Anordnung zur Auslösung von Schaltvorgängen in Abhängigkeit von Kapazitätsänderungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Auslösung von Schaltvorgängen in Abhängigkeit von Kapazitätsänderungen mit einem Oszillator, dessen Schwingungseinsatz und Aussetzen von der zu messenden Kapazität abhängt, und mit Einrichtungen, welche auf das Einsetzen bzw. das Aussetzen der Oszillatorschwingungen ansprechen und in Abhängigkeit davon Schalter steuern.
Derartige Anordnungen werden insbesondere als kapazitive Grenzschalter zur Überwachung oder Steuerung des Füllstandes von Behältern benutzt. In diesem Fall ist die zu messende Kapazität beispielsweise die Kapazität zwischen der an Masse liegenden Behälterwand und einem in den Behälter ragnden Sondenstift.
Diese Kapazität hängt von der Höhe des Füllguts in dem Behälter ab. Sobald der Füllstand eine bestimmte Höhe erreicht hat, hat sich diese Kapazität so verändert, dass die Schwingungen des Oszillators einsetzen, und der durch den Schwingungseinsatz ausgelöste Schaltvorgang kann eine Anzeigevorrichtung steuern, die das Erreichen der zulässigen Füllhöhe anzeigt, oder selbsttätige Steueroder Regelvorgänge auslösen. Sobald der Füllstand wieder soweit gesunken ist, dass auf Grund der erfolgten Kapazitätsänderung die Schwingungen des Oszillators wieder aussetzen, wird der Schaltvorgang rückgängig gemacht, so dass die Anzeige gelöscht wird bzw. die Steuer- oder Regelvorgänge umgeschaltet werden.
Bei derartigen kapazitiven Grenzschaltern besteht die Forderung, dass die Anordnung jeweils bei genau dem gleichen Wert der zu messenden Kapazität anspricht, und dass ein eindeutiger und exakter Schaltvorgang ausgelöst wird, sobald der vorgegebene Kapazitätswert erreicht wird. Insbesondere muss vermieden werden, dass bei Schwankungen um diesen Kapazitätswert instabile Betriebszustände auftreten. Ferner soll die Schaltung auch über eine längere Zeit möglichst stabil arbeiten und von Schwankungen der Umgebungstemperatur oder anderen Umgebungsbedingungen möglichst unabhängig sein.
Die üblichen Hochfrequenzoszillatoren erfüllen diese Bedingungen nur in sehr unvoukommener Weise. Insbesondere zeigen alle üblichen rückgekoppelten Oszillatoren mit Röhren und Transistoren die Erscheinung, dass die Schwingung bei Änderung der Schwingkreiskapazität nur allmählich einsetzt, wobei die sich einstellende Amplitude der Oszillatorschwingung der Zunahme bzw.
Abnahme der Schwingkreiskapazität annähernd proportional ist. Dieses Verhalten ist zur Auslösung exakter Schaltvorgänge sehr ungünstig. Es sind dann besondere zusätzliche Schaltungen erforderlich, welche das Erreichen einer bestimmten Schwingungsamplitude feststellen und in Abhängigkeit davon den Schaltvorgang auslösen.
Es wurde bereits versucht, Iden Schwingungseinsatz durch eine Rückkopplung über mehrere Stufen hinweg plötzlicher zu gestalten, doch ergibt diese Lösung erneute Schwierigkeiten, insbesondere wenn die Schaltungen mit Transistoren bestückt sind, weil es dann schwierig ist, die erforderliche Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere eine gute Temperaturkompensation über mehrere Transistorstufen, aufrechtzuerhalten.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der eingangs angegebenen Art, bei welcher der Schwingungseinsatz des Oszillators bei Erreichen einer vorgegebenen Kapazität schlagartig bis zur vollen Amplitude erfolgt und bei einer Änderung der Kapazität in der entgegengesetzten Richtung ebenso schlagartig wieder aussetzt, so dass ein bistabiles Verhalten erreicht wird.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die zu messende Kapazität einen Teil der Schwingkreiskapazität des Oszillators bildet und dass mit dem Schwingkreis ein für die erzeugten Schwingungen niederohmiger Gleichrichterkreis gekoppelt ist, dessen Gleichrichter durch eine Gleichspannung in der Durchlassrichtung vorgespannt und so gepolt ist, dass die durch die Gleichrichtung der in den Gleichrichterkreis eingekoppelten Schwingungen entstehende Richtspannung den Gleichrichter in der Sperrichtung vorspannt.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäss en Anord- nung beruht darauf, dass der Schwingkreis durch die niederohmige Gleichrichterschaltung im Ruhezustand stark belastet und dementsprechend stark gedämpft ist.
