JPH0216450B2 - - Google Patents
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- JPH0216450B2 JPH0216450B2 JP56025752A JP2575281A JPH0216450B2 JP H0216450 B2 JPH0216450 B2 JP H0216450B2 JP 56025752 A JP56025752 A JP 56025752A JP 2575281 A JP2575281 A JP 2575281A JP H0216450 B2 JPH0216450 B2 JP H0216450B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- output
- pulse width
- capacitor
- coefficient
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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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
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、差圧等の被測定量に応じて可
動電極が変位し容量が変化する可変コンデンサを
用いた容量式変換器に関する。
動電極が変位し容量が変化する可変コンデンサを
用いた容量式変換器に関する。
一般に容量式変換器においては、可変コンデン
サに並列に存在するストレイ容量の影響を受けて
直線性が悪い欠点があつた。また圧力変換器や差
圧変換器のように被測定量を金属ダイヤフラムで
変位に換えて可変コンデンサの容量を変化させる
場合には、金属ダイヤフラムの変位量が大きくな
ると被測定量に比例しなくなるため、被測定量と
出力とが非直線的になる欠点があつた。
サに並列に存在するストレイ容量の影響を受けて
直線性が悪い欠点があつた。また圧力変換器や差
圧変換器のように被測定量を金属ダイヤフラムで
変位に換えて可変コンデンサの容量を変化させる
場合には、金属ダイヤフラムの変位量が大きくな
ると被測定量に比例しなくなるため、被測定量と
出力とが非直線的になる欠点があつた。
本発明は、上述の如き非直線性を有効に補償で
きる容量式変換器を実現したものである。
きる容量式変換器を実現したものである。
第１図は本発明変換器一実施例を示す接続図で
ある。図において、C1は可変コンデンサで、圧
力等の被測定量に応じて変位する可動電極１０と
この可動電極１０に対向配置されている固定電極
１１とで構成されており、可動電極１０は基準点
に、固定電極１１はスイツチSW1に接続されてい
る。C2は固定コンデンサで、一方の電極はスイ
ツチSW2に、他方の電極は基準点に接続されてい
る。SW1のON側とSW2のOFF側とがP1点で共通
に接続され、SW1のOFF側とSW2のON側とがP2
点で共通に接続されている。BAは演算増幅器
OPを用いたバツフア増幅器で、OPの非反転入力
端子(+)に共通接続点P1が接続され、OPの出力
端子が前記共通接続点P2に接続されるとともに
非反転入力端子(-)に接続されて、P2の電位E2を
P1の電位E1に常に等しく保つ。COは比較器で、
ブロツク図内に示す如くヒステリシス特性を持つ
ており、前記共通接続点P1の電位E1が上限域値
Ｈを越えたときオンからオフに反転し、E1が下
限域値Ｌに達するとオンに復する一定振幅Erの
パルス幅電圧をPWを発生する。このパルス幅電
圧PWは抵抗Ｒを介して共通接続点P1に与えられ
るとともに、前記スイツチSW1，SW2を駆動し
て、コンデンサC1の充電とコンデンサC2の放電
を制御する。またパルス幅電圧PWはスイツチ
SW３を駆動し、PWがオンのとき負の基準電圧
−Es2をフイルタ回路FCに与え、オフのとき正の
基準電圧Es1と出力電圧Eoに関連した帰還電圧
kEoとの和をフイルタ回路FCに与える。すなわ
ちスイツチSW3のON側には負の基準電圧Es2が
加えられており、OFF側には正の基準電圧Es1と
出力電圧Eoを係数器Ｋでｋ倍した帰還電圧kEo
とが加算器ADで加算された後加えられている。
AMPは一定ゲインA1の増幅器で、フイルタ回路
FCで平滑された電圧を増幅し出力電圧Eoとして
出力端子OUTに与えるものである。
