JPS6356926B2 - - Google Patents
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- JPS6356926B2 JPS6356926B2 JP5371581A JP5371581A JPS6356926B2 JP S6356926 B2 JPS6356926 B2 JP S6356926B2 JP 5371581 A JP5371581 A JP 5371581A JP 5371581 A JP5371581 A JP 5371581A JP S6356926 B2 JPS6356926 B2 JP S6356926B2
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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
- G01D5/241—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 by relative movement of capacitor electrodes
- G01D5/2417—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 by relative movement of capacitor electrodes by varying separation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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。
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。
かゝる変位変換装置は、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
第３図は、差動容量式センサの一例を示す断面
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。
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。
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計成
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。
可動電極MPの基部との間に不変静電容量が計成
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。
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。
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。
すなわち、第１および第２静電容量C1，C2へ
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
おりほゞ垂直に立上る。
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
おりほゞ垂直に立上る。
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の
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C2とのインピーダンス
比によつて決定される。
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の
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C2とのインピーダンス
比によつて決定される。
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。
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。
なお、このときには、未だ出力(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察すれば、
このときの等価回路は第７図のとおりになる。
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察すれば、
このときの等価回路は第７図のとおりになる。
出力(B)が、インバータG1の出力が反転するし
きい値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。
きい値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。
出力(B)がしきい値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。
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。
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開において上述
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が
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。
