
   を特徴とする二線式変位変換回路装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の変位変換装置に
   おいて、前記第１および第２のインピーダンス素
   子は交流励振の１つの半波で一方の極性に同時に
   励振され、一方それらのインピーダンス素子は前
   記交流励振の引続いて起る他の半波で同時に他方
   の極性に励振されることを特徴とする二線式変位
   変換回路装置。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の変位変換装置に
   おいて、前記第１の手段は、各々が前記第１およ
   び第２の電流信号に応動する一対の入力部および
   前記２つの入力電流信号の間の差に応動する出力
   部を有する差動増幅器と、前記機械的変位の量を
   表わす出力電流信号を供給するために前記差動増
   幅器の出力に応動する出力トランジスタと、前記
   出力電流の全部を実質的に受け、フイードバツク
   信号を与えるために前記差動増幅器の１つの入力
   につながれたフイードバツク抵抗と、前記差動増
   幅器の２つの入力の間に接続された２つの末端の
   端子、および前記差動増幅器の１つの入力に前記
   フイードバツク信号を供給するために前記フイー
   ドバツク抵抗とその１つの入力とにつながれたフ
   イードバツク回路に間接的につながれた中間の可
   調整端子を備えた零調整抵抗と、を含むことを特
   徴とする二線式変位変換回路装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の変位変換装置に
   おいて、前記第１の手段は、各々が前記第１およ
   び第２の電流信号の各々に応答する一対の入力部
   および前記入力電流信号の差に応動する出力部を
   持つ差動増幅器と、前記機械的変位の量を表わす
   出力電流を供給するために前記差動増幅器の出力
   に応動する出力トランジスタと、前記差動増幅器
   の入力につながれたダンピング回路とを含み、前
   記ダンピング回路はダンピングコンデンサとスイ
   ツチング手段と電圧分割手段とを有し、前記電圧
   分割手段は、ダンピング動作を必要とするときは
   前記ダンピングコンデンサと前記差動増幅器の一
   方の入力部とを接続し、ダンピング動作を必要と
   しないときは予め定められた電圧値に前記ダンピ
   ングコンデンサを充電しておくために前記ダンピ
   ングコンデンサと前記電圧分割手段とを接続し得
   るようになされていることを特徴とする二線式変
   位変換回路装置。 ７ 特許請求の範囲第１項記載の変位変換装置に
   おいて、前記電流調整器は電流調整トランジスタ
   とこの電流調整トランジスタの制御のための直列
   抵抗との直列接続から成り、前記第２の手段は前
   記第３のインピーダンス素子を流れる交流電流を
   一方および他方の極性に転換整流するための一対
   の整流器と前記電流調整トランジスタの両端電圧
   を検出する検出手段とを含み、前記一方の極性の
   整流電流は前記直列抵抗に供給され、前記他方の
   極性の整流電流は前記検出手段へ供給されること
   を特徴とする二線式変位変換回路装置。