JPH0511444Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 イ 考案の目的 （産業上の利用分野） 本考案は、各種工業製品の板厚、膜厚等、又は
移動する物体の距離及び変位を非接触で検出せる
静電容量式変位・寸法検出器に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来、シールドされた一対の電極と、その一方
の電極に交流を印加する交流発信器と、他の電極
から出力される電気信号を増幅する増幅器とから
なる静電容量式変位・寸法検出器は、特開昭57−
182102号公報により公知である。このものは、 (1) 測定プローブと増幅器間の配線の分布容量や
浮游容量を無視できる。

(2) 測定プローブ内のシールドケースは接地され
ているため、電極板は浮游容量の影響を受けな
い。

(3) 静電容量の検出用としてチヤージ増幅器、電
流検出増幅器を使用しているため、従来の測定
距離に対して数倍の測長が可能である。

(4) 応答速度は、チヤージ増幅器のインピーダン
スと交流発信器の発振周波数によつて決まるた
め、数十ＫHzの振動測定が可能である。

等の特徴を有するものである。

（考案が解決しようとする問題点） しかし前記した従来の静電容量式変位・寸法検
出器は、第１２図〜第１４図に示すようにその一
端から他端まで同じ巾の方形電極を使用してい
る。このため検出特性は、第１５図に示す線図の
通りで、そのト線が第１３図に示す電極６，６の
もの、チ線が第１４図に示す電極６，６のもので
ある。但し、第１４図の電極の各辺の長さ（巾
4a×長さ4c）は第１３図の電極のそれ（巾ａ×
長さｃ）の４倍となつている。これらの出力値は
特性の比較を容易にするため、距離10mmにおいて
1Vになるように第１２図の増幅器７により調整
したものである。第１５図は特性曲線から判るよ
うに出力の変化率は、距離が遠くなる程低下する
が、低下の度合はト線の方が著しい。即ち、ト線
の特性は距離が４mm以上の場合は、チ線の特性よ
り感度が低く、距離が４mm以下の場合は、チ線の
特性よりも感度が高い。

以上のことから第１３図に示す電極６，６の形
状は短距離の測定に適したものであり、第１４図
に示す電極６，６の形状は長距離の測定に適した
ものであることが判明する。このことから従来の
電極は測定距離に合わせて大きさ、即ち、面積を
決めていたから、シールドケース８を含むセンサ
ーの寸法統一ができず、製造が煩雑であつて、電
極を小さくすることができない問題点があつた。

本考案は、前記した従来の問題点を解決するた
めになされたもので、測定距離の変化に対して
も、安定した静電特性が得られると共に、静電特
性の自在な変更が可能な検出器を提供することを
目的としている。

ロ 考案の構成 （問題点を解決するための手段） 本考案は基礎となる発明の電極６，６と被測定
物９との諸元を第９図に示すように設定した場合
の電極相互間の静電容量Ｃは、次式で表わすこと
ができる。

Ｃ＝Ｋε₀／πｈ lnｄ／ｒ …… Ｃ：電極相互間の静電容量 ε₀：誘電率 ｈ：電極の巾 Ｋ：比例定数（実測値に対する補正値） ｄ：被測定物と電極との間隔 ｒ：電極と電極との間隔の1/2 本考案は、電極形状を適切に変化させることに
よつて、距離に対する静電特性を改善することを
目的とするものであるから、電極巾ｈは被測定物
と電極との間隔ｄ（測定距離）の関数として表わ
される。従つて、式を書き替えると式とな
る。

Ｃ＝Ｋε₀／πｈ（ｄ）lnｄ／ｒ …… 即ち、電極形状は矩形でなく例えば、台形、三
角形、半円形などの形状となる。

例えば第１０図に示すように電極６の形状を三
角形にすると電極巾ｈは、ｄに比例して大きくな
り、ｈは ｈ＝kd（ｋ：比例定数）となる。

第９図に示すｈが一定の電極と、第１０図に示
すｈ＝kdの電極の距離に対する静電特性を第１
１図に示す。同図ホはｈが一定、ヘはｈ＝kdの
場合の特性を示すものであり、ｈ＝kdの場合、
直線性が大巾に改善されていることが判る。本考
案は、前記の結果に基づいて開発されたもので、
その技術手段は、シールドされた一対の電極と、
その一方の電極から出力された電気信号を増幅す
る増幅器とからなる静電容量式変位・寸法検出器
において、前記した電極の形状を一端から他端へ
巾が漸減的に変化するように形成するものであ
る。これにより、目的に合つた静電特性が安定し
て得られると共に、電極の巾の変化率を変えるこ
とにより、測定特性の自由な変化を可能とするも
のである。

