JPS6356925B2 - - Google Patents

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JPS6356925B2
JPS6356925B2 JP1945081A JP1945081A JPS6356925B2 JP S6356925 B2 JPS6356925 B2 JP S6356925B2 JP 1945081 A JP1945081 A JP 1945081A JP 1945081 A JP1945081 A JP 1945081A JP S6356925 B2 JPS6356925 B2 JP S6356925B2
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JP
Japan
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output
inverter
capacitance
gate
circuit
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JP1945081A
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Japanese (ja)
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JPS57133310A (en
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Tadashi Azegami
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YOKOKAWA DENKI KK
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YOKOKAWA DENKI KK
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Priority to FR8112976A priority patent/FR2486232B1/en
Publication of JPS57133310A publication Critical patent/JPS57133310A/en
Publication of JPS6356925B2 publication Critical patent/JPS6356925B2/ja
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/12Mechanical 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
    • G01D5/14Mechanical 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
    • G01D5/24Mechanical 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
    • G01D5/241Mechanical 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 by relative movement of capacitor electrodes
    • G01D5/2417Mechanical 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 by relative movement of capacitor electrodes by varying separation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/12Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧力、張力等の物理量変化に基ずく
物理的変位を、電気信号へ変換する容量式変位変
換装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a capacitive displacement converting device that converts physical displacement based on changes in physical quantities such as pressure and tension into electrical signals.

かかる変位変換装置は、各種プロセスの流量ま
たは圧力等を容量式センサによつて検出し、電気
信号へ変換のうえ、遠隔の受信部等へ検出結果を
伝送する場合等に用いられる。ところで、一般に
使用されている容量式センサには、固定電極と可
動電極との間に介在する不変成分としての分布容
量および、固定電極ならびに可動電極とケースと
の間に介在する分布容量が存在し、これらの分布
容量により変換特性が非直線的となる問題を生じ
ている。
Such a displacement converter is used when detecting the flow rate or pressure of various processes using a capacitive sensor, converting it into an electrical signal, and transmitting the detection result to a remote receiving unit or the like. By the way, in commonly used capacitive sensors, there is a distributed capacitance as an invariant component that exists between the fixed electrode and the movable electrode, and a distributed capacitance that exists between the fixed electrode, the movable electrode, and the case. , these distributed capacitances cause a problem in which the conversion characteristics become non-linear.

そこで、この発明の出願人は、先にこの分布容
量が変換特性に与える影響を除去することができ
る「容量式変位変換装置」(特願昭55−101699号)
を出願している。以下、まずこの「容量式変位変
換装置」について説明する。
Therefore, the applicant of the present invention first proposed a "capacitive displacement converter" (Japanese Patent Application No. 101699/1982) that can eliminate the influence of this distributed capacitance on the conversion characteristics.
has been applied for. Hereinafter, first, this "capacitive displacement converter" will be explained.

第1図はこの「容量式変位変換装置」において
用いられる差動容量形センサの概念図であり、固
定電極SP1,SP2間に設けた可動電極MPが、検
出すべき物理的変位に応じた機械的変位にしたが
つて固定電極SP1,SP2間を移動するため、これ
らによつて形成される第1および第2静電容量
C1,C2が差動的に変化するものとなつている。
Figure 1 is a conceptual diagram of a differential capacitive sensor used in this "capacitive displacement transducer", in which a movable electrode MP provided between fixed electrodes SP 1 and SP 2 responds to the physical displacement to be detected. The first and second capacitances formed by fixed electrodes SP 1 and SP 2 move between fixed electrodes SP 1 and SP 2 according to the mechanical displacement caused by them.
C 1 and C 2 change differentially.

第2図は、分布容量の存在を考慮した第1図の
等価回路であり、固定電極SP1,SP2とケースと
の間の分布容量CSG1,CSG2が端子A,Bとアース
との間に介在すると共に、可動電極MPとケース
との間の分布容量CSG0が端子Cとアースとの間に
介在する一方、端子A―CおよびB―C間には第
1および第2静電容量C1,C2と並列な分布容量
CSP1,CSP2が存在するものとなつている。
Figure 2 is an equivalent circuit of Figure 1 that takes into consideration the existence of distributed capacitance, and the distributed capacitances C SG1 and C SG2 between the fixed electrodes SP 1 and SP 2 and the case are the same as those between the terminals A and B and the ground. A distributed capacitance C SG0 between the movable electrode MP and the case is interposed between the terminal C and the ground, while a first and second electrostatic capacitance is interposed between the terminals A-C and B-C. Distributed capacitance in parallel with capacitances C 1 and C 2
C SP1 and C SP2 exist.

