JPH0353181Y2 - - Google Patents
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- JPH0353181Y2 JPH0353181Y2 JP2201183U JP2201183U JPH0353181Y2 JP H0353181 Y2 JPH0353181 Y2 JP H0353181Y2 JP 2201183 U JP2201183 U JP 2201183U JP 2201183 U JP2201183 U JP 2201183U JP H0353181 Y2 JPH0353181 Y2 JP H0353181Y2
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003317 industrial substance Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
この考案は、静電容量を測定するブリツジ測定
回路に関するものである。
回路に関するものである。
工業計測分野において、静電容量測定は被測定
物の位置・形状・性質そしてそれらの変化等を検
出する有力な手段の一つである。ところで、工業
計測分野における静電容量測定は、回路素子の静
電容量測定とは異なり、広汎な用途に適合する回
路が少ないのが現状である。工業計測分野におけ
る静電容量測定に要求されることは、第一に、完
全な連続自動測定を行なえる必要があり、第二
に、比較的大きな個有容量を有する被測定物の微
少変化分のみを検出できる必要があり、第三に、
その変化分を広範囲に測定でき且つ直線性の良い
ことが要求され、第四に、一端が接地された非平
衡のキヤパシタンスであつても測定できる必要が
あり、第五に、湿気・水分或いはその他の工業薬
品の影響で並列に大きなコンダクタンスが重復し
ていることが多いので、それらの影響を受けずに
アドミタンスベクトルの虚数項のみを検出する必
要がある。
物の位置・形状・性質そしてそれらの変化等を検
出する有力な手段の一つである。ところで、工業
計測分野における静電容量測定は、回路素子の静
電容量測定とは異なり、広汎な用途に適合する回
路が少ないのが現状である。工業計測分野におけ
る静電容量測定に要求されることは、第一に、完
全な連続自動測定を行なえる必要があり、第二
に、比較的大きな個有容量を有する被測定物の微
少変化分のみを検出できる必要があり、第三に、
その変化分を広範囲に測定でき且つ直線性の良い
ことが要求され、第四に、一端が接地された非平
衡のキヤパシタンスであつても測定できる必要が
あり、第五に、湿気・水分或いはその他の工業薬
品の影響で並列に大きなコンダクタンスが重復し
ていることが多いので、それらの影響を受けずに
アドミタンスベクトルの虚数項のみを検出する必
要がある。
第二の要求を満足する最も有力な方法として
は、ブリツジを用いることであり、事実手動調整
が可能である場合は、ブリツジによつて他の要求
を満足しながら静電容量を測定することは容易で
あるが、自動測定に限定されると、簡単なブリツ
ジ測定法によつてはいずれかの要求に抵触し、複
雑なサーボ回路を設けるか、変成器ブリツジを構
成する必要がある。しかしながら、工業計測にお
いては、信頼性の確保のため、複雑となるサーボ
回路は極力避けることが望ましく、他方、厳重な
静電シールドと巻線の平衡を要求される変成器ブ
リツジは量産に不適当である。
は、ブリツジを用いることであり、事実手動調整
が可能である場合は、ブリツジによつて他の要求
を満足しながら静電容量を測定することは容易で
あるが、自動測定に限定されると、簡単なブリツ
ジ測定法によつてはいずれかの要求に抵触し、複
雑なサーボ回路を設けるか、変成器ブリツジを構
成する必要がある。しかしながら、工業計測にお
いては、信頼性の確保のため、複雑となるサーボ
回路は極力避けることが望ましく、他方、厳重な
静電シールドと巻線の平衡を要求される変成器ブ
