JPH0493734A - 変位変換器 - 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〕 本発明は７両面の各々に加えられた圧力の差ノＰ（応じ
−Ｃ費位する一個のダイヤフラムの変位な。

このダイヤプラムの両面のそれぞれに対向配置した各−
個の固定電極と該ダイヤフラムに設けた電極と一’ｃｍ
成される一対のキャパシタの各々における静電容量の差
動的費化として検出することによって、上記変位（応じ
た信号を出力するようにした。工業プロセス轡（通常用
いられるいわゆる差圧変便器のような、圧力または差圧
（応じた変位によって各静電容量が差動的＃Ｃ変化する
都合二個のキャパシタを用いて該変位な表″″を変位変
換信号を出力するよう虻した変位置＃５．特に、＆変位
に対する質位変挨信号値の比例性のよい、換言すれば変
位変換特性の直線性の勝れた変換器に関する。

〔従来の技術〕

上述した差圧［ｌ１ａ１！ｉ）［おいては。一対のキャ
パシタがいずれも平行平板電極の構成を有するものとす
ると、これらのキャパシタの各静電容量ＣｕｅＣ７が（
１）式で表されるのでこの（１）式から（２）式が得ら
れる。ここに、εは各キャパシタにおけ゛ろ誘電体の誘
電本。Ａは１［＠面積＝ｈ　’１　”　ｌは各キャパシ
タ［おける平行平板電極間の各距離、ノーは上記圧力差
）Ｐ［比例したダイヤ７９ムの変位で。

ｄ　−（ｄ、−４−ａ、　）／ｚ、　’−（’ｔ　　４
）／！である。

Ｃ１−εム／（’ｍ−Δｄ）　ｓ　Ｃ１−Ｎ−εム／（
ｄ＊＋ｎｄ）　−−Ｑ）Ｇｍ−（Ｃｍ　　　Ｃｔ）／（
Ｃｍ＋Ｃｔ）−（）ｄｚ４）＋（Ｊ／ｄ）−−−（りす
なわち、■式からＧｉが変位ノー虻比例していることが
明らかであるから、この場合、（Ｃｍ−Ｃｍ　）　／　
ｃｅ、　＋ｅ、　）の演算を行つてこの演算結果りＧ。

を表す変換信号を得ること（より変位）ａＣ比例した変
位質撲信号が得られてこ０信号（よりＪＰを正確に測定
できること（なるが、＊際１ｃは、上記各キャパシ４に
、はそれぞれ浮遊容量Ｃ，１，Ｃ，，が付随してい℃静
電容量Ｃ１，Ｃ，がそれぞれＩ及び（４式””ｅ表され
るととになるので、Ｇ、を求める演算によって変位Δｄ
（比例１−だ変位変換信号な得ることは不可能である。

Ｃ８〜ε人／（ｄ、−Δ（１）＋Ｃ１１−Ｃ０゜／＋１
−（Δ’／ｄ　）−（Ｊ／ｄ）　）→・Ｃ１、・・・−
（３）Ｃ１−εＡ／　（ｄ＊＋Ｊ　ｄ）＋Ｃｓｚ、−Ｃ
ｏ、、’ｆｘ＋（Δｄ／ｃ１）＋（Ｊ／ｄ））＋ＣＢ　
　　・〜＝（４）（３）、（４）式（おけるＣｏｏｉｓ
、　Ｃｏ、　Ｍ−εム／ｄである。

そこで、従来、浮遊容ｔ　ｃｓｉ　＃　ｅｓｔが存在し
ていてもノーに：比例した変換信号が得られるよう（す
るためｉｃ客量Ｃ１゜Ｃ，とは別に補助的な静電容量Ｃ
ｃを有する補助キャパシタを−４ＪＲ設けたうえで■式
右辺の演算を宥現して演算結果のＧ！を表す信号を変位
Ａｄｃ対する変位変換特性とすることが行われている− Ｇ＊＝（Ｃｍ　　ｃ１）／ｃｅｌ＋ｅｆｆｉ　Ｃｃ）　
　　　−−−−−−（ｓ）〔発明が解決しようとする［
９３ 上述したように、従来の差圧変換器（おいては０１１を
表す信号な７ｄあるいはＡＩ’ｒ対する変換信号とする
ようにしているが、この板台、Ｇ、が■〜■式から（０
式で辰されることｒなり、またＣ、１０Ｃ１が成立する
ようにすることは差圧Ｖ検器の構造上一般に不可能であ
る二とが明らかであるから、、Ｃｃπ（Ｃ６，十０．２
）が成立するよ５［Ｃｃを設定することができたとして
もＧ、を表す変換信号（はなおΔｄＶＣ比例しない部分
とし５℃の非直そうして２以上の説明は差圧変換器（お
ける両キャパシタが２いずれも平行平板電極の構成を有
するものとした場合であるが２両キャパシ４の容量Ｃ，
ｓ　Ｃ，ｖｃダイヤフラムのたわみを考慮しなければな
らない場合、本発明者の研究（よれば、上述の浮遊容量
ｅ、１．　ｅ寡意りほか（ダイヤプラムのたわみ（もと
づく勢価的な浮遊容量Ｃ６、。Ｃｅ２が容量Ｃ，＊　Ｃ
，ｃさら（付随すること虻なり、また４＋ｅｘ櫨、を厳
密［成立させることは差圧変換器の構造上極めて困難で
あるから、上述のＣｃｆ）値を如何（設定しても、この
場合■式右辺の演算ｒより差圧変換５における変換差圧
ΔＰのフルスケール、つまり変位Ｊｉの全変化間１１１
ｃわたって）ｄ［比例した変換信号を得ることは不可能
である（ＩＩｉ願昭６３第２７３１２０号Ｉｊｊｍ書参
照）。

