DE2354839A1

DE2354839A1 - Kapazitaetsempfindliches messgeraet zur messung physikalischer groessen

Info

Publication number: DE2354839A1
Application number: DE19732354839
Authority: DE
Inventors: Kenneth Coffin Merrell
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 1972-11-03
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1974-05-09
Also published as: CA1010525A; FR2205669A1; JPS4978186A; US3811051A; DE2354839C2; SE401735B; NL7315052A; AU6214073A; JPS5846685B2; GB1425599A; FR2205669B1; IT999189B

Description

Dir... LNO. S. HOLZEB

AUGSBURG

14

UIfOIIl Μ»ϊβ

R. 865 ._■'

Augsburg, den 31. Oktober 1973

Robertshaw Controls Company, 17.OI Byrd Avenue, Richmond,

Virginia, V.St,A.

Kapazitätsempfindliches Meßgerät zur Messung physikalischer

Größen · ' " :

Die Erfindung betrifft ein kapazitätsempfindliches Meßgerät zur Messung physikalischer Größen, mit einem Meßwertumformer zur Bildung eines der zu messenden Größe entsprechenden Kapazitätswertes und mit einer Vergleichskapazität mit vorgegebenem Kapazitätswert,

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Kapazitätsempfindliche Meßgeräte sind seit vielen Jahren allgemein für verschiedene Anwendungen in Gebrauch, beispielsweise als Annäherungsfühler, Füllstandanzeiger und dergl«, wobei ein Meßfühler oder Meßwertumformer einen der zu messenden physikalischen Größe entsprechenden Kapazitätswert annimmt. Eine typische Anordnung zur Messung von Kapazitätsänderungen eines Meßfühlers oder Meßwertumformers ist aus der US-PS 3 199 350 bekannt, gemäß welcher ein auf einen Füllstand ansprechender Meßfühler in einem Resonanzkreis angeordnet ist, dessen Impedanz sieh entsprechend der Kapazitätsänderung des Meßfühlers ändert. Der Resonanzkreis wird durch einen Oszillator erregt und die am Resonanzkreis anliegende Spannung wird als Maß für den zu beobachtenden Füllstand gemessen.

Anordnungen dieser Art sind bei Anwendungsfällen nicht geeignet, bei denen eine große Genauigkeit gefordert wird, da sie durch äußere Faktoren wie beispielsweise Temperaturunterschiede und NetζspannungsSchwankungen Fehlern unterworfen sind und eine unerwünscht geringe Empfindlichkeit aufweisen.

Eine andere Einrichtung zur Messung von Kapazitätsänderungen eines Meßfühlers ist aus der US-PS 3 5^3 046

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' bekannt, in der ebenfalls eine Füllstands-Meßeinrichtung beschrieben wird, gemäß welcher jedoch ein Kapazitätsvergleieh zwischen der Meßfühlerkäpazität und einer Vergleichskapazität durchgeführt wird, weiche beide zyklisch aufgeladen und entladen werden» Die.sich dabei einstellenden Ströme werden algebraisch summiert, und. einer Vergleichseinrichtung zugeführt, welche die Größe .der summierten
Ströme mißt. -

Obwohl bei der eben beschriebenen Kapazitätsvergleiehseinrichtung durch Minimierung der Auswirkungen der Umgebungsfaktoren, .wie beispielsweise Temperatur- und Netzspannungsschwankungen, die diesbezüglichen Probleme gelöst sind, . weist diese Einrichtung nicht die bei vielen Anwendungsfällen geforderte Genauigkeit und Empfindlichkeit auf·

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kapazitätsempfindliches Meßgerät der eingangs dargelegten Art so auszubilden, daß es empfindlicher als die bekannten / Geräte dieser Art ist und genauer arbeitet. Das Gerät soll so anpassungsfähig sein, daß ein breiter Bereich von-Eingangskapazitäten ermöglicht wird und soll außerdem in monolithischer integrierter Schaltungstechnik ausführbar sein«

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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein kapazitätsempfindliches Meßgerät der eingangs dargelegten Art durch eine an die Betriebsspannung angeschlossene, einen Vorwiderstand aufweisende'Ladeschaltung zum Aufladen des Meßwertumformers mit durch den Widerstandswert des ,Vorwiderstands und den Kapazitätswert des Meßwertumformers festgelegter Geschwindigkeit, ferner durch eine ebenfalls an die Betriebsspannung angeschlossene und einen Vorwiderstand enthaltende Ladeschaltung zum Aufladen der Vergleichskapazität mit durch den Widerstandswert des Vorwiderstands und den Kapazitätswert der Vergleichskapazität bestimmter Geschwindigkeit und durch eine als Differenzverstärker ausgebildete Vergleichereinrichtung gekennzeichnet, welche einen invertierenden Eingang und einen nichtinvertierenden Eingang aufweist, von denen der eine mit dem Meßwertumformer und der andere mit der Vergleichskapazität verbunden ist, und welche bei einer Differenz der Aufladegeschwindigkeiten des Meßwertumformers und der Vergleichskapazität ein diese Differenz anzeigendes Ausgangssignal liefert.

In Weiterbildung de/ Erfindung ist das Meßgerät so ausgebildet, daß mit einem einzigen Kapazitätsmeßfühler oder Meßwertumformer zwei verschiedene physikalische

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Zustände überwacht werden können, ·

Einige· bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend.mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben« In den Zeichnungen stellen dar:

Pig, I- ein Schaltungsdiagramm einer

grundsätzlichen Ausführungsform der Erfindung, .

Pig* 2 ■ ein Schaltungsdiagramm einer

weiteren Ausführungsform der • Erfindung mit einstellbarem

Arbeitspunkt,

Pig, 3 ein Schaltungsdiagramm einer

• - mit Wechselstrom betreibbaren

und eine Verzögerungsschaltung enthaltende Ausführungsform der Erfindung,

Pig, 4 ■ ein Schaltungsdiagramm einer der

Anordnung nach Pig, 3„ähnlichen, für die Verwendung=, eines von der Schaltung entfernt angeordneten

V - 5 -

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Meßfühlers geeigneten weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Pig, 5 ein Schaltungsdiagramm einer

noch weiteren Ausführungsform der Erfindung, welche ein der Kapazitätsänderung des Meßfühlers proportionale Ausgangsspannung liefert,

Fig, 6 ein Schaltungsdiagranun einer

insbesondere zur Herstellung in monolithischer integrierter Schaltungstechnik geeigneten Ausführungsform der Erfindung, und

Pig. 7 ein Schaltungsdiagranun einer

Weiterbildung der Erfindung, bei

welcher mittels eines einzigen Meßfühlers zwei verschiedene Zustände anzeigbar sind.

