JPH0549946B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変位量に応じてインピーダンスが変化
する一対のインピーダンス要素を用いて上記変位
量に応じた電気的な出力信号を得るインピーダン
ス変化検出器に関するものである。

第１図は従来からのインピーダンス変化検出器
を示す概略図である。１１，１２は変化量に応じ
てインピーダンスが変化する受圧カプセル等に内
蔵されたインピーダンス要素で、変位量の変化に
よりその静電容量C₁，C₂が変化する。各インピ
ーダンス要素１１，１２には抵抗２１，２２が
夫々直列接続され、この直列回路が並列接続され
所謂ブリツジ回路を構成している。抵抗２１及び
２２の接続点は抵抗２３に接続され、この回路に
交流信号が発振器３より供給される。ここで抵抗
２１，２２に流れる電流を夫々i₁，i₂、抵抗２３
に流れる電流をi₃各抵抗２１，２２，２３の抵抗
値をR₁，R₂，R₃とし、各抵抗２１，２２，２３
に発生する電圧をe₁，e₂，e₃とする。

また、１／jωc₁，１／jωc₂≫R₁，R₂，R₃とす
れば次式が成り立つ。

i₁＝i₃／c₂／（１／c₁＋１／c₂）＝ i₃c₁／c₁＋c₂ i₁＝i₃／c₁／（１／c₁＋１／c₂）＝ i₃c₂／c₁＋c₂ 従つてe₁とe₂の差、即ちe₂−e₁を求めるとR₁＝
R₂＝R₃のときは次式が成り立つ。

e₂−e₁＝c₂−c₁／c₂＋c₁・e₃ e₃＝i₃R₃ よつて、抵抗２３に流れる電流i₃、即ちi₁＋i₂
を一定にすれば抵抗２１と２２とに発生する電圧
の差が前述のインピーダンス要素のインピーダン
ス変位量に比例した値となる。

このように従来の変換方式ではブリツジ回路を
構成する一対のインピーダンス要素と２つの抵抗
との直列回路に流れる電流i₁，i₂の和電流i₃が常
に一定であれば抵抗２１と２２とに発生する電圧
の差を測定することによりインピーダンス要素の
インピーダンス変化を測定することができる。し
かしながらこのような従来方式では、インピーダ
ンス要素１１，１２の容量値C₁，C₂が変化する
と電流値i₁，i₂が変化し、発振器３より供給され
る和電流i₃が変化する。従つて従来方式では第１
図に示す如く、和電流i₃＝i₁＋i₂を一定に保つた
め抵抗２３に発生する電圧e₃の変動を検出制御部
３１により検出し、この検出制御部３１が発振器
３より供給される電流を一定保持している。この
ため、発振器３及び検出制御部３１の回路構成が
複雑になる欠点があつた。

本発明は従来技術の欠点を除去し、極めて簡単
な構成によりインピーダンス変化を検出する検出
器の実現を目的としている。そしてその構成上の
特徴は巻数の相等しい１次側及び２次側コイルを
有するカレントトランスを用い、その１次側及び
２次側コイルの互いに異極性をなす端子を上記イ
ンピーダンス要素に接続した直列回路によりブリ
ツジ回路を構成したところにある。この構成によ
れば１次側及び２次側コイルに流れる電流は常に
等しくなり、発振器の交流電圧の振幅を常に一定
に保てば、インピーダンス変化に応じた出力信号
をカレントトランスより得ることができる。以下
本発明の一実施例を第２図にもとずいて説明をす
る。

第２図で１１，１２は第１図と同様の、例えば
静電容量C₁，C₂の少なくとも一方が変化する一
対のインピーダンス容素であり、４は１次側及び
２次側の巻線数が相等しいカレントトランス、
３′は交流源として一定振幅の交流電圧e₀を発生
する発振器、５はカレントトランス４の１次側
（又は２次側）に発生する電圧を検出して出力信
号として取り出す信号検出部である。カレントト
ランス４の１次側のコイルの端子４１，４２，２
次側のコイルの端子４３，４４は夫々端子４１，
４３及び４２と４４が夫々同極性である。一対の
インピーダンス要素１１，１２は夫々カレントト
ランスの１次側及び２次側コイル４ａ及び４ｂの
互いに異極性をなす端子４１，４４に接続され、
インピーダンス要素１１，１２とカレントトラン
ス４の１次側コイル４ａ及び２次側コイル４ｂと
の直列接続回路が並列に接続され所謂ブリツジ回
路を構成し、このブリツジ回路に発振器３′より
一定振幅の交流電圧e₀が供給される。このような
構成によりインピーダンス要素のインピーダンス
変化は信号検出部５により検出される。

