DE3528416A1 - Auswerteschaltung fuer einen kapazitiven sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor mit zwei Meßkondensatoren, deren Kapazitäten von einer zu erfassenden physikalischen Größe abhängen und die mit einem Oszillator verbunden sind, der ein Signal mit einem von den Kapazitäten der beiden Meßkondensatoren abhängigen Wert liefert.

Derartige Auswerteschaltungen werden beispielsweise dazu verwendet, den von einem kapazitiven Differenzdrucksensor erfaßten Differenzdruck zu bestimmen, indem die druckbe­ dingten Kapazitätsänderungen zweier im Differenzdrucksen­ sor enthaltener Meßkondensatoren ausgewertet werden.

Aus der DE-PS 23 46 307 ist eine Auswerteschaltung ein­ gangs genannter Art für einen kapazitiven Sensor bekannt, dessen Meßkondensatoren von einer Konstantstromquelle gespeist werden, die aus analogen Bauelementen besteht. Die sich an den Meßkondensatoren ergebenden Spannungen sind abhängig von deren Kapazitäten, die sich mit einer zu erfassenden physikalischen Größe ändern. Die Spannungen werden einem analogen Summierglied zugeführt, das aus­ gangsseitig an einen Schmitt-Trigger angeschlossen ist. Der Ausgang des als analoge Schaltung ausgebildeten Schmitt-Triggers ist auf die Eingänge der Konstantstrom­ quellen rückgekoppelt. Erreicht die im Summierglied gebil­ dete Summe der Kondensatorspannungen den positiven Schwellwert des Schmitt-Triggers, schaltet dieser um und speist die Konstantstromquellen solange mit einer negati­ ven Spannung, bis die Summe der Kondensatorspannungen den negativen Schwellwert erreicht und den Schmitt-Trigger wieder zurückschaltet. Auf diese Weise ergibt sich eine selbständig oszillierende Schaltung, deren Schwingfrequenz von den Kapazitäten der Meßkondensatoren und damit von der zu erfassenden physikalischen Größe abhängt. Die Ausgangs­ spannungen der analogen Schaltungselemente der Auswerte­ schaltung weisen eine von der Temperatur abhängige Spannungsänderung auf, welche die Frequenz verändert und damit das Meßergebnis verfälscht. Außerdem enthalten die Schaltungselemente analoge Verstärker, deren temperaturabhängiges Schalt- bzw. Frequenzverhalten sowie deren Offsetspannungen ebenfalls zu einer Veränderung der Schwingfrequenz und damit zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen. Die Herstellung einer aus diskreten, analogen Bauelementen bestehenden Schaltung ist zudem relativ teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitgehend fehlerfrei arbeitende und preisgünstig herstellbare Auswerteschaltung mit geringem Stromverbrauch für kapazitive Sensoren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Auswerteschaltung eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß der Oszillator aus einer ersten und einer zweiten, mit je einem Meßkondensator verbundenen monostabilen Kippschaltung besteht, die Impul­ se mit einer zur Kapazität der Kondensatoren proportiona­ len Dauer liefern, wobei ein Ausgang der ersten bzw. zweiten Kippschaltung mit einem Eingang der zweiten bzw. ersten Kippschaltung derart verbunden ist, daß das Ende eines Impulses der einen Kippschaltung die Erzeugung eines Impulses durch die andere Kippschaltung auslöst, daß der Ausgang der ersten bzw. zweiten Kippschaltung mit dem Eingang eines ersten bzw. zweiten Impulsdauerdemodulators verbunden ist, der aus den von der ersten bzw. zweiten Kippschaltung gelieferten Impulsen eine Gleichspannung erzeugt, deren Wert gleich dem reziproken Wert der Dauer der von der ersten bzw. zweiten Kippschaltung gelieferten Impulse ist, und daß die Impulsdauerdemodulatoren aus­ gangsseitig mit einem Subtrahierglied verbunden sind, das die Differenz der Gleichspannungswerte ermittelt.

Die Auswerteschaltung, die ein Gleichspannungssignal mit einem der Differenz der reziproken Kapazitätswerte der Meßkondensatoren entsprechenden Wert erzeugt, besteht fast ausschließlich aus digitalen Schaltungselementen, bei denen keine Drift aufgrund von Temperaturschwankungen bzw. von Offsetspannungen auftritt und die somit weitge­ hend fehlerfrei arbeiten. Außerdem ist die Auswert­ schaltung vollständig integrierbar und somit preisgünstig herstellbar. Die Auswerteschaltung hat zudem den Vorteil, daß sie nur einen sehr geringen Energiebedarf hat, so daß als Energiequelle Solarzellen oder kleine Lithiumbatterien ausreichen.