Fig» 1 zeigt eine grundsätzliche Schaltung zur Messung einer physikalischen Größe mit einer als Meßgrößenumformer dienenden Meßkapazität 10, welche die zu messende

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physikalische Größe abtastet. Die Meßkapazität 10 kann eine bekannte Vorrichtung zur Messung einer physikalischen Größe und Umformung der Meßgröße in ein Kapazltätsladungssignal, beispielsweise ein Annäherungsfühler, ein Füllstandsanzeiger oder dergl,. Lediglich zur Erläuterung wird die Grundschaltung nachstehend mit Bezug auf die Messung des Füllstandes eines Stoffes beschrieben, beispielsweise einer leitenden Kühlflüssigkeit in einem Fahrzeugkühler oder dergl. mit "der darin angeordneten.Meßkapazität 10, Im Falle einer leitenden Flüssigkeit besteht die Meß- ' . kapazität 10 gewöhnlich aus einer von der Flüssigkeit isolierten Kondensatorρlatte und der Flüssigkeit selbst, welche die zweite Kondensatorplatte darstellt und beispielsweise über den Flüssigkeitsbehälter elektrisch an Masse gelegt ist, Die nicht an Masse liegende Kondensatorplatte der Meßkapazität 10 ist mit einem invertierenden Eingang 2 eines in integrierter Technik ausgeführten Universal-Differenzverstärkersl2 verbunden. Eine Vergleichskapazität ist zwischen einen nichtinvertierenden Eingang 3 des Differenzverstärkers 12 und die Masseleitung 16 geschaltet. Mit der Meßkapazität 10 und der Vergleichskapazität Ik ist jeweils eine Ladeschaltung in Reihe geschaltet. Die Ladeschaltung für die Meßkapazität 10 weist einen mit einer Betriebsspannüngsleitung 20 verbundenen Widerstand 18 auf,

Die Ladeschaltung für die Vergleichskapazität 14 besteht

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aus zwei Reihenwiderständen 22 und 24, die ebenfalls an die Betriebsspannungsleitung 20 angeschlossen sind. Die Betriebsspannungsleitung 20 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 26 mit einer Betriebsspannungsklemme 28 verbunden, welche mit dem positiven Ausgang einer nicht dargestellten Gleichstromquelle verbindbar ist« Die Masseleitung l6 ist mit dem negativen Ausgang der Gleichstromquelle verbindbar, Mit der Verbindungsstelle zwischen den beiden Vorwiderständen 22 und 24 ist über einen Widerstand 32 eine Prüfklemme 30 verbunden.

Ein Entladenetzwerk für die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität 14 weist einen aus zwei Widerständen und 36 bestehenden Spannungsteiler auf, der an die Betriebsspannungsleitung 20 angeschlossen ist und zu welchem eine Zenerdiode 38 zur Spannungsregelung parallelgeschaltet ist. Die Emitter von zwei Transistoren 40 und 42, deren Basen und Kollektoren parallelgeschaltet sind, sind mit der Meßkapazität IO bzw, der Vergleichskapazität 14 verbunden. Die Basen dieser Transistoren 40 und 42 sind mit der Mitte des aus den Widerständen 34 und 36 bestehenden Spannungsteilers verbunden« Die zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 4o und 42 sind an die Basis eines Transistors 44 geführt, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Widerstand 36 liegt»

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Der Universal-Differenzverstärker 12 weist zwei Betriebsspannungsanschlüsse auf, die mit 4 und 7 bezeichnet sind und über Leitungen 46 bzw, 48 mit der Masseleitung 16 bzw, der Betriebsspannungsklemme 28 verbunden sind. Ein Ausgang 6 des Differenzverstärkers 12 ist über einen Widerstand 52 mit der Basis eines Tranistors 50 verbunden. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors 50 ist ein Widerstand 54 und ein Kondensator 56 geschaltet. Der Emitter des Transistors 50 ist mit der Betriebsspannungsklemme 28 verbunden und der Kollektor ist über einen Widerstand 58 an Masse gelegt. Eine Mitkopplungsleitung mit einem Widerstand führt von der Verbindungsstelle des Kollektors des Transistors und des Widerstands .58 zu einem Anschluß 5 des Differenzverstärkers 12, Ein Ausgangstreibertransistor 60 ist mit ■ seiner Basis an den Kollektor des Transistors 50» mit seinem Kollektor an die Betriebsspannungsklemme 28 und mit seinem Emitter über eine·Schutzdiode 64 an die Masseleitung l6 angeschlossen. Eine Ausgangssignalklemme 66 ist mit der Verbindungsstelle des Emitters des Transistors 62 und der Schutzdiode 64 verbunden.

Die Meßkapazität 10 der in Pig, I dargestellten Anordnung ist beispielsweise in der Kühlflüssigkeit eines Fahrzeugkühlers angeordnet. Ein nicht dargestellter Schalter, bei-

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spielsweise der Zündschalter des Fahrzeugs, kann zum Anschalten der Anordnung an eine geeignete Spannungsquelle, beispielsweise die Fahrzeugbatterie, verwendet werden.

Beim Einschalten der Schaltung sind alle Transistoren im nichtleitenden Zustand und die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität 14 sind entladen« Auf der an die Klemme 28 angeschlossenen Spannungsquelle fließt sofort ein Ladestrom über den Widerstand 18 in die Meßkapazität und gleichzeitig wird die Vergleichskapazität 14 über die Vorwiderstände 22 und 24 aufgeladen. Die Meßkapazität und die Vergleichskapazität Ik laden sich exponentiell auf, bis eine oder beide Kapazitäten auf eine Spannung aufgeladen sind, welche die durch die Zenerdiode 38 geregelte, über den Spannungsteiler 34, 36 an die Basen der Transistoren 40 und k2 angelegte Spannung übersteigt und einer oder beide Transistoren 40 und 42 in den leitenden Zustand geschaltet werden. Ist einer der beiden Transistoren 40 und 42 leitend, so wird der Transistor ebenfalls leitend geschaltet, wodurch gleichzeitig der eventuell noch nicht leitende Transistor der beiden Transistoren 40 und 42 in Durchlaßrichtung vorgespannt und dadurch leitend geschaltet wird. Das eben' beschriebene

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Durchschalten der Transistoren 40, 42 und 44 geschieht im wesentlichen gleichzeitig_s so daß die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität l4 gleichzeitig entladen werden. Die Entladung der Meßkapazität 10 erfolgt über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 4o und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 44 und parallel dazu über die Kollektor-Emitter—Strecke des Transistors 4o und die damit in Reihe liegende Bäsis-Emitter-Strecke des Transistors Die Entladung der Vergleichskapazität l4 erfolgt über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 42 und die damit in Reihe liegende Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors und parallel dazu über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 42 und die damit in Reihe liegende Basis-Emitter-Strecke des Transistors 44, Während der Entladung arbeitetder Transistor 44 in der Sättigung und vermindert dadurch die über dem Widerstand .36 liegende Spannung auf die Kollektor-Emitter-Sättigungsspännung des Transistors 44 und stellt die nahezu vollständige Entladung der Meßkapazität 10 und der Vergleichskapazität 14 sicher. Nach dem Entladevorgang hört der leitende Zustand der. Transistoren 40, 42 und 44 auf und die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität 14 beginnen wieder mit ihrem Ladezyklus. Die Schwingungsdauer zwischen den Entladezyklen wird von der kleineren der beiden Kapazitäten 10 und 14 bestimmt,

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falls die Vorwiderstände in den Ladekreisen den gleichen Wert haben, und kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

T = R . C , In _φ ^ü

U - Uref

wobei T die Schwingungsdauer, R der Wert des Vorwiderstandes, C der Wert der kleineren Kapazität, In der natürliche Logarithmus, U die geregelte Spannung und Uref die Vergleichsspannung ist. Die geregelte Spannung ist die Spannung an der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 3*J und 36,

Die Aufladegeschwindigkeiten der Meßkapazität IO und der Vergleichskpazität 14 werden gemessen und mittels des Differenzverstärkers 12 verglichen, Ist der Flüssigkeitsstand der Kühlflüssigkeit im Kühler höher als der Pegel, bei welchem eine Anzeige gewünscht wird, so wird der Kapazitätswert der Meßkapazität 10 größer als der Kapazitätswert der Vergleichskapazität 14, Infolgedessen wird die Aufladegeschwindigkeit für die Meßkapazität 10 kleiner als die Aufladegeschwindigkeit der Vergleichskapazität lh und der Differenzverstärker 12 erzeugt in Abhängigkeit davon ein positives Ausgangssignal* Die Transistoren 50 und 62 sprechen auf dieses positive

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Ausgangssignal an und verbleiben in ihrem nichtleitenden Zustand, und die Ausgangssignalklemme 66 bleibt spannungs-los als Anzeige dafür, daß der Füllstand im Kühler ausreichend ist.

