JPS63273001A - 変位測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機械装置や検査装置における変位量を検出、
測定する装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、変位測定装置において、１対のコイルを隣接
して軸方向に並べ、これらのコイルの中にコアを入れコ
イルの外側に金属外筒を移動可能に被せた可変インダク
タンス・コイルと、高周波発振器及び整流器を含む検波
回路とを組合せることにより、装置を短くすると共に機
械的に強くしたものである。

〔従来の技術及びその問題点〕

機械装置において、変位量を電気的に測定するため各種
のスケールが用いられているが、スケールは形状が大き
く高価なため用途が制限される欠点がある。比較的変位
量が少ない場合、差動トランスが最も多く用いられてい
るが、差動トランスには次の如き３つの欠点がある（第
１０図参照）。

第１に、コイルの中をコアが出入する構造であるため、
差動トランスのコイルに比べて装置全体が長くなり、変
位量が長い場合不適当である。

第２に、差動トランスは、２個のコイルを軸方向に並べ
た構造で、変位測定範囲に比べ２個並んだコ・イルの長
さが９通３倍近くも長くなる。

第３に、コアが出入する構造ではコアが片持ち支持にな
るため、振動に弱い。

Ｃ問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、コ
イルの中に入るコアは固定しておき、コイルの外側に被
せた金属外筒を移動する構造として、上記第１ないし第
３の問題点を解決した。

このようにすれば、金属外筒の移動によってコイルのイ
ンダクタンスが変化する。金属外筒はコイルに対し外側
に設けた短絡２次コイルの作用をして、金属外筒が被さ
った部分のインダクタンスが著しく減少する。このイン
ダクタンスの変化を電圧の変化に変えることにより、変
位量を検出できる。この場合、金属外筒の移動をコイル
の長さにほぼ等しくできるので、装置は変位測定長に比
べ余り長くならず、機械的にも強い構造となる。

〔実施例〕

第１図は、本発明に用いる可変インダクタンス・コイル
の基本構造を示す断面図である。同図に示すように、例
えば全長１１０　ミリ、外径２．４　ミリの石英管に端
を１０ミリ残して、０．２　ミリ径の絶ｌ！銅線を５０
ミリの長さにわたって一様に巻回（巻回数２１０回）し
、これをコイルＡとする。コイルＡに隣接して同様に５
０ミリの長さにわたって巻線をし、これをコイルＢとす
る。また、石英管の中に、石英管と同じ長さ１１０　ミ
リの高導磁率のコアを挿入固定する。コアは、例えば、
外径１．２ミリ内径０．７ミリのパーマロイ細管で、熱
処理後エポキシ粉末の静電塗装を施し保護しである。コ
イルの外側には収縮チューブを被せて保護するが、コイ
ル保護管に石英管又はエポキシグラス製の管を使用する
こともできる。金属外筒は、コイルと同じ長さく５０ミ
リ）の例えば黄銅管で、後述の実施例では外径６ミリ及
び５ミリのものを用いた。これらの内径は、それぞれ５
ミリ及び４ミリである。コイルＡ及びＢは第２図に示す
ように一端を共通接続し、他端と合せて３本のリード線
を石英管の一端に出してそれぞれの端子に接続する。

第３図は、第１図の金属外筒を５０ミリの範囲内で変位
させたときのコイルＡ及びＢのインダクタンス（Ｌ）の
変化を示す特性図である。金属外筒が５０ミリを越えて
変位すると、外筒はコイルＡから外れ、コイルＡのイン
ダクタンスは最大の一定値を取る。コイルＡ及びＢのイ
ンダクタンスの変化は、互いに逆方向の対称的な変化と
なる。したがって、検波回路に差動形のものを使用でき
る。

第４図は、本発明に用いる検波回路の例を示す図である
。この検波回路は、高周波発振器ＯＳＣによりコイルＡ
、Ｈに高周波電圧を逆方向に加え、インダクタンスの変
化によって変化する抵抗Ｒ８両端の交流電圧を平滑回路
を含む整流器（Ｄ＋＋ｒ＋＋Ｃ＋）＋（Ｉｈ＋ｒ＊＋Ｃ
ｔ）により直流電圧に変え、その差電圧をコンデンサＣ
３の両端に出力として取出すようにしている。検波回路
はこのような差動形でなくてもよいが、差動形の方が直
線性や温度特性がよ−い。