Vorteilhaft ist es, wenn der erste bzw. zweite Impuls­ dauerdemodulator eine dritte bzw. vierte monostabile Kippschaltung enthält, deren Eingang mit dem Eingang des Impulsdauerdemodulators verbunden ist, deren Einschalt­ dauer kürzer als diejenige der ersten bzw. zweiten Kipp­ schaltung ist und die ausgangsseitig mit dem Steuereingang eines ersten bzw. zweiten elektrisch steuerbaren Umschal­ ters verbunden ist, dessen Ruhekontakt an Masse, dessen Einschaltkontakt an eine Klemme einer Referenzspannungs­ quelle und dessen Ausgangskontakt an einen ersten Schalt­ kontakt eines ersten bzw. zweiten elektrisch steuerbaren Schließers angeschlossen ist, dessen Steuereingang mit dem Eingang des ersten bzw. zweiten Impulsdauerdemodulators und dessen zweiter Schaltkontakt mit dem Eingang eines ersten bzw. zweiten Tiefpasses verbunden ist, das ausgangsseitig über je einen Spannungsfolger an das Subtrahierglied angeschlossen ist. Der einfach aufgebaute und zuverlässig arbeitende Impulsdauerdemodulator erzeugt eine Gleichspannung, deren Wert proportional dem rezipro­ len Wert der Dauer der von der ersten bzw. zweiten mono­ stabilen Kippschaltung erzeugten und dem Steuereingang des ersten bzw. zweiten Schließers zugeführten Impulse ist.

Die Auswerteschaltung läßt sich weiter vereinfachen, wenn die beiden Impulsdauerdemodulatoren eine Demodulatorschal­ tung bilden, die anstelle der dritten bzw. vierten Kippschaltung und des ersten bzw. zweiten Umschalters ein von der ersten und zweiten monostabilen Kippschaltung über je ein Differenzierglied mit nachgeschaltetem Gleichrich­ ter angesteuertes NOR-Glied enthält, das ausgangsseitig mit dem invertierenden Eingang einer fünften monostabilen Kippschaltung verbunden ist, deren Einschaltdauer kürzer als diejenige der ersten oder zweiten Kippschaltung ist und die ausgangsseitig mit dem Steuereingang eines dritten elektrisch steuerbaren Umschalters verbunden ist, dessen Ruhekontakt an Masse, dessen Einschaltkontakt an eine Klemme einer Referenzspannungsquelle und dessen Ausgangs­ kontakt an die ersten Schaltkontakte des ersten und zweiten Schließers angeschlossen ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn der Ausgang der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung mit einem ersten Eingang eines ersten bzw. zweiten ODER-Gatters und außerdem mit dem invertierenden Eingang einer sechsten bzw. siebten monostabilen Kipp­ schaltung verbunden ist, die einen zweiten Eingang des ersten bzw. zweiten ODER-Gatters ansteuert, dessen Ausgang an den invertierenden Eingang der zweiten bzw. ersten monostabilen Kippschaltung angeschlossen ist, wobei der Ausgang der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung mit dem Steuereingang des ersten bzw. zweiten Schließers und mit je einem Eingang des NOR-Gliedes verbunden ist. Hierbei wird in dem ODER-Gatter zu den von der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung erzeugten Impulsen die von der sechsten bzw. siebten monostabilen Kippschal­ tung erzeugten Impulse hinzugefügt, so daß die Erzeugung eines neuen Impulses in der zweiten bzw. in der ersten monostabilen Kippschaltung um die Einschaltdauer der sechsten bzw. siebten monostabilen Kippschaltung verzögert ausgelöst wird. Somit ergeben sich Pausen zwischen den von der ersten und der zweiten monostabilen Kippschaltung erzeugten Impulse. Das hat den Vorteil, daß Spannungen, die der sich umladende Meßkondensator in den entladenen Meßkondensator eines kapazitiven Differenzdrucksensors kapazitiv einstreut, während der Impulspausen abklingen können, ohne das Meßergebnis zu verfälschen.

Vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine der monostabilen Kippschaltungen ein über ein Negationsglied angesteuertes integrierendes RC-Glied mit einem Integrierkondensator enthält, dem ein elektrisch steuerbarer Schließer parallelgschaltet ist, dessen Steuereingang mit dem Eingang des Negationsgliedes verbunden ist, der den invertierenden Eingang der monostabilen Kippschaltung bildet, wobei der Ausgang des RC-Gliedes mit einem ersten Eingang eines NAND-Gatters und der Eingang des RC-Gliedes mit einem zweiten Eingang des NAND-Gatters und außerdem mit einem ersten Eingang eines UND-Gliedes verbunden ist, dessen zweiter Eingang an dem Ausgang des NAND-Gatters angeschlossen ist und dessen Ausgang der Ausgang der monostabilen Kippschaltung ist. Hierdurch ergibt sich eine monostabile Kippschaltung, die ausschließlich aus integrierbaren digitalen Schaltungselementen besteht und die somit preisgünstig herstellbar ist.

Hierbei kann der Integrierkondensator als Meßkondensator ausgebildet sein, dessen Kapazität von einer zu erfasssen­ den physikalischen Größe abhängt, so daß die monostabile Kippschaltung je nach Anwendungszweck entweder eine kon­ stante oder eine meßwertabhängige Einschaltdauer aufweist.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Auswerteschaltung,

Fig. 2 eine Ausgestaltung eines Impulsdauerdemodulators,

Fig. 3 die Auswerteschaltung mit einer Demodulatorschaltung,

Fig. 4 eine Ausgestaltung des Oszillators,

Fig. 5 eine Ausgestaltung der monostabilen Kippschaltung,

Fig. 6 ein Diagramm der in der monostabilen Kippschaltung auftretenden Impulse.

Die in Fig. 1 dargestellte Auswertschaltung enthält einen Oszillator, der aus einer ersten und einer zweiten monostabilen Kippschaltung 1 und 2 besteht. Die Kipp­ schaltungen 1 und 2 sind als Ring geschaltet, d. h. der Ausgang einer Kippschaltung ist mit dem invertierenden Eingang der jeweils anderen Kippschaltung verbunden. Mit den Kippschaltungen 1 und 2 ist je ein Meßkondensator 3 und 4 verbunden, so daß die monostabilen Kippschaltungen 1 und 2 Impulse mit einer zur Kapazität der Meßkondensatoren proportionalen Dauer liefern. Die monostabilen Kippschal­ tungen 1 und 2 sind ausgangsseitig mit je einem Impuls­ dauerdemodulator 5 und 6 verbunden, die aus den von den Kippschaltungen gelieferten Impulsen Gleichspannungen erzeugen, deren Wert gleich dem reziproken Wert der Dauer der von den Kippschaltungen gelieferten Impulse ist. Die Impulsdauerdemodulatoren 5 und 6 sind ausgangsseitig mit einem Subtrahierglied 7 verbunden, das die Differenz der Werte der von den Impulsdauerdemodulatoren 5 und 6 gelieferten Gleichspannungen bildet und einer Ausgangs­ klemme 8 zuführt.

Die monostabilen Kippschaltungen 1 und 2 des Oszillators sind derart geschaltet, daß das Ende eines Impulses der einen Kippschaltung die Erzeugung eines Impulses durch die andere Kippschaltung auslöst. Hierzu ist der Ausgang der Kippschaltung 1 bzw. 2 mit dem invertierenden Eingang der Kippschaltung 2 bzw. 1 verbunden, so daß die Kippschaltung 1 bzw. 2 immer dann einen neuen Impuls der Kippschaltung 2 bzw. 1 mit einer zur Kapazität des Meßkondensators 4 bzw. 3 proportionalen Dauer auslöst, wenn die Rückflanke des von der Kippschaltung 1 bzw. 2 gelieferten Impulses erscheint.

Der erste bzw. zweite Impulsdauerdemodulator 5 bzw. 6 erzeugt aus den von der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 gelieferten Impulsen eine Gleichspannung, deren Wert gleich dem reziproken Wert der Dauer der gelieferten Impulse und somit gleich der reziproken Kapazität des Meßkondensators 3 bzw. 4 ist. Der Wert der vom Subtrahierglied 7 über die Ausgangsklemme 8 gelieferten Spannung ist somit gleich der Differenz der reziproken Kapazitätswerte der Meßkondensatoren 3 und 4.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung des Impulsdauerdemodu­ lators 5 bzw. 6 mit einer dritten bzw. vierten monosta­ bilen Kippschaltung 9, deren Eingang der Eingang des Impulsdauerdemodulators ist. Ausgangsseitig ist die dritte bzw. vierte monostabile Kippschaltung 9 mit dem Steuer­ eingang eines ersten bzw. zweiten elektrisch steuerbaren Umschalters 10 verbunden. Der Ruhekontakt 11 des Umschalters 10 ist an Masse, der Einschaltkontakt 12 an eine Klemme einer Referenzspannungsquelle 13 und der Ausgangskontakt 14 des Umschalters 10 ist mit dem ersten Schaltkontakt 15 eines ersten bzw. zweiten elektrisch steuerbaren Schließers 16 bzw. 17 verbunden. Der Steuereingang des ersten bzw. zweiten Schließers 16 bzw. 17 ist mit dem Eingang der dritten bzw. vierten monostabilen Kippschaltung 9 verbunden. Der zweite Schaltkontakt 18 des ersten bzw. zweiten Schließers 16 bzw. 17 ist an den Eingang eines ersten bzw. zweiten Tiefpasses 19 bzw. 20 angeschlossen, das ausgangsseitig über je einen Spannungsfolger 21 bzw. 22 an einen Eingang des Subtrahiergliedes 7 angeschlossen ist.

