BRPI0805256A2

BRPI0805256A2 - measuring device for measuring the capacitance of a capacitive component, measuring device for measuring the amount of liquid in a vessel, and method for measuring the capacitance of a capacitive component

Info

Publication number: BRPI0805256A2
Authority: BR
Inventors: Andrei Uhov
Original assignee: Electrolux Home Prod Corp
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2011-10-18

Abstract

DISPOSITIVO DE MEDIçãO PARA MEDIR A CAPACITáNCIA DE UM COMPONENTE CAPACITIVO, APARELHO DE MEDIçãO PARA MEDIR A QUANTIDADE DE LìQUIDO EM UM VASO, E, MéTODO DE MEDIçãO DA CAPACITáNCIA DE UM COMPONENTE CAPACITIVO. Um método de medir a capacitância de um componente capacitivo (21), por meio do qual uma ponte digital com dois ramos de medição gera um primeiro sinal (B~ 1~) definido por um trem dos pulsos medidos (M) tendo uma frequência (f~ 1~) relacionada à capacitância desconhecida sendo medida, e um segundo sinal (B~ 2~) definido por um trem de pulsos de referência (L) tendo uma frequência (f~ 2~) relacionada a uma capacitância de referência (C~ REF~) de valor conhecido; a diferença de tempo (<30>T) entre os tempos (T1, T2) tomados pelos dois ramos de medição da ponte digital para gerar um número igual de pulsos (Th~ 1~, Th~ 2~) é calculada; a diferença de capacitância (<30>C) entre a capacitância desconhecida e a capacitância de referência (C~ REF~) é determinada como uma função da diferença de tempo (<30>T); e a capacitância desconhecida do componente capacitivo (21) é calculada com base na capacitância de referência (C~ REF~) e na diferença de capacitância (<30>C).MEASUREMENT DEVICE FOR MEASURING THE CAPACITY OF A CAPACITIVE COMPONENT, MEASURING DEVICE FOR MEASURING THE QUANTITY OF LIQUID IN A VASE, AND METHOD OF MEASURING THE CAPACITY OF A CAPACITIVE COMPONENT. A method of measuring the capacitance of a capacitive component (21), whereby a digital bridge with two measuring branches generates a first signal (B ~ 1 ~) defined by a train of the measured pulses (M) having a frequency ( f ~ 1 ~) related to the unknown capacitance being measured, and a second signal (B ~ 2 ~) defined by a reference pulse train (L) having a frequency (f ~ 2 ~) related to a reference capacitance (C ~ REF ~) of known value; the time difference (<30> T) between the times (T1, T2) taken by the two measuring branches of the digital bridge to generate an equal number of pulses (Th ~ 1 ~, Th ~ 2 ~) is calculated; the capacitance difference (<30> C) between the unknown capacitance and the reference capacitance (C ~ REF ~) is determined as a function of the time difference (<30> T); and the unknown capacitance of the capacitive component (21) is calculated based on the reference capacitance (C ~ REF ~) and the difference in capacitance (<30> C).

Description

"DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO PARA MEDIR A CAPACITÃNCIA DE UM COMPONENTE CAPACITIVO, APARELHO DE MEDIÇÃO PARA MEDIR A QUANTIDADE DE LÍQUIDO EM UM VASO, E, MÉTODO DE MEDIÇÃO DA CAPACITÃNCIA DE UM COMPONENTE CAPACITIVO""MEASURING DEVICE FOR MEASURING CAPABILITY OF A CAPABLE COMPONENT, MEASURING EQUIPMENT FOR MEASURING LIQUID IN A VASE, AND METHOD FOR MEASURING CAPACITY FOR A CAPABLE COMPONENT"

A presente invenção se refere a um método e a um dispositivo para medir a capacitância de um componente capacitivo.The present invention relates to a method and device for measuring the capacitance of a capacitive component.

Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método e a um dispositivo para determinar com precisão a capacitância de um componente capacitivo variando como uma função de uma quantidade física, como a quantidade de líquido em um vaso; a qual a seguinte descrição se refere puramente como exemplo.More specifically, the present invention relates to a method and device for accurately determining the capacitance of a capacitive component varying as a function of a physical amount, such as the amount of liquid in a vessel; which the following description refers purely by way of example.

Como é conhecido, alguns dispositivos eletrônicos usados atualmente para determinar a quantidade de líquido em um vaso, ou o aperto de uma chave, empregam um componente capacitivo variando em capacitância como uma função da quantidade a ser determinada; e um dispositivo de medição, conectado ao componente capacitivo, para medir sua capacitância e prover uma indicação quantitativa da quantidade física, provocando a variação na capacitância.As is known, some electronic devices currently used to determine the amount of liquid in a vessel, or the tightening of a key, employ a capacitive component ranging in capacitance as a function of the amount to be determined; and a measuring device, connected to the capacitive component, to measure its capacitance and provide a quantitative indication of the physical quantity, causing the variation in capacitance.

Alguns dispositivos de medição usados para as finalidades acima são de arquitetura de circuito digital, onde um estágio de multivibrador é conectado ao componente capacitivo para oscilar e gerar um trem de pulsos relacionado pela freqüência à capacitância do componente capacitivo. O estágio de multivibrador é conectado igualmente a um estágio de contagem que conta os pulsos gerados pelo estágio de multivibrador e, supre um sinal de interrupção, quando a contagem de pulso, como o de um instante inicial em que um sinal de reinicialização é recebido, alcança um limiar de contagem predeterminado.Some measuring devices used for the above purposes are digital circuit architecture, where a multivibrator stage is connected to the capacitive component to oscillate and generate a frequency-related pulse train to capacitive component capacitance. The multivibrator stage is also connected to a counting stage that counts the pulses generated by the multivibrator stage and supplies an interrupt signal when the pulse count, such as that of an initial instant when a reset signal is received, reaches a predetermined count threshold.

