JPS60164211A - 容量式変換装置 - Google Patents

容量式変換装置

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JPS60164211A
JPS60164211A JP1968684A JP1968684A JPS60164211A JP S60164211 A JPS60164211 A JP S60164211A JP 1968684 A JP1968684 A JP 1968684A JP 1968684 A JP1968684 A JP 1968684A JP S60164211 A JPS60164211 A JP S60164211A
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capacitor
circuit
capacitance
variable
variable capacitor
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Terutaka Hirata
平田 輝孝
Kiyoshi Odohira
尾土平 きよし
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
    • G01D5/2417Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying separation

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、圧力、差圧等の被測定量に応じてダイヤフラ
ム等が変位し、この変位によシミ極間の間隔が変化して
これら電極間の容量が変化する可−変コンデンサと、前
記変位に応動しない一定容量の固定コンデンサとを有す
る検出部を用いた容量式変換装置の改良に関する。
〔従来技術〕
この種容量式変換装置の検出部は例えば第1図に示すよ
うに構成されている。ガラス等の絶縁体11と対向して
、一部にダイヤフラム部12mが形成されたシリコン基
板12が配置されている。
絶縁体11には固定電極13mと14aが同心円状に設
けられている。またシリコン基板12にも固定電極13
a、14Bと対向して、ダイヤフラム部12aに可動電
極13bが、固定部に固定電極14bが設けられている
。これら電極間にはシリコン油が満されておυ、シリコ
ン油ハ開ロ11m外側でシールダイヤプラム(図示せず
)によって被測定流体からシールされている。シリコン
基板12の外側は大気圧とされている。したがって絶縁
体11の開口11aを介して与えられる被測定圧力Pに
応じてダイヤフラム部12aがfffil、、その変位
に応じて可動電極13bと固定電極13a間に構成され
る可変コンデンサエ3の容量C4が変化する。一方固定
電極14bと固定電極14a間に構成される固定コンデ
ンサ14の容量C2はダイヤフラム部12mの変位に無
関係に一定である。そして可変コンデンサ13の容量C
4は可動電極13bの変位量Xに対し、x=0のときの
初期容量を00.固定電極13mと可動電極13b間の
初期間隔をdとすると、 I Qd十よ °°”−−−(tl で与えられ、また基準コンデンサ14の容量C2は可変
コンデンサ13の初期容量Cと等しく選ばれている。
ところで従来の容量式変換装置では、例えば実公昭57
−28088号公報に示されているように、検出部の被
測定量に応じて容量が変化する可変コンデンサと一定容
量の基準コンデンサに共通に発振器の発振出力を与え、
それぞれの容量に応じ九交流電流をダイオードで整流し
た後平滑し、可変コンデンサの容量に対応した直流電圧
が一定になるように発振器の発振出力を制御し、固定コ
ンデンサの容量に対応した直流電圧を出力信号とすると
とKよって、被測定量に応じた電気信号を得ている。
ところで、可変コンデンサ13の容量C1が例えば10
.F程度の微小容量の場合には、整流用のダイオードの
2PF程度の並列容量CDや順方向電圧ED(=0.6
V)の影響を受ける。また、順方向電圧EDの温度係数
(2mV/℃)のため温度変動による影響も受ける。こ
のように従来の容量式変換装置では、可変コンデンサの
可動電極の微小変位(例えば1μm)を精度よく直流信
号に変換することは困難であった。
〔発明の目的〕
本発萌の目的は、可変コンデンサの可動電極の微小変位
を精度よく直流信号に変換できる容量式変換装置を実現
するにある。
〔発明の構成〕
本発明は、発振器出力が共通に与えられる可変コンデン
サと基準コンデンサの容量をそれぞれ第i 、 w2o
 チャージコンバータで交流電圧として検出し、これら
第1.第2のチャージコンバータの出力をそれぞれ可変
コンデンサおよび基準コンデンサの容量よシ大きい容量
の第1.第2の固定コンデンサに印加するとともに各チ
ャージコンバータの帰還回路にそれぞれ補償用のダイオ
ード回路を設け、第1.第2の固定コンデンサを流れる
