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Hintergrund
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Kapazitive
Druckwandler können den Druck von Gasen und Dämpfen
durch Messen einer Änderung der Kapazität zwischen
einem Diaphragma und einer benachbarten Elektrode bestimmen.
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Um
sicherzustellen, dass keine Änderungen bei der Erzeugung
und beim Fließen von Wärme auftreten, sobald sich
der Wandler erwärmt hat, kann wünschenswert sein,
einen konstanten Leistungsumsatz an dem Sensorgrenzflächenbereich
zu halten. Das Konstanthalten des Leistungsumsatzes kann insbesondere
bei Druckwandlern mit hoher Verstärkung im unteren Wertebereich
wünschenswert sein.
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Es
sind Versuche unternommen worden, die Temperatureffekte beim Nulldruck
zu beseitigen oder zu minimieren, um so den Wandler unempfindlich
gegenüber Änderungen des Wärmeflusses
beim Nulldruck zu machen, wodurch der Leistungsumsatz konstant gehalten
wird. Auch wenn Temperatureffekte bei einem Nulldruck beseitigt
sind, können andere Druckpunkte ungeprüft bleiben
und für vorübergehende bzw. stoßartige
Verschiebungen anfällig sein.
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Es
sind zudem Versuche unternommen worden, eine zusätzliche
Wärmeisolation zwischen dem Sensorgrenzflächenbereich
und dem Sensor einzufügen, um den Leistungsumsatz konstant
zu halten. Dies beeinträchtigt jedoch gegebenenfalls tendenziell
andere Verbesserungen hinsichtlich der Stabilität, die
durch die Temperatursteuerung bzw. -regelung der Elektronik gegebenenfalls
vorhanden sind.
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Entsprechend
besteht Bedarf an einem verbesserten Verfahren und System zum Steuern
bzw. Regeln des Leistungsumsatzes in einem kapazitiven Druckwandler.
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Zusammenfassung
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Beschrieben
wird ein System zum Steuern bzw. Regeln des Leistungsumsatzes in
einem kapazitiven Druckwandler mit einer Kapazitätsdetektionsschaltung,
die dafür ausgelegt ist, eine Änderung der Kapazität
zwischen einem Diaphragma und einer Referenzelektrode zu detektieren.
Das System beinhaltet einen Kurzschlussdiaphragmapegeldetektor, der dafür
ausgelegt ist, ein Kurzschließen des Diaphragmas auf die
Referenzelektrode zu detektieren. Das System beinhaltet des Weiteren
einen Schalter, der dafür ausgelegt ist zu veranlassen,
dass ein Strom durch einen Widerstand übertragen wird,
wenn das Kurzschließen des Diaphragmas detektiert worden ist,
wodurch der Leistungsumsatz in dem Wandler im Wesentlichen konstant
bleibt, wenn das Diaphragma kurzschließt.
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Beschrieben
wird zudem ein System zum Steuern bzw. Regeln des Leistungsumsatzes
in einem kapazitiven Druckwandler, der den Druck durch Detektieren
einer Änderung der Kapazität zwischen einem Diaphragma
und einer Referenzelektrode misst. Das System beinhaltet eine Kurzschlussdetektionsschaltung,
die dafür ausgelegt ist, ein Kurzschließen des
Diaphragmas auf die Referenzelektrode zu detektieren. Das System
beinhaltet des Weiteren eine Leistungsumsatzschaltung, die dafür
ausgelegt ist, dem kapazitiven Druckwandler Leistung zuzuführen,
wenn das Kurzschließen des Diaphragmas auf die Referenzelektrode
detektiert worden ist, indem ein Strom durch einen Widerstand geschickt wird,
der mit einem Oszillator verbunden ist, der eine Kapazitätsdetektionsschaltung
antreibt.
