JPH0635997B2 - 静電容量測定回路 - Google Patents
静電容量測定回路Info
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- JPH0635997B2 JPH0635997B2 JP61103262A JP10326286A JPH0635997B2 JP H0635997 B2 JPH0635997 B2 JP H0635997B2 JP 61103262 A JP61103262 A JP 61103262A JP 10326286 A JP10326286 A JP 10326286A JP H0635997 B2 JPH0635997 B2 JP H0635997B2
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
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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
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
- G01B7/023—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring distance between sensor and object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の関連する技術分野 本発明は、測定容量を所定の切換周波数で周期的に交互
に、充電のために定電圧に接続するかまたは放電のため
に蓄積コンデンサに接続する切換装置を備えており、前
記蓄積コンデンサは測定容量より大きい静電容量を有し
ており、かつ前記蓄積コンデンサは抵抗を介して放電さ
れかつ該放電電流は、前記蓄積コンデンサの端子電圧が
平均して一定の基準電位に保持されるように制御され、
その際該制御される放電電流の値は、前記測定容量から
前記蓄積コンデンサに移送される電荷の時間的な平均値
に相応しかつ放電電流の大きさは測定容量に比例しかつ
求める測定値を表わす、静電容量測定回路に関する。
に、充電のために定電圧に接続するかまたは放電のため
に蓄積コンデンサに接続する切換装置を備えており、前
記蓄積コンデンサは測定容量より大きい静電容量を有し
ており、かつ前記蓄積コンデンサは抵抗を介して放電さ
れかつ該放電電流は、前記蓄積コンデンサの端子電圧が
平均して一定の基準電位に保持されるように制御され、
その際該制御される放電電流の値は、前記測定容量から
前記蓄積コンデンサに移送される電荷の時間的な平均値
に相応しかつ放電電流の大きさは測定容量に比例しかつ
求める測定値を表わす、静電容量測定回路に関する。
従来技術 この形式の静電容量回路は、例えばドイツ連邦共和国特
許出願公開第３１４３１１４号公報から公知であり、ス
イツチドキヤパシタの原理で動作する。静電容量測定
は、周期的に交互に一定の電圧に充電され且つ放電され
る測定容量の平均放電電流の測定に関する。通常、その
平均放電電流が電流−電圧変換器により電圧に変換され
る。この電圧が測定容量に比例する。２つの、同じ原理
で動作する回路分岐を用いることにより、殊に２つの測
定容量の間の静電容量の差を、高い感度および精度で測
定することができ、これはそのような静電容量の差が測
定される静電容量に比べて極めて小さいときにも可能で
ある。
許出願公開第３１４３１１４号公報から公知であり、ス
イツチドキヤパシタの原理で動作する。静電容量測定
は、周期的に交互に一定の電圧に充電され且つ放電され
る測定容量の平均放電電流の測定に関する。通常、その
平均放電電流が電流−電圧変換器により電圧に変換され
る。この電圧が測定容量に比例する。２つの、同じ原理
で動作する回路分岐を用いることにより、殊に２つの測
定容量の間の静電容量の差を、高い感度および精度で測
定することができ、これはそのような静電容量の差が測
定される静電容量に比べて極めて小さいときにも可能で
ある。
他方、容量測定回路または容量性センサでは、例えば米
国特許第３７８１６７２号明細書およびドイツ連邦共和
国特許出願公告第２７４４７８５号公報から、“能動し
やへい”の原理が公知である。この原理は、被測定容量
またはセンサ容量に対して設けられたしやへい装置の電
位が常にしやへいすべき電極の電位に追従されるという
ものである。これにより、漂遊容量や妨害磁界の測定容
量またはセンサ容量への影響を遮断することができる。
