WO1993018369A1

WO1993018369A1 - Displacement sensor

Info

Publication number: WO1993018369A1
Application number: PCT/JP1993/000262
Authority: WO
Inventors: Makoto Okeya; Yasunori Ueki; Norio Ito
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1993-09-16
Also published as: EP0629834A1; DE69325165D1; US5545983A; DE69325165T2; EP0629834A4; EP0629834B1

Description

明細書

変位センサ技術分野

本発明は、磁石と、この磁石からの磁束変化を検出する磁気 · 電気変換手段とを傭え、例えば、鉄などの磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサに関する。背景技術

' ホール素子、磁気抵抗素子などの磁気 ·電気変換素子を使用して磁性体、または磁石の位置を検出することは、例えば、 D Cブラシレスモータの相検出などにおいて広く行われている。しかし、温度係数の小さい G a A sホール素子でも定電流駆動時において、一 0 . 0 6 %/での温度係数を持っため、広い温度範囲での正確な位置の検出はできなかった。

これを解決するため、 1 ) 特許 1 0 9 4 7 9 8号（特公昭 5 6 — 3 8 0 7 3号）は、ホール素子と感温素子とを同一材料で同一パターン上に近接して複合させた磁気 ·電気変換素子を作ることにより、素子自体の局部的な温度変化に対しても良好な温度補償ができる複合磁気 ·電気変換素子を提供している。また 2 ) 特開昭 5 8— 1 7 1 8 7 9号も同一基板上に補償用抵抗を直列に形成することにより、ホール素子の温度変化による出力電圧変化を抑制している。更に、 3 ) 特開平 1一 .2 4 8 0 1 0号は、磁石とホール素子との温度係数の極性を、互いに相反するように組合せることにより、温度依存性の小さい高精度のスロットルセンサを実現しようとしている。

ところが、上記の 1 ) ， 2 ) のような複合磁気 ·電気変換素子は、温度補償の面では優れていても、製造技術が難しくコストがかかったり、一般的ではなく入手しにくいという問題があった。また、上記 1 ) ， 2 ) のような、永久磁石と磁気 ·電気変換素子を組合せた変位センサにより、磁性体からなる被測定物の変位を検出する場合は、永久磁石の表面磁束密度そのものが温度特性を持つので、磁気 ·電気変換素子の温度特性のみを補償しても、組み合せた変位センサとしての温度特性は補償されないという問題もあった。

また、上記 3 ) は、磁石とホール素子の温度特性を、互いに相反するように合せるのが難しいという問題を有している。また、ホール素子に S iホール I Cを使用してスイッチセンサとしているが、 S iは電子移動度が小さいため、髙感度センサとして用いるには適切ではなく、また、 S iホール I〇はオフセット電圧が大きいため、温度特性にばらつきを生ずるなどの問題を有している o

これらの結果、従来においては、変位センサが温度変 «Iにより検出精度にばらつきを生じ、広い温度範囲で使用できない欠点を有していた。

そこで、本発明は、まず、一般的に検出精度を高め得る構成の変位センサを提案することを基本とし、更に、センサ使用場所の温度環境が変化に富むような場合も、この変位センサを用いて、永久磁石、磁気 ·電気変換素子の温度係数を補償することにより、広い温度範囲検出精度を高め得る変位センサを提供することを目的としている。発明の開示

本発明の変位センサは、磁石と、この磁石からの磁気変化を検出する磁気 ·電気変換手段とを有し、磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、 ·前記被測定物の変位によって磁束密度が変化する位置に配置される第 1の磁気 ·電気変換手段と、前記第 1の磁気 ·電気変換手段と同種のものであって前記被測定物の変位によって磁束密度が変化しない位置に配僮される第

2の磁気，電気変換手段と、これら 2つの磁気，電気変換手段の出力を所定の比率で加算する回路手段と、を備えた。即ち、被測定物の変位に伴って磁束密度が変化する位置に配置された第 1磁気 ·電気変換手段の出力と、磁束密度が変化しない位置に配設された第 2磁気 ·電気変換手段に出力とを、所定の比率で加算することにより、第 1磁気 ·電気変換手段の温度補償が行われることになり、変位センサの温度係数を広い範囲に亘つて充分に小さくすることができる構成である。