すなわち、上述した輸式右辺の演算を行って変位ＡｄＫ
応じた変換信号を出力するよう＃Ｃｌ、た従来の差圧変
換器【は６変位Ａｔ１Ｋ対する費位変撓信号ｆ３値Ｍの
関係で表される変位変換特性の直線性が患いとい５問題
点がある。

本発明の目的は（７］式右辺の演算の結果ＧａＫ応じた
変位ｅ＊信号が得られるよう和して、浮遊容量Ｃ，ｌ、
Ｃ１ｌ鷺の存在の有無及び丁ンバランス、電極１％ｌ１
ｆｆｉ離ｄ、・ｄ、のアンバランスならび（ダイヤフラ
ムのたわλの有無の如何（よらず変位ＩＲ模特性の直線
性のよい変位変換器が得られるよう（することにある。

Ｇ１＝（（Ｃｍ　　Ｃｃ１）−（Ｃｔ−Ｃｅ２））／（
（Ｃｍ　　Ｃｃ１）＋（Ｃｍ−Ｃｅり）−（７） 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため１本発明（よれば、圧力または
差圧に応じた変位（よりて各静電容量が差動的１’ｌＪ
Ｆ化しかつ各一極が共に共通接続部（接続された第１及
び第２主キャパシタと、それぞれの一方の極がいずれも
前記共通ＩＩ続躯に接続された第１及び［２１１牟ヤパ
シダと、第１直流電圧な出力する篤ｌ電源と、絶対値が
前記第ｊ、直流電圧の絶対値に等し、（かつ極性が前記
第１直流電圧とは逆の絡意直流電圧を出力する鮪２を源
とい前記ｊ１１直流電圧を前記第１主キャパシタＶ他極
（印加すると同時ａｌ：膣記蕗２直流電圧を前記第１１
１１キヤパシグの他方の極に印加１′る電圧印加動作と
前記電圧印加動作による腟記第ヌ直ｉ１！電圧の前記轄
ｌ主牛ヤパシグの他極へり印加と前記第２直流電圧の前
記第１副キヤパシ１ｊ１の他方の極−＼の印加とが行わ
れていない時＃ＣＪ１１記第１主キ”〕ｆシダＯ他極ト
ｍ前記第１Ｂキャパシタの他方の極とを短終する回路短
絡動作とをいずれもデューティ５０−の等しい第１周期
でかつ同期して行うと共に、前記第２主キャパシタの他
極を前記第１主キヤノ・ぐシダの他極に徒絖しかつ前記
第２副キャパシタの他方の極を前記第１副キャパシタの
他方の極（接続した第１接続状聰と前記ＷＪ２主キ’ｒ
　ｔ＜シダの他極を＃Ｅｇｌｉｉ［１ｉｒ−ヤパシダの
他方の極に接続しかつ前記第２副キャパシタの他方の極
を前記第１主キャパシタの他極１ｃｖｉＩ！続した第２
ｗ１．線状態とを切り換九て出現させろ接続状態切換動
作を劇紀落１興期の２倍の館２同期で前記電圧印加動作
またに前記回路短絡動作に同期して行う制御部と、前記
第１接１１！伏勅にありかつ前記第１主キャパシタの他
極と前記第１副キャパシタの他方の極とが煙路状態にあ
る時の前記第１主キャパシタの他極の電圧（等しい電圧
を保持して第１出力電圧として一出力する第１サンプル
ホールド回路と、前記第２接続状１１にありかつ前記第
１主キヤパシグ０他極と前記第１副キャパシタの他方の
極とが短絡状態にある時の前記第１主キャパシタの他極
の電圧ｒ等し、い電圧を保持して第２出力電圧として出
力する第２サンプルホールド回路とを備え、前記第２出
力電。

圧を前記変位（対する変位変換信号として出力する変位
変換器であって、前記第１直ｉｔ電圧は前記第１出力電
圧が所定の基準電圧（なるようＩｆ′偉−る電圧であり
、ｆｍ記第１副キャパシタはその静電容量が前記第１主
キャパシタｒ関わる浮遊容量に等しく形成されたキャパ
シタであり、前記第２副キャパシタはその静電容量が前
記第２主キャパシタに関わる浮遊容量１等しく形成され
たキャパシタであるよう［変位変換器な構成し、さらに
１本発明和よれば、圧力または差圧に応じた贅位ｒよっ
て各静電容量が差動的に、変化しかつ各一極が共に共通
接続部にｗＩｌ続された第１及び第２主キャパシタと、
それぞれの一方の極がいずれも前記共通接続Ｓ（接続さ
れた第１及び第２副キヤ７くシダと。

