DE3224615A1

DE3224615A1 - Einrichtung mit kapazitivem druck-messwertwandler

Info

Publication number: DE3224615A1
Application number: DE19823224615
Authority: DE
Inventors: Chen Yi 48084 Troy Mich. Lee; Kyong 91311 Chatsworth Calif. Park
Original assignee: Kavlico Corp
Current assignee: Kavlico Corp
Priority date: 1981-07-02
Filing date: 1982-07-01
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE3224615C2; FR2509048A1; GB2102959A; JPS587534A; US4398426A; FR2509048B1; GB2102959B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit kapazitivem Druck-Meßwertwandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 42 27 419 ist eine Einrichtung mit kapazitivem Druck-Meßwertwandler oder ein kapazitives Druck-Meßwertwandlersystem bekannt, welches einen Referenzkondensator mit einer im wesentlichen konstanten oder langsam veränderlichen Kapazität und einen Kondensator mit veränderlicher Kapazität aufweist, der zwei in einem kleinen Abstand voneinander gehaltene Metallplatten aufweist, wobei ein abgeschlossener bzw. abgedichteter Raum zwischen den leitfähigen Platten vorgesehen ist und mindestens eine Platte auf einer biegsamen Membran derart gelagert ist, daß bei einer Änderung des Druckes sich die Kapazität dieses variablen Kondensators ändert, da sich der Abstand der Platten verändert. In dem aus der US-PS 42 27 419 bekannten System wird ein bistabiler Multivibrator oder ein Flip-Flop in Abhängigkeit von dem Laden erstens des Referenzkondensators und zweitens des

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ZWEIGBÜRO 83^0 PAS5AU LlinVVIGSTRASSE 2 TEL. 0851 36616

variablen Kondensators betätigt, wobei die Zeitdauer beider Zustände des Multivibrators durch die Zeit gesteuert wird, die für das Laden des Referenzkondensators bzw. des variablen Kondensators erforderlich ist. Das Rechtecksignal am Ausgang des Multivibrators wird erfaßt und integriert, so daß die Ausgangsspannung ansteigt, wenn die Kapazität des variablen Kondensators bei ansteigendem Druck erhöht wird.

Dabei ist die Linearität derartiger, in der genannten Patentanmeldung beschriebener Druck-Meßwandlersysteme relativ gut, beim Fehlen einer Kompensation ist jedoch eine leichte Krümmung oder Abweichung von der Linearität über einen weiten Druckbereich festgestellt worden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung mit kapazitivem Druck-Meßwandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei welchem eine verbesserte Linearität der Kennlinie der Ausgangsspannung über dem Druck erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß eine Rückkopplung des Ausgangssignales eines elektronischen Schaltkreises vorgesehen ist, durch welchen die Ausgangsspannung erzeugt wird, um entweder zunehmend die Größe des Ladestromes zu ändern, oder zunehmend den Schalt-Referenzpegel des Kondensatorschaltkreises zu ändern, um Abweichungen von der erwähnten Linearität zu reduzieren.

Daraus ergibt sich der besondere Vorteil, daß, wenn beispielsweise die Ausgangskennlinie in dem Spannung/Druck-Diagramm eine leicht nach oben gewölbte oder konvexe Krümmung aufweist, ein ohmscher Rückkopplungsweg von

dem Ausgangsanschluß verbunden sein kann, um das Laden des Referenzkondensators zu unterstützen· Eine mathematische Überprüfung ergibt, daß die Zuwachsfunktion, die durch diesen Rückkopplungsweg entsteht, exponentiell ist, und die Quadratwurzel des Verhältnisses der Kapazität des Referenzkondensators dividiert durch die Kapazität des variablen Kondensators einbezieht; und daß dementsprechend unter Verwendung der richtigen Polarität und der richtigen Größe des Rückkopplungswiderstandes der exponentiell gekrümmte Funktionsverlauf verwendet werden kann, um die leicht entgegengesetzt gekrümmte Kennlinie der unkompensierten Ausgangsspannung zu kompensieren.

Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß ein ohmscher Rückkopplungsschaltkreis vorgesehen ist, der von dem Ausgangsschaltkreis zu dem Referenz spannungspunkt für die Komparatorschaltkreise verbunden ist, welche einem der beiden zu ladenden Kondensatoren zugeordnet sind, wobei ein Spannungsbeiwert mit einer stetigen Krümmung erzeugt wird. Durch Auswahl der richtigen Polarität und Größe für den Rückkopplungswiderstand kann eine weitere Verbesserung der Linearität erreicht werden.

Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich daraus, daß der KorrekturEchaltkreis zunächst eine Erfassung der stetigen Krünumng der Ausgangskennlinie und eine Analyse des Beitrags zu der Ausgangsspannung, der durch das ohmsche Widerstandsnetzwerk erzeugt wird, und eine Festlegung in der Hinsicht vorsieht, daß die stetige Krümmung dieser Beiträge zur Ausgangsspannung gegen die Grundabweichungen von der Linearität der nicht kompensierten Kennlinie derart aufgewogen werden kann, daß ein lineares Ausgangssignal durch die Verwendung eines einfachen ohmschen Rückkopplungsschaltkreises erzeugt werden kann.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines

Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Schaltkreisaufbaus;

Fig. 2 ein detaillierteres Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, in welchem verschiedene jQ Rückkopplungswege für die Linearisierung der

erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt sind;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Kennlinie der Ausgangsspannung, abgetragen über dem Druck in einem nicht kompensierten kapazitivem Druck-

Meßwertwandler system; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung mehrerer Kurven der

Linearitätsabweichung bei einem nicht kompensiertenMeßwertwandlersystem und bei verschiedenen

erfindungsgemäß kompensierten Meßwertwandlersyste men.

Anhand von Fig. 1 wird zunächst der grundsätzliche Schaltkreisaufbau erläutert. Der Kondensator C stellt den variablen Kondensator dar, dessen Kapazität sich bei Druckänderungen erheblich ändert. Dieser Kondensator kann beispielsweise von der Art sein, wie sie in der US-PS 42 27 419 beschrieben ist, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird. Der Referenzkondensator, der in Fig. 1 als eine Parallelschaltung von C₀₀ und C „ - und in Fig. 2 als einzelner Kondensator C_, - dargestellt ist, weist eine konstante Kapazität auf, oder ändert seine Kapazität in geringem Maße im Vergleich mit den Änderungen des Kondensators C bei Druckänderungen„ In der praktischen Ausführung kann der Referenzkondensator an demselben Aufbau wie der Kondensator C_p befestigt sein, jedoch ai einer Stelle, an welcher Druckänderungen die Kapazität

Λ-

dieses Referenzkondensators nicht wesentlich ändern. Dementsprechend kann der Referenzkondensator beispielsweise durch räumlich getrennte ,einander gegenüberliegende leitfähige Beschichtungen realisiert werden, die auf demselben Aufbau wie der variable Kondensator C , aber an einer Stelle an dem Umfang oder unterhalb des Normalumfanges der Membran befestigt werden, auf welcher eine leitfähige Beschichtung gehalten ist, die einen Teil der leitfähigen Kapazität bildet.

Wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein Frequenzgenerator 12, der dem Referenzkondensator oder den Referenzkondensatoren zugeordnet ist, ein Frequenzgenerator 14, ein Phasendetektor und Frequenz-Spannung-Wandler 16, ein Operationsverstärker 18 und ein Ausgangsschaltkreis 20 vorgesehen, mit welchen die variable Ausgangsspannung auf einer Leitung 2 2 in ein Signal auf einer Leitung 24 umwandelbar ist, welches frequenzvariabel ist.. Ein ohmscher Rückkopplungsschaltkreis 26 weist einen variablen Widerstand R_, auf, der als mit einer Polarität über einen Schalter 28 oder mit der anderen Polarität von der anderen Seite des invertierenden Operationsverstärkers 18 über den Schalter 30 verbunden in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Wie es in Verbindung mit Fig. 2 im einzelnen näher erläutert wird, kann der Rückkopplungsschaltkreis verwendet werden, um den Ladestrom für einen der Kondensatoren zu ändern, oder um die Referenzpegel zu ändern, bei welchem die den Kondensatoren zugeordneten Schaltkreise zu schalten beginnen.

