JPH08271204A - 渦電流式変位センサー - Google Patents

渦電流式変位センサー

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JPH08271204A
JPH08271204A JP7075909A JP7590995A JPH08271204A JP H08271204 A JPH08271204 A JP H08271204A JP 7075909 A JP7075909 A JP 7075909A JP 7590995 A JP7590995 A JP 7590995A JP H08271204 A JPH08271204 A JP H08271204A
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JP
Japan
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voltage
coil
current
output
temperature
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Application number
JP7075909A
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English (en)
Inventor
Hideyuki Namatame
英幸 生田目
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Publication date
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  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】安価で高精度の温度補償が可能な渦電流式変位
センサーを提供する。 【構成】センサーヘッド10に交流電圧発振器12から
交流増幅器14、コンデンサC1を介して交流電圧を印
加し、センサーヘッド10の出力電圧を整流器16によ
って整流し、リニアライザー18で被測定物の変位に対
して線形化された出力電圧に変換する。この出力電圧は
直流増幅器20によって増幅された後、出力端子から被
測定物の変位量を示す信号として出力される。一方、セ
ンサーヘッド10に直流定電流源22から直流定電流を
前記交流電圧に重畳して出力し、ローパスフィルタ25
を介してセンサーヘッド10の直流電圧下降分をR−V
変換器24に出力する。R−V変換器24は、入力され
た直流定電流に基づき、温度によって変化するセンサー
ヘッド10のコイルの導線抵抗によって生ずる直流電圧
の変化分を出力し、リニアライザー18の出力電圧に加
算する。この発明によれば、出力端子から得られる被測
定物の変位量を示す信号は環境温度に依存しない電圧値
を示すようになり、高精度な温度補償が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は渦電流式変位センサーに
係り、特に温度補償を行う渦電流式変位センサーに関す
る。
【0002】
【従来の技術】交流電流が流れているコイルに電導体が
近づくと、電導体に渦電流が流れて交流磁界が発生し、
これによりコイルのインピーダンス(インダクタンス)
が変化する。渦電流式変位センサーは、このコイルのイ
ンピーダンスの変化を利用したもので、被測定物の変位
によって変化するインピーダンスの変化を電圧等によっ
て検出し、被測定物の変位量を検出する。
【0003】ところで、コイルのインピーダンスは、使
用環境の温度変化によっても変化する。即ち、コイルの
導線抵抗は温度によって変化するため、測定値は使用環
境の温度に影響を受ける。このため、従来は、コイルを
装填したセンサーヘッド部にサーミスタ等の感温素子を
埋め込んで温度を検出し、この温度から測定した変位量
の温度補償を行ったり、温度係数の小さい導線でコイル
を巻いて、温度変化に対して変位量の測定値が影響され
ないようにするなどの工夫をしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにセンサーヘッド部に感温素子を設置した場合に
は、センサーヘッド部からの接続ケーブルの芯数が増加
し、配線が煩雑になるとともに、センサーヘッド部以外
の温度が把握できないため接続ケーブル等における配線
上の導線抵抗の値が分からず、精度の高い温度補償が期
待できないという問題がある。
【0005】また、コイルに温度係数の小さい導線を使
用した場合は、マンガニン等の特殊な線材が必要であ
り、かつマンガニン等の温度係数の低い材料は固有抵抗
値が大きいため、コイルの巻数を増やすことができな
い。そのため、励振周波数を数MHz程度まであげる必
要があり、この場合、ノイズ対策等の高周波回路特有の
問題が生じる。
【0006】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、安価で高精度の温度補償が可能な渦電流式変位
センサーを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、コイルに交流電流を供給して前記コイルか
ら交流磁場を発生させ、被測定物の位置の変位によって
大きさの異なる渦電流を誘導し、該渦電流の大きさによ
