JPH0943187A - 静電容量センサ及び静電容量センサ装置 - Google Patents

静電容量センサ及び静電容量センサ装置

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JPH0943187A
JPH0943187A JP7196863A JP19686395A JPH0943187A JP H0943187 A JPH0943187 A JP H0943187A JP 7196863 A JP7196863 A JP 7196863A JP 19686395 A JP19686395 A JP 19686395A JP H0943187 A JPH0943187 A JP H0943187A
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JP
Japan
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terminal
capacitance sensor
measurement
capacitance
base material
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JP7196863A
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Takeyuki Nakayama
雄之 中山
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 浮遊容量による電気的ノイズの影響を小さく
して電気容量の測定が可能であり、大量の測定試料にセ
ンサを挿入して測定を行う場合においても安定した測定
が可能である静電容量センサを実現する。 【解決手段】 絶縁基材11の表面に、一対の櫛歯状電
極12,13を組み合わせて配置し、各櫛歯状電極1
2,13における両端の櫛歯部を、個別に設けられた電
圧印加用端子12a,13a及び測定用端子12b,1
3bと接続して4端子構成にしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、物質の静電容量を
測定する際に用いる静電容量センサ及び静電容量センサ
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、静電容量センサの基本構成として
は、図11に示すように、二枚の金属板電極50,51
を平行配置し、それらの電極の間の試料を測定するもの
が知られている。この種の静電容量センサに関し、静電
容量測定値を上げて測定精度を高めようとする場合に
は、電極板の面積を大きくし、電極板の間隔を狭くする
必要がある。しかしながら、電極板の間隔を狭くする
と、試料の厚さが制限されることになり、また、試料が
流体である場合には、電極間に目詰まりを起こしやすく
なる。
【0003】これらの対策として、例えば特開平3−1
42352号に示されるように、平面上に、互いに組み
合わされた一対の櫛状電極を形成した平面型誘電率測定
センサが提案されている。また、特開平4−35055
0号では、一対の螺旋状または櫛状パターンからなる電
極を、互いに離間させた状態で平面上に形成した静電容
量型センサが提案されており、アルコール混合比セン
サ,液レベルセンサ,オイル汚れセンサとして利用でき
るようになっている。図12は上記櫛状パターンを示し
たものであり、絶縁基板52上に一対の櫛状電極53,
54が組み合わされて配置され、各電極には測定装置と
接続するための接続端子53a,54aが備えられてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】静電容量の測定方法と
しては、電圧を印加するための信号ケーブルと測定のた
めの検出ケーブルが測定試料までそれぞれ独立している
いわゆる4端子方式が優れている。図13の模式図は、
測定装置である HEWLET PACKRD 4263A LCRメータの取扱
説明書から引用したものである。同図に示すように、安
定した静電容量測定を行うためには、信号ケーブルL
CUR ,HCUR と検出ケーブルLPOT ,HPOTが測定試料
直前まで独立していることが望まれる。
【0005】上記した従来の静電容量センサを用いて測
定を行う場合、信号ケーブルと検出ケーブルは電極端子
でつながっているため、それらの独立性が無くなってお
り、その結果、電極を介して試料を測定する2端子方式
となる。上記した平面型誘電率測定センサまたは、静電
容量型センサの構成では、電気容量測定値を上げて測定
