JPS6249212A - 静電容量式変位検出器 - Google Patents

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】 灸も七ｐ捗肛す■一 本発明は、静電容量変化を利用した変位の検出器に係り
、例えば引張試験機の伸び変位など直線力向の変位を検
出するものに関する。

ｕ−Ｔ火板 この種のものしこは、特開昭４９−５０６１号［回転角
トランスデユーサ−１として開示されたものがある。１
：れは、第４図に示すように、変位方向（図では左右方
向）と平行な面を電極面として変位方向に間隙を隔てて
配置した第１、第２の導体１１．１２からなる第１の電
極体１０と、その第１、第２の導体１１゜１２の電極面
と一定ｆｔｆ３隙ｄを隔てて対向さぜた第３の導体２］
からなる第３の電極体２０と、前記第１、第２の導体１
１．１２に相互に９０度位相差の三角波ｅ＋＋ｅ＝を供
給する発振器、Ｍ、、３２からなる交流信号発振部３０
を有し、前記第３の導体２１の出力ｅ。を取出すように
したものである。

こうすると、第１、第３の導体１．ｉ、２１および第２
、第３の導体１２．２１はそれぞれコンテンツを形成す
ることにな１）、それらコンデンサを符号５１．５２と
して上記のものの等価回路を表わすと第５図のようにな
る。

すなわち、各コンデン’Ｊ５１，５２の一端を三角波発
振部３０のそれぞれ発振器３１，３２と結合し、その各
池端を結合してその結合部を出力端５３とした回路か構
成されたことになり、第３の導体２１から取出される出
力＼Ｉは次のようになる。

ここに、ｃｌｌ（＋）は前記コンデン→Ｊ−５１、、’
、、＋　２の静電容量であり、いよ、 ε　：　導体］１と２１．１２と２１間の誘電体の誘電
率 Ａ１１：　　第１の導体１１と対向する第３の導体２１
の面積 Ａ１２：　　第２の導体１２と対向干る第３の導体２１
の面積 Ａｏ：　第１、第２の導体１１．．１２の中間（こ第３
の導体２１が位置したとき の各対向面積（Ａ　１１＝　Ａ　ｌ２）ｐ：　導体１１
．．１２．２１の幅 Ｘ：　面記中間位置（対向面積か′各Ａ。）からの第１
、第２の導体１１．　、１．２に対する第３の導体２Ｊ
の変缶。

とおくと、前記（１）式は次のように変位Ｘの関数とし
て整理される。

１、ｊ　　ｃ、＝εＡ１１／ｄ＝ε（Ａ　ｏ−ｘ＋２）
／　ｄｃ２＝εＡ、２／ｄ−ε（Ａｏ＋ｘＲ）／ｄ第６
図は、この出力■と変位Ｘの関係を図示したものであり
、出力■の周期は＠１、第２の導体１．１　、１２に供
給される三角波ｅ１．ｅ２の周期と同じであって、その
位相が変位×に対応して変化する。すなわち、第１の導
体１１に供給する三角波ｅ１の位相を第２の導体１２′
のそれｅ２より９０度進まぜている場合は、第２図の中
間位置から第３の導体２１が右方に変位すると、それに
応じて＼７１．＼７．のように出力Ｖの位相が遅れ、逆
（こ左方に変位すると、出力■はＶｌ’ＴＶ。′のよう
にその位相が進むことになる。

尚、三角波ｅ１．ｅ２の位相関係が前記と逆の場合には
、出力＼ｌの位相関係も極性が反転するだけであり、そ
の位相は変位Ｘｌ：対応して変化する。

この結果、第３の導体２１から取出される出力＼７と中
間位置での出力＼７ｏどの位相差を検出することにより
変位×の測定が行なわれる。そして、この第１、第２の
電極体１０゜２０を引張試験片の上、下にそれぞれ固着
すると、出力＼Ｉ′の位相は試験片の伸びに対応して変
わり、その位相変化から伸びが検出される。

搦シＪリ−々（が←０↓一旦一よ−う一−ζ−″夾□仝
−間Ｊ吊−ズに一前記変位検出器は、導体間の間隙変化
ではなく面積変化による静電容置変化を利用するもので
あり、直接変位に比例し丈：情報が取出せ、しかも検出
範囲内の変位（＝　Ａ　、＃）は同一の感度により検出
で外るものである、３しかしながら、−れにおいては、
前記検出範囲を出力〜７の±π／４の位相変化範囲、す
なわも出力＼Ｉの１／・１周期内の変化に変換している
ものであり、検出範囲が大になればなるほど単位変位に
対する位相変化、すなわすつ感度が低ドしてしまう問題
点がある。尚、感度の低下を避けるには、三角波ｅ、、
ｅ、の周期を長くし、それにより出力＼７の周期を艮く
するこが考えられるが、その場合には応答性かそれだけ
低下する問題がある。

問ノ迂プ（奇−角り表しす−４１≧ｙλマ入手−伐本発
明は、上記問題点を解決し、応答性を犠牲にすることな
く、必要に応し７て感度の変更が可能な変位検出器を提
供するものである。

すなわち、本発明は、第１の電極体ど第２の電極体との
相対変位量を検出］る静電容電式変位検出器であって、
第１の電極体は変（９方向と平行な面を電極面として変
位方向に間隙を隔てて配置した第１、第２の導体とし、
第２の電極体は前記第１、第２の導体の両電極面と一定
間隙を隔ててその電極面を対向させた第３の導体とし１
、前記＠１、第２の導体に交流信号を供給して第３の導
体の出力を取出すようにしたものにおいて、前記第１、
第２の導体は１．８０度位相差の交；イコ信号発振部と
結合し、第１、第２の導体には１８０度位相差の交流波
を供給するようにし、この交流波の振幅の変更により感
度の変更を行なえるようにしたものである。

作−ル 以上のものにおいては、第１の導体に供給される交流１
波をｅとおくと、第２の導体に供給される交流波は１ｉ
ｉｉ記ｅとは１８０度位相のずれた一〇である。この結
果、第３の導体からの出力＼７は、前記（１）式のｅ＋
、ｅｑをそれぞれｅ、−ｅに置き換えた次式のようにな
り、したがって、この出力■を変位Ｘの関数として整理
すると、次のとおりである。

この結果、導体１，２と導体３間の変位Ｘは、供給され
る交流波ｅにより直接増幅されることになり、結局単位
変位に対する出力＼ｌの変化は、交流波ｅの振幅を適当
な値に設定することで変更し得ることになる。

実−施−例− 第１図にＩ〕いて、前記第５図と同番号を伺した第１、
第２の電極体１０．２０の第１〜第３の導体１１，１２
．２１は第５図のものと同様であり、同様に動作する。

・１０は前記第１、第２の導体３．１．　、１２に１８
０度位相差の交流波を供給する発振器４１と変成器４２
とからなる交流信号発振部であり、第１、第２の導体１
１．１２と結線され、それらに正弦波ｅとそれと１８０
度位相差の正弦波−（・をそれぞれ供給している。その
等価回路を第２図に示す。

以−Ｅのものにおいて、第１、第２の導体１、１．　、
１２に対して第３の導体２１が相対的に変位Ｘを生じる
と、第３の導体２１の出力■は、その振幅が変位に比例
して（４）式のように変化する。

尚、−Ｉ−記実施例においては、第１、第２の電極体１
０．２０の導体１１，１２．２１に平板状のものを用い
た場合を例示したが、第３図に示すように第１の電極体
はガラスやセラミック等により形成したシリンダ１３の
外周面に第１、第２の導体膜１１’、１２’　を伺着し
たものとし、第２の電極体はそのシリンダ１３内を移動
自在のピストン状の導体２１′とし、小型化してもよい
。さらに、この導体２１′をグラファイトやカーボン等
の前記シリンダと熱膨張係数の略等しい材料に）り形成
し、使用温度範囲を大にしてもよい ｕ世 以上のとおりであり、本発明は、第１、第２の導体を１
８０度位相差の交流信号発生部と結合し、第３の導体出
力の振幅を直接第１、＠２の導体と第３の導体間の変位
に対応させると共に、変位と第３の導体からの出力との
変換係数を前記交流信号発信部からの交流波の振幅と対
応させたものであり、感度の変更が極めて簡単であり、
計測目的に応した所望の感度による変位検出を容易に行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す一部回路記号を含む斜視
図、第２図は第１図の等価回路図、第３図は本発明の他
の実施例を示す一部回路記号を含む正面断面図、第４図
は従来技術の斜視図、第５図は第４図の等価回路図、第
６図は第５図の出力波形図である。 １０．２０：　　電極体 １１．１２．２１：　導体 ４０：　交流信号発振器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の電極体と第２の電極体との相対変位量を検出
   する静電容量式変位検出器であって、第１の電極体は変
   位方向と平行な面を電極面として変位方向に間隙を隔て
   て配置した第１、第２の導体とし、第２の電極体は前記
   第１、第２の導体の両電極面と一定間隙を隔ててその電
   極面を対向させた第３の導体とし、前記第１、第２の導
   体に交流信号を供給して第３の導体の出力を取出すよう
   にしたものにおいて、前記の交流信号の位相差は１８０
   °であることを特徴とする静電容量式変位検出器。 ２、第１の電極体および第２の電極体は、平板状とした
   ところの特許請求の範囲第１項に記３、第１の電極体お
   よび第２の電極体は、一方をシリンダ状とし、他方をピ
   ストン状としたところの特許請求の範囲第１項に記載の
   静電容量式変位検出器。