Der Pegel der Kühlflüssigkeit im Kühler auf einen Wert abgefallen, der gleich oder kleiner als der Pegel ist, bei welchem eine Anzeige erfolgen soll, so ist der Kapazitätswert der Meßkäpazität 10 kleiner als der Kapazitätswert der Vergleichskapazität 14 und die Aufladegeschwindigkeit der Meßkapazität 10 wird größer als diejenige der Vergleichskapazität 14. Der Differenzverstärker 12 erzeugt dann an seinem Ausgang ein negatives Ausgangssignal, das über den Widerstand 52 an die Basis des Transistors 50 gelangt und einen Stromfluß durch den Widerstand 5^ hervorruft, wodurch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 50 in den leitenden Zustand geschaltet wird. Der sich ergebende Stromfluß durch die Kollektor-Emitter-Strecke des. Transistors 50.und den Widerstand 58 schaltet den Transistor 62 in seinen Sättigungsbereich durch. Der leitende Zustand des Transistors 62 hat ein einen niedrigen Flüssigkeitspegel anzeigendes Spannungsausgangssignal über der Diode "6,4 an der Signalausgangsklemme zur Folge, dessen Größe gleich der Betriebsspannung an

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der Klemme 28 minus der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung des Transistors 62 ist. Dieses Spannungsausgangssignal kann auf ein Anzeigegerät gegeben oder zu Steuerzwecken verwendet werden«

Das Ansprechen des Differenzverstärkers 12 erfolgt ausreichend langsam und infolgedessen erfolgt eine Integration seines negativen Ausgangssignals, welche durch den Kondensator 56 weiter unterstützt wird, so daß der Transistor 50 nach dem Leitendwerden infolge des negativen Ausgangssignals während des Entladezyklus leitend bleibt, so daß am Ausgang des Transistors 62 keine Impulse erscheinen.

Um bistabile Schaltzustände aufgrund des Ausgangssignals am Ausgang 6 des Differenzverstärkers 12 sicherzustellen, ist eine Mitkopplung der über dem Widerstand 58 liegenden Spannung über den Widerstand 60 vorgesehen», Wenn das negative Ausgangssignal des Differenzverstärkers anzusteigen beginnt, bringt der Widerstand 60 den Eingang des Differenzverstärkers 12 aus dem Gleichgewicht und ruft dadurch bistabiles Verhalten hervor. Der Widerstand stellt für die Basis des Transistors 62 eine niederohmige Strecke dar, so daß ein sicheres Sperren gewährleistet

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Die Schaltung nach Fig. 1 kann zu jeder Zeit auf Funktionstüchtigkeit geprüft werden, indem die Prüfklemme 30 mit. der Masseleitung 16 kurzgeschlossen wird, beispielweise über einen nicht dargestellten externen Schalter,, Durch das, Kurzschließen der Prüf klemme 30 an Masse wird das an der Vergleichskapazität l4 anliegende Ladepotential· vermindert, so daß ihre Aufaldegesehwindigkeit vermindert wird und dadurch nun die Aufladegeschwindigkeit.der Meßkapazität 10 die größere der beiden Aufladegeschwindigkeiten ist» Der Differenzverstärker 12 gibt infolgedessen ein negatives Ausgangssignal am Ausgang 6 ab, welches die beiden Transistoren und 62, wie oben beschrieben, in den leitenden Zustand schaltet und an der Ausgangsklemme 66 ein einen niedrigen Flüssigkeitspegel simulierendes Ausgangssignal hervorruft, welches die Funktionstüchtigkeit der Schaltung anzeigt. -

Die in Fig. .2 dargestellte Schaltung ist zur Messung des Füllstands eines nichtleitenden Stoffes vorgesehen, beispielsweise von Schmierflüssigkeit in Fahrzeugen, Petroleum, Benzin und dergl,. Für derartige Anwendungsfälle kann die Meßkapazität 10 als Plattenkondensator mit zwei mit gegenseitigem Abstand angeordneten Kondensatorplatten ausgebildet sein, zwischen

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denen sich die abzutastende Flüssigkeit als Dielektrikum befindet, so daß sich der Wert der Meßkapazität 10 entsprechend dem Flüssigkeitsstand zwischen den beiden Platten ändert. Da der Bereich der Kapazitätsänderung der Meßkapazität 10 bei der nichtleitenden Flüssigkeit beträchtlich kleiner als der Bereich der Kapazitätsänderung der Meßkapazität bei der leitenden Flüssigkeit ist, stellt die Ausführungsform nach Fig, 2 eine Verbesserung der Ausführungsform nach Fig. 1 dar und weist eine Einstellmöglichkeit auf. Der dem Entladenetzwerk für die Kapazitäten in Fig_t 1 zugeordnete Spannungsteilerwiderstand 34 ist in Fig, 2 durch ein Potentiometer 80 mit einem Schleifer 82 ersetzt, Der Vorwiderstand 18 für die Meßkapazität 10 ist nicht mehr, wie in Fig. 1, unmittelbar an die Betriebsspannungsleitung 20 geführt, sondern über den Schleifer 82 des Potentiometers 80 mit dieser verbunden. Die übrige in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist mit der Schaltung nach Fig. 1 identisch«

Die Meßkapazität der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist im Betrieb in dem Stoff angeordnet, dessen Füllstand gemessen werden soll, beispielsweise in einem nichtleitenden Schmiermittel eines Fahrzeugs, Mit dem Schleifer 82 des Potentiometers 80 wird ein

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solcher Gesamtwiderstand im Ladekreis der Meßkapäzität 10 eingestellt, daß der Arbeitspunkt der Schaltung, d.h. der Punkt_s an welchem der Differenzverstärker 12 am Ausgang 6 ein negatives Ausgangssignal abgibt, einem Flüssigkeitspegel entspricht, der in oder nähe der Mitte des "Meßbereichs der Meßkapazität liegt. Wegen der Toleranzen und der mit der Alterung verbundenen Änderung der Werte der Bauelemente der Schaltung sollte die Einstellung des Schleifers 82 von Zeit zu Zeit überprüft werden, um sicherzustellen, daß der Arbeitspunkt der Schaltung in oder nahe der Mitte des Meßbereichs der Meßkapazität 10 bleibt« Ansonsten ist die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Pig, 2 identisch mit der Arbeitsweise der Schaltung nach Pig» 1,

Die Schaltung nach Pig« 3 stellt eine Verbesserung der Grundschaltung nach Pig» 1 dar und enthält eine Relaissteuerung zur Verzögerung der Anzeige des Flüssigkeitsstandes und ist außerdem mit Wechselspannung betreibbar. Wie dargestellt, sind die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität Ik mit Bezug auf die Eingänge des Differenzverstärkers 12 vertauscht worden. Außerdem ist die Meßkapazität 10 nunmehr über einen Gleichstromsperrkondensator

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mit dem nichtinvertierenden Eingang 3 des Differenzverstärkers 12 verbunden und ein weiterer Kondensator 82 ist parallel zur Meßkapazität 10 und zum Kondensator 90 geschaltet. Infolge der neuen Anordnung der Meßkapazität und der Vergleichskapazität 14 bezüglich der Eingänge des Differenzverstärkers 12 spricht die Schaltung nicht mehr auf das Abfallen des Flüssigkeitsstandes, wie bei den Schaltungen nach den Pig, 1 und 2, sondern auf das Ansteigen des Flüssigkeitsstandes an.

