DE102012004913B4 - Means for determining a to a ratio of inductances and capacitances of two inductive or capacitive components proportional measurement value and corresponding method - Google Patents

Means for determining a to a ratio of inductances and capacitances of two inductive or capacitive components proportional measurement value and corresponding method

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Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung eines zu einem Verhältnis von Induktivitäten (L 1 , L 2 ) bzw. Kapazitäten zweier induktiver bzw. kapazitiver Bauteile (2, 3) proportionalen Messwerts (U s ), mit einem ersten Messzweig (4), in dem das erste induktive bzw. kapazitive Bauteil (2) und ein erster Messwiderstand (10) angeordnet sind, und einem zweiten Messzweig (5), in dem das zweite induktive bzw. kapazitive Bauteil (3) und ein zweiter Messwiderstand (13) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerglied (9) vorhanden ist, mittels dem die beiden Messzweige (4, 5) zeitgleich mit einem Spannungssprung beaufschlagbar sind und für die Zeit ab dem Spannungssprung ein Zeitintervall (t d ) vorgebbar ist, und eine Abtastschaltung (15), die vom Steuerglied (9) nach Ablauf des vorgebbaren Zeitintervalls (t d ) triggerbar und mittels der eine Differenzspannung (U diff ) zwischen den beiden Messwiderständen (10, 13) abtastbar und ausgangsseitig als das Verhältnis zwischen den beiden Indukt Means for determining a to a ratio of inductances (L 1, L 2) or capacitances of two inductive or capacitive components (2, 3) proportional to the measured value (U s), with a first measurement branch (4) in which the first inductive or capacitive component (2) and a first measuring resistor (10) are arranged, and a second measuring branch (5) in which the second inductive or capacitive component (3) and a second measuring resistor (13) are arranged, characterized in that that a control member (9) is provided, by means of which the two measuring branches (4, 5) are at the same time with a voltage jump can be acted upon and for the time from the voltage jump a time interval (t d) is predetermined, and a sampling circuit (15) from control member (9) after the predetermined interval of time (t d) and triggerable by means of a difference voltage (U diff) between the two measuring resistors (10, 13) can be scanned and on the output side as the ratio between the two Indukt ivitäten (L 1 , L 2 ) bzw. Kapazitäten der beiden induktiven bzw. kapazitiven Bauteile (2, 3) proportionaler Messwert (U s ) zur Verfügung stellbar ist. ivitäten (L 1, L 2) or capacitances of the two inductive and capacitive components (2, 3) proportional to the measured value (U s) is adjustable available.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung eines zu einem Verhältnis von Induktivitäten bzw. Kapazitäten zweier induktiver bzw. kapazitiver Bauteile proportionalen Messwerts, mit einem ersten Messzweig, in dem das erste induktive bzw. kapazitive Bauteil und ein erster Messwiderstand angeordnet sind, und einem zweiten Messzweig, in dem das zweite induktive bzw. kapazitive Bauteil und ein zweiter Messwiderstand angeordnet sind, und auf ein entsprechendes Verfahren. The invention relates to a device for determining a value proportional to a ratio of inductances and capacitances of two inductive or capacitive components measured value, with a first measurement branch in which the first inductive or capacitive component, and a first measuring resistor are arranged, and a second measuring branch in which the second inductive or capacitive component and a second measuring resistor are arranged, and to a corresponding method.
  • Bei aus dem Stand der Technik bekannten Messvorrichtungen und Messverfahren werden sehr häufig Sensoren verwendet, deren Induktivität oder Kapazität sich in Abhängigkeit von einer Messgröße ändert, z. Sensors are very often used in known from the prior art measuring devices and methods of measurement, the inductance or capacitance changes as a function of a measured variable, z. B. kapazitive oder induktive Näherungssensoren, induktive Positionssensoren, kapazitive Feuchtesensoren, kapazitive oder induktive Drucksensoren und kapazitive Berührungssensoren. As capacitive or inductive proximity sensors, inductive position sensors, capacitive humidity sensors, capacitive or inductive pressure sensors and capacitive touch sensors.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf induktive als auch auf kapazitive Sensoren der vorstehend erwähnten Art. The present invention relates to both inductive and capacitive sensors of the aforementioned type.
  • Beispielsweise wird für Positionssensoren häufig das Prinzip ausgenutzt, dass sich die Induktivität einer Spule positionsabhängig ändert, wenn ein ferromagnetischer Kern in Abhängigkeit von der zu bestimmenden Position unterschiedlich weit in die Spule eingetaucht wird. For example, frequently the principle that the inductance of a coil changes depending on the position, when a ferromagnetic core as a function of the position to be determined is different extent immersed in the coil is used for position sensors. Um eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Abhängigkeit des Messwerts von der jeweiligen Position ausreichend exakt ist, muss ein vergleichsweise großer technisch-konstruktiver Aufwand betrieben werden, um beispielsweise Umgebungseinflüsse, hier insbesondere die Temperatur, zu ermitteln und zu berücksichtigen bzw. zu korrigieren. To create a device in which the dependence of the measured value of the respective position is sufficiently accurately, a comparatively large technical-constructive effort has to be in order in particular to determine the temperature here and consider or to correct, for example, environmental influences.
  • Bei induktiven Sensoren wirkt sich beispielsweise die Temperatur unmittelbar auf die Messanordnung aus, da der Spulenwiderstand als wesentlicher Parameter unmittelbar und vergleichsweise stark von der Temperatur abhängig ist. With inductive sensors, for example, the temperature directly affects the measuring arrangement, since the coil resistance is immediate and relatively strongly dependent on the temperature as an essential parameter. Darüber hinaus besteht eine erhebliche temperaturabhängige Permeabilität des in die Spule eintauchenden ferromagnetischen Kern. In addition, there is a considerable temperature-dependent permeability of the dipping into the coil ferromagnetic core.
  • Aus dem Stand der Technik sind daher eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen entweder eine Referenzspule verwendet wird, deren Eigenschaften unabhängig von der Position des ferromagnetischen Kerns ist, oder bei denen eine messtechnische Anordnung verwendet wird, bei der sich die Induktivitäten gegenläufig mit der jeweiligen Position verändern. a plurality of devices and methods therefore are known from the prior art are known in which a reference coil is either used, their properties are independent of the position of the ferromagnetic core, or in which a metrological assembly is used, in which the inductors in opposite directions at change their respective positions.
  • Bei diesen bekannten Vorrichtungen und Verfahren werden die Werte zweier Induktivitäten gemessen und aus den beiden gemessenen Induktivitätswerten der Quotient MW1/MW2 gebildet. In these known devices and methods the values ​​of two inductances are measured and formed from the two measured inductance values ​​of the quotient MW1 / MW2. Diesen Quotienten wird dann eine als Messwert auszugebende Position zugeordnet. This quotient is then assigned to one dispensed as a measured value position. Dies kann z. This can be. B. in Form einer Lookup-Tabelle bzw. eines Lookup-Table geschehen. As done in the form of a lookup table or lookup table.
  • Dadurch, dass die beiden hierbei eingesetzten Spulen gleichen Einflüssen unterliegen, bleibt der Quotient MW1/MW2 auch dann gleich, wenn sich der jeweils absolut erfasste Messwert ändert. Characterized in that the two coils used in this case are the same influences, the quotient MW1 / MW2 also remains equal when the respective absolute measured value registered changes.
  • Aus der From the DE 33 43 885 C2 DE 33 43 885 C2 ist ein induktiver Sensor, insbesondere zur Wegmessung, bekannt, der eine Spule und einen dazu verschieblichen ferromagnetischen Kern aufweist. is an inductive sensor, especially for measuring displacement, known which comprises a coil and a thereto displaceable ferromagnetic core. Nachteilig an dem aus der A disadvantage of the from the DE 33 43 885 C2 DE 33 43 885 C2 bekannten Verfahren bzw. an der entsprechenden Vorrichtung ist, dass verhältnismäßig viele Bauteile benötigt werden und die Dauer einer Messung von der Größe der Induktivität abhängig ist. known methods or to the corresponding device is that comparatively many components are required and the duration of a measurement of the size of the inductance is dependent.
  • Aus der From the DE 32 08 785 A1 DE 32 08 785 A1 ist ein Lagesensor bekannt, der mittels zweier Messspulen die Lagedifferenz zwischen zwei beweglichen Objekten erfassen kann. discloses a position sensor, which can detect the position difference between two moving objects by means of two measuring coils. Bei diesem bekannten Lagesensor ist nachteilig, dass die beiden Messspulen auf einem gemeinsamen Joch montiert sein müssen. In this known position sensor is disadvantageous in that the two measuring coils have to be mounted on a common yoke.
  • Da weder die Kapazität noch die Induktivität, im Gegensatz zu beispielsweise der Spannung und der Zeit, direkt gemessen werden können, sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Hilfsschaltungen bekannt, bei denen der Einfluss von Induktivitäten oder Kapazitäten auf zeitabhängige Abläufe ausgenutzt wird. Since neither the capacity nor the inductance in opposition to the tension and the time can be measured directly, for example, a plurality of auxiliary circuits are known from the prior art in which the influence of inductance or capacitance on time-dependent processes is exploited.
  • Hierbei wird bei einer aus dem Stand der Technik bekannten einschlägigen Vorrichtung bzw. bei einem entsprechenden Verfahren das jeweilige Sensorelement in einen Schwingkreis eingebracht. In this case, the respective sensor element is placed in an oscillating circuit in a way known from the prior art, relevant device or with a corresponding method. Die Frequenz des Schwingkreises kann dann mit einem Schaltkreis sehr einfach erfasst werden, in dem die Schwingungen während einer genau definierten Zeitspanne erfasst werden. The frequency of the oscillating circuit can be recognized with a circuit very simple, in which the vibrations are detected during a precisely defined period of time. Die Anzahl der erfassten Schwingungen ist dann in der Regel umgekehrt proportional zur Kapazität bzw. zur Induktivität. The number of detected vibrations is then inversely proportional to the capacitance or the inductance, as a rule.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch Anwendungen bekannt, bei denen die Zeit einer Schwingung gemessen wird. From the prior art, applications are also known in which the time is measured oscillation. Die gemessene Zeit ist dann in der Regel der Kapazität bzw. der Induktivität proportional. The measured time is proportional to the control of the capacitance or the inductance.