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Ein
kapazitiver Druckwandler beinhaltet ein Diaphragma, ein oder mehrere
Referenzelektroden sowie eine Kapazitätsdetektionsschaltung,
die dafür ausgelegt ist, eine Änderung der Kapazität
zwischen einem Diaphragma und einer Referenzelektrode zu detektieren,
wobei die Änderung der Kapazität proportional
zu einem an dem Diaphragma anliegenden Druck ist. Der Wandler beinhaltet
des Weiteren einen Oszillator, der dafür ausgelegt ist,
die Kapazitätsdetektionsschaltung anzutreiben, sowie einen
Kurzschlussdiaphragmapegeldetektor, der dafür ausgelegt
ist, ein Kurzschließen des Diaphragmas auf die Referenzelektrode
zu detektieren. Der Wandler beinhaltet des Weiteren einen Widerstand,
der mit dem Oszillator gekoppelt ist, und einen Schalter, der dafür ausgelegt
ist zu ermöglichen, dass ein Strom in Reaktion auf die
Detektion eines Kurzschließens des Diaphragmas durch den
Widerstand übertragen wird, um so den Leistungsumsatz durch
den Wandler im Wesentlichen konstant zu halten, wenn das Diaphragma
kurzschließt.
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Beschrieben
wird zudem ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln des Leistungsumsatzes
in einem kapazitiven Druckwandler, der dafür ausgelegt ist,
Druck durch Detektieren einer Änderung der Kapazität
zwischen einem Diaphragma und einer Referenzelektrode zu messen.
Das Verfahren beinhaltet ein Detektieren eines Kurzschließens
des Diaphragmas auf die Referenzelektrode. Das Verfahren beinhaltet
des Weiteren ein Hinzu fügen eines Leistungsumsatzes in
dem Wandler in einer Menge, die ausreichend ist, um die durch das
Kurzschließen des Diaphragmas verursachte Verringerung
des Leistungsumsatzes in dem Wandler zu kompensieren, um hierdurch
den Leistungsumsatz in dem Wandler im Wesentlichen konstant zu halten.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1A ist
ein funktionelles Blockdiagramm eines Beispieles für einen
kapazitiven Druckwandler.
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1B ist
ein Blockdiagramm zur Darstellung einer elektronischen Schaltung
für den in 1A gezeigten kapazitiven Druckwandler.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm eines Systems zum Steuern bzw. Regeln des
Leistungsumsatzes in dem in 1A und 1B dargestellten
kapazitiven Druckwandler.
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Detailbeschreibung
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Beschrieben
werden ein Verfahren und ein System, die den Leistungsumsatz an
dem Sensorgrenzflächenbereich in einem kapazitiven Druckwandler
im Wesentlichen konstant halten.
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1A ist
ein funktionelles Blockdiagramm eines Beispieles für einen
kapazitiven Druckwandler 10. Der kapazitive Druckwandler 10 beinhaltet
ein Diaphragma 12 und eine Anordnung aus Elektroden 14.
Das Diaphragma 12 kann ein Metalldiaphragma 12 sein,
und die kapazitiven Elektroden 14 können an der
Rück- oder Referenzseite 16 des Metalldiaphragmas 12 angebracht
sein. Eine Ablenkplatte 17 kann vorgesehen sein, um das
Eindringen von unerwünschten Teilchen oder Energie zu verhindern.
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Der
kapazitive Druckwandler 10 ist dafür ausgelegt,
ein Ausgangssignal zu liefern, das proportional zu dem gemessenen
Druck ist. Liegt ein Druck an dem Diaphragma 12 an, so
erzeugt dessen Verbiegung eine Änderung des Abstandes zwischen
den Elektroden und dem Diaphragma, was zu einer sich ergebenden Änderung
der Kapazität führt. Wie detaillierter in Verbindung
mit 1B gezeigt ist, kann die durch den anliegenden
Druck verursachte Änderung der Kapazität mittels
einer Kapazitätsbrückenschaltung und eines Vorverstärkers,
die durch einen Oszillator angeregt werden, in eine Wechselspan nung
umgewandelt werden. Das Wechselspannungssignal kann anschließend
verstärkt und synchron demoduliert werden, was zu einem
hochstabilen Gleichstromausgang (zwischen etwa 0 V und 10 V) führt,
der direkt proportional zu dem Druck ist. Das Ausgangssignal kann
direkt durch ein Datenermittlungssystem, ein Auslese- oder Leistungsquellengerät
oder eine Steuer- bzw. Regeleinheit zur genauen Steuerung bzw. Regelung
des Druckes gelesen werden.
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Der
kapazitive Druckwandler 10 kann ein eigenständiger
Wandler sein, der eine Leistungsquelle von etwa ±15 V benötigt.