また、本発明は、磁石と、この磁石からの磁気変化を検出する磁気 ·電気変換手段とを有し、磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、前記被測定物の変位によつで磁束密度が変化する位置に配置される第 1の磁気 ·電気変換手段と、前記第 1の磁気 ·電気変換手段と同種のものであって前記被測定物の変位によって磁束密度が変化しない位置に配置される第 2の磁気 ·電気変換手段と、前記磁石及び磁気 ·電気変換手段とは温度係数の極性が逆となる回路を有し且つ前記 2つの磁気 ·電気変換手段の出力を所定の比率で加算する回路手段と、を備えた。即ち、前記回路手段の温度係数を調節することにより、つまり、前記回路手段の温度係数を磁石及び各磁気 ·電気変換手段の温度係数に対し逆にすることにより、温度補償が行われ、変位センサの温度係数を更に小さくすることができる構成である。

更に、磁石と、この磁石からの磁気変化を検出する磁気 ·電気変換手段とを有し、磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、前記被測定物の変位によって磁束密度が変化する位置に配置される第 1の磁気 ·電気変換手段と、前記被測定物の変位によつて磁束密度が変化しない位置に配置される第 2の磁気 ·電気変換手段と、これら 2つの磁気 ·電気変換手段の出力を所定の比率で加算する回路手段と、を備え、前記第 1磁気 ·電気変換手段の温度係数と、前記第 2磁気 ·電気変換手段の温度係数を異なる値に調節した構成である。この場合、上記第 1及び第 2 の双方の磁気 ·電気変換手段を、磁束密度の強さに伴って温度係数が変化する素子によりにより構成したり、上記第 1及び第 2磁気 ·電気変換手段の駆動方法の組合せにより、温度補償が行われ、変位センサの温度係数を更に小さくすることができる構成である θ

更にまた、磁石と、この磁石からの磁気変化を検出する磁気 · 電気変換手段とを有し、磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、前記被測定物の変位によって磁束密度が変化する位置に配置される第 1の磁気 ·電気変換手段と、前第 1 の磁気 ·電気変換手段と同種のものであって前記被測定物の変位によって磁束密度が変化しない位置に配置される第 2の磁気 ·電気変換手段と、これら 2つの磁気，電気変換手段の出力を所定の比率で加算することにより前記被測定物の変位を検出する回路手段と、を備えるとともに、これらをケース内に配設した変位センサである。そして、このユニット化された変位センサは、このケースを断熱構造としてケース内を一定温度に維持し、外部の温度環境に闋わらないようにした。また、逆に、ケースを高熱伝導率の材料により形成して、外部の温度環境に速やかに応答することができるようにした。図面の簡単な説明

