DE3704624A1 - Verfahren zur messung von impedanzen, speziell von kleinen kapazitaeten - Google Patents

Verfahren zur messung von impedanzen, speziell von kleinen kapazitaeten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Meßgenauigkeit und der Stabilität bei der Messung von Impedanzen, speziell von kleinen Kapazitäten, in welchem Verfahren eine Meßelektronik verwendet wird, zu der mit ihren elektrischen Werten im Meßbereich liegende Referenz-Impedanzen gehören, die mit der zu messenden Impedanz oder den zu messenden Impedanzen der Reihe nach abwechselnd unter Ausnutzung der Schaltungsanordnung an den Meßkreis geschaltet werden.
Die vorliegende Erfindung eignet sich speziell für solche Impedanz-Meßverfahren, in denen die Impedanz als elektrischer Geber verwendet wird, mit dem bestimmte physikalische Größen gemessen werden, die auf die Impedanzwerte einwirken.
Es sind mehrere verschiedene Impedanzgeber bekannt, deren Funktion darauf beruht, daß die Impedanz von der zu messenden, im allgemeinen physikalischen Größe, wie z. B. Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Lage eines zu erfassenden Stückes, Kraft usw., abhängig ist. Von genannten Impedanzgebern sind beispielsweise zu nennen: Dehnmeßstreifen, temperatur- und/oder druckempfindliche Widerstände, Kapazitäten, mit denen sich z. B. Druck oder Temperatur aufgrund der gegenseitigen Lage von Kondensatorplatten oder die relative Feuchte aufgrund von Veränderungen der Dielektrizitätskonstante der Kapazität messen lassen.
Im allgemeinen verursachen die Fertigungstoleranzen von Impedanzgebern, daß die Geber individuell sind, d. h., daß sie eine individuelle Kennkurve haben, d. h. eine individuelle Nichtlinearität und eine individuelle Abhängigkeit von anderen Parametern als dem zu messenden besitzen, wie z. B. in der Druckmessung von der Temperatur.
Einer der Ausgangspunkte der vorliegenden Erfindung war der Stand der Technik, der z. B. aus den FI-Patentschriften Nr. 54 664 und 57 319 (entspr. US-Pat. 42 95 090 und 42 95 091) hervorgeht. In genannten Patentschriften ist ein Verfahren zur Messung kleiner Kapazitäten beschrieben.
In Radiosonden werden für verschiedene Parameter, insbesondere bei der Messung von atmosphärischem Druck, Temperatur und/oder Feuchtigkeit, kapazitive Geber verwendet, deren Kapazitätsgröße vom zu messenden Parameter abhängig ist. Die Kapazitäten dieser Geber sind oft verhältnismäßig klein, von wenigen bis zu einigen Dutzend pF oder maximal ca. 100 pF. Das Messen von kleinen Kapazitäten ist problematisch u. a. wegen Streukapazitäten, Speisespannungsschwankungen, Veränderungen der Außentemperatur und anderen Störungen.
Bei der Messung von Temperatur, Feuchtigkeit oder Druck oder von anderen ähnlichen Größen mit elektrischen oder elektromechanischen Gebern ist bekannt, an der Meßelektronik eine oder mehrere Referenzen anzuordnen, die stabil sind oder deren Veränderungen genau bekannt sind, und daß mit diesen Referenzen die individuellen Eigenschaften des Meßkreises und deren zeitliche Veränderungen kompensiert werden können.
In Verbindung mit kapazitiven Gebern wird in an sich bekannter Weise eine Referenzkapazität verwendet, die mit der zu messenden Kapazität abwechselnd an den Meßkreis, im allgemeinen an den RC-Oszillator geschaltet wird. Durch passende Regelung des Meßkreises oder auf andere Weise läßt sich die aus der Referenzkapazität hergeleitete Ausgangsgröße des Meßkreises jeweils richtig einstellen.
In an sich bekannter Weise werden Meßkreise mit einer Referenz, insbesondere Brückenschaltungen verwendet, bei denen die Messung jedoch nur dann genau ist, wenn der elektrische Wert der Referenz in Nähe des Geberwertes liegt, z. B. dann, wenn sich die Brücke im Gleichgewicht befindet. Je mehr der Geberwert von der Referenz abweicht, desto größer werden auch verschiedene Fehler, z. B. solche, die durch Veränderungen der Empfindlichkeit des elektronischen Meßkreises verursacht werden.