O sinal de reinicialização e o sinal de interrupção são gerados/recebidos por um microprocessador com um relógio interno para medir o intervalo de tempo entre o instante em que o sinal de reinicialização é gerado, e o instante em que o sinal de interrupção é recebido e, na base do qual, a capacitância do componente capacitivo é determinada.The reset signal and interrupt signal are generated / received by a microprocessor with an internal clock to measure the time interval between the instant the reset signal is generated and the instant the interrupt signal is received and , on the basis of which the capacitance of the capacitive component is determined.

Como um exemplo não limitativo, a figura 1 mostra um dispositivo de medição 1 de arquitetura digital como descrito acima, para medir a capacitância de um componente capacitivo 4 definido, por exemplo, por um capacitor. O capacitor compreende uma primeira placa, e uma segunda placa polarizada a um potencial de terra Vgnd e, a primeira e segunda placa definindo, respectivamente, um eletrodo de medição 4a e um eletrodo de referência 4b do dispositivo de medição 1, que são localizados, tipicamente, em um vaso para determinar um nível de líquido.As a non-limiting example, Figure 1 shows a digital architecture measuring device 1 as described above for measuring the capacitance of a capacitive component 4 defined, for example, by a capacitor. The capacitor comprises a first plate, and a second plate polarized to a ground potential Vgnd, and the first and second plate respectively defining a measuring electrode 4a and a reference electrode 4b of measuring device 1, which are located, typically in a vessel to determine a liquid level.

Mais especificamente, o dispositivo de medição 1 compreende, substancialmente, uma unidade de processamento de microprocessador 2, que gera um sinal de reinicialização R, sincronizado com o instante em que um relógio interno 2a é ativado, e que recebe um sinal de interrupção I, para parar o relógio; e um circuito gerador de pulso 3 compreendendo, por sua vez, um estágio de multivibrador 5 e um estágio de contagem 6.More specifically, metering device 1 substantially comprises a microprocessor processing unit 2 which generates a reset signal R synchronized with the time an internal clock 2a is activated and receives an interrupt signal I, to stop the clock; and a pulse generator circuit 3 comprising in turn a multivibrator stage 5 and a counting stage 6.

Mais especificamente, o estágio de multivibrador 5 tem um terminal 5a recebendo o sinal de reinicialização R; um terminal 5b conectado ao eletrodo de medição 4a; um terminal 5c conectado ao eletrodo de referência 4b; e uma saída 5d que gera um sinal de comutação B, definido por um trem de pulsos retangulares D relacionados pela freqüência à capacitância do componente capacitivo 4, como mostrado na figura 2.More specifically, the multivibrator stage 5 has a terminal 5a receiving the reset signal R; a terminal 5b connected to measuring electrode 4a; a terminal 5c connected to reference electrode 4b; and an output 5d which generates a switching signal B, defined by a frequency-related rectangular pulse train D to the capacitance of capacitive component 4, as shown in Figure 2.

Mais especificamente, o estágio de multivibrador 5 é definido, tipicamente, por um disparador de Schmitt e, o estágio de contagem 6 tem um terminal 6a que recebe o sinal de reinicialização R para começar a contagem dos pulsos D; um terminal 6b que recebe o trem de pulsos D; e um terminal 6c que gera o sinal de interrupção I, quando o número dos pulsos D alcança um limiar de disparador predeterminado Th. Com referência à figura 2, a capacitância do capacitor 4 é medida pelo dispositivo de medição 1 em intervalos de tempo predeterminados TI, cada um deles iniciado pelo microprocessador ao gerar o sinal de reinicialização R.More specifically, multivibrator stage 5 is typically defined by a Schmitt trigger and counting stage 6 has a terminal 6a which receives the reset signal R to begin counting pulses D; a terminal 6b which receives pulse train D; and a terminal 6c which generates the interrupt signal I, when the number of pulses D reaches a predetermined trigger threshold Th. Referring to FIG. 2, capacitance of capacitor 4 is measured by metering device 1 at predetermined time intervals TI , each of which is initiated by the microprocessor when generating the restart signal R.

Durante cada intervalo de tempo TI, o microprocessador 2 ativa o relógio e, ao mesmo tempo, supre o sinal de reinicialização R ao estágio de multivibrador 5 e ao estágio de contagem 6.During each TI time slot, microprocessor 2 activates the clock and at the same time supplies the reset signal R to multivibrator stage 5 and count stage 6.

Mais especificamente, o sinal de reinicialização R é recebido como um pulso de disparador pelo estágio de multivibrador 5, que comuta de uma condição de repouso para uma condição de oscilação (ponto P na figura 2) em que o estágio de multivibrador 5 gera os pulsos D com uma freqüência proporcional à capacitância do componente capacitivo 4.More specifically, the reset signal R is received as a trigger pulse by multivibrator stage 5, which switches from a rest condition to an oscillate condition (point P in figure 2) where multivibrator stage 5 generates the pulses. D with a frequency proportional to the capacitance of the capacitive component 4.

O sinal de reinicialização R começa igualmente a contagem dos pulsos D pelo estágio de contagem 6.The reset signal R also starts counting pulses D by counting stage 6.

Enquanto a contagem de pulso D estiver abaixo do limiar de disparador predeterminado Th, o sinal de interrupção I comuta para um primeiro, por exemplo, alto, nível de lógica. Inversamente, quando a contagem de pulso D iguala o limiar de disparador predeterminado Th (ponto E na figura 2), o sinal de interrupção I comuta para um segundo - neste caso, baixo - nível de lógica para parar a contagem de pulso. Neste momento, o microprocessador 2 determina o intervalo de tempo TA entre o começo e o fim da contagem de pulso e calcula, conseqüentemente, o valor da capacitância.As long as pulse count D is below the predetermined trigger threshold Th, the interrupt signal I switches to a first, eg high, logic level. Conversely, when pulse count D equals the predetermined trigger threshold Th (point E in Figure 2), interrupt signal I switches to one second - in this case, low - logic level to stop the pulse count. At this time, microprocessor 2 determines the time interval TA between the beginning and the end of the pulse count and therefore calculates the capacitance value.