In den Fig. 1 und 2 zeigt dabei die mit einer gestrichelten Linie angedeutete Netzkondensatoranordnung 34, daß der Referenzkondensator und der mit Druck veränderliche Kondensator an einer einzigen Stelle oder auf einem einzigen Substrat befestigt sind. Damit wird der Zweck verfolgt, das aufwendige Verfahren zu vermeiden, um das Verhältnis von C zu C extern in Übereinstimmung zu bringen, und um Kapazitätsabweichungen als Ergebnis von

thermischen Änderungen zu vermeiden.

In Fig. 2 legt . eine Stromquelle 3 6 Ladestrom entweder an den variablen Kondensator C oder an den Referenzkondensator C unter Steuerung durch einen Schalter 38 an. Der Schalter 38 wird unter Steuerung durch ein Flip-Flop oder einen bistabilen Multivibrator 40 betätigt. Unter der Annahme, daß der Referenzkondensator C_, geladen wird, wenn er einen vorgegebenen Spannungspegel er-

IQ reicht hat, wie er auf einer Eingangsleitung 42 für einen Komparator-Detektor 44 vorgesehen wird, wird ein Signal auf einer Leitung 4 6 derart erzeugt, daß der Zustand des Flip-Flops 40 geändert wird. Dadurch wird wiederum der Zustand des Schalters 38 derart geändert, daß der Strom aus der Stromquelle 36 so geleitet wird, daß er den mit Druck variablen Kondensator C anstelle des Referenzkondensators C auflädt. Wenn der variable Kondensator C auf einen vorgegebenen Spannungspegel aufgeladen ist, wie er auf einer Leitung 48 für einen Komparator/Detektor 50 festgelegt ist, wird ein Ausgangssignal auf eine Leitung 52 zu dem Flip-Flop 40 gelegt, um dessen Zustand zu ändern. Durch diesen Vorgang wird wiederum der Zustand des Schalters 38 umgekehrt und der Strom wird so geleitet, daß er erneut den Referenzkondensator C auflädt.

ti

Das Ausgangssignal des Flip-Flops 40 erscheint auf einer Leitung 54 in einer Rechteck-Signalform, wobei jedoch die Länge der positiven und negativen Impulsabschnitte in dem Signalverlauf in der Kapazität von C und C ab-

r Ja

hängt. Wenn der Druck ansteigt und die Kapazität des variablen Kondensators C sich erhöht, dauert es länger, den Kondensator C auf den Referenzspannungspegel aufzuladen, und der Abschnitt des Zyklus des Flip-Flops 40, der von dem Laden des variablen Kondensators C abhängt, wird verlängert, damit die Spannung auf C den vorgegebenen Wert erreichen kann. Die Leitung 54 leitet das Ausgangssignal von dem Flip-Flop 40 zu dem Detektor

58 für das Tastverhältnis, von welchem das Ausgangssignal durch einen Integrierschaltkreis 60 in einen sich langsam ändernden Gleichstrompegel umgewandelt wird. Dadurch ändert sich das Signal auf einer Leitung 62 zu einem Operationsverstärker 64 in seiner Amplitude bei der Änderung der Kapazität des Kondensators C . Dementsprechend ist das Ausgangssignal eines letzten Operationsverstärkers 66 eine positive Spannung, die sich im wesentlichen linear mit dem Druck ändert, wie es durch eine gekrümmte Kennlinie 68 in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Kennlinie 68 ist leicht nach oben gekrümmt, und die Krümmung kann deutlicher anhand der geraden, strichpunktierten Linie 70 festgestellt werden, die zwischen Punkten 72 und 74 in der Kennlinie 68 der Spannung über dem Druck in Fig. 3 dargestellt ist. Obwohl diese Abweichung von der Linearität relativ gering ist, ist sie für hochpräzise Anwendungen erheblich größer, als es wünschenswert wäre, und der weiter unten zu beschreibende Rückkopplungsschaltkreis kompensiert diese Linearitätsabweichung in einem erheblichen Ausmaß.

Was die zu verwendenden Rückkopplungsschaltkreise angeht, ist festzuhalten, daß der zunächst zu betrachtende, erste Rückkopplungsschaltkreise einen Rückkopplungswiderstand 70 aufweist,- der mittels eines Schalters 7 4 zwischen einem Ausgangsanschluß 76 und einem Anschluß 78 derart verbindbar ist, daß er den Referenzkondensator Q. parallel den von der Stromquelle 36 über den Schalter 38 fließenden Strom auflädt.

