JPS62124402A - 静電容量式変位検出器 - Google Patents

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】 σｌ二の利１ｔ１分野 本発明は、静電容量変化を利用した直線変位の検出器に
関する。

従来の１支？釘 この検出２：￥の基本的なしのは３枚の矩形電極から成
り、２枚の同一大きさの電極が測定処を象の変位方向に
間隔をイｊしてＩたべｉ、れ、それらの而に平行な池の
１枚の電極の長さ　（以下変位方向を長さとし、変位方
向に１ｎ角なソｊ向を中とする）は１１１■記２枚の電
極の１枚と間隔との合計であり、わずかな間隙を隔てて
２枚の電極と平面的に対向し、１枚あるいは２枚の紺の
いずｔしがが変位するとその変位に応して１枚の？Ｔｉ
極から出力が取り出されるものである。その実例として
は、出力を電圧信号により取出すようにしたらのが実公
昭４．１−１５３９８号「容量変化を利用した変位変換
装置１、特公昭４　Ｓ　−３８１６９号［容量−直流信
号変換装置」等であり、この一般的なものの池に、出力
を位相信号に変換して取出すようにした特開昭４９−５
０　Ｇ　１号「回転角トランスデユーサ」がある。この
後者の位相変化を利用するものについてさらに説明する
と、第３図に示すように、変位方向（図では左右方向）
と平行な面を電極面として変位力向に配置された矩形の
ｔｔＳｌ、第２の電極１１．１２が固定され、その第１
、第２の電（表面と小間隙ｄを隔てて対向させられた可
動電極２１があり、前記第１、第２の電極１１゜１２に
相互に９０度位相差を有する三角波ｅｌｆｅ２を各別に
供給する発振器３１．３２からなる交；光信号発振部３
０が有り、前記可動電極２１からその出力ｅ０を取出す
ようにしたものである。尚、上記の可動と固定の電極を
それぞれ固定と可動に入れかえでら同様である。

また、変位の検出範囲を大にするため電極は、１幅に対
して変位方向長さが大にされている。

これにおいては、第１と可動電極１１゜２１および第２
と可動電極１２．２１はそれぞれコンデンサを形成する
ことになり、それらコンデンサを符号５１．５２として
上記のものの等価回路を表わすと第４図のようになる。

すなわち、各コンデンサ５１．５２の一端を三角波発振
部３０のそれぞれ発振器３１゜３２と結合し、その各池
端を結合してその結合部を出力端５３とした回路が構成
されたことになり、可動の電極２１から取出される出力
Ｃ８と変位Ｘの関係はｐｔＳ５図のようにｅ。の位相変
化に変換される。

以上は！＠１、第２の電極１１．１２の各々を９０度位
相差を有する三角波発振部３０と結線した場合であるが
、これを第６図に示すような１８０度位相差を有する交
流信号媒振部４０と結線すると、可動電極２１からの出
力ｅ。の振幅が変位Ｘに対応して変化する。

ところで、前記固定、可動の電極１１゜１２．２１は平
板状であるが、その変形としては第７図に示すように固
定の電極は一定厚肉の誘電本よりなるシリング１３の外
周面に１１着した第１、第２の導体膜１１’　、１２′
とし、可動の電極はそのシリング１３内で滑動自在な導
体により形成したピストン２１′としても同様の出力ｅ
。が得られる。これは前記の矩形電極板を円筒形とした
ものに相当する。そして、このシリング１３の両端を密
封し、ピストン２１′で仕切られる各室に選択的に切換
えられる流入・流出口を結合したものはピストン変位か
ら流量を検出するピストン式の流墳計となる。

この種のむのにおいて、長さ方向の全体の大いさを検８
Ｉするのに、それは２枚の電極の長さとその間の間隔の
良さの合計となる。したがって、長さを小にするには間
隔をできるたけ小さくｒることであり、測定に支障のな
い範囲で小にすればよい。さらに全体の長さを小にする
には矩形を対角線で分割した三角形を第１、第２の電極
とし、対角線１−でわずかな間隙をもたせ、１枚の可動
電極は長さが小さい短冊状のものとなる。これについて
は前記実公昭４４−１５３９８号公報に実施例として記
載されているとおりであり、これの全体の長さは三角形
を合体した矩形の長さであって非常に小さなものとな１
）、変位の範囲は全体の長さから可動電極の良さを滅し
た長さとなる。