第５図は、上述の２コイルを固定し金属外筒を変位させ
たとき第４図の検波回路が生じた出力電圧を記録したも
ので、これが変位測定装置としての特性を示す曲線であ
る。

第６図は、本発明の第１実施例を示す平面図である。こ
の図では、コイル保護管（カバー）やコイル取付金具等
は省略しである。基板にコイル（Ａ、　Ｂを含む、）と
案内棒が並行して固定され、金属（例えば黄銅）製のス
ライダーが案内棒に移動自在に取付けられる。断面矩形
の厚板より成るスライダーの移動方向の長さはコイルＡ
又はＢの長さと同じであり、このスライダーには、コイ
ルを貫通させるための穴（例えば５ミリ）及び案内棒の
軸受け（メタル）の入る穴が明いている。金属外筒は、
第１図では管として示したが、内面が管状であれば穴で
もよく、外形は問わない、また、検波回路は基板の一部
に組込まれる。

従来の差動トランスは、第１０図に示すようにセラミッ
クの筒にほぼ同長のコイル（１１及びコイル（２）を並
べて巻線する点は本発明と同じであり、コイルの中を出
入する細長いコアの長さはコイル＋１１又は（２）とほ
ぼ等しいが、コアの出入はコアに付いているさらに細い
継（つぎ）棒の移動で行うので、差動トランス全体の長
さは変位量より温かに長くなる。また、コア部は、一端
を縦棒に固定し他端は自由になるため、機械的に弱く振
動の強い所では使えない。特に、変位量が１００　ミリ
以上の長い場合に問題となる。これに対し、第６図の実
施例では、コイルは両端で基板に固定され、スライダー
は案内棒に嵌合してコイルに非接触で移動し、スライダ
ーの最大変位はコイルＡ又はＢの長さに等しく且つコイ
ル全長の範囲内であるから、装置全体の長さはほぼコイ
ルの全長程度で足りることになる。しかも、構造的に堅
固で振動に強い。

なお、従来の差動トランスでは、コアが抜けたときイン
ダクタンスが最小になりコアが入る長さに比例してイン
ダクタンスが増加し、その変化は第３図と殆ど同じ形に
なる。しかし、本発明では、コイルＡ、Ｂを含めたコイ
ルの長さ以上のコアを予めコイルの中に固定し、外側に
金属外筒を被せてこれを変位させるため、金属外筒はコ
イルに対し外側に設けた短絡した２次コイルの役目をし
て、外筒の被さった部分のコイルのインダクタンスは著
しく減少する。金属外筒がコイルＡ又はＢ全体に被さっ
たとき、インダクタンスが最小になる。

本発明に用いる金属外筒には黄銅、アルミニウム、銅な
どの金属が適しているが、特性的にはどの金属でも十分
な導電率があるので、差は僅かである。金属外筒に鉄を
使用すると導磁率の影響でインダクタンスを増加させる
効果があるが、数百ｋｌｌｚの高周波コイルでは短絡２
次コイルの効果が大きくて第３図に近いインダクタンス
変化を生ずる。また、コイル自身の大きさと金属外筒の
穴の大きさとの関係により、インダクタンス減少の度合
いが変わってくる。これは、コイルの巻線と短絡２次コ
イルとして作用する穴との結合係数が穴の大きさにより
変化するためである。第３図に穴の内径が４ミリと５ミ
リの場合を示したが、金属外筒は穴の大きさが問題で、
外側の形状は余り問題でない。

コイルの長さがコイル及び金属外筒の直径に比して十分
長いときは、インダクタンスは直線的に変化する０両方
の端の部分では、外筒の直径の２倍位の範囲において直
線性が悪（なる、この端効果は避けられないが、コイル
及び外筒の内径を小さくすることにより端効果の及ぶ範
囲を狭くすることができる。また、かような端効果によ
り直線範囲が狭くなるのを軽減するため、コイルの巻線
の密度を部分的に変えたり、外筒の長さをコイルＡ、Ｂ
より長くしたりして、コイルの端の部分の特性を若干改
善できる。