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開において上述
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が
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。
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。
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。
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。
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。
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スイ
ツチを示す。
SWがカウンタCTの出力で制御される切換スイ
ツチを示す。
こゝで、しきい値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。
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。
e1＝C1／C1＋Ct・Ｅ ……(1)
また、端子電圧変化e1がしきい値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。
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。
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に
は、しきい値VTHに応じて蓄えられた電荷を中心
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。
は、しきい値VTHに応じて蓄えられた電荷を中心
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。
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。
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。
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と
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。
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と
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。
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。
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。
e1＝（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。
) 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。
したがつて、(6)，(7)式から次式が成立する。
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。
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。
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。
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。
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。
なお、上記実施例において、検出すべき物理的
変位に応じて容量が変化する単一容量形センサ
を、第１および第２の静電容量C1，C2のいずれ
か一方として用い、他方に固定の基準静電容量を
用いても同様の目的を達成することができる。
変位に応じて容量が変化する単一容量形センサ
を、第１および第２の静電容量C1，C2のいずれ
か一方として用い、他方に固定の基準静電容量を
用いても同様の目的を達成することができる。
次に、この先願になる「容量式変位変換装置」
の第２の実施例について説明する。第１１図は、
この第２の実施例の構成を示す回路図であり、差
動容量形センサDS乃至抵抗器R3A，R3Bおよびコ
ンデンサC3A，C3Bによる積分回路は第４図と同様
であるが、定値電流制限回路CCとして具体的回
路構成が示されている。
の第２の実施例について説明する。第１１図は、
この第２の実施例の構成を示す回路図であり、差
動容量形センサDS乃至抵抗器R3A，R3Bおよびコ
ンデンサC3A，C3Bによる積分回路は第４図と同様
であるが、定値電流制限回路CCとして具体的回
路構成が示されている。
また、積分回路の出力は差動増幅器Ａを主体と
する２線式の出力部OTへ与えられており、差動
増幅器Ａにおいて、反転入力へ与えられた積分回
路の出力電圧と、抵抗器R4，R5および抵抗器R6
を介したポテンシヨメータRV1により設定される