発源１邂望虹しようとすり１−萬 Ｉ′ｉｉｊ記の変位検出器は、いずれも固定の電極と可
動の電極の両方にリード線を結合する必要がある。この
ため、可動の電極と連結された被検出体の移動力が弱い
場合は、そのリード線が変位に際しての負荷となってｉ
５１したり、また、繰返し移動により破損したりする恐
れがあり、結局、変位方向の度々変化するしのにす５い
ては検出精度や耐久性の而に問題点がある。

これを解決するには、可動の電極のリード線を除去し、
池の手段により解決を図ることであるが、発振部との間
のリード線を他の千段に置き換えることは極めて困難で
あるので、出力側の可動電極のリード線に対することに
なり、可動の電極と常時接触したがら摺動する摺動子を
介して信号を取出すことが考えられる。しかもこの場合
、摺動子の数を少なくするためには、電極が一つの側す
なわち第３の導体を可動電極体とし、それに対して摺動
子を接触させるようにすればよい。しかしたがら、この
場合には、摺動子との接触圧の変動や摩耗等に伴なうノ
イズの；昆人が避けられない。

す）１−■徂解決するための徂 本発明は、上記問題点を解決するために、まず、一つの
電極の方か可動電極となり、それにはリード線が付着さ
れず、被検出体の変１台、に応ヒて無負荷で可動とされ
、それ自体からは出力を収り出すことな（、電気的には
誘導雷（仮としての機能を残置させ、出力の取り出し手
段としては固定側への誘導出力を発生させ、それにより
、対応出力を取出すようにしたらのである。

すなわち、この発明は合本して１１１形状を形成する第
１、第２の電極かわずかな間隙を有して配置されて固定
の電（仮となり、その−側には１１」を有する出力電極
が配置され、可動の７（ｉ極は第１，２の電極に灯して
重合関係を有し、その一部と残部が常に第１，２の電極
の各一部に対して重合するものであり、可動電極より出
力電極へ延出した部分は出力電極の巾からはみ出さない
大いさであり、可動電極の変位の範囲内で延出部が出力
電極上で常に重合関係を維持するようになっている。そ
して、出力は出力電極から取出される。

恒量− 可動誘導電極が変位すると、その一部は第１の電極内で
動き、残部は第２の電極内で動き、第１と１２の電極と
可動誘導電極との重合面積は、相互に増減する。一方、
第１、第２の電極に対し、９０度位相差を有する三角波
あるいは１８０度位相差を有する交流波がｆ共給されて
いる。

そして、可動誘導電極の変位の間、出力電（仮の一部分
は常に可動誘導電極の延出部の全面と重合している。こ
の結果、第１．２の電（仮との間の静電誘導、すなわち
それらとの爪ｒン面積に応じて変化する電荷に応じて可
動電極内ではその合成された電圧が発生し、さら（こ可
動電極の延出部と出力電極間での靜電誘Ｉ厚により出力
電極に電圧が生じ、その出力の位相変化（または振幅変
化）がら変位Ｘが求めら７する。

しかして、出力電（駅は第１、第２の電極と共に静上状
態に保持される固定側の電極に形成されているものであ
り、移動する可動誘導電極とは無関係に出力の取出しが
行なわれる。

次に、出力電極の大いさについて述べると、出力１゛ヒ
（枳がら変位１こ肘応しｔこ出力を得るには、出ＪＪを
測定する測定器の入力インピーダンスが、１ｉｉ７記第
１、第２の出力’４ｉ　１仮と可動誘導を極間の静電容
量によるインピーダンスよ＋）　ｌ・分に大である必要
があり、人力インピーダンスの大きさに応じて、可動電
極の延出部の面積を定めることになる。

