DE2816655A1

DE2816655A1 - Einrichtung zur umformung der von einem widerstands-, induktiv- oder kapazitivgeber gebildeten groesse in eine frequenz

Info

Publication number: DE2816655A1
Application number: DE19782816655
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Phys Jung
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1979-10-25
Also published as: JPS54139449A; FR2423788A1; GB2019010A; AU4554279A; FR2423788B3

Description

. VDO 6 FRANKFURT/MAIN 90

ADOLF SCHINDLING AG GRA'FSTRASSE 103

Einrichtung zur Umformung der von einem Widerstands-, Induktiv- oder Kapazitivgeber gebildeten Grosse in eine Frequenz

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umformung der von einem Widerstands-, Induktiv- oder Kapazitivgeber in Form eines veränderlichen Wirk- oder Blindwiderstands gebildeten Grosse in eine Frequenz zur Einspeisung in einen Mikroprozessor.

Derartige Einrichtungen, die eine von einem Geber gebildete Grosse in eine mit dieser Grosse in einem vorgegebenen Zusammenhang stehende Frequenz umformen, sind bereits bekannt^ um insbesondere diese Grosse mit einer Anzeigeeinrichtung darzustellen. Im einzelnen können Widerstandsgeber als Messgeber für Temperatur, Licht, Tankniveau, Druck, Weg oder Winkel ausgebildet sein. Diese nicht-elektrischen Grossen werden in dem Messwertgeber in eine entsprechende elektrische Grosse, nämlich einen Widerstand oder eine Induktivität,umgesetzt, die wiederum in der Einrichtung in eine Frequenz umgeformt wird.

Die bekannten Einrichtungen zur tL^xorinung der von einem Widerstands-, Induktiv- oder Kapazitivgeber in Form eines veränderlichen Wirk- oder Blindwiderstands gebildeten Grosse in eine Frequenz sind aber, wenn sie eine möglichst lineare Kennlinie einhalten sollen, verhältnismässig aufwendig, so dass ihre Anwendung aus Kostengründen noch eingeschränkt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Einrichtungen der eingangs genannten Gattung eine solche Einrichtung zu

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schaffen, die sich durch einen besonders geringen Aufwand, aber trotzdem gute elektrische Eigenschaften, insbesondere sehr gute Frequenzstabilität, auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Schwingschaltung mit drei in Reihe geschalteten Negatoren vorgesehen ist, in der mit den Negatoren Wirk- und Blindwiderstände gekuppelt sind, die den veränderlichen Wirkoder Blindwiderstand einschliessen.

Diese Einrichtung ist insbesondere dann, wenn sie mit integrierten Schaltkreisen in der CMOS-Technik ausgeführt ist, wenig aufwendig und trotzdem frequenzstabil. Der .Aufwand für diese Einrichtung kann in besonders geschickter Weise dadurch gering gehalten v/erden, dass von ein er Linearität der Umformung des -veränderlichen Wirk- oder Blindxtfiderstands in eine Frequenz abgesehen v/erden kann, da diese Linearität durch eine ausgleichende Funktion,auf die der der Umformeinrichtung nachgeschaltete Mikroprozessor programmiert wird, ausgeglichen v/erden kann. Eine Anzeigeeinrichtung, die an den Ausgang des Mikroprozessors angeschlossen ist, kann
daher den genauen Wert der mit dem Geber erfassten Grosse anzeigen.

Die Umformeinrichtung kann, wie noch im" einzelnen gezeigt wird, in umkomplizierter Weise für Widerstands-, Induktivoder Kapazitivgeber ausgebildet werden.

Dabei ist die Einrichtung zur Umformung des veränderlichen Widerstands eines Widerstandsgebers in eine zumindest annähernd reziproke Frequenz durch die Merkmale gekennzeichnet, dass der Eingang eines ersten Negators über einen ersten Wirkwiderstand und den veränderlichen Wirkwiderstand mit dem die Frequenz abgebenden Ausgang eines dritten Negators verbunden ist, dessen Eingang über einen zweiten Negator mit

dem Ausgang des ersten Negators in Verbindung steht, und dass der Eingang des dritten Negators über einen Kondensator mit einer Verbindungsstelle zwischen dem ersten Wirkwiderstand und dem veränderlichen Wirkwiderstand gekuppelt ist.