次に本発明の作用について説明する。いま一対
のインピーダンス要素１１，１２のインピーダン
スをZ₁とZ₂とし、カレントトランス４の１次側及
び２次側に流れる電流をi₁，i₂、１次側コイルに
発生する電圧をｅとする。カレントトランス４の
１次側及び２次側コイルの巻線数は同一であるの
で、このカレントトランスの性質により、１次側
端子４１−４２及び２次側端子４４−４３間に発
生する電圧は互いに大きさが等しく逆向きの電圧
ｅであり、そこに流れる電流i₁，i₂は i₁＝i₂……
(1) なる関係が成り立つ。また上記ブリツジ回
路の電圧、即ち端子１１１−４２間及び端子１２
１−４３間の電圧は発振器３′より与えられる交
流電圧e₀に等しくなり、 e₀＝i₁Z₁−ｅ ……(2) e₀＝i₂Z₂＋ｅ ……(3) なる関係が成り立つ。従つて上式(1)，(2)，(3)より
カレントトランス４の１次側コイルに発生する電
圧еは ｅ＝Z₁−Z₂／Z₁＋Z₂・e₀ ……(4) となり、カレントトランス４の１次側端子間４１
−４２よりインピーダンス要素の変動分に比例し
た出力電圧を得ることができる。またインピーダ
ンス要素が差動的に変化する静電容量C₁，C₂の
ときは、Z₁＝１／jωc₁，Z₂＝１／jωc₂であるの
で、 ｅ＝C₂−C₁／C₁＋C₂・e₀ として、静電容量変化に応じた電圧ｅが、カレン
トトランスの端子間４１−４２に発生する。この
電圧ｅは信号検出部５より取り出される。

第３図は発振器３′より矩形交流をブリツジ回
路に供給した時にインピーダンス要素１１，１２
に発生する電圧波形を示すグラフである。図ａは
インピーダンス要素１１，１２に発生する電圧
e₁₀，e₂₀を示しており、Z₁＝Z₂のときはe₁₀＝e₂₀
＝e₀となつて一対のインピーダンス要素に発生す
る電圧でブリツジ回路に与えられる交流電圧と等
しくなり、カレントトランスの１次側又は２次側
コイルに発生する電圧ｅがゼロになることを示し
ている。図ｂではZ₁＞Z₂となつた時のインピーダ
ンス要素１１，１２に発生する電圧e₁₀，e₂₀を示
し、カレントトランスの１次側コイルに発生する
電圧ｅに対して、e₁₀＝e₀＋ｅ，e₂₀＝e₀−ｅとな
り、１次側及び２次側コイルの巻線数が等しいカ
レントトランスの性質より一方のインピーダンス
要素に発生する電圧上昇は他方のインピーダンス
要素に発生する電圧の低下となることを示してい
る。

なお、出力信号の取出しとしては、上記１次側
コイルは２次側コイルの端子間に発生した電圧を
取出す構成のほかに、第４図の如くカレントトラ
ンス４に第３のセンス巻線４Ｃを設け、このセン
ス巻線４Ｃに発生する電圧を信号検出部５により
検出してもよい。

以上述べたように、本発明は１次側及び２次側
の巻線数の相等しいカレントトランスを用いて一
対のインピーダンス要素とブリツジ回路を構成
し、１次側及び２次側コイルに流れる電流が常に
等しくなるようにした極めて新規な構成によるも
のである。従つて、ブリツジ回路に与えられる交
流源からの交流電圧を一定振幅に保つておけば、
インピーダンス要素１１，１２のインピーダンス
変化に応じた出力を得ることができる。また発振
器３′の交流電圧を一定振幅に保つ回路は、例え
ば発振器３′内でゼナーダイオードを用いた基準
電圧をつくること等により容易に設計することが
でき、従来の如く和電流を一定に保つ構成と比べ
て回路の簡略化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインピーダンス変化検出器を示
す概略図、第２図は本発明の一実施例を示す概略
図、第３図は一対のインピーダンス要素に発生す
る電圧波形を示すグラフ、第４図は本発明の出力
信号の他の取出し構成を示す図である。 １１，１２……インピーダンス要素、３′……
発振器、４……カレントトランス、５……信号検
出部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも一方のインピーダンスが変化する
   一対のインピーダンス要素と、１次側及び２次側
   で巻線数の相等しいコイルを有するカレントトラ
   ンスと、一定振幅の交流電圧を発生する交流源
   と、上記カレントトランスのコイルに発生する電
   圧を測定する信号検出部とを具備し、上記一対の
   インピーダンス要素の一方の端子が夫々上記カレ
   ントトランスの１次側及び２次側の互いに異極性
   をなす端子に接続され、上記一対のインピーダン
   ス要素と上記カレントトランスの１次側及び２次
   側のコイルとが直列に接続された回路が上記交流
   源に並列に接続され、上記カレントトランスの１
   次側又は２次側のコイルに発生した電圧を上記信
   号検出部で検出して上記インピーダンス要素のイ
   ンピーダンス変化を測定することを特徴とするイ
   ンピーダンス変化検出器。