非反転入力の基準電圧との差が増幅され、この出
力によつてFET（電界効果トランジスタ）・Q7を
制御し、２線式線路が接続される線路端子LT1，
LT2間の電流値を決定している。
する２線式の出力部OTへ与えられており、差動
増幅器Ａにおいて、反転入力へ与えられた積分回
路の出力電圧と、抵抗器R4，R5および抵抗器R6
を介したポテンシヨメータRV1により設定される
非反転入力の基準電圧との差が増幅され、この出
力によつてFET（電界効果トランジスタ）・Q7を
制御し、２線式線路が接続される線路端子LT1，
LT2間の電流値を決定している。
ただし、FET・Q7および定電圧ダイオードZD
を通ずる電流は、帰還用のポテンシヨメータRV2
にも通じ、これに生ずる電圧を負帰還として抵抗
器R5を介したうえ、差動増幅器Ａの非反転入力
へ与えているため、同増幅器Ａの両入力間電圧が
ほぼ零となる点で、線路端子LT1，LT2間の電流
が平衡し、これによつて線路端子LT1，LT2間の
電流値が安定化される。
を通ずる電流は、帰還用のポテンシヨメータRV2
にも通じ、これに生ずる電圧を負帰還として抵抗
器R5を介したうえ、差動増幅器Ａの非反転入力
へ与えているため、同増幅器Ａの両入力間電圧が
ほぼ零となる点で、線路端子LT1，LT2間の電流
が平衡し、これによつて線路端子LT1，LT2間の
電流値が安定化される。
なお、線路端子LT1，LT2には、２線式線路を
介し、受信部からの電源電圧が印加されており、
これを定電圧ダイオードZDによつて安定化のう
え、各部の電源電圧VDDとして供給している。
介し、受信部からの電源電圧が印加されており、
これを定電圧ダイオードZDによつて安定化のう
え、各部の電源電圧VDDとして供給している。
このほか、線路端子LT1，LT2間の線路電流は
工業計測の分野で規定されている変化範囲４〜
20mAの統一信号となつており、差動容量形セン
サDSの平衡状態で線路電流が4mAの基準電流と
なる様ポテンシヨメータRV1によつて調整される
と共に、変化範囲はポテンシヨメータRV2により
調整されるが、抵抗器R4〜R6による加算回路を
介して、各ポテンシヨメータRV1，RV2からの電
圧が差動増幅器Ａへ与えられるため、基準電流と
変化範囲との調整が相互の干渉なしに行なわれ
る。
工業計測の分野で規定されている変化範囲４〜
20mAの統一信号となつており、差動容量形セン
サDSの平衡状態で線路電流が4mAの基準電流と
なる様ポテンシヨメータRV1によつて調整される
と共に、変化範囲はポテンシヨメータRV2により
調整されるが、抵抗器R4〜R6による加算回路を
介して、各ポテンシヨメータRV1，RV2からの電
圧が差動増幅器Ａへ与えられるため、基準電流と
変化範囲との調整が相互の干渉なしに行なわれ
る。
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。
式変位変換装置」の詳細である。
ところで、上述した「容量式変位変換装置」は
未だ次の様な欠点を有している。すなわち、第４
図あるいは第１１図におけるゲートG2A，G2Bに
は、信号の伝播遅れが必ず存在する。このため、
分布容量補償用コンデンサCCPを挿入した場合、
静電容量C1，C2の経路からの正帰還と、コンデ
ンサCCPによる負帰還とがインバータG1の入力端
で重ね合わされ、この結果、インバータG1の出
力端に第１２図に示すような波形歪が発生し、カ
ウンタCTに誤計数を生じさせる。すなわち、イ
ンバータG1はその入力電圧がしきい値に達する
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および補償用コンデンサ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のしきい値の近傍でな
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、しきい値での出力の切り替えに乱れ
が生じ、インバータG1の入力電圧のしきい値近
傍の電圧変動に対応して、第１２図に示すように
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。
未だ次の様な欠点を有している。すなわち、第４
図あるいは第１１図におけるゲートG2A，G2Bに
は、信号の伝播遅れが必ず存在する。このため、
分布容量補償用コンデンサCCPを挿入した場合、
静電容量C1，C2の経路からの正帰還と、コンデ
ンサCCPによる負帰還とがインバータG1の入力端
で重ね合わされ、この結果、インバータG1の出
力端に第１２図に示すような波形歪が発生し、カ
ウンタCTに誤計数を生じさせる。すなわち、イ
ンバータG1はその入力電圧がしきい値に達する
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および補償用コンデンサ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のしきい値の近傍でな
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、しきい値での出力の切り替えに乱れ
が生じ、インバータG1の入力電圧のしきい値近
傍の電圧変動に対応して、第１２図に示すように
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。
この発明はこのような先願発明の欠点を除去す
べくなされたもので、上述した分布容量補償用コ