交流電流をそれぞれダイオードを用いた第1.第2の整
流回路で整流して可変コンデンサの容量に応じた直流電
流と基準コンデンサの容量に応じた直流電流を得、可変
コンデンサの容量に応じた直流電流が所定の値になるよ
うに発振器の発振出力を制御し、基準コンデンサの容量
に応じた直流電流と可変コンデンサの容量に応じた直流
電流との差を演算して出力信号を得るようにしたことを
特徴としたものである。
〔実施例〕
第2図は本発明変換装置の一実施例を示す接続図である
。第2図において、10は検出部で、被測定圧力Pによ
って可動電極13bが変位し電極13m、13b 間の
容量C1が変化する可変コンデンサ13と、被測定圧P
に無関係に電極14m、 14b間の容量C2が一定な
基準コンデンサ14とを有している。20は発振器で、
その発振出力eB(周波数f、振幅EBPP)を可変コ
ンデンサ13と基準コンデンサ14に印加する。31.
32は各々チャージコンバータである。チャージコンバ
ータ31は演算増幅器31aを有し、その入力回路に可
変コンデンサ13が接続され、帰還回路に互いに逆極性
に接続された補償用ダイオード31b、31cの並列回
路と、容量値がC0のコンデンサ31dと抵抗値がR8
,の抵抗31eの並列回路が直列に接続され、その接続
点31jが調整用コンデンサ31fを介してコモンに接
続されている。チャージコンバータ32は演算増幅器3
2mを有し、その入力回路に基準コンデンサ14が接続
され、帰還回路に互いに逆極性に接続された補償用ダイ
オード32b、32c の並列回路と、容量値がc、の
コンデンサ32dと抵抗値がRa□の抵抗32eの並列
回路が直列に接続され、その接続点32jが調整用コン
デンサ32fを介してコモンに接続されている。41.
42は各々固定コンデンサで、41にはチャージコンバ
ータ31の出力e、が印加され、42にはチャージコン
バータ32の出力e2が印加される。51.52は各々
整流回路で、51はダイオード51m、51b からな
り、固定コンデンサ41を流れる交流電流1.を整流し
、52はダイオード52a、52bからなり、固定コン
デンサ42を流れる交流電流12を整流する。60は制
御回路で、演算増幅器60mとその帰還回路に接続され
た積分コンデンサ60bとからなる積分器で構成されて
おシ、整流回路51のダイオード51mを流れる負の直
流電流I、と、基準電流X8とを加算積分し、その出力
で発振−20を制御する。70は電流/電圧変換回路で
、演算増幅器70mとその帰還回路に接続された可変抵
抗70bと平滑用コンデンサ70aよりなっており、整
流回路51のダイオード51bを流れる正の直流電流!
、と整流回路52のダイオード52mを流れる負の直流
電流■2 とを加算し出力電圧E0に変換する。
このように構成し九本発明装置においては、チャージコ
ンバータ31.32の帰還回路の時定数C1R1” C
12Ra2を発振器20の発振周期i/fよシ充分に大
きく選べば、チャージコンバータ31゜32の出力@、
+62の振幅E、PP、E2P、は補償用ダイオードの
電圧降下による振幅が2ED であるので、 となり、e、は可変コンデンサ13の容i c、に、C
2は基準コンデンサ14の容量C2に応じた値と彦る。
この出力e、+112がそれぞれ固定コンデンサ41.
42に印加され、41.42にはその容量Cb4.Cb
2に応じた交流電流i1.1□が流れる。この交流電流
1.、 I2を整流回路51.52で整流して得た直流
電流I1.I2はそれぞれ次式で与えられる。
I、 =f(Cb、(E、PP−2ED)−40DED
) ・・・(4)I2=f(Cb2(E2PP−2ED
)−4CDED) ・・・(5)+41 、 +51式
にそれぞれ(2+ 、 (31式を代入すると、となる
。したがって固定コンデ/す41,42の容量Cb1.
Cb2を可変コンデンサ13の容量c5.基準コンデン
サー4の容量C2およびチャージコンバータ31,32
の帰還回路のコンデンサ31d。
32dの容量Ca1 ” C2よシ充分に大きく選び、
を満足させれば、直流電流”11”2は、となシ、整流
回路51.52のダイオードの順方向電圧EDおよび並
列容量CDの影響を有効に除去することができる。そし
て、C=2PF、KD〒[L6V。
f=100KHz、 EBPp=3VPP、 C,、=
ca、=11 PF。
C0=11PFであれば、固定コンデンサ41.42の
容i c、、 、 c、2 を10 Q PF程度に選
ベハ(8)式ノ関係を満足させることができる。
制御回路60の積分器は負の直流電流!、と正の基準電
流IIIとの和が零になるように発振器2゜の発振出力
eBを制御するので、次式の関係が成立する。
−” bl ? ” EBPP+ I!l=0 − (
u1一方電流/電圧変換回路7oの出力端に生ずる出力
電圧E0は、可変抵抗70bの抵抗値をRとすると次式
で与えられる。
ここで、aつ式に00式を代入し、)1っC1=C,□
ミ。
Cb、=Cb2=Cbとすると、出力電圧E0は、E0