Ein von der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 gelieferter Impuls mit einer von der Kapazität des Meßkondensators 3 bzw. 4 abhängigen Dauer liegt am Eingang des Impulsdauerdemodulators 5 bzw. 6 und damit auch am Eingang der dritten bzw. vierten monostabilen Kippschaltung 9 an. Der Impuls schaltet die Kippschaltung 9 ein und schließt gleichzeitig den Schließer 16 bzw. 17. Der von der Kippschaltung 9 dem Steuereingang des Umschal­ ters 10 zugeführte Impuls mit konstanter Dauer schaltet den Umschalter 10 derart um, daß der Ausgangskontakt 14 und der Einschaltkontakt 12 während einer konstanten Zeit­ spanne miteinander verbunden sind. Während dieser Zeit ist auch der Schließer 16 bzw. 17 geschlossen, so daß dem Tiefpaß 19 bzw. 20 die von der Referenzspannungsquelle 13 erzeugte Spannung mit konstantem Wert zugeführt wird. Der Tiefpaß 19 bzw. 20 wirkt wie ein Integrator und summiert diese Spannung auf. Die Einschaltdauer der Kippschaltung 9 ist kürzer als diejenige der Kippschaltung 1 bzw. 2, die den Schließer 16 bzw. 17 steuert, so daß am Ende desvon der Kippschaltung 9 gelieferten Impulses der Umschalter 10 wieder in die Ruhestellung zurückschaltet, wobei der Ausgangskontakt 14 mit dem Ruhekontakt 11 verbunden ist, während der Schließer 16 bzw. 17 noch geschlossen ist. Somit liegt der Eingang des Tiefpasses 19 bzw. 20 noch solange auf Masse, solange der Schließer 16 bzw. 17 geschlossen ist. Während dieser Zeit wird der Tiefpaß wieder entladen. Die Dauer, während welcher der Schließer 16 bzw. 17 geschlossen ist, ist proportional zur Dauer des von der Kippschaltung 1 bzw. 2 gelieferten Impulses und ist somit proportional zur Kapazität des Meßkondensators 3 bzw. 4. Das heißt, je größer die Kapazität des Meßkonden­ sators 3 bzw. 4 ist, desto länger ist der Schließer 16 bzw. 17 geschlossen und desto mehr wird somit der Tiefpaß 19 bzw. 20 entladen, so daß der Wert der vom Tiefpaß 19 bzw. 20 gelieferten Gleichspannung umgekehrt proportional zur Kapazität des Meßkondensators 3 bzw. 4 ist. Um hierbei zu verhindern, daß der Tiefpaß 19 bzw. 20 ausgangsseitig über das Subtrahierglied 7 entladen wird, wodurch das Meßergebnis verfälscht wird, ist dem Tiefpaß 19 bzw. 20 ein Spannungsfolger 21 bzw. 22 mit einem großen Eingangswiderstand und einem kleinen Ausgangswiderstand nachgeschaltet, der beispielsweise als Operationsverstär­ ker ausgebildet ist, dessen invertierender Eingang und dessen Ausgang elektrisch miteinander verbunden sind.und der über dessen nicht-invertierenden Eingang angesteuert wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Demodulatorschaltung 23 besteht aus den Impulsdauerdemodulatoren 5 und 6, weist aber anstelle der dritten bzw. vierten Kippschaltung 9 und des ersten bzw. zweiten Umschalters 10 ein NOR-Glied 24 mit zwei Eingängen auf, die über je ein Differenzierglied 25 und 26 mit nachgeschalteter Gleichrichterdiode 27 und 28 mit den Ausgängen der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 verbunden sind. Das NOR-Glied 24 ist ausgangsseitig mit dem invertierenden Eingang einer fünften monostabilen Kippschaltung 29 verbunden. Die Einschaltdauer der Kippschaltung 29 ist kürzer als diejenige der ersten bzw. zweiten Kippschaltung 1 bzw. 2.

Ausgangsseitig ist die fünfte monostabile Kippschaltung 29 mit dem Steuereingang 30 eines dritten, elektrisch steuerbaren Umschalters 31 verbunden. Der Ruhekontakt 32 des Umschalters 31 ist an Masse angeschlossen. Der Einschaltkontakt 33 ist mit einer Referenzspannungsquelle 34 verbunden und der Ausgangskontakt 31 a des Umschalters 31 ist an die ersten Schaltkontakte 35 und 36 des ersten und zweiten Schließers 16 und 17 angeschlossen. Die zweiten Schaltkontakte 37 und 38 des ersten und zweiten Schließers 16 und 17 sind jeweils über einen Tiefpaß 19, 20 und einen Spannungsfolger 21, 22 mit dem Subtrahierglied 7 verbunden.

Die erste bzw. zweite monostabile Kippschaltung 1 bzw. 2 liefert Impulse mit einer zur Kapazität des Meßkondensa­ tors 3 bzw. 4 proportionalen Dauer an den Steuereingang des ersten bzw. zweiten Schließers 16 bzw. 17 und an je ein Differenzierglied 25 bzw. 26. Bei den ansteigenden Flanken der von der Kippschaltung 1 bzw. 2 gelieferten Impulse erzeugt das Differenzierglied 25 bzw. 26 positive und bei den abfallenden Flanken negative von Null abwei­ chende Impulse. Die den Differenziergliedern 25 und 26 nachgeschalteten Gleichrichtdioden 27 und 28 lassen nur die positiven Impulse passieren, so daß dem NOR-Glied 24 nur bei den ansteigenden Flanken der von den Kippschaltun­ gen 1 und 2 erzeugten Impulse positive Impulse zugeführt werden. Am Ausgang des NOR-Gliedes 24 liegt ein konstan­ tes, positives Eins-Signal an, das immer dann von einem Null-Impuls unterbrochen wird, wenn an mindestens einem Eingang des NOR-Gliedes 24 ein positiver Impuls anliegt. Diese Nullimpulse haben somit die doppelte Frequenz der von der monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 gelieferten Impulse und werden dem invertierten Eingang der fünften monostabilen Kippschaltung 29 zugeführt, die von den Nullimpulsen eingeschaltet wird. Die Einschaltdauer der monostabilen Kippschaltung 29 ist kürzer als diejenige der monostabilen Kippschaltungen 1 bzw. 2. Wird der Umschalter 31 von der monostabilen Kippschaltung 29 mit einem Impuls angesteuert, verbindet der Umschalter den Einschaltkontakt 33 mit dem Ausgangskontakt 31 a, so daß während der gesamten Einschaltdauer der monostabilen Kippschaltung 29 eine von der Referenzspannungsquelle 34 gelieferte Spannung an den ersten Schaltkontakten 35 und 36 des ersten und zweiten Schließers 16 und 17 anliegt. Während der Einschaltdauer der monostabilen Kippschaltung 29 wird beispielsweise der erste Schließer 16 von einem von der ersten monostabilen Kippschaltung 1 gelieferten Impuls geschlossen, so daß die von der Referenzspannungs­ quelle 34 gelieferte Spannung am Eingang des Tiefpasses 19 anliegt. Hierin wird die Spannung solange aufintegriert, bis die monostabile Kippschaltung 29 ausschaltet und dadurch der Umschalter 31 in die Ruhestellung zurück­ kehrt. Über den Ruhekontakt 32 liegt der Eingang des Tiefpasses 19 nun an Masse, so daß sich der Tiefpaß solange entlädt, bis auch die monostabile Kippschaltung 1 ausschaltet und damit den ersten Schließer 16 öffnet, so daß die Ausgangsspannung des Tiefpasses 19 den nach Auf­ und Abintegration zuletzt erreichten Wert beibehält.