しやへい装置例えば測定またはセンサ電極を取巻くしや
へい電極、または被測定またはセンサ容量を静電容量測
定回路に接続するケーブルのしやへい装置でもよい。従
来技術によれば、能動しやへいは、しやへいされた電極
の電位が検出されてインピーダンス変換器を介してしや
へい装置に加えられるという方法で行われる。この解決
方法は、インピーダンス変換器として、高い精度および
高い入力キヤパシタンスへの要求を満たすような演算増
幅器が必要なので高価につく。
国特許第３７８１６７２号明細書およびドイツ連邦共和
国特許出願公告第２７４４７８５号公報から、“能動し
やへい”の原理が公知である。この原理は、被測定容量
またはセンサ容量に対して設けられたしやへい装置の電
位が常にしやへいすべき電極の電位に追従されるという
ものである。これにより、漂遊容量や妨害磁界の測定容
量またはセンサ容量への影響を遮断することができる。
しやへい装置例えば測定またはセンサ電極を取巻くしや
へい電極、または被測定またはセンサ容量を静電容量測
定回路に接続するケーブルのしやへい装置でもよい。従
来技術によれば、能動しやへいは、しやへいされた電極
の電位が検出されてインピーダンス変換器を介してしや
へい装置に加えられるという方法で行われる。この解決
方法は、インピーダンス変換器として、高い精度および
高い入力キヤパシタンスへの要求を満たすような演算増
幅器が必要なので高価につく。
発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の静電容量測定回路
において、能動しやへいを簡単かつ有効な方法で達成す
ることにある。
において、能動しやへいを簡単かつ有効な方法で達成す
ることにある。
問題点を解決するための手段 この問題を解決するために、本発明による静電容量測定
回路は、別の１つの切換装置を備えており、この切換装
置が、測定容量に対して設けられたしゃへい装置を切換
周波数で周期的に、前記測定容量が充電される一定の電
圧に相応する電位または前記放電電流の制御により前記
蓄積コンデンサの端子電圧が保持される基準電位に相応
する電位に交互に接続する。
回路は、別の１つの切換装置を備えており、この切換装
置が、測定容量に対して設けられたしゃへい装置を切換
周波数で周期的に、前記測定容量が充電される一定の電
圧に相応する電位または前記放電電流の制御により前記
蓄積コンデンサの端子電圧が保持される基準電位に相応
する電位に交互に接続する。
実施例 次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
第１図は本発明による静電容量測定回路の実施例を示
し、この静電容量測定回路１０はドイツ連邦共和国特許
出願公開第３１４３１１４号公報から公知のスイツチド
キヤパシタの原理に従つて、被測定コンデンサ１１の静
電容量ＣＭに比例する出力信号を発生する。被測定コン
デンサ１１は静電容量測定回路１０から比較的大きく隔
つて設けることができ、この測定回路にしやへいされた
ケーブル１２を介して接続されている。しやへいされた
ケーブルはしやへいされた内部導体１３とケーブルしや
へい部１４とを有する。被測定コンデンサ１１の場所に
しやへい電極１５が設けられているとき、このしやへい
電極はケーブルしやへい部１４に接続されている。
し、この静電容量測定回路１０はドイツ連邦共和国特許
出願公開第３１４３１１４号公報から公知のスイツチド
キヤパシタの原理に従つて、被測定コンデンサ１１の静
電容量ＣＭに比例する出力信号を発生する。被測定コン
デンサ１１は静電容量測定回路１０から比較的大きく隔
つて設けることができ、この測定回路にしやへいされた
ケーブル１２を介して接続されている。しやへいされた
ケーブルはしやへいされた内部導体１３とケーブルしや
へい部１４とを有する。被測定コンデンサ１１の場所に
しやへい電極１５が設けられているとき、このしやへい
電極はケーブルしやへい部１４に接続されている。
静電容量測定回路１０は切換スイツチ１６を備えてお
り、この切換スイツチは第１図に示されている位置にお
いて、被測定コンデンサ１１をケーブル１２の内部導体
１３を介して端子１７に接続し、この端子１７はアース
に対して一定の正の直流電圧＋Ｕ、例えば回路の動作電
圧を供給する。他のスイツチ位置において切換スイツチ
１６は被測定コンデンサ１１を蓄積コンデンサＣＯに接
続し、この蓄積コンデンサの静電容量ＣＯは測定静電容
量ＣＭに比べ極めて大きい。切換スイツチ１６と蓄積コ
ンデンサ１８の相互に接続された端子には演算増幅器２
０の反転入力測も接続されており、該演算増幅器の非反
