JPH0130412B2 - - Google Patents
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- JPH0130412B2 JPH0130412B2 JP8218881A JP8218881A JPH0130412B2 JP H0130412 B2 JPH0130412 B2 JP H0130412B2 JP 8218881 A JP8218881 A JP 8218881A JP 8218881 A JP8218881 A JP 8218881A JP H0130412 B2 JPH0130412 B2 JP H0130412B2
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- capacitance
- voltage
- circuit
- counter
- Prior art date
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- 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
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- 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】
この発明は、物理量（例えば、変位）を電気信
号に変換する容量式変換装置に関する。
号に変換する容量式変換装置に関する。
容量式変換装置とは、物理量の変化を静電容量
の変化に変換し、この静電容量の変化を更に電気
信号に変換するもので、工業計測の分野等におい
て広く用いられている。
の変化に変換し、この静電容量の変化を更に電気
信号に変換するもので、工業計測の分野等におい
て広く用いられている。
第１図は従来のこの種の容量式変換装置の一例
を示す回路図であり、この図において、符号１は
物理量の変化を検出するセンサである。このセン
サ１は固定電極１ａ，１ｂ間に、物理量の変化に
したがつて移動する可動電極１ｃが配置されて構
成されており、可動電極１ｃが移動すると、電極
１ａ，１ｃ間の静電容量C1および電極１ｂ，１
ｃ間の静電容量C2が各々相補的に変化するよう
になつている。２ａ，２ｂは各々連動動作をする
スイツチであり、カウンタ３のQn出力にしたが
つて交互にオン状態となるものである。４，５は
共に反転増幅器であり、これらの反転増幅器４，
５およびセンサ１の静電容量C1，C2によつて発
振回路９が構成される。カウンタ３は上記発振回
路９の出力をカウントするｎビツトの２進カウン
タであり、そのQn出力が平滑回路６によつて平
均化され、増幅器７によつて増幅され、出力端子
８から出力される。
を示す回路図であり、この図において、符号１は
物理量の変化を検出するセンサである。このセン
サ１は固定電極１ａ，１ｂ間に、物理量の変化に
したがつて移動する可動電極１ｃが配置されて構
成されており、可動電極１ｃが移動すると、電極
１ａ，１ｃ間の静電容量C1および電極１ｂ，１
ｃ間の静電容量C2が各々相補的に変化するよう
になつている。２ａ，２ｂは各々連動動作をする
スイツチであり、カウンタ３のQn出力にしたが
つて交互にオン状態となるものである。４，５は
共に反転増幅器であり、これらの反転増幅器４，
５およびセンサ１の静電容量C1，C2によつて発
振回路９が構成される。カウンタ３は上記発振回
路９の出力をカウントするｎビツトの２進カウン
タであり、そのQn出力が平滑回路６によつて平
均化され、増幅器７によつて増幅され、出力端子
８から出力される。
以上の構成において、カウンタ３のQn出力が
“Ｈ”（ハイ）レベルにある時（第１の状態とい
う）は、スイツチ２ａがオン状態、スイツチ２ｂ
がオフ状態となり、また、カウンタ３のQn出力
が“Ｌ”（ロー）レベルにある時（第２の状態と
いう）は、スイツチ２ａがオフ状態、スイツチ２
ｂがオン状態となる。この結果、第１の状態にお
いては発振回路９が静電容量C1を発振要素とし