Os dispositivos de medição do tipo acima operam particularmente bem ao medir grandes variações na capacitância, mas não tão bem no caso de variações pequenas.Measuring devices of the above type work particularly well when measuring large variations in capacitance, but not as well in the case of small variations.

É um objetivo da presente invenção, prover um dispositivo e um método para medir a capacitância de um componente capacitivo com um grau maior de precisão do que o de dispositivos conhecidos. De acordo com a presente invenção, são providos um dispositivo e um método para medir a capacitância de um componente capacitivo, como definido nas Reivindicações anexas.It is an object of the present invention to provide a device and method for measuring the capacitance of a capacitive component with a higher degree of accuracy than known devices. In accordance with the present invention there is provided a device and method for measuring the capacitance of a capacitive component as defined in the appended Claims.

Um modo de realização não limitativo da presente invenção será descrito como exemplo, com referência aos desenhos anexos, em que:A non-limiting embodiment of the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings in which:

A figura 1 mostra um diagrama de bloco de um dispositivo conhecido, para medir a capacitância de um componente capacitivo;Figure 1 shows a block diagram of a known device for measuring the capacitance of a capacitive component;

A figura 2 mostra um gráfico de tempo de sinais gerados pelo dispositivo de medição de capacitância da figura 1;Fig. 2 shows a time graph of signals generated by the capacitance measuring device of Fig. 1;

A figura 3 mostra um diagrama de bloco de um dispositivo de medição de capacitância, de acordo com a presente invenção;Figure 3 shows a block diagram of a capacitance measuring device according to the present invention;

A figura 4 mostra um gráfico de tempo dos sinais gerados perto pelo dispositivo de medição de capacitância da figura 3;Fig. 4 shows a time graph of the signals generated near by the capacitance measuring device of Fig. 3;

A figura 5 mostra, esquematicamente, uma possível aplicação do dispositivo de medição da figura 3 em um aparelho para medir a quantidade de líquido em um vaso.Fig. 5 schematically shows a possible application of the metering device of Fig. 3 to an apparatus for measuring the amount of liquid in a vessel.

A presente invenção está baseada substancialmente no princípio de:The present invention is based substantially on the principle of:

- gerar, por meio de uma ponte digital com dois ramos de medição, um primeiro sinal definido por um trem de pulsos relacionados pela freqüência à capacitância desconhecida a ser determinada, e um segundo sinal definido por um trem de pulsos relacionados pela freqüência a uma capacitância de referência de valor conhecido;- generate, by means of a digital bridge with two measuring branches, a first signal defined by a frequency-related pulse train to the unknown capacitance to be determined, and a second signal defined by a frequency-related pulse train to a capacitance. reference value of known value;

- calcular a diferença nos tempos tomados pelos dois ramos de medição da ponte digital para gerar um número igual de pulsos:- calculate the difference in the time taken by the two digital bridge measuring branches to generate an equal number of pulses:

- determinar a diferença entre a capacitância desconhecida e a capacitância de referência, como uma função da diferença nos tempos tomados pelos dois ramos de medição da ponte digital, para gerar um número igual de pulsos; e - calcular a capacitância desconhecida baseada na capacitância de referência e, na diferença calculada acima.- determine the difference between unknown capacitance and reference capacitance as a function of the difference in times taken by the two digital bridge measuring branches to generate an equal number of pulses; and - calculate the unknown capacitance based on the reference capacitance and the difference calculated above.

A figura 3 mostra um diagrama de bloco de um dispositivo de medição 20 para medir a capacitância de um componente capacitivo de acordo com a presente invenção.Figure 3 shows a block diagram of a measuring device 20 for measuring the capacitance of a capacitive component according to the present invention.

Mais especificamente, no modo de realização da figura 3, o componente capacitivo 21 tem uma primeira placa, e uma segunda placa polarizada a um potencial da referência, de preferência, mas não necessariamente, um potencial de terra Vgnd; e a primeira e a segunda placa definindo, respectivamente, um eletrodo de medição 21a e um eletrodo de referência 21b do dispositivo de medição 20.More specifically, in the embodiment of Figure 3, capacitive component 21 has a first plate, and a second plate polarized to a reference potential, preferably, but not necessarily, a ground potential Vgnd; and the first and second plate defining respectively a measuring electrode 21a and a reference electrode 21b of the measuring device 20.

O dispositivo de medição 20 compreende substancialmente um circuito gerador de pulso 23, ao qual é conectado o componente capacitivo 21 cuja capacitância deve ser determinada; um circuito gerador de pulso 24, ao qual é conectado um componente capacitivo 25 de referência, por exemplo, um capacitor tendo uma capacitância de referência Cref, de valor constante conhecido; um circuito de lógica 26 para gerar um sinal de lógica que assume um nível de lógica para um tempo relacionado, em particular, proporcional à diferença AC entre a capacitância de referência Cref e a capacitância desconhecida que está sendo medida, como descrito, abaixo, em detalhe; e uma unidade de processamento 22 configurada para determinar a capacitância desconhecida que está sendo medida, como uma função da diferença AC e o valor da capacitância de referência Cref-The measuring device 20 substantially comprises a pulse generator circuit 23 to which the capacitive component 21 whose capacitance is to be determined is connected; a pulse generator circuit 24 to which a capacitive reference component 25 is connected, for example a capacitor having a known constant value Cref reference capacitance; a logic circuit 26 for generating a logic signal that assumes a logic level for a related time, in particular proportional to the AC difference between the Cref reference capacitance and the unknown capacitance being measured, as described below in detail; and a processing unit 22 configured to determine the unknown capacitance being measured as a function of the AC difference and the value of the reference capacitance Cref-

Mais especificamente, no exemplo na figura 3, os circuitos geradores de pulso 23 e 24, ambos, com a mesma arquitetura digital do circuito gerador de pulso 3, na figura 1, por exemplo, compreendem, cada um deles, um estágio de multivibrador e um estágio de contagem.More specifically, in the example in Figure 3, pulse generator circuits 23 and 24, both having the same digital architecture as pulse generator circuit 3, in Figure 1, for example, each comprise a multivibrator stage and a counting stage.

