JPH0430527B2 - - Google Patents
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- JPH0430527B2 JPH0430527B2 JP1968384A JP1968384A JPH0430527B2 JP H0430527 B2 JPH0430527 B2 JP H0430527B2 JP 1968384 A JP1968384 A JP 1968384A JP 1968384 A JP1968384 A JP 1968384A JP H0430527 B2 JPH0430527 B2 JP H0430527B2
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- Japan
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- capacitance
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- capacitor
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- sensor amplifier
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 43
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
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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
- G01D5/2417—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 separation
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
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
変コンデンサを有する検出器を用いた容量式変換
装置に関するものである。
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
変コンデンサを有する検出器を用いた容量式変換
装置に関するものである。
この種容量式変換装置の検出器は例えば第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が
形成されたシリコン基板１２が配置され、接合面
１３で接着固定されている。絶縁体１１には固定
電極１４ａ，１５ａが同心円状に設けられ、また
シリコン基板１２にも固定電極１４ａ，１５ａと
対向して、ダイヤフラム部１２ａに可動電極１４
ｂが、固定部に固定電極１５ｂ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の外側でシールダイ
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（または真空）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１４ｂと固定電極１４ａ
間に構成される可変コンデンサ１４の容量C1が
変化する。一方固定電極１５ａと１５ｂ間に構成
される固定コンデンサ１５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１４の容量C1は可動電極１４
ｂの変位量ｘに対し、ｘ＝０のときの初期容量を
C0、固定電極１４ａと可動電極１４ｂ間の初期
間隔をｄとすると次式で与えられる。
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が
形成されたシリコン基板１２が配置され、接合面
１３で接着固定されている。絶縁体１１には固定
電極１４ａ，１５ａが同心円状に設けられ、また
シリコン基板１２にも固定電極１４ａ，１５ａと
対向して、ダイヤフラム部１２ａに可動電極１４
ｂが、固定部に固定電極１５ｂ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の外側でシールダイ
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（または真空）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１４ｂと固定電極１４ａ
間に構成される可変コンデンサ１４の容量C1が
変化する。一方固定電極１５ａと１５ｂ間に構成
される固定コンデンサ１５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１４の容量C1は可動電極１４
ｂの変位量ｘに対し、ｘ＝０のときの初期容量を
C0、固定電極１４ａと可動電極１４ｂ間の初期
間隔をｄとすると次式で与えられる。
C1＝ｄ／ｄ＋ｘC0 ……(1)
また固定コンデンサ１５の容量C2は可変コン
デンサ１４の初期容量C0と等しくなるように構
成されている。ところでこのような構成の検出器
においては、接合面１３の接着工程等の影響を受