精度を高めるべく電極長さを長くすればするほど、信号
ケーブルと検出ケーブルの独立性は失われることにな
る。
【0006】また、静電容量の測定においては、浮遊容
量による電気的ノイズの影響が問題となる。すなわち、
静電容量センサを大量の測定試料に挿入して測定を行う
場合や、周辺に例えばモータ等の電気的ノイズ発生源が
あるような場合では、浮遊容量による電気的ノイズの影
響が大きく現れ、安定した測定ができなくなることがあ
る。このような問題は、上記した平面型誘電率測定セン
サや上記静電容量型センサにおいても例外ではない。
【0007】本発明は以上のような従来の静電容量セン
サの課題を考慮してなされたものであり、浮遊容量によ
る電気的ノイズの影響を小さくして静電容量の測定が可
能であり、大量の測定試料にセンサを挿入して測定を行
う場合においても安定した測定が可能である静電容量セ
ンサ及び静電容量センサ装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】第一の本発明は、絶縁基
材の表面に、一対の櫛歯状電極を組み合わせて配置し、
各櫛歯状電極における両端の櫛歯部を、個別に設けられ
た電圧印加用端子及び測定用端子と接続して4端子構成
にした静電容量センサである。
【0009】第二の本発明は、絶縁基材の表面に、一定
の間隔を空けて一対の電極を所定のパターンで配置し、
所定のパターンにおける始点及び終点を、個別に設けら
れた電圧印加用端子及び測定用端子と接続して4端子構
成にした静電容量センサである。上記所定のパターンの
具体例としては、渦巻状、蛇行状のものが示される。
【0010】第三の本発明は、絶縁基材の表面に、多数
の帯状電極を平行配置し、帯状電極を端からひとつ置き
に第1の導線を用いて接続し、残された帯状電極につい
て端からひとつ置きに第2の導線を用いて接続し、各導
線の両端を、個別に設けられた電圧印加用端子及び測定
用端子と接続して4端子構成にした静電容量センサであ
る。
【0011】上記本発明を用い4端子法による測定を行
えば、信号ケーブルと検出ケーブルがそれぞれ独立して
いるため、ケーブルの残留インピーダンスの影響を減ら
すことができる。また、それぞれのケーブル間の誘導結
合を含まないため測定精度を向上させることができる。
【0012】また、本発明の電極の周囲にはシールドプ
レートを備えることが好ましい。また、絶縁基材の背面
にシールドプレートを備えることもできる。また、電極
及び/またはシールドプレート表面を絶縁体によって被
覆することができる。電極を絶縁被覆した場合には、本
発明を導電性の高い測定対象物にも適用することができ
る。
【0013】また、絶縁基材の両面に上記した静電容量
センサを備えることもできる。この場合、各面の静電容
量センサから得られる静電容量の和が測定結果となるた
め、静電容量センサのコンパクト化が図れる。
【0014】第四の本発明は、請求項1〜8のいずれか
の静電容量センサを側面略V字状をなす本体に取り付け
るか、または絶縁基材の側面を略V字状に形成し、測定
対象に対する静電容量センサの挿入深さを一定にするた
め、及び挿入後の静電容量センサを安定させるためのス
タビライザを本体または絶縁基材における挿入側と反対
側に設け、電圧印加用端子及び測定用端子を測定装置に
接続するための接続線またはコネクタを、本体または絶
縁基材に備えてなる静電容量センサ装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施例に基づ
いて本発明を詳細に説明する。図1は、第一の発明の静
電容量センサに係る一実施例を示したものである。同図
において、静電容量センサ10は、絶縁基材としての絶
縁基板11平面上に、一対の櫛歯状電極12,13を組
み合わせて配置したものであり、櫛歯状電極12につい
ては、櫛歯を連絡している連絡部の両端、すなわち櫛歯
の背の部分の両端にそれぞれ電圧印加用接続端子(以下
信号端子と呼ぶ)12aと測定用接続端子(以下検出端
子と呼ぶ)12bを設け、また、櫛歯状電極13につい
ても同様に信号端子13aと検出端子13bを設け、そ
れにより接続端子を4端子構成としている。なお、一対
の電極12,13の外周部には、導電性を有するシール
ドプレート14a及び14bが配置されている。
【0016】図2〜図4は、第二の発明の静電容量セン
サに係る実施例を示したものである。図2は電極を渦巻
状に形成したものであり、図3及び図4は蛇行状に形成
したものである。詳しくは、図2に示す静電容量センサ
の構成は、絶縁基板15の表面に、互いに一定の間隔を
空けて離間した一対の電極16,17を渦巻状としての
所定のパターンで形成し、その所定パターンにおける始