て発振し、また、第２の状態においては、発振回
路９が静電容量C2を発振要素として発振する。
これにより、カウンタ３のQn出力は、静電容量
C1，C2に対応するデユーテイ比、言い換えれば
可動電極１ｃに印加された物理量に対応するデユ
ーテイ比を有する信号となり、したがつて、この
信号を平滑回路６によつて平均化し、増幅器７に
よつて増幅することにより、出力端子８から物理
量に対応する電気信号を得ることができる。
“Ｈ”（ハイ）レベルにある時（第１の状態とい
う）は、スイツチ２ａがオン状態、スイツチ２ｂ
がオフ状態となり、また、カウンタ３のQn出力
が“Ｌ”（ロー）レベルにある時（第２の状態と
いう）は、スイツチ２ａがオフ状態、スイツチ２
ｂがオン状態となる。この結果、第１の状態にお
いては発振回路９が静電容量C1を発振要素とし
て発振し、また、第２の状態においては、発振回
路９が静電容量C2を発振要素として発振する。
これにより、カウンタ３のQn出力は、静電容量
C1，C2に対応するデユーテイ比、言い換えれば
可動電極１ｃに印加された物理量に対応するデユ
ーテイ比を有する信号となり、したがつて、この
信号を平滑回路６によつて平均化し、増幅器７に
よつて増幅することにより、出力端子８から物理
量に対応する電気信号を得ることができる。
ところで、上述した容量式変換装置に限らず、
この種の変換装置における問題点は、センサの各
電極とセンサ筐体間の容量あるいは配線間の容量
等の浮遊容量の影響により測定値に誤差が生じる
ことである。そして、これらの浮遊容量のうち特
に問題となるのは第１図に示す浮遊容量Csであ
り、この位置に発生する浮遊容量は測定精度の低
下や特性の不安定さを生じさせる。
この種の変換装置における問題点は、センサの各
電極とセンサ筐体間の容量あるいは配線間の容量
等の浮遊容量の影響により測定値に誤差が生じる
ことである。そして、これらの浮遊容量のうち特
に問題となるのは第１図に示す浮遊容量Csであ
り、この位置に発生する浮遊容量は測定精度の低
下や特性の不安定さを生じさせる。
この発明は上記事情に鑑み、浮遊容量の影響を
受けない容量式変換装置を提供するもので、検出
すべき物理量の変化に応じて少なくとも一方の容
量が変化する直列接続された第１、第２の静電容
量を、交互に発振周波数を決定する要素とする発
振回路と、前記発振回路の出力をカウントするカ
ウンタと、このカウンタの出力に対応させて前記
第１、第２の静電容量を切換える切換手段と、前
記カウンタの出力を平滑する平滑手段と、この平
滑手段の出力を増幅し装置出力を発信する増幅手
段とを具備してなり、前記平滑手段の出力が前記
第１、第２の静電容量の値にかかわらず常時一定
値を保つように、前記増幅手段の出力によつて前
記前記第１、第２の静電容量へ印加する電圧の少
なくとも一方を制御するようにしたものである。
受けない容量式変換装置を提供するもので、検出
すべき物理量の変化に応じて少なくとも一方の容
量が変化する直列接続された第１、第２の静電容
量を、交互に発振周波数を決定する要素とする発
振回路と、前記発振回路の出力をカウントするカ
ウンタと、このカウンタの出力に対応させて前記
第１、第２の静電容量を切換える切換手段と、前
記カウンタの出力を平滑する平滑手段と、この平
滑手段の出力を増幅し装置出力を発信する増幅手
段とを具備してなり、前記平滑手段の出力が前記
第１、第２の静電容量の値にかかわらず常時一定
値を保つように、前記増幅手段の出力によつて前
記前記第１、第２の静電容量へ印加する電圧の少
なくとも一方を制御するようにしたものである。
以下、図面を参照しこの発明を詳細に説明す
る。
る。
第２図はこの発明の第１の実施例の構成を示す
回路図であり、この図において符号１１は物理量
を検出するためのセンサである。このセンサ１１
は、物理量の変化にしたがつて移動する可動電極
１１ａと、固定電極１１ｂと、これら可動電極１
１ａ、固定電極１１ｂとの間に配置された固定電
極１１ｃとから構成されている。すなわち、この
センサ１１は、固定電極１１ｂ，１１ｃ間の静電
