DE1466304B2 - Einrichtung zum Erzeugen einer Meldeoder Steuerspannung - Google Patents

Description

Es besteht oft das Erfordernis, unter Vermeidung eines üblichen Drucktasters eine kontaktlose Signalgabe zu bewirken. Insbesondere in Fällen, in denen die zu schaltende Signalleistung sehr gering ist, z. B. bei eigensicheren Steuerkreisen für elektrische Apparate unter Tage oder an staubigen Schaltorten, muß befürchtet werden, daß eine sichere Kontaktgabe durch den Drucktaster nicht gewährleistet ist.

Zur kontaktlosen Signalgabe ist es bekannt, eine aus Kapazitäten aufgebaute, abgeglichene und mit Hochfrequenz gespeiste Brücke durch die Erdkapazität des Menschen zu verstimmen und so in einem Brückendiagonalzweig ein Ausgangssignal zu erhalten. Weiterhin ist ein kontaktloser Signalgeber bekannt, welcher einen Schwingkreisoszillator enthält, dessen Dämpfung beim Betätigen eines Tastkondensators so stark vermindert bzw. erhöht wird, daß die Oszillatorschwingung ein- bzw. aussetzt. Diesen bekannten Einrichtungen haftet der Nachteil an, daß sich wegen der kleinen in Frage kommenden Kapazitätswerte eine Abstimmung bzw. Justierung äußerst schwierig gestaltet. Bei der letztgenannten Einrichtung bedeutet der Oszillatorschwingkreis zudem noch einen nicht unerheblichen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber diesen bekannten Einrichtungen einen einfacheren und sicherer arbeitenden kapazitiven Signalgeber zu schaffen. Sie betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen einer Meldeoder Steuerspannung in Abhängigkeit von der Änderung der Kapazität eines kapazitätsabhängigen Meßfühlers. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen wechselspannungsgespeisten Schalttransistor, dessen Steuerstrom durch einen kapazitiven Geber in seiner Phasenlage bezüglich der Speisespannung veränderbar ist. Da ein Stromfiuß durch den Schalttransistor in einer Halbwelle der Speisespannung nur während der Zeiten möglich ist, in denen Steuerstrom und Speisespannung eine bestimmte Richtung aufweisen, ergibt sich durch die Phasenverschiebung des Steuerstromes, daß die Speisespannung nicht während der vollen Dauer einer Halbperiode vom Schalttransistor durchgeschaltet wird, sondern je nach Größe der wirksamen Geberkapazität während einer kleineren Dauer. Für den Rest dieser Speisespannungshalbwelle entstehen daher am Kollektor des Schalttransistors Signalspannungen, welche als Kriterium dafür ausgewertet werden können, daß eine in einer Kapazitätsänderung resultierende Signalgabe erfolgt ist. Wesentlich ist für die Erfindung, daß eine merkliche Phasenverschiebung und damit eine auswertbare Signaländerung schon bei geringen Änderungen der Kapazität des Gebers erzielt werden kann und damit keine besonderen Abstimmungs- und Justierungsmaßnahmen erforderlich werden.

Unter Vermeidung einer besonderen Steuerstromquelle wird eine besonders einfache Anordnung in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß der Steuerstrom ebenfalls der Speisespannungsquelle entnommen ist und die Steuerstrecke des Transistors einen kapazitiven Nebenschluß in Form des Gebers erhält. Durch Betätigen des Gebers kann dann auf relativ einfache Weise eine Phasenverschiebung des Steuerstromes und damit eine entsprechende Sperrung des Schalttransistors bewirkt werden.

Eine besonders einfache Ausführungsform des kapazitiven Gebers besteht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einem Tastkondensator, der aus einer mit dem Steuerkreis verbundenen scheibenförmigen Elektrode besteht, welche mit geringem Zwischenraum von einer metallischen, geerdeten Umhüllung teilweise umgeben ist. Man erhält in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bei einer gegebenen Kapazitätsänderung des Gebers dann eine besonders'große Phasenverschiebung und damit eine besonders große Signalausbeute, wenn der Steuerkreis des Schalttransistors zwei gleiche Widerstände enthält, an deren Verbindungspunkt der

ίο kapazitive Geber angeschlossen ist. Zur Signalauswertung der erfindungsgemäßen Gebereinrichtung kann es sich als zweckmäßig erweisen, den Kollektor des Schalttransistors über ein Ventil mit einem Ladekondensator zu verbinden, dessen Spannung einem Grenzwertmelder zugeführt ist. Auf diese Weise kann der an sich geringe Signalpegel des Gebers durch Kondensatoraufladung erhöht werden und zur Ansteuerung von Leistungsstufen verwendet werden, wobei es sich dann als vorteilhaft erweisen kann, den Grenzwertmelder als Kippverstärker auszubilden, in dessen Eingangskreis eine Zenerdiode angeordnet ist. Damit kann auf relativ einfache Weise zwischen betätigtem und unbetätigtem Zustand des Gebers unterschieden werden.

Die Erfindung samt ihren weiteren Ausgestaltungen soll im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert werden.

In F i g. 1 ist ein Schalttransistor 1 dargestellt, dessen Emitter auf Erdpotential liegt. Sein Kollektor ist über den Widerstand 2, an seine Basis über zwei Widerstände 4 und 5 die Ausgangsspannung eines einseitig geerdeten Hochfrequenzgenerators 3 angeschlossen. Am Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände ist die Betätigungselektrode eines mit 6 bezeichneten Tastkondensators angeschlossen. Diese kann z. B. aus einem scheibenförmigen metallischen Material bestehen und von einer ringförmigen metallischen Umhüllung teilweise umgeben sein, wobei diese ebenfalls geerdet ist. An den Kollektor des Transistors 1 ist über eine Diode 7 ein Kondensator 8 angeschlossen, dessen Ladespannung auf einen aus der Zenerdiode 9 und den Kippverstärker 10 bestehenden Grenzwertmelder 11 wirkt.