け初期間隔を設計通りに作ることは難しく、また
接合面等が温度による影響を受け、初期間隔ｄが
温度等の外乱によつて変化する等の問題がある。
デンサ１４の初期容量C0と等しくなるように構
成されている。ところでこのような構成の検出器
においては、接合面１３の接着工程等の影響を受
け初期間隔を設計通りに作ることは難しく、また
接合面等が温度による影響を受け、初期間隔ｄが
温度等の外乱によつて変化する等の問題がある。
そして従来は、例えば実公昭57−28088号公報
に示されているように、検出器の可変コンデンサ
と固定コンデンサに発振器出力を共通に与え、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C1に対応した直流電圧が一
定になるように発振器出力を制御して、固定コン
デンサの容量C2に対応した直流電圧をｘ／ｄに
関連させることによつて、被測定量に応じた出力
信号を得ている。このため初期間隔ｄが変化する
とスパン誤差を生ずる欠点があつた。
に示されているように、検出器の可変コンデンサ
と固定コンデンサに発振器出力を共通に与え、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C1に対応した直流電圧が一
定になるように発振器出力を制御して、固定コン
デンサの容量C2に対応した直流電圧をｘ／ｄに
関連させることによつて、被測定量に応じた出力
信号を得ている。このため初期間隔ｄが変化する
とスパン誤差を生ずる欠点があつた。
本発明は、検出器の初期間隔の変化によるスパ
ン誤差を生じない容量式変換装置を実現するにあ
る。
ン誤差を生じない容量式変換装置を実現するにあ
る。
本発明は、被測定量に応じて可動電極が変位し
容量が変化する可変コンデンサとこの可変コンデ
ンサの初期容量と等しい容量の第１の固定コンデ
ンサおよび可動電極が最大変位したときの可変コ
ンデンサの容量に対応した容量の第２の固定コン
デンサを有する検出器を用い、これら各コンデン
サを第１，第２，第３のセンサアンプの帰還回路
にそれぞれ接続し、各センサアンプにコンデンサ
を介して発振器出力を共通に与えて、第１のセン
サアンプの出力に可変コンデンサの容量の逆数に
関連した交流電圧を、第２のセンサアンプの出力
に第１の固定コンデンサの容量の逆数に関連した
交流電圧を、第３のセンサアンプの出力に第２の
固定コンデンサの容量の逆数に関連した交流電圧
をそれぞれ得、第３のセンサアンプの出力を整流
した電圧と第２のセンサアンプの出力を整流した
電圧との差が一定になるように発振器を制御する
とともに、第１のセンサアンプの出力を整流した
電圧と第２のセンサアンプの出力を整流した電圧
との差を演算して出力することを特徴としたもの
である。
容量が変化する可変コンデンサとこの可変コンデ
ンサの初期容量と等しい容量の第１の固定コンデ
ンサおよび可動電極が最大変位したときの可変コ
ンデンサの容量に対応した容量の第２の固定コン
デンサを有する検出器を用い、これら各コンデン
サを第１，第２，第３のセンサアンプの帰還回路
にそれぞれ接続し、各センサアンプにコンデンサ
を介して発振器出力を共通に与えて、第１のセン
サアンプの出力に可変コンデンサの容量の逆数に
関連した交流電圧を、第２のセンサアンプの出力
に第１の固定コンデンサの容量の逆数に関連した
交流電圧を、第３のセンサアンプの出力に第２の
固定コンデンサの容量の逆数に関連した交流電圧
をそれぞれ得、第３のセンサアンプの出力を整流
した電圧と第２のセンサアンプの出力を整流した
電圧との差が一定になるように発振器を制御する
とともに、第１のセンサアンプの出力を整流した
電圧と第２のセンサアンプの出力を整流した電圧
との差を演算して出力することを特徴としたもの
である。
第２図は本発明装置の一実施例を示す接続図、
第３図は本発明装置に用いる検出器の一実施例を
示す構成説明図である。両図において、１０は検
出器で、被測定圧力Ｐに応じて可動電極１４ｂが
変位し電極１４ａ，１４ｂ間の容量C1が変化す
る可変コンデンサ１４と、被測定圧力Ｐに無関係
に電極１５ａ，１５ｂ間の容量C2が一定な第１
の固定コンデンサ１５と、絶縁体１１に固定電極
１４ａ，１５ａと同心円状に一定深さxSなる凹部
１７を設け、凹部１７の底面に固定電極１６ａ
を、固定電極１６ａに対向してシリコン基板１２
の固定部に固定電極１６ｂを設けて、電極１６
ａ，１６ｂ間の容量C3が C3＝ｄ／ｄ＋xSC0 ……(2) となる第２の固定コンデンサ１６とで構成されて
いる。なおxSは可動電極１４ｂの最大変位量と
し、C3が可動電極１４ｂが最大変位したときの
可変コンデンサ１４の容量と等しくなるように選
ばれている。２１，２２，２３は各々センサアン
プで、センサアンプ２１の帰還回路に検出器１０
の可変コンデンサ１４と抵抗R1の並列回路が、
センサアンプ２２の帰還回路には検出器１０の第
１の固定コンデンサ１５と抵抗R2の並列回路が、
センサアンプ２３の帰還回路には検出器１０の第
２の固定コンデンサ１６と抵抗R3の並列回路が
それぞれ接続されている。３０は発振器で、その
発振出力ebが一定容量Ca1，Ca2，Ca3の固定コン
デンサ４１，４２，４３をそれぞれ介してセンサ
アンプ２１，２２，２３の入力に加えられてい
る。５１，５２，５３は各々整流回路で、それぞ
れセンサアンプ２１，２２，２３の出力e1，e2，
