JP2001183106A

JP2001183106A - 温度補償付きギャップ検出装置

Info

Publication number: JP2001183106A
Application number: JP37357999A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sakaki; 哲夫榊
Original assignee: Applied Electronics Corp
Current assignee: Applied Electronics Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】低温と高温とでは、温度に対する影響の傾向
と度合いが異なるギャップセンサの測定制動を向上させ
る。【解決手段】センサ用コイル１１と、コンデンサ４を
備えた発振回路５と、検波整流回路６と、検出したギャ
ップ信号Ｇを直線化するリニアライザー３７とを具備す
るギャップ検出装置において、コイル温度検出回路１２
と、コイルの温度が低いとき、第１の電圧調整回路３２
で温度信号Ｔの変化率を変え、リニアライザー３７の前
段でギャップ信号Ｇに加える低温度域補正回路２０と、
コイル１１の温度が高いとき、別の電圧調整回路４１で
温度信号Ｔの変化率を変え、リニアライザー３７の後段
でギャップ信号Ｇに加えるようにした高温度域補正回路
２１を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、渦電流損失型無接
触式ギャップ検出装置において、温度補償を行いうるよ
うにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】渦電流損失型無接触式ギャップ検出装置
(以下ギャップセンサと略称する)は、高速回転体の回転
数や、磁気浮上走行車の浮上ギャップ等を無接触的に計
るのに多く利用されている。

【０００３】渦電流型のギャップセンサは、コイルを検
知センサとし、発振回路に内蔵されたコンデンサと検知
センサのコイルを共振させて、基本周波数を発振させて
いる。この発振状態にあるコイルの磁界内に、電気材
料、例えば電気抵抗の低い金属等が入ると、被検知体た
る電気材料の中で、コイルは渦電流損失を生じて発振回
路の共振電圧に変化を生じ、この共振電圧の変化に基づ
いて、電気材料とコイルの距離、即ちギャップを検出す
ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ギャップセンサは、プ
ローブとしての検知コイルを、接続ケーブルを介して測
定器本体の外部に引き出されて使用される。また、制御
電子回路を搭載した基板から、プローブ部分を引き出し
て、プローブ常設型のギャップセンサとしても使用され
る。

【０００５】上記のようなプローブ分離型の測定器は、
プローブ部分と、制御回路を搭載した回路基板部分との
温度雰囲気が大幅に相違することが多く、電子回路の基
板側で温度測定をして、温度補償を行うことは困難であ
る。

【０００６】特に、ギャップセンサにおいては、プロー
ブに使用されているコイルは、合成樹脂製又はセラミッ
ク製の巻枠に巻回されているが、この巻枠は、温度の上
昇とともに膨張するため、巻枠に巻回されたコイルの寸
法が大きくなり、コイルのインダクタンスが増して、発
振電圧が大きくなる。

【０００７】また、プローブの周辺の温度雰囲気によ
り、コイルの抵抗値が変化するが、コイルの抵抗値の温
度変化により、コイルの性状を示すＱ(クオリテイフ
ァクタ)は変化して、発信電圧は変動する。コイルは金
属の導線からなっているため、この抵抗値は、正の温度
係数をもって変動し、温度の増加とともに、抵抗値も増
大する。

【０００８】上記コイルの抵抗とＱが共振電圧に与える
影響は、常温より低い温度から、漸次温度を上昇させた
場合、最初の低温時には、インダクタンスが増大する影
響が勝って、共振電圧が増す。温度が上昇するのに従っ
て、コイルのＱの低下の影響が大となり、互いの影響が
打ち消し合う温度の所を過ぎると、Ｑの低下の影響が勝
って、共振電圧は減少する。

【０００９】図５は、上記した関係を具体的に示すもの
で、被検知体とプローブの距離(以下ギャップとする)
(Ｇ)を一定としたときの、温度(Ｔ)対共振電圧(Ｖ)の関
係を示すグラフである。なお、ギャップ(Ｇ)は、０〜３
mmの間を、0.2mm間隔で変化させたものである。

【００１０】この共振電圧(Ｖ)の温度特性曲線から解る
如く、コイルの共振電圧(Ｖ)は、ギャップ(Ｇ)のみによ
って一義的に定まるものではなく、温度の低、中、高に
よって、温度の影響の度合いや、正負の極性が異なるた
め、単にプローブの温度を測定しても、その温度値から
容易に適正な修正値を得ることは困難である。

【００１１】また、ギャップ(Ｇ)が大きくなるに連れ
て、温度特性曲線の中央部が上方に凸となる傾向が強ま
り、１つのギャップ(Ｇ)の値に対して、共振電圧(Ｖ)
が、温度(Ｔ)の低域と高域の２個所に対応点をもち、従
来のアナログ計算式の折れ線近似直線化手段により直線
化することは困難であるため、この直線化と温度補償
を、同時に考慮することは困難であった。

