JPH0370767B2 - - Google Patents

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JPH0370767B2
JPH0370767B2 JP58048189A JP4818983A JPH0370767B2 JP H0370767 B2 JPH0370767 B2 JP H0370767B2 JP 58048189 A JP58048189 A JP 58048189A JP 4818983 A JP4818983 A JP 4818983A JP H0370767 B2 JPH0370767 B2 JP H0370767B2
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JP
Japan
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capacitance
capacitor
fixed
voltage
output
Prior art date
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JP58048189A
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English (en)
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JPS59173703A (ja
Inventor
Hisashi Tamura
Terutaka Hirata
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧力、差圧等の被測定量に応じてダ
イヤフラム等が変位し、この変位により電極間の
間隔が変化してこれら電極間の容量が変化する可
変コンデンサと、前記変位に応動しない一定容量
の固定コンデンサとを有する検出部を用いた容量
式変換装置の改良に関する。
この種容量式変換装置の検出部は例えば第1図
に示すように構成されている。ガラス等の絶縁体
11と対向して、一部にダイヤフラム部12a
形成されたシリコン基板12が配置されている。
絶縁体11には固定電極13aと14aが同心円状
に設けられている。またシリコン基板12にも固
定電極13a、14aと対向して、ダイヤフラム部
12aに可動電極13bが、固定部に固定電極14
が設けられている。これら電極間にはシリコン
油が満されており、シリコン油は開口11a外側
でシールダイヤフラム(図示せず)によつて被測
定流体からシールされている。シリコン基板12
の外側は大気圧とされている。したがつて絶縁体
11の開口11aを介して与えられる被測定圧力
Pに応じてダイヤフラム部12aが変位し、その
変位に応じて可動電極13bと固定電極13a間に
構成される可変コンデンサ13の容量c1が変化す
る。一方固定電極14bと固定電極14a間に構成
される固定コンデンサ14の容量c2はダイヤフラ
ム部12aの変位に無関係に一定である。そして
可変コンデンサ13の容量c1は可動電極13b
変位量xに対し、x=0のときの初期容量をc0
固定電極13aと可動電極13b間の基準間隔(x
=0のときの間隔)をd、および電極間に並列に
存在するストレイ容量をCs1とすると次式で与え
られる。
C1=C0d/d+x+Cs1 (1) ところで従来の容量式変換装置では、例えば実
公昭57−28088号公報に示されているように、検
出部の被測定量に応じて容量が変化する可変コン
デンサと一定容量の固定コンデンサに共通に発振
器の発振出力を与え、それぞれの容量に応じた交
流電流を整流平滑し、可変コンデンサの容量に対
応した直流電圧が一定になるように発振器の発振
出力を制御して、固定コンデンサの容量に対応し
た直流電圧を出力信号とすることによつて、発振
器の発振出力の振幅や周波数の影響を除去し、被
測定量に応じた電気信号を得ている。このため可
変コンデンサの電極間に存在するストレイ容量の
影響を受け直線性が悪かつた。また被測定量と可
変コンデンサの可動電極の変位量との関係に非直
線性がある場合には、その影響も受ける欠点があ
つた。
そこで、第2図に示すように可変コンデンサの
容量に関連した電流の差が一定になるように発振
器の発振出力を制御することによつて、上述の如
き非直線性を有効に補償できる容量式変換装置が
考えられる。第2図において10は検出部で、被
測定圧力Pによつて可動電極13bが変位し電極
13a,13b間の容量C1が変化する可変コンデン
サ13と被測定圧力Pに無関係に電極14a,1
b間の容量C2が一定な固定コンデンサ14とを
有している。20は発振器で、その発振出力を可
変コンデンサ13と固定コンデンサ14に印加す
る。31,32は検波回路である。検波回路31
は演算増幅器OP1とその出力を反転入力端子
(−)に帰還するための整流ダイオードD1,D2
抵抗R1および平滑用コンデンサCf1の帰還回路を
有しており、演算増幅器OP1の反転入力端子
(−)には可変コンデンサ13の電極13aが接続
され、非反転入力端子(+)は基準点に接続され
て、可変コンデンサ13の容量C1に応じた交流
電流i1を検波し、ダイオードD1と抵抗R1の接続点
