JPS6316993Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は検出すべき変位に応じて移動電極が
駆動され、その変位に応じた静電容量として検出
する変位検出器に関する。

従来、変位や圧力を静電容量として検出する検
出器は、例えば特公昭49−23916号公報に示すよ
うにフラツトダイヤフラムの周縁部を二つの金属
部分で挟持し、そのフラツトダイヤフラムと対向
して固定電極を配し、フラツトダイヤフラムの中
心部を、検出すべき差圧、又は変位に応じて変位
させ、このダイヤフラムと固定電極との間の静電
容量を検出するものであつた。この従来の検出器
においてはダイヤフラムの周縁部を挟持している
ものと、そのダイヤフラムとの熱膨張率に差があ
ると熱歪を受け、ダイヤフラムの張りぐあいが変
化し、これが変位検出に影響を与える欠点があつ
た。更に圧力導入パイプを接続するためのフラン
ジを検出器本体に締付けると機械的歪を受け、こ
れがダイヤフラムの張力に影響する欠点もあつ
た。

この考案の目的は温度変動の影響を受け難く、
機械的歪も受け難く、安定性のよい変位検出器を
提供することにある。

この考案によれば、検出されるでき変位により
駆動される移動電極の一端が固定され、その移動
電極の他端部にこれと絶縁して固定電極の一端部
が取付けられ、この固定電極は前記移動電極の固
定端側に延長されて移動電極と対向される。この
構成によれば、検出されるべき変位により移動電
極が駆動されると、これに伴つて移動電極と固定
電極との間隔が変化し、これら間の静電容量が変
化する。よつてこれを検出することにより変位を
電気信号として検出することができる。

第１図及び第２図はこの考案による変位検出器
の一例を示し、本体１１の一端部は高く構成さ
れ、その高くなつている部分に板状移動電極１２
の一端が固定され、他端は本体１１の低くなつて
いる側にこれと間隔をおいて位置している。移動
電極１２は検出されるべき変位に応じて駆動され
る。例えば本体１１の低くなつている部分上にベ
ローズ１３の固定端が固定され、ベローズ１３と
対向して本体１１に形成した孔１４を通じて被検
出圧力Ｐがベローズ１３内に導入される。ベロー
ズ１３の可動端の中心に駆動杆１５の一端が固定
され、駆動杆１５の他端は移動電極１２の遊端部
の側に固定され、圧力Ｐに応じて移動電極１２の
遊端部が変位される。移動電極１２が変位し易い
ように駆動杆１５よりも移動電極１２の固定端側
において、移動電極１２の中間部に肉薄部１６が
形成されている。

移動電極１２の遊端部に板状固定電極１７，１
８の一端が、移動電極１２を挟むように固定され
る。移動電極１２の遊端部にその板面と直角に貫
通して金属円柱１９が固定され、固定電極１７，
１８に形成された孔に金属円柱１９が挿入され、
ガラス２１により固定電極１７，１８は金属円柱
１９に固定される。固定電極１７，１８は移動電
極１２の固定端側に延長されて移動電極１２と対
向している。金属円柱１９の近くでは移動電極１
２と固定電極１７，１８との間隔は比較的大とさ
れ、移動電極１２の肉薄部１６よりも固定部側で
は各固定電極１７，１８は移動電極１２側に近接
して対向するように固定電極１７，１８の中間部
で折曲げられている。固定電極１８には駆動杆１
５を貫通する孔が形成されている。移動電極１
２、固定電極１７，１８よりそれぞれリード線２
２，２３，２４がそれぞれ導出される。

移動電極１２と固定電極１７，１８とが近接対
向している部分の間隔は、第３図に示すように移
動電極１２の固定端側に近づくに従つて間隔が
除々に大きくなり、どの部分をとつても移動電極
１２と固定電極１７との初期間隔（移動電極１２
の変位がゼロの時の間隔）と、移動電極１２の変
位及び固定電極１７の変位の合計との比が常に一
定となるようにすることが、変位−出力を直線関
係とする点から好ましい。

以上の構成によれば、圧力Ｐが大となり移動電
極１２が本体１１から離れる方向、第２図で上方
に変位されると、固定電極１７の遊端部は第３図
に点線で示すように移動電極１２に接近し、固定
電極１８の遊端部は移動電極１２から離れる。よ
つて電極１２，１７間の静電容量C₁は増加し、
電極１２，１８間の静電容量は減少する。つまり
圧力Ｐにより、又は検出されるべき変位により電
極１２，１７間と電極１２，１８間とで静電容量
が差動的に変化する。

変位に対する出力を直線関係にするには次のよ
うにすればよい。

第３図に示すように零点（入力変位がゼロ）の
ときの固定電極１７の先端における間隙をD₀、
移動電極１２の固定電極１７の先端の位置での変
位をE₀、固定電極１７の先端での変位がE₁とし、
かつ先に述べたように Ｅ＝｜E₀｜＋｜E₁｜ とし、また零点のときの任意の位置における電極
１２及び１７間の間隙をd₀、移動電極１２の任意
の位置における変位をe₀、固定電極１７の任意の
位置における変位をe₁とし、かつ ｅ＝｜e₀｜＋｜e₁｜ とし、零点における電極１２，１７の間隙d₀と、
移動電極１２及び固定電極１７の各変位の和ｅと
の比が電極のどの位置においても常に一定となる
ように構成する。この構成により以下の関係が成
立する。

ｅ（Ｓ）／d₀（Ｓ）＝Ｅ／D₀ …(1) 移動電極１２と固定電極１７との間の容量C₁
は C₁＝∫_Sε₀／d₀−ｅdS …(2) によつて求めることができる。但しＳは電極１７
の電極１２と近接対向している部分の面積、ε₀は
空気誘電率である。(2)式は更に(1)式を用いて以下
のように書き改めることができる。