ある。図において、C1は可変コンデンサで、圧
力等の被測定量に応じて変位する可動電極１０と
この可動電極１０に対向配置されている固定電極
１１とで構成されており、可動電極１０は基準点
に、固定電極１１はスイツチSW1に接続されてい
る。C2は固定コンデンサで、一方の電極はスイ
ツチSW2に、他方の電極は基準点に接続されてい
る。SW1のON側とSW2のOFF側とがP1点で共通
に接続され、SW1のOFF側とSW2のON側とがP2
点で共通に接続されている。BAは演算増幅器
OPを用いたバツフア増幅器で、OPの非反転入力
端子(+)に共通接続点P1が接続され、OPの出力
端子が前記共通接続点P2に接続されるとともに
非反転入力端子(-)に接続されて、P2の電位E2を
P1の電位E1に常に等しく保つ。COは比較器で、
ブロツク図内に示す如くヒステリシス特性を持つ
ており、前記共通接続点P1の電位E1が上限域値
Ｈを越えたときオンからオフに反転し、E1が下
限域値Ｌに達するとオンに復する一定振幅Erの
パルス幅電圧をPWを発生する。このパルス幅電
圧PWは抵抗Ｒを介して共通接続点P1に与えられ
るとともに、前記スイツチSW1，SW2を駆動し
て、コンデンサC1の充電とコンデンサC2の放電
を制御する。またパルス幅電圧PWはスイツチ
SW３を駆動し、PWがオンのとき負の基準電圧
−Es2をフイルタ回路FCに与え、オフのとき正の
基準電圧Es1と出力電圧Eoに関連した帰還電圧
kEoとの和をフイルタ回路FCに与える。すなわ
ちスイツチSW3のON側には負の基準電圧Es2が
加えられており、OFF側には正の基準電圧Es1と
出力電圧Eoを係数器Ｋでｋ倍した帰還電圧kEo
とが加算器ADで加算された後加えられている。
AMPは一定ゲインA1の増幅器で、フイルタ回路
FCで平滑された電圧を増幅し出力電圧Eoとして
出力端子OUTに与えるものである。
このように構成した本発明において、比較器
COの出力PWがオンであると、SW1，SW2がON
側になりコンデンサC1が抵抗Ｒを介して充電さ
れ、充電電圧Ec1はC1Rの時定数で上昇する。こ
の電圧Ec1が比較器COの入力電圧E1となつてい
るので、Ec1が大きくなりCOの上限域値Ｈを越え
ると、COの出力PWはオフになる。COの出力
PWがオンの間コンデンサC2の端子電圧Ec2はOP
によつてEc1を追従し、常にEc2＝Ec1を保つてい
る。COの出力PWがオフになり、SW1，SW2が
OFF側に接続されると、コンデンサC2の電荷が
抵抗Ｒを介して放電され、C2の電圧Ec2はC2Rの
時定数で減少する。このEc2がCOの入力電圧E1
となつているので、Ec2が減少し下限域値Ｌに達
すると、COの出力PWはオンに復する。COの出
力PWがオフの間コンデンサC1の端子電圧Ec1は
OPによつて追従し、常にEc1＝Ec2を保つてい
る。このようにして比較器COとスイツチSW1，
SW2および一対のコンデンサC1，C2からなるル
ープは周期的にオンオフを繰り返し自励振動す
る。これらの関係を示したのが第２図の波形図
で、イは比較器COの入力電圧E1の波形図、ロは
比較器出力PWの波形図、ハはスイツチSW1，
SW2の動作波形図ある。自励振動ループがオンと
なつている時間t1はC1Rに、オフとなつている時
間t2はC2Rにそれぞれ比例する。したがつて、自
励振動ループのパルス幅信号PWのデユテイレシ
オt1／Ｔは、 t1／Ｔ＝t1／t1＋t2＝C1／C1＋C2 …(1) となる。このパルス幅信号PWでスイツチSW3が
駆動され、PWがオンのときフイルタ回路FCに
−Es2なる電圧を加え、オフのとき（kEo＋Es1）
なる電圧を加えるので、フイルタ回路FCの出力
には次式に示す如き平均値電圧E3が生ずる。
COの出力PWがオンであると、SW1，SW2がON
側になりコンデンサC1が抵抗Ｒを介して充電さ
れ、充電電圧Ec1はC1Rの時定数で上昇する。こ
の電圧Ec1が比較器COの入力電圧E1となつてい
るので、Ec1が大きくなりCOの上限域値Ｈを越え
ると、COの出力PWはオフになる。COの出力
PWがオンの間コンデンサC2の端子電圧Ec2はOP
によつてEc1を追従し、常にEc2＝Ec1を保つてい
る。COの出力PWがオフになり、SW1，SW2が
OFF側に接続されると、コンデンサC2の電荷が
抵抗Ｒを介して放電され、C2の電圧Ec2はC2Rの
時定数で減少する。このEc2がCOの入力電圧E1
となつているので、Ec2が減少し下限域値Ｌに達
すると、COの出力PWはオンに復する。COの出
