JPH0431327B2 - - Google Patents
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- JPH0431327B2 JPH0431327B2 JP28529185A JP28529185A JPH0431327B2 JP H0431327 B2 JPH0431327 B2 JP H0431327B2 JP 28529185 A JP28529185 A JP 28529185A JP 28529185 A JP28529185 A JP 28529185A JP H0431327 B2 JPH0431327 B2 JP H0431327B2
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- displacement
- signal
- capacitance
- temperature
- capacitances
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
<産業上の利用分野>
本発明は、変位を静電容量を介して電気信号に
変換する容量式変位変換装置に係り、特に温度お
よび静圧の影響を補正した容量式変位変換装置に
関する。
変換する容量式変位変換装置に係り、特に温度お
よび静圧の影響を補正した容量式変位変換装置に
関する。
<従来の技術>
第5図は従来の容量式変位変換装置の1例を示
すブロツク図である。
すブロツク図である。
測定すべき変位に対応して移動する共通電極
ED3に対向して固定電極ED1,ED2が設けられこ
れ等の間には封液が満され静電容量C1、C2がそ
れぞれ形成されている。この静電容量C1、C2に
は1次巻線n1と2次巻線n2、n3を有するトランス
T1を介して発振器OSCの発振出力が与えられて
いる。共通電極ED3はアースに接続され、アース
と共通電位点COMとの間には固定容量C0が挿入
され直流的には絶縁を保ちながら交流的には短絡
状態としている。
ED3に対向して固定電極ED1,ED2が設けられこ
れ等の間には封液が満され静電容量C1、C2がそ
れぞれ形成されている。この静電容量C1、C2に
は1次巻線n1と2次巻線n2、n3を有するトランス
T1を介して発振器OSCの発振出力が与えられて
いる。共通電極ED3はアースに接続され、アース
と共通電位点COMとの間には固定容量C0が挿入
され直流的には絶縁を保ちながら交流的には短絡
状態としている。
CON1,CON2は各々電流/電圧変換器である。
CON1は演算増幅器OP1とその帰還回路に接続さ
れた抵抗R0とからなり、その入力にダイオード
D2,D3を介して与えられる静電容量C1、C2の差
に応じた平均電流I0を出力電圧E0(=−I0R0)に
変換する。CON2は演算増幅器OP2とその帰還回
路に接続された抵抗R1とからなり、その入力に
ダイオードD4を介して与えられる静電容量C2に
応じた平均電流I2とI2R1なる電圧E1に変換する。
INTは積分器で、演算増幅器OP3とその帰還回路
に接続された静電容量CIとならなり、その入力に
はダイオードD1を介して静電容量CIに対応した
平均電流I1が与えられると共にCON2の出力E1が
抵抗R2を介して与えられ、かつ負の基準電圧−
Erが抵抗R3を介して与えられている。また、積
分器INTの出力は発振器OSCに与えられ、その
大きさに応じて発振器OSCの例えば電源電圧を
制御するようになつている。
CON1は演算増幅器OP1とその帰還回路に接続さ
れた抵抗R0とからなり、その入力にダイオード
D2,D3を介して与えられる静電容量C1、C2の差
に応じた平均電流I0を出力電圧E0(=−I0R0)に
変換する。CON2は演算増幅器OP2とその帰還回
路に接続された抵抗R1とからなり、その入力に
ダイオードD4を介して与えられる静電容量C2に
応じた平均電流I2とI2R1なる電圧E1に変換する。
INTは積分器で、演算増幅器OP3とその帰還回路
に接続された静電容量CIとならなり、その入力に
はダイオードD1を介して静電容量CIに対応した
平均電流I1が与えられると共にCON2の出力E1が
抵抗R2を介して与えられ、かつ負の基準電圧−
Erが抵抗R3を介して与えられている。また、積
分器INTの出力は発振器OSCに与えられ、その
大きさに応じて発振器OSCの例えば電源電圧を
制御するようになつている。
積分器INTは、静電容量C1に応じた平均電流I1
と電圧/電流変換器CON2の出力E1に応じたE1/
R2になる電流I3および基準電圧Erに応じたEr/