第１直流定電圧を出力する第１定電圧電源と、絶対値が
前記第１直流定電圧の絶対値に郷しくかつ極性が前記第
１直流定電圧とは逆の第２直流定電圧を出力する第２定
電圧電源と。前記腑ｌ直流定電圧を前記第１主キャパシ
タの他極（印加すると同時［：前記第２直流定電圧を前
記第１副キャパシタの他方の極ｃＩ３］加する電圧印加
動作と前記電圧印加動作ｒよる前記第１直流定電圧の前
記第１主キャパシタの他極−＼の印加と前記第２直流定
電圧の前記第１副キャパシタの他方の極への印加とが行
われていない時（前記第１主キャパシタの他極と前記第
１副キャパシタの他方の極とを短絡する回路短絡動作と
をいずれもデー−ティ５０−の等しい第１闇期でかつ同
期して行うと共ｃ、　１Ｉｌｔｌ記第２主キャパシタの
他極を前記第１主キャパシタの他極ｒ接続しかつ前記第
２Ｂキャパシタの他方の極をｍ記第１副キャパシタの他
方の極ｒｒ、接続し、た第１接続状態と前記第２主キャ
パシタの他極を膣Ｅｌｌ　１　ａｌｌキャパシタの他方
の極（接続しかつ前記第２１１キャパシタの他方の極を
前記第１主キャパシタの他極ｒ接続した第２接続状態と
を切り挾えて出現させる接続状態切換動作を前記第１８
期の電電 ２倍の第２峠期で前記電圧印加動作または１Ｉｌｌ記回
路短絡動作（同期し５て行う制御１部と、！Ｉｌｌ紀腑
ｌ瞭続伏ＷＡｒｒ−ありかつ前記第１主キャパシタの他
極と前記第１副キャパシタの他方の極とが短絡状態にあ
る時の前記第１主キャパシタの他極の電圧ｒ＃！しい電
圧を保持し１１：第１出力電圧としで出力する第１サン
プルホールド回路と、前記第２碧絖状態にありかつ前記
第１主キャパシタの他極と前記第１副キャパシタの他方
の極とが短絡状態にある時の前記第１主キャパシタの他
極の電圧和等しい電圧を保持して第２出力電圧として出
力する第２すンブルホールド回路と６前記第２出力電圧
（対）る前記第１出力電圧の比を算出してこの比を表す
信号な出力する除算回路とを備え６一記除算回路の出力
信号を前記変位（対する変位変換信号として出力する変
位変換器であ２で、前記第１副キャパシタはその静電容
量が前記第１主キヤパシｆＣ関わる浮遊容量に等しく形
成されたキャパシタであり、前記１ｇ２副キャパシタは
その静電容量が前記ｇｚ主キャパシタｆ関わる浮遊容量
［［Ｌ　＜形成すれたキャパシタであるようｆ変位穴検
器を構成する。

〔作用〕

上記のよう（構成すると、第１及び第２主キャパシタの
各静電容量をそれぞれＣＩ。Ｃ２とし、第１及び第２副
キャパシタの各静電容量をそれぞれＣ、Ｃとし、第１及
び第２主キャパシタの各Ｃｍ　　　　　　Ｃχ 々（関わる各浮遊容量をそれぞれＣ１□、ＣＢとし。

落ｌ及び第２出力電圧をそれぞわＶ、　、　Ｖ、とした
場合、後述する所から明らかなよう＃ｃ（８式が成立し
、この（８式と（！Ｊ　、　（４）及びｃで式とから（
９式が得られて、Ｃ曽式はＣ８と）ｄとが無条件１ｆＪ
ｔ例す７、′身こ６とを示している参 Ｖ＠、／’ｉ、−（（ＣＩｌ−ｃＣＩ　Ｆ　（Ｃ’４　
ＣＣ！　）　）／ｌ　（Ｃ１イｙ；　１）→（Ｃ，−Ｃ
、、））−［（ｃｌ−ｃｍ　ｘ）−（Ｑ−−２）しπへ
−（□）＋（ｑイ□））Ｇａ　−ｖｍ／Ｖｔ−（Ｊｄ／
ｄ　）＋（Ｊ／ｄ　）　　　　　・−−（９）したがっ
て、ｖ窟を変位変換信号とし、で出力する変位費＠器の
場合、所定の基準電圧なＶ、・　とすると”ｉ、　ｖｓ
ｒｒｓＶ、であるからＶｔｒへＶ、となって、結局費位
変横特性り直線性のよい変位変換器が得られること（な
り、またｖ１α、の演算を行う除算回路の出力信号を変
位変換信号とｌ−て出力する変位穴ｌ１ｌｌ器の場合、
この変位変換信号がＧ、　ｗ比例し６た信号であること
は明らかであるから８この場合も矢張り変位変換特性の
直線性のよい変位変換Ｓが得られること（なる。

〔與總例〕

第１図は本発明の・−害皓例としての差圧変換りｌの構
成図である。図ｒおいて、２．３はト達した従来の差圧
変換５ｒおけろと同様［−個のダイヤフラムの両＠（そ
れぞれ形成されて、圧力差ΔＰ（比例した該ダイヤフラ
ムの変位Δｄ＜よって各静電容量Ｃ，、ＣＩｌがそれぞ
れ差動的（便化するよう（した第１及び第２主キャパシ
タで、この場合キャパシ９２．３の各−ｍ２Ｂ、３ａは
共に共通接続部としてのアース４１Ｃ接続されている。

５゜＃Ｉはそれぞれ一方の＠５１．６１１がいずれもア
ース４ｃ接続されかつそれぞれ静電容量Ｃｃｍｅ　ＣＣ
Ｉ！を有するよ５ｒ形成された第１及び第２副キャパシ
タ、７は、基準電圧源８が出力する基準電圧Ｖ。

が非反転入力端子（入力されかつ抵抗器９を介して第１
出力電圧ｖｌが反転入力端子に入力されるよう和したオ
ペアンプｌＯと、上述の電圧源８及び抵抗器９と、帰還
コンデンサー１１とからなり。

電圧Ｖ１が電圧Ｖｒｃ等１−（なるよう（オペアンプ１
０から第１直流電圧■、を出力するようにした第１１Ｅ
源としての誤差増幅回路、１２は、非反転入力端子がア
ース４に接続されかつ抵抗器１３を介して第１直流、電
圧ｖｓが反転入力端子に入力されるよう＃ｃしたオペア
ンプ１４と上述の抵抗４８１３と帰還抵抗器！５とから
なり６オペアンブ１４から絶対値が第１ＩＩ流、電圧ｖ
、ｎ絶対値ｒ勢り、＜かつ極性が電圧ｖｓとは逆の第２
直流電圧Ｖ１を出力するよう＃ｃした第２電源としての
反転増幅回路で７、もちろんこの場合抵抗器１３とｌｓ
とは等しい抵抗値（形成されており、ｔたＶ　仁ｍａ　
−Ｖ、である。