Die Berührung der Betätigungselektrode durch die Fingerkuppe einer menschlichen Hand hat zur Folge, daß zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 4 und 5 und Erde eine Kapazität wirksam wird und der Basisstrom des Schalttransistors 1 eine entsprechende Phasenverschiebung gegenüber der Spannung des Hochfrequenzgenerators 3 erfährt. Die Größe dieser Phasenverschiebung ist abhängig von dem Scheinwiderstand des betätigten Tastkondensators 6. Als Anhaltspunkt für die Größe desselben sei erwähnt, daß die Kapazität der Fingerkuppe auf einer Fläche von etwa ^x/₄ cm² einige nF beträgt, welches beispielsweise bei einer Frequenz von einigen 10 kHz einen Scheinwiderstand von einigen Kiloohm ergibt. Geht man zur Bereitstellung eines genügend großen Steuerstromes für den durchgeschalteten Zustand von einer bestimmten Summe der Widerstandswerte der beiden Widerstände 4 und 5 aus, so erhält man bei gegebenem Scheinwiderstand dann eine besonders große Phasenverschiebung, wenn diese Widerstände gleiche Werte aufweisen.

Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Anordnung soll unter Bezugnahme auf F i g. 2 erläutert werden. Dort ist mit U die Spannung des Hochfrequenzgenerators 3 und mit /_s„ der Bastsstrom bezeich-

net, welcher bei nichtbetätigtem Tastkondensator 6 fließt. Die Widerstände 4 und 5 sollen so bemessen sein, daß für diesen Betriebszustand während der ganzen positiven Halbwelle der Hochfrequenzspannung der Transistor 1 möglichst gut durchlässig ist. Die Kollektorspannung des Transistors 1 befindet sich daher annähernd auf Nullpotential, weshalb der Kondensator 8 nicht aufgeladen wird. Findet eine Betätigung des Tastkondensators 6 statt, so tritt infolge seiner nun wirksam werdenden Kapazität eine Phasenverschiebung des Basisstromes ein, was in F i g. 2 durch den mit i_sl bezeichneten Kurvenzug angedeutet ist. Der Transistor 1 ist nun nicht mehr während der gesamten

Dauer -=- der positiven Speisespannungshalbwelle leitend, sondern nur für die Zeit -=— I₁. So lange der

Tastkondensator 6 betätigt bleibt, wird jeweils während der Zeitdauer i, in der positiven Speisespannungshalbwelle die in F i g. 2 schraffierte Spannungszeitfläche am ao Kollektor des Transistors 1 wirksam, welche bestrebt ist, den Kondensator 8 auf ihren Spitzenwert aufzuladen. Überschreitet die Ladespannung des Kondensators 8 den durch die Zenerdiode 9 festgelegten Grenzwert uz, so erfolgt ein Ansprechen des Kippverstärkers 10, womit eine Signalgabe in Form eines bezüglich seiner Größe von der meist schwankenden Kapazität des betätigten Tastkondensators unabhängigen Signals erreicht ist.

Auf die Zenerdiode 9 im Eingangskreis des Kipp-Verstärkers kann dann verzichtet werden, wenn die bei nichtbetätigtem Tastkondensator eventuell am Kollektor des Transistors entstehenden, an sich geringen Restspannungen den Schwellspannungswert der Diode 7 nicht übersteigen und so keine unerwünschte Aufladung des Kondensators 8, d. h. Fehlsignale bewirken können. Fehlerhafte Signale sind ebenfalls ausgeschlossen bei Ausfall der Spannung des Hochfrequenzgenerators 3, da dann keine Aufladung des Kondensators 8 erfolgen kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß beliebig viele Signalgeber von derselben Wechselspannungsquelle gespeist werden können. Der in F i g. 1 dargestellte Hochfrequenzgenerator ist somit nur einmal erforderlich. Die Erfindung ist daher auch gut geeignet für Vielfachtastaturen bei Aufzugsteuerungen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Erzeugen einer Melde- oder Steuerspannung in Abhängigkeit von der Änderung der Kapazität eines kapazitätsabhängigen Meßfühlers, gekennzeichnet durch einen wechselspannungsgespeisten Schalttransistor (1), dessen Steuerstrom (/_s) durch einen kapazitiven Geber (6) in seiner Phasenlage bezüglich der Speisespannung (U) veränderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom der Speisespannungsquelle entnommen und der kapazitive Geber (6) der Steuerstrecke des Transistors (1) parallel geschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einseitig geerdeter Speisespannung als kapazitiver Geber (6) ein Tastkondensator verwendet ist, der aus einer mit dem Steuerkreis verbundenen scheibenförmigen Elektrode besteht, welche mit geringem Zwischenraum von einer metallischen, geerdeten Umhüllung teilweise umgeben ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis zwei gleiche Widerstände (4, 5) enthält, an deren Verbindungspunkt der kapazitive Geber (6) angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen mit dem Kollektor des Schalttransistors über ein Ventil (7) verbundenen Ladekondensator (8), dessen Spannung einem Grenzwertmelder (11) zugeführt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertmelder aus einem Kippverstärker (10) besteht, in dessen Eingangskreis eine Zenerdiode (9) angeordnet ist.

7. Einrichtung mit mehreren kontaktlosen Signalgebern nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese an eine gemeinsame Speisewechselspannung (U) angeschlossen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei Vielfachtastaturen von Aufzugssteuerungen.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei eigensicheren Steuerkreisen für elektrische Apparate unter Tage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen