JPH06241706A - Capacitance type displacement gauge - Google Patents

Capacitance type displacement gauge

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JPH06241706A
JPH06241706A JP2824193A JP2824193A JPH06241706A JP H06241706 A JPH06241706 A JP H06241706A JP 2824193 A JP2824193 A JP 2824193A JP 2824193 A JP2824193 A JP 2824193A JP H06241706 A JPH06241706 A JP H06241706A
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capacitance
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electrodes
circuit
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Yoshikazu Inoue
美和 井上
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the floating capacity and distributing capacity around an electrode, and precisely measure an electrostatic capacity by providing a slide shaft capable of sliding in a cylindrical outer cylinder, and the electrode on the outer circumferential surface thereof. CONSTITUTION:A metal slide shaft 4 is mounted in an outer cylinder 27 in such a manner as to be capable of sliding, and the central part is continued to a major diameter part 4a. In adjacent positions to the outer circumference of the major diameter part 4a, cylindrical electrodes 2A, 2B are arranged. Cylindrical guard electrodes 3A, 3B are inserted between the electrodes 2A, 2B and the outer cylinder 27, whereby a precision reduction by the distributing capacity between the electrodes 2A, 2B and the outer cylinder 27 is eliminated. Insulating rings 28, 29, 30 are inserted among the electrodes 2A, 2B, the guard electrodes 3A, 3B, and the outer cylinder 27, respectively. The electrodes 2A, 2B and the guard electrodes 3A, 3B are connected to the internal conductors 5A, 5B and external conductors 6A, 6B of two coaxial cables, respectively, and delivered to an external control part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、静電容量の変化を検出
し、等価的に物理量の変化を計測する静電容量形変位計
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type displacement meter which detects changes in capacitance and equivalently measures changes in physical quantity.

【0002】[0002]

【従来の技術】静電容量形変位計は、誘電率の測定、変
位及び厚みの測定に採用されているが、原理的に次のよ
うな問題点を持っている。
2. Description of the Related Art Capacitance type displacement gauges are used for measurement of permittivity, displacement and thickness, but in principle they have the following problems.

【0003】1)検出面以外の電極面(側面、裏面)及
び電極と制御部間のケーブルも電極の一部であり、これ
らが浮遊容量の影響を受け、精度低下をきたす。
1) The electrode surface (side surface, back surface) other than the detection surface and the cable between the electrode and the control unit are also a part of the electrode, and these are affected by the stray capacitance, resulting in a decrease in accuracy.

【0004】2)電極を接地されたケースで囲み、また
電極と制御部間を同軸ケーブルとし、その外部導体を接
地すれば浮遊容量を遮断することができるが、新たに電
極とケース間及び同軸ケーブルの外部導体と内部導体間
に多大の分布容量が発生し、検出精度を低下させる。
2) Floating capacitance can be cut off by surrounding the electrode with a grounded case and by using a coaxial cable between the electrode and the control unit and grounding the outer conductor of the coaxial cable. A large amount of distributed capacitance is generated between the outer conductor and the inner conductor of the cable, which lowers the detection accuracy.

【0005】図12に従来の測定方法の一例を示す。FIG. 12 shows an example of a conventional measuring method.

【0006】このように従来は、前記問題点に対する電
気的対策がされていないため、電極及び電極と制御部間
のケーブルに発生する浮遊容量または分布容量により精
度が大きく低下することになりこの精度低下を防止する
ため、電極と制御部を一体化した構造としていた。
As described above, in the related art, no electrical countermeasures against the above-mentioned problems have been taken. Therefore, the precision is greatly reduced due to the stray capacitance or the distributed capacitance generated in the electrode and the cable between the electrode and the control unit. In order to prevent the decrease, the electrode and the control unit are integrated.

【0007】本来、静電容量形の電極は導電性の面であ
ればよく、円筒、ローラ状など必要とする形状が容易に
得られる特徴を有しており、従来の方法は一体化を余儀
なくされているために、この特徴が生かされていなかっ
た。
Originally, the capacitance type electrode has only to have a conductive surface and has a characteristic that a required shape such as a cylindrical shape or a roller shape can be easily obtained. Therefore, the conventional method is inevitably integrated. Because of this, this feature was not utilized.

【0008】また、静電容量を測定し、等価的に誘電率
または変位を計測する場合、検出静電容量に直列または
並列に抵抗が加わる場合があるが、従来の方法は、この
直列または並列抵抗により検出すべき静電容量を正しく
測定できなかった。
When the capacitance is measured and the permittivity or displacement is equivalently measured, a resistance may be added in series or in parallel to the detection capacitance, but the conventional method is to use this series or parallel. The capacitance to be detected by the resistance could not be measured correctly.

【0009】例えば、図13(a)は半導体のような導
電率の低い材質と電極間の間隔を測定する例であり、こ
の場合図13(b)のように検出静電容量C1 と直列に
半導体の抵抗rが加わることになり、間隔dを正しく測
定できなかった。
For example, FIG. 13A shows an example of measuring the distance between electrodes and a material having a low conductivity such as a semiconductor. In this case, as shown in FIG. 13B, the detection capacitance C 1 is connected in series. Since the resistance r of the semiconductor was added to, the distance d could not be measured correctly.

【0010】図14(a)は誘電率の測定の例であり、
この場合図14(b)のように検出静電容量C1 と並列
に、誘電体の抵抗rが加わることになり、正確な誘電率
を測定できなかった。
FIG. 14A shows an example of measurement of the dielectric constant,
In this case, as shown in FIG. 14B, the resistance r of the dielectric substance was added in parallel with the detection capacitance C 1 , and the accurate dielectric constant could not be measured.

【0011】さらに、この種の変位計には従来、差動ト
ランス式が使用されているが、コイルを巻く必要があ
り、高価であった。
Further, although a differential transformer type has been conventionally used for this type of displacement gauge, it is expensive because it requires a coil to be wound.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決すべき課
題は、電極回りの浮遊容量及び分布容量を排除し、かつ
検出精度を低下させることなく、検出部と制御部を分離
可能とするとともに、検出静電容量に直列または並列に
加わる抵抗に影響されず、静電容量を正しく測定できる
静電容量形変位計を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to eliminate the stray capacitance and distributed capacitance around the electrodes, and to make it possible to separate the detection unit and the control unit without lowering the detection accuracy. An object of the present invention is to provide a capacitance displacement meter that can accurately measure the capacitance without being affected by the resistance applied in series or in parallel to the detection capacitance.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明の静電容量形変位計は、円筒状の外筒に摺動
自在に装着された金属製のスライドシャフトと、前記外
筒内に前記スライドシャフトの外周に近接して配設され
た電極と、前記スライドシャフトと前記電極との間の静
電容量の大きさを交流電圧の振幅の大きさに変換する静
電容量−電圧変換回路と、同静電容量−電圧変換回路の
出力を前記スライドシャフトの変位に変換して出力する
出力手段とを備えた構成としている。
In order to solve this problem, a capacitance type displacement gauge according to the present invention comprises a metal slide shaft slidably mounted on a cylindrical outer cylinder, and the outer cylinder. An electrode disposed in the vicinity of the outer circumference of the slide shaft, and a capacitance-voltage for converting the magnitude of the capacitance between the slide shaft and the electrode into the magnitude of the amplitude of the AC voltage. It is configured to include a conversion circuit and output means for converting the output of the capacitance-voltage conversion circuit into the displacement of the slide shaft and outputting the displacement.

