JPS6020004Y2 - 容量式変換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、圧力、差圧等の被測定量に応じて容量が差動
的に変化する一対の可変コンデンサを用いた容量式変換
器に関する。

本考案の目的は、オンオフ比が被測定量に対応するパル
ス幅電圧を発生できる容量式変換器を簡単な構成で実現
するにある。

第１図は本考案変換器の一実施例を示す接続図である。

図において、Ｃ１，Ｃ２はその容量値が差動的に変化す
る一対の可変コンデンサで、図には圧力、差圧等の被測
定量に応じて変位する可動電極１０とこの可動電極１０
に対向配置されている固定電極１１．１２とからなるも
のが示されている。

Ｃ１，Ｃ２の可動電極１０は基準点に接続され、Ｃ□の
固定電極１１はスイッチＳＷ１を介して１１点に接続さ
れるとともに、スイッチＳＷ２を介して１２点に接続さ
れ、Ｃ２の固定電極１２は１１点に接続されている。

ＣＯは比較器で、ブロック図内に示す如くヒステリシス
特性を持っており、前記１１点の電位Ｖｐが上限域値Ｈ
を越えたとき出力がオンからオフに反転し、Ｖｐが下限
域値りに達すると出力がオンに復する。

この比較器ＣＯの出力は抵抗Ｒ１を介して前記１１点に
、また抵抗Ｒ２を介して前記１２点にそれぞれ与えられ
るとともに、前記スイッチＳＷ□、ＳＷ２のオンオフを
制御する。

比較器Ｃｏの具体的な構成の一例を第２図に示す。

第２図の比較器ＣＯは入力電圧Ｖｐが反転入力端子（−
）に加えられる演算増幅器ＯＰと、ＯＰに正帰還を施す
抵抗ｒ３と、電源電圧■を分圧してｏｐの非反転入力端
子（＋）に加える抵抗ｒ１．ｒ２と、ＯＰの出力で駆動
され基準電圧Ｖｒをオンオフしてパルス幅電圧ＰＷを出
力させるスイッチＳＷとからなっている。

いまＯＰの正の飽和電圧を■。、負の飽和電圧を−ｖし
とすると、上限域値Ｈは（ｒ２ｒ３Ｖ 十ｒ１ｒ２ＶＨ
） ／ （ｒ１ｒ２ ＋ｒ２ｒ３ ＋ｒ３ｒ１ ）とな
り、下限域値りは（ｒ２ｒ３ｖ−ｒ１ｒ２ＶＬ）／（ｒ
１ｒ２＋ｒ２ｒ３十ｒ３ｒ、）となる。

なおＯＰの出力が安定な場合には、スイッチＳＷおよび
基準電圧Ｖｒを省略して、ＯＰの出力をそのまま比較器
ＣＯの出力として利用することもできる。

このように構成した本考案において、比較器ＣＯの出力
がオンであると、スイッチＳＷ□がオン、ＳＷ２がオフ
になり、ＣＯの出力で一対のコンデンサＣ１，Ｃ２が抵
抗Ｒ□を介して充電される。