Der Ladekreis für die Meßkapazität 10 und die dieser zugeordneten Kondensatoren 90 und 92 ist abgewandelt und weist einen einstellbaren Reihenwiderstand 9^ auf, der an die Betriebsspannungsleitung 20 angeschaltet ist. Ferner ist parallel zur Zenerdiode 38 ein Glättungskondensator geschaltet, da die Schaltung nach Fig, 3 durch eine nicht dargestellte, mit der Primärwicklung des Transformators verbindbare Wechselstromquelle gespeist wird. Die Anschlüsse der Sekundärwicklung des Transformators 98 sind mit den Katoden zweier Dioden 100 und 102 verbunden, deren Anoden zusammengeschaltet sind. Außerdem weist die Sekundärwicklung des Transformators 98 einen Mittelabgriff auf, der über eine Leitung 104 mit der Masseleitung 16 verbunden ist, so daß die Anordnung einen Vollweggleichrichter darstellt,

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Zwischen den Ausgang 106 der Gleiehrichteranordnung und Masse ist ein Siebkondensator 108 geschaltet, und der Ausgang 106 ist über einen Strombegrenzungswiderstand110 mit der Betriebsspannungsleitung 20 verbunden.

Die mit dem Kollektor des Transistors 50 verbundene .-Last enthält nunmehr einen Widerstand 58 und ein damit in-'-Reihe geschaltetes Potentiometer 112 mit einem Schleifer 114, Eine Mitkopplungsleitung zwischen dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 12 und dem Schleifer 1-14 des Potentiometers 112 enthält einen Widerstand 116 und eine damit in Reihe liegende Diode 118,

Zwischen den Kollektor des Transistors 50 und die Basis des Transistors 62 ist eine Verzögerungsschaltung geschaltet, die einen einstellbaren Widerstand 120 und -einen damit in Reihe geschalteten, zwischen dem Kollektor des Transistors 50 und Masse 16 liegenden Kondensator 122 aufweist. Die Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand und dem Kondensator 122 ist mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 124 verbunden. Die Verzögerungsschaltung weist außerdem eine Diode 126 auf, die zum Widerstand 120 parallel liegt. Ein aus zwei Widerständen 128 und 130 bestehender Spannungsteiler ist zwischen die Betriebs-

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Spannungsleitung 20 und Masse 16 geschaltet und die Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Widerständen ist an den nichtinvertierenden Eingang 3 des Differenzverstärkers 124 geführt» Ein dreipoliger Umschalter weist einen ersten Umschaltkontakt auf, der entweder mit der Diode 126 oder der Diode 134 verbindbar ist, welch letztere mit Bezug zur Diode 126 entgegengesetzt gepolt über dem Widerstand 120 liegt» Der zweite Umschaltkontakt des Umschalters 132 verbindet den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 124 wahlweise mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 120 und dem Kondensator oder mit der Verbindungsstelle der Spannungsteilerwiderstände 128 und 130, Der dritte Umsehaltkontakt des Umschalters I32 verbindet den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 124 wahlweise mit der Verbindungs-Stelle der Spannungsteilerwiderstände 128 und 130 oder der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 120 und dem Kondensator 122,

Der Differenzverstärker 124 liegt mit seinem Anschluß über eine Leitung I38 an Masse und mit seinem Anschluß über eine Leitung I36 an der Betriebsspannung, Sein Ausgang ist über einen Widerstand l40 mit der Basis des Transistors verbunden. Zur Vorspannung des Transistors 62 ist ein

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Widerstand l42 parallel zu siener Basis-Emitter-Strecke geschaltet, und seine- Emitter-Kollektor-Strecke liegt zwischen dem Punkt. 106 und der Masseleitung 16, In den Kollektorkreis des Transistors 62 sind eine Leuchtdiode 144 und die Spule 146 eines Relais mit Kqntaktsätzen 148 in Reihe geschaltet. Parallel zur Relaisspule liegt eine Löschdiode 64, ι ·

Wenn zum Betrieb der Schaltung nach Pig, 3 eine Wechselstromquelle an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist, wird die Wechselspannung mittels der Dioden 100 und 102 gleichgerichtet und durch den Kondensator 108 geglättet. Die Ausgangsspannung am Punkt 106 wird den Ladekreisen der Meßkapazität 10 und der Vergleichskapazi'tät 14 über den Strombegrenzungswiderstand 110 zugeführt. Die Spannung zwischen der Bet.riebsspannungsleitung und der Masse 16 weist eine Restwelligkeit auf, die im Siebkondensator 96 geglättet wird. Beim Anschalten der Wechselstromquelle an die Primärwicklung des Transformators fließen sofort Ladeströme zur Meßkapazität 10 und zur Vergleichskapazität 14, Infolge der Anwesenheit des Gleichstromsperrkondensators 90 und des Kondensators 92 zusätzlich zur Meßkapazität IQ ändert sich die vom Ladekreis her gesehene Gesamtkapazität, insbesondere infolge des

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Kondensators 92. Dadurch wird die Verwendung eines niederohmigeren Ladekreises möglich, der in diesem Fall die Widerstände 22 und 94 enthält, wobei der Widerstand 94 zwecks Einstellung des Arbeitspunktes der Schaltung in oder nahe der Mitte des Meßbereichs der Meßkapazität 10 einstellbar ist. Da die Meßkapazität IO und die Vergleichskapazität 14 mit Bezug auf die Eingänge des Differenzverstärkers 12 vertauscht worden sind, tritt nunmehr am Ausgang 6 des Differenzverstärkers dann ein negatives Ausgangssignal auf, wenn die Aufladegeschwindigkeit des die Meßkapazität 10 enthaltenden Kapazitätsnetzwerks kleiner als die Aufladegeschwindigkeit der Vergleichskapazität 14 ist, was beim Ansteigen des gemessenen Flüssigkeitspegels der Fall ist» Das negative Ausgangssignal des Differenzverstärkers 12 schaltet den Transistor 50 in die Sättigung, und der Kollektorstrom des Transistors 50 erzeugt einen Spannungsabfall über den Widerstand 58 und dem Potentiometer 112. Ein Teil dieses Spannungsabfalls wird über den Schleifer il4, die Diode und den Widerstand 116 zum invertierenden Eingang 2 des Differenzverstärkers 12 rückgeführt. Die Diode Il8, die so gepolt ist, daß kein Strom aus der Vergleichskapazität abfließen kann, wird durch das Potentiometer 112 und den Widerstand I58 in Durchlaßrichtung vorgespannt und stellt

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dann einen zusätzlichen Aufladeweg für die Vergleichskapazität 14 dar» Der Grad der Mitwirkung der Mitkopplung am Ladestrom der Vergleichskapazität 14 ist proportional der toten Zone, d.h., eine durch eine, in Pig«, 3 nach oben" gerichtete Bewegung des Potentiometer Schleifers 11-4 erzeugte größere Mitkopplungsspannung ergibt eine größere tote Zone und dementsprechend ein stärkeres Ansteigen der Aufladegeschwindigkeit des die Meßkapazität 10 enthaltenden Kapazitätsnetzwerks, bevor der Differenzverstärker aufhört, ein negatives Ausgangssignal zu erzeugen.