（作用） 前記技術手段に基づく本考案の検出器は、電極
１，１の形状を図面第１，２，３図に示すように
底部から頂部に向かつて巾が漸減的に変化して頂
部が尖る三角形に形成し、これら電極１，１を第
２図に示すようにその頂部が対応するようにシー
ルドケース２内に納めて、一方の電極１を交流発
信器３に接続し、他方の電極１を増幅器５に接続
して使用すると、第６図に示す特性曲線中のニ線
に示す通り、遠距離測定に適した特性が得られ、
第３図は第２図に示した電極を180°回転させた配
置にしたもので、第６図に示すイの特性曲線とな
り、近距離測定に適した特性が得られる。又、電
極１，１の形状を第４，５図に示すように台形に
形成し、頂部を対応させて配置すると、第６図に
示す特性曲線中のハ線となり、中距離測定に適し
た特性が得られ、第５図は第４図の電極を前記と
同様に180°回転させた配置の場合で、第６図に示
す特性曲線中のロ線となり、近距離測定に適した
特性が得られるものである。

更に、これらの電極１，１は、巾を変化させる
率を、第２，３図に示す三角形と、第４，５図に
示す台形の間に於て変化させると、両者の中間的
な特性を得ることができ、第４，５図に示す台形
の形状を変化させれば、特性の巾を更に広げるこ
とができ、又、巾の変化を第７図及び第８図に示
すように直線的に行わず、第７図及び第８図に実
線で示すように半円を含む凸弧か、一点鎖線で示
すように凹弧となるように曲線的に変化させれ
ば、前記した直線的な変化とは異なつた特性を得
ることができるものである。

（実施例） 以下に本考案に関する静電容量式変位・寸法検
出器の実施の一例を図面に基づいて説明する。

図面第１図は検出器の全体を示すもので、一対
の電極１，１をシールドケース２内に納めて電気
的にシールドし、これら電極の一方１に高周波発
信器３から交流を印加し、他方の電極１から被測
定物４との距離に応じた電気信号を出力させ、こ
の電気信号を増幅器５により増幅させて表示、制
御等に利用する。第２図及び第３図は前記した電
極１，１の一例を示すもので、これらの電極は一
端の底部から他端の頂部へ巾を大きな変化率で漸
減的に変化する。従つて、頂部が尖がる三角形に
形成されて、これを第２図に示すように頂部が対
応するようにシールドケース２内に納めて使用す
ると、長距離測定に適した特性のセンサが得ら
れ、第３図に示すように反対に底部が対応するよ
うにシールドケース２内に納めて使用すると、遠
距離測定に適した特性のセンサーが得られる。

第４図及び第５図は電極１，１の他の例を示す
もので、これらの電極は一端の底部から他端の頂
部への巾の変化率が前記のものよりも小さく、従
つて、頂部がある巾を有する台形に形成され、こ
れを第４図に示すように頂部が対応するようにシ
ールドケース２内に納めて使用すると、中距離測
定に適した特性のセンサーが得られ、反対に第５
図に示すように底部が対応するようにシールドケ
ース内に納めて使用すると、近距離測定に適した
特性のセンサーが得られる。

第７図及び第８図は電極の形状を更に変化させ
た示すもので、第２，３図及び第４，５図に示す
電極１，１においては、巾の変化が直線的に行わ
れたのに対し、この例では巾の変化が、実線で示
すように半円を含む凸弧状か、一点鎖線で示すよ
うに凹弧状のように曲線的に行なわれるようにし
たもので、前記実線的に変化するものに対して特
性を微妙に変化させることができるものである。

ハ 考案の効果 本考案に関する静電容量式変位・寸法検出器
は、同一電極の対応状態を変えると、遠距離測定
と近距離測定の両方に適した特性が得られる。

電極の巾の変化率を変えれば、同一スペースに
おいて多様的な測定特性を自由に得られ、センサ
ーの統一化が計れる。

電極の形状を変えるだけで、特性が変えられる
ため、センサーの製作が容易で、これの小形化も
可能である。

等の特有の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に関する静電容量式変位・寸法
検出器の概要全体図。第２図及び第３図は同上に
使用したセンサーの一例を示す平面図。第４図及
び第５図はセンサーの他の例を示す平面図、第６
図は第２図と第３図及び第４図と第５図に示す電
極の特性曲線図で、イ線は第３図の電極、ロ線は
第５図の電極、ハ線は第４図の電極、ニ線は第２
図の電極の特性を示す。第７図及び第８図は巾を
曲線的に変化させた電極の平面図。第９図は一般
電極の静電容量計算の諸元を示す説明図。第１０
図は三角形電極の静電容量計算の諸元を示す説明
図。第１１図は第９図及び第１０図に示す電極の
特性線図。第１２図は従来の静電容量式変位・寸
法検出器の概要全体図。第１３図と第１４図は同
上のセンサーを示す平面図。第１５図は第１３図
及び第１４図に示す電極の特性曲線図である。 １，１……電極、２……シールドケース、３…
…交流発信器、５……増幅器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シールドされた一対の電極と、その一方の電極
   に交流を印加する交流発信器と、他方の電極から
   出力された電気信号を増幅する増幅器とからなる
   静電容量式変位・寸法検出器において、前記した
   電極の形状を一端から他端へ巾が漸減的に変化す
   るように形成したことを特徴とする静電容量式変
   位・寸法検出器。