JPH0120645Y2 - - Google Patents

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JPH0120645Y2
JPH0120645Y2 JP1982088957U JP8895782U JPH0120645Y2 JP H0120645 Y2 JPH0120645 Y2 JP H0120645Y2 JP 1982088957 U JP1982088957 U JP 1982088957U JP 8895782 U JP8895782 U JP 8895782U JP H0120645 Y2 JPH0120645 Y2 JP H0120645Y2
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electrode
fixed
capacitance
displacement
movable electrode
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、圧力や力等を静電容量として検出す
るための変位・容量変換装置に関するものであ
る。
従来、圧力伝送器や差圧伝送器等においては、
受圧素子に受圧する圧力や差圧を検出するため
に、差動容量式の変位・容量変換装置が用いられ
ている。この種の変位・容量変換装置を適用した
例として第1図に差圧伝送器の検出器を示す。図
について説明すると、符号1は本体である。この
本体1は、内部に室2を有すると共に両側部に凹
部3a,3bが形成されている。また、本体1に
は、前記室2と凹部3a,3bとを連通する貫通
孔4a,4bが穿設されている。
また、室2内部には、移動電極5が板ばね6を
介して本体1に連結されている。この移動電極5
の両側方には、それぞれ絶縁体7a,7bを介し
て第1の固定電極8aと第2の固定電極8bとが
配設されている。上記移動電極5には、板ばね6
を介してリード線11aが接続されると共に、第
1、第2の固定電極8a,8bには、リード線1
1b,11cが接続されている。上記の移動電極
5と第1及び第2の固定電極8a,8bとは、互
いに所定距離離間して平行に対向配置されるもの
で、差動容量式の変位・容量変換装置10を構成
するものである。
また、移動電極5の中央部には、連結軸12の
中間部が固定されている。この連結軸12の両端
部は、それぞれダイアフラム13a,13bに固
定されている。ダイアフラム13a,13bは、
凹部3a,3bをそれぞれ塞ぐようにして本体1
に取り付けられている。
上記のように構成された差圧検出器は、2つの
ダイアフラム13a,13bに圧力Pa,Pbを加
え、これらの圧力Pa,Pbの差圧Pを検出するも
のである。すなわち、ダイアフラム13a,13
bに連結された連結軸12には、差圧Pに比例す
る力が加わり、これによつて移動電極5に差圧P
に対応する変位が生じる。この移動電極5の変位
に伴つて、第1の固定電極8aと移動電極5との
間の静電容量CHと、第2の固定電極8bと移動
電極5との間の静電容量CLとが差動的に変化す
る。これらの静電容量CH,CLをリード線11a,
11b,11cを介して取り出し、図示しない電
気回路に入力して移動電極5の変位(すなわち差
圧P)に対応する信号を得るものである。
ところで、上記のような変位・容量変換装置1
0を備えた差圧検出器においては、通常静電容量
CH,CLについて次のような演算を行なつて差圧
Pに比例する出力信号Zを得ている。
Z=CH−CL/CH+CL ……(1) ただし、この(1)式により与えられる出力信号Z
は、変位・容量変換装置10の静電容量CH,CL
が、各電極5,8a,8bの間の距離に反比例す
るという条件のもとで差圧Pに対して線形とな
る。すなわち、静電容量CH,CLについて、次の
ような関係を仮定した場合に線形となる。
CH=Ac/dH+KP ……(2) CL=Ac/dL−KP ……(3) A:電極の面積 dH,dL:電極間の初期設定距離 K:移動電極のコンプライアンス c:誘電率 これらの(2),(3)式を(1)式に代入すると Z=Ac(a+bP) ……(4) ただし a=dL−dH/dH+dL,b=2K/dH+dL
この(4)式から、上記(2),(3)式が成立する場合に
は、差圧Pに対して線形な出力信号Zが得られる
ことがわかる。
しかしながら、実際には、静電容量CH,CLは、
変位・容量変換装置の構造によつて決まる固定容
量CHS,CLSを含むため、CH,CLは(2),(3)式と異な
り次式のようになる。
CH=Ac/dH+KP+CHS ……(5) CL=Ac/dL−KP+CLS ……(6) (5),(6)式を(1)式に代入して明らかなように、出
力信号Zと、差圧Pとの関係は非線形となり、こ
のため(1)式に基づく出力信号Zは、例えば第2図
に破線で示すような非線形の特性を示す。
上記のように従来の変位・容量変換装置は、そ
の構造により決まる固定容量CHS,CLSのために、
通常の演算処理((1)式)を行なつた場合に、入力
(例えば差圧P)に対して出力信号Zが非線形の
特性を有するという問題があつた。この問題を解
消するには、CH,CLに対しての演算処理方法を
