DE2753884A1 - Kapazitiver messwandler - Google Patents

Kapazitiver messwandler

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DE2753884A1
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James Wu-Cheng Tseng
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Robertshaw Controls Co
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Robertshaw Controls Co
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Description

PATENTANWALT
dim« IN«. K. HOLZEB
PBILI ITi NE -WHLSEB- BTIIASSE 14 OS)OO Al)OSItUKO TELEFON 8Ιβ4Τ6
TKLlOX 532 E 02
R.999
Augsburg, den 22. November 1977
Robertshaw Controls Company 1701 Byrd Avenue, Richmond, Virginia, V.St.A
Kapazitiver Meßwandler
Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Meßwandler nach dem Oberbegriff des Hauptanspruche.
Insbesondere handelt es sich dabei um einen Meßwandler für kapazitive Meßfühler, die zur Messung variabler Prozeßparameter wie beispielsweise Füllstand, Druck oder räumliche Annäherung Anwendung finden.
Kapazitive Meßwandler werden schon seit vielen
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Jahren zur Erfassung von Änderungen variabler Prozeßparameter wie beispielsweise Gasdrücke, Füllpegel von Flüssigkeiten und Feststoffen, oder der Annäherung eines Körpers benützt. Gewöhnlich sind die Meßwandler mit einem als starre, stabförmige Elektrode ausgebildeten Meßfühler versehen, der je nach Anwendungsfall mit einer Isolation überzogen sein kann. Die Kapazität zwischen diesem Meßfühler und einem damit zusammenwirkenden geerdeten Gegenpol ist in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen des Meßfühlers veränderlich. Beispielsweise verändert sich die Kapazität aufgrund eines in einem Gefäß ansteigenden Flüssigkeitspegel und der entsprechend zunehmenden Eintauchtiefe der Meßfühlerelektrode.
Bei manchen bekannten kapazitiven Meßfühlersehaltungen ist die variable Kapazität in einen Schwingkreis geschaltet, so daß die Ausgangsfrequenz dieses Schwingkreises eine Funktion des Kapazitätwertes der variablen Kapazität ist. Derartige Meßwandlerschaltungen sind beispielsweise in der US-PS 3 518 537 und in der US-PS 3 896 374 beschrieben.
Bei anderen bekannten kapazitiven Meßwandlerschaltungen findet ein Vergleioher zur Bestimmung des jeweiligen Unterschiede· «wisohen den Aufladegeschwindigkeiten einer Beiugskapaiität und der variablen aKapazität Anwendung und
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das jeweils erzeugte Aus gangs sign al bezieht sich auf die Differenz der Aufladegeschwindigkeiten. Derartige Meßwandlerschaltungen sind beispielsweise in der US-PS 3 ^87 und der US-PS 3 811 051 beschrieben.
Bei den eben kurz beschriebenen bekannten kapazitiven Meßwandlern sind jeweils mehrere Anschlußleitungen erforderlich, um die Betriebsspannung zuzuführen und das Ausgangssignal abzunehmen. Außerdem ist bei den bekannten Meßwandlern die Eingangs spannung der Wandlerschaltungen oftmals verhältnismäßig hoch, was einen unnötig hohen Wartungsaufwand nach sich zieht, da die Meßfühler oftmals mit korrosiven und/oder gut leitfähigen Flüssigkeiten in Berührung stehen. Außerdem neigen bekannte kapazitive Meßfühler dazu, sich im Betrieb mit einer elektrisch leitfähigen Schicht zu überziehen, welche die Genauigkeit der Meßwandler beeinträchtigt und zum Erreichen einer einigermaßen zuverlässigen Messung ein häufiges Reinigen der Meßfühler erforderlich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Meßwandler der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß er bei geringerem Wartungoaufwand genauer und zuverlässiger als die bekannten MeΑν and ler arbeitet.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kenneelohnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.
