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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität
bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder
Bauelementes, mit einer Spannungsquelle, mit mindestens einem Ladeschalter und
mindestens einem Umladeschalter, mit einem den Ladeschalter und den
Umladeschalter steuernden, vorzugsweise einen Taktgenerator enthaltenden
Steuergerät, mit einem Speicherkondensator und mit einer an den
Speicherkondensator angeschlossenen Auswerteschaltung, wobei die Spannungsquelle über
den geschlossenen Ladeschalter mit einer Elektrode des kapazitiven
Schaltungs- oder Bauelementes verbindbar ist und die zweite Elektrode des
kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes mit dem dem Ladeschalter fernen
Anschluß der Spannungsquelle verbunden oder verbindbar ist, so daß bei
geschlossenem Ladeschalter das kapazitive Schaltungs- oder Bauelement von
der Spannungsquelle geladen wird, wobei eine Elektrode des
Speicherkondensators mit der mit dem Ladeschalter verbundenen Elektrode des kapazitiven
Schaltungs- oder Bauelementes verbunden oder verbindbar ist und wobei die
zweite Elektrode des Speicherkondensators über den geschlossenen
Umladeschalter mit der zweiten Elektrode des kapazitiven Schaltungs- oder
Bauelementes verbindbar ist, so daß bei geöffnetem Ladeschalter und geschlossenem
Umladeschalter das kapazitive Schaltungs- oder Bauelement auf den
Speicherkondensator entladen bzw. die in dem kapazitiven Schaltungs- oder
Bauelement gespeicherte Ladung in den Speicherkondensator umgeladen wird,
und wobei aus der am Speicherkondensator nach einer bestimmten Anzahl
von Lade- und Umladezyklen anstehenden Spannung durch die
Auswerteschaltung die Kapazität bzw. eine Kapazitätsänderung des kapazitiven
Schaltungs- oder Bauelementes bestimmbar ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist mit "Kapazität" der Kapazitätswert eines
kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes gemeint; eine "Kapazitätsänderung"
meint folglich eine Änderung des Kapazitätswertes eines kapazitiven
Schaltungs- oder Bauelementes. Mit "Erfassung" der Kapazität bzw. einer
Kapazitätsänderung ist im Rahmen der Erfindung sowohl eine nur qualitative
Erfassung als auch eine quantitative Erfassung, also eine echte Messung, gemeint.
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"Kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" meint im Rahmen der
Erfindung jedes Schaltungselement und jedes Bauelement, das kapazitive
Eigenschaften hat, häufig auch als Kapazität bezeichnet wird, wobei darm nicht der
Kapazitätswert gemeint ist. Ein "kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" ist
insbesondere ein Kondensator. Als "kapazitives Schaltungs- oder
Bauelement" wird im Rahmen der Erfindung aber auch die Elektrode eines
kapazitiven Näherungsschalter, im Zusammenwirken mit einem
Beeinflussungskörper, bezeichnet. "Kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" meint im
Rahmen der Erfindung z. B. aber auch die Kapazität, die miteinander kapazitiv
wirkende Leitungen darstellen. Nachfolgend wird statt von einem
"kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement" immer von einem Sensorkondensator
gesprochen, ohne daß damit eine Einschränkung auf einen Kondensator im
engeren Sinne verbunden ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist mit "Spannungsquelle" sowohl eine interne
Spannungsquelle insgesamt als auch ein Anschluß für eine externe
Spannungsquelle gemeint.
