JPS62500542A - 「き」性材料からなる容量型センサ−のための回路 - 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】 脆性材料からなる容量型センサーのための回路１、発明の属する分野 この発明は、流体を満たされて流体的に相互に連通されている２個のセンサー部 によって感知される差分圧力を指示する際に使用するための容量型感知回路に関 する。

λ先行技術 先行技術の中で、様々の容量製感知回路が発展してきた。

さらに、ダイヤプラムの１つが一方向に偏向するとき、ダイヤフラムの移動を相 互に伝達する本質的に非圧縮性の流体によって、他方のダイヤプラムが反対方向 に偏向するようにした、分離ダイヤフラムの偏向に応答して差分圧力を検知する ための様々なセンサーが発展してきた。例えば、米国特許第４３９８１９４号は そのようなセンサーを示す。

この装置は単一のブロックの反対側の溝部に装着したかなり柔軟なダイヤプラム 及び温度変化の関数として変化する充填流体の密度変化によって引き起こされる スパン誤差を補正するための回路を備えている。しかし、この装置では、充填流 体密度の変化＋Ｃよってもたらされるゼロエラー（零合わせ誤差）を最小にする ために、ダイヤプラム同士のステイフネスを厳密に整合させろことが必要とされ ろ。

必要な出力信号を供給するための多くの回路は、高価な温度サイクリング及び調 整工程を必要とする、複雑な温度補償回路を組み込んでいる。高価な温度サイク リングを用いることなく、ゼロエ２−及びスパン誤差を共に補償する単純な回路 を提供することの問題は、油充填型、２ダイヤプラム式差分圧力センサーの使用 を制限していた。この発明は、ダイヤフラムと容量電極板との間隔が、油を満た す前に実質的に零であるようｔ２ダイヤフラムの容量型センサーを使用する際の 、そのような問題の解決手段を教示する。

発明の概要 この発明は、差分圧力セ／サーのための容量型感知回路に関する。感知回路は、 最小限度の数の精密部品に依存し、２個の油充填センサー部間の容量の変化を示 す所望の信頼性のある出力を発生する。各油充填センサー部は、第２の（電ω板 に対して移動する１つのコンデンサー（電極）板を形成する、少なくとも１個の 偏向ダイヤプラムを有し、１個のセンサー部中のダイヤフラムの偏向は他のセン サー部のダイヤプラムの反対方向の偏向を引き起こす。

油充填チャンバーは、充填油の圧力の下でダイヤプラムが曲がるように、各セン サー部中に形成されている。各センサー部中のダイヤフラムの間隔は充填油の圧 力の関数であり、各センサー部のダ・ｒヤフラムと第２のコンデンサー板との間 隔は、充填油の圧力が零のとき零である（板同士が接触している）。＜　ｘ＝ｏ ＠ｐ　ｆｌ１１＝ｏ　）。

従来の容１測定回路は、油の密度及び誘電率の関数となる出力を与え、さらに油 の密度及び誘を率は、前述の型のセンサーに使用する際、強い（Ｓｔｒｏｎｇ　 ）　＠度の関数となる。温度変化の結果生ずる、±６％／１００°Ｆの充填油の 密度及び誘１！率の変化に起因するスパン誤差に加えて、センサー部のダイヤプ ラム同士が精密に整合されていない場合には、大きなゼロエラーを生じよう。

この発明は、センサーの温度を測定し、温度の関数として回路の励起または出力 を調整するか、または温度変化を示すＣ及びＣ２（各センサー部の容量）の関数 を導ひくかすることにより、＠度に依存するスパン補償をもたらす。温度による 油の密度の窒化は１誘電定数に影響を及ぼし、また両センサー部の容量板の間隔 を同じ方向に変化させる。すなわち、両間隔は＠ｌＷ変化と同時に増加または減 少する。

零合わせは、Ｃ８とＣ８との差分容量の関数を与え、２個のセンサー部上の差分 圧力が零のときの出力を零に設定することにより達成されろ。

開示された型の差分圧力センサーのための伝達関数は、零合わせ関数及びスパン 補正関数の積（乗算）に関する出力を与えろことにより、ダイヤプラムの偏向特 性（ステイフネス係数）がｎ′８！ｉに整合されていないときでさえ、信頼性の ある結果が得られろことを示している。こうして、センサー製造のコスト低減が 可能となる。

この出願中に開示されたアナログ回路は、たとえセンサー部のダイヤプラムが整 合されていなくても、適切に調整されたとき、これらの問題を解決し、低いスパ ン誤差及びゼロエラーをもたらす。容量検知器の励起に応答する零合わせ回路、 及び油の誘電率または′Ｍ度の変化に対して、付勢を補正するためのスパン補償 回路が、この発明において与えられる。零の差分圧力に対して出力を零にするよ うに、零合わせ回路が調整されたとき、誤差が最小となるであろう。これは、零 合わせの前にスパン補正が容量の付勢に加えられ、零合わせ回路は固定された別 の付勢信号を有する従来の回路と異なる。

補償関数はデジタルシステムにおいても作動する。そのようなシステムにおいて 、Ｃ及びＣ２は独立に測定され、デジタル数（Ｎ、及びＮ、）ＩＣ変侠される。

こ＼に開示された伝達関数は、マイクロコンピュータを用いて例えば、つぎのよ うに数学的に実行される。

ただし、ＮＬ（Ｔ　）は温変測定により、またはＮ１及びＮ、の（直を演算して 得られる数である。Ａは、センサー上の差分圧力が零のとき、出力が実質的（Ｃ ″＃とＩよるように選ばれた数である。

１つの実施形態において、単純化した回路は、容量ブリッジをｗ、動するためＩ ＣＣＭＯ８ＣＣ上０用し、ＣＭ　ＯＳ回路の電流が検知されて出力を供給する。

帰還抵抗は検知された４に号に比例する７と流を検知し、それは容量負荷の正確 な指示を与えろ。ＣＭ　ＯＳ素子の駆動ＩＪＬ流は、駆動電流がその出力上の容 量負荷に比例するということで検知されろ。電流検知抵抗からの信号は、検知答 ｔｈｔを含む容量ブリッジの付勢電圧を補正する。

ブ＋ｌ　ソジの出力は、センサーの直列８盪の関数であり、かつ・２個の検知容 量の間の差分客種の関数であるＡＣ信号である。適当な零合わせ回路は、ブリッ ジからの出力１１ｔ１ｍ路を通じて、ブリッジを付勢するＡＣに比例するＤＣ電 位によって付勢されている抵抗回路網に結合することにより与えられろ。これは 、センサー部及び、したがって各センサー部の容量が、温間の変化範囲（スパン ）にわたって完全に整合されろ必要がないような、零合わせ能力を与える。この 結果得られた出力は、検知されたバクメータ（圧力）の指示を与えろために使用 される。

この回路は、センサー部を満たすために用いられる油の誘電定数が、、　ＥＥ力 には無関係で、センサーの温間に関係する油の密度に主として関係しているので 、検知されている直列容量の変化が、検知されている圧力の、信頼性のある補償 信号を与えるという理由で、温度変化に対するスパン補償を可能にする。

他の形態において、センサー容量（コンデンサ）の値は発振器の積（Ｐｒｏｄｕ ｃｔ）を制御するためにそれぞれ用いられ、センサー容量から得られろ出力１！ 流を比較して出力信号を発生させろ。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明の回路に使用できる設計の典型的な圧力センサーの部分的模 式図である。

第２図は、この発明の基本的な感知回路の単純化した模式第３図は、第１図に示 すようなセンサーから利用可能な出力を得ろために使用することのできる。この 発明の変形例感知回路を示す図である。

第４図は、出力を得るためのデジタルシステムの単純化した模式図である。

第５図は、実質的に第２図に示されたものと同様の感知回路を用いてセンサーバ ２メータの指示としてのＤＣ電流出力を与える典型的な二線式回路の模式図を示 す。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図において、包括的に１０で示す圧力センサー組み立て体は、第１の端部１ ２．第２の端部１３．及び中心部１４及び１５を有する外容器１１を備えている 。容器の各部１２゜１３．１４及び１５は、環状リム１２Ｂ、１３３，１４８及 び１５ＢＫよりそれぞれ規定される凹所　１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ及び１５Ａ８ 有する。この凹所は平面図において概ね円形であり、凹所１２Ａは凹所１４Ａに 対面し、リム１２Ｂと１４８との間のガラス層によって各部が融着されている。