Beim Fehlen des Rückkopplungswiderstandes 72 kann die mathematische Formel für die Ausgangsspannung V , wie unten in Gleichung (1) angegeben werden, wobei es sich hier um eine leichte Vereinfachung der Gleichung 1 in Spalte 4 der US-PS 42 27 419 handelt:

V =
ο

^bl^Vcc ~ 2~Ö. ^Vcc
P

In der obigen Gleichung (1) sind b, und b„ Konstanten, und V ist die Versorgungsspannung für den Schaltkreis.

CC

Gleichung (1) kann in einer leicht abgeänderten Form wie folgt geschrieben werden:

ir- -^- ^Vcc>

Dabei sind I und I Ladeströme für den variablen Kondensator C bzw. C_.

ir JH

Wenn der Rückkopplungswiderstand 72, der auch als R

Γ Di bezeichnet wird, so am Ausgang angeordnet wird, daß er das Laden des Referenzkondensators C_n unterstützt, wird

JK

der Strom I durch die folgende Gleichung angegeben:

JK

Dabei ist der Widerstandwert des Rückkopplungwiderstandes 25

	V O	^b2	V cc	¹P
τ —		2
¹R	^Rf

mit R_f bezeichnet.

Wenn die Gleichung (3) zu der Gleichung (2) hinzuäddiert wird und nach V aufgelöst wird, ergibt sich die Übertragungsgleichung, die den Beitrag des zusätzlichen Rückkopplungsstroms anzeigt, in folgender Form: 30

^CR N ^²

(Konstante, R

V FC

(4)

Nun ist die Gleichung (4) von exponentieller Form und bezieht die Quadratwurzel des Verhältnisses des Referenzkondensators zu dem druckvariablen Kondensator ein. Eine Quadratwurzelfunktion hat eine nach unten geneigte Krüm-

mung relativ zu einer geraden Linie, verglichen mit der leichten Krümmung nach oben, wie sie in Fig. 3 für die unkompensierte Kennlinie dargestellt ist. Dementsprechend ergibt eine Kombination der Gleichung (4) und Gleichung (2) eine im wesentlichen gerade Kennlinie, wenn der Wert des Kopplungswiderstandes R_pB-, so gewählt wird, daß er einen geeigneten Wert hat, um den richtigen Betrag des Kompensationsstromes zu erzeugen. Dies wird in Fig. 2 durch den variablen Rückkopplungwiderstand 72 dargestellt, obwohl in der praktischen Realisierung eine Mehrzahl von Rückkopplungwiderständen verwendet werden, und der geeignete Widerstandswertfür eine Linearisierung ausgewählt wird. Bei Verwendung eines variablen Kondensators, bei welchem die Kapazität sich im Bereich zwischen 60 und 90 pF um 15 oder 20 pF ändert, bei Verwendung eines vergleichbaren Referenzkondensators und eines integrierten Schaltkreises, wie beispielsweise des Bausteines der Firma Motorola, Teil Nr. CCF 7416, wurde festgestellt, daß ein Rüökkopplungwiderstand in der Größenordnung von 4 Megaohm eine erheblich verbesserte Linearisierung schuf.

In Fig. 4 ist ein Diagramm 82 dargestellt, in welchem die Abweichungen von der Linearität oder Abweichungen von einer "optimal angepaßten" geraden Linie durch die Kennlinie 82 für den unkompensierten Meßwertwandler eingetragen sind. Die Kompensation durch den Widerstand 72, die die Abweichungen von der Linearität erheblich vermindert, ist durch die Kennlinie 84 dargestellt.

Auf der Grundlage von prozentualen Verhältnissen beträgt der Linearitätsfehler der unkompensierten Kennlinie 1,094%, verglichen mit einem Fehler von 0,076% für die Kennlinie 84. Es ist bemerkenswert, daß dieses eine dramatische Verbesserung der Linearität um mehr als eine Größenordnung, oder eine Verbesserung der Linearität um einen Faktor von mehr als 15 bedeutet.

