JPH0626824Y2 - 静電容量による荷重センサ - Google Patents
静電容量による荷重センサInfo
- Publication number
- JPH0626824Y2 JPH0626824Y2 JP3767388U JP3767388U JPH0626824Y2 JP H0626824 Y2 JPH0626824 Y2 JP H0626824Y2 JP 3767388 U JP3767388 U JP 3767388U JP 3767388 U JP3767388 U JP 3767388U JP H0626824 Y2 JPH0626824 Y2 JP H0626824Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitance
- load sensor
- sealing member
- movable substrate
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は金属材よりなる固定基板と可動基板との間で形
成する静電容量が可動基板に加わる荷重によって生ずる
容量の変化を検出する静電容量による荷重センサに関す
る。
成する静電容量が可動基板に加わる荷重によって生ずる
容量の変化を検出する静電容量による荷重センサに関す
る。
〈従来の技術〉 荷重を静電容量の変化で検出する荷重センサの従来例を
第５図の縦断正面図，および第６図の分解斜視図に示
す。
第５図の縦断正面図，および第６図の分解斜視図に示
す。
図面に示すようにステンレス系ばね材あるいはFe-Ni-Cr
系の恒弾性合金よりなる固定基板１と荷重によって変形
する可動基板２との間に封止用ガラス材よりなる封止部
材４を接合し一定の間隙ｄ０を保つ空気コンデンサが形
成される。この空気コンデンサが形成された荷重センサ
は固定基板１と可動基板２のそれぞれにリード線１１，
２１を接続し，容量の変化量が出力され，また可動基板
２に荷重によって変形したときの封止部材４の内部の空
気が圧縮，伸長されるときの空気抜きのための小孔５が
設けられる。
系の恒弾性合金よりなる固定基板１と荷重によって変形
する可動基板２との間に封止用ガラス材よりなる封止部
材４を接合し一定の間隙ｄ０を保つ空気コンデンサが形
成される。この空気コンデンサが形成された荷重センサ
は固定基板１と可動基板２のそれぞれにリード線１１，
２１を接続し，容量の変化量が出力され，また可動基板
２に荷重によって変形したときの封止部材４の内部の空
気が圧縮，伸長されるときの空気抜きのための小孔５が
設けられる。
いま封止部材４を除いた部分の静電容量Ｃｏ１は封止部
材４の内径をΦ１，その円形の面積をＳ１，封止部材４
の厚さすなわち空隙間隔をｄｏとすると， であり，また間隙内の空気の誘電率εｏ１＝１とすると となる。
材４の内径をΦ１，その円形の面積をＳ１，封止部材４
の厚さすなわち空隙間隔をｄｏとすると， であり，また間隙内の空気の誘電率εｏ１＝１とすると となる。
また封止部材４がある領域における静電容量Ｃｏ２は封
止部材４の外径をΦ２，その円形の面積Ｓ２は であり，封止部材４としてのガラスなどの誘電率εｏ１
＝１０〜３０であり となり 初期容量ＣｏはＣｏ＝Ｃｏ１＋Ｃｏ２で表わせる。
止部材４の外径をΦ２，その円形の面積Ｓ２は であり，封止部材４としてのガラスなどの誘電率εｏ１
＝１０〜３０であり となり 初期容量ＣｏはＣｏ＝Ｃｏ１＋Ｃｏ２で表わせる。
ここで荷重Ｆに対して変化する容量は間隙が空気となっ
ているＣｏ１の現であり，Ｃｏ２は荷重Ｆに対し変化し
ないオフセット分の静電容量である。
ているＣｏ１の現であり，Ｃｏ２は荷重Ｆに対し変化し
ないオフセット分の静電容量である。
〈考案が解決しようとする課題〉 ここで封止部材４の誘電率はなるべく小さいことが望ま
しいが，従来の封止部材４となるガラスでは最小のもの
でも１０程度でＣｏ＝Ｃｏ１＋Ｃｏ２のうちオフセット
分Ｃｏ２はＣｏ１の５〜１０倍となる欠点がある。また
封止部材４の温度係数がＣｏ２の温度係数に直接寄与し
ているが，一般に封止部材４の温度係数の変化は広い範
囲にあり，従ってＣｏ２の温度特性は大きく，また変化
の範囲が広い場合は検出される容量Ｃｏ１の変化ΔＣ
ｏ１と同じ程度になる場合もあり，実質的な荷重の検出
分の容量変化ΔＣｏ１が正確に検出できない欠点があ
る。さらにＣｏ１／Ｃｏ２の比をなるべく大きくするた
めには封止部材４のリングの形状の幅を小とする必要が
あり，したがって固定基板１と可動基板２との接合部分
の機械的強度が弱く，機械的な信頼性に欠ける欠点があ
る。
しいが，従来の封止部材４となるガラスでは最小のもの
でも１０程度でＣｏ＝Ｃｏ１＋Ｃｏ２のうちオフセット
分Ｃｏ２はＣｏ１の５〜１０倍となる欠点がある。また
封止部材４の温度係数がＣｏ２の温度係数に直接寄与し
ているが，一般に封止部材４の温度係数の変化は広い範
囲にあり，従ってＣｏ２の温度特性は大きく，また変化
の範囲が広い場合は検出される容量Ｃｏ１の変化ΔＣ
ｏ１と同じ程度になる場合もあり，実質的な荷重の検出
分の容量変化ΔＣｏ１が正確に検出できない欠点があ
る。さらにＣｏ１／Ｃｏ２の比をなるべく大きくするた
めには封止部材４のリングの形状の幅を小とする必要が
あり，したがって固定基板１と可動基板２との接合部分
の機械的強度が弱く，機械的な信頼性に欠ける欠点があ
る。
〈課題を解決するための手段〉 本考案は従来のかかる欠点を除き，外周の一部にリード
線接続用の突起を設けた恒弾性合金よりなるリング状の
スペーサ３を中央にして，その両面に接合領域が小とな
るような状態でガラスなどの絶縁材よりなる２個のリン
グ状の第１の封止部材と第２の封止部材を挟持接合し，
さらにそれぞれの封止部材の外側面に外周の一部に外方
に向けて突起を突設した円板状の固定基板１と可動基板
２とを接合した静電容量による荷重センサである。
線接続用の突起を設けた恒弾性合金よりなるリング状の
スペーサ３を中央にして，その両面に接合領域が小とな
るような状態でガラスなどの絶縁材よりなる２個のリン
グ状の第１の封止部材と第２の封止部材を挟持接合し，
さらにそれぞれの封止部材の外側面に外周の一部に外方
に向けて突起を突設した円板状の固定基板１と可動基板
２とを接合した静電容量による荷重センサである。
〈作用〉 固定基板１と可動基板２はスペーサと２個の封止部材の
厚さを間隙とするコンデンサとなり可動基板２に荷重が
加わると変位して静電容量が変化する。
厚さを間隙とするコンデンサとなり可動基板２に荷重が
加わると変位して静電容量が変化する。
〈実施例〉 本考案の静電容量形荷重センサの実施例を第１図の縦断
正面図，および第２図の分解斜視図に示す。
正面図，および第２図の分解斜視図に示す。
図面に示すように外周の一部より外方に向けてリード線
接続用の突起６を設けた恒弾性合金よりなる円板状の固
定基板１と円板状の可動基板２の間に，同じ恒弾性合金
よりなり外周の一部より外方に向けて突起６を設けたリ
ング状のスペーサ３を中央にして両面よりガラスなどよ
りなるリング状の第１の封止部材４と第２の封止部材
４′で挟んで接合して荷重センサが形成される。
接続用の突起６を設けた恒弾性合金よりなる円板状の固
定基板１と円板状の可動基板２の間に，同じ恒弾性合金
よりなり外周の一部より外方に向けて突起６を設けたリ
ング状のスペーサ３を中央にして両面よりガラスなどよ
りなるリング状の第１の封止部材４と第２の封止部材
４′で挟んで接合して荷重センサが形成される。
この荷重センサは固定基板１と可動基板２との間の厚さ
は厚さｔ１の第１の封止部材４と厚さｔ２の封止部材
４′および厚さｔ３のスペーサ３とを加えたｄ１の空隙
を持った静電容量が形成される。
は厚さｔ１の第１の封止部材４と厚さｔ２の封止部材
４′および厚さｔ３のスペーサ３とを加えたｄ１の空隙