１６はＨレベルとＬレベルとを有する二値信号φｌを出
力し６かつ信号φＩＦ３レベルなτ／２の時間を経過す
るととて一方のレベルから他方のレベルに変化させるよ
５［ｔ、た発振器、１７ＩＸ信勺φｌが入力されろこと
（よってφ１とはレベルが反転した第２図図示の二値信
号φ２を出力するよ５ｆしたインバー４Ｆ、１８は入力
される信号φｌのパルス局波数を１７２分局して第２図
図示のｕｌａのレベル便化をする二値信号φ３をＱｊｌ
ｌ子から出力し２かつ４Ｍ号φ３とはレベルが反転した
二値信号φεｔＱＩＩｌｌ子から出力するようにした分
周６で、１９は信号−２とφ３とが入力されかつ内入力
信号が共［Ｈレベルである時だけＨレベルとなる二値信
号−４を出力するよう（したアンド回路、２０６Σ信号
φ２とφ６とが入力されかつ両人力信号が共［Ｈレベル
である時だけＨレベルとなる二値信号φ５を出力するよ
うにしたアンド回路である。

８ｍ−Ｊ　、　ａｍ　ｅ　８＠　ｏ　Ｂｇはそれぞれ第
１図図示わ”位置（設けられ、かつそれぞれに入力され
る図示した信号φ１９φ！４φ１φ５がそれぞれＨレベ
ルであるとそれぞれ回路閉動作を行い、信号φ１．φ２
゜−４ｏφ５がそれぞれＬレベルであるとそれぞれ回路
閉動作を行うようＫしたいずれもスイッチ、８゜は信号
φ３が入力され、かつ信号≠３がＨレベルであると主キ
ャパシタＳの他極３ｂ＃を主キャパシタ２の他極２ｂｉ
ｃｉｌ絖し、信号φ３がＬレベルであると上記他極３ｂ
を副キャパシ４５の他方の極Ｂｂａｃ＠絖するよ５［ｔ
たスイッチ、Ｓ、は信号φ３が入力され、かつ信号φ３
がＨレベルであると副生ヤパシｆ６の他方の極６ｂを副
キャｌずシタ５の他方の極５ｂｌに接続しい信号φ３が
Ｌレベルであると上記した他方の極６ｂを主キャパシｆ
２の他極２ｂｃ＠続するよう（したスイッチで、２１は
主キャパシタ２の他極２ｂｏ電圧Ｖ１が入力されかつＶ
、ｔｒ、勢しい電圧を出力電圧２！１１として出力する
よ５に：１．たインピーダンスバッファである。

ｚ２はスイｙ＋８．を介して出力電圧２１ａが入力され
るとこの電圧２１ａｒ等しい電圧値の前述１７た第１出
力電圧Ｖ、を出力し、かつスイッチ８゜が回ｌＩ！開状
ｇｒなりても電圧ｖｉｖ値を保持するよ５Ｅした。オペ
アンプ２！３とコンデンサー２４とからなるサンプルホ
ールド回路本体、ｚｓはスイッチ８．を介して出力電圧
２１８が入力されるとこの電圧２１１１［４１＄１．い
電圧値の第２出力電圧Ｖ冨を出力し、かつスイッチＳ、
が回路開秋曹になっても電圧ｖ、　ｆＪ値を保持するよ
う＃ｃした。オペアンプ２６とコンデンサー２７とから
なるサンプルホールド回路本体で、前述した停圧変！ｌ
！！器ｌは上述の各部を備えた変換器である。

第１図（おいては各部が上述のよう（構成されているの
で二値信号φ１〜−５の各レベルが富２図に示したよう
（いずれも開部的（受化し、この結果スイッチ５ｉ−Ｓ
、の動作（よって第１及び第２直流電圧ｖ峠ｖｔと＠１
及び第２主キャパシタ２゜３と第１及び第２副キャパシ
タ５．６との優枕■様が時間ｔｉＦ）経過にしたがって
等価的１ｃ第３図乃至第６図に示したよう（変化する。

そうして、とこ（、第３図〜第６図はそれぞれ第２図（
おける時間帯ｔｉ　−ｈ　ｅ　’＊〜ｔ１．象、〜ｔ４
・Ｌ４〜ｉ、ＩＦ３それぞれにおける等価的接続ｍａｉ
を示［７ていて、変換器１１Ｃおいては＄３図から第４
１５Ｃ，第５図を順次経由してｊｌｆ６１！ＩＩｃ至る
接続態様の経時変化がくり返して出現するとと（なる、
故（、変換５１においては６発振５１６とインバー４１
７と分１ｆｆａ１ｇとアンド回路１９及び２０とからな
るクロック回路！８とスイッチ８１〜Ｓ静とで、第１直
流電圧■。

をキャパシタ２の他極２ｂｃ印加すると同時（第２箇流
電圧Ｖｌをキャパシタ５の他方ｒ）極５ｂに印加する電
圧印加動作とこの電圧印加動作によるＶ、の電極２ｂへ
の印加と■【の電＠ｓｂへり印加とが行われていない時
１’Ｃ［極２ｂと電極５ｂとを短絡する回路短絡動作と
をいずれもデト−テイ５０饅の等しい館１８期丁でかつ
同期して行うと共に、。

キャパシタ３の他極３ｂをキャパシタ２の他極２ｂ（接
続しかつキャパシタ６の他方の極６ｂ＆キャパシタ５の
他方の極ｓｈｗ：接続した第１ｉｅ絖状態とキャパシ４
Ｆ３の他＠３ｂをキャパシタ５の他方の極５ｂｃ接続し
かつキャパシ４１６１７′）他方の極６ｂをキャパシタ
２の他極２ｂｅｃ接続り、た第ｊ！接続状態とを切り撲
えて出現させるｗＩ！Ｒ状態切換動作をｇｆＪＦ３第２
局期で前記電圧印加動作または膣記回路短絡動作に同期
して行５制ｍ１ｌｌｉ！９がＩｌ戚されているというこ
とができる。