Ein alternativer Rückkopplungsweg mit einem Widerstand und einem Schalter 88 verläuft von einem Anschluß 90 am Ausgang des Operationsverstärkers 64 zu einem Anschluß 92 und schafft eine Referenz-Eingangsspannung auf der Leitung 42, die mit dem Komparator/Detektor 44 verbunden ist. Nebenbei bemerkt findet eine Polaritätsumkehr zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 64 und dem des Operationsverstärkers 66 statt. Wenn es dementsprechend gewünscht ist, eine Rückkopplung von einer Polaritat zu erzeugen, kann der Anschluß 90 verwendet werden, während für die andere Polarität der Anschluß 76 verwendet werden kann. Alternativ kann ein getrennter invertierender Verstärker, der mit dem Anschluß 90 verbunden ist, verwendet werden, um jede mögliche gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Rückkopplungsschaltkreis und dem Ausgangsschaltkreis zu vermeiden; diese müssen in einem normalen Schaltkreiszustand als im wesentlichen äquivalent zueinander angesehen werden.

Bei einer Betrachtung der Wirkung der Rückkopplung über den Widerstand 86 ergibt eine mathematische Analyse eine resultierende Gleichung in folgender Form:

^bl ^Vcc - ^b2

Bei der Betrachtung dieser Gleichung kann festgestellt werden, daß, wenn der Rückkopplungswiderstand R™-, nicht

r HZ

vorhanden ist, oder der Widerstandswert unendlich wird, der Ausdruck mit R₁,,,,-. im Nenner herausfällt und die Gleichung in die in Gleichung (1) dargestellte Form, über

führt wird. Wenn jedoch R₁^₀₀ einen unendlichen Wert auf-

r oZ

weist, weist der Ausdruck das Quadrat des Kehrwertes des mit Druck veränderlichen Kondensators auf, und hat somit eine konvexe Kennlinie, wenn eine positive Rückkopp-

lung von dem Ausgangsanschluß 76 verwendet wird. Durch Rückkopplung von dem Ausgangsanschluß 90, der eine umgekehrte Polarität zu dem Ausgangsanschluß 76 hat, wird ein nach unten gekrümmter Beitrag eingebracht, und wiederum wird eine Korrektur erreicht.

Bezüglich der Größe der Korrektur wird beispielsweise bei Verwendung eines Widerstandes von 5 Kiloohm für den Rückkopplungswiderstand 86 die Korrekturkennlinie 102 erreicht, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die maximale Abweichung von der Linearität wurde zu 0,163% berechnet. Dieses ist selbstverständlich 6,7mal besser als die maximimale Abweichung von der Linearität von 1,094% für die unkompensierte Einrichtung.

Der Vollständigkeit halber sind die Tabellen I und II weiter unten dargestellt, um gemessene Ausgangsspannungen bei verschiedenen Druckpegeln darzustellen, wobei ein festeingestellter Referenzkondensator und ein mit Druck veränderlicher Kondensator mit Membran derart verwendet wird, wie er in der US-PS 42 27 419 beschrieben ist; wobei jedoch kein kleiner veränderlicher Zweitkondensator verwendet wird. Die Tabelle I bezieht sich auf die Strom-Rückkopplungsanordnung mit dem Widerstand 72, während die Tabelle II sich auf den Spannungs-Rückkopplungsschalt kreis mit dem Rückkopplungswiderstand 86 bezieht. Zusätzlich sind unter den tatsächlichen Spannungen in bestimmten Fällen in Klammern die Spannungsabweichungen von der "optimal angepaßten" geraden Linie angegeben.

In der obigen Beschreibung wurde die Verwendung des Rückkopplungswiderstandes 72 zur Erzeugung der Stromrückkopplung zu dem Anschluß 78 und die Verwendung des Widerstandes 86 zur Erzeugung einer Spannungspegel-Rückkopplung zu dem Anschluß 92 eingehend erörtert. In beiden Fällen wurde angenommen, daß die unkompensierte Ausgangskennlinie bei Druckänderungen eine Krümmung nacn oben aufwies und der Beitrag der Rückkopplung wurde so

bestimmt, daß er eine erwünschte Krümmung nach unten und eine erwünschte Größe aufwies, um diese Krümmung nach oben zu korrigieren.