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Die Schaltungsanordnung, von der die Erfindung ausgeht, arbeitet nach dem
sogenannten "Ladungsverschiebungsprinzip", auch mit "Charge Transfer
Sensing" bezeichnet, ist z. B. aus den deutschen Patentschriften 197 01 899 und
197 44 152 bekannt und soll im folgenden in Verbindung mit einer Skizze,
Fig. 1, erläutert werden:
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Die Fig. 1 zeigt - prinzipiell, als Ausführungsbeispiel - eine
Schaltungsanordnung zur Erfassung, nämlich zur quantitativen Erfassung, also zur
Messung der Kapazität eines Sensorkondensators 1, - wobei der
Sensorkondensator 1 nur beispielhaft, wie zuvor erläutert, für ein kapazitives Schaltungs-
oder Bauelement steht. Zu der Schaltungsanordnung gehört zunächst eine
Spannungsquelle 2, wobei mit dem Begriff "Spannungsquelle" sowohl eine
innerhalb der Schaltungsanordnung realisierte Spannungsquelle als auch ein
Anschluß für eine solche Spannungsquelle gemeint sein soll. Bei der in Fig. 1
dargestellten Schaltungsanordnung ist nur ein Anschluß für eine - interne oder
externe - Spannungsquelle vorgesehen; gleichwohl wird nachfolgend dieser
Anschluß für eine Spannungsquelle immer mit Spannungsquelle 2 bezeichnet.
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Zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung gehören weiter -
funktionsnotwendig - ein Ladeschalter 3 und ein Umladeschalter 4, ein den
Ladeschalter 3 und den Umladeschalter 4 - abwechselnd - steuerndes,
vorzugsweise einen nicht dargestellten Taktgenerator enthaltendes Steuergerät 5,
ein Speicherkondenator 6 und eine an den Speicherkondensator 6
angeschossene Auswerteschaltung 7. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind das
Steuergerät 5 und die Auswerteschaltung 7 zu einer Steuer- und
Auswerteeinheit 8 zusammengefaßt.
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Wie die Fig. 1 zeigt, ist die Spannungsquelle 2 über den geschlossenen
Ladeschalter 3 mit einer Elektrode 9 des Sensorkondensators 1 verbindbar und die
zweite Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 mit dem dem Ladeschalter 3
fernen Anschluß der Spannungsquelle 2 verbunden; im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Verbindung der zweiten Elektrode 10 des
Sensorkondensators 1 mit dem dem Ladeschalter 3 fernen Anschluß der
Spannungsquelle 2 dadurch realisiert, daß sowohl die zweite Elektrode 10 des
Sensorkondensators 1 als auch der dem Ladeschalter 3 ferne Anschluß der
Spannungsquelle 2 auf einem gemeinsamen Potential liegen, nämlich dem
Massepotential 11. Die zuvor beschriebene Verbindung von Sensorkondensator 1,
Spannungsquelle 2 und Ladeschalter 3 führt dazu, daß bei geschlossenem
Ladeschalter 3 der Sensorkondensator 1 von der Spannungsquelle 2 geladen
wird.
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Wie der Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, ist eine Elektrode 12 des
Speicherkondensators 6 mit der mit dem Ladeschalter 3 verbundenen Elektrode 9 des
Speicherkondensators 1 verbunden und ist die zweite Elektrode 13 des
Speicherkondensators 6 über den geschlossenen Umladeschalter 4 mit der zweiten
Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 verbindbar. Die zuvor beschriebene
Verbindung von Sensorkondensator 1, Umladeschalter 4 und
Speicherkondensator 6 führt dazu, daß bei geöffnetem Ladeschalter 3 und geschlossenem
Umladeschalter 4 der Sensorkondensator 1 auf den Speicherkondensator 6
entladen bzw. die in dem Sensorkondensator 1 gespeicherte Ladung in den
Speicherkondensator 6 umgeladen wird.
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Schließlich zeigt die Fig. 1 noch, daß an die Elektrode 12 des
Speicherkondensators 6 ein Entladeschalter 14 angeschossen ist, mit dem die Elektrode 12des Speicherkondensators 6 mit dem Massepotential 11 verbindbar ist. Vor
dem Beginn einer Messung der Kapazität des Sensorkondensators 1 wird der
Speicherkondensator 6 zuerst definiert entladen, und zwar dadurch, daß
sowohl der Umladeschalter 4 als auch der Entladeschalter 14 geschlossen
werden; sind der Umladeschalter 4 und der Entladeschalter 14 geschlossen, so ist
der Speicherkondensator 6 über den Umladeschalter 4, Massepotential 11 und
den Entladeschalter 14 kurzgeschlossen.