Demgemäß weist der erfindungsgemäße kapazitive Meßwandler nur swei Anschlußleitungen für den Anschluß an eine Niederspannungs-Stromquelle und die Abgabe eines kapazitätwertbezogenen Ausgangsignals auf·
Der erfindungsgemäße Wandler weist außer den beiden, mit einer entfernt liegenden Niederspannungsquelle verbundenen Leitungen eine mit dieser Spannungsquelle in Reihe geschaltete geregelte Konstantetromquelle, einen Multivibrator sum zyklischen Anlegen geregelter Konstantströme an einen Meßkondensator und an einen Bezugskondensator, weiter einen Ladegesohwindigkeits-Diskriminator, dessen Eingängen ladegeschwindigkeitsbezogene Signale des Meßkondensators und des Bezugskondensators zugeführt werden und dessen Ausgangsstrom von der Differenz dieser beiden Signale abhängig ist, ferner eine Rückführung vom Diskriminator zum Multivibrator zur Erhöhung der Aufladegeschwindigkeit des Meßkondensators in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom des Diskriminator, und einen Summierer auf, welchem der von der Konstantstromquelle abgegebene Konstantstrom und der Ausgangsstrom des Diskriminator
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zugeführt werden. Ferner enthält der Meßwandler einen Oszillator, der eine Folge von Rechteck-Spannungeimpuleen zur Steuerung des Multivibrators erzeugt. Der dem Meßkondensator und dem Bezugskondensator zugeführte Konstantstrom wird durch eine Reglerschaltung geregelt, die vorzugsweise einstellbare Komponenten enthält, mittels welcher der Nullpunkt und der Vollausschlag eines angeschlossenen Instrumentes einstellbar sind. Ferner kann der Meßwandler eine Schaltung zur Unterdrückung vorübergehender Überspannungen aufweisen, um eine Beschädigung des Meßwandlers durch Spannungsspitzen oder Fehlerspannungen von der Spannungsquelle zu verhindern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Meßwand-
lers,
Fig. 2 die am Funkt A des Blockschalt
bildes nach Fig. 1 auftretende Signalform,
Fig. 3 die am Punkt B im Blockschalt-
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bild nach Fig. 1 auftretende Signalform, und
Fig. 4 ein Schaltbild des Meßwandlers.
Gemäß Fig. 1 weist der Meßwandler zwei Anschlüsse 10 und 12 auf, Über welche die Betriebsspannung zugeführt wird und an denen auch mittels eines Amperemeters 13 ein Ausgangssignal abgegriffen wird. Vorzugsweise weist der Meßwandler eine nur schematisch durch einen gestrichelten Kasten 14 angedeutete Schaltung zur Unterdrückung vorübergehender Überspannungen auf. Eine Konstantstromquelle 16 ist in Reihe mit zwei Leitern 18 und 20 geschaltet und dient zur Erzeugung eines konstanten Stomes. Die Leiter 18 und 20 legen die Betriebsspannung an einen Oszillator 22 an, der das in Fig. 2 gezeigte, die Form von Rechteckimpulsen aufweisende Ausgangssignal erzeugt, wobei die Ausgangsspannung zwischen einem Grundwert von beispielsweise 0 V und einem höherem Wert Vl springt. Vorzugsweise ist die Rechteck-Spannungsimpulskette nicht synnetrisoh, sondern die Dauer der Intervalle (ti bis t2) zwischen den Impulsen ist wesentlich größer als die Dauer der Impulse (to bis ti) mit dem Spannungswert Vl.
Das Ossi Hat orausgangssignal wird über eine Leitung
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einem Multivibrator 26 zugeführt, der als gestrichelter Kasten dargestellt ist. Der Multivibrator 26 enthält einen zweipoligen Schalter 28, der aufgrund des Oszillatorausgangssignals zwei Leitungen 30 und 32 jeweils während der Dauer der in Fig. 2 gezeigten Impulse, während welcher das Oszillatorausgangssignal den hohen Spannungswert Vl hat, mit einer geerdeten Leitung 34 verbindet.
Die variable Kapazität des Meßfühlers des Meßwandle rs ist innerhalb des Multivibrators 26 als variabler Kondensator 36 dargestellt. Außerdem enthält der Multivibrator einen als Bezugskapazität dienenden Kondensator 38. Die beiden Kondensatoren 36 und 38 werden jeweils von einer geregelten Konstantstromquelle 40 bzw. 42 mit einem geregelten Ladestrom gespeist. Die Zuführung eines konstanten Ladestroms zum Bezugkondensator 38 führt zu der in Fig. 3 gezeigten typischen Sägezahnform der Kondensatorspannung. Die Steigung der Anstiegsflanke ist eine Funktion des Kapazitätswertes und der Größe des Ladestromes. Durch Schließen des Schalters 28 werden jeweils beide Kondensatoren 36 und 38 entladen, so daß der in Fig. 3 gezeigt· zyklische und sich jeweils genau wiederholende sägezahnförmige Spannungsverlauf entsteht.