第3図は、差動容量式センサーの一例を示す断
面図であり、ケースF中にリード線Lによつて支
持された固定電極SP1,SP2が設けてあると共に、
ガラス等の絶縁性封止材Iによつて基部が固定さ
れた可撓性の可動電極MPが設けてあり、その先
端部に印加される機械的変位力Pによつて可動電
極MPがたわむことにより、差動容量形センサを
構成する第1および第2静電容量C1,C2が差動
的に変化する。
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a differential capacitance type sensor, in which fixed electrodes SP 1 and SP 2 supported by lead wires L are provided in a case F, and
A flexible movable electrode MP whose base is fixed by an insulating sealing material I such as glass is provided, and the movable electrode MP is deflected by a mechanical displacement force P applied to its tip. As a result, the first and second capacitances C 1 and C 2 configuring the differential capacitance type sensor vary differentially.

なお、この場合には、リード線Lの端部Ltと
可動電極MPの基部との間に不変静電容量が形成
され、これが第2図の分布容量CSP1,CSP2に相当
するものとなつている。
In this case, a constant capacitance is formed between the end Lt of the lead wire L and the base of the movable electrode MP, and this corresponds to the distributed capacitances C SP1 and C SP2 in Fig. 2. ing.

第4図は、この先願による「容量式変位変換装
置」の第1の実施例を示すブロツク図であり、端
子A〜Cには第2図および第3図の端子A〜Cが
接続されるものとなつており、まず、分布容量
CSP1,CSP2を無視のうえ動作の説明を行なう。
FIG. 4 is a block diagram showing a first embodiment of the "capacitive displacement converter" according to the earlier application, and terminals A to C of FIGS. 2 and 3 are connected to terminals A to C. First of all, distributed capacity
The operation will be explained while ignoring C SP1 and C SP2 .

すなわち、第1および第2静電容量C1,C2
端子A,Bを介して各個に出力が接続されている
反転出力の第1および第2ゲートG2A,G2B中の
G2Aが出力(A)を“H”とし、電圧+Eを生じてい
るときには、その立上りにより第1静電容量C1
と分布容量CSG0とが直列に充電され、第1および
第2静電容量C1,C2の共通接続点すなわち端子
Cの電圧が急激に一定電圧へ達し、第5図Bのと
おりほぼ垂直に立上る。
That is, in the first and second gates G 2A and G 2B with inverted outputs whose outputs are respectively connected to the first and second capacitances C 1 and C 2 via terminals A and B ,
When G 2A makes the output (A) “H” and generates voltage +E, the first capacitance C 1
and distributed capacitance C SG0 are charged in series, and the voltage at the common connection point of the first and second capacitances C 1 and C 2 , that is, the terminal C, suddenly reaches a constant voltage and becomes almost vertical as shown in Figure 5B. stand up.

なお、このとき充電の行なわれる等価回路は第
6図のとおりになるが、第1ゲートG2Aの出力イ
ンピーダンスが極めて小さいため分布容量CSG1
存在が無関係になると共に、分布容量CSG0と並列
に第2静電容量C2が挿入された形となつており、
端子Cの最大電圧は、第1静電容量C1と分布容
量CSG0および第2静電容量Cとのインピーダンス
比によつて決定される。
The equivalent circuit for charging at this time is as shown in Figure 6, but since the output impedance of the first gate G2A is extremely small, the existence of the distributed capacitance CSG1 becomes irrelevant, and the The second capacitance C 2 is inserted into the
The maximum voltage at terminal C is determined by the impedance ratio of the first capacitance C 1 to the distributed capacitance C SG0 and the second capacitance C.

また、このとき、端子Cに入力の接続されたイ
ンバータG1の出力(C)は“L”になつていると共
に、インバータG1の入出力間に定値電流制限回
路CCが接続されているため、分布容量CSG0およ
び第2静電容量C2の充電々荷は定値電流制限回
路CCおよびインバータG1の出力インピーダンス
を介して直ちに放電を開始するが、この放電電流
は定値電流制限回路CCにより一定電流値に規制
されることにより、直線的に出力(B)が低下する。
Also, at this time, the output (C) of the inverter G1 whose input is connected to the terminal C is "L", and the constant current limiter circuit CC is connected between the input and output of the inverter G1 . , the charges in the distributed capacitance C SG0 and the second capacitance C 2 immediately start discharging via the constant value current limiting circuit CC and the output impedance of the inverter G 1 , but this discharge current is controlled by the constant value current limiting circuit CC. By regulating the current to a constant value, the output (B) decreases linearly.

なお、このときには、末だ出力(A)が“H”であ
り(第5図参照)、第1静電容量C1の充電々流も
定値電流制限回路CCを通ずるため、定値電流制
限回路CCを通ずる電流に着目して考案すれば、
このときの等価回路は第7図のとおりになる。
At this time, the final output (A) is "H" (see Figure 5), and the charging current of the first capacitor C1 also passes through the constant value current limiting circuit CC. If we focus on the current flowing through the
The equivalent circuit at this time is as shown in FIG.