Die Schwingungen des Oszillators setzen daher bei Erreichen eines bestimmten Kapazitätswerts zunächst mit kleiner Amplitude ein. Die in Iden Gleichrichterkreis eingekoppelten Schwingungen werden gleichgerichtet, wodurch eine Richtspannung entsteht, die den Gleichrichter in den Sperrzustand zu bringen sucht. Dadurch wird der Widerstand des Gleichrichterkreises grösser und der Schwingkreis wird dementsprechend weniger gedämpft. Die Schwingungsamplitude nimmt auf Grund der abnehmenden Dämpfung also auch dann zu, wenn keine weitere Kapazitätsänderung erfolgt. Die stärker werdenden Schwingungen bewirken eine entsprechende Zunahme der Richtspannung, und dieser Vorgang schaukelt sich in Sekundenbruchteilen so weit auf, bis der Gleichrichter schliesslich vollständig gesperrt ist.
Die Amplitude der einsetzenden Schwingung ist also bei dieser Schaltung nicht der änderung der zu messenden Kapazität proportional, sondern sobald der Schwingungseinsatz eintritt, schaukeln sich die Schwingungen bis zur vollen Amplitude auf.
Die gleiche Erscheinung tritt im umgekehrten Sinne ein, wenn die Kapazität so verändert wird, dass die Schwingungen des Oszillators aussetzen. Sobald die Schwingungsamplitude kleiner wird, verringert sich Idie Richtspannung im Gleichrichterkreis, so dass der Gleichrichterkreis wieder niederohmiger wird und den Schwingkreis entsprechend stärker dämpft. Dies hat wieder eine weitere Abnahme der Schwingungsamplitude zur Folge, so dass schliesslich die Schwingung schlagartig zusammenbricht.
Der erfindungsgemässe Oszillator ermöglicht daher, in einer einzigen Stufe ein ausgeprägtes bistabiles Verhalten zu erzielen, das zur Auslösung von Schaltvorgängen in Abhängigkeit von Kapazitätsänderungen sehr gut geeignet ist. Da in dem Oszillator nur ein einziges aktives Schaltungselement erforderlich ist, lässt sich die Temperaturabhängigkeit gut kompensieren, und es kann eine hohe Konstanz auch über eine lange Betriebsdauer erreicht werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Schaltung besteht darin, dass das Bestehen der Richtspannung unmittelbar als Kriterium dafür dienen kann, dass der Oszillator schwingt. Diese Richtspannung kann daher direkt zur Aussteuerung der nachfolgenden Verstärkerstufen benutzt werden, so dass die sonst erforderlichen Gleichrichter- und Schwellwertschaltungen entfallen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 das Schema einer nach der Erfindung ausgeführten Anordnung zur Überwachung des Füllstands eines Behälters und
Fig. 2 das Schaltbild des Oszillators der Anordnung von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt schematisch als Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemässe Anordnung die kapazitive thber- wachung des Füllstandes in einem Behälter 1, von dem angenommen wird, dass er an Masse liegt. In diesen Behälter ragt eine Sonde 2, und die Überwachung des Füllstands geschieht auf Grund der Kapazität zwischen der Sonde 2 und dem Behälter 1, die von der Höhe des Füllgutes 3 im Behälter abhängt.