Der kapazitive Druckwandler 10 kann einen Druck messen,
der als Kraft pro Einheitsfläche definiert ist. Die Druckmessung
durch den kapazitiven Druckwandler 10 kann unabhängig gegenüber
der Art des gemessenen Gases sein. Die Elektrodenanordnung 14 kann
eine Metall-auf-Keramik-Elektrodenstruktur aufweisen. Die Referenzseite (oder
Rückseite) 16 des Wandlers 10 kann während der
Lebensdauer des Manometers mittels einer internen chemischen Getterpumpe 18 auf
einem sehr hohen Vakuum gehalten werden. Das Diaphragma 12 kann
ein radial gespanntes Diaphragma sein, das dafür ausgelegt
ist, eine sehr niedrige Hysterese, eine hohe Reproduzierbarkeit,
eine hohe Auflösung und eine schnelle Reaktion zu zeigen.
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1B ist
ein Blockdiagramm zur Darstellung einer elektronischen Schaltung 50 für
den in 1A gezeigten kapazitiven Druckwandler 10.
Die elektronische Schaltung 50 kann benachbart zu dem Sensor
beispielsweise an einem Sensorgrenzflächenbereich angeordnet
sein. Die elektronische Schaltung 50 kann die nachfolgenden
Komponenten beinhalten: eine Kapazitätsdetektionsschaltung 52; einen
Oszillator 54; eine Referenz 56; und eine Puffer-,
Zähl- und Verstärkungsschaltung 58. Die
Kapazitätsdetektionsschaltung 52 detektiert die Änderung der
Kapazität zwischen dem Diaphragma 12 und den Elektroden 14,
siehe 1A. Die Kapazitätsdetektionsschaltung 52 kann
eine herkömmliche Diodenbrückenschaltung sein,
die eine Mehrzahl von Diodenelementen mit einer Anordnung in einer
Brückenkonfiguration und einen oder mehrere Koppelkondensatoren
beinhaltet.
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Der
Oszillator 54 ist dafür ausgelegt, die Brückenschaltung
anzutreiben, und kann ein hochgenauer Konstantfrequenzoszillator
sein. Die Referenz 56 ist dafür ausgelegt, einen
Referenzpegel bereitzustellen, von dem aus ein Ungleichgewicht der
Wandlerelektrodenkapazität gemessen werden kann. Das Ungleichgewicht
der Sensorelektrodenkapazität erzeugt einen Differenzausgang,
der von einer Puffer, Zähl- und Verstärkungsschaltung 58 verstärkt
werden kann. Der Offset, die Verstärkung und die Linearität
des sich ergebenden Ausgangssignals können durch ein Nullpotenziometer 66,
ein Überbrückungspotenziometer (span potentiometer) 62 beziehungsweise
ein Linearitätspotenziometer 64 angepasst werden.
Diese Anpassungen können eine geeignete Entsprechung zwischen
einem Druckeingang und einem Spannungsausgang sicherstellen.
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Es
ist wünschenswert, einen konstanten Leistungsumsatz an
dem Sensorgrenzflächenbereich, der die in 1B gezeigte
Sensorelektronikschaltung enthält, aufrechtzuerhalten.
Auf diese Weise treten keinerlei Änderungen bei der Erzeugung und
beim Fließen von Wärme auf, sobald sich der Wandler 10 erwärmt
hat. In der Vergangenheit waren Unzulänglichkeiten bei
der Aufrechterhaltung eines konstanten Leistungsumsatzes am deutlichsten
bei Druckwandlern mit hoher Verstärkung im unteren Wertebereich
sichtbar. Das Erfordernis, den Leistungsumsatz konstant zu halten,
kann insbesondere bei unbeheizten Wandlern von Bedeutung sein, hat sich
jedoch auch bei beheizten Wandlern als wichtig herausgestellt.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles eines Systems 100 zum
Steuern bzw. Regeln des Leistungsumsatzes in einem kapazitiven Druckwandler.
Das System 100 beinhaltet insgesamt einen Kurzschlussdiaphragmapegeldetektor 110;
einen Leistungsumsetzwiderstand 140, der in der Nähe
der Oszillatorantriebsverstärkung 54 angeordnet
und zwischen einer Leistungsquelle 150 und einer Masse 160 verbindungstechnisch
anschließbar ist; einen Hochspanntransformator 130 und
einen Transistorschalter 120.