出力(B)が、インバータG1の出力が反転するス
レシホールドレベルVTHまで低下すると、インバ
ータG1の出力(C)が“H”へ転じ、これによつて
第1ゲートG2Aの出力(A)は“L”となるため、分
布容量CSG0および第2静電容量C2の残留電荷が第
1静電容量C1を介して急速に放電し、出力(B)が
垂直に低下した後、出力(C)の“H”により、定値
電流制限回路CCを経て定電流によつて分布容量
CSG0および第2静電容量C2が充電されるものとな
り、出力(B)が直線的に上昇する。
When the output (B) drops to the threshold level V TH at which the output of the inverter G 1 is inverted, the output (C) of the inverter G 1 changes to “H”, thereby causing the output of the first gate G 2A to change to “H”. (A) becomes “L”, so the residual charge in the distributed capacitance C SG0 and the second capacitance C 2 is rapidly discharged via the first capacitance C 1 , and the output (B) decreases vertically. After that, due to “H” of the output (C), the distributed capacitance is increased by constant current through constant value current limiter circuit CC.
C SG0 and the second capacitance C 2 become charged, and the output (B) increases linearly.

出力(B)がスレシホールドレベルVTHに達する
と、インバータG1の出力(C)が“L”へ転じ(第
5図参照)、これによつて第1ゲートG2Aの出力
(A)は“H”となるため、再び第1ゲートG2Aから
の充電が行なわれ、以下、上記の動作を反復す
る。
When the output (B) reaches the threshold level VTH , the output (C) of the inverter G1 changes to "L" (see Figure 5), thereby causing the output of the first gate G2A to
Since (A) becomes "H", charging from the first gate G2A is performed again, and the above operation is repeated thereafter.

一方、インバータG1の出力(C)はカウンタCTに
よつてカウントされており、一定数のカウントが
行なわれるとカウント出力nが“H”から“L”
へ転じ、再び一定数のカウントを行なうまでこの
状態を維持するため、これがインバータG3を介
して第2ゲートG2Bへ与えられることにより、第
2ゲートG2Bがオンになると共に第1ゲートG2A
はオフになり、今度は端子B―C間において上述
と同様の充放電が反復して行なわれ、カウント出
力nが再び“H”に転ずれば、第1ゲートG2A
オン、第2ゲートG2Bがオフとなつて、端子A―
C間の充放電が行なわれる。
On the other hand, the output (C) of the inverter G1 is counted by the counter CT, and when a certain number of counts is performed, the count output n changes from "H" to "L".
In order to maintain this state until a certain number of counts are performed again, this signal is applied to the second gate G2B via the inverter G3 , thereby turning on the second gate G2B and turning on the first gate G2B. 2A
is turned off, and the same charging and discharging as described above is repeated between terminals B and C. When the count output n turns to "H" again, the first gate G2A turns on and the second gate G2A turns on. G 2B turns off and terminal A-
Charging and discharging between C is performed.

したがつて、第1および第2ゲートG2A,G2B
が交互にオンとなり、これに伴なつて端子A―C
間およびB―C間の充放電動作が反復される。
Therefore, the first and second gates G 2A , G 2B
are turned on alternately, and along with this, terminals A-C
The charging/discharging operation between the two points and between B and C is repeated.

この場合の第1ゲート、第2ゲートは、増幅手
段の同相出力を帰還手段を介して選択的に第1、
第2静電容量の一端へ接続する切換え手段を形成
している。従つてG1として非反転増幅器を用い
た場合は、第1、第2ゲートで形成される切換手
段は単純な切換えスイツチ回路で実現することも
可能である。
In this case, the first gate and the second gate selectively feed the in-phase output of the amplifying means to the first gate, the second gate, and the like through the feedback means.
A switching means connected to one end of the second capacitor is formed. Therefore, when a non-inverting amplifier is used as G1 , the switching means formed by the first and second gates can be realized by a simple changeover switch circuit.

第8図はこのような概念を示す実施例であり、
SWがカウンタCTの出力で制御される切換えス
イツチを示す。
FIG. 8 is an example showing such a concept,
SW indicates a changeover switch controlled by the output of counter CT.

ここで、スレツシユホールドレベルVTHを基準
とした分布容量CSG0の端子電圧変化e1は、第6図
の関係から分布容量CSG0と第2静電容量C2との合
成容量をCtとすれば、次式によつて示される。
Here, the terminal voltage change e 1 of the distributed capacitance C SG0 with respect to the threshold level V TH as a reference is the combined capacitance of the distributed capacitance C SG0 and the second capacitance C 2 from the relationship shown in Figure 6. Then, it is shown by the following equation.

e1=C1/C1+Ct・E ……(1) また、端子電圧変化e1がスレシホールドレベル
VTHまで減少するのに必要とする時間t1は、定値
電流制限回路CCによつて規制される一定値の放
電々流をiとすれば、第7図の関係から次式のも
のとする。
e 1 = C 1 / C 1 + Ct・E ...(1) Also, the terminal voltage change e 1 is the threshold level
The time t1 required for the voltage to decrease to V TH is given by the following formula based on the relationship shown in Figure 7, where i is the discharge current of a constant value regulated by the constant value current limiting circuit CC. .

i・t1=e1(C1+Ct) ……(2) (1),(2)式からt1を求めると、 t1=C1・E/i ……(3) なお、充放電が反復される中に分布容量CSG0
は、スレシホールドレベルVTHに応じた電荷が基
準電位として定められ、これを中心として充放電
が行なわれるため、充電側の端子電圧変化e1と放
電側の端子電圧変化e2とは等しくなり、この端子
電圧変化e2分の充電を定値電流制限回路CCによ
る一定値の電流iによつて行なうことにより、充
電所要時間t2もt1と等しくなつて次式が成立す
る。
i・t 1 = e 1 (C 1 +Ct) ...(2) Calculating t 1 from equations (1) and (2), t 1 = C 1・E/i ...(3) In addition, charge/discharge While this is repeated, a charge corresponding to the threshold level V TH is determined as a reference potential in the distributed capacitance C SG0 , and since charging and discharging are performed around this, the terminal voltage change e 1 on the charging side The terminal voltage change e2 on the discharging side is equal to the terminal voltage change e2, and by charging for 2 minutes using the constant current i from the constant current limiter CC, the required charging time t2 is also equal to t1 . They are equal, and the following formula holds true.

t1=t2 ……(4) これらの関係は、端子B―C間の充放電におい
ても同様であり、この場合には、第6図、第7図
の第1静電容量C1と第2静電容量C2とを入替え
た状態となり、(3)式は次式のものとなる。
t 1 = t 2 ...(4) These relationships are the same in charging and discharging between terminals B and C, and in this case, the first capacitance C 1 and This results in a state in which the second capacitance C 2 is exchanged, and equation (3) becomes the following equation.

t1=C2・E/i ……(5) したがつて、カウンタCTのカウント出力nか
ら得られるパルス信号の“H”期間は第1静電容
量C1に、“L”期間は第2静電容量C2に対応した
ものとなり、これを抵抗器R3とコンデンサC3
の積分回路により平均化すれば、パルス信号のデ
ユーテイ比が求められるため、C1/(C1+C2
の演算結果となり、これが変換出力Eoとしての
電気信号になる。
t1 = C2・E/i...(5) Therefore, the "H" period of the pulse signal obtained from the count output n of the counter CT is applied to the first capacitance C1 , and the "L" period is applied to the first capacitance. 2 corresponding to the electrostatic capacitance C 2 , and by averaging this using an integrating circuit consisting of the resistor R 3 and the capacitor C 3 , the duty ratio of the pulse signal can be obtained, so C 1 / (C 1 + C 2 )
This is the calculation result, which becomes the electrical signal as the conversion output Eo.

第9図および第10図は、分布容量CSP1,CSP2
の存在を考慮した場合の第6図および第7図と同
様な等価回路であり、第6図および第7図につ
き、(1)〜(3)式と同様に考察すれば次式が得られ
る。
Figures 9 and 10 show distributed capacitances C SP1 and C SP2
This is an equivalent circuit similar to Figures 6 and 7 when considering the existence of .

e=(C1+CSP1)E/C1+CSP1+CSG0+C2+CCP+ CCP・(−E)/C1+CSP1+CSG0+C2+CCP ……(6) i・t1=e1(CCP+CSP1+C1+C2+CSG0) ……(7) ただし、CCPは第4図において定値電流制限回
路CCと並列に接続した補償用コンデンサであり、
これを分布容量CSP1と等しい容量値とすれば、第
9図の充電状態において分布容量CSP1に対する補
償充電が補償用コンデンサCCPによつて行なわれ
るため、出力(C)に与える分布容量CSP1の影響が排
除される。
e=(C 1 +C SP1 )E/C 1 +C SP1 +C SG0 +C 2 +C CP +C CP・(−E)/C 1 +C SP1 +C SG0 +C 2 +C CP ……(6) i・t 1 =e 1 (C CP +C SP1 +C 1 +C 2 +C SG0 ) ...(7) However, C CP is a compensation capacitor connected in parallel with the constant value current limiter CC in Fig. 4,
If this is set to the same capacitance value as the distributed capacitance C SP1 , then in the charging state shown in Fig. 9, compensatory charging for the distributed capacitance C SP1 is performed by the compensation capacitor C CP , so the distributed capacitance C given to the output (C) is The effects of SP1 are removed.

したがつて、(6),(7)式から次式が成立する。 Therefore, the following equation holds from equations (6) and (7).

t1=(C1+CSP1−CCP)E/i ……(8) ここで、CSP1=CCPのため、(8)式は、 t1=C1・E/i ……(9) となり、(3),(5)式と同様の結果が得られる。 t 1 = (C 1 + C SP1 − C CP ) E/i ...(8) Here, since C SP1 = C CP , equation (8) is, t 1 = C 1・E/i ...(9 ), and the same results as equations (3) and (5) are obtained.