力PWがオフの間コンデンサC1の端子電圧Ec1は
OPによつて追従し、常にEc1＝Ec2を保つてい
る。このようにして比較器COとスイツチSW1，
SW2および一対のコンデンサC1，C2からなるル
ープは周期的にオンオフを繰り返し自励振動す
る。これらの関係を示したのが第２図の波形図
で、イは比較器COの入力電圧E1の波形図、ロは
比較器出力PWの波形図、ハはスイツチSW1，
SW2の動作波形図ある。自励振動ループがオンと
なつている時間t1はC1Rに、オフとなつている時
間t2はC2Rにそれぞれ比例する。したがつて、自
励振動ループのパルス幅信号PWのデユテイレシ
オt1／Ｔは、 t1／Ｔ＝t1／t1＋t2＝C1／C1＋C2 …(1) となる。このパルス幅信号PWでスイツチSW3が
駆動され、PWがオンのときフイルタ回路FCに
−Es2なる電圧を加え、オフのとき（kEo＋Es1）
なる電圧を加えるので、フイルタ回路FCの出力
には次式に示す如き平均値電圧E3が生ずる。
E3＝C2／C1＋C2・kEo＋C2−αC1／C1＋C2Es1 …(2)
ただし α＝｜Es2｜／｜Es1｜
この平均値電圧E3が増幅器AMPで増幅されて出
力電圧Eoとなるので、AMPのゲインをA1とする
と出力電圧Eoは、 Eo＝A1（C2−αC1）／C1＋C2−kA1C2Es1 …(3) となる。
力電圧Eoとなるので、AMPのゲインをA1とする
と出力電圧Eoは、 Eo＝A1（C2−αC1）／C1＋C2−kA1C2Es1 …(3) となる。
一方可変コンデンサC1の容量は変位量ｘに対
し、初期容量をCo、可動電極１０と固定電極１
１間の基準間隔をｄ（ｘ＝０のとき）およびスト
レイ容量をCsとすると、 C1＝Coｄ／ｄ＋ｘ＋Cs …(4) の関係で変化する。よつて出力電圧Eoは、 Eo＝A1｛（C2−αCo−αCs）ｄ＋（C2−αCs）ｘ
｝／（C2＋Co＋Cs−A1kC2）ｄ＋（C2＋Cs−A1kC2）ｘEs
1…(5) となる。ここで、 Ｋ＝C2＋Cs／A1C2 …(6) を満足するように係数器Ｋの係数ｋを調整すれ
ば、出力電圧Eoは、 Eo＝A2（１＋A3ｘ／ｄ）Es1 …(7) ただし A2＝A1（C2−αCo−αCs）／Co A3＝C2−αCs／C2−αCo−αCs となり、しかもCo、Cs、C2、α、ｄ、A1は一定
値であるので、出力電圧Eoは変位量ｘに正確に
対応したものとなる。なお、固定コンデンサC2
の容量をC2＝Co＋Csに選び、かつα＝１になる
ように選べば、出力電圧Eoは、 Eo＝A1ｘ／ｄEs1 となる、また、α＝０とすれば、A3＝１、A2＝
C2／CoA1となり、Es2を零にしても動作できるので、 スイツチSW3のON側を基準点に接続できて負の
基準電源を省略できる。
し、初期容量をCo、可動電極１０と固定電極１
１間の基準間隔をｄ（ｘ＝０のとき）およびスト
レイ容量をCsとすると、 C1＝Coｄ／ｄ＋ｘ＋Cs …(4) の関係で変化する。よつて出力電圧Eoは、 Eo＝A1｛（C2−αCo−αCs）ｄ＋（C2−αCs）ｘ
｝／（C2＋Co＋Cs−A1kC2）ｄ＋（C2＋Cs−A1kC2）ｘEs
1…(5) となる。ここで、 Ｋ＝C2＋Cs／A1C2 …(6) を満足するように係数器Ｋの係数ｋを調整すれ
ば、出力電圧Eoは、 Eo＝A2（１＋A3ｘ／ｄ）Es1 …(7) ただし A2＝A1（C2−αCo−αCs）／Co A3＝C2−αCs／C2−αCo−αCs となり、しかもCo、Cs、C2、α、ｄ、A1は一定
値であるので、出力電圧Eoは変位量ｘに正確に
対応したものとなる。なお、固定コンデンサC2
の容量をC2＝Co＋Csに選び、かつα＝１になる
ように選べば、出力電圧Eoは、 Eo＝A1ｘ／ｄEs1 となる、また、α＝０とすれば、A3＝１、A2＝
C2／CoA1となり、Es2を零にしても動作できるので、 スイツチSW3のON側を基準点に接続できて負の
基準電源を省略できる。
なお、係数器Ｋの係数値ｋの値をｋ＜C2＋Cs／A1C2
になるように調整すれば、出力電圧Eoの増加率
は変位量ｘが大きくなる程増加し、ｋ＞C2＋Cs／A1C2 に調整すれば変位量ｘが大きくなる程減少するよ
うになり、入出力関係を非直線にできる。しかも
その非直線性の大きさは係数ｋの値を変えること
で設定できる。したがつて、例えば金属ダイヤフ
ラムで差圧や圧力を変位に変換する場合のよう
に、被測定量と可動電極１０の変位量ｘとの非直
線性を補正できる。
