JPH0337501A - 静電容量型検出装置 - Google Patents
静電容量型検出装置Info
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- JPH0337501A JPH0337501A JP1171731A JP17173189A JPH0337501A JP H0337501 A JPH0337501 A JP H0337501A JP 1171731 A JP1171731 A JP 1171731A JP 17173189 A JP17173189 A JP 17173189A JP H0337501 A JPH0337501 A JP H0337501A
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- G—PHYSICS
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
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-
- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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-
- G—PHYSICS
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- G01D5/2405—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 varying dielectric
-
- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は静電容量型検出装置に関し、更に詳しくはプー
ル、河川の水位検知、ロボットの手の先端における物体
の検知、工場等におけるベルトコンベア上の物体の検知
等に用いられる静電容量型検出装置に関する。
ル、河川の水位検知、ロボットの手の先端における物体
の検知、工場等におけるベルトコンベア上の物体の検知
等に用いられる静電容量型検出装置に関する。
［従来の技術］
水位検知やロボットの手の先端における物体の存在の検
知のために、従来から種々の型式のセンサや検出装置が
開発されてきている。その一つとしてコンデンサの静電
容量の変化を利用したセンサがある。これは被検出物か
電極に接近する時の微小な分布容量即ちストレー容量の
変化を利用して該コンデンサを含む共振回路の共振周波
数を変化せしめる等して、該被検出物の接近、存在等を
検知するものである。
知のために、従来から種々の型式のセンサや検出装置が
開発されてきている。その一つとしてコンデンサの静電
容量の変化を利用したセンサがある。これは被検出物か
電極に接近する時の微小な分布容量即ちストレー容量の
変化を利用して該コンデンサを含む共振回路の共振周波
数を変化せしめる等して、該被検出物の接近、存在等を
検知するものである。
この場合、検出精度を上げるためには共振周波数を高い
値、例えば数１０ｋＨ２〜数ＭＨｚに設定する必要があ
ることから、その共振周波数を決定する一要素であるセ
ンサの静電容量は極めて小さくしなければならない。又
、高いＱを確保するためにも静電容量を小さくする必要
かある。通常、かかるセンサの静電容量はＯ，ｌｐｆ〜
５ｐｆである。従って、従来の静電容量型センサにおい
ては第９図に示すように被検出物に対向する検出電極１
０と、これに対向する接地電極１２、及びこの接地電極
に対向するその他の電極１４は、それぞれ所定の空間間
隔を以て配され、特に、これらの各電極が相隣する電極
と面と面で対向しないよう、接地電極１２、その他の電
極１４は中空円筒状の部材を軸方向に配した構造となっ
ていた。これら中空円筒状の接地電極１２及びその他の
電極１４の中空内部に合成樹脂等を充填してしまうと、
静電容量が増加して共振周波数とＱが低下する。従って
センサのケース内にこれらの電極を固定する場合、上記
中空部は空洞となっている。
値、例えば数１０ｋＨ２〜数ＭＨｚに設定する必要があ
ることから、その共振周波数を決定する一要素であるセ
ンサの静電容量は極めて小さくしなければならない。又
、高いＱを確保するためにも静電容量を小さくする必要
かある。通常、かかるセンサの静電容量はＯ，ｌｐｆ〜
５ｐｆである。従って、従来の静電容量型センサにおい
ては第９図に示すように被検出物に対向する検出電極１
０と、これに対向する接地電極１２、及びこの接地電極
