JPS589020A - 物理量検出装置 - Google Patents
物理量検出装置Info
- Publication number
- JPS589020A JPS589020A JP56108086A JP10808681A JPS589020A JP S589020 A JPS589020 A JP S589020A JP 56108086 A JP56108086 A JP 56108086A JP 10808681 A JP10808681 A JP 10808681A JP S589020 A JPS589020 A JP S589020A
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- JP
- Japan
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- voltage
- state
- temperature characteristics
- sensor
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (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。
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、静電容量変化を利用して圧力等の物量検出装
置に関し、特にセンサの温度特性を効果的に補償するよ
うにしたものである。
置に関し、特にセンサの温度特性を効果的に補償するよ
うにしたものである。
この種のセンサの例として圧力センサなどがあるが、こ
れは把える物理現象が微量であったり、使用環境が厳し
いことにより、センサ自体がかなり良い温度特性ノを持
つように設計されているのが普通である。しかしながら
、完全な温度特性を得るには残留する微小な温度特性を
特別な回路手段で補償する必要がある。
れは把える物理現象が微量であったり、使用環境が厳し
いことにより、センサ自体がかなり良い温度特性ノを持
つように設計されているのが普通である。しかしながら
、完全な温度特性を得るには残留する微小な温度特性を
特別な回路手段で補償する必要がある。
本発明は以上の観点から、回路の遅延時間の温度特性を
利用して、何ら特別な温度補償素子を用いることなく、
しかも抵抗という最も容易な調整対象を用いて上記のよ
うな微少なセンサの温度特性の補償を可能にしたもので
ある。以下、本発明を図示の実施例に基いて説明する。
利用して、何ら特別な温度補償素子を用いることなく、
しかも抵抗という最も容易な調整対象を用いて上記のよ
うな微少なセンサの温度特性の補償を可能にしたもので
ある。以下、本発明を図示の実施例に基いて説明する。
第１図は本発明で使用するセンサの例であるダイヤフラ
ムを用いた圧力センサ１００の構成図であり、（ａ）は
断面図、（ｂ）はダイアフラムの内面の平面図である。
ムを用いた圧力センサ１００の構成図であり、（ａ）は
断面図、（ｂ）はダイアフラムの内面の平面図である。
同図において、１は外圧ＰＫよって第１図（ｂ）のより
なム、Ｂふたつの電極が印刷によって内面に形成されて
いる。一方、十分な厚みを持ったアルミナ基体２の内面
には、電極ムの外径と同寸法の電極Ｃが印刷によフて形
成されている。
なム、Ｂふたつの電極が印刷によって内面に形成されて
いる。一方、十分な厚みを持ったアルミナ基体２の内面
には、電極ムの外径と同寸法の電極Ｃが印刷によフて形
成されている。
各電極ム、Ｂ、Ｏには、それぞれ引き出・し線３゜４．
６が接続され、基体２の外側に取りｉれる。
６が接続され、基体２の外側に取りｉれる。
ダイアフラム１および基体２は一定のギャップを採って
ガラスｅによって封着され、かつ内部は真空にされてい
る。このように構成すると、電極Ｃと電極Ｂとで形成さ
れる第１のコンデンサ（これをｃｐとする）と、電極Ｃ
と電極ムとで形成される第２のコンデンサ（これをＯｒ
とする）が得られる。上記ａｐは外圧Ｐによるダイアフ
ラムの変位に応じて静電容量が鋭敏ＶＣ＊化するのに対
し、Ｏｒは電極ムがガラス６に近接した外周に位置する
ため、外圧Ｐによる静電容量変化はＯｐに比して実質的
に少ない。
ガラスｅによって封着され、かつ内部は真空にされてい
る。このように構成すると、電極Ｃと電極Ｂとで形成さ
れる第１のコンデンサ（これをｃｐとする）と、電極Ｃ
と電極ムとで形成される第２のコンデンサ（これをＯｒ
とする）が得られる。上記ａｐは外圧Ｐによるダイアフ
ラムの変位に応じて静電容量が鋭敏ＶＣ＊化するのに対
し、Ｏｒは電極ムがガラス６に近接した外周に位置する
ため、外圧Ｐによる静電容量変化はＯｐに比して実質的
に少ない。
第２図は第１図に示したごとき静電容量形センサを使用
した本発明の一実施例の回路構成図である。
した本発明の一実施例の回路構成図である。
第２図において、８は前記のＯｐ、９はＯｒである。Ｏ
ｐ、Ｏｒの共通電極は電源Ｖｃａに接続され、また、そ
れぞれ並列にスイッチ素子として動作するトランジスタ
１Ｑ、１１が接続されて〜・る。
ｐ、Ｏｒの共通電極は電源Ｖｃａに接続され、また、そ
れぞれ並列にスイッチ素子として動作するトランジスタ
１Ｑ、１１が接続されて〜・る。
さらにアースとの間に、それぞれ抵抗１２．１３゜１４
．１５と抵抗１６，１７．１８．１９が接続しである。
．１５と抵抗１６，１７．１８．１９が接続しである。
そＫらの抵抗１２〜１９とトランジスタ１０，１１はｃ
ｐ、ａτの充放電路を形成している。ｃｐと抵抗１２の
接続点、およびＯｒと抵抗１６の接続点には、そ五ぞれ
電圧比較器２０゜２１のプラス入力端子が接続してあり
、電圧比較器２Ｑ、２１のマイナス入力端子には共通の
基準電圧（Ｖｒ）が供給されている。電圧比較器２０の
出力はトランジスタダ１０，１１のベースを、また、電
圧比較器２１はトランジスタ２２０ペースを駆動する。
ｐ、ａτの充放電路を形成している。ｃｐと抵抗１２の
接続点、およびＯｒと抵抗１６の接続点には、そ五ぞれ
電圧比較器２０゜２１のプラス入力端子が接続してあり
、電圧比較器２Ｑ、２１のマイナス入力端子には共通の
基準電圧（Ｖｒ）が供給されている。電圧比較器２０の
出力はトランジスタダ１０，１１のベースを、また、電
圧比較器２１はトランジスタ２２０ペースを駆動する。
トランジスタ２２゛のコレクタからローパスフィルタ（
ＬＰＦ）２３を介して直流出力電圧（Ｔｏ）を得る。
ＬＰＦ）２３を介して直流出力電圧（Ｔｏ）を得る。
第３図は、第２図の動作説明用信号波形図である。第３
図（、）は電圧比較器２０，２．１のグラス入力端子に
おける電圧波形を重畳して示している。
図（、）は電圧比較器２０，２．１のグラス入力端子に
おける電圧波形を重畳して示している。
第３図（ｂ）は電圧比較器２１の出力波形、したがって
トランジスタ２２のベーズ入力波形である。第３図（Ｃ
）はトランジスタ２２のコレクタ出力波形を示している
。
トランジスタ２２のベーズ入力波形である。第３図（Ｃ
）はトランジスタ２２のコレクタ出力波形を示している
。
いま、トランジスタ１０．１１がオンからオフに変わっ
たとすると、電圧比較器２０．２１のプラス入力端子電
圧はＯｐ、Ｏｒとそれぞれに接続された抵抗１２，１３
，１４．１５および１６゜１７．１８．１９とで形成さ
れる時定数でｖＣＣカら第３（ａ）に示すように指数関
数状に降下する。この電圧降下は次式で表現される。
たとすると、電圧比較器２０．２１のプラス入力端子電
圧はＯｐ、Ｏｒとそれぞれに接続された抵抗１２，１３
，１４．１５および１６゜１７．１８．１９とで形成さ
れる時定数でｖＣＣカら第３（ａ）に示すように指数関
数状に降下する。この電圧降下は次式で表現される。
ｃｐ側； ＩＥ ｐ＝ Ｖｃｃ ｅｘｐ （−□）
＝ ”・（１）Ｏｐ Ｒｐ Ｏｒ側： １Ｃｒ＝：Ｖｃｃ ５ｉｐ（−ｉ） −−
−−−−（２）ただし、Ｒｒはこの実施例では抵抗１２
，１３１）和、Ｒｐ＆！抵抗１６．１７の和である。ま
た、第１図のセンサはＯｐ’：）（３ｒに設定しである
ので、ＩＣｐ）ＩＥｒである。ＩＣ’ｒがＶｒを過ぎる
瞬間に電圧比較器２１の出力は高レベルから低レベルに
低下し、同様にＩＰがＶｒを過ぎる瞬間に電圧比較器２
０の出力は高レベル力λら一低レベルに落ちる。
＝ ”・（１）Ｏｐ Ｒｐ Ｏｒ側： １Ｃｒ＝：Ｖｃｃ ５ｉｐ（−ｉ） −−
−−−−（２）ただし、Ｒｒはこの実施例では抵抗１２
，１３１）和、Ｒｐ＆！抵抗１６．１７の和である。ま
た、第１図のセンサはＯｐ’：）（３ｒに設定しである
ので、ＩＣｐ）ＩＥｒである。ＩＣ’ｒがＶｒを過ぎる
瞬間に電圧比較器２１の出力は高レベルから低レベルに
低下し、同様にＩＰがＶｒを過ぎる瞬間に電圧比較器２
０の出力は高レベル力λら一低レベルに落ちる。
ところが電圧比較器２０カー低レベルに反転すると。
トランジスタ１ｏ 、 １１に’ｓ再びオンに転するの
で。
で。
電圧比較器２０，２１のプラス入力端子の電圧ヲマ再び
Ｖａａとなる。すると、電圧比較器２ｏの出力が高レベ
ルに転じ、トランジスタＩ Ｑ 、 １１をオフにする
。したがって、電圧比較４２０．２１のプラス入力端子
の電圧は第３図（ａ）のような繰り返し波形となる。ま
た、トランジスタ２２のベースには、第３図（ｂ）のよ
うな１ｃｐ、罵［がＶｘを過ぎる時間差に対応する）（
ルス幅を持った）くルスタ１１力１得られる。トランジ
スタ２２のコレクハ６よ、これを反転増幅した第３図（
Ｃ）のようなノ（ルスタ１１ｉ３′−得られる。ただし
、第３図（Ｃ）でＩマ、トランジスタ四がオンからオフ
に転する際の時間遅れΔｔ２を考慮しである。Δｔ２を
無視すると、第３図（Ｃ）の・くルス列の平均電圧は、
前記（１）式、（２）式を用〜・て次式のただし、Ｒｐ
＝Ｒｒとする。
Ｖａａとなる。すると、電圧比較器２ｏの出力が高レベ
ルに転じ、トランジスタＩ Ｑ 、 １１をオフにする
。したがって、電圧比較４２０．２１のプラス入力端子
の電圧は第３図（ａ）のような繰り返し波形となる。ま
た、トランジスタ２２のベースには、第３図（ｂ）のよ
うな１ｃｐ、罵［がＶｘを過ぎる時間差に対応する）（
ルス幅を持った）くルスタ１１力１得られる。トランジ
スタ２２のコレクハ６よ、これを反転増幅した第３図（
Ｃ）のようなノ（ルスタ１１ｉ３′−得られる。ただし
、第３図（Ｃ）でＩマ、トランジスタ四がオンからオフ
に転する際の時間遅れΔｔ２を考慮しである。Δｔ２を
無視すると、第３図（Ｃ）の・くルス列の平均電圧は、
前記（１）式、（２）式を用〜・て次式のただし、Ｒｐ
＝Ｒｒとする。
すなわち、Ｃｐ、Ｏｒ、Ｖｃｃのみに依存する出力が得
られることになる。本実施例では、このパルス幅から直
流電圧への変換をローパスフィルタ２３によって行って
いる。
られることになる。本実施例では、このパルス幅から直
流電圧への変換をローパスフィルタ２３によって行って
いる。
（３）式によれば、Ｏｒ １０ ｐに温度特性が無けれ
ば広範な温度範囲で正確な容量検出（この場合は０ｒ１
０ｐとしての検出である）を行なうことができるが、実
際には第１図のように、Ｃｐ、Ｏｒをかなり同条件で構
成しても、Ｏｐ、Ｏｒ電極間の浮遊容量などのために、
わずかの温度特性を持つ。
ば広範な温度範囲で正確な容量検出（この場合は０ｒ１
０ｐとしての検出である）を行なうことができるが、実
際には第１図のように、Ｃｐ、Ｏｒをかなり同条件で構
成しても、Ｏｐ、Ｏｒ電極間の浮遊容量などのために、
わずかの温度特性を持つ。
第４図は、センサの基体およびダイアフラムにアルミナ
焼結体を使用した場合の温度特性を示し本実施例ではこ
れをΔｔ２［よって補償しようとするものである。
焼結体を使用した場合の温度特性を示し本実施例ではこ
れをΔｔ２［よって補償しようとするものである。
第３図（Ｃ）Ｋ示すようにΔｔ２はｔ２を増加させる方
向に働らく。Δｔ２はトランジスタ２２のスイッチング
時間遅れであり、一般に正の温度傾斜を持ｒ つ。したがって（：１−− ）の温度特性と相殺間ｒ 係となる。この相殺を完全に行なうには、Δｔ２の効果
量を制御すればよいが、Δｔ２＜＜ ｔ １＋ ｔ ２
と考えられるので、 が成り立つから、（４）式の分母すなわちＮ−４−ｉｚ
を調整すればよい。これは言い換えれば、パルスの
デユーティ比を制御することになる。
向に働らく。Δｔ２はトランジスタ２２のスイッチング
時間遅れであり、一般に正の温度傾斜を持ｒ つ。したがって（：１−− ）の温度特性と相殺間ｒ 係となる。この相殺を完全に行なうには、Δｔ２の効果
量を制御すればよいが、Δｔ２＜＜ ｔ １＋ ｔ ２
と考えられるので、 が成り立つから、（４）式の分母すなわちＮ−４−ｉｚ
を調整すればよい。これは言い換えれば、パルスの
デユーティ比を制御することになる。
本実施例ではこの調整を、Ｒｒ、Ｒｐを調整することに
よって行なうようにしている。第２図にＲｐを構成する
抵抗群に接続した短絡線を切断することにより、Ｒｒ、
Ｒｐの調整を行なう。
よって行なうようにしている。第２図にＲｐを構成する
抵抗群に接続した短絡線を切断することにより、Ｒｒ、
Ｒｐの調整を行なう。
以上説明したように本発明の静電容量形センサを使用し
た物理量検出装置は、回路の遅延特性の温度依存性を利
用して温度、補償を行なうもので、特に新たな温度依存
素子などを用いることなく、しかも抵抗という最も調整
し易い手段によって、微妙な温度補償を可能にするもの
である。
た物理量検出装置は、回路の遅延特性の温度依存性を利
用して温度、補償を行なうもので、特に新たな温度依存
素子などを用いることなく、しかも抵抗という最も調整
し易い手段によって、微妙な温度補償を可能にするもの
である。
なお、第２図においては直列接続した抵抗の短絡線の切
断によって抵抗値の調整を行うようにしたが、Ｒｒ 、
Ｒｐを実質的に調整できれば、いかなる手段でも採用し
得る。
断によって抵抗値の調整を行うようにしたが、Ｒｒ 、
Ｒｐを実質的に調整できれば、いかなる手段でも採用し
得る。
が負の場合について説明したが、正の場合Ｖｃｌは、た
とえばトランジスタ２２としてＮＰＮ型のものを用いる
など、パルス幅が温度と共に減少するように構成すれば
同様の補償効果が得られる。
とえばトランジスタ２２としてＮＰＮ型のものを用いる
など、パルス幅が温度と共に減少するように構成すれば
同様の補償効果が得られる。
第１図（−） 、 （ｂ）は本発明で使用し得る静電容
量形センサの一例の断面図と内部平面図、第２図は本発
明の一実施例の回路構成図、２第３図（ａ） Ｓ （ｂ
） 、（Ｃ）は第２図の動作波形図、第４図は第１図の
センサの温度特性図である。゛ １ｏＯ・・・・・・圧力センサ、８（’ｐ）ｓ９（”）
・・・・・・コンデンｔ、１０，１１．２２・・・・・
・トランジスタ、１２〜１９・・・・・・抵抗、２０，
２１・・・・・・電圧比較器、２３・・・・・・ローパ
スフィルタ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名ｘ５
ａ
量形センサの一例の断面図と内部平面図、第２図は本発
明の一実施例の回路構成図、２第３図（ａ） Ｓ （ｂ
） 、（Ｃ）は第２図の動作波形図、第４図は第１図の
センサの温度特性図である。゛ １ｏＯ・・・・・・圧力センサ、８（’ｐ）ｓ９（”）
・・・・・・コンデンｔ、１０，１１．２２・・・・・
・トランジスタ、１２〜１９・・・・・・抵抗、２０，
２１・・・・・・電圧比較器、２３・・・・・・ローパ
スフィルタ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名ｘ５
ａ
Claims (1)
- 物理現象変化に応じて、それぞれ静電容量が変化する第
１および第２のコンデンサを含めて成る静電容量形セン
サと、前記第１および第２のコンデンサのそれぞれに接
続された充放電用スイッチおよび抵抗と、前記第１およ
び第２のコンデンサの充放電時間差に対応する幅を持つ
パルスを発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手
段の出力パルス幅に対応する直流電圧を発生する電圧発
生手段と、前記抵抗の抵抗値を調整できるようにした抵
抗調整手段を具備し、かつ前記第２のコンデンサは前記
第１のコンデンサと比較して静電容量変化が少ないもの
としたことを特徴とする物理量検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56108086A JPS589020A (ja) | 1981-07-09 | 1981-07-09 | 物理量検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56108086A JPS589020A (ja) | 1981-07-09 | 1981-07-09 | 物理量検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS589020A true JPS589020A (ja) | 1983-01-19 |
Family
ID=14475512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56108086A Pending JPS589020A (ja) | 1981-07-09 | 1981-07-09 | 物理量検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS589020A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59142418A (ja) * | 1983-02-02 | 1984-08-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 物理量検出装置 |
| JPS59147214A (ja) * | 1983-02-10 | 1984-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 物理量検出装置 |
| US5353468A (en) * | 1991-10-17 | 1994-10-11 | U.S. Philips Corporation | Vacuum cleaner comprising a suction tube and suction tube provided with a remote-control circuit comprising a capacitive sensor |
-
1981
- 1981-07-09 JP JP56108086A patent/JPS589020A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59142418A (ja) * | 1983-02-02 | 1984-08-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 物理量検出装置 |
| JPS59147214A (ja) * | 1983-02-10 | 1984-08-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 物理量検出装置 |
| JPH0259935B2 (ja) * | 1983-02-10 | 1990-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | |
| US5353468A (en) * | 1991-10-17 | 1994-10-11 | U.S. Philips Corporation | Vacuum cleaner comprising a suction tube and suction tube provided with a remote-control circuit comprising a capacitive sensor |
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