R3なる基準電流Irとを加算積分する。そして抵抗
R1とR2の値を等しく選べば、電流I3は静電容量
C2に応じた平均電流I2を反転した電流となり、図
元の如くI1と同極性でかつ基準電流Irとは逆極性
になる。すなわち積分器INTは静電容量C1,C2
の容量の和に応じた平均電流(I1+I2)と基準電
流Irとの差を積分し、(I1+I2)がIrと等しくなる
ように発振器OSCを制御して、静電容量C1、C2
の差に対応した平均電流I0を共通電極ED3の変位
に対応させている。平均電流I0は演算増幅器OP1
を用いた電流/電圧変換器CON1で出力電圧E0に
変換して検出される。なお、各演算増幅器OP1〜
OP3の入力端に挿入されている静電容量Cf0、Cf1、
Cf2は高調波電圧を除去するためのものである。
と電圧/電流変換器CON2の出力E1に応じたE1/
R2になる電流I3および基準電圧Erに応じたEr/
R3なる基準電流Irとを加算積分する。そして抵抗
R1とR2の値を等しく選べば、電流I3は静電容量
C2に応じた平均電流I2を反転した電流となり、図
元の如くI1と同極性でかつ基準電流Irとは逆極性
になる。すなわち積分器INTは静電容量C1,C2
の容量の和に応じた平均電流(I1+I2)と基準電
流Irとの差を積分し、(I1+I2)がIrと等しくなる
ように発振器OSCを制御して、静電容量C1、C2
の差に対応した平均電流I0を共通電極ED3の変位
に対応させている。平均電流I0は演算増幅器OP1
を用いた電流/電圧変換器CON1で出力電圧E0に
変換して検出される。なお、各演算増幅器OP1〜
OP3の入力端に挿入されている静電容量Cf0、Cf1、
Cf2は高調波電圧を除去するためのものである。
<発明が解決しようとする問題点>
しかしながら、この様な従来の容量式変位変換
装置は、共通電極がボデイに固定され接地されて
いるのでその構造が簡単あり静圧によるボデイの
変形に基づく共通電極の変位が小さい利点はある
が、共通電極と接地との間に浮遊容量を形成しや
すく信号処理が面倒になる欠点がある。
装置は、共通電極がボデイに固定され接地されて
いるのでその構造が簡単あり静圧によるボデイの
変形に基づく共通電極の変位が小さい利点はある
が、共通電極と接地との間に浮遊容量を形成しや
すく信号処理が面倒になる欠点がある。
そこで、本発明では共通電極と接地との間に浮
誘容量を形成し難い共通電極がフローテイングの
センサ部の構成を採用する。そして、この様なセ
ンサ部を採用すると構造が複雑となり静圧および
温度によるボデイの変形に伴なう影響を受けやす
くなるので静圧および温度に対するデジタル演算
による補正を施す。これ等により、全体として浮
遊容量の影響を受けにくくかつ精度の高い容量式
変位変換装置を実現しようとするものである。
誘容量を形成し難い共通電極がフローテイングの
センサ部の構成を採用する。そして、この様なセ
ンサ部を採用すると構造が複雑となり静圧および
温度によるボデイの変形に伴なう影響を受けやす
くなるので静圧および温度に対するデジタル演算
による補正を施す。これ等により、全体として浮
遊容量の影響を受けにくくかつ精度の高い容量式
変位変換装置を実現しようとするものである。
<問題点を解決するための手段>
そこで、この発明は以上の問題点を解決するた
め、ボデイに対して絶縁されて配置された共通電
極に対して第1電極と第2電極が対向して設けら
れこれ等の間に封液が満されて検出すべき変位に
応じて差動的に変化する第1および第2静電容量
を形成するセンサ部と、トランスを介して共通電
極に交流電圧が印加され前記第1および第2静電
容量に流れる電流を整流してそれぞれ第1および
第2信号に変換する容量変換手段と、センサ部に
埋め込まれセンサ部の温度を対応する温度信号に
変換する温度変換手段と、第1および第2静電容
量の和分の差を演算して変位に対応した変位信号
を得る変位演算手段と第1および第2静電容量の
和分の積を演算して封液の誘電率を得る誘電率演
算手段とこの誘電率と温度信号を用いて静圧信号
を得る静圧演算手段と変位信号に対して温度信号
と静圧信号を用いて補正演算を行ない補正変位信
号を得る補正手段とをマイクロプロセツサで形成
するデジタル演算手段とを具備する構成としたも
のである。
め、ボデイに対して絶縁されて配置された共通電
極に対して第1電極と第2電極が対向して設けら
れこれ等の間に封液が満されて検出すべき変位に
応じて差動的に変化する第1および第2静電容量
を形成するセンサ部と、トランスを介して共通電
極に交流電圧が印加され前記第1および第2静電
容量に流れる電流を整流してそれぞれ第1および