そうして。また、第１図（おいては各部が上述のように
構成されているので、クロック回路２８トインビーダン
スバツ７γ２１とス４　ｙ　＋　８６　トサンプルホー
ルド回路本体２２とで、上述の＄１接！！状態にありか
つキャパシタ２の他極２ｂとキャパシタＳの他方の極５
ｂとが短絡状態にある時のキャパシタ２の他極２ｂｏ電
圧ｖａＫ等しい電圧を保持してＷＸ１出力電圧Ｖ、とし
て出力する第１サンプルホールド回路３０が構成されて
おり、クロック回第２ｇとインピーダンスバッファ２１
とスイッチＳ！とサンプルホールド回路本体２５とで。

上述の第２接続ｖｃ態釦ありかつキャパシタ２の他極２
ｂとキャパシタ５の他方の極ｓｂとが短絡状１１［ある
時のキャパシタｚＦ３＊極意すの電圧ｖａに等しい電圧
を保持して露！ｔＩ３力電圧ｖ雪として出力する第２サ
ンプルホールド回路３１が構成すれているということが
できる。

さて２Ｍ圧ｆｆｉ！１１器！は上述のよう（構θされて
いるので、キャパシ１２．３．５．６及び電圧ｖ、。

Ｖｌ　、が＊３図の接続状ＭＩｃある時（キャパシタＣ
ｍ　、Ｃｍ　、Ｏｃｔ　、Ｃｃ＊　ＩＱソｔｔソｔｔ［
充ｕす？、りＩＥ荷をそれぞれＱｉｌ　ａ　Ｑｔｌ　Ｉ
　Ｑｌｌ　ｅ　Ｑａｍとすると（１０）式が成立する。

Ｑ　ｍ　＊　鴫ｖｓ。Ｑａｍ−（１＋ｖｓ　ｏ　Ｑａｍ
−偽ｉｖｓ　ｏ　’；Ｌｍ−［１・Ｖ、−、、・−（１
０） ところが、接続状態が第３図から第４図ｒ移行すると４
個のキャパシタがすべて並列［＠続されて全キャパシタ
の電極間電圧がすべてＶ、［なり。

この時電圧ＶａがＶ、。であったとするとＣ，Ｉ　Ｃ，
。

ＣＣＩ　’　ＣＣ２の各充電電荷をそれぞれαｍ−Ｑ＊
ｔ＋Ｑ□ｏ　Ｑａｍとして（１１）式が成立する。

Ｑ、８−＝Ｃ，Ｖ、、　、　Ｑｔｍ−Ｃａ　Ｖ、、　Ｉ
　Ｑ、、ｆｃ、、Ｖ、、Ｉ　Ｑ、、　ｍＣｃ３へ＠−−
（１１） しかる［、第１図（おいては電圧ｖａがバｙ７ア１１［
印加されるよう虻なっておりかつ＃！４図の接続状態で
はスイッチＳ、　、　Ｓ、が共に開いているので。１Ｆ
；３図の状態から第４図の状態（移行しても全電荷（変
化が生じないため（１２）式が成立することになって。

結局、　（Ｎｏ）〜（１２）式から（１３）式が得られ
ることになる。

Ｑｉ　１　＋　Ｑｉ　＊　＋　Ｑｉｍ　＋Ｑａ　ｖ　＝
Ｑ＋　＊　＋ＱＩＩ　＊　＋Ｑｉｇ　＋Ｑｏ−・−（Ｌ
？）（（Ｃｕ−ＣＣ□）＋（Ｑ　　Ｃｅ２）ｌＶ＋ｔ−
（Ｑ＋（１；＋Ｃｅ１＋Ｃｒ４）Ｖｍ。

ところが。第５図の接続状口と第６図の接続状態との間
（おいても上記と同様な理由で電荷の保存が行われるこ
とが明らかであるから、４個のキャパシタがすべて並列
（接続された第６図の状態【おける電圧Ｖ、が■、であ
りたとすると、上記と同様（して（１４）式が得られ、
この（１４）式と（１３）式とから（１５）式が得られ
る。

１　（Ｃ１−ＣＣ１）−（Ｃｒ−Ｃｃｔ月Ｖ、−（へ＋
Ｃｔ”Ｃｃ１＋ｃｅ４）’＊ｅ＝・−＜１４）Ｖ！１１
　／ｖｈａ　−［（Ｃａ　””’Ｃ１）　　（ＣＩｌ　
−ｃｅｘ　）　）／（（％（ｃｘ　）＋　（Ｃ，−Ｃ，
）　）・−・−（１５）そうして、第１１１０において
は、上述の電圧Ｖ、＋＝Ｖｉ＠ｃ等しい電圧を第１出力
電圧ｖｌとしてホールド回路３０から出力し、上述の電
圧Ｖｌ！１ＩＩＩｖｌ・（等しい電圧を第２出力電圧ｖ
Ｒとしてホールド回路３１から出力することが前述した
所から明らかである。故に、この場合（ＩＢ）式から（
８）式の前半の式が成立することが明らかである。とこ
ろが、第１図においては、第１主キヤバシ４２（関わる
浮遊容量なＣ８１とし、第２主キャパシタ３に関わる浮
遊容量なｅａｉ＋として・ＣＣｌ−Ｃ１１・ＣＣ’！＝
Ｃ１ｌｊｊとなるよう（副キャパシタ５．６の各容量Ｃ
（”ｌ’ｃｃｆｉが設定されているので、この場合（８
）式と（９）式とが成立し、ざら［、この場合、＃述し
たように、誤差増幅回路７の作用（よりてｖｍＷｖｒと
なりているので（１６）式が成立する。

