JPH0549953B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕 本発明は、コンデンサの容量を監視するコンデ
ンサ・モニター回路に関する。

〔発明の背景〕

コンデンサの容量の監視（モニター）ないし測
定の回路には、４辺を通常有するコンデンサ・ブ
リツジを用いるのが普通である。しかし、容量性
エレメントを用いたブリツジにおいては、それを
平衡させる、すなわち、零調整するには、通常、
相互作用のために１以上のエレメントを調節しな
ければならない。

〔発明の概要〕

本発明は、コンデンサをモニターするためのコ
ンデンサ・モニター回路、とくにグランド（接
地）を基準とした出力を生じる簡単なコンデン
サ・モニター回路を提供するものである。本発明
のコンデンサ・モニター回路は、特に、湿度のよ
うな状態に応答するコンデンサを利用し、そのコ
ンデンサの値をモニターして例えば湿度のような
状態を検出する状態検出装置において有用であ
る。状態検出装置の湿度検出素子には、例えば、
ポリイミド誘電タイプ（polymide dielectric
type）のセンサがある。このキヤパシタンス型の
検出素子は、誘電体損が極めて小さく、無視でき
る程度のわずかな抵抗値しかなくほぼ純粋なコン
デンサであるので、本発明のコンデンサ・モニタ
ー回路では１つのエレメントの調節によつてコン
デンサ・モニター回路の出力を零に調整できる。
設定したい湿度においてこの零調整をおこなつた
後で、現実の湿度が設定した湿度からずれたこと
により湿度検出素子のキヤパシタンスが変化する
と、コンデンサ・モニター回路の出力が零でなく
なり、設定した湿度からのずれを検出できる。

本発明は、１つの抵抗素子の調節によつて零調
整が可能なコンデンサ・モニター回路を提供する
ものである。抵抗素子は自動調節が容易である利
点があり、また、零調整を周波数に依存せずに方
形波で駆動しても達成することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を一実施例により図面を用いて説
明する。

第１図において、信号発生手段１０は、説明の
簡単化のために方形波発生器として示されてい
る。この信号発生手段１０の出力は、図示されて
いるような、０ボルトとＥボルトとの間で変化す
る電圧の信号である。この出力はインバータない
しNOTゲート１２へ導線１１を介して与えられ、
さらに、そこで方形波は反転されて導線１３へ供
給される。導線１３は、接続点１４で導線１５お
よび１６の２つに分かれる。導線１５は、NOT
ゲート１７を介して導線１８に接続されている。
これらは電圧駆動手段２２を構成する。導線１６
および１８には、相互に逆位相の波形２１および
２０で示される２つの変化する電圧（varying
volt ages）がそれぞれ現れる。導線１６および
１８は電圧駆動手段２２の出力点である。

導線１８は抵抗Raに接続されて第１ないし上
辺の測定回路を形成し、導線１６は抵抗Rbに接
続されて第２ないし下辺の測定回路を形成する。
後述する理由から、抵抗Raおよび抵抗Rbの抵抗
値は等しくされる。抵抗Raは接続点２３で可変
抵抗Rxに接続され、その可変抵抗Rxは２４で示
すように接地されている。可変抵抗Rxはポテン
シヨメータでも、ハイブリツド回路で使用されて
いるような調節（トリミング）可能な抵抗素子で
あつても良い。

接続点２３には、さらに、固定コンデンサCf
に接続されている。その固定コンデンサCfは、
誘電体損が非常に低くて抵抗値がほぼ無視でき、
ほぼ純粋なキヤパシタンスで表わすことができる
ものである。固定コンデンサCfは、接続点２５
において、別の（可変の）コンデンサChに接続
される。この別のコンデンサChは、例えば湿度
のような状態を検出する状態応答コンデンサであ
つて、湿度に応答するポリイミドタイプのコンデ
ンサである。コンデンサChはこれに限られず、
湿度以外の状態に応答して変化するコンデンサで
も当然良く、用途により必要があればマニユアル
で調整するタイプのコンデンサでも良い。コンデ
ンサChは、さらに、抵抗Rbに接続される。これ
らの抵抗Ra，Rb，Rxと、コンデンサCf，Chと
を含む回路は、処理回路を構成する。

接続点２５は処理回路の回路出力点をなし、負
荷への端子３０に接続されている。負荷は抵抗負
荷３１として示され、接地された端子３２にも接
続される。接続点２５すなわち回路出力点におけ
る電圧がゼロとなるように、可変抵抗Rxが調節
される。すなわち、いわゆる零調整を可変抵抗の
調整によつて行える。

回路のコストを下げるためには、信号発生手段
１０は、トランジスタ段の飽和によつて、その電
源電圧に近い電圧値がその出力波形の波高値とな
るようにするのが最も容易である。そうすると、
安定化された電源電圧により、信号発生手段１０
の出力、すなわち、処理回路へ与えられる変化す
る電圧も、安定化されることになるからである。
接続点２５における電圧を、接地に対してゼロに
調節できるようにするためには、上辺と下辺と
は、波形２１および２０でそれぞれ示されるよう
な相互に逆位相の変化する電圧で、駆動されなけ
ればならない。これは、NOTゲートすなわちイ
ンバータ１７を用いることにより達成できる。波
形２１および２０は方形波である必要はない。