に対向するその他の電極１４は、それぞれ所定の空間間
隔を以て配され、特に、これらの各電極が相隣する電極
と面と面で対向しないよう、接地電極１２、その他の電
極１４は中空円筒状の部材を軸方向に配した構造となっ
ていた。これら中空円筒状の接地電極１２及びその他の
電極１４の中空内部に合成樹脂等を充填してしまうと、
静電容量が増加して共振周波数とＱが低下する。従って
センサのケース内にこれらの電極を固定する場合、上記
中空部は空洞となっている。
かかる構造の従来のセンサは、その静電容量が小さいの
で周囲温度の変化による静電容量の変化量も小さいが、
測定回路の感度を極端に上げると、静電容量のわずかな
変化でも共振周波数に影響を与えてしまう。従って検出
感度を十分に上げることが困難である。かかる温度変化
による静電容量の変化による影響は逆温度特性のコンデ
ンサを付加することで、ある程度改善できるが、これた
けでは不十分であり、温度変化による検出感度の低下を
防止する有効な補償手段がなかった。
で周囲温度の変化による静電容量の変化量も小さいが、
測定回路の感度を極端に上げると、静電容量のわずかな
変化でも共振周波数に影響を与えてしまう。従って検出
感度を十分に上げることが困難である。かかる温度変化
による静電容量の変化による影響は逆温度特性のコンデ
ンサを付加することで、ある程度改善できるが、これた
けでは不十分であり、温度変化による検出感度の低下を
防止する有効な補償手段がなかった。
このような問題を解決すべく、本出願人は本発明に先立
ち検出用と比較用の２つのコンデンサを直列に接続し、
両コンデンザに交流信号を与え静電容量の変化を位相の
変化として測定するための位相比較測定用３極センサを
開発し、特許出願している（特願昭６１−２０１１２９
号）。
ち検出用と比較用の２つのコンデンサを直列に接続し、
両コンデンザに交流信号を与え静電容量の変化を位相の
変化として測定するための位相比較測定用３極センサを
開発し、特許出願している（特願昭６１−２０１１２９
号）。
この位相比較測定用３極センサでは検出用コンデンサと
比較用コンデンサを実質的に同一の構造とし、又周囲温
度の影響が両コンデンサに同様に及ぶ構成としており、
両コンデンサを直列接続し、接続点を接地することによ
り対称回路を構成しているので、温度変化に対して差動
に働き、常に零点バランスを保つものと考えられた。し
かし、検出用と比較用の２つのコンデンサを直列接続し
て交流信号を与え、両者間の位相差を検出する方法によ
れば、ある程度め温度補償はできるものの、例えば５°
Ｃから５０°Ｃへの温度変化により３０％以上の測定誤
差があり温度変化による測定誤差を極端に減少させるこ
とはできなかった。又、測定精度を上げるためにはコン
デンサの個体差を少なくするための選別組合せや、配置
等において調整を行う必要があり、量産化に適さないと
いう問題もあった。
比較用コンデンサを実質的に同一の構造とし、又周囲温
度の影響が両コンデンサに同様に及ぶ構成としており、
両コンデンサを直列接続し、接続点を接地することによ
り対称回路を構成しているので、温度変化に対して差動
に働き、常に零点バランスを保つものと考えられた。し
かし、検出用と比較用の２つのコンデンサを直列接続し
て交流信号を与え、両者間の位相差を検出する方法によ
れば、ある程度め温度補償はできるものの、例えば５°
Ｃから５０°Ｃへの温度変化により３０％以上の測定誤
差があり温度変化による測定誤差を極端に減少させるこ
とはできなかった。又、測定精度を上げるためにはコン
デンサの個体差を少なくするための選別組合せや、配置
等において調整を行う必要があり、量産化に適さないと
いう問題もあった。
従って本発明は温度変化による測定誤差が極めて少なり
１．安定した測定ができ、又、調整の不要な静電容量型
検出装置を提供することを目的とする。
１．安定した測定ができ、又、調整の不要な静電容量型
検出装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明では検出装置のセンサ
として２つのコンデンサを直列接続するのではなく、単
一のコンデンサを用いるようにしている。すなわちセン
サ部として単一のコンデンサを形成する２枚の導体とこ
の導体間にスペーサとして配置される誘電体を用い、こ
の単一のコンデンサに交流信号を与え、コンデンサの両
極における同相除去比を向上させながら交流信号位相の
差を検出するようにしているのである。
として２つのコンデンサを直列接続するのではなく、単
一のコンデンサを用いるようにしている。すなわちセン