【００１２】本発明は、上述の問題点に鑑み、ギャップ
センサにおいて、簡単な手段で、広範囲の温度に対し
て、温度補償を施したギャップ出力信号を得ることを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は、次のようにして解決される。 (１) 被検知電気材料に接近して設けられたセンサ用コ
イルと、そのコイルと共振させるコンデンサを備える発
振回路と、発振回路の発振電圧を検出する検波整流回路
と、検波整流回路の出力電圧に対する被検知電気材料と
コイルの距離との関係を、直線的に対応させる直線化回
路とを具備するギャップ検出装置において、コイルの電
気抵抗を計りコイルの周囲温度を電気値に変換するコイ
ル温度検出回路と、コイル温度検出回路の出力電圧が、
被検知電気材料とコイルの距離を一定としたときの発振
回路出力電圧対コイル温度の温度特性曲線の極点より低
い温度を示すとき、コイル温度検出回路より得られる温
度対出力電圧特性における温度対出力信号の変化率がほ
ぼ一定した温度対応信号を、温度対出力信号の変化率を
変更しうる電圧調整回路により、別の変化率をもって温
度にほぼ直線的に対応する低温度域補正信号に変換し、
その低温度域補正信号を、前記直線化回路の前段におい
て、検波整流回路の出力電圧から得られるギャップ信号
に加減するようにした低温度域補正回路とを設ける。

【００１４】(２) 被検知電気材料に接近して設けられ
たセンサ用コイルと、そのコイルと共振させるコンデン
サを備える発振回路と、発振回路の発振電圧を検出する
検波整流回路と、検波整流回路の出力電圧に対する被検
知電気材料とコイルの距離との関係を、直線的に対応さ
せる直線化回路とを具備するギャップ検出装置におい
て、コイルの電気抵抗を計りコイルの周囲温度を電気値
に変換するコイル温度検出回路と、コイル温度検出回路
が出力する温度信号の出力電圧が、ギャップ一定時の発
振回路出力電圧対コイル温度の温度特性曲線の極点より
高い温度を示すとき、コイル温度検出回路の出力電圧よ
り得られる温度対出力信号の変化率がほぼ一定した温度
対応信号を、温度対出力信号の変化率を変更しうる電圧
調整回路により、別の変化率をもって温度にほぼ直線的
に対応する高温度域補正信号に変換し、その高温度域補
正信号を、前記直線化回路の後段において、検波整流回
路の出力電圧から得られるギャップ信号を直線化したギ
ャップ信号に加減するようにした高温度域補正回路とを
設ける。

【００１５】(３) 被検知電気材料に接近して設けられ
たセンサ用コイルと、そのコイルと共振させるコンデン
サを備える発振回路と、発振回路の発振電圧を検出する
検波整流回路と、検波整流回路の出力電圧に対する被検
知電気材料とコイルの距離との関係を、直線的に対応さ
せる直線化回路とを具備するギャップ検出装置におい
て、コイルの電気抵抗を計りコイルの周囲温度を電気値
に変換するコイル温度検出回路と、コイル温度検出回路
の出力電圧が、被検知電気材料とコイルの距離を一定と
したときの発振回路出力電圧対コイル温度の温度特性曲
線の極点より低い温度を示すとき、コイル温度検出回路
より得られる温度対出力電圧特性における温度対出力信
号の変化率がほぼ一定した温度対応信号を、温度対出力
信号の変化率を変更しうる電圧調整回路によって、別な
変化率をもって温度にほぼ直線的に対応する低温度域補
正信号に変換し、その低温度域補正信号を、前記直線化
回路の前段において、検波整流回路の出力電圧から得ら
れるギャップ信号に加減するようにした低温度域補正回
路と、コイル温度検出回路が出力する温度信号の出力電
圧が、ギャップ一定時の発振回路出力電圧対コイル温度
の温度特性曲線の極点より高い温度を示すとき、コイル
温度検出回路の出力電圧より得られる温度対出力信号の
変化率がほぼ一定した温度対応信号を、温度対出力信号
の変化率を変更しうる電圧調整回路により、別の変化率
をもって温度にほぼ直線的に対応する高温度域補正信号
に変換し、その高温度域補正信号を、前記直線化回路の
後段において、検波整流回路の出力電圧から得られるギ
ャップ信号を直線化したギャップ信号に、加減するよう
にした高温度域補正回路とを設ける。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態を示
す電気回路図である。ギャップ検出回路(１)は、被検知
電気材料(２)に接近して位置するセンサ用コイル(３)
と、このコイル(３)と共振するコンデンサ(４)と、コイ
ル(３)とコンデンサ(４)を共振させる発振回路(５)と、
発振回路(５)の発振電圧(ｅ)を検出する検波整流回路
(６)とを備えている。