Die Ausgangsspannung des Kollektors des Transistors 50, wenn dieser durch das negative Ausgangssignal des Differenzverstärkers 12 leitend geschaltet worden ist, gelangt ferner an die Verzögerungsschaltung mit dem einstellbaren Widerstand 120 und dem Kondensator 122, und das über dem Kondensator 122 liegende Ausgängssignal der Verzögerungs-schaltung ist entsprechend der Stellung des Umschalters 132 wahlweise an den Eingang 2 oder den. Eingang 3 des Differenz-Verstärkers 124 anlegbar. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 12 wird dadurch entsprechend der Aufladegeschwindigkeit des, Kondensators 122 verzögert. Die entgegengesetzt gepolten Dioden 126 und 134 dienen dazu, eine Verzögerung nur in einer Richtung herzustellen, derart,

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daß in der dargestellten Stellung des Umschalters I32 eine schnelle Aufladung des Kondensators 122 über die Diode 126 und eine langsame Entladung des Kondensators über den einstellbaren Widerstand 120 und bei der nicht dargestellten- anderen Stellung des Umschalters 132 eine langsame Aufladung des Kondensators 122 über den einstellbaren Widerstand 120 und eine schnelle Entladung des Kondensators 122 über die Diode 134 erfolgt. Der Umschalter 132 ermöglicht eine Umkehr der Betriebsart der Schaltung, d.h., eine Vergrößerung der Meßkapazität führt zur Erregung des Relais oder eine Vergrößerung der Meßkapazität führt zur Entregung des Relais, so daß eine Wahl der Betriebsart je nach Art der verschiedenen Anwendungsfälle möglich ist» Die am Kondensator 122 der Verzögerungsschaltung liegende Spannung wird mit der über dem Widerstand I30 liegenden Spannung im Differenzverstärker 124 verglichen, der am. Ausgang 6 ein negatives Ausgangssignal erzeugt, wenn die über dem Kondensator liegende Spannung die über dem Widerstand 130 liegende Spannung übersteigt. Das negative Ausgangssignal des Differenzverstärkers 124 steuert den Zustand des Transistors 62 und folglich der Relaiskontakte 148, welche durch die im Kollektorkreis des Transistors 62 liegende Relaisspule 146 gesteuert werden» -

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Die Leuchtdiode 144 im Kol-lektorkreis des Transistors ist im Betrieb der Schaltung normalerweise nicht, sichtbar und dient zum Zwecke der Eichung und der Einstellung der Schaltung, wo sie eine sichtbare Anzeige des Erregungszustandes der Relaisspule 146 gibt«

Die in Pig,-4 dargestellte Schaltung stellt eine Verbesserung der Anordnung nach Pig, 3 dar und ist insbesondere für die Verwendung mit Meßkapazitäten vorgesehen, die an einer von der .Schaltung entfernt gelegenen Stelle angeordnet und mit dieser über ein dreipoliges koaxiales Kabel verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist die nicht gezeichnete, von der Schaltung entfernt gelegene Meßkapazität über ein dreipoliges Koaxialkabel mit einem Innenleiter 160, einer diesen umgebenden und von■diesemisolierten inneren Abschirmung l62 und einer die letztere umgebenden und davon isolierten äußeren Abschirmung 164 verbunden. Die äußere Abschirmung 164 ist an die Masseleitung 16 angeschlossen. Der Innenleiter 160 des dreipoligen Koaxialkabels ist über, einen Trennwiderstand 166 mit dem Kondensator 90 verbpnden. Die innere Abschirmung des dreipologen Koaxialkabels ist über einen Trennwiderstand 168 mit einer Treiberschaltung verbunden, die einen Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor von Eins aufweist»

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Dieser Verstärker enthält zwei komplementäre Transistoren und 172, Die Basis-Kollektor-Strecke des Transistors liegt zwischen dem Eingang 3 des Differenzverstärkers und der Masseleitung 16 und sein Emitter ist an die Basis des Transistors 172 geführt. Die Verbindungsstelle zwischen der Basis des Transistors I72 und dem Emitter des Transistors I70 ist über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 174 und 176 mit der Betriebsspannungsleitung 20 verbunden. Der Emitter und der Kollektor des Transistors sind an den Kollektor bzw, die Basis eines Treibertransistors 178 angeschlossen, über dessen Basis-Emitter-Strecke ein an die Betriebsspannungsleitung 20 angeschlossener Vorspannungswiderstand 180 liegt. Zwischen den mit 182 bezeichneten Ausgang des Verstärkers mit dem Verstärkungsfaktor 1 und Masse 16 ist eine aus einem Widerstand 184 und einem Parallelkondensator 186 bestehende Last geschaltet. Außerdem ist der Verstärkerausgang 182 über den Trennwiderstand I68 elektrisch mit der innderen Abschirmung l62 des dreipoligen Koaxialkabels verbunden.

Die Basis und der Kollektor eines Schalttransistors ist mit dem Kollektor bzw, der Basis des Transistors 44 verbunden und sein Emitter liegt unmittelbar am Ver-

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stärkerausgang 182.

Der Entladekreis für die Vergleichskapazität 14 und die nicht dargestellte Meßkapazität sowie die der letzteren zugeordneten Kondensatoren 90 und 92 weist, wie in Fig. 3, die Transistoren ¹IO₉ 42 und 44 auf, wobei der Verbindungspunkt zwischen den Basen der Transistoren und 42 mit einem Kondensator 190 verbunden ist, der parallel zu einem Widerstand 192 liegt, welch letzterer Teil eines zum Entladekreis gehörenden, aus den Widerständen 176, 192 und 36 bestehenden Spannungsteilers ist.

Die in Pig, 3 vorhandene, der Spannungsregelung dienende Zenerdiode 38 ist in Fig. 4 durch einen Serienspannungsregler mit einem Transistor 196 ersetzt, dessen

\ Kollektor-Emitter-Strecke zwischen dem Ausgang 106 des Vollweggleichrichters und die Betriebsspannungsleitung 20 geschaltet ist. Die Basis des Transistors I96 ist über

■ einen Vorspannungswiderstand 198 mit dem Punkt 106 und außerdem über eine Zenerdiode 200 mit Masse verbunden.

Beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 4_r wenn die Wechselspannung an der Primärwicklung des Transformators eingeschaltet worden ist und die Aufladung der Meßkapazität

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und der Vergleichskapazität 14 beginnt, ist der Transistor anfänglich gesperrt und die Transistoren I70, 172, und des Verstärkers mit dem Verstärkungsfaktor 1 sind im leitenden Zustand, Am niederohmigen Ausgang 182 des Ver-" stärkers erscheint ein Signal,, das nach Größe und Phase gleich dem entsprechend der Aufladung der damit verbundenen Kapazitäten größer werdenden Signal am nichtinvertierenden Eingang 3 des Differenzverstärkers 12 ist. Der Ausgang des Verstärkers mit dem Verstärkungsfaktor 1 ist an die innere Abschirmung l62 des dreipoligen Koaxialkabels gelegt, das mit der nicht dargestellten, von der Schaltung entfernt gelegenen Meßkapazität verbunden ist. Der Lastwiderstand und der Kondensator 186 im Ausgangskreis des Verstärkers mit dem Verstärkungsfaktor 1 stellen sicher, daß der Verstärker ständig belastet ist, .