【0014】[0014]

【作用】スライドシャフトを外筒に対して長手方向に移
動させると、その変位に応じて電極との間の静電容量の
大きさが変化する。そこで、その静電容量の変化を電圧
に変換することにより、変位の大きさに応じた出力が得
られる。
When the slide shaft is moved in the longitudinal direction with respect to the outer cylinder, the magnitude of the electrostatic capacitance between the slide shaft and the electrode changes according to the displacement. Therefore, by converting the change in the capacitance into a voltage, an output according to the magnitude of the displacement can be obtained.

【0015】さらに、電極を囲んでいるガード極及び同
軸ケーブルの外部導体をボルテージフォロワアンプによ
り電極及び同軸ケーブルの内部導体とほぼ同一電位にド
ライブすることにより、電極及び同軸ケーブルの内部導
体に発生する分布容量を微小とするとともに、浮遊容量
を遮断する。また、ガード極で電極の一部を囲むことに
より、検出方向を限定することができる。
Further, the guard poles surrounding the electrodes and the outer conductor of the coaxial cable are driven by the voltage follower amplifier to almost the same potential as that of the inner conductor of the electrode and the coaxial cable. The distributed capacitance is made minute and the stray capacitance is cut off. Moreover, the detection direction can be limited by surrounding a part of the electrode with the guard electrode.

【0016】サンプリング回路はボルテージフォロワア
ンプ相互の差を検出静電容量に比例した電圧として出力
するものであるが、この出力には、電極とガード極間及
び同軸ケーブルの内部導体と外部導体間の分布容量に比
例する成分と、検出静電容量に直・並列に加わる抵抗に
比例する成分が、ボルテージフォロワアンプ出力の相互
の積の同相分として含まれている。
The sampling circuit outputs the difference between the voltage follower amplifiers as a voltage proportional to the detected electrostatic capacity. The output is between the electrode and the guard pole and between the inner conductor and the outer conductor of the coaxial cable. A component proportional to the distributed capacitance and a component proportional to the resistance added in series / parallel to the detection capacitance are included as the in-phase component of the mutual product of the voltage follower amplifier outputs.

【0017】検出静電容量に比例する成分は、ボルテー
ジフォロワアンプ相互の積の90°遅れ位相分であるの
で、サンプリング回路はボルテージフォロワアンプ相互
の積の90°遅れ位相でサンプリングすることにより、
検出静電容量に比例した成分のみを出力する。なお、電
極が1個の場合、電極が接続されていない方のボルテー
ジフォロワアンプの入力間に、電極とガード極及び同軸
ケーブルの内部導体と外部導体間の分布容量の和に等し
いコンデンサを挿入することにより、前記相互の積の分
布容量による同相分を小さくすることができる。
Since the component proportional to the detected capacitance is the 90 ° delayed phase of the product of the voltage follower amplifiers, the sampling circuit samples by the 90 ° delayed phase of the product of the voltage follower amplifiers.
Only the component proportional to the detected capacitance is output. If there is only one electrode, insert a capacitor equal to the sum of the distributed capacitance between the electrode and the guard pole and the inner and outer conductors of the coaxial cable between the inputs of the voltage follower amplifier to which the electrode is not connected. As a result, the in-phase component due to the distributed capacitance of the mutual products can be reduced.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。 〔第1実施例〕図1は本発明の第1実施例を示すもので
あり、電極2個による差動式の場合を示す。外筒27内
には金属製のスライドシャフト4が摺動自在に取り付け
られており、スライドシャフト4の中央部あるいは中立
位置は大径部4aとなっている。この大径部4aの外周
の近接した位置には円筒状電極2A,2Bが配設されて
いる。この円筒状電極2A,2Bと外筒27間に円筒状
のガード極3A,3Bを挿入することにより、電極2
A,2Bと外筒27間の分布容量による精度低下を排除
し、この種の測長器に静電容量式の適用を可能にしてい
る。電極2A,2B、ガード極3A,3B及び外筒27
間には絶縁リング28,29,30が挿入されている
が、これらの絶縁リングは、電極2A,2Bとガード極
3A,3B間、及びガード極3A,3Bと外筒27間の
静電容量による精度低下が微小であるため、誘電率の変
動が比較的大きな材質でも問題ない。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. [First Embodiment] FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, showing a case of a differential type having two electrodes. A metal slide shaft 4 is slidably mounted in the outer cylinder 27, and the central portion or neutral position of the slide shaft 4 is a large diameter portion 4a. Cylindrical electrodes 2A and 2B are arranged at positions close to the outer circumference of the large diameter portion 4a. By inserting the cylindrical guard electrodes 3A and 3B between the cylindrical electrodes 2A and 2B and the outer cylinder 27, the electrode 2
The accuracy deterioration due to the distributed capacitance between A and 2B and the outer cylinder 27 is eliminated, and the capacitance type can be applied to this type of length measuring device. Electrodes 2A, 2B, guard electrodes 3A, 3B and outer cylinder 27
Insulating rings 28, 29, 30 are inserted between them, and these insulating rings have capacitances between the electrodes 2A, 2B and the guard electrodes 3A, 3B, and between the guard electrodes 3A, 3B and the outer cylinder 27. Since the decrease in accuracy due to the above is small, there is no problem even if the material has a relatively large variation in the dielectric constant.

【0019】円筒状電極2A,2Bとガード電極3A,
3Bはそれぞれ2本の同軸ケーブルの内部導体5A,5
B及び外部導体6A,6Bに接続され、外部の制御部に
導出される。図1の本実施例では制御部が検出部1と分
離されているので、高温においても使用可能である。
The cylindrical electrodes 2A and 2B and the guard electrode 3A,
3B are inner conductors 5A and 5 of two coaxial cables, respectively.
B and the external conductors 6A and 6B are connected to the external control unit. In the present embodiment of FIG. 1, the control unit is separated from the detection unit 1, so that it can be used even at high temperatures.

【0020】図2は、本発明の静電容量形変位計におけ
る検出部1と静電容量−電圧変換回路7及び同軸ケーブ
ルを示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the detection unit 1, the capacitance-voltage conversion circuit 7 and the coaxial cable in the capacitance type displacement meter of the present invention.

【0021】図3は、本発明の検出部1から静電容量−
電圧変換回路7までの等価回路と、サンプリング回路1
6のブロック図を示す。図3において、C1 ,C2 は図
2における電極2A,2Bと共通電位COMに接続され
るスライドシャフト4間の検出静電容量であり、C3
4 はガード極3A,3Bと共通電位COM間及び同軸
ケーブルの外部導体6A,6Bと共通電位COM間及び
ボルテージフォロワアンプQ1 ,Q2 からサンプリング
回路16間のケーブルと共通電位COM間の分布容量の
和、C5 ,C6 は電極2A.2Bとガード極3A.3B
間及び同軸ケーブルの内部導体5A,5Bと外部導体6
A,6B間の分布容量の和である。
FIG. 3 shows the capacitance of the detector 1 according to the present invention.
Equivalent circuit up to voltage conversion circuit 7 and sampling circuit 1
6 shows a block diagram of 6. In FIG. 3, C 1 and C 2 are the detected capacitances between the electrodes 2A and 2B in FIG. 2 and the slide shaft 4 connected to the common potential COM, and C 3 and
C 4 is a distribution between the guard electrodes 3A and 3B and the common potential COM, between the outer conductors 6A and 6B of the coaxial cable and the common potential COM, and between the cable between the voltage follower amplifiers Q 1 and Q 2 and the sampling circuit 16 and the common potential COM. The sum of the capacitances, C 5 and C 6, are the electrodes 2A. 2B and guard pole 3A. 3B
Inner conductors 5A and 5B and outer conductor 6 of the inter- and coaxial cables
It is the sum of the distributed capacities between A and 6B.

