JPS6236088Y2 - - 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対応する
変位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て被測定量を電気信号に変換
する容量式変換装置に関するものである。

一般に容量式変換装置は、例えば実公昭44−
15398号公報に示されているように、変位量に応
じて差動的に変化する容量の和に対応した直流電
流が一定になるように発振器を制御し、容量の差
に対応した直流電流を出力とすることにより被測
定量を電気信号に変換している。このような構成
においては容量の和に対応した直流電流を一定に
制御しているため、変換回路部分では整流用ダイ
オードの温度係数の影響を受けないが、しかし変
位量を検出する一対の可変コンデンサを含む検出
器部分に温度係数があるため、容量の差に対応し
た信号電流には温度依存性がある。しかも検出器
部分は、例えば差圧や圧力を金属ダイヤフラムで
変位に換えて一対の可変コンデンサの容量を差動
的に変化させる場合でも、差圧変換器と圧力変換
器とでは温度係数が異つている。このため従来は
変換回路部分にサーミスタを含む温度補償用の抵
抗回路網を設けて信号電流の温度依存性を補償し
ているが、特別な温度補償用の抵抗回路網を設け
なければならず構成が複雑になる欠点があつた。

ところでこの種の容量式変換装置においては、
可変コンデンサに並列に存在するストレイ容量の
影響による直線性の悪化や、差圧変換器や圧力変
換器のように被測定量を金属ダイヤフラムで変位
に換える場合の非直線性を補償するために、補償
用コンデンサを設け、発振器から一対の可変コン
デンサに印加する電圧と等しい電圧を印加してそ
の容量に応じた補償電流を得、この補償電流を基
準電流に加えることによつて、一対の可変コンデ
ンサの容量の和に対応した電流と補償電流との差
が一定になるように発振器を制御し、前記補償電
流の値を調整して直線化を行うものがある。

本考案は、上述の如き直線化を行う回路を有効
に利用することによつて、特別な温度補償回路を
用いることなく、温度依存性を補償できる容量式
変換装置を実現したものである。

第１図は本考案装置の一実施例を示す接続図で
ある。図において、C₁，C₂は変位量に応じて容
量が差動的に変化する一対の可変コンデンサで、
図には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を挟んで対向配置されてい
る固定電極１１，１２とで構成されている。C₃
は補償用の固定コンデンサ、Ａは高利得の差動増
幅器、Ｏは発振器、Ｔはトランスで、１次コイル
n₁と３個の２次コイルn₂，n₃，n₄とを有してお
り、n₄は巻数を調整できるようになつている。
Vrは安定化された直流電源、D₁〜D₆は各々整流
用ダイオード、R₀〜R₅は各々抵抗、Ｃ_f0〜Ｃ_f2は
各々平滑用コンデンサ、C₄は直流分阻止用コン
デンサである。

このように構成した本考案装置において、一対
の可変コンデンサC₁，C₂にはトランスＴを介し
て発振器Ｏの発振出力が与えられているので、そ
れぞれその容量に応じた交流電流i₁，i₂が流れ
る。交流電流i₁，i₂はダイオードD₁〜D₄および平
滑用コンデンサＣ_f0〜Ｃ_f2によつて整流平滑され
る。したがつて、抵抗R₀には電流i₁，i₂の差に対
応した平均値電流Ioが流れ、その両端に生ずる出
力電圧Eoは、トランスＴの１次巻線n₁の巻数を
N₁，２次巻線n₂，n₃の巻数をN₂、発振器Ｏの発
振出力の片振幅をEa、周波数を、整流用ダイ
オードD₁〜D₄の順方向電圧降下をＥ_d1および可変
コンデンサC₁，C₂に並列に存在するストレイ容
量をCs₁，Cs₂とすると、近似的に次式で表わす
ことができる。

Eo＝2R₀f｛（C₁＋Cs₁）−（C₂＋Cs₂）｝ （Ｎ_２／Ｎ_１Ea−Ｅ_d1） (1) また抵抗R₁，R₂にはそれぞれ電流i₁，i₂に対応
した平均値電流I₁，I₂が図示の極性で流れる。さ
らに抵抗R₁，R₂は抵抗R₄，R₅とともに直流電源
Vrに直列に接続され、一定の直流電流Irが前記平
均値電流I₁，I₂とは逆方向に供給されている。一
方、補償用の固定コンデンサC₃にもトランスＴ
を介して発振器Ｏの発振出力が与えられているの
で、その容量に応じた交流電流i₃が流れる。この
交流電流i₃はダイオードD₅，D₆で整流される。そ
して補償用コンデンサC₃の容量に対応した電流
がボリユーム抵抗R₃によつて補償電流I₃とバイパ
ス電流I₄とに分けられる。よつて補償電流I₃はボ
リユーム抵抗R₃の分圧比をα、トランスＴの22
次巻線n₄の巻数をN₃およびダイオードD₅，D₆の
順方向電圧降下をＥ_d2とすれば、 I₃＝２α（Ｎ_３／Ｎ_１Ea−Ｅ_d2）fC₃ (2) で与えられる。この補償電流I₃が抵抗R₁，R₂の直
列回路に前記平均値電流I₁，I₂とは逆方向に供給
される。したがつて、抵抗R₁，R₂の直列回路の
両端には次式に示す如き帰還電圧Ｅ_fが生ずる。