【００１７】コイル(３)は、接続端子(７)(８)に接続さ
れたプローブ導出用のケーブル(９)を介して、ギャップ
検出回路(１)を形成する回路基板(10)の外部に、ギャッ
プ検出プローブ(11)として導出されている。

【００１８】検波整流回路(６)は、発振回路(５)によっ
てコイル(３)とコンデンサ(４)が励振させられた交流の
発振電圧(ｅ)を、検波整流して直流のギャップ検出信号
(Ｖ)に変換する。

【００１９】ギャップ検出信号(Ｖ)は、被検知電気材料
(２)とコイル(３)の距離、即ちギャップ(Ｇ)に対応す
る。

【００２０】コイル(３)は、温度検出回路(12)のブリッ
ジ回路(13)に直流的に接続されている。

【００２１】温度検出回路(12)は、互いに直列接続した
抵抗(Ｒ１)とコイル(３)、及び抵抗(Ｒ２)(Ｒ３)を、さ
らに互いに並列接続させてブリッジ回路(13)を構成し、
このブリッジ回路(13)における抵抗(Ｒ１)とコイル(３)
の直列接続点(14)と、抵抗(Ｒ２)と(Ｒ３)の直列接続点
(15)とを、それぞれ、差動増幅回路をなす平衡電圧検出
回路(16)の入力端(17)(18)に接続して形成されている。

【００２２】なお、図１における各増幅回路は、アナロ
グ演算増幅器で構成されており、各増幅回路の入力端に
示す−と＋の記号は、それぞれ反転入力端子と非反転入
力端子を示し、以下の説明においては、−記号の反転入
力端子を負入力端子、＋記号の非反転入力端子を正入力
端子と呼ぶ。

【００２３】前記ブリッジ回路(13)の接続点(14)(15)が
接続されている平衡電圧検出回路(16)の入力端子(17)(1
8)には、互いに抵抗値を平衡させた入力抵抗(Ｒ５)(Ｒ
４)と、同じく互いに抵抗値を平衡させた帰還抵抗(Ｒ
７)(Ｒ６)が接続されている。

【００２４】この温度検出回路(12)の出力、即ち平衡電
圧検出回路(16)の出力には、図４に示すような、温度に
対して出力電圧がほぼ直線的に変化する温度信号(Ｔ)が
得られる。この温度信号(Ｔ)は、コイル(３)の直流抵抗
値に応じて得られるもので、コイル(３)自体の温度、即
ちコイル(３)の巻枠を含めたプローブ(11)の温度に対応
している。

【００２５】なお、ブリッジ回路(13)におけるコイル
(３)の抵抗成分には、ケーブル(９)の抵抗分を含むが、
コイル(３)は、線径が細くて、ケーブル(９)の抵抗分に
比して十分高い抵抗値を有するため、ケーブル(９)の抵
抗分に係る温度変化については、無視することができ
る。

【００２６】上記温度信号(Ｔ)は、補償温度域判別回路
(19)、低温度域補償回路(20)、高温度域補償回路(21)
に、それぞれ入力している。

【００２７】補償温度域判別回路(19)は、低温度域判別
回路(22)と高温度域判別回路(23)を備え、両判別回路(2
2)(23)は、ウインドコンパレータによって構成されてい
る。低温度域判別回路(22)には、正入力端子(24)に、低
温度域と中温度域を区分するための温度(Ｔ１)に対応し
た基準電圧(Ｅ１)を設定してある。

【００２８】高温度域判別回路(23)の負入力端子(25)に
は、中温度域と高温度域を区分するための温度(Ｔ２)に
対応した基準電圧(Ｅ２)を設定してある。両基準電圧
(Ｅ１)(Ｅ２)は、安定化した基準電圧源(26)に接続さ
れ、互いに直列接続された可変抵抗器(Ｒ８)(Ｒ９)から
与えられている。

【００２９】低温度域判別回路(22)の基準電圧(Ｅ１)
は、低い電圧側の可変抵抗(Ｒ８)の摺動端子(27)から、
また高温度域判別回路(23)の基準電圧(Ｅ２)は、高い電
圧側の可変抵抗(Ｒ９)の摺動端子(28)から、それぞれ取
り出される。

【００３０】低温度域判別回路(22)の負入力端子(29)、
及び高温度域判別回路(23)の正入力端子(30)には、前記
温度検出回路(12)の温度信号(Ｔ)が入力している。