Der Sondenstift 2 ist mit einem Eochfrequenz-Oszil- lator 4 derart verbunden, dass das Einsetzen und Aus setzen der Schwingungen des Oszillators von der Kapa zität zwischen dem Sondenstift 2 und dem Behälter 1 abhängt. Da diese Kapazität ihrerseits von der Höhe des
Füllguts 3 abhängt, ist das Einsetzen bzw. Aussetzen der
Schwingungen des Oszillators 4 ein Mass dafür, dass eine bestimmte Höhe des Füllguts 3 im Behälter 1 er reicht ist.
Die Schwingungen des Oszillators 4 werden nach entsprechender Gleichrichtung durch einen Verstärker 5 verstärkt, dessen Ausgangsspannung ein Relais 6 steuert, so dass die Relaiskontakte 7 in Abhängigkeit von dem Einsetzen und Aussetzen der Schwingungen des Oszillators 4 betätigt werden. Diese Relaiskontakte können die Stromkreise von Anzeigeorganen steuern, welche das Erreichen eines vorgegebenen Füllstands anzeigen, oder entsprechende Steuer- oder Regelvorgänge auslösen.
Ein genaues Schaltbild des Oszillators 4 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Klemme 11 dieses Oszillators ist mit dem Sondenstift 2 verbunden, und die Klemmen 12 und
13 stellen die Ausgangsklemmen dar, die mit dem Ver stärker 5 verbunden sind.
Der Oszillator enthält als aktives Schaltungselement einen npn-Transistor 14, der in einer kapazitiven Drei punktschaltung betrieben wird. Zu diesem Zweck liegt im Kollektorkreis die Primärwicklung 16 eines Transformators, dessen Sekundärwicklung 17 die Schwingkreisinduktivität darstellt, und der ausserdem mit einer Tertiärwicklung 18 versehen ist. Der Kollektor liegt über der Primärwicklung 16 und einem Widerstand 19 am positiven Pol einer Spannungsquelle, deren andrer Pol mit Masse verbunden ist.
Die Basis des Transistors 14 ist mit einer Mittelanzapfung der Sekundärwicklung 17 verbunden, während der Emitter über einen Widerstand 20 an Masse gelegt ist, der eine Stromgegenkopplung bewirkt.
Die Basisvorspannung wird von einem Spannungsteiler aus zwei Widerständen 21, 22 erzeugt, der an den Polen der Spannungsquelle liegt, und dessen Abgriff über einen Widerstand 23 mit der Basis des Transistors verbunden ist. Parallel zu dem Widerstand 22 liegt ein NTC-Widerstand 24, der zur Aufrechterhaltung des richtigen Gleichstromarbeitspunktes des Transistors 14 bei Temperaturschwankungen dient.
Parallel zu der Sekundärwicklung 17 liegt ein Kondensator 25, und parallel dazu über Abgleichkondensatoren 26, 27 die zu messende Kapazität, die gestrichelt als Kapazität des Sondenstifts 2 angedeutet ist, und der ein Widerstand 28 parallelgeschaltet ist.
An die Tertiärwicklung 18 ist ein Gleichrichterkreis angeschlossen, der in Serie mit einer Gleichrichterdiode 29 einen Ladekondensator 30 und einen Widerstand 31 enthält, der durch einen Kondensator 32 für die erzeugten Hochfrequenzschwingungen überbrückt ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 30 und der Gleichrichterdiode 29 ist über einen Widerstand 33 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden.
Im Ruhezustand ist somit die Diode von der Gleichspannung in der Durchlassrichtung beaufschlagt, wobei der Gleichstrom durch die Widerstände 33 und 31 bestimmt wird.