は変位量ｘが大きくなる程増加し、ｋ＞C2＋Cs／A1C2 に調整すれば変位量ｘが大きくなる程減少するよ
うになり、入出力関係を非直線にできる。しかも
その非直線性の大きさは係数ｋの値を変えること
で設定できる。したがつて、例えば金属ダイヤフ
ラムで差圧や圧力を変位に変換する場合のよう
に、被測定量と可動電極１０の変位量ｘとの非直
線性を補正できる。
なお、スイツチSW1，SW2としては電界効果ト
ランジスタ等の電子スイツチが好適であるが、第
３図に示すようにスイツチSW1，SW2としてダイ
オードD1〜D4を用いれば全体構成をさらに簡単
にできる。また、容量をパルス幅信号に変換する
手段としては、第４図に示すように２個の比較器
CO1，CO2とフリツプフロツプFFを用いたもので
あつてもよい。いまFFがセツト状態で、パルス
幅信号PWが発生していると、SW1がオフ、SW2
がオンで、コンデンサC1側が充電され、コンデ
ンサC2側が放電されている。そしてC1側の充電
電圧がC1Rなる時定数で上昇し、CO1の設定値に
達すると、FFがリセツトされ、SW1がオン、
SW2がオフに切替わり、C1側が放電され、C2側
が充電される。その結果C2側の充電電圧がC2Rの
時定数で上昇し、CO2の設定値に達すると、FF
が再びセツトされ、上述の動作を繰り返す。した
がつて、FFがセツトされている時間t1はC1Rに、
オフとなつている時間t2はC2Rにそれぞれ比例
し、FFの出力Ｑにデユテイレシオが１式と同じ
パルス幅信号PWがえられる。またパルス幅信号
PWをフオトカプラ等の絶縁結合手段を介して出
力側に伝達すれば、入出力絶縁ができる。さらに
可変コンデンサC1の初期容量Co等が温度による
影響を受ける場合には、基準電圧Es1を温度に応
じて変化できるように構成すれば有効に温度によ
る影響を補償できる。
ランジスタ等の電子スイツチが好適であるが、第
３図に示すようにスイツチSW1，SW2としてダイ
オードD1〜D4を用いれば全体構成をさらに簡単
にできる。また、容量をパルス幅信号に変換する
手段としては、第４図に示すように２個の比較器
CO1，CO2とフリツプフロツプFFを用いたもので
あつてもよい。いまFFがセツト状態で、パルス
幅信号PWが発生していると、SW1がオフ、SW2
がオンで、コンデンサC1側が充電され、コンデ
ンサC2側が放電されている。そしてC1側の充電
電圧がC1Rなる時定数で上昇し、CO1の設定値に
達すると、FFがリセツトされ、SW1がオン、
SW2がオフに切替わり、C1側が放電され、C2側
が充電される。その結果C2側の充電電圧がC2Rの
時定数で上昇し、CO2の設定値に達すると、FF
が再びセツトされ、上述の動作を繰り返す。した
がつて、FFがセツトされている時間t1はC1Rに、
オフとなつている時間t2はC2Rにそれぞれ比例
し、FFの出力Ｑにデユテイレシオが１式と同じ
パルス幅信号PWがえられる。またパルス幅信号
PWをフオトカプラ等の絶縁結合手段を介して出
力側に伝達すれば、入出力絶縁ができる。さらに
可変コンデンサC1の初期容量Co等が温度による
影響を受ける場合には、基準電圧Es1を温度に応
じて変化できるように構成すれば有効に温度によ
る影響を補償できる。
以上説明したように本発明においては、被測定
量に応じて変化する容量をパルス幅信号に変換し
た後直流電圧に変換するものにおいて、パルス幅
信号を直流電圧に変換する回路で非直線性を補償
するようにしているので、被測定量に応じて変化
する容量をパルス幅信号に変換する回路として
種々の回路を用いることができ、簡単な構成で非
直線性を有効に補償できる容量式変換器が得られ
る。
量に応じて変化する容量をパルス幅信号に変換し
た後直流電圧に変換するものにおいて、パルス幅
信号を直流電圧に変換する回路で非直線性を補償
するようにしているので、被測定量に応じて変化
する容量をパルス幅信号に変換する回路として
種々の回路を用いることができ、簡単な構成で非
直線性を有効に補償できる容量式変換器が得られ
る。
第１図は本発明変換器の一実施例を示す接続
図、第２図は本発明変換器の動作説明のための波
形図、第３図および第４図は本発明変換器の他の
実施例を示す接続図である。 C1…可変コンデンサ、C2…固定コンデンサ、
CO…比較器、SW1，SW2，SW3…スイツチ、
BA…バツフア増幅器、KC…係数器、AD…加算
器、FC…フイルタ回路、AMP…増幅器、OUT
…出力端子。
図、第２図は本発明変換器の動作説明のための波
形図、第３図および第４図は本発明変換器の他の