サ部として単一のコンデンサを形成する２枚の導体とこ
の導体間にスペーサとして配置される誘電体を用い、こ
の単一のコンデンサに交流信号を与え、コンデンサの両
極における同相除去比を向上させながら交流信号位相の
差を検出するようにしているのである。
すなわち、本発明によれば被測定物に近接するよう配さ
れた第１電極と、前記第１電極に近接して′配された第
２電極と、前記第１及び第２電極間に配された板状誘電
体と、前記第１電極に一端が接続された第１抵抗と、前
記第２電極に一端が接続された第２抵抗と、前記第１抵
抗及び前記第２抵抗の他端と接地の藺に接続された交流
信号発振器と、前記第１電極と前記第２電極に接続され
た位相差検出手段とからなる静電容量型検出装置が提供
される。
れた第１電極と、前記第１電極に近接して′配された第
２電極と、前記第１及び第２電極間に配された板状誘電
体と、前記第１電極に一端が接続された第１抵抗と、前
記第２電極に一端が接続された第２抵抗と、前記第１抵
抗及び前記第２抵抗の他端と接地の藺に接続された交流
信号発振器と、前記第１電極と前記第２電極に接続され
た位相差検出手段とからなる静電容量型検出装置が提供
される。
［作用］
コンデンサを形成する２枚の導体中一方は被測定物に近
接して配される。このとき被測定物に近い方の導体、す
なわち検出電極におけるストレー容量が増加し、本来対
称特性故に等しいはずのストレー容量のバランスがくず
れ、その結果側導体（電極）における位相に差を生じる
。この位相差を検出することにより被測定物の有無、接
近距離等を検出、測定することができる。周囲温度が変
化した場合、誘電体の静電容量が変化するが、両電極に
対して交流電源が対称に接続されているため、両電極が
交流的に直結され、位相差を生じることがない。又温度
変化によるストレー容量の変化は両電極で同様であるた
め、これまた位相差を生じない。従って広い温度範囲に
わたって測定誤差の少ない正確な測定が可能となる。
接して配される。このとき被測定物に近い方の導体、す
なわち検出電極におけるストレー容量が増加し、本来対
称特性故に等しいはずのストレー容量のバランスがくず
れ、その結果側導体（電極）における位相に差を生じる
。この位相差を検出することにより被測定物の有無、接
近距離等を検出、測定することができる。周囲温度が変
化した場合、誘電体の静電容量が変化するが、両電極に
対して交流電源が対称に接続されているため、両電極が
交流的に直結され、位相差を生じることがない。又温度
変化によるストレー容量の変化は両電極で同様であるた
め、これまた位相差を生じない。従って広い温度範囲に
わたって測定誤差の少ない正確な測定が可能となる。
［実施例コ
以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明に係る静電容量型検出装置のセンサ部の
側面断面図であり、第２図は第１図の■−ｎ線における
断面図である。このセンサ部は合成樹脂等のケース３０
に収められた３層構造のコンデンサＣを有しており、そ
の固定のために支持部材３４が用いられている。コンデ
ンサＣは２枚の銅箔等の金属箔２０．２２と１枚のガラ
ス布・エポキシ基板、テフロン、ポリイミド等の板状又
はフィルム状誘電体基板２６を３層のサンドインチ積層
構造としたものである。この金属箔２０．２２は基板２
６に貼付するか又は化学処理、真空蒸着、スパッタリン
グ等により設ける。金属箔２０及び２２はそれぞれ検出
用電極（第１電極）及び補償用又は比較用電極（第２電
極）であり、金属箔２０はケース３０の先端に配され、
外部の被測定物に近接して配されることとなる。各電極
２０１２２の一端にはリード線３２がそれぞれ取り付け
られている。尚、誘電体基板２６の材質としては、他の
合成樹脂やセラミック、硝子等の薄板も用いることがで
きるが、後述するように、平板状でなく湾曲させる場合
は、ポリイミド等のフレキシブルなものが好適である。
側面断面図であり、第２図は第１図の■−ｎ線における
断面図である。このセンサ部は合成樹脂等のケース３０
に収められた３層構造のコンデンサＣを有しており、そ
の固定のために支持部材３４が用いられている。コンデ
ンサＣは２枚の銅箔等の金属箔２０．２２と１枚のガラ
ス布・エポキシ基板、テフロン、ポリイミド等の板状又
はフィルム状誘電体基板２６を３層のサンドインチ積層
構造としたものである。この金属箔２０．２２は基板２
６に貼付するか又は化学処理、真空蒸着、スパッタリン
グ等により設ける。金属箔２０及び２２はそれぞれ検出
用電極（第１電極）及び補償用又は比較用電極（第２電