抵抗Rxを調整することにより、なぜコンデン
サ・モニター回路の零調整ができるか、すなわ
ち、回路出力点である接続点２５に現れる出力を
零に調整することができるかを理解するために、
次の仮定を置くこととする。いまコンデンサCf
が固定の、安定したコンデンサであり、可変のコ
ンデンサChよりほぼ50％大きいものであるとす
る。ここでは、可変のコンデンサChは湿度検出
素子である。パラメータＡをCf／Chと定義でき、
そうするとパラメータＡはほぼ1.5になる。さら
に、上辺の抵抗Raと下辺の抵抗Rbとが等しいと
する。（なお、上辺の抵抗Raの抵抗値下辺の抵抗
Rbの抵抗値とは、完全に一致していなくても、
十分に近似していれば、実用上、差し支えない。） さて、導線１８の電圧がＥ（供給電圧値）へと
変化すると、導線１６の電圧は零へと変化する。
このように駆動電圧が変化する時点では、導線１
８における電圧変化と、導線１６における電圧変
化とは、それらの大きさにおいて相互に等しく、
相互に逆位相である。

ところで、駆動電圧にこのようなの電圧変化が
生じたその瞬間において、コンデンサCfの抵抗
Raに接続された上の電極の電位と、コンデンサ
Chの抵抗Rbに接続された下の電極の電位とに変
化が生じなければ、少なくともその瞬間において
は接続点２５の出力にも変化が生じない筈であ
る。接続点２５の出力に変化が生じないようにす
るためには、駆動電圧の電圧変化の瞬間において
コンデンサCfおよびChの直列接続体の両端間の
電圧は瞬間的な変化をしない点を考慮すると、導
線１８と導線１６における駆動電圧の電圧変化の
大きさが上述の通り相互に等しいのであるから、
その瞬間における抵抗Raの両端における電圧変
化の大きさと、その瞬間における抵抗Rbの両端
における電圧変化の大きさとが等しくなければな
らない。

また、駆動電圧の電圧変化が生じたその瞬間に
おいてコンデンサCfの上の電極の電位に変化が
生じなければ、その瞬間には抵抗Rxの電流に変
化が生じないので、その瞬間における抵抗Raで
の電流変化と、その瞬間における抵抗Rbでの電
流変化とは等しくなる。そして抵抗Raと抵抗Rb
とを、前述の通り等しくしたのであるから、その
瞬間における抵抗Raの両端における電圧変化の
大きさと、その瞬間における抵抗Rbの両端にお
ける電圧変化の大きさとが等しくなる。かくし
て、駆動電圧に電圧変化が生じたその瞬間におい
ては、出力端子３０の出力に変化が生じない。駆
動電圧に電圧変化が生じた後は、時定数に応じて
出力端子３０の出力に変化が生じる。

ここでコンデンサCfを駆動する等価インピー
ダンス、すなわち、コンデンサCfに直列の等価
抵抗は、抵抗Raと抵抗Rxとの並列接続に相当
し、すなわち、Ra・Rx／（Ra＋Rx）である。
そうすると、上辺の時定数は ｛Ra・Rx／（Ra＋Rx）｝×Cf となり、一方、下辺の時定数はRb×Chである。
そして、上辺の時定数と、下辺の時定数とが等し
くなるように抵抗Rxを調節することにより、コ
ンデンサ・モニター回路の接続点すなわち回路出
力点２５に、その後（駆動電圧に電圧変化が生じ
た後）に現れる出力を零に維持できる。ここで、
｛Ra・Rx／（Ra＋Rx）｝×Cf〔上辺の時定数）＝
Rb×Ch〔下辺の時定数〕とすると、Ra＝Rb，Cf
＝Ａ・Chであるので、Rx＝Ra／（Ａ−１）が得
られる。さらに、Ａ＝1.5とすれば、Rx＝2Raと
なる。これが上辺と下辺とがバランスする条件で
ある。

抵抗Rxの調節により上辺と下辺の時定数が一
致させられた状態で回路が始動されると、駆動電
圧の電圧変化に伴つて、コンデンサCfの上の電
極とコンデンサChの下の電極とのそれぞれには
（等しい時定数に従つた）電圧変動が現れ、それ
らのコンデンサには相互におおよそ等しい電流が
流れ、一方のコンデンサから流出する電流がほぼ
他方のコンデンサに流入する。時定数が等しいか
ら、接続点２５、従つて出力端子３０には電圧変
動（交流成分）は現れない。そして、出力端子３
０の電圧は、負荷抵抗３１により端子３２の電位
（ここでは接地電位、すなわち零電位である。）へ
と次第に引きつけられる。負荷抵抗３１は、出力
端子３０の電圧を安定化する働きをする。出力端
子３０すなわち接続点２５の電位が、端子３２の
電位に一致すると、その後は、一方のコンデンサ
から流出する電流と、他方のコンデンサに流入す
る電流とは、常に、完全に一致する。換言すれ
ば、出力端子３０の電圧が安定化された後は、抵
抗Raでの電圧降下とコンデンサCfの電圧の和は
導線１８に与えられる電圧に一致し、抵抗Rbで
の電圧降下とコンデンサChの電圧の和は導線１
６に与えられる電圧に一致する。