って変化する前記コイルの出力電圧に基づいて被測定物
の変位を検出する渦電流式変位センサーにおいて、前記
交流電流に重畳して前記コイルに直流電流を供給する直
流電流供給手段と、前記直流電流供給手段によって供給
された直流電流によって前記コイルから出力される直流
電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記直流電圧検出
手段によって検出された前記直流電圧に基づいて、前記
コイルの温度による抵抗変化に伴う前記コイルの出力電
圧の変化を補正する補正手段と、を備えたことを特徴と
している。
【0008】
【作用】本発明によれば、被測定物の変位量を検出する
ためにコイルに供給される交流電流に重畳して直流電流
供給手段によって前記コイルに直流電流を供給し、この
直流電流によって前記コイルから出力される直流電圧を
直流電圧検出手段によって検出する。そして、この前記
直流電圧検出手段によって検出された前記直流電圧に基
づいて、前記コイルの温度による抵抗変化に伴う前記コ
イルの出力電圧を補正手段によって補正する。これによ
って温度に依存して変化するコイルの導線抵抗による変
位量測定誤差を補正することができる。
【0009】
【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る渦電流式
変位センサーの好ましい実施例を詳説する。図1は本発
明に係る渦電流式変位センサーの一実施例を示す構成図
である。同図に示す渦電流式変位センサーは、主として
センサーヘッド10、交流電圧発生器12、交流増幅器
14、整流器16、リニアライザー18、増幅器20、
直流定電流源22、及び抵抗電圧変換器(R−V変換
器)24から構成されている。
【0010】交流電圧発生器12から一定振幅、一定周
波数の交流電圧が出力されると、この交流電圧は交流増
幅器14に入力し、交流増幅器14によって増幅され
る。そして、交流増幅器14から出力された交流電圧は
コンデンサC1を介してセンサーヘッド10に印加され
る。センサーヘッド10は、導線をらせん状に巻いたコ
イルを有し、このコイルに上記交流電圧発生器12から
交流電圧が印加されると、このセンサーヘッド10のコ
イルから交流磁場が発生する。このときコイルから発生
した交流磁場によってセンサーヘッド10の検出面10
Aの下方に置かれた被測定物に渦電流が発生する。
【0011】被測定物に発生する渦電流の大きさは、セ
ンサーヘッド10と被測定物との距離によって変化し、
これに伴ってセンサーヘッド10のコイルのインピーダ
ンスの大きさも変化する。センサーヘッド10のコイル
のインピーダンスが変化すると、センサーヘッド10か
ら出力される交流電圧の振幅が変化する。即ち、交流電
圧発生器12から交流増幅器14を介して出力された交
流電圧は、コンデンサC1を介してセンサーヘッド10
のコイルに入力され、コンデンサC1とセンサーヘッド
10のコイルによって分圧される。センサーヘッド10
から出力される交流電圧は、センサーヘッド10のコイ
ルのインピーダンスの大きさによって決まり、コイルの
インピーダンスが変化すると、センサーヘッド10から
出力される交流電圧の振幅も変化する。
【0012】このように、センサーヘッド10から出力
される交流電圧の振幅は、センサーヘッド10と被測定
物との距離によって決定される。そして、センサーヘッ
ド10から出力された交流電圧は、整流器16によって
振幅に応じた直流電圧に変換され、更に、この直流電圧
は、リニアライザー18によって被測定物の変位に対し
て線形化された電圧に変換されて増幅器20に出力され
る。被測定物の変位量は、この増幅器20から出力端子
に出力された直流電圧の電圧値をもとに検知され、表示
部等に出力される。
【0013】ところで、センサーヘッド10のコイル
は、インダクタンス成分の他にコイルを形成している導
線(銅線)の抵抗成分を含んでいる。この抵抗成分は、
主に導線の直流抵抗に起因し、抵抗の大きさは温度に依
存する。例えば本実施例のようにコイルに銅線を使用し
た場合、温度が上昇するに従ってコイルの導線抵抗の値
は上昇する。
【0014】従って、センサーヘッド10から出力され
る交流電圧の振幅値は、コイルのインダクタンスの変化
のみでなく、温度変化による導線抵抗の変化によっても
変化する。例えば温度上昇に伴って導線抵抗の値が増加
すると、前述したコンデンサC1とセンサーヘッド10
との直列共振回路のQ値が減少し、センサーヘッド10
から出力される交流電圧の振幅値は減少する。
【0015】このように、センサーヘッド10から出力
される交流電圧の振幅は、センサーヘッド10と被測定
物との距離のみでなく、センサーヘッド10の周囲温度
にも依存するため、センサーヘッド10から出力された
交流電圧に基づいて検知された被測定物の変位量を周囲
温度に対して補正する必要がある。この補正は以下のよ
うにして行われる。交流電圧発生器12から交流増幅器
14を介して出力された交流電圧に重畳して、直流定電
流源22からコイルL2とコンデンサC2とで構成され
るローパスフィルタ23を介して定電圧の直流電流をセ
ンサーヘッド10に印加する。尚、ローパスフィルタ2
3は、交流電圧発生器12と直流定電流源22を交流的
に分離するものである。
【0016】センサーヘッド10に印加された直流電流
は、導線抵抗の値に比例した直流電圧に変換されてコイ
ルL3とコンデンサC3とで構成されるローパスフィル