極）であり、金属箔２０はケース３０の先端に配され、
外部の被測定物に近接して配されることとなる。各電極
２０１２２の一端にはリード線３２がそれぞれ取り付け
られている。尚、誘電体基板２６の材質としては、他の
合成樹脂やセラミック、硝子等の薄板も用いることがで
きるが、後述するように、平板状でなく湾曲させる場合
は、ポリイミド等のフレキシブルなものが好適である。
この場合その厚さは５０μｍ〜１００μｍが最適である
。尚、例えば湾曲させない場合であっても容量や熱伝導
の観点から、誘電体基板２６の厚さは１〜２ｍｍ程度が
好ましい。第１図の例では誘電体基板２６の厚さは１．
６ｍｍである。
。尚、例えば湾曲させない場合であっても容量や熱伝導
の観点から、誘電体基板２６の厚さは１〜２ｍｍ程度が
好ましい。第１図の例では誘電体基板２６の厚さは１．
６ｍｍである。
第２図に示すようにコンデンサＣは円形であり、円筒状
ケース３０内に収められているが、この形状は円形に限
らず、多角形や楕円形等所望の形状とすることができる
。この形状を円形とし、直径３ｃｍとすると、誘電体基
板２６の厚みにより数ｐｆ〜数十ｐｆの静電容量のコン
デンサＣが得られる。
ケース３０内に収められているが、この形状は円形に限
らず、多角形や楕円形等所望の形状とすることができる
。この形状を円形とし、直径３ｃｍとすると、誘電体基
板２６の厚みにより数ｐｆ〜数十ｐｆの静電容量のコン
デンサＣが得られる。
尚、コンデンサＣは充填剤によることなく支持部材３４
で周辺が固定されており、外部からの衝撃に強い構造と
なっている。なお、充填剤を用いると、その種類や使用
条件によっては熱膨張により充填剤がコンデンサ表面か
ら剥離することがある。
で周辺が固定されており、外部からの衝撃に強い構造と
なっている。なお、充填剤を用いると、その種類や使用
条件によっては熱膨張により充填剤がコンデンサ表面か
ら剥離することがある。
第１図及び第２図に示すセンサ部は２つの抵抗を介して
交流信号発振器からなる交流１１＃に接続されると共に
、位相差検出手段に接続される。本検出装置を使用する
際にはケース３０の先端（第１図の左端）を図示しない
被測定物が接近できる位置に配する。第３図及び第４図
において４０は交流電源、４０−はパルス発生回路、４
２．４４．４６．４８．５０．５６．５８．６０，６８
．８４．８６．８８．９２．９４．９６は抵抗、５２．
６２はオペアンプ、５４．６４．７４はコンデンサ、６
６は可変抵抗、７０．７２はタイオード、８０．８２は
ＦＥＴ、９０，９８はツェナーダイオード、１００はＤ
フリップフロップ、１０２．１０４は位相差検出手段で
ある。尚、オペアンプ５２、コンデンサ５４、抵抗５６
及びオペアンプ６２、コンデンサ６４、可変出以降６６
はそれぞれローパスフィルタを構成している。
交流信号発振器からなる交流１１＃に接続されると共に
、位相差検出手段に接続される。本検出装置を使用する
際にはケース３０の先端（第１図の左端）を図示しない
被測定物が接近できる位置に配する。第３図及び第４図
において４０は交流電源、４０−はパルス発生回路、４
２．４４．４６．４８．５０．５６．５８．６０，６８
．８４．８６．８８．９２．９４．９６は抵抗、５２．
６２はオペアンプ、５４．６４．７４はコンデンサ、６
６は可変抵抗、７０．７２はタイオード、８０．８２は
ＦＥＴ、９０，９８はツェナーダイオード、１００はＤ
フリップフロップ、１０２．１０４は位相差検出手段で
ある。尚、オペアンプ５２、コンデンサ５４、抵抗５６
及びオペアンプ６２、コンデンサ６４、可変出以降６６
はそれぞれローパスフィルタを構成している。
まず第３図の回路について説明すると、交流電源４０か
らの例えば３ ｋＨｚの周波数の交流は抵抗４２．４４
を介してコンデンサＣの第１及び第２の検出電極２０及
び比較電極２２にそれぞれ与えられる。この抵抗４２．
４４としては必要に応じて、サーミスタ、金属被膜抵抗
、カーボン抵抗又はこれらの組合せを用いることかでき
る。この場合抵抗４２．４４は温度補償の観点からコン
デンサＣの近傍に配しておくことが好ましい。
らの例えば３ ｋＨｚの周波数の交流は抵抗４２．４４
を介してコンデンサＣの第１及び第２の検出電極２０及
び比較電極２２にそれぞれ与えられる。この抵抗４２．
４４としては必要に応じて、サーミスタ、金属被膜抵抗
、カーボン抵抗又はこれらの組合せを用いることかでき
る。この場合抵抗４２．４４は温度補償の観点からコン
デンサＣの近傍に配しておくことが好ましい。
検出電極２０が被測定物に近接していないとき、検出電