改善することが考えられるが、(1)式による演算は
汎用性に富み、かつ簡単であるという利点を有す
ることや、上記の非線形性が変位・容量変換装置
の構造に起因するもので、これに対処するには各
変換装置に対応して特殊な電気回路を必要とする
等の理由から実用的ではない。
本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、
通常の演算処理によつて入力に対して線形な出力
を得ることができる変位・容量変換装置を提供す
ることを目的とするものである。この目的を達成
するために、考案者等は鋭意研究の結果、変位・
容量変換装置の固定容量CHS,CLSの割合を種々に
変えた場合に、入力と出力との関係が第3図に示
すように種々の特性を示すことを知見した。
本考案は、この知見に基いてなされたもので、
移動電極両面と第1及び第2の固定電極面の少な
くとも一つを、前記移動電極の移動方向に対して
傾斜させて設けることにより、移動電極と各固定
電極との間に形成される各隙間を異なる形状と
し、もつて第1または第2の固定電極と移動電極
との間の静電容量の固定容量成分を適宜設定する
ことにより、所望の出力特性が得られるようにし
たものである。
以下、本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。
第4図は、本考案の第1の実施例を示す図であ
る。この図において第1図と同じ構成要素には、
同一符号を付してその説明を省略する。
第4図に示す変位・容量変換装置19が、第1
図に示すものと異なる点は、移動電極20の第1
の固定電極21に対向する電極面20aと、第2
の固定電極22に対向する電極面20bとが互い
に異なる形状となるように形成されている点であ
る。すなわち、移動電極20は、第1の固定電極
21側に位置する円盤状の電極部20−1と第2
の固定電極22側に位置する円盤状の電極部20
−2とが、板ばね6を挾み込むようにして互いに
溶接、固定されてなるもので、第2の固定電極2
2側の電極部20−2に形成された環状の溶接溝
で、電子ビーム溶接されている。そして、移動電
極20の第1の固定電極21と対向する電極面2
0aは、平面状に形成されると共に、第1の固定
電極21と平行となるように配置されている。一
方、移動電極20の第2の固定電極22と対向す
る電極面20bは、その面と第2の固定電極22
との間の距離が中央部で小さく、外周縁部で大き
くなるような円錐状の曲面として形成されてい
る。なお、この電極面20bの曲面は、溶接時の
熱変形により形成することもできる。
上記のような移動電極20両面の電極面20
a,20bの形状の差異のために、第1の固定電
極21と移動電極20との間の静電容量CLと、
第2の固定電極22と移動電極20との間の静電
容量CHとは、互いに異なる固定容量成分を有す
るものである。
次に、上記の変位・容量変換装置19の作用を
説明する。
今、受圧ダイアフラム13bに入力圧が加わる
とした場合、第2の固定電極22と移動電極20
との間の容量CHは、次式のように表わされる。
CH=CA/deq−Δd−CF(Δd)+CHS ……(7) ただし deq:仮想初期電極間距離 Δd:変位量 (7)式において、右辺第1項は、電極間距離に反
比例する容量、第2項は、電極面の形状及び変位
量Δdに依存する容量、第3項は固定容量を表わ
している。ここで、第2項CF(Δd)は、一般に変
位量Δdの関数であるが、第2の固定電極22に
対して平行でない移動電極20の電極面20bの
形状によつて、(7)式の第1項に比べてΔdに関し
ての変化率が小さく、実質的に固定容量とみなす
ことができる。従つて、第2の固定電極22と移
動電極20との間の実際の固定容量成分C′HSは、 C′HS=CHS−CF ……(8) となり、移動電極20の形状に依存して定められ
ることがわかる。
従つて、第4図に示す変位・容量変換装置19
によれば、移動電極20の電極面の形状を適宜設
定することにより、第1及び第2の固定電極2
1,22と移動電極20との間の固定容量CLS
C′HSを任意に設定でき、これらの固定容量CLS
C′HSとの比を選択することにより所望の出力特性
をもたせることができる。更には、所望の出力特
性を得ることができるため、これを差圧伝送器等
の検出器に適用することにより、検出器の出力に
非線形をもたらす種々の要因(例えば、受圧ダイ
アフラムの圧力に対する有効面積の非線形性や、
レンジスプリングのバネ特性の非線形性等)にも
対応して、これを補償でき、検出器の出力を線形
とすることができる。
また、第5図ないし第7図は、それぞれ本考案
の第2〜第5の実施例を示す図である。
第5図に示す第2の実施例では、移動電極30
として、2枚の円盤状の電極部30−1,30−
2のそれぞれに溶接溝を形成し、両面から溶接し
て互いに固定したものを用いてある。この移動電
極30は、その第1の固定電極21と対向する電
極面30aが平面に、また第2の固定電極22と
対向する電極面30bが円錐状の曲面に形成され
ている。
第6図に示す第3の実施例では、移動電極35
が、2枚の円盤状の電極部35−1,35−2を
雄螺子部を有する連結軸36と雌螺子部を有する
連結軸37とによつてレンジスプリング6を挾み
込んだ状態で取り付けられている。この場合も、
移動電極35の第1の固定電極21と対向する電
極面35aが平面状に、また第2の固定電極22
と対向する電極面35bが曲面状に形成されてい
る。
第7図に示す第4の実施例では、第1の固定電
極45の電極面が平面状に、また第2の固定電極
46の電極面が円錐状の曲面に形成されている。
この場合、移動電極47両面の電極面は、ともに
平面状に形成されている。
上記のような第5図ないし第7図に示す変位・
容量変換装置34,39,49によつても第4図
に示す変位・容量変換装置19と同様に、第1の
固定電極と移動電極との間の固定容量と、第2の
固定電極と移動電極との間の固定容量との比を適
宜設定して所望の出力特性を得ることができる。
なお、図示しないが、移動電極両面の電極面と
2つの固定電極の電極面とを共に傾斜させた場合
も同様な効果を得ることができる。
以上、説明したように、本考案の変位・容量変
換装置は、移動電極両面と第1及び第2の固定電
極面の少なくとも一つを、前記移動電極の移動方
向に対して傾斜させて設けることにより、移動電
極と各固定電極との間に形成される各隙間を異な
る形状とし、もつて第1または第2の固定電極と
移動電極との間の固定容量を適宜設定するように
したものであるから、移動電極と第1及び第2の
固定電極との間の固定容量の比を選択することに
より所望の出力特性を得ることができる。従つ
て、本考案の変位・容量変換装置は、これを差圧
伝送器等の検出器に適用することにより、検出器
の出力特性を非線形とする要因を補償して、線形
の出力特性を有する検出器を容易に製造できる。
更には、上記の出力特性の設定を、電極面の傾斜
度合の変更により容易に行なうことができるの
で、コストアツプを招くことがなく、従つて出力
特性の優れた変位・容量変換装置を安価で提供で
きる等の利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の変位・容量変換装置を適用し
た差圧検出器の断面図、第2図は、従来の変位・
容量変換装置の出力特性の一例を示すグラフ、第
3図は、固定容量値を種々に変化させた場合の出
力特性の例を示すグラフ、第4図は、本考案の第
1の実施例を示す差圧検出器の断面図、第5図な
いし第7図は、それぞれ本考案の第2ないし第4
の実施例を示す断面図である。 19,34,39,49……変位・容量変換装
置、20,30,35,47……移動電極、20
a,20b,30a,30b,35a,35b…
…移動電極の電極面、21,45……第1の固定
電極、22,46……第2の固定電極。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 圧力または力を受けて変位を生じる移動電極
    と、この移動電極を挟んで対向するように配設さ
    れた第1の固定電極及び第2の固定電極とを備
    え、前記移動電極に生じる変位量を前記第1の固
    定電極と前記移動電極との間の静電容量と、前記
    第2の固定電極と前記移動電極との間の静電容量
    の差動的な変化量に変換する変位・容量変換装置
    において、前記移動電極の各電極面と第1及び第
    2の固定電極面の少なくとも一つを、前記移動電
    極の移動方向に対して傾斜させて設けることによ
    り、移動電極と各固定電極との間に形成される各
    隙間を異なる形状とし、前記移動電極と第1及び
    第2の固定電極との間に存在する固定容量を補償
    するようにしたことを特徴とする変位・容量変換
    装置。
JP8895782U 1982-06-15 1982-06-15 変位・容量変換装置 Granted JPS58191512U (ja)

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JP8895782U JPS58191512U (ja) 1982-06-15 1982-06-15 変位・容量変換装置

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JPS58191512U JPS58191512U (ja) 1983-12-20
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016221285A (ja) * 2015-06-01 2016-12-28 株式会社アクセル 動作検出装置、遊技機

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5669511A (en) * 1979-11-12 1981-06-10 Yokogawa Hokushin Electric Corp Displacement detecting device

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JP2016221285A (ja) * 2015-06-01 2016-12-28 株式会社アクセル 動作検出装置、遊技機

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