リツジは量産に不適当である。
以上の事情から、工業計測分野では、限定され
た対象に使用する場合は別として、広汎な対象に
用いる静電容量測定には、LC共振回路の特性を
利用したものか、定電流による充放電特性を利用
したものが一般的であつたが、前者は回路のQを
小さくできないため第三の要求を満足できず、後
者は第五の要求を満足できない。
た対象に使用する場合は別として、広汎な対象に
用いる静電容量測定には、LC共振回路の特性を
利用したものか、定電流による充放電特性を利用
したものが一般的であつたが、前者は回路のQを
小さくできないため第三の要求を満足できず、後
者は第五の要求を満足できない。
この考案は、以上の点に鑑みなされたもので簡
素で性能が良く、しかも広汎な用途に適するキヤ
パシタンス測定回路を提供することを目的とする
ものである。
素で性能が良く、しかも広汎な用途に適するキヤ
パシタンス測定回路を提供することを目的とする
ものである。
以下、この考案を添付図面に示す実施例に基づ
いて説明する。
いて説明する。
まず、測定原理を述べると、第1図に示すよう
に、トランジスタQ1のエミツタには、アドミタ
ンスY1の負荷L1を接続する。トランジスタQ1の
電流増幅率hfeが十分に大きければ、トランジス
タQ1の交流出力電流i1と交流入力電圧vには、 i1=Y1V ……(1) の関係が成立する。従つて、これは、定電流出力
特性を有する電圧電流変換回路となり、入力電圧
vを一定にすれば、アドミタンスY1の検出回路
として作用する。なお、この回路において直流動
作レベルを適正に定めて使用する場合、直流出力
電流レベルを定めるためのエミツタ負荷に定電流
素子を用いることにより、アドミタンスY1への
影響を排除できる。
に、トランジスタQ1のエミツタには、アドミタ
ンスY1の負荷L1を接続する。トランジスタQ1の
電流増幅率hfeが十分に大きければ、トランジス
タQ1の交流出力電流i1と交流入力電圧vには、 i1=Y1V ……(1) の関係が成立する。従つて、これは、定電流出力
特性を有する電圧電流変換回路となり、入力電圧
vを一定にすれば、アドミタンスY1の検出回路
として作用する。なお、この回路において直流動
作レベルを適正に定めて使用する場合、直流出力
電流レベルを定めるためのエミツタ負荷に定電流
素子を用いることにより、アドミタンスY1への
影響を排除できる。
また、第2図に示すように、第1図に示す回路
を2回路並列に接続し、入力電圧vを共通にすれ
ば、即ち、各トランジスタQ1,Q2のエミツタに
負荷L1,L2をそれぞれ接続したものを並列に接
続し、トランジスタQ1,Q2のベースに入力電圧
vを印加すれば、負荷L1,L2のアドミタンスL1,
L2の差を出力電流i1,i2の差として検出できる。
を2回路並列に接続し、入力電圧vを共通にすれ
ば、即ち、各トランジスタQ1,Q2のエミツタに
負荷L1,L2をそれぞれ接続したものを並列に接
続し、トランジスタQ1,Q2のベースに入力電圧
vを印加すれば、負荷L1,L2のアドミタンスL1,
L2の差を出力電流i1,i2の差として検出できる。
次に、検出された交流出力電流の処理を説明す
ると、第3図aに示すように、2個のトランジス
タQ3,Q4を並列に接続し、トランジスタQ4のベ
ースを接地し、且つトランジスタQ3のベースに
制御入力信号Pとして正負に変化する制御パルス
Pを与えるように構成しておけば、トランジスタ
は飽和領域で動作するとスイツチ素子と働くこと
から、制御パルスPによつて切換わる切換スイツ
チ回路となり、その等価回路は第3図bのように
なる。尚、制御パルスPは、振幅が十分であれ
ば、正弦波でも実用的には同一の働きをするま
た、第4図に示すように、第3図aに示す回路を
2回路使用することにより、4個のトランジスタ
Q3,Q4,Q5,Q6で出力電流i3,i4を相互切換えし
て選択する相互切換スイツチ回路を構成すること
ができる。
ると、第3図aに示すように、2個のトランジス
タQ3,Q4を並列に接続し、トランジスタQ4のベ
