JPH0430529B2 - - Google Patents

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JPH0430529B2
JPH0430529B2 JP1968684A JP1968684A JPH0430529B2 JP H0430529 B2 JPH0430529 B2 JP H0430529B2 JP 1968684 A JP1968684 A JP 1968684A JP 1968684 A JP1968684 A JP 1968684A JP H0430529 B2 JPH0430529 B2 JP H0430529B2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/12Mechanical 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
    • G01D5/14Mechanical 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
    • G01D5/24Mechanical 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
    • G01D5/241Mechanical 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
    • G01D5/2417Mechanical 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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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、圧力、差圧等の被測定量に応じてダ
イヤフラム等が変位し、この変位により電極間の
間隔が変化してこれら電極間の容量が変化する可
変コンデンサと、前記変位に応動しない一定容量
の固定コンデンサとを有する検出部を用いた容量
式変換装置の改良に関する。
〔従来技術〕
この種容量式変換装置の検出器は例えば第1図
に示すように構成されている。ガラス等の絶縁体
11と対向して、一部にダイヤフラム部12aが
形成されたシリコン基板12が配置されている。
絶縁体11には固定電極13aと14aが同心円
状に設けられている。またシリコン基板12にも
固定電極13a,14aと対向して、ダイヤフラ
ム部12aに可動電極13bが、固定部に固定電
極14bが設けられている。これら電極間にはシ
リコン油が満されており、シリコン油は開口11
a外側でシールダイヤフラム(図示せず)によつ
て被測定流体からシールされている。シリコン基
板12の外側は大気圧とされている。したがつて
絶縁体11の開口11aを介して与えられる被測
定圧力Pに応じてダイヤフラム部12aが変位
し、その変位に応じて可動電極13bと固定電極
13a間に構成される可変コンデンサ13の容量
C1が変化する。一方固定電極14bと固定電極
14a間に構成される固定コンデンサ14の容量
C2はダイヤフラム部12aの変位に無関係に一
定である。そして可変コンデンサ13の容量C1
は可動電極13bの変位量xに対し、x=0のと
きの初期容量をC0、固定電極13aと可動電極
13b間の初期間隔をdとすると、 C1=C0d/d+x ……(1) で与えられ、また基準コンデンサ14の容量C2
は可変コンデンサ13の初期容量C0と等しく選
ばれている。
ところで従来の容量式変換装置では、例えば実
公昭57−28088号公報に示されているように、検
出部の被測定量に応じて容量が変化する可変コン
デンサと一定容量の基準コンデンサに共通に発振
器の発振出力を与え、それぞれの容量に応じた交
流電流をダイオードで整流した後平滑し、可変コ
ンデンサの容量に対応した直流電圧が一定になる
ように発振器の発振出力を制御し、固定コンデン
サの容量に対応した直流電圧を出力信号とするこ
とによつて、被測定量に応じた電気信号を得てい
る。
ところで、可変コンデンサ13の容量C1が例
えば10PF程度の微小容量の場合には、整流用のダ
イオードの2PF程度の並列容量CDや順方向電圧ED
(=0.6V)の影響を受ける。また、順方向電圧ED
の温度係数(2mV/℃)のため温度変動による
影響も受ける。このように従来の容量式変換装置
では、可変コンデンサの可動電極の微小変位(例
えば1μm)を精度よく直流信号に変換することは
困難であつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、可変コンデンサの可動電極の
微小変位を精度よく直流信号に変換できる容量式
変換装置を実現するにある。
〔発明の構成〕
本発明は、発振器出力が共通に与えられる可変
コンデンサと基準コンデンサの容量をそれぞれ第
1,第2のチヤージコンバータで交流電圧として