これら凹所は、共同して第１の内部圧力チャンバ−１６を形成する。

容器の端部１２はチャンバー１６に通じる通路１６Ａを有する。

凹所１３Ａ及び１５Ａは向かい合う方向に開いており、第２の内部圧力チャンパ ー１７を形成し、リム１３Ｂ及び１５Ｂは、チャンバー１７を形成するようにガ ラス層によって互いに融着されている。容器の端部１３を通ってチャンバー１７ に繋がる通路１７Ａが形成される。

容器の各部１２及び１４と、１３及び１５との各開祖み立て体は、その外側周辺 に隣接する部分１４及び１５の向かい合った面に融着された、環状のがクス層に よって、容器を形成するように、中心部で相互に保持される。

包括的に１８で示す圧力センサーエレメントは、圧力センサー組み立て体１０中 に装着されており、センサーエレメ／ト１８はチャンバ−１６中に装着された第 １のセンサーエレメント部１９を備えて（・ろ。第２のセンサーエレメント部２ ０ハチヤンバー１７中に装着されて（・る。結合導管２１ｆ家、第１及び第２の センサーエレメント部１９及び２０を結合し、かつ支持するための支持脚を形成 する。従って、センサーエレメント　１８は２個のセンサーエレメント部１９と ２０の組み立て体及びそれらを結合する支持脚２１からなる。

サラに詳細にいえば、各センサーエレメント部は、実質的に一様な厚さで適当な 大きさの一対の偏向板を備えて（Ｓろ。

板２２及び２３はセンサーエレメント部１９を形成する。板２２及び２３はそれ らの外周部またはリム　１９Ａにお（・て相互に融着（封止）されている。リム 　１９Ａにおけろ接合及び封正により、板２２及び２３０間に閉じた内部チャン ／（−２４を形成する。

センサーエレメント部２０は一対の平坦な板２５及び２６からなり、それらは好 ましくは板２２及び２３と同じ様に構成されている。板２５及び２６は一緒にリ ム　２０Ａの外周部で融着、封止され、板２５と２６との間に第２の封止された チャンバー２７を形成する。

図示のセンサーの形態において、センサーエレメント部の板２２と２３及び２５ と２６は、セラミック材料、シリコン、ガラス、サアファイＶまたは水晶のよう な適当な脆性材料からなる。脆性材料は張力維持能力が低く、張力負荷に降伏す る前に一般的に破壊される。破壊するときの最大１つ張り応力が１０００ｐｓｉ から５００００ｐｓｉの材料は、明確な降伏点を持たない場合には、脆いと考え られろ。

しかし、このような材料は優れた圧縮応力維持能力を有し圧縮強度は引っ張り強 度よりかなり大きい。板はそれらの全極にわたって実質的に一様な厚さに形成さ れている。支持脚または導管２１も同様の材料からなり、内部通路２１Ａを有す るので、導管２１が脆性（剛体〕材料の管状の導管を構成する。

各板　２２．２４　、２５及び２６は、最初に形成されたとき休止状態で板の主 面に垂直で、中心における軸である板の中心軸上に中心孔を有する。そのような 開口または孔はそれぞれ２２Ａ、２３Ａ、２５Ａ及び２６Ａで示されろ。

支持脚または導管２１は、溶融ガラス層によって板２３及び２５に結合され、そ こで、支持脚または端部が板に結合される。ガラス層は衝合する板の孔を取り囲 み、チャンバ−２４及び２７は通路２１Ａに向かって開いている。

支持両溝・（７２１はセンサーエレメントのための支持体を形成し、板２２　、 ２３　、２５及び２６は強固な組み立て体として導管２１上に保持されろ。しか し、センサーエレメントは、なお依然として、容器の応力及び歪みから実質的に 隔離されている。ガラス層２１Ｂは導管　２１の外面の囲りで浴融され、容器の 中心部１４及び１５０面に融着されている。各容器の中心部１４及び１５のチャ ンバー１６及び１７はこうして相互に流体的に隔離されている。

センサーエレメント部の組み立てに先立って、板２２，２３゜２５及び２６のそ れぞれに導電材料層２２Ｂ、２３Ｂ、２５Ｂ及び２６Ｂ　が設けられる。これら の層は脆性材料上に堆積した薄摸とすることができる。これらの層はコンデンサ ー板または電極を形成し、互いに１１Ｌ気的に絶縁されている。各導１１Ｌ層は 、各開口２２Ａ、２３人、２５Ａ及び２６Ａの周りに延在し・かつ・チャンバー が形成された後、板の外側の各開口の囲りに短かい距離だけ延在するように形成 されろ。板の外面上の導電層は・コンデンサーの電極に結合された導電体または リード線の接触部を形成する。

リード線２８は開口　２２ＡＫ隣接する層２２ＢＶＣ結合されろ。開口２２Ａは 、図示のように適当なガラス層をそこに溶融した適当なキャップにより閉じられ 、また、そのキャップはリード線２８をその位置に保持する。第２の導電体また はリード線２９は、開口２３Ａ　ｔｃ隣接するｒｃ１２３Ｂに結合される。第３ の導電体またはリード線３０は開口２５ＡＫ隣接する層２５Ｂに結合され、第４ の導電体またはリード線３１は開口２６Ａに隣接する層２６Ｂに結合されている 。

キャップが、溶融ガラス層によって、開口２６　Ａ上にこれを封止するように保 持されている。チャンバー２４及び２７はこうして気密封止されているが、固い 支持脚または導管２１の内部通路２１Ａ　を介して相互に連通している。組み立 て時においては、各センサーの板は事実上接触しており、チャンバー２４及び２ ７中の初期圧力（Ｐ）の充填油によって、チャンバーを形成する板の初期間隔を 発生せしめろ。

容器中心部１４及び１５の向かい合う面はチャンバー３２を形成し、それぞれ導 電材料層３２Ａ及び３２Ｂを有し、これらの層は参照（基準）コンデンサー（Ｃ ３）の電極を形成する。容器中心部１４及び１５０間に形成されろ向かい合う面 は、この参照容量を生じるように隔離して配置される。チャンバー３２は、適当 なリード線３４を介して作動する導電材料層または電極３２Ａ及び３２Ｂによっ て測定される参照（基準）Ｈ−力を保持する。さらに、層３２Ａ及び３２Ｂ８担 持する面の一力または両方を、補償の目的または他の目的で、温Ｉｆを決定する 温度センサーの設置場所として使用すること力；できろ。

センサー組み立て体の作用を示すのに有効な方程式を解析するに当たり、＠１の センサーエレメント部１９は添字“１″で表わされ、第２のセンサーエレメント 部２０は添字２２”で衣わされろものとする。センサ−エレメント部１９内部の 圧力はＰ　で表わされ（＠１図参照）、図示の形態の検仰電極を構成する２つの 面間の間隔はｘｌで表わされる。第２のセンサーエレメント部のチャ／バー内の 圧力はＰ２で表わされ、第２のセンサーエレメント部２０の板の間隔はＸ２で表 わされろ。同様に２つのセンサーエレメント部の容量の表示はそれぞれＣ１及び Ｃ！である。

センサーの作用の考察及びその解析において、第１のセンサーエレメント部を収 容するチャンバー１６内の圧力はＰ。

（第１図）とし、第２のセンサーエレメント部２０に作用するチャンバー１７内 の圧力はＰ、とする。通常、測定される量はΔＰ＝Ｐ−Ｐ、となろう。前に説明 したように１両セ暑 ンサーエレメント部は、内部の圧力が零、−ｒなわちＰｌおよびＰ２が零に等し い状態で、板または隔壁が接触するように組み立てられたとき、Ｘｌ　及びＸ２ 　も零に等しくなる。ダイヤフラムすなわち隔壁下のチャンバーが流体で満たさ れると、形成された各コンデンサーは間隔Ｘを有し、２つの板のｍみ立て体をそ れぞれ構成するセンサーニレメン）ｆＡの剛性（スティフネス）は、外部圧力に よる板の偏向を表わす定数となる。これらの定数は第１のセンサーエレメント部 に対してに１、第２のセンサーエレメント部に対してに２である。

組み立てられた各対の１つの板の他の板に対する偏向は、有益な信号を与える。

したがって、１つの板は固くて偏向しない基板とすることが可能である。

油を充填した後、センサーエレメントはｐ、　＝　ｐ４の状態で第１図に示す位 置にあるものとする。各センサーエレメント部の板の向かい合う面の間隔Ｘ１及 びＸ！は実質的に等しく、それらはＸ。に等しい。板だけが、過変の曲げ応力に さらされる。基本的に非圧縮性の流体充填物は、温度変化によって僅かに膨張ま たは収縮するが、これは板に過度の応力を付与しない。添付の図面において、板 の間隔及び曲率は大きく誇張されている点に留意すべきである。フルスケール時 の板の間隔は極度に小さい。

