JPH0464001A - 静電容量型測長器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、機械的な変位量を静電容量の変化量として
電気信号に変換する測長器に関するもので、特に変位量
と静電容量の関係が線形の関係にあり、比例定数が正で
ある測長器に関する。

〈従来の技術〉 従来のこの種の静電容量型測長器としては、第６図に示
すような構造を有するものがあった。

図に示すように、この測長器の要部は、円筒状の基準電
極１と測定電極２と、この電極１．２内に同心状に配置
された円柱状の共通のコア電ｉ３と、電ｆｉ１とコア電
極３との間を中心軸に沿って可動する円筒状のスクリー
ン４とから構成されている。

この電極１．２にはそれぞれ基準方形波電圧Ｖ１と測定
方形波電圧■１が印加されている。この電圧Ｖ、、Ｖｍ
は同一周波数で位相差１８０度（逆相）の方形波電圧で
あり、電圧Ｖｒは一定、電圧ｖ、、は可変される。

このような構成からなる測長器の検出部において、電極
１とコア電極３との間には測定キャパシタＣ，（キャパ
シタンスＣａｂ）が形成され、電極２とコア電極３との
間には基準キャパシタＣ，（キャパシタンスｃｒ）が形
成される。

この測長器においては、スクリーン４が変位して測定キ
ャパシタＣ１のキャパシタンスＣ，Ｒが変化すると、コ
ア電極３に誘導されるＡＣ電圧が零となるように電子装
置により測定方形波電圧Ｖ。

が変化される。即ち、これは測定キャパシタＣ３に基準
方形波電圧Ｖ、を印加することによりコア電極３に発生
する電流と、基準キャパシタＣｒに測定方形波電圧Ｖ、
を印加することによりコア電極３に発生する電流との和
が零となるように測定方形波電圧Ｖ、を変化させること
である。

この関係から次のような関係式が成り立つ。

ｃ、Ｖ、　十ｃ、Ｖ、＝Ｏ Ｖｗａ　＝　　Ｖｒ　Ｃ＋＋＋　／　Ｃｒ　　　　　　
　・”　（１）ここで、（１）式において電圧Ｖ、、Ｖ
ｒはその位相差が１８０度であるため異符号となり、■
１＝−ｖ、’と表すと、 Ｖｍ　＝ｖ、’（、／ｃｒ　　　　　　　　　　・＝　
＜２＞となる。

この（２）式において比例定数Ｖ　ｒ’／　Ｃｒは、正
となり、測定キャパシタＣ，のキャパシタンスＣ，と測
定方形波電圧Ｖ、どの関係は、キャパシタンスＣ，が増
加すると電圧■、も増加し、又キャパシタンスＣ，が減
少すると電圧Ｖ、も減少する。

第６図において、スクリーン４を電極１内に差し込むよ
うに移動（図中右方向に移動）させたときの変位Ｘを正
とすると、測定キャパシタＣ，ｍのキャパシタンスＣヨ
は次の式で表される。

ｃｗａ　：（ｏ　　（１ａＸ） ａｃ、）Ｘ＋ＣＯ・・（３） ここでｃｏはスクリーン４が基準位置にあるとき（Ｘ＝
０）の測定キャパシタＣ１のキャパシタンスを表すもの
であり、ａは正の比例定数である。

上記（２）、（３）式より、測定方形波電圧Ｖ１は次の
ような変位Ｘの一次式として表すことができる。

Ｖ　ｍ　＝（Ｖｒ　’　ａ　Ｃ６Ｘ　／′Ｃｒ　）　＋
（Ｖ　ｒ°ＣＱ／　Ｃｒ　）　　　　　　　　　　　・
・・（４）（４）式に示すように、比例定数−Ｖ、’ａ
ｃ。

／ｃｒは、必ず負の値となり、これにより第７図に示す
ように、変位Ｘが増加すると測定方形波電圧Ｖ、は減少
し、変位Ｘが減少すると電圧Ｖ、は増加することになる
。

このように、スクリーン４の変位Ｘを電極１内に差し込
む方向を正とすると、変位Ｘと測定方形波電圧Ｖ、の増
加、減少の関係は逆になり、変位Ｘと電圧Ｖ、は線形の
関係にはあるが比例関係にないことになる。

