JPS6020004Y2 - capacitive converter - 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た容量式変換
器に関する。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a capacitive transducer using a pair of variable capacitors whose capacitance differentially changes depending on a measured quantity such as pressure or differential pressure.

本考案の目的は、オンオフ比が被測定量に対応するパル
ス幅電圧を発生できる容量式変換器を簡単な構成で実現
するにある。An object of the present invention is to realize a capacitive converter with a simple configuration that can generate a pulse width voltage whose on-off ratio corresponds to the measured quantity.

第１図は本考案変換器の一実施例を示す接続図である。FIG. 1 is a connection diagram showing one embodiment of the converter of the present invention.

図において、Ｃ１，Ｃ２はその容量値が差動的に変化す
る一対の可変コンデンサで、図には圧力、差圧等の被測
定量に応じて変位する可動電極１０とこの可動電極１０
に対向配置されている固定電極１１．１２とからなるも
のが示されている。In the figure, C1 and C2 are a pair of variable capacitors whose capacitance values vary differentially.
The fixed electrodes 11, 12 are shown opposite to each other.

Ｃ１，Ｃ２の可動電極１０は基準点に接続され、Ｃ□の
固定電極１１はスイッチＳＷ１を介して１１点に接続さ
れるとともに、スイッチＳＷ２を介して１２点に接続さ
れ、Ｃ２の固定電極１２は１１点に接続されている。The movable electrodes 10 of C1 and C2 are connected to the reference point, and the fixed electrode 11 of C□ is connected to 11 points via switch SW1 and to 12 points via switch SW2. is connected to 11 points.

ＣＯは比較器で、ブロック図内に示す如くヒステリシス
特性を持っており、前記１１点の電位Ｖｐが上限域値Ｈ
を越えたとき出力がオンからオフに反転し、Ｖｐが下限
域値りに達すると出力がオンに復する。CO is a comparator and has hysteresis characteristics as shown in the block diagram, and the potential Vp at the 11 points is the upper limit value H.
When Vp exceeds the lower limit, the output is reversed from on to off, and when Vp reaches the lower limit, the output is turned back on.

この比較器ＣＯの出力は抵抗Ｒ１を介して前記１１点に
、また抵抗Ｒ２を介して前記１２点にそれぞれ与えられ
るとともに、前記スイッチＳＷ□、ＳＷ２のオンオフを
制御する。The output of the comparator CO is applied to the 11 points via the resistor R1 and to the 12 points via the resistor R2, and controls the on/off of the switches SW□ and SW2.

比較器Ｃｏの具体的な構成の一例を第２図に示す。An example of a specific configuration of the comparator Co is shown in FIG.

第２図の比較器ＣＯは入力電圧Ｖｐが反転入力端子（−
）に加えられる演算増幅器ＯＰと、ＯＰに正帰還を施す
抵抗ｒ３と、電源電圧■を分圧してｏｐの非反転入力端
子（＋）に加える抵抗ｒ１．ｒ２と、ＯＰの出力で駆動
され基準電圧Ｖｒをオンオフしてパルス幅電圧ＰＷを出
力させるスイッチＳＷとからなっている。The comparator CO in FIG. 2 has an input voltage Vp at the inverting input terminal (-
), a resistor r3 that provides positive feedback to OP, and a resistor r1 . r2, and a switch SW that is driven by the output of OP and turns on and off the reference voltage Vr to output a pulse width voltage PW.

いまＯＰの正の飽和電圧を■。、負の飽和電圧を−ｖし
とすると、上限域値Ｈは（ｒ２ｒ３Ｖ 十ｒ１ｒ２ＶＨ
） ／ （ｒ１ｒ２ ＋ｒ２ｒ３ ＋ｒ３ｒ１ ）とな
り、下限域値りは（ｒ２ｒ３ｖ−ｒ１ｒ２ＶＬ）／（ｒ
１ｒ２＋ｒ２ｒ３十ｒ３ｒ、）となる。Now, the positive saturation voltage of OP is ■. , if the negative saturation voltage is -v, the upper limit value H is (r2r3V + r1r2VH
) / (r1r2 +r2r3 +r3r1), and the lower limit value is (r2r3v-r1r2VL)/(r
1r2+r2r30r3r,).

なおＯＰの出力が安定な場合には、スイッチＳＷおよび
基準電圧Ｖｒを省略して、ＯＰの出力をそのまま比較器
ＣＯの出力として利用することもできる。Note that if the output of OP is stable, the switch SW and the reference voltage Vr can be omitted, and the output of OP can be used as is as the output of the comparator CO.