  • Aus der From the US 6 366 099 B1 US 6,366,099 B1 ist eine Messanordnung bekannt, bei der in einer Brückenschaltung angeordnete Ohm'sche Widerstände und Kondensatoren vorgesehen sind. is known a measuring arrangement, ohmic resistors and capacitors are provided in the arranged in a bridge circuit. Zwei voneinander separate Messzweige, die jeweils über einen Differenzverstärker an eine Abtastschaltung angeschlossen wären oder Ausgestaltungen von Messzweigen, in denen jeweils ein kapazitives bzw. induktives Bauteil und ein Messwiderstand angeordnet wären, sind nicht Bestandteil der bekannten Messanordnung. Two mutually separate measuring branches which would be connected to a sampling circuit in each case via a differential amplifier or embodiments of measurement branches, in each of which a capacitive or inductive component and a sensing resistor would be arranged, are not part of the known measuring arrangement.
  • Die The DE 10 2011 013 559 B3 DE 10 2011 013 559 B3 zeigt eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren, mittels der bzw. dem ein Füllstand bzw. eine Leckage eines leitfähigen Mediums überwacht werden soll. shows an apparatus and a method, by means of the or the one level or a leakage of a conductive medium to be monitored. Hierzu wird die Kapazität unterschiedlicher Kondensatoren bzw. Kondensatoranordnungen ermittelt. For this purpose, the capacitance of different capacitors or capacitor assemblies is determined. Im Falle dieser bekannten Vorrichtung bzw. dieses bekannten Verfahrens ist ein Anschluss der beiden Kondensatoren an die Auswertung über einen einzigen Ladungsknoten realisiert. In the case of this known apparatus and this known method, a connection of the two capacitors is realized on the evaluation of a single charge node.
  • Des Weiteren sind Vorrichtung bzw. Verfahren bekannt, bei denen das jeweilige Sensorelement in ein LR- oder RC-Zeitglied integriert ist. Further, apparatus or methods are known in which the respective sensor element is integrated into a LR or RC timer.
  • Bei diesem Verfahren bzw. bei dieser Vorrichtung wird beispielsweise ein Spannungsimpuls an ein Zeitglied gelegt und mittels eines Komparators die Zeit bis zum Erreichen einer voreingestellten Spannungsschwelle gemessen. In this method or in this device, a voltage pulse is applied to, for example, a timer, and to reach a preset threshold voltage measured by means of a comparator the time. Die gemessene Zeit ist dann der Kapazität bzw. der Induktivität proportional. The measured time is then proportional to the capacitance or the inductance. Auch bei diesen bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen werden jeweils zwei Messwerte mehr oder weniger zeitgleich erfasst, wobei dann in einer nachgeschalteten Recheneinheit das Verhältnis bzw. der Quotient Q = MW1/MW2 gebildet wird. Also in these known methods and devices in each case two measured values ​​where the ratio or quotient Q = MW1 / MW2 is formed in a downstream processing unit may be more or less simultaneously recognized.
  • Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Bestimmung eines zu einem Verhältnis von Induktivitäten bzw. Kapazitäten zweier induktiver bzw. kapazitiver Bauteile proportionalen Messwerts zur Verfügung zu stellen, bei der bzw. dem der konstruktiv-technische Aufwand für die Vorrichtung bzw. der verfahrenstechnische Aufwand für die Durchführung des Verfahrens erheblich reduziert ist. Starting from the above described prior art, the invention has for its object to provide a device and a method for determining a to a ratio of inductances and capacitances of two inductive or capacitive components proportional measurement value is available, or when the the constructive and technical complexity of the device or process engineering expenditure for the implementation of the method is greatly reduced.
  • Diese Aufgabe wird für die eingangs geschilderte Vorrichtung durch ein Steuerglied, mittels dem die beiden Messzweige zeitgleich mit einem Spannungssprung beaufschlagbar sind und für die Zeit ab dem Spannungssprung ein Zeitintervall vorgebbar ist, und eine Abtastschaltung gelöst, die vom Steuerglied nach Ablauf des vorgebbaren Zeitintervalls triggerbar und mittels der eine Differenzspannung zwischen den beiden Messwiderständen abtastbar und ausgangsseitig als dem Verhältnis zwischen den beiden Induktivitäten bzw. Kapazitäten der beiden induktiven bzw. kapazitiven Bauteile proportionaler Messwert zur Verfügung stellbar ist. This task is a time interval can be predetermined for the above-described device by a control member, by means of which the two measuring branches be acted upon at the same time with a voltage jump and the time from the voltage jump, and dissolved a sampling circuit triggerable by the control member after the predetermined time interval and by means of a differential voltage between the two measuring resistors is scanned and on the output side as the ratio between the two inductances and capacitances of the two inductive and capacitive components proportional measured value available adjustable. Im Falle des entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens ist realisiert, dass die beiden Messzweige zeitgleich mit einem Spannungssprung beaufschlagt werden, dass für die Zeit ab dem Spannungssprung ein Zeitintervall vorgegeben wird, dass nach Ablauf des vorgebbaren Zeitintervalls eine Differenzspannung zwischen den beiden Messwiderständen abgetastet und gespeichert wird, und dass die abgetastete Differenzspannung als dem Verhältnis zwischen den beiden Induktivitäten bzw. Kapazitäten der beiden induktiven bzw. kapazitiven Bauteile proportionaler Messwert zur Verfügung gestellt wird. In the case of the corresponding method according to the invention is realized in that the two measuring branches are simultaneously supplied with a voltage jump that a time interval is predetermined for the time from the voltage jump that a differential voltage between the two measuring resistors is sampled and stored after the predetermined time interval, and that the sampled voltage difference is provided as the ratio between the two inductances and capacitances of the two inductive and capacitive components proportional measurement value is available. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. beim erfindungsgemäßen Verfahren wird direkt ein dem Verhältnis der Messgrößen proportionales Signal erfasst, wodurch der Schritt einer Quotientenbildung in einer nachgeschalteten Rechen- oder Auswerteeinheit entfallen kann. In the inventive apparatus and process of the invention a signal proportional to the ratio of the measured variables signal is directly detected, whereby the step of forming the quotient can be omitted in a downstream computing or evaluation unit. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung bzw. des Verfahrens ist insbesondere bei der Messung und/oder Überwachung dynamischer Prozesse sehr zweckmäßig und vorteilhaft, da lediglich eine einzige Messung erforderlich ist, wodurch diejenigen Probleme, die durch eine zeitlich versetzte Abtastung zweier Sensorelemente entstehen können, von vornherein vermieden werden. The inventive configuration of the device or the method is particularly useful in measuring and / or monitoring of dynamic processes because only a single measurement is very convenient and advantageous required, whereby those problems which can be caused by a time-staggered scanning of two sensor elements, a priori be avoided.