点及び終点を、電極16については個別に設けられた信
号端子16aと検出端子16bに接続し、電極17につ
いては検出端子17bと信号端子17aに接続し、4端
子構成にしたものである。なお、図中符号19に示す破
線部分については、電極を絶縁基板15中に埋設してい
る。
【0017】図3において、20は基板、21,22は
一対の電極、21a及び21bは一方の電極21に備え
られた信号端子及び検出端子であり、22a及び22b
は他方の電極22に備えられた信号端子及び検出端子で
ある。23a,23bはシールドプレートである。な
お、図中破線部分は基板20中に埋設された電極部分で
ある。
【0018】図4は基板20表面に電極25,26を平
行して蛇行状に形成したものであり、25,26は一対
の電極、25a及び25bは一方の電極25に備えられ
た信号端子及び検出端子であり、26a及び26bは他
方の電極26に備えられた信号端子及び検出端子であ
る。なお、図3と同じ構成要素については同一符号を付
してその説明を省略する。
【0019】図5〜図7は第三の発明の静電容量センサ
に係る実施例を示したものである。図5において、静電
容量センサ29は、絶縁基板30上に偶数個平行に配列
された帯状電極板31を有し、この電極板31と接続端
子32は、以下に説明する図6または図7に従って接続
されている。
【0020】即ち、図6に示す結線図は、電極板311
〜3124について、電極板311 ,313 …を端からひ
とつ置きに第1の導線34を用いて接続し、残された電
極板312 ,314 …についてもひとつ置きに第2の導
線35を用いて接続し、導線34の両端、及び導線35
の両端に、信号端子32aと検出端子32b、及び信号
端子33aと検出端子33bを設けて4端子構成にした
ものである。
【0021】一方、図7に示す結線図は、電極板311
→313 →315 …3123の順に導線36を用いて接続
し、残された電極板312 →314 →316 …3124
順に導線37を用いて接続し、導線36の両端、及び導
線37の両端に、信号端子32aと検出端子32b、及
び信号端子33aと検出端子33bを設けて4端子構成
にしたものである。なお、図5における符号33はシー
ルドプレートを示す。
【0022】図8は第四の発明の静電容量センサ装置の
構成を示したものである。同図に示す静電容量センサ装
置40は、測定対象に対して挿入が容易になるように絶
縁基材である本体41の側面41aが略V字状に形成さ
れており、その平面に静電容量センサが取り付けられて
いる。静電容量センサの電極42は、図6または図7に
示した接続構造によって配線されており、二組の電極群
42n 及び43n から構成されている。各電極群の両端
からはリード線44が延出されている。このリード線4
4は、それぞれ測定用LCRメータのHPOT 、LPOT
CUR 、LCURの各端子に接続されるようになってい
る。なお、リード線44はシールド線を使用することが
好ましい。また、本実施例では、リード線44と静電容
量センサ装置40を直接接続しているが、これに限ら
ず、防滴型のコネクタを用いることもできる。また、電
極42n ,43n の外周には、導電性を有するシールド
プレート45が配置されており、このシールドプレート
45は、リード線44のシールド導体或いは導線を用い
て測定用LCRメータのグランド端子に接続するように
なっている。
【0023】また、本体41の上端寄りには、静電容量
センサ装置40の挿入深さを一定にするため、及び挿入
後の静電容量センサ装置40を安定させるための棒状の
スタビライザ46が反対向きに2組み取り付けられてい
る。
【0024】
【実施例】図8に示す静電容量センサ装置40を用い、
製麹における米麹の電気容量の変化を測定した。麹菌の
培養は、以下の方法で行った。白米1kgを蒸し、放冷
した後麹菌(Aspergillus Oryzae)を接種して約6cmの
高さに盛り、30℃にて培養した。測定は、本実施例の
静電容量センサ装置と図3に示した従来例のセンサとを
白米に差し込んで測定を行った。
【0025】本実施例の静電容量センサによる測定結果
を図9に示し、従来のセンサによる測定結果を図10に
示す。両図を比較することによって明らかなように、本
実施例の静電容量センサによって測定された静電容量曲
線は、従来のセンサによる測定結果よりもバラツキが少
なく極めて安定していることが確認された。なお、本発
明において、上述した電極を絶縁被覆した場合には、導
電性の高い測定対象物に適用することが可能になる。
【0026】また、本発明においては、絶縁基材の両面
に、上述した実施例の構成の静電容量センサを備えるこ
ともできる。この場合、各面の静電容量センサから得ら
れる静電容量の和が測定結果となるため、静電容量セン
サのコンパクト化が図れる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば、浮遊容量による電気的ノイズの影響を
小さくして測定対象の電気容量を測定することができる
ため、測定精度を高めることができる。また、大量の測
定試料にセンサを挿入して測定を行う場合においても安
定した測定が可能になるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の発明の静電容量センサの構成を示す正面
図である。
【図2】第二の発明の静電容量センサの構成を示す正面
図である。
【図3】第二の発明の静電容量センサの他の例を示す正
面図である。
【図4】第二の発明の静電容量センサのさらに他の例を
示す正面図である。
【図5】第三の発明の静電容量センサの構成を示す正面
図である。
【図6】図5に示すセンサの結線図である。
【図7】図5に示すセンサの他の結線図である。
【図8】第四の発明の構成を示す斜視図である。
【図9】本発明による静電容量測定結果を示すグラフで
ある。
【図10】従来の静電容量センサによる測定結果を示す
グラフである。
【図11】従来の静電容量センサの基本構成を示す説明
図である。
【図12】従来の櫛歯状電極を備えた静電容量センサを
示す正面図である。
【図13】従来の2端子方式及び4端子方式による測定
方法を示す模式図である。
【符号の説明】
10 静電容量センサ 11 絶縁基板 12 櫛歯状電極 12a 電圧印加用接続端子 12b 測定用接続端子 13a 電圧印加用接続端子 13b 測定用接続端子 14a,14b シールドプレート

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基材の表面に、一対の櫛歯状電極を
    組み合わせて配置し、前記各櫛歯状電極における両端の
    櫛歯部を、個別に設けられた電圧印加用端子及び測定用
    端子と接続して4端子構成にしたことを特徴とする静電
    容量センサ。
  2. 【請求項2】 絶縁基材の表面に、一定の間隔を空けて
    一対の電極を所定のパターンで配置し、前記所定のパタ
    ーンにおける始点及び終点を、個別に設けられた電圧印
    加用端子及び測定用端子と接続して4端子構成にしたこ
    とを特徴とする静電容量センサ。
  3. 【請求項3】 前記所定のパターンが渦巻状、蛇行状で
    ある請求項2記載の静電容量センサ。
  4. 【請求項4】 絶縁基材の表面に、多数の帯状電極を平
    行配置し、前記帯状電極を端からひとつ置きに第1の導
    線を用いて接続し、残された前記帯状電極について端か
    らひとつ置きに第2の導線を用いて接続し、前記各導線
    の両端を、個別に設けられた電圧印加用端子及び測定用
    端子と接続して4端子構成にしたことを特徴とする静電
    容量センサ。
  5. 【請求項5】 前記電極の周囲にシールドプレートを備
    えてなる請求項1〜4のいずれかに記載の静電容量セン
    サ。
  6. 【請求項6】 前記絶縁基材の背面にシールドプレート
    を備えてなる請求項1〜5のいずれかに記載の静電容量
    センサ。
  7. 【請求項7】 前記電極及び/または前記シールドプレ
    ートが絶縁体によって被覆されている請求項1〜6のい
    ずれかに記載の静電容量センサ。
  8. 【請求項8】 前記絶縁基材の両面に請求項1〜5のい
    ずれかの静電容量センサを備えてなることを特徴とする
    静電容量センサ。
  9. 【請求項9】 請求項1〜8のいずれかの静電容量セン
    サを側面略V字状をなす本体に取り付けるか、または前
    記絶縁基材の側面を略V字状に形成し、測定対象に対す
    る前記静電容量センサの挿入深さを一定にするため、及
    び挿入後の前記静電容量センサを安定させるためのスタ
    ビライザを前記本体または前記絶縁基材における挿入側
    と反対側に設け、電圧印加用端子及び測定用端子を測定
    装置に接続するための接続線またはコネクタを、前記本
    体または前記絶縁基材に備えてなることを特徴とする静
    電容量センサ装置。
JP7196863A 1995-08-01 1995-08-01 静電容量センサ及び静電容量センサ装置 Withdrawn JPH0943187A (ja)

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