Tabelle I

Ausgangsspannung bei Verwendung des Strom-Rückkopplungswiderstandes 86

Druck (KPa)

R_. 17 41 58 88 105 r

Keine komp. 1.479 3.083 4.26 6.437 7.740

.(+.070) (-.035) (-.068) (-.029) (+0.062)

3 KiI 1.373 3.100 4.274 6.283 7.394

4 KJt 1.341 3.091 4.312 6.434 7.627

5 KJI 1.438 3.107 4.281 6.351 7.527

(-0.005) (+0.005) (+0.003) (-0.002) (-0.001) 6 K Y-: 1.460 3.098 4.263 6.341 7.535

Tabelle II

Ausgangsspannungen unter Verwendung des Spannungs-Rück-

kopplungswiderstandes 72

Druck (KPa)

88 105

6.317 7.471 6.372 7.574 (-0.009K+0.001) 6.392 7.650

Es wird nun jedoch erwartet, daß bestimmte Typen von Druck-Meßwertwandlern auch eine unkompensierte Krümmung aufweisen könnten, die leicht nach unten von der linearen

	^RF	MJl	17	3,	41	4.	58
3	MJt	1.417	3.	.110	4.	280
4		1.446	.114	(-0.	288
	Mil	(-0.004)	(+0.002)	4.	007
6	1.44	3.	253
	.073

Kennline abweicht, anstelle der Krümmung nach oben, wie oben beschrieben. Bei einem derartigen Fall wäre eine andere Form der Kompensation erforderlich, wie beispielsweise die Verwendung des Rückkopplungswiderstandes 104, der in dem Schaltkreis als durch einen Schalter 106 von dem Ausgangsanschluß 76 zu einem Anschluß 108 derart dargestellt ist, daß er einen zusätzlichen Strom zur Ladung an den variablen Kondensator C anlegt. In ähnlicher Form würde das Anlegen einer Spannung durch einen Kopplungswiderstand 110 und einen Schalter 112 von dem Ausgangsanschluß 76 zu dem Anschluß 92 - an welchem der Schaltpegel des Komparator/Detektors 44 anliegt - einen nach oben gekrümmten Kompensationsbeitrag zu einer Kennlinie erzeugen, die ohne Kompensation nach unten gekrümmt ist.

In Verbindung mit der Darstellung von Fig. 2 sind die Rückkopplungswiderstände als variable Widerstände und mit Schaltern dargestellt. Obwohl zwei dieser Schaltkreir se mit der gleichen Wirkung in Verbindung miteinander verwendet werden könnten, wird in der praktischen Realisierung der gewünschte Widerstandspegel für einen einzigen Widerstandsweg bestimmt,und ein einziger, fester Widerstand wird dauerhaft verbunden, um die gewünschte Kompensation zu erzeugen. Die bevorzugte Schaltkreisanordnung mit Kompensation durch einen Rückkopplungswiderstand ist die mit dem Widerstand 86, der zwischen den Anschlüssen 90 und 92 verbunden ist.

Selbstverständlich dient die obige Darstellung mit den zugehörigen Fig. lediglich der Erläuterung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung. Beispielsweise wäre es auch möglich, zwei Rückkopplufigsschaltkreise in Kombination miteinander zu verwenden; getrennte Kipp-Oszillatorschaltkreise ohne eine gemeinsame Stromquelle könnten in Verbindung mit dem Referenzkondensator und dem mit Druck veränderlichen Kondensator verwendet werden, um eine Gleichspannung zu erzeugen, die sich mit der Kapa-

zität des druckempfindlichen Kondensators ändert; und andere kleinere Schaltkreisabänderungen könnten verwendet werden; hier ist insofern keine Einschränkung zu sehen. Weitere Änderungen, Abwandlungen und Modifikationen sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

P atentansprüche

10

20

f ί^) Einrichtung mit kapazitivem Druck-Meßwertwandler, mit einem Kondensator, dessen Kapazität mit dem jeweils anliegenden Druck veränderlich ist, mit einem Referenzkondensator mit einer im wesentlichen konstanten Kapazität oder einer Kapazität, die sich bei Druckänderungen jeweils nur um einen relativ geringen Betrag ändert, mit einer den Kondensatoren zugeordneten Schaltkreisvorrichtung, mit welcher der Kondensator, dessen Kapazität mit dem jeweils anliegenden Druck veränderlich ist, und der Referenzkondensator ladbar und entladbar sind und mit welcher ein Signal erzeugbar ist, das mit der Kapazität des Kondensators, dessen Kapazität mit dem jeweils anliegenden Druck veränderlich ist, veränderlich ist, mit einer Ausgangsschaltkreisvorrichtung, welche mit der den Kondensatoren zugeordneten Schaltkreisvorrichtung verbunden ist und mit welcher eine Ausgangsspannung erzeugbar ist, die sich im wesentlichen linear mit Druckänderungen ändert, die jedoch ohne Kompensation eine geringe Abweichungen von der Linearität erzeugende stetige Krümmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplungsvorrichtung vorgesehen ist,

