DE3134342C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Meßkopf für Dis tanzmessungen. Für den Aufbau eines kapazitiven Meßkopfes eignet sich eine Brückenschaltung, in der eine der Brückenelemente die veränderliche Kapazität darstellt. Als Sensor wird beispiels weise eine Elektrodenanordnung mit zwei in einer Ebene liegenden Elektroden verwendet, die an den Gegenstand, zu dem die Distanz gemessen werden soll, herangeführt wird. Die Kapazität der Elek trodenanordnung ist abhängig von dem Medium, das sich in der Nähe der Elektrodenanordnung befindet. Wenn die Elektrodenanordnung sich nicht in der Nähe eines Gegenstandes befindet, so ist die Luft mit ihrer relativ geringen Dielektrizitätskonstanten maßge bend für die Kapazität der Elektrodenanordnung. Wird dagegen ein Gegenstand, bzw. eine Fläche mit höherer Dielektrizitäts konstante in die Nähe der Elektrodenanordnung gebracht, so steigt die Kapazität und die Brückenanordnung wird verstimmt. Von dieser Verstimmung kann ein Meßsignal abgeleitet werden. The invention relates to a capacitive measuring head for dis dance measurements. Suitable for the construction of a capacitive measuring head there is a bridge circuit in which one of the bridge elements represents variable capacity. As a sensor, for example example an electrode arrangement with two lying in one plane Electrodes are used to attach the object to which the distance should be measured, is introduced. The capacity of the elec Trode arrangement depends on the medium that is nearby the electrode arrangement. If the electrode assembly is not near an object, it is Air with its relatively low dielectric constant bend for the capacity of the electrode arrangement. Will be against an object or a surface with a higher dielectric brought constant near the electrode arrangement, so increases the capacity and the bridge arrangement are detuned. Of this Detuning can be derived from a measurement signal.
Durch die DE-AS 21 37 545 ist ein solcher kapazitiver Meßkopf mit einer Brückenschaltung bekannt. In der Brückenschaltung sind zwei Elektrodenanordnungen vorgesehen. Die eine Elektrodenanordnung stellt das bezüglich seiner Kapazität veränderliche Element des Meßkopfes dar und ist außen am Gehäuse des Meßkopfes angeordnet. Die zweite Elektrodenanordnung dient zur Kompensation von Tempe raturschwankungen und befindet sich im Inneren des Gehäuses des Meßkopfes. Durch die genannte Veröffentlichung ist es auch be kannt, die Elektrodenanordnungen jeweils aus einer metallbe schichteten Isolierstoffplatte herzustellen.DE-AS 21 37 545 has such a capacitive measuring head a bridge circuit known. There are two in the bridge circuit Electrode arrangements are provided. The one electrode arrangement represents the element of the Measuring head and is arranged on the outside of the housing of the measuring head. The second electrode arrangement is used to compensate for temperature fluctuations in temperature and is located inside the housing of the Measuring head. Due to the publication mentioned it is also be knows the electrode assemblies each from a metal to produce layers of insulating material.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abhängigkeit von Umwelteinflüssen auf den Sensor weiter zu verringern, insbeson dere den Einfluß von Temperaturschwankungen.The invention has for its object the dependence on To further reduce environmental influences on the sensor, in particular the influence of temperature fluctuations.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfin dung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unter ansprüchen angegeben.This object is achieved by the inven in claim 1 solved. Advantageous embodiments are in the sub claims specified.
Bei dem erfindungsgemäßen Meßkopf wird für die Elektrodenanord nungen eine einzige beidseitig metallbeschichtete Isolierstoff platte verwendet. Dadurch ist eine enge thermische Kopplung der Elektrodenanordnung hergestellt. Temperaturschwankungen wirken somit auf beide Elektrodenanordnungen gleich und ihre Einflüsse werden durch die Brückenschaltung eliminiert. Die Verwendung einer einzigen Isolierstoffplatte ist möglich, weil gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Elektrodenanordnungen ver setzt gegeneinander auf der Isolierstoffplatte angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß sie sich elektrisch nicht beein flussen können.In the measuring head according to the invention, the electrodes are arranged a single insulating material coated on both sides with metal plate used. This creates a tight thermal coupling Electrode assembly manufactured. Temperature fluctuations have an effect thus the same on both electrode arrangements and their influences are eliminated by the bridge circuit. The usage a single insulating plate is possible because according to one another feature of the invention ver the electrode assemblies sets against each other are arranged on the insulating plate. This ensures that they do not affect each other electrically can flow.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, erläutert.In the following, the invention is illustrated by means of an embodiment game, which is shown in the drawing.