Mais especificamente, o circuito gerador de pulso 23 compreende um estágio de multivibrador 23 a, de preferência, embora não necessariamente, definido por um disparador de Schmitt ou qualquer outro circuito multivibrador similar, por exemplo, um multivibrador bi-estável, tendo um terminal de entrada 27 recebendo um sinal de reinicialização R; um primeiro e segundo terminal de entrada 28, 29 conectados, respectivamente, ao eletrodo de medição 21a e ao eletrodo de referência 21b do componente capacitivo 21; e um terminal de saída 30 que supre um sinal de comutação Bi definido por um trem de medições de pulsos M tendo uma freqüência fi relacionada à capacitância do componente capacitivo 21.More specifically, the pulse generator circuit 23 comprises a multivibrator stage 23a, preferably, though not necessarily, defined by a Schmitt trigger or any other similar multivibrator circuit, for example, a bistable multivibrator, having a signal terminal. input 27 receiving a reset signal R; a first and second input terminal 28, 29 connected respectively to measuring electrode 21a and reference electrode 21b of capacitive component 21; and an output terminal 30 providing a switching signal Bi defined by a pulse measurement train M having a frequency related to the capacitance of capacitive component 21.

O circuito gerador de pulso 23 também compreende um estágio de contagem 23b, compreendendo, por sua vez, um terminal de 20entrada 31 recebendo o sinal de reinicialização R, que também inicia a contagem de pulsos de medição M pelo estágio de contagem 23b; um sinal de entrada 32 recebendo o sinal de comutação Bi; e um terminal de saída 33 suprindo um sinal de interrupção li.The pulse generator circuit 23 also comprises a counting stage 23b, which in turn comprises an input terminal 31 receiving the reset signal R, which also initiates the measurement pulse count M by the counting stage 23b; an input signal 32 receiving the switching signal Bi; and an output terminal 33 providing an interrupt signal li.

Enquanto a contagem de medição de pulso M estiver abaixo de um primeiro limiar de disparador Thi, o estágio de contagem 23b comuta o sinal de interrupção Ii para um primeiro, por exemplo, alto, nível de lógica. Inversamente, quando a contagem de medição de pulso M iguala um limiar de disparador predeterminado Thi (ponto F na figura 4), o estágio contador 23b comuta o sinal de interrupção Ii para um segundo - neste caso, baixo - nível de lógica para parar a contagem de medição de pulso M.As long as pulse measurement count M is below a first trigger threshold Thi, count stage 23b switches interrupt signal Ii to a first, for example, high logic level. Conversely, when the pulse metering count M equals a predetermined trigger threshold Thi (point F in Figure 4), counter stage 23b switches interrupt signal Ii to one second - in this case, low - logic level to stop the trip. pulse measurement count M.

O circuito gerador de pulso 24 compreende um estágio de multivibrador 24a, de preferência, embora não necessariamente, definido por um disparador de Schmitt ou por qualquer outro circuito de multivibrador similar, por exemplo, um multivibrador bi-estável, tendo um terminal de entrada 35 recebendo um sinal de reinicialização R; um primeiro e um segundo terminal de entrada 36, 37 conectados, respectivamente, a um primeiro e segundo terminal do componente capacitivo de referência 25; e um terminal de saída 38 que supre um sinal de comutação B2 definido por um trem de pulsos de referência L tendo uma freqüência f2 relacionada à capacitância de referência CREF do componente capacitivo de referência 25.Pulse generator circuit 24 comprises a multivibrator stage 24a, preferably, although not necessarily, defined by a Schmitt trigger or any other similar multivibrator circuit, for example, a bistable multivibrator having an input terminal 35. receiving a reset signal R; a first and a second input terminal 36, 37 respectively connected to a first and second terminal of the capacitive reference component 25; and an output terminal 38 that supplies a switching signal B2 defined by a reference pulse train L having a frequency f2 related to the CREF reference capacitance of the reference capacitive component 25.

O circuito gerador de pulso 24 compreende, igualmente, um estágio de contagem 24b, compreendendo, por sua vez, um terminal de entrada 39 recebendo o sinal de reinicialização R que também inicia a contagem de pulsos de referência L pelo estágio de contagem 24b; um terminal de entrada 40 recebendo o sinal de interrupção B2; e um terminal de saída 41 suprindo um sinal de interrupção I2.The pulse generator circuit 24 also comprises a counting stage 24b, which in turn comprises an input terminal 39 receiving the reset signal R which also initiates the reference pulse counting L through the counting stage 24b; an input terminal 40 receiving interrupt signal B2; and an output terminal 41 supplying an interrupt signal I2.