  • Vorteilhaft kann das Steuerglied als programmierbarer Schaltkreis ausgebildet sein, mittels dem die zeitliche Steuerung der Vorrichtung entsprechend dem vorgebbaren Zeitintervall zwischen dem Spannungssprung und der Abtastung der Differenzspannung realisierbar ist. Advantageously, the control member may be formed as a programmable circuit means of which the timing of the device can be realized in accordance with the predetermined time interval between the voltage step and the sampling of the differential voltage.
  • Die Abtastschaltung kann zweckmäßigerweise als Sample-and-Hold-Schaltung ausgebildet sein, mittels der die Abtastung der Differenzspannung realisierbar und der abgetastete Momentanwert der Differenzspannung speicher- und ausgangsseitig als Messwert zur Verfügung stellbar ist. The sampling circuit may be formed as a sample and hold expediently by means of which the sampling of the differential voltage storage realized and the sampled instantaneous value of the difference voltage and the output side is adjustable as a measurement value is available.
  • Selbstverständlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch möglich, n induktive bzw. kapazitive Bauteile, z. Naturally, it is according to a further advantageous embodiment of the device according to the invention also possible n inductive or capacitive components, z. B. Sensoren, vorzusehen, bei der zu den Verhältnissen der Induktivitäten bzw. Kapazitäten der induktiven bzw. kapazitiven Bauteile proportionale Messwerte mittels n – 1 Messvorgängen bestimmbar sind. As sensors to provide, in the conditions of the inductances and capacitances of the capacitive and inductive components proportional measurement values ​​by means of n - 1 measuring processes are determined.
  • Um die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren mit einem geringen Aufwand an unterschiedlichste Problemstellungen und Anforderungsprofile anpassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn im Steuerglied das Zeitintervall zwischen dem Spannungssprung und der Abtastung der Differenzspannung programmgesteuert veränderbar ist bzw. verändert wird. In order to adapt the apparatus and method according to the invention with a low effort to different problems and requirements profiles, it is advantageous if the control element the time interval between the voltage step and the sampling of the differential voltage programmatically is variable or is varied.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In the following the invention with reference to an embodiment will be explained referring to the drawings in more detail.
  • Es zeigen: Show it:
  • 1 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines zu einem Verhältnis von Induktivitäten zweier induktiver Bauteile proportionalen Messwerts; an embodiment of an inventive apparatus for determining a value proportional to a ratio of inductances two inductive components measured value;
  • 2 2 eine grafische Darstellung des mit der in a graphical representation of the in 1 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermittelten zu dem Verhältnis der Induktivitäten der beiden induktiven Bauteile proportionalen Messwerts; illustrated embodiment of the device according to the invention determined to be the ratio of the inductances of the two inductive components proportional measurement value;
  • 3 3 eine Prinzipdarstellung der Auswertung des in a schematic diagram of the evaluation of the in 2 2 gezeigten proportionalen Messwerts; proportional measurement value shown; und and
  • 4 4 eine Prinzipdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Mess- bzw. Auswerteverfahrens. a schematic representation of a known prior art measurement and evaluation method.
  • 1 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung shows an embodiment of a device according to the invention 1 1 zur Bestimmung eines zu einem Verhältnis der beiden Induktivitäten L 1 , L 2 zweier induktiver Bauteile for determining a to a ratio of the two inductors L 1, L 2 two inductive components 2 2 , . 3 3 proportionalen Messwerts U s . proportional measurement value U s. Bei den beiden induktiven Bauteilen The two inductive components 2 2 , . 3 3 kann es sich beispielhaft um induktive Sensoren it can be exemplified by inductive sensors 2 2 , . 3 3 handeln. act.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass analog auch die Bestimmung eines zu einem Verhältnis von Kapazitäten zweier kapazitiver Bauteile proportionalen Messwerts möglich ist. It should be noted that the determination of a proportional to a ratio of capacity of two capacitive components measured value it is using.
