JPH09145760A - 静電容量計測装置 - Google Patents

静電容量計測装置

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JPH09145760A
JPH09145760A JP7304280A JP30428095A JPH09145760A JP H09145760 A JPH09145760 A JP H09145760A JP 7304280 A JP7304280 A JP 7304280A JP 30428095 A JP30428095 A JP 30428095A JP H09145760 A JPH09145760 A JP H09145760A
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Fusao Mori
房夫 森
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晴政 町田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定ケーブルに起因する誤差を補正して高精
度化を図る。 【解決手段】 測定信号発生器2の出力を抵抗器21を
介して、遠端に被測定静電容量4の一端が接続されたケ
ーブル3の近端に供給し、遠端に該容量4の他端が接続
されたケーブル5の近端の信号を容量/電圧変換回路1
2に入力して試料の容量値Cxに対応した電圧に変換
し、容量演算手段13に入力して測定容量の概略値C
x′を算出する。差電圧測定回路22で抵抗器21の端
子間電圧Vr=rIo を測定し、ケーブル長演算手段2
3に入力して、ケーブル長Lを演算する。補正量演算手
段24ではケーブル長Lと概略測定値Cx′とから補正
量ΔCを演算し、補正手段25で補正演算(Cx≒C
x′+ΔC)を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電容量式液面
計などに使用される静電容量計測装置に関し、特に測定
ケーブルに起因する計測誤差の補正技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の静電容量計測装置1を図
4を参照して説明する。測定信号発生器2より例えば1
KHz,3. 6V程度の正弦波電圧V1 が出力端子A,A′
より第1ケーブル3の近端に供給される。第1ケーブル
3の遠端の芯線に被測定静電容量4の一端が接続され、
その他端に第2ケーブル5の遠端の芯線が接続される。
第2ケーブル5の近端は測定端子B,B′に接続され
る。第1,第2ケーブル3,5は例えば数100m程度
のほぼ同じ長さで、同一規格のケーブルである。被測定
静電容量4は例えば液面センサの液位に応じて変化する
静電容量である。
【0003】測定端子Bは抵抗器(抵抗値をRとする)
6を介して演算増幅器7の反転入力端子に接続される。
演算増幅器7の反転入力端子と出力端子との間に並列帰
還用コンデンサ(容量値をCf とする)8が接続され
る。演算増幅器7の交流出力は整流・平滑回路9で直流
電圧に変換され、更にA/D変換手段でディジタルデー
タに変換され、容量値算出手段11に入力されて、被測
定静電容量4の容量値Cxが演算される。
【0004】抵抗器6,演算増幅器7,コンデンサ8に
より容量/電圧変換回路12が構成され、また整流・平
滑回路9,A/D変換手段10及び容量値算出手段11
により容量演算部13が構成される。測定信号発生器2
の出力電圧をV1 ,測定端子Bの電圧をV2 ,演算増幅
器7の出力電圧をV3 とする。演算増幅器の性質から、
よく知られているように、 V3 /V2 =−Zc/R ………… (1) Zc=1/jωCf ………… (2) ∴V3 /V2 =−1/jωCf R ………… (3) が成り立つ。ここで、ωは測定信号の角周波数であり、
Zcは並列帰還用コンデンサのインピーダンスである。
【0005】演算増幅器7自身の利得は極めて大きく、
その入力電圧は微少でほゞゼロであるので、反転入力端
子は仮想接地点となり、P点の電位はゼロ(共通電位)
と見なすことができるので、電圧V1 によって、容量
4,抵抗器6を通ってP点へ流れる電流Iは、 I=V1 /{R+1/jωCf } ………… (4) となる。ここで抵抗器6は R<<1/ωCx ………… (5) が成り立つように設定されているので、 I≒jωCxV1 ………… (6) ∴V2 =RI=jωCxV1 R ………… (7) (7)式を(3)式に代入すると、 V3 /jωCxV1 R=−1/jωCf R V3 =−CxV1 /Cf ………… (8) 被測定容量Cxが容量/電圧変換回路12により電圧V
3 に変換されたと見なすことができる。(8)式よりC