ンデンサCCPを挿入した場合においても、インバ
ータG1の出力に波形歪が生じることがない容量
式変位変換装置を提供するものである。
べくなされたもので、上述した分布容量補償用コ
ンデンサCCPを挿入した場合においても、インバ
ータG1の出力に波形歪が生じることがない容量
式変位変換装置を提供するものである。
以下、図面を参照しこの発明の実施例について
説明する。
説明する。
第１３図はこの発明の第１の実施例を示すもの
で、この図において第１１図の各部に対応する部
分には同一の符号を付してその説明を省略する。
この図に示す回路が第１１図に示す回路と異なる
点は、第１１図におけるインバータG1の代わり
に反転・非反転入力端を有する増幅器（例えば、
演算増幅器）OPが用いられていること、この増
幅器OPの非反転入力端と出力端との間にコンデ
ンサCPbが介挿されていること、および、増幅器
OPの非反転入力端に電源電圧VDDを抵抗RSS1およ
びRSS2によつて分圧した電圧V1が印加されている
ことである。なおこの場合、差動容量形センサ
DSの端子Ｃに得られる信号が増幅器OPの反転入
力端へ供給され、増幅器OPの出力がカウンタCT
のクロツク端子へ供給され、また、定値電流制限
回路CCが増幅器OPの反転入力端および出力端間
に介挿される。
で、この図において第１１図の各部に対応する部
分には同一の符号を付してその説明を省略する。
この図に示す回路が第１１図に示す回路と異なる
点は、第１１図におけるインバータG1の代わり
に反転・非反転入力端を有する増幅器（例えば、
演算増幅器）OPが用いられていること、この増
幅器OPの非反転入力端と出力端との間にコンデ
ンサCPbが介挿されていること、および、増幅器
OPの非反転入力端に電源電圧VDDを抵抗RSS1およ
びRSS2によつて分圧した電圧V1が印加されている
ことである。なおこの場合、差動容量形センサ
DSの端子Ｃに得られる信号が増幅器OPの反転入
力端へ供給され、増幅器OPの出力がカウンタCT
のクロツク端子へ供給され、また、定値電流制限
回路CCが増幅器OPの反転入力端および出力端間
に介挿される。
以上の構成において、抵抗RSS1，RSS2は増幅器
OPへしきい値（電圧V1）を供給するしきい値設
定回路SCを構成し、反転増幅器として機能する
増幅器OPは反転入力端に供給される信号が電圧
V1を横切る毎にその出力が反転し、入力端の電
圧と逆相の電圧を出力する。
OPへしきい値（電圧V1）を供給するしきい値設
定回路SCを構成し、反転増幅器として機能する
増幅器OPは反転入力端に供給される信号が電圧
V1を横切る毎にその出力が反転し、入力端の電
圧と逆相の電圧を出力する。
また、上述した構成において、増幅器OPの反
転入力端および出力端間に分布容量補償用コンデ
ンサCCPを介挿すると、コンデンサCCPの負帰還作
用によつて増幅器OPの反転入力端へ印加される
入力信号に第１４図イに示す小振動が発生する。
しかし、第１３図の回路はコンデンサCPbが挿入
されているので、この小振動の影響が増幅器OP
の出力に表れることはない。以下、この理由を説
明する。
転入力端および出力端間に分布容量補償用コンデ
ンサCCPを介挿すると、コンデンサCCPの負帰還作
用によつて増幅器OPの反転入力端へ印加される
入力信号に第１４図イに示す小振動が発生する。
しかし、第１３図の回路はコンデンサCPbが挿入
されているので、この小振動の影響が増幅器OP
の出力に表れることはない。以下、この理由を説
明する。
まず、増幅器OPの出力が“Ｈ”レベルに立ち
上がると、その“Ｈ”レベルがコンデンサCPbを
介して増幅器OPの非反転入力端へ印加され、し
たがつて、増幅器OPのしきい値が短時間（コン
デンサCpbの充電時間）“Ｈ”レベルになる。すな
わち、反転増幅器として機能する増幅器OPのし
きい値は、常時は、電源電圧VDDを抵抗RSS1およ
びRSS2によつて分圧した電圧V1であるが、増幅器
OPの出力が立ち上がつた瞬間においては、短時
間、電源電圧VDDとなる。第１４図ハは増幅器
OPの出力を示し、また、第１４図ロは増幅器OP
のしきい値（すなわち、増幅器OPの非反転入力
端の電圧）を示す。これらの図に示すように、増
幅器OPの出力の立ち上がりの時点において、し
きい値が短時間“Ｈ”レベルとなる。この結果、
増幅器OPの入力信号の立下がり時点において第
１４図イに示す小振動が発生しても、この小振動
が発生している時間において増幅器OPのしきい
値が“Ｈ”レベルにあるので（そのようにコンデ
ンサCPbの値を設定しておく）、小振動の影響が増
幅器OPの出力に表れることはない。同様に、増
幅器OPの出力が“Ｌ”レベルに立ち下がると、
その“Ｌ”レベルがコンデンサCPbを介して短時
間増幅器OPの非反転入力端へ印加され、これに
より、増幅器OPのしきい値が短時間“Ｌ”レベ
ルになる（第１４図ロ，ハ参照）。この結果、上
述した場合と同様に、増幅器OPの入力信号の立
ち上がり時点において小振動が発生しても、その
影響が増幅器OPの出力に表れることはない。
上がると、その“Ｈ”レベルがコンデンサCPbを
介して増幅器OPの非反転入力端へ印加され、し
たがつて、増幅器OPのしきい値が短時間（コン
デンサCpbの充電時間）“Ｈ”レベルになる。すな
わち、反転増幅器として機能する増幅器OPのし
きい値は、常時は、電源電圧VDDを抵抗RSS1およ
びRSS2によつて分圧した電圧V1であるが、増幅器
OPの出力が立ち上がつた瞬間においては、短時
間、電源電圧VDDとなる。第１４図ハは増幅器