第2信号に変換する容量変換手段と、センサ部に
埋め込まれセンサ部の温度を対応する温度信号に
変換する温度変換手段と、第1および第2静電容
量の和分の差を演算して変位に対応した変位信号
を得る変位演算手段と第1および第2静電容量の
和分の積を演算して封液の誘電率を得る誘電率演
算手段とこの誘電率と温度信号を用いて静圧信号
を得る静圧演算手段と変位信号に対して温度信号
と静圧信号を用いて補正演算を行ない補正変位信
号を得る補正手段とをマイクロプロセツサで形成
するデジタル演算手段とを具備する構成としたも
のである。
<実施例>
以下、本発明の実施例について図面に基づき説
明する。第1図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図である。
明する。第1図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図である。
SNSはセンサ部、CCVは容量変換部、DADは
デジタル演算部、OPCは出力部である。
デジタル演算部、OPCは出力部である。
センサ部SNSはボデイに対してフローテイン
グに保たれた共通電極ED0に対向した固定電極
ED1,ED2で静電容量CH、CLが形成されておりこ
れ等の間には封液が満されている。また、センサ
部SNSのボデイあるいは封液の温度を測定する
温度センサTHがセンサ部SNSに挿入されている。
温度センサTHは、例えばトランジスタのベー
ス・エミツタ間の電圧Vbeが温度依存性を有する
ことを利用して測定する。
グに保たれた共通電極ED0に対向した固定電極
ED1,ED2で静電容量CH、CLが形成されておりこ
れ等の間には封液が満されている。また、センサ
部SNSのボデイあるいは封液の温度を測定する
温度センサTHがセンサ部SNSに挿入されている。
温度センサTHは、例えばトランジスタのベー
ス・エミツタ間の電圧Vbeが温度依存性を有する
ことを利用して測定する。
容量変換部CCVは静電容量CH、CLをアナログ
の電圧に変換する容量変換回路CAVとこの電圧
と温度センサTHからの電圧とをそれぞれデジタ
ル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路
ADC1,ADC2とを有している。
の電圧に変換する容量変換回路CAVとこの電圧
と温度センサTHからの電圧とをそれぞれデジタ
ル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路
ADC1,ADC2とを有している。
デジタル演算部DADはランダムアクセスメモ
リRAM、リードオンリーメモリROMを有し、
これ等のアドレス指定はプロセツサCPUからバ
スBUS1ラツチ・デコーダLADを介してなされ
る。BUS2はデータバスである。アナログ/デジ
タル変換回路ADC1,ADC2からの出力データは
ランダムアクセスメモリRAMに格納される。リ
ードオンリーメモリROMには所定の演算プログ
ラムが格納されており、プロセツサCPUの制御
のもとにリードオンリーメモリROMに格納され
た演算手順にしたがつて演算された結果はランダ
ムアクセスメモリRAMに格納される。なお、コ
ントロールバスの図示は省略してある。
リRAM、リードオンリーメモリROMを有し、
これ等のアドレス指定はプロセツサCPUからバ
スBUS1ラツチ・デコーダLADを介してなされ
る。BUS2はデータバスである。アナログ/デジ
タル変換回路ADC1,ADC2からの出力データは
ランダムアクセスメモリRAMに格納される。リ
ードオンリーメモリROMには所定の演算プログ
ラムが格納されており、プロセツサCPUの制御
のもとにリードオンリーメモリROMに格納され
た演算手順にしたがつて演算された結果はランダ
ムアクセスメモリRAMに格納される。なお、コ
ントロールバスの図示は省略してある。
最終の演算結果は、カウンタCTRによりデユ
テイ信号に変換され、デユテイ信号は出力回路
OPCで例えば4〜20mAの電流に変換されて負
荷に供給される。
テイ信号に変換され、デユテイ信号は出力回路
OPCで例えば4〜20mAの電流に変換されて負
荷に供給される。
第2図は第1図における容量変換回路CAVの
構成を具体的に示すブロツク図である。
構成を具体的に示すブロツク図である。
差動容量センサDCSは第2図に点線で囲んだ
ようにその共通電極ED0はアースからフローテイ
ングの状態に保たれ、これに対向して固定電極
ED1,ED2が配置されており、互に差動的に変化
する静電容量CH、CLを形成している。