一般に、スクリーン４にはスピンドルが直結されており
、このスピンドルが押し込まれる方向、即ちスクリーン
４が電極１内に差し込まれる方向を正の値として表示し
ている。

従って、前述したような変位Ｘと測定方形波電圧ｖ、、
どの関係において、この電圧Ｖ、を電圧計等で計測して
変位Ｘを表示する場合、電圧Ｖ、と変位Ｘとの線形の関
係を保ちながらその比例定数が正となるように電圧ｖ１
を更に変換することが必要となる。

このため、この変換には精度の良い演算回路等の電子回
路が必要であった。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記のように、従来の静電容量型測長器において、実際
に測定方形波電圧Ｖ１を利用して変位Ｘを表示するには
、電子回路を使用することが必要である。このような電
子回路の付加はコストアップにつながると共に、回路の
安定性及び温度特性を低下させる要因になるという課題
を生じさせるものであった。

又、従来の静電容量型測長器における測定基点の調整は
、電子装置のみでしか行うことができず、同じ電子装置
を使用して複数の測長器を構成した場合には、測定基点
を各測長器の検出部にそれぞれ合わせることが必要であ
った。

本発明は、上記従来例における変換用の電子回路を使用
することなく、直接方形波電圧を使用して変位を表示可
能にすると共に、測定基点を検出部内で調整可能とし、
これによりコストダウンを図り、又温度特性及び安定性
を向上させた静電容量型測長器を提供することを目的と
する。

〈課題を解決するための手段〉 本発明の静電容量型測長器は、同一中心線上に配置され
た円筒状の測定リング電極、補正リング電極及び基準リ
ング電極と、これらの電極内をその中心軸に沿って可動
する略円柱状の共通コア電極とを備え、測定リング電極
、補正リング電極及び基準リング電極と共通コア電極と
の間にそれぞれ測定キャパシタＣ１、補正キャパシタＣ
２及び基準キャパシタＣ３を形成している。

この測定リング電極、補正リング電極及び基準リング電
極には、それぞれ基準方形波電圧Ｅ１、補正方形波電圧
Ｅ２及び測定方形波電圧Ｅｍが印加されている。この補
正方形波電圧Ｅ２は、基準方形波電圧Ｅ＋と同一周波数
で逆相になるように設定されており、又測定方形波電圧
Ｅ３も、基準方形波電圧Ｅ１と同一周波数で逆相に設定
されている。

又、この測長器においては、補正方形波電圧Ｅ２と、補
正キャパシタＣ２のキャパシタンスＣ２のいずれか一方
又は両方を調整することにより、測定コア電極の変位Ｘ
が零のときの測定キャパシタＣ１のキャパシタンスｃ０
と基準方形波電圧Ｅ１の積Ｃ３ｌＥＩＩと、補正キャパ
シタＣ２のキャパシタンスｃ２と補正方形波電圧Ｅ２の
積Ｃ２Ｅ２　１とが等しくなるように設定されている。

更に共通コア電極の変位により測定キャパシタＣ１のキ
ャパシタンスＣ１が変化すると、共通コア電極に誘導さ
れる帰還電圧Ｅｍが零となるように、電子装置により一
定のＤＣ電圧と可変の測定ＤＣ電圧Ｅｏとの間を交互に
切り換えることによって測定方形波電圧が可変される。

この電子装置は、帰還電圧Ｅｍの過渡状態を取り除く過
渡抑制器と、その出力信号を復調する復調器と、復調さ
れた信号が零でないときにこの信号が零になるまでその
信号の振幅及び極性の間数として変化する測定ＤＣｉ圧
Ｅ。を出力する差動積分器とを備えている。

く作用〉 本発明の静電容量型測長器においては、共通コア電極に
誘導される帰還電圧Ｅｍが零となるように測定方形波電
圧Ｅｍを変化させている。

即ち、帰還電圧Ｅｍを零にするには、測定キャパシタＣ
１、補正キャパシタＣ２及び基準キャパシタＣ３により
それぞれ共通コア電極に誘導される電流の和を零にする
ように測定方形波電圧Ｅ３を可変する。