xは Cx=−Cf 3 /V1 ………… (9) と求められる。
【0006】上記は(1)式、つまり(3)式の関係を
用いて(9)式を求めたが、他の方法でも次のように求
められる。演算増幅器の入力インピーダンスは極めて高
く、入力端子を流れる電流は無視できるので、抵抗器6
からP点に流入した電流Iはコンデンサ8を流れる。従
って、増幅器7の出力電圧V3 はコンデンサ8の端子電
圧に等しく、 V3 =(−I)/jωCf ∴I=−jωCf 3 ………… (10) (6),(10)式より jωCxV1 =−jωCf 33 =−CxV1 /Cf ∴Cx=−Cf 3 /V1 となり(9)式と同じ式が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の計測装置の測定
誤差について実験、検討したところ、例えば図5に示す
ようにケーブル長Lに応じて、増大することが分かっ
た。図の誤差εは ε=(真値−計測値)/真値 ………… (11) として定義される。
【0008】この発明は、測定用ケーブルに起因する測
定誤差を補正した、高精度の計測装置を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1の発明では、ほぼ同じ長さを有する第
1,第2ケーブルの各遠端の芯線間に接続された被測定
静電容量を、それらケーブルの近端側より測定する静電
容量計測装置において、測定信号発生器と、その測定信
号発生器の出力端と前記第1ケーブルの近端の芯線との
間に接続された抵抗器と、第2ケーブルの近端に縦続接
続され、被測定静電容量値を電圧に変換する容量/電圧
変換回路と、その容量/電圧変換回路の出力から、被測
定静電容量の概略値を演算する容量演算手段と、抵抗器
の端子間電圧を測定する手段と、その測定された端子間
電圧より、第1,第2ケーブルの長さを演算する手段
と、その演算されたケーブル長と、静電容量概略値とか
ら、補正容量値を演算する手段と、その演算された補正
容量値を用いて静電容量概略値を補正・演算して、測定
値を得る補正手段とが設けられる。
【0010】(2)請求項2の発明は、前記(1)にお
いて、ケーブル長演算手段が、第1,第2ケーブルの長
さと抵抗器の端子間電圧との対応テーブルを格納したメ
モリを有するものである。 (3)請求項3の発明は、前記(1)において、補正量
演算手段が、補正量とケーブル長との対応テーブルを格
納したメモリを有するものである。
【0011】(4)請求項4の発明は、前記(1)にお
いて、容量/電圧変換回路が演算増幅器と、その演算増
幅器の逆相入力端子に接続された入力抵抗器と、該演算
増幅器の逆相入力端子と出力端子との間に接続されたコ
ンデンサとを具備するものである。 (5)請求項5の発明は、前記(4)において、容量演
算手段が、容量/電圧変換手段の出力を整流・平滑する
回路と、その回路の出力をA/D変換する手段と、その
変換されたディジタルデータより被測定静電容量の概略
値を算出する容量値算出手段とより成るものである。
【0012】(6)請求項6の発明は、前記(4)及び
(5)において、容量値算出手段が、A/D変換手段の
出力データと、抵抗器の出力端の電圧(V1 )情報と、
容量/電圧変換回路のコンデンサの容量とから被測定静
電容量の概略値を演算するものである。
【0013】
【発明の実施の形態】図1の実施例を参照して発明の実
施の形態を説明する。図1には図4と対応する部分に同
じ符号を付けて示し、重複説明を省略する。種々の実
験、検討を重ねた結果、ケーブルの芯線と外部導体との
間の分布容量は同軸ケーブルの場合、例えば44000
pF/Kmであり、被測定容量値Cxのオーダ(2000
pF程度以下)に比べて極めて大きく、端子Aから芯線
へ流れる電流I0 のほとんどは芯線から分布容量を通っ
て外部導体(アース)に流れるので、被測定容量値Cx
によらず、第1ケーブル3の長さに応じて増加し、長さ
によって決定されることが分かった。
【0014】この発明では、第1ケーブル3の近端の芯
線に送出する電流I0 に比例した電圧Vrを測定するた
めに、測定信号発生器2の出力側に直列に抵抗器21が
接続される。抵抗器21の出力端の電圧V1 はA/D変
換器26でディジタルデータに変換されて容量値算出手
段11に与えられる。容量値算出手段11は従来と同様
にして被測定静電容量4の概略値Cx′を算出する。
【0015】抵抗器21の端子間電圧Vrは差電圧測定
回路22で測定され、ケーブル長演算手段23に入力さ
れる。ケーブル長演算手段23では、図2に示すように
予め実験により得られたケーブル長L対電圧Vr特性L
=f(Vr)よりケーブル長Lを推定する。L対Vrの
テーブルは内蔵のメモリに格納されている。補正量演算
手段24では、従来(図4)と同様の容量演算手段13
で求めた被測定静電容量4の概略値Cx′と、ケーブル