極２０及び比較電極２２におけるストレー容量は等しく
、従って画電極２０．２２における電流の位相は等しい
ので、オペアンプ５２の反転（−）、非反転（＋）入力
の電位は等しく、従って、オペアンプ５２の出力は０と
なり、従って次段のオペアンプ６２の出力もＯとなり出
力端子ＯＵＴからの出力も０となる。検出電極２０に被
検出物が接近すると、検出電極２０のストレー容量が増
加し、コンデンサＣの対称性がくずれる。このため検出
電極２０に流れ込む電流の位相が比較電極２２に流れ込
む電流の位相より遅れる。従ってオペアンプ５２の２つ
の入力信号間に位相差を生じ、その位相差に応じた直流
電圧が出力として出力端子ＯＵＴに得られる。従ってこ
の出力電圧１ を監視することにより、被測定物の有無や接近距離等を
知ることかできる。可変抵抗６６は被測定物の種類や、
センサの取付位置等により検出感度を調節するためのも
のである。
極２０及び比較電極２２におけるストレー容量は等しく
、従って画電極２０．２２における電流の位相は等しい
ので、オペアンプ５２の反転（−）、非反転（＋）入力
の電位は等しく、従って、オペアンプ５２の出力は０と
なり、従って次段のオペアンプ６２の出力もＯとなり出
力端子ＯＵＴからの出力も０となる。検出電極２０に被
検出物が接近すると、検出電極２０のストレー容量が増
加し、コンデンサＣの対称性がくずれる。このため検出
電極２０に流れ込む電流の位相が比較電極２２に流れ込
む電流の位相より遅れる。従ってオペアンプ５２の２つ
の入力信号間に位相差を生じ、その位相差に応じた直流
電圧が出力として出力端子ＯＵＴに得られる。従ってこ
の出力電圧１ を監視することにより、被測定物の有無や接近距離等を
知ることかできる。可変抵抗６６は被測定物の種類や、
センサの取付位置等により検出感度を調節するためのも
のである。
今センサの周囲温度か上昇したとすると、誘電体２６の
体積が熱膨張し、その厚みを増加させる。
体積が熱膨張し、その厚みを増加させる。
その結果、コンデンサＣは静電容量が減少する。
しかしコンデンサＣはオペアンプ５２の反転、非反転入
力間に、またぐ形で接続されているため、誘電体の膨張
によっては位相差は生じない。従って周囲温度による静
電容量の変化による検出誤差を防止すべく温度補償が容
易に達成てきる。
力間に、またぐ形で接続されているため、誘電体の膨張
によっては位相差は生じない。従って周囲温度による静
電容量の変化による検出誤差を防止すべく温度補償が容
易に達成てきる。
第４図の回路の場合は、第３図の交流電源４０の代りに
パルス発生源４０−を用いている。周波数は同様に３ｋ
ｔｌｚ程度が好ましい。検出電極２０と比較電極２２の
ストレー容量が等しいときに抵抗４２と４４の抵抗値の
比を変えてＦＥＴ８０に入るパルスの位相をＦＥＴ８２
に入るパルスより進めておく。電極２０に物体か接近す
ると、対アース間とのストレー容量が増加してパルス波
形の２ 立上りに遅れを生じ、立上りエノンが直立から傾斜へと
変化する。従ってＦＥＴ８０の動作始点に至るまでの時
間がＦＥＴ８０の立上りよりも後になると、Ｄフリップ
フロップ１００の出力Ｑ、Ｑがそれぞれ反転する。
パルス発生源４０−を用いている。周波数は同様に３ｋ
ｔｌｚ程度が好ましい。検出電極２０と比較電極２２の
ストレー容量が等しいときに抵抗４２と４４の抵抗値の
比を変えてＦＥＴ８０に入るパルスの位相をＦＥＴ８２
に入るパルスより進めておく。電極２０に物体か接近す
ると、対アース間とのストレー容量が増加してパルス波
形の２ 立上りに遅れを生じ、立上りエノンが直立から傾斜へと
変化する。従ってＦＥＴ８０の動作始点に至るまでの時
間がＦＥＴ８０の立上りよりも後になると、Ｄフリップ
フロップ１００の出力Ｑ、Ｑがそれぞれ反転する。
尚、本発明の静電容量型検出装置を用いて測定したとこ
ろ、０℃〜９０°Ｃまでの温度変化において測定誤差は
１０％以下であった。
ろ、０℃〜９０°Ｃまでの温度変化において測定誤差は
１０％以下であった。
次に本発明に係る静電容量型検出装置の応用例について
説明する。第５図は液体の比誘電率を測定するための装
置である。この装置はパイプ１１０の中央に仕切板１１
２を設け、この仕切板１１２にスルーホールを設けて、
ここに第１図に示したセンサ部のコンデンサＣを取り付
ける。１１４は仕切板１１２のスルーホールを塞ぐよう
にその両端に設けられており、コンデンサＣは２枚の仕
切板に挟持されている。パイプ１１０内に於て仕切板１
１２の上側には被測定液体Ａを、下側には既知の比誘電
率を有する標準液体Ｂを通過せしめる。両液体Ａ、Ｈの