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Wie im Stand der Technik zum "Ladungsverschiebungsprinzip" bzw. zum
"Charge Transfer Sensing" bekannt, ist aus der am Speicherkondensator 6
nach einer bestimmten Anzahl von Lade- und Umladezyklen anstehenden
Spannung durch die Auswerteschaltung 7 die Kapazität des
Sensorkondensators 1 bestimmbar, und zwar unter der Voraussetzung, daß die Spannung der
Spannungsquelle 2 und die Kapazität des Speicherkondensators 6 bekannt
sind, - weil bekanntermaßen die Spannung an einem Kondensator
proportional zu seiner Ladung ist.
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Aus der bekannten Spannung der Spannungsquelle 2, der Kapazität des
Speicherkondensators 6 und der Anzahl von Lade- und Entladezyklen läßt sich die
Kapazität des Sensorkondensators 1 entweder dadurch bestimmen, daß die
Anzahl der für eine bestimmte Spannung am Speicherkondensator 6
erforderlichen Lade- und Umladezyklen festgestellt wird, oder dadurch, daß die bei
einer bestimmten Anzahl von Lade- und Umladezyklen am
Speicherkondensator 6 anstehende Spannung festgestellt wird.
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Die bekannten, nach dem "Ladungsverschiebungsprinzip" ("Charge Transfer
Sensing") arbeitenden Schaltungsanordnungen haben sich in der Praxis
durchaus bewährt und werden deshalb umfangreich realisiert. Sie sind jedoch mit
einem Nachteil behaftet, nämlich empfindlich gegen NF-Störspannungen.
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Solche NF-Störspannungen können das Meßergebnis verfälschen, was im
folgenden in Verbindung mit einer Skizze, Fig. 2, erläutert werden soll, - wobei
die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung voll und ganz der in Fig. 1
dargestellten Schaltungsanordnung entspricht, lediglich zusätzlich eine
NF-Störspannungsquelle 15 eingezeichnet ist.
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Es sei angenommen, daß die Spannungsquelle 2 eine Betriebsspannung UB
von 5 V zur Verfügung stellt und die NF-Störspannungsquelle 15 eine NE-
Störspannung US mit einem Momentanwert von 1 V generiert. Das NF-
Störspannungspotential PS soll an der zweiten Elektrode 10 des
Sensorkondensators 1 gegenüber dem Massepotential 11 für den Betrachtungszeitpunkt
positiv sein; bezogen auf das Massepotential 11 liegt also an der zweiten
Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 ein NF-Störspannungspotential PS von
1 V.
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Es sei ferner angenommen, daß vor dem Beginn des Meßzyklus zunächst der
Umschalter 4 und der Entladeschalter 14 geschlossen waren, so daß der
Speicherkondensator 6 definiert entladen worden ist, und daß dann während des
Meßzyklus der Entladeschalter 14 geöffnet bleibt.
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Nunmehr soll ein erster Lade- und Umladezyklus stattfinden; zunächst wird
also der Ladeschalter 3 für eine Ladezeit tL geschlossen, die ausreichend ist für
das Laden des Sensorkondensators 1, und dann wird, nachdem der
Ladeschalter 3 wieder geöffnet worden ist, der Umladeschalter 4 für eine
Umladezeit tU geschlossen, die ausreichend ist für das Umladen der zunächst im
Sensorkondensator 1 gespeicherten Ladung in den Speicherkondensator 6.
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Für die nun folgende Betrachtung ist zu berücksichtigen, daß die Lade- und
Umladezykluszeit tLUZ des Lade- und Umladezyklus, die in der Regel
geringfügig größer ist als die Summe aus der Ladezeit tL und der Umladezeit tU,
klein ist gegenüber der Periodendauer tS der NF-Störspannung US, daß aber
auch die Meßzeit tMZ, also die sich aus der einen Meßzyklus bestimmenden
Anzahl von Lade- und Umladezyklen ergibt, klein ist gegenüber der
Periodendauer tS der NF-Störspannung US.