【００３１】基準電圧(Ｅ１)と温度信号(Ｔ)の大小を比
較して得られる低温度域判別回路(22)の低温度域検出信
号(Ｌ)は、低温度域補償回路(20)に入力し、同じく基準
電圧(Ｅ２)と温度信号(Ｔ)の大小を比較して得られる高
温度域判別回路(25)の高温度域検出信号(Ｈ)は、高温度
補償回路(21)に入力している。なお、抵抗(Ｒ10)(Ｒ11)
は、両判別回路(22)(23)の出力インピーダンスを安定さ
せる出力抵抗である。

【００３２】低温度域補償回路(20)は、所要の利得を有
する加減算増幅回路(31)と、温度信号(Ｔ)を入力して、
その温度信号(Ｔ)の温度対出力電圧の変化率(δＶ／δ
Ｔ)を調節する第１の電圧調整器(32)と、電圧調整器(3
2)の出力信号(Ｔ１)を、加減算増幅回路(31)の正入力端
子(33)に対してオンオフするアナログスイッチ(34)とを
備えている。

【００３３】電圧調整器(32)は、一般の測定回路等にお
いて、スパン調整回路、またはフルスケール調整回路等
と称され、ゼロ点を固定した可変利得増幅回路で構成さ
れ、入力電圧に対する出力電圧の勾配、即ち変化率を調
節しうる回路からなっている。

【００３４】加減算増幅回路(31)には、負入力端子(35)
に、前記ギャップ検出回路(１)からのギャップ検出信号
(Ｖ)が、入力抵抗(Ｒ12)を介して入力し、この加減算増
幅回路(31)は、帰還抵抗(Ｒ13)を可変することにより、
利得を調節しうるようになっている。

【００３５】加減算増幅回路(31)の正入力端子(33)に
は、入力インピーダンスを安定させる接地抵抗(Ｒ14)が
接続され、その加減算増幅回路(31)の出力は、直線化回
路(36)に入力している。

【００３６】直線化回路(36)は、加算バイアス点の異な
る演算増幅器を多段に使用した折線近似リニアライザ(3
7)(回路図省略)からなり、アナログスイッチ(34)がオフ
した状態において、加減算増幅回路(31)の正入力端子(3
3)に低温度域温度補償信号(ＴＬ)が入力していないとき
に、図３、図４に示す非補償直線化信号(Ｖ１)を出力す
る。

【００３７】図３および図４は、図５において示す複数
の固定されたギャップ(Ｇ)に対応する温度特性曲線を、
ギャップ(Ｇ)対出力電圧(Ｖ)の特性曲線に変換したもの
である。なお、図示の出力電圧(Ｖ1)は、前記加減算増
幅回路(31)が低温度域温度補償信号(ＴＬ)を入力してい
ないときの出力電圧である。

【００３８】図３に示す出力電圧(Ｖ1)は、低温度域の
特性図を示すもので、図５においてギャップ(Ｇ)が大き
いところ(上方の曲線)で顕著に現れる、特性曲線が上方
に最大に凸となる極大値に近い８０℃の温度より低温度
領域の、−２０℃、０℃、２０℃、４０℃、８０℃の各
温度で、ギャップ(Ｇ)対発振電圧(Ｖ1)を、定温度測定
した特性曲線である。

【００３９】図４に示す出力電圧(Ｖ1)は、高温度領域
の特性図を示すもので、図５においてギャップ(Ｇ)が大
きいところ(上方の曲線)で顕著に示される、特性曲線が
上方に凸する極大値に近い８０℃の温度より高温度域
の、１００℃、１４０℃、１８０℃の各温度で、ギャッ
プ(Ｇ)対発振電圧(Ｖ1)を、定温度測定した特性曲線で
ある。

【００４０】ギャップ(Ｇ)が大きい４０℃と１００℃温
度特性は、図５では互いに近似する出力電圧を示し、図
３、図４においてはほぼ重なっている。この４０℃と１
００℃のギャップ(Ｇ)の小さなところは、１００℃の方
が若干下目になっているが、非常に接近している。

【００４１】図３および図４において、点線で示す８０
℃の定温度特性曲線は、図５においては、低温度域と高
温度域の境目、即ち各ギャップ(Ｇ)における極大値の部
分の定温度特性曲線に相当する。

【００４２】図３〜図５の各特性曲線図から解る如く、
４０℃、８０℃、１００℃の領域は、図３および図４に
おいては非常に接近していて、各特性曲線の間に隔たり
の小さい温度特性を示し、温度に対する影響が相対的に
小さい領域を中温度領域とする。

【００４３】リニアライザー(37)は、低温度域と高温度
域の温度を固定した多数の特性曲線の中で、互いに曲線
の特徴が近似するものを選択して、直線化の較正調整を
行うようにする。

【００４４】即ち、本発明に係るリニアライザー(37)
は、低温度域の補償においても、高温度域の補償におい
ても、折れ点が不連続しない１回路(１種類)からなる折
れ線式関数変換器を使用する。