このように構成した本考案において、比較器ＣＯの出力
がオンであると、スイッチＳＷ□がオン、ＳＷ２がオフ
になり、ＣＯの出力で一対のコンデンサＣ１，Ｃ２が抵
抗Ｒ□を介して充電される。In the present invention configured in this manner, when the output of the comparator CO is on, the switch SW□ is turned on and SW2 is turned off, and the pair of capacitors C1 and C2 are charged via the resistor R□ by the output of CO. be done.

よってＣＯの入力電圧Ｖｐは（Ｃ□＋Ｃ２） Ｒ１の時
定数で上昇する。Therefore, the input voltage Vp of CO increases with the time constant of (C□+C2) R1.

そしてＶｐがＣＯの上限域値Ｈを越えるとＣＯの出力は
オフになり、スイッチＳＷ□をオフに、ＳＷ２をオンに
する。When Vp exceeds the upper limit value H of CO, the output of CO is turned off, switch SW□ is turned off, and SW2 is turned on.

その結果コンデンサＣ２の電荷が抵抗Ｒ１を介して放電
され、ＣＯの入力電圧ＶｐがＣ２Ｒ１の時定数で減少す
る。As a result, the charge in the capacitor C2 is discharged through the resistor R1, and the input voltage Vp of CO decreases with the time constant of C2R1.

Ｖｐが減少しＣＯの下限域値りに達すると、ＣＯの出力
がオンに復する。When Vp decreases and reaches the lower limit value of CO, the output of CO is turned back on.

ＣＯの出力がオフの間コンデンサＣ１の電荷は抵抗Ｒ２
を介して放電される。While the output of CO is off, the charge on capacitor C1 is transferred to resistor R2.
is discharged through.

このときＣ１Ｒ２の時定数がＣ２Ｒ１の時定数より小さ
くなるように抵ａＲ２の値が選ばれる。At this time, the value of resistor aR2 is selected so that the time constant of C1R2 is smaller than the time constant of C2R1.

このようにして比較器ＣＯとスイッチＳＷ１．ＳＷ２お
よび一対の可変コンデンサＣ１，Ｃ２からなるループは
周期的にオンオフを繰り返し自励振動する。In this way, comparator CO and switch SW1. A loop made up of SW2 and a pair of variable capacitors C1 and C2 periodically turns on and off and self-oscillates.

これらの関係を示したのが第３図の波形図である。The waveform diagram in FIG. 3 shows these relationships.

自励振動ループがオンとなっている時間ｔ１は（Ｃ１＋
Ｃ２）Ｒ１に比例し、オフとなっている時ｆａ’％ｚは
Ｃ２Ｒ１に比例する。The time t1 during which the self-excited vibration loop is on is (C1+
C2) It is proportional to R1, and when it is off, fa'%z is proportional to C2R1.

したがって、自励振動ループのパルス幅出力ＰＷのオン
オフ比は、 ”ｓｓ ＝ 」Ｌ（１） ｔｉＣ□十０２ となる。Therefore, the on/off ratio of the pulse width output PW of the self-excited oscillation loop is "ss="L(1)tiC□102.

そして一対の可変コンデンサＣ□、Ｃ２の容量は、初期
容量をＣｏ、固定電極１１．１２間の距離をｄとすると
、可動電極１０の中心位置（４ｄなる位置）からの変位
置Ｘに対し、ｄ ｄ Ｃ，＝Ｃ顎玉、Ｃ２＝Ｃ０ｄ−き （２）の関係で
変化するので、パルス幅出力ＰＷのオンオフ比は、 ｋ＝圭十Ｘ−（３） ｔｌ！２ｄ となり、変位置Ｘすなわち被測定量に正確に対応したも
のとなる。Then, the capacitance of the pair of variable capacitors C□ and C2 is as follows with respect to the displacement position X from the center position (position 4d) of the movable electrode 10, assuming that the initial capacitance is Co and the distance between the fixed electrodes 11 and 12 is d. d d C,=C jaw ball, C2=C0d-ki Since it changes according to the relationship (2), the on-off ratio of the pulse width output PW is k=KeijyuX-(3) tl! 2d, which accurately corresponds to the displacement position X, that is, the amount to be measured.

なお、スイッチｓｗ、ｓｗ、、ｓｗ２としては電界効果
トランジスタ等の電子スイッチが好適である。Note that electronic switches such as field effect transistors are suitable as the switches sw, sw, , sw2.