Bei völliger Gleichheit der Teilkapazitäten an den Aussenklemmen der Sekundärwicklung erscheint an der Mittelanzapfung keine Rückkopplungsspannung, so dass der Oszillator nicht schwingt. Wenn die Kapazität der Sonde 2 zunimmt, erscheint an der Mittelanzapfung eine Rückkopplungsspannung richtiger Phasenlage, die bei Erreichen einer bestimmten Höhe den Oszillator über den Transistor 14 und die Primärwicklung 16 zum Schwingen anregt. Wenn die Sondenkapazität abnimmt, verringert sich die Rückkopplungsspannung an der Mittelanzapfung, so dass die Oszillatorschwingungen wieder aussetzen. Der Wert der Sondenkapazität, bei welcher das Einsetzen bzw. das Aussetzen der Schwingungen erfolgt, kann durch den einstellbaren Kondensator 27 bestimmt werden.
Solange der Oszillator nicht schwingt, ist die Diode 29 in der Durchlassrichtung beaufschlagt und daher niederohmig. Für die Frequenz der Schwingungen ist daher der ganze an die Tertiärwicklung 18 angeschlossene Gleichrichterkreis über den Kondensator 32, die Diode 29 und den Kondensator 30 eine niederohmige Belastung, welche den Schwingungskreis stark dämpft. Sobald die Oszillatorschwingungen einsetzen, werden diese über die Tertiärwicklung 18 in den Gleichrichterkreis transformiert, und sie erzeugen über die Diode 29 am Kondensator 30 eine Richtspannung. Diese Richtspannung lädt den Kondensator 30 so auf, dass die Klemme 12 negativ gegen die Klemme 13 wird, wie durch die in Klammern stehenden Vorzeichen angedeutet ist.
Die den Gleichrichter in der Durchlassrichtung beaufschlagende Spannung nimmt daher ab, so dass der Wechselstromwiderstand des Gleichrichterkreises grösser wird und dementsprechend den Schwingkreis weniger dämpft.
Dies ergibt eine Verstärkung der Rückkopplungsspannung und damit ein Ansteigen der Amplitude der Oszillatorschwingungen, die wiederum zu einer Vergrösserung der Richtspannung im Gleichrichterkreis führt. Der Widerstand des Gleichrichterkreises wird dadurch noch grösser, wodurch wiederum die Dämpfung des Schwingkreises verringert wird, und der Vorgang schaukelt sich schliesslich in Bruchteilen von Sekunden soweit auf, bis die Diode 29 durch die Richtspannung fast vollständig gesperrt wird. Dann hat die Amplitude der Oszillatorschwingungen ihren grössten Wert erreicht.
Die geschilderte Wirkung bedeutet also, dass die Oszillatorschwingungen nicht proportional dem Ansteigen der Kapazität der Sonde 2 zunehmen, sondern dass bei Erreichen eines bestimmten Wertes dieser Kapazität die Schwingung schlagartig einsetzt und sich sofort bis auf den höchsten Amplitudenwert aufschaukelt.
Der entsprechende Vorgang spielt sich in umgekehrtem Sinne bei einer Verringerung der Kapazität der Sonde 2 ab. Sobald ein bestimmter Wert dieser Kapazität unterschritten wird, verringert sich die Schwingungsamplitude, wodurch die Richtspannung am Kondensator 30 abnimmt. Die Diode 29 wird daher wieder stromführend, so dass der Gleichrichterkreis den Schwingkreis stärker dämpft. Dies hat eine Abnahme der Schwingungsamplitude zur Folge, die wiederum eine weitere Verringerung der Richtspannung mit sich bringt. In Sekundenbruchteilen bricht daher die Schwingung vollständig zusammen und der Oszillator hat wieder den nichtschwingenden Ausgangszustand erreicht.
Der Oszillator zeigt daher in beiden Richtungen der Anderung der Kapazität der Sonde 2 ein ausgeprägtes bistabiles Verhalten.