比誘電率の差は第３図又は第４図の測定回路により位相
差を利用して測定することができる。
説明する。第５図は液体の比誘電率を測定するための装
置である。この装置はパイプ１１０の中央に仕切板１１
２を設け、この仕切板１１２にスルーホールを設けて、
ここに第１図に示したセンサ部のコンデンサＣを取り付
ける。１１４は仕切板１１２のスルーホールを塞ぐよう
にその両端に設けられており、コンデンサＣは２枚の仕
切板に挟持されている。パイプ１１０内に於て仕切板１
１２の上側には被測定液体Ａを、下側には既知の比誘電
率を有する標準液体Ｂを通過せしめる。両液体Ａ、Ｈの
比誘電率の差は第３図又は第４図の測定回路により位相
差を利用して測定することができる。
第６図は第１図の発明のセンサを水位計に応用した例を
示す。この水位計は塩化ビニール等のノｆイブの中空部
に２つのコンデンサ１２２．１２４を取り付けたもので
ある。このコンデンサ１２２．１２４の部分断面斜視図
を第７図に示す。コンデンサ１２２．１２４は第１図に
示した３層構造のコンデンサＣをカバー材１３０で覆っ
たものである。尚、誘電体２６にはポリイミド等のフレ
キシブルなフィルム状材を用いることにより、円筒形の
コンデンサ１２２．１２４を構成している。
示す。この水位計は塩化ビニール等のノｆイブの中空部
に２つのコンデンサ１２２．１２４を取り付けたもので
ある。このコンデンサ１２２．１２４の部分断面斜視図
を第７図に示す。コンデンサ１２２．１２４は第１図に
示した３層構造のコンデンサＣをカバー材１３０で覆っ
たものである。尚、誘電体２６にはポリイミド等のフレ
キシブルなフィルム状材を用いることにより、円筒形の
コンデンサ１２２．１２４を構成している。
水位が上昇してきて下方のコンデンサ１２４の周囲に水
が接近すると、第３図、第４図について説明したと同様
にストレー容量の増加による位相差を検出して水位が下
方のコンデンサ１２４付近に上昇したことを検知できる
。更に水位が上昇すると、上方のコンデンサ１２２が同
様にこれを検知する。
が接近すると、第３図、第４図について説明したと同様
にストレー容量の増加による位相差を検出して水位が下
方のコンデンサ１２４付近に上昇したことを検知できる
。更に水位が上昇すると、上方のコンデンサ１２２が同
様にこれを検知する。
第６図、第７図の例にあってはコンデンサ１２２．１２
４の外側の電極が検知電極として用いられているが、逆
に内側の電極を検知電極として用いることも可能である
。この場合は被検出物体の周囲に円筒状コンデンサを配
することとなる。
４の外側の電極が検知電極として用いられているが、逆
に内側の電極を検知電極として用いることも可能である
。この場合は被検出物体の周囲に円筒状コンデンサを配
することとなる。
上記実施例以外にも、大きな物体の測定にも本発明は利
用可能である。すなわち、大きな被測定物の場合はセン
サ部のコンデンサを数１ＯＣＴ１１〜数ｍ程度の幅及び
高さのフィルム状のものとし、壁面に貼り付ける等する
ことかできる。この場合静電容量が相当大きくなるが、
静電容量の大小に拘らず所望の温度補償特性を得ること
ができる。
用可能である。すなわち、大きな被測定物の場合はセン
サ部のコンデンサを数１ＯＣＴ１１〜数ｍ程度の幅及び
高さのフィルム状のものとし、壁面に貼り付ける等する
ことかできる。この場合静電容量が相当大きくなるが、
静電容量の大小に拘らず所望の温度補償特性を得ること
ができる。
［発明の効果］
上述の説明から明らかな如く本発明の静電容量型検出装
置では位相差検出方式のセンサとして単純な３層構造の
コンデンサを用い、接地中性点を設けずに２つの抵抗を
介してコンデンサの両電極に交流電源を接続し、両電極
における位相差を検出する位相差検出手段を設けたので
、周囲温度の変化による影響を相殺、補償することを可
能としている。従って狭い温度範囲内でしか安定に検出
５ できなかった静電容量型検出装置において大きな温度変
化に対して検出誤差が少ないのみならず９０°Ｃ程度の
高温の中であっても正確な動作と、良好な感度を得るこ
とができるようになった。
置では位相差検出方式のセンサとして単純な３層構造の
コンデンサを用い、接地中性点を設けずに２つの抵抗を
介してコンデンサの両電極に交流電源を接続し、両電極
における位相差を検出する位相差検出手段を設けたので
、周囲温度の変化による影響を相殺、補償することを可
能としている。従って狭い温度範囲内でしか安定に検出
５ できなかった静電容量型検出装置において大きな温度変
化に対して検出誤差が少ないのみならず９０°Ｃ程度の