転入力側はアースされており、さらに演算増幅器の帰還
回路は出力側と入力側との間に抵抗２１を有する。
り、この切換スイツチは第１図に示されている位置にお
いて、被測定コンデンサ１１をケーブル１２の内部導体
１３を介して端子１７に接続し、この端子１７はアース
に対して一定の正の直流電圧＋Ｕ、例えば回路の動作電
圧を供給する。他のスイツチ位置において切換スイツチ
１６は被測定コンデンサ１１を蓄積コンデンサＣＯに接
続し、この蓄積コンデンサの静電容量ＣＯは測定静電容
量ＣＭに比べ極めて大きい。切換スイツチ１６と蓄積コ
ンデンサ１８の相互に接続された端子には演算増幅器２
０の反転入力測も接続されており、該演算増幅器の非反
転入力側はアースされており、さらに演算増幅器の帰還
回路は出力側と入力側との間に抵抗２１を有する。
第１図の静電容量回路の動作を第２図の時間線図を用い
て説明する。
て説明する。
第２図の波形Ａは切換スイツチ１６を制御する制御信号
Ａの時間経過を示す。制御信号Ａは周期的に交互に２つ
の状態０または１になる。その際、切換スイツチ１６
は、制御信号Ａが値１のとき第１図に示す位置にあり、
このとき切換スイツチは被測定コンデンサ１１を端子１
７に接続し、他方制御信号Ａの値０のとき被測定コンデ
ンサ１１が端子１７から切離されて、代わりに蓄積コン
デンサ１８に接続されるものと仮定する。
Ａの時間経過を示す。制御信号Ａは周期的に交互に２つ
の状態０または１になる。その際、切換スイツチ１６
は、制御信号Ａが値１のとき第１図に示す位置にあり、
このとき切換スイツチは被測定コンデンサ１１を端子１
７に接続し、他方制御信号Ａの値０のとき被測定コンデ
ンサ１１が端子１７から切離されて、代わりに蓄積コン
デンサ１８に接続されるものと仮定する。
第２図の波形ＵCMは、被測定コンデンサ１１の電圧の時
間的経過を示し、ひいてはケーブル１２の内部導体１３
の電圧を示す。制御信号Ａの値１に対応する各時相Ｉに
おいて、被測定コンデンサ１１は電圧＋Ｕに充電され
る。充電は充電回路の不可避の時定数故に、遅延なしに
は行なわれないが、時相Ｉの長さは、被測定コンデンサ
１１の電圧ＵCMが確実に完全な値＋Ｕに達するように大
きく設定されている。
間的経過を示し、ひいてはケーブル１２の内部導体１３
の電圧を示す。制御信号Ａの値１に対応する各時相Ｉに
おいて、被測定コンデンサ１１は電圧＋Ｕに充電され
る。充電は充電回路の不可避の時定数故に、遅延なしに
は行なわれないが、時相Ｉの長さは、被測定コンデンサ
１１の電圧ＵCMが確実に完全な値＋Ｕに達するように大
きく設定されている。
制御信号Ａの値０に対応する時相IIにおいて、被測定コ
ンデンサ１１から相応の時定数で蓄積コンデンサ１８に
放電される。蓄積コンデンサ１８の静電容量ＣＯは測定
容量ＣＭより非常に大きいので、これら両コンデンサの
電圧は電荷の均らしないし平均化の後は電圧＋Ｕに比べ
て非常に小さい。有利には時相Ｉと同じ長さの時相IIの
持続時間は、完全な電荷の均らしないし平均化を確実に
行なえるように定められている。
ンデンサ１１から相応の時定数で蓄積コンデンサ１８に
放電される。蓄積コンデンサ１８の静電容量ＣＯは測定
容量ＣＭより非常に大きいので、これら両コンデンサの
電圧は電荷の均らしないし平均化の後は電圧＋Ｕに比べ
て非常に小さい。有利には時相Ｉと同じ長さの時相IIの
持続時間は、完全な電荷の均らしないし平均化を確実に
行なえるように定められている。
次の時相Ｉにおいて、被測定コンデンサ１１は再び電圧
＋Ｕに充電され、他方蓄積コンデンサ１８の電荷は電流
−電圧変換器として作用する演算増幅器２０により緩慢
に放出される。電荷の均らしないし平均化は、抵抗２１
を介して流れる電流により行われ、この電流の作用によ
り、蓄積コンデンサ１８の電圧が平均値においてほぼ値
ゼロに保持される。抵抗２１を介して流れる電流は、被
測定のコンデンサ１１から放電される電流の平均値に等
しい。この電流の保持のために、演算増幅器２０の出力
電圧が、測定容量ＣＭに正確に比例する値ＵＣになる。
＋Ｕに充電され、他方蓄積コンデンサ１８の電荷は電流
−電圧変換器として作用する演算増幅器２０により緩慢
に放出される。電荷の均らしないし平均化は、抵抗２１
を介して流れる電流により行われ、この電流の作用によ
り、蓄積コンデンサ１８の電圧が平均値においてほぼ値
ゼロに保持される。抵抗２１を介して流れる電流は、被
測定のコンデンサ１１から放電される電流の平均値に等
しい。この電流の保持のために、演算増幅器２０の出力
電圧が、測定容量ＣＭに正確に比例する値ＵＣになる。
特別な構成を施こさなければ、しやへいされたケーブル