本発明においては、測定キャパシタＣ１と補正キャパシ
タＣ２にそれぞれ印加される基準方形波電圧Ｅ１と補正
方形波電圧Ｅ２が逆相の電圧であるため、これにより誘
導される電圧は互いに打ち消し合うことになる。

更に、変位Ｘが零のときに、測定キャパシタＣ１及び補
正キャパシタｃ２により誘導される電流値、即ちＣｏ　
　ｌＥ＋　　ＩとＣ２１Ｅ２　　ｆとが等しくなるよう
に設定されている。

この条件下において、変位Ｘが零のときには、測定キャ
パシタＣ１と補正キャパシタｃ２により誘導される電流
は等しいのでその和は零になる。

従って、基準キャパシタＣ３により誘導される電流を零
にするため、即ちＣ３Ｅ３　＝Ｑとするため、測定方形
波電圧Ｅ３は零になる。

又、共通コア電極が変位して測定リング電極の中に入っ
て測定キャパシタＣ０のキャパシタンスＣ１が増加する
と、基準方形波電圧Ｅ１は一定であるため、誘導される
電流は増加し、又補正キャパシタＣ２により誘導される
電流は一定であるため、電流の絶対値の総和は増加する
。

従って、誘導電流の総和を零にするなめには、基準キャ
パシタＣ３に印加する測定方形波電圧Ｅｍを増加して測
定キャパシタＣ１及び補正キャパシタＣ２による誘導電
流の和を打ち消す方向に電流を誘導することが必要であ
り、この電圧Ｅ３は電子装置により増加される。

このように本発明における測長器では、共通コア電極の
変位に応じて測定方形波電圧Ｅ３が零から徐々に増大す
る比例関係を持つことになる。

又、本発明における電子装置は過渡抑制器を備えており
、方形波電圧の切換点において・帰還電圧Ｅｍに発生す
る過渡状態を取り除いている。

〈実施例〉 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る静電容量型測長器の検
出部の構造を示す概Ｆ！＠説明図である。

９．１０．１１はそれぞれ円筒状をした測定リング電極
、補正リング電極及び基準リング電極である。これらリ
ング電極９．１０．１１は、その中心が同一中心線上に
位置するように配置されている。

１２は略円柱状の共通コア電極であり、その−端面側か
ら中心軸に沿って形成された取付穴１２ａを有するもの
である。

この共通コア電極１２の取付穴１２ａには、円筒形状の
絶縁物１４を介して軸受１６により支持されているスピ
ンドル１５が挿入されて一体的に取り付けられており、
このスピンドル１５の移動により共通コア電極１２の中
心軸が測定リング電極９、補正リング電極１０及び基準
リング電極１１の中心軸上を移動するように構成されて
いる。

本実施例においては、共通コア電極１２のスピンドル１
５が取り付けられている端部の反対側の端部が測定リン
グ電極９内の端に位置し、スピンドル１５が押し込まれ
るとこの共通コア電極１２の端部が測定リング電極９内
に入り込み、この方向を正と設定している。又、この共
通コア電極１２は、これが移動しても常時補正リング電
極１゜及び基準リング電極１１を貫通し、これらの電極
１０．１１に対向する面積及び距離が変化しないように
その長さ及び位置が決められている。

上記測定リング電極９、補正リング電ｒｊ！１０及び基
準リング電極１１と共通コア電極１２との間にはそれぞ
れ測定キャパシタＣ３、補正キャパシタＣ２及び基準キ
ャパシタＣ３が形成される。これら測定キャパシタＣ１
、補正キャパシタＣ２及び基準キャパシタＣ３のキャパ
シタンスは、それぞれＣ１、Ｃ２及びＣ３であり、キャ
パシタンスＣ１は共通コア電極１２の変位により、対向
する測定リング電極つと共通コア電極１２の面積が変わ
ることにより可変される。