Es sind auch Meßverfahren mit zwei Referenzen bekannt, die gegenüber denen mit einer Referenz auch bei großem Meßbereich den Vorteil einer größeren Meßgenauigkeit besitzen. Die Grundzüge der bekannten Messung mit zwei Referenzen sind weiter unten unter Hinweis auf Fig. 8 genauer beschrieben.
Wenn der Meßbereich weit und die erforderliche Meßgenauigkeit groß ist, wie dies bei einigen Ausführungen der Fall ist, verschlechtern die nichtlinearen Veränderungen der Anschlußelektronik der Impedanzgeber die Meßgenauigkeit nach dem Kalibrieren entscheidend.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, die aufgetretenen Nachteile zu vermeiden und ein neues Meßverfahren zu schaffen, in dem die Meßgenauigkeit und Stabilität des Anschlußkreises der Impedanz oder des Impedanzgebers bedeutend verbessert werden kann, insbesondere in folgenden in der Praxis häufig vorkommenden Situationen:
  • - die Meßelektronik und die zu messenden Impedanzen, speziell Impedanzgeber, müssen aufeinander bezogen unter anderen Temperaturen arbeiten als in der Kalibrierphase,
  • - die Betriebsverhältnisse des Meßoszillators verändern sich, z. B. ändern sich die Belastungsimpedanzen des Oszillators gegenüber der Kalibriersituation, und
  • - das Verfahren wird zur sog. Selbstdiagnose eingesetzt, mit der in der Meßelektronik eintretende Veränderungen oder Fehler geklärt werden.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Einfluß eines schadhaften Gebers auf andere Geber derselben Meßelektronik eliminiert oder verringert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, mit dem sich ein Druckumformer oder dergleichen mit sehr großem Meßbereich unter Einsatz von mehreren Druckgebern verwirklichen läßt. In diesem Zusammenhang besteht eine weitere Aufgabe in der Schaffung eines Verfahrens, in dem sich ein Kurzschließen der empfindlicheren Geber nicht auf die Funktion der messenden Geber am oberen Ende des Meßbereiches auswirkt.
Zur Erreichung der beschriebenen und weiter unten deutlich werdenden Ziele ist für die Erfindung im wesentlichen charakteristisch, daß das Verfahren aus der Kombination folgender Phasen besteht:
  • (a) an den Meßkreis wird der Reihe nach eine erste und eine zweite Referenz-Impedanz CR 1 und CR 2 geschaltet, deren Impedanzwerte am unteren Ende des ersten CR 1 Meßbereichs und am oberen Ende des zweiten CR 2 Meßbereichs liegen,
  • (b) an den Meßkreis wird der Reihe nach wenigstens eine dritte CR 3 Referenz-Impedanz geschaltet,
  • (c) unter Verwendung der ersten und zweiten Referenz-Impedanz CR 1, CR 2 wird der der dritten Referenz CR 3 entsprechende Wert Y(CR 3) der Eigenfunktion Y = F(C) des Meßsystems bestimmt und genannter Wert wird zwecks späterer Verwendung im Meßsystem gespeichert, und
  • (d) nach möglicher Kalibrierung oder dergleichen werden die Meßsequenzen ausgeführt, bei denen der neue, der dritten Referenz-Impedanz CR 3 entsprechende Wert Y′(CR 3) der Eigenfunktion des Meßsystems gemessen wird, welcher Wert mit dem ursprünglichen, in der vorhergegangenen Phase (c) erhaltenen und gespeicherten Wert Y(CR 3) verglichen wird und die als Ergebnis dieses Vergleichs erhaltene Differenzgröße rechnerisch (Gleichung 7) zur Bestimmung der korrigierten Y-Werte Y′(CN) der zu messenden Impedanzen CN verwendet wird.