容量C4が常に一定であり、可動電極１１ａ、固
定電極１１ｃの容量C3のみが物理量の変化にし
たがつて変化するようになつている。そして、固
定電極１１ｃが反転増幅器１２の入力端に接続さ
れ、可動電極１１ａが、ナンドゲート１３の出力
端に接続され、また、固定電極１１ｂがナンドゲ
ート１４の出力端に接続されている。
回路図であり、この図において符号１１は物理量
を検出するためのセンサである。このセンサ１１
は、物理量の変化にしたがつて移動する可動電極
１１ａと、固定電極１１ｂと、これら可動電極１
１ａ、固定電極１１ｂとの間に配置された固定電
極１１ｃとから構成されている。すなわち、この
センサ１１は、固定電極１１ｂ，１１ｃ間の静電
容量C4が常に一定であり、可動電極１１ａ、固
定電極１１ｃの容量C3のみが物理量の変化にし
たがつて変化するようになつている。そして、固
定電極１１ｃが反転増幅器１２の入力端に接続さ
れ、可動電極１１ａが、ナンドゲート１３の出力
端に接続され、また、固定電極１１ｂがナンドゲ
ート１４の出力端に接続されている。
また、反転増幅器１２の入出力端間には抵抗１
５が介挿され、反転増幅器１２の出力端がナンド
ゲート１３，１４の各一方の入力端およびフリツ
プフロツプ１６のクロツク端子CLに接続されて
いる。フリツプフロツプ１６の出力端子Ｑはナン
ドゲート１３の他方の入力端に接続され、出力端
子はナンドゲート１４の他方の入力端およびフ
リツプフロツプ１６の入力端子Ｄに接続され、ま
た、ナンドゲート１３の正電源端子に後述する積
分回路１７の出力端が接続されている。
５が介挿され、反転増幅器１２の出力端がナンド
ゲート１３，１４の各一方の入力端およびフリツ
プフロツプ１６のクロツク端子CLに接続されて
いる。フリツプフロツプ１６の出力端子Ｑはナン
ドゲート１３の他方の入力端に接続され、出力端
子はナンドゲート１４の他方の入力端およびフ
リツプフロツプ１６の入力端子Ｄに接続され、ま
た、ナンドゲート１３の正電源端子に後述する積
分回路１７の出力端が接続されている。
以上の構成において、センサ１１、ナンドゲー
ト１３，１４、反転増幅器１２および抵抗１５が
発振回路１８を構成している。この発振回路１８
は基本的には第１図に示す発振回路９と同じであ
るが、第１図におけるスイツチ２ａ，２ｂおよび
反転増幅器５がナンドゲート１３，１４に置き換
わつている点およびセンサ１１の構成が異なつて
いる。また、この発振回路１８は、特にナンドゲ
ート１３の正電源端子に積分回路１７の出力が供
給されている点に特徴がある。また、フリツプフ
ロツプ１６は第１図に示すカウンタ３として１ビ
ツトのものを用いたにすぎず、このフリツプフロ
ツプ１６の代わりにｎビツトのカウンタを用いて
も特性上何ら変わるものではない。
ト１３，１４、反転増幅器１２および抵抗１５が
発振回路１８を構成している。この発振回路１８
は基本的には第１図に示す発振回路９と同じであ
るが、第１図におけるスイツチ２ａ，２ｂおよび
反転増幅器５がナンドゲート１３，１４に置き換
わつている点およびセンサ１１の構成が異なつて
いる。また、この発振回路１８は、特にナンドゲ
ート１３の正電源端子に積分回路１７の出力が供
給されている点に特徴がある。また、フリツプフ
ロツプ１６は第１図に示すカウンタ３として１ビ
ツトのものを用いたにすぎず、このフリツプフロ
ツプ１６の代わりにｎビツトのカウンタを用いて
も特性上何ら変わるものではない。
しかして、フリツプフロツプ１６の出力端子Ｑ
に得られる信号は抵抗２０およびコンデンサ２１
から構成される平滑回路２２を介して積分回路１
７へ供給される。積分回路１７は、増幅器２４
と、この増幅器２４の反転入力端子および積分回
路２２の出力端子間に介挿された抵抗２５と、増
幅器２４の反転入力端子および出力端子間に介挿
されたコンデンサ２６と、増幅器２４の非反転入
力端子に電圧Ｅ／２（Ｅは電源電圧）のバイアス
電圧を供給する抵抗２７，２８とから構成され、
増幅器２４の出力が出力端子２９へ供給されると
共に、前述したナンドゲート１３の正電源端子へ
供給される。