本発明のコンデンサ・モニター回路を状態検出
装置に適用する場合には、設定したい湿度におい
て零調整を行う。すなわち、出力端子３０の電圧
が零となるように抵抗Rxを調整する。その後で、
現実の湿度が設定した湿度からずれたことにより
湿度検出素子のキヤパシタンスChが変化すると、
出力端子３０の出力が零でなくなり、設定した湿
度からのずれを検出できる。

本発明のコンデンサ・モニター回路において、
固定コンデンサCfは、可変のコンデンサChより
もキヤパシタンスが大きいものでなければならな
い。その理由は、Ａ＝Cf／Chとしたとき、Rx＝
Ra／（Ａ−１）が不定にならないようにするた
めである。個々のコンデンサを精確に較正してお
く必要はない。較正は、設定したい湿度における
Cf／Chの値をＡとしたとき、Rx＝Ra／（Ａ−
１）となるように調節することにより達成でき
る。Rxの調節は、コンデンサChを所望の湿度に
セツトしてから、接続点２５の出力が零となるよ
うにRxの値を設定することにより行える。

このように零調整をした後に湿度が変化する
と、コンデンサChの値が変わり、従つて、上辺
の時定数と下辺の時定数とが一致しなくなり、一
方のコンデンサから流出する電流と、他方のコン
デンサに流入する電流とが等しくなくなる。例え
ばコンデンサChの値が、零調整をした時の値よ
りも小さいとすると、接続点２５に駆動電圧と同
じ周波数のリツプル状の電圧が現れ、コンデンサ
Chの値が零調整をした時の値よりも大きいとす
ると、小さい場合の上記電圧とは180°位相のずれ
たリツプル状の電圧が現れる。この位相の違いに
より、コンデンサChの値が減少したか増大した
かを決定することができる。

本発明のコンデンサ・モニター回路は、湿度に
よる零調整状態からの変化に伴つて、出力端子３
０に生じる（端子３２に対しての）零でない出力
を積分することにより、相対湿度の測定にも利用
できる。また、相対湿度の広い範囲にわたつて各
湿度の値について較正を行い、Rxをなすポテン
シヨメータに目盛りを付しておくことにより、湿
度を直接に表示させるようにすることもできる。

このように、本発明によれば、１つの抵抗素子
の簡単な調節によつて零調整が行え、容量性エレ
メントを用いることができる非常に簡単な回路が
得られる。この構成によれば、回路構成を高度に
単純化し、そして、状態制御装置に直ちに適用で
きる非常に安価な回路が提供される。

本発明は、非常に単純化した形で示してきた
が、以上の説明は好ましい実施例を説明したもの
であり、当業者であれば、この発明の範囲内で
種々の変更が可能であることは明かであろう。従
つて、本発明は、特許請求の範囲の記載のみによ
つて限定されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す図である。 １６，１８……導線（出力点）、２０，２１…
…変化する電圧、２２……電圧駆動手段、２５…
…回路出力点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンデンサ・モニター回路であつて： 相互に逆位相の波形の２つの変化する電圧を与
   える出力点を有する電圧駆動手段と； 上記２つの変化する電圧の一方を与える出力点
   と回路出力点との間に直列に接続された、第１の
   抵抗および第１のコンデンサを含む第１の測定回
   路と； 上記２つの変化する電圧の他方を与える出力点
   と回路出力点との間に直列に接続された、第２の
   抵抗および第２のコンデンサを含む第２の測定回
   路とを備え； 上記第１および第２の抵抗はほぼ同じ大きさで
   あり； 上記第１および第２のコンデンサは異なる容量
   で一方は可変容量であり、上記第１および第２の
   コンデンサは接続されて回路出力点をなし、この
   回路出力点は、導電性負荷を介して所定の固定し
   た電圧点へ接続されるべきものであつて、接地に
   対しての回路出力を生じ； 接地と上記第１および第２のコンデンサの一方
   との間に可調整抵抗が接続され、その接続された
   コンデンサの一方に与えられる電圧を調整して、
   上記回路出力点の、接地に対しての電圧値を零に
   できるようにされている ことを特徴とするコンデンサ・モニター回路。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のコンデンサ・
   モニター回路において、可変容量の上記コンデン
   サは状態応答コンデンサであることを特徴とする
   コンデンサ・モニター回路。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のコンデンサ・
   モニター回路において、上記状態応答コンデンサ
   は、その誘電体損が非常に低いことを特徴とする
   コンデンサ・モニター回路。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項または第３項
   に記載のコンデンサ・モニター回路において、上
   記電圧駆動手段からの上記２つの変化する電圧は
   方形波であることを特徴とするコンデンサ・モニ
   ター回路。