Ｅ_f＝2R｛Ir＋２αfC₃（Ｎ_３／Ｎ_１Ea−Ｅ_d2） −ｆ（C₁＋C₂＋Cs₁＋Cs₂）（Ｎ_３／Ｎ_１Ea−Ｅ_d2）｝(3
) ただし、Ｒ＝R₁＝R₂ この帰還電圧Ｅ_fが差動増幅器Ａに加えられ、
Ｅ_f＝０になるように発振器Ｏの例えば電源電圧
を制御するので、発振出力の振幅Eaは次式で与
えられる。

よつて、出力電圧Eoは(1)式と(4)式とから次式
で与えられる。

そしてダイオードの順方向電圧降下Ｅ_d1，Ｅ_d2
は負の温度係数を持つており次式で近似できる。

Ｅ_d1＝mE_d2＝Ｅ_d0（１−βｔ） (6) ここで、ｍは図示のようにD₁〜D₄およびD₅，
D₆をそれぞれ１個のダイオード素子で構成した
場合には１であり、もしD₁〜D₄側のみ２個のダ
イオード素子でそれぞれ構成した場合にはｍ＝２
となる。(6)式を(5)式に代入すると、出力電圧Eo
は、 となり、トランスＴの２次巻線n₂（n₃）とn₄の巻
線比Ｎ_３／Ｎ_２を選ぶことによつて、Eoの温度係数を 正、負に調整できる。すなわち温度係数は、ｍ
Ｎ_３／Ｎ_２＞１に選べば負になり、ｍＮ_３／Ｎ_２＜１に
選べば正 になる。なおｍＮ_３／Ｎ_２＝１に選べば温度係数は零に なる。したがつて、検出器部分の温度係数に応じ
て巻線比を選べば、温度依存性を有効に補償でき
る。

一方、一対の可変コンデンサC₁，C₂は対称に
作られており、ストレイ容量をCs₁＝Cs₂＝Csと
みなすことができるので、 Cs＝αC₃Ｎ_３／Ｎ_２ (8) になるようにボリユーム抵抗R₃の分圧比αを調
整すれば、出力電圧Eoは Eo＝2R₀Ｃ_１−Ｃ_２／Ｃ_１＋Ｃ_２｛Ir＋２αfC₃E_d0 （Ｎ_３／Ｎ_２−１）（１−βｔ）｝ (9) となり、ストレイ容量Csの影響を除去でき直線
性を向上できる。またα＜Ｃｓ／Ｃ_３・Ｎ_３／Ｎ_２にな
るように αを調整すればＣ_１−Ｃ_２／Ｃ_１＋Ｃ_２が大きくなるほ
ど増加率 を増大でき、α＞Ｃｓ／Ｃ_３・Ｎ_３／Ｎ_２になるように
調整すれ ばＣ_１−Ｃ_２／Ｃ_１＋Ｃ_２が大きくなるほど増加率を減
少できる ので、検出器部分の非直線性をボリユーム抵抗
R₃の分圧比を適宜選定することによつて補正で
きる。なおコンデンサC₃の容量を調整できるよ
うにして、巻線比Ｎ_３／Ｎ_２を変えたときＮ_３／Ｎ_２C₃
が一定に なるようにすれば、温度係数の補償動作による直
線比への影響を除去できる。

第２図は本考案装置の別の実施例を示す接続図
で、第１図の実施例と異るところは２線式に構成
した点である。第２図において、R₀はスパン調
整用の可変抵抗、A₁は高利得の差動増幅器で、
その入力端子（＋）には抵抗R₁，R₂の接続点の
電位E₁と抵抗R₀の両端電圧Eoの和が抵抗R₆を介
して加えられるとともに、帰還抵抗Ｒ_fの両端電
圧E₂が抵抗R₇を介して加えられ、他方の入力端
子（−）には一定電圧を零点調整用の分圧抵抗
R₁₀で分圧した電圧E₃が抵抗R₈，R₉の分圧回路を
介して加えられる。なお抵抗R₆〜R₉は信号源抵
抗に比して充分に大きく選ばれている。Ｑは出力
トランジスタで増幅器A₁の出力で駆動され、出
力電流Ioを帰還抵抗Ｒ_fおよび一対の伝送線ｌを
介して受信側に配置された負荷Ｒ_Lに供給するも
のである。そして出力電流Ioによつて抵抗Ｒ_fの
両端に生ずる電圧降下が前記電圧E₂となる。CC
は定電流回路で、例えば図示のようにトランジス
タと電界効果トランジスタよりなり、ツエナーダ
イオードＤ_Zに一定電流を供給しその両端に安定
化した直流電圧Vrを得る。この安定化された直
流電圧Vrが抵抗R₄，R₁，R₂，R₅の直流回路と零
点調整用の分圧抵抗R₁₀にそれぞれ加えられると
ともに、トランジスタを介して増幅器Ａ，A₁の
電源端子に加えられる。Ｅは直流電源で、この装
置唯一の電源で負荷Ｒ_Lに直列に接続され、受信
側に配置されている。

このように構成した本考案装置においては、一
対の伝送線ｌを介して受信側の負荷Ｒ_Lに伝送さ
れる出力電流Ioは、 Io＝１／Ｒ_ｆ｛Eo＋（R₅Ir−γVr）｝ (10) ただし、R₆＝R₇＝R₈＝R₉ γ＝分圧抵抗R₁₀の分圧比 となり、信号電圧Eoに対応したものとなる。(10)
式から明らかなように分圧抵抗R₁₀の分圧比βを
調整すると、Eoの０％時の出力電流Ioの値を所
望値（例えば4mA）にでき、零点の調整ができ
る。また抵抗R₀の値を調整すると、変位量ｘの
100％時の出力電流Ioの値を所望値（例えば
20mA）にでき、スパン調整ができる。しかも可
変抵抗R₀の値を変更しても零点には何ら影響を
与えず、また分圧抵抗R₁₀の分圧比βを変更して
もスパンには何ら影響を与えない。すなわち２線
式の変換装置において、零点の調整とスパン調整
を互いに独立に行うことができる。

またこの実施例では、補償用コンデンサとして
C₃₁，C₃₂の２個用い、C₃₁の一端をトランスＴの
２次巻線n₄の巻数N₃₁の点P₁に、C₃₂の一端をn₄の
巻数N₃₂の点P₂にそれぞれ接続し、C₃₁，C₃₂の他
端を切換手段Ｊで切換接続するとともに、その容
量をN₃₁C₃₁＝N₃₂C₃₂を満足するように選定してあ
る。なおN₃₁の値を差圧変換器の温度係数に応じ
て定め、N₃₂の値を圧力変換器の温度係数に応じ
て定めれば、切換手段ＪでC₃₁側かC₃₂側を選択す
るだけで温度依存性の補償ができる。

なお上述では、補償用コンデンサに発振器Ｏか
ら印加する電圧をトランスＴの２次巻線n₄の巻数
を変えて行う場合を例示したが、２次巻線n₄を分
圧抵抗器で分圧して変えるようにしてもよい。

以上説明したように本考案によれば、直線化を
行う回路を有効に利用しているので、温度補償の
ための特別な回路を必要とせず、簡単な構成で温
度依存性を補償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図は本考案装置の一実施例を示す接続図、
第２図は本考案装置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、C₃……補
償用コンデンサ、Ａ……高利得の差動増幅器、Ｏ
……発振器、Ｔ……トランス。

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、補償用の固定コンデンサ
   と、前記一対の可変コンデンサおよび固定コンデ
   ンサにトランスを介して発振出力を印加する発振
   器と、前記一対のコンデンサの容量の和に対応し
   た電流と基準電流との差が流れる抵抗回路と、前
   記補償用のコンデンサの容量に応じて流れる補償
   電流を調整する手段と、この補償電流を前記容量
   の和に対応した電流とは逆方向に前記抵抗回路に
   流す手段と、前記抵抗回路の両端電圧が零になる
   ように前記発振器を制御する手段と、前記一対の
   可変コンデンサの容量の差に対応した電流に関連
   する出力信号を得る手段とを有しなる容量式変換
   装置において、発振器より補償用コンデンサに印
   加する電圧を調整可能とし、一対の可変コンデン
   サに印印される電圧との比を変えて温度係数を調
   整できるようにしたことを特徴とする容量式変換
   装置。