【００４５】具体的には、１回路からなるリニアライザ
ー(37)は、−２０〜８０℃の低温度域、８０〜１８０℃
の高温度域のいずれか一か所の温度における特性曲線に
ついてのみ、直線化が行われる。

【００４６】そのためには、低温度域と高温度域の特性
曲線の中で、双方に共通性の高い、即ち、前記４０℃と
１００℃のように、定温度特性曲線が重なり合うような
ものが好ましく、それらの温度についてのギャップ対出
力電圧の特性曲線が、低温度域と高温度域で近似してい
る特性曲線のうち、低温度域の方について、実測値に基
づいて、直線化の較正(キャリブレーション)を行うよう
にする。

【００４７】このリニアライザー(37)の較正時の特定温
度(Ｔx)を、前記低温度域と中温度域を区分するための
温度(Ｔ１)とし、特定温度(Ｔx)の定温度特性に対して
高温度域側において近似する定温度特性の温度(Ｔz)
を、中温度域と高温度域を区分するための温度(Ｔ２)と
する。

【００４８】特定温度(Ｔx＝Ｔ1)とそれと対応する温度
(Ｔz＝Ｔ2)の間を中温度域とするが、この中温度域の相
対的温度依存性は、前述の如く、非常に小さいので、温
度補償に関しては無補償とする。

【００４９】リニアライザー(37)の較正時の特定温度
(Ｔx＝Ｔ1)におけるギャップ信号(Ｖ)は、加減算増幅回
路(31)の正入力端子(33)が零入力のとき、図３と図４に
おいて、いずれも直線(Ａ)と(Ｂ)の出力特性を示すよう
になる。上述のリニアライザー(37)の出力信号(Ｖ2')
は、高温度補償回路(21)に入力している。

【００５０】高温度補償回路(21)は、加減算増幅回路(3
8)と、前記同様の電圧調整器(39)を備え、加減算増幅回
路(38)は、加算回路として２つの加算入力端を有し、そ
の一方の加算入力端には、入力抵抗(Ｒ15)を介して、前
記リニアライザー(37)の出力信号(Ｖ2)が入力してい
る。

【００５１】もう一方の加算入力端は、前記入力抵抗
(Ｒ15)に対して、それと同じ値の入力抵抗(Ｒ16)を介し
て、加減算増幅器(38)の負入力端子(40)間に設けられ、
加算入力端には、アナログスイッチ(41)を介して、第２
の電圧調整器(39)の出力信号が入力している。

【００５２】第２の電圧調整器(41)は、第１の電圧調整
器(32)と同様に、温度信号(Ｔ)の温度対出力電圧の変化
率(δＶ／δＴ)を調節するものである。しかし、この第
２の電圧調整器(41)は、第１の電圧調整器(32)とは別
に、高温度域の温度補正に適した変化率(δＶ／δＴ)を
設定しうるようにしたもので、それの出力信号は、アナ
ログスイッチ(41)を介して、加減算増幅器(38)に入力す
る高温度域温度補償信号(ＴＨ)となる。

【００５３】加減算増幅器(38)は、負入力端子(39)に接
続する帰還抵抗(Ｒ17)と、正入力端子(42)に接続する接
地抵抗(Ｒ18)を備え、この加減算増幅器(38)の出力信号
は、ギャップ(Ｇ)に対してほぼ直線的に比例し、かつ低
温度域から高温度域まで、温度補償がなされたギャップ
信号(Ｖ3)となる。

【００５４】上記低温度域補償回路(20)においては、低
温度判別回路(22)の基準電圧(Ｅ1)を、上記リニアライ
ザー(37)の直線化の較正温度(Ｔx＝Ｔ1)に対応する温度
信号(Ｔ)の電圧と同じ値に設定しておくことにより、低
温度判別回路(22)が、較正温度(Ｔx)より温度信号(Ｔ)
が小さいときに、低温度域検出信号(Ｌ)がハイレベルと
なって、アナログスイッチ(34)をＯＮにして、第１の電
圧調整器(32)の低温度域温度補償信号(ＴＬ)を、加減増
幅回路(31)に入力する。

【００５５】高温度域補償回路(21)においては、高温度
判別回路(23)の基準電圧(Ｅ2)を、上記リニアライザー
(37)の直線化の較正温度(Ｔx)の特性曲線に近似した高
温度域の特性曲線に対応する温度(Ｔz)の電圧と同じ値
に設定しておくことにより、高温度判別回路(22)が、そ
の温度(Ｔz＝Ｔ2)より温度信号(Ｔ)が大きいときに、高
温度域検出信号(Ｈ)がハイレベルとなって、アナログス
イッチ(41)をＯＮにして、第２の電圧調整器(39)の高温
度域温度補償信号(ＴＨ)を、加減増幅回路(38)に入力す
る。

