DE19751556C1 - Diagnoseschaltkreis für potentiometrische Sensoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Diagnoseschaltkreis für potentio­ metrische Sensoren.

Ein potentiometrischer Sensor wird verwendet, um eine Translations- oder Rotationsposition (Winkel, Fluidpegel, Entfernungen usw.) zu detektieren und/oder zu messen. Ein potentiometrischer Sensor ist im wesentlichen ein Spannungsteiler, der einen Schiebekontakt umfaßt, der mit einem Kohleschichtstreifen oder einem anderen elektrischen Widerstandsmittel in Eingriff steht, wobei das Widerstandsmittel elektrisch mit einer Versor­ gungsspannung verbunden ist. Die Ausgangsspannung von dem Sensor ist die Spannung an dem Schiebekontakt oder ein Verhältnis davon. Die Position, die detektiert oder gemessen wird, beeinflußt die Position des Schiebekontaktes relativ zu dem Widerstandsmittel, und so kann der Wert der Ausgangsspannung von dem Sensor verwendet werden, um eine An­ zeige der detektierten oder gemessenen Position zu liefern. Ein potentielles Problem bei derartigen Sensoren ist, daß sich ein Kontaktwiderstand zwi­ schen dem Schiebekontakt und dem Widerstandsmittel aufbauen kann, der, wenn er nicht detektiert wird, fehlerhafte Auslesungen von dem Sen­ sor verursachen kann.

Aus der DE 35 22 775 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Über­ gangswiderstandes am Schleifer eines Potentiometers bekannt, die ein elektrisches Widerstandsmittel und einen Schiebekontakt in Verbindung mit dem Widerstandsmittel aufweist und einen Ausgang von dem Sensor an einem Sen­ sorausgangsanschluß liefert. Die bekannte Schaltung weist ein Wechsel­ spannungsversorgungsmittel mit einer hohen Impedanz auf, das mit dem Schiebekontakt verbunden ist. Aus den zeitlich wechselnden Spannungs­ verhältnissen am Ausgang des Sensors wird auf den Übergangswiderstand des Schleifkontaktes geschlossen.

Ferner ist aus der DE 38 26 937 A1 ein Diagnoseschaltkreis für einen potentiometrischen Sensor bekannt. Die Spannung am Schleifer des Po­ tentiometers wird zeitweise mit einem Widerstand belastet und der Unter­ schied zwischen den bei Belastung und ohne Belastung anliegenden Spannungen wird ausgewertet. Hierzu weist dieser bekannte Diagnose­ schaltkreis ein Spannungsversorgungsmittel mit einer hohen Impedanz auf, das mit dem Schiebekontakt verbindbar ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Diagnoseschaltkreis zu schaffen, der einen derartigen Aufbau des Kontaktwiderstandes zwi­ schen dem Schiebekontakt und dem Widerstandsmittel detektieren kann.

Ein Diagnoseschaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung für einen po­ tentiometrischen Sensor, der ein elektrisches Widerstandsmittel und einen Schiebekontakt in Verbindung mit dem Widerstandsmittel aufweist und einen Ausgang von dem Sensor an einem Sensorausgangsanschluß liefert, umfaßt: ein Tiefpaßfilter, das zwischen den Schiebekontakt und den Sen­ sorausgangsanschluß zwischenschaltbar ist; ein Wechselspannungsver­ sorgungsmittel mit einer hohen Impedanz, das mit dem Schiebekontakt verbindbar ist; und ein Amplituden-Modulations/Demodulationsmittel, das zwischen den Schiebekontakt und einen Diagnoseausgangsanschluß zwischenschaltbar ist, wobei die Spannung an dem Diagnoseausgangsan­ schluß eine Anzeige des Kontaktwiderstandes zwischen dem Schiebekon­ takt und dem Widerstandsmittel des Sensors liefert.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Diagnosesystem für einen potentio­ metrischen Sensor, das jegliche Zunahme des Kontaktwiderstandes zwi­ schen dem Schiebekontakt und dem Widerstandsmittel detektieren kann ohne das Ausgangssignal von dem Sensor zu stören, während der Sensor noch arbeitet. Dies läßt zu, daß geeignete Schritte vorgenommen werden, bevor der Sensor beginnt, ungenaue Ausgangssignale zu liefern.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung be­ schrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Diagnoseschaltkreises gemäß der vorlie­ genden Erfindung, der mit einem potentiometrischen Sensor verbunden ist.