【0022】以下、検出部及び同軸ケーブル回りに発生
する静電容量の精度に及ぼす影響について詳細に説明す
る。
The effect of the capacitance generated around the detector and the coaxial cable on the accuracy will be described in detail below.

【0023】〔静電容量−電圧変換回路7〕正弦波発振
器OSCの発振周波数におけるボルテージフォロワアン
プQ1,Q2のループゲインAf とゲインエラーεの関係
は(1)式で近似できる。 ε=1/(jAf) ・・・・・・(1)
[Capacitance-Voltage Conversion Circuit 7] The relationship between the loop gain A f of the voltage follower amplifiers Q 1 and Q 2 and the gain error ε at the oscillation frequency of the sine wave oscillator OSC can be approximated by the equation (1). ε = 1 / (jA f ) ... (1)

【0024】従って、ボルテージフォロワアンプQ1
出力電圧e1 は(2)式となる。 e1 ={(1-εR0ωC5)ei}/〔1-εR0ω(C3+C5)-εR ω(C1+C5)+ jRωC1{1-εR0ω(C3+C3・C5/C1+C5)}+jε〕 ・・・・・(2)
[0024] Therefore, the output voltage e 1 of the voltage follower amplifier Q 1 is a (2). e 1 = {(1-εR 0 ωC 5 ) e i } / [1-εR 0 ω (C 3 + C 5 ) -εR ω (C 1 + C 5 ) + jRωC 1 {1-εR 0 ω (C 3 + C 3 · C 5 / C 1 + C 5 )} + jε] ・ ・ ・ (2)

【0025】この式によりC5 のe1 に及ぼす影響は、
1 のそれに比べほぼε倍となっており、C3 のe1
及ぼす影響は、さらに小さくC1 のほぼεR0 /R倍と
なっていることがわかる(一般にR≫R0 ) 。
From this equation, the effect of C 5 on e 1 is
Has a substantially ε doubled compared to that of C 1, effects on e 1 of C 3 It can be seen that even smaller almost .epsilon.R 0 / R times the C 1 (generally R»R 0).

【0026】逆の見方をすれば、C5の実質静電容量が
5×ε、C3の実質静電容量がC3×εR0 /Rとなっ
たと考えることができる。これが、ガード極及び同軸ケ
ーブルの外部導体をボルテージフォロワアンプでドライ
ブした効果である。
[0026] If the opposite view, can be considered as substantially the capacitance of C 5 is substantially the capacitance of C 5 × epsilon, C 3 became C 3 × εR 0 / R. This is the effect of driving the guard pole and the outer conductor of the coaxial cable with the voltage follower amplifier.

【0027】〔サンプリング回路16〕サンプリング回
路16は、ボルテージフォロワアンプ相互の差を変位量
として出力するものであるが、この出力には、電極とガ
ード極間及び同軸ケーブルの内部導体と外部導体間の分
布容量の和に比例する成分がボルテージフォロワアンプ
出力の相互の積の同相分として含まれている。
[Sampling Circuit 16] The sampling circuit 16 outputs the difference between the voltage follower amplifiers as the displacement amount. The output is between the electrode and the guard pole and between the inner conductor and the outer conductor of the coaxial cable. A component proportional to the sum of the distributed capacitance of is included as the in-phase component of the mutual product of the voltage follower amplifier outputs.

【0028】変位に比例する成分は、ボルテージフォロ
ワアンプ相互の積の90°遅れ位相分であるので、90
°位相遅れで、サンプリングすることにより、変位に比
例した成分のみを出力することができる。
The component proportional to the displacement is the 90 ° delayed phase of the product of the voltage follower amplifiers, so 90
By sampling with a phase delay, only the component proportional to the displacement can be output.

【0029】サンプリング回路16は、(2)式の中で
最も影響度の大きいC5 ,C6 の精度に与える影響をさ
らに減少させるものであり、(2)式は影響度の小さい
項を削除すれば(3)式となる。 e1 =ei /{1−εRω(C1 +C5 )+jωC1 } ・・・(3)
The sampling circuit 16 further reduces the influence on the accuracy of C 5 and C 6 which have the greatest influence in the equation (2), and the equation (2) eliminates the term having a small influence. If it does, it will become a formula (3). e 1 = e i / {1-εRω (C 1 + C 5 ) + jωC 1 } (3)

【0030】同じくボルテージフォロワアンプQ2 の出
力電圧e2 は(4)式となる。 e2 =ei /{1−εRω(C2 +C6 )+jωC2 } ・・・(4)
The same output voltage e 2 of the voltage follower amplifier Q 2 is (4). e 2 = e i / {1-εRω (C 2 + C 6 ) + jωC 2 } (4)

【0031】減算器10の出力e3 =e1 −e2 は、
(3),(4)式より(5)式となる。 e3 ={εRω(C1-C2+C5-C6)-jRω(C1-C2)e1} /[{1-εRω(C1+C5)+jRωC1}{1-εRω(C2+C6)+jRωC2}]・・(5)
The output e 3 = e 1 -e 2 of the subtractor 10 is
From equations (3) and (4), equation (5) is obtained. e 3 = {εRω (C 1 -C 2 + C 5 -C 6 ) -jRω (C 1 -C 2 ) e 1 } / [{1-εRω (C 1 + C 5 ) + jRωC 1 } {1- εRω (C 2 + C 6 ) + jRωC 2 }] ・ ・ (5)

【0032】(5)式は、ei の位相基準であり、これ
をe1 ×e2 の位相基準にすると(6)式となり分母は
同相分のみとなる。 e3’={εRω(C5-C6)-jRω(C1-C2)e1 } /([{1-εRωC52+{RωC12]1/2×[{1-εRωC62+{RωC22]1/2) ・・・(6)
Expression (5) is a phase reference of e i , and when this is used as a phase reference of e 1 × e 2 , expression (6) is obtained and the denominator is only the in-phase component. e 3 '= {εRω (C 5 -C 6 ) -jRω (C 1 -C 2 ) e 1 } / ([{1-εRωC 5 } 2 + {RωC 1 } 2 ] 1/2 × [{1- εRωC 6 } 2 + {RωC 2 } 2 ] 1/2 ) (6)

【0033】サンプリング回路16は、e1 ×e2 の位
相基準で、かつその90°位相遅れ分のみをサンプリン
グするもので、C5 ,C6 により変化する(6)式の第
1項を排除し、検出静電容量に比例した(5)式の第2
項のみを取り出そうとするものである。
The sampling circuit 16 is a phase reference of e 1 × e 2 and samples only the 90 ° phase delay, and eliminates the first term of the equation (6) which changes depending on C 5 and C 6. Then, the second of the formula (5) proportional to the detected capacitance
It is intended to retrieve only terms.