Der Kapazitätswert des durch den Meßfühler gebildeten
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Meßkondensators 36 ist natürlich variabel und hängt von dem jeweils zu untersuchenden physikalischen Zustand ab, beispielsweise von einem Flüssigkeitsstand, einem Druck, einem Abstand usw. Da dieser Kapazitätswert des Meßkondensators vom Kapazitätswert des Bezugskondensators abweicht, ergibt sich ein Unterschied der Aufladegeschwindigkeiten der beiden Kondensatoren, und diese Differenz zwischen der Aufladegeschwindigkeit des Meßkondensators und derjenigen des Beζugskondensators 38 wird von einem Diskriminator 44 erfaßt. Bei dem Diskriminator kann es sich um einen herkömmlichen integrierten Differenzverstärker handeln·
Der Diskriminator 44 erzeugt in einer Leitung 46 ein Ausgangssignal, das von der Differenz der Aufladegeschwindigkeiten der beiden Kondensatoren 36 und 38 abhängig ist. Dieses Ausgangssignal wird durch ein Stromsteuerglied 50 verstärkt, das auch einen Rückführungsstrom erzeugt, der über eine Rückführungsleitung 52 zum Ladeanschluß des Meßkondensatorβ 36 geleitet wird, derart, daß die Aufladegeschwindigkeit des Meßkondensators 36 derjenigen des Bezügekondensators 38 dicht folgt. Das Ausgangssignal des Stromsteuergliedes 50 gelangt über eine Summenleitung 54 zu einer Leitung 56, die zum Anschluß 12 verläuft.
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Die Meßwandlersehaltung enthält weiter einen Spannungsregler 58 mit einer Zenerdiode, der die Spannung zwischen den Leitern 18 und 20 konstant hält. Die Konstant* stromquelle 40 kann ein einstellbares Element enthalten, um den zum Meßkondensator 36 fließenden Strom einstellen zu können, wodurch auch eine Nullpunkteinstellbarkeit für das Meßinstument 13 gegeben ist. Der Vollausschlag bzw. der Ausschlagbereich des Meßinstruments kann durch ein einstellbares Element in der Rückführungsleitung 52 eingestellt werden.
Die beschriebene Schaltungsanordnung weist nur zwei äußere Anschlüsse 10 und 12 auf, die zum Anlegen an eine niedrige Betriebsspannung und zum Anschalten eines Aufzeichnungs- oder Anzeigeinsturaents, wie beispielsweise des Meßinstruments 13» zur Bestimnung der Größe des zur Kapazitätsabweichung des Meßkondensators 36 proportionalen Ausgangsignals dienen.
Unter Bezugnahme auf Fig. k wird die Meßwandlerschaltung nachstehend in ihren Einzelheiten beschrieben.
Gemäß der Darstellung kann die Schaltungsanordnung eine herkömmliche Anschlußbuchse 9 zur Aufnahme eines mit einem Bajonettverschluß versehenen Steckers aufweisen, um
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den Anschluß eines tragbaren Prüfgerätes zur Eichung der Schaltung an Ort und Stelle zu ermöglichen.
Die gegebenenfalls vorgesehene Schaltung 14 zur Unterdrückung vorübergehender Überspannungen enthält Zenerdioden 60 und 62 zur Begrenzung der Spannung zwischen den Leitern 18 und 56 und zwischen jedem dieser beiden Leiter und dem Masseanschluß 64 auf eine ungefährliche Nennspannung von beispielsweise 39 V Gleichspannung. Eine Funkenschutzeinrichtung 66, die zwei Diodenpaare mit gegensinnig gepolten Dioden aufweist, dient zur Ableitung bestimmter Überspannungen, beispielsweise im Bereich von etwa 150 V bis 200 V Gleichspannung. Zwischen den Anschlüssen 10 und 12 erscheinende vorübergehende Überspannungen werden von Spulen 68 und 70 ausgefiltert und über die Funkenschutzeinrichtung 66 und eine Leitung an Masse abgeleitet. Eine Diode 74 im Leiter 18 schützt die Schaltungsanordnung gegen eine Beschädigung durch versehentliches, falsch gepoltes Anschließen der Betriebsspannung.