【図 1】

本発明の第 1実施例に係り、変位センサの検出部の縦断面図でめる。

【図 2】

被測定物の変位検出の原理を説明する図である。

【図 3】被測定物の変位に対する磁気 ·電気変換素子の出力特性を示す図である。

【図 4】

バイアスをキャンセルする回路の一例を示す回路図である。

【図 5】

バイアス ·キャンセル回路の出力調整を説明する特性図である

0

【図 6】

変位センサの回路部を示す回路図である。

【図 7】

変位センサの回路部の他の態様例を示す回路図である。

【図 8】

変位センサの検出部の他の構成例を示す縦断面図である。

【図 9】

本発明の第 3実施例に係り、変位センサの回路部を示す回路図である。

【図 1 0】

本発明の第 4実施例に係り、変位センサの検出部の縦断面図であ。

【図 1 1】

磁束密度に対する磁石とホール素子を合せた温度係数を示す特性図である。

【図 1 2】

磁石とホール素子との距離に対する磁束密度の関係を示す特性図である。

【図 1 3】

検出部の他の構成例を示す縦断面図である。

【図 1 4】

本発明の第 5実施例に係り、変位センサを構成するホール素子の定電圧駆動回路の一例を示す図である。

【図 15】

変位センサを構成するホール素子の定電流駆動回路の一例を示す図である。

【図 16】

本発明の第 6実施例に係リ、変位センサを示す概略構成図であ 0

【図 17】

本発明の第 7実施例に係り、変位センサの検出部のケースをァルミニゥムにより構成した場合の各ホール素子の経時的な出力の変化割合を示す特性図である。

【図 18】

変位センサの検出部のケースをフッ素樹脂により構成した場合の各ホール素子の経時的な出力の変化割合を示す特性図である。

【図 19】

変位センサの検出部のケースをアルミニウムとフッ素樹脂によリ構成したそれぞれの場合の変位センサの経時的な出力の変化割合を示す特性図である。

【図 20】

温度が 20。 Cと一 30。 Cの場合において、変位がそれぞれ 0mm、 10mm、 20 mniのとき発生する回路出力 V 0を表わした図である。

【図 21】

温度が 20。 Cと一30° Cの場合において、変位がそれぞれ Omm. 10mm、 20 minのとき発生する回路出力 V 0を表わした図である。

【図 22】

温度が 20。 Cと一 30° Cの場合において、変位がそれぞれ 0mm, 1 Omni, 20 mmのとき発生する回路出力 V 0を表わした図である。

【図 23】

変位 1 Ommにおける出力 V I及び V3と、出力 V0との関係を表わした図である。

【図 24】

温度が 20。 Cと一30。 Cの場合において、変位がそれぞれ 0mm, 1 0mm, 20 mmのとき発生する回路出力 V 0を表わした図である。

【図 25】

駆動方法と温度係数との関係を表わした図である。

【図 26】

温度が 20。 Cと一 30。 Cの場合において、変位がそれぞれ m, 1 0mm, 20 mniのとき発生する回路出力 V 0を表わした図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明の第 1実施例を図面に基づいて説明する。本実施例の変位センサは、検出部と回路部とから構成されている。

図 1は本実施例の変位センサ 1の検出部 2の断面図を示す。本実施例の検出部 2は、非磁性体のケース 3の内部に、永久磁石 4 と、この永久磁石 4の N極と所定の距離だけ離れた位置に配設された第 1のホール素子（第 1の磁気 ·電気変換手段） 5と、永久磁石 4の S極と接して位置する第 2のホール素子（第 2の磁気 . 電気変換手段） 6と、が設置されている。尚、永久磁石 4の磁極の向きは、この逆でも差し支えない。一 - 次に、図 2、図 3に基づいて、被測定物の変位により磁束の分布が変化し、それによつて変位が検出される原理を説明する。図 2 (a) , (b) において、永久磁石 4、第 1のホール素子 5、第 2のホール素子 6は図 1と同じである。図 1で示したケース 3 は図 2では示していない。被測定物は磁性体である鋼鉄のワイヤ 7である。—この例では、被測定物 7はホール素子 5， 6から垂直に一定の距離を保ちながら横方向に変位する場合を説明する。変位が垂直方向の場合も同様に変位検出ができる。

図 2 (a) はワイヤ 7がホール素子 5, 6の中心線上にあるときで、この位置を変位 0とする。図 2 (a) , (b) において磁力線を示したように、磁束は N極を出て S極に向かうが、一部はワイヤ 7を通る。磁性体は空気より透磁率が髙いので磁束はワイャ 7に吸いよせられる。図 2 (b) はワイヤ 7が横方向へ変位した時の磁束の様子を磁力線で示している。磁束は磁性体であるヮィャ 7に引っ張られるように変化しており、第 1ホール素子 5の位置での磁束密度は変位 0のときよりも小さくなる。

この場合、第 1ホール素子 5の出力は、駆動電流が一定のとき Ε = Κ · B

で表される。尚、 Eは出力電圧（単位はボルト、記号は V) 、 K はホール素子の定数で、周囲温度、駆動電流で決まる定数、 Bは磁束密度（単位はガウス。記号は G) である。

したがって、ワイヤ 7の変位と第 1ホール素子 5の出力の閬係は、ある一定の温度のとき、ワイヤ 7の変位によって磁束密度が減少するから、図 3 (a) のグラフのように、ワイヤ 7の変位に伴って、第 1ホール素子 5の出力が低下する。

他方、図 2 (a) ，（b) でわかるように、第 2ホール素子 6 の位置では、ワイヤ 7の変位によって磁束密度が変化せず、一定の温度のとき、第 2ホール素子 6の出力は、図 3 (b) のグラフのように一定となる。

本実施例の、表面磁束密度が 3700 G、断面が 30 mmX 3

Ommの P r F e B磁石と直径 40ミリのワイヤを用いた実験では、永久磁石 4と第 1ホール素子 5の距離が 17πιπι、第 1ホール素子 5とワイヤの距離が 12 mmの条件で、温度 20°Cのとき、第 1ホール素子 5の位置の磁束密度は、ワイヤの変位 Ommのとき 1 000 G、変位 10 mmのとき 960 G、変位 2 Ommのとき 920 Gであった。このように、本発明は、 0〜20ΐϊΐπιの変位を、 1000〜920 Gの範囲で検出することができる。