Wie die weiter unten angeführten Ausführungs- und Testbeispiele zeigen, kann erfindungsgemäß durch Verwendung der dritten Referenz-Impedanz der Fehler des Verfahrens im Vergleich zur Messung mit zwei Referenzen auf bis zu ein Zehntel oder noch weniger reduziert werden.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Figuren der beigefügten Zeichnung, in denen der Hintergrund der Erfindung und einige vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind, ausführlich beschrieben.
Fig. 1A zeigt das Schaltschema eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1B zeigt das prinzipielle Blockschema einer das erfindungsgemäße Verfahren anwendenden Anlage.
Fig. 2 verdeutlicht nach Art von Fig. A eine Ausführung der Erfindung, in der die Meßinformation in der Periodenzeit des Meßoszillators enthalten ist.
Fig. 3 zeigt die Korrektur Δ YM als Funktion der gemessenen Ausgangsgröße.
Fig. 4 und 5 zeigen die Meßergebnisse des ersten Testbeispiels der Erfindung, in dem der Einfluß der Veränderung der Belastungskapazität des Meßoszillators nach Fig. 1 auf die Meßfehler getestet wurde.
Fig. 6 und 7 zeigen nach Art von Fig. 4 und 5 ein zweites Testbeispiel der Erfindung, in dem der Einfluß der Veränderung der Umgebungstemperatur auf die Meßgenauigkeit getestet wurde.
Fig. 8 verdeutlicht in einem xy-Koordinatensystem die Kennlinie des bekannten Meßverfahrens mit zwei Referenzen.
Fig. 8 verdeutlicht ein an sich bekanntes Meßverfahren mit zwei Referenzen, das einer der Ausgangspunkte der vorliegenden Erfindung ist. Die Referenzen 1 und 2 sind durch zwei Punkte im xy-Koordinatenkreuz bestimmt, nämlich die Punkte x 1, y 1 und x 2, y 2, durch welche die Gerade k 0 gelegt ist, die die lineare Hauptfunktionsgerade des Meßsystems ist. In der Praxis variieren z. B. aufgrund der individuellen Nichtlinearität des Meßkreises und der Veränderungen der äußeren Verhältnisse die Kennkurven des Systems zu beiden Seiten der Geraden k 0 z. B. zwischen den Kurven f 1 und f 2. Damit kann innerhalb der Fehlergrenzen Δ der Meßbereich X 2 ≦λτ x 2-x 1 verwirklicht werden.
Mit der Referenz 1 kann z. B. der vom Meßkreis verursachte Verschiebungsfehler (y N = f(x) N ± A) durch Festlegung des der Konstanten x 1 entsprechenden y-Wertes auf y 1 beseitigt werden. Mit Referenz 2 kann dementsprechend der vom Meßkreis verursachte Empfindlichkeitsfehler (y N = f(x) N ± k(x) durch Festlegung des der Konstante x 2 entsprechenden y-Wertes auf y 2 beseitigt werden. Mit den Konstanten x 1, x 2 erfolgt eine lineare Korrektur der vom Meßkreis verursachten Fehler. Die Meßkreisfehler werden gewöhnlich durch Veränderungen der Umgebungstemperatur, der Kreisbelastung (Streukapazitäten oder Kurzschlüsse) und der Betriebsspannung verursacht.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf ein in dem Schaltschema nach Fig. 1A und dem Blockschema nach Fig. 1B dargestelltes Ausführungsbeispiel sowie auf Fig. 2 und 3, die einige Kennkurven der Erfindung wiedergeben, ausführlich beschrieben.
Die in Fig. 1A gezeigte Meßelektronik arbeitet wie folgt:
Den Block 110 bildet ein Meßoszillator, dessen Grundkapazität Cp von der Steuerungslogik 130 über Schalter 120 gesteuert abwechselnd mit den zu messenden Kapazitäten CM 1-CM 5 und Referenzkapazitäten CR 1, CR 2, CR 3 aus dem Block 140 parallel geschaltet wird.
