DE3528416C2 - Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor - Google Patents
Auswerteschaltung für einen kapazitiven SensorInfo
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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 mittels der Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis
4 angegeben.
Es ist noch zu erwähnen, daß in der DE-OS 18 07 038 eine
von der Lösung nach der Erfindung dahingehend stark ab
weichende Auswerteschaltung beschrieben ist, daß anstatt
der beiden rückgekoppelten monostabilen Kippschaltungen
entsprechend der Erfindung ein RS-Flip-Flop und vorgesehen
sind. Die beiden Impulsdauermodulatoren unter Heranziehung
der beiden weiteren monostabile Kippschaltungen zu reali
sieren, ist dieser DE-OS im übrigen fremd.
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 die Realisierung 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 des von
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, wie 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 würde, 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 31a 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 31a, 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
densators 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 (4)
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, daß die Impulsdauerdemodulatoren (5, 6) ausgangs
seitig mit einem Subtrahierglied (7) verbunden sind, das
die Differenz der Gleichspannungswerte ermittelt, und
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.
2. Auswerteschaltung nach Anspruch 1, 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
(31a) an die ersten Schaltkontakte (35, 36) des ersten und
zweiten Schließers (16, 17) angeschlossen ist.
3. Auswerteschaltung nach Anspruch 2, 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.
4. Auswerteschaltung nach Anspruch 1 bis 3, 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.
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