通常の最大（フルスケール）の差分圧力状態において、第１のチャンバー２４の 偏向Ｘ１は偏向Ｘ２より小さく、このことはセンサーエレメント部１９上の圧力 がセンサーエレメント部２０上の圧力より大きいことを意味する。板２５及び２ ６の偏向により、最大作用時に過変な曲げ応力をもたらす。

ΔＰの最大（フルスケール）圧力に対して、であるのが望ましい。

極度に圧力過大の状態において、板２２及び２３はそれらの全面にわたって接触 しくＸ１＝Ｏ）、全ての非圧縮性流体は導管の内部通路及びチャンバー２７に強 制的に移動される。

充填流体または油の体積が調整されているため、板２５及び２６は、屈曲状態（ Ｘ２＝２Ｘ、）で過度の応力を受けず、板　２２及び２３上の過度の圧力状態は 基本的にこれらの板の純粋な圧縮を引き起こすことになる。この圧力は板の向か い合う面を圧縮しようとするが、脆性材料はかなり大きい圧縮応力に耐えられる ため、センサーエレメントまたはセ／サ−エレメントを形成する板を破損する恐 れはない。

こうして、極度に高い過圧力に耐える能力が生じ、板に脆性材料を使用すること により、サイズを小さくシ、コストを下げ、そして精度を維持して、容量型検知 手段の′ｒｔ極として薄膜コーティングのバッチ処理に適合させる１゜検知エレ メントの仕様は脆性材料に適しでおり、また工業的な流体測定の応用において遭 遇する数千ｐ―ｌ　までの圧力に対する集積化した双方向性過負荷保護手段を組 み込んでいろ。チャンバーが油で満たされΔＰ＝００とき、センサーエレメント 部は、使用されろ材料の引っ張り像間を越えない過変の曲げ応力（引っ張り及び 圧縮）Ｋさらされる。通常の圧力変化はこの初期応力の１．５倍を越えない。い ずれの方向の過負荷状態も、隔！！！（ダイヤフラム）または板の組み立て体の 一方を初期状態に戻し、曲げ応力は零となり、それ以上の圧力は純粋な圧縮（そ れに脆性材料が耐え得ることが知られている）をもたらす。他方の隔壁の組み立 て体は、最初の応力の２倍までに限られる最大曲げ応力にさらされる。

図において、板の間隔及び曲げ状態は大きく誇張されて〜ることに再び留意すべ きであり、作動中の板の間の間隔量＆家極度に小さい。しかし、間隔の変化は、 容ｆｌを検知の特徴により正確に検知することができろ。

容器の中心部の間に形成されたチャンバー３２は、その中に参照圧力を有するが 、容器の向かい合う面の偏向をもたらす圧力Ｐ８及びＰ、　（第１図参照）のレ ベルによって影響を受けるであろう。１！極　３２Ａ及び３２Ｂの間隔は、こう して静圧力レベル、すなわち の関数となる。１１を極　３２Ａ及び３２Ｂは、差分圧力を示す信号Ｃ及びＣ２ を同じ圧力差におけろ定常またはライン圧力の差に対して補償する容量信号Ｃｓ を供給する。容量型検知は極度に小さな偏向または移動しか伴なわないので望ま しい。

各センサーエレメント部の隔壁または、板の間の間隔を検知するために必要な完 全な解析において、２個の形成されたチャンバーがあり、図のように各チャンバ ーは内部チャンバーを形成するためそれらの周辺で封止された脆性隔壁の対を備 え、油充填物を有し、油の密度及び体積に影響する温度、隔管材料の弾性率、隔 壁の厚さ、及び隔壁の直径を含む数多くの考慮すべき因子がある。

間隔の差を検知するのに必要な方程式を決定するために、特に容量型感知におい ては、差分圧力下での板の偏向の解析が必要である。感知セルが第１図に示すよ うに構成されているとして、それらのおのおのは各チャンバー（チャンバー１及 び２）を規定する２つの隔壁からなり、各隔壁の組み立て体のチャンバーと導管 ２１によって結合され油で満たされ。

各センサーエレメント部の隔壁板の間の間隔はＸ（Ｘｌは第１のエレメント部、 Ｘ！は第２のエレメント部）で表わされる。

圧力チャンバ−１６内の第１のセンサーエレメント部の外側に作用する圧力はＰ 、で表わされ、圧力チャンバー　エフ内の第２のセンサーエレメント部の外［Ｋ 作用する圧力はＰ４で表わされる。内部の油の圧力は１Ｐ”　で衣わされ、それ は第１のチャンバーにおいて　Ｐｉｙ第２のチャンバーにおいて２２　であり、 それらは通常の作動において（Ｐ、　＝　Ｐ２＝Ｐ）であり・各センサーエレメ ント部の剛性因子（スティ７ネス係ａ）はそれぞれに０及びに２で表わされる。

剛性因子は、隔壁の弾性定数、直径及び厚さを含む板または隔壁の構成によって 決定される定数である。好ましくは、センサーエレメント部が同じであればに１ はに２　に等しいが、精密な製造工程制御または細部にわたる管理をせずにこれ を保証することは困難であり、製造中にセンサーエレメント部の特性の同一性を 保証することは費用がかかる。

さらに、図のシステムにおいて、充填油がないとき、すなわち内部圧力ＰがＯの ときは、前述したように板は基本的に接触しているとみなされ、板の間＝（Ｘ＞ は実質的に零である。言い換えれば、充填油を導入した後の間隔をＸ。とすると １ Ｘ、　（＠Ｐ＝Ｏ）＜Ｘ。かつ Ｘ、＝　Ｘ！　＝　Ｏ となる。前述したような板の剛性因子を含む量を用いて、次の関係が成り立つ。

Ｘ、＝Ｘ２＝Ｏ，＠Ｐ＝０ 所望の圧力範囲に対する定数Ｋを適切に選択すると、次式％式％ 差分圧力のＸｌ及びＫ２　に関する第１に可能な伝達関数は（１）　Ｚ、＝Ｘ１ −Ｘ、＝に、Ｐ−に、Ｐ＋に２Ｐ４−に、Ｐ。

Ｚ、＝Ｐ（Ｋ１−に２）＋に、Ｐ、−に、Ｐ。

Ｚ１＝Ｐ（Ｋ、−に、）、＠Ｐ４＝Ｐ、＝０この量は、充填油の膨張に伴なって 温度と共に変化するＰに依存する点に注意されたい。これは好ましいことではな く、Ｋ、＝に、　でなければ大きな零係数をもたらす。正確にに１＝Ｋ。

とすることは大変コストがかかり、製造公差のために通常は実際的でない。こう して、この方法は、高価な温度対策を装置に付加しなければ、温度変化のある石 川には適さない。

第２の可能な伝達関数は または前述したような容量検知を用いてこれら２つの式は、Ｃｏｃ　１　／　Ｘ であるならば等価である。

方ね式を組み合せろことにより、 これはＡＰ＝ＯＶｃおいてＰに依存せず、それ故に、上記伝達関数（２）は、Ｋ １　がだとえに２に等しくなくても優れた零安定性を示し、低い製造コストで優 れた性能が実現されろ。

方程式（２）の解析において、この伝達関数は、出力が１／（Ｘ、＋Ｘ、）の量 に比例し、そして（Ｘ、＋Ｋ２）が、異なる温１「におけろセンサー部の充填油 の膨張及び収縮に直接関係しているため、間隔（スパン）誤差をもたらす点が注 意されろより深い解析により、 こ＼で、もしＫ　１−Ｉｓ　２ならば ＰＸ２に、−に、Ｐ４−に、Ｐ８ 通常必要な範囲で差分圧力を感知するために、油は非圧縮性と考えられるので、 Ｐｏ　が２つのチャン・（−の充填物の初期の圧力であるとすると、 となる。量ＣＰ４＋Ｐ、）／２は差分圧力センサー上のラインの静圧力である。

そこで次の関係が成り立つ。

Ｐ、−Ｐ８ ΔＰ これは、各センサーエレメント部上に装着された容盪型センサーからの出力が、 充填油により発生する圧力をＰ。とするとき、１／ＰｏＶＣ直接比例することを 示している。童Ｐ。

は・通常はシリコーンオイルであるような、センサーに使用されろ油の膨張係数 によって、１００’Ｆ　当たり約６％の割り合いで変化する。

こうして、伝達関数ΔＰ／２　Ｐｏ＝　Ｚ、は、ΔＰが零のときに・その温ＩＷ 係数が零とならず、温度による充填油の密度（及び体積）変化によって、１００ °Ｆ当たり６チのスパン温度係数を持つ。したがって、この伝達関数もまた、高 価な温度補償技術が採用されていなければ、温度が変化するような応用には適さ ない。