Bei dieser Einrichtung ist also der veränderliche Wirkwiderstand des Widerstandsgebers als frequenzbestimmendes Element in der Schwingschaltung angeordnet. Der Widerstandsgeber kann dabei ein Widerstand mit negativem oder positivem Temperaturkoeffizienten zur Messung einer Temperatur sein, ein lichtempfindlicher Widerstand zur Messung einer lichttechnischen Grosse, ein Widerstand, der mit einem Schwimmer eines Tankniveaugebers in Verbindung steht oder ein Widerstand, der mit einem Membrangeber als Druckgeber gekuppe It ist.

Zur Umformung der veränderlichen Kapazität eines Kapazitivgebers in eine reziproke Frequenz ist die Einrichtung zweckmässig in der Weise modifiziert, dass der Eingang des ersten Negators über einen ersten Wirkwiderstand und einen zweiten Wirkwiderstand mit dem die Frequenz abgebenden Ausgang eines dritten Negators verbunden ist, dessen Eingang über einen zweiten Negator mit dem Ausgang des ersten Negators in Verbindung steht, und dass der Eingang des dritten Negators über die veränderliche Kapazität mit einer Verbindungsstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Wirkwiderstand gekuppelt ist.

Hier ist also die veränderliche Kapazität, die einerseits an die Verbindungsstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Wirkwiderstand in der Rückführungsleitung von dem Ausgang des dritten Negators zu dem Eingang des ersten Negators gekuppelt ist und andererseits an den Eingang des dritten Negators bzw. zugleich an den Ausgang des zweiten Negators

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angeschlossen ist, ein frequenzbestimmendes Element.

Der Kapazitivgeber, dessen veränderliche Kapazität in eine Frequenz umgeformt wird, kann dabei Bestandteil eines Messgebers für einen Füllstand, für einen Weg oder für einen Winkel sein.

Schliesslich ist zur Umformung der veränderlichen Induktivität eines Induktivgebers in eine wenigstens annähernd reziproke Frequenz die Einrichtung so abgewandelt, dass der Eingang des ersten Negators über einen ersten Wirkwiderstand und die veränderliche Induktivität mit dem Ausgang des dritten Negators verbunden ist, dessen Eingang über einen zweiten Negator mit dem Ausgang des ersten Negators in Verbindung steht, und dass der Eingang des dritten Negators über einen zweiten Wirkwiderstand mit einer Verbindungsstelle zwischen dem ersten Wirkwiderstand und der veränderlichen Induktivität gekuppelt ist.

Frequenzbestimmendes Element ist also hier die veränderliche Induktivität in der Rückführleitung zwischen dem Ausgang des dritten Negators und den Eingängen des dritten und des ersten Negators.

Der eine veränderliche Induktivität bildende Induktivgeber als Messwertgeber kann dabei im einzelnen zur Aufnahme eines Weges oder eines Winkels ausgebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit vier Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die gesamte Einrichtung zur Umformung und Anzeige der von einem Widerstandsgeber gebildeten Grosse,

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Fig. 2 den Umformer der von einem Widerstandsgeber gebildeten Grosse in einer Einzeldarstellung,

Fig. 3 den Umformer, der von einem Kapazitivgeber gebildeten Grosse in einer Einzeldarstellung und

Fig. 4 den Umformer der von einem Induktivgeber gebildeten Grosse in einer Einzeldarstellung.

In sämtlichen Figuren sind übereinstimmende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig. 1 ist innerhalb einer umrandeten Linie ein Umformer 1 dargestellt, der im wesentlichen aus drei in Reihe geschalteten Negatoren 2,· 3 und 4 aufgebaut ist. Der Umformer dient zur Umformung einer von einem Widerstandsgeber 5 abgegebenen Widerstandsgrösse in eine diese Widerstandsgrösse kennzeichnende Frequenz am Ausgang 6 des dritten Negators 4. Der Umformer wird im folgenden anhand der Fig. 2 noch näher beschrieben.