【0034】図2において加算器12の出力e4
(7)式となる。 e4 ={2-εRω(C5+C6)+jRω(C1+C2)}ei/ (〔1-εRωC5+jRωC1〕〔1-εRωC6+jRωC2〕) ・・・(7)
In FIG. 2, the output e 4 of the adder 12 is given by equation (7). e 4 = {2-εRω (C 5 + C 6 ) + jRω (C 1 + C 2 )} e i / ([1-εRωC 5 + jRωC 1 ] [1-εRωC 6 + jRωC 2 ]) ・ ・ ・(7)

【0035】遅延回路13は、その遅延角度Qが(8)
式となるよう、抵抗及びコンデンサを選定する。 Q= tan-1〔−Rω(C1+C2)/{2-εRω(C5+C6)}〕 ・・・(8)
The delay circuit 13 has a delay angle Q of (8).
Select the resistor and capacitor so that Q = tan -1 [-Rω (C 1 + C 2 ) / {2-εRω (C 5 + C 6 )}] (8)

【0036】ここで差動式の場合、一般にC1 +C2
一定であり、検出静電容量によりQを変化させる必要は
ない。
In the case of the differential type, C 1 + C 2 is generally constant, and it is not necessary to change Q depending on the detected electrostatic capacity.

【0037】(7)式と(8)式より遅延回路13の出
力e5 は(9)式となり、e1×e2と同相となる。 e5 =e4 ×〔2-εRω(C5+C6)-jRω(C1+C2)〕 =〔{2-εRω(C5+C6)}2+{Rω(C1+C2)}2〕ei/ 〔{1-εRωC5+jRωC1}{1-εRωC6+jRωC2}〕 =e1×e2〔{2-εRω(C5+C6)}2+{Rω(C1+C2)}2〕/ei・・・・(9)
From the equations (7) and (8), the output e 5 of the delay circuit 13 becomes the equation (9), which is in phase with e 1 × e 2 . e 5 = e 4 × [2-εRω (C 5 + C 6 ) -jRω (C 1 + C 2 )] = [{2-εRω (C 5 + C 6 )} 2 + {Rω (C 1 + C 2 )} 2 ] e i / [{1-εRωC 5 + jRωC 1 } {1-εRωC 6 + jRωC 2 }] = e 1 × e 2 [{2-εRω (C 5 + C 6 )} 2 + { Rω (C 1 + C 2 )} 2 ] / e i・ ・ ・ ・ (9)

【0038】比較器14はe5 を方形波にするもので、
その出力e6 はe5 の位相が90°ずれた点で信号が反
転する。
The comparator 14 makes e 5 a square wave.
The signal of the output e 6 is inverted at the point where the phase of e 5 is shifted by 90 °.

【0039】減算器10の出力e3 は、サンプル・ホー
ルド回路のアナログ入力となり、比較器14の出力e6
はホールド信号となるため、サンプル・ホールド回路
は、e3をe1 ×e2 の位相基準でかつ位相が90°遅
れた点でサンプリングすることになり、その直流出力E
は(6)式の同相分がなくなり、また90°位相遅れ分
の波高値となるため、ei を実効値とすれば(10)式
となる。 E=√2Rω(C1-C2)ei/(〔{1-εRωC52+{RωC121/2 ×〔{1-εRωC62+{RωC221/2) ・・・(10)
The output e 3 of the subtractor 10 becomes the analog input of the sample and hold circuit, and the output e 6 of the comparator 14
Becomes a hold signal, the sample and hold circuit samples e 3 at the phase reference of e 1 × e 2 and at a point where the phase is delayed by 90 °.
Since the in-phase component of the equation (6) disappears and the crest value for the 90 ° phase delay is obtained, the equation (10) is obtained if e i is an effective value. E = √2Rω (C 1 -C 2 ) e i / ([{1-εRωC 5 } 2 + {RωC 1 } 2 ] 1/2 × [{1-εRωC 6 } 2 + {RωC 2 } 2 ] 1 / 2 ) ・ ・ ・ (10)

【0040】以上のことから、電極及び同軸ケーブル回
りに発生する容量C5 ,C6 の出力Eに与える影響は微
小となることがわかる。
From the above, it can be seen that the influence of the capacitances C 5 and C 6 generated around the electrodes and the coaxial cable on the output E is very small.

【0041】サンプル信号は正弦波発振器(OSC)の
出力ei を比較器15で方形波にした出力e7 を使用す
る。
The sample signal using the output e 7 that a square wave by the comparator 15 outputs e i sine wave oscillator (OSC).

【0042】各部電圧波形を図4に示す。ここでe3r
3 のe1 ×e2 と同相成分、e3xは90°位相遅れ成
分である。
The voltage waveform of each part is shown in FIG. Here e 3r is e 1 × e 2-phase component of e 3, e 3x is 90 ° phase delay component.

【0043】〔第2実施例〕図5は本発明の第2実施例
を示すものであり、第1実施例が電極2個による差動式
であるのに対し、第2実施例は電極1個としている。外
筒27内には金属製のスライドシャフト4が摺動自在に
取り付けられており、スライドシャフト4の外周には円
筒状電極2が配設されている。この円筒状電極2と外筒
27間に円筒状のガード極3を挿入することにより、電
極2と外筒27間の分布容量による精度低下を排除し、
この種の測長器に静電容量式の適用を可能にしている。
電極2、ガード極3及び外筒27間には絶縁リング2
8,30が挿入されているが、これらの絶縁リングは、
電極2とガード極3間、及びガード極3と外筒27間の
静電容量による精度低下が微小であるため、誘電率の変
動が比較的大きな材質でも問題ない。
[Second Embodiment] FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The first embodiment is a differential type having two electrodes, whereas the second embodiment is an electrode 1. I am individual. A metal slide shaft 4 is slidably mounted in the outer cylinder 27, and a cylindrical electrode 2 is arranged on the outer circumference of the slide shaft 4. By inserting the cylindrical guard electrode 3 between the cylindrical electrode 2 and the outer cylinder 27, the accuracy deterioration due to the distributed capacitance between the electrode 2 and the outer cylinder 27 is eliminated,
Capacitance type can be applied to this type of length measuring device.
An insulating ring 2 is provided between the electrode 2, the guard electrode 3 and the outer cylinder 27.
Although 8 and 30 are inserted, these insulating rings are
Since the decrease in accuracy due to the electrostatic capacitance between the electrode 2 and the guard electrode 3 and between the guard electrode 3 and the outer cylinder 27 is very small, there is no problem even if the material has a relatively large variation in dielectric constant.

【0044】円筒状電極2とガード電極3は同軸ケーブ
ルの内部導体5及び外部導体6に接続され、外部の制御
部に導出される。図5の本実施例では制御部が検出部1
と分離されているので、高温においても使用可能であ
る。
The cylindrical electrode 2 and the guard electrode 3 are connected to the inner conductor 5 and the outer conductor 6 of the coaxial cable and led to an external control section. In this embodiment shown in FIG. 5, the control unit is the detection unit 1.
Since it is separated from, it can be used even at high temperatures.