Im dem Beispiel wird die Meßelektrodenanordnung "äußere Elektrode" und die zur Kompensation dienende Elektrodenanordnung "innere Elektrode" genannt. Es zeigtIn the example, the measuring electrode arrangement becomes "outer Electrode "and the electrode arrangement used for compensation called "inner electrode". It shows
Fig. 1 das Schaltbild eines kapazitiven Meßkopfes mit einer Brückenschaltung, Fig. 1 is a circuit diagram of a capacitive measuring head with a bridge circuit,
Fig. 2 eine mögliche Elektrodenanordnung und Fig. 2 shows a possible electrode arrangement and
Fig. 3 eine Elektrodenanordnung mit den erfindungsgemäßen Merk malen. Fig. 3 paint an electrode assembly with the Merk invention.
In der Schaltung in Fig. 1 ist der Ausgang eines Wechsel spannungsgenerators 1 über einen Koppelkondensator 2 an eine Brückenschaltung aus den Brückenzweigen 3 bis 7 angekoppelt. Die Wechselspannung wird am oberen Ende der Brückenschaltung eingespeist. Der untere Punkt der Brückenschaltung ist auf Massepotential der Schaltung gelegt. In the circuit in FIG. 1, the output of an alternating voltage generator 1 is coupled via a coupling capacitor 2 to a bridge circuit made up of the bridge branches 3 to 7 . The AC voltage is fed in at the upper end of the bridge circuit. The lower point of the bridge circuit is connected to the ground potential of the circuit.
Die beiden Zweige im oberen Teil der Brückenschaltung sind durch Kondensatoren 3 und 4 mit fester Kapazität gebildet.The two branches in the upper part of the bridge circuit are formed by capacitors 3 and 4 with fixed capacitance.
Im linken Zweig des unteren Teils der Brückenschaltung liegt die veränderliche Kapazität 5 der Anordnung und parallel dazu eine Kapazität 6. Im benachbarten Zweig des unteren Teils liegt eine Kapazität 7, die zum Abgleich der Brücke einstellbar ist.The variable capacitance 5 of the arrangement and a capacitance 6 in parallel lie in the left branch of the lower part of the bridge circuit. In the adjacent branch of the lower part there is a capacitance 7 which can be adjusted to balance the bridge.
Am sogenannten Nullzweig der Brückenschaltung sind die zueinander invertierten Eingänge eines Differenzverstärkers 8 angeschlossen. Im Verstärker 8 wird die am Nullzweig anliegende Spannung verstärkt. Das verstärkte Signal wird einer Gleichrichter schaltung 9 zugeführt, in der aus dem Wechselspannungssignal ein Gleichspannungssignal mit zu der Verstimmung der Brücke stetig sich ändernder Größe gewonnen wird. Dieses Signal steht am Ausgang 10 zur Verfügung.The inverted inputs of a differential amplifier 8 are connected to the so-called zero branch of the bridge circuit. The voltage present at the zero branch is amplified in the amplifier 8 . The amplified signal is supplied to a rectifier circuit 9 , in which a DC signal is obtained from the AC signal with a continuously changing size for detuning the bridge. This signal is available at output 10 .
Die Kapazitäten 5 und 6 in Fig. 1 können durch eine Elektroden anordnung realisiert werden, die in Fig. 2 dargestellt ist.The capacitors 5 and 6 in Fig. 1 can be realized by an electrode arrangement, which is shown in Fig. 2.
Eine metallbeschichtete Isolierstoffplatte 11, z. B. eine kupferkaschierte Epoxydharzplatte, wird so geätzt, daß sich die in Fig. 2 dargestellte Anordnung mit einer großflächigen Masse elektrode 12 und einer Sensorelektrode 13 ergibt, die gegen einander isoliert sind. Die Masseelektrode 12 umgibt die Sensor elektrode 13 allseitig. A metal-coated insulating plate 11 , e.g. B. a copper-clad epoxy resin plate is etched so that the arrangement shown in Fig. 2 with a large-area mass electrode 12 and a sensor electrode 13 results, which are insulated from each other. The ground electrode 12 surrounds the sensor electrode 13 on all sides.
Die Anschlüsse der Elektroden 12 und 13 sind nach hinten an Punkten 14 durch die Isolierstoffplatte 11 hindurch in das Gehäuseinnere des Meßkopfes geführt. Bei dieser Anordnung ist der Meßkopf nur im Bereich der Fläche der Sensorelektrode em pfindlich, und zwar aus folgendem Grund:The connections of the electrodes 12 and 13 are guided to the rear at points 14 through the insulating material plate 11 into the interior of the measuring head. With this arrangement, the measuring head is only sensitive in the area of the surface of the sensor electrode, for the following reason:
Die Masseelektrode ist relativ zur Sensorelektrode sehr groß flächig. Daher ist die Kapazität der Masseelektrode zu einem Meßobjekt groß, die der Sensorelektrode dagegen klein. Man muß sich die resultierende Kapazität als eine Reihenschaltung der genannten Kapazitäten vorstellen. Unter den genannten Bedingungen ist der Wert der Kapazität der Sensorelektrode zum Meßobjekt ausschlaggebend für den resultierenden Wert.The ground electrode is very large relative to the sensor electrode flat. Therefore, the capacitance of the ground electrode is one Measurement object large, the sensor electrode small. One must the resulting capacitance turns out to be a series connection of the introduce the capacities mentioned. Under the conditions mentioned is the value of the capacitance of the sensor electrode to the measurement object decisive for the resulting value.
Die veränderliche Kapazität 5 in Fig. 1 wird in Fig. 2 durch die Kapazität zwischen den Elektroden 12 und 13 gebildet, die sich im angrenzendem Luftraum ausbildet. Dagegen liegt die Kapazität 6 in der Isolierstoffplatte unterhalb der Elektroden 12 und 13.The variable capacitance 5 in FIG. 1 is formed in FIG. 2 by the capacitance between the electrodes 12 and 13 , which is formed in the adjacent air space. In contrast, the capacitance 6 lies in the insulating material plate below the electrodes 12 and 13 .
Die Isolierstoffplatte 11 mit den Elektroden 12 und 13 gemäß Fig. 2 bildet eine Wand des kapazitiven Meßkopfes, so daß bei einer Annäherung eines Gegenstandes an die Elektrodenanordnung die Kapazität 5 verändert wird.The insulating material plate 11 with the electrodes 12 and 13 according to FIG. 2 forms a wall of the capacitive measuring head, so that when an object approaches the electrode arrangement, the capacitance 5 is changed.
Die Kapazität 6 in der Isolierstoffplatte unterliegt Tempe raturschwankungen. Um diese zu kompensieren, ist in Fig. 3 an der dem Gehäuseinneren des Meßkopfes zugewandten Seite der Iso lierstoffplatte 11 die gleich aufgebaute innere Elektrode vor gesehen. Die äußere Elektrode und die innere Elektrode sind ge geneinander versetzt angeordnet, derart, daß sie sich nicht gegen überstehen, sondern jeweils der Masseelektrode der anderen Elek trodenanordnung. Da die innere Elektrode somit nach außen abge schirmt ist, ist der äußere Anteil ihrer Kapazität nicht vari abel.The capacity 6 in the insulating plate is subject to temperature fluctuations. To compensate for this, the identically constructed inner electrode is seen in Fig. 3 on the housing interior of the measuring head facing side of the Iso lierstoffplatte 11 . The outer electrode and the inner electrode are mutually offset ge, such that they do not face each other, but each of the ground electrode of the other elec trode assembly. Since the inner electrode is thus shielded from the outside, the outer portion of its capacity is not variable.
Am besten wird die Isolierstoffplatte mit den Elektroden punktsymmetrisch ausgelegt. Es kann dann für die Elektroden dieselbe Vorlage (Druckvorlage für die Ätzung) verwendet werden.The best is the insulating plate with the electrodes designed symmetrically. It can then be used for the electrodes same template (print template for the etching) can be used.