Der Ausgang 6 des Umformers ist an einen Eingang einer Reihe von Eingängen 8 eines Mikroprozessors 7 angeschlossen. Der Mikroprozessor ist so ausgebildet bzw. programmiert, dass er zur Übertragung des Signals, das aus einer Frequenz an dem Ausgang 6 des Umformers gebildet wird, zusammen mit dem Umformer 1 eine lineare Charakteristik zwischen der mit dem Widerstandsgeber gemessenen Grosse und der Ausgangsgrösse des Mikroprozessors 7 bildet.

Die Ausgangsgrösse des Mikroprozessors wird mit einer Anzeigeeinrichtung 9, die als Ziffernanzeige ausgebildet ist, dargestellt.

Aus Fig. 2 ist im einzelnen ersichtlich, wie die drei Negationsglieder 2, 3 und 4 in Reihe geschaltet sind. Der

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Ausgang 6 des dritten Negators 4 ist dabei zu dem Eingang des ersten Negators 2 zurückgeführt. In der Rückführungsleitung folgen von oam Ausgang 6 der Widerstandsgeber 5 mit seinem veränderlichen Wirkwiderstand und in Reihe dazu ein erster fester Wirkwiderstand 10. Von dem Ausgang des zweiten Negators 3, der zugleich mit dem Eingang des dritten Negators 4 verbunden ist, ist ein Kondensator 11 zu einer Verbindungsstelle 12 zwischen dem veränderlichen Wirkwiderstand des Widerstandsgebers und dem ersten Wirkwiderstand geschaltet.

Die dargestellte Schaltung ist selbstschwingend, wobei sich an dem Ausgang 6 eine Frequenz f einstellt, die der Beziehung gehorcht:

1

2R₅C ( + 0,693) ,

wobei ist:

R_c der veränderliche Wirkwiderstand des Widerstandsgebers 5

R₁₀ der Widerstandswert des ersten Wirkwiderstands 10 C die Kapazität des Kondensators 11.

Die Frequenz f ist also ungefähr reziprok dem veränderlichen Widerstand des Widerstandsgebers 5.

Der erste Wirkwiderstand 10 und der Wirkwiderstand des Widerstandsgebers 5 können dabei praktisch beliebig dimensioniert werden. Bei niederohmiger Dimensionierung dieser Bauteile sind fast beliebig lange Anschlussleitungen zulässig.

Als Negatoren werden integrierte Schaltkreise in der CMOS-Technik verwendet, wobei jedoch die Eigenschaft der hoch-

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ohmigen Eingänge dieser Negatoren nicht ausgenutzt wird.

Die Schaltungsanordnung des Umformers gemäss Fig. 3 ist zur Umformung der veränderlichen Kapazität eines Kapazitivgebers 13 in eine entsprechende Frequenz am Ausgang 6 vorgesehen. An der Stelle des Widerstandsgebers 5 in Fig. ist dabei ein zweiter fester Wirkwiderstand 14 vorgesehen. Im übrigen ist die Schaltung gegenüber derjenigen in Fig. unverändert. Dabei entspricht auch die Frequenz am Ausgang der voranstehend angegebenen Beziehung, in der der Wert Rc des veränderlichen Wirkwiderstands hier den Wert des zweiten festen Wirkwiderstands 14 bedeutet, und der Wert C der Kapazität des Kondensators 11 in Fig. 1 hier zu Fig. 3 die veränderliche Kapazität des Kapazitivgebers darstellt.

In der Schaltung nach Fig. 3 können die Eigenschaften der hochohmigen Eingänge der Negatoren zum Erreichen von niedrigen Frequenzen am Ausgang 6 ausgenutzt werden. Werden jedoch kleine Kapazitäten des Kapazitivgebers ausgewertet, so sollte der Messumformer nahe an dem Kapazitivgeber angeordnet sein.