【００５６】温度が４０℃〜１００℃の中間温度領域に
おいては、低温度判別回路(22)及び高温度判別回路(23)
共に、出力をローレベルとし、アナログスイッチ(34)(4
1)は、両方ともオフ状態にある。

【００５７】これにより、中間温度領域においては、低
温度域補償回路(20)と高温度域補償回路(21)が、低温度
域温度補償信号(ＴＬ)及び高温度域温度補償信号(ＴＨ)
を、元のギャップ信号(Ｖ1)、(Ｖ2')に対して、加減算
することなく、無補償でそれぞれ通過させる。

【００５８】温度信号(Ｔ)が、４０℃以下の低温度領域
にあるとき、その温度信号(Ｔ)は、電圧調節器(32)にお
いて、温度対出力電圧の変化率が調節され、その際にオ
ンになっているアナログスイッチ(34)を介して、加減算
増幅回路(31)の正入力端子(33)に、低温度域温度補償信
号(ＴＬ)として入力される。

【００５９】この際、加減算増幅回路(31)の正入力端子
(32)には、図３に示す如く、較正温度(Ｔx＝４０℃)の
ときに零レベルとなるように調整した、低温度域温度補
償信号(ＴＬ)が入力している。加減算増幅回路(31)にお
いては、検波整流回路(６)の出力するギャップ信号(Ｖ)
に加算される。

【００６０】図３においては、無補償のギャップ信号
(Ｖ1)と低温度域温度補償信号(ＴＬ)が加算されて、リ
ニアライザー(37)に入力する。

【００６１】図３の(ＴＬ’)は、低温度域温度補償信号
(ＴＬ)のみをリニアライザー(37)に通したときの特性曲
線であり、−２０℃のときに、補償後のギャップ信号
(Ｖ2)が４０℃の較正特性直線(Ａ)に重なるように、電
圧調整回路(32)の出力電圧が調整される。ただし、前記
４０℃においての零点は、維持しておく。

【００６２】このように、低温度域においては、補償上
限の温度、即ち直線化の較正温度(Ｔx＝４０℃)から、
補償下限の温度−２０℃の範囲において、その上限温度
と下限温度の両方において、電圧調整回路(32)の出力電
圧基準点(零点)と温度対出力電圧の変化率(δＶ／δＴ)
をもって、補償の度合いを適正に合わせ込むことが可能
となり、その途中の整合度は、若干の誤差を含むとして
も、無補償のものに比して、十分に高精度に補償されて
いる。

【００６３】なお、これらの補償の調整は、低温度域全
体の誤差率、及び最も利用率の高い温度域の誤差率等を
考慮して、合わせ込む対象点や値を、適当に変更して較
正を行うのが好ましい。

【００６４】この低温度域においては、リニアライザー
(37)が出力する補償済みのギャップ信号(Ｖ2＝Ａ)が、
高温度域補償回路(21)を無補償で通過して、加減算増幅
回路(38)の出力から、補償済みのギャップ信号(Ｖ3)を
出力する。

【００６５】同様にして、高温度域において、温度信号
(Ｔ)が、１００℃以上になると、その温度信号(Ｔ)は、
もう一方の電圧調節器(41)において、温度対出力電圧の
変化率が調節され、その際にオンになっているアナログ
スイッチ(41)を介して、加減算増幅回路(38)の負入力端
子(40)に、高温度域温度補償信号(ＴＨ)として入力され
る。

【００６６】高温度域温度補償信号(ＴＨ)は、図４に示
す如く、加減算増幅回路(38)に対して、１００℃のとき
零レベルとなるように調節されている。

【００６７】図４に示す如く、高温度域においては、無
補償で、かつ直線化されたギャップ信号(Ｖ2'＝Ｂ)は、
温度変化に対して、温度が上昇するとギャップ信号(Ｖ
2')が減少するように、直線(Ｂ)に対して平行移動する
特性を示す。高温度域温度補償信号(ＴＨ)は、高温度域
の上限温度１８０℃において、１００℃の特性曲線に重
なるように、温度対出力電圧の変化率(δＶ／δＴ)が調
節される。

【００６８】これにより、高温度域の１００〜１８０の
範囲においては、温度に比例して増加する高温度域温度
補償信号(ＴＨ)が、加減算増幅回路(38)において加算さ
れ、この加減算増幅回路(38)からは、高精度に温度補償
がなされた補償済みのギャップ信号(Ｖ3)が出力され
る。なお、４０℃〜１００℃の中温度域においては、無
補償で直線化されたギャップ信号(Ｖ2＝Ａ)が、加算増
幅回路(38)を無補償で通過して、最終的なギャップ信号
(Ｖ3)として出力される。