高温の中であっても正確な動作と、良好な感度を得るこ
とができるようになった。
第８図は温度変化に対する測定値（物体までの距離）の
変化を示すグラフであり、点線が前述の２つのコンデン
サを直列接続した構成の場合、実線が本発明の場合であ
る。このように温度変化の影響を軽減できるため、従来
より２〜３倍の感度上昇を行なうことができると共に、
定期的キャリブレーションは不要となった。
変化を示すグラフであり、点線が前述の２つのコンデン
サを直列接続した構成の場合、実線が本発明の場合であ
る。このように温度変化の影響を軽減できるため、従来
より２〜３倍の感度上昇を行なうことができると共に、
定期的キャリブレーションは不要となった。
又、コンデンサＣの静電容量をＣとすると、そのインピ
ーダンス１／ωＣにより、不要な高周波雑音に対しては
大きな減衰特性を示し、交流信号発振器である交流電源
からの数ｋＨｚの信号に対しては減衰量が少なく、大き
な利得が得られる。更に単一のコンデンサを用いるため
、測定用と比較用の同一規格の２つのコンデンサを用意
するための精度維持が不要となり、生産上の問題が改善
された。位相差検出方式を採用し、温度補償を行う１に とにより大型化が可能となり、又測定目的や状況に応じ
て電極の形状や配置を自由に変えることができるように
なった。更にセンサ部も積層構造としたため、半導体等
の電子部品と同様に容易に量産化できるという利点もあ
る。又センサのケース内にコンデンサを固定するのに、
合成樹脂を充填することなく、周辺部に支持する支持部
材を用いているので充填剤の熱膨張による悪影響がない
。
ーダンス１／ωＣにより、不要な高周波雑音に対しては
大きな減衰特性を示し、交流信号発振器である交流電源
からの数ｋＨｚの信号に対しては減衰量が少なく、大き
な利得が得られる。更に単一のコンデンサを用いるため
、測定用と比較用の同一規格の２つのコンデンサを用意
するための精度維持が不要となり、生産上の問題が改善
された。位相差検出方式を採用し、温度補償を行う１に とにより大型化が可能となり、又測定目的や状況に応じ
て電極の形状や配置を自由に変えることができるように
なった。更にセンサ部も積層構造としたため、半導体等
の電子部品と同様に容易に量産化できるという利点もあ
る。又センサのケース内にコンデンサを固定するのに、
合成樹脂を充填することなく、周辺部に支持する支持部
材を用いているので充填剤の熱膨張による悪影響がない
。
第１図は本願発明に係る静電容量型検出装置のセンサ部
の実施例の側面断面図、第２図は第１図の■〜■線から
見た断面図、第３図及び第４図は本願発明の静電容量型
検出装置のセンサ部の出力を処理して被検出物までの距
離等を測定する回路例を示す図、第５図〜第７図は本発
明の応用例を示す図、第８図は本発明の静電容量型検出
装置と、本出願人が先に開発した２つのコンデンサを直
列接続する形の５層構造のセンサを用いたそれぞれの場
合の温度変化特性を示すグラフ、第９図は従来のセンサ
部の構造を示す斜視図である。 ２０・・・検出電極、 ２２・・・比較電極、 ２６・
・・板状誘電体、 Ｃ・・・コンデンサ、 ３０・・・
ケース、３２・・・リード線、 ３４・・・支持部材、
４０・・・交流電源、４０−・・・パルス発生回路、
４２．４４・・・抵抗、 １０２．１０４・・・位相差
検出手段。
の実施例の側面断面図、第２図は第１図の■〜■線から
見た断面図、第３図及び第４図は本願発明の静電容量型
検出装置のセンサ部の出力を処理して被検出物までの距
離等を測定する回路例を示す図、第５図〜第７図は本発
明の応用例を示す図、第８図は本発明の静電容量型検出
装置と、本出願人が先に開発した２つのコンデンサを直
列接続する形の５層構造のセンサを用いたそれぞれの場
合の温度変化特性を示すグラフ、第９図は従来のセンサ
部の構造を示す斜視図である。 ２０・・・検出電極、 ２２・・・比較電極、 ２６・
・・板状誘電体、 Ｃ・・・コンデンサ、 ３０・・・
ケース、３２・・・リード線、 ３４・・・支持部材、
４０・・・交流電源、４０−・・・パルス発生回路、
４２．４４・・・抵抗、 １０２．１０４・・・位相差
検出手段。
Claims (6)
- （１）被測定物に近接するよう配された第１電極と、前
記第１電極に近接して配された第２電極と、前記第１及
び第２電極間に配された板状誘電体と、前記第１電極に
一端が接続された第１抵抗と、前記第２電極に一端が接
続された第２抵抗と、前記第１抵抗及び前記第２抵抗の
他端と接地の間に接続された交流信号発振器と、前記第
１電極と前記第２電極に接続された位相差検出手段とか