に直流電圧E1を得るものである。検波回路32
は演算増幅器OP2とその出力を反転入力端子
(−)に帰還するための整流用ダイオードD3
D4、抵抗R2、可変抵抗R3および平滑用コンデン
サCf2,Cf3の帰還回路とを有しており、演算増幅
器OP2の反転入力端子(−)には固定コンデンサ
14の電極14aが接続され、非反転入力端子
(+)は基準点に接続されて、固定コンデンサ1
4の容量C2に応じた交流電流i2を検波し、ダイオ
ードD3と抵抗R2の接続点に正の直流電圧E2を、
ダイオードD4と可変抵抗R3の接続点に負の直流
電圧E3をそれぞれ得るものである。直流電圧E2
が出力端子OUTに与えられる。制御回路40は
演算増幅器OP3とその帰還回路に接続された積分
コンデンサCIとからなる積分器で構成されてお
り、演算増幅器OP3の反転入力端子(−)に抵抗
R4を介して印加される直流電圧E1と、抵抗R5
介して印加される負の直流電圧E3と、抵抗R6
介して印加される負の基準電圧Esとを加算積分
し、その出力で発振器20を制御する。
このように構成した第2図に示す容量式変換装
置においては、発振器20の発振出力が可変コン
デンサ13と固定コンデンサ14に与えられる
と、それぞれの容量C1、C2に応じた交流電流i1
i2が流れる。交流電流i1、i2をそれぞれ検波回路
31,32で整流して得た直流電圧E1、E2、E3
は、発振器20の発振出力の周波数をf、振幅を
Eとすると次式で与えられる。
E1=fER1C1 E2=fER2C2 E3=−fER3C3 (2) 制御回路40の積分器は直流電圧E1に基づく
電流E1/R4と、直流電圧E3に基づく電流E3/R5
および基準電圧Esに基づく電流Es/R6の総和が
零になるように発振器20の発振出力を制御する
ので、次式の関係が成立する。
fER1C1/R4−fER3C2/R5−Es/R6=0 (3) よつて、検波回路32の出力電圧E2は次式で
与えられる。
E2=R2R4R5C2/R6(R1R5C1−R3R4C2)Es (4) そして、可変コンデンサ13の容量C1が(1)式
の関係で与えられるので、E2は、 E2=R2R4R5C2(d+x)Es/R6{(R1R5C0
+R1R5Cs1−R3R4C2)d+(R1R5Cs1−R3R4C2)x}(5) となる。ここで R1R5Cs1−R3R4C2=0 (6) を満足するように可変抵抗R3抵抗値を選ぶと、
出力電圧E2は、 E2=R2R4C2/R1R6C0(1+x/d)Es (7) となり、ストレイ容量Cs1の影響を除去でき、し
かも第3図イに示すように変位量xに正確に対応
したものとなる。なお可変コンデンサ13の基準
容量C0、ストレイ容量Cs1および固定コンデンサ
14の容量C2の温度係数は検出部10を第1図
に示す如く構成した場合等しいので、(6)式および
(7)式の関係は温度変化による影響を受けない。
また、可変抵抗R3の抵抗値をR1R5Cs1/R3R4C2<1に 調整すれば、第3図ロに示すように出力電圧E2
の増加率は変位量xが大きくなる程増加し、
R1R5Cs1/R3R4C2>1になるように調整すれば、第3図 ハに示すように変位量xが大きくなる程増加率が
減少するようになり、入出力関係を非直線にでき
る。したがつて、被測定圧力Pと可動電極13b
の変位量xとの非直線性を可変抵抗R3の値を調
整することによつて有効に補償できる。しかも非
直線性の温度係数は、可変コンデンサ13の基準
容量C0の温度係数と等しい。
このように可変抵抗R3の抵抗値によつてスト
レイ容量Cs1による影響および被測定圧力Pと可
動電極13bの変位量xとの非直線性を補償でき
るので、実際には被測定圧力Pと出力電圧E2
の関係が直線になるように可変抵抗R3の値を調
整し、非直線性を補償する。
なお上述では、可変抵抗R3を調整して非直線
性の補償を行う場合を例示したが、抵抗R5を調
整して非直線性を補償するようにしてもよい。ま
た上述では、検波回路32の出力電圧E2を出力
端子OUTに出力信号として取り出す場合を例示
したが、第4図に示すようにE2−E1を出力信号
E0として取り出すようにすれば、E0は次式の如
くなる。
E0=R4R5{(R2C2−Cs1R1−R1C0)d+
(R2C2−Cs1R1)x}Es/R6{(R1R5C0+R1R5Cs1−R3R4
C2)d+(R1R5Cs1−R3R4C2)x}(8) ここで、 R2C2−R1Cs1−R1C0=0 (9) を満足させれば、出力信号E0は E0=R1R4R5C0x/dEs/R6(R2R5−R3R4
)C2{1+(1−C0R1R5/C2(R2R5−R3R4))x/d}
(10) となり、変位量xが零のとき、E0も零にできる。
なお第4図においては、発振器20としてインバ
ータIV1,IV2とコンデンサおよび抵抗からなり、
制御回路40の出力でインバータIV1,IV2の電
源電圧を制御し、発振出力の振幅Eを制御するも
のが示してある。さらに検出器10のダイヤフラ
ムとしてシリコンからなるものを例示したが、金
属等からなるものであつてもよい。
上述では可変コンデンサ13として、ストレイ
容量がシリコン油を経由して電極間に並列に発生
するCs1のみの場合を例示したが、シリコン油を
経由しないで電極のリード線間にストレイ容量