  • Zu der in To that of 1 1 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung Embodiment of the apparatus shown 1 1 gehören ein erster Messzweig include a first measuring branch 4 4 und ein zweiter Messzweig and a second measurement branch 5 5 . ,
  • Der erste Messzweig The first measurement branch 4 4 und der zweite Messzweig and the second measuring branch 5 5 sind mittels eines ersten Schalters are by means of a first switch 6 6 an eine Spannungsquelle to a voltage source 7 7 mit der Spannung U 0 anschließbar. with the voltage U 0 connected. Darüber hinaus sind die beiden Messzweige In addition, the two measuring branches 5 5 , . 6 6 mittels eines zweiten Schalters by means of a second switch 8 8th an eine Ableitung anschließbar. connectable to a discharge line.
  • Der erste Schalter The first switch 6 6 und der zweite Schalter and the second switch 8 8th sind über Steuerleitungen an einen Controller are connected via control lines to a controller 9 9 angeschlossen und durch diesen schalt- bzw. steuerbar. connected and switchable by this or controllable. Mittels des Controllers By the controller 9 9 sind somit die beiden Messzweige are thus the two measurement branches 4 4 , . 5 5 entsprechend vorgebbaren Abläufen an die Spannungsquelle according to predetermined sequences to the voltage source 7 7 anschließbar und damit mit der Spannung U 0 beaufschlagbar. connected and acted upon by the voltage U 0.
  • Der erste Messzweig The first measurement branch 4 4 umfasst neben dem vorstehend erwähnten ersten induktiven Bauteil includes in addition to the above-mentioned first inductive component 2 2 , das eine Induktivität L 1 aufweist, einen ersten Messwiderstand Having an inductor L 1, a first measuring resistor 10 10 mit dem Ohm'schen Widerstand R 1 . with the ohmic resistance R. 1 Zwischen dem ersten induktiven Bauteil Between the first inductive component 2 2 mit der Induktivität L 1 und dem ersten Messwiderstand with the inductor L 1 and the first measuring resistor 10 10 mit dem Ohm'schen Widerstand R 1 ist im ersten Messzweig with the ohmic resistor R 1 is in the first measurement branch 4 4 ein Abgriff a tap 11 11 vorgesehen, der zu einem positiven Eingang eines Differenzverstärkers provided that at a positive input of a differential amplifier 12 12 führt. leads. Am positiven Eingang des Differenzverstärkers At the positive input of the differential amplifier 12 12 liegt somit die in dem Abgriff It is therefore the in the tap 11 11 herrschende Spannung U p an. prevailing voltage U p to.
  • Im zweiten Messzweig In the second measuring branch 5 5 ist neben dem vorstehend bereits erwähnten zweiten induktiven Bauteil is in addition to the already mentioned above, the second inductive component 3 3 mit der Induktivität L 2 ein zweiter Messwiderstand with the inductor L 2, a second measuring resistor 13 13 angeordnet. arranged. Zwischen dem zweiten induktiven Bauteil Between the second inductive component 3 3 mit der Induktivität L 2 und dem zweiten Messwiderstand with the inductor L 2 and the second measuring resistor 13 13 , der einen Ohm'schen Widerstand R 2 aufweist, ist im zweiten Messzweig Having an ohmic resistance R 2, is in the second measuring branch 5 5 ebenfalls ein Abgriff also a tap 14 14 vorgesehen, der an einen negativen Eingang des Differenzverstärkers provided, to a negative input of the differential amplifier 12 12 angeschlossen ist. connected. Am negativen Eingang des Differenzverstärkers The negative input of the differential amplifier 12 12 liegt somit die am Abgriff It is therefore the most tapping 14 14 vorliegende Spannung U n an. This voltage U n.
  • Von der Ausgangsseite des Differenzverstärkers From the output side of the differential amplifier 12 12 wird die im Differenzverstärker is in the differential amplifier 12 12 ermittelte und verstärkte Differenzspannung U diff einer Sample-and-Hold-Schaltung determined and amplified difference voltage U diff of a sample and hold 15 15 zugeführt. fed.
  • Ausgangsseitig der Sample-and-Hold-Schaltung On the output side of the sample and hold 15 15 steht somit der zu dem Verhältnis der beiden Induktivitäten L 1 bzw. L 2 der beiden induktiven Bauteile thus stands to be the ratio of the two inductors L 1 and L 2 of the two inductive components 2 2 bzw. or. 3 3 proportionale Messwert U s zur Verfügung. proportional measured value U s.
  • Mittels des vorstehend erwähnten Controllers By means of the above-mentioned controller 9 9 , der ua auch als zeitliches Steuerglied fungieren kann, ist der erste Schalter , Which may also serve as a timing member, among other things, the first switch 6 6 gemäß beliebigen zeitlichen Vorgaben schaltbar, so dass die beiden Messzweige switchable in accordance with any time specifications, so that the two measuring branches 4 4 , . 5 5 zeitgleich an die Spannungsquelle at the same time to the voltage source 7 7 anschließ- bzw. mit einem Spannungssprung beaufschlagbar sind. anschließ- be acted upon or with a voltage jump. Des Weiteren wird bei der in Further, in the in 1 1 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung Embodiment of the apparatus shown 1 1 innerhalb des Controller within the controller 9 9 für die Zeit ab dem Anschluss der beiden Messzweige for the period from the connection of the two measuring branches 4 4 , . 5 5 an die Spannungsquelle to the voltage source 7 7 bzw. ab dem Spannungssprung ein Zeitintervall t d vorgegeben. or from the voltage jump a time interval t d determined.