OPの出力を示し、また、第１４図ロは増幅器OP
のしきい値（すなわち、増幅器OPの非反転入力
端の電圧）を示す。これらの図に示すように、増
幅器OPの出力の立ち上がりの時点において、し
きい値が短時間“Ｈ”レベルとなる。この結果、
増幅器OPの入力信号の立下がり時点において第
１４図イに示す小振動が発生しても、この小振動
が発生している時間において増幅器OPのしきい
値が“Ｈ”レベルにあるので（そのようにコンデ
ンサCPbの値を設定しておく）、小振動の影響が増
幅器OPの出力に表れることはない。同様に、増
幅器OPの出力が“Ｌ”レベルに立ち下がると、
その“Ｌ”レベルがコンデンサCPbを介して短時
間増幅器OPの非反転入力端へ印加され、これに
より、増幅器OPのしきい値が短時間“Ｌ”レベ
ルになる（第１４図ロ，ハ参照）。この結果、上
述した場合と同様に、増幅器OPの入力信号の立
ち上がり時点において小振動が発生しても、その
影響が増幅器OPの出力に表れることはない。
なお、コンデンサCPbおよびRSS1，RSS2により決
定される時定数は、増幅器OPが反転する直前に
おいて、しきい値が抵抗RSS1，RSS2のみで決定さ
れるよう、小さく選ぶ必要がある。
定される時定数は、増幅器OPが反転する直前に
おいて、しきい値が抵抗RSS1，RSS2のみで決定さ
れるよう、小さく選ぶ必要がある。
第１５図はこの発明の第２の実施例を示す回路
図であり、この図に示す回路は第８図における増
幅器G1の代わりに、第１３図における増幅器
OP、抵抗RSS1，RSS2、コンデンサCPbを挿入した
ものである。ただし、この図に示す回路において
は、抵抗RSS1，RSS2の接続点が増幅器OPの反転入
力端に接続され、静電容量C1，C2の共通接続点
が増幅器OPの非反転入力端に接続され、また、
コンデンサCPbが増幅器OPの反転入力端とインバ
ータG2の出力端との間に介挿されている。そし
て、この実施例においても、定値電流制限回路
CCに並列に分布容量補償用コンデンサCCPを介挿
した場合に生じる歪を、コンデンサCPbの正帰還
作用によつて除去することができる。
図であり、この図に示す回路は第８図における増
幅器G1の代わりに、第１３図における増幅器
OP、抵抗RSS1，RSS2、コンデンサCPbを挿入した
ものである。ただし、この図に示す回路において
は、抵抗RSS1，RSS2の接続点が増幅器OPの反転入
力端に接続され、静電容量C1，C2の共通接続点
が増幅器OPの非反転入力端に接続され、また、
コンデンサCPbが増幅器OPの反転入力端とインバ
ータG2の出力端との間に介挿されている。そし
て、この実施例においても、定値電流制限回路
CCに並列に分布容量補償用コンデンサCCPを介挿
した場合に生じる歪を、コンデンサCPbの正帰還
作用によつて除去することができる。
以上、差動容量形センサを用いた容量式変位変
換装置にこの発明を適用した場合について説明し
たが、この発明は単一容量形センサを用いた容量
式変位変換装置にも適用することができる。
換装置にこの発明を適用した場合について説明し
たが、この発明は単一容量形センサを用いた容量
式変位変換装置にも適用することができる。
第１６図はこの発明の第３の実施例を示す回路
図であり、この図に示す容量式変位変換装置にお
いては単一容量形センサC1が用いられている。
すなわち、この実施例においては、第１３図にお
けるコンデンサC2、ゲートG2B、ゲートG3、カウ
ンタCTを除去し、ゲートG2AをインバータG2に
置き換えている。この実施例の回路は第１３図の
回路と同様に発振回路を構成し、この発振周波数
がセンサC1の容量に応じて変化する。そして、
この実施例においても、布容量補償用コンデンサ
CCPを介挿した場合に増幅器OPの出力に生じる波
形歪を、コンデンサCPbの正帰還作用によつて除
去することができる。
図であり、この図に示す容量式変位変換装置にお
いては単一容量形センサC1が用いられている。
すなわち、この実施例においては、第１３図にお
けるコンデンサC2、ゲートG2B、ゲートG3、カウ
ンタCTを除去し、ゲートG2AをインバータG2に
置き換えている。この実施例の回路は第１３図の
回路と同様に発振回路を構成し、この発振周波数
がセンサC1の容量に応じて変化する。そして、
この実施例においても、布容量補償用コンデンサ
CCPを介挿した場合に増幅器OPの出力に生じる波
形歪を、コンデンサCPbの正帰還作用によつて除
去することができる。
以上説明したように、この発明によれば増幅器
の一方の入力端にしきい値を供給し、他方の入力
端に容量式センサからの信号を供給し、また、上
記増幅器の反転出力を容量回路（コンデンサ）を
介して一方の入力端に帰還するようにしたので、
分布容量補償用コンデンサCCPを挿入した場合に
生じる増幅器出力の波形歪を除去することができ
る。
の一方の入力端にしきい値を供給し、他方の入力
端に容量式センサからの信号を供給し、また、上
記増幅器の反転出力を容量回路（コンデンサ）を
介して一方の入力端に帰還するようにしたので、
分布容量補償用コンデンサCCPを挿入した場合に
生じる増幅器出力の波形歪を除去することができ
る。
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の
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図はこ
の発明の前提となる他の容量式変位変換装置の構
成を示す回路図、第１２図は第４図、第８図また
