JPH11257908A - 電磁誘導型変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲の温度の影響を受けず、安定した測定性
能を確保する。 【解決手段】 発振回路２０の出力電圧を変圧器１０の
一次コイル１２に入力し、測定子の変位量に連動する鉄
心１１を介して一次コイル１２と結合された二次コイル
１３の出力電圧をダイオード２２で検波し、オペアンプ
４０の正入力端子に入力する。他方、一定電圧を発生す
る発振器３０の出力電圧をダイオード３２で検波し、オ
ペアンプ４０の負入力端子に入力する。オペアンプ４０
で各入力電圧を差動増幅して出力する。二次コイル１３
の出力電圧をダイオード２２によって検波して得られる
検波回路の出力電圧は、ダイオード２２の温度特性によ
って変化するが、同等の温度特性を有するダイオード３
２によって一定電圧の発振器３０の出力電圧を検波して
差動増幅することで、ダイオード２２の温度変化分は打
ち消されるため、周囲の温度に関係なく、安定した測定
を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象の変位量
を電磁誘導を利用して電気量に変換して、変位量を測定
する電磁誘導型変位センサに関し、特に、温度変化に伴
う測定誤差の低減を図り、温度の影響を受け難くするた
めの改良に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁誘導型の変位センサとして
は、一つの一次コイルに対して測定子の変位量に応じて
変位する鉄心を介在させて二つの二次コイルを設けた差
動変圧器を用いたものが一般的であった。この差動変圧
器を利用した変位センサでは、発振回路の交流電圧を一
次コイルに印加し、各二次コイルの誘導起電力の差電圧
を検出して、その電圧に基づいて変位量を表している。
二次コイルの起電力を検出するための検波回路では、ダ
イオードを用いた平滑回路が用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
従来の電磁誘導型の変位センサでは、二次コイルに現れ
る誘導起電力は、図６（ａ）に示すように、ダイオード
によって検波されるとき、ダイオードの順方向の電圧降
下によって図６（ｂ）のように、ピーク電圧が低下して
現れる。二次コイルの平滑回路に用いられたダイオード
において順方向の電圧降下が生じるため、平滑回路の出
力電圧は順方向電圧降下分だけ低下した電圧となる。と
ころが、ダイオードの順方向電圧は、図７に示すよう
に、温度依存性が大きいため、図８に示すように、周囲
温度に応じて出力電圧が変化しやすいという問題があ
る。このため、従来の電磁誘導型の変位センサは、一定
温度条件下で使用するか、又は、サーミスタ等の温度検
知素子を用いた温度補正回路が必要であった。このた
め、温度変化の大きい用途に使用することができないと
いう問題があった。

【０００４】本発明は、周囲温度の影響を受けにくく、
安定した測定性能を確保することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、請求項１で
は、交流電圧を発生する発振回路と、変位量測定対象の
変位量に応じて変位する鉄心、この鉄心を介在させて設
けられた一次コイルおよび二次コイルからなり、前記鉄
心の変位量に応じて前記一次コイルおよび二次コイルの
結合度が変化する変圧器と、この変圧器の前記二次コイ
ルで発生した誘導起電力をダイオードを用いた検波回路
で検波する検波回路と、一定電圧値を発生する固定電圧
発生回路の出力電圧を、前記検波回路に用いられたダイ
オードと同等の温度特性を有するダイオードを順方向に
用いて電圧降下させた参照電圧を発生する参照電圧発生
回路と、前記検波回路の出力電圧と前記参照電圧発生回
路の参照電圧とを入力し、演算値を出力する差動増幅器
とを具備することを特徴とする。

【０００６】請求項２では、請求項１において、前記固
定電圧は、直流電圧発生回路の発生する固定直流電圧で
あり、前記参照電圧は、この固定直流電圧を前記ダイオ
ードによって電圧降下させた電圧であることを特徴とす
る。請求項３では、請求項１において、前記固定電圧
は、前記発振回路の発生する交流電圧であり、前記参照
電圧は、前記交流電圧を検波した検波電圧であることを
特徴とする。請求項４では、請求項１において、前記固
定電圧は、前記発振回路とは別回路で構成された参照交
流発生回路の発生する参照交流電圧であり、前記参照電
圧は、前記参照交流電圧を検波した参照検波電圧である
ことを特徴とする。

【０００７】

【発明の作用・効果】この発明では、発振回路で発生し
た交流電圧が変圧器の一次コイルに印加されると、変圧
器の電磁誘導により二次コイルに二次電圧が発生する。
変圧器では、一次コイルと二次コイルの結合度は、測定
子の変位に応じて変位する鉄心の変位量に応じて変化す
るため、二次コイルの二次電圧は、測定子の変位量に応
じて現れる。二次電圧は、図１に示すように、ダイオー
ド１０１を用いた検波回路１０２で検波されて、直流電
圧となるが、ダイオード１０１における順方向の電圧降
下は周囲温度の影響を受け、検波回路１０２の出力電圧
Ｖｉｎは温度変化に伴って変化する。一方、本発明で
は、一定電圧値を発生する固定電圧発生回路１０３の出
力電圧を、上記ダイオードと同等の温度特性によるダイ
オード１０４を順方向に用いて電圧降下させる参照電圧
発生回路１０５が設けられていて、固定電圧発生回路１
０３の出力電圧がダイオード１０４の特性に応じた電圧
降下分だけ低下した電圧が参照電圧発生回路１０５の出
力電圧Ｖｒとして現れる。

【０００８】上記の検波回路１０２の出力電圧Ｖｉｎ
は、周囲の温度に応じたダイオード１０１の特性に基づ
いた電圧分だけ電圧降下して現れるが、参照電圧発生回
路１０５の出力電圧Ｖｒも、同様にダイオード１０４の
温度特性に応じた電圧分だけ電圧降下した電圧が出力電
圧として現れる。従って、図２に示すように、差動増幅
器１０６へ入力される二次コイル側の電圧降下値のう
ち、周囲の温度によって変化するダイオード１０１の変
化分は、参照電圧発生回路１０５側から入力される参照
電圧Ｖｒの変化分によって差し引かれ、温度の影響を取
り除いた電圧成分のみが差動増幅器１０６の出力として
現れる。この結果、差動増幅器１０６の出力を用いて測
定子の変位量を表示することで、変位量測定時の周囲の
温度に拘らず、鉄心の位置のみに対応した出力電圧を得
ることができるため、周囲の温度による誤差を含まない
値を変位測定値として表示させることができる。

【０００９】このように、本発明では、周囲温度が変化
しても、差動増幅器の出力には、温度変化による変化が
現れないため、温度変化の大きい用途であっても、変位
量を精度良く測定することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図３は、本発明の第１実施例の電
磁誘導型変位センサ１００の構成を示す。１０は測定対
象の変位に応じて変位する測定子と連動する鉄心１１を
有する変圧器で、この鉄心１１によって結合された一次
コイル１２、および二次コイル１３を備える。２０は一
定周波数の交流電圧を発生する発振回路で、発振回路２
０の出力電圧は、コンデンサ２１を介して変圧器１０の
一次コイル１２に入力される。２２は変圧器１０の二次
コイル１３の誘導起電力を検波するためのダイオード、
２３はダイオード２２で検波された脈流を平滑する平滑
回路を構成するコンデンサ、２４、２５は、平滑回路の
電圧を分圧する分圧抵抗器である。

【００１１】３０は固定電圧発生回路として設けた発振
器で、発振回路２０と同様に一定電圧の交流電圧を発生
する。３１は発振器３０の出力電圧を調整するための可
変抵抗器である。３２は上記ダイオード２２と同等の順
電圧−周囲温度特性を有するダイオードで、３３はダイ
オード３２で検波された脈流を平滑する平滑回路を構成
するコンデンサで、参照電圧発生回路を構成している。

【００１２】４０はオペアンプで、抵抗器４１、４２に
よって、発振回路２０側の電圧と直流電圧発生器３０側
の電圧とを入力してその差電圧を出力する差動増幅器が
構成されている。５０はオペアンプで、抵抗器５１、５
２及びゲイン調整用の可変抵抗器５３によって、非反転
増幅回路が構成されている。オペアンプ５０の出力側に
は、抵抗器６１とコンデンサ６２が設けられており、出
力端子６３に、測定子の変位量に相当する電圧が出力さ
れる。

【００１３】上記構成において、二次コイル１３に現れ
る誘導起電力は、上述したとおり、図６（ａ）に示すよ
うに、ダイオード２２によって検波されるとき、ダイオ
ード２２の順方向の電圧降下によって図６（ｂ）のよう
に、ピーク電圧が低下して現れる。この順方向の電圧降
下は、ダイオード２２は周囲温度に応じて変化が生じる
ため、オペアンプ４０の正入力端子には、温度によって
変化した電圧が現れる。しかし、発振器３０の発生する
一定電圧の交流電圧も、可変抵抗器３１を介して、順方
向に接続されたダイオード３２によって検波される際
に、ダイオード３２によって同様の順方向の電圧降下を
受けるため、オペアンプ４０の負入力端子側の電圧も、
同様に温度に応じて変化した電圧が現れる。従って、オ
ペアンプ４０によって差動増幅された出力電圧は、温度
の影響を受けないで、常に、測定子の変位量に応じた電
圧値となる。この結果、本発明では、温度の影響を受け
ることなく、正確に変位量を測定することができる。

【００１４】図４に本発明の第２実施例を示す。第２実
施例では、第１実施例における発振器３０に代えて、一
定の直流電圧を発生する直流電圧発生回路７０を設け
た。この実施例でも、直流電圧発生回路７０で発生した
一定の直流電圧は、可変抵抗器３１を介してダイオード
３２で順方向の電圧降下を受け、その降下電圧は、ダイ
オード３２の周囲の温度に応じたものとなるため、測定
子の変位量を温度に関係なく、正確に測定することがで
きる。

【００１５】図５に本発明の第３実施例を示す。第３実
施例では、変圧器１０の一次コイル１２に印加する電圧
を発生する発振回路２０の出力電圧をそのまま利用して
参照電圧を発生させるようにした。

【００１６】上記実施例では、測定対象の変位量を検出
するために、測定子を介在させて鉄心を変位させるよう
にしたものを説明したが、変圧器１０の鉄心が測定対象
に直接接して変位するようにしたものでもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための原理回路図であ
る。

【図２】本発明の作用を説明するための変圧器の鉄心の
位置と差動増幅器の出力電圧とを、複数の温度条件下に
おける各ダイオードによる順方向の降下電圧値とともに
示した特性図である。

【図３】本発明の第１実施例を示す電磁誘導型変位セン
サの回路図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す電磁誘導型変位セン
サの回路図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す電磁誘導型変位セン
サの回路図である。

【図６】交流電圧と、ダイオードによって検波した検波
電圧との関係を示す特性図である。

【図７】ダイオードによる電圧降下の温度変化を示すた
めのダイオードの順電圧と順電流との特性図である。

【図８】従来の電磁誘導型変位センサの出力電圧を、複
数の温度について示した特性図である。

【符号の説明】

１００ 電磁誘導型変位センサ １０ 変圧器 １１ 鉄心 １２ 一次コイル １３ 二次コイル ２０ 発振回路 ２２ ダイオード（検波回路） ３０ 発振器（固定電圧発生回路） ３２ ダイオード（参照電圧発生回路） ５０ オペアンプ（差動増幅器）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を発生する発振回路と、 変位量測定対象の変位量に応じて変位する鉄心、この鉄
   心を介在させて設けられた一次コイルおよび二次コイル
   からなり、前記鉄心の変位量に応じて前記一次コイルお
   よび二次コイルの結合度が変化する変圧器と、 この変圧器の前記二次コイルで発生した誘導起電力をダ
   イオードを用いた検波回路で検波する検波回路と、 一定電圧値を発生する固定電圧発生回路の出力電圧を、
   前記検波回路に用いられたダイオードと同等の温度特性
   を有するダイオードを順方向に用いて電圧降下させた参
   照電圧を発生する参照電圧発生回路と、 前記検波回路の出力電圧と前記参照電圧発生回路の参照
   電圧とを入力し、演算値を出力する差動増幅器とを具備
   することを特徴とする電磁誘導型変位センサ。
2. 【請求項２】 前記固定電圧は、直流電圧発生回路の発
   生する固定直流電圧であり、前記参照電圧は、この固定
   直流電圧を前記ダイオードによって電圧降下させた電圧
   であることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導型変位
   センサ。
3. 【請求項３】 前記固定電圧は、前記発振回路の発生す
   る交流電圧であり、前記参照電圧は、前記交流電圧を検
   波した検波電圧であることを特徴とする請求項１記載の
   電磁誘導型変位センサ。
4. 【請求項４】 前記固定電圧は、前記発振回路とは別回
   路で構成された参照交流発生回路の発生する参照交流電
   圧であり、前記参照電圧は、前記参照交流電圧を検波し
   た参照検波電圧であることを特徴とする請求項１記載の
   電磁誘導型変位センサ。