DE2900628C2

DE2900628C2 - Elektronischer Drucksensor

Info

Publication number: DE2900628C2
Application number: DE2900628A
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Yamatokoriyama Nara Miyamae
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-01-11
Filing date: 1979-01-09
Publication date: 1985-04-18
Also published as: DE2954227C2; JPS5495279A; DE2900628A1; US4206655A

Description

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auf einen zu messenden Druck P ansprechenden Falten- worin C\ die Kapazität von Kondensator 165 und Ci die balg 10 mit einem daran befestigten Kern 12, der mit Kapazität von Kondensator166 ist '

steigendem Druck P in eine Spule 14 eintaucht, die ei- Mit steigendem Druck P (F i g. 1) steigt auch der Innern Oszillator 16 zugeordnet ist, welcher eüi Signal duktivitätswert L, folglich sinkt die Ausgangsfrequenz / abgibt dessen Frequenz sich in Abhängigkeit von dein 5 des Oszillators.

abgetasteten Druck /"verändert. Der Oszillator 16 enthält ferner eine aus einem Kon-

Der Drucksensor von Fig. 1 enthält einen zweiten densator 170, Widerständen 171, 172, 173 und einem Oszillator 18 mit gleichem Aufbau wie Oszillator 16, der Transistor 174 bestehenden Impulsfonnerschaltimg, die jedoch ein Referenz-Frequenzsignal an einen Frequenz- das sinusförmige Ausgangssignal des Colpitts-Oszillateiler 20 abgibt, dsssen Ausgang an einen Eingangeines io tors in ein für den Zähler 24 geeignetes Rechtecksignal UND-Gatters 22 angeschlossen ist, dessen zweiter Ein- umformt

gang mit dem Ausgang des ersten Oszillators 16 verbun- Der in gleicher Weise wie Oszillator 16 aufgebaute

den ist Mit dem Ausgang des UND-Gatters 22 ist ein Oszillator 18 ist ebenfalls ein Colpitts-Oszillator mit ei-Zähler 24 verbunden, welcher die von dem Oszillator 16 nem Transistor 180, Widerständen 181 bis 183, Kondenausgehenden Impulse im Verlauf einer durch den Fre- 15 satoren 184 bis 186, einer variablen Induktivität 187 und quenzteüer 20 bestimmten Periode zählt Der Zählerin- mit einer aus einem Kondensator 190, Widerständen 191 halt des Zählers 24 wird auf dem Wege über eine Deco- bis 193 und einem Transistor 194 bestehenden Impulsdier-Treiberschaltung 28 auf einer digitalen Anzeigeein- formerschaltung. Der Induktivitätswert der variablen heit 26 angezeigt Induktivität 187 ist auf einem gewünschten Wert einge-

Da die Stellung des Kerns 12 von dem Druck P ab- 20 stellt

hängig ist ändert sich die Induktivität der Spule 14 mit Bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel der

dem Druck P. Folglich repräsentiert die von dem Oszil- Erfindung werden Induktivitätsändenügen zur Drucklator 16 abgegebene Frequenz den festgestellte» Druck messung herangezogen. Es ist jedoch ebensogut mög-P. Änderungen in der Temperatur, der Feuchtigkeit lieh, statt dessen eine Kapazitäts- oder eine Wider- oder der Versorgungsspannung des Drucksensors füh- 25 Standsänderung zur Druckmessung heranzuziehen, ren jedoch zu einer Frequenzänderung des Ausgangssi- Ein Drucksensor mit elektronischer Meßwertabgabe

gnals des Oszillators 16. enthält ei.,en Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz sich

Angenommen, aufgrund einer Änderung der Tempe- in Abhängigkeit von dem zu messenden Druck ändert

ratur, Feuchtigkeit und/oder Versorgungsspannung

oder dergleichen steigt unabhängig von Änderungen 30 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

des Druckes P die Ausgangsfrequenz des Oszillators 16

an, dann steigt zwangsläufig auch die Referenzfrequenz aus dem zweiten Oszillator 18, weil beide Oszillatoren

p 16 und 18 von gleicher Bauart sind. Auf diese Weise wird

fe die Impulsbreite des vom Frequenzteiler 20 bezogenen 35

ψ- Gatter-Steuersignals in einem Sinne verändert, daß Än-

fl derungen der Ausgangsfrequenz des Oszillators 16

*3 kompensiert werden. Wenn die Ausgangsfrequenz des

V\ Oszillators 16 unabhängig von Änderungen des Druckes ' P absinkt dann sinkt auch die Referenzfrequenz aus 40

■■ dem Oszillator 18. Folglich wird die Impulsbreite des

;; Gate-Steuersignals vom Frequenzteiler 20 so verlän-

'i gen, daß Änderungen der Ausgangsfrequenz von Oszil-

S lator 16 kompensiert werden.