ところで、ワイヤ 7の変位を、よリー層感度良くかつよリー層正確に測定するためには、磁束変化を検出する第 1ホール素子 5 の出力のうち変位による変化分、すなわち前記実験の 40 Gに相当する分のみを増幅する必要がある。そのためには、例えば、図 4のように、バイアス電圧を発生させ、増幅した第 1ホール素子 5の出力から、このバイアス電圧を引いてやれば良い。図 4'で、 1 1は、第 1ホール素子 5の出力を増幅する増幅器、 12はパイァス磁界や第 1ホール素子の感度に応じた直流バイアス電圧を作るバイアス発生回路、 1 7は増幅器 1 1とバイアス発生回路 1 2 の出力を加算し、バイアス電圧をキャンセルするバイアス · キヤンセル回路である。 Rl=R2=R f3とし、温度が一定のときの出力 V0は図 5のようになる。

ところが、 GaAsホール素子の定電流駆動時のホール定数の温度係数は一 0. 06%Zで、実験に用いた P r F e B磁石の磁- 束密度の温度係数は一 0. 1 1 %Z !程度である。この実験の回路では、合計で一 0. 22 %/での温度係数であった。いま、温度 Tl=20°C、 T2 =— 3 O^eCの温度差が 5 CTCある場合を考える。図 4の回路において Tl=20で，変位 Ommのときの増幅器 1 1の出力は 2. 73 Vであった。この増幅器 1 1の出力 VI (V) は、

Vl= 2. 73 X 10"³X BIX (1—2. 2X 10"³X (T— 20) ) X f (X)

で表すことができる。 B1は第 1ホール素子 5の位置の温度 T1における磁束密度（G) 、 Tは温度 Γ〇）、 f (X) は変位 X (m m) の関数で、前記の実験データでは、 f (0) =1、 f (10 ) =0. 96、 f (20) =0. 92となる。

いま、図 4のバイアス発生回路 12で温度 Tl=20t；、変位 Ommのとき、バイアス ·キャンセル回路 17の出力が 0Vになるように調整すると、変位、温度を変化させたとき、図 4の回路の V0出力は図 20に示すようになり、変位センサ全体の温度係数（ワイヤを 10mm変位した状態）は、 + 5. 28 %/°C、また、温度係数（ワイヤを 20mm変位した状態）は、 +2. 53 %/でとなった。

このように、第 1ホール素子 5のみによる場合には、 5ひでの温度変化による出力変化が、 10mm及び 2 Omniの変化による出力変化より大きくなリ、変位センサとしては充分な精度とはいえない。

そこで、本実施例では、図 4の回路に代えて、図 6に示す回路部 10により変位センサ 1を構成している。図 6にいて、増幅器 11と、バイアス ·キャンセル回路 17は前記図 4と同じである。図中、 13は第 2ホール素子 6の出力を増幅する増幅器であリ、アツテネータ 14は増幅器 13の出力を一定の比率で減衰させるァヅテネータである。第 2ホール素子 6の位置の磁束密度はワイヤ 7の変位によって変化しない。永久磁石 4、第 1ホール素子 5、第 2ホール素子 6はケース 3内に近接して設置されているので、常に同じ温度になっている。図 6で、増幅器 1 3の出力を帰還抵抗及びァヅテネータ 14で調節することで、 Tl=20°C 、変位 Ommのときのバイアス ·キャンセル回路 17の出力 V0 が 0になるようにする。そのため、 V3は、 Tl=20で、変位 0 mmのとき、増幅器 11の出力 VIと同じ 2. 73Vとなる。よつて、 V3は、

V3=-2. 73 X (1— 2. 2 X 10一 ³X (T-20) ) となる。したがって、図 6の回路で変位、温度を変化させたときの出力 V0は図 2 1のようになり、変位センサ全体の温度係数（変位 1 0 mm及び 2 0 mm) は一 0 . 2 2 %Ζ°〇となり、精度を大幅に高めることが可能となり、充分に実用化できる。

このように本実施例によれば、ホ一ル素子と永久磁石を用いた変位センサの温度特性を大幅に改善することができる。尚、本実施例では、ホール素子を用いた例を説明したが、もちろん他の磁気 ·電気変換素子として、例えば、図 7に示すように、磁気抵抗素子 5 ' ， 6 ' を用いても同様であることは言うまでもない。次に、本発明の第 2実施例を説明する。