Die den Speisestrom für die Schaltunganordnung liefernde Konstantstromquelle 16 ist als gestrichelter Kasten angedeutet· Diese Konstantstromquelle liefert an die Schaltungsanordnung «inen konstanten Speisestrom mit einer
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Stromstärke, die auch im Nullpunktbereich des Meßinstruments ein genaues Ansprechen des Meßinstruments sicherstellt und etwa 2 mA bis 10 mA, vorzugsweise etwa 4 mA beträgt. Bei diesem Speisestrom handelt es sich um den die Schaltungsanordnung vorspannenden und speisenden Gesamtstrom.
Wie bereits erwähnt, ist zwischen die Leiter 18 und ein Spannungsregler 58 geschaltet, und dieser Spannungsregler weist eine Zenerdiode 59 auf, die eine bestimmte Bezugsspannung von beispielsweise etwa 9 V erzeugt. Außerdem kann der Spannungsregler einen Parallelkondensator zur Herabsetzung der Wechselstromimpedanz der 9-V-Spannungsquelle aufweisen.
Der Speisestrom wird mittels eines integrierten Differenzverstärkers 76 konstant gehalten, an dessen nichtinvertierenden Eingang durch einen aus Widerständen und 80 bestehenden Spannungsteiler eine Bezugsspannung angelegt wird. Ein weiterer, aus Widerständen 82 und 84 und einem Potentiometer 86 bestehender Spannungsteiler legt die an den invertierenden Eingang dee Differenzverstärker 76 gelangende Spannung fest. Irgendwelche auftretende Differenzen zwischen den beiden Eingangsspannungen
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des Differenzverstärkers 76 bewirken eine entsprechende Ansteuerung eines Feldeffekttransistors 88, der seinerseits einen Transistor 90 ansteuert, der den Stromfluß durch einen Widerstand 92 entsprechend steuert. Die am Widerstand 92 abfallende Spannung wird über den aus den Widerständen 82 und 84 und dem Potentiometer 86 bestehenden Spannungsteiler zum invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 76 zurückgeführt, so daß der Stomfluß durch den Widerstand 92 stabilisiert wird, indem die Fehlerspannung zwischen den beiden Eingängen * des Differenzverstärker β 76 jeweils auf den Wert Null geregelt wird. Di· genaue Einstellung des Stromflusses durch den Leiter und den Widerstand 92 auf einen gewählten Wert von beispielsweise 4 mA erfolgt mittels des Potentiometers 86.
Die Meßwandlerschaltung wird mit einer Kette von Rechteck-Spannungsimpulsen versorgt, deren Wiederholungsfrequenz durch einen Oszillator 94 gesteuert wird. Bei dem Oszillator 94 handelt es sich um einen an sich bekannten handelsüblichen integrierten CMOS-Os zi Hat or. Kurz zusammengefaßt ist der Oszillator eine Vierer-NAND-Schaltung. Die ersten drei NAND-Glieder, ein Widerstand 96 und ein Kondensator 98 bilden einen einfachen logischen Schwingkreis. Ein Kondensator 100 und ein Widerstand 102 differenzieren die Ausgangsspannung des Oszillators. Eine
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Diode 104 begrenzt die Differentialspannungskurve auf eine einzige Halbwelle, so daß das am Anschluß 11 erscheinende Ausgangsignal eine Kette von Spannungsimpulsen darstellt, deren Periodendauer gleich derjenigen der Oszillatorschwingungen ist und deren Impulsbreite durch die Werte des Widerstands 102 und des Kondensators 100 festgelegt ist. Die Oszillatorfrequenz beträgt vorzugsweise etwa 100 kHz bis 125 kHz und die Impulsbreite (to bis ti) ist kleiner als die halbe Periodendauer und beträgt vorzugsweise etwa 2 % bis 10 % der Peridendauer. Es hat sich gezeigt, daß die genannten Frequenz- und Impulsbreitenbereiche sehr vorteilhaft sind, da eie die Neigung des kapazitiven MeßfUhlers zum Ansetzen eines Überzuges und folglich zu fehlerhaftem Ansprechen herabsetzen.