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Für die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung, also ohne die
NF-Störspannungsquelle 15, die in Fig. 2 gezeigt ist, gilt, daß die Elektrode 9 des
Sensorkondensators 1 auf dem Betriebsspannungspotential PUB der
Spannungsquelle 2 liegt, also auf 5 V, und die zweite Elektrode 10 auf dem
Massepotential 11 liegt, also auf 0 V, und daß sich die Ladung des Sensorkondensators 1,
die nach dem Schließen des Umladeschalters 4 in den Speicherkondensator 6umgeladen wird, aus der Kapazität des Sensorkondensators 1 und der
Betriebsspannung UB von 5 V ergibt.
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An dieser Stelle sei auf folgendes erläuternd hingewiesen:
Das Umladen der nach dem Laden im Sensorkondensator 1 gespeicherten
Ladung auf den Speicherkondensator 6 führt dazu, daß die Spannung am
Speicherkondensator 6, die beim Beginn des Umladens 0 V betragen hat, sowohl
während jedes Umladens als auch bei jedem dem ersten Umladen folgenden
Umladen ansteigt. Das bedeutet vor allem auch, daß beim zweiten Umladen
weniger Ladung vom Sensorkondensator 1 auf den Speicherkondensator 6
umgeladen wird als beim ersten Umladen, beim dritten Umladen weniger als
beim zweiten Umladen, beim vierten Umladen weniger als beim dritten
Umladen usw.
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Das, was zuvor erläutert worden ist, muß bei der weiter oben beschriebenen
Bestimmung der Kapazität des Sensorkondensators 1 aus der Spannung der
Spannungsquelle 2, der Kapazität des Speicherkondensators 6 und aus der
Anzahl der für eine bestimmte Spannung am Speicherkondensator 6
erforderlichen Lade- und Umladezyklen bzw. aus der bei einer bestimmten Anzahl
von Lade- und Umladezyklen am Speicherkondensator 6 anstehenden
Spannung berücksichtigt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Kapazität des
Speicherkondensators 6 sehr groß ist gegenüber der Kapazität des Sensorkondensators 1,
wenn die Ladezeit tL sehr klein ist und wenn die Meßzeit tMZ sehr klein ist,
also die einen Meßzyklus bestimmende Anzahl von Lade- und Umladezyklen
klein ist, das, was zuvor erläutert worden ist, unberücksichtigt bleiben kann.
In der Praxis kann das, was zuvor erläutert worden ist, jedoch nicht
unberücksichtigt bleiben, wird das vielmehr bei der Bestimmung der Kapazität des
Sensorkondensators 1 berücksichtigt.
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Ist nun die in Fig. 2 dargestellte NF-Störspannungsquelle 15 mit, wie zuvor
vorausgesetzt, einer NF-Störspannung US mit einem Momentanwert - beim
Beginn eines Umladezyklus - von 1 V wirksam und steigt der Momentanwert
der NF-Störspannung US während des Umladezyklus, dann gilt, daß nicht nur
die zuvor im Sensorkondensator 1 gespeicherte Ladung in den
Speicherkondensator 6 umgeladen wird, daß vielmehr auch ein von der zeitlichen
Änderung der NF-Störspannung US verursachter Strom durch den
Sensorkondensator 1 in den Speicherkondensator 6 fließt, also zusätzlich Ladung in den
Speicherkondensator 6 transportiert wird. Der von der zeitlichen Änderung
der NF-Störspannung US verursachte, durch den Sensorkondensator 1 in den
Speicherkondensator 6 fließende Strom soll nachfolgend mit
NF-Störspannungs-Fehlerstrom, die dadurch zusätzlich in den Speicherkondensator 6
transportierte Ladung mit NF-Störspannungs-Fehlerladung bezeichnet
werden. Das Meßergebnis, das aus der am Speicherkondensator 6 nach einer
bestimmten Anzahl von Lade- und Umladezyklen anstehenden Spannung
bestimmbar ist, wird also durch die zeitliche Änderung der NF-Störspannung US
verfälscht, weil die sich am Speicherkondensator 6 ergebende Spannung nicht
mehr nur von der Spannung der Spannungsquelle 2, also der
Betriebsspannung UB der Anzahl von Lade- und Umladezyklen und der Kapazität des
Speicherkondensators 6 abhängig ist, vielmehr nun auch abhängig ist von der
nicht gewollten und in ihrer Größe nicht bekannten NF-Störspannung US bzw.