差分圧力１１１号の好ましい導出方法によって、式（１）及び（２）にび１／に 、にそれぞれ等しく定める。そして、センサーからの出力を次のように解析でき ろ。

＋３１　２．　＝　Ｋ’、　Ｘ、　−Ｋ’２Ｘ２１／に係数及び元の解析で述べ たＸｌ及びＫ２の値を置き換えて、つぎの式を得る。

Ｋ、　Ｋ。

＝　Ｐ−Ｐ十Ｐ、−Ｐ８ Ｚ、　＝　Ｐ、−Ｐ８−ΔＰ 差分圧力を示す上記方程式（３）は、充填物の圧力Ｐ及びＫとに２との間の整合 から完全に独立している。

こうして、この方程式を基本的関数として使用することにより、回路定数に１及 びに２はΔＰ＝０１Ｃおいて２．＝　０となるように調整される。センサーから の出力は１通常の製造公差内で隔壁の６１み立て体が不整合であっても、油の膨 張または収縮によって生じろゼロエラーまたはスパン誤差は生じない、したがっ て、充填油の膨張による、零合わせの酋ぜ係数及びスパンの温度係αが回路の出 力に及ぼす影響は零になる。

−上記方程式（３）は、容）シがｎ＊定数ｅ及び間隔Ｘに関係している（　Ｃ６ ｃｅ／Ｘ　）ため、容量測定Ｖｃｌｌ！接用いるには適していない。しかし、油 のｆｌｆｆを計はするために使用されろ測定を行うことにより、方程式（３）は 容量型測定回路に適した形にできろ。

センサーの直列容量は に等しく、この容部（Ｃ）は次のように示される。

そして ここで、ｅは油の誘電定数であり、さらに量Ｃ８は充填流体の密度にほとんど排 他的に依存することが示されろ。ｅは通常、油の密１ｆ［直接比例し、量（Ｘ１ ＋Ｘ２）は隔壁の組み立て体中の一定量の油の密叶に反比例するから次のことが 分る。

なぜなら６ｏｃσ、ただしσ＝油の＼ぞ度したがって・ ｅｃ−ｅ３ａｏ−：ｆコ’ｃｃ＋ｃ　、ただしＣ，（ＩＣ。

ａ　ｓＡ こうして、Ｃは適当な回路により測定することができ、温度による油の′ａｆ変 化で生じる誤差の補償のために用いろことができる。

関数（Ｃ＋Ｃ）は油の′８ａ紫の関数である。もし、ＣＡがＣ６ｌｔ にほぼ等しいように選ばれると、ｊｉ　（ＣＡ＋Ｃ，）は、１００°Ｆ０礒たり 約６％の割り合いで変化し、油の密度変化を補償する。

これは、Ｃ−Ｃ２の関係があるので、Ｃ８が１００’Ｆ’当たり約１２％変化す る点に留意することにより理解されよう。こう約６％変化する。

この関係を用いて、Ｚ８　は以下に示す２．の形に表わされあ。こＮで、 は適当な回路によって測定されろ。Ｃ１及びＣｔ　の項で間隔の変化をあられす ようにこの方程式を変形すると、ノヨうニする。ただし、　Ｃ，＝に、ｅ／Ｘ、 及びＣ２＝に４ｅ／Ｘ２であり、またｅは充填油の誘電定数とする。したがって 、定数Ａ及びに’、／に、は以下のように設定される。

それ故に、上記方程式は次の形に屏ける。

最後の式（Ｘ　、／Ｋ　、−Ｘ、／に２）は前記Ｚ、の式と向じであり、出力上 にチャンバー内の充填油の彰グ長及び収縮による、零合わせの温ザ係数またはス パンはぜ係数誤差が生じないことを特定の回路に適したｚ４の他の形態は、つぎ のようＫなろ。

第２図に示す回路蚤工、第１番目に示された形の伝達関数Ｚ４を実現する。第１ 図に示されたような、脆性の隔釆（ダイヤフラム）センサーから信号出力を得る ための、包括的に６０で示されろ回路は、ツェナーダイオードまたは池の適当な 参照（基準）電圧源のような、在来の方法で安定な参照電圧を供給する、模式的 に６１で示される参照電圧を有する。参照電圧源６１は、回路の共通ライン６２ 及び適当な形式の演算増幅器６４の入カクイン６３の間に結合される。

演算増幅器６４はＣＭＯ８回路及び他のアナログ回路への供給電圧を制御し、Ｃ ，、Ｃ，及びＣＡで示され、包括的に６８で示されろ容量センサー回路網を通じ て流れろ電流に、演算増幅器の出力ライン６５上の供給電圧が比例するように制 御する。２イン６５上の供給電圧ＶＤＤは、ＣＭＯＳインバータまたはゲート７ ２８駆動する矩形波出力を、ライン７３上に供給する水晶発振器　７０を付勢す るように、接続されている。そして、パルス信号φ１が２イン７４上に供給され ろ。

・インバータ７２は４０６９　型ＣＭＯＳインバータであり、それは、ライン７ ６を流れる電流が、インバータの出力ライン７８上の容量型負荷に直接的に比例 するような特性を有する。

インバータ７２はまた。ライン７９によって電圧供給ライン６５に接続されてい る。

出力ライン７８はライン７３の反転信号を搬送しており、信号ライン８０はこの 反転パルス信号（φ２　）を搬送するために設けられている。

ライン７８はそれぞれ８２及び８４で示されるＣ１及びＣ２（センサーのコンデ ンサ）８直列接続したものに接続されており、８５で示される並列容ＭＣＡは容 ｔ＠路網６８ｆｅ形成するように、インバータ７２．の出力側に設けられている 。これらの容積は回路の共通之イン６２に結合されている。０１及びＣ２はそれ ぞれ、第１図のセンサーエレメント部の容量である。

ライン７６の電流は、ライン７６から回路の共通ライン６２に接続された抵抗８ ５（Ｒ，）　によって検知され、コンデンサー　８７は演算増幅器６４の第２の 入力に接続される之イン８８から抵抗８５と並列ＶＣ＋ｊＥ続されているので　 ２イン６５上の出力信号はライン８８で検知された電圧（ライン７６上の電流に 依存する）とライン６３上に参照電圧源６１によって供給されろ電圧との差の関 数となる。

インバータ７２によって消費されるライン７６上の１を流はＤＣ電流であり、抵 抗８５は、２イン６５上に動作電圧を形成するために、ＮＺ還傷信号して検知さ れろＤＣｌｉＥＥＥをライン８８上に供給する。

零合わせ回路が、実質的に次のような出力を発生するために、第２図において組 み込まれている。

これは方程式（３）と等価であり、最大の精度を得るための好ましい伝達関数で ある。

上記出力は、以下の回路解析から説明できる。ライン９０は発振器７０からのＡ Ｃ信号８搬送し、コンデンサ８２及び８４（Ｃ１及びＣりの間に接続されており 、大きい値のバイアス抵抗９１がライン９０中に挿入されている。バッファ増幅 器９２はライン９０上の信号を検知し、バッファ増幅器９２の出力は、２イン７ ４及び８０からのＡＣ信号の各位相でトリガーされ、整流器として作用するＣＭ Ｏ８４０１６）ランスミッションゲート９３の入力に、コンデンサー９２Ａ　を 介して伝達されろＡＣ信号である。

ように接続されている。この電圧はｖｌで示されろ。ＣＭＯ８整流ゲート９３の 第２の出力は適当なラインを介して回路の共通ライン６２に接続されている。フ ィルターコンデンサー９５がライン９４とライン９０との間に接続されている。

ライン９４上の電圧は、ライン６５上の電圧及び容量回路網の出の関数である。

この信号ｖ１は零合わせの前に生じ。

基本的に第２図の回路の出力８衆わす。

零合わせ回路は、ＣＩ　及びＣ２によって検知された圧力の麿が零となったとき 、その出力を零とするように出力を減するだめの、ＤＣ零宇金せ回路網を備えて いる。演算増幅器９６は、２イン９４上の電圧（■１）と包括的に９７で示され る分圧器により発生する電圧（ｖ２）との差を測定するために使用される。分圧 器９７は一対の抵抗９８及び９９（Ｒ，及びＲ，）とそれらの間の微調整可能な ポテンショメータ９９Ａを含む。これらの抵抗はライン６５及び６２の間に直列 に接続され、２イン９０が抵抗９８及び９９の間に結合されている。

こうして、参照電圧（ｖ２）が節点１００に供給され・演算増幅器９６の１つの 入力が節点１００に接続されている。

コンデンサー１０１は節点　１００と回路の共通ライン６２との間に接続されて いる。演算増幅器９６にはライン６５上の電圧が供給され、演算増幅器９６の第 ２の入力は、ライン９４上の抵抗＋０３と演算増幅６９６の出力に結合された帰 還抵抗１０４との接合点１０２に結合されている。抵抗１０３及び１０４はＲ４ 及びＲ５で示され、事実上等しい。接合点１０２　の電圧はｖｌに比例する。

トランスミッシ曹ンゲート９３は同期検波器として作用し、コンデンサー　９２ Ａ８介して結合されたバッファ増幅器９２の出力側の電圧を整流する。

電圧■１は、その上にペデスタルレベルが乗っているので、Ｃ３がＣ２に等しく なったとしても決りして零にならないことは重要である。Ｃ１がほぼＣ２Ｖｃ等 しいことは差分圧力センサーの零の条件であり、既に検討した、この種センサー におけろ油の誘電定数の作用は、Ｖ２が誘電定数と共に変化する（■２はライン ６５上の電圧に依存する）ということにより補償され、ここで示すように、ポテ ンショメータ９９Ａ　を隅整することによって、抵抗９８及び９９（Ｒ２及びＲ １）の実質的な値８調整し、かつライン６５上の電圧が充填油の密度変化に伴っ て変化することでセンサーエレメント部の充填油の誘電定数の変化に対して零合 わせが可能となる。Ｃ□及びＣ２により検知された差分圧力が零のとき、２イン ９５上の出力電圧を零に調整することにより、温度に伴うゼロエラーを最小にす る。

第３図の回路を説明する方程式は以下の通りである。

ｔ　”’Ｋ　（ＣＡ＋　Ｃ，）Ｖｐｐ　ｆｋＲ，＝ＶＲ＝Ｋ（ＣＡ＋　Ｃ，）Ｖ Ｐｐｆ　Ｒ。

Ｒ そしてこ＼で、もしもＣＡ＝ｌＩＣ，＆ならばＣＩＣＣ。

人　８ であるから、 以上の解析において、回路４！索は第２図中と同じであり、＠に′　は４０６９ ＣＭＯＳインバータ７２の定数である。周波数は当然、水晶発損器７０の出力で ある。

ｖｏｕｔは、増ｍｓ　９６の出力ライン１０５と節点ｉｏｏに結合されたライン １０６との間の信号である。

この出力は、零合わせが行なわれた後の、差分圧力に比例する信号として用いる ことができ、２線式回路、３線式回路の入力に供給したり、または必要に応じて 直接測定したりすろなど、任意の所望の方法で使用できろ。

また、ライン６５上のｖＤＤ　は、第１図のセンサー中の充填油の誘電定数の変 化に伴って変化し、誘電定数の変化に伴ってＶ　が変化して補償が行なわれろ点 が指＠されなければ第３図は次の伝達間ｆｌｌを実現する回路を示す。

これは、油のｆｆ変が温度の関数として変化するとき、ｖ８（刀が同様に変化す るようにしたならば、本質的に前記方程式（３）％式％ 第３図の回路は、温度によ７１１錦電定数の変化と同様の温度の関数で、参照電 圧を変化させる回路を組み込んでいる。このことは、通常の方法でｖＲ８形成す るために使用される、適当な感度の温度感応抵抗ブリッジによって達成すること ができる。

第３図の回路は、図の感知コンデンサーＣ１及びＣ８をそれぞれ付勢するために 用いられろ、２つの同じ発振器プロダクト制御ループ（１つの基本発振器の入力 から２つの制御されたプロダクト発振器を形成する）を示す。第１の発振器プロ ダクト制御ループ１１５及び第２の発振器プロダクト制御ループ　１１６は破線 で囲まれている。参照電圧源（ＶＲ）は、第１の発振器プロダクト制御ループま たは回路１１５の一部をなす演算増幅器１２１の第１の（反転）入力に繋がるラ イン　１２０上に参照電圧を供給する。場幅器１２１は発振器出力制御増幅器で ある。標阜発振器からの入力信号の積は、感知コンデンサーの１つを通じて流れ る出力電流に依存して行なわれろ。

ライン　１２２上の演算増幅器の出力は、所望の周波数（ｆ　ｉｎ）を持つ入力 発振器１２５　に結合された入力を有する、ＣＭＯＳインバータ　１２３に供給 される。インバータ　１２３は、ライン　１２２上の演算増幅器１２１のＤＣ出 力電圧に比例する、矩形波ＡＣ電圧を生じるスイッチとして作用する。ライン１ ２７　はインバータからの出力ｖＰＰＩを搬送する。

これは感知コンデンサー０１の一方の側の入力である。コンデンサーＣ１の他方 の側はダイオード１３０に接続され、出力を２イ／１３２に沿って演算増幅器１ ２１　の第２の入力に供給すると共に、抵抗１３３（Ｒ１）　を介して回路の共 通ライン　１３４に’Ｉ流を供給（帰還）する。ダイオード１３１は、参照電圧 源ｖＲに結合したライン１４０からの導体と、コンデンサーＣ１の他方の出力側 とに接続されている。

コンデンサー０１を流れる電流は抵抗１３３（Ｒ，）によって測定され、演算増 幅器１２１　の第２の入力での電圧となるＣ１の？ｌ！流とＲ１との積が、演算 増幅器１２１の制御ループによって参照電圧ＶＲに等しく保たれる。

発振器プロダクト制御ループまたは回路１１６は、差分圧力感知コンデンサーの 一方の側であるコンデンサーＣ８を流れる電流に感応する点を除いて、ループ１ １５と同様に動作する。制御ループまたは回路１１６は、２イン　１２０と同じ 電圧ｖＲのライン　１４０　に結合された入力を有する演算増幅器　１４１を含 み、ライン　１４２上の演算増幅器１４１の出力はＣＭＯＳインバータまたはス イッチ１４３に結合されている。

ＣＭＯＳスイッチ１４３０入力は入力発振器１２５に結合され、ライン　１４７ 上の、スイッチ１４３の出力はｖＰＰ２で示される矩形波出力であり、それはコ ンデンサー〇、に印加される。コンデンサーＣ２の出力側はダイオード１５０を 介してライン１５２に結合され、ライン　１５２の電流は抵抗１５３（Ｒ，）を 介して回路の共通りイン１３４　に流れろ。演算増幅器１４１の第２の入力は、 ライン１５２の電流と抵抗１５３　とにより決定されるライン１５２上の電圧を 検知するように結合されろ。

ダイオード１５１はライン１４０　からの導体とコンデンサー０２の出力側とに 接続される。

ダイオード１３０，１３１及び１５０，１５１　はクローズトラッキング（ｃｌ ｏｓｅ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　）　ダイオード８ｇする回路網を形成し、ライン１ ２２　及び１４２上の電圧が調整されると、可変コンデンサー０１及びＣ１の値 により出力電圧ｖＰＰＩ及びｖＰＰ□が制御される。

ライン　１２７上のインバータまたはスイッチ１２３の出力は、コンデンサー１ ６０（Ｃ，）　の一方に接続され、コンデンサー１６０の出力側は、ダイオード 回路網１６１８介してフィン　１６２に接続されている。

ＣＭＯＳスイッチ１４３の出力をなすライン　１４７は、コンデンサー１６３（ Ｃ４）　の一方の′１ｌｌｌに結合され、コンデンサーＣの出力はダイオード回 路網　１６１の他の側に結合される。これにより、Ｃ，からの電流工、及びＣ４ からの電流Ｉ４は減算され、その差が、演算増幅器１６５の第１の入力に繋がぢ ライン１６２−ヒに供給されろ。抵抗１６６がライン１６２と演算辛幅器１６５ の出力との間に接続され、演算増幅器１６５０池の入力端子は回路の共通（ライ ン）に接続されて（゛ろ。

■　で示す適当な電源が、演算増幅器に適正な電圧で電力を供給するように、入 力電源ライン　１７０と回路の共通ライン　１３４との間に設けられろ。

ライン　１６７１Ｃ沿う演算増幅器１６５の出力電圧は、ＣＬ及びＣ２の容１値 の関数となり、この出力は、第１図に示したように、これらのコンデンサーによ って検知されたパラメータ、差分圧力の関数である。

第３図の回路の動作を支配する方模式は以下の通りである。

ｆ、Ｖ　ＣＲ＝ＶＲ １ｎ　ＰＰＩ　１　１ ｆｉｎ　ＶＰＰ２　Ｃ２Ｒ２＝　ＶＲ 上記力程式は、それぞれインバータまたはスイッチ　１２３及び　１４３の出力 側の電圧によって参照電圧を定義する。

