JPH0823514B2 - 圧力検出装置 - Google Patents
圧力検出装置Info
- Publication number
- JPH0823514B2 JPH0823514B2 JP63220962A JP22096288A JPH0823514B2 JP H0823514 B2 JPH0823514 B2 JP H0823514B2 JP 63220962 A JP63220962 A JP 63220962A JP 22096288 A JP22096288 A JP 22096288A JP H0823514 B2 JPH0823514 B2 JP H0823514B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitance
- pressure
- circuit
- reference electrode
- electrode
- 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
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 21
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はセンサに加わる圧力を、静電容量の変化を利
用して検出する方式の圧力検出装置に関する。
用して検出する方式の圧力検出装置に関する。
従来の技術 電極を所定の間隙を保って対向させ、これに加えられ
た圧力を静電容量の変化として取り出す静電容量型圧力
センサは、すでに多数実用に供されている。
た圧力を静電容量の変化として取り出す静電容量型圧力
センサは、すでに多数実用に供されている。
このようなセンサの容量値は、通常20〜50pF程度とご
くわずかなため、検出回路やセンサ自身の温度特性によ
り、大きな誤差が生じる。そこで温度による特性の変化
を如何に解決するかがこの種のセンサにおける重要な課
題であった。
くわずかなため、検出回路やセンサ自身の温度特性によ
り、大きな誤差が生じる。そこで温度による特性の変化
を如何に解決するかがこの種のセンサにおける重要な課
題であった。
このため加えられた圧力に応じて容量値が鋭敏に変化
する検出電極を基板の中央部に設け、その外周部に加え
られた圧力によってはあまり容量値の変化しない基準電
極を配する静電容量型圧力センサが、一般に知られてい
る。
する検出電極を基板の中央部に設け、その外周部に加え
られた圧力によってはあまり容量値の変化しない基準電
極を配する静電容量型圧力センサが、一般に知られてい
る。
特開昭58−198739号公報に記載の静電容量型圧力セン
サは、このようなセンサの一例であり、上記の二つの容
量を充放電することで、センサおよび回路の温度特性の
低減を図ろうとしている。
サは、このようなセンサの一例であり、上記の二つの容
量を充放電することで、センサおよび回路の温度特性の
低減を図ろうとしている。
第５図はかかる静電容量型圧力センサの構成を表して
おり、（ａ）図は断面を、（ｂ）図は２枚の基板を展開
した状態を示している。
おり、（ａ）図は断面を、（ｂ）図は２枚の基板を展開
した状態を示している。
アルミナの基板１および２には二つの電極が印刷さ
れ、一定の間隙を保って対向するよう周縁をガラス３に
よって封止されている。このため中央の検出電極４は外
圧に鋭敏に変化し、一方外周の基準電極５はガラスに近
接しているためにたわみにくく、外圧による圧力変化が
前者と比してごく少ない。
れ、一定の間隙を保って対向するよう周縁をガラス３に
よって封止されている。このため中央の検出電極４は外
圧に鋭敏に変化し、一方外周の基準電極５はガラスに近
接しているためにたわみにくく、外圧による圧力変化が
前者と比してごく少ない。
そして両容量とも同一の基板内に近接して配されてい
るので、温度による影響はほぼ同様に受ける。従って両
者を比較すれば、温度の影響のみを取り除き、圧力情報
だけを得ることができる。
るので、温度による影響はほぼ同様に受ける。従って両
者を比較すれば、温度の影響のみを取り除き、圧力情報
だけを得ることができる。
第６図はかかる従来の回路構成である。検出電極４の
容量Cpと基準電極５の容量Crとは、それぞれ抵抗R1,R2
に接続され、充放電回路が構成される。両容量はトラン
ジスタQ1,Q2によりオンオフされ、充放電を繰り返す。
その動作および各部の波形については、引用例に詳しい
ので省略するが、電源電圧をVCCとすれば、ローパスフ
ィルタ６の出力電圧Voutは Vout＝VCC（１−Cr/Cp） ……（１） となる。センサの温度特性はすでに述べたようにほぼ同
一であるから、温度に起因する容量の変化分ΔCr（ppm/
℃）およびΔCp（ppm/℃）は、（１−Cr/Cp）項により
相殺され、出力電圧Voutからセンサの温度特性を取り除
ける。
容量Cpと基準電極５の容量Crとは、それぞれ抵抗R1,R2
に接続され、充放電回路が構成される。両容量はトラン
ジスタQ1,Q2によりオンオフされ、充放電を繰り返す。
その動作および各部の波形については、引用例に詳しい