に得られる信号は抵抗２０およびコンデンサ２１
から構成される平滑回路２２を介して積分回路１
７へ供給される。積分回路１７は、増幅器２４
と、この増幅器２４の反転入力端子および積分回
路２２の出力端子間に介挿された抵抗２５と、増
幅器２４の反転入力端子および出力端子間に介挿
されたコンデンサ２６と、増幅器２４の非反転入
力端子に電圧Ｅ／２（Ｅは電源電圧）のバイアス
電圧を供給する抵抗２７，２８とから構成され、
増幅器２４の出力が出力端子２９へ供給されると
共に、前述したナンドゲート１３の正電源端子へ
供給される。
次に、上記構成になる容量式変換装置の動作を
反転増幅器１２の入力端および接地間に存在する
浮遊容量Csを考慮の上で説明する。
反転増幅器１２の入力端および接地間に存在する
浮遊容量Csを考慮の上で説明する。
最初に、ナンドゲート１３の正電源端子に電源
電圧＋Ｅ（一定）が供給されているものとして、
発振回路１８およびフリツプフロツプ１６の動作
を説明する。なお、この場合の発振回路１８の動
作は、第１図に示す発振回路９の動作と全く同じ
である。
電圧＋Ｅ（一定）が供給されているものとして、
発振回路１８およびフリツプフロツプ１６の動作
を説明する。なお、この場合の発振回路１８の動
作は、第１図に示す発振回路９の動作と全く同じ
である。
まず、発振回路１８は、フリツプフロツプ１６
の出力端子Ｑが“Ｈ”レベルにあるときはナンド
ゲート１３が開状態となることから、静電容量
C3によつて決定される周波数で発振し、また、
フリツプフロツプ１６の出力端子Ｑが“Ｌ”レル
にあるときはナンドゲート１４が開状態となるこ
とから、静電容量C4によつて決定される周波数
で発振する。また、フリツプフロツプ１６は発振
回路１８の出力の１サイクル毎にその出力が反転
する。すなわち、発振回路１８の出力信号S1およ
びフリツプフロツプ１６のＱ出力信号S2は、静電
容量C3，C4に、 C3＞C4 ……(1) なる関係があると仮定すると、第３図イおよびロ
に各々示すものとなる。また、ナンドゲート１３
は信号S1およびS2の、ナンドゲート１４は信号S1
および信号S2の反転信号のナンドを各々とること
から、これらのナンドゲート１３，１４の各出力
信号S3およびS4は各々第３図ハおよびニに示すも
のとなる。そして、これらの信号S3およびS4が
各々センサ１１の可動電極１１ａおよび固定電極
１１ｂに供給されることから、センサ１１の固定
電極１１ｃに得られる信号、すなわち、反転増幅
器１２の入力信号S5は第３図ホに示すものとな
る。なおこの場合、反転増幅器１２のスレツシユ
ホールドレベルをＥ／２としている。
の出力端子Ｑが“Ｈ”レベルにあるときはナンド
ゲート１３が開状態となることから、静電容量
C3によつて決定される周波数で発振し、また、
フリツプフロツプ１６の出力端子Ｑが“Ｌ”レル
にあるときはナンドゲート１４が開状態となるこ
とから、静電容量C4によつて決定される周波数
で発振する。また、フリツプフロツプ１６は発振
回路１８の出力の１サイクル毎にその出力が反転
する。すなわち、発振回路１８の出力信号S1およ
びフリツプフロツプ１６のＱ出力信号S2は、静電
容量C3，C4に、 C3＞C4 ……(1) なる関係があると仮定すると、第３図イおよびロ
に各々示すものとなる。また、ナンドゲート１３
は信号S1およびS2の、ナンドゲート１４は信号S1
および信号S2の反転信号のナンドを各々とること
から、これらのナンドゲート１３，１４の各出力
信号S3およびS4は各々第３図ハおよびニに示すも
のとなる。そして、これらの信号S3およびS4が
各々センサ１１の可動電極１１ａおよび固定電極
１１ｂに供給されることから、センサ１１の固定
電極１１ｃに得られる信号、すなわち、反転増幅
器１２の入力信号S5は第３図ホに示すものとな
る。なおこの場合、反転増幅器１２のスレツシユ
ホールドレベルをＥ／２としている。
ここで、ナンドゲート１３，１４の出力インピ
ーダンスが極めて小さいとすると、ナンドゲート
１３の出力端から反転増幅器１２の入力端への結
合は、等価的に第４図に示すものとなり、また、