  • Der Controller the controller 9 9 ist darüber hinaus an die Sample-and-Hold-Schaltung is also on the sample and hold 15 15 angeschlossen. connected. Entsprechend ist die Sample-and-Hold-Schaltung Accordingly, the sample and hold 15 15 nach Ablauf des vorstehend angegebenen Zeitintervalls t d durch den Controller after expiration of the aforementioned time interval t d by the controller 9 9 triggerbar. triggered. In der Sample-and-Hold-Schaltung kann somit die Differenzspannung U diff zum Zeitpunkt des Ablaufs des Zeitintervalls t d abgetastet werden. In the sample and hold the voltage difference can thus U diff is sampled at the expiry of the time interval t d. Ausgangsseitig der Sample-and-Hold-Schaltung On the output side of the sample and hold 15 15 kann dann der Messwert U s zur Verfügung gestellt werden. then the measured value U S can be provided.
  • Beim Einsatz der Vorrichtung When using the apparatus 1 1 zur Bestimmung des zu dem Verhältnis der beiden Induktivitäten L 1 , L 2 der beiden induktiven Bauteile for the determination of to the ratio of the two inductors L 1, L of the two inductive components 2 2 2 , . 3 3 proportionalen Messwerts U s wird in einem ersten Verfahrensschritt der erste Schalter proportional measured value U s, in a first method step the first switch 6 6 geöffnet und der zweite Schalter open and the second switch 8 8th geschlossen. closed. Dieser während des ersten Verfahrensschritts herrschende Zustand wird solange aufrecht erhalten, bis sämtliche in den beiden induktiven Bauteilen This prevailing during the first process step state is maintained as long until all the inductive components in the two 2 2 , . 3 3 gespeicherte Energie abgebaut ist, so dass ein definierter Ausgangszustand für den darauf folgenden Messvorgang erreicht wird. stored energy is reduced, so that a defined initial state for the subsequent measurement process is achieved.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt wird der zweite Schalter In a second method step, the second switch is 8 8th geöffnet und der erste Schalter open and the first switch 6 6 geschlossen. closed.
  • Entsprechend einer durch die Induktivität L 1 des ersten induktiven Bauteils According to a through the inductor L 1 of the first inductive component 2 2 und des Ohm'schen Widerstands R 1 des ersten Messwiderstands and the ohmic resistance R 1 of the first measuring resistor 10 10 vorgegebenen Zeitkonstante L 1 /R 1 steigt der Strom durch den im ersten Messzweig predetermined time constant L 1 / R 1 of the current through the first measurement branch 4 4 angeordneten ersten Messwiderstand arranged first measuring resistor 10 10 nach der Formel according to the formula
    Figure DE102012004913B4_0002
    an. on.
  • Entsprechend steigt die am Abgriff According increases the on tap 1 1 des ersten Messzweigs the first measurement arm 4 4 vorhandene und entsprechend an den positiven Eingang des Differenzverstärkers known and in accordance to the positive input of the differential amplifier 12 12 weitergeleitete Spannung U p nach der Formel forwarded voltage U p according to the formula
    Figure DE102012004913B4_0003
    an. on.
  • Entsprechend einer durch die Induktivität L 2 des zweiten induktiven Bauteils Corresponding to a 2 of the second inductive component by the inductance L 3 3 und den Ohm'schen Widerstand R 2 des zweiten Messwiderstands and the ohmic resistance R 2 of the second measuring resistor 3 3 vorgegebenen Zeitkonstante L 2 /R 2 steigt der Strom durch den im zweiten Messzweig predetermined time constant L 2 / R 2, the current increases by the measurement in the second branch 5 5 angeordneten zweiten Messwiderstand disposed second measuring resistor 13 13 nach der Formel according to the formula
    Figure DE102012004913B4_0004
    an. on.
  • Entsprechend steigt die Spannung U n am Abgriff Accordingly, the voltage U increases at the tap n 14 14 des zweiten Messzweigs the second measuring branch 5 5 bzw. am negativen Eingang des Differenzverstärkers or at the negative input of the differential amplifier 12 12 nach der Formel according to the formula
    Figure DE102012004913B4_0005
    an. on.
  • Für die vorstehend geschilderte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung For the above-described embodiment of the device according to the invention 1 1 wird eine Verstärkung des Differenzverstärkers is a gain of the differential amplifier 12 12 von V = 1 angenommen. V = 1 is assumed. Die Spannung U diff am Ausgang des Differenzverstärkers The voltage U diff at the output of the differential amplifier 12 12 entspricht somit der Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen U p und U n . thus corresponds to the difference between the two input voltages U p and U n. In dem Strompfad bzw. Messzweig In the current path or measuring branch 4 4 bzw. or. 5 5 mit der größeren Induktivität L 1 bzw. L 2 steigt der Strom und damit die Spannung über den Messwiderstand having the larger inductance L 1 and L 2, the current and thus the voltage over the measuring resistance increases 10 10 bzw. or. 12 12 langsamer an. slower.