【0045】図6は、本発明の静電容量形変位計におけ
る検出部1と静電容量−電圧変換回路7及び同軸ケーブ
ルを示す。図のように、ガード電極3及び同軸ケーブル
の外部導体6は、ボルテージフォロワアンプQ1 ,Q2
により、電極2及び同軸ケーブルの内部導体5と同一電
位にドライブされている。
FIG. 6 shows the detection unit 1, the capacitance-voltage conversion circuit 7 and the coaxial cable in the capacitance type displacement meter of the present invention. As shown in the figure, the guard electrode 3 and the outer conductor 6 of the coaxial cable are connected to the voltage follower amplifiers Q 1 and Q 2
Are driven to the same potential as the electrode 2 and the inner conductor 5 of the coaxial cable.

【0046】図7は、本発明の検出部1から静電容量−
電圧変換回路7までの等価回路と、サンプリング回路1
6のブロック図を示す。
FIG. 7 shows the capacitance of the detector 1 according to the present invention.
Equivalent circuit up to voltage conversion circuit 7 and sampling circuit 1
6 shows a block diagram of 6.

【0047】同図において、C1 ,C2 は図6における
電極2と共通電位COMに接続される対向極4間の検出
静電容量であり、C3 ,C4 はガード極3と共通電位C
OM間及び同軸ケーブルの外部導体6と共通電位COM
間及びボルテージフォロワアンプQ1 ,Q2 からサンプ
リング回路16間のケーブルと共通電位COM間の分布
容量の和、C5 ,C6 は電極2とガード極3間及び同軸
ケーブルの内部導体5と外部導体6間の分布容量の和で
ある。
In the figure, C 1 and C 2 are detection capacitances between the electrode 2 and the counter electrode 4 connected to the common potential COM in FIG. 6, and C 3 and C 4 are the guard electrode 3 and the common potential. C
Common potential COM between the OM and the outer conductor 6 of the coaxial cable
Between the voltage follower amplifiers Q 1 and Q 2 and the sampling circuit 16 and the sum of the distributed capacitance between the common potential COM, C 5 and C 6 are between the electrode 2 and the guard pole 3, and between the inner conductor 5 and the outside of the coaxial cable. It is the sum of the distributed capacitances between the conductors 6.

【0048】図7において、C1 ,C3 ,C5 は図3と
同一内容である。C2b,C6bは固定コンデンサ、C3b
ボルテージフォロワアンプQ2 からサンプリング回路1
6間のケーブルと共通電位COM間の分布容量である。
また、Rは固定抵抗、R0 はボルテージフォロワアンプ
1 ,Q2 の出力抵抗、ei は正弦波発振器OSCの出
力電圧である。
In FIG. 7, C 1 , C 3 and C 5 have the same contents as in FIG. C 2b and C 6b are fixed capacitors, C 3b is a voltage follower amplifier Q 2 to a sampling circuit 1
6 is a distributed capacitance between the cable between 6 and the common potential COM.
Further, R is a fixed resistance, R 0 is an output resistance of the voltage follower amplifiers Q 1 and Q 2 , and e i is an output voltage of the sine wave oscillator OSC.

【0049】以下、本第2実施例と第1実施例の相違点
について説明する。電極が1個の本実施例の場合、図6
に示すように、電極が接続されていない方のボルテージ
フォロワアンプQ2 の入力間に電極とガード電極及び同
軸ケーブルの内部導体と外部導体間の分布容量の和に等
しいコンデンサC2b,C6bを挿入することにより、相互
の積の同相分を小さくすることができる。
Differences between the second embodiment and the first embodiment will be described below. In the case of this embodiment having one electrode, FIG.
As shown in, the capacitors C 2b and C 6b that are equal to the sum of the distributed capacitance between the electrode and the guard electrode and the inner and outer conductors of the coaxial cable are connected between the inputs of the voltage follower amplifier Q 2 where the electrodes are not connected. By inserting, the in-phase component of mutual products can be reduced.

【0050】図7において、ボルテージフォロワアンプ
2 の出力電圧e2bは(11)式となり、e1 ×e2b
相基準での減算器10の出力e3b’は(12)式とな
る。 e2b=ei /(1-εRωC6b+jRωC2b) ・・・・・・(11) e3b’={εRω(C1-C2b+C5-C6b)-jRω(C1-C2b)}ei/ 〔√[1-εRω(C1+C5)]2+(RωC1)2×√[1-εRω(C2b+C6b)]2+(RωC2b)2〕 ・・・・(12)
In FIG. 7, the output voltage e 2b of the voltage follower amplifier Q 2 is given by equation (11), and the output e 3b ′ of the subtracter 10 based on the phase of e 1 × e 2b is given by equation (12). e 2b = e i / (1-εRωC 6b + jRωC 2b ) ・ ・ ・ ・ ・ ・ (11) e 3b '= {εRω (C 1 -C 2b + C 5 -C 6b ) -jRω (C 1 -C 2b )} e i / [√ [1-εRω (C 1 + C 5 )] 2 + (RωC 1 ) 2 × √ [1-εRω (C 2b + C 6b )] 2 + (RωC 2b ) 2 ] ・... (12)

【0051】C6bをC5 と同容量のコンデンサ(C6b
5)とすれば(12)式の同相分はなくなり精度は向上
する。
C 6b is a capacitor having the same capacity as C 5 (C 6b =
If C 5 ), the in-phase component of the equation (12) is eliminated and the accuracy is improved.

【0052】電極部が1個の場合、第1実施例の図3の
加算器12がなく、e1 が遅延回路13の入力となって
いる。遅延回路13の遅延角度θb を(13)式とする
と遅延回路13の出力e5bは(14)式となり、e1 ×
2 と同相となる。 θb = tan-1〔(-RωC2b)/{1-εRω(C2b+C6b)}〕 ・・・・(13) e5b=e1[1-εRω(C2b+C6b)-jRωC2b ] =e1・{[1-εRω(C2b+C6b)]2+(RωC2b)2}/[1-εRω(C2b+C6b)+jRωC2b] =e1 2b{ [1-εRω(C2b+C6b)]2+(RωC2b)2}/ ei ・・・・(14)
When the number of electrodes is one, the adder 12 of FIG. 3 of the first embodiment is not provided and e 1 is the input of the delay circuit 13. When the delay angle θ b of the delay circuit 13 is represented by the equation (13), the output e 5b of the delay circuit 13 is represented by the equation (14), and e 1 ×
Be in phase with e 2 . θ b = tan -1 [(-RωC 2b ) / {1-εRω (C 2b + C 6b )}] ... (13) e 5b = e 1 [1-εRω (C 2b + C 6b )- jRωC 2b ] = e 1 · {[1-εRω (C 2b + C 6b )] 2 + (RωC 2b ) 2 } / [1-εRω (C 2b + C 6b ) + jRωC 2b ] = e 1 e 2b { [1-εRω (C 2b + C 6b)] 2 + (RωC 2b) 2} / e i ···· (14)