Ｖ、ｘ（（〕ｄ／ｄ）＋（Ｊ／ｄ））Ｖ、　　　　　　
　　　　　　　　−−−−−（１６）ところで６第１図
（おいては電圧Ｖ、を前述の変位）ｄ（対する１位変携
信号として出力するよう［差圧変換器１が構成されてい
る。【、たがりて、この変換器ｌが変位）１１［正確【
比例した。換言すれば変位質！ｌＩ特性の直ａ性のよい
変位変債信号ｖ１１を出力する変位変換器（なっている
ことが（１６）式から明らかである。

菖７図は館１図の奥締例とは異なる本発明の他の１ｉ！
施例としての差圧変換器３ｚの構威図で１本図Ｆ）第１
図と勇なる所は、第１図の誤差増幅回路７及び反転増幅
回路１２のそれぞれが直流定電圧Ｖｉを出力する第１定
電圧電源３３と直流定電圧ＶＣ−−ｖｂを出力する第２
定電圧電源３４と釦なっていることと、蒙２出力電圧Ｖ
、　［対する第１出力電圧の比Ｖｔ　／Ｖ１を算出し℃
この比を表す信号３５１を出力する除算回路３５が設け
られていることと、差圧変換器３２が信号！５１ｆｆ位
変換信号として出力するよう和なっていることである。

変換器３２は上述のよう（構成されているので、信号３
５　ａ　ｂ’−（８）式の最右辺の式を表す信号になっ
ており、したがって、変換器３２が変＃器１と同様ｒ皇
位変換特性の直線性のよい変位習撲６釦なっていること
が明らかである。

〔発明の効果〕

上述したようＩｃｈＴ−発明虻おいては、圧力または差
圧【応じた変位（よりて各静電容量が差動的（変化しか
つ各一極が共に共通接続部に接続された第１及び第２主
キャパシタと、それぞれの一方の極がいずれも前記共通
接続ＳＦ接続されたｇ！及び第２副キャパシタと、第１
直流電圧を出方する第１ｔ源と。絶対値が第１直流電圧
の絶対値に等しくかつ極性が第１直流電圧とは逆の第２
直流電圧を出力する第２電源と、、第１直流電圧を第１
主キャパシタの他極に印加すると同時［第２１ｉ［ｍ電
圧を第１１ＲＩキャパシタの他方の極＃Ｃ団加する電圧
印加動作とこの電圧印加動作による第１直流電圧の第１
主キャパシタの他極への印加と第２直流電圧の第１副キ
ャパシタの他方の極へり印加とが行われていない時［第
１主キャパシタの他極と第１ｊ１９１キャパシタｆ′）
他方の極とを短絡する回路短絡動作とをいずれもデ為−
テイ５０９！の等１−ｔ、’第１局期でかつ同期して行
うと共１’ｍ、、第２主キャパシタの他極を鯖ｌ主キヤ
ノイシグの他極に接ＲＬ、かつ第１主キャパシタの他方
のａｌｌ第副キャパシタの他方の極に接続した第Ｋｍｌ
！！続状曹と第２主キャパシタの他極を第１ＩＩキャパ
シタの他方の極（緩絖しかつ第２＃ｌキャパシタの他方
の極を第１主牛ヤバシタの他極虻接続した第２！接続状
態とな切り換えて出現させる接続状態切換動作を前記第
１簡Ｊ１２１の２倍の第２８期で前記電圧印加動作また
は前記回路短絡動作（同期して行５制師部と、訓配第１
接続状態にありかつ第１主”キャパシタの他極と第１副
キャパシタの他方の極とが短絡状ＭＫある時の第１主キ
ャパシタの他極の電圧ｒ等しい電圧を保持して第１出力
電圧として出力する第１サンプルホールド回路と、前記
第２接続状態にありかつ第Ｘ主キャパシ４１３他極と第
１副牛ヤバシダの他方の極とが短絡状＠１１１１”ある
時の第１主キャパシタの他極の電圧に′等しい電圧を保
持して第２出力電圧として出力する第２サンプルホール
ド回路とを備え、この第２出力電圧な前記変位に対する
変位変換信号として出力する変位質挟器で；Ｊ、　＝、
−て。

第１直流電圧ｉｆｆ、婢１出力電圧が所定の基準電圧ｒ
なるようでする電圧であり、、第１副キャパシタはその
静電容量が第１主キヤパシ９ｔＣ関わる浮遊容量（婢し
く形成されたキャパシタであり、第２ＷＲキャパシタは
その静電容ｔが第２主牛ヤパシ９に関わる浮遊容量（等
しく形Ｆ！１．されたキャパシタであるよ５（変位変換
器を構成し、さら（１本発明においては、圧力または差
圧（応じた変位（よって各静電容量が差動的（変化しか
つ各一極が共に共通接続部ｒ接続された第１及び第２主
キャパシタと、それぞれの一方の極がいずれも前記共通
接続部（接続された第１及び第２副キャパシタと。