der zeitlichen Änderung der NF-Störspannung US während eines
Umladezyklus, nämlich von der dadurch verursachten NF-Störspannungs-Fehlerladung.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung, von
der die Erfindung ausgeht, so auszugestalten und weiterzubilden, daß das
zuvor erläuterte Verfälschen des Meßergebnisses durch NF-Störspannungen
nicht mehr eintritt.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der die zuvor hergeleitete
und dargestellte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß ein dem kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement
entsprechendes kapazitives Störspannungskompensationselement vorgesehen ist,
daß die der ersten Elektrode des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementes
entsprechende Störspannungskompensationselektrode des
Störspannungskompensationselementes an die zweite Elektrode des Speicherkondensators
angeschlossen ist und daß das Störspannungskompensationselement in
gleicher Weise wie das kapazitive Schaltungs- oder Bauelement durch eine NF-
Störspannung beeinflußbar ist.
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Einleitend ist ausgeführt worden, was im Rahmen der Erfindung mit
"kapazitives Schaltungs- oder Bauelement" gemeint ist und daß dann immer statt von
einem "kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement" von einem
Sensorkondensator gesprochen wird. Folglich soll nachfolgend statt von einem "kapazitiven
Störspannungskompensationselement" immer von einem
Störspannungskompensationskondensator gesprochen werden; auch damit soll eine
Einschränkung auf einen Kondensator im engeren Sinne nicht verbunden sein.
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Daß und wie bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der
erfindungsgemäß vorgesehene Störspannungskompensationskondensator,
angeschlossen wie zuvor aufgezeigt, den weiter oben beschriebenen, das
Verfälschen des Meßergebnisses bewirkenden Einfluß von NF-Störspannungen
eliminiert, soll im folgenden in Verbindung mit einer weiteren Skizze, Fig. 3,
erläutert werden:
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung entspricht der in Fig. 2
dargestellten Schaltungsanordnung, wobei lediglich zusätzlich ein
Störspannungskompensationskondensator 16 eingezeichnet ist, der entsprechend dem
Sensorkondensator 1 ausgeführt ist und zu dem eine
Störspannungskompensationselektrode 17 gehört. Die Störspannungskompensationselektrode 17 des
Störspannungskompensationskondensators 16 ist an die zweite Elektrode 13
des Speicherkondensators 6 angeschlossen. Der
Störspannungskompensationskondensator 16 und die Störspannungskompensationselektrode 17 sind in
gleicher Weise wie der Sensorkondensator 1 und die erste Elektrode 9 des
Sensorkondensators 1 durch eine NF-Störspannung US beeinflußbar; das ist in
Fig. 3 dadurch dargestellt, daß die NF-Störspannungsquelle 15 sowohl an die
zweite Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 als auch an die zweite
Störspannungskompensationselektrode 18 des
Störspannungskompensationskondensators 16 angeschlossen ist.
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Für die nun folgende Betrachtung soll hinsichtlich der Betriebsspannung UB
der Spannungsquelle 2 und der NF-Störspannung US der
NF-Störspannungsquelle 15 genau das gelten, was zuvor in Verbindung mit der Fig. 2
vorausgesetzt worden ist. Auch wird wieder angenommen, daß zunächst der
Umschalter 4 und der Entladeschalter 14 geschlossen waren, so daß der
Speicherkondensator 6 definiert entladen worden ist, nunmehr jedoch sowohl der
Umladeschalter 4 als auch der Entladeschalter 14 geöffnet sind, im übrigen auch der
Ladeschalter 3 geöffnet ist.
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Nach dem Öffnen des Umladeschalters 4 - und bei noch geöffnetem
Ladeschalter 3 - ist der Speicherkondensator 6 praktisch nach wie vor entladen,
jedoch haben sowohl der Sensorkondensator 1 als auch der
Störspannungskonnpensationskondensator 16 eine ihrer - vorausgesetzt, gleichen - Kapazität und
der momentanen NF-Störspannung US entsprechende Ladung; die erste
Elektrode 9 des Sensorkondensators 1 und die erste
Störspannungskompensationselektrode 17 des Störkompensationskondensators 16 haben das - mit 0 V
angenommene - Massepotential 11, und die zweite Elektrode 10 des
Sensorkondensators 1 und die zweite Störspannungskompensationselektrode 18 des
Störspannungskompensationskondensators 16 haben das
NF-Störspannungspotential PS mit einem Momentanwert von 1 V.
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Nunmehr soll wieder ein erster Lade- und Umladezyklus stattfinden; wie
zuvor erläutert, wird also zunächst der Ladeschalter 3 für eine Ladezeit tL
geschlossen und wird dann, nachdem der Ladeschalter 3 wieder geöffnet worden
ist, der Umladeschalter 4 für eine Umladezeit tU geschlossen.
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Während vor dem Schließen des Ladeschalters 3 die erste Elektrode 9 des
Sensorkondensators 1 das Massepotential 11 und die zweite Elektrode 10 des
Sensorkondensators 1 das NF-Störspannungspotential PS mit einem
Momentanwert von 1 V hat, der Sensorkondensator 1 - von der ersten Elektrode 9 zur
zweiten Elektrode 10 gesehen - also auf -1 V geladen ist, hat das Schließen
des Ladeschalters 3 zur Folge, daß die erste Elektrode 9 des
Sensorkondensators 1 das Betriebsspannungspotential PUB von 5 V hat, während die zweite
Elektrode 10 des Sensorkondensators 1 nach wie vor das
NF-Störspannungspotential PS mit einem Momentanwert von 1 V haben soll. Während also vor
dem Schließen des Ladeschalters 3 der Sensorkondensator 1 - von der ersten
Elektrode 9 zur zweiten Elektrode 10 gesehen, auf -1 V geladen ist, ist der
Sensorkondensator 1 nach dem Schließen des Ladeschalters 3 und dem sich
daran unmittelbar anschließenden Laden des Sensorkondensators 1 auf +4 V
geladen, - wiederum von der ersten Elektrode 9 zur zweiten Elektrode 10
gesehen. Die Ladung, die notwendig ist, um den Sensorkondensator 1 von -1 V
auf +4 V umzuladen, ist die gleiche, die erforderlich ist, um einen nicht
geladenen Sensorkondensator 1 auf + 5 V zu laden. Die Ladung, die von der
Spannungsquelle 2 über den Ladeschalter 3 in den Sensorkondensator 1 fließt,
läßt den Speicherkondensator 6 unbeeinflußt.
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Wie weiter oben erläutert, hat das Schließen des Ladeschalters 3 nicht nur das
zur Folge, was unmittelbar zuvor dargestellt worden ist. Vielmehr fließt
nunmehr, verursacht durch die zeitliche Änderung der NF-Störspannung US, ein
Strom durch den Störspannungskompensationskondensator 16, den
Speicherkondensator 6, den geschlossenen Ladeschalter 3 und die Spannungsquelle 2
zurück zur NF-Störspannungsquelle 15 - und damit Ladung in den
Speicherkondensator 6. Da diese Ladung wiederum nichts mit der Betriebsspannung
UB der Spannungsquelle 2 zu tun hat, soll auch dieser Transport von Ladung
zum Speicherkondensator 6 bzw. in den Speicherkondensator 6 wieder mit
NF-Störspannungs-Fehlerladung bezeichnet werden.