Liefert die monostabile Kippschaltung 2 einen Impuls, wird der Umschalter 31 von der monostabilen Kippschaltung 29 und der zweite Schließer 17 von der monostabilen Kipp­ schaltung 2 eingeschaltet, so daß sich der zweite Tiefpaß 20 auf dieselbe Weise auf- bzw. entlädt wie der erste Tiefpaß 19. Da die Tiefpässe 19 und 20 umso mehr entladen werden, je länger die von den monostabilen Kippschaltungen 1 und 2 gelieferten Impulse sind, welche die Schließer 16 und 17 schließen, ist der Wert der vom ersten bzw. zweiten Tiefpaß 19 bzw. 20 über den Spannungsfolger 21 bzw. 22 dem Subtrahierglied 7 zugeführten Spannung umgekehrt proportional zur Dauer der von der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 gelieferten Impulse und auch umgekehrt proportional zur Kapazität des Meßkon­ dendensators 3 bzw. 4. Somit liefert das Subtrahierglied 7 über dessen Ausgangsklemme 8 ein Gleichspannungssignal, dessen Wert der Differenz der reziproken Kapazitätswerte der Meßkondensatoren 3 und 4 entspricht.

In der in Fig. 4 dargestellten Ausgestaltung des Oszilla­ tors ist der Ausgang der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 mit einem ersten Eingang eines ers­ ten bzw. zweiten ODER-Gatters 39 bzw. 40 verbunden. Weiterhin ist der Ausgang der monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 mit dem invertierenden Eingang einer sechsten bzw. siebten monostabilen Kippschaltung 41 bzw. 42 verbunden, deren Ausgang mit dem zweiten Eingang des ersten bzw. zweiten ODER-Gatters 39 bzw. 40 verbunden ist. Der Ausgang des ODER-Gatters 39 bzw. 40 ist mit dem invertierenden Eingang der zweiten bzw. ersten monostabilen Kippschaltung 2 bzw. 1 verbunden. Der Ausgang der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 ist einerseits mit einem Steuereingang des ersten bzw. zweiten Schließers 16 bzw. 17 und andererseits mit je einem Eingang des NOR-Gliedes 24 verbunden. Wird in der in Fig. 3 darge­ stellten Auswerteschaltung der in Fig. 4 dargestellte Oszillator verwendet, kann auf die Differenzierglieder 25 und 26 und auf die Gleichrichter 27 und 28 verzichtet werden.

Die Rückflanken der von der ersten bzw. zweiten monostabi­ len Kippschaltung 1 bzw. 2 gelieferten Impulse schalten die sechste bzw. siebte monostabile Kippschaltung 41 bzw. 42 ein, so daß sich die von der sechsten bzw. siebten monostabilen Kippschaltung erzeugten Impulse ohne Pause an die von der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1, 2 erzeugten Impulse anschließen. Die dem ersten Eingang des ODER-Gatters 39 bzw. 40 zugeführten Impulse der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 werden durch die von der sechsten bzw. siebten monostabilen Kippschaltung 41 bzw. 42 erzeugten und dem zweiten Eingang des ersten bzw. zweiten ODER-Gatters 39 bzw. 40 zugeführten Impulse verlängert. Dadurch wird bewirkt, daß die zweite bzw. erste monostabile Kippschal­ tung 2 bzw. 1 von den Rückflanken der Impulse der sechsten bzw. siebten monostabilen Kippschaltung 41 bzw. 42 eingeschaltet wird. Da diese Rückflanken um die Einschalt­ dauer der sechsten bzw. siebten monostabilen Kippschaltung 41 bzw. 42 später als die Rückflanken der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung 1 bzw. 2 auftreten, ergeben sich zwischen den von den Kippschaltungen 1 und 2 erzeugten Impulsen Impulspausen, deren Dauer der Ein­ schaltdauer der monostabilen Kippschaltungen 41 und 42 entspricht.

In Fig. 5 ist eine Ausgestaltung einer monostabilen Kipp­ schaltung mit invertierendem Eingang und einem Integrier­ kondensator 43 dargestellt, der je nach Anwendung eine konstante oder eine einstellbare Kapazität aufweisen kann. Sind beispielsweise die monostabilen Kippschaltungen 1 und 2 wie in Fig. 5 dargestellt ausgebildet, kann der Integrierkondensator 43 ein Meßkondensator 3 bzw. 4 sein.