In den E2PROM Speicherkreis des Blockes 150 werden die Daten über die Kalibrierfaktoren der einzelnen Geber und der der Konstanten CR 3 des Meßkreises entsprechende Y-Wert YCR 3 zu Beginn der Kalibrierphase eingespeichert. Der Speicher 150 wird mit denselben Steuerungssignalen wie der im vorstehenden beschriebene Meßkreis 110-150 gesteuert. Die Speichersignale wirken nur, wenn das CS Signal aktiv ist (5V). In Fig. 1B ist das prinzipielle Blockschema einer das erfindungsgemäße Verfahren anwendenden Anlage dargestellt. Im Block 100 befindet sich eine Meßeinheit, die von einer Rechnereinheit (Block 200) gesteuert wird. Die Rechnereinheit 200 nach Fig. 1B liest zum Anfahrzeitpunkt im E2PROM-Speicher 150 der Meßeinheit 100 die Kalibrierdaten der Geber und den Wert der Konstanten YCR 3 ab, der dort zu Beginn der Kalibrierphase eingespeichert wurde. Danach steuert die Rechnereinheit 200 die Meßeinheit 100 derart, daß die Geber CN der Reihe nach einzeln an den Meßoszillator 110 geschaltet werden und dessen Periodenzeit aufgrund der genannten Daten gemessen wird. Die Rechnereinheit 200 errechnet aufgrund der in ihrem Programmspeicher gespeicherten Algorithmen der einzelnen Geber die Zahlenwerte der Geber CN und gibt diese über Serienbus (RS232C) an den Terminal, Bildschirm oder einen anderen Computer weiter.
Im folgenden wird die Ausführung der einzelnen Details der Erfindung genauer beschrieben.
Bezüglich der Konstruktion des Meßoszillators 110 und der Schaltung 120 wird auf die FI-Patente Nr. 54 664 und 57 319 der Anmelderin und die FI-Anmeldungen Nr. 8 42 191, 8 42 192 und 8 42 193 der Anmelderin hingewiesen.
Erfindungsgemäß wurden die Referenzkapazitäten CR durch eine dritte Konstantkapazität CR 3 ergänzt, deren elektrischer Wert, jedoch nicht unbedingt genau, in der Mitte zwischen den beiden anderen Referenzkapazitäten CR 1 und CR 2 liegend gewählt wird. CR 1 und CR 2 liegen an den äußeren Enden des Meßbereiches. In Sonderfällen kann z. B. CR 1 0 pF sein.
Erfindungsgemäß wird die Konstante CR 3 zur Verbesserung der Genauigkeit der Meßelektronik zwischen den Werten der Konstanten CR 1 und CR 2 verwendet, speziell in Situationen, in denen Meßelektronik und Geber untereinander bei anderen Temperaturen arbeiten als in der Kalibrierphase, wobei im Meßoszillator gegenüber der Kalibrierphase Änderungen, z. B. der Meßkapazität CL stattfinden, und/oder in denen man wissen möchte, ob in der Meßelektronik Änderungen stattgefunden haben (Selbstdiagnose).
Unter Hinweis auf Fig. 1A, 1B und 2 wird festgestellt, daß die Periodenzeit T = 1/f des Oszillators 11
T N = A 0 + A 1(Cp+CN)+ A 2(Cp+CN)2 (1)
wobei
A 0, A 1 und A 2 während der Meßzyklen (CR 1-CR M5) Konstanten sind, die sich aber zwischen den Zyklen langsam verändern,
Cp die Grundkapazität des Oszillators ist,
CN die anzuschaltende Kapazität ist, d. h. der Reihe nach jede der Konstanten CR 1, CR 2, CR 3 und der zu messenden Kapazitäten CM (In Fig. 1A n = 1, 2, 3, 4, 5).
In Gleichung (1) stellt der Ausdruck A 2(Cp+CN)2 einen Fehlerfaktor dar, der sich durch den bekannten Einsatz von zwei Referenzen nicht beseitigen läßt.
Es wird vereinbart
TR 2 = Periodenzeit des Oszillators bei angeschalteter Konstante CR 2
TR 1 = Periodenzeit des Oszillators bei angeschalteter CR 1
TM = Periodenzeit des Oszillators bei Anschaltung der zu messenden CM n .
