JPS5830178Y2 - 容量式変位変換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、圧力、変圧等に対応する変位量に応じて容量
が差動的に変化する一対の可変コンデンサを用いた容量
式の変位変換器に関する。

一般に容量の変化を利用して変位量を電気信号に変換す
る場合には、高周波の励振電源が必要で、しかも励振電
源の電圧や周波数等の変化の影響を受ける。

このため従来は実公昭４４−１５３９８号公報に示され
ているように、一対の可変コンデンサの容量の和に対応
した電気信号が一定になるように励振電源を制御し、容
量の差に対応した電気信号を出力とすることにより励振
電源の電圧や周波数等の変化による影響を除去している
。

また特開昭５２−２１８５１号公報に示されるように容
量の差に対応した電気信号と容量の和に対応した電気信
号との除算を行うことによって、励振電源の電圧や周波
数等の変化の影響を除去することも行われている。

ところで最近の変換器では、コンピュータとの結合を容
易にするため、変位量に応じたパルス幅信号を出力でき
るように構成されることがある。

この場合パルス幅信号発生用の電圧・パルス幅変換器と
、高周波の励振電源とはそれぞれ独立に設けられている
ため、全体構成が複雑になっていた。

本考案は、電圧・パルス幅変換器の出力で一対の可変コ
ンデンサを励振することによって、簡単な構成でパルス
幅信号を出力できる容量式の変位変換器を実現したもの
である。

以下図面を用いて本考案の変換器を説明する。

第１図は本考案変換器の一実施例を示す接続図である。

図において、Ｃ１，Ｃ２はその容量値が互いに差動的に
変化する一対の可変コンデンサで、例えば第２図に示す
如く圧力や差圧等に応じて変位する可動電極１０と、こ
の可動電極１０に対向配置されている固定電極１１．１
２とで構成されており、これ等の容量値は可動電極１０
が中性点にあるとき互に等しく、可動電極１０の変位に
よってＣ工。

Ｃ２の容量が差動的に変化する。

なお第２図イは電極間距離変化形、第２図口は電極面積
変化形の例である。

Ｄ１〜Ｄ４は各々整流用ダイオード、Ｃｆｌ。Ｃｆ２は
各々平滑用コンテ゛ンサ、Ｒ１−Ｒ３は各々抵抗、Ａ１
は差動増幅器で、Ｃ１，Ｃ２の容量の差に対応した電圧
Ｅ１を出力するもので゛ある。

、Ａ２はバッファ増幅器で、Ｃ１，Ｃ２の容量の和に対
応した電圧Ｅ２を取り出すものである。

Ｍはバッファ増幅器Ａ２の出力Ｅ２に係数ｍ（ただしｍ
〈１）を乗する係数器、ＰＷＭは電圧・パルス幅信号変
換器で、入力に加わる電圧Ｅｉをパルス幅がｔで周期が
Ｔなるパルス幅信号ＰＷに変換するものである。

ＰＷＭの具体的な構成の一例を第３図に示す。

第３図のＰＷＭは入力端子Ｅｉが抵抗Ｒ４を介して非反
転入力端子←）に加えられる演算増幅器ＯＰと、ＯＰに
正帰還を施す抵抗Ｒ５と、ＯＰの出力で駆動され基準電
圧ＥｒをオンオフするスイッチＳと、Ｓによってオンオ
フされた電圧を平滑してＯＰの反転入力端子（→に加え
るコンデンサＣ３と抵抗Ｒ６のフィルタ回路Ｆとからな
っている。

このような構成のＰＷＭにおいては、まずＯＰの非反転
入力端子（ト）の電圧Ｅｐが反転入力端子（−）の電圧
Ｅｆよりも大きいと、ＯＰの出力が高レベルになり、ス
イッチＳをオン側ａに接続する。

その結果フィルタ回路Ｆのコンテ゛ンサＣ３が時定数Ｃ
３Ｒ６で充電され、反転入力端子（→の電圧Ｅｆが上昇
する。

ＥｆがＥｐよりも大きくなると、ＯＰの出力が低レベル
に反転する。

ＯＰの出力が低レベルになるとスイッチＳがオフ側すに
倒れ、Ｃ３が時定数Ｃ，Ｒ，で放電し、Ｅｆが減少する
。

Ｅｔが減少しＥｐよりも小さくなると、ＯＰの出力は再
び高レベルになる。

このようにして、ＯＰとＳおよび下からなるループは周
期Ｔでオンオフを繰り返し自励振動する。

ここでＯＰに正帰還を施しているので、比較動作の立上
りを鋭くできるとともに、ヒステリシスをもたせること
ができる。

また自励振動ループの発振周期Ｔは、ヒステリシスの幅
とフィルタ回路Ｆの時定数および入力端子のレベルによ
り決定されるため、ＯＰ＋Ｓ等の特性の影響を受けない
利点があり、発振動作が安定である。

なお本実施例では自励振動ループの発振周波数は数ｋＨ
ｚに調整されている。

そしてＯＰの利得は充分に大きいので、帰還電圧Ｅｆの
平均値が入力端子Ｅｉと等しくなるように働き、自励振
動ループのオン時間をｔとすると、パルス幅出力ＰＷは
、 となり、入力端子Ｅｉに比例したものとなる。

本実施例では、第１図に示すように差動増幅器Ａ１の出
力Ｅ０と係数器Ｍの出力ｍＥ２との和を入力電圧Ｅｉと
し、バッファ増幅器Ａ２の出力Ｅ２を基準電圧Ｅｒとし
ているので、パルス幅信号ＰＷは、 となり、差動増幅器Ａ１の出力Ｅ１とバッファ増幅器Ａ
２の出力Ｅ２の比に、バイアス値ｍを加えたものとなる
。

バイアス値ｍはＥｌが零のときでもＰＷＭに発振を持続
させるためのものであり、またバイアス値ｍを調整する
ことによって零調整すなわちＥｌが０％のときのＰＷの
値を定めることができ、しかも零調整はｍがＥｌ、Ｃ２
に無関係で係数器Ｍの係数値のみで決まるため、スパン
調整（Ｅ、が１００％のときのＰＷの値の調整）とは独
立できる。

このパルス幅信号ＰＷが出力端子ＯＵＴに与えられると
ともに、一対の可変コンデンサＣ１゜Ｃ２に励振用とし
て加えられる。

このように構成した本考案変換器の動作を以下に説明す
る。

まず一対の可変コンデンサＣ１，Ｃ２に加えられたパル
ス幅信号ＰＷは、ダイオードＤ１〜Ｄ４および平滑用コ
ンテ゛ンサＣｔ１．Ｃｒｚによって平滑される。

パルス幅信号ＰＷの周波数はＣ工、Ｃ２のインピーダン
スがＲ□、Ｒ２，Ｒ３に比べて充分大きくなるように選
ばれているので、Ｒ１およびＲ２を流れる電流はそれぞ
れｋＣｌ（＝ ■ｔ）およびｋＣ２（二Ｉ２）と略々な
る。

なおｋはパルス幅信号ＰＷの振幅や周波数の関数である
。

そして差動増幅器Ａ１によって、■、によるＲｏの電圧
降下とＩ２によるＲ２の電圧降下の差を取出すとその出
力Ｅ１はＥ工＝に、ｋＲ（Ｃ，−Ｃ２）・・・・・・（
３）ただし、Ｒ１＝ Ｒ２＝ Ｒ Ｋ、 ： Ａ、のゲイン となり、Ｃ１＋ Ｃ２の容量の差に対応する。

また抵抗Ｒ３には１１とＩ２の和の電流が流れており、
その両端電圧をゲインかに２なるバッファ増幅器Ａ２で
取出すと出力Ｅ２は、 Ｃ２＝に２ｋ Ｒ３（Ｃ１＋Ｃ２）・・・・・・（４）
となり、容量の和に対応する。

よって、（１） 、 （２） 、 （３）式からパルス
幅信号ＰＷは、 となり、ｋの項が除去され励振電源として用いたパルス
幅信号の周波数や振幅の変化の影響を受けない。

しかもＫｌ、 Ｒ２，Ｒ、Ｒ３，ｍは一定であるので、
ＰＷは容量の和と差の変化のみに関連したものとなる。

そして一対の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の容量が、第２
図イの場合可動電極１０の変位量Ｘに対し、 の関係で変化するので、パルス幅信号ＰＷは、となり、
変位量Ｘに正確に対応したものとなる。

なお、ＣＯは初期容量で、ｄは固定電極１１．１２間の
距離である。

また第２図口の場合にも同様にＰＷは変位量Ｘに正確に
対応する。

なお上述では、パルス幅信号ＰＷのみを出力する場合を
例示したが、パルス幅・電圧変換器を付加すれば電圧出
力を取出すこともできる。

この場合パルス幅・電圧変換器の前段にフォートカプラ
等の絶縁結合手段を設ければ、ＰＷと絶縁された電圧出
力が得られる。

また上述では変位量Ｘが零のときＰＷＭの発振を持続さ
せるためＡ２の出力Ｅ１にＡ２の出力Ｅ２の係数を乗じ
た電圧を加える場合を例示したが、その他の手段を用い
てもよいこと言うまでもない。

以上説明したように本考案において、電圧・パルス幅変
換器の出力で一対の可変コンデンサを励振するようにし
ているので、別個に励振電源を必要とせず簡単な構成で
パルス幅信号を出力できる容量式の変位変換器が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す接続図、第２図は本考
案に用いる可変コンテ゛ンサの一例を示す構成説明図、
第３図は本考案に用いる電圧・パルス幅変換器の一例を
示す回路図である。 Ｃ１，Ｃ２・・・・・・一対の可変コンデンサ、ＰＷＭ
・・・・・・電圧・パルス幅変換器、Ａｏ・・・・・・
差動増幅器、Ａ２・・・・・・バッファ増幅器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 変位量に応じて容量が互いに差動的に変化する一対の可
   変コンデンサと、この一対の可変コンデンサの容量の差
   に対応した電圧および容量の和に対応した電圧を取り出
   す手段と、容量の差に対応した電圧が入力端に加えられ
   、容量の和に対応した電圧が基準側に加えられる電圧・
   パルス幅変換器と、この電圧・パルス幅変換器の出力で
   前記一対の可変コンテ゛ンサを励振する手段とを有して
   なる容量式変位変換器。