In
/demUmformer in Fig. 4 zur Umformung der sich in einem Induktivgeber 15 einstellenden Induktivität in eine Frequenz an dem Ausgang 6 ist der Induktivgeber 15 an der Stelle des Widerstandsgebers 5 in Fig. 2 angeordnet. Anstatt des Kondensators 11 in Fig. 2 ist in Fig. 4 ein zweiter fester Wirkwiderstand 16 eingeschaltet.

Die Frequenz am Ausgang 6 dieser selbstschwingenden Schaltung f beträgt, unter der Voraussetzung, dass der Widerstandswert des ersten Wirkwiderstands 10 gleich dem Widerstandswert des zweiten Wirkwiderstands 16 gleich R ist, f gleich 0,5 · R , wobei L die veränderliche Induktivität des

Induktivgebers 15 bedeutet.

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Zum Anschluss des Induktivgebers sind hier praktisch beliebig lange Anschlussdrähte zulässig.

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Leerseite

Claims

VDO 6 FRANKFURT/MAIN 90

ADOLF SCHINDLING AG GRÄFSTRASSE 103

Patentansprüche

1J Einrichtung zur Umformung der von einem Widerstands-, Induktiv- oder Kapazitivgeber in Form eines veränderlichen Wirk- oder Blindwiderstands gebildeten Grosse in eine Frequenz zur Einspeisung in einen Mikroprozessor, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingschaltung mit drei in Reihe geschalteten Negatoren (2, 3, 4) vorgesehen ist, in der mit den Negatoren Wirk- und Blindwiderstände (10, 11, 13, 14, 15, 16) gekuppelt sind, die den veränderlichen Wirk- oder Blindwiderstand (5 bzw. 13 bzw. 15) einschliessen.
2. Einrichtung zur Umformung des veränderlichen Wirkwiderstands eines Widerstandsgebers in eine zumindest annähernd reziproke Frequenz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang eines ersten Negators (2) über einen ersten Wirkwiderstand (10) und den veränderlichen Wirkwiderstand (Widerstandsgeber 5) mit dem die Frequenz abgebenden Ausgang eines dritten Negators (4) verbunden ist, dessen Eingang über einen zweiten Negator (3) mit dem Ausgang des ersten Negators (2) in Verbindung steht, und dass der Eingang des dritten Negators (4) über einen Kondensator (11) mit einer Verbindungsstelle (12) zwischen dem ersten Wirkwiderstand (10) und dem veränderlichen Wirkwiderstand (5) gekuppelt ist.

3· Einrichtung zur Umformung der veränderlichen Kapazität eines Kapazitivgebers in eine reziproke Frequenz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang des ersten Negators über einen ersten Wirkwiderstand (10) und einen zweiten Wirkwiderstand (14) mit dem die Frequenz abgebenden Ausgang (6) eines dritten Negators (4) verbunden ist, dessen Eingang über einen zweiten Negator (3) mit dem

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ORIGINAL INSPECTED

Ausgang des ersten Negators (2) in Verbindung steht, und dass der Eingang des dritten Negators (4) über die veränderliche Kapazität (Kapazitivgeber 13) mit einer Verbindungsstelle (12) zwischen dem ersten und dem zweiten Wirkwiderstand gekuppelt ist.

Einrichtung zur Umformung der veränderlichen Induktivität eines Induktivgebers in eine wenigstens annähernd reziproke Frequenz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang des ersten Negators (2) über einen ersten Wirkwiderstand (10) und die veränderliche Induktivität (15) mit dem Ausgang des dritten Negators (4) verbunden ist, dessen Eingang über einen zweiten Negator (3) mit dem Ausgang des ersten Negators (2) in Verbindung steht,und dass der Eingang des dritten Negators (4) über einen zweiten Wirkwiderstand (16) mit einer Verbindungsstelle (12) zwischen dem ersten Wirkwiderstand (2) und der veränderlichen Induktivität (15) gekuppelt ist.

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