Damit läßt sich die Ausgangsgröße YM des Meßsystems wie folgt berechnen
Durch Einsetzen von Gl. (1) wird
Wenn kein nichtlineares Glied vorhanden ist, sondern A 2 = 0, wird
womit die sich langsam ändernden Glieder A 0 und A 1 eliminiert sind. Der Einfluß des Fehleranteils des A 2-Gliedes wird erfindungsgemäß durch Einfügung der dritten Konstante CR 3 in die Meßelektronik in den mittleren Bereich zwischen den Konstanten CR 2 und CR 1 eliminiert.
Unter der Annahme A 2 = 0 (Gleichung 1) und bei Messung von YCR 3 zu Beginn der Kalibrierphase ist:
Der YCR 3-Wert letztgenannter Gleichung (5) wird erfindungsgemäß in den Speicher der Meßelektronik eingespeichert. In den nachfolgenden Meßzyklen wird der YCR 3-Wert erfaßt und berechnet und, sollte er sich verändert haben, werden die YM-Werte der messenden Geber wie folgt korrigiert. Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Verfahrensphasen näher betrachtet.
Es wird vereinbart
YCR 3 = Y-Wert der Konstante CR 3 in Ausgangssituation, z. B. zu Beginn der Kalibrierrsituation
YCR 3′ = Y-Wert des zu überprüfenden Meßzyklus der dritten Konstante CR 3
Δ Y 3 = YCR 3-YCR 3′
Die Korrektur Δ YM (Fig. 3) des erfindungsgemäßen YM-Wertes kann wie folgt berechnet werden
womit sich der endgültige (genaue) Y-Wert (Y′M) der zu messenden Geberkapazität CM wie folgt berechnen läßt
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die ursprüngliche Bogenförmigkeit (Fig. 2) der Funktion T = f(CN) beibehalten, sei es daß sich der Ausdruck A 2 nach der Kalibriersituation verändert. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ausdruck A 2 nicht eliminiert, sondern sein Fehlereinfluß wird auf genannte Weise rechnerisch beseitigt.
Wie erwähnt, wird die dritte Konstante CR 3 aus der Erfindung derart verwendet, daß ihr Wert in der Anfangssituation vor der eigentlichen Kalibrierung mit Hilfe der zwei anderen Konstanten CR 1 und CR 2 gemessen und gespeichert wird. Der Wert der dritten Konstante CR 3 wird aus dem mittleren Bereich zwischen den zwei anderen Konstanten CR 1 und CR 2 gewählt. Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird in der Kalibrierphase und in den Meßsituationen die Änderung der dritten Konstante gemessen, aufgrund dessen die zu messenden Werte (Gl. 7) korrigiert werden derart, daß der Einfluß des nicht- linearen Ausdruckes A 2 (Gl. 1) korrigiert wird. Der Wert der dritten Konstante CR 3 kann für die sog. Selbstdiagnose verwendet werden und aufgrund der Änderung des Wertes kann der Zustand der Anschlußelektronik beurteilt werden.
Beispiel 1
Im folgenden wird unter Hinweis auf Fig. 4 und 5 das erste Testbeispiel für die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, in dem für den in Fig. 1A gezeigten Kreis gewählt wird
CR 2 = 20 pF
CR 1 = 0 pF
CR 3 = 10 pF
Umgebungstemperatur TA = 23°C
Oszillator CL = 100 pF
Die Messungen des Beispiels 1 wurden mit vier Konstantkondensatoren CM 1-CM 4 durchgeführt, die glasverkapselte Standardkondensatoren waren.
Bei den Messungen wurde die Belastungskapazität des Oszillators CL = 100 pF auf CL = 0 pF geändert. In Fig. 4 sind die Meßergebnisse wie folgt dargestellt:
x unkorrigierter durch Berechnung mit zwei Referenzen erzeugter Fehler der Y-Werte
+ erfindungsgemäß korrigierter mit drei Referenzen erzeugter Fehler der Y-Werte
In Fig. 5 ist die Änderung (Meßfehler) der zu messenden Kapazität als Funktion der zu messenden Kapazität (pF) für CL = →100 pF → 0pF dargestellt.