Cs2が存在するときはこの影響を除去することが
できない欠点がある。
本発明は、この様に電極のリード線間にストレ
イ容量Cs2が存在するときでも非直線性の補償の
出来る容量式変換装置を提供することを目的とす
る。第5図は本発明の1実施例の構成を示す回路
図である。
第5図に示すように検出部10の固定コンデン
サ14とは別個に固定コンデンサ50を設け、こ
のコンデンサ50にも発振器20の発振出力を印
加するとともに、演算増幅器OP4とその出力を反
転入力端子(−)に帰還するための整流ダイオー
ドD5,D6、可変抵抗R8および平滑用コンデンサ
Cf4の帰還回路とからなる検波回路33で固定コ
ンデンサ50の容量C3に応じた交流電流i3を検波
し、ダイオードD5と抵抗R8の接続点に負の直流
電圧E4を得、この直流電圧E4を抵抗R7を介して
制御回路40の積分器に印加する。その結果積分
器は直流電圧E1に基づく電流E1/R4と、直流電
圧E3に基づく電流E3/R5と、基準電圧Esに基づ
く電流Es/R6、および直流電圧E4に基づく電流
E4/R7の総和が零になるように発振器20の発
振出力を制御するので、次式の関係が成立する。
fER1C1/R4−fER3C2/R5−Es/R6−fER7C3/R8=0(
11) よつて、検波回路32の出力電圧E2は次式で
与えられる。
E2=R2/R6C2/R1/R4C1−R3/R5C2−R7/R8C3Es(12
) そして、可変コンデンサ13の容量C1が C1=C0d/d+x+Cs1+Cs2 (13) で与えられるので、E2は、 E2=R2/R6C2(d+x)Es/R1/R4(C0+Cs
1
+Cs2)−R3/R5C2+R7/R8C3)d+R1/R4(Cs1+Cs2
)−(R2/R6C2+R1/R4C3)x
(14) となる。ここで、可変抵抗R3を調整して(6)式の
関係を満足させると、 E2=R2/R6C2(d+x)Es/R1/R4(C0
+Cs2)−R7/R8C3d+(R1/R4Cs2−R7/R8C3)x(15
) となり、ストレイ容量Cs1の影響を除去できる。
次に、 R1R8Cs2−R4R7C3=0 (16) を満足するように可変抵抗R8の抵抗値を選ぶと、
出力電圧E2は(7)式と同じになり、ストレイ容量
Cs2の影響も除去でき、変位量xに正確に対応し
たものとなる。なお固定コンデンサ50の容量
C3の温度係数をストレイ容量Cs2の温度係数と等
しく選べば、(16)式は温度変化の影響を受けな
い。また、(16)式を満足した状態で可変抵抗R3
の抵抗値を選ぶことによつて第2図な実施例と同
様に入出力関係を非直線にできる。さらに(6)式を
満足させた状態で可変抵抗R8の抵抗値を選ぶこ
とによつても、可変抵抗R3の場合と同様に入出
力関係を非直線にできる。さらに検波回路33で
検波して得た直流電圧を出力電圧EOUTとして用い
ることもできる。
以上説明したように本発明においては、簡単な
構成で電極のリード線間にストレイ容量が存在す
るときでも非直線性を有効に補償できる容量式変
換装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は検出部の一例を示す断面図、第2図は
従来の容量式変換装置の1例を示す接続図、第3
図はその動作説明図、第4図は第2図に示す容量
式変換装置の一部を変更した構成を示す接続図、
第5図は本発明の1実施例の構成を示す回路図で
ある。 10……検出部、13……可変コンデンサ、1
4……固定コンデンサ、20……発振器、31,
32,33……検波回路、40……制御回路、5
0……第2の固定コンデンサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 被測定量に応じて可動電極が変位し電極間の
    容量が変化する可変コンデンサと、被測定量に無
    関係に容量が一定な第1固定コンデンサと、被測
    定量に無関係に容量が一定な第2固定コンデンサ
    と、前記可変コンデンサと前記第1及び第2固定
    コンデンサに発振出力を印加する発振器と、前記
    可変コンデンサの容量と前記第1及び第2固定コ
    ンデンサの容量の差に対応した電流が一定になる
    ように前記発振器を制御する回路と、前記第1固
    定コンデンサに流れる電流を第1増幅器を介して
    制御する第1電流制御手段と、前記第2固定コン
    デンサに流れる電流を第2増幅器を介して制御す
    る第2電流制御手段とを具備し、これ等の電流制
    御手段を調整して前記被測定量に比例した出力信
    号を得る回路とを具備したことを特徴とする容量
    式変換装置。
JP4818983A 1983-03-23 1983-03-23 容量式変換装置 Granted JPS59173703A (ja)

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JPS5635012A (en) * 1979-08-30 1981-04-07 Yokogawa Hokushin Electric Corp Displacement converter

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