本実施例の変位センサ 1は、図 8に示すように、その検出部 2 が構成されている。すなわち、非磁性体のケース 3の内部に、永久磁石 4、永久磁石 4の Ν極と所定の距離だけ離れた位置にある第 1ホール素子 5、永久磁石 4の Ν極と接して位置する第 2ホール素子 6、が設置されている。尚、永久磁石 4の磁極の向きは、この逆でも差し支えない。

本実施例において、第 2ホール素子 6は永久磁石 4の Ν極に接しているので、第 1の実施例と同様に、被測定物 7の変位によつて磁束密度が変化しない。したがって、第 1の実施例と同様に図 6に示す回路 1 0によって、被測定物 7の変位を温度の影響なく測定することができる。本実施例においても、磁気 ·，

子は、磁気抵抗素子でも良い。更に、本発明の第 3実施例を図面に基づいて説明する。本実施例では、第 1実施例における変位センサの精度を更に高めるようにしたものである。

本実施例の変位センサ 1の検出部 2は、第 1実施例の図 1と同様に構成されており、第 1ホール素子 5の位置でのワイヤ変位 0 mm時の磁束密度が 1000 G、変位 10 mm時の磁束密度が 9 60 G、変位 2 Omni時の磁束密度が 920 Gである。また、検出部 2での温度係数は同様に一 0. 22%Z°Cである。

先の第 1実施例では、図 21に示すように、 50での温度変化による出力変化が、 1 Omm変位した状態では 10%の差を生じておリ、更に厳密な精度を要求される変位センサとして改善が望

3^れる。

そこで、本実施例では、図 9に示すように、帰還抵抗 Rfl， Rί2及びRfΓ, Rf2'に、永久磁石 4及び第 1，第 2ホール素子 5, 6と逆の温度係数をもつ感温抵抗を用いた回路部 10によって、変位センサ 1全体の精度を更に向上するようにしている。これを以下に、説明する。永久磁石 4及び各々のホール素子 5 ， 6全体の温度係数が一 0. 2 であるため、帰還抵抗 R fl， 1^£2及び1^ 1'， R f2'として、同じ抵抗値でかつ温度係数が +0. 22%Z^eCとなる感温抵抗を用いて図 9の回路を構成した。尚、 R1=R2=R f 3としている。本実施例の回路構成において、 T1=2 (TC、変位 Ommのときの増幅器 11の出力 VI は、 2. 73 Vであった。この増幅器 11の出力 VI (V) は、 Vl=2. 73X 10"³X BIX (1— 2. 2X 10一 ³X (T— 20) ) X (1 + 2. 2 X 10一 ³Χ (Τ— 20) ) X f (X) で表すことがでる。

また、図 9の回路で Tl=20で、変位 Ommの時の増幅器 1 3の出力をァヅテネータ 14で調節した電圧 V3はバイアス ·キヤンセル回路 17の出力 V0が 0Vとなるように調整するため增幅器 1 1の出力 VIと同じ 2. 73 Vであリ、第 2ホール素子 6 の位置の磁束密度はワイヤ 7の変位によって変化しないことから、 V3 (V) は、

V3 =— 2. 73 X (1— 2. 2 X 10~³X (T— 20) ) X (1 + 2. 2 X 10"³Χ (Τ— 20) ) で表すことができる。

したがって、変位、温度を変化させたときの、出力 V0は図 2 2のようになリ、変位センサ全体の温度係数（変位 l O mm及び 2 O mm) は + 0 . 0 2 %Z°Cとなった。

このように本実施例によれば、 5 0での温度変化による出力変化が、 2 O mm変位した状態でも生じておらず、厳密な変位の検出が可能となっている。

尚、本実施例では、ホール素子を用いた例を説明したが、もちろん他の磁気，電気変換手段、例えば、磁気抵抗素子を用いても同様であることは言うまでもない。また、本実施例では、増幅器 1 1及び増幅器 1 3の帰還抵抗を感温抵抗として温度補償を行つたが、これ以外にも、例えば、増幅 1 1及び増幅器 1 3の入力段の抵抗、増幅器 1 7の帰還抵抗、 1及び R2、ホール素子の入力段の分圧抵抗等に感温抵抗を用いていても、同様の効果が得られる。更に、図 8に示すように、永久磁石 4の N極と所定の距離だけ離れた位置にある第 1ホール素子 5、永久磁石 4の N極と接して位置する第 2ホール素子 6、が設置された場合でも、また、永久磁石の極性の向きが逆でも、差し支えない。次に本発明の第 4実施例について説明する。本実施例では、永久磁石とホール素子の温度係数を任意調節することにより、変位センサの温度特性を更に良好にしたものである。