Die vom Oszillator 91* erzeugte Kette von Spannungsimpulsen wird über eine Leitung 2k einem CMOS-Schalter des Multivibrators zugeführt. Der Multivibrator enthält eine Bezugsstromquelle, eine einstellbare Nullstromquelle, eine durch ein Rückführungssignal gesteuerte einstellbare Bereichsstromquelle, den CMOS-Schalter 108, den Bezugskondensator 38 und den durch den Meßfühler gebildeten variablen Meßkondensator 36.
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Die Beζugsstromquelle, die einen geregelten konstanten Strom erzeugt, umfaßt einen durch Widerstände und 116 gebildeten Spannungsteiler, der eine Bezugsspannung an den mit 3 bezeichneten Eingang eines integrierten Differenzverstärkers 118 anlegt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 118 ist mit dem Steueranschluß eines Transistors 120 verbunden, der dem Bezugskondensator 38 über einen Widerstand 122 einen Strom zuführt. Eine Rückführungsleitung 119 verläuft zu· dem mit 2 bezeichneten Eingang des Differenzverstärkers II8 und bewirkt, daß der Differenzverstärker den zum Bezugskondensator 38 fließenden Strom konstant hält.
Die einstellbare Schaltung, die eine Nullpunkteinstellung des Meßinstruments 13 ermöglicht, enthält einen stufig verstellbaren Einstellwiderstand 124, ein Potentiometer 126, einen integrierten Differenzverstärker 128, einen Transistor I30 und einen Widerstand 132. Der Ein stellwiderstand 124 weist eine kreisbogenförmige Anordnung einer Vielzahl von Kontakten auf, die durch eine Vielzahl von Widerständen 125 mit jeweils gleichem Wider standswert miteinander verbunden sind. Der Schleifer dieses Einstellwideretandes ist mit dessen letztem Kontakt verbunden.
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Die Bereichseinstellschaltung für das Meßinstrument enthält einen Widerstand 134, einen Einstellwiderstand 136, ein Potentiometer 106, einen Widerstand 138, einen integrierten Differenzverstärker l40 und einen Transistor 142. Diese Bereichseinstellschaltung ist in die Rückführungsleitung des nachstehend noch beschriebenen Kondensatoraufladegeschwindigkeit-Diskriminators geschaltet. Der Transistor 142 der Bereichseinstellschaltung ist in Reihe mit dem Transistor 130 der Nullpunkteinstellschaltung geschaltet und liefert über eine Leitung 144 den Ladestrom für den variablen Meßkondensator 36.
Der Aufladegeschwindigkeits-Diskriminator enthält einen integrierten Differenzverstärker 146, dessen beide Eingänge mit den Aufladeleitungen des Bezugskondensators und des variablen Meßkondensators 36 des Multivibrators verbunden sind. Der Ausgang des Differenzverstärkers 146 ist mit einem durch Widerstände 150 und 152 gebildeten Spannungsteiler verbunden, der die BasisVorspannungen für zwei Transistoren 154 und 156 liefert, die in einer Leitung 54 einen Ausgangsstrom erzeugen, der zu dem vom Differenzverstärker 146 des Diskriminatore erzeugten Differenzsignal proportional ist. Das Rückführungeeignal wird vom Potentiometer 106 abgenommen und dem mit 3 bezeichneten Eingang des Differenzverstärkers l40 zugeführt.
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Die Arbeitsweise der Sehaltungsanordung geht bereits aus der obigen Beschreibung hervor*
Kurz zusammengefaßt, liefert der Oszillator eine Kette von Spannungsimpulsen jeweils kurzer Dauer, die dem zweipoligen, in Festkörpertechnik ausgebildeten Schalter zugeführt werden, der die beiden Kondensatoren 36 und 38 während jedes positiven Spannungsimpulses erdet, so daß eine zyklische Aufladung dieser beiden Kondensatoren jeweils während der Zeitintervalle tl-t2 zwischen den Spannungsimpulsen stattfindet. Wie bereits erwähnt, sind die Intervalle zwischen den Spannungsimpulsen länger als die Dauer der Spannungsimpulse, so daß sich etwa der in Fig. 2 gezeigte Spannungsverlauf ergibt.