検出し、これら第1,第2のチヤージコンバータ
の出力をそれぞれ可変コンデンサおよび基準コン
デンサの容量より大きい容量の第1,第2の固定
コンデンサに印加するとともに各チヤージコンバ
ータの帰還回路にそれぞれ補償用のダイオード回
路を設け、第1,第2の固定コンデンサを流れる
交流電流をそれぞれダイオードを用いた第1,第
2の整流回路で整流して可変コンデンサの容量に
応じた直流電流と基準コンデンサの容量に応じた
直流電流を得、可変コンデンサの容量に応じた直
流電流が所定の値になるように発振器の発振出力
を制御し、基準コンデンサの容量に応じた直流電
流と可変コンデンサの容量に応じた直流電流との
差を演算して出力信号を得るようにしたことを特
徴としたものである。
〔実施例〕
第2図は本発明変換装置の一実施例を示す接続
図である。第2図において、10は検出部で、被
測定圧力Pによつて可動電極13bが変位し電極
13a,13b間の容量C1が変化する可変コン
デンサ13と、被測定圧Pに無関係に電極14
a,14b間の容量C2が一定な基準コンデンサ
14とを有している。20は発振器で、その発振
出力eB(周波数,振幅EBPP)を可変コンデンサ
13と基準コンデンサ14に印加する。31,3
2は各々チヤージコンバータである。チヤージコ
ンバータ31は演算増幅器31aを有し、その入
力回路に可変コンデンサ13が接続され、帰還回
路に互いに逆極性に接続された補償用ダイオード
31b,31cの並列回路と、容量値がCa1のコ
ンデンサ31dと抵抗値がRa1の抵抗31eの並
列回路が直列に接続され、その接続点31jが調
整用コンデンサ31fを介してコモンに接続され
ている。チヤージコンバータ32は演算増幅器3
2aを有し、その入力回路に基準コンデンサ14
が接続され、帰還回路に互いに逆極性に接続され
た補償用ダイオード32b,32cの並列回路
と、容量値がCa2のコンデンサ32dと抵抗値が
Ra2の抵抗32eの並列回路が直列に接続され、
その接続点32jが調整用コンデンサ32fを介
してコモンに接続されている。41,42は各々
固定コンデンサで、41にはチヤージコンバータ
31の出力e1が印加され、42にはチヤージコン
バータ32の出力e2が印加される。51,52は
各々整流回路で、51はダイオード51a,51
bからなり、固定コンデンサ41を流れる交流電
流i1を整流し、52はダイオード52a,52b
からなり、固定コンデンサ42を流れる交流電流
i2を整流する。60は制御回路で、演算増幅器6
0aとその帰還回路に接続された積分コンデンサ
60bとからなる積分器で構成されており、整流
回路51のダイオード51aを流れる負の直流電
流I1と、基準電流ISとを加算積分し、その出力で
発振器20を制御する。70は電流/電圧変換回
路で、演算増幅器70aとその帰還回路に接続さ
れた可変抵抗70bと平滑用コンデンサ70cよ
りなつており、整流回路51のダイオード51b
を流れる正の直流電流I1と整流回路52のダイオ
ード52aを流れる負の直流電流I2とを加算し出
力電圧E0に変換する。
このように構成した本発明装置においては、チ
ヤージコンバータ31,32の帰還回路の時定数
Ca1,Ra1,Ca2,Ra2を発振器20の発振周期1/
より充分に大きく選べば、チヤージコンバータ
31,32の出力e1,e2の振幅E1PP,E2PPは補償
用ダイオードの電圧降下による振幅が2EDである
ので、 E1PP=C1/Ca1・EBPP+2ED ……(2) E2PP=C2/Ca2・EBPP+2ED ……(3) となり、e1は可変コンデンサ13の容量C1に、e2
は基準コンデンサ14の容量C2に応じた値とな
る。この出力e1,e2がそれぞれ固定コンデンサ4
1,42に印加され、41,42にはその容量
Cb1,Cb2に応じた交流電流i1,i2が流れる。この
交流電流i1,i2を整流回路51,52で整流して
得た直流電流I1,I2はそれぞれ次式で与えられ
る。
I1={Cb1(E1PP−2ED)−4CDED} ……(4) I2={Cb2(E2PP−2ED)−4CDED} ……(5) (4),(5)式にそれぞれ(2),(3)式を代入すると、 I1=(Cb1C1/Ca1・EBPP−4CDED) ……(6) I2=(Cb2C2/Ca2・EBPP−4CDED) ……(7) となる。したがつて固定コンデンサ41,42の
容量Cb1,Cb2を可変コンデンサ13の容量C1、基
準コンデンサ14の容量C2およびチヤージコン
バータ31,32の帰還回路のコンデンサ31
d,32dの容量Ca1,Ca2より充分に大きく選
び、 を満足させれば、直流電流I1,I2は、 I1=Cb1C1/Ca1EBPP ……(9) I2=Cb2C2/Ca2EBPP ……(10) となり、整流回路51,52のダイオードの順方
向電圧EDおよび並列容量CDの影響を有効に除去
することができる。そして、CD=2PF,ED
0.6V,=100KHz,EBPP=3VPP,Ca1=Ca2
11PF,C0=11PFであれば、固定コンデンサ4
1,42の容量Cb1,Cb2を100PF程度に選べば(8)