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mit welcher ein Teil des Ausgangssignales der den Kondensatoren zugeordneten Schaltkreisvorrichtung (12-16) derart rückkoppelbar ist, daß ein Zusatz-Ausgangssignal mit einer Polarität und Größe erzeugt wird, mit welcher die geringen Abweichungen von der Linearität im wesentlichen kompensierbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kondensatoren zugeordnete Schaltkreisvorrichtung,

a) eine erste Schaltkreisvorrichtung (50), die mit dem Kondensator, dessen Kapazität mit dem jeweils anliegenden Druck veränderlich ist, für das Laden dieses Kondensators mit einem vorgegebenen Strom auf einen vorgegebenen Referenzspannungspegel zugeordnet ist, und mit welcher ein erstes Zeitsteuersignal erzeugbar ist, wenn der vorgegebene Referenzspannungspegel erreicht ist,

b) eine zweite Schaltkreisvorrichtung (44), die den Referenzkondensator für das Laden des Referenzkondensators mit einem vorgegebenen Strom auf einen vorgegebenen Referenzspannungspegel zugeordnet ist, _und mit welcher ein zweites Zeitsteuersignal erzeugbar ist, wenn der vorgegebene Referenzspannungspegel erreicht ist,

c) eine Stromquelle (36),
30

d) eine Schaltvorrichtung (38), mit welcher Strom von der Stromquelle (36) alternativ zu dem Kondensator, dessen Kapazität mit dem jeweils anliegenden Druck veränderlich ist, oder dem Referenzkondensator zu-

leitbar ist,

e) und eine bistabile Schaltkreisvorrichtung (40) auf-

weist, die auf das erste und das zweite Zeitsteuersignal mit Zustandsänderung und Zustandsumkehr der Schaltvorrichtung (38) zur Änderung des Stromflusses anspricht, und daß die Rückkopplungsvorrichtung von dem Ausgangsanschluß der Ausgangsschaltkreisvorrichtung zu mindestens einem der ersten und der zweiten, den Kondensatoren zugeordneten Schaltkreisvorrichtungen (50, 44) verbunden ist, mit welcher die Zeit für das Laden mindestens eines der Kondensatoren zusätzlich oder inkrementell änderbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltkreisvorrichtung (18 - 24) eine Schaltkreisvorrichtung (58 - 62) mit Detektor und Integrierglied, mit welcher der Ausgangsimpuls der bistabilen Schaltkreisvorrichtung (40) empfangbar und in ein elektrisches Gleichspannungssignal umwandelbar ist, und eine Verstärkervorrichtung aufweist, mit welcher das elektrische Gleichspannungssignal in ein Ausgangssignal der Einrichtung verstärkbar ist, welches sich im wesentlichen linear mit Druckänderungen ändert, jedoch ohne Kompensation eine im wesentlichen stetige Krümmung mit geringeren Abweichungen von der Linearität aufweist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsvorrichtung eine Änderungsvorrichtung aufweist, mit welcher der Ladestrom für mindestens einen der Kondensatoren bei Änderungen der Ausgangsspannung der Einrichtung zunehmend oder inkrementell änderbar ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsvorrichtung eine Änderungsvorrichtung aufweist, mit welcher der Referenzpegel, auf welchen mindestens einer der Kondensatoren aufgeladen wird, bei Änderungen der Ausgangsspannung der Einrichtung zunehmend änderbar

ist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsvorrichtung einen rein ohmschen Strompfad aufweist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkondensator und der Kondensator, dessen Kapazität mit dem jeweils anliegenden Druck veränderlich ist, auf derselben Stützvorrichtung befestigt sind und Temperaturunterschiede minimiert werden.