よってＣＯの入力電圧Ｖｐは（Ｃ□＋Ｃ２） Ｒ１の時
定数で上昇する。

そしてＶｐがＣＯの上限域値Ｈを越えるとＣＯの出力は
オフになり、スイッチＳＷ□をオフに、ＳＷ２をオンに
する。

その結果コンデンサＣ２の電荷が抵抗Ｒ１を介して放電
され、ＣＯの入力電圧ＶｐがＣ２Ｒ１の時定数で減少す
る。

Ｖｐが減少しＣＯの下限域値りに達すると、ＣＯの出力
がオンに復する。

ＣＯの出力がオフの間コンデンサＣ１の電荷は抵抗Ｒ２
を介して放電される。

このときＣ１Ｒ２の時定数がＣ２Ｒ１の時定数より小さ
くなるように抵ａＲ２の値が選ばれる。

このようにして比較器ＣＯとスイッチＳＷ１．ＳＷ２お
よび一対の可変コンデンサＣ１，Ｃ２からなるループは
周期的にオンオフを繰り返し自励振動する。

これらの関係を示したのが第３図の波形図である。

自励振動ループがオンとなっている時間ｔ１は（Ｃ１＋
Ｃ２）Ｒ１に比例し、オフとなっている時ｆａ’％ｚは
Ｃ２Ｒ１に比例する。

したがって、自励振動ループのパルス幅出力ＰＷのオン
オフ比は、 ”ｓｓ ＝ 」Ｌ（１） ｔｉＣ□十０２ となる。

そして一対の可変コンデンサＣ□、Ｃ２の容量は、初期
容量をＣｏ、固定電極１１．１２間の距離をｄとすると
、可動電極１０の中心位置（４ｄなる位置）からの変位
置Ｘに対し、ｄ ｄ Ｃ，＝Ｃ顎玉、Ｃ２＝Ｃ０ｄ−き （２）の関係で
変化するので、パルス幅出力ＰＷのオンオフ比は、 ｋ＝圭十Ｘ−（３） ｔｌ！２ｄ となり、変位置Ｘすなわち被測定量に正確に対応したも
のとなる。

なお、スイッチｓｗ、ｓｗ、、ｓｗ２としては電界効果
トランジスタ等の電子スイッチが好適である。

また上述では比較器ＣＯのヒステリシス幅（Ｈ−Ｌ）を
一定とし、パルス幅電ＩＥＰＷのオン時間ちを（Ｃ□十
Ｃ２）Ｒ□に比例させ、オフ時間ｔ２をＣ２Ｒ１に比例
させる場合を例示したが、第４図に示すように比較器Ｃ
Ｏの部分を演算増幅器ｏｐとその出力で駆動されるモノ
マルチ等のワンショット回路ＭＭで構威し、パルス幅電
圧ＰＷのオン時間ちまたはオフ時間ちのいずれか一方を
ワンショット回路ＭＭによって決る一定時間ｔｓとし、
ヒステ１ リンス幅（Ｈ−Ｌ）を。

１＋。２またはへに比例させるようにしても同様にでき
る。

この場合ＰＷのオン時間ちを一定時間ｔｓとすると、オ
フ時間ｔ２は２ ζコでジｓに比例し、オフ時間ｔ２を一定にすると、オ
ン時間ちはｃ２＋１ｃ２ｔＳに比例する。

さらにパルス幅電、ＥＥＰＷをフォトカプラ等の絶縁結
合手段を介して出力側に伝達すれば、入出力の絶縁がで
きる。

以上説明したように本考案においては、簡単な構成でパ
ルス幅電圧のオンオフ比を被測定量に対応させることの
できる新規な容量式変換器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案変換器の一実施例を示す接続図、第２図
は本考案変換器に用いる比較器の一例を示す接続図、第
３図は本考案変換器の動作説明のための波形図、第４図
は本考案変換器の他の実施例を示す接続図である。 Ｃ１，Ｃ２・・・・・・一対の可変コンデンサ、ＣＯ・
・・・・・比較器、ＳＷｌ、ＳＷ２・・・・・・スイッ
チ、Ｒ１，Ｒ２・・・・・・抵抗、ＯＰ・・・・・・演
算増幅器、ＭＭ・・・・・・ワンショット回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定量に応じて容量が差動的に変化する一対の可変コ
   ンデンサと、ヒステリシス特性を有し、入力に加えられ
   る電圧に応じて出力電圧がオンオフする比較器と、この
   比較器の出力が加えられ、比較器出力がオンのとき一対
   の可変コンデンサを同一の抵抗を介して充電し、比較器
   出力がオフのとき一対の可変コンデンサを別々の抵抗を
   介して放電させ、一対の可変コンデンサの充電電圧値と
   一方の可変コンデンサの放電電圧値とを交互に出力する
   充放電回路と、この充放電回路の出力を比較器の入力に
   印加する手段とにより、周期的にオンオフを繰り返す自
   励振動ループを構威し、比較器の出力にオン時間が一対
   の可変コンデンサの容量に対応し、オフ時間が一方の可
   変コンデンサの容量に対応したパルス幅電圧を発生させ
   、このパルス幅電圧のオンオフ比を被測定量に対応させ
   たことを特徴とする容量式変換器。