ので省略するが、電源電圧をVCCとすれば、ローパスフ
ィルタ６の出力電圧Voutは Vout＝VCC（１−Cr/Cp） ……（１） となる。センサの温度特性はすでに述べたようにほぼ同
一であるから、温度に起因する容量の変化分ΔCr（ppm/
℃）およびΔCp（ppm/℃）は、（１−Cr/Cp）項により
相殺され、出力電圧Voutからセンサの温度特性を取り除
ける。
ただしこのときR1＝R2であり、比較器７との８および
トランジスタQ1とQ2とは、温度特性の揃ったものを選別
してペアにしなければならない。
トランジスタQ1とQ2とは、温度特性の揃ったものを選別
してペアにしなければならない。
発明が解決しようとする課題 ところがこのような従来の構成では、センサの温度特
性を小さく抑えることはできても、回路の温度特性を完
全に取り除くことはできない。
性を小さく抑えることはできても、回路の温度特性を完
全に取り除くことはできない。
まず通常、民生レベルであれば、電源電圧VCCは温度
特性を有する。これを避けるには、温度補償された複雑
で高価な電源を使用しなければならない。
特性を有する。これを避けるには、温度補償された複雑
で高価な電源を使用しなければならない。
次にR1とR2とは通常まったく一致するなどということ
はありえないから、そのアンバランス分だけ温度特性が
発生する。
はありえないから、そのアンバランス分だけ温度特性が
発生する。
比較器７と８およびトランジスタQ1とQ2とを温度特性
の揃ったものを選別してペアにする、というのも実際の
量産では大変な手間であり、しかも完全に温度特性を揃
えるなどということは至難の技である。
の揃ったものを選別してペアにする、というのも実際の
量産では大変な手間であり、しかも完全に温度特性を揃
えるなどということは至難の技である。
さらに比較器の出力周波数は、周波数のままでは扱え
ず、いったんローパスフィルタで直流電圧に変換しなけ
れば、温度特性がキャンセルできない。ために回路構成
が煩雑かつ高価になる。
ず、いったんローパスフィルタで直流電圧に変換しなけ
れば、温度特性がキャンセルできない。ために回路構成
が煩雑かつ高価になる。
課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するために、所定の間隙を
設けて対向し、中央部に検出電極を、その外周部に基準
電極を有する一対の平板より形成した静電容量型圧力セ
ンサと、この検出電極および基準電極の容量を検出する
単一の発振回路と、検出電極および基準電極の容量を切
り換えて発振回路に接続するスイッチング手段と、発振
回路を介して測定する制御部とを備えている 作用 本発明の圧力検出装置は、制御部が検出電極および基
準電極の容量に対応する発振回路の出力周波数をカウン
タ手段により計数し、その比を演算手段により算出する
とともに、その解をもとにセンサに加わる圧力を算出す
る。
設けて対向し、中央部に検出電極を、その外周部に基準
電極を有する一対の平板より形成した静電容量型圧力セ
ンサと、この検出電極および基準電極の容量を検出する
単一の発振回路と、検出電極および基準電極の容量を切
り換えて発振回路に接続するスイッチング手段と、発振
回路を介して測定する制御部とを備えている 作用 本発明の圧力検出装置は、制御部が検出電極および基
準電極の容量に対応する発振回路の出力周波数をカウン
タ手段により計数し、その比を演算手段により算出する
とともに、その解をもとにセンサに加わる圧力を算出す
る。
実 施 例 以下、本発明に係わる圧力検出装置を図面を参照して
説明する。
説明する。
センサの構成は、第２図に示した従来のものと同一で
あり、すでに記述したのでここでは重複を避けて説明は
割愛する。
あり、すでに記述したのでここでは重複を避けて説明は
割愛する。
第１図は本発明に係わる圧力検出装置のシステム構成
を示すブロック図の一実施例である。
を示すブロック図の一実施例である。
単一の検出手段は基準容量Crと検出容量Cpおよび抵抗
Ｒを含むCR発振回路９により構成される。スイッチング
手段10は制御部11に内蔵された切換ゲート信号制御手段
12によって制御され、基準容量と検出容量とを切り換え
て発振回路９に接続し、発振周波数frおよびfpとして制
御部11内のカウンタ手段13に入力する。そしてカウンタ
手段13の出力は、それぞれRAM14の所定のアドレスに格
納され、演算手段15に転送されて演算処理として除算を
施され、比ｒが求められる。
Ｒを含むCR発振回路９により構成される。スイッチング
手段10は制御部11に内蔵された切換ゲート信号制御手段
12によって制御され、基準容量と検出容量とを切り換え
て発振回路９に接続し、発振周波数frおよびfpとして制
御部11内のカウンタ手段13に入力する。そしてカウンタ
手段13の出力は、それぞれRAM14の所定のアドレスに格
納され、演算手段15に転送されて演算処理として除算を
施され、比ｒが求められる。
ｒ＝fr/fp ……（２） 第２図はかかる各周波数および比の関係を示す線図で
ある。圧力ｐが高まるほど、基板のたわみは大きくな
り、電極間の距離が小さくなるので、容量値は次式から
逆に大きくなる。
ある。圧力ｐが高まるほど、基板のたわみは大きくな
り、電極間の距離が小さくなるので、容量値は次式から
逆に大きくなる。
Ｃ＝ε S/D ……（３） ただし C:電極間容量 S:電極面積 d:電極間距離 周波数ｆは次式から求められるので、圧力ｐが高まる
と周波数ｆは逆に低くなっていく。
と周波数ｆは逆に低くなっていく。
ｆ＝K/RC ……（４） ただし K:回路定数 この比ｒと圧力ｐの関係から、圧力ｐは高次の近似
式、例えば下記のような二次式を演算すれば得られるこ
とがわかる。
式、例えば下記のような二次式を演算すれば得られるこ
とがわかる。
ｐ＝ar2＋br＋ｃ ……（５） ただし、 ａ、ｂ、c:定数 ここで（２）式によりなぜ比ｒを求めたかについて説
明する。（２）式を展開すると次式の通りである。
明する。（２）式を展開すると次式の通りである。
検出回路として単一の発振回路を用いているため、回
路定数Ｋはfr,fpとともに同一であり、また抵抗Ｒも共
通なので、（６）式に示されるように周波数の比ｒは検
出容量Cpと基準容量Crの比となる。
路定数Ｋはfr,fpとともに同一であり、また抵抗Ｒも共
通なので、（６）式に示されるように周波数の比ｒは検
出容量Cpと基準容量Crの比となる。
両者の温度特性は、すでに述べたようにほぼ同一であ
るから、比ｒをもとに圧力ｐを算出すれば温度特性を取
り除くことができる。
るから、比ｒをもとに圧力ｐを算出すれば温度特性を取
り除くことができる。
第３図はかかるシステムの具体的な回路構成の一実施
例を示す。制御部11はマイコンにより形成され、切換ゲ
ート信号制御手段として出力Eoが、内蔵カウンタ手段の
入力端子としてTCが設けられている。
例を示す。制御部11はマイコンにより形成され、切換ゲ
ート信号制御手段として出力Eoが、内蔵カウンタ手段の
入力端子としてTCが設けられている。
検出手段９はオペアンプののこぎり波発生回路と波形
整形回路の組み合わせで形成されている。スイッチング
手段10はアナログスイッチによって構成されているが、
これは他の半導体スイッチング手段でも、またリレーで
も実現できる。
整形回路の組み合わせで形成されている。スイッチング
手段10はアナログスイッチによって構成されているが、
これは他の半導体スイッチング手段でも、またリレーで
も実現できる。
16は電圧変換および波形整形をするレベルシフト回路
であり、必要に応じて適宜付加すればよい。
であり、必要に応じて適宜付加すればよい。
例えば、アナログスイッチはμPC4066、オペアンプは
TL082、マイコンはMB88515で実現できるが、これに相当
する機能を有するものであれば利用できるのは言うまで
もない。
TL082、マイコンはMB88515で実現できるが、これに相当
する機能を有するものであれば利用できるのは言うまで
もない。
第４図はかかるマイコンの制御プログラムを示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
圧力の測定がスタートされると、まずゲート信号Eoが
Ｈレベルに転じられる（ａ）。そして若干のディレイ時
間が適宜挿入された（ｂ）後、TC端子に接続される内蔵
カウンタが起動され（ｃ）、基準周波数frの測定が開始
される。
Ｈレベルに転じられる（ａ）。そして若干のディレイ時
間が適宜挿入された（ｂ）後、TC端子に接続される内蔵
カウンタが起動され（ｃ）、基準周波数frの測定が開始
される。
そしてカウンタのゲート時間、例えば１秒、がタイマ
割り込みなどを用いて管理され（ｄ）、この所定時間が
経過すると、カウンタが停止される（ｅ）。かかる計数
結果frはRAMの所定アドレスに転送され、記憶される
（ｆ）。
割り込みなどを用いて管理され（ｄ）、この所定時間が
経過すると、カウンタが停止される（ｅ）。かかる計数
結果frはRAMの所定アドレスに転送され、記憶される
（ｆ）。
次いでゲート信号EoがＬレベルに転じられ（ｇ）、以
下frとまったく同様の手順でfpの測定が行われる（ｈ）
〜（ｌ）。
下frとまったく同様の手順でfpの測定が行われる（ｈ）
〜（ｌ）。
かかる処理を経て、RAMに記憶されたfrとfpは次に除
算処理をされてｒがまず算出され（ｍ）、ついで比ｒを
もとに圧力ｐが二次近似式で算出される（ｎ）。
算処理をされてｒがまず算出され（ｍ）、ついで比ｒを
もとに圧力ｐが二次近似式で算出される（ｎ）。
以上の手順により求められた圧力ｐは、既述したよう
に温度の影響をまったく受けない。
に温度の影響をまったく受けない。
発明の効果 以上のように本発明の圧力検出装置は、従来のように
電源電圧VCCの影響を受けず、温度補償された複雑で高
価な電源を使用する必要がない。
電源電圧VCCの影響を受けず、温度補償された複雑で高
価な電源を使用する必要がない。
また検出容量Cpと基準電極Crの検出に用いられる抵抗
Ｒおよび発振回路９は、まったく同じものであるから、
従来のように温度特性の揃ったものをペアにする手間も
なく、原理上、温度特性は現れない。
Ｒおよび発振回路９は、まったく同じものであるから、
従来のように温度特性の揃ったものをペアにする手間も
なく、原理上、温度特性は現れない。
さらに発振回路の出力周波数は、そのままカウンタに