ナンドゲート１４の出力端から反転増幅器１２の
入力端への結合は、第４図において静電容量C3，
C4を各々入れ替えたものとなる。この結果、信
号S2が“Ｈ”レベルとなる期間T1における信号
S5の波高値e1は、信号S3の“Ｈ”レベル電圧をe2
とすれば、 e1＝C3／C3＋C4＋Cs・e2 ……(2) となり、また、信号S2が“Ｌ”レベルとなる期間
T2における信号S5の波高値e′1は、信号S4の“Ｈ”
レベルの電圧をe3とすれば、 e′1＝C4／C3＋C4＋Cs・e2 ……(3) となる。なお上述した電圧e2は、ナンドゲート１
３の正電源端子に＋Ｅが印加されている場合は、 e2＝＋Ｅ ……(4) となるが、ナンドゲート１３の正電源端子に積分
回路１７の出力電圧Ｖが印加されている場合は e2＝Ｖ ……(5) となる。そして、この場合前記(2)式は、 e2＝C3／C3＋C4＋Cs・Ｖ ……(6) となる。また、電圧e3は常に、 e3＝＋Ｅ ……(7) である。
ーダンスが極めて小さいとすると、ナンドゲート
１３の出力端から反転増幅器１２の入力端への結
合は、等価的に第４図に示すものとなり、また、
ナンドゲート１４の出力端から反転増幅器１２の
入力端への結合は、第４図において静電容量C3，
C4を各々入れ替えたものとなる。この結果、信
号S2が“Ｈ”レベルとなる期間T1における信号
S5の波高値e1は、信号S3の“Ｈ”レベル電圧をe2
とすれば、 e1＝C3／C3＋C4＋Cs・e2 ……(2) となり、また、信号S2が“Ｌ”レベルとなる期間
T2における信号S5の波高値e′1は、信号S4の“Ｈ”
レベルの電圧をe3とすれば、 e′1＝C4／C3＋C4＋Cs・e2 ……(3) となる。なお上述した電圧e2は、ナンドゲート１
３の正電源端子に＋Ｅが印加されている場合は、 e2＝＋Ｅ ……(4) となるが、ナンドゲート１３の正電源端子に積分
回路１７の出力電圧Ｖが印加されている場合は e2＝Ｖ ……(5) となる。そして、この場合前記(2)式は、 e2＝C3／C3＋C4＋Cs・Ｖ ……(6) となる。また、電圧e3は常に、 e3＝＋Ｅ ……(7) である。
次に、積分回路１７の出力電圧Ｖをナンドゲー
ト１３の正電源端子に印加した場合の第２図に示
す回路の動作を説明する。
ト１３の正電源端子に印加した場合の第２図に示
す回路の動作を説明する。
第２図に示す回路は、積分回路１７の出力がナ
ンドゲート１３の正電源端子に供給され、これに
より、増幅器２４の帰還ループが構成されること
から、平滑回路２２の出力電圧Vaが常に（静電
容量C3，C4の値にかかわらず）増幅器２４の非
反転入力端へ供給されている電圧Ｅ／２に保持さ
れるように動作する。このことは、フリツプフロ
ツプ１６の出力信号S2のデユーテイ比が常に１：
１に保持されることを意味し、また、第３図ロに
示す期間T1，T2が常に、 T1＝T2 ……(8) に保持されることを意味する。
ンドゲート１３の正電源端子に供給され、これに
より、増幅器２４の帰還ループが構成されること
から、平滑回路２２の出力電圧Vaが常に（静電
容量C3，C4の値にかかわらず）増幅器２４の非
反転入力端へ供給されている電圧Ｅ／２に保持さ
れるように動作する。このことは、フリツプフロ
ツプ１６の出力信号S2のデユーテイ比が常に１：
１に保持されることを意味し、また、第３図ロに
示す期間T1，T2が常に、 T1＝T2 ……(8) に保持されることを意味する。
すなわち、例えば第５図イに示す時刻t1におい
て静電容量C3が増大したとすると、第５図ニに
示すように、一時的に信号S2の“Ｈ”レベル期間
T1が“Ｌ”レベル期間T2より大となり、この結
果、積分回路２２の出力電圧Vaが、第５図ホに
示すように電圧Ｅ／２から徐々に上昇する。電圧
Vaが上昇すると、増幅器２４はその反転入力端
子の電圧をＥ／２に保つべくその出力電圧Ｖを
徐々に減少させる（第５図ヘ参照）。電圧Ｖが減
少すると、前記(6)式から明らかなように信号S5の
期間T1における波高値e1が減少し、したがつて、
期間T1が小となり、平滑回路２２の出力電圧Va