【００６９】本発明に係るギャップ検出装置は、携帯式
の汎用計測器としては、温度補償範囲を広範囲とするこ
とが必要であるため、低温度補償回路(20)と高温度補償
回路(23)の両方を備えたものが好ましいが、プローブと
して検知コイルを常設したギャップ検出装置、例えば、
屋内用磁気浮上走行装置のギャップ検出装置等、屋内の
常温環境で移用されるものにおいては、低温度補償回路
(20)のみを有する、低温度域専用、もしくは低温度域と
中温度域用のもので、十分に温度補償の機能が達成でき
る。

【００７０】また、中温度から高温度にかけて使用され
るギャップ検出装置については、高温度補償回路(21)の
みを有する、中温度域と高温度域用、もしくは高温度域
専用のもので、十分に温度補償の機能が達成できる。

【００７１】上記においては、本発明の実施に使用され
る各電子回路を、アナログ演算増幅器等によるものとし
て説明したが、低温度補償回路(20)及び高温度補償回路
(21)、並びに直線化回路(36)等の部分を、ディジタル化
したものにおいても、適用できることは言うまでもな
い。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果を奏
することができる。 (ａ) 検知ブローブのコイルの温度を直接的に温度信号
として検出し、そのコイルの各種の温度パラメータに係
る発振特性への影響が、ギャップ対発振電圧の温度特性
曲線で、傾向が似ている温度範囲に、前記検出した温度
信号をもって区分し、その区分した温度範囲で、前記温
度信号を影響の傾向と度合いに応じて、ギャップ信号に
加えるようにしてあるため、補償回路の回路構成が線形
回路のみであり、簡潔である。

【００７３】(ｂ) 区分した温度範囲の影響が、非線形
にあらわれる部分については、本来備わっているリニア
ライザーの非線形変換部を利用するので、補償回路とし
ては、非線形回路を別に必要せず、回路構成が簡潔で安
価になる。

【００７４】(ｃ) ギャップセンサとして本来備えてい
るリニアライザーの較正作業を別にすれば、本発明の温
度補償に係る較正作業は、各温度範囲について、下目と
上目の２個所の調整で済み、補償の調整が簡単である。

【００７５】(ｄ) 検知プローブのコイルの温度を測っ
た温度信号は、ギャップ検出環境の雰囲気温度を代表す
る温度信号として利用でき、ギャップセンサを利用した
自動制御装置における自動監視システムの、重要な監視
パラメータとして使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度補償付きギャップ検出装置の
具体的一例を示す電気回路図である。

【図２】図１における検知コイルを温度センサーとした
場合の、温度検出回路の温度特性図である。

【図３】図１のギャップ検出回路における、低温度領域
のギャップ対出力電圧の温度特性図である。

【図４】図１のギャップ検出回路における、高温度領域
のギャップ対出力電圧の温度特性図である。

【図５】特定の検知コイルにおいて、ギャップを一定と
した場合の、ギャップ対共振電圧の温度特性を、ギャッ
プの大きさを順次変更して測定した、複数のギャップの
温度特性図である。

【符号の説明】

(１)ギャップ検出回路 (２)被検知電気材料 (３)コイル (４)コンデンサ (５)発振回路 (６)検波整流回路 (７)(８)接続端子 (９)ケーブル (10)回路基板 (11)ギャップ検出プローブ (12)温度検出回路 (13)ブリッジ回路 (14)直列接続点 (15)直列接続点 (16)平衡電圧検出回路 (17)(18)入力端 (19)補償温度域判別回路 (20)低温度域補償回路 (21)高温度域補償回路 (22)低温度域判別回路 (23)高温度域判別回路 (24)正入力端子 (25)負入力端子 (26)基準電圧源 (27)摺動端子 (28)摺動端子 (29)負入力端子 (30)正入力端子 (31)加減算増幅回路 (32)電圧調整器 (33)正入力端子 (34)アナログスイッチ (35)負入力端子 (36)直線化回路 (37)リニアライザー (38)加減増幅回路 (39)電圧調節器 (40)負入力端子 (41)アナログスイッチ (42)正入力端子 (ｅ)発振電圧 (Ｇ)ギャップ (Ｔ)温度信号 (Ｔ１)(Ｔ２)(Ｔｚ)温度 (Ｔｘ)特定温度 (ＴＨ)高温度域温度補償信号 (ＴＬ)低温度域温度補償信号 (Ｖ)ギャップ検出信号 (Ｖ1)(Ｖ2)(Ｖ2’)(Ｖ3)ギャップ信号（Ｅ１)(Ｅ２)基準電圧（Ｒ1）〜（Ｒ18）抵抗 (Ｒ８)(Ｒ９)可変抵抗器

