JPH09145760A - 静電容量計測装置 - Google Patents
静電容量計測装置Info
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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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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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 V3 /V1 ………… (9) と求められる。
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 V3 ………… (10) (6),(10)式より jωCxV1 =−jωCf V3 V3 =−CxV1 /Cf ∴Cx=−Cf V3 /V1 となり(9)式と同じ式が得られる。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
器21の端子間電圧Vrとの関係を示すグラフ。
量ΔCとの関係を示すグラフ。
を示すグラフ。
Claims (6)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7304280A JP3025837B2 (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 静電容量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7304280A JP3025837B2 (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 静電容量計測装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09145760A true JPH09145760A (ja) | 1997-06-06 |
JP3025837B2 JP3025837B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=17931141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7304280A Expired - Fee Related JP3025837B2 (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 静電容量計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3025837B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012002538A (ja) * | 2010-06-14 | 2012-01-05 | Tohoku Electric Power Co Inc | 電力系統における対地静電容量の測定装置 |
US9109876B2 (en) | 2008-11-03 | 2015-08-18 | Koninklijke Philips N.V. | Device for measuring a fluid meniscus |
CN106093642A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-11-09 | 福州大学 | 一种任意交流载波下的电容特性测量电路及其方法 |
WO2019216274A1 (ja) * | 2018-05-08 | 2019-11-14 | 株式会社エヌエフ回路設計ブロック | 静電容量測定回路及び静電容量変位計 |
CN111247400A (zh) * | 2017-11-17 | 2020-06-05 | 贝迪亚发动机技术集团公司 | 用于填充介质的填充水平的电容性测量的设备和方法 |
-
1995
- 1995-11-22 JP JP7304280A patent/JP3025837B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2019216274A1 (ja) * | 2018-05-08 | 2019-11-14 | 株式会社エヌエフ回路設計ブロック | 静電容量測定回路及び静電容量変位計 |
JP6653899B1 (ja) * | 2018-05-08 | 2020-02-26 | 株式会社エヌエフ回路設計ブロック | 静電容量測定回路及び静電容量変位計 |
US11428548B2 (en) | 2018-05-08 | 2022-08-30 | Nf Holdings Corporation | Capacitance measuring circuit and electrostatic capacitive displacement meter |
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