上記方程式において、ｆ　は発振器１２５の周波数であり、ｎ 他の要素は第３図に記載されている。

出力電圧の方程式は次の通りである。

Ｖ　−（ｉ、−１４）Ｒｏｕｔ 　１１　ｔ ＝Ｒｏｕｔ”ｔｎ　”ｐｐ＋　Ｃｓ　−ｆｉｎ”ｐｐＨＣ４）第１図のセンサー エレメントの容量は、油の誘電定数及びコンデンサーの板の間隔の関数であるこ とが分っているからしたがって、 上記方程式において、出力は油の誘電定数ｆｅ）の関数であることに留意しなけ ればならない。そこで、温ばセンサー１７３によって別に温度を測定し、ｖＲの 補正または補償回路１７４から補正電圧係数を発生することにより、温ぜ補償が 行なわれろ。あるいは、回路１７４からの補正電圧係数は、Ｖｏｕｔを補償する ように目盛付けすることができろ。この補償回路はアナログまたはデジタルとす ることができ、充填油の温度、油の′！Ｉ！ｆｆｆ及び誘電定数の間の、既知の 関係の関数であるような補償電圧を供給する。

第４図を参照すれば、デジタル技術を用いて所望の伝達関数を実現するための単 純化した模式図が示されている。圧力８表わす出力デジタル値は、既に説明した のと同じ伝達関数を準備することにより、デジタル的に導出される。その場合・ 零調整が行なわれ、結果の量は、補正項によってそのスパン誤差が補正されろ。

第４図に示すように・第１凶中に示されたような差分圧力センサーの各センサー エレメント部の容ｔｃ　及びＣ！は。

容量−周波数変換回路１７５及び１７６　によってそれぞれ測定されろ。容量− 周波数変換回路は良く知られており、例えば、容量負荷Ｃ１及びＣ８にそれぞれ 依存する発振器の出方周波数をもっている。

さらに、容量−周波数変換回路は、１９８３年７月５日にグリンドハイム（Ｇｒ ｔｎｄｂｅｉｍ　）に付与された米国特許第４３９１１４６号に開示されている 。特許第４３９１１４６号は、容量の平方根に逆比例する周波数出方を示す。容 量の直接表示は新しい数値Ｎ′１及びＮ′２を計算することにより、マイクロコ ンビエータによって算出できる。ここでである。そして、Ｎ′１　及びＮ′２　 は以下に示すように処理されろ。

容１−局波数変換回路　１７５及び１７６は２次にデジタルカウンター１７７及 び１７８にそれぞれ接続され、それらはマイクロプロセッサ−１７９に供給され る出力ライン上にデジタル値Ｎ　及びＮ２　を発生する。このマイクロプロセッ サ−は積、商及びその他の同様の関数を形成できろ在来のマイクロプロセッサ− であり、容ｔｃ、及びＣ２（それぞれＮ１及びＮ２）を表わす値８組み合わせ、 次の出力関数を発生する。

この伝達関数は、既に述べたアナログ回路によって得られたものと同様に、温度 に対して安定な出力を発生するように、マイクロプロセッサ−において簡単に計 算できる出力を直接与えろ。容量は、勿論、隔吸の偏向による容量変化の指示を 容量−周波数変換器によって得ることができるように、適当に付勢される。上記 方程式の第１項はＣの、したがって充項油の密度（温度補正）の関数であり、第 ２項は差分容量すなわち零合わせ定数人を含む差分圧力の関数である。

デジタル形式の、マイクロプロセッサ−からの伝達関数出力は、関数２４の一形 態に対応することがわかる。スパン補正項（Ｆｌ）と容量値及び零合わせ定数Ａ で表わされた差分圧力の関数（Ｆ２）との積が、マイグロプロセッサーの出力で ある。

数学的に実行される、より一般的なデジタル関数は、第４図から分るようＫＣｌ 及びＣ２の値を代表するＮ１及びＮ２から計算されろ温度の関数が、第３図で示 されるのと同様の、別の温度センサーによって供給される場合をも含んでいる。

温度はデジタル値で与えられ、マイグロプロセッサーは次の出力を与える。

ただし、Ｎ８■は温度測定から得られた数、Ｎ１　及びＮ２はそれぞれＣ，及び Ｃ２の容量値を表わす数であり、またＡは前述のように零合わせ定数である。

定数Ａはマイグロプロセッサーにおいて減じられ、差分圧力が零のときの＄を設 定するため、調整または大きさを変えられろ。

Ｎｏｕｔ　は直接用いられろか、またはレコーダのような負荷を駆動したり、あ るいは他の必要な使用に供したりするための電圧信号（ｖｏｕｔ）を得るために 、ＤＡ変換器を駆動する。

第５図においては、容量検知回路は第２図に示したものと同様であるが、２線式 回路において使用されるように設計されており、離れた電源から負荷に２本の線 で搬送されろ電流は、測定されているパラメータの値８表わすのみでなく、検知 及び送信回路の動作のための電力をも供給する。

第５図においては、多くの部品が第２図のものと実質上同じであり、電流制御回 路を付加しており、特に２線回路を介して給電される参照電圧源を備えている。

図示のように２線回路はそれぞれ一対の端子１８０及び１８１を有する。これら の端子は、図示のように、離れた電源及び負荷ＫＶｉ列に接続されるであろう。

供給電圧は、通常のシステムにおいては、１２ボルトと２４ボルトとの間であり 、端子１８０は通常の仕様の電圧レギエレータ１８１人に結合される。電圧レギ ュレータ１８１Ａは公矧の２線回路設計に従って、ライン１８２　上に参照電圧 ｖＲを与えろ。参照電圧は、回路の共通ラインまたは帰１＆１８３を基準とする 。

参照電圧は、４０６９型ＣＭＯＳインバータまたはゲート１８５　Ｋ駆動電圧を 与えるための演算増幅器　１８４の１つの入力に加えられ、前記インバータから ライン１８６　に流れる１！流が、インバータの出力ライン１８７　上の容量性 負荷に比例する特性を有する。ライン１８４Ａは演算増！ｇ器１８４の出力をイ ンバータ　１８５１’Ｃ結合する。ライン１８６　の電流が検知され、演算増幅 器１８４　に制御信号を供給する。

この発明のこの形態において、破線　１９０で囲まれた水晶発振器は、適当な制 御水晶発振子１９１　を有し、これは接続部１９４及び１９５８介して矩形波の 形の出力信号φ１及びφ２　（２つの位相の異なる信号）８供給する一対のシュ ミットトリガ−（４０１０６シユミツトトリガー；包括的に　１９２及び　１９ ３で示す）に信号を供給する。信号φ、８有するシュミットトリガ−１９３の出 力はインバータ　１８５０入力に結合され、インバータ１８５はライン１８７上 にＡＣ付勢イマ号を発生するよう駆動され、それはコンデンサーＣ１及びＣ３を 付勢するために使用されろ。

これらのコンデンサーは、差分圧７７ぜンサーとしての感知コンデンサーであり 、符号１９６及び１９７でそれぞれ示されている。コンデンサーはライン１８７ から回路の共通ツイン１８３に直列に結合されている。コンデンサー１９８　（ ＣＡ）は、コンデンサー１９６及び１９７を跨いで並列に結合されている。直夕 １ｊに接続されたコンデンサーからの出力ライン１９９は、図のようにコンデン サーの間に結合されている。

ライン１８６は抵抗２００（Ｒ，）を介して回路の共通ライン１８３に結合され 、並列に接続されたコンデンサー２０１は、ライン１８６及び演算増幅器１８４ の第２の入力にも結合されているライン２０２に接続されている。したがって、 演算増幅器１８４は、その出力ライン１８４Ａ上に、その入力における差分信号 の関数、すなわち１方の入力で検知される参照電圧の関数及びライン１８６と抵 抗２００を流れる電流の関数であるライン２０２上の電圧を含む関数となる出力 を発生する。戊に説明したように、このｔ光変化は、Ｃ１及びＣ２の直列容量の 関数、言い換えれば、インバーター８５上の容量負荷の関数である補正係数を発 生する。

ライン１９９上の出力信号は、ＣとＣ！との差分容量に比例する容量信号であり 、ＡＣ信号であるこの出方信号は、高インピーダンスＡＣ緩衝増幅器２０５０入 力に供給される。