らなる静電容量型検出装置。 - （２）前記板状誘電体としてガラス布・エポキシ基板、
テフロン又はポリイミドを用いた請求項１記載の静電容
量型検出装置。 - （３）前記板状誘電体の厚みが２ｍｍ以下である請求項
１記載の静電容量型検出装置。 - （４）前記板状誘電体の厚みが５０μ〜１００μである
請求項１記載の静電容量型検出装置。 - （５）前記第１及び第２電極が前記板状誘電体に密着さ
れた銅箔である請求項１記載の静電容量型検出装置。 - （６）前記第１電極、第２電極及び板状誘電体がそれら
の周辺部で支持部材により中空筒状ケース内に保持され
、前記第１電極が前記ケースの一端付近に配されている
請求項１記載の静電容量型検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171731A JP2934672B2 (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 静電容量型検出装置 |
| US07/396,248 US4943889A (en) | 1989-07-03 | 1989-08-18 | Electrostatic capacitor type sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171731A JP2934672B2 (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 静電容量型検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0337501A true JPH0337501A (ja) | 1991-02-18 |
| JP2934672B2 JP2934672B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=15928635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1171731A Expired - Fee Related JP2934672B2 (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | 静電容量型検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4943889A (ja) |
| JP (1) | JP2934672B2 (ja) |
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO1998010239A1 (fr) * | 1996-09-06 | 1998-03-12 | Yashima Engineering Co., Ltd. | Capteur de capacite |
| US6476620B2 (en) | 1996-09-06 | 2002-11-05 | Ks Techno Co., Ltd. | Electrostatic capacity sensor |
| CN109612379A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-12 | 江苏长电科技股份有限公司 | 检测模块、检测方法及具有该检测模块的传输装置 |
| CN115727887A (zh) * | 2021-09-01 | 2023-03-03 | 英飞凌科技股份有限公司 | 通过使用吸合功能性检测电容传感器中的灵敏度故障 |
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| FR2656418B1 (fr) * | 1989-12-21 | 1994-04-15 | Esrf | Dispositif de mesure ou de controle de denivellation entre plusieurs points. |
| US5103368A (en) * | 1990-05-07 | 1992-04-07 | Therm-O-Disc, Incorporated | Capacitive fluid level sensor |
| GB2295016A (en) * | 1994-11-07 | 1996-05-15 | British Nuclear Fuels Plc | A transducer |
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