Bei entsprechender Bemessung der Schaltungselemente und der angelegten Gleichspannung stellt sich beispielsweise im Ruhezustand an der Klemme 12 eine Spannung von etwa +3 Volt gegen Masse ein, während im schwingenden Zustand des Oszillators an diesem Punkt eine Spannung von -1 Volt besteht. Diese Gleichspannungsänderung ist ein eindeutiges Kennzeichen dafür, ob sich der Oszillator im schwingenden oder im nichtschwingenden Zustand befindet. Diese Spannung kann daher unmittelbar zur Aussteuerung des nachfolgenden Verstärkers 5 bzw. zur Betätigung des Relais 6 verwendet werden. Es sind daher keine Gleich richter- und Schwellwertschaltungen für das Feststellen bestimmter Schwingungsamplituden erforderlich. Ausserdem wird jede Rückwirkung der an die Klemmen 12 und 13 angeschlossenen Schaltung auf den Betrieb des Oszillators mit Sicherheit ausgeschaltet.
Der beschriebene Oszillator arbeitet ausserordentlich stabil, da lediglich ein einziger Transistor verwendet wird, der noch dazu in Stromgegenkopplung betrieben wird. Die Temperaturabhängigkeit dieses Transistors lässt sich leicht beherrschen.
Arrangement for triggering switching processes depending on changes in capacitance
The invention relates to an arrangement for triggering switching operations as a function of changes in capacitance with an oscillator, the oscillation start and stop of which depends on the capacitance to be measured, and with devices which respond to the start or stop of the oscillator oscillations and, depending on this, switches Taxes.
Such arrangements are used in particular as capacitive limit switches for monitoring or controlling the level of containers. In this case, the capacitance to be measured is, for example, the capacitance between the container wall that is connected to ground and a probe pin protruding into the container.
This capacity depends on the height of the filling material in the container. As soon as the level has reached a certain level, this capacity has changed in such a way that the oscillator begins to oscillate, and the switching process triggered by the use of the oscillation can control a display device that shows that the permissible level has been reached, or trigger automatic control or regulation processes. As soon as the level has dropped again to such an extent that the oscillations of the oscillator cease due to the change in capacitance, the switching process is reversed, so that the display is deleted or the control or regulation processes are switched.
With such capacitive limit switches, there is a requirement that the arrangement responds at exactly the same value of the capacitance to be measured, and that a clear and exact switching process is triggered as soon as the specified capacitance value is reached. In particular, it must be avoided that unstable operating states occur with fluctuations around this capacitance value. Furthermore, the circuit should work as stably as possible over a longer period of time and be as independent as possible from fluctuations in the ambient temperature or other ambient conditions.
The usual high-frequency oscillators only meet these conditions in a very unprepossessing way. In particular, all common feedback oscillators with tubes and transistors show the phenomenon that the oscillation begins only gradually when the resonant circuit capacitance changes, the amplitude of the oscillator oscillation increasing or decreasing.
The decrease in the resonant circuit capacity is approximately proportional. This behavior is very unfavorable for triggering precise switching processes. Special additional circuits are then required which determine that a certain oscillation amplitude has been reached and trigger the switching process as a function thereof.
Attempts have already been made to make the oscillation start more sudden by means of feedback over several stages, but this solution results in new difficulties, especially if the circuits are equipped with transistors, because it is then difficult to achieve the required stability against environmental influences, in particular good temperature compensation over several transistor stages.
The aim of the invention is to create an arrangement of the type specified at the beginning, in which the oscillation start of the oscillator occurs suddenly up to the full amplitude when a given capacitance is reached and also suddenly stops again when the capacitance changes in the opposite direction, so that a bistable Behavior is achieved.
According to the invention, this is achieved in that the capacitance to be measured forms part of the resonant circuit capacitance of the oscillator and that a low-resistance rectifier circuit is coupled to the resonant circuit for the generated oscillations, the rectifier of which is biased by a direct voltage in the forward direction and polarized so that the rectified voltage resulting from the rectification of the oscillations coupled into the rectifier circuit biases the rectifier in the reverse direction.
The mode of operation of the arrangement according to the invention is based on the fact that the resonant circuit is heavily loaded by the low-resistance rectifier circuit in the idle state and is accordingly heavily damped.