  • Entsprechend ergibt sich die Differenzspannung U diff zu: Accordingly, the differential voltage U diff results to: u diff (t) = u p (t) – u n (t) u diff (t) = u p (t) - u n (t)
  • Wenn darüber hinaus noch die Formeln L 1 = Q·L 2 bzw. L 2 = L 1 /Q genutzt werden, ergibt sich Moreover, if even the formulas, L 1 = Q · L 2 and L 2 = L 1 / Q are used follows
    Figure DE102012004913B4_0006
  • Nach Ablauf des genau definierten Zeitintervalls t d nach dem Schließen des ersten Schalters After the end of the well-defined time interval t d after the closing of the first switch 6 6 wird die Sample-and-Hold-Schaltung is the sample and hold 15 15 vom Controller the controller 9 9 getriggert. triggered. Entsprechend wird in diesem Moment die Spannung U diff in der Sample-and-Hold-Schaltung Accordingly, the voltage at this moment U.sub.diff in the sample and hold 15 15 gespeichert und steht dann am Ausgang der Sample-and-Hold-Schaltung saved and then the output of the sample and hold 15 15 als zu dem Verhältnis zwischen den beiden Induktivitäten L 1 , L 2 proportionaler Messwert U s zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. as to the ratio between the two inductors L 1, L 2 proportional measured value U s for further processing. Falls die Induktivität L 1 des ersten induktiven Bauteils If the inductance L 1 of the first inductive component 2 2 größer als die Induktivität L 2 des zweiten induktiven Bauteils greater than the inductance L 2 of the second inductive component 3 3 ist, wird der Messwert U s negativ. is the measured value is negative U s. Falls die Induktivität L 1 des ersten induktiven Bauteils If the inductance L 1 of the first inductive component 2 2 kleiner ist als die Induktivität L 2 des zweiten induktiven Bauteils is smaller than the inductance L 2 of the second inductive component 3 3 , so ist der Messwert U s positiv. So the measured value is U s positive. Sofern die Induktivität L 1 des ersten induktiven Bauteils Provided that the inductance L 1 of the first inductive component 2 2 gleich der Induktivität L 2 des zweiten induktiven Bauteils equal to the inductance L 2 of the second inductive component 3 3 ist, so wird der Messwert U s Null. is, the measured value U s is zero.
  • In In 2 2 ist die Kennlinie einer Schaltungsanordnung entsprechend der vorstehend geschilderten Vorrichtung is the characteristic of a circuit arrangement according to the above-described apparatus 1 1 mit den folgenden Parametern abgebildet: illustrated with the following parameters:
    U 0 = 5 V U 0 = 5 V
    R 1 = R 2 = 1 kOhm R 1 = R 2 = 1 kOhm
    L 1 = 15 mH L 1 = 15 mH
    L 2 = Q·L 1 L 2 = Q · L 1
    t d = 30 μs t d = 30 .mu.s
  • Es ist ersichtlich, dass die Spannung bzw. der Messwert U s proportional zu dem Verhältnis der beiden Induktivitäten L 1 und L 2 ist. It is seen that the voltage or the measured value U s is proportional to the ratio of the two inductors L 1 and L2.
  • Sofern dieser Messwert U s zur Auswertung genutzt werden kann, ist es nach Erfassung dieses Messwerts U s lediglich noch erforderlich, in einem entsprechenden Lookup-Table den zugeordneten Positionswert s zu ermitteln und diesen dann auszugeben, wie es in If this measured value U s can be used for evaluation, it is to capture this metric U s only still necessary, the assigned position value to determine in an appropriate look-up table s and this then output as in 3 3 prinzipiell gezeigt ist. is basically shown.
  • Die Erfassung zweier Messsignale MW1 und MW2 und die Berechnung des Verhältnisses aus diesen beiden Messsignalen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt und zum Vergleich in The detection of two measuring signals MW1 and MW2 and the calculation of the ratio of these two measurement signals, as it is known from the prior art and for comparison in 4 4 gezeigt ist, kann entfallen. is shown, can be omitted.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Bestimmung eines zu einem Verhältnis von Induktivitäten (L 1 , L 2 ) bzw. Kapazitäten zweier induktiver bzw. kapazitiver Bauteile ( (Apparatus for determining a to a ratio of inductances (L 1, L 2) or capacitances of two inductive or capacitive components 2 2 , . 3 3 ) proportionalen Messwerts (U s ), mit einem ersten Messzweig ( ) Proportional to the measured value (U s), (with a first measurement branch 4 4 ), in dem das erste induktive bzw. kapazitive Bauteil ( ) In which (the first inductive or capacitive component 2 2 ) und ein erster Messwiderstand ( ) And a first measuring resistor ( 10 10 ) angeordnet sind, und einem zweiten Messzweig ( ) Are arranged, and (a second measuring branch 5 5 ), in dem das zweite induktive bzw. kapazitive Bauteil ( ) In which (the second inductive or capacitive component 3 3 ) und ein zweiter Messwiderstand ( ) And a second measuring resistor ( 13 13 ) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerglied ( ) Are arranged, characterized in that a control member ( 9 9 ) vorhanden ist, mittels dem die beiden Messzweige ( ) Is present, by means of which (the two measuring branches 4 4 , . 5 5 ) zeitgleich mit einem Spannungssprung beaufschlagbar sind und für die Zeit ab dem Spannungssprung ein Zeitintervall (t d ) vorgebbar ist, und eine Abtastschaltung ( ) Are simultaneously acted upon with a voltage jump and the time from the voltage jump a time interval (t d) is predetermined, and a sampling circuit ( 15 15 ), die vom Steuerglied ( ), Which (from the control member 9 9 ) nach Ablauf des vorgebbaren Zeitintervalls (t d ) triggerbar und mittels der eine Differenzspannung (U diff ) zwischen den beiden Messwiderständen ( ) (After expiry of the predetermined time interval t d) diff triggered and by means of a differential voltage (U) (between the two measuring resistors 10 10 , . 