また上述では比較器ＣＯのヒステリシス幅（Ｈ−Ｌ）を
一定とし、パルス幅電ＩＥＰＷのオン時間ちを（Ｃ□十
Ｃ２）Ｒ□に比例させ、オフ時間ｔ２をＣ２Ｒ１に比例
させる場合を例示したが、第４図に示すように比較器Ｃ
Ｏの部分を演算増幅器ｏｐとその出力で駆動されるモノ
マルチ等のワンショット回路ＭＭで構威し、パルス幅電
圧ＰＷのオン時間ちまたはオフ時間ちのいずれか一方を
ワンショット回路ＭＭによって決る一定時間ｔｓとし、
ヒステ１ リンス幅（Ｈ−Ｌ）を。Furthermore, in the above example, the hysteresis width (H-L) of the comparator CO is constant, the on time of the pulse width voltage IEPW is made proportional to (C□0C2)R□, and the off time t2 is made proportional to C2R1. However, as shown in FIG.
The part O is constructed with an operational amplifier op and a one-shot circuit MM such as a monomulti driven by its output, and either the on-time or off-time of the pulse width voltage PW is set to a constant value determined by the one-shot circuit MM. Let time ts be,
Hysteresis 1 Rinse width (HL).

１＋。２またはへに比例させるようにしても同様にでき
る。1+. The same thing can be done by making it proportional to 2 or .

この場合ＰＷのオン時間ちを一定時間ｔｓとすると、オ
フ時間ｔ２は２ ζコでジｓに比例し、オフ時間ｔ２を一定にすると、オ
ン時間ちはｃ２＋１ｃ２ｔＳに比例する。In this case, if the on-time of PW is a constant time ts, the off-time t2 is proportional to s by 2ζ, and if the off-time t2 is constant, the on-time is proportional to c2+1c2tS.

さらにパルス幅電、ＥＥＰＷをフォトカプラ等の絶縁結
合手段を介して出力側に伝達すれば、入出力の絶縁がで
きる。Furthermore, if the pulse width voltage and EEPW are transmitted to the output side via an insulating coupling means such as a photocoupler, input and output can be isolated.

以上説明したように本考案においては、簡単な構成でパ
ルス幅電圧のオンオフ比を被測定量に対応させることの
できる新規な容量式変換器が得られる。As explained above, the present invention provides a novel capacitive converter that can make the on/off ratio of the pulse width voltage correspond to the measured quantity with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本考案変換器の一実施例を示す接続図、第２図
は本考案変換器に用いる比較器の一例を示す接続図、第
３図は本考案変換器の動作説明のための波形図、第４図
は本考案変換器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、ＣＯ・
・・・・・比較器、ＳＷｌ、ＳＷ２・・・・・・スイッ
チ、Ｒ１，Ｒ２・・・・・・抵抗、ＯＰ・・・・・・演
算増幅器、ＭＭ・・・・・・ワンショット回路。Figure 1 is a connection diagram showing one embodiment of the converter of the present invention, Figure 2 is a connection diagram showing an example of a comparator used in the converter of the present invention, and Figure 3 is a diagram for explaining the operation of the converter of the present invention. The waveform diagram and FIG. 4 are connection diagrams showing another embodiment of the converter of the present invention. C1, C2... A pair of variable capacitors, CO.
... Comparator, SWl, SW2 ... Switch, R1, R2 ... Resistor, OP ... Operational amplifier, MM ... One shot circuit .

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 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、ヒステリシス特性を有し、入力に加えられ
る電圧に応じて出力電圧がオンオフする比較器と、この
比較器の出力が加えられ、比較器出力がオンのとき一対
の可変コンデンサを同一の抵抗を介して充電し、比較器
出力がオフのとき一対の可変コンデンサを別々の抵抗を
介して放電させ、一対の可変コンデンサの充電電圧値と
一方の可変コンデンサの放電電圧値とを交互に出力する
充放電回路と、この充放電回路の出力を比較器の入力に
印加する手段とにより、周期的にオンオフを繰り返す自
励振動ループを構威し、比較器の出力にオン時間が一対
の可変コンデンサの容量に対応し、オフ時間が一方の可
変コンデンサの容量に対応したパルス幅電圧を発生させ
、このパルス幅電圧のオンオフ比を被測定量に対応させ
たことを特徴とする容量式変換器。A pair of variable capacitors whose capacitance changes differentially according to the measured quantity, a comparator with hysteresis characteristics whose output voltage turns on and off according to the voltage applied to the input, and the output of this comparator When the comparator output is on, the pair of variable capacitors are charged through the same resistor, and when the comparator output is off, the pair of variable capacitors are discharged through separate resistors, and the pair of variable capacitors is charged. A self-excited oscillation loop that periodically turns on and off by a charging/discharging circuit that alternately outputs the voltage value and the discharge voltage value of one variable capacitor, and means for applying the output of this charging/discharging circuit to the input of the comparator. A pulse width voltage whose on time corresponds to the capacitance of a pair of variable capacitors and whose off time corresponds to the capacitance of one of the variable capacitors is generated at the output of the comparator, and the on/off ratio of this pulse width voltage is A capacitive transducer characterized by being compatible with the quantity to be measured.