•i Das schematische Schaltbild von Fig.2 zeigt den 45

;1 Aufbau der Oszillatoren 16 und 18, mit F i g. 1 übereinstimmende Elemente tragen gleiche ^zugszahlen. Der in F i g. 2 dargestellte Oszillator 16 ist als Colpitts-Oszil-

• ) lator aufgebaut und enthält einen Transistor 160, Widerstände 161,162 und 163, Kondensatoren 164, 165, 166 so

• sowie eine variable Induktivität 167, deren Induktivität sich je nach der Stellung des Kerns 12 (siehe F i g. 1) in der Spule ändert Die Wide/stände 16i bis 163 sorgen gemeinsam für eine vorbestimmte Vorspannung an der Basis von Transistor 160, und der Kondensator 164 bil- 55 det einen Beipaß für einen Wechselstrom.

Die Ausgangsfrequenz / dieses Colpitts-Oszillators ergibt sich aus folgender Gleichung:

Darin ist L die Induktivität der variablen Induktivität 167, und

_c__c₁c₂_

C₁₊C₂'

Claims

29 OO 628 In anderem Zusammenhang, nämlich für ein Feüch- ' ·■"'■- Patentansprüche: - tigkeitspfüfgerät fflrKönier, bei dem ebenfalls;ein Oszfl- ■ ^ lator ein Ausgangssignal abgibt, dessen Frequenz sich in

1. Drucksensor mit einem an einen driickabhängi- Abhängigkeit von Druckänderungen ändert, sind schon gen Wandler angeschlossenen Oszillator, der ein 5 Maßnahmen angegeben worden, die der Kompensation Ausgangssignal abgibt, dessen Frequenz sich in Ab- von Umwelteinflüssen auf den Oszillator dienen (DE-hängigkeit von Druckänderungen ändert, da- OS 22 05 596). Diese Maßnahmen bestehen in der Verdurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, im wendungzweier zusätzlicher Einrichtungen, von denen wesentlichen baugleicher, ein zweites Ausgangssi- die eine, eine sogenannte Balance-Einrichtung, während gnal abgebender Oszillator (18), der an derselben to der Meßpausen wirksam wird und dabei in Abäängig-Versorgungsspannungsquelle wie der erste Oszilla- keh von an sich unerwünschten Parameteränderungen tor (16) liegt und räumlich so angeordnet ist, daß er einen bestimmten Zählerstand eines während der Abderselben Temperatur ausgesetzt ist wie dieser, so- frageperiode durch den Oszillator, hier Hartley-Oszniawie eine Torschaltung (20,22) vorgesehen ist, die in tor, weitergeschalteten Zählers herstellt Während der Abhängigkeit von dem zweiten Ausgangssignal eine is eigentlichen Meßzeiten ist diese Balance-Einrichtung Abfrageperiode für das erste Ausgangssignal (f) be- 'unwirksam, so daß dann auftretende Parameter auch stimmt nicht kompensiert werden. Die andere dieser beiden

2. Drucksensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet Einrichtungen, eine sogenannte Temperaturschaltung, durch eine Treiberschaltung (24, 28) zur Obertra- verändert die Frequenz eines zusätzlich zu dem genanngung eines Ausgangssignals der Torschaltung (20, 20 ten Oszillator vorgesehenen Monoflops, die ebenfalls 22) an eine Anzeigeeinrichtung (26). von der Meßgröße abhängig ist, in Abhängigkeit von