Enquanto a contagem do pulso de referência L estiver abaixo de um segundo limiar de disparador predeterminado Th2 (por exemplo, Th2 = Thi), o estágio de contagem 24b comuta o sinal de interrupção I2 para um primeiro, por exemplo, alto, nível de lógica. Inversamente, quando a contagem do pulso de referência L iguala um limiar de disparador predeterminado Th2 (ponto U na figura 4), o estágio de contagem 24b comuta o sinal de interrupção I2 para um segundo - neste caso, baixo - nível de lógica para parar a contagem do pulso de referência L.As long as the reference pulse count L is below a second predetermined trigger threshold Th2 (e.g. Th2 = Thi), counting stage 24b switches interrupt signal I2 to a first, eg high, logic level. . Conversely, when the reference pulse count L equals a predetermined trigger threshold Th2 (point U in figure 4), the counting stage 24b switches interrupt signal I2 to one second - in this case, low level logic to stop. the reference pulse count L.

O circuito de lógica 26 compreende um primeiro e um segundo terminal de entrada 42, 43 recebendo sinais de interrupção, I1, I2, respectivamente; e um terminal de saída 44 gerando o sinal de lógica ST, que assume um primeiro, por exemplo, baixo, nível de lógica quando ambos os sinais de interrupção I1 e I2 estão no mesmo nível de lógica, e, inversamente, assume um segundo, por exemplo, alto, nível de lógica quando os sinais de interrupção I1 e I2 estão em níveis de lógica diferentes.Logic circuit 26 comprises a first and a second input terminal 42, 43 receiving interrupt signals, I1, I2, respectively; and an output terminal 44 generating the logic signal ST, which assumes a first, e.g. low, logic level when both interrupt signals I1 and I2 are at the same logic level, and conversely, assume a second, for example, high logic level when interrupt signals I1 and I2 are at different logic levels.

Mais especificamente, o circuito de lógica 26 pode compreender um portão XOR ou qualquer circuito similar.More specifically, logic circuit 26 may comprise an XOR gate or any similar circuit.

A unidade de processamento 22, por exemplo, é do tipo microprocessador, e compreende uma saída que gera o sinal de reinicialização R para sincronizar a oscilação e a contagem de pulso dos dois circuitos geradores de pulso 23 e 24; e uma entrada recebendo o sinal de lógica ST. Da duração de um nível de lógica de sinal ST, a unidade de processamento 22 pode determinar a diferença de tempo ΔΤ entre os tempos T1 e T2 tomados pelos dois circuitos geradores de pulso 23 e 24 do dispositivo de medição 20 para gerar um número igual de pulsos.The processing unit 22, for example, is microprocessor type, and comprises an output that generates the reset signal R to synchronize oscillation and pulse counting of the two pulse generating circuits 23 and 24; and an input receiving the logic signal ST. Of the length of one level of ST signal logic, processing unit 22 can determine the time difference ΔΤ between times T1 and T2 taken by the two pulse generator circuits 23 and 24 of metering device 20 to generate an equal number of times. wrists.

Com base na diferença de tempo ΔΤ, a unidade de processamento 22 pode, igualmente, determinar a diferença na capacitância AC entre o componente capacitivo de referência 25 e, o componente capacitivo 21 e, deste modo, calcular a capacitância do componente capacitivo 21 em função da diferença de capacitância AC e da capacitância de referência Cref-Based on the time difference ΔΤ, processing unit 22 can also determine the difference in AC capacitance between reference capacitive component 25 and capacitive component 21 and thereby calculate capacitance of capacitive component 21 as a function of AC capacitance difference and Cref reference capacitance.

O método de operação do dispositivo de medição 20 será, agora, descrito com referência à figura 4, e assumindo limiares de disparador Th1 e Th2 iguais ao número η de 256 pulsos, e que a capacitância de referência Cref difira da capacitância desconhecida que está sendo medida, e, seja tal que, a freqüência f2, dos pulsos de referência L, gerados pelo circuito gerador de pulso 24, iguale substancialmente a freqüência f1 dos pulsos de medição M, gerados pelo circuito gerador de pulso 23.The method of operation of metering device 20 will now be described with reference to FIG. 4, and assuming trigger thresholds Th1 and Th2 equal to the number η of 256 pulses, and that the reference capacitance Cref differs from the unknown capacitance being used. such that the frequency f2 of the reference pulses L generated by the pulse generator circuit 24 substantially equals the frequency f1 of the measurement pulses M generated by the pulse generator circuit 23.

Primeiramente, a unidade de processamento 22 gera o sinal de reinicialização R, que, por um lado, atua como um disparador para ativar a oscilação dos estágios de multivibrador 23a e 24a, e, por outro, inicia a contagem de pulso pelos estágios de contagem 23b e 24b.First, processing unit 22 generates the reset signal R, which on the one hand acts as a trigger to activate oscillation of multivibrator stages 23a and 24a, and on the other hand initiates pulse counting through the counting stages. 23b and 24b.

Mais especificamente, o estágio de multivibrador 23 a gera o sinal de pulso Bj que contém o trem de pulsos de medição M, de freqüência fi e, ao mesmo tempo, o multivibrador 24a gera o sinal de pulso B2, que contem os pulsos de referência L, de freqüência f2.More specifically, the multivibrator stage 23a generates the pulse signal Bj containing the pulse frequency metering train M, and at the same time the multivibrator 24a generates the pulse signal B2 which contains the reference pulses. L, of frequency f2.

Nesta etapa, os estágios contrários 23b e 24b contam pulsos de medição M e pulsos de referência L, respectivamente.In this step, the counter stages 23b and 24b contain measuring pulses M and reference pulses L, respectively.

Quando a contagem de medição de pulso M alcança o limiar de disparador Thi, o estágio de contagem 23b comuta o sinal de interrupção Ii do nível de lógica alto para o baixo; e, ao mesmo tempo, quando a contagem do pulso de referência L alcança o limiar disparador Th2, o estágio de contagem 24b comuta o sinal de interrupção I2, do nível de lógica alto para o baixo.When the pulse metering count M reaches the trigger threshold Thi, the counting stage 23b switches the interrupt signal Ii from the high logic level to the low; and at the same time, when the reference pulse count L reaches the trigger threshold Th2, the counting stage 24b switches the interrupt signal I2 from the high to low logic level.