Mit Bezug auf die Zeichnung umfaßt ein potentiometrischer Sensor 10 ein elektrisches Widerstandsmittel in der Form eines Kohleschichtstreifens 12, der elektrisch zwischen eine Versorgungsspannung Vs und elektrische Masse zwischengeschaltet ist, und einen Schiebekontakt 14, der eine elektrische Verbindung mit dem Kohleschichtstreifen herstellt. Der Schie­ bekontakt 14 ist elektrisch mit einem Sensorausgangsanschluß 16 ver­ bunden. Die Spannung Vo an dem Ausgangsanschluß 16 hängt von der Position des Schiebekontaktes 14 relativ zu dem Schichtstreifen 12 ab. Die Position des Schiebekontaktes 14 relativ zu dem Schichtstreifen 12 hängt von der Position ab, die von dem Sensor 10 detektiert oder gemes­ sen wird. Somit liefert die Ausgangsspannung Vo eine Anzeige der Positi­ on, die detektiert oder gemessen wird. Die soweit beschriebene Anordnung ist Fachleuten bekannt und wird nicht ausführlicher beschrieben.

Ein Diagnoseschaltkreis 18 gemäß der vorliegenden Erfindung ist elek­ trisch zwischen den Ausgangsanschluß 16 und den Schiebekontakt 14 zwischengeschaltet. Der Diagnoseschaltkreis 18 umfaßt ein Schaltmittel in der Form eines Transistors 20, der eine Basis, die eine Wechselspan­ nung Va von einer geeigneten Versorgung 21 empfängt, einen Emitter, der mit elektrischer Masse verbunden ist, und einen Kollektor aufweist, der mittels eines ersten Kondensators 22 und eines ersten Widerstandes 24 mit der Leitung zwischen dem Schiebekontakt 14 und dem Ausgangsan­ schluß 16 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 20 ist auch mit der Versorgungsspannung Vs mittels eines zweiten Widerstandes 26 und mit einer Ausgangsleitung 28 von dem Diagnoseschaltkreis 18 mittels einer Diode 30 verbunden. Ein dritter Widerstand 32 und ein zweiter Konden­ sator 34 sind parallel zueinander zwischen die Ausgangsleitung 28 und elektrische Masse zwischengeschaltet. Die Ausgangsleitung 28 endet an einem Diagnoseausgangsanschluß 38. Der Diagnoseschaltkreis 18 liefert ein Störungssignal auf der Leitung zwischen dem Schiebekontakt 14 und dem Ausgangsanschluß 16 des Sensors 10, das aus der Ausgangsspan­ nung Vo von dem Sensor durch ein Tiefpaßfilter 36 gefiltert wird, das ei­ nen RC-Schaltkreis umfaßt.

Die Werte der Bauteile des Diagnoseschaltkreises 18 sind derart ausge­ wählt, daß, wenn der elektrische Kontaktwiderstand zwischen dem Schie­ bekontakt 14 und dem Schichtstreifen 12 niedrig ist, die Ausgangsspan­ nung Vd an dem Diagnoseausgangsanschluß 38 von dem Sensor 10 signi­ fikant gedämpft wird. Eine derartige Anordnung ist möglich, weil der stati­ sche Widerstand Rs des Sensors 10 höher eingerichtet ist als der dynami­ sche Widerstand, der von dem Störungssignal auf der Leitung zwischen dem Schiebekontakt 14 und dem Ausgangsanschluß 16 erzeugt wird. Während der Kontaktwiderstand ansteigt, verkleinert sich die Dämpfungs­ wirkung, und die Ausgangsspannung Vd beginnt anzusteigen. Durch Überwachen der Ausgangsspannung Vd an dem Diagnoseausgangsan­ schluß 38, kann jegliche Zunahme des Kontaktwiderstandes detektiert werden, und es können Schritte vorgenommen werden, um die Zunahme zu überwinden, bevor ungenaue Ausgangsspannungen Vo an dem Aus­ gangsanschluß 16 des Sensors 10 detektiert oder gemessen werden.

Bei einer bevorzugten Anordnung, bei der die Versorgungsspannung Vs 5 V und der Widerstand des Schichtstreifens 12 2,2 kΩ beträgt, ist die Wechselspannung Va vorzugsweise ein Rechteckwellensignal, und die be­ vorzugten Werte für die Bauteile des Diagnoseschaltkreises 18 sind:
erster Kondensator 22 - 100 nF
erster Widerstand 24 - 10 kΩ
zweiter Widerstand 26 - 56 kΩ
dritter Widerstand 32 - 100 kΩ
zweiter Kondensator 34 - 100 nF
RC-Schaltkreis 36 - Widerstand 100 kΩ und Kondensator 100 nF

Die Frequenz der Wechselspannung Va ist vorzugsweise höher als die Fre­ quenz der Ausgangsspannung Vo von dem Sensor 10.