又、測定リング１ｌｉ９．補正リング電極１０及び基準
リング電電極ｌｉ！ｌｌには、それぞれ基準方形波電圧
Ｅｍ補正方形波電圧Ｅ２及び測定方形波電圧Ｅ３が印加
されている。この基準方形波電圧Ｅ１は常に一定であり
、又補正方形波電圧Ｅ２はこの電圧Ｅ１の周波数と同一
周波数を有し、位相差が１８０度となる逆相の電圧に設
定されており、これも常に一定に保たれている。測定方
形波電圧Ｅ３は、電圧Ｅ２と同じく、電圧Ｅ１と同一周
波数で逆相の電圧であり、後述する電子装置により可変
される。この測定方形波電圧Ｅ３の可変は、３つのキャ
パシタ０１〜Ｃ３により共通コア電極１２に誘導される
帰還電圧Ｅｆｆｉが零になるように電子装置により可変
される。

更に、本実施例においては、共通コア電極１２の変位Ｘ
が零のときのキャパシタＣ１のキャパシタンスをＣ６と
すると、Ｃ６ｌ　Ｅｌｌ　：Ｃ２１Ｅｌ　１となるよう
に予め補正方形波電圧Ｅ２とキャパシタンスｃ２のいず
れか一方又は両方が調整されている。

次に数式にて本実施例の静電容量型測長器の検出部にお
ける変位Ｘと測定方形波電圧Ｅ３との関係な説明する。

スピンドル１５が移動し、これにより共通コア電極１２
が第１図中右方向に変位すると、キャパシタＣ１のキャ
パシタンスＣ１は変化する。これと同時に、後述する電
子装置が働いて、共通コア電極１２に誘導される帰還電
圧Ｅｍが零となるように測定方形波電圧Ｅ３が可変され
る。

即ち、キャパシタＣ１〜Ｃ３によりそれぞれ共通コア電
極１２に誘導される電流をｉｌ、ｉ２、ｉ、とすると、
次式を満足するように測定方形波電圧Ｅ３が可変される
。

ｉ１＋ｉ２＋１３＝ｏ　　　　　　　　・・・（５）キ
ャパシタＣ１〜Ｃ３のキャパシタンスかそれぞれｃ１〜
Ｃ３であり、測定リング電＆９．補正リング電極１０及
び基準リング電極１１に印加される電圧がそれぞれＥ１
〜Ｅ３であることがち、（５）式は次のように表せる。

ｃｌＥｌ　＋（２Ｅ２＋Ｃ３Ｅ３　＝０従って、測定方
形波電圧Ｅ３は次式のように表すことができる。

Ｅ３＝　　（ＣｔＥ＋±Ｃ２Ｅ２）／Ｃ３電圧Ｅ３とＥ
ｌは逆相の方形波電圧であり、又電圧Ｅ３とＥｌは同相
の方形波電圧であることから、Ｅｍ’＝−Ｅｍと置き換
えて（６）式を書き換えると、測定方形波電圧Ｅ３は次
式のようになる。

Ｅ３　　”　（Ｃ＋　　Ｅ＋°−Ｃ２Ｅｌ　）／Ｃ３−
（７）一方、スピンドル１５が第１図中右方向に移動し
、共通コア電極１２が測定リング電８ｉ！９内に入り込
む方向を正と設定し、Ｘ−Ｏのときの測定キャパシタＣ
１のキャパシタンスをＣ６とすると、キャパシタンスＣ
１は次式で表すことができる。

Ｃ１＝ｃｏ　　（１＋ｂＸ）　　　　　　　−（８）こ
こでｂは測定キャパシタＣ１を形成する測定リング電極
９の内径、共通コア電極１２の外径及びキャパシタンス
ｃｏをキャパシタＣ１の誘電体の誘電率ε１で割った商
Ｃ８７ε１により定まる値であり、正の定数である。

この（８）式を（７）式に代入すると測定方形波電圧Ｅ
３は、 Ｅ３　　”　　（ｂ　　ＣＯＥｌ’Ｘ／／　Ｃ３）　　
＋　　（Ｃｏ　　Ｅ　　１Ｃ２Ｅ２）／Ｃ３・・・（９
） と表すことができ、 α＝ｂｃｏＥ１°／　ｃ　３　、 β＝　（Ｃｏ　Ｅｍ’　　Ｃ２Ｅ２　）／Ｃ３−（１０
）とおくと、くっ）式は次のように変形される。

Ｅ３　＝αＸ＋β　　　　　　　　　　　　・・　（１
１）本実施例においては、ｃ２｜Ｅ２｜＝ｃｏ　　ＩＥ
となるように設定してあり、これはＣ２Ｅｌ−ｃ。Ｅ１
゛と置き換えることができ、これを（１０）式に代入す
るとβ＝０となる。従って、測定方形波電圧Ｅｍは次式
で表　ことができる。

Ｅ３＝ａＸ＝ｃｏＥ１’ｂＸ／ｃ３−（１２）この比例
定数αは、正の値であるため、電圧Ｅ３と変位Ｘとの関
係は、第２図に示すように変位Ｘが増加すると電圧Ｅ３
は変位Ｘに正比例して増加し、又変位Ｘが減少すると電
圧Ｅ３は変位Ｘに正比例して減少し、更に変位Ｘが零の
ときには電圧Ｅ３も零となる関係になる。

尚、（９）式に示すように、電圧ＥｍはＣ６／Ｃ３、Ｃ
２Ｃ３というようにキャパシタンスの比で構成されてい
るので、キャパシタ０１〜Ｃ３が同一誘電体で構成され
ていれば誘電率の影響を受けることは全くない。

又、ｃ２｜Ｅ２｜≠Ｃｏ　ｌＥ＋　　ｌの場合、βは零
でない定数となるので、電圧Ｅ３はβ分だけ増加し、測
定した長さの表示値は見掛は上Ｘ−０の点がβ／αだけ
マイナス側に移動することになる。

従って、Ｃ２１Ｅ２　１＝ｃＯＩＥ＋　　ｌの関係に設
定することが必要であるが、このように設定するには前
述したようにキャパシタンスｃ２及び電圧Ｅ２の一方又
は両方を調整することが必要である。本実施例において
キャパシタンスｃ２を調整するには、補正リング電極１
０に取り付けられている径の大きい調整ネジ４２でおよ
その調整を行い、次に径の小さい調整ネジ４３で微調整
を行って調整する。

又、一般に電圧Ｅ２を調整する場合には、電子装置側に
温度特性良好なポテンショメータ等の電気部品が用いら
れるが、更に厳しい温度特性良好なることが要求される
場合には、このような電気部品を使用しないことが望ま
しい。この場合にも、本実施例においては補正キャパシ
タＣ２を調整することにより電気部品により電圧Ｅ２を
調整することなくＸ＝０の点の調整が可能である。又、
この補正キャパシタＣ２及びその調整ネジ４２．４３を
設けたことにより、複数の検出部を同時に使用する場合
でも、その全ての測定原点を一致させることが可能であ
る。

更に、本実施例における基準キャパシタＣ３のキャパシ
タンスｃ３は、大きな調整ネジ１８によりおよその調整
が行われ、次に小さな調整ネジ１つにより微調整が行わ
れることにより調整される。

このため、複数の検出部におけるキャパシタンスｃ３を
同一の値に調整することができ、複数の検出部を同一の
電子装置に接続することが可能である。

又、本実施例における測定キャパシタＣ１、補正キャパ
シタＣ２及び基準キャパシタＣ５は、円筒状の測定リン
グ電極９、補正リングｔ＆１０及び基準リング電極１１
と共通コア電極１２とがらそれぞれ構成されており、更
にこの共通コア電極１２はスピンドル１５と共にこれら
のリング電極９．１０．１１の中心軸に沿って移動し、
その移動方向以外への動きが拘束されている。

このため、衝撃などにより、中心軸同志の距離が僅かに
変化しても、（１２）式の比例定数を構成しているｂの
変動は非常に微小であり、電圧Ｅ３にほとんど影響がな
い。

又、基本的にこの検出部においては、共通コア電極１２
に誘導される帰還電極Ｅｍが励起用の方形波電圧Ｅｍ〜
Ｅ３の影響を受けないようにする必要があり、更にこの
電圧Ｅ１〜Ｅ３も互いに影響し合わないようにする必要
がある。

そのため、本実施例では電圧Ｅ１〜Ｅ３、Ｅｆｆｉを導
くための検出部と電子装置とを結ぶ線をシールド２１〜
２４によりシールドしている。

特に、帰還電圧Ｅ１を導く線は完全にシールドすること
が要求されるが、以下の方法によりシールドを簡略化す
ることも可能である。

即ち、第３図に示すように検出部内において、共通コア
電極１２にインピーダンス変成器２６の入力側と放電用
抵抗２７の一方側を接続し、又放電用抵抗２７の他方側
を接地すると共に、インピーダンス変成器２６の出力側
を電子装置に接続する。これにより、検出部内に設けら
れたインピーダンス変成器２６と電子装置間のインピー
ダンスを小さくすることができ、シールドを簡略化する
ことができる。

このため、高感度、高精度が要求されない場合には、電
圧Ｅ　１、Ｅ２　、Ｅ３　、Ｅ−“を導く線を一本ずつ
でなく、まとめてシールドすることが可能になる。

但し、高感度、高精度が要求される場合には、線を一本
ずつシールドすることが望ましい。

又、測定リング電極９、補正リング電極１０、基準リン
グ電ｉ１１及び共通コア電［！１２の材質を同一とする
ことにより、部品の熱膨張が同一となり、温度変化によ
るキャパシタのアンバランスを防止でき、検出部の温度
性能の向上を図ることができる。

第４図は検出部に電圧を印加する電子装置の回路構成を
示す図であり、第５図はその出力電圧の位相関係を示す
タイムチャートである。

３０は基準となる方形波電圧Ｅ　ｏｓｃを出力する発振
器である。この発振器３０は水晶式、ＣＲ式のどちらで
も良いものであり、水晶式の場合には分周器を用いて希
望の周波数を得るように構成することもできる。

３１は方形波電圧Ｅ。ｓｃを一定時間遅延する時間遅延
回路であり、３２はその出力信号を１７′２分周する周
波数分周回路である。

３３．３４は電子スイッチであり、電子スイ、ンチ３３
はＤＣ電圧Ｅｒと接地レベルとの間を周波数分周回路３
２からの信号に応答して切り換えて基準方形波電圧Ｅ１
として出力し、電子スイ・ン千３４はＤＣ電圧−Ｅｍと
接地レベルとの間を同じく周波数分周回路３２からの信
号に応答して切り換えて補正方形波電圧Ｅ２として出力
する。

３５は帰還電圧Ｅ１を入力する入力増幅器である。

３６は入力増幅器３５が出力する電圧信号Ｅ４に発生す
る過渡状態を取り除くための過渡抑制器であり、本実施
例においては発振器３０からの方形波電圧信号Ｅ　ｏｓ
ｃに応答して電圧信号Ｅ４を継断する電子スイッチで構
成されている。

３７は過渡状態が取り除かれた電圧信号Ｅ４を入力して
周波数分周器３２からの信号の１周期ごとに復調して出
力する同期復調器である。

３８は復調された電圧信号を入力してＤＣ電圧信信号。

を出力する差動積分器である。

３つはＤＣ電圧信信号。と接地レベルとの間を周波数分
周器３２からの信号に応答して切り換えて測定方形波電
圧Ｅ３として出力する電子スイッチである。

上記電子装置において、電圧Ｅｍ　、Ｅ２は、それぞれ
異なる極性のＤＣ電圧が同一タイミングで断続的に電子
スイッチ３３．３４から出力されるので、同一周波数で
逆相の方形波電圧となる。

又、電圧Ｅ３は差動積分器３８からのＤＣ電圧Ｅｏが周
波数分周器３２からの電圧信号のタイミングで断続的に
電子スイッチ３つから出力されることにより合成される
。

更に、ＤＣ電圧Ｅ。は次のようにして合成される。

はじめに、帰還電圧Ｅｍが入力増幅器３５にて増幅され
電圧信号Ｅ４として過渡抑制器３６に印加される。

この電圧信号Ｅ４には、帰還電圧Ｅｍに発生する過渡状
態が方形波の切換点くｔｏｏ、ｔｌＯ１ｔ２０・〉で発
生する。この過渡状態は一定時間後に減衰して安定する
ものであり、本実施例においては、第５図中のｔｏｏ〜
ｔ０１間、ｔｌ。〜ｔ１１間、ｔ２０〜ｔ２１間、・・
・に発生している。

この電圧信号Ｅ４を入力する過渡抑制器３６は、入力す
る電圧信号Ｅ４を電圧Ｅ　ｏｓｃの半周期ごとに継断し
て出力する。本実施例における電子スイッチ３３．３４
．３つは、電圧Ｅ　ｏｓｃを所定時間遅延した信号に応
答して状態を切り換えるように設定されている。従って
、これらの電子スイッチから出力される方形波電圧Ｅ　
ｔ　＝　Ｅ２−　Ｅ３の発生タイミングと電圧Ｅ　ｏｓ
ｃとの発生タイミングは前述したように遅延した分だけ
ずれることになる。

従って、この発生タイミングのずれの範囲内に電圧信号
Ｅ４の過渡状態が収まるように設定すれば、電圧信号Ｅ
４に過渡状態が発生している間だけ過渡抑制器３６をオ
フ状態にすることができ、これにより電圧信号Ｅ４の過
渡状態を取り除くことができる。

このようにして過渡状態が取り除かれた電圧信号Ｅ４は
復調器３７にて１周期ごとに復調される。

更に、復調された電圧が零でない場合に復調された電圧
の振幅及び極性の関数としてこの復調された電圧が零に
達するまで差動積分器３８が出力するＤＣ電圧Ｅ。は変
化される。

この結果、電圧Ｅ３はＤＣ電圧Ｅｏと共に差動積分器３
８の入力電圧が零に達するまで変化する。

これにより電圧Ｅｍは（９〉式の関係を満足することに
なり、変位Ｘに正比例し、更に比例定数は正の値となる
。

〈発明の効果〉 本発明によれば、共通コア電極の変位量Ｘは、共通コア
電極が測定リング電極内に入り込む方向を正とすると、
この変位Ｘに正比例すると共に比例定数が正となる測定
方形波電圧Ｅ３から検出することができる。従って、従
来例のような演算回路等の電子回路が不要となり、この
ような電子回路による安定度への影響や温度特性の影響
を排除することができ、安定性及び温度特性を向上し、
更にコストダウンを図ることもできる。

又、補正キャパシタとそのキャパシタンス調整用の調整
ネジを設けたことにより、検出部の零点調整をポテンシ
ョメータ等の電気部品なしで行うことが可能となり、こ
の電気部品の安定度への影響や温度特性の影響を排除す
ることができ、安定性及び温度性能の向上を図ることが
できる。

特に、検出部を移動することなく、検出部側で零点調整
することができるため、機械類に取り付けて使用する場
合、一般に機械側に設けられる微動の零点調整装置を不
要とすることができる。このため、１つの電子装置に多
数の検出部を切り換え使用する場合に特に有効である。

更に、基準キャパシタと補正キャパシタにキャパシタン
ス調整用の調整ネジをそれぞれ設けたことにより、異な
る検出部を共通の電子装置に測定原点等の校正をするこ
となしに接続することができる。

又、測定方形波電圧Ｅ３はキャパシタンスの比で構成さ
れているので、全てのキャパシタの誘電体を同一とする
ことにより誘電率の影響を全く受けることがない。

更に、測定リング電極、補正リング電極及び基準リング
電極と共通コア電極の中心軸を一致させているので、中
心軸同志の距離が変化したとしても測定電圧への影響を
非常に小さくすることができる。

又、スピンドルの軸受にボールリテーナを用いて、予圧
状態にしておくことにより、スピンドルのガタを零とす
ることができ、スピンドルのガタの影響をなくすことが
できる。

更に、検出部内にインピーダンス変成器と放電用抵抗を
設けることにより、高感度、高精度が要求されない場合
には、電圧Ｅ１〜Ｅ３、Ｅｍ、′を導く線をまとめてシ
ールドすることができる。

又、キャパシタＣ１〜Ｃ３を構成する測定リング電極９
、補正リング電′！Ｉｉ！ｉｏ、基準リング電極１１、
共通コア電極１２の材質を同一とすることにより、検出
部の温度性能の向上を図ることができる。