は第１１図に示す容量式変位変換装置において、
分布容量補償用コンデンサCCPを挿入した場合の
インバータG1の出力波形を示す図、第１３図は
この発明の第１の実施例の構成を示す回路図、第
１４図イ〜ハは各々同実施例における増幅器OP
の反転入力端、非反転入力端、出力端の波形を示
す波形図、第１５図、第１６図は各々この発明の
第２、第３の実施例の構成を示す回路図である。 C1，C2……静電容量、OP……増幅器（増幅手
段）、CC……定値電流制限回路、SC……しきい
値設定回路、CPb……コンデンサ（容量回路）、
G2A……第１ゲート、G2B……第２ゲート、CT…
…カウンタ、SW……切換えスイツチ。
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の
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図はこ
の発明の前提となる他の容量式変位変換装置の構
成を示す回路図、第１２図は第４図、第８図また
は第１１図に示す容量式変位変換装置において、
分布容量補償用コンデンサCCPを挿入した場合の
インバータG1の出力波形を示す図、第１３図は
この発明の第１の実施例の構成を示す回路図、第
１４図イ〜ハは各々同実施例における増幅器OP
の反転入力端、非反転入力端、出力端の波形を示
す波形図、第１５図、第１６図は各々この発明の
第２、第３の実施例の構成を示す回路図である。 C1，C2……静電容量、OP……増幅器（増幅手
段）、CC……定値電流制限回路、SC……しきい
値設定回路、CPb……コンデンサ（容量回路）、
G2A……第１ゲート、G2B……第２ゲート、CT…
…カウンタ、SW……切換えスイツチ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 検出すべき物理的変化に応じて変化する静電
容量と、該静電容量の一端がその第１の入力点に
接続された増幅手段と、上記第１の入力点の信号
と同相の上記増幅手段の出力を上記静電容量の他
端へ帰還する手段と、上記第１の入力点の信号と
は逆相の上記増幅手段の出力と上記入力点との間
に介挿された定値電流制限回路および浮遊容量補
償用のコンデンサの並列回路と、上記増幅手段の
第２の入力点にしきい値を供給するしきい値設定
回路と、上記第１の入力点の信号とは逆相の上記
増幅手段の出力を上記第２の入力点へ帰還する容
量回路とを具備してなる容量式変位変換装置。 ２ 検出すべき物理的変化に応じて少なくとも一
方が変化し、夫々の一端が共通接続された第１お
よび第２静電容量と、上記共通接続点がその第１
の入力点に接続された増幅手段と、上記第１の入
力点の信号とは逆相の上記増幅手段の出力と上記
第１の入力点間に接続された定値電流制限回路お
よび浮遊容量補償用のコンデンサの並列回路と、
上記増幅手段の出力信号を一定数カウントするカ
ウンタと、該カウンタのカウント出力によつて上
記第１の入力点と同相の上記増幅手段の出力を帰
還手段を介して上記第１および第２の静電容量の
それぞれの他端に選択的に接続する切換手段と、
上記増幅手段の第２の入力点にしきい値を供給す
るしきい値設定回路と、上記第１の入力点の信号
とは逆相の上記増幅手段の出力を上記第２の入力
点へ帰還する容量回路とを具備してなる容量式変
位変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5371581A JPS57168113A (en) | 1981-04-09 | 1981-04-09 | Capacity type displacement converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5371581A JPS57168113A (en) | 1981-04-09 | 1981-04-09 | Capacity type displacement converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57168113A JPS57168113A (en) | 1982-10-16 |
| JPS6356926B2 true JPS6356926B2 (ja) | 1988-11-09 |
Family
ID=12950523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5371581A Granted JPS57168113A (en) | 1981-04-09 | 1981-04-09 | Capacity type displacement converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57168113A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59613A (ja) * | 1982-06-28 | 1984-01-05 | Fuji Electric Co Ltd | 二線式変位変換装置 |
-
1981
- 1981-04-09 JP JP5371581A patent/JPS57168113A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57168113A (en) | 1982-10-16 |
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