入力でき、従来のようにローパスフィルタで直流電圧に
変換する必要がなく、ために回路構成が簡素かつ低廉で
すむ。
入力でき、従来のようにローパスフィルタで直流電圧に
変換する必要がなく、ために回路構成が簡素かつ低廉で
すむ。
第１図は本発明に係わる圧力検出装置の構成の一実施例
を示すブロック図、第２図は本発明に係わる圧力と各周
波数およびその比を示す線図、第３図は本発明の一具体
例を示す回路図、第４図は制御プログラムの構造を示す
フローチャート、第５図（ａ）は静電容量型センサの断
面図、第５図（ｂ）は同展開図、第６図は従来例の回路
図である。 ４……検出電極、５……基準電極、９……検出手段、10
……スイッチング手段、11……制御部、13……カウンタ
手段、15……演算手段。
を示すブロック図、第２図は本発明に係わる圧力と各周
波数およびその比を示す線図、第３図は本発明の一具体
例を示す回路図、第４図は制御プログラムの構造を示す
フローチャート、第５図（ａ）は静電容量型センサの断
面図、第５図（ｂ）は同展開図、第６図は従来例の回路
図である。 ４……検出電極、５……基準電極、９……検出手段、10
……スイッチング手段、11……制御部、13……カウンタ
手段、15……演算手段。
フロントページの続き (72)発明者 黄地 謙三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−198739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−168398（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−10014（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−99217（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】所定の間隙を設けて対向し、中央部に検出
電極を、その外周部に基準電極を有する一対の平板より
形成した静電容量型圧力センサと、前記検出電極および
基準電極の容量を検出する単一の発振回路と、前記検出
電極および基準電極の容量を切り換えて前記発振回路に
接続するスイッチング手段と、前記発振回路を介して測
定する制御部とより成り、前記制御部は前記発振回路の
出力を計数するカウンタ手段を備え、前記検出電極およ
び基準電極の容量に対応する周波数を計数し、その比を
演算手段により算出するとともにその比に基づいて前記
静電容量型圧力センサに印加される圧力を算出するよう
構成した圧力検出装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63220962A JPH0823514B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 圧力検出装置 |
| US07/388,389 US4970374A (en) | 1988-09-02 | 1989-08-02 | Automatic heating appliance with weight sensor |
| DE68915662T DE68915662T2 (de) | 1988-09-02 | 1989-08-09 | Automatische Heizvorrichtung mit Gewichtsmesswertgeber. |
| EP89114758A EP0359976B1 (en) | 1988-09-02 | 1989-08-09 | Automatic heating appliance with weight sensor |
| KR1019890011860A KR920003433B1 (ko) | 1988-09-02 | 1989-08-21 | 자동가열장치 |
| AU40847/89A AU620435B2 (en) | 1988-09-02 | 1989-08-28 | Automatic heating appliance with weight sensor |
| CA000609874A CA1323668C (en) | 1988-09-02 | 1989-08-30 | Automatic heating appliance with weight sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63220962A JPH0823514B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 圧力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0267939A JPH0267939A (ja) | 1990-03-07 |
| JPH0823514B2 true JPH0823514B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=16759285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63220962A Expired - Lifetime JPH0823514B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 圧力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0823514B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998012528A1 (fr) * | 1996-09-19 | 1998-03-26 | Hokuriku Electric Industry Co., Ltd. | Capteur de pression a capacite electrostatique |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57168398A (en) * | 1981-04-09 | 1982-10-16 | Hokushin Electric Works | Capacity type displacement converting device |
| JPS58198739A (ja) * | 1982-05-14 | 1983-11-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 静電容量型圧力センサ |
| JPS5910014U (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-21 | 横河電機株式会社 | 容量式変換器 |
-
1988
- 1988-09-02 JP JP63220962A patent/JPH0823514B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0267939A (ja) | 1990-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4743836A (en) | Capacitive circuit for measuring a parameter having a linear output voltage | |
| US4091683A (en) | Single channel electrical comparative measuring system | |
| JPH0823514B2 (ja) | 圧力検出装置 | |
| US5621399A (en) | Circuit for a transducer | |
| JP3044938B2 (ja) | 静電容量形変位センサ | |
| JPH08201537A (ja) | 腕時計の指針位置検出装置 | |
| JPH0267926A (ja) | 重量検出装置 | |
| JPS5840125B2 (ja) | セイデンヨウリヨウ − チヨクリユウデンアツヘンカンソウチ | |
| JPH0810155B2 (ja) | 重量検出装置 | |
| JPS61292731A (ja) | 座標検出装置 | |
| JPH0678913B2 (ja) | 可変容量形センサシステム | |
| JPH05332867A (ja) | 容量型センサ | |
| JP3114816B2 (ja) | デジタル出力を有する容量形センサ | |
| JPH02171613A (ja) | 可変容量形センサシステム | |
| JPS60203864A (ja) | 検出装置 | |
| JP2705128B2 (ja) | 電子温湿度計及び電子湿度計 | |
| JP2646415B2 (ja) | ガス濃度検出装置 | |
| JPH0296425A (ja) | タッチスイッチのための発振回路 | |
| SU1247680A1 (ru) | Врем импульсный преобразователь измерител температуры | |
| JP3356888B2 (ja) | 静電容量式センサの信号処理回路 | |
| SU735927A1 (ru) | Измеритель уровн | |
| JPS6337225A (ja) | 温度検出回路 | |
| SU1182460A1 (ru) | Устройство импульсной компенсации "мертвого" времени аппаратуры акустического каротажа | |
| JPS63255624A (ja) | 重量検知器 | |
| JP3077152B2 (ja) | 電子式タイマ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080306 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090306 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090306 Year of fee payment: 13 |