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Das
System 100 ist dafür ausgelegt, den Leistungsumsetzwiderstand 140 (der
in der Nähe der Oszillatorantriebsschaltung 54 angeordnet
ist) über der Leistungsquelle 150 zu schalten,
wenn ein Zuführen von Leistung zu dem Sensorgrenzflächenbereich notwendig
ist, da das Diaphragma 12 auf die Elektroden 14 kurzschließt.
Das Kurzschließen des Diaphragmas 12 auf die Elektroden 14 führt
zu einer stark erhöhten kapazitiven Last an dem Wandler 10. Insbesondere
ist das System 100 dafür ausgelegt, (1) ein Kurzschließen
des Diaphragmas 12 auf die Elektroden 14 zu detektieren;
und (2) dann, wenn die Kurzschlussbedingung detektiert worden ist,
den Widerstand 140 zwischen einer V+-Leistungsquelle 150 und
der Masse 160 verbindungstechnisch anzuschließen,
um so den verringerten Leistungsumsatz in dem Oszillator 54 zu
kompensieren.
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Arbeitet
ein Anregungsoszillator in einem typischen Kapazitätsbereich
des kapazitiven Druckwandlers 10, so wird merklich weniger
Leistung in dem Oszillatortreiberverstärker im Vergleich
zu demjenigen Fall umgesetzt, in dem das Diaphragma kurzschließt,
wobei zu diesem Zeitpunkt die Schaltung auf eine niedrigere Spitze-zu-Spitze-Spannung
und Oszillatorfrequenz schaltet. Arbeitet beispielsweise ein Anregungsoszillator
mit 40 Vp-p (p-p peak-to-peak, Spitze-zu-Spitze)
und einer Anregungsfrequenz von 250 kHz in einem typischen Kapazitätsbereich
von 120 pF bei einem 100-mT-Wandler, so kann doppelt so viel Leistung
in dem Oszillatortreiberverstärker umgesetzt werden, wenn
das Diaphragma kurzschließt, wobei zu diesem Zeitpunkt
die Schaltung mit dem Hochspanntransformator 140 auf 10
Vp-p und 16 kHz schalten kann. Die Änderung
bei Spannung und Frequenz führt dazu, dass der Gesamtleistungsumsatz
in dem System (ohne Kurzschluss des Diaphragmas) bei etwa der Hälfte
der Normalleistung ist. Das System 100 ist dafür
ausgelegt, durch eine Logik das Kurzschließen des Diaphragmas
auf die Elektroden zu detektieren und einen Basisantrieb für
den Transistor 120 bereitzustellen, um so den Widerstand 140 von
der V+-Leistungsquelle 150 mit der Masse 160 zu
verbinden. Der Widerstand 140 ist derart gewählt,
dass er diejenige zusätzliche Leistung bereitstellt, die
benötigt wird, um den Leistungsumsatz im Wesentlichen konstant
zu halten.
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Das
System 100 beinhaltet einen Hochspanntransformator 130 zum
Optimieren der Oszillatoranregung. Wie bekannt ist, verbessert das
Maximieren der Oszillatoramplitude direkt das Signal-Rausch-Verhältnis
bei einem kapazitätsbasierten Druckwandler, bei dem der
Ausgang direkt proportional zur Oszillatorsanregungsamplitude ist.
Es ist wünschenswert, dass die Maximierung bei allen Bedingungen,
die in der Diodenbrückenschaltung 52 auftreten,
mit größtmöglicher Effizienz und bei kleinstmöglichem
Leistungsumsatz erfolgen kann.
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Um
eine maximal verfügbare Oszillatoramplitude zu erreichen,
können einige herkömmliche Systeme die Leistungsquellenspannung
maximieren. Das Maximieren der Leistungsquellenspannung kann jedoch
die Verwendung von moderneren Bauteilen verhindern, die bei niedrigeren
Spannungen arbeiten und daher verlässlicher sind. Diese
herkömmlichen Systeme berücksichtigen gegebenenfalls
den Leistungsumsatz weder während des Normalbetriebes noch
für den Fall einer Sensorkurzschlussbedingung nicht.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Hochspanntransformator 130 ein
einfacher 5:1-Autotransformator sein, der für eine hohe
Anregungsfrequenz von 250 kHz ausgelegt ist. Die Größe und
Induktivität des Transformators 130 kann klein gehalten
sein. Der Transformator kann ein einfaches Toroid sein, das zu niedrigen
Kosten in ei nem einzigen Fertigungsvorgang hergestellt werden kann,
sodass ein gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis gegeben ist.