e3を整流する。６１，６２は各々減算回路で、減
算回路６１は整流回路５３の出力E3と整流回路
５２の出力E2の差を演算し、減算回路６２は整
流回路５１の出力E1と整流回路５２の出力E2の
差を演算して出力電圧E0を出力する。７０は制
御回路で、演算増幅器７０ａとその帰還回路に積
分コンデンサ７０ｂを有する積分器からなり、演
算増幅器７０ａの反転入力端子（−）に抵抗７０
ｃを介して加えられる減算回路６１の出力E4が、
非反転入力端子（＋）に加えられる基準電圧ESと
等しくなるように、その出力で発振器３０を制御
する。
第３図は本発明装置に用いる検出器の一実施例を
示す構成説明図である。両図において、１０は検
出器で、被測定圧力Ｐに応じて可動電極１４ｂが
変位し電極１４ａ，１４ｂ間の容量C1が変化す
る可変コンデンサ１４と、被測定圧力Ｐに無関係
に電極１５ａ，１５ｂ間の容量C2が一定な第１
の固定コンデンサ１５と、絶縁体１１に固定電極
１４ａ，１５ａと同心円状に一定深さxSなる凹部
１７を設け、凹部１７の底面に固定電極１６ａ
を、固定電極１６ａに対向してシリコン基板１２
の固定部に固定電極１６ｂを設けて、電極１６
ａ，１６ｂ間の容量C3が C3＝ｄ／ｄ＋xSC0 ……(2) となる第２の固定コンデンサ１６とで構成されて
いる。なおxSは可動電極１４ｂの最大変位量と
し、C3が可動電極１４ｂが最大変位したときの
可変コンデンサ１４の容量と等しくなるように選
ばれている。２１，２２，２３は各々センサアン
プで、センサアンプ２１の帰還回路に検出器１０
の可変コンデンサ１４と抵抗R1の並列回路が、
センサアンプ２２の帰還回路には検出器１０の第
１の固定コンデンサ１５と抵抗R2の並列回路が、
センサアンプ２３の帰還回路には検出器１０の第
２の固定コンデンサ１６と抵抗R3の並列回路が
それぞれ接続されている。３０は発振器で、その
発振出力ebが一定容量Ca1，Ca2，Ca3の固定コン
デンサ４１，４２，４３をそれぞれ介してセンサ
アンプ２１，２２，２３の入力に加えられてい
る。５１，５２，５３は各々整流回路で、それぞ
れセンサアンプ２１，２２，２３の出力e1，e2，
e3を整流する。６１，６２は各々減算回路で、減
算回路６１は整流回路５３の出力E3と整流回路
５２の出力E2の差を演算し、減算回路６２は整
流回路５１の出力E1と整流回路５２の出力E2の
差を演算して出力電圧E0を出力する。７０は制
御回路で、演算増幅器７０ａとその帰還回路に積
分コンデンサ７０ｂを有する積分器からなり、演
算増幅器７０ａの反転入力端子（−）に抵抗７０
ｃを介して加えられる減算回路６１の出力E4が、
非反転入力端子（＋）に加えられる基準電圧ESと
等しくなるように、その出力で発振器３０を制御
する。
このように構成した本発明装置においては、セ
ンサアンプ２１，２２，２３の帰還回路の時定数
C1R1・C2R2・C3R3を発振器３０の発振周期１／
より充分に大きく選べば、センサアンプ２１，
２２，２３の出力e1，e2，e3は となり、e1は可変コンデンサ１４の容量C1の逆数
に、e2は第１の固定コンデンサ１５の容量C2の逆
数に、e3は第２の固定コンデンサ１６の容量C3の
逆数に応じた値となる。この出力e1，e2，e3がそ
れぞれ整流回路５１，５２，５３で整流された後
減算回路６１，６２に与えられる。整流回路５
１，５２，５３のゲインをＫとすると減算回路６
１，６２の出力E4，E0はそれぞれ次式で与えら
れる。
ンサアンプ２１，２２，２３の帰還回路の時定数
C1R1・C2R2・C3R3を発振器３０の発振周期１／
より充分に大きく選べば、センサアンプ２１，
２２，２３の出力e1，e2，e3は となり、e1は可変コンデンサ１４の容量C1の逆数
に、e2は第１の固定コンデンサ１５の容量C2の逆
数に、e3は第２の固定コンデンサ１６の容量C3の
逆数に応じた値となる。この出力e1，e2，e3がそ
れぞれ整流回路５１，５２，５３で整流された後
減算回路６１，６２に与えられる。整流回路５
１，５２，５３のゲインをＫとすると減算回路６
１，６２の出力E4，E0はそれぞれ次式で与えら
れる。
E4＝E3−E2＝Ｋ（Ca3／C3−Ca2／C2）Epp ……(4)
E0＝E1−E2＝Ｋ（Ca1／C1−Ca2／C2）Epp ……(5)
制御回路７０は減算回路６１の出力E4が基準
電圧ESと等しくなるように発振器３０の発振出力
ebを制御するので、次式の関係が成立する。
電圧ESと等しくなるように発振器３０の発振出力
ebを制御するので、次式の関係が成立する。
KEpp（ＣCa3／C3−Ca2／C2）〕ES ……(6)
よつて、(5)式に(6)式を代入し、かつCa1＝Ca2＝
Ca3＝Caとすると、出力電圧E0は、 E0＝１／C1−１／C2／１／C3−１／C2ES ……(7) となる。そして、C1＝C0ｄ／ｄ＋ｘ，C2＝C0， C3＝C0ｄ／ｄ＋xSであるので、E0は、 E0＝ｘ／xSES ……(8) となり、初期間隔ｄの項を含まないので、ｄの変
化によるゼロシフト，スパンシフトは起らない。
しかも、xSの寸法は一方の物体の凹部により形成
されるので、凹部形成のためのエツチング時間を
コントロールすることにより高精度に形成するこ
とができる。
Ca3＝Caとすると、出力電圧E0は、 E0＝１／C1−１／C2／１／C3−１／C2ES ……(7) となる。そして、C1＝C0ｄ／ｄ＋ｘ，C2＝C0， C3＝C0ｄ／ｄ＋xSであるので、E0は、 E0＝ｘ／xSES ……(8) となり、初期間隔ｄの項を含まないので、ｄの変