１２のケーブル静電容量ＣＫが測定容量ＣＭに加算さ
れ、ケーブルの静電容量変化が測定に影響を及ぼす。こ
のようなケーブル静電容量の影響を除くために、第１図
の静電容量測定回路では、ケーブルしやへい部１４の電
位をケーブル１２のしやへいされた内部導体１３に追従
させるという能動しやへいを用いる。付加的にしやへい
用電極１５が設けられていてケーブルしやへい部１４に
接続されているとき、しやへい用電極１５の電位も、能
動しやへいにより、それがしやへいしているコンデンサ
電極の電位に追従する。これにより漂遊容量や妨害磁界
の測定容量への影響が遮断される。従来技術によれば、
そのような能動的しやへいは、しやへいされた導体（し
やへい導体）の電位が持続的に検出されてインピーダン
ス変換器を介してしやへい部に加えられることにより行
なえる。これに対して第１図の静電容量測定回路では能
動的しやへいは制御信号Ｂにより操作される切換スイツ
チ２３を用いて極めて簡単かつ有効に行なわれ、しやへ
い導体の電位のフイードバツク調整が不要である。
１２のケーブル静電容量ＣＫが測定容量ＣＭに加算さ
れ、ケーブルの静電容量変化が測定に影響を及ぼす。こ
のようなケーブル静電容量の影響を除くために、第１図
の静電容量測定回路では、ケーブルしやへい部１４の電
位をケーブル１２のしやへいされた内部導体１３に追従
させるという能動しやへいを用いる。付加的にしやへい
用電極１５が設けられていてケーブルしやへい部１４に
接続されているとき、しやへい用電極１５の電位も、能
動しやへいにより、それがしやへいしているコンデンサ
電極の電位に追従する。これにより漂遊容量や妨害磁界
の測定容量への影響が遮断される。従来技術によれば、
そのような能動的しやへいは、しやへいされた導体（し
やへい導体）の電位が持続的に検出されてインピーダン
ス変換器を介してしやへい部に加えられることにより行
なえる。これに対して第１図の静電容量測定回路では能
動的しやへいは制御信号Ｂにより操作される切換スイツ
チ２３を用いて極めて簡単かつ有効に行なわれ、しやへ
い導体の電位のフイードバツク調整が不要である。
第２図の波形Ｂは制御信号Ｂの時間経過を示し、この制
御信号も、制御信号Ａと同じ繰返周波数で周期的に交互
に値０および１を有する。第２図の波形ＵＫは、切換ス
イツチ２３によりケーブルしゃへい部１４に加えられる
電圧の時間経過を示す。制御信号Ｂが値１のとき、ケー
ブルしやへい部１４は電圧＋Ｕに接続され、電圧ＵＫは
時定数により規定される反転充電時間ＴＫ後に電圧値＋
Ｕに達する。制御信号Ｂは値０のとき、ケーブルしやへ
い部１４はアース電位に接続され、電圧ＵＫは再び反転
充電時間ＴＫの後に電圧値０に達する。
御信号も、制御信号Ａと同じ繰返周波数で周期的に交互
に値０および１を有する。第２図の波形ＵＫは、切換ス
イツチ２３によりケーブルしゃへい部１４に加えられる
電圧の時間経過を示す。制御信号Ｂが値１のとき、ケー
ブルしやへい部１４は電圧＋Ｕに接続され、電圧ＵＫは
時定数により規定される反転充電時間ＴＫ後に電圧値＋
Ｕに達する。制御信号Ｂは値０のとき、ケーブルしやへ
い部１４はアース電位に接続され、電圧ＵＫは再び反転
充電時間ＴＫの後に電圧値０に達する。
第２図の波形図から、次のことがわかる、即ち、制御信
号ＡおよびＢが正確に同相のとき、電圧ＵCMおよびＵＫ
も互いにほぼ同じ時間経過を有する。従つて、しやへい
部の電位がしやへいされた電極の電位に常に追従するよ
うにする、という能動的しやへいの条件が満たされる。
しかし第２図において制御信号ＡおよびＢはあえて互い
に位相をずらして示されている。これは正確な時間的関
係が保持されていないことを示すためである。このとき
確かに各時相IIの初めに、測定コンデンサ１１の電圧が
既に蓄積コンデンサ１８に放電されているのにケーブル
しやへい部はまだ電圧＋Ｕに接続されている期間IIａが
生ずるので、ケーブル静電容量ＣＫが充電され、相応の
電荷ＱＫが蓄積コンデンサ１８に流入する。しかし引続
いて同じ時相IIの期間IIｂにおいて、ケーブルしやへい
部１４がアースされる一方でしやへいされた内部導体１
３が蓄積コンデンサ１８に接続されているので、ほぼ同
じ電荷ＱＫが再び蓄積コンデンサ１８からケーブル静電
容量ＣＫに流入する。この電荷の移動は平均値において
相殺されるので、蓄積コンデンサ１８には被測定コンデ
ンサ１１の検出すべき電荷ＱＭだけが有効に残る。従つ
て電荷ＱＭだけが、抵抗２１を介して流れる電流ひいて
は演算増幅器２０の出力側の電圧ＵＣに対する尺度とな
る。
号ＡおよびＢが正確に同相のとき、電圧ＵCMおよびＵＫ
も互いにほぼ同じ時間経過を有する。従つて、しやへい
部の電位がしやへいされた電極の電位に常に追従するよ
うにする、という能動的しやへいの条件が満たされる。
しかし第２図において制御信号ＡおよびＢはあえて互い
に位相をずらして示されている。これは正確な時間的関
係が保持されていないことを示すためである。このとき
確かに各時相IIの初めに、測定コンデンサ１１の電圧が
既に蓄積コンデンサ１８に放電されているのにケーブル
しやへい部はまだ電圧＋Ｕに接続されている期間IIａが
生ずるので、ケーブル静電容量ＣＫが充電され、相応の
電荷ＱＫが蓄積コンデンサ１８に流入する。しかし引続
いて同じ時相IIの期間IIｂにおいて、ケーブルしやへい
部１４がアースされる一方でしやへいされた内部導体１
３が蓄積コンデンサ１８に接続されているので、ほぼ同
じ電荷ＱＫが再び蓄積コンデンサ１８からケーブル静電
容量ＣＫに流入する。この電荷の移動は平均値において
相殺されるので、蓄積コンデンサ１８には被測定コンデ
ンサ１１の検出すべき電荷ＱＭだけが有効に残る。従つ
て電荷ＱＭだけが、抵抗２１を介して流れる電流ひいて
は演算増幅器２０の出力側の電圧ＵＣに対する尺度とな
る。
つまり制御信号Ａに対する制御信号Ｂの時間的位置への
要求は厳密ではない。単に、しやへい電圧ＵＫが各時相
IIの初めに電圧値＋Ｕに達し、かつ各時相Ｉの初めに値
０に達しなければならないという時間的条件を満たせば
よい。これは、反転充電時間ＴＫを考慮すると、制御信
号Ｂが各時相IIの開始より遅くとも期間ＴＫぶん早く値
１になり、かつ各時相Ｉの開始より遅くとも期間ＴＫぶ
ん早く値０にならなければならないことを意味する。そ
こから、波形Ｂ′に示されるような時間的条件が生ず
る。即ち、制御信号Ｂは格子線をつけられた領域におい
ては任意の値を有することができるが「１」ないし
「０」でマークされた持続時間ＴＫの領域においてだけ
は、そのマークによつて指定されている信号値を有しな
ければならない。
要求は厳密ではない。単に、しやへい電圧ＵＫが各時相
IIの初めに電圧値＋Ｕに達し、かつ各時相Ｉの初めに値
０に達しなければならないという時間的条件を満たせば
よい。これは、反転充電時間ＴＫを考慮すると、制御信
号Ｂが各時相IIの開始より遅くとも期間ＴＫぶん早く値
１になり、かつ各時相Ｉの開始より遅くとも期間ＴＫぶ
ん早く値０にならなければならないことを意味する。そ
こから、波形Ｂ′に示されるような時間的条件が生ず
る。即ち、制御信号Ｂは格子線をつけられた領域におい
ては任意の値を有することができるが「１」ないし
「０」でマークされた持続時間ＴＫの領域においてだけ
は、そのマークによつて指定されている信号値を有しな
ければならない。
既述のように、蓄積コンデンサ１８の静電容量ＣＯは測
定容量ＣＭに比べて可及的に大きくすべきである。その
比ＣＯ／ＣＭは実際には値１００に達してもよい。しか
しこの比は任意に大きくすることはできないので、被測
定コンデンサ１１から蓄積コンデンサ１８に反転充電す
るとき、時相IIにおいて蓄積コンデンサ１８の電圧が被
測定コンデンサ１１からの電荷ＱＭによりやや上昇す
る。これに応じて、時相IIの期間IIｂにおいても、全電
荷ＱＫがケーブル静電容量ＣＫに正確には戻されず、や
や少なくなる。有効なケーブル静電容量ＣＫの低減は従
つて一次近似において比ＣＯ／ＣＭに相応するのである
が、残留誤差は無視できる程度である。
定容量ＣＭに比べて可及的に大きくすべきである。その
比ＣＯ／ＣＭは実際には値１００に達してもよい。しか
しこの比は任意に大きくすることはできないので、被測
定コンデンサ１１から蓄積コンデンサ１８に反転充電す
るとき、時相IIにおいて蓄積コンデンサ１８の電圧が被
測定コンデンサ１１からの電荷ＱＭによりやや上昇す
る。これに応じて、時相IIの期間IIｂにおいても、全電
荷ＱＫがケーブル静電容量ＣＫに正確には戻されず、や
や少なくなる。有効なケーブル静電容量ＣＫの低減は従
つて一次近似において比ＣＯ／ＣＭに相応するのである
が、残留誤差は無視できる程度である。
切換スイツチ１６および２３は第１図において単に象徴
的に機械スイツチとして示されている。実際には電子的
高速スイツチ、例えばMOS電界効果トランジスタであ
る。そのような電子スイツチは切換スイツチとしてでは
なく、簡単なオン・オフ・スイツチとして作用するの
で、第１図の各切換スイツチは、その種の２つの電子ス
イツチで置き換えなければならない。第３図には電子ス
イツチを用いて構成された静電容量測定回路が示されて
おり、第４図には対応する時間線図が示されている。
的に機械スイツチとして示されている。実際には電子的
高速スイツチ、例えばMOS電界効果トランジスタであ
る。そのような電子スイツチは切換スイツチとしてでは
なく、簡単なオン・オフ・スイツチとして作用するの
で、第１図の各切換スイツチは、その種の２つの電子ス
イツチで置き換えなければならない。第３図には電子ス
イツチを用いて構成された静電容量測定回路が示されて
おり、第４図には対応する時間線図が示されている。
第３図の静電容量測定回路の構成部分は、第１図の実施
例のそれと一致する限り、同じ参照記号が用いられてい
る。第３図の静電容量測定回路は第１図の実施例と先ず
第一に次の点で異なる、即ち、切換スイツチ１６が２つ
のMOS電界効果トランジスタ２４および２５に置き換え
られていることであり、これらのトランジスタは、制御
回路２２から供給される制御信号ＣないしＤにより制御
される。制御信号Ｃ、Ｄの時間経過は第４図の波形Ｃ、
Ｄに示されている。両制御信号ＣおよびＤは各々信号値
０および信号値１を交番的に有し、その際、両制御信号
は実質的に互いに逆相である。各MOS電界効果トランジ
スタ２４、２５は加えられた制御信号の値が１のとき導
通し、加えられた制御信号の値が０のとき遮断される。
時相Ｉにおいて、制御信号Ｃは値１であり、制御信号Ｄ
は値０である。従つて、被測定コンデンサ１１は時相Ｉ
において端子１７に接続され且つ蓄積コンデンサ１８か
ら遮断される。これは、第１図の切換スイツチ１６が第
２図の時相Ｉにおいて取る第１のスイツチ位置に相当す
る。第４図の時相IIにおいて、制御信号Ｃは値０を有
し、制御信号Ｄは値１を有するので、被測定コンデンサ
１１は端子１７から切離され且つ蓄積コンデンサ１８に
接続されている。これは、第１図の切換スイツチ１６が
第２図の時相IIにおいて取るスイツチ位置に相当する。
従つて第３図の回路装置は、被測定コンデンサ１１の充
−放電に関して時相ＩおよびIIにおいて第１図の回路装
置と同じ作用をする。
例のそれと一致する限り、同じ参照記号が用いられてい
る。第３図の静電容量測定回路は第１図の実施例と先ず
第一に次の点で異なる、即ち、切換スイツチ１６が２つ
のMOS電界効果トランジスタ２４および２５に置き換え
られていることであり、これらのトランジスタは、制御
回路２２から供給される制御信号ＣないしＤにより制御
される。制御信号Ｃ、Ｄの時間経過は第４図の波形Ｃ、
Ｄに示されている。両制御信号ＣおよびＤは各々信号値
０および信号値１を交番的に有し、その際、両制御信号
は実質的に互いに逆相である。各MOS電界効果トランジ
スタ２４、２５は加えられた制御信号の値が１のとき導
通し、加えられた制御信号の値が０のとき遮断される。
時相Ｉにおいて、制御信号Ｃは値１であり、制御信号Ｄ
は値０である。従つて、被測定コンデンサ１１は時相Ｉ
において端子１７に接続され且つ蓄積コンデンサ１８か
ら遮断される。これは、第１図の切換スイツチ１６が第
２図の時相Ｉにおいて取る第１のスイツチ位置に相当す
る。第４図の時相IIにおいて、制御信号Ｃは値０を有
し、制御信号Ｄは値１を有するので、被測定コンデンサ
１１は端子１７から切離され且つ蓄積コンデンサ１８に
接続されている。これは、第１図の切換スイツチ１６が
第２図の時相IIにおいて取るスイツチ位置に相当する。
従つて第３図の回路装置は、被測定コンデンサ１１の充
−放電に関して時相ＩおよびIIにおいて第１図の回路装
置と同じ作用をする。
しかし第４図の時間線図によれば、各時相Ｉと後続の時
相IIとの間に中間時相Ｉ′が挿入されており、また各時
相IIと後続の時相Ｉとの間に中間時相II′が挿入されて
いる。これら中間時相において両制御信号ＣおよびＤが
値０を有するので、両MOS電界効果トランジスタ２４、
２５は同時に遮断されている。これら中間時相は比較的
短くかつ両MOS電界効果トランジスタが確実に同時に電
流を導通させないようにするためだけのものである。と
いうのも、両トランジスタが同時に導通すると蓄積コン
デンサ１８が直接電圧＋Ｕに接続されてしまうであろう
からである。
相IIとの間に中間時相Ｉ′が挿入されており、また各時
相IIと後続の時相Ｉとの間に中間時相II′が挿入されて
いる。これら中間時相において両制御信号ＣおよびＤが
値０を有するので、両MOS電界効果トランジスタ２４、
２５は同時に遮断されている。これら中間時相は比較的
短くかつ両MOS電界効果トランジスタが確実に同時に電
流を導通させないようにするためだけのものである。と
いうのも、両トランジスタが同時に導通すると蓄積コン
デンサ１８が直接電圧＋Ｕに接続されてしまうであろう
からである。
第４図の波形ＵCMは被測定コンデンサ１１の電圧ＵCMの
時間経過を示し、この時間経過は、前述のようにMOS電
界効果トランジスタ２４、２５を制御信号Ｃ、Ｄを用い
て制御することにより達成される。
時間経過を示し、この時間経過は、前述のようにMOS電
界効果トランジスタ２４、２５を制御信号Ｃ、Ｄを用い
て制御することにより達成される。
第１図の切換スイツチ２３も同様に２つの電界効果トラ
ンジスタに置き換えることができる。しかし第３図に
は、より一層簡単な解決法が示されている。切換スイツ
チ２３はここでは閾値デイスクリミネータとして作用す
るインバータ２６に置き換えられており、このインバー
タ２６の給電端子は電圧＋Ｕないしアースに接続されて
いる。インバータ２６の信号入力側には制御信号１３が
加えられ、インバータ２６の出力側はケーブルしやへい
部１４に接続されている。インバータ２６は通常、その
入力信号が所定の閾値を下回つているときつまり例えば
値０のとき、その出力電圧が高い給電電圧電位になるよ
うに構成されている。またインバータ２８はその入力信
号が閾値を上回つたとき例えば値１のとき、その出力信
分が低い方の給電電位になるように構成されている。実
際には対で切換スイツチを構成している両電子スイツチ
は、インバータの中に含まれており、インバータの出力
側を一方の給電端子かまたは他方の給電端子のいずれか
に接続する。第３図の静電容量測定回路は従って制御信
号Ｂが値Ｏを有するとき、インバータ２６の出力側が値
＋Ｕを有し、制御信号Ｂが値１を有するときアース電位
になる。従つてインバータ２６の出力側に接続されたケ
ーブルしやへい部１４の電圧ＵＫは第４図の波形ＵＫに
示された時間経過を有する。このような時間経過によ
り、インバータ２６の制御に対する、またはインバータ
の応動速度に対する狭い時間的許容偏差を保持しなくて
も、上述のような能動しやへいのための条件が満たされ
ていることが明らかである。
ンジスタに置き換えることができる。しかし第３図に
は、より一層簡単な解決法が示されている。切換スイツ
チ２３はここでは閾値デイスクリミネータとして作用す
るインバータ２６に置き換えられており、このインバー
タ２６の給電端子は電圧＋Ｕないしアースに接続されて
いる。インバータ２６の信号入力側には制御信号１３が
加えられ、インバータ２６の出力側はケーブルしやへい
部１４に接続されている。インバータ２６は通常、その
入力信号が所定の閾値を下回つているときつまり例えば
値０のとき、その出力電圧が高い給電電圧電位になるよ
うに構成されている。またインバータ２８はその入力信
号が閾値を上回つたとき例えば値１のとき、その出力信
分が低い方の給電電位になるように構成されている。実
際には対で切換スイツチを構成している両電子スイツチ
は、インバータの中に含まれており、インバータの出力
側を一方の給電端子かまたは他方の給電端子のいずれか
に接続する。第３図の静電容量測定回路は従って制御信
号Ｂが値Ｏを有するとき、インバータ２６の出力側が値
＋Ｕを有し、制御信号Ｂが値１を有するときアース電位
になる。従つてインバータ２６の出力側に接続されたケ
ーブルしやへい部１４の電圧ＵＫは第４図の波形ＵＫに
示された時間経過を有する。このような時間経過によ
り、インバータ２６の制御に対する、またはインバータ
の応動速度に対する狭い時間的許容偏差を保持しなくて
も、上述のような能動しやへいのための条件が満たされ
ていることが明らかである。
発明の効果 本発明の静電容量測定では、遮蔽すべき電極の電位が単
に２つの交番する値、すなわち基準電位または測定容量
の充電される一定電圧の電位にしかならないという事実
を利用している。従つて、しやへいすべき電位の検出お
よび後調整が省かれる。その代りに、切換周波数のタイ
ミングで簡単に両電位値をしやへい装置に交互に加え
る。このためには簡単な形式の別の１つの切換装置があ
れば十分である。特に有利な点は、別の切換装置の制御
および応動速度のための時間許容偏差が狭くないことで
ある。というのも、スイツチドキヤパシタの原理によ
り、しやへいされた電極の電位変化としやへい装置の電
位変化との間の時間ずれが著しいときでさえ、容易に満
たせる条件を設定しておけば、誤測定が起きないからで
ある。
に２つの交番する値、すなわち基準電位または測定容量
の充電される一定電圧の電位にしかならないという事実
を利用している。従つて、しやへいすべき電位の検出お
よび後調整が省かれる。その代りに、切換周波数のタイ
ミングで簡単に両電位値をしやへい装置に交互に加え
る。このためには簡単な形式の別の１つの切換装置があ
れば十分である。特に有利な点は、別の切換装置の制御
および応動速度のための時間許容偏差が狭くないことで