を持った静電容量が形成される。
いま可動基板２の中心に荷重Ｆが加わると点線で示すよ
うに変位し，空隙内の空気は小孔５を通って可動基板２
と固定基板１間で静電容量を変化させる。この容量の変
化は容量−周波数（Ｃ−Ｆ）コンバータのような信号処
理回路によって周波数の変化として検出される。
うに変位し，空隙内の空気は小孔５を通って可動基板２
と固定基板１間で静電容量を変化させる。この容量の変
化は容量−周波数（Ｃ−Ｆ）コンバータのような信号処
理回路によって周波数の変化として検出される。
この種の荷重センサの等価回路は第３図に示すように，
スペーサ３に相当する端子３１を自由としたときの端子
１１，２１から見た容量Ｃは荷重Ｆによって変化する固
定基板１と可動基板２間の静電容量Ｃ１２，スペーサ３
と固定基板１または可動基板２のそれぞれの間の静電容
量をＣ３１，Ｃ２３とすると となる。
スペーサ３に相当する端子３１を自由としたときの端子
１１，２１から見た容量Ｃは荷重Ｆによって変化する固
定基板１と可動基板２間の静電容量Ｃ１２，スペーサ３
と固定基板１または可動基板２のそれぞれの間の静電容
量をＣ３１，Ｃ２３とすると となる。
しかし静電容量の変化を信号処理回路で周波数として処
理するとき，端子３１を自由とせず接地するため，実質
的にＣ１２のみとなりＣ２３，Ｃ３１成分は全く出力周
波数に寄与できない。
理するとき，端子３１を自由とせず接地するため，実質
的にＣ１２のみとなりＣ２３，Ｃ３１成分は全く出力周
波数に寄与できない。
この信号処理回路の例を第４図に示す演算増幅器を用い
たＣ−Ｆコンバータで示す。図面に示すようにCR充放電
回路８に第３図の等価回路のスペーサ３の端子３１を接
地されて接続させているので端子２１と３１とは回路上
ほぼ同一電位で接地となり，Ｃ２３間には電流は流れず
充電電流ＩｏはすべてＣ１２に流れ電流Ｉｏのみで端子
１１の電位が決定されＣ３１には全く影響されない。し
たがってこの回路では端子３１は接地され出力周波数は
Ｃ１２のみに依存され，従来問題をかかえていたオフセ
ット分の静電容量Ｃ２３，Ｃ３１は全く関係しなくな
る。CR充放電回路８の入力Ｘにおける矩形波はその出力
Ｙの周波数が変った三角波となり，これをシュミット回
路９で矩形波とし増幅部１０で増幅し出力Ｚの矩形波の
周期Ｔを測定して静電容量の変化が検出される。
たＣ−Ｆコンバータで示す。図面に示すようにCR充放電
回路８に第３図の等価回路のスペーサ３の端子３１を接
地されて接続させているので端子２１と３１とは回路上
ほぼ同一電位で接地となり，Ｃ２３間には電流は流れず
充電電流ＩｏはすべてＣ１２に流れ電流Ｉｏのみで端子
１１の電位が決定されＣ３１には全く影響されない。し
たがってこの回路では端子３１は接地され出力周波数は
Ｃ１２のみに依存され，従来問題をかかえていたオフセ
ット分の静電容量Ｃ２３，Ｃ３１は全く関係しなくな
る。CR充放電回路８の入力Ｘにおける矩形波はその出力
Ｙの周波数が変った三角波となり，これをシュミット回
路９で矩形波とし増幅部１０で増幅し出力Ｚの矩形波の
周期Ｔを測定して静電容量の変化が検出される。
ここで固定基板１，可動基板２，スペーサ３とも同じ恒
弾性合金よりなるので熱弾性係数は１０PPM／℃以下で
あり，また接合も同じ材料であるのでバイメタル効果は
殆んど生ぜず，温度特性は極めてよい。
弾性合金よりなるので熱弾性係数は１０PPM／℃以下で
あり，また接合も同じ材料であるのでバイメタル効果は
殆んど生ぜず，温度特性は極めてよい。
また本考案によればＣ２３，Ｃ３１の影響は除かれるの
で，封止部材４，４′の接合面の面積には特に制限はな
く，ある程度の面積が増加しても差支えなく，接合の信
頼性は向上する。
で，封止部材４，４′の接合面の面積には特に制限はな
く，ある程度の面積が増加しても差支えなく，接合の信
頼性は向上する。
〈考案の効果〉 以上に述べたように本考案によれば，固定基板１と可動
基板２およびスペーサ３は同じ合金より形成されている
ので，温度の変化に対して特性がよく，高精度で機械的
信頼性が高い荷重センサが得られる。
基板２およびスペーサ３は同じ合金より形成されている
ので，温度の変化に対して特性がよく，高精度で機械的
信頼性が高い荷重センサが得られる。
第１図は本考案の静電容量形荷重センサの実施例の縦断
正面図，第２図は第１図における分解斜視図，第３図は
第１図の荷重センサの等価回路図，第４図は荷重センサ
の容量の変化を周波数の変化とするＣ−Ｆコンバータの
例の回路図，第５図は従来の静電容量形荷重センサの例
の縦断正面図，第６図は第５図における分解斜視図であ
る。 なお １：固定基板，２：可動基板，３：スペーサ，４，
４′：封止部材，５：小孔，６：突起，７：センサ部，
８：CR充放電回路、９：シュミット回路，１０：増幅
部，１１，２１，３１：端子。
正面図，第２図は第１図における分解斜視図，第３図は
第１図の荷重センサの等価回路図，第４図は荷重センサ
の容量の変化を周波数の変化とするＣ−Ｆコンバータの
例の回路図，第５図は従来の静電容量形荷重センサの例
の縦断正面図，第６図は第５図における分解斜視図であ
る。 なお １：固定基板，２：可動基板，３：スペーサ，４，
４′：封止部材，５：小孔，６：突起，７：センサ部，
８：CR充放電回路、９：シュミット回路，１０：増幅
部，１１，２１，３１：端子。
Claims (1)
- 【請求項１】外周の一部に外方に向けてリード線接続用
の突起６を突設した恒弾性合金よりなるリング状のスペ
ーサ３を中央にして両面に接合領域が小なる状態で挟持
接合された絶縁材よりなる２個のリング状の封止部材
４，４′の外側面に，前記突起を外周の一部に突設した
前記恒弾性合金よりなる円板状の固定基板１および可動
基板２とを接合してなる静電容量による荷重センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3767388U JPH0626824Y2 (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 静電容量による荷重センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3767388U JPH0626824Y2 (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 静電容量による荷重センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01141436U JPH01141436U (ja) | 1989-09-28 |
| JPH0626824Y2 true JPH0626824Y2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=31264250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3767388U Expired - Lifetime JPH0626824Y2 (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | 静電容量による荷重センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0626824Y2 (ja) |
-
1988
- 1988-03-24 JP JP3767388U patent/JPH0626824Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01141436U (ja) | 1989-09-28 |
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