JPS58162803A - 静電容量型厚さ測定装置 - Google Patents

静電容量型厚さ測定装置

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JPS58162803A
JPS58162803A JP4607882A JP4607882A JPS58162803A JP S58162803 A JPS58162803 A JP S58162803A JP 4607882 A JP4607882 A JP 4607882A JP 4607882 A JP4607882 A JP 4607882A JP S58162803 A JPS58162803 A JP S58162803A
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JP
Japan
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voltage
thickness
electrodes
capacitance
circuit
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Pending
Application number
JP4607882A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiki Koyanagi
小柳 善樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Iwatsu Electric Co Ltd
Iwasaki Tsushinki KK
Original Assignee
Iwatsu Electric Co Ltd
Iwasaki Tsushinki KK
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/08Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using capacitive means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一対の電極間に被側定qIIJv挿入し。
静電容量の変化に基づいて厚さv1111定する形式の
静電容量型厚さ測定装置に胸するものである。
従来の静電容量型厚さ測定装置は、111g3図に示す
如く、第1の電極(1)と累2の電極+21との間に被
測定物(31ン配し、この被測定物(3ンの厚さの変化
に対応した一対の電極111t21間の静電容量の変化
を靜電答量−電圧変換回路(41によって電圧の変化に
変換し、この電圧に基づいて演算回路(5]で厚さく1
)YXめるように*成されている。今、この装置の一対
の11極il+ 121の間隔(L))に厚さく1)の
誘電体被創定豐131 ’&挿入したと丁れば、電極t
ll+21間の静電容量Cは次式1表わされる。
但し、ここで町は被測定物(3)の比鋳電率、ε、は空
気の比酵電率%C0は真空の誘電率(定数)、Sは電極
(1月21の対向面積である。11J式に於い工空気の
比酵電率ンε鵞;]の一定とし、lxQに於ける靜電容
iIkをC6と丁れば、ll掬測定(3ンの厚さに対応
して増加する静電容量ΔCは、ΔC−C−C,であ4す
111式から となる。今、静電容量−電圧変換回路+41の変換部f
vKとし、その出方電圧t’eとてれは、eは次の(3
7式で表わされる。
e冨K・ΔC・・甲・・・・・・・・・・・・・・・ 
+31(21弐v(31式に代入丁れば、eは次の14
1式で表わされる。
式に於いて対向面積S、比霞電皐#1、電極間隔り及び
感度に7一定と丁れば、厚さtに対応して出力電圧Cが
変化する。しかし、この出力電圧eは141式から明ら
かなようKtの変化に対して大きな非直線性を有して変
化するため、tの変化に対して直線性な有して変化する
電圧に演算回路(5)で変換される。 jlllち14
】式v1埋して得られるに対応する演算ン演算回路tf
flで行い、厚さtに比例した演算出力電圧EV次式の
ように発失させる。
ところで、実際の測定に於いては、現場の状況により電
極il+(2)間の間隔υを一定に保つことが因−な場
合が多い。例えは、被測定物(31が連続的に製造され
る絶縁物シートである場合には、電極illに相当する
部分は一般に同転する金属ローラとなリ、このような場
合にはローラの偏心によって間隔Dv一定に保つことが
不可能になる。電極間層りが習化丁れば、轟然の結果と
して(61式の出力電圧Eが変化し、正確に厚さtvs
定することが不可能になる。#!2図は電極間隔DtF
)変動分ΔDKよって岸さtと出力電圧Eとの関係がど
のように変化するかを水子ものである。この図から明ら
かなように%f勤分ΔDが零の場合には、出力電圧E、
によって厚さtlv正確に測定することが可能であるが
1間隔りが所定値よりも狭くなってΔD〈0となれば、
同一の厚さtlであっても出力電圧がElとなり、また
間隔りが所定値エリも広(なってΔD>Oとなれば、同
一の厚さtlであっても出力電圧がElとなり、結局正
JiK厚さt I Y JIJ定するこζが不可能にな
る。
そこで、本発明の目的は電極間隔の変動に無関係に厚さ
’に:IE、確K11l定することが可能な静電容量濃
厚さ測定装置奮提供することにある。
上記目的Y達成するための本発明は、被測定物を挿入し
得る電極間隔を有する一対の電極と、この一対の電極間
の静電容量なこ°の静電容量に対応した電圧に変換する
靜電谷量−電圧変換回路と、前記一対の電極の電極間隔
の変11IJv検出し、この変動に対応した出力電圧ン
発失する電極間隔変動検出装置と、前記静電容量−電圧
変換回路の出力電圧と前記電極間隔変動検出装置の出力
電圧とに基づいて前記電極間隔の変動に基づ(1差を除
去した状態の前記被測定物の厚さに対応する出力電圧な
発生する厚さ対応電圧発生(ロ)路と、から成る静電容
量型厚さ測定装置に係わるものである。
上記発明によれば、電極間隔変動検出装置によって間隔
変動分に対応し友電圧Y得て、これにより厚さに対応し
た出力電圧を補正するので、間隔変動に基づく測定誤差
ン低減することが可能になる。
次に%図面Y参照して本発明の実施例について述べる。
第3脂に示す本発明の実施例に俤わる厚さ測定装置は、
被側定1!l 131 ”ffi挿入することが可能な
電極間隔DV有する一対の電極il+ 121 V I
Iえている・尚1接地された一万の電極(11は、電磁
的に間隔変動分ΔDv検出するためKat!l:金属で
形成されている。
また対向面積SV有する他方の電極(21は、静電容量
グローブから成る。
電@ i21の出力段に順次に設けられた静電容量−電
圧変換(ロ)略141及び演算回路(53は、第1−で
同一符号で示すものと実質的に同一であり、静電容量−
電圧&11回路141は一対の電極Il+ 121間の
静電容量Cの被測定物t31に基づ(変化分ΔCに比例
した電圧ev尭生じ、演算回路+51は電圧Cに基づい
て厚さtに比例した出力電圧Eン発生する。(6;は電
極Il+ 121の間隔りの変動分ΔDY検出するため
のプローブであり、静電容量プローブとしての電極(2
1と固定位置関保ケ有するように相互に連結さnている
。この実施例では検出グローブ(6)は電磁検出方式の
プローブであるので%磁性金属から成る電極il+に対
向配置され1間隔の変化に対応してインダクタンス値が
変化するように構成されている。(7)は間隔f動分Δ
Dに比例した電圧EAY第6図に示す工うに発生する変
動分比例電圧発生回路である―プローブ(61と変動分
比例電圧発生回路(7)とから取る電極間隔変動検出装
置によって検出され大変動分ΔDに比例する電圧Eムは
、差動増幅器(8)の−万の入力となり、差動増@ l
i (83のもう−1の入力電圧Eから変動分ΔDに基
づく誤差を除去するために利用される。従って、この寮
施例では、演算回路+51と差動増幅器181との組み
合せによって厚さ対応電圧発生回路が構成され、これに
より、誤差の少ない厚さ比例電圧を送出てる。
第4図は第3図の靜電答量−電圧変換回路【41及び演
算@ M (51yt爽に評しく示すものであり、静電
容量−電圧変換回路(4)は高周波ブリッジ回路で構a
され、一対の電極il+ 121から成るコンデンサ容
量evfPなってブリッジ回路V構成するためのコンf
ytC1,C鵞、Cjb高周波発!rR1!1197%
整流回路a・、及び増幅器a11ン含み、変動分ΔCに
比例した電圧eを発主する。演算回路+51は、変換回
路+43の出力電圧のに基づいて、 −eK、の電圧を
形成する回路0と、e+に1の電圧を形成する回路U謙
と、 −eK@/ e + Klの除算ン行う回路Iと
を含み、厚さtに比例した電圧E)1発生する。
M5−は第3図のプローブ(61及び変動分比例電圧発
生IN M +71 ’i’詳しく示すものである。こ
の図から明らかなよ5にコイル(151と磁心(1秒と
から成るグローブ(61は電極tl+に対向配置され%
酵電体から成る被測定物(3)の有無に関係なく磁心u
8と電極Illとの間隔の変動により自己インダクタン
スが変化するj5に構成されている。グローブ(6)は
路3囚に示す1うに電極123に連結され1いるので、
プローブ(6)の自己インダクタンスは一対の電極11
1 +210関w&Dの変動に対応して変化する。コイ
ルa9は抵抗顛を介して高周波発畿器αδに接続され、
コイへ49の一層の電圧は整流回路−で整流されて増幅
器■の入力となり、増幅器■の利得調整によって間隔り
の変動分ΔDに比例した電圧Eムが増幅器■から出力さ
れる。
第3@に示す測定装置で被測定物(3)の厚さtt’欄
定測定いる期間に電極間隔りの変動が発生せずΔD−0
であると仮定丁れば、演算囲jl (5+から得られる
犀さtに比例した電圧EK間間質変動基づ(−差目含!
れない。また変動分ΔDK比例した補正電圧Eムが![
6@に示す如く零となり、結局差動増S器(8)に於い
て、厚さtに比例した電圧Eの補正が行われずに、電圧
Eが七の′tま出力される。
次に、一対の電極il+ 121の間隔りのflmが発
生し。
七の変動分がΔDであるとすれば、一対の電極illな
f)、を冨0の時の靜電答量C,Vc対する変化分ΔD
潰c−c、tsg式で表わされる。
そして、この(71式11t(31式に代入すると5次
式が得られる。
この(91式から明らかなように演算回路(51の出力
電変動分ΔDに比例する。−万、変動分比例電圧発生回
路(7)は、変動分ΔDに比例した電圧E1ン発失るよ
5に増Ili器■の利得がII!Iされている。従って
、差動増111i @ (8+の一万の入力亀子には(
91式に承られる。即ち、 E、−E−E。
= t の出力が得られ、変動分ΔDに無関係に厚さtに正確に
比例した電圧Ellv第7図に示すような関係で得るこ
とができる。勿論、検出プローブ(6)による間隔変動
分ΔDの測定誤差δがあるが、t>aと丁れば測定誤差
Jは笑用土無視することができ、厚さtの正確な測定が
可能になる。
上述から明らかなように本実施例によれば、被測定物(
31の4嘔の測定期間中に電極間隔りが変動しても、こ
れに左右されずに厚さtV測測定ることが可能である。
従って、使用範囲の広い静電容量型厚さ鉤定装置ン提供
することができる。
また、mx(2)路(51によって、厚さtに比例し声
電圧Ev求め、これを差動増幅器(8)に入力させて変
動分ΔDKjる誤差を除去しているので、W14差の除
去な容易に達成することが可能であり、且′つ誤差を除
去した債にも厚さtに比例した電圧E、v得ることがで
きる。
また、プローブ(6)%:電極(21に連結し、史に電
極ill t’ a性金属とし、プローブ(6)vコイ
ルQ51と磁心a0とで構成し、プローブ(6)と電極
+11との間隔の変化によるインダクタンスの変化で間
隔変動ΔDv検出するようにしたので、誘電体の被測定
物131の厚さの変化に無関係に間隔変動ΔDン検出す
ることが可能である。
以上、本発明の実施例について述べたが1本発明はこれ
に限定さjるものでなく更に変形可能なものである1例
えば、SSaに示す工5に、厚さ測定用の電1k 12
1に同軸状に変動分ΔDv検出するための磁心ae及び
コイル(151とから成るグローブ(61を配してもよ
い、1また。電極11+ ’Jr’第9因に示す15に
*濶ローラとし、この−万の肯に厚さ検出用の電極(2
1Y配し、この他方の廁にコイルff51と磁心a―と
から成る間隔検出用プローブ161 Y配してもよい、
またプループ(62Yうず電流型としてもよい。
この場−&には空心としてもよいし、棒状コアY使用し
又もよい、またこのうず電流型の場合には電極illが
a柱体である必IIIがない、f友間隔検出プローブ(
61馨靜亀容量検出プローブとしてもFへこの場合には
、例えば第9図の磁心a輯の位置に間隔検出用電極ン装
置するか、又は#!3図のプローブ16+の下に被測定
物(31ン挿入しない状態とする。
またプローブ(61で検出する代りに、一対の電極+1
+:2夛の間隔0の変動を光電的又は磁気的に検出して
tよい、また、静電容量−電圧変換回路141Y笑会昭
40−[4455号公報に開示されている方式と【7て
もよい、1しf勤労比例電圧発生回路(7)をブリッジ
@Mと増fIjAaで#I成してもよい。
【図面の簡単な説明】
@)、図は従来の静電答量淑厚さ測定装置ull’示す
プ四ツク図、#!2図は第1図の装置に於ける厚さと出
力電圧との関係ン示す特性図、栗3図は本発明の実l1
11P!lに保わる静電容量温厚さ測定装置Y示すブロ
ック図、累4図を言#I3図の静電容量−電圧変換回路
及び演算回路Y詳しく示すブロック図、纂5図は#13
図のグローブ及び変動分比例電圧発生回路V#L<示す
ブロック図、第6図は電極間隔変動分と変動分比例電圧
発生(ロ)路の出方電圧との関係Y示すI#注図、jI
7図は厚さtと差動増−器の出力電圧との関係Y示す特
性図、第8図及び纂9図は静電容量音検出する電極と間
隔変動Y検出するプローブとの変形例Y示す断面図であ
る。 尚、図面に用いらnている符号に於いて、+1I127
は電極、(3;は被測定物、14)は静電容量−電圧変
換回路、(51は演算(9)路、(6)は検出プローブ
、(7)は変動分比例電圧発生回路、(8)は差動増幅
器である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 111  被測定物を挿入し得る電極間隔を有する一対
    の電極と。 この一対の電極間の静電容量をこの静電容量に対応した
    電圧に変換する静電容量−電圧変換回路と、 前記一対の電極の電極間隔の変動r検出し、この変動に
    対応した出力電圧な発生する電極間隔変動検出装置と、 前記静電容量−電圧変換回路の出力電圧と前記電極間隔
    変動検出装置の出力電圧とに基づいて前記電極間隔の変
    動に基づく娯差な除去した状態の前記被一定智の厚さに
    対応する出力電圧を発生下る厚さ対応電圧発生回路と、 から成る静電容量型厚さ測定装置。 (21前記静電容量−電圧変換回路は、前記一対の電極
    間の静電容量の変化分に比ガする電圧Y得る回路である
    %軒請求の範vjA#!]項記載の厚さ醐足装置。 +33  前記厚さ対応電圧発生回路は。 前記静電容量−電圧変換回路の出力電圧に基づい−CI
    iJle被測定物の厚さに比例した出力電圧を得る演算
    回路と、 前記演算回路の出力電圧と前記電極間隔変動検出装置の
    出力電圧との差動出力を得る差動増幅器と、 から成るものである特許請求の範囲第2項記載の厚畜一
    定装置。 (41前記電極間隔変動検出装置は、前記一対・豹電極
    の一方に対して固定位置関係ン有するように配設すれた
    インダクタンスコイルと、111記J4ルのインダクタ
    ンスの変動分に対応する出力電圧を発生する変動分対応
    電圧発生回路とから成るものである*tntyt求の範
    囲第1項又は第2項又は第3項記載の屠畜測定装置。 (5)  前記一対の電極の少なくとも一方は金属ロー
    ラである特許請求の範囲第】項又は累2項又は#l!3
    項又はJIg4項記載の厚さ測定装置。
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