本実施例の変位センサ 1は、図 1 0に示すように、検出部 2がケース 3内に設けられた永久磁石 4と第 1ホール素子 5と第 2ホ —ル素子 6とにより構成され、ケース 3の側部に回路部 1 0が取付けられている。回路部 1 0の回路構成は、先の実施例と同様に図 6に示す構成となっている。

また、本実施例では、永久磁石 4と第 1ホール素子 5及び第 2 ホール素子 6の温度係数を、変位センサ全体としての係数が零に近づくように設定している。例えば、永久磁石 4及び第 1ホール素子 5と、永久磁石 4及び第 2ホール素子 6との双方の温度係数が同じ場合には、変位センサ全体の温度係数は負になるが、永久磁石 4を共通として、双方のホール素子 5， 6として互いに温度係数の異なるものを用いて組合せることにより、例えば図 23に変位 1 Ommでの出力 VI及び V3と出力 V0との関係を示すように、変位センサの温度係数を零に近づくように小さくすることが可能である。つまり、この実施例では、出力 VI及び V3と出力 V 0との関係を考慮して、出力 V0が零となるように出力 VI及び V3 'の組合せを選定し、これに沿うホール素子 5又は 6の温度係数を任意に調節するものである。

そこで、本実施例では、第 1ホール素子 5と第 2ホール素子 6 として、磁束密度により温度係数が変化する特性を有する素子、例えば I nA sホール素子を用い、それぞれのホール素子 5又はホール素子 6の温度係数を任意に調節し、双方のホール素子 5, 6の温度係数を異なるようにしている。

上記 I n Asホール素子においては、図 1 1に示すように、永久磁石 4の磁束密度（G) に対して、永久磁石 4とホール素子を合わせた温度係数（％Z が変化する。

そして、本実施例では、被測定物のワイヤ 7が直径 28 mmの場合、磁石表面とホール素子の距離（mm) と、磁束密度（G) の関係は、図 12に示すようになり、永久磁石 4の上端と第 1ホール素子 5との距離を 7mni、第 1ホール素子 5とワイヤ 7の外面との距離を 5 mmとした場合には、永久磁石 4と第 1ホール素子 5の温度係数が一 0. 29 %/で、永久磁石 4と第 2ホール素子 6の温度係数が一 0. 28%Zでとなる。本実施例の回路構成において、 Tl.= 20。〇、変位 Ommのときの増幅器 11の出力 VIは、 2. 73Vであった。この増幅器 1 1の出力 VIは、 Vl=2. 73 X 10"³X BIX (1— 2. 9 X 10"³X (T— 2 0) ) X f (x)

で表すことができる。また、 T1=20°C、変位 0mmのときの増幅器 13の出力をァヅテネータ 14で調節した電圧 V3は、 Λ ィァスキャンセル回路 17の出力 V0が 0Vとなるように調整するため増幅器 1 1の出力 VIと同じ 2. 73Vであり、第 2ホール素子 6の位置の磁束密度はワイヤ 7の変位によって変化しないことから、 V3 (V) は、

V3 = -2. 73 X (1— 2. 8X 10一 ³X (T— 20) )

で表すことができる。したがって、変位、温度を変化させたときの出力 V0は図 24のようになり、変位センサ全体の温度係数（

10 mm変位状態）は一 0. 04%Z。C：、温度係数（20mm 位状態）は一 0. 17%/でとなる。

このように本実施例によれば、 50での温度変化による出力変化が、 20mm変位した状態でもかなり小さな値となっており、上述した各実施例と較べても明らかなように、厳密な変位の測定が可能となっている。

尚、本実施例では、第 2ホール素子 6を永久磁石 4の S極に接するようにしたが、図 13に示すように、第 2ホール素子 6を永久磁石 4の N極に接するように配設してもよい。更に、本発明の第 5実施例について説明する。本実施例では、先の第 4実施例と同様に永久磁石とホール素子の温度係数を調節することにより変位センサの温度特性を小さくしたものであり、第 1ホール素子 5と第 2ホール素子 6として、互いに温度係数の異なる 2種類のホール素子を用いて構成している。尚、本実施例の変位センサ 1においても、先の第 4実施例と同様に、検出部 2 及び回路部 10が構成されている。

本実施例では、双方のホール素子 5, 6として温度係数の異なる 2種類のホール素子を用い、双方のホール素子 5とホール素子 6の任意の組合せによリ、変位センサ 1の温度係数を零に近づくように小さくしたものであり、各々のホール素子 5とホール素子 6の温度係数を、ホール素子の種類に応じた駆動方法によリ設定する構成としている。

ホール素子 5 , 6の駆動方法としては、例えば、図 1 4に示す定電圧駆動回路 1 8により設定したり、また、図 1 5に示す定電流駆動回路 1 9により設定している。尚、図中、 T rはトランジスタ、 Εは直流電源、 R1は分圧抵抗、 D 1及び D 2はバイアス用ダイオード、 R2はエミヅタ抵抗、 5， 6はホール素子を示す。

また、ホール素子 5， 6としては、例えば、 G a A sホール素子や I n S bホール素子を用いており、各駆動回路 1 8また 1 9 と組合せることにより、図 2 5に示すように、任意の温度係数を設定することが可能である。

したがって、ホール素子として各種の素子を用い、駆動回路と組合せることにより、変位センサとしての温度係数を零に近づけて小さくすることが可能となる。次に、本発明の第 6実施例について説明する。本実施例では、変位センサ 1自体の温度を外気温度の影響を受けないように一定にしたものである。

すなわち、本実施例では、図 1 6に示すように、ケース 2 1の内部に、変位センサ 1の検出部（永久磁石 4、第 1及び第 2ホール素子 5 , 6 ) 2と、回路部 1 0を配設し、ケース 2 1内の温度を検出する温度センサ 2 2と、ケース 2 1内を加熱するヒータ 2 3と、ヒータ 2 3を駆動してケース内温度を所定温度に制御する温度コントローラ 2 4とがケース 2 1内に設けられている。

したがって、永久磁石 4及び第 1，第 2ホール素子 5 , 6が所定温度に常に維持されるので、外部の温度変化により永久磁石 4 及び第 1，第 2ホール素子 5 , 6が影響を受けることがなくなり、第 1実施例の図 6に示す回路構成によリ信頼性の高い変位量の検出が可能となる。

本発明者が試験した結果、出力 V0は図 26に示すように得られ、変位センサ 1の温度係数（1 Omm及び 2 Omm変位状態）は OD/oZt;とすることができた。更に、本発明の第 7実施例について説明する。本実施例では、先の実施例の図 1, 6, 10, 1 3に示すように永久磁石 4及び第 1, 第 2ホール素子 5, 6がケース 3内に収納されていることから、ケース 3の材質により、上述のように温度制御装置が用いられない場合は外気温度変化に伴う熱伝導率が異なるので、これに対処することを考慮して、出力の応答性をできるだけ早くなるようにしたものである。

つまり、本実施例では、ケース 3の熱伝導率 kが高く、 k> l 0 (W - Da"¹ - k"¹) となる材料、例えば、アルミニウムにより形成したものである。図 1 7にケース 3がアルミ製の場合の永久磁石 4及び第 1, 第 2ホール素子 5, 6の双方の出力 VI， V2の変化割合の特性を示し、図 18に熱伝導率の低いフッ素樹脂によりケース 3を形成した場合の、同様な出力 VI， V2の変化割合の特性を示している。

双方の図から'もわかるように、アルミ製の場合には、双方の出力 VI, V2の変化割合に対しては、応答速度が早いので、位置の違いによる出力応答の差は殆どない。ところが、フッ素樹脂製の場合には、応答速度が悪いので、双方の出力応答が異なってしまう。

図 1 9には、ケース 3がアルミ製の場合と、フッ素樹脂製の場合の、変位センサ 1の出力 V0の経時特性を示している。フッ素樹脂製の場合には、双方のホール素子 5, 6では応答遅れを生じるが、本実施例のアルミ製の場合には、応答遅れが殆どないことがわかる。

このように、本実施例によれば、ケースを熱伝導率の高い材料によリ構成したことにより、双方のホール素子の温度変化に伴う応答遅れを殆んど生じることのないセンサを得ることが可能となる

尚、上述した各実施例において、永久磁石 4はこれを一つだけ用いた場合について説明したが、同種の永久磁石をもう一つ設けて、第 1の磁気 ·電気変換手段及び第 2の磁気 ·電気変換手段の出力を、別々の磁石によって発生させてもよい。また、これらの各場合に、永久磁石に代わり電磁石等を用いることもできる。産業上の利用可能性

本発明の変位センサは、磁石と一般的な磁気 ·電気変換手段を用いた簡単な構成.により、磁性体からなる被測定物の変位を、広い温度範囲に亘つて正確に測定することが可能となる。例えば、屋外でも充分に使用でき、特に髙地ゃ寒冷地などのように、温度が低く温度変化の大きな場所においても使用できる。また、このような環境下でも、例えば、磁性体のワイヤ等の変位検出を正確に行うことができるので、厳密な変位検出が要求される場合に好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 磁石と、この磁石からの磁気変化を検出する磁気，電気変換手段とを有し、磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、前記被測定物の変位によって磁束密度が変化する位置に配置される第 1の磁気 ·電気変換手段と、前記第 1の磁気 ·電気変換手段と同種のものであって前記被測定物の変位によつて磁束密度が変化しない位置に配置される第 2の磁気 ·電気変換手段と、これら 2つの磁気，電気変換手段の出力を所定の比率で加算する回路手段と、を備えたことを特徴とする変位センサ。

2 . 磁石と、この磁石からの磁気変化を検出する磁気 ·竃気変換手段とを有し、磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、前記被測定物の変位によって磁束密度が変化する位置に配置される第 1の磁気 ·電気変換手段と、前記第 1の磁気 •電気変換手段と同種のものであつて前記被測定物の変位によつて磁束密度が変化しない位置に配置される第 2の磁気 ·電気変換手段と、前記磁石及び磁気 ·電気変換手段とは温度係数の極性が逆となる回路を有し且つ前記 2つの磁気 ·電気変換手段の出力を所定の比率で加算する回路手段と、を備えたことを特徴とする変位センサ。

3 . 前記磁気 ·電気変換手段が、ホール素子であることを特徵とする請求項 1又は 2記載の変位センサ。

4 . 前記磁気 ·電気変換手段が、磁気抵抗素子であることを特徵とする請求項 1又は 2記載の変位センサ。

5 . 磁石と、この磁石からの磁気変化を検出する磁気，電気変換手段とを有し、磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、前記被測定物の変位によって磁束密度が変化する位置に配置される第 1の磁気 ·電気変換手段と、前記被測定物の変位によって磁束密度が変化しない位置に配置される第 2の磁気 •電気変換手段と、これら 2つの磁気，電気変換手段の出力を所定の比率で加算する回路手段と、を備え、前記第 1磁気 ·電気変換手段の温度係数と、前記第 2磁気 ·電気変換手段の温度係数を異なる値に調節したことを特徴とする変位センサ。

6 . 前記第 1及び第 2の双方の磁気 ·電気変換手段を、磁束密度の強さに伴つて温度係数が変化する素子により構成したことを特徵とする請求項 5記載の変位センサ。

7 . 前記第 1及び第 2磁気 ·電気変換手段が I n A s素子であることを特徵とする請求項 5記載の変位センサ。

8 . 前記第 1及び第 2磁気，電気変換手段の駆動方法の組合せにより、温度係数を調節することを特徵とす.る請求項 5記載の変位センサ。

9 . 、磁石と、この磁石からの磁気変化を検出する磁気 ·電気変換手段とを有し、磁性体である被測定物の変位を検出する変位センサにおいて、前記被測定物の変位によって磁束密度が変化する位置に配置される第 1の磁気 ·電気変換手段と、前記被測定物の変位によって磁束密度が変化しない位置に配置される第 2の磁気 ·電気変換手段と、これら 2つの磁気 ·電気変換手段の出力を所定の比率で加算することにより前記被測定物の変位を検出する回路手段と、を備えるとともに、これらをケース内に配設したことを特徵とする変位センサ。

1 0 . 前記ケースを断熱構造に形成し、このケース内を一定温度に維持することを特徵とする請求項 9記載の変位センサ。

1 1 . 前記ケースを、高熱伝導率の材料により形成したことを特徵とする請求項 9記載の変位センサ。