ースを接地し、且つトランジスタQ3のベースに
制御入力信号Pとして正負に変化する制御パルス
Pを与えるように構成しておけば、トランジスタ
は飽和領域で動作するとスイツチ素子と働くこと
から、制御パルスPによつて切換わる切換スイツ
チ回路となり、その等価回路は第3図bのように
なる。尚、制御パルスPは、振幅が十分であれ
ば、正弦波でも実用的には同一の働きをするま
た、第4図に示すように、第3図aに示す回路を
2回路使用することにより、4個のトランジスタ
Q3,Q4,Q5,Q6で出力電流i3,i4を相互切換えし
て選択する相互切換スイツチ回路を構成すること
ができる。
そこで、第2図に示す回路と、第4図に示す回
路とをカスケード接続することによつて、第5図
に示すように、静電容量を測定するブリツジ回路
を構成することができる。即ち、第5図に示すよ
うに、トランジスタQ3〜Q6からなる切換回路1
の入力端子と、トランジスタQ1,Q2からなる電
圧電流変換回路2の出力端子とがカスケード接続
され、切換回路1の出力端子の一方は検出用抵抗
R1に、他方は検出用抵抗R2に接続され、電圧電
流変換回路2の検出端子の一方にアドミタンスY
の被測定物4を接続可能に設け、他方に基準キヤ
パシタC0を設けている。また、切換回路1の制
御入力B、即ち、トランジスタQ3,Q6のベース
回路に制御信号発生回路5が接続され、一方、電
圧電流変換回路2の検出出力a,bには、差動増
幅回路6が接続されている。この電圧電流変換回
路2のエミツター側には直流電流レベルを定める
ために直流電流を供給する補償回路3が設けられ
ており、補償回路3は3個のトランジスタQ7〜
Q9からなる。なお、上述したように、電圧電流
変換回路2には一定の交流電圧、が印加され、ま
た抵抗R1,R2の抵抗値は等しくしてある。
路とをカスケード接続することによつて、第5図
に示すように、静電容量を測定するブリツジ回路
を構成することができる。即ち、第5図に示すよ
うに、トランジスタQ3〜Q6からなる切換回路1
の入力端子と、トランジスタQ1,Q2からなる電
圧電流変換回路2の出力端子とがカスケード接続
され、切換回路1の出力端子の一方は検出用抵抗
R1に、他方は検出用抵抗R2に接続され、電圧電
流変換回路2の検出端子の一方にアドミタンスY
の被測定物4を接続可能に設け、他方に基準キヤ
パシタC0を設けている。また、切換回路1の制
御入力B、即ち、トランジスタQ3,Q6のベース
回路に制御信号発生回路5が接続され、一方、電
圧電流変換回路2の検出出力a,bには、差動増
幅回路6が接続されている。この電圧電流変換回
路2のエミツター側には直流電流レベルを定める
ために直流電流を供給する補償回路3が設けられ
ており、補償回路3は3個のトランジスタQ7〜
Q9からなる。なお、上述したように、電圧電流
変換回路2には一定の交流電圧、が印加され、ま
た抵抗R1,R2の抵抗値は等しくしてある。
従つて、電圧電流変換回路2へ交流電圧Vを印
化した際に、アドミタンスY及び基準コンデンサ
C0に流れる電流i,i0は第6図に示すように、交
流電圧vよりも位相は90゜進んだ波形となるから、
制御パルスPとして交流電圧vよりも位相の90進
んだ方形パルス又は十分に振幅の大きい正弦波
を、例えば制御信号発生回路5に、周知のデイジ
タルまたはアナログ移相回路等を用いて、前記印
加交流電圧Vから生成し、切換回路1へ加える
と、抵抗R1,R2に流れる電流i1i2は、第7図に示
すように、半サイクル毎に電流iとi0とが入れ換
つた波形となる。ゆえに、電流i1,i2を抵抗値の
等しい抵抗R1,R2によつて電圧v1,v2に変換し、
電圧v1,v2の差を差動増幅回路等によつて求め、
その差を適当な波形整形回路で平滑すれば、アド
ミタンスYと基準コンデンサC0とのサセプタン
ス成分の差に比例した直流電圧を得ることができ
るので、この直流電圧に基準コンデンサC0のキ
ヤパシタンスを加算することによつて、被測定物
の静電容量を検出できる。
化した際に、アドミタンスY及び基準コンデンサ