3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn- der Temperatur in der MeSkarnmer des Geräts. Sie muß zeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung eine digitale stillgesetzt werden, wenn die Balance-Einrichtung ar-Anzeigeeinrichtung (26) ist; und daß die Treiber- beitet Das von dem genannten Monoflop abgegebene schaltung einen das Ausgangssignal der Torschal- 25 Ausgangssignal wird dazu verwendet, eine Abfragepetung (22) aufnehmenden Zähler (24) und eine die node für das Ausgangssignal des Hartley-Oszillators zu digitale Anzeigeeinrichtung ja Abhängigkeit von bestimmen.

dem Speicherinhalt des Zählers aktivierende Deco- Im Zusammenhang-mit einem Druckmesser, bei dem

dier-Treiberschaltung (28) enthält druckbedingte Verformungen der Membranwände ei-

4. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 30 nes kapseiförmigen Gehäuses mittels an der Innenseite dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung einen befestigter spannungsempfindlicher Elemente elekdas zweite \usgangssignal untersetzenden Fre- trisch abgenommen werden (DE-AS 15 73 613) wird eiquenzteiler (20) und ein UND-Gatter (22) umfaßt, ne Temperaturkompensation dadurch erreicht, daß welches das erste Ausgangssignal (f) und das Aus- zwei gleichartige solcher spannungsempfindlicher EIegangssignal des Frequenzteilers aufnimmt. 35 mente bzw. Gruppen solcher Elemente in unmittelbarer

5. Drucksensor nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch Nähe voneinander angeordnet sind, womit sie von den gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Oszil- gleichen Temperaturschwankungen beeinflußt werden, lator (16,18) als Colpitts-Oszillator ausgebildet und und daß zur Bildung des druckproportionalen Ausmit einer Impulsformerschaltung (171...; 191 ...) gangssignals die von den spannungsempfindlichen EIeversehen sind. 40 menten gelieferten elektrischen Si&?.le in einer Brük-

6. Drucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekenn- kenschaltung verarbeitet werden.

zeichnet, daß zur druckabhängigen Frequenzverän- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

derung des Colpitts-Oszillators eine Induktivität (14) Drucksensor der eingangs genannten Art so zu verbes-

vorgesehen ist sern, daß Umwelteinflüsse, insbesondere auch während

45 der eigentlichen Messung, mit möglichst einfachen Mit-

teln kompensiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel gelöst

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit einem Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines an einen druckabhängigen Wandler angeschlossenen 50 zweiten im wesentlichen baugleichen Oszillators, dessen Oszillator, der ein Ausgangssignal abgibt, dessen Fre- Ausgangssignal unter Verwendung einer Torschaltung quenz sich in Abhängigkeit von Druckänderungen an- eine Abfrageperiode für das Ausgangssignal des ersten dert Oszillators bestimmt, ist ohne die Notwendigkeit weite-Sensoren dieser Art, die also einen Wandler mit ange- rer Schaltungsteile wie etwa einer Balance-Einrichtung schlossenem Oszillator umfassen, sind bekannt (Sov. 55 und einer Temperatur-Schaltung wie im genannten be-Inv. Ill, SU-Rl, p2, WeekX 33) und werden beispiels- kannten Fall ein Drucksensor geschaffen, dessen Ausweise zur Messung kleiner linearer Lageverschicbun- gangssignal von Temperatureinflüssen weitgehend ungen eingesetzt Sie können insbesondere in Blutdruck- abhängig ist

meßgeräten mit digitaler Anzeigeeinrichtung Verwen- Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemädung finden. Es hat sich gezeigt, daß unabhängig von 50 Ben Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Schwankungen des abgetasteten Drucks bzw. der sich Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausdaraus ergebenden Lageveränderung eines Wandler- führungsbeispieis unter Bezugnahme auf eine Zeichelements die Frequenz des Ausgangssignals Änderun- nung näher erläutert Darin zeigt
gen unterworfen ist, die auf Umwelteinflüsse wie Ände- F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild des erfinrungen der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, der Ver- es dungsgemäßen Drucksensors.

sorgungsspannung oder dgl. zurückzuführen sind. Diese F i g. 2 ein schematisches Schaltbild eines in dem

äußere Beeinflussung ist unerwünscht, da sie die Meß- Drucksensor von F i g. 1 enthaltenen Oszillators,

genauigkeit in nachteiliger Weise beeinflußt. Der in F i g. 1 dargestellte Drucksensor enthält einen