13 13 ) abtastbar und ausgangsseitig als das Verhältnis zwischen den beiden Induktivitäten (L 1 , L 2 ) bzw. Kapazitäten der beiden induktiven bzw. kapazitiven Bauteile ( ) Scanned and on the output side as the ratio between the two inductances (L 1, L 2) or capacitances of the two inductive and capacitive components ( 2 2 , . 3 3 ) proportionaler Messwert (U s ) zur Verfügung stellbar ist. ) Proportional to the measured value (U s) are available is adjustable.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, deren Steuerglied ( Device according to claim 1 wherein the control member ( 9 9 ) als programmierbarer Schaltkreis ( ) (As a programmable circuit 9 9 ) ausgebildet ist, mittels dem die zeitliche Steuerung der Vorrichtung ( ) Is formed by means of which (the timing of the device 1 1 ) entsprechend dem vorgebbaren Zeitintervall (t d ) zwischen dem Spannungssprung und der Abtastung der Differenzspannung (U diff ) realisierbar ist. ) (Corresponding to the predetermined time interval t d) (between the voltage step and the sampling of the differential voltage U diff) can be realized.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, deren Abtastschaltung ( Apparatus (according to claim 1 or 2, whose sampling 15 15 ) als Sample-and-Hold-Schaltung ( ) (As a sample and hold 15 15 ) ausgebildet ist, mittels der die Abtastung der Differenzspannung (U diff ) realisierbar und der abgetastete Momentanwert der Differenzspannung speicher- und ausgangsseitig als Messwert (U s ) zur Verfügung stellbar ist. ) Is formed by means of which the sampling of the differential voltage (U) diff realized and the sampled instantaneous value of the differential voltage memory and the output side (as measured value U s) are available is adjustable.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit n induktiven bzw. kapazitiven Bauteilen, z. Device according to one of claims 1 to 3, comprising n inductive or capacitive components, z. B. Sensoren, bei der zu den Verhältnissen der Induktivitäten bzw. Kapazitäten der induktiven bzw. kapazitiven Bauteile proportionale Messwerte mittels n – 1 Messvorgängen bestimmbar sind. As sensors, in which the ratios of the inductances and capacitances of the capacitive and inductive components proportional measurement values ​​by means of n - 1 measuring processes are determined.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in deren Steuerglied ( Device according to one of claims 1 to 4, (in which the control member 9 9 ) das Zeitintervall (t d ) zwischen dem Spannungssprung und der Abtastung der Differenzspannung (U diff ) programmgesteuert veränderbar ist. ) The time interval (t d) (between the voltage step and the sampling of the differential voltage U diff) programmatically is variable.
  6. Verfahren zur Bestimmung eines zu einem Verhältnis von Induktivitäten (L 1 , L 2 ) bzw. Kapazitäten zweier induktiver bzw. kapazitiver Bauteile ( A method for determining a to a ratio of inductances (L 1, L 2) or capacitances of two inductive or capacitive components ( 2 2 , . 3 3 ) proportionalen Messwerts (U s ), bei dem in einem ersten Messzweig ( ) Proportional to the measured value (U s) in which (in a first measurement branch 4 4 ) das erste induktive bzw. kapazitive Bauteil ( ) The first inductive or capacitive component ( 2 2 ) und ein erster Messwiderstand ( ) And a first measuring resistor ( 10 10 ) und in einem zweiten Messzweig ( (), And in a second measuring branch 5 5 ) das zweite induktive bzw. kapazitive Bauteil ( ) The second inductive or capacitive component ( 3 3 ) und ein zweiter Messwiderstand ( ) And a second measuring resistor ( 13 13 ) angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messzweige ( Be) arranged, characterized in that the two measuring branches ( 4 4 , . 5 5 ) zeitgleich mit einem Spannungssprung beaufschlagt werden, dass für die Zeit ab dem Spannungssprung ein Zeitintervall (t d ) vorgegeben wird, dass nach Ablauf des vorgebbaren Zeitintervalls (t d ) eine Differenzspannung (U diff ) zwischen den beiden Messwiderständen ( ) Are simultaneously supplied with a voltage jump that (a time interval for the time from the voltage jump t d) is specified that after the predeterminable time interval (t d) a difference voltage (U diff) between the two measuring resistors ( 10 10 , . 13 13 ) abgetastet und gespeichert wird und dass die abgetastete Differenzspannung (U diff ) als dem Verhältnis zwischen den beiden Induktivitäten bzw. Kapazitäten der beiden induktiven bzw. kapazitiven Bauteile ( ) Is scanned and stored and the sampled difference voltage (U diff) as the ratio between the two inductances and capacitances of the two inductive and capacitive components ( 2 2 , . 3 3 ) proportionaler Messwert (U s ) zur Verfügung gestellt wird. ) Proportional to the measured value (U s) is provided.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Zeitintervall (t d ) zwischen dem Spannungssprung und der Abtastung der Differenzspannung (U diff ) programmgesteuert verändert wird. The method of claim 6, wherein the time interval (t d) between the voltage jump and the scanning of the difference voltage (U diff) is changed programmatically.
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