ようにその共通電極ED0はアースからフローテイ
ングの状態に保たれ、これに対向して固定電極
ED1,ED2が配置されており、互に差動的に変化
する静電容量CH、CLを形成している。
共通電極ED0の端子CにはトランスT2の2次
巻線n2の一端が接続され、その他端は共通電位点
COMに接続され、トランスT2の1次巻線n1には
発振器OSCよりその出力電圧が印加されている。
巻線n2の一端が接続され、その他端は共通電位点
COMに接続され、トランスT2の1次巻線n1には
発振器OSCよりその出力電圧が印加されている。
固定電極ED2の端子LにはダイオードD4のカソ
ードが接続されその他端は演算増幅器OP4の反転
入力端に接続されている。電流/電圧変換器
CON4は演算増幅器OP4とその帰還回路に接続さ
れた抵抗R4とからなり、その入力に与えられる
静電容量CLの容量値に応じた平均電流I4を出力電
圧ECL(=−I4R4=kCL:kは定数)に変換する。
ードが接続されその他端は演算増幅器OP4の反転
入力端に接続されている。電流/電圧変換器
CON4は演算増幅器OP4とその帰還回路に接続さ
れた抵抗R4とからなり、その入力に与えられる
静電容量CLの容量値に応じた平均電流I4を出力電
圧ECL(=−I4R4=kCL:kは定数)に変換する。
固定電極ED1の端子HにはダイオードD2のカソ
ードが接続されその他端は演算増幅器OP5の反転
入力端に接続されている。電流/電圧変換器
CON5は演算増幅器OP5とその帰還回路に接続さ
れた抵抗R5とからなり、その入力に与えられる
静電容量CLの容量値に応じた平均電流I5を出力電
圧ECH(=−I5R5=kCH)に変換する。
ードが接続されその他端は演算増幅器OP5の反転
入力端に接続されている。電流/電圧変換器
CON5は演算増幅器OP5とその帰還回路に接続さ
れた抵抗R5とからなり、その入力に与えられる
静電容量CLの容量値に応じた平均電流I5を出力電
圧ECH(=−I5R5=kCH)に変換する。
また、トランスT2の2次巻線n2の両端の電圧
は温度に安定な基準容量CRとダイオードD5の直
列回路に印加されると共にこの直列回路の中間接
続点よりダイオードD6を介して半波整流された
平均電流I6が電流/電圧変換器CON6に流される。
電流/電圧変換器CON6は演算増幅器OP6とその
帰還回路に接続された抵抗R6とからなり、その
入力に与えられる基準容量CRの容量値に応じた
平均電流I6を出力電圧ECR(=−I6R6=kCR)に変
換する。
は温度に安定な基準容量CRとダイオードD5の直
列回路に印加されると共にこの直列回路の中間接
続点よりダイオードD6を介して半波整流された
平均電流I6が電流/電圧変換器CON6に流される。
電流/電圧変換器CON6は演算増幅器OP6とその
帰還回路に接続された抵抗R6とからなり、その
入力に与えられる基準容量CRの容量値に応じた
平均電流I6を出力電圧ECR(=−I6R6=kCR)に変
換する。
なお、端子L、Hと共通電極COMとの間にダ
イオードD4,D2とは逆極性に接続されたダイオ
ードD3,D1により静電容量CL、CHに充電された
電荷を放電する。また、演算増幅器OP4〜OP6の
入力端間に接続された静電容量Cf4〜Cf6は高調波
除去用である。
イオードD4,D2とは逆極性に接続されたダイオ
ードD3,D1により静電容量CL、CHに充電された
電荷を放電する。また、演算増幅器OP4〜OP6の
入力端間に接続された静電容量Cf4〜Cf6は高調波
除去用である。
これ等のうち、出力電圧ECRを発生させる回路
は必ずしも必要ではないが、説明の便宜上、併せ
て説明してある。
は必ずしも必要ではないが、説明の便宜上、併せ
て説明してある。
この様にして、静電容量CH、CLに対応した出
力電圧ECL、ECHが得られるが、これ等の出力電圧
ECL、ECHはアナログ/デジタル変換器ADC1に
よりデジタル値に変換され、また、温度センサ
THからの電圧はアナログ/デジタル変換器ADC2
でデジタル値に変換される。
力電圧ECL、ECHが得られるが、これ等の出力電圧
ECL、ECHはアナログ/デジタル変換器ADC1に
よりデジタル値に変換され、また、温度センサ
THからの電圧はアナログ/デジタル変換器ADC2
でデジタル値に変換される。
これ等のデジタル値に変換されたデジタル信号
を用いて第1図に示すプロセツサCPUにより演
算を実行する手順について第3図に示すフロー図
を用いて説明する。変位xがゼロのときの共通電
極ED0と固定電極ED1,ED2との間隔をd、固定
電極ED1,ED2の電極面積をA、封液の誘電率を