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Weiter oben ist in Verbindung mit der Fig. 2 erläutert worden, daß die
zeitliche Änderung der NF-Störspannung US ursächlich ist für einen über den
Sensorkondensator 1 und über den Speicherkondensator 6 fließenden NE-
Störspannungs-Fehlerstrom sowie einen damit einhergehenden Transport von
Ladung zum Speicherkondensator 6, mit NF-Störspannungs-Fehlerladung
bezeichnet. Diese NF-Störspannungs-Fehlerladung entsteht während des
Umladezyklus, also bei geschlossenem Umladeschalter 4; sie ist gleichgerichtet mit
der funktionsgewollten Umladung der Ladung vom Sensorkondensator 1 in
den Speicherkondenator 6, wenn die zeitliche Änderung der NF-Störspannung
US positiv ist, und wird deshalb nachfolgend als positive NF-Störspannungs-
Fehlerladung bezeichnet. Während des Umladezyklus, also bei geschlossenem
Umladeschalter 4, fließt auch ein von der zeitlichen Änderung der NF-
Störspannung US verursachter Strom über den
Störspannungskompensationskondensator 16 und den geschlossenen Umladeschalter 4; dieser Strom läßt
den Speicherkondensator 6 und die Ladung im Speicherkondensator 6
unheeinflußt, kann also unberücksichtigt bleiben.
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Zur Lehre der Erfindung und in Verbindung mit der Fig. 3 ist erläutert
worden, daß die zeitliche Änderung der NF-Störspannung US auch ursächlich ist
für einen über den Störspannungskompensationskondensator 16 und über den
Speicherkondensator 6 fließenden NF-Störspannungs-Fehlerstrom sowie
einen damit einhergehenden Transport von Ladung zum Speicherkondensator 6,
mit NF-Störspannungs-Fehlerladung bezeichnet. Diese NF-Störspannungs-
Fehlerladung entsteht während des Ladezyklus, also bei geschlossenem
Ladeschalter 3; sie ist entgegengerichtet zur funktionsgewollten Umladung der
Ladung vom Sensorkondensator 1 in den Speicherkondensator 6 und wird
deshalb nachfolgend als negative NF-Störspannungs-Fehlerladung bezeichnet.
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Sind nun der Sensorkondensator 1 und der
Störspannungskompensationskondensator 16 identisch ausgeführt und in gleicher Weise durch eine zeitliche
Änderung der NF-Störspannung US beeinflußbar, so sind die positive NF-
Störspannungs-Fehlerladung und die negative
NF-Störspannungs-Fehlerladung betragsmäßig gleich; sie kompensieren sich also über einen Lade- und
Umladezyklus bzw. über die Meßzeit tMZ, so daß das weiter oben erläuterte
Verfälschen des Meßergebnisses durch NF-Störspannungen durch den
erfindungsgemäß vorgesehenen und erfindungsgemäß geschalteten
Störspannungskompensationskondensator 16 eliminiert ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind vorzugsweise der
Sensorkondensator 1 und der Störspannungskompensationskondensator 16 so
ausgebildet und angeordnet, daß sich keine richtungsselektive Bevorzugung in
bezug auf die Beeinflussung durch eine NF-Störspannung ergibt.
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Bei dem, was bisher ausgeführt worden ist, ist vorausgesetzt worden, daß die
Ladezeit tL und die Umladezeit tU gleich sind. Wenn das nicht der Fall ist,
dann ist dafür zu sorgen, daß das Verhältnis der Kapazität des
Sensorkondensators 1 zur Kapazität des Störspannungskompensationskondensators 16
proportional dem Verhältnis der Ladezeit zur Umladezeit ist.
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Schließlich sei noch auf folgendes hingewiesen:
In der Fig. 3 sind zusätzlich zu dem Sensorkondensator 1 noch weitere
Sensorkondensatoren 1a und 1b und zusätzlich zu dem
Störspannungskompensationskondensator 16 noch weitere
Störspannungskompensationskondensatoren 16a und 16b dargestellt, wobei die Sensorkondensatoren 1, 1a und 1b
sowie die Störspannungskompensationskondensatoren 16, 16a und 16b
jeweils parallel geschaltet sind; die wirksame Kapazität ergibt sich also aus der
Summe der Kapazitäten der Sensorkondensatoren 1, 1a und 1b bzw. aus der
Summe der Kapazitäten der Störspannungskompensationskondensatoren 16,
16a und 16b. Eine solche Ausführungsform kann sich dann empfehlen, wenn
als kapazitives Schaltungs- oder Bauelement die Elektrode eines kapazitiven
Näherungsschalters oder eines kapazitiven Füllstandssensors vorliegt.