式の関係を満足させることができる。
制御回路60の積分器は負の直流電流I1と正の
基準電流ISとの和が零になるように発振器20の
発振出力eBを制御するので、次式の関係が成立す
る。
−Cb1C1/Ca1・EBPP+IS=0 ……(11) 一方電流/電圧変換回路70の出力端に生ずる
出力電圧E0は、可変抵抗70bの抵抗値をR0
すると次式で与えられる。
E0=R0(Cb2C2/Ca2−Cb1C1/Ca1)EBPP ……(12) ここで、(12)式に(11)式を代入し、かつCa1=Ca2
Ca,Cb1=Cb2=Cbとすると、出力電圧E0は、 E0=C2−C1/C1R0IS ……(13) となる。そして、C1=C0d/d+x,C2=C0である ので、E0は、 E0=x/dR0IS ……(14) となり、可変コンデンサ13の可動電極13aの
変位量xに比例したものとなる。
なお、可変コンデンサ13および基準コンデン
サ14の電極間にそれぞれストレイ容量CSがあ
り、C1,C2が、 C1=C0d/d+x+CS ……(15) C2=C0+CS ……(16) で与えられる場合には、第3図に示すように基準
コンデンサ14の容量C2に関連した正の直流電
流I2をスベリ抵抗80で分流して補償電流Ir(αI2
を制御回路60の積分器に加え、 I1+αI2+IS=0 ……(17) を満足するように発振器20を制御すれば、出力
電圧E0は、 E0
C0x/(C0+CS−αC0−αCS)d+(CS−αC0−αCS
x R0IS ……(18) ただし、Ca1=Ca2=Ca,Cb1=Cb2=Cbとなる。
よつて、 C3−α(C0+CS)=0 ……(19) を満足するようにスベリ抵抗80の刷子80aを
移動させ、αを調整すれば電極間のストレイ容量
CSの影響を有効に除去することができる。
なお第3図においては、発振器20としてイン
バータ20a,20bとコンデンサ20cおよび
抵抗20d,20eで構成したものを用いてお
り、制御回路60の出力でインバータ20a,2
0bの正の電源電圧+Vを制御し、発振出力eB
制御するものを示してある。またチヤージコンバ
ータ31,32の帰還回路の抵抗31e,32e
の代りに、抵抗31g,32g,31h,32h
およびコンデンサ31i,32iからなるT形フ
イルタを用いることもできる。
〔発明の効果〕
本発明においては、可変コンデンサの可動電極
の微小変位を精度よく直流信号に変換できる容量
式変換装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置に用いる検出部の一例の断
面図、第2図は本発明装置の一実施例を示す接続
図、第3図は本発明装置の他の実施例を示す接続
図である。 10……検出部、13……可変コンデンサ、1
4……基準コンデンサ、20……発振器、31,
32……チヤージコンバータ、31b,31c,
32b,32c……補償用ダイオード、41,4
2……固定コンデンサ、51,52……整流回
路、60……制御回路、70……電流/電圧変換
回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、被測定量に無関係に容量が一定な基準コ
    ンデンサと、前記可変コンデンサと固定コンデン
    サに発振出力を印加する発振器と、前記可変コン
    デンサが入力回路に接続され、その容量に応じた
    振幅の交流電圧を出力する第1のチヤージコンバ
    ータと、前記基準コンデンサが入力回路に接続さ
    れ、その容量に応じた振幅の交流電圧を出力する
    第2のチヤージコンバータと、前記第1のチヤー
    ジコンバータの帰還回路に接続された第1の補償
    用のダイオード回路と、前記第2のチヤージコン
    バータの帰還回路に接続された第2の補償用のダ
    イオード回路と、前記第1のチヤージコンバータ
    の出力が印加される一定容量の第1の固定コンデ
    ンサと、前記第2のチヤージコンバータの出力が
    印加される一定容量の第2の固定コンデンサと、
    前記第1の固定コンデンサを流れる交流電流を整
    流するダイオードを有する第1の整流回路と、前
    記第2の固定コンデンサを流れる交流電流を整流
    するダイオードを有する第2の整流回路と、前記
    第1の整流回路で整流して得た可変コンデンサの
    容量に関連する電流が所定の値になるように前記
    発振器の発振出力を制御する回路と、前記第2の
    整流回路で整流して得た基準コンデンサの容量に
    関連する電流と前記第1の整流回路で整流して得
    た可変コンデンサの容量に関連する電流との差に
    応じた出力信号を得る回路とを具備したことを特
    徴とする容量式変換装置。
JP1968684A 1984-02-06 1984-02-06 容量式変換装置 Granted JPS60164211A (ja)

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