この増幅器２０５は、フィン１８２と帰線１８３との間の参照電圧から、ライン を介して適当に給電されろ。緩衝増幅器２０５の出力はＡＣ信号であり、コンデ ンサー２０６を介して、２つのＣＭＯＳト、ｙンスミノションゲートの入力に供 給されろ。これらゲートの各々は４０１６ＣＭＯＳゲートの１／４に相当し、第 １のゲート２１ｏの出力は回路の共通ライン１８３に結合され、第２のゲー）２ １１の出力は出方ライン２１２Ｖｃ結合されている。ゲー）２１０は、ライン１ ９５がらのイＳ号φ、によってトリガーされ、ゲート２１１は２イン１９４上の 信号φ１によってトリガーされる。

これらのゲートは、ライン２１２上に整流された電圧Ｖを発生する。抵抗２１３ がライン２１２上に結合され、さらに演算増幅器２１５０入力に結合されている 。この演算増幅器は出力ライン２１７とライン２１２との間に結合された適当な 帰還抵抗２１６を有する。演算増幅器２１５の第２の入力は、ライン１８４Ａと １８３とを横断して直列に４続された２つの抵抗２２１及び２２２からなる分圧 網によって形成されろ接点２２０に抵抗を介して結合されている。増幅器２１５ の第２の入力は、その出力が実質的に接地電位に保たれるように結線された増幅 器２１８の出力に抵抗を介して結合されている。

増幅器２１５８安定化するために、節点２２０は容量の変化と共に変化する付勢 電圧ライン１８４Ａに結合されている。

節点２２０はまた、コンデンサー２２３を介してトランスミフシ１ンゲート２１ １の出力点の２イン２１２に結合されている。演算増幅器２１５からのライン２ １７上の出力は、容１１Ｃ，及びＣ！の差分値を表わすＤＣ信号である。

零点調整は、抵抗２２１及び２２２に直列に微調整可能な抵抗２１９を設けるこ とにより、第２図で示したと同じよう行なわれる。第２図に関連する前述の解析 において、抵抗２２１及び２２２はＲ２及びＲ，に相当し、抵抗２１３はＲ４に 、また抵抗２１６はＲ３にそれぞれ相当する。

端子１８０及び１８１を通して流れる１！流の正確な制＃を行ない・コンデンサ ー０１及びＣ２によって検知されるパラメータに比例する出力電流を供給するた めに、ライン２１７上のＤＣ信号は、電流制御演算増幅器２２６の１つの入力に 結合されている。演算増幅器２２６もまた、図示のように２イン１８２及び１８ ３から給電され、ライン１８２から出力端子１８１に直列に挿入された一対の抵 抗２２８及び２２９の間の２イン２２７１Ｃ結合された第２の入力を有する。

抵抗２２８及び２２９は、端子１８１及びトランジスター２３３のエミッターに 結合された帰還抵抗２３０を含む抵抗回路網の一部をなす。

ライン２３４に沿う電流制御増幅器２２６からの出力信号が、トランジスター２ ３３のベースに結合されている。トランジスター２３３は電流増幅器として作用 し、そのコレクターは端子１８０に結合され、既に述べたように、そのエミッタ ーは帰還抵抗２３０を介して端子１８１に結合されている。

トランジスター２３３を介して流れる１ｉ！流は、ベースの２イン２３４上の信 号に比例し、ライン２３４上の信号は、Ｃ１及びＣ２の値に依存するライン２１ ７上のＤＣ信号及び抵抗２２８．２２９及び２３０かうなる抵抗回路網中の電圧 に依存するライン２２７上の信号の関数となる。この電圧は、抵抗２２Ｂ及び２ ２９と共に抵抗２３０を含む抵抗回路網を流れる電流に依存することが分る。

コンデンサーＣＩ及びＣ２からの出力が変化すると２イン２１７上の電圧が変化 し１　トランジスター２３３を介して、また帰還抵抗２３０を介して流れる１を 流を調整するよう電流制御増幅器を作用させ、続いてクイ／２２７上の電圧を変 化させ、ある意味で、これは′を光制御増幅器２２６の入力の信号を均衡させろ ように作用し、この均衡を達成させるに十分な電流を供給するレベルにライン２ ３４上の信号を制御する。

こうして、２線式を光制御が実現され、これは端子１８０と１８１との間に、容 Ｎ　Ｃ，及びＣ２の差分容量の既知の関数であるｔ流を発生する。

４−４−２Ｏの信号が典型的な出力信号であり、４ｍＡは、電圧調整器（レギー レータ）１８１Ａ及び、第６図に示す送信回路の他の部品に給電するのに十分な 値である。

既に説明した容量解析により、その作動は自明であり、ゼロエラー及びスパン１ 差の補正された出力信号が２線回路において得られろ。

第１図に示す形式のセンサーは、この明細書の導入部で引用したトーツス・ニー ・ネヒト（Ｔｈｏｍａｓ　Ａ、　Ｋｎｅｃｈｔ　）他の同時係属中の米国特許出 願明細書中に示されているように、固い基板上に装着された各センサーエレメン ト部中の１つの偏向隔壁によって構成することができる。この発明の特徴を実施 するため、出力電圧または数はＦ、・Ｆ、　（Ｃ，；　Ｃ，）をもたらす回路手 段から得られる。

こ＼でＦｌは、湿度測定またはセンサー部の容量、例えば直列容量の関数から、 この項を導びくことによって得られる油の密度に関係する補正項である。またＦ ’！（Ｃ，；　Ｃりは、Ａｐ＝Ｏのとき零の値を有するように調整され、かつそ の出力と差分圧力との間に所望の関係が生じるように選ばれた、Ｃ１及びＣ２の 関数である。開示された実施例は、これらの関数からの出力を生じ、この出力は 安定でかつ偏向隔壁（ダイヤフラム）間の特性の正確な整合に依存しない。