Die Größe des Meßfehlers der Kapazität CM kann wie folgt berechnet werden
CM N = CR 2-YM(CR 2-C 1)
Δ CM n = (CR 2-CR 1) × YM
In Fig. 4 beträgt der maximale korrigierte Fehler YM = 0,0001.
Δ CM = 0,0001 × 20 pF = 2 fF   (f = 10-15)
Empfindlichkeit des Druckgebers = ca. 1,4 fF/hPa
Die in Beispiel 1 beschriebene Änderung des Belastungskondensators CL gibt eine Situation wieder, bei der einer der zu messenden Geber fehlerhaft ist und kurzschließt, wobei die Erdung des Trennkondensators zur Fehlersituation führt.
Beispiel 2 (Fig. 6 und 7)
Ausgangswerte wie unter Beispiel 1. Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Änderung der Umgebungstemperatur von AT = 22°C auf -39°C getestet. Die Ergebnisse sind in Fig. 6 und 7 nach Art von Fig. 4 und 5 dargestellt.
Beispiel 2 simuliert eine Situation, bei der der zu messende Geber und die messende Elektronik gegenüber der Kalibriersituation untereinander in verschiedene Temperaturen geraten.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Meßgenauigkeit, speziell bei anspruchsvollen Messungen, verbessert. Außerdem kann der Einfluß eines fehlerhaften Gebers auf die anderen Geber derselben Meßelektronik eliminiert werden. Mit dem Verfahren der Erfindung läßt sich z. B. ein Druckmeßumformer mit sehr weitem Meßbereich dadurch verwirklichen, daß mehrere Druckgeber eingesetzt werden. Das Kurzschließen empfindlicherer Geber beeinflußt nicht die Funktion der messenden Geber im oberen Teil des Meßbereiches (höhere Drücke). Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft für die Selbstdiagnose der Meßelektronik verwenden.
Erfindungsgemäß kann durch Verwendung der dritten Referenz- Impedanz die nichtlineare Abhängigkeit der Ausgangsgröße YM des Meßsystems von der zu messenden Impedanz eliminiert werden. Erfindungsgemäß kann durch Verwendung der dritten Referenz-Impedanz erreicht werden, daß der nichtlineare Einfluß konstant bleibt, obwohl sich der genannte lineare Einfluß selbst bezüglich Belastung des Meßkreises, Temperatur oder anderer Abweichungen verändert.
Obwohl im vorstehenden von einer dritten Referenz- Impedanz CR 3 die Rede ist, ist begreiflich, daß die dritte Referenz in Sonderausführungen durch zwei oder mehr dritte Referenzen ersetzt werden kann, deren gemeinsamer Einfluß von gleicher Art ist wie der der im vorstehenden beschriebenen einen Referenz. Im allgemeinen ist es jedoch am günstigsten, nur eine dritte Referenz-Impedanz zu verwenden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verbesserung der Meßgenauigkeit und der Stabilität bei der Messung von Impedanzen, speziell von kleinen Kapazitäten, in welchem Verfahren eine Meßelektronik verwendet wird, zu der mit ihren elektrischen Werten im Meßbereich liegende Referenz-Impedanzen gehören, die mit der zu messenden Impedanz oder den zu messenden Impedanzen der Reihe nach abwechselnd unter Ausnutzung der Schaltungsanordnung an den Meßkreis geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aus der Kombination folgender Phasen besteht:
  • (a) an den Meßkreis wird der Reihe nach eine erste und eine zweite Referenz-Impedanz CR 1 und CR 2 geschaltet, deren Impedanzwerte am unteren Ende des ersten CR 1 Meßbereichs und am oberen Ende des zweiten CR 2 Meßbereichs liegen,
  • (b) an den Meßkreis wird der Reihe nach wenigstens eine dritte CR 3 Referenz-Impedanz geschaltet,
  • (c) unter Verwendung der ersten und zweiten Referenz-Impedanz CR 1, CR 2 wird der der dritten Referenz CR 3 entsprechende Wert Y(CR 3) der Eigenfunktion Y = F(C) des Meßsystems bestimmt und genannter Wert wird zwecks späterer Verwendung im Meßsystem gespeichert, und
  • (d) nach möglicher Kalibrierung oder dergleichen werden die Meßsequenzen ausