JPS6112552B2 - - Google Patents
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- JPS6112552B2 JPS6112552B2 JP16975279A JP16975279A JPS6112552B2 JP S6112552 B2 JPS6112552 B2 JP S6112552B2 JP 16975279 A JP16975279 A JP 16975279A JP 16975279 A JP16975279 A JP 16975279A JP S6112552 B2 JPS6112552 B2 JP S6112552B2
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- capacitor
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Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、静電容量の微小変化の検出や設定
値と静電容量値との大小比較等に用いる静電容量
検知装置に関する。
値と静電容量値との大小比較等に用いる静電容量
検知装置に関する。
従来、静電容量の変化を検出する手段には、静
電容量検知端をブリツジ回路の一辺に組み込み、
このブリツジを発振器により励磁して静電容量の
変化をブリツジのアンバランス電圧として検出す
るブリツジ法、インダクタンス及び静電容量を組
み合わせたブリツジと増幅回路とにより発振回路
を構成し、静電容量の変化を上記発振回路の発振
又は停止モードにて検出する発振法、或いはイン
ダクタンスと静電容量とで構成した共振回路を発
振器で励磁し、静電容量の変化を共振点のずれに
よる電圧変化として検出する共振法等が用いられ
ている。しかしながら、上記ブリツジ法及び共振
法では連続発振する励磁発振器を必要とし、さら
に上記共振法ではコイルや静電容量設定用の可変
コンデンサ等を必要とし、この為構成の複雑化を
招いた。また、静電容量の微小変化を検知するに
は、前記ブリツジ法及び共振法では増幅器の増幅
度を大きくする必要があり、この為雑音等の影響
を受け易く誤検出の虞れがあつた。さらに、前記
発振法では発振のON・OFFを利用するため動作
が不安定となり信頼性に欠けると云う欠点があつ
た。
電容量検知端をブリツジ回路の一辺に組み込み、
このブリツジを発振器により励磁して静電容量の
変化をブリツジのアンバランス電圧として検出す
るブリツジ法、インダクタンス及び静電容量を組
み合わせたブリツジと増幅回路とにより発振回路
を構成し、静電容量の変化を上記発振回路の発振
又は停止モードにて検出する発振法、或いはイン
ダクタンスと静電容量とで構成した共振回路を発
振器で励磁し、静電容量の変化を共振点のずれに
よる電圧変化として検出する共振法等が用いられ
ている。しかしながら、上記ブリツジ法及び共振
法では連続発振する励磁発振器を必要とし、さら
に上記共振法ではコイルや静電容量設定用の可変
コンデンサ等を必要とし、この為構成の複雑化を
招いた。また、静電容量の微小変化を検知するに
は、前記ブリツジ法及び共振法では増幅器の増幅
度を大きくする必要があり、この為雑音等の影響
を受け易く誤検出の虞れがあつた。さらに、前記
発振法では発振のON・OFFを利用するため動作
が不安定となり信頼性に欠けると云う欠点があつ
た。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、励磁用発振器やコイル
及び可変コンデンサ等を必要とせず、静電容量の
微小変化を高感度に検知できる信頼性の高い簡易
な構成の静電容量検知装置を提供することにあ
る。
その目的とするところは、励磁用発振器やコイル
及び可変コンデンサ等を必要とせず、静電容量の
微小変化を高感度に検知できる信頼性の高い簡易
な構成の静電容量検知装置を提供することにあ
る。
即ち、本発明は差動増幅器を用いた矩形波発振
回路に静電容量検知端を設け、被検容量の変化を
上記発振回路の発振周波数の変化として検知する
ことによつて、前記目的を達成しようとするもの
である。
回路に静電容量検知端を設け、被検容量の変化を
上記発振回路の発振周波数の変化として検知する
ことによつて、前記目的を達成しようとするもの
である。
以下、この発明の一実施例を図面に参照して説
明する。第1図は同実施例を示す概略構成図であ
る。図中10は矩形波発振回路で、この矩形波発
振回路10は差動増幅器11、第1乃至第3の抵
抗12,13,14、第1及び第2のコンデンサ
15,16、及び互いに逆方向に接続されたツエ
ナーダイオード17,18から構成されている。
即ち、差動増幅器11の反転入力端子と出力端子
との間に第1の抵抗器12が接続され、差動増幅
器11の非反転入力端子と出力端子との間には第
2の抵抗器13が接続されている。また、前記反
転入力端子は第1のコンデンサ15を介して接地
され、前記非反転入力端子は第3の抵抗器14及
び第2のコンデンサ16の並列回路を介して接地
されている。さらに、上記第2のコンデンサ16
の両者は静電容量検知端19a,19bにそれぞ
れ接続されている。そして、この静電容量検知端
19a,19bに被検容量20が接続されるもの
となつている。なお、前記差動増幅器11の出力
端子と接地端子との間に接続されたツエナーダイ
オード17,18は、差動増幅器11の出力電圧
の絶対値を一定にするものである。
明する。第1図は同実施例を示す概略構成図であ
る。図中10は矩形波発振回路で、この矩形波発
振回路10は差動増幅器11、第1乃至第3の抵
抗12,13,14、第1及び第2のコンデンサ
15,16、及び互いに逆方向に接続されたツエ
ナーダイオード17,18から構成されている。
即ち、差動増幅器11の反転入力端子と出力端子
との間に第1の抵抗器12が接続され、差動増幅
器11の非反転入力端子と出力端子との間には第
2の抵抗器13が接続されている。また、前記反
転入力端子は第1のコンデンサ15を介して接地
され、前記非反転入力端子は第3の抵抗器14及
び第2のコンデンサ16の並列回路を介して接地
されている。さらに、上記第2のコンデンサ16
の両者は静電容量検知端19a,19bにそれぞ
れ接続されている。そして、この静電容量検知端
19a,19bに被検容量20が接続されるもの
となつている。なお、前記差動増幅器11の出力
端子と接地端子との間に接続されたツエナーダイ
オード17,18は、差動増幅器11の出力電圧
の絶対値を一定にするものである。
前記矩形波発振回路10の出力端、即ち前記差
動増幅器11の出力端子は、コンデンサ31及び
抵抗32からなる微分回路30を介して積分回路
40に接続されている。この積分回路40はダイ
オード41、抵抗42及びコンデンサ43からな
るもので、上記微分回路30と共に前記矩形波発
振回路10の発振周波数に応じた直流電圧を出力
する周波数−電圧変換回路を構成している。そし
て、微分回路30及び積分回路40を介して得ら
れた直流電圧は表示回路50に供給されている。
この表示回路50はコレクタにLED(発光ダイ
オード)51を接続しエミツタを接地したトラン
ジスタ52及びこのトランジスタ52のベースバ
イアスを可変設定する可変抵抗器53等からなる
もので、前記入力した直流電圧が上記可変抵抗器
53により定まる所定値以上となるとき上記
LED51を発光駆動するものである。
動増幅器11の出力端子は、コンデンサ31及び
抵抗32からなる微分回路30を介して積分回路
40に接続されている。この積分回路40はダイ
オード41、抵抗42及びコンデンサ43からな
るもので、上記微分回路30と共に前記矩形波発
振回路10の発振周波数に応じた直流電圧を出力
する周波数−電圧変換回路を構成している。そし
て、微分回路30及び積分回路40を介して得ら
れた直流電圧は表示回路50に供給されている。
この表示回路50はコレクタにLED(発光ダイ
オード)51を接続しエミツタを接地したトラン
ジスタ52及びこのトランジスタ52のベースバ
イアスを可変設定する可変抵抗器53等からなる
もので、前記入力した直流電圧が上記可変抵抗器
53により定まる所定値以上となるとき上記
LED51を発光駆動するものである。
このように構成された本装置の作用を説明す
る。前記矩形波発振回路10において差動増幅器
11の出力電圧E0は、反転入力端子の電位V1が
非反転入力端子の電位V2より小(V1V2)なると
きE0=+Ezとなる。ここではEzは差動増幅器1
1の定格及び前記ツエナーダイオード18により
定まる定電圧である。また、前記電位V1,V2が
V1>V2なるとき前記出力電圧V0は前記ツエナー
ダイオード17により規定されV0=−Ezとな
る。いま、出力電圧V0が−Ezに変化した場合に
ついて考えてみる。前記第1乃至第3の抵抗1
2,13,14の各抵抗値をそれぞれR1,R2,
R3、第1のコンデンサ15の容量値をC1、第2
のコンデンサ16及び被検容量20の合成容量値
をC2とすると出力電圧E0の反転に対し前記各電
位V1,V2は次式で示される。
る。前記矩形波発振回路10において差動増幅器
11の出力電圧E0は、反転入力端子の電位V1が
非反転入力端子の電位V2より小(V1V2)なると
きE0=+Ezとなる。ここではEzは差動増幅器1
1の定格及び前記ツエナーダイオード18により
定まる定電圧である。また、前記電位V1,V2が
V1>V2なるとき前記出力電圧V0は前記ツエナー
ダイオード17により規定されV0=−Ezとな
る。いま、出力電圧V0が−Ezに変化した場合に
ついて考えてみる。前記第1乃至第3の抵抗1
2,13,14の各抵抗値をそれぞれR1,R2,
R3、第1のコンデンサ15の容量値をC1、第2
のコンデンサ16及び被検容量20の合成容量値
をC2とすると出力電圧E0の反転に対し前記各電
位V1,V2は次式で示される。
V1=(Ez+v){1−exp(−t/C1R1)}−v
…… (1) V2=(βEz+v){1−exp(−t/βC2R2)}
−v ……(2) 但し、β=R3/(R2+R3)<1であり、vは電
位V1,V2がV1=V2となるときの値である。した
がつて、矩形波発振回路10の発振条件は、前記
抵抗12及びコンデンサ15により定まる第1の
時定数τ1が、前記抵抗13,14、コンデンサ
16及び被検容量20により定まる第2の時定数
τ2より大(τ1>τ2)なるとき、即ち C1R1>βC2R2……(3) となる。
…… (1) V2=(βEz+v){1−exp(−t/βC2R2)}
−v ……(2) 但し、β=R3/(R2+R3)<1であり、vは電
位V1,V2がV1=V2となるときの値である。した
がつて、矩形波発振回路10の発振条件は、前記
抵抗12及びコンデンサ15により定まる第1の
時定数τ1が、前記抵抗13,14、コンデンサ
16及び被検容量20により定まる第2の時定数
τ2より大(τ1>τ2)なるとき、即ち C1R1>βC2R2……(3) となる。
さて、前記第1の時定数τ1、即ち差動増幅器
11の負帰環ループの時定数が前記第2の時定数
τ2、即ち差動増幅器11の正帰環ループの時定
数より十分大きな場合、つまりC1R1≫βC2R2な
る条件のとき、前記電位vは第2図aに示す如く
v≒βEzとなる。この条件で被検容量20の値
が変化し前記合成容量C2の値がC2′=C2+ΔCと
なつたとしてもV1=V2となるまでの時間T/2
(T:周期)はほとんど変化しない。つまり、被
検容量20の値が多少変化しても矩形波発振回路
10の発振周波数はほとんど変化しないことにな
る。一方、前記第1及び第2の時定数τ1,τ2
が近接する場合、即ちC1R1≒βC2R2,C1R1>β
C2R2なる条件のときは第2図bに示す如く前記
電位V1,V2の各立ち上がり曲線が接近したもの
となる。この為、前記被検容量20の値が変化す
ると前記V1=V2とまるまでの時間T/2が大き
く変化、即ち矩形波発振回路10の発振周波数が
大きく変化することになる。かくして、前記条件
(C1R1≒βC2R2,C1R1>βC2R2)に設定すれば、
被検容量20の静電容量値の変化が矩形波発振回
路10の発振周波数の変化として検知されること
になる。
11の負帰環ループの時定数が前記第2の時定数
τ2、即ち差動増幅器11の正帰環ループの時定
数より十分大きな場合、つまりC1R1≫βC2R2な
る条件のとき、前記電位vは第2図aに示す如く
v≒βEzとなる。この条件で被検容量20の値
が変化し前記合成容量C2の値がC2′=C2+ΔCと
なつたとしてもV1=V2となるまでの時間T/2
(T:周期)はほとんど変化しない。つまり、被
検容量20の値が多少変化しても矩形波発振回路
10の発振周波数はほとんど変化しないことにな
る。一方、前記第1及び第2の時定数τ1,τ2
が近接する場合、即ちC1R1≒βC2R2,C1R1>β
C2R2なる条件のときは第2図bに示す如く前記
電位V1,V2の各立ち上がり曲線が接近したもの
となる。この為、前記被検容量20の値が変化す
ると前記V1=V2とまるまでの時間T/2が大き
く変化、即ち矩形波発振回路10の発振周波数が
大きく変化することになる。かくして、前記条件
(C1R1≒βC2R2,C1R1>βC2R2)に設定すれば、
被検容量20の静電容量値の変化が矩形波発振回
路10の発振周波数の変化として検知されること
になる。
第3図は静電容量値の変化量〔%〕に対する矩
形波発振回路10の発振周波数〔KHz〕の変化
を示すグラフである。前記各抵抗値R1,R2,R3
及び各容量値C1,C2をC1R1=C2R2=10-4,β=
0.91と設定し、合成容量C2を変化させたときの実
施データAは合成容量値C2の増加に伴つて発振
周波数〔KHz〕が大きく増加しものとなつた。
例えば、合成容量値C2が10〔%〕増加した場
合、発振周波数〔KHz〕は略6倍に増大する。
これは、静電容量の微小変化に対して十分大きな
変化である。また、C1R1=10-4,C2R2=10-5,
β=0.91と設定し、容量値C1を変化させたときの
実測データBは、容量値C1の変化に関係なく発
振周波数〔KHz〕が略一定したものとなつた。
なお、測定データCはC1R1=C2R2=10-4,β=
0.91と設定し、各容量値C1,C2を同時に変化させ
たもので、このときの発振周波数〔KHz〕は略
一定したものとなつた。
形波発振回路10の発振周波数〔KHz〕の変化
を示すグラフである。前記各抵抗値R1,R2,R3
及び各容量値C1,C2をC1R1=C2R2=10-4,β=
0.91と設定し、合成容量C2を変化させたときの実
施データAは合成容量値C2の増加に伴つて発振
周波数〔KHz〕が大きく増加しものとなつた。
例えば、合成容量値C2が10〔%〕増加した場
合、発振周波数〔KHz〕は略6倍に増大する。
これは、静電容量の微小変化に対して十分大きな
変化である。また、C1R1=10-4,C2R2=10-5,
β=0.91と設定し、容量値C1を変化させたときの
実測データBは、容量値C1の変化に関係なく発
振周波数〔KHz〕が略一定したものとなつた。
なお、測定データCはC1R1=C2R2=10-4,β=
0.91と設定し、各容量値C1,C2を同時に変化させ
たもので、このときの発振周波数〔KHz〕は略
一定したものとなつた。
ところで、前記矩形波発振回路10の出力信号
は微分回路30及び積分回路40を介して表示回
路50に供給されている。いま、前記被検容量2
0の容量値が増加したものとすれば、前記説明し
たように矩形波発振回路10の発振周波数〔K
Hz〕は高くなる。したがつて、微分回路30及び
積分回路40を介して得られる直流電圧が高くな
り、これにより表示回路50のトランジスタ52
が導通状態となりLED51が発光駆動される。
かくして、被検容量20の容量値増加がLED5
1の発光として検知されることになる。なお、検
知感度は可変抵抗器53により設定される。
は微分回路30及び積分回路40を介して表示回
路50に供給されている。いま、前記被検容量2
0の容量値が増加したものとすれば、前記説明し
たように矩形波発振回路10の発振周波数〔K
Hz〕は高くなる。したがつて、微分回路30及び
積分回路40を介して得られる直流電圧が高くな
り、これにより表示回路50のトランジスタ52
が導通状態となりLED51が発光駆動される。
かくして、被検容量20の容量値増加がLED5
1の発光として検知されることになる。なお、検
知感度は可変抵抗器53により設定される。
このように本装置によれば、差動増幅器11に
第1乃至第3の抵抗12,13,14、第1及び
第2のコンデンサ15,16等を付加してなる矩
形波発振回路10に静電容量検知端19a,19
bを設け、前記第1の時定数τ1を前記第2の時
定数τ2より大きく、且つ近接した値に設定して
おくことによつて、上記静電容量検知端19a,
19bに接続される被検容量20の容量値変化を
発振周波数の変化として検知することができる。
さらに、矩形波発振回路10の出力信号を微分回
路30及び積分回路40にて直流電圧に変換する
ことによつて、前記発振周波数の増器により
LED51を発光駆動することができる。このた
め、被検容量20の容量値増加をLED51の発
光によつて容易に検知することができる。また、
上記容量値変化に対する発振周波数の変化が非常
に大きいことから、検出感度が高く、従つて静電
容量の微小増加の検知をも十分に行い得る。さら
に、従来の如く励磁用発振器やコイル或いは可変
コンデンサ等を必要とせず、全体の回路構成の簡
略化をはかり得ると云う効果を奏する。しかも、
矩形波発振回路10は発振のON−OFFを利用す
るものではなく、常に発振モードとして用いられ
るため、その動作が安定したものとなり、装置の
信頼性の向上をはかり得る等の利点がある。
第1乃至第3の抵抗12,13,14、第1及び
第2のコンデンサ15,16等を付加してなる矩
形波発振回路10に静電容量検知端19a,19
bを設け、前記第1の時定数τ1を前記第2の時
定数τ2より大きく、且つ近接した値に設定して
おくことによつて、上記静電容量検知端19a,
19bに接続される被検容量20の容量値変化を
発振周波数の変化として検知することができる。
さらに、矩形波発振回路10の出力信号を微分回
路30及び積分回路40にて直流電圧に変換する
ことによつて、前記発振周波数の増器により
LED51を発光駆動することができる。このた
め、被検容量20の容量値増加をLED51の発
光によつて容易に検知することができる。また、
上記容量値変化に対する発振周波数の変化が非常
に大きいことから、検出感度が高く、従つて静電
容量の微小増加の検知をも十分に行い得る。さら
に、従来の如く励磁用発振器やコイル或いは可変
コンデンサ等を必要とせず、全体の回路構成の簡
略化をはかり得ると云う効果を奏する。しかも、
矩形波発振回路10は発振のON−OFFを利用す
るものではなく、常に発振モードとして用いられ
るため、その動作が安定したものとなり、装置の
信頼性の向上をはかり得る等の利点がある。
なお、この発明は上述した実施例に限定される
ものではない。例えば、前記表示回路にコンパレ
ータ等を使用し、入力電圧が所定のレベル範囲を
外れるときを検出することによつて、前記被検容
量の増加のみならず減少をも、即ち被検容量の変
化を検知することが可能となる。また、前記微分
回路及び積分回路の代りには周波数の変化を電圧
の変化として取り出す周波数−電圧変換器であれ
ば用いることができる。さらに、周波数変化を周
波数計等に直接表示することによつて、微分回
路、積分回路及び表示回路等を除去することもで
きる。また被検容量の定常値がある程度大きなも
のであれば、前記第2のコンデンサを除去しても
よい。さらに、前記静電容量検知端は第2のコン
デンサの代りに第1のコンデンサに並例接続した
ものであつてもよい。また、前記各抵抗の抵抗値
及び各コンデンサの容量値等は前記時定数の条件
を満たす範囲で適宜変更できるのは勿論のことで
ある。要するにこの発明は、その要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。
ものではない。例えば、前記表示回路にコンパレ
ータ等を使用し、入力電圧が所定のレベル範囲を
外れるときを検出することによつて、前記被検容
量の増加のみならず減少をも、即ち被検容量の変
化を検知することが可能となる。また、前記微分
回路及び積分回路の代りには周波数の変化を電圧
の変化として取り出す周波数−電圧変換器であれ
ば用いることができる。さらに、周波数変化を周
波数計等に直接表示することによつて、微分回
路、積分回路及び表示回路等を除去することもで
きる。また被検容量の定常値がある程度大きなも
のであれば、前記第2のコンデンサを除去しても
よい。さらに、前記静電容量検知端は第2のコン
デンサの代りに第1のコンデンサに並例接続した
ものであつてもよい。また、前記各抵抗の抵抗値
及び各コンデンサの容量値等は前記時定数の条件
を満たす範囲で適宜変更できるのは勿論のことで
ある。要するにこの発明は、その要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。
以上詳述したように本発明によれば、励磁用発
振器やインダクタンス式いは可変コンデンサ等を
必要とせず、静電容量の微小変化を容易且つ高感
度に検知できる信頼性の高い簡易な構成の静電容
量検知装置を提供することができる。
振器やインダクタンス式いは可変コンデンサ等を
必要とせず、静電容量の微小変化を容易且つ高感
度に検知できる信頼性の高い簡易な構成の静電容
量検知装置を提供することができる。
第1図はこの発明の一実施例を示す概略構成
図、第2図a,bはそれぞれ同実施例の動作を説
明するための図、第3図は同実施例の作用を説明
するための図である。 10……矩形波発振回路、11……差動増幅