A capacitância desconhecida e a capacitância de referência sendo diferentes, os sinais de interrupção I1 e I2 comutam em instantes diferentes.The unknown capacitance and reference capacitance being different, the interrupt signals I1 and I2 switch at different times.

Mais especificamente, no exemplo da figura 4, o sinal de interrupção I1 comuta antes do sinal de interrupção I2. No intervalo entre as duas comutações, os sinais de interrupção I1 e I2 estão, conseqüentemente, em níveis de lógica diferentes, de modo que, o circuito de lógica 26 comuta o sinal ST de um nível de lógica baixo, para um alto, durante todo o intervalo de tempo em que esta condição persiste, e que termina no instante em que o sinal de interrupção I2 comuta.More specifically, in the example of Fig. 4, interrupt signal I1 switches before interrupt signal I2. In the interval between the two switches, interrupt signals I1 and I2 are therefore at different logic levels, so that logic circuit 26 switches signal ST from low to high throughout the logic. the length of time that this condition persists and ends the instant the interrupt signal I2 switches.

Por conseguinte, o intervalo de tempo ΔΤ representa a diferença entre o tempo T1 proporcional ao valor da capacitância desconhecida, e o tempo T2, proporcional ao valor da capacitância de referência Cref.Therefore, the time interval ΔΤ represents the difference between the time T1 proportional to the unknown capacitance value and the time T2 proportional to the Cref reference capacitance value.

Conseqüentemente o sinal ST contém um pulso quadrado de uma duração que corresponde ao intervalo de tempo ΔΤ, e que é suprido à unidade de processamento 22.Consequently the signal ST contains a square pulse of a duration which corresponds to the time interval ΔΤ and which is supplied to processing unit 22.

Neste ponto, a unidade de processamento 22 determina a diferença de capacitância AC, entre a capacitância de referência Cref e a capacitância desconhecida que está sendo medida, como uma função do intervalo de tempo ΔΤ e, de acordo com a equação:At this point, processing unit 22 determines the AC capacitance difference between the Cref reference capacitance and the unknown capacitance being measured as a function of the time interval ΔΤ and, according to the equation:

AC=f (ΔΤ) = AT/(R*K)AC = f (ΔΤ) = AT / (R * K)

em que R é a resistência de um resistor no disparador de Schmitt; K é uma constante.where R is the resistance of a resistor in the Schmitt trigger; K is a constant.

Neste ponto, a unidade de processamento 22 determina a capacitância desconhecida do componente capacitivo 21, baseada no valor da capacitância de referência CREF e, na diferença de capacitância ΔC.At this point, processing unit 22 determines the unknown capacitance of capacitive component 21, based on the CREF reference capacitance value and the capacitance difference ΔC.

Com referência à figura 3, para tornar o dispositivo de medição 20 particularmente insensível ao ruído eletromagnético externo, um eletrodo de compensação 45 pode ser conectado ao terminal de entrada 36 do estágio de multivibrador 24a, para suprir o estágio de multivibrador 24a com ruído eletromagnético idêntico àquele suprido ao estágio de multivibrador 23a pelo eletrodo de medição 21a.Referring to Figure 3, to make the metering device 20 particularly insensitive to external electromagnetic noise, a compensating electrode 45 may be connected to the input terminal 36 of multivibrator stage 24a to supply identical multivibrator stage 24a with identical electromagnetic noise. that supplied to the multivibrator stage 23a by the measuring electrode 21a.

Quaisquer variações produzidas pelo ruído eletromagnético externo nos sinais de interrupção I1 e I2 são, então, idênticas, devido os dois circuitos geradores de pulso 23, 24 ter a mesma configuração de circuito e receber os mesmos sinais de ruído.Any variations produced by external electromagnetic noise on interrupt signals I1 and I2 are then identical because the two pulse generating circuits 23, 24 have the same circuit configuration and receive the same noise signals.

Mais especificamente, sendo idênticas, as variações induzidas pelo ruído não têm absolutamente nenhum efeito na medição da capacitância e, de fato, são reduzidas pelo circuito de lógica 26 que determina a diferença nos instantes da comutação dos sinais de interrupção I1 e I2.More specifically, being identical, noise-induced variations have absolutely no effect on capacitance measurement and, in fact, are reduced by logic circuit 26 which determines the difference in switching times of interrupt signals I1 and I2.

Deveria igualmente ser mostrado que, para a compensação particularmente efetiva do ruído, o estágio de multivibrador 24a teria que ser definido por um circuito idêntico ao circuito eletrônico do estágio de multivibrador 23a, e, ao mesmo tempo, o estágio de contagem 23b teria que ser definido por um circuito idêntico ao circuito eletrônico do estágio de contagem 24b.It should also be shown that for particularly effective noise compensation, the multivibrator stage 24a would have to be defined by a circuit identical to the electronic circuit of the multivibrator stage 23a, and at the same time the counting stage 23b would have to be defined. defined by a circuit identical to the electronic circuit of the counting stage 24b.

Em conexão com o acima, deveria ser mostrado que, em um modo de realização não mostrado, o dispositivo de medição 20 é conectável por um circuito de comutação (por exemplo, um multiplexador) a um número de componentes capacitivos para a medição. Sincronizando-se apropriadamente a comutação do circuito de comutação, o dispositivo de medição 20 pode, conseqüentemente, medir as capacitâncias de um grande número de componentes capacitivos 21. A figura 5 mostra uma aplicação possível do dispositivo de medição 20, em um aparelho 50, para medir o nível de um líquido L em um vaso 51.In connection with the above, it should be shown that, in an embodiment not shown, the measuring device 20 is connectable by a switching circuit (e.g. a multiplexer) to a number of capacitive components for measurement. By appropriately synchronizing the switching of the switching circuit, the measuring device 20 can therefore measure the capacitance of a large number of capacitive components 21. Figure 5 shows a possible application of the measuring device 20 to an apparatus 50, to measure the level of a liquid L in a vessel 51.