【0053】第1実施例の差動式と同様にe5bを比較器
14にて方形波にし、その出力e6bをホールド信号とす
れば、サンプル・ホールド回路の直流出力Eb は(1
5)式となる。 Eb =√2 Rω(C1-C2b)ei/〔√{[1-εRω(C1+C5)]2+(RωC1)2} ×√{[1-εRω(C2b+C6b)]2+(RωC2b)2}〕 ・・・・(15)
Similarly to the differential type of the first embodiment, if the comparator 14 converts the square wave of e 5b and the output e 6b of the square wave is used as the hold signal, the DC output E b of the sample and hold circuit becomes (1
It becomes the formula 5). E b = √2 Rω (C 1 -C 2b ) e i / [√ {[1-εRω (C 1 + C 5 )] 2 + (RωC 1 ) 2 } × √ {[1-εRω (C 2b + C 6b )] 2 + (RωC 2b ) 2 }] ··· (15)

【0054】(15)式は、(10)式と同様電極およ
び同軸ケーブル回りに発生する容量C5 の出力Eb に与
える影響は微小となっている。
Similar to the equation (10), the equation (15) has a small influence on the output E b of the capacitance C 5 generated around the electrodes and the coaxial cable.

【0055】〔第3実施例〕直列抵抗が加わるケース
は、半導体と電極間の間隔を測定する場合などであり、
電極2個による差動式は用いられない。
[Third Embodiment] A case where series resistance is applied is, for example, a case where a distance between a semiconductor and an electrode is measured.
The differential type with two electrodes is not used.

【0056】図8に電極1個の場合の検出部から静電容
量−電圧変換回路までの等価回路とサンプリング回路の
ブロック図を示す。図において、c3 ,c4 は前記のよ
うに精度に及ぼす影響が小さいので、省いている。rが
直列に加わった抵抗である。また、固定コンデンサc6b
は無い方がよいので取り除いている。ボルテージフォロ
ワアンプQ1,Q2の出力e1c,e2cはそれぞれ(1
6),(17)式となる。 e1c=[(1+jrωC1)/{1-εRωC5+j(R+r)ωC1}] ei ・・・・(16) e2c=[1/(1+jRωC2b)]ei ・・・・(17) よって減算器10の出力e3c=e1c−e2cは(18)式
となる。 e3c=[{εRωC5-rωC1・RωC2b-jRω(C1-C2b) }/ {[1-εRωC5+j(R+r)ωC1](1+jRωC2b)}]ei ・・・(18)
FIG. 8 shows a block diagram of an equivalent circuit from the detecting section to the electrostatic capacitance-voltage conversion circuit in the case of one electrode and the sampling circuit. In the figure, c 3 and c 4 are omitted because they have little influence on accuracy as described above. It is a resistance that r is added in series. In addition, fixed capacitor c 6b
I have removed it because it is better not to. The outputs e 1c and e 2c of the voltage follower amplifiers Q 1 and Q 2 are (1
Equations 6) and (17) are obtained. e 1c = [(1 + jrωC 1 ) / {1-εRωC 5 + j (R + r) ωC 1 }] e i ... (16) e 2c = [1 / (1 + jRωC 2b )] e i (17) Therefore, the output e 3c = e 1c -e 2c of the subtractor 10 is given by the expression (18). e 3c = [{εRωC 5 -rωC 1 · RωC 2b -jRω (C 1 -C 2b )} / {[1-εRωC 5 + j (R + r) ωC 1 ] (1 + jRωC 2b )}] e i ... (18)

【0057】遅延回路13の遅延角度θc を(19)式
とすると、直流出力Ec は(18)式の分子の同相分が
消えて(20)式となる。 θc = tan-1(-RωC2b) ・・・・(19) Ec ={√2Rω(C1-C2b) ei/[√{(1-εRωC5)2+[(R+r)ωC1]2}× √{1+(RωC2b)2}] ・・・・(20)
When the delay angle θ c of the delay circuit 13 is expressed by equation (19), the DC output E c becomes equation (20) by eliminating the in-phase component of the numerator of equation (18). θ c = tan -1 (-RωC 2b ) ···· (19) E c = {√2Rω (C 1 -C 2b) e i / [√ {(1-εRωC 5) 2 + [(R + r ) ωC 1 ] 2 } × √ {1+ (RωC 2b ) 2 }] ··· (20)

【0058】(20)式より、直列抵抗rの出力Ec
与える影響は微小となることがわかる。
From the equation (20), it is understood that the influence of the series resistance r on the output E c is very small.

【0059】〔第4実施例〕並列抵抗が加わる場合は、
誘電率の測定または誘電率を測定し、等価的に水分を測
定する場合などであるが、第3実施例と同様、電極1個
式が使われる。
[Fourth Embodiment] When a parallel resistance is added,
As in the case of the third embodiment, the one-electrode type is used, for example, in the case of measuring the dielectric constant or measuring the dielectric constant and equivalently measuring the water content.

【0060】図9に電極1個の場合の検出部から静電容
量−電圧変換回路までの等価回路とサンプリング回路の
ブロック図を示す。
FIG. 9 shows a block diagram of an equivalent circuit from the detection unit to the electrostatic capacitance-voltage conversion circuit in the case of one electrode and the sampling circuit.

【0061】図において、rが並列に加わった抵抗であ
る。C3 、C4 は第2実施例と同様に省いている。ボル
テージフォロワアンプQ1 ,Q2 の出力e1d,e2dはそ
れぞれ(21)式,(22)式となる。 e1d=ei/(1-εRωC5+R/r+jRωC1) ・・・・(21) e2d=ei/(1-εRωC6b+jRωC2b) ・・・・(22)
In the figure, r is a resistance added in parallel. C 3, C 4 are omitted as in the second embodiment. The outputs e 1d and e 2d of the voltage follower amplifiers Q 1 and Q 2 are expressed by equations (21) and (22), respectively. e 1d = e i / (1-εRωC 5 + R / r + jRωC 1 ) ・ ・ ・ ・ (21) e 2d = e i / (1-εRωC 6b + jRωC 2b ) ・ ・ ・ ・ (22)

【0062】よって減算器10の出力e3d=e1d−e2d
は(23)式となる。 e3d={εRω(C5-C6b)-R/r-jRω(C1-C2b)}ei/ {(1-εRωC5+R/r+jRωC1)(1-εRωC6b+jRωC2b)} ・・・(23) 遅延回路13の遅延角度θd を(24)式とする。 θd = tan-1{-RωC2b/(1-εRωC6b)} ・・・(24)
Therefore, the output of the subtractor 10 e 3d = e 1d -e 2d
Becomes equation (23). e 3d = {εRω (C 5 -C 6b ) -R / r-jRω (C 1 -C 2b )} e i / {(1-εRωC 5 + R / r + jRωC 1 ) (1-εRωC 6b + jRωC 2b )} (23) Let the delay angle θ d of the delay circuit 13 be the expression (24). θ d = tan -1 {-RωC 2b / (1-εRωC 6b )} (24)

【0063】よって、直流出力Ed は(23)式の分子
の同相分が消え、(25)式となる。 Ed ={√2Rω(C1-C2b) /[√{(1-εRωC5+R/r)2+(RωC1]2}× √{(1-εRωC6b)2+(RωC2b)2}] ・・・・(25)
Therefore, the DC output E d becomes the equation (25) when the in-phase component of the numerator of the equation (23) disappears. E d = {√2Rω (C 1 -C 2b ) / [√ {(1-εRωC 5 + R / r) 2 + (RωC 1 ] 2 } × √ {(1-εRωC 6b ) 2 + (RωC 2b ) 2 }] ・ ・ ・ ・ (25)

【0064】(25)式よりR≪rの範囲においては、
並列抵抗rの出力Ed に与える影響は微小となる。
From the equation (25), in the range of R << r,
The influence of the parallel resistance r on the output E d is small.