C₁＝∫_Sε₀／d₀−do／Do・Ｅ dS＝ε₀D₀／D₀−Ｅ∫_S１／d₀dS＝Ｋ／D₀−Ｅ …(3) 但しＫは定数である。同様にして移動電極１２
と固定電極１８との間の容量C₂は C₂＝ε₀D₀／D₀＋Ｅ∫_S１／d₀dS＝Ｋ／D₀＋Ｅ …(4) により求めることができる。上記(3)(4)式を
C₁−C₂／C₁＋C₂の式に代入すれば C₁−C₂／C₁＋C₂＝Ｋ／Do−Ｅ−Ｋ／Do＋Ｅ／Ｋ／Do−
Ｅ＋Ｋ／Do＋Ｅ＝Ｅ／D₀…(5) となり、D₁は定数であり、Ｅは圧力（変位）に
比例した値であつて(5)式の電気出力は圧力（変
位）に比例する。従つてリート線２２とリート線
２３，２４との各間に得られる容量C₁，C₂につ
き電気回路でC₁−C₂／C₁＋C₂を求めれば、この電気回路 において直線性の補正を行うことなく、圧力は変
位に比例した電気出力が得られる。

固定電極１７，１８を移動電極１２に取付ける
には、第４図に示すように、移動電極１２上に金
属又はセラミツクの支柱２５を貫通して取付け、
その支柱２５の側に固定電極１７，１８の各一端
を差込んで固定する。その差込み固定にはガラス
接着２１により行うことができる。固定電極１
７，１８を移動電極１２にセラミツクで取付ける
場合はセラミツクに対しメタライズして、その部
分に移動電極、固定電極をろう付けすればよい。
また樹脂材の接着剤で電極を固定してもよく、支
柱１９などを樹脂材で構成してもよい。或は第５
図に示すように管状支持具２６内に、移動電極１
２の遊端部及び固定電極１７，１８の一端部をそ
れぞれ挿入し、その支持具内にガラス２７を充填
してこれら電極を固定してもよい。またこの第５
図に示すように支持具２６を介して移動電極１２
に対し変位を与えてもよい。

更に第６図に示すように本体１１をケース状に
構成し、その内部の中央部に移動電極１２を配
し、その一端は本体１１に固定し、移動電極１２
とほぼ平行し、かつ本体１１の対向する端板の外
側に受圧ダイアフラム２８，２９をその周縁部に
てそれぞれ固定し、そのダイアフラム２８，２９
と対向した端板中央に貫通孔を形成し、これら貫
通孔を通じて連結杆３１が配され、連結杆３１の
両端はダイアフラム２８，２９の中央にそれぞれ
固定され、連結杆３１の中央は移動電極１２を貫
通し、かつその移動電極１２に固定される。移動
電極１２に固定電極１７，１８が取付けられるこ
とは第１図などに示した場合と同一である。本体
１１内には封液３２が充填されている。ダイアフ
ラム２８，２９が外部から受ける圧力P₁，P₂の
差に応じた力が移動電極１２に加わり、その差圧
（P₁〜P₂）に応じた電気信号を得るようにするこ
とができる。

固定電極１７，１８の一方と移動電極１２との
間のみが入力変位に応じて変化するようにしても
よい。その場合、上述の実施例で一方の固定電極
を省略してしまえばよい。たゞ温度変化等の影響
を少くする点から移動電極１２が駆動されても移
動電極１２と一方の固定電極との間の静電容量が
変化しないように構成し、つまり(5)式において
C₁，C₂の一方のみが変化し、他方が変化しない
ようにし、しかも(5)式の演算を行うことができる
ようにすることが好ましい。

以上述べたようにこの考案の変位検出器によれ
ば、移動電極１２は一端のみが固定され、温度変
化によりその固定部分に熱歪を受けても、これは
電極間の容量にはほとんど影響しない。つまり従
来の変位検出器においては温度変化による熱歪に
よりダイアフラムの張力が変化し、これが検出値
に影響を与えたが、また機械的締付け力も検出値
に影響したが、この考案の検出器は膨張係数の差
機械的締付け力などによつて検出値が影響を受け
るおそれはほとんどない。従つて本体１１、移動
電極１２、固定電極１７，１８、支柱１９、ガラ
ス２１，２７、支持具２６などの膨張係数が違つ
ていても検出値が影響されず、それだけこれらの
部品に対する材料選択が自由になる。更に固定電
極１７，１８を二つ用いる場合に温度変化による
移動電極と固定電極との間隔変化は両固定電極に
対し同様に影響し、これらを互に打消すことがで
きる。固定電極１７，１８の支柱１９側の部分、
つまり移動電極１２の変位に対し、移動電極１２
と固定電極との間の静電容量が変化しない部分の
この固定静電容量を充分小さくすることが容易で
あり、それだけ変位−出力特性が直線性のよいも
のとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による変位検出器の一例を示
す平面図、第２図はその正面図、第３図は移動電
極及び固定電極の容量変化部分の拡大図、第４図
及び第５図はそれぞれこの考案の変位検出器の他
の例を示す正面図、第６図はこの考案を適用した
差圧検出器の例を示す断面図である。 １１：本体、１２：移動電極、１７，１８：固
定電極、１９：支柱、２７：支持具。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一端が固定され、検出されるべき変位により駆
   動される移動電極と、その移動電極の他端部にこ
   れと絶縁して一端部が固定され、かつその移動電
   極の固定端側に延長されて移動電極と対向して設
   けられた固定電極と、これら固定電極及び移動電
   極間の静電容量を検出する端子とを具備した変位
   検出器。