Mais especificamente, no exemplo da figura 5, o componente capacitivo 21 que está sendo medido, tem o eletrodo de medição 21a, e o eletrodo de referência 21b, instalados no interior ou na parte externa do vaso 51. Por exemplo, o eletrodo de medição 21a e o eletrodo de referência 21b podem ser posicionados voltados um para o outro e paralelos às paredes internas ou externas do vaso 51, e podem ser instalados no, ou incorporados ao vaso 51.More specifically, in the example of Fig. 5, the capacitive component 21 being measured has metering electrode 21a and reference electrode 21b installed inside or outside of vessel 51. For example, metering electrode 21a and reference electrode 21b may be positioned facing each other and parallel to the inner or outer walls of vessel 51, and may be installed in or incorporated in vessel 51.

O aparelho de medição 50 compreende, igualmente, de preferência, o eletrodo de compensação 45, que é instalado no vaso 51, perto do eletrodo de medição 21a, de modo a receber os mesmos sinais de ruído e supri-los ao circuito gerador de pulso 24 ao qual está conectado.The measuring apparatus 50 preferably also comprises the compensating electrode 45 which is installed in the vessel 51 near the measuring electrode 21a so as to receive the same noise signals and supply them to the pulse generator circuit. 24 to which it is connected.

Uma variação na quantidade de líquido L no vaso 51 produz uma variação correspondente na capacitância do componente capacitivo 21, que é medida pelo dispositivo de medição 20; e a unidade de processamento 22 determina, como uma função da medição da capacitância, a quantidade correspondente de líquido L, no vaso 51.A variation in the amount of liquid L in vessel 51 produces a corresponding variation in capacitance of capacitive component 21, which is measured by metering device 20; and processing unit 22 determines, as a function of capacitance measurement, the corresponding amount of liquid L in vessel 51.

Além de ser de produção direta e barata, o dispositivo de medição 20 descrito acima, tem a vantagem principal de medir, com precisão, variações na capacitância, tanto grandes, quanto pequenas.In addition to being direct and inexpensive to produce, the measuring device 20 described above has the main advantage of accurately measuring both large and small capacitance variations.

Além disso, usando o eletrodo de compensação 45, o dispositivo de medição 20 compensa qualquer ruído de entrada, particularmente no eletrodo de medição, e é, conseqüentemente, altamente resistente ao ruído eletromagnético.In addition, using compensating electrode 45, metering device 20 compensates for any input noise, particularly on the metering electrode, and is therefore highly resistant to electromagnetic noise.

Claramente, mudanças podem ser feitas ao dispositivo e método como aqui descritos sem, no entanto, fugir do escopo da presente invenção, como definido nas reivindicações anexas.Clearly, changes may be made to the device and method as described herein without, however, departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Claims

Measuring device (20) for measuring the capacitance of a capacitive component (21), characterized in that it comprises: - pulse generating means (23, 24), which are connected to the capacitive component (21) whose capacitance is being measured to generate a first pulse train (M) of a frequency (fj) related to the unknown capacitance being measured, and are connected to a capacitive reference component (25) having a known reference capacitance (Cref) to generate a second pulse train (L) of a frequency (f2) related to said reference capacitance (Cref); and - processing means (22, 26) connected to said pulse generating means (23,24) and configured to determine the time difference (ΔΤ) between the times (TI, T2) taken by the first and second pulse train. (M, L) to reach a given number of pulses (Thi, Th2), and to calculate the difference (AC) between unknown capacitance and reference capacitance (Cref) as a function of the mentioned time difference (ΔΤ).

Measuring device according to claim 1, characterized in that said pulse generating means (23, -24) comprise: - first pulse generating means (23) connected to the capacitive component (21) whose capacitance is being measured to generate a first interrupt signal (I1) when the number of pulses in said first pulse train (M) satisfies a given relationship with a first threshold (Thj); second pulse generation means (24) connected to said reference capacitive component (25) having said known reference capacitance (Cref) 5 to generate a second interrupt signal (I2) when the number of pulses in said second train of pulses (L) satisfies a given relationship with a second threshold (Th2); said processing means (22, 26) receiving said first (I1) and second (I2) interrupt signal, and being configured to determine the time difference (ΔΤ) corresponding to the time interval (ΔΤ) between the moments in which first (I1) and second (I2) interrupt signals are generated.

Measuring device according to claim 2, characterized in that said first pulse generating means (23) comprises a multivibrator stage (23a) connected to said capacitive component (21) whose capacitance is being measured. for generating said first pulse train (M), and a counting stage (23b) receiving the pulses (M) in the first train and generating said first interrupt signal (li); and by the fact that said second pulse generation means (24) comprises a multivibrator stage (24a) connected to said reference capacitive component (25) to generate said second pulse train (L) 5 and a counting (24b) receiving said pulses (L) in the second train and generating said second interrupt signal (I2).

Measuring device according to claim 3, characterized in that said multivibrator stage (24a) of said second pulse generation means (24) comprises an electronic circuit similar to the multivibrator stage electronic circuit (23a). ) of said first pulse generation means (23).

Measuring device according to claim 3 or 4, characterized in that said counting stage (24b) of said second pulse generating means (24) comprises an electronic circuit similar to the counting stage electronic circuit. (23b) of said first pulse generating means (23).