【0065】〔第5実施例〕図10は第2実施例におい
て、静電容量−電圧変換回路7を外筒27内に内蔵した
例を示すものであり、同軸ケーブルによる精度低下がな
い点が特徴であるが、検出部1を回路の動作可能温度以
上の高温雰囲気では使用できないので、用途としては、
常温で使用する場合に適している。
[Fifth Embodiment] FIG. 10 shows an example in which the capacitance-voltage conversion circuit 7 is built in the outer cylinder 27 in the second embodiment, and there is no reduction in accuracy due to the coaxial cable. Although it is a feature, the detector 1 cannot be used in a high temperature atmosphere above the operable temperature of the circuit.
Suitable for use at room temperature.

【0066】〔第6実施例〕図11は、絶縁性被測定物
34の厚み検出へ適用した検出部の例である。厚みによ
り上下可能なローラを電極32として使用しており、付
帯装置が不要で、簡素な構造となっている。ガード極3
3は浮遊容量を遮断すると共に、検出方向を固定ローラ
40方向のみとしている。また、この方式は検出静電容
量が大きく、微小な厚みの変化を高精度に検出すること
ができ、かつ被測定物の抵抗変化による誤差が発生しな
い。
[Sixth Embodiment] FIG. 11 shows an example of a detecting portion applied to the thickness detection of an insulating measured object 34. A roller that can be moved up and down depending on the thickness is used as the electrode 32, and an auxiliary device is not required, and the structure is simple. Guard pole 3
3 cuts off the stray capacitance and detects only the fixed roller 40. Further, this method has a large detection capacitance, can detect a minute change in thickness with high accuracy, and does not cause an error due to a change in resistance of an object to be measured.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、下記の
効果を奏する。 変位計としてコイル方式を使用せず、変位を容量に
変換するので、測定ストロークの長いものが製作可能で
あり、精度および分解能が変わらず、コストも安価にで
きる。
As described above, the present invention has the following effects. Since the coil system is not used as the displacement meter and the displacement is converted into the capacitance, it is possible to manufacture one having a long measuring stroke, the accuracy and resolution do not change, and the cost can be reduced.

【0068】 電極部と制御部を微小の精度以下で分
離可能とし、かつガード極は電極回りの浮遊容量及び分
布容量を排除するとともに、電極に検出方向性を持たせ
ることができる。
The electrode part and the control part can be separated with a minute precision or less, and the guard electrode can eliminate the stray capacitance and the distributed capacitance around the electrode and give the electrode a detection directionality.

【0069】 電極部は電極とガード極のみのシンプ
ルな構成であり、円筒状,ローラ状など自由な形状にす
ることができる。さらに、検出静電容量に直並列に加わ
る半導体、誘電体の抵抗による精度低下がない。
The electrode portion has a simple structure including only electrodes and guard electrodes, and can be formed into any shape such as a cylindrical shape or a roller shape. Further, there is no decrease in accuracy due to the resistance of the semiconductor and the dielectric that are added in series and parallel to the detection capacitance.

【0070】 以上のことから、より広い用途への適
用が可能となる。
From the above, application to a wider range of applications becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 第1実施例を示す検出部の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a detection unit showing a first embodiment.

【図2】 検出部から静電容量−電圧変換回路までの電
極部2個による差動式の実施例を示した回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a differential type embodiment with two electrode units from a detection unit to a capacitance-voltage conversion circuit.

【図3】 第1実施例の検出部から静電容量−電圧変換
回路までの差動式の等価回路とサンプリング回路のブロ
ック図を示したものである。
FIG. 3 is a block diagram of a differential equivalent circuit from a detection unit to a capacitance-voltage conversion circuit and a sampling circuit of the first embodiment.

【図4】 図3における各部の電圧波形を示した波形図
である。
FIG. 4 is a waveform diagram showing voltage waveforms of respective parts in FIG.

【図5】 第2実施例を示す検出部の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a detection unit showing a second embodiment.

【図6】 検出部から静電容量−電圧変換回路までの電
極部が1個による場合の実施例を示した回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing an embodiment in which there is one electrode unit from the detection unit to the capacitance-voltage conversion circuit.

【図7】 第2実施例の検出部から静電容量−電圧変換
回路までの電極部が1個の場合の等価回路とサンプリン
グ回路のブロック図を示したものである。
FIG. 7 is a block diagram of an equivalent circuit and a sampling circuit in the case where there is one electrode unit from the detection unit to the electrostatic capacitance-voltage conversion circuit of the second embodiment.

【図8】 第3実施例における検出部から静電容量−電
圧変換回路までの等価回路とサンプリング回路のブロッ
ク図である。
FIG. 8 is a block diagram of an equivalent circuit from a detection unit to a capacitance-voltage conversion circuit and a sampling circuit in the third embodiment.

【図9】 第4実施例を示す等価回路のブロック図であ
る。
FIG. 9 is a block diagram of an equivalent circuit showing a fourth embodiment.

【図10】 第5実施例を示す検出部の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a detection unit showing a fifth embodiment.

【図11】 第6実施例を示す検出部の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a detection unit showing a sixth embodiment.

【図12】 公知の静電容量形変位計を示す回路図であ
る。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a known capacitance type displacement meter.

【図13】 本発明による測定例とその等価回路を示す
回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a measurement example according to the present invention and an equivalent circuit thereof.

【図14】 本発明による他の測定例とその等価回路を
示す回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing another measurement example according to the present invention and its equivalent circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 検出部、2,2A,2B 電極、3,3A,3B
ガード電極、4 スライドシャフト、5,5A,5B
同軸ケーブルの内部導体、6,6A,6B 同軸ケーブ
ルの外部導体、7 静電容量−電圧変換回路、10 減
算器、11 サンプル・ホールド回路、12 加算器、
13 遅延回路、14,15 比較器、16 サンプリ
ング回路、24 スライドシャフト、27 外筒、2
8,29,30 絶縁リング、34 絶縁性被測定物、
37 支柱、38,39 絶縁スペーサ、40 固定ロ
ーラ
1 detector, 2, 2A, 2B electrodes, 3, 3A, 3B
Guard electrode, 4 slide shaft, 5, 5A, 5B
Inner conductor of coaxial cable, 6, 6A, 6B Outer conductor of coaxial cable, 7 Capacitance-voltage conversion circuit, 10 Subtractor, 11 Sample and hold circuit, 12 Adder,
13 delay circuits, 14, 15 comparators, 16 sampling circuits, 24 slide shafts, 27 outer cylinders, 2
8, 29, 30 Insulation ring, 34 Insulation DUT,
37 columns, 38, 39 insulating spacers, 40 fixed rollers