The oscillations of the oscillator therefore start with a small amplitude when a certain capacitance value is reached. The oscillations coupled into the rectifier circuit are rectified, creating a rectified voltage that tries to bring the rectifier into the blocking state. As a result, the resistance of the rectifier circuit is greater and the resonant circuit is accordingly less damped. The oscillation amplitude also increases due to the decreasing damping when there is no further change in capacitance. The increasing vibrations cause a corresponding increase in the rectification voltage, and this process rocks in a split second until the rectifier is finally completely blocked.
In this circuit, the amplitude of the oscillation that begins is not proportional to the change in the capacitance to be measured, but rather as soon as the oscillation starts, the oscillations swing up to full amplitude.
The same phenomenon occurs in the opposite sense when the capacitance is changed in such a way that the oscillator ceases to oscillate. As soon as the oscillation amplitude becomes smaller, the rectified voltage in the rectifier circuit is reduced, so that the rectifier circuit becomes lower again and dampens the resonant circuit correspondingly more strongly. This again results in a further decrease in the oscillation amplitude, so that finally the oscillation suddenly collapses.
The oscillator according to the invention therefore makes it possible to achieve a pronounced bistable behavior in a single stage, which is very well suited for triggering switching processes as a function of changes in capacitance. Since only a single active circuit element is required in the oscillator, the temperature dependency can be compensated well, and a high degree of constancy can be achieved even over a long operating period.
Another advantage of the circuit according to the invention is that the presence of the directional voltage can serve directly as a criterion for the oscillator to oscillate. This rectified voltage can therefore be used directly to control the subsequent amplifier stages, so that the rectifier and threshold value circuits otherwise required are not required.
An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. Show in it:
1 shows the diagram of an arrangement designed according to the invention for monitoring the fill level of a container and
FIG. 2 shows the circuit diagram of the oscillator of the arrangement of FIG. 1.
1 shows, schematically, as an application example for the arrangement according to the invention, the capacitive monitoring of the filling level in a container 1, which is assumed to be connected to ground. A probe 2 protrudes into this container, and the level is monitored on the basis of the capacitance between the probe 2 and the container 1, which depends on the height of the product 3 in the container.
The probe pin 2 is connected to a high frequency oscillator 4 in such a way that the onset and off of the oscillations of the oscillator depends on the capacitance between the probe pin 2 and the container 1. Since this capacity in turn depends on the height of the
Product 3 depends on, is the onset or suspension of the
Vibrations of the oscillator 4 a measure that a certain height of the filling material 3 in the container 1 it is enough.
The oscillations of the oscillator 4 are amplified after appropriate rectification by an amplifier 5, the output voltage of which controls a relay 6 so that the relay contacts 7 are actuated as a function of the onset and cessation of the oscillations of the oscillator 4. These relay contacts can control the circuits of display elements, which indicate the reaching of a predetermined level, or trigger corresponding control or regulation processes.
A detailed circuit diagram of the oscillator 4 is shown in FIG. Terminal 11 of this oscillator is connected to probe pin 2, and terminals 12 and
13 represent the output terminals that are connected to the stronger 5 Ver.
The oscillator contains an npn transistor 14 as an active circuit element, which is operated in a capacitive three-point circuit. For this purpose, the primary winding 16 of a transformer is located in the collector circuit, the secondary winding 17 of which represents the resonant circuit inductance and which is also provided with a tertiary winding 18. The collector is connected to the primary winding 16 and a resistor 19 at the positive pole of a voltage source, the other pole of which is connected to ground.
The base of the transistor 14 is connected to a center tap of the secondary winding 17, while the emitter is connected to ground via a resistor 20, which causes negative current feedback.
The base bias voltage is generated by a voltage divider consisting of two resistors 21, 22, which is connected to the poles of the voltage source and whose tap is connected to the base of the transistor via a resistor 23. In parallel with the resistor 22 is an NTC resistor 24, which is used to maintain the correct direct current operating point of the transistor 14 in the event of temperature fluctuations.
In parallel with the secondary winding 17 is a capacitor 25, and in parallel therewith via balancing capacitors 26, 27 the capacitance to be measured, which is indicated by dashed lines as the capacitance of the probe pin 2 and to which a resistor 28 is connected in parallel.