化によるゼロシフト，スパンシフトは起らない。
しかも、xSの寸法は一方の物体の凹部により形成
されるので、凹部形成のためのエツチング時間を
コントロールすることにより高精度に形成するこ
とができる。
なお上述では、xSの寸法を可動電極１４ｂの最
大変位量とし、第２の固定コンデンサ１６の容量
C3を可動電極１４ｂが最大変位したときの可変
コンデンサ１４の容量と等しくする場合を例示し
たが、xSの寸法は可動電極１４ｂの最大変位量に
比例した値であればよい。
大変位量とし、第２の固定コンデンサ１６の容量
C3を可動電極１４ｂが最大変位したときの可変
コンデンサ１４の容量と等しくする場合を例示し
たが、xSの寸法は可動電極１４ｂの最大変位量に
比例した値であればよい。
本発明においては、検出器の初期間隔の変化に
よるスパン誤差を生じない容量式変換装置が得ら
れる。
よるスパン誤差を生じない容量式変換装置が得ら
れる。
第１図は従来の検出器の一例を示す断面図、第
２図は本発明装置の一実施例を示す接続図、第３
図は本発明装置に用いる検出器の一例を示す断面
図である。 １０……検出器、１１……絶縁体、１２……シ
リコン基板、１３……接合面、１４……可変コン
デンサ、１５……第１の固定コンデンサ、１６…
…第２の固定コンデンサ、２１，２２，２３……
センサアンプ、３０……発振器、４１，４２，４
３……コンデンサ、５１，５２，５３……整流回
路、６１，６２……減算回路、７０……制御回
路。
２図は本発明装置の一実施例を示す接続図、第３
図は本発明装置に用いる検出器の一例を示す断面
図である。 １０……検出器、１１……絶縁体、１２……シ
リコン基板、１３……接合面、１４……可変コン
デンサ、１５……第１の固定コンデンサ、１６…
…第２の固定コンデンサ、２１，２２，２３……
センサアンプ、３０……発振器、４１，４２，４
３……コンデンサ、５１，５２，５３……整流回
路、６１，６２……減算回路、７０……制御回
路。
Claims (1)
- １ 被測定量に応じて可動電極が変位し容量が変
化する可変コンデンサとこの可変コンデンサの初
期容量と等しい容量の第１の固定コンデンサおよ
び前記可動電極が最大変位したときの可変コンデ
ンサの容量に対応した容量の第２の固定コンデン
サを有する検出器と、前記可変コンデンサが帰還
回路に接続された第１のセンサアンプと、前記第
１の固定コンデンサが帰還回路に接続された第２
のセンサアンプと、前記第２の固定コンデンサが
帰還回路に接続された第３のセンサアンプと、こ
れら第１，第２，第３のセンサアンプにそれぞれ
コンデンサを介して発振出力を共通に印加する発
振器と、前記第３のセンサアンプの出力を整流し
た電圧と前記第２のセンサアンプの出力を整流し
た電圧との差が一定になるように前記発振器を制
御する制御回路と、前記第１のセンサアンプの出
力を整流した電圧と前記第２のセンサアンプの出
力の差を演算して出力電圧を得る回路とを具えた
ことを特徴とする容量式変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1968384A JPS60164209A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 容量式変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1968384A JPS60164209A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 容量式変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60164209A JPS60164209A (ja) | 1985-08-27 |
| JPH0430527B2 true JPH0430527B2 (ja) | 1992-05-22 |
Family
ID=12006030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1968384A Granted JPS60164209A (ja) | 1984-02-06 | 1984-02-06 | 容量式変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60164209A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19850290C2 (de) * | 1998-10-30 | 2001-10-25 | Rechner Ind Elektronik Gmbh | Schaltungsanordnung zur linearen kapazitiven Messung |
-
1984
- 1984-02-06 JP JP1968384A patent/JPS60164209A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60164209A (ja) | 1985-08-27 |
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