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円筒状の外筒(27)に摺動自在に装着
された金属製のスライドシャフト(4)と、前記外筒
(27)内に前記スライドシャフト(4)の外周に近接
して配設された電極(2)と、前記スライドシャフト
(4)と前記電極(2)との間の静電容量の大きさを交
流電圧の振幅の大きさに変換する静電容量−電圧変換回
路(7)と、同静電容量−電圧変換回路(7)の出力を
前記スライドシャフト(4)の変位に変換して出力する
出力手段とを備えたことを特徴とする静電容量形変位
計。
1. A metal slide shaft (4) slidably mounted on a cylindrical outer cylinder (27), and a metal slide shaft (27) disposed in the outer cylinder (27) close to the outer circumference of the slide shaft (4). Capacitance-voltage conversion for converting the magnitude of the capacitance between the electrode (2) arranged as a unit and the slide shaft (4) and the electrode (2) into the magnitude of the amplitude of the AC voltage. A capacitance type displacement comprising a circuit (7) and an output means for converting the output of the capacitance-voltage conversion circuit (7) into the displacement of the slide shaft (4) and outputting the displacement. Total.
【請求項2】 静電容量−電圧変換回路(7)が、電極
(2)により形成される静電容量と抵抗(R)または固
定コンデンサ(C6b)と抵抗(R)よりなる複数個の遅
延回路と、同遅延回路出力を入力とし、同軸ケーブルの
外部導体(6)及び前記電極(2)の一部を囲んだ導体
(3)をドライブする複数個のボルテージフォロワアン
プ(Q1),(Q2)と、すべての遅延回路に接続される正弦
波発振器(OSC)より構成される請求項1記載の静電
容量形変位計。
2. A capacitance-voltage conversion circuit (7) comprises a plurality of capacitances and resistors (R) formed by electrodes (2) or fixed capacitors (C 6b ) and resistors (R). A delay circuit and a plurality of voltage follower amplifiers (Q 1 ), which drive the outer conductor (6) of the coaxial cable and the conductor (3) surrounding a part of the electrode (2) by using the output of the delay circuit as an input. 2. The capacitance type displacement meter according to claim 1, comprising (Q 2 ) and a sine wave oscillator (OSC) connected to all delay circuits.
【請求項3】 電極が1個の場合は、電極(2)が接続
されていない方のボルテージフォロワアンプ(Q2)の入
力間に、電極(2)とガード極(3)間及び同軸ケーブ
ルの内部導体(5)と外部導体(6)間の分布容量の和
に等しい容量のコンデンサ(C6b)を追加した請求項1
記載の静電容量形変位計。
3. When the number of electrodes is one, between the input of the voltage follower amplifier (Q 2 ) to which the electrode (2) is not connected, between the electrode (2) and the guard pole (3), and the coaxial cable. A capacitor (C 6b ) having a capacity equal to the sum of the distributed capacity between the inner conductor (5) and the outer conductor (6) of claim 1 is added.
The described capacitance type displacement meter.
【請求項4】 電極2個による差動式のサンプリング回
路(16)が、ボルテージフォロワアンプ2個(Q1),
(Q2)の出力(e1),(e2)を入力とし、それらの差を出
力する減算器(10)と、出力(e1),(e2)を加算する
加算器(12)と、加算器出力(e4)を遅延させる遅延
回路(13)と、遅延回路出力(e5)を方形波にする比
較器(14)と、正弦波発振器(OSC)出力(ei)を
方形波にする比較器(15)と、減算器(10)出力
(e3)をアナログ入力とし、比較器(14)の出力(e
6)をホールド指令入力とし、比較器(15)の出力(e
7)をサンプル指令入力とするサンプルホールド回路(1
1)より構成される請求項1記載の静電容量形変位計。
4. A differential sampling circuit (16) with two electrodes is provided with two voltage follower amplifiers (Q 1 ),
The output (e 1 ) and (e 2 ) of (Q 2 ) are input, and the subtractor (10) that outputs the difference between them and the adder (12) that adds the outputs (e 1 ) and (e 2 ) A delay circuit (13) for delaying the adder output (e 4 ), a comparator (14) for making the delay circuit output (e 5 ) a square wave, and a sine wave oscillator (OSC) output (e i ). The comparator (15) for making a square wave and the subtractor (10) output (e 3 ) are analog inputs, and the output (e) of the comparator (14) is
6 ) as the hold command input, and the output of the comparator (15) (e
Sample hold circuit (1 with 7 ) as sample command input
The electrostatic capacitance type displacement meter according to claim 1, which comprises 1).
【請求項5】 電極1個によるサンプリング回路が、前
記加算器(12)を排除し、遅延回路(13)の入力
が、検出された静電容量に対応して出力が変化する側の
ボルテージフォロワアンプ(Q1)の出力(e1)に接続さ
れた請求項1記載の静電容量形変位計。
5. A voltage follower in which a sampling circuit with one electrode excludes the adder (12), and an input of a delay circuit (13) changes its output according to the detected capacitance. amplifier (Q 1) of the output (e 1) connected to claims 1 capacitance type displacement meter according.
【請求項6】 電極部と静電容量−電圧変換回路(7)
を直接接続し、静電容量−電圧変換回路(7)とサンプ
リング回路(16)をケーブルにより分離した請求項1
記載の静電容量形変位計。
6. An electrode section and a capacitance-voltage conversion circuit (7)
3. The capacitance-voltage conversion circuit (7) and the sampling circuit (16) are directly connected to each other and separated by a cable.
The described capacitance type displacement meter.
【請求項7】 円筒状の1個または2個の電極(22)
と、それを包囲する円筒状の1個又は2個のガード極
(23)と、さらにそれを包囲する外筒(27)と、そ
れらを電気的に絶縁する絶縁リング(28), (29),
(30)と、変位量に対応して電極(22)内をスライ
ドするシャフト(24)からなる請求項1記載の静電容
量形変位計。
7. One or two cylindrical electrodes (22)
, One or two cylindrical guard poles (23) surrounding it, an outer cylinder (27) surrounding it, and insulating rings (28), (29) for electrically insulating them. ,
The capacitance type displacement meter according to claim 1, comprising a shaft (24) that slides in the electrode (22) corresponding to the displacement amount.
【請求項8】 絶縁性被測定物(34)の厚みにより上
下可能なローラ状の電極(32)と、絶縁性被測物(3
4)に面しない電極部分を包囲するガード極(33)
と、ローラ状電極(32)を支持する支柱(37)と、
電極(32)、ガード極(33)、支柱(37)間を絶
縁する絶縁スペーサ(38), (39)と、絶縁性被測定
物(34)を介してローラ状電極(32)と対向する固
定ローラ(40)とを備えた請求項1記載の静電容量形
変位計。
8. A roller-shaped electrode (32) that can be moved up and down depending on the thickness of the insulating measurement object (34), and the insulating measurement object (3).
4) Guard pole (33) surrounding the electrode part not facing
And a column (37) for supporting the roller-shaped electrode (32),
Insulating spacers (38), (39) for insulating between the electrode (32), the guard electrode (33), and the support (37) and the roller-shaped electrode (32) through the insulating DUT (34). The capacitance type displacement meter according to claim 1, further comprising a fixed roller (40).
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