フロントページの続きＦターム(参考） 2F063 AA23 AA50 BD11 CA10 CB01 DA01 DA04 DB03 DC08 DD02 GA08 LA05 LA11 LA23 LA27 2F077 AA13 FF31 TT11 TT35 UU07 5J081 AA02 BB04 CC17 EE02 EE03 FF07 FF08 FF11 FF23 HH02 HH06 KK03 KK24 MM01 MM03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検知電気材料に接近して設けられたセ
ンサ用コイルと、そのコイルと共振させるコンデンサを
備える発振回路と、発振回路の発振電圧を検出する検波
整流回路と、検波整流回路の出力電圧に対する被検知電
気材料とコイルの距離との関係を、直線的に対応させる
直線化回路とを具備するギャップ検出装置において、コイルの電気抵抗を計りコイルの周囲温度を電気値に変
換するコイル温度検出回路と、コイル温度検出回路の出力電圧が、被検知電気材料とコ
イルの距離を一定としたときの発振回路出力電圧対コイ
ル温度の温度特性曲線の極点より低い温度を示すとき、
コイル温度検出回路より得られる温度対出力電圧特性に
おける温度対出力信号の変化率がほぼ一定した温度対応
信号を、温度対出力信号の変化率を変更しうる電圧調整
回路により、別の変化率をもって温度にほぼ直線的に対
応する低温度域補正信号に変換し、その低温度域補正信
号を、前記直線化回路の前段において、検波整流回路の
出力電圧から得られるギャップ信号に加減するようにし
た低温度域補正回路とを設けてなることを特徴とする温
度補償付きギャップ検出装置。
【請求項２】被検知電気材料に接近して設けられたセ
ンサ用コイルと、そのコイルと共振させるコンデンサを
備える発振回路と、発振回路の発振電圧を検出する検波
整流回路と、検波整流回路の出力電圧に対する被検知電
気材料とコイルの距離との関係を、直線的に対応させる
直線化回路とを具備するギャップ検出装置において、コイルの電気抵抗を計りコイルの周囲温度を電気値に変
換するコイル温度検出回路と、コイル温度検出回路が出力する温度信号の出力電圧が、
ギャップ一定時の発振回路出力電圧対コイル温度の温度
特性曲線の極点より高い温度を示すとき、コイル温度検
出回路の出力電圧より得られる温度対出力信号の変化率
がほぼ一定した温度対応信号を、温度対出力信号の変化
率を変更しうる電圧調整回路により、別の変化率をもっ
て温度にほぼ直線的に対応する高温度域補正信号に変換
し、その高温度域補正信号を、前記直線化回路の後段に
おいて、検波整流回路の出力電圧から得られるギャップ
信号を直線化したギャップ信号に加減するようにした高
温度域補正回路とを設けてなることを特徴とする温度補
償付きギャップ検出装置。
【請求項３】被検知電気材料に接近して設けられたセ
ンサ用コイルと、そのコイルと共振させるコンデンサを
備える発振回路と、発振回路の発振電圧を検出する検波
整流回路と、検波整流回路の出力電圧に対する被検知電
気材料とコイルの距離との関係を、直線的に対応させる
直線化回路とを具備するギャップ検出装置において、コイルの電気抵抗を計りコイルの周囲温度を電気値に変
換するコイル温度検出回路と、コイル温度検出回路の出力電圧が、被検知電気材料とコ
イルの距離を一定としたときの発振回路出力電圧対コイ
ル温度の温度特性曲線の極点より低い温度を示すとき、
コイル温度検出回路より得られる温度対出力電圧特性に
おける温度対出力信号の変化率がほぼ一定した温度対応
信号を、温度対出力信号の変化率を変更しうる電圧調整
回路によって、別な変化率をもって温度にほぼ直線的に
対応する低温度域補正信号に変換し、その低温度域補正
信号を、前記直線化回路の前段において、検波整流回路
の出力電圧から得られるギャップ信号に加減するように
した低温度域補正回路と、コイル温度検出回路が出力する温度信号の出力電圧が、
ギャップ一定時の発振回路出力電圧対コイル温度の温度
特性曲線の極点より高い温度を示すとき、コイル温度検
出回路の出力電圧より得られる温度対出力信号の変化率
がほぼ一定した温度対応信号を、温度対出力信号の変化
率を変更しうる電圧調整回路により、別の変化率をもっ
て温度にほぼ直線的に対応する高温度域補正信号に変換
し、その高温度域補正信号を、前記直線化回路の後段に
おいて、検波整流回路の出力電圧から得られるギャップ
信号を直線化したギャップ信号に、加減するようにした
高温度域補正回路とを設けてなることを特徴とする温度
補償付きギャップ検出装置。