第４図に示した検波回では、高周波発振器ＯＳＣは、繰
返し周波数２０ｋｌｌｚのパルス（パルス幅約１μｓ）
を発生するパルス発振器である。正弦波発振器でも装置
の動作は同様であるが、パルス発振にすると、消費電流
を大幅に減少できると共にピーク電圧を大きくできる利
点がある。差動トランスの場合、検波回路の発振周波数
は通常５０Ｈｚ又は１ｋｌｌｚが使用されるが、本発明
のように高周波にすることにより、コイルの巻線数を少
なくできく実験の結果ではＩＮＳきて十分であった。）
、コアの断面積を小さくできるのみならず、変位測定装
置としての応答速度を上げることができる。

第７図は、本発明の第２実施例を示す平面図である。本
例は、蓋を取って図示されているが、外観は、ダイアル
ゲージと同じような形状を呈する。

スピンドルが軸受けに支持されて出入する（例えば１２
ミリ）、このスピンドルは、回り止めピンにより回転が
抑制され、ばねで復帰するようになっている。また、ス
ピンドルにはスライダーが嵌合され押ねじて固定される
。スライダーに金属外筒としての４ミリ径の穴が明いて
おり、この穴を貫通してコイルが固定される。コイルは
、この場合外径３ミリで、スライダーの穴に非接触に保
たれる。ケースの中の他の部分にエポキシ樹脂モールド
した検波回路を配置して、コイル及びケーブルを接続す
る。ケーブル出力に約±４ボルトの出力電圧が得られる
０本例において、コイルの巻き幅やスライダーの長さに
より感度の違った特性が得られる。第８図にその一例を
示す。

このような形の変位測定器には、本発明の金属外筒移動
方式が最適である。押ねじを緩めてスライダーの位置を
ずらすことにより、第８図の出力曲線の中点の位置を容
易にシフトすることができる。

第９図は、本発明をレベル計に適用した第３の実施例を
示す断面図である。ガラス又は金属の外管の上下に端金
具を取付け、この外管の中にコイルを挿入して上下の端
金具で固定する。コイルが貫通する浮子を設ける。浮子
は、両端を密封した２重の中空金属円筒で、中心軸の方
向に例えば５ミリの穴が明けてあり、上述の金属外・筒
となっている。下方の端金具に流体入口を設け、上方の
端金具に検波回路を配置し、ケーブルの出力に直流電圧
を生ずるようにしである６本実施例では、第１図に示し
た長さ１００　ミリ　（各コイル＾、Ｂは５０ミリ）の
コイルを用いて第５図のような特性が得られた。

なお、本例は、外管にテーパーを付けることにより流量
計としても使用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明によれば、次の如き大きな
効果がある。

１）　金属外筒の変位がコイルの長さの範囲内であるの
で、装置全体の長さをコイルの長さ程度と小さくするこ
とができる。

２）　構造的に堅固で振動に強い。

３）　コイルと金属外筒を非接触に保ち易い。

４）　レベル針や流量計にも応用でき、用途が広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる可変インダクタンス・コイルの
基本構造を示す断面図、第２図はその電気接続を示す結
線図、第３図は第１図コイルの可変インダクタンス特性
図、第４図は本発明に用いる検波回路の例を示す回路図
、第５図は第１図コイルと第４図検波回路を組合せたも
のの出力特性図、第６図は本発明の第１実施例を示す平
面図、第７図は同じく第２実施例を示す平面図、第８図
は第７図のものの出力特性図、第９図は本発明の第３実
施例を示す断面図、第１０図は従来の差動トランスを示
す断面図である。 コイルＡ及びコイルＢ・・・１対のコイル、Ｏ２０・・
・高周波発振器、（Ｄ１＋ｒ１＋Ｃ１）＋　（Ｄｚ＋ｒ
ｘ＋Ｃｚ）　”・整流器。 −変イ立（ミーυ ！！ｌ１ｉｆｌコイＪしｎ１ｒｆｆｉイングクタンス特
手生第３図 、本、発明に用１１５＆浦Ｈコ２番のイ列変イ【掛出特
性曲線のイ列 第５図 賞鬼例１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高導磁率のコアを内蔵して一定の長さに巻線した１対の
   コイルを軸方向に隣接して並べ、上記コイルにこれとほ
   ぼ同長の金属外筒を移動可能に被せた可変インダクタン
   ス・コイルと、 高周波発振器及び整流器を含み上記可変インダクタンス
   ・コイルに接続した検波回路とを具え、上記金属外筒が
   移動したときその変位量に応じた直流電圧を生ずる変位
   測定装置。