この発明は、好ましい実施例に基づいて説明されてきたが、当業者はこの発明の 範囲及び精神を逸脱することなく形式及び細部の変更ができることを理解するで あろう。

Ｉ際調査報告

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．それぞれが、１つのセンサー面に対して、初期状態におおいては、その面に 実質上接触して装着され、各センサーエレメント部のための分離した内部チャン バーを形成するように該面に対して偏向できる、分離した偏向ダイヤフラムを備 えた第１及び第２のセンサーエレメント部、前記チャンパーを満たす、一定の実 質的に非圧縮性の流体、各センサー面に対してダイヤフラムを曲げるように、内 部チャンパー同士を流体的に結合し、これによって、対応する内部チャンパーの 体積を減少させる方向への、一方の隔壁の移動により、他方のダイヤフラムをそ の内部チャンバーの体積を増大させる方向に移動させる手段、及びダイヤフラム 上に作用する圧力の差分の変化の関数として、互いに逆方向に変化する第１及び 第２の感知コンデンサーを形成するための、各ダイヤフラム上及び各センサー面 上の手段からなる差分圧力センサー組み立て体と組み合わせて使用するために、 このような圧力センサー組み立て体のセンサーエレメント部のダイヤフラム上に 作用する差分圧力を表わす出力信号を、このような圧力センサー組み立て体から 得るための手段が改良され、次の手段カらなる装置。 このようなセンサーの第１及び第２の感知コンデンサーの容量値を感知する手段 、及び このような圧力センサー組み立て体の内部チャンパーを満たす非圧縮性流体の密 度変化を表わす信号Ｆ１を発生し、このような圧力センサー組み立て体の第１及 び第２のコンデンサーの容量の関数であり、したがってセンサーエレメント部上 の差分圧力の関数である信号Ｆ２を発生するために感知する手段に結合され、こ の信号Ｆ２は、感知された差分圧力が実質的に零のとき零であり、そして出力信 号を発生する目的で信号Ｆ！とＦ２との積をとるために、前記のようなセンサー 組み立て体に組み合わされる手段。
2. ２．前記第１項で最後に述べた手段は、信号Ｆ１を発生するために、このような 圧力センサー組み立て体の温度を測定する温度センサーを含む請求の範囲第１項 記載の装置。
3. ３．前記最後に述べた手段は、第１及び第２の感知コンデンサーの容量の関数と しての信号Ｆ１を発生するように、感知手段に結合されている手段を含む請求の 範囲第１項記載の装置。
4. ４．前記最後に述べた手段は、感知する手段からの信号によって表わされる容量 値Ｃ１及びＣ２によって、量ＣｌＣ２／（Ｃ１＋Ｃ２）＝Ｃ３の関数としての信 号Ｆ１を発生する手段を備える請求の範囲第３項記載の装置。
5. ５．感知する手段はさらに、第１及び第２のコンデンサーを直列に結合する手段 、及び直列に結合された第１及び第２のコンデンサーと並列に結合された容量Ｃ Ａを感知する手段を含み、前記最後に述べた手段は、Ｋを定数とし、ＣＡが実質 的にＣＳに等しいとしたとき、信号Ｆ１＝Ｋ／（ＣＡ＋ＣＳ）を発生する請求の 範囲第４項記載の装置。
6. ６．前記最後に述べた手段は、量Ｃ１及びＣ２を第１及び第２のコンデンサーを 感知する手段の出力とし、Ａを定数とするとき、信号Ｆ２＝（Ｃ１−Ｃ２）／（ Ｃ１＋Ｃ２）−Ａを発生するための手段を含む請求の範囲第１項記載の装置。
7. ７．前記最後に述べた手段は、量Ｃ１及びＣ２を第１及び第２のコンデンサーを 感知する手段の出力とし、Ｋ１及びＫ２を定数とするとき、信号Ｆ２＝Ｋ１／Ｃ １−Ｋ２／Ｃ２を発生するための手段を含む請求の範囲第１項記載の装置。
8. ８．前記感知する手段は、それぞれ第１及び第２のコンデンサーの容量値に対応 するデジタル値を出力する手段を含み、前記最後に述べた手段は、Ｆ１とＦ２と の計算された値の関数となる出力を発生するためのデジタルプロセッサーを含む 請求の範囲第１項記載の装置。
9. ９．前記最後に述べた手段は、付勢信号を前記感知する手段に供給する第１の回 路手段、及び零合わせ信号を発生するための第２の零合わせ回路手段を含み、前 記第１の回路手段はまた前記零合わせ回路手段をも付勢し、前記零合わせ回路手 段は、Ｆ２信号を発生するために感知手段に結合されている請求の範囲第１項記 載の装置。
10. １０．前記最後に述べた手段は感知手段のための付勢手段を含み、該付勢手段は 、参照電圧信号を含み、かつ感知されている圧力センサー組み立て体の内部チャ ンバーを満たす流体の温度に依存する密度変化の関数として参照電圧信号を変化 させるための手段からなる請求の範囲第１項記載の装置。
11. １１．前記付勢手段は、このような圧力センサー組み立て体の第１及び第２のコ ンデンサーを付勢するための出力信号を発生するスイッチング手段からなる請求 の範囲第９項記載の回路。
12. １２．付勢手段は、このような圧力センサー組み立て体の第１及び第２のセンサ ーコンデンサーのそれぞれのための分離したスイッチング手段、各センサーコン デンサーの出力電流を分離した帰還抵抗手段の１つに供給するために、各センサ ーコンデンサーに結合されるように適合された、分離したダイオードネットワー ク手段、その容量性負荷の関数として変化する各インバータの出力を供給するよ うに、各スイッチング手段に給電する電圧を調整する分離した増幅器手段に結合 された、参照電圧信号手段及び各々の帰還抵抗手段からなる請求の範囲第１１項 記載の装置。
13. １３．前記付勢手段は、第１及び第２のコンデンサーのための、分離され、かつ 制御されたプロダクト発振器手段からなる請求の範囲第１１項記載の装置。
14. １４．センサー面に対して初期状態では接触し、かつ各センサー部の別々の内部 チャンバーを形成するように装着された分離した偏向ダイヤフラムをそれぞれ有 する第１及び第２のセンサー部、ダイヤフラムを各対応するセンサー面から曲げ ることにより、それが付随するチャンバーの体積を減少する方向のダイヤフラム の移動が他方のチャンバーの体積を増大させる方向に他方のダイヤフラムを移動 させるように、内部チャンバー同士を流体的に結合する手段および該チャンバー 及び流体的に結合する手段を満たす一定量の実質的に非圧縮性の流体、ならびに 、ダイヤフラム上に作用する圧力の差の関数として反対方向に変化する第１及び 第２の感知コンデンサーを形成するための、各ダイヤフラム上及び各センサー面 上の手段からなり、差分圧力センサー組み立て体と共に用いられて、差分圧力値 を指示する出力を発生する測定回路であって、 このようなセンサーの前記第１及び第２のコンデンサーの各々に付勢信号を供給 するための付勢手段、前記第１及び第２のコンデンサーの容量を感知するため、 及び前記第１及び第２のコンデンサーの容量の関数として、付勢手段からの付勢 信号を調節するための手段、容量の関数である可変信号を発生するために、この ような第１及び第２のコンデンサーの出力に結合された検知（波）回路手段、な らびに 付勢手段及び検知回路手段に結合された零合わせ回路手段からなり、 前記零合わせ回路手段は、第１及び第２のダイヤフラムが等しい圧力を感知した とき、電圧出力信号が零となるように調整する手段を含んでいる測定回路。
15. １５．参照電圧を発生するための手段は、第１及び第２の感知コンデンサーの直 列容量の関数として、参照電圧を調整するための手段を含む請求の範囲第１４項 記載の測定回路。
16. １６．電源及び負荷に結合されるように適合した一対の線、及び零合わせ回路か らの出力電圧信号を受け入れ、かつ２線を流れる電流を制御するように接続され た電流制御回路手段を含み、 前記電流制御回路手段は前記電圧出力信号を受け入れる増幅器、及び２線を流れ る電流の関数として増幅器の出力を調整するように増幅器に接続された帰還抵抗 を含み、出力回路の各部品は前記２線を介して流れる電流から給電される請求の 範囲第１５項記載の測定回路。
17. １７．第１及び第２のコンデンサーの容量を感知して付勢手段を調整するための 手段は、第１及び第２のコンデンサーの値を表わす帰還電圧信号を発生するため の帰還抵抗手段、参照電圧信号を供給するための手段、及び帰還電圧信号と参照 電圧信号との差に応答して付勢信号を調整する増幅器手段からなる請求の範囲第 １４項記載の測定回路。
18. １８．付勢手段は、直列接続された第１及び第２のセンサーコンデンサーを駆動 するように結合された出力を有するＣＭＯＳインバータからなり、該インバータ はその出力上の容量性負荷の関数である電流信号を発生する請求の範囲第１４項 記載の測定回路。
19. １９．前記零合わせ回路は、抵抗回路網及び該抵抗回路網に結合された増幅器か らなり、該抵抗回路網は付勢信号の関数である第１の電圧を発生し、かつ第１及 び第２のコンデンサーの容量の差の関数である第２の電圧信号を、前記増幅器に 供給する請求の範囲第１４項記載の出力回路。
20. ２０．前記抵抗回路網は、前記付勢信号の関数で変化する前記第１電圧を、前記 増幅器の第１の入力に、参照電圧として供給するための分圧器を形成する第１及 び第２の抵抗を含み、第２の電圧信号を供給する前記手段は、増幅器の第２の入 力に結合された第３の抵抗及び増幅器の出力から前記第２の入力に結合された増 幅器の帰還抵抗を構成する第４の抵抗を含む請求の範囲第１９項において特定さ れた装置。
21. ２１．両ダイヤフラムに共通の非圧縮性流体によって支持された偏向ダイヤフラ ムを含む第１及び第２の感知コンデンサーを有し、感知コンデンサーは、非圧縮 性流体の圧力が零のとき、実質的に零点に設定され、前記感知コンデンサーの少 なくとも一方が圧力に応答して変化するような、差分圧力センサーと共に用いる 回路であって、直列の前記感知コンデンサーを付勢する手段、Ｃ１及びＣ２をそ れぞれ第１及び第２の感知コンデンサーの容量値とするとき、 （（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２））−Ａの量を示す出力を発生するように、コ ンデンサーに結合された手段、及び コンデンサーを付勢する手段に補正信号を供給する手段を有し、 前記補正信号は第１及び第２の感知コンデンサーの直列容量の関数であるように した回路。
22. ２２．前記補正信号を供給する手段は、ＣＳを直列容量．Ｃ１及びＣ２をそれぞ れ第１及び第２の感知コンデンサーの容量とするとき、実質的に Ｃ８＝（Ｃ１Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２） の関数である信号を供給する請求の範囲第２１項記載の回路。
23. ２３．前記各感知コンデンサーは、その一部が偏向ダイヤフラム及び離れたチャ ンバー同士を流体的に結合する通路によって形成されたチャンバーの互いに向か い合う面上に形成されており、該別々のチャンバーは通路によって流体的に連結 されており、さらに前記チャンバー及び通路は実質的に非圧縮性の流体で満たさ れている請求の範囲第２２項において特定された装置。
24. ２４．コンデンサーに結合された手段は、ＡＣ増幅器、感知コンデンサーの出力 信号の強度（振幅）を表わすＤＣ電圧信号を発生するためのＡＣ増幅器に結合さ れた復調手段、及び補正信号の関数で変化する電圧を受け入れ、このような電圧 をＤＣ電圧信号と組み合わせるための抵抗回路網からなる請求の範囲第２１項記 載の回路。