第１直流定電圧を出力する第１定電圧電源と７絶対値が
第１直流定１１圧の絶対値に等しくかつ極性が第１Ｋ流
定電圧とは逆の諾２直流定電圧を出力する第２定電圧電
源と、第１直滝定電圧な第１主キャパシタの他極（印加
すると同時に館２＠ｉｌｌ定電圧な第副キャパシタの他
方の極（印加する電圧印加動作とこの電圧印加動作ｒよ
るＭ、ｌ直流症を圧のｇｉ主キャパシタの他極へり印加
と第２直流定電圧のＩＩＩ副キャパシタの他方の極へり
印加とが行われていない時ｆｊｌｌ：ｌ主キャパシタの
他極と第１副キャパシタの他方の極とを短絡する回路短
絡動作とをいずれもデ具−テイ５ｏ９１１の等しい第１
Ｉ！！ｌ１期でかつ同期して行５と＄ｒ、第２主本ヤバ
シタノ他極を第１主キャパシタの他極釦＊ａしかつ第２
副キヤパシ９の他方の極を第１副キャパシタの他方の極
Ｃ接続した第１接続状態と第２主キャパシタの他極を第
１副キャパシタのａ方ｎｉｒ接続しかつ第２副キヤノイ
シタＯ他方の極を第１主キャパシタ力他極釦接続し、た
第２接続状態とを切り費えて出現させる接続状態切換動
作を前記第１同期の２倍の第２ｗＪ期で前記電圧印７３
１１１動作または前記回路短絡動作＃Ｃ同期して行う制
御部と、前記第１接続状態にありかつ第１主キャパシタ
の他極と誼１副キャパシタの他方の極とが短絡状態にあ
る時の第１主キャパシタの他極の電圧（等しい電圧を保
持して第１出力電圧として出力する３４１サンプルホ一
ルド回路と、前記第２接続状態にありかつ第１主キャパ
シタの他極と第１副キャハシダの他方の極とが短絡伏動
にある時の第１主キャパシタの他極の電圧Ｉｃ勢し、い
電圧を保持して館２出力電圧としてめ力するＩＦ、　２
４−ンブルホールド回路と、との＃２出力電圧（対する
第１出力電圧の比な算出してこの比を表す信号を出力す
る除算回路とを備え、この除算回路の出力信号を前記変
位（対する変位ｆ倹信号として出力する変位Ｃｍ器であ
りて、　！Ｅｌｉｉｌｌキャパシタはその静電容量が絡
ｌ主キャパシタ（関わる浮遊容量ｒ等しく形成されたキ
ャパシタであり、第２ｉ１１キャパシタＩはその靜′ｌ
Ｅ容量が前記第２主キヤパシ９に関わる浮遊容量（等し
く形ｆｊＥされたキャパシタであるよう［：変位変換器
を構成した。