Wenn die Transistoren 40, 42 und 44 zur Einleitung eines Entladezyklus einschalten, so beträgt die Spannung am Verbindungspunkt der beiden Basen der Transistoren 40 und etwa 0 V, da der Transistor 44 in der Sättigung arbeitet, Ebenso wird die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 176 und 192 wegen des Kondensators 190 etwa 0 V, wodurch die Vorspannung der Transistoren I70 und 172 wegfällt, und der Verstärker wird ausgeschaltet,

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Beinahe gleichzeitig mit dem Durchschalten der Transistoren 40, 42 und 44 wird der Transistor 188 infolge des Leitendzustandes des Transistors 44 leitend und stellt eine Entladestrecke für die wegen der Kapazität zwischen der inneren Abschirmung 162 und der an Masse gelegten äußeren Abschirmung 164 des dreipoligen Koaxialkabels am Ausgang 182 des Verstärkers stehende Spannung dar. Das Abschalten des Verstärkers.beim Einschalten des Transistors verhindert einen Kurzschluß gegen Masse durch die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren I78 und 188 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 44, -

Wie oben erwähnt, ist die in Fig. 3 vorhandene spannungsregelnde Zenerdiode 38 in Pig, 4 durch eine Serienspannungsregelschaltung ersetzt, die einen Transistor 196 und eine Zenerdiode 200 aufweist, welch, letztere die Spannung zwischen der Betriebsspannungsleitung 20 und Masse regelt, da am Transistor 196 die Basis-Emitter-übergangsspannung stets in Durchlaßrichtung anliegt und konstant bleibt (ein typischer Wert für die Basis-Emitter-Übergangsspannung liegt im Bereich von 0,6 V) und zusammen mit der an der Zenerdiode 200 liegenden Spannung die geregelte Gesamt-ausgangsspannung ergibt_β

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Die in Fig. 5 gezeigte Schaltung stellt eine Verbesserung der in den Pig, 1 und 2 dargestellten Grundschaltung dar und ist so abgewandelt, daß ein der Änderung der Meßkapazität proportionales Gleichspannungs-Analogausgangssignal abgegeben werden kann. Gemäß der Darstellung sind die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität 14 an die Eingänge 3 bzw, 2 des Differenzverstärkers 12 angeschlossen, so daß die Schaltung auf steigenden" Flüssigkeitsstand anspricht» Die Ladekreise und die Entladekreise für die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität 14 sind bereits anhand der Pig, I und beschrieben worden und brauchen nicht mehr erläutert zu werden,

Der Ausgang des Differenzverstärkers 12 ist über den Widerstand 52 an die Basis des Transistors 50 geführt. Der Emitter des Transistors 50 liegt an der Betriebsspannungsleitung 20 und der Kollektor des Transistors ist über den Widerstand 58 an Masse 16 gelegt. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 50 und dem Widerstand 58 ist mit der Signalausgangsklemme verbunden. Die Betriebsspannungsleitung 20 und Masse 16 sind mit einer nicht dargestellten Gleichstromquelle verbunden, wobei zwischen der Betriebsspannungsleitung

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und der Anschlußklemme 28 ein Strombegrenzungswiderstand eingeschaltet ist.

Parallel zur Basis-Kollektor-Strecke des Transistors ist ein Kondensator 252 geschaltet. Eine Gegenkopplungsleitung führt vom Kollektor des Transistors 50 über einen Widerstand 254 zum Eingang 3 des Differenzverstärkers

Wenn im Betrieb der Schaltung nach Pig_e 5 die Meßkapazität 10 größer wird (wodurch ihre Aufladegeschwindigkeit kleiner wird), fällt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 12 ab. Der Transistor 50 wird durchgeschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 12 auf einen negativen Wert abgefallen ist, nachdem die Aufladegesehwindigkeit der Meßkapazität 10 kleiner als die Aufladegeschwindigkeit der Vergleiehskapazität 14 geworden ist. Beim Durchschalten des Transistors 50 steigt die anrWiderstand 58 liegende Spannung wegen der Tendenz des Kollektors des Transistors im wesentlichen die Spannung der Betriebsspannungsleitung 20 anzunehmen, wenn sich der Transistor 50 der Sättigung-nähert*. Das Ansteigen der Spannung am· Widerstand 50 wird über den .Gegenkopplungswiderstand 254 zum Eingang des Differenzverstärkers 12 rückgeführt und

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wirkt als zusätzliche Aufladequelle für die Meßkapazität 10, was eine flache Ausgangsgleichspannung am Signalausgang 6 zur Folge hat. Der Kondensator 252 dient zur Glattung einer eventuell vorhandenen Welligkeit des Verstärkerausgangssignals.

Die Schaltung nach Pig, 6 stellt eine weitere Abwandlung der Grundsehaltung nach den Fig. 1 und 2 dar und eignet sich für die Herstellung in monolithischer integrierter Schaltungstechnik, Die Schaltung nach Fig. 6 weist einen in den Entladepfad für die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität 14 eingeschalteten Widerstand 300 auf. Dieser Widerstand 300 ist vorteilhaft, da er das Weglassen der in den Fig. 1 und 2 vorhandenen Zenerdiode 38 und des Kondensators 56 ermöglicht, wodurch beträchtlich Raum und Kosten gespart werden.

Bei der Schaltung nach Fig, 6 geschieht das Aufladen und Entladen der Meßkapazität IO und der Vergleichskapazitat 14 wie bei der Grundschaltung nach Fig, I mit der Ausnahme, daß die Meßkapazität 10 und die Vergleichskapazität 1 4 über die Transistoren 40, 42 und 44 nach Masse 16 entladen werden und der Entladestrom dabei über den Widerstand 300 fließen muß. Der Widerstand 300 verhindert, daß die Meßkapazität 10 und die Vergleichs-

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kapazität 14 vollständig entladen werden, so daß ihre niedrigste Spannung nunmehr sehr nahe bei der Schwellspannung des Differenzverstärkers 12 liegt, so daß der Differenzverstärker in seinem'linearen Arbeitsbereich bleiben kann. Infolgedessen wird eine Spannungsregelung, wie sie bei der Schaltung nach Fig. 1 mit Hilfe der Zenerdiode 38 vorgesehen war_s überflüssig und die Zenerdiode 38 kann daher bei der Schaltung nach Fig. 6 weggelassen werden, was bei der Herstellung dieser Schaltung in monolithischer integrierter Technik eine wesentliche Ersparnis bedeutet. Außerdem arbeitet der Differenzverstärker 12 jetzt mit einem viel größeren Tastverhältnis im Vergleich zur Schaltung nach Fig, 1, was sich auf die Form des Ausgangssignals auswirkt, das eine bei weitem geringere Welligkeit aufweist und daher das Weglassen des in Fig. 1 vorhandenen Kondensators ermöglicht, was bei der monolithischen integrierten Schaltung eine beträchtliche Raumersparnis zur Folge hat.

Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform stellt eine Schaltung dar,- welche die Merkmale der Schaltungen nach den Fig. 3 und 6 in einer einzigen Schaltung vereinigt und zwei Pegel anzeigt. Die Schaltung weist eine Meßkapazität 10 auf, die über einen Kodensator 90 mit dem Eingang 2 des Differenzverstärkers 12 und dem Eingang eines Differenzverstärkers 12* verbunden ist, Parallel

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zur Meßkapazität 10 und zum Kondensator 90 ist ein Kondensator 92 geschaltet. Dieses Kapazitätsnetzwerk ist mit Masse 16 und über den Widerstand 18 mit der Betriebsspannungsleitung 20 verbunden. Es sind zwei Vergleichskapazitäten 14 und 14* vorgesehen, die jeweils mit Masse und über einen Vorwiderstand 22 bzw. 22' und einen einstellbaren Widerstand 94 bzw, 94· mit der Betriebsspannungsleitung 20 verbunden rind. Der Entladekreis enthält die Transistoren 40, 42 und 44 und die Vorspannungswiderstände 34 und 36 sowie den Widerstand 300 wie in Pig, 6 und zusätzlich einen parallel zum Widerstand 300 geschalteten Kondensator 310, Ferner ist ein weiterer Transistor 42' vorgesehen, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors und dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 44 und dessen Emitter mit der Verbindungsstelle zwischen der Vergleichskapazität 14* und dem zugehörigen Aufladekreis sowie mit dem Eingang 2 des Differenzverstärkers 12' verbunden ist. Die beiden Differenzverstärker 12 und 12' sind jeweils mit ihren Anschlüssen 4 über die Leitung 46 bzw, 46· und mit ihren Anschlüssen 7 über die Leitung 48 bzw, 48* mit dem Punkt 106 des Vollweggleichrichters 100, 102 verbunden.

Die Ausgänge des Differenzverstärkers 12 und 12* sind jeweils über einen Widerstand 52 bzw, 52* mit der Basis eines Transistors 50 bzw, 50' verbunden. Die-Emitter-Kollektor-

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Strecken der beiden Transistoren 50 und 50' liegen jeweils zwischen dem Punkt 106 und Masse 16, wobei in jeder Kollektorleitung eine Leuchtdiode 144 bzw, 144' und eine Relaisspule. bzw« 146' .sowie parallel zur letzteren eine Löschdiode bzw. 64' vorgesehen sind. Den Relaisspulen/146 und 146· ist jeweils ein Kontaktsatz l4.8 bzw, 148' zugeordnet, Die Schaltung wird wie die Schaltung in Fig. 3 mit Wechselstrom betrieben und weist wiederum den Transformator 98 auf, dessen Primärwicklung Tnit der nicht dargestellten Wechselstromquelle verbindbar "ist und dessen Sekundärwicklung eine über die Leitung 104 mit Masse 16 verbundene Mittelanzapfung aufweist. Die Dioden 100 und 102 und der Kondensator 108 bilden wie bei der Schaltung nach Pig* 3 das Gleichrichter<netzwerk, ·

Die Ausführungsformen nach den Pig» 3, 4 und 7 sind zwar über den Transformator mit einer Wechselstromquelle verbindbar, sie können aber auch mit Gleichstrom betrieben werden, wenn der Transformator 98 und die Diode 102 weggelassen werden und die Gleichstromquelle zwischen die Anode der Diode lÖOund Masse 16 geschaltet wird.

Außerdem kann, obwohl bei den oben beschriebenen Schaltungen Masse stets am negativen Potential liegt, selbstverständlich auch eine Schaltung mit entsprechend geänderten Werten der Bauelemente verwendet werden,, bei

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welcher Masse am positiven Potential liegt. Bei der Schaltung nach Fig. 7 wird im Betrieb die Aufladegeschwindigkeit des die Meßkapazität 10 enthaltenden Kapazitätsnetzwerks mit den Aufladegeschwindigkeiten der Vergleichskapazitäten 14 und l4' verglichen. Wegen des Vorhandenseins der zusätzlichen Vergleichskapazität 14· enthält 'das Entladenetzwerk für die Kapazitäten den zusätzlichen Transistor 42·, der in derselben Weise wie der Transistor 42 arbeitet, so daß, wenn irgendeiner der Transistoren 40, 42 oder 42¹ leitend wird, sämtliche Transistoren einschließlich dem Transistor 44 leitend werden und die Entladung der Kapazitäten über den Widerstand 300 und den Kondensator 310 nach Masse 16 ermöglichen. Der Kondensator 310 schützt den Transistor 44 vor einem schnellen Anstieg der Emitterspannung auf einen hohen Anfangswert infolge einer anfänglichen Stromspitze beim Durchschalten des Entladekreises.

Da das die Meßkapazität 10 enthaltende Kapazitätsnetzwerk an den Eingang des Differenzverstärkers 12 und den Eingang 3 des Differenzverstärkers 12^! angeschlossen ist, erzeugt der Differenzverstärker 12 ein Ausgangssignal beim Abfall des Flüssigkeitspegels unter einen bestimmten Grenzwert und der Differenzverstärker 12* erzeugt ein Ausgangssignal beim Ansteigen des Flüssigkeitspegels über

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einen bestimmten Grenzwert, Tritt am Ausgang 6 eines der beiden Differenzverstärker 12 und 12' ein Ausgangssignal auf, so schaltet der zugehörige Transistor 50 bzw, 50^f durch und die entsprechende Relaisspule 146 bzw, 146' mit den zugehörigen Kontakten l48 bzw, 148' wird erregt. Zur Sieherstellung eines bistabilen Schaltverhaltens des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 12 oder 12' ist eine Mitkopplung über einen Widerstand 60 bzw, 60^r vorgesehene

Die beschriebenen Schaltungen sind wegen ihrer großen Empfindlichkeit und ihrer großen Genauigkeit über einen breiten Bereich der Kapazitätsänderung vorteilhaft und sie sind vielseitig, da sie in Verbindung/mit geeigneten Meßfühlern oder Meßwertumformern zur Messung der verschiedensten physikalischen Größen anwendbar sind.

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Claims

Patentansprüche

ΐ Ι·)Kapazitätsempfindliches Meßgerät zur Messung physikalischer Größen, mit einem Meßwertumformer zur Bildung eines der zu messenden Größe entsprechenden Kapazitätswerts und mit einer Vergleichskapazität mit vorgegebenem Kapazitätswert, gekennzeichnet durch eine an die Betriebsspannung (20) angeschlossene, einen Vorwiderstand (18) aufweisende Ladeschaltung zum Aufladen des Meßwertumformers (10) mit durch den Widerstandwert des vorgegebenen Vorwiderstands und den Kapazitätswert des Meßwertumformers festgelegter Geschwindigkeit, ferner durch eine ebenfalls an die Betriebsspannung angeschlossene und einen Vorwiderstand (24) enthaltende Ladeschaltung zum Aufladen der Vergleichskapazität mit durch den Widerstandwert des Vorwiderstands und den Kapazitätswert der Vergleichskapazität bestimmter Geschwindigkeit durch eine als Differenzverstärker ausgebildete Verglexchereinrichtung (12), welche einen invertierenden Eingang (2) und einen nichtinvertierenden Eingang (3) aufweist, von denen der eine mit dem Meßwertumformer und der andere mit der Vergleichskapazität verbunden ist, und welche bei einer Differenz der Aufladegeschwindigkeiten des MeßwertUmformers und der

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Vergleichskapazität ein diese Differenz.anzeigendes Ausgangssignal lieferte .

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der beiden Ladeschaltungen in Reihe zum Vorwiderstand (24) ein weiterer" Widerstand (22) geschaltet ist und daß an der Verbindungsstelle zwischen dem ,Vorwiderstand, und dem weiteren Widerstand eine Prüfleitung (30, 32) abge-

• zweigt ist, ■■■"_■-

3. Meßgerät nach. Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch eine Entladeschaltung zur Entladung des Meßwert-. Umformers (10) und der Vergleichskapazität (l4) mit drei Transistoren .(40, 42, 44), bei welcher die Emitter-Kollektor-Strecken des ersten""(40) und zweiten (42) Transistors an jeweils einen Eingang (2, 3) der Vergleichereinrichtung (12) und über die; Basis-Emitter-Strecke des dritten Transistors (44) an die Betriebsspannung angeschlossen sind und bei welcher der Kollektor des dritten Transistors (44) mit den. Basen des ersten und zweiten Transistors verbunden ist»

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche ί bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Vergleichereinrichtung· (12) je nach,den relativen Werten der Aufladegeschwindigkeiten des Meßwertumformers (10) und der

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Vergleichskapazität (l4) an den beiden Eingängen (2, 3) der Vergleichereinrichtung positive oder negative Polarität aufweist und daß ein Signalgeber (50, 62) vorgesehen ist, der bei einer bestimmten Polarität des Ausgangssignals der Vergleichereinrichtung ein einen bestimmten Zustand der gemessenen Größe angebendes Anzeigesignal abgibt, ■

5. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vergleichskapazität (14) an den nichtinvertierenden Eingang (3) und der Meßwertumformer (10) an den invertierenden Eingang (2) der Vergleichereinrichtung (12) angeschlossen ist und daß die Vergleichereinrichtung dann ein Ausgangssignal der genannten bestimmten Polarität abgibt, wenn die Aufladegeschwindigkeit des Meßwertumformers größer als die Aufladegeschwindigkeit der Vergleichskapazität ist.

6, Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichskapazität (14) an den invertierenden Eingang (2) und der Meßwertumformer (10) an den nichtinvertierenden Eingang (3) der Vergleichereinrichtung (12) angeschlossen ist und daß die Vergleichereinrichtung dann ein Ausgangssignal der genannten bestimmten Polarität abgibt, wenn die Aufladegeschwindigkeit des MeßwertUmformers kleiner als die Aufladegeschwindigkeit' der Vergleichskapazität ist.

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7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Ausgangssignal der Vergleiehereinrichtung (12) ansprechende Signalgeber einen Transistor (50) und einen Lastwiderstand (58) in dessen Kollektorleitung-aufweist und daß die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors mit dem Lastwiderstand zwischen die beiden Pole der Betriebsspannung geschaltet ist,

. .' 8, Meßgerät· nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Mitkopplungsverbindung zwischen dem Lastwiderstand (58) und der als Differenzverstärker ausgebildeten Vergleichereinrichtung (12),

9, Meßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Mitkopplungsleitung ein Widerstand (116) und eine Diode (118) in Reihe geschaltet sind,

10» Meßgerät nach Anspruch T₉ gekennzeichnet durch eine Gegenkopplungsverbindung zwischen dem Lastwiderstand (58) und der als Differenzverstärker ausgebildeten Vergleichereinrichtung (12)β . ■

,1I₀ Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gegenkopplungsleitung ein Widerstand (254) geschaltet ist.

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12« Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der beiden Ladeschaltungen ein einstellbarer Widerstand (9¹O in Reihe zum Vorwiderstand (22) geschaltet ist.

13, Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Relais (146, 148), welches bei einem Ausgangssignal der Vergleichereinrichtung (12) bestimmter Polarität anspricht, und durch eine Verzögerungsschaltung (120, 122) zur Verzögerung des Ansprechens des Relais,

Ik, Meßgerät nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungssehaltung einen Kondensator (122) und in Reihe dazu einen Widerstand (120) aufweist und daß eine weitere, als Differenzverstärker ausgebildete Vergleichereinrichtung (124) mit zwei Eingängen (2, 3) und einem Ausgang (6) vorgesehen ist, wobei die am Kondensator der Verzögerungsschaltung liegende Spannung einem der Eingänge dieser weiteren Vergleichereinrichtung zugeführt wird und an den jeweils anderen Eingang der weiteren Vergleichereinrichtung eine vorgegebene Spannung angelegt wird.

15, Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis Ik, gekennzeichnet durch Mittel (90, 92) zur Vergrößerung der von einer der beiden Ladeschaltungen aus gesehenen Kapazität,

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■ l6. Meßgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, · daß die genannten Mittel zur Vergrößerung der Kapazität einen parallel zum'Meßwertumformer (10) geschalteten Kondensator (92) aufweisen,

17· Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis l6, gekennzeichnet durch einen Spannungsregler (38) zur Regelung der Betriebsspannung, , . '

18, Meßgerät nach Anspruch 17₉ dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler eine Zenerdiode (38) aufweist₀

19, Meßgerät nach Anspruch 17, dadurch .gekennzeichnet, daß der Spannungsregler einen Transistor (196)_a dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit der Betriebsspannungs quelle liegt,· und eine Zenerdiode (äOO) in der Basisleitung des Transistors aufweist, ""_■/;.

20, Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumformer (10) über eine Leitung (160) mit einer davon isolierten, koaxialen äußeren Abschirmung (16*0 mit dem betreffenden Eingang der Vergleichereinrichtung (12) verbunden ist.

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21. Meßgerät nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine isolierte, koaxiale innere Abschirmung (l62) zwischen der genannten Leitung (160) und der äußeren Abschirmung (164) und durch eine Treiberschaltung (170, 172, 178, 188) zur Speisung der inneren Abschirmung in Phase mit dem an den mit dem Meßwertumformer (lo) verbundenen Eingang der Vergleichereinrichtung (12) angelegten Signal,

22, Meßgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung für die innere Abschirmung (162) einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 aufweist, dessen Eingang mit dem mit dem Meßwertumformer (10) verbundenen Eingang der Vergleichereinrichtung (12) verbunden und dessen Ausgang mit der inneren Abschirmung verbunden ist.

23« Meßgerät nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch eine auf die Entladung des Meßwertumformers (10) und der Vergleichskapazität (14) durch die Entladeschaltung ansprechende Einrichtung, welche die innere Abschirmung (162) entlad. ■ ■

24, Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch eine zweite Vergleichskapazität (14*) und eine dazu in Reihe geschaltete dritte Ladeschaltung mit

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einem Vorwiderstand (22¹, 9¹C)₅ und durch eine weitere als

^; Differenzverstärker ausgebildete Vergleichereinrichtung (12»),

* welche,zwei Eingänge (2, 3) aufweist, von denen der eine mit dem Meßwertumformer (.10) und der andere mit der zweiten Vergleichskapazität (1.4) verbunden ist, und welche ein zweites Ausgangssignal abgibt,

25e Meßgerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, d.aß zwei Relais (146, l48, i46·, 148') vorgesehen sind, die jeweils in Abhängigkeit vom Ausgangssignal einer der beiden ■Vergleichereinrichtungen (12, 12^f) arbeiten·

26, Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert umformer- (10) ein Meßkondensator ist.

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