なお、センサの構造上、CSP1≒CSP2の関係が得
られるため、同一の補償用コンデンサCCPにより
目的を達することができる。
Note that, due to the structure of the sensor, the relationship C SP1 ≒ C SP2 is obtained, so the purpose can be achieved using the same compensation capacitor C CP .

すなわち、分布容量CSG1,CSG2,CSG0等の影響
が完全に排除されると共に、補償用コンデンサ
CCPを付加すれば分布容量CSP1,CSP2の影響も排除
されるため、簡単な回路構成により分布容量
CSG1,CSG2,CSG0,CSP1,CSP2等の影響が無い直線
的な変換特性を得ることができる。
In other words, the influence of distributed capacitances C SG1 , C SG2 , C SG0 etc. is completely eliminated, and the compensation capacitor
By adding C CP , the influence of distributed capacitances C SP1 and C SP2 can be eliminated, so the distributed capacitance can be reduced with a simple circuit configuration.
It is possible to obtain linear conversion characteristics without the influence of C SG1 , C SG2 , C SG0 , C SP1 , C SP2, etc.

以上が、この発明の出願人の先願になる「容量
式変位変換装置」の詳細である。
The above are the details of the "capacitive displacement converter" which is the earlier application of the applicant of the present invention.

ところで、上述した「容量式変位変換装置」は
末だ次の様な欠点を有している。すなわち、第4
図においてインバータG1の出力が、補償用コン
デンサCCPおよび定値電流制限回路CCの並列回路
を介してインバータG1の入力端へ帰還される時
間と、第1ゲートG2Aあるいは第2ゲートG2B
よび端子A,B,Cに接続される容量式センサを
介してインバータG1の入力端に帰還される時間
とが異なるため、インバータG1の出力波形に第
11図に示すような歪が生じてしまう。すなわ
ち、インバータG1はその入力電圧がスレツシユ
ホールドレベルに達するとその出力レベルが反転
する。ここで、インバータG1の入力端に印加さ
れる電圧は、ゲートG2Aを介してゲートG1の出力
電圧をコンデンサC1と分布容量CSG0で分圧した電
圧と、定値電流制限回路CCと補償用コンデンサ
CCPの並列回路を介して印加される電圧とが重畳
された電圧となる。この重畳は、インバータG1
のスレツシユホールドレベルの近傍でなされる。
そして、これ等の重畳が時間的に同時になされれ
ば問題はないが、これ等に若干の時間ずれがある
と、スレツシユホールドレベルでの出力の切り換
えに乱れが生じ、第11図に示すようにインバー
タG1の入力電圧のスレツシユホールドレベル近
傍の電圧変動に対応して、インバータG1の出力
端に現れる矩形波電圧に乱れが生じてしまう。第
8図に示す回路においても同様に、増幅器G1
出力が、インバータG2等を介して帰還される時
間と、切換スイツチSWおよび容量式センサを介
して帰還される時間とが異なる場合、増幅器G1
の出力に歪が生じる恐れがある。そして、このよ
うな歪はカウンタCTに誤計数を生じさせ、非常
に好ましくない。
By the way, the above-mentioned "capacitive displacement converter" has the following drawbacks. That is, the fourth
In the figure, the time during which the output of the inverter G1 is fed back to the input terminal of the inverter G1 via the parallel circuit of the compensation capacitor CCP and the constant value current limiting circuit CC, and the time when the output of the inverter G1 is fed back to the input terminal of the inverter G2A or the second gate G2B Since the time and feedback time to the input terminal of inverter G1 via the capacitive sensors connected to terminals A, B, and C are different, distortion as shown in Figure 11 occurs in the output waveform of inverter G1 . I end up. That is, when the input voltage of inverter G1 reaches the threshold level, the output level of inverter G1 is inverted. Here, the voltage applied to the input terminal of the inverter G1 is the voltage obtained by dividing the output voltage of the gate G1 through the gate G2A by the capacitor C1 and the distributed capacitance CSG0 , and the constant value current limiter CC. compensation capacitor
The voltage is superimposed with the voltage applied via the C CP parallel circuit. This superposition is caused by inverter G 1
This is done near the threshold level of .
There is no problem if these superimpositions occur at the same time, but if there is a slight time lag between them, the output switching at the threshold level will be disrupted, as shown in Figure 11. In response to voltage fluctuations near the threshold level of the input voltage of inverter G1 , disturbances occur in the rectangular wave voltage appearing at the output terminal of inverter G1 . Similarly, in the circuit shown in FIG. 8, if the time at which the output of the amplifier G1 is fed back via the inverter G2 etc. is different from the time at which the output is fed back via the changeover switch SW and the capacitive sensor, Amplifier G 1
This may cause distortion in the output. Such distortion causes erroneous counting in the counter CT, which is extremely undesirable.

