JPH0518655Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は移動体のストローク変位を静電容量の
検出によつて測定する静電容量式変位計に関する
ものである。

（従来の技術） この種変位計としては本願出願人は先に、実願
昭61−174052号により第３図の如きものを提案済
である。この図において１は筒形ケース、２はロ
ツドを夫々示し、測定すべきストローク変位をこ
れらの相対変位として入力するようになす。ロツ
ド２は端蓋３を介し筒形ケース１内に同心に相対
ストローク可能に支持し、ケース１内には更にロ
ツド２を包囲する一対の内外筒形電極４，５を配
置する。これら筒形電極４，５の一端において、
内側の筒形電極４を端蓋３を介し筒形ケース１に
導電関係に固着し、外側の筒形電極５を絶縁体６
を介しケース１に電気絶縁関係に固着する。そし
て、電極４は端蓋３及びケース１を介し、又電極
５は端子７を介して変位検出回路８に夫々接続
し、外側の筒形電極５と、内側の筒形電極４及び
筒形ケース１との間の〓間９，１０を含めて端蓋
３により画成された空間内に気体又は液体の誘電
流体を封入する。

ロツド２には復筒シリンダ１１を係着し、この
復筒シリンダは、ロツド２のストロークにともな
い〓間９内に侵入する内側筒壁１１ａと、〓間１
０内に侵入する外側筒壁１１ｂとを一体に有し、
これら侵入に応じ、つまり測定すべきストローク
変位に応じて〓間９，１０の静電容量を変化させ
ることができる。そして、この静電容量を回路８
により検出することにより、ケース１及びロツド
２の相対変位を測定することができる。

かかる構成において、ケース１内の内径をd₈、
外側電極５の外径をd₅、内径をd₄、内側電極４の
外径をd₁、外側筒壁１１ｂの外径をd₇、内径を
d₆、内側筒壁１１ａの外径をd₃、内径をd₂とし、
ロツド２の最大ストロークをｌ、復筒シリンダ１
１の比誘電率をε₂、〓間９，１０における透電流
体の比誘電率をε₁とすると、復筒シリンダ１１が
ｘだけ〓間９，１０内に侵入した場合の静電容量
CTは次の如くに求めることができる。

つまり、電極４，５と復筒シリンダ１１とのオ
ーバーラツプ部分における静電容量をC₁、それ
以外の部分における〓間９，１０の静電容量を
C₂、絶縁体６が存在する部分における静電容量
をC₃とすると、 CT＝C₁＋C₂＋C₃ ……(1) である。しかして真空の誘電率をε₀とすると、 C₁は C₁＝2πε₀ｘ〔１／（１／ε₂−１／ε₁）l_o・d₃／d₂
＋１／ε₁・l_od₄／d₁ ＋１／（１／ε₂−１／ε₁）l_o・d₇／d₆＋１／ε₁・l
_od₈／d₅〕……(2) 又C₂は C₂＝2πε₀（１−ｘ）〔１／１／ε₁l_od₄／d₁＋１
１／ε₁l_od₈／d₅〕……(3) で夫々表わされ、C₃はｘの変化によつても不変
である。

ところで、(2)式において括弧により結んだ部分
は定数であるからこれをＡとし、又(3)式において
括弧により結んだ部分も定数であるからこれをＢ
とすると、(1)式は次式の如くになる。

Cr＝2πε₀ｘ（Ａ−Ｂ）＋2πε₀Ｂ＋C₃ ……(4) 従つて、静電容量CTはストローク変位ｘに比
例したものとなる。

検出回路８は、上記CTをコンデンサとするRC
発振器で構成されており、その発振周期Ｔは次式
で表わされる。

Ｔ＝（１／Ｋ）RCT （Ｋ：定数） ＝（Ｒ／Ｋ）（2πε₀ｘ（Ａ−Ｂ）＋2πε₀Ｂ＋C₃
）
……(5) ところでこの式において2πε₀Ｂ＋C₃は一定であ
るから、回路８の発振周期Ｔを読取ることにより
変位量ｘを測定することができる。

（考案が解決しようとする問題点） かかる静電容量式変位計においては、前述した
如く絶縁体６が存在する箇所にも静電容量C₃が
形成され、上記の測定を高精度にするためには、
(5)式においてC₃が一定であるを要する。このた
め絶縁体６は比誘電率の安定した材料で造るべき
であり、この材料としては、ポリプロピレンやポ
リアセタール等の合成樹脂を用いるのが常識的で
ある。

しかしこの合成樹脂は、熱膨張係数がケース１
や電極４，５のそれに較べて大きく、静電容量
C₃に関与する絶縁体６の部分の長さｍが温度に
応じて大きく変化する。長さｍの変化は静電容量
C₃の変化を惹起し、結果として測定結果が温度
毎に異なるという精度上の問題を免れない。

（問題点を解決するための手段） 本考案は、外側の筒形電極を筒形ケースに電気
絶縁して固定する必要上絶縁体を完全になくすこ
とはできないが、静電容量に関与する部分をでき
るだけ少なくなるようにすれば、その熱膨張によ
る測定誤差を少なくし得るとの観点から、絶縁体
を内外の筒形電極間に侵入しない形状としたもの
である。

（作用） 復筒シリンダが、測定すべき移動体の変位に応
じ、外側の筒形電極と内側の筒形電極及び筒形ケ
ースとの間の〓間内でこれらに対し相対変位する
と、これら〓間内の静電容量が変化し、この静電
容量変化により上記移動体の変位を測定すること
ができる。

ところで、外側の筒形電極を筒形ケースに固着
するのに用いる絶縁体を、内外の筒形電極間に侵
入しない形状としたため、この絶縁体はその分静
電容量に関与する部分を減少され、温度変化にと
もなう熱膨張量の変化によつても、これが静電容
量に及ぼす影響を少なくでき、温度変化にともな
う測定誤差を小さくすることができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。

第１図は本考案一実施の態様で、図中第３図に
おけると同様の部分を同一符号にて示す。

本考案においては、絶縁体６を内外の筒形電極
４，５間に侵入しない形状とするため、外側筒形
電極５を嵌め込むよう絶縁体６に形成した窪み６
ａの底面６ｂを平坦とし、〓間９をこの底面６ｂ
を平坦とし、〓間９をこの底面６ｂ迄延在させ、
これにより筒形電極４，５間に絶縁体６が一切存
在しないようになす。

そして、筒形ケース１に対する絶縁体６の嵌合
代をａの如くに制限するため、筒形ケース１の残
部内周を大径にして段差１ａを設定する。ところ
でこの場合第２図に示すように、段差１ａにおい
て電気力線の端面効果により矢印の如き電気力線
が走る傾向にある。これを防止するため、ｂで示
すように絶縁体６を段差１ａからオーバーハング
させる。

かかる構成の本考案変位計も第３図につき前述
したと同様にして変位の測定が可能であるが、電
極４，５間に絶縁体６が一切存在しないため、絶
縁体６の比較的大きな熱膨張量変化によつても、
これが静電容量に及ぼす影響を少なくでき、温度
変化にともなう測定誤差を小さくすることができ
る。

又、筒形ケース１及び電極４，５が金属（例え
ば鉄）で成形されており、温度変化に対する長さ
ａの変化は金属の熱膨張に起因して比較的小さ
い。このため、長さａの範囲で形成される静電容
量の変化は、絶縁体６の比誘電率が温度変化に対
し安定な材料であることとも相俟つて、ほとんど
無視できる程度である。一方、長さｂの範囲で形
成される静電容量は、絶縁体６の比誘電率が〓間
９，１０における誘電流体のそれに較べて大きい
ため、〓間９，１０における静電容量に較べて大
きく、長さｂの範囲の静電容量が温度変化にとも
なつて全体の静電容量に及ぼす影響は極く僅かで
ある。これらの理由から、外側電極５と筒形ケー
ス１との間の不可避な絶縁体６の部分も温度変化
によつて測定誤差を生ずるようなものではない。

（考案の効果） かくして本考案静電容量式変位計は上述の如
く、絶縁体６を内外の筒形電極４，５間に侵入し
ない形状としたから、絶縁体６はその分静電容量
に関与する部分を減少され、温度変化にともなう
熱膨張量の変化によつても、これが静電容量に及
ぼす影響を少なくでき、温度変化にともなう測定
誤差を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案変位計の一実施例を示す断面
図、第２図はその一部拡大断面図、第３図は本願
出願人が先に提案した変位計の断面図である。 １……筒形ケース、２……ロツド、３……端
蓋、４……内側筒形電極、５……外側筒形電極、
６……絶縁体、７……端子、８……変位検出回
路、９，１０……〓間、１１……復筒シリンダ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 一対の同心配置した筒形電極を筒形ケース内に
   同心に設け、これら電極の一端において内側の筒
   形電極を前記筒形ケースに導電関係に固着すると
   共に外側の筒型電極を絶縁体を介し前記筒形ケー
   スに電気絶縁関係に固着し、外側の筒形電極と内
   側の筒形電極及び筒形ケースとの間の〓間内にお
   ける復筒シリンダの相対変位を前記〓間の静電容
   量変化により測定するようにした静電容量式変位
   計において、 前記絶縁体を前記内外の筒形電極間に侵入しな
   い形状としたことを特徴とする静電容量式変位
   計。