このため、１配のように構成すると、第１及び第２主キ
ャパシタの各静電容量をそれぞれＣ，、Ｃ１１とし第１
及び第２副キャパシタの各静電容量をそれぞれＣＣＩ　
”　Ｃ２とし、第１主キャパシタにＷＲわる浮遊容量及
び第２主キヤパシ９ＫＯ関わる浮遊容量な千れぞれＣ８
□、Ｃ１２とし、第１及び第２出す 力電圧をそれぞれＶｌ、　Ｖ、とした察合、前述与る所
から―らがなよ５　Ｋ、、、、　（８）武が成立し９．
、コｆ′）（８）式と（３）。（４）及び（７）式とか
ら（ｓ）式が得られて、（９）式はＧ、とΔｄとが無条
件に比例することを示している参 Ｖｍ／Ｖｍ”［（Ｃｍ　　Ｃｃｍ）　　（Ｑ−−Ｃｅｚ
））、’（（Ｑ（ｃｘ）＋（Ｃｍ　Ｃｃａ−（（Ｃｍ　
−−ｉ　’）−Ｃト℃１ｔ））／律ンーＣ’、１％−（
Ｑ−Ｃ，、））・−・−・（８） Ｏｓ””ｔ／ｖａ−（Ｊｄ／ｄ）＋（Ｊ／ｄ）　　　　
　　・−”−・　（９）したがって、ｖ冨を変位変換信
号として出力する変位変換器の場合、所定の基準電圧な
Ｖｒ　とす’ｓ　？−Ｖ＠　””％　テア６　カラＶＨ
ｎＧｍ　％　トｆ　ツ１：、　結局変位変換特性の直線
性のよい変位紫換器が得られること（なり、またＶ、　
／Ｖ、の演誹を行う除算回ｊｓｎ出力信号を変位変換信
号とし５て出力する変位変換器の場合。こＦ３変位費櫓
信号がＧ、ｒｊ！ｃ例した信号であることは明らかであ
るから、この場合も矢張り変位変換特性の直線性のよい
変位変換器が得られること（なって、したがって２本発
明（は使い勝手がよくかつ変位変換信号の佼正作秦の容
易な変位変換器が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−ｌｌ！縞例の構成図。 結２図は第１図（おける要部の波形説明図。 阿３図乃至第６図はｌｌ１図における要部のそれぞれ異
なる動作状口説ＴＩＡ図。 第１図は第１図に示したＩＩ！緒例とは異なる本発明の
他Ｆ）集總例の構５１！図である。 ｌゆ３２−−一・差圧ｆＲ，換器（変位変換器）、２・
−・・・・第１主キャパシタい３−−−・第２主キャパ
シ９．４・−・・・アース（共通接続部）、Ｓ−・−・
第１ｍキャパシタ、６・・−・−・第２副キャパシタ、
７−・・・・誤差増幅回路（第１電＠）、１ｚ−−−一
反転増幅回路（第２電源）ゆ２９−−−−−−ＩｌＩｌ
ｅｔｉ、　！ｌ　ｏ−−−−−−ｇ　ｌ　サン７　ｔｈ
　ホー　ルｙ　回路。 ３１・−・−・第２サンプルホールド回路、３３・・・
・−・第１定電圧を源、３４−・−第２定電圧電源、　
３６・−・−除算回路。３５トー・−・出力信号（変位
変換信号）、■、・・・・−・第１出力電圧、Ｖ、−・
−・第２出力電圧（変位変換器”号）　、　Ｖｒ”＝・
基準電圧、　Ｖ、−・−ｇ　１直流電圧。 Ｖｌ・・・〜・第２直流電圧、　Ｖｂ・・・・・・第１
直流定電圧。 箋　　２ 臼 （ＢＭ間昂ｔ＋４ｚ） ！、　　３　　口 （８４開昂ｒ２−１３） 箋　４　　昭 く吋開昂　Ｌ３−　ｔ４　） （Ｅｌ六間（ｊへＬ４〜ｔＳ） ′循 ら 口 箋 閃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧力または差圧に応じた変位によって各静電容量が
   差動的に変化しかつ各一極が共に共通接続部に接続され
   た第１及び第２主キャパシタと、それぞれの一方の極が
   いずれも前記共通接続部に接続された第１及び第２副キ
   ャパシタと、第１直流電圧を出力する第１電源と、絶対
   値が前記第１直流電圧の絶対値に等しくかつ極性が前記
   第１直流電圧とは逆の第２直流電圧を出力する第２電源
   と、前記第１直流電圧を前記第１主キャパシタの他極に
   印加すると同時に前記第２直流電圧を前記第１副キャパ
   シタの他方の極に印加する電圧印加動作と前記電圧印加
   動作による前記第１直流電圧の前記第１主キャパシタの
   他極への印加と前記第２直流電圧の前記第１副キャパシ
   タの他方の極への印加とが行われていない時に前記第１
   主キャパシタの他極と、記第１副キャパシタの他方の極
   とを短絡する回路短絡動作とをいずれもデューティ５０
   ％の等しい第１周期でかつ同期して行うと共に、前記第
   ２主キャパシタの他極を前記第１主キャパシタの他極に
   接続しかつ前記第２副キャパシタの他方の極を前記第１
   副キャパシタの他方の極に接続した第１接続状態と前記
   第２主キャパシタの他極を前記第１副キャパシタの他方
   の極に接続しかつ前記第２副キャパシタの他方の極を前
   記第１主キャパシタの他極に接続した第２接続状態とを
   切り換えて出現させる接続状態切換動作を前記第１周期
   の２倍の第２周期で前記電圧印加動作または前記回路短
   絡動作に同期して行う制御部と、前記第１接続状態にあ
   りかつ前記第１主キャパシタの他極と前記第１副キャパ
   シタの他方の極とが短絡状態にある時の前記第１主キャ
   パシタの他極の電圧に等しい電圧を保持して第１出力電
   圧として出力する第１サンプルホールド回路と、前記第
   ２接続状態にありかつ前記第１主キャパシタの他極と前
   記第１副キャパシタの他方の極とが短絡状態にある時の
   前記第１主キャパシタの他極の電圧に等しい電圧を保持
   して第２出力電圧として出力する第２サンプルホールド
   回路とを備え、前記第２出力電圧を前記変位に対する変
   位変換信号として出力する変位変換器であって、前記第
   １直流電圧は前記第１出力電圧が所定の基準電圧になる
   ようにする電圧であり、前記第１副キャパシタはその静
   電容量が前記第１主キャパシタに関わる浮遊容量に等し
   く形成されたキャパシタであり、前記第２副キャパシタ
   はその静電容量が前記第２主キャパシタに関わる浮遊容
   量に等しく形成されたキャパシタであることを特徴とす
   る変位変換器。 ２）圧力または差圧に応じた変位によって各静電容量が
   差動的に変化しかつ各一極が共に共通接続部に接続され
   た第１及び第２主キャパシタと、それぞれの一方の極が
   いずれも前記共通接続部に接続された第１及び第２副キ
   ャパシタと、第１直流定電圧を出力する第１定電圧電源
   と、絶対値が前記第１直流定電圧の絶対値に等しくかつ
   極性が前記第１直流定電圧とは逆の第２直流定電圧を出
   力する第２定電圧電源と、前記第１直流定電圧を前記第
   １主キャパシタの他極に印加すると同時に前記第２直流
   定電圧を前記第１副キャパシタの他方の極に印加する電
   圧印加動作と前記電圧印加動作による前記第１直流定電
   圧の前記第１主キャパシタの他極への印加と前記第２直
   流定電圧の前記第１副キャパシタの他方の極への印加と
   が行われていない時に前記第１主キャパシタの他極と前
   記第１副キャパシタの他方の極とを短絡する回路短絡動
   作とをいずれもデューティ５０％の等しい第１周期でか
   つ同期して行うと共に、前記第２主キャパシタの他極を
   前記第１主キャパシタの他極に接続しかつ前記第２副キ
   ャパシタの他方の極を前記第１副キャパシタの他方の極
   に接続した第１接続状態と前記第２主キャパシタの他極
   を前記第１副キャパシタの他方の極に接続しかつ前記第
   ２副キャパシタの他方の極を前記第１主キャパシタの他
   極に接続した第２接続状態とを切り換えて出現させる接
   続状態切換動作を前記第１時期の２倍の第２時期で前記
   電圧印加動作または前記回路短絡動作に同期して行う制
   御部と、前記第１接続状態にありかつ前記第１主キャパ
   シタの他極と前記第１副キャパシタの他方の極とが短絡
   状態にある時の前記第１主キャパシタの他極の電圧に等
   しい電圧を保持して第１出力電圧として出力する第１サ
   ンプルホールド回路と、前記第２接続状態にありかつ前
   記第１主キャパシタの他極と前記第１副キャパシタの他
   方の極とが短絡状態にある時の前記第１主キャパシタの
   他極の電圧に等しい電圧を保持して第２出力電圧として
   出力する第２サンプルホールド回路と、前記第２出力電
   圧に対する前記第１出力電圧の比を算出してこの比を表
   す信号を出力する除算回路とを備え、前記除算回路の出
   力信号を前記変位に対する変位変換信号として出力する
   変位変換器であつて、前記第１副キャパシタはその静電
   容量が前記第１主キャパシタに関わる浮遊容量に等しく
   形成されたキャパシタであり、前記第２副キャパシタは
   その静電容量が前記第２主キャパシタに関わる浮遊容量
   に等しく形成されたキャパシタであることを特徴とする
   変位変換器。