A rectifier circuit is connected to the tertiary winding 18 and contains, in series with a rectifier diode 29, a charging capacitor 30 and a resistor 31, which is bridged by a capacitor 32 for the high-frequency oscillations generated. The connection point between the capacitor 30 and the rectifier diode 29 is connected to the positive pole of the voltage source via a resistor 33.
In the idle state, the diode is thus acted upon by the direct voltage in the forward direction, the direct current being determined by the resistors 33 and 31.
If the partial capacitances at the outer terminals of the secondary winding are completely equal, no feedback voltage appears at the center tap, so that the oscillator does not oscillate. When the capacitance of the probe 2 increases, a feedback voltage with the correct phase position appears at the center tap, which, when a certain level is reached, excites the oscillator via the transistor 14 and the primary winding 16 to oscillate. When the probe capacitance decreases, the feedback voltage at the center tap decreases, causing the oscillator to stop oscillating. The value of the probe capacitance at which the onset or cessation of the vibrations occurs can be determined by the adjustable capacitor 27.
As long as the oscillator does not oscillate, the diode 29 is acted upon in the forward direction and therefore has a low resistance. For the frequency of the oscillations, therefore, the entire rectifier circuit connected to the tertiary winding 18 via the capacitor 32, the diode 29 and the capacitor 30 is a low-resistance load which strongly dampens the oscillating circuit. As soon as the oscillator oscillations start, they are transformed into the rectifier circuit via the tertiary winding 18, and they generate a rectified voltage on the capacitor 30 via the diode 29. This directional voltage charges the capacitor 30 in such a way that the terminal 12 becomes negative with respect to the terminal 13, as indicated by the signs in brackets.
The voltage acting on the rectifier in the forward direction therefore decreases, so that the alternating current resistance of the rectifier circuit is greater and, accordingly, attenuates the resonant circuit less.
This results in an amplification of the feedback voltage and thus an increase in the amplitude of the oscillator oscillations, which in turn leads to an increase in the rectified voltage in the rectifier circuit. The resistance of the rectifier circuit becomes even greater, which in turn reduces the damping of the resonant circuit, and the process finally rocks in a fraction of a second until the diode 29 is almost completely blocked by the rectified voltage. Then the amplitude of the oscillator oscillations has reached its greatest value.
The effect described means that the oscillator vibrations do not increase proportionally to the increase in the capacitance of the probe 2, but that when a certain value of this capacitance is reached, the oscillation begins suddenly and immediately rocks up to the highest amplitude value.
The corresponding process takes place in the opposite sense when the capacitance of the probe 2 is reduced. As soon as this capacitance falls below a certain value, the oscillation amplitude is reduced, as a result of which the directional voltage on the capacitor 30 decreases. The diode 29 is therefore energized again, so that the rectifier circuit attenuates the resonant circuit more strongly. This results in a decrease in the oscillation amplitude, which in turn results in a further decrease in the directional voltage. In a fraction of a second, the oscillation collapses completely and the oscillator has reached the non-oscillating initial state again.
The oscillator therefore shows a pronounced bistable behavior in both directions of the change in the capacitance of the probe 2.
With appropriate dimensioning of the circuit elements and the applied DC voltage, a voltage of about +3 volts to ground is established at terminal 12, for example, in the idle state, while a voltage of -1 volts exists at this point when the oscillator is oscillating. This change in DC voltage is a clear indicator of whether the oscillator is in an oscillating or non-oscillating state. This voltage can therefore be used directly to control the following amplifier 5 or to operate the relay 6. There are therefore no rectifier and threshold circuits required for determining certain oscillation amplitudes. In addition, any reaction of the circuit connected to terminals 12 and 13 on the operation of the oscillator is reliably eliminated.
The oscillator described works extremely stable, since only a single transistor is used, which is also operated with negative current feedback. The temperature dependence of this transistor can easily be controlled.