DE2143567A1 - Schaltungsanordnung zur Messung kleiner Kapazitätsschwankungen, sowie Verwendung derselben - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Messung kleiner Kapazitätsschwankungen, sowie Verwendung derselben.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung kleiner Kapazitätsänderungen, wobei das Nessgut zwischen die Belegungen eines Plattenkondensators eingeführt und durch die unterschiedliche relative Dielektrizitätskonstante des Messgutes die Kapazitätsänderung hervorgerufen wird.
• Messvorrichtungen für die Messung des Querschnittes von faden- oder flächenförmigen Materialien verwenden vielfach Messkondensatoren, bei welchen das Messgut zwischen die Kondensatorplatten eingelegt wird und infolge der von 1 (Luft) verschiedenen relativen Dielektrizitätskonstanten Kapazitätsänderungen hervorruft. Infolge der an sich sehr kleinen Kapazitätsänderungen, die in der Grössenordnung von 10-16F liegen und den gleichfalls sehr kleinen relativen Aenderungen von etwa 10 4 gestaltete sich der Aufwand zur Auswertung dieser kleinen Aenderungen äusserst kompliziert. Wurden bei den ersten AusfUhrungen die veränderlichen Kondensatoren als Bestandteile von Schwingkreisen in Oszillatoren eingesetzt und die daraus resultierenden Frequenzänderungen ausgewertet, so folgten mit der Zeit Brückenschaltungen, in welchen die Kapazitätsänderungen direkt in Spannungsänderungen umgewandelt wurden. Allen diesen Ausführungen haftete entweder der Mangel eines grossen Aufwandes, oder einer beschränkten Stabilität an.
• Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung kleiner Kapazitätsänderungen, wobei das Messgut zwischen die Belegungen eines Plattenkondensators eingeführt und durch die unterschiedliche relative Dielektrizitätskonstante des Messgutes die Kapazitätsänderung hervorgerufen wird, und zeichnet sich dadurch aus, dass dem Messkondensator eine Induktivität zur Kompensation seiner Nullkapazität parallel geschaltet ist und dass durch eine mindestens angenähert symmetrische Einspeisung der hochfrequenten Speisespannung eine Phasenmodulation eintritt; sowie durch Mittel zur Demodulation der Phasenänderungen in Amplitudenänderungen einer Ausgangsspannung.
• Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung der Schaltungsanordnung in Mess- und Abtastorganen fUr elektronische Garnreiniger Anhand der Figur 1, die ein Schaltungsschem schematisch wiedergibt, wird die Erfindung näher erläutert. Fig. 2 zeigt ein Vektordiagramm für die Spannungsverteilung in der Schaltungsanordnung.
• Der Messkondensator 6 mit seiner Nullkapazität C0 liegt parallel zu einer Induktivität 4. Die Werte der Kapazität Co und der Induktivität 4 sind angenähert auf die Frequenz der im Hochfrequenzgenerator 1 mit Innenwiderstand 2 erzeugten Spannung UE abgestimmt. Die Speisespannung ist über einen Kondensator 3 und über einen weiteren Kondensator 5 an die Parallelschaltung von -Induktivität 4 und Messkondensator 6 gelegt. Parallel zum Kondensator 5 liegt eine Diode 7 und ein Widerstand 8.
• Die Ausgangsklemme 12 liegt über einem Widerstand 9 mit parallelgeschalteter Diode 10 am Kondensator 3, die Ausgangsklemme 13 ist mit dem Hochfrequenzgenerator 1 bzw. Kondensator 5, Diode 7 und Widerstand 8 verbunden.
• Ist der Messkondensator 6 leer, d.h. weist er die Nullkapazität C0 auf, bilden die an den einzelnen Schaltelementen auftretenden Spannungen die in Fig. 2 gezeigten Vektoren. Dabei ist mit durchgehenden Linien der Ruhezustand gezeigt, bei dem der Messkondensator 6 leer ist, d.h. mit seiner Nullkapazität C0 wirksam ist.
• Man erkennt, dass #U4# = #U3 + U4# ist und somit UA = #U3 + U4# - #U4# = 0 ist.
• Die Parallelschaltung von Induktivität 4 und Kondensator 6 verhält sich dabei induktiv.
• Beim Einlegen eines zusätzlichen Materials, beispielseins weise eines Garnes 16, mit einer von #### verschiedenen Dielektrizitätskonstante in den Messkondensator 6 erhöht sich seine Kapazität. Die Parallelschaltung Induktivität 4/Kondensator 6 wird dadurch weniger induktiv, was zu einer Drehung des Vektors #3 nach #3' führt. Gleichzeitig wird die Impedanz des Parallelschwingkreises 4, 6 grösser, da man näher an den Zustand der Parallelresonanz heran kommt. Dadurch reduziert sich der Strom in der Reihenschaltung von innerem Widerstand 2, Kondensator 3, Parallelschwingkreis 4/6, Kondensator 5. Die Spannung U4 über dem Kondensator 5 wird somit kleiner (U'4). Dagegen wird die Summe der Vektoren #3 + #4 grösser. Die Ausgangsspannung UA' = #U3' + U4'# - #U4'# nimmt dabei - wie Fig. 4 zeigt - einen endlichen Wert an. Zwischen den Ausgangsklemmen 12, 13 tritt also eine Spannung UA auf, sobald die Kapazität des Messkondensators 6 erhöht wird.
• Innerhalb bestimmter Grenzen der Kapazitätserhöhung ist die Ausgangsspannung mindestens angenähert proportional. Die Widerstände 8, 9 und die Dioden 7, 10 dienen der vektoriellen Addition der Teilspannungen #U3 + U4# - #U4# Durch die mindestens angenähert symmetrische Einspeisung der Hochfrequenzspannung ist der Messkondensator 6 ebenfalls symmetrisch gegen Erde. Damit lässt sich als weiterer Vorteil eine gute Homogenität des Messfeldes erreichen. Ferner wirken sich Schwankungen der Eingangsspannung dank dem symmetrischen Aufbau nicht als Aenderungen der Ausgangsspannung aus.

Claims (1)

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Messung kleiner Kapazitäts änderungen. wobei das Meßgut zwischen die Belegungen eines Plattenkondensators eingeführt und durch die unterschiedliche relative Dielektrizitätskonstante des Meßgutes die Kapazitätsänderung hervorgerufen wird, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß dem Meßkondensator (6) eine Induktivität (4) zur Kompensation seiner Nullkapazität parallel geschaltet ist, und daß durch eine mindestens angenähert symmetrische Einspeisung der hochfrequenten Speisespannung (U1) eine Phasenmodulation eintritt, sowie durch Mittel zur Demodulation der Phasenänderungen in Amplitudenänderungen einer Ausgangsspannung (UE).

20 Verwendung der Sohaltungsanordnung nach Anspruch 1 in Meß- und Abtastorganen für elektronische Garnreiniger.