が徐々に減少する。そして、電圧Vaが再び電圧
Ｅ／２に戻ると、増幅器２４の出力電圧Ｖの下降
が停止し、以後、静電容量C3の変化があるまで
その電圧を保持する。このようにして、第２図に
示す回路は、期間T1，T2が常にT1＝T2となるよ
うに動作する。なお、第５図ロ，ハは各々信号S5
および信号S1を示す。また、第５図ホにおける一
点鎖線Ｇは増幅器２４の非反転入力端の電圧を示
す。
て静電容量C3が増大したとすると、第５図ニに
示すように、一時的に信号S2の“Ｈ”レベル期間
T1が“Ｌ”レベル期間T2より大となり、この結
果、積分回路２２の出力電圧Vaが、第５図ホに
示すように電圧Ｅ／２から徐々に上昇する。電圧
Vaが上昇すると、増幅器２４はその反転入力端
子の電圧をＥ／２に保つべくその出力電圧Ｖを
徐々に減少させる（第５図ヘ参照）。電圧Ｖが減
少すると、前記(6)式から明らかなように信号S5の
期間T1における波高値e1が減少し、したがつて、
期間T1が小となり、平滑回路２２の出力電圧Va
が徐々に減少する。そして、電圧Vaが再び電圧
Ｅ／２に戻ると、増幅器２４の出力電圧Ｖの下降
が停止し、以後、静電容量C3の変化があるまで
その電圧を保持する。このようにして、第２図に
示す回路は、期間T1，T2が常にT1＝T2となるよ
うに動作する。なお、第５図ロ，ハは各々信号S5
および信号S1を示す。また、第５図ホにおける一
点鎖線Ｇは増幅器２４の非反転入力端の電圧を示
す。
ところで、期間T1，T2は、
Ｔ＝−2R1（C3＋C4＋Cs）ln｛ｅ／（Ｅ／２）＋ｅ｝
……(9)
但し、
R1：抵抗１５の値
ｅ：期間T1においては電圧e1
期間T2においては電圧e′1
なる式により与えられる。なお、上記(9)式におけ
る「ｅ」は、期間T1においては第３図ホに示す
電圧e1であり、前述した第(2)式によつて与えられ
る。また、期間T2においては第３図ホに示す電
圧e1′であり、前述した第(3)式によつて与えられ
る。上記(9)式において、 −2R1（C3＋C4＋Cs） は期間T1，T2のいずれにおいても一定である。
したがつて、T1＝T2が成立つことは、 e1／（Ｅ／２）＋e1＝e′1／（Ｅ／２）＋e′1……
(10) なる式が成立つことを意味する。そして、この(10)
式を変形すると、 e1＝e′1 ……(11) なる式が得られる。この(11)式に前記(6)式および(3)
式を代入し、更に(7)式を代入すると、 C3／C3＋C4＋Cs・Ｖ＝C4／C3＋C4＋Cs・Ｅ……(12) なる式が得られ、この式から、 Ｖ＝C4／C3・Ｅ ……（13） なる式が得られる。
る「ｅ」は、期間T1においては第３図ホに示す
電圧e1であり、前述した第(2)式によつて与えられ
る。また、期間T2においては第３図ホに示す電
圧e1′であり、前述した第(3)式によつて与えられ
る。上記(9)式において、 −2R1（C3＋C4＋Cs） は期間T1，T2のいずれにおいても一定である。
したがつて、T1＝T2が成立つことは、 e1／（Ｅ／２）＋e1＝e′1／（Ｅ／２）＋e′1……
(10) なる式が成立つことを意味する。そして、この(10)
式を変形すると、 e1＝e′1 ……(11) なる式が得られる。この(11)式に前記(6)式および(3)
式を代入し、更に(7)式を代入すると、 C3／C3＋C4＋Cs・Ｖ＝C4／C3＋C4＋Cs・Ｅ……(12) なる式が得られ、この式から、 Ｖ＝C4／C3・Ｅ ……（13） なる式が得られる。
すなわち、第２図に示す回路においては、積分
回路１７の出力電圧ＶがC4／C3に比例する値と
なり、また、この値は浮遊容量Csの影響を全く
受けない。また、第２図に示すセンサ１１を用い
た場合はC4＝一定であり、したがつて、出力電
圧Ｖは１／C3に比例する値となる。すなわち、
第２図に示すセンサ１１を用いた場合、他の方式
では得ることができない１／C3に比例する出力、
言い換えれば、物理量の変化に比例する出力を積
分回路１７の出力として得ることができる。
回路１７の出力電圧ＶがC4／C3に比例する値と
なり、また、この値は浮遊容量Csの影響を全く