この発明は上述した先願発明の欠点を除去すべ
くなされたもので、切換手段(第4図における第
1、第2ゲートG2A,G2Bあるいは第8図におけ
る切換スイツチSW)の各出力を合成する信号合
成手段を設け、この信号合成手段の出力端とイン
バータ(増幅器)G1の入力端との間に補償用コ
ンデンサおよび定値電流制限回路の並列回路を介
挿したことを特徴とするものである。
This invention was made to eliminate the drawbacks of the prior invention described above, and each output of the switching means (the first and second gates G 2A and G 2B in FIG. 4 or the changeover switch SW in FIG. 8) A device characterized in that a signal synthesizing means is provided, and a parallel circuit of a compensation capacitor and a constant current limiting circuit is inserted between the output terminal of the signal synthesizing means and the input terminal of an inverter (amplifier) G1 . It is.

以下、図面を参照しこの発明の一実施例につい
て説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第12図はこの発明による容量式変位変換装置
の構成を示す回路図であり、この図において第4
図の各部に対応する部分には同一の符号を付して
ある。この図に示す回路が第4図に示す回路と異
なる点は、第1、第2ゲートG2A,G2Bの各出力
が各々第1、第2の入力端に供給されるナンドゲ
ートG4が新たに設けられ、このナンドゲートG4
の出力端とインバータG1の入力端との間に補償
用コンデンサCCPおよび定値電流制限回路CCの並
列回路が介挿されている点である。ここで、ナン
ドゲートG4は、第1、第2ゲートG2A,G2Bの各
出力を合成する信号合成手段を構成している。
FIG. 12 is a circuit diagram showing the configuration of the capacitive displacement converter according to the present invention.
Components corresponding to those in the figure are given the same reference numerals. The difference between the circuit shown in this figure and the circuit shown in FIG . This Nand Gate G 4
A parallel circuit consisting of a compensation capacitor CCP and a constant current limiting circuit CC is inserted between the output terminal of the inverter G1 and the input terminal of the inverter G1 . Here, the NAND gate G 4 constitutes a signal synthesizing means for synthesizing each output of the first and second gates G 2A and G 2B .

この第12図に示す回路において、カウンタ
CTの出力がH(ハイ)レベルにあるとすると、ゲ
ートG3の出力がL(ロー)レベルとなり、したが
つて第2ゲートG2Bの出力がHレベルとなり、こ
のHレベルがナンドゲートG4の第2入力端へ供
給される。この状態において、インバータG1
出力がHレベルにあるとすると、第1ゲートG2A
の出力がLレベルとなり、したがつて、ナンドゲ
ートG4の出力がHレベルとなる。逆に、インバ
ータG1の出力がLレベルにある場合は、第1ゲ
ートG2Aの出力がHレベル、ナンドゲートG4の出
力がLレベルとなる。すなわち、インバータG1
の出力とナンドゲートG4の出力は常に一致し、
したがつて、第12図に示す回路は基本的には第
4図に示す回路と全く同一の動作を行なう。な
お、カウンタCTの出力がLレベルにある場合も
同様である。
In the circuit shown in Fig. 12, the counter
Assuming that the output of CT is at H (high) level, the output of gate G3 is at L (low) level, so the output of second gate G2B is at H level, and this H level is the output of NAND gate G4 . The signal is supplied to the second input terminal. In this state, if the output of the inverter G1 is at H level, the first gate G2A
The output of NAND gate G4 becomes L level, and therefore the output of NAND gate G4 becomes H level. Conversely, when the output of the inverter G1 is at the L level, the output of the first gate G2A is at the H level and the output of the NAND gate G4 is at the L level. i.e. inverter G 1
The output of and the output of NAND gate G 4 always match,
Therefore, the circuit shown in FIG. 12 basically operates exactly the same as the circuit shown in FIG. 4. Note that the same applies when the output of the counter CT is at the L level.

次に、第4図に示す回路と第12図に示す回路
との動作上の差異について述べる。
Next, the operational differences between the circuit shown in FIG. 4 and the circuit shown in FIG. 12 will be described.

第4図に示す回路においては、補償用コンデン
サCCPおよび定値電流制限回路CCの並列回路を介
してインバータG1の入力端へ帰還される帰還信
号と、端子A〜Cに接続される容量式センサを介
してインバータG1の入力端へ帰還させる帰還信
号とが、インバータG1のスレツシユホールドレ
ベル近傍において重ね合わせられる。第13図は
スレツシユホールドレベル近傍におけるインバー
タG1の入力電圧波形を示す図であり、この図に
示すように、スレツシユホールドレベル近傍にお
いて上記の重ね合わせのため小振動が発生し、こ
れにより、インバータG1の出力に第11図に示
すような歪が発生してしまう。
In the circuit shown in Fig. 4, a feedback signal is fed back to the input terminal of the inverter G1 via a parallel circuit of a compensation capacitor CCP and a constant value current limiting circuit CC, and a capacitive type connected to terminals A to C. A feedback signal fed back to the input end of the inverter G1 via the sensor is superimposed near the threshold level of the inverter G1 . Figure 13 is a diagram showing the input voltage waveform of inverter G1 near the threshold level. As shown in this figure, small vibrations occur near the threshold level due to the above superposition, and this causes , distortion as shown in FIG. 11 occurs in the output of inverter G1 .