ある。というのも、スイツチドキヤパシタの原理によ
り、しやへいされた電極の電位変化としやへい装置の電
位変化との間の時間ずれが著しいときでさえ、容易に満
たせる条件を設定しておけば、誤測定が起きないからで
ある。
第１図は本発明の静電容量測定回路の１つの実施例の原
理回路図、第２図は、第１図の静電容量測定回路の動作
説明に供する時間線図、第３図は本発明による別の静電
容量測定回路の１つの実施例の原理回路図、第４図は第
３図の静電容量測定回路の動作説明に供する時間線図で
ある。 １１……被測定コンデンサ、１２……ケーブル、１３…
…ケーブル内部導体、１４……ケーブルしやへい部、１
５……しやへい電極、１６、２３……切換スイツチ、２
２……制御回路。
理回路図、第２図は、第１図の静電容量測定回路の動作
説明に供する時間線図、第３図は本発明による別の静電
容量測定回路の１つの実施例の原理回路図、第４図は第
３図の静電容量測定回路の動作説明に供する時間線図で
ある。 １１……被測定コンデンサ、１２……ケーブル、１３…
…ケーブル内部導体、１４……ケーブルしやへい部、１
５……しやへい電極、１６、２３……切換スイツチ、２
２……制御回路。
Claims (3)
- 【請求項１】測定容量を所定の切換周波数で周期的に交
互に、充電のために定電圧に接続するかまたは放電のた
めに蓄積コンデンサに接続する切換装置を備えており、
前記蓄積コンデンサは測定容量より大きい静電容量を有
しており、 かつ前記蓄積コンデンサは抵抗を介して放電されかつ該
放電電流は、前記蓄積コンデンサの端子電圧が平均して
一定の基準電位に保持されるように制御され、その際該
制御される放電電流の値は、前記測定容量から前記蓄積
コンデンサに転送される電荷の時間的な平均値に相応し
かつ放電電流の大きさは測定容量に比例しかつ求める測
定値を表わす、静電容量測定回路において、別の１つの
切換装置を備えており、この切換装置が、前記測定容量
に対して設けられたしゃへい装置を前記切換周波数で周
期的に、前記測定容量が充電される一定の電圧に相応す
る電位または前記放電電流の制御により前記蓄積コンデ
ンサの端子電圧が保持される基準電位に相応する電位に
交互に接続することを特徴とする静電容量測定回路。 - 【請求項２】各切換装置が２つの電子スイッチにより構
成されており、これらの電子スイッチが逆相の制御信号
により導通ないし遮断される特許請求の範囲第１項記載
の静電容量測定回路。 - 【請求項３】前記別の切換装置が閾値デイスクリミネー
タにより構成されており、該閾値デイスクリミネータが
逆相の制御信号の１つを受信する特許請求の範囲第２項
記載の静電容量測定回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853544187 DE3544187A1 (de) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | Kapazitaetsmessschaltung |
| DE3544187.9 | 1985-12-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62140073A JPS62140073A (ja) | 1987-06-23 |
| JPH0635997B2 true JPH0635997B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=6288405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61103262A Expired - Lifetime JPH0635997B2 (ja) | 1985-12-13 | 1986-05-07 | 静電容量測定回路 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4743837A (ja) |
| EP (1) | EP0226082B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0635997B2 (ja) |
| CN (1) | CN1006661B (ja) |
| DE (2) | DE3544187A1 (ja) |
Families Citing this family (59)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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