=ハーニR6I、 曲・曲Q1 トナル。−tL[、c、 ==co71i7−、 c2
=c0 であるので、EOは、 E =)二R1 0d all ・凹曲I となシ、可変コンデンサー3の可動電極13mの変位量
Xに比例したものとなる。
表お、可変コンデンサー3および基準コンデンサー4の
電極間にそれぞれストレイ容量Cがあシ、c、、c2 
が、 c、 =c、而+面8 ・・曲・・・峙c2=c0+ 
c、 聞・曲(II で与えられる場合には、第3図に示すように基準コンデ
ンサー4の容量c2に関連した正の直流電流I2をスベ
リ抵抗80で分流して補償電流Ir(=αr2)を制御
回路6oの積分器に加え、■、+αI2+I、==Q 
・・曲・・・αηを満足するように発振器2oを制御す
れば、出力電圧E0は、 ただL/ % C@1=Ca2 =Ca ’ Cb’ 
”Cb2= Cbとなる。よって、 c、−a (c0+c、 )=o −・−=a*を満足
するようにスベリ抵抗80の刷子80mを移動させ、α
を調整すれば電極間のストレイ容量Cの影響を有効に除
去することができる。
なおts3図においては、発振器20としてイ、ンパー
タ20a、20b とコンデンサ20cおよび抵抗20
d、20eで構成したものを用いておシ、制御回路60
の出力でインバータ20m、20bの正の電源電圧+■
を制御し、発振出力eBを制御するものを示しである。
またチャージコンバー、夕31(32)の帰還回路の抵
抗31e(32e)の代シに、抵抗31g(32g)、
 31h(32h) およびコンデンサ31j(323
) からなるT形フィルタを用いることもてきる。
〔発明の効果〕
本発明においては、可変コンデンサの可動電極の微小変
位を精度よく直流信号に変換できる容量式変換装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置に用いる検出部の一例の断面図、第
2図は本発明装置の一実施例を示す接続図、第3図は本
発明装置の他の実施例を示す接続図である。 10・・・検出部 13・・・可変コンデンサ 14・
・・基準コンデンサ 20・・・発振器 31.32・
・・チャージコンバータ 31b、31e、32b。 32e・・・補償用ダイオード 41.42・・・同定
コンデンサ 51.52・・・整流回路 60・・・制
御回路 70・・:を流/鴬圧変換回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被測定量に応じて容量が変化する可変コンデンサと、被
    測定量に無関係に容量が一定な基準コンデンサと、前記
    可変コンデンサと固定コンデンサに発振出力を印加する
    発振器°と、前記可変コンデンサが入力回路に接続され
    、その容量に応じた振幅の交流電圧を出力する第1のチ
    ャージコンバータと、前記基準コンデンサが入力回路に
    接続され、その容量に応じた振幅の交流電圧を出力する
    第2のチャージコンバータと、前記第1のチャージコン
    バータの帰還回路に接続された第1の補償用のダイオー
    ド回路と、前記第2のチャージコン、(−タの帰還回路
    に接続された第2の補償用のダイオード回路と、前記第
    1のチャージコンバータの出力が印加される一定容量の
    第1の固定コンデンサと、前記第2のチャージコンバー
    タの出力が印加される一定容量の第2の固定コンデンサ
    と、前記第1の固定コンデンサを流れる交流電流を整流
    するダイオードを有する第1の整流回路と、前記第2の
    固定コンデンサを流れる交流電流を整流するダイオード
    を有する第2の整流回路と、前記第1の整流回路で整流
    して得た可変コンデンサの容量に関連する電流が所定の
    値になるように前記発振器の発振出力を制御する回路と
    、前記第2の整流すの容量に関連する電流との差に応じ
    た出力信号を得る回路とを具備したことを特徴とする容
    量式
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JPH0430529B2 JPH0430529B2 (ja) 1992-05-22

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002185298A (ja) * 2000-12-11 2002-06-28 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 物理量検出回路

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002185298A (ja) * 2000-12-11 2002-06-28 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 物理量検出回路

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