Die Kippschaltung weist ein Negationsglied 44 auf, dessen Eingang der invertierende Eingang der Kippschaltung ist, der mit dem Steuereingang eines elektrisch steuerbaren Schließers 45 verbunden ist. Der Schließer 45 ist dem Integrierkondensator 43 parallel geschaltet. Der Ausgang des Negationsgliedes 44 ist mit dem Eingang eines integrierenden RC-Gliedes verbunden, das aus einem ohm′schen Widerstand 46 und dem Integrierkondensator 43 besteht. Der den Ausgang des RC-Gliedes bildende Verbin­ dungspunkt des ohm′schen Widerstandes 46 und des Integrierkondensators 43 ist mit einem ersten Eingang eines NAND-Gatters 47 verbunden, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des Negationsgliedes 44 und damit an den Eingang des RC-Gliedes 43, 46 angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen Negationsglied 44 und RC-Glied 43, 46 ist außerdem mit einem ersten Eingang eines UND-Gliedes 48 verbunden, dessen zweiter Eingang von dem NAND-Gatter 47 angesteuert wird. Der Ausgang des UND-Gliedes 48 ist der Ausgang der in Fig. 5 dargestellten monostabilen Kippschaltung.

Die Funktionsweise der in Fig. 5 dargestellten monostabi­ len Kippschaltung wird anhand des in Fig. 6 dargestellten Impulsdiagrammes erläutert. Liegt beispielsweise am Eingang der monostabilen Kippschaltung bis zum Zeitpunkt t₀ der Impuls a an, ist bis zu diesem Zeitpunkt der Schließer 45 geschlossen. Nach Negation durch das Negationsglied 44 ergibt sich aus dem Impuls a der Impuls b. Dieser Impuls liegt am ohm′schen Widerstand 46 des integrierenden RC-Gliedes 43, 46 an und bewirkt vom Zeitpunkt t₀ an ein Aufladen des Integrierkondensators 43, so daß die am Verbindungspunkt des ohm′schen Wider­ standes 46 und des Integrierkondensators 43 meßbare Spannung die unter c dargestellte Form aufweist. Die Impulse b und c liegen an je einem Eingang des NAND-Gatters 47 an, das lediglich dann ein Null-Signal erzeugt, wenn an seinen beiden Eingängen ein Eins-Signal anliegt. Andernfalls liefert das NAND-Gatter 47 ein Eins-Signal. Übersteigt die Spannung c des Integrierkon­ densators 43 den Schwellwert 49 des NAND-Gatters 47, haben beiden Signale b und c den Wert 1, so daß am Ausgang des NAND-Gatters 47 ein Null-Signal d anliegt. Die Zeit, innerhalb welcher die Spannung c am Integrierkondensator 43 den Schwellwert 49 erreicht, so daß die Ausgangsspan­ nung d des NAND-Gatters 47 zu Null wird, ist umso länger, je größer die Kapazität des Integrierkondensators 43 ist. An einem Eingang des UND-Gliedes 48 liegt das Signal b an, während an dem anderen Eingang des UND-Gliedes 48 das Signal d anliegt. Das Ausgangssignal e des UND-Gliedes 48 weist somit einen Eins-Wert auf, solange an beiden Eingän­ gen ein Eins-Signal anliegt. Da das Signal d um eine zur Kapazität des Integrierkondensators 43 proportionale Zeit­ spanne später zu Null wird als das Signal b einen Eins-Wert annimmt, ist die Dauer des vom UND-Glied 48 erzeugten Impulses e proportional zur Kapazität des Integrierkondensators 43. Ist diese Kapazität konstant, ist auch die Dauer des Impulses e konstant. Die Dauer des Impulses e ist einstellbar, wenn der Integrierkondensator 43 eine einstellbare Kapazität aufweist. Die Dauer des Impulses e entspricht einer zu erfassenden physikalischen Größe, wenn der Integrierkondensator 43 ein Meßkondensator 3 bzw. 4 ist, dessen Kapazität von der zu erfassenden physikalischen Größe abhängt.

Claims (5)

1. Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor mit zwei Meßkondensatoren (3, 4), deren Kapazitäten von einer zu erfassenden physikalischen Größe abhängen und die mit einem Oszillator verbunden sind, der ein Signal mit einem von den Kapazitäten der beiden Meßkondensatoren abhängigen Wert liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator aus einer ersten und einer zweiten, mit je einem Meßkon­ densator (3, 4) verbundenen monostabilen Kippschaltung (1, 2) besteht, die Impulse mit einer zur Kapazität der Kondensatoren (3, 4) proportionalen Dauer liefern, wobei der Ausgang der ersten bzw. zweiten Kippschaltung mit einem Eingang der zweiten bzw. ersten Kippschaltung derart verbunden ist, daß das Ende eines Impulses der einen Kipp­ schaltung die Erzeugung eines Impulses durch die andere Kippschaltung auslöst, daß der Ausgang der ersten bzw. zweiten Kippschaltung (1, 2) mit dem Eingang eines ersten bzw. zweiten Impulsdauerdemodulators (5, 6) verbunden ist, der aus den von der ersten bzw. zweiten Kippschaltung (1, 2) gelieferten Impulse eine Gleichspannung erzeugt, deren Wert gleich dem reziproken Wert der Dauer der von der ersten bzw. zweiten Kippschaltung gelieferten Impulsen ist, und daß die Impulsdauerdemodulatoren (5, 6) ausgangs­ seitig mit einem Subtrahierglied (7) verbunden sind, das die Differenz der Gleichspannungswerte ermittelt.

2. Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste bzw. zweite Impulsdauerdemo­ dulator (5, 6) eine dritte bzw. vierte monostabile Kippschaltung (9) enthält, deren Eingang der Eingang des Impulsdauerdemodulators ist, deren Einschaltdauer kürzer als diejenige der ersten bzw. zweiten Kippschaltung (1, 2) ist und die ausgangsseitig mit dem Steuereingang eines ersten bzw. zweiten elektrisch steuerbaren Umschalters (10) verbunden ist, dessen Ruhekontakt (11) an Masse, dessen Einschaltkontakt (12) an eine Klemme einer Referenzspannungsquelle (13) und dessen Ausgangskontakt (14) an einen ersten Schaltkontakt (15) eines ersten bzw. zweiten elektrisch steuerbaren Schließers (16, 17) angeschlossen ist, dessen Steuereingang mit dem Eingang des ersten bzw. zweiten Impulsdauerdemodulators und dessen zweiter Schaltkontakt (18) mit dem Eingang eines ersten bzw. zweiten Tiefpasses (19, 20) verbunden ist, der ausgangsseitig über je einen Spannungsfolger (21, 22) an das Subtrahierglied (7) angeschlossen ist.

3. Auswerteschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Impulsdauerdemodulatoren (5, 6) eine Demodulatorschaltung (23) bilden, die anstelle der dritten bzw. vierten Kippschaltung (9) und des ersten bzw. zweiten Umschalters (10) ein von der ersten und zweiten monostabilen Kippschaltung (1, 2) über je ein Differenzierglied (25, 26) mit nachgeschaltetem Gleichrich­ ter (27, 28) angesteuertes NOR-Glied (24) enthält, das ausgangsseitig mit dem invertierenden Eingang einer fünften monostabilen Kippschaltung (29) verbunden ist, deren Einschaltdauer kürzer als diejenige der ersten bzw. zweiten Kippschaltung (1, 2) ist und die ausgangsseitig mit dem Steuereingang eines dritten, elektrisch steuerbaren Umschalters (31) verbunden ist, dessen Ruhekontakt (32) an Masse, dessen Einschaltkontakt (33) an eine Klemme einer Referenzspannungsquelle (34) und dessen Ausgangskontakt (31 a) an die ersten Schaltkontakte (35, 36) des ersten und zweiten Schließers (16, 17) angeschlossen ist.

4. Auswerteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung (1, 2) mit einem ersten Eingang eines ersten bzw. zweiten ODER-Gatters (39, 40) und außerdem mit dem invertierenden Eingang einer sechsten bzw. siebten monostabilen Kippschaltung (41, 42) verbunden ist, die einen zweiten Eingang des ersten bzw. zweiten ODER-Gatters (39, 40) ansteuert, dessen Ausgang an den invertierenden Eingang der zweiten bzw. ersten monostabi­ len Kippschaltung (1, 2) angeschlossen ist, wobei der Ausgang der ersten bzw. zweiten monostabilen Kippschaltung (1, 2) mit dem Steuereingang des ersten bzw. zweiten Schließers (16, 17) und mit je einem Eingang des NOR-Gliedes (24) verbunden ist.

5. Auswerteschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der monostabilen Kippschaltungen ein über ein Negationsglied (44) angesteuertes integrierendes RC-Glied (43, 46) mit einem Integrierkondensator (43) enthält, dem ein elektrisch steuerbarer Schließer (45) parallel geschaltet ist, dessen Steuereingang mit dem Eingang des Negationsgliedes (44) verbunden ist, der den invertierenden Eingang der monostabilen Kippschaltung bildet, wobei der Ausgang des RC-Gliedes (43, 46) mit einem ersten Eingang eines NAND-Gatters (47) und der Eingang des RC-Gliedes (43, 46) mit einem zweiten Eingang des NAND-Gatters (47) und außerdem mit einem ersten Eingang eines UND-Gliedes (48) verbunden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang des NAND-Gatters (47) angeschlossen ist und dessen Ausgang der Ausgang der monostabilen Kippschaltung ist.