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Bei
einem Hochspannverhältnis von 5:1 kann im Autotransformatormodus
ein Niedrigspannungsoperationsverstärker verwendet werden,
um eine optimal hohe Anregungsspannung zu erzeugen. Der Oszillatorantriebsverstärker 54 benötigt
ein hohes Ausgangsstromleistungsvermögen, wie es bei Videoverstärkern
gängig ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kann der Oszillator 54 ein Oszillator mit 40 Vp-p und
250 kHz sein, der verwendet wird, um kapazitive Manometer im unteren
Wertebereich (< 1
Torr) anzuregen. Mit anderen Worten, der Oszillator 54 ist
dafür ausgelegt, die Brückenschaltung bei einer
Spitze-zu-Spitze-Spannung von etwa 40 kHz und einer Antriebsfrequenz
von etwa 250 kHz während des Normalbetriebes anzutreiben.
Die andere Oszillatoramplitude von 10 Vp-p kann
für alle anderen Wandlerbereiche eingesetzt werden, wobei
die Amplitude digital in Abhängigkeit von dem Bereich eingesteht
werden kann.
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Diese
sekundäre Induktivität des Transformators 130 ist
derart optimiert, dass eine Resonanz in die kapazitive Last des
arbeitenden kapazitiven Wandlers erfolgt. Ein zweiter Resonanzpunkt
wird gemessen, wenn das Diaphragma kurzschließt und die
größeren Koppelkondensatoren die Last bilden.
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Bei
der dargestellten Schaltungskonfiguration kommt das Oszillatorsignal
von 40 Vp-p und 250 kHz von der sekundären
Seite des Transformators 130. Daher muss der Oszillatorverstärker 54 mit
8 Vp-p (das heißt, 40 geteilt durch
5) die primäre Seite des Transformators 130 mit
dem Fünffachen des Stromes, der durch die Brückenimpedanz
und den Wandler 10 getrieben würde, antreiben.
Weist der Wandler 10 etwa 60 bis 65 pF pro Sensorkondensator 14 auf,
so sieht der Oszillator 54 etwa 130 pF. Bei 250 kHz stellt
dies eine Impedanz von etwa 5000 Ω dar. Der Oszillator 54 mit
40 Vp-p muss also 20 Vp für etwa
5000 Ω, das heißt etwa 4 mA, bereitstellen. Die Oszillatorschaltung
muss dann 5 × 4 = 20 mA für die primäre
Seite bei ±4 V bereitstellen. Dies kann ohne Weiteres von
im Handel erhältlichen hocheffizienten Niederspannungsoperationsverstärkern
bewerkstelligt werden, wobei die Brückenschaltung 52 je
nach Bedarf mit einem Hochspannungsantriebssignal bereitgestellt
sein kann.
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Bei
dem vorbeschriebenen hohen Ausgangsstromleistungsvermögen
muss das Auftreten eines Diaphragmakurzschlusses aktiv gelöst
werden, um einen weiteren Leistungsumsatz zu begrenzen. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kurzschluss bedingung
durch einen Sättigungsbrückenausgang detektiert,
um in einem Netzwerk zu schalten, um die Oszillatorfrequenz auf
ihren „Kurzschlussresonanzpunkt" von etwa 16 kHz zu verringern.
Wenn darüber hinaus der Oszillator auf 40 Vp-p ist,
so wird die Amplitude hiervon in einer diskreten Logik oder unter
der Steuerung der CPU (nicht gezeigt) auf einen Pegel von 10 Vp-p verringert. Der Leistungsumsatz wird
unter dieser Bedingung bei Wandlern im unteren Wertebereich (< 1 Torr) halbiert
und bleibt in allen anderen Wertebereichen annähernd gleich.
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Der
Kurzschlussdiaphragmapegeldetektor 110 kann eine Kurzschlussdetektorschaltung
sein, die dafür ausgelegt ist, ein Kurzschließen
des Diaphragmas 12 auf die Elektroden 14 zu detektieren. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kurzschlussdiaphragmapegeldetektor 110 ein
Spannungsvergleicher mit einem ersten Eingang 114, der mit
einer temperaturkompensierten Referenz gekoppelt ist, und einem
zweiten Eingang 116, der mit dem Ausgang der Kapazitätsdetektionsschaltung 52 gekoppelt
ist.