実施例を示す接続図である。 C1…可変コンデンサ、C2…固定コンデンサ、
CO…比較器、SW1，SW2，SW3…スイツチ、
BA…バツフア増幅器、KC…係数器、AD…加算
器、FC…フイルタ回路、AMP…増幅器、OUT
…出力端子。
Claims (1)
- １ 被測定量に応じて容量が変化する可変コンデ
ンサと、固定コンデンサと、前記可変コンデンサ
と固定コンデンサを充放電させ、両コンデンサの
容量の和に対応した周期で、パルス幅が両コンデ
ンサのいずれか一方の容量に対応したパルス幅信
号を得る手段と、このパルス幅信号で駆動され、
帰還電圧と正の基準電圧との和と、零または負の
基準電圧とを切換えてフイルタ回路に与えるスイ
ツチと、前記フイルタ回路の出力に得られる平均
値電圧を前記出力電圧として取り出す手段と、こ
の出力電圧に係数を乗じて前記帰還電圧とする係
数器とを具備し、前記係数器の係数の値を調整し
て非直線性を補償することを特徴とする容量式変
換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2575281A JPS57139612A (en) | 1981-02-24 | 1981-02-24 | Capacitance type converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2575281A JPS57139612A (en) | 1981-02-24 | 1981-02-24 | Capacitance type converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57139612A JPS57139612A (en) | 1982-08-28 |
| JPH0216450B2 true JPH0216450B2 (ja) | 1990-04-17 |
Family
ID=12174559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2575281A Granted JPS57139612A (en) | 1981-02-24 | 1981-02-24 | Capacitance type converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57139612A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3642930A1 (de) * | 1985-12-16 | 1987-06-19 | Toho Rayon Kk | Kohlenstoffaser-kord fuer die kautschukverstaerkung und verfahren zu dessen herstellung |
| FR2920534A1 (fr) * | 2007-12-14 | 2009-03-06 | Siemens Vdo Automotive Sas | Capteur de position |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5840125B2 (ja) * | 1974-11-25 | 1983-09-03 | 株式会社島津製作所 | セイデンヨウリヨウ − チヨクリユウデンアツヘンカンソウチ |
| JPS5252676A (en) * | 1975-10-24 | 1977-04-27 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Capacity-to-electricity converter |
| JPS55159109A (en) * | 1979-05-30 | 1980-12-11 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Capacity type displacement converter |
-
1981
- 1981-02-24 JP JP2575281A patent/JPS57139612A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57139612A (en) | 1982-08-28 |
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