Die vorliegende Erfindung umfaßt effektiv ein Wechselspannungsversor­ gungsmittel 20-24 mit einer hohen Impedanz, das mit dem Schiebekon­ takt 14 des Sensors 10 verbunden ist; ein Tiefpaßfilter 36, um das Wech­ selsignal an dem Sensorausgangsanschluß 16 herauszufiltern; und ein Demodulatormittel 30-34, welches das Amplitudenmodulationssignal de­ moduliert, das von dem Wechselspannungsversorgungsmittel in Verbin­ dung mit dem Sensor 10 an dem Diagnoseausgangsanschluß 38 erzeugt wird. Obwohl oben eine besondere Anordnung eines Diagnoseschaltkrei­ ses gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist festzustellen, daß alternative Anordnungen innerhalb des Schutzbereiches der vorlie­ genden Erfindung verwenden werden könnten, um die gleiche Wirkung zu erreichen. Beispielsweise könnten einige der verschiedenen oben be­ schriebenen Bauteile in einem integrierten Schaltkreis vorgesehen sein.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Diagnosesystem für einen potentio­ metrischen Sensor, das jegliche Zunahme des Kontaktwiderstandes zwi­ schen dem Schiebekontakt und dem Widerstandsmittel detektierten kann ohne das Ausgangssignal von dem Sensor zu stören, während der Sensor arbeitet.

Claims (6)

1. Diagnoseschaltkreis (18) für einen potentiometrischen Sensor (10), der ein elektrisches Widerstandsmittel (12) und einen Schiebekon­ takt (14) in Verbindung mit dem Widerstandsmittel aufweist und ei­ nen Ausgang von dem Sensor an einem Sensorausgangsanschluß (16) liefert, wobei der Diagnoseschaltkreis umfaßt: ein Tiefpaßfilter (36), das zwischen den Schiebekontakt und den Sensorausgangsan­ schluß zwischenschaltbar ist; ein Wechselspannungsversorgungs­ mittel (20, 21, 22, 24) mit einer hohen Impedanz, das mit dem Schiebekontakt verbindbar ist; und ein Amplituden-Modulations- /Demodulationsmittel (30, 32, 34), das zwischen den Schiebekon­ takt und einen Diagnoseausgangsanschluß (38) zwischenschaltbar ist, wobei die Spannung an dem Diagnoseausgangsanschluß eine Anzeige des Kontaktwiderstandes zwischen dem Schiebekontakt und dem Widerstandsmittel des Sensors liefert.

2. Diagnoseschaltkreis nach Anspruch 1, wobei das Wechselspan­ nungsversorgungsmittel umfaßt: eine Wechselspannungsversorgung (21); ein Schaltmittel (20), das einen elektrisch mit der Wechsel­ spannungsversorgung verbundenen Eingang und einen Ausgang aufweist; einen ersten Kondensator (22) und einen ersten Wider­ stand (24), die in Reihe geschaltet sind, die elektrisch mit dem Schiebekontakt (14) verbindbar sind und die elektrisch mit dem Ausgang von dem Schaltmittel verbunden sind.

3. Diagnoseschaltkreis nach Anspruch 2, wobei die Wechselspan­ nungsversorgung (21) ein Rechteckwellensignal (Va) liefert.

4. Diagnoseschaltkreis nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das Schaltmittel ein Transistor (20) ist, bei dem die Basis des Transi­ stors den Eingang des Schaltmittels definiert, der Kollektor des Transistors den Ausgang des Schaltmittels definiert und der Emitter des Transistors mit elektrischer Masse verbunden ist.

5. Diagnoseschaltkreis nach Anspruch 4, wobei der Kollektor mittels eines zweiten Widerstandes (26) elektrisch mit einer Versorgungs­ spannung (Vs) verbunden ist, die mit dem Widerstandsmittel (12) des Sensors (10) verbindbar ist.

6. Diagnoseschaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Demodulationsmittel eine Diode (30), die elektrisch zwischen den Diagnoseausgangsanschluß (38) und den Schiebekontakt (14) zwi­ schenschaltbar ist; und einen zweiten Kondensator (34) und einen dritten Widerstand (32) umfaßt, die parallel zueinander zwischen den Diagnoseausgangsanschluß (38) und elektrische Masse zwi­ schengeschaltet sind.