火り見 実施例として以下に説明するのはピストン式流量計につ
いてである。

第１図は、電極を円筒状としたピストン式流危計のシリ
ンダ上に形成された第１、第２電極および出力電極とそ
の内部のピストンとしての可動誘導電極を変位方向と平
行な方向で切断して展開図示したちのである。前記の固
定の電極は、ブラ入管１３′（展開図示されているので
管は板状）の外周面（図では裏面）の大部分に中央にわ
ずがな間隔をおいて両側に同−面積の矩形のクロム蒸ｍ
層が形成され、それが第１、第２の導体膜１１″、１２
”となり、その第１、第２の導体膜１１”、１２″には
各別に１８０度位相差を有する交流信号を供給する発振
部（図示されでいない）が結線されている。その〃う入
管１３’ｌ−の外周而の残りの部分には面記第１、第２
の導体膜１１″、１２”と平行に第１、第２の導体膜１
１”１２”とわずかな間隔をおいて左右方向に帯状のク
ロム蒸着層が形成され、それが出力導体膜１４′となっ
ている。可動の電極は、カーボングラファイト製のピス
トン２１＃（展開図示のため板状）であり、その長さは
第１の導体膜よりわずかに長く、前記ガラス管１３′の
内周面（図では裏面）と滑動自在になっている。固定の
ｔｐＪｌ、第２の導体膜１１　”　。

１２″および出力導体膜１４′と可動導体膜２１″とは
ガラス管１３′を介して重合している。

これにおいては、ピストン２１′′が変位した場合、Ｐ
ＩＳｌ、第２の導体膜１１　”　、　１２　”とピスト
ン２１″との重合面積が変位に対応して変化し、一方が
増大するのに対して他方が減少する。その間、ピストン
２１″は、その一部の面積が常時出力導体膜１４′と対
向することになる。したがって、第１図のものの等価回
路は第２図に示すように、前記第６図のものの出力ｅ。

の取出経路に出力導体膜１４″とピストン２１″により
形成される一定ｕ　量Ｃ９のコンデンサ５４を介入させ
た回路となる。

この結果、ピストン２１″がガラス管１３内を変位する
と、ピストン２１′にはその変位Ｘに応じた出力ｅ０が
生じ、その出力ｅ。は一定容Ｉｔ、　ｃｏのコンデンサ
を介して出力導体膜１４′から外部にリード線により導
かれる。

以上は、第］、Ｐｔ５２の導体膜１１″、１２”を１図
において矩形状にした場合であるが、ｔ５８図に示すよ
うに矩形を斜めに横切る線によって分割したものを第１
、第２の電極としてもよく、このようにすると全零の良
さが小に形成される。このような分割では分割されｊこ
らのの中の変化は直線的であるが、分割線を曲線にする
と、巾の増減は関数的となる。

それにより変位に対して所望の関数関係の出力が得られ
る。

発明の効果− 以上のとおりであり、この発明は変位を検出するに際し
、変位と出力の直線的関係を変えることなく固定の電極
体から出力を取出すことができ、それにより可動の電極
体は可動動用１山にでき、高い信頼性のもとで変位の検
出が行なえる。また、出力取出線の破損原因が解消され
るので、変位検出器の耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す展開斜視図、第２図は第
１図の等価回路図、第３図は従来技術の斜視図、第・を
図は第３図の等価回路図、第５図は第４図の出力波形図
、第６図は発振部の供給信号を１８０度位相差の交流信
号としｔこものの等価回路図、第７図は池の従来技術の
一部に回路記号を含んだ正面断面図、第８図はこの発明
の別の実施例を示す展開図である。 ］　　１′　、１　１”　　、１２′　、１２”　　。 １　４′、１４”　　、２１’　　、２　１″。 ２１”：　　電　極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、合体して矩形状を形成する第１、第２の電極がわず
   かな間隙を有して矩形状に配置され、この第１、第２の
   電極は９０度位相差の三角波あるいは１８０度位相差の
   交流信号を送出する発振部と結合され、第１、第２の電
   極の１側に幅を有する出力電極が配置され、第１、第２
   の電極の一面に平行にわずかな間隙を隔てて可動である
   誘導電極は、その一部及び残部が第１、第２の電極の各
   一部と常に重合状態を維持するものであり、この可動誘
   導電極から出力電極へ延出した延出部は出力電極の幅内
   で重合する大いさを有し、前記の出力電極から出力を取
   出すようにしたところの静電容量式変位検出器。