Die in der Isolierstoffplatte liegende Kapazität der inneren Elektrode ändert sich in dem gleichen Maße mit der Temperatur wie die in der Isolierstoffplatte liegende Kapazität der äußeren Elektrode. Durch den Aufbau der inneren und äußeren Elektrode mit einer einzigen Isolierstoffplatte ist sicher gewährleistet, daß beide Elektrodenanordnungen die gleiche Temperatur besitzen. Die innere Elektrode wird an die Stelle des Kondensators 7 in Fig. 1 in die Brückenschaltung aufgenommen. Erforderlichenfalls kann noch eine kleine variable Kapazität zum Abgleich der Brücke an geeigneter Stelle vorgesehen werden.The capacity of the inner electrode lying in the insulating plate changes with the temperature to the same extent as the capacity of the outer electrode lying in the insulating plate. The construction of the inner and outer electrodes with a single insulating material plate ensures that both electrode arrangements have the same temperature. The inner electrode is taken in place of the capacitor 7 in Fig. 1 in the bridge circuit. If necessary, a small variable capacity for balancing the bridge can be provided at a suitable point.
Mit Vorteil wird der beschriebene Versatz der Sensorelektroden so groß gewählt, daß die Anordnung nur auf der einen Hälfte der Isolierstoffplatte empfindlich ist. Es können dann zwei gleiche Meßköpfe zueinander um 180 Grad gedreht nebeneinander angeordnet werden. Es ist dann eine Abtastung auf der gesamten Breite der Isolierstoffplatte möglich. Eine solche Anordnung mit zwei Meßköpfen ist z. B. für eine Abtastung einer an den Meßköpfen entlang bewegten Bahn anwendbar, wenn die Bahn die Breite einer ganzen Isolierstoffplatte hat. Vom Anmelder wird so eine Anordnung in einem Gerät eingesetzt, mit dem die Seitenflanken eines Autoreifens in der Endkontrolle vermessen werden.The described offset of the sensor electrodes is advantageous in this way chosen large that the arrangement only on one half of the Insulating plate is sensitive. It can then be the same Measuring heads arranged next to each other rotated by 180 degrees will. It is then a full width scan Insulating board possible. Such an arrangement with two Measuring heads is e.g. B. for a scan of one on the measuring heads Applicable along moving web when the web is the width of a whole insulation plate. The applicant will do so Arrangement used in a device with which the side flanks of a car tire can be measured in the final inspection.
Claims (6)
daß die Elektrodenanordnungen durch die Metallschichten einer einzigen, beidseitig metallbeschichteten Isolierstoffplatte (11) gebildet werden, wobei sich die erste Elektrodenanord nung (12, 13) auf der Außenseite der Isolierstoffplatte (11) und die zweite Elektrodenanordnung (15, 16) auf der Innensei te der Isolierstoffplatte (11) befindet, und
daß die Sensorelektrode (13) der äußeren Elektrodenanordnung (12, 13) und die Sensorelektrode (16) der inneren Elektro denanordnung (15, 16) gegeneinander so versetzt angeordnet sind, daß jeweils der Sensorelektrode der einen Seite die Be zugselektrode der anderen Seite gegenüberliegt.1. Electronic, capacitive measuring head for distance measurements with a bridge circuit ( 3-7 ), in which a sensor electrode ( 13 ) and a sensor electrode surrounding the reference electrode ( 12 ) existing first electrode arrangement is provided, which is arranged outside on the housing of the measuring head and the element of the measuring head which is variable in terms of its capacitance, and in which a second, similarly constructed electrode arrangement ( 15, 16 ) is provided for compensating for temperature fluctuations, said electrode arrangement being located in the interior of the housing of the measuring head, the electrode arrangements being each through the metal layer a metal-coated insulating material plate ( 11 ) are formed, characterized in that
that the electrode assemblies are formed by the metal layers of a single, on both sides metal-coated insulating material plate ( 11 ), the first electrode arrangement ( 12, 13 ) on the outside of the insulating material plate ( 11 ) and the second electrode arrangement ( 15, 16 ) on the inside the insulating plate ( 11 ), and
that the sensor electrode ( 13 ) of the outer electrode arrangement ( 12, 13 ) and the sensor electrode ( 16 ) of the inner electrode assembly ( 15, 16 ) are mutually offset so that the sensor electrode on one side is opposite the reference electrode Be the other side.
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| DE19813134342 DE3134342A1 (en) | 1981-08-31 | 1981-08-31 | Electronic capacitive measuring head for distance measurements |
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| DE3134342A1 DE3134342A1 (en) | 1983-03-10 |
| DE3134342C2 true DE3134342C2 (en) | 1989-12-07 |
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ID=6140496
Family Applications (1)
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1981
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Also Published As
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