C0に流れる電流i,i0は第6図に示すように、交
流電圧vよりも位相は90゜進んだ波形となるから、
制御パルスPとして交流電圧vよりも位相の90進
んだ方形パルス又は十分に振幅の大きい正弦波
を、例えば制御信号発生回路5に、周知のデイジ
タルまたはアナログ移相回路等を用いて、前記印
加交流電圧Vから生成し、切換回路1へ加える
と、抵抗R1,R2に流れる電流i1i2は、第7図に示
すように、半サイクル毎に電流iとi0とが入れ換
つた波形となる。ゆえに、電流i1,i2を抵抗値の
等しい抵抗R1,R2によつて電圧v1,v2に変換し、
電圧v1,v2の差を差動増幅回路等によつて求め、
その差を適当な波形整形回路で平滑すれば、アド
ミタンスYと基準コンデンサC0とのサセプタン
ス成分の差に比例した直流電圧を得ることができ
るので、この直流電圧に基準コンデンサC0のキ
ヤパシタンスを加算することによつて、被測定物
の静電容量を検出できる。
なお、第5図に示す回路は、一種の位相同期検
波回路であるから、アドミタンスYにコンダクタ
ンス成分があつたとしても、第8図に示すように
電流i1,i2となつて最終出力の直流レベルには現
われないので、工業用静電容量検出器として良好
な特性を有し、第(1)式に示すように直線性は維持
できる。
波回路であるから、アドミタンスYにコンダクタ
ンス成分があつたとしても、第8図に示すように
電流i1,i2となつて最終出力の直流レベルには現
われないので、工業用静電容量検出器として良好
な特性を有し、第(1)式に示すように直線性は維持
できる。
また、トランジスタQ1,Q2,Q7,Q8の不平衡
や、温度変化による不平衡等によつて、トランジ
スタQ7,Q8に流れる直流電流I1,I2が平衡してい
なくても、切換回路1で切換えているため、第9
図に示すように、電流i1,i2に均等に配分され両
者の差を検出するから直流電流i1,i2による不平
衡は打消され、最終出力は影響を受けず精度の高
い検出が行なえる。
や、温度変化による不平衡等によつて、トランジ
スタQ7,Q8に流れる直流電流I1,I2が平衡してい
なくても、切換回路1で切換えているため、第9
図に示すように、電流i1,i2に均等に配分され両
者の差を検出するから直流電流i1,i2による不平
衡は打消され、最終出力は影響を受けず精度の高
い検出が行なえる。
以上の実施例において、切換回路1及び電圧電
流変換回路2においてトランジスタQ1〜Q6はオ
ペアンプ等を用いた他の半導体素子を利用しても
よい。
流変換回路2においてトランジスタQ1〜Q6はオ
ペアンプ等を用いた他の半導体素子を利用しても
よい。
この考案は、以上のとおり、一方の入力端子を
いずれか一方の出力端子に、他方の入力端子を他
方の出力端に切換え可能に接続する切換回路と、
電圧を電流に変換してアドミタンスを検出する検
出部を2個有する電圧電流変換回路とをカスケー
ド接続し、且つ電圧電流変換回路の一方に基準キ
ヤパシタを、他方に被測定物を接続し、電圧電流
変換回路に交流電圧を加えると共に切換回路を所
定周期で切換えるようにしたから、切換回路の入
力電流の差を平滑すれば被測定物のサセプタンス
成分となるため、非常に簡単な回路で被測定物の
キヤパシタンスを測定でき、しかも電圧、電流変
換回路を用いたため、広汎なキヤパシタを測定で
きるという利点もある。
いずれか一方の出力端子に、他方の入力端子を他
方の出力端に切換え可能に接続する切換回路と、
電圧を電流に変換してアドミタンスを検出する検
出部を2個有する電圧電流変換回路とをカスケー
ド接続し、且つ電圧電流変換回路の一方に基準キ
ヤパシタを、他方に被測定物を接続し、電圧電流
変換回路に交流電圧を加えると共に切換回路を所
定周期で切換えるようにしたから、切換回路の入
力電流の差を平滑すれば被測定物のサセプタンス
成分となるため、非常に簡単な回路で被測定物の
キヤパシタンスを測定でき、しかも電圧、電流変
換回路を用いたため、広汎なキヤパシタを測定で
きるという利点もある。