又、電子装置内に過渡抑制器を設けたことにより、過渡
状態のない信号から電圧Ｅ。、Ｅ３を合成することがで
き、これにより測長器の安定度を更に向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る静電容量型測長器の検
出部の構造を示す図、 第２図は第１図に示す測定コア電極の変位Ｘと測定方形
波電圧Ｅｍとの関係を示す図、第３図は第１図に示す検
出部に取り付けられるインピーダンス変成器を示す回路
図、 第４図は本発明の実施例に係る静電容量型測長器の電子
装置の構成を示す図、 第５図は第４図における電圧の位相関係を示すタイムチ
ャート、 第６図は従来の静電容量型測長器の検出部の構造を示す
図、 第７図は第６図に示す測長器における基準方形波電圧Ｖ
、とスクリーンの変位Ｘとの関係を示す図である。 ９・・・測定リング電極、 １０・・・補正リング電極、 １１・・・基準リング電極、 １２・・・共通コア電極、 １５・・・スピンドル、 １６・・・軸受、 １８．１９．４２．４３・・・調整ネジ、２１．２２．
２３．２４・・・シールド、２６・・・インピーダンス
変成器、 ２７・・・放電用抵抗、 ３０・・・発振器、 ３３．３４．３６．３９・・・電子スイッチ、３５・・
・入力増幅器、 ３７・・・復調器、 ３８・・・差動積分器、 Ｅｍ　　・・・基準方形波電圧、 Ｅ２・・・補正方形波電圧、 Ｅ３ Ｅ。 Ｉ 測定方形波電圧、 帰還電圧、 測定キャパシタ、 補正キャパシタ、 基準キャパシタ。 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一中心線上に配置された円筒状の測定リング電
   極、補正リング電極及び基準リング電極と、該測定リン
   グ電極、補正リング電極及び基準リング電極内をその中
   心軸に沿って可動する略円柱状の共通コア電極とを備え
   、前記測定リング電極、補正リング電極及び基準リング
   電極と共通コア電極との間にそれぞれ測定キャパシタＣ
   ＿１、補正キャパシタＣ＿２及び基準キャパシタＣ＿３
   を形成し、前記測定リング電極には基準方形波電圧Ｅ＿
   １が印加され、前記補正リング電極には基準方形波電圧
   Ｅ＿１と同一周波数で逆相の補正方形波電圧Ｅ＿２が印
   加され、前記基準リング電極には基準方形波電圧Ｅ＿１
   と同一周波数で逆相の測定方形波電圧Ｅ＿３が印加され
   、前記共通コア電極の変位Ｘが零のときに、測定キャパ
   シタＣ＿１の前記変位Ｘが零のときのキャパシタンスｃ
   ＿０と基準方形波電圧Ｅ＿１の絶対値との積ｃ＿０｜Ｅ
   ＿１｜と、補正キャパシタＣ＿２のキャパシタンスｃ＿
   ２と補正方形波電圧Ｅ＿２の絶対値との積ｃ＿２｜Ｅ＿
   ２｜とが等しくなるように設定され、前記共通コア電極
   に誘導される帰還電圧Ｅ＿ｍの過渡状態を取り除く過渡
   抑制器と、その出力信号を復調する復調器と、復調され
   た信号が零でないときにこの信号が零になるまでその信
   号の振幅及び極性の関数として変化する測定ＤＣ電圧Ｅ
   ＿０を出力する差動積分器とを備えた電子装置により、
   前記共通コア電極の変位により測定キャパシタＣ＿１の
   キャパシタンスｃ＿１が変化すると、前記帰還電圧Ｅ＿
   ｍが零となるように、一定のＤＣ電圧と可変の測定ＤＣ
   電圧Ｅ＿０との間を交互に切り換えることによって、測
   定方形波電圧Ｅ＿３が可変されることを特徴とする静電
   容量型測長器。
2. （２）前記共通コア電極にその入力側が接続され且つ前
   記電子装置に出力側が接続されたインピーダンス変成器
   と、前記共通コア電極にその一方側が接続され且つ他方
   側が接地された放電用抵抗とを設けたことを特徴とする
   請求項１記載の静電容量型測長器。
3. （３）前記測定リング電極、補正リング電極、基準リン
   グ電極及び共通コア電極の材質を同一とすることを特徴
   とする請求項１又は２記載の静電容量型測長器。
4. （４）前記共通コア電極に取り付けられたスピンドルの
   軸受にボールリテーナを用いて予圧状態としたことを特
   徴とする請求項１乃至３記載の静電容量型測長器。