受けない。また、第２図に示すセンサ１１を用い
た場合はC4＝一定であり、したがつて、出力電
圧Ｖは１／C3に比例する値となる。すなわち、
第２図に示すセンサ１１を用いた場合、他の方式
では得ることができない１／C3に比例する出力、
言い換えれば、物理量の変化に比例する出力を積
分回路１７の出力として得ることができる。
なお、電圧Ｖおよび電源電圧Ｅ間には、
Ｖ＜Ｅ ……（14）
なる関係があり、この（14）式に前記（13）式を
代入すると、 C4＜C3 ……（15） なる関係が得られる。すなわち、第２図に示す回
路が正常に動作するためには、この（15）式の関
係が必要となる。
代入すると、 C4＜C3 ……（15） なる関係が得られる。すなわち、第２図に示す回
路が正常に動作するためには、この（15）式の関
係が必要となる。
第６図はこの発明の第２の実施例の構成を示す
回路図であり、この図において第２図の各部に対
応する部分には同一の符号が付してある。この図
に示す回路においては、増幅器２４の出力電圧Ｖ
を電界効果トランジスタ３２およびゼナーダイオ
ード３３の直列回路によつて４〜20ｍＡの電流信
号に変換して出力するようになつており、また、
その出力電流を増幅器３６によつて電流−電圧変
換してナンドゲート１３の正電源端子へ供給する
ようになつている。そして、この回路によつても
第２図に示す回路と同様の特性および効果を得る
ことができる。
回路図であり、この図において第２図の各部に対
応する部分には同一の符号が付してある。この図
に示す回路においては、増幅器２４の出力電圧Ｖ
を電界効果トランジスタ３２およびゼナーダイオ
ード３３の直列回路によつて４〜20ｍＡの電流信
号に変換して出力するようになつており、また、
その出力電流を増幅器３６によつて電流−電圧変
換してナンドゲート１３の正電源端子へ供給する
ようになつている。そして、この回路によつても
第２図に示す回路と同様の特性および効果を得る
ことができる。
なお、上述した第１、第２の実施例において
は、センサ１１ｃとして静電容量C3，C4の一方
C3のみが物理量にしたがつて変化するものを用
いたが、この発明による容量式変換装置は、例え
ば第１図に示すセンサ１のように静電容量C1，
C2の双方が物理量にしたがつて変化するものを
用いてもよい。
は、センサ１１ｃとして静電容量C3，C4の一方
C3のみが物理量にしたがつて変化するものを用
いたが、この発明による容量式変換装置は、例え
ば第１図に示すセンサ１のように静電容量C1，
C2の双方が物理量にしたがつて変化するものを
用いてもよい。
以上説明したように、この発明によれば、検出
すべき物理量の変化に応じて少なくとも一方の容
量が変化する直列接続された第１、第２の静電容
量を、交互に発振周波数を決定する要素とする発
振回路と、前記発振回路の出力をカウントするカ
ウンタと、このカウンタの出力に対応させて前記
第１、第２の静電容量を切換える切換手段と、前
記カウンタの出力を平滑する平滑手段と、この平
滑手段の出力を増幅し装置出力を発信する増幅手
段とを具備してなり、前記平滑手段の出力が前記
第１、第２の静電容量の値にかかわらず常時一定
値を保つように、前記増幅手段の出力によつて前
記前記第１、第２の静電容量へ印加する電圧の少
なくとも一方を制御するようにしたので、第１、
第２の静電容量の接続点および接地間に介在する
浮遊容量の影響を受けない容量式変換装置を提供
することができる。
すべき物理量の変化に応じて少なくとも一方の容
量が変化する直列接続された第１、第２の静電容
量を、交互に発振周波数を決定する要素とする発
振回路と、前記発振回路の出力をカウントするカ
ウンタと、このカウンタの出力に対応させて前記
第１、第２の静電容量を切換える切換手段と、前
記カウンタの出力を平滑する平滑手段と、この平
滑手段の出力を増幅し装置出力を発信する増幅手
段とを具備してなり、前記平滑手段の出力が前記
第１、第２の静電容量の値にかかわらず常時一定
値を保つように、前記増幅手段の出力によつて前
記前記第１、第２の静電容量へ印加する電圧の少