Measuring device according to any one of claims 3 to 5, characterized in that said capacitive component (21) whose capacitance is being measured comprises a first and a second plate, respectively, defining a measuring electrode (21a). ) and a reference electrode (21b) of said measuring device (20); said multivibrator stage (23a) of the first pulse generating means (23) having a first and a second terminal connected respectively to said measuring electrode (21a) and said reference electrode (21b).

Measuring device according to any one of claims 3 to 6, characterized in that said multivibrator stage (24a) of the second pulse generation means (24) has two input terminals connected to two terminals of said one. capacitive reference component (25); said measuring device (20) comprising at least one compensation electrode (45) connected to one of the input terminals of said multivibrator stage (24a) of the second pulse generating means (24).

Measuring device according to claim 7, characterized in that said compensating electrode (45) is located near said measuring electrode (21a), so that the same noise is supplied to the second generating means. (24) and to said first pulse generation means (23).

Measuring device according to any one of claims 2 to 8, characterized in that said processing means (22, 26) comprises a logic circuit (26) receiving said first (I1) and second (I2) circuits. ) interrupt signals to generate a logic signal (ST), which assumes a first logic value when said first (I1) and second (I2) interrupt signals are at the same logic level, and conversely, assume a second logic level when said first (I1) and second (I2) interrupt signals are at different logic levels.

Measuring device according to claim 9, characterized in that said processing means (22, -26) comprise a processing unit (22) which receives and processes the logic signal (ST) to determine the mentioned time difference (ΔΤ) and the corresponding difference in capacitance (AC); said processing unit (22) which also determines the unknown capacitance of capacitive component (21) being measured as a function of said capacitance difference (AC) and said reference capacitance (Cref) ·

Measuring apparatus (50) for measuring the amount of liquid in a vessel (51), characterized in that it comprises a measuring device (20) according to any one of the preceding claims, and wherein said capacitive component (21). ) whose capacitance is being measured comprises a first and a second plate, respectively, defining a measuring electrode (21a) and a reference electrode (21b) of said measuring device, which are fitted to the vessel (51) to define, with the liquid in the vessel (51), a capacitor whose capacitance varies as a function of the amount of liquid in said vessel (51); said processing means (26) of said measuring device (20) determining the amount of liquid in the vessel (51) as a function of the measured capacitance of the capacitive component (21).

Measuring apparatus (50) according to claim 11, characterized in that said measuring electrode (21a) and said reference electrode (21b) are fitted to or incorporated in said vessel (21). 51).

13. Capacitance measurement method of a capacitive component (21), characterized in that it comprises the steps of: a) connecting said capacitive component (21), whose capacitance is being measured, to the pulse generating means (23); 24) to generate a first pulse train (M) having a frequency (fi) related to the unknown capacitance being measured; b) connecting a capacitive reference component (25) having a known reference capacitance (Cref) 5 to said pulse generating means (23, 24) to generate a second pulse train (L) having a frequency (f2) related to said reference capacitance (Cref); c) connecting said pulse generating means (23, 24) to the processing means (22, 26) to determine the time difference (ΔΤ) between the times (TI, T2) taken by the first and second pulse train ( M, L) to reach a given number of pulses (Thi, Th2); and d) calculating, by means of said processing means (22, 26), the difference in capacitance (AC) between the unknown capacitance of capacitive component (21) and reference capacitance (Cref) as a function of said time difference. (ΔΤ).

A method according to claim 13, characterized in that: - said step a) comprises the step of connecting said capacitive component (21) to the first pulse generating means (23) to generate a first pulse signal. interruption (II) when the number of pulses in said first pulse train (M) satisfies a given relationship with a first threshold (Th1); - said step b) comprises the step of connecting said reference capacitive component (25) to the second pulse generation means (24) to generate a second interrupt signal (I2) when the number of pulses in said second pulse train. pulses (L) satisfy a given relationship with a second threshold (Th2); - said step c) comprises the step of calculating the time difference (ΔΤ) between the times at which the first (II) and second (I2) interrupt signals are generated.

A method according to claim 14, characterized in that said first pulse generating means (23) comprises a multivibrator stage (23a) connected to said capacitive component (21) whose capacitance is being measured to generating said first pulse train (M), and a counting stage (23b) receiving the pulses (M) in the first train and generating said first interrupt signal (II); and by the fact that said second pulse generating means (24) comprises a multivibrator stage (24a) connected to said reference capacitive component (25) to generate said second pulse train (L), and a counting (24b) receiving said pulses (L) in the second train and generating said second interrupt signal (I2).

A method according to claim 15, characterized in that it comprises the step of providing a multivibrator stage (24a) of said second pulse generating means (24) having an electronic circuit similar to the multivibrator stage electronic circuit (24a). 23 a) of said first pulse generating means (23).

Method according to claim 15 or 16, characterized in that it provides a counting stage (24b) of said second pulse generation means (24) having an electronic circuit similar to the counting stage electronic circuit (23b). ) of said first pulse generation means (23).

Method according to any one of claims 17, characterized in that said capacitive component (21) whose capacitance is being measured comprises a first and a second plate, respectively, defining a measuring electrode (21a) and a reference electrode (21b) of said measuring device (20); said step a) comprising the step of connecting a first and second terminal of said multivibrator stage (23a) of the first pulse generating means (23) to said measuring electrode (21a) and said reference electrode ( 21b), respectively.

A method according to claim 18, characterized in that said multivibrator stage (24a) of the second pulse generation means (24) has two input terminals connected to two terminals of said capacitive reference component (25). ); said step b) comprising the step of connecting at least one compensation electrode (45) to one of the input terminals of said multivibrator stage (24a) of the second pulse generation means (24).

Method according to claim 19, characterized in that it comprises the step of positioning said compensation electrode (45) next to said measuring electrode (21a), so that the same noise is supplied to the first (23) and to the second (24) pulse generation means.