これに対し、第12図に示す回路においては、
インバータG1の入力信号を第14図イに示すも
のとすると、インバータG1の出力は同図ロに示
すものとなり、第1ゲートG2A(あるいは第2ゲ
ートG2B)の出力は同図ハに示すようにインバー
タG1の出力が反転され、かつわずかに遅延され
たものとなり、また、ナンドゲートG4の出力は
同図ニに示すように第1ゲートG2A(あるいはゲ
ートG2B)の出力が反転され、かつわずかに遅延
されたものになる。この結果、補償用コンデンサ
CCPおよび定値電流制限回路CCを介してインバー
タG1の入力端に帰還される信号は、ゲートG2A
(あるいはG2B)の伝達遅れおよびナンドゲート
G4の伝達遅れの合計時間だけ遅延されてインバ
ータG1の入力端へ印加される。これにより、補
償用コンデンサCCPおよび定値電流制限回路CCを
介してインバータG1へ帰還される信号と、容量
式センサを介してインバータGへ帰還される信号
とが、インバータG1のスレツシユホールドレベ
ルを越えたレベルで重ね合わせられる。第15図
は、第13図と同様にスレツシユホールドレベル
近傍におけるインバータG1の入力電圧波形を示
す図であり、この図に示すように、第12図の回
路の場合は上記重ね合わせによる小振動がスレツ
シユホールドレベルを越えたレベルにおいて発生
し、したがつて、この小振動がインバータG1
出力電圧に影響を与えることはなく、出力電圧に
第11図の歪が発生することはない。
On the other hand, in the circuit shown in FIG.
If the input signal of inverter G1 is as shown in Figure 14A, the output of inverter G1 is as shown in Figure 14B, and the output of the first gate G2A (or second gate G2B ) is as shown in Figure 14B. As shown in Figure D, the output of inverter G1 is inverted and slightly delayed, and the output of NAND gate G4 is the output of the first gate G2A (or gate G2B ) as shown in Figure D. is inverted and slightly delayed. As a result, the compensation capacitor
The signal fed back to the input terminal of inverter G 1 through C CP and constant value current limiter circuit CC is connected to gate G 2A
(or G 2B ) propagation delay and NAND gate
It is applied to the input terminal of inverter G1 after being delayed by the total time of the transmission delay of G4 . As a result, the signal fed back to the inverter G1 via the compensation capacitor C CP and constant value current limiter CC, and the signal fed back to the inverter G via the capacitive sensor are set to the threshold of the inverter G1 . Superimposed on levels beyond levels. FIG. 15 is a diagram showing the input voltage waveform of inverter G 1 near the threshold level, similar to FIG. 13. As shown in this figure, in the case of the circuit of FIG. The vibration occurs at a level above the threshold level, so this small vibration does not affect the output voltage of inverter G1 , and the distortion shown in Figure 11 does not occur in the output voltage. .

なお、上述した実施例においては、ゲート
G2A,G2B,G3,G4としていずれもナンドゲート
を用いたが、他の論理素子を用いることも勿論可
能である。第16図はこれらのゲートにノアゲー
トを用いた場合である。また、上述した実施例に
おいて、カウンタCTの入力信号をナンドゲート
G4の出力端から得るようにしてもよい。
Note that in the embodiment described above, the gate
Although NAND gates were used as G 2A , G 2B , G 3 , and G 4 , it is of course possible to use other logic elements. FIG. 16 shows a case where NOR gates are used for these gates. In addition, in the embodiment described above, the input signal of the counter CT is
It may also be obtained from the output end of G4 .

以上、この発明を第4図に示す回路に適用した
一実施例について説明したが、この発明は第8図
に示す回路にも勿論適用することができる。
An embodiment in which the present invention is applied to the circuit shown in FIG. 4 has been described above, but the present invention can of course also be applied to the circuit shown in FIG. 8.

なお、第8図に示す回路において、インバータ
G2に遅延特性をもたせ、これにより、本発明と
同等の効果が得られるようにすることも可能であ
るが、この場合、各部品の遅延特性の製品偏差を
考慮すると、本発明による構成の方がより確実に
信号を遅延させることができ、より優れていると
いえる。
Note that in the circuit shown in Figure 8, the inverter
It is also possible to provide delay characteristics to G 2 so as to obtain the same effect as the present invention, but in this case, considering the product deviation of the delay characteristics of each component, the configuration according to the present invention may not be possible. This method can delay the signal more reliably and can be said to be better.