εとすれば、静電容量CH、CLは、 CH=Aε/d+x (1) CL=Aε/d−x (2) となる。(1)、(2)式から変位xを求めると x=dCL−CH/CL+CH (3) となる。ここで、CL、CHは電流/電圧変換器
CON4,CON5により既述のごとくECL=kCL、ECH
=kCHに変換されるので、(3)式は x=dECL−ECH/ECL+ECH (4) として現わされる。
を用いて第1図に示すプロセツサCPUにより演
算を実行する手順について第3図に示すフロー図
を用いて説明する。変位xがゼロのときの共通電
極ED0と固定電極ED1,ED2との間隔をd、固定
電極ED1,ED2の電極面積をA、封液の誘電率を
εとすれば、静電容量CH、CLは、 CH=Aε/d+x (1) CL=Aε/d−x (2) となる。(1)、(2)式から変位xを求めると x=dCL−CH/CL+CH (3) となる。ここで、CL、CHは電流/電圧変換器
CON4,CON5により既述のごとくECL=kCL、ECH
=kCHに変換されるので、(3)式は x=dECL−ECH/ECL+ECH (4) として現わされる。
次に、封液の誘電率εと静圧Psとの関係につい
て説明する。(1)(2)式を用いると封液の誘電率εは
次式の様になる。
て説明する。(1)(2)式を用いると封液の誘電率εは
次式の様になる。
ε=2d/A・CL
Claims (1)
- 1 ボデイに対して絶縁されて配置された共通電
極に対して第1電極と第2電極が対向して設けら
れこれ等の間に封液が満されて検出すべき変位に
応じて差動的に変化する第1および第2静電容量
を形成するセンサ部と、トランスを介して前記共
通電極に交流電圧が印加され前記第1および第2
静電容量に流れる電流を整流してそれぞれ第1お
よび第2信号に変換する容量変換手段と、前記セ
ンサ部に埋め込まれ前記センサ部の温度を対応す
る温度信号に変換する温度変換手段と、前記第1
および第2静電容量の和分の差を演算して前記変
位に対応した変位信号を得る変位演算手段と前記
第1および第2静電容量の和分の積を演算して前
記封液の誘電率を得る誘電率演算手段とこの誘電
率と前記温度信号を用いて静圧信号を得る静圧演
算手段と前記変位信号に対して前記温度信号と前
記静圧信号を用いて補正演算を行ない補正変位信
号を得る補正手段とをマイクロプロセツサで形成
するデジタル演算手段とを具備する容量式変位変
換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28529185A JPS62144020A (ja) | 1985-12-18 | 1985-12-18 | 容量式変位変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28529185A JPS62144020A (ja) | 1985-12-18 | 1985-12-18 | 容量式変位変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62144020A JPS62144020A (ja) | 1987-06-27 |
| JPH0431327B2 true JPH0431327B2 (ja) | 1992-05-26 |
Family
ID=17689617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28529185A Granted JPS62144020A (ja) | 1985-12-18 | 1985-12-18 | 容量式変位変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62144020A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5163947B2 (ja) * | 2008-04-15 | 2013-03-13 | 株式会社Ihi | 油膜厚さ計測装置および方法 |
| JP5501043B2 (ja) * | 2010-03-16 | 2014-05-21 | 株式会社ミツトヨ | 容量変化型変位計 |
-
1985
- 1985-12-18 JP JP28529185A patent/JPS62144020A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62144020A (ja) | 1987-06-27 |
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