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Der
Spannungsvergleicher 119 ist dafür ausgelegt,
auf hoch zu schalten, wenn das Kurzschließen des Diaphragmas
auf die Referenzelektrode eine Sättigung der Kapazitätsbrückenschaltung 52 verursacht.
Die Kapazitätsbrückenschaltung 52 beinhaltet
eine Mehrzahl von Diodenkomponenten 44 mit einer Anordnung
in einer Brückenkonfiguration und wenigstens einen Koppelkondensator 46.
Erfolgt ein Kurzschluss von einer oder beiden Elektroden 14 des kapazitiven
Wandlers 10, so ändern die Koppelkondensatoren 46 die
an der Brückenschaltung 52 gesehene Kapazität
drastisch, und zwar üblicherweise um mehr als das Hundertfache.
Dies führt zu einer Sättigung der Brückendiodenkomponenten 44.
Diese Art der Sättigung tritt nur unter einer Kurzschlussbedingung
auf. Die temperaturkompensierte Referenz 112 in der Kurzschlussdetektorschaltung 110 lässt
an dem Vergleicher 119 eine Spannung entstehen, die die
Sättigung anzeigt. Auf diese Weise schaltet der Vergleicher 119 auf
hoch, wenn die Kurzschlussbedingung gilt. Die temperaturkompensierte
Referenz 112 nimmt eine Anpassung eingedenk der Tatsache vor,
dass die Brückensättigung stark temperaturabhängig
ist.
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Sobald
der Kurzschluss detektiert worden ist, hält sogar ein Verringern
der Oszillatoramplitude mit einer hundertfach größeren
Kapazität die Brücke 52 in Sättigung.
Durch Verringern der Amplitude des Oszillators 54 auf 10
Vp-p und Schalten der Frequenz auf den neuen
Resonanzpunkt von 16 kHz wird jedoch die von der Oszillatorschaltung
für die primäre Seite des Transformators 130 bereitgestellte
Leistungs auf annähernd die Hälfte des normalen
Betriebswertes verringert.
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Der
Schalter 120 verbindet den Leistungswiderstand 140 mit
Masse, sodass der Widerstand die andere Hälfte der Normalleistung
umsetzt. Auf diese Weise endet bei dem gesamten Schaltungsblock,
beinhaltend den Oszillatortreiber 54 und den Leistungswiderstand 140,
der Umsatz derselben Leistung wie unter normalen Bedingungen, sodass
sich die Temperatur an dem Schaltungsbereich nicht ändert.
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Bei
einem Anregungsoszillator mit 10 Vp-p, der
für Sensoren von 1 Torr und darüber verwendet wird,
hält das vorbeschriebene Schalten von 250 kHz im Normalbetrieb
auf 16 kHz bei einem Kurzschluss des Diaphragmas den Leistungsumsatz
in dem Oszillatortreiberverstärker 54 gleich,
da der Oszillator in der Lage ist, die geeignete Oszillatoramplitude
zu halten. Ein Vorteil besteht darin, dass sämtliche Schaltungen
trotz des kurzgeschlossenen Sensors unter ihren Normalpegeln arbeiten.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schalter 120 ein
Transistor. Bei anderen Ausführungsbeispielen können
viele andere Arten von Schaltern Verwendung finden. Der Transistor 120 verfügt über
einen Basisanschluss 124, der mit dem Spannungsvergleicher 119 gekoppelt
ist, einen Kollektoranschluss 122, der mit dem Widerstand 130 gekoppelt
ist, und einen Emitteranschluss 126, der mit der Masse 160 gekoppelt
ist. Wie bekannt, ermöglicht ein an der Basis 124 vorhandener
kleiner Strom oder eine entsprechende Spannung, dass ein größerer
Strom oder eine entsprechende Spannung durch die anderen beiden
Zuleitungen fließt, das heißt von dem Kollektor 122 zu
dem Emitter 126. Der Transistor 120 ist dafür
ausgelegt zuzulassen, dass ein Strom von dem Emitteranschluss 126 zu
dem Kollektoranschluss 122 und durch den Widerstand 130 fließt,
wenn ein Antriebssignal an dem Basisanschluss 124 bei Detektion
des Kurzschließens des Diaphragmas durch die Kurzschlussdetektionsschaltung
anliegt.
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Beschrieben
werden insgesamt ein System und ein Verfahren, die den Leistungsumsatz
an dem Sensorgrenzflächenbereich eines kapazitiven Druckwandlers
im Wesentlichen konstant halten, wenn das Diaphragma auf die Elektroden
kurzschließt, und zwar durch Detektieren des Kurzschließens
des Diaphragmas und Schalten eines Leistungswiderstandes an der
Leistungsquelle, um dem Sensorgrenzflächenbereich Leistung
zuzuführen.
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Das
vorstehend beschriebene System und das zugehörige Verfahren
ermöglichen eine Kompensation von Wärmegradienten
an dem Sensorgrenzflächenbereich, wodurch das Wärmeübergangsverhalten
bzw. das vorübergehende bzw. stoßartige Wärmeverhalten im
Wesentlichen beseitigt wird. Die Gesamtleistung kann an dem Sensorgrenzflächenbereich
minimiert werden, wodurch der Temperaturanstieg der Wanderkomponenten
auf einem Minimum gehalten und die Verlässlichkeit verbessert wird.
Darüber hinaus ermöglicht das Fehlen von Änderungen
bei der Wärmepackung eine bessere Steuerung bzw. Regelung
der Temperaturumgebung des Wandlers. Zudem führt die Verwendung
des Hochspanntransformators zu einem wesentlich besseren Signal-Rausch-Verhältnis,
und zwar als direktes Ergebnis einer erhöhten Anregungsverstärkung
bei Wandlern im unteren Wertebereich (oder mit hoher Verstärkung).
Die Verwendung des Hochspanntransformators begrenzt darüber
hinaus den Leistungsumsatz in der Oszillatorschaltung, wodurch das
Wärmeverhalten des Wandlers verbessert wird.
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Obwohl
bestimmte Ausführungsbeispiele eines Systems und Verfahrens,
die den Leistungsumsatz konstant halten, beschrieben worden sind,
sollte einsichtig sein, dass die diesen Ausführungsbeispielen
impliziten Konzepte auch bei anderen Ausführungsbeispielen
Verwendung finden können. Der Schutz der Anmeldung ist
nur durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.
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In
den Ansprüchen soll die Nennung eines Elementes in der
Einzahl – außer dies ist explizit anders angegeben – nicht „eines
und nur eines", sondern „eines oder mehrere" bedeuten.
Diejenigen sämtlichen strukturellen und funktionellen Äquivalente
zu Elementen bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen
aus der Beschreibung in dieser Offenbarung, die bekannt sind oder
einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet später
noch bekannt werden, sind explizit durch Verweisung hier mitaufgenommen
und sollen durch die Ansprüche mitumfasst sein. Darüber
hinaus soll nichts von dem hier Offenbarten als Verzicht zugunsten
der Öffentlichkeit verstanden werden, und zwar unabhängig
davon, ob das Offenbarte explizit in den Ansprüchen niedergelegt
ist oder nicht. Kein Element eines Anspruches soll gemäß den Vorschriften
von 35 U.S.C. § 112, Absatz 6 beschränkt
sein, außer das Element wird explizit mittels der Wendung „Mittel
für/zum/zur" oder für den Fail eines Verfahrensanspruches
mittels der Wendung „Schritt für/zum/zur" beschrieben.
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Zusammenfassung
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Beschrieben
werden ein System und ein Verfahren, die den Leistungsumsatz an
dem Sensorgrenzflächenbereich eines kapazitiven Druckwandlers
im Wesentlichen konstant halten. Ein Kurzschlussdiaphragmapegeldetektor
detektiert ein Kurzschließen des Diaphragmas auf eine oder
mehrere Referenzelektroden. Ein Leistungsumsetzwiderstand ist in
der Nähe des Oszillators platziert, der die Kapazitätsdetektionsschaltung
in dem kapazitiven Druckwandler antreibt. Der Widerstand wird über
eine Leistungsquelle geschaltet, wenn das Kurzschließen
detektiert ist, wodurch veranlasst wird, dass ein Strom durch den
Widerstand fließt, sodass Leistung in einer Menge zugeführt
werden kann, die ausreichend ist, um den Leistungsumsatz durch den
Oszillator im Wesentlichen konstant zu halten, wenn das Diaphragma kurzschließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Vorschriften
von 35 U.S.C. § 112, Absatz 6 [0039]