以上説明したように、この発明によれば切換手
段(第4図におけるゲートG2A,G2B)の各出力
を合成する信号合成手段を設け、この信号合成出
段の出力端と増幅手段(インバータG1)の入力
端との間に第3の静電容量および定値電流制限回
路を介挿したので、増幅手段の出力端に歪が発生
することを防止することができる。
As explained above, according to the present invention, a signal synthesizing means for synthesizing each output of the switching means (gates G 2A and G 2B in FIG. 4) is provided, and the output terminal of this signal synthesizing stage and the amplifying means (inverter Since the third capacitance and constant value current limiting circuit are inserted between the input terminal of G 1 ), it is possible to prevent distortion from occurring at the output terminal of the amplifying means.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は差動容量形センサの概念図、第2図は
同センサの等価回路、第3図は同センサの具体的
構成を示す断面図、第4図はこの発明の前提とな
る容量式変位変換装置の構成を示す回路図、第5
図は同容量式変位変換装置の動作を説明するため
の波形図、第6図、第7図は各々同容量式変位変
換装置における分布容量CSG0、静電容量C1,C2
充電時および放電時の等価回路、第8図は同容量
式変位変換装置の別の構成例を示す回路図、第9
図および第10図は各々、同容量式変位変換装置
において並列分布容量CSP1を考慮した場合の第6
図および第7図と同様な等価回路、第11図は、
第4図あるいは第8図に示す容量式変位変換装置
におけるインバータ(増幅器)G1の出力に生じ
る歪を示す図、第12図はこの発明の一実施例の
構成を示す回路図、第13図は第4図に示す回路
の動作を説明するための波形図、第14図、第1
5図は各々第12図に示す実施例の動作を説明す
るための波形図、第16図はこの発明の別の実施
例の構成を示す回路図である。 C1……第1静電容量、C2……第2静電容量、
G1……インバータ(増幅手段)、CC……定値電流
制限回路、CCP……分布容量補償用コンデンサ
(第3の静電容量)、CT……カウンタ、G2A……
第1ゲート(切換手段)、G2B……第2ゲート
(切換手段)、G4……ナンドゲート(信号合成手
段)。
Fig. 1 is a conceptual diagram of a differential capacitance type sensor, Fig. 2 is an equivalent circuit of the sensor, Fig. 3 is a sectional view showing the specific configuration of the sensor, and Fig. 4 is a capacitance type sensor, which is the premise of this invention. Circuit diagram showing the configuration of the displacement converter, No. 5
The figure is a waveform diagram for explaining the operation of the same capacitive displacement converter, and Figures 6 and 7 are respectively when charging the distributed capacitance C SG0 and electrostatic capacitance C 1 and C 2 in the same capacitive displacement converter. 8 is a circuit diagram showing another configuration example of the same capacitive displacement converter, and 9 is an equivalent circuit during discharge.
Figures 1 and 10 respectively show the sixth case when parallel distributed capacitance C SP1 is considered in the same capacitive displacement converter.
The equivalent circuit similar to Fig. 7 and Fig. 7, Fig. 11 is
Fig. 4 or Fig. 8 is a diagram showing the distortion occurring in the output of the inverter (amplifier) G1 in the capacitive displacement converter shown in Fig. 8, Fig. 12 is a circuit diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 13 are waveform diagrams for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 4, FIG.
5 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 12, and FIG. 16 is a circuit diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention. C1 ...first capacitance, C2 ...second capacitance,
G 1 ... Inverter (amplification means), CC ... Constant value current limiting circuit, C CP ... Distributed capacitance compensation capacitor (third capacitance), CT ... Counter, G 2A ...
First gate (switching means), G 2B ... second gate (switching means), G 4 ... NAND gate (signal combining means).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 検出すべき物理量の変化に応じて少なくとも
一方が変化し、それぞれの一端が共通接続された
第1および第2の静電容量と、前記共通接続点が
その入力端に接続された増幅手段と、この増幅手
段の出力を切換えて前記第1および第2の静電容
量のそれぞれの他端へ供給する切換手段と、この
切換手段の各出力を合成する信号合成手段と、こ
の信号合成手段の出力端および前記増幅手段の入
力端の間に並列に介挿された定値電流制限回路お
よび浮遊容量を補償する第3の静電容量と、前記
増幅手段の出力または前記信号合成手段の出力を
カウントするカウンタとを具備してなり、前記カ
ウンタの出力に基づいて前記切換手段を制御する
ことを特徴とする容量式変位変換装置。
1 first and second capacitances, at least one of which changes in response to a change in a physical quantity to be detected, each of which has one end connected in common; and an amplification means with the common connection point connected to its input end. , a switching means for switching the output of the amplifying means and supplying it to the other ends of each of the first and second capacitances, a signal synthesizing means for synthesizing each output of the switching means, and a signal synthesizing means for synthesizing each output of the switching means; A constant value current limiting circuit inserted in parallel between the output terminal and the input terminal of the amplifying means, a third capacitor for compensating stray capacitance, and counting the output of the amplifying means or the output of the signal synthesizing means. 1. A capacitive displacement converting device, comprising: a counter, the switching means being controlled based on the output of the counter.
JP1945081A 1980-07-01 1981-02-12 Capacity type displacement converting device Granted JPS57133310A (en)

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DE19813125664 DE3125664A1 (en) 1980-07-01 1981-06-30 ADJUSTMENT DEVICE
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