タ25を介してR−V変換器24に出力される。尚、ロ
ーパスフィルタ25は、センサーヘッド10から出力さ
れる出力電圧の交流分を遮断し、直流分のみを検出す
る。
【0017】R−V変換器24に入力された直流電圧
は、この直流電圧の大きさに基づいて所定の大きさの直
流電圧に変換され、リニアライザー18の出力電圧に加
算される。即ち、R−V変換器24に入力された直流電
圧は、コイルの導線抵抗の大きさに比例し、直流定電流
源22から出力された電流値によってコイルの導線抵抗
の値を検知することができる。コイルの導線抵抗の値が
検知されれば、このコイルの導線抵抗の値とリニアライ
ザー18からの出力電圧とから任意の導線抵抗値即ち任
意の周囲温度におけるリニアライザー18からの出力電
圧を導くことができる。これにより、R−V変換器24
は、入力された直流電圧に応じた適宜の補正電圧をリニ
アライザー18の出力電圧に加算してリニアライザー1
8からの出力電圧が予め設定された導線抵抗値(周囲温
度)における出力電圧となるように補正することができ
る。
【0018】例えば、本実施例の様にコイルに銅線を使
用し、温度と導線抵抗が一次式の関係にある場合、図2
の直線に示すように、温度上昇に従ってリニアライザ
ー18の出力電圧はほぼ直線的に減少する。一方、直線
に示すように、センサーヘッド10から出力される直
流電圧(コイルの導線抵抗による直流電圧)は温度上昇
に従って直線的に増加する。R−V変換器24は、セン
サーヘッド10から出力された直線上の直流電圧を直
線上の電圧値に変換してリニアライザー18の出力電
圧に加算する。直線はリニアライザー18の出力電圧
を示す直線と逆符号の傾きをもち、直線を直線に
加算すると(R−V変換器24の出力電圧をリニアライ
ザー18の出力電圧に加算すると)、温度に対して一定
の電圧値を示す直線になる。
【0019】以上、リニアライザー18から出力される
被測定物の変位量を示す出力電圧は、R−V変換器24
からの出力電圧の加算によって補正され、コイルの導線
抵抗の大きさ、即ち、周囲温度に依存しない電圧値を示
すようになる。尚、上記実施例ではコイルの導線抵抗に
対して、温度補償を行うように説明したが、実際にはリ
ニアライザー18の出力電圧の誤差はコイル以外の配線
上の導線抵抗によるものを含んでいる。しかし、センサ
ーヘッド10に直流電流を流すことによって検知される
導線抵抗はコイル以外の配線上の導線抵抗も含んでお
り、このコイル以外の配線上の導線抵抗に対しても適正
に温度補償が行われている。
【0020】また、本実施例ではリニアライザー18の
出力電圧にR−V変換器24から電圧を加算して温度補
償を行うようにしていたが、これに限らず、例えば、コ
イルに直流電流を供給することによって検出された導線
抵抗の値に基づいて増幅器20の増幅度を変えるように
して温度補償を行ってもよい。即ち、交流電圧発生器1
2からの出力電圧が伝送する経路上のいずれかにおいて
経路上を伝送する電圧に補正を加えるようにしてもよ
い。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る渦電流
式変位センサーによれば、交流電流に重畳して直流電流
をコイルに供給し、この直流電流によって前記コイルか
ら出力される直流電圧を検出し、これに基づいて温度に
よる抵抗変化に伴う前記コイルの出力電圧の変化を補正
するようにしたため、温度を直接測定することなく、ま
た、高価な温度係数の小さい導線を使用してコイルを形
成することなく、簡単かつ安価な回路で高精度の温度補
償ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に係る渦電流式変位センサーの
一実施例を示す構成図である。
【図2】図2は、温度に対するリニアライザーの出力電
圧、R−V変換器の入力電圧と出力電圧、及びリニアラ
イザーとR−V変換器との出力電圧を加算した電圧の値
の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
10…センサーヘッド 12…交流電圧発生器 14…交流増幅器 16…整流器 18…リニアライザー 20…増幅器 22…直流定電流源 24…R−V変換器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コイルに交流電流を供給して前記コイル
    から交流磁場を発生させ、被測定物の位置の変位によっ
    て大きさの異なる渦電流を誘導し、該渦電流の大きさに
    よって変化する前記コイルの出力電圧に基づいて被測定
    物の変位を検出する渦電流式変位センサーにおいて、 前記交流電流に重畳して前記コイルに直流電流を供給す
    る直流電流供給手段と、 前記直流電流供給手段によって供給された直流電流によ
    って前記コイルから出力される直流電圧を検出する直流
    電圧検出手段と、 前記直流電圧検出手段によって検出された前記直流電圧
    に基づいて、前記コイルの温度による抵抗変化に伴う前
    記コイルの出力電圧の変化を補正する補正手段と、 を備えたことを特徴とする渦電流式変位センサー。
JP7075909A 1995-03-31 1995-03-31 渦電流式変位センサー Pending JPH08271204A (ja)

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