Der Bezugskondensator 38 wird mit einem konstanten Ladestrom gespeist, so daß man einen sägezahnförmigen Spannungsverlauf erhält, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, wobei die aufeinanderfolgenden Sägezahnschwingungen hinsichtlich Form und Amplitude miteinander identisch sind.
Der variable Meßkondensator 36 wird mit einem fest voreineteilbaren konstanten Strom gespeist. Dieser Strom ist durch Einstellen des Schleifers des Einstellwiderstandes 124 auf eine entsprechende Anzahl von Widerständen
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einstellbar, wodurch der Nullpunkt des Meßinstruments 13 eingestellt wird. Eine Feineinstellung des Nullpunktes ist mittels des Schleifers 129 des Potentiometers 126 möglich· Außerdem ist der zum Meßkondensator 36 fließende Strom noch durch den Einstellwiderstand 136 einstellbar, der dem oben beschriebenen Einstellwiderstand 121I im wesentlichen ähnlich ausgebildet ist. Durch Einstellung des Einstellwiderstandes 136 kann der Meßbereich des Meßinstruments eingestellt werden. Der Ladestrom für den Meßkondensator wird über die Leitung I1J4 zugeführt, in welcher die Transistoren 1^2 und 130 in Reihe geschaltet sind, welche die Größe des Ladestromes steuern.
Eine Veränderung des Kapazitätswertes des Meßkondensators 36 führt zu einer Änderung der Aufladegeschwindigkeit dieses Kondensators, was eine Differenz der an den mit 2 und 3 bezeichneten Eingängen des DifferenzVerstärkers 1Ί6 anliegenden Spannungen zur Folge hat· Ist die Aufladegeschwindigkeit des variablen Meßkondensators 36 kleiner als diejenige des Bezugskondensators 38, tendieren die Ausgangespannung des DifferenzVerstärkers 146 und die Spannung an der Basis des Transistors 15Ί über das durch den Widerstand 150, einen Kondensator 149 und einen Widerstand 151 gebildete Filternetzwerk mehr zur Spannung dee Leiters 20 hin und der über den Ausgangstransistor I56 in
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die Leitung 5Ί fließende Ausgangsstrom wird vergrößert.
Das vom Einstellwiderstand 136 abgeleitete Rückführungssignal wird dem Differenzverstärker l40 zugeführt und bewirkt, daß der Transistor 142 stärker leitend wird, so daß die Aufladegeschwindigkeit des variablen Meßkondensators 36 über die Bereichseinstellschaltung größer wird. Die Rückführungsschleife wird stabil, wenn die Aufladegeschwindigkeit des variablen Heßkondensators gleich der Aufladegeschwindigkeit des Bezugskondensators ist und die Spannung an den Kondensatoren dem in Fig. gezeigten sägezahnförmigen Verlauf folgt.
Der vom Diskriminator abgegebene Ausgangsstrom wird über die Leitung 51» der Leitung 56 zugeführt, die zum Anschluß 12 der Meßwandlerschaltung führt. Dieser Anschluß 12 erhält also den konstanten, durch den Stromregler 16 festgelegten Strom sowie den Ausgangsstrom des Diakriminators, und der sich aus diesen Strömen ergebende Summen*trom am Ansohluß 12 ist proportional zur Veränderung des Kapazitätswertes des variablen Meßkondensators 36.
Die Sohaltung weist den Vorteil auf, daß sie nur zwei Ansohlußdrähte für den Anschluß an eine entfernt liegende Speisespannungsquelle und an ein Anzeige- oder
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Aufzeichnungsinstrument benötigt. Hieraus ergeben sich als weitere Vorteile eine leichte Installation und ein sicherer und einfacher Betrieb des kapazitiven Meßwandlers. Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, daß der Meßfühler des erfindungsgemäßen Meßwandlers im Gegensatz zu verschiedenen bekannten Anordnungen nicht zum Ansetzen von überzügen neigt. Versuche haben außerdem gezeigt, daß, wenn der kapazitive Meßfühler doch mit elektrisch leitendem Material überzogen wird, der prozentuale Fehler des Ausgangssignals bei dem erfindungsgemäßen Meßwandler wesentlich kleiner als bei bekannten Meßwandlern ist· Dies ist wahrscheinlich auf die gemäß der Erfindung hohe Frequenz und die geringe Impulsbreite des Oszillatorausgangsignals zurückzuführen.
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Claims (7)

DIFIn INO. B. HOLZEB -WBL8BB-BTBAS» M 8900AUOSBURO β1β4Τ· TBLBZ 533SOS Patentansprüche
1. Kapazitiver Meßwandler zur Erzeugung eines dem jeweiligen Kapazitätswert eines kapazitiven Meßfühlers proportionalen Ausgangstromsignals, gekennzeichnet durch zwei Anschlußleitungen (18, 56) und eine damit in Reihe geschaltete, einen konstanten Speisestrom erzeugende Stromquelle (16), weiter durch einen Multivibrator (28, 36, 38), der einen durch den kapazitiven Meßfühler gebildeten Meßkondensator (36) und einen Bezugskondensator (38) aufweist, ferner durch eine Stromsteuereinrichtung (42) zur Zuführung eines Ladestroms gesteuerter Größe zum Bezugskondensator, eine weitere Stromsteuereinrichtung (40) zur Zuführung eines Ladestroms gesteuerter Größe zum Meßkondensator und eine Schalteinrichtung (22, 28) zum zyklischen Entladen der beiden Kondensatoren, weiterhin durch einen Aufladegeschwindigkeits-Diskriminator (44), welchem die Aufladegeschwindigkeiten des Bezugskondensators und des Meßkondensators darstellende Signale zugeführt werden und der ein von der Differenz dieser Signale abhängiges Stromsignal an seinem Ausgang erzeugt, ferner hin durch eine Rückführung (52) zwischen dem Diskriminator und dem Multivibrator zur Veränderung der Aufladegeschwindigkeit des Meßkondensators in Abhängigkeit vom Stromaignal am Ausgang des Diekriminators, und durch eine
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Summierschaltung (54, 56), welche die Summe des von der Stromquelle (16) abgegebenen Speisestromes und des Ausgangsstromes des Diskriminators bildet.
2. Meßwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Oszillator (22), der eine Kette von Rechteck-Spannungsimpulsen (Fig. 2) erzeugt, die über eine Leitung (24) der Schalteinrichtung (28) des Multivibrators zuführt.
3. Heßwandler nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Schaltung (14) zur Unterdrückung vorübergehender Überspannungen zwischen den beiden Anschlußleitungen (18, 56).
4. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichent, daß der Multivibrator eine Schaltung (124) zur Nullpunkteinstellung aufweist, mittels welcher die Größe des dem Meßkondensator (36) zugeführten Ladestromes fest voreinstellbar ist.
5. Meßwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Nullpunkteinstellung ein Grobeinstellelement (124) und ein Feineinstellelement (126) aufweist.
6. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
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gekennzeichnet, daß der Multivibrator eine Schaltung (136) zur I'ießbereichseinstellung aufweist, mittels welcher die Stromrückführung zum Heßkondensator (36) fest voreinstellbar ist.
7. Heßwandler· nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Meßbereichseinstellung ein ürobeinstellelement (136) und ein Feinexnstellelement (106) aufweist.
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DE19772753884 1976-12-03 1977-12-02 Kapazitiver messwandler Withdrawn DE2753884A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

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US05/747,403 US4145619A (en) 1976-12-03 1976-12-03 Two wire capacitance transmitter

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Publication Number Publication Date
DE2753884A1 true DE2753884A1 (de) 1978-06-08

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19772753884 Withdrawn DE2753884A1 (de) 1976-12-03 1977-12-02 Kapazitiver messwandler

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US (1) US4145619A (de)
JP (1) JPS6027076B2 (de)
DE (1) DE2753884A1 (de)
FR (1) FR2373038A1 (de)
GB (1) GB1561947A (de)

Cited By (2)

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