なくとも一方を制御するようにしたので、第１、
第２の静電容量の接続点および接地間に介在する
浮遊容量の影響を受けない容量式変換装置を提供
することができる。
第１図は従来の容量式変換装置の構成例を示す
回路図、第２図はこの発明の第１の実施例の構成
を示す回路図、第３図は同実施例における発振回
路１８およびフリツプフロツプ１６の動作を説明
するための波形図、第４図は同実施例におけるイ
ンバータ１３と反転増幅器１２との間の結合状態
を示す図、第５図は同実施例全体の動作を説明す
るための波形図、第６図はこの発明の第２の実施
例の構成を示す回路図である。 １３，１４……ナンドゲート（切換手段）、１
６……フリツプフロツプ（カウンタ）、１７……
積分回路、１８……発振回路、２２……平滑手
段、C3……第１の静電容量、C4……第２の静電
容量。
回路図、第２図はこの発明の第１の実施例の構成
を示す回路図、第３図は同実施例における発振回
路１８およびフリツプフロツプ１６の動作を説明
するための波形図、第４図は同実施例におけるイ
ンバータ１３と反転増幅器１２との間の結合状態
を示す図、第５図は同実施例全体の動作を説明す
るための波形図、第６図はこの発明の第２の実施
例の構成を示す回路図である。 １３，１４……ナンドゲート（切換手段）、１
６……フリツプフロツプ（カウンタ）、１７……
積分回路、１８……発振回路、２２……平滑手
段、C3……第１の静電容量、C4……第２の静電
容量。
Claims (1)
- １ 検出すべき物理量の変化に応じて少なくとも
一方の容量が変化する直列接続された第１、第２
の静電容量を、交互に発振周波数を決定する要素
とする発振回路と、前記発振回路の出力をカウン
トするカウンタと、このカウンタの出力に対応さ
せて前記第１、第２の静電容量を切換える切換手
段と、前記カウンタの出力を平滑する平滑手段
と、この平滑手段の出力を増幅し装置出力を発信
する増幅手段とを具備してなり、前記平滑手段の
出力が前記第１、第２の静電容量の値にかかわら
ず常時一定値を保つように、前記増幅手段の出力
によつて前記前記第１、第２の静電容量へ印加す
る電圧の少なくとも一方を制御することを特徴と
する容量式変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8218881A JPS57197419A (en) | 1981-05-29 | 1981-05-29 | Capacitance type converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8218881A JPS57197419A (en) | 1981-05-29 | 1981-05-29 | Capacitance type converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57197419A JPS57197419A (en) | 1982-12-03 |
| JPH0130412B2 true JPH0130412B2 (ja) | 1989-06-20 |
Family
ID=13767456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8218881A Granted JPS57197419A (en) | 1981-05-29 | 1981-05-29 | Capacitance type converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57197419A (ja) |
-
1981
- 1981-05-29 JP JP8218881A patent/JPS57197419A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57197419A (en) | 1982-12-03 |
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