器、12,13,14……抵抗、15,16……
コンデンサ、19a,19b……被検静電容量検
知端、20……被検容量、30……微分回路、4
0……積分回路、50……表示回路。
図、第2図a,bはそれぞれ同実施例の動作を説
明するための図、第3図は同実施例の作用を説明
するための図である。 10……矩形波発振回路、11……差動増幅
器、12,13,14……抵抗、15,16……
コンデンサ、19a,19b……被検静電容量検
知端、20……被検容量、30……微分回路、4
0……積分回路、50……表示回路。
Claims (1)
- 1 差動増幅器と、この差動増幅器の反転入力端
子と出力端子との間に接続された第1の抵抗器
と、前記差動増幅器の非反転入力端子と出力端子
との間に接続された第2の抵抗器と、上記非反転
入力端子と接地端子との間に接続された第3の抵
抗器と、前記反転入力端子と接地端子とのの間に
接続された第1の静電容量と、前記第3の抵抗器
に並列接続された第2の静電容量と、被検容量を
前記第1或いは第2の静電容量に並列接続する静
電容量検知端とを具備し、前記差動増幅器の負帰
環ループの時定数を前記差動増幅器の正帰環ルー
プの時定数より大きく、且つ略等しく設定して前
記差動増幅器の発振周波数の変化から前記被検容
量の容量変化を検出するようにしたことを特徴と
する静電容量検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16975279A JPS5692466A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Electrostatic capacity detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16975279A JPS5692466A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Electrostatic capacity detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5692466A JPS5692466A (en) | 1981-07-27 |
| JPS6112552B2 true JPS6112552B2 (ja) | 1986-04-09 |
Family
ID=15892178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16975279A Granted JPS5692466A (en) | 1979-12-26 | 1979-12-26 | Electrostatic capacity detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5692466A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002340836A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-27 | Kurabe Ind Co Ltd | 静電容量型湿度変換器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5937464A (ja) * | 1982-08-25 | 1984-02-29 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 容量値の検出方法 |
-
1979
- 1979-12-26 JP JP16975279A patent/JPS5692466A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002340836A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-27 | Kurabe Ind Co Ltd | 静電容量型湿度変換器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5692466A (en) | 1981-07-27 |
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