長演算手段23で推定したケーブル長Lとから、図3に
示すように、予め実験的に求めた、概略値Cx′の代表
値、例えば2000,1500,1000,500,1
00pFをパラメータとした補正量ΔC対ケーブル長L
特性ΔC=Gi(L)より求める。概略値Cx′が、例
えば2000pFと1500pFの間にある場合は、補
間演算して補正量ΔCを求める。補正量ΔC対ケーブル
長Lのテーブルは補正量演算手段24内のメモリに格納
されている。
【0016】補正手段25では、概略値Cx′に補正量
ΔCを加算して、補正された容量値Cx=Cx′+ΔC
を最終測定データとして得る。以上の説明では、抵抗器
21の出力端の電圧V1 のデータをA/D変換手段26
を介して容量値算出手段11に与えるものとしたが、初
期セッティングにおいて、出力電圧V1 を所定値に設定
するようにして、V1 を既知データとし、A/D変換手
段26を省略してもよい。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
送出電流I0 に対応した電圧Vrからケーブル長Lを推
定し、そのケーブル長Lと、従来と同様にして測定した
被測定静電容量の概略値Cx′とから補正量ΔCを求め
て補正するようにしたので、測定ケーブルに起因する誤
差のほとんどない、高精度の計測装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すブロック図。
【図2】図1の測定用ケーブル3(4)の長さLと抵抗
器21の端子間電圧Vrとの関係を示すグラフ。
【図3】図1の測定用ケーブル3(4)の長さLと補正
量ΔCとの関係を示すグラフ。
【図4】従来の静電容量計測装置のブロック図。
【図5】図4の装置の測定誤差とケーブル長Lとの関係
を示すグラフ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ほぼ同じ長さを有する第1,第2ケーブ
    ルの各遠端の芯線間に接続された被測定静電容量を、そ
    れらケーブルの近端側より測定する静電容量計測装置に
    おいて、 測定信号発生器と、その測定信号発生器の出力端と前記
    第1ケーブルの近端の芯線との間に接続された抵抗器
    と、 前記第2ケーブルの近端に縦続接続され、被測定静電容
    量値を電圧に変換する容量/電圧変換回路と、 その容量/電圧変換回路の出力から、被測定静電容量の
    概略値を演算する容量演算手段と、 前記抵抗器の端子間電圧を測定する手段と、 その測定された端子間電圧より、前記第1,第2ケーブ
    ルの長さを演算する手段と、 その演算されたケーブル長と、前記静電容量概略値とか
    ら、補正容量値を演算する手段と、 その演算された補正容量値を用いて前記静電容量概略値
    を補正・演算して、測定値を得る補正手段と、 を具備することを特徴とする静電容量計測装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記ケーブル長演算
    手段が、前記第1,第2ケーブルの長さと前記抵抗器の
    端子間電圧との対応テーブルを格納したメモリを有する
    ことを特徴とする静電容量計測装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記補正量演算手段
    が、補正量とケーブル長との対応テーブルを格納したメ
    モリを有することを特徴とする静電容量計測装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記容量/電圧変換
    回路が、演算増幅器と、その演算増幅器の逆相入力端子
    に接続された入力抵抗器と、該演算増幅器の逆相入力端
    子と出力端子との間に接続されたコンデンサとを具備す
    ることを特徴とする静電容量計測装置。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記容量演算手段
    が、前記容量/電圧変換手段の出力を整流・平滑する回
    路と、その回路の出力をA/D変換する手段と、その変
    換されたディジタルデータより被測定静電容量の概略値
    を算出する容量値算出手段とより成ることを特徴とする
    静電容量計測装置。
  6. 【請求項6】 請求項4及び5において、前記容量値算
    出手段が、前記A/D変換手段の出力データと、前記抵
    抗器の出力端の電圧(V1 )情報と、前記容量/電圧変
    換回路のコンデンサの容量とから被測定静電容量の概略
    値を演算することを特徴とする静電容量計測装置。
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