第1図はこの考案原理を示す基本回路図、第2
図は第1図の応用回路図、第3図aはこの考案原
理を示す基本回路図、第3図bは第3図aの等価
回路図、第4図は第3図aの応用回路図、第5図
はこの考案の一例を示す回路図、第6図及び第7
図は被測定物がキヤパシタ成分のみからなる場合
の第5図の動作波形図、第8図は被測定物にコン
ダクト成分を含む場合の第5図の動作波形図、第
9図はトランジスタQ7、Q8の電流が不平衡で
ある場合を説明する動作波形図である。 1……切換回路、2……電圧電流変換回路、4
……被測定物、5……制御信号発生回路、6……
差動増幅回路、C0……基準コンデンサ、P……
制御入力信号、V……交流電圧。
図は第1図の応用回路図、第3図aはこの考案原
理を示す基本回路図、第3図bは第3図aの等価
回路図、第4図は第3図aの応用回路図、第5図
はこの考案の一例を示す回路図、第6図及び第7
図は被測定物がキヤパシタ成分のみからなる場合
の第5図の動作波形図、第8図は被測定物にコン
ダクト成分を含む場合の第5図の動作波形図、第
9図はトランジスタQ7、Q8の電流が不平衡で
ある場合を説明する動作波形図である。 1……切換回路、2……電圧電流変換回路、4
……被測定物、5……制御信号発生回路、6……
差動増幅回路、C0……基準コンデンサ、P……
制御入力信号、V……交流電圧。
Claims (1)
- 2つの入力端子と2つの出力端子を有し、一方
の入力端子がいずれか一方の出力端子に、他方の
入力端子が他方の出力端子に切換可能に接続され
る切換回路1と、電圧を電流に変換してアドミタ
ンスを検出する検出部を2個有する電圧電流変換
回路2とをカスケード接続し、且つ電圧電流変換
回路2の一方に基準コンデンサC0を、他方に被
測定物4を接続し、電圧電流変換回路2に交流電
圧Vを印加すると共に、切換回路1に、前記印加
交流電圧Vより位相の90゜進んだ制御入力信号P
を入力して前記切換回路1を交互に切換える制御
信号発生回路5を接続し、前記電圧電流変換回路
2の検出出力a,bに、前記基準コンデンサC0
と被測定物4のサセプタンス成分に比例した前記
出力差を出力する差動増幅回路6を接続したこと
を特徴とするキヤパシタンス測定回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2201183U JPS59127174U (ja) | 1983-02-16 | 1983-02-16 | キヤパシタンス測定回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2201183U JPS59127174U (ja) | 1983-02-16 | 1983-02-16 | キヤパシタンス測定回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59127174U JPS59127174U (ja) | 1984-08-27 |
JPH0353181Y2 true JPH0353181Y2 (ja) | 1991-11-20 |
Family
ID=30153127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2201183U Granted JPS59127174U (ja) | 1983-02-16 | 1983-02-16 | キヤパシタンス測定回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59127174U (ja) |
-
1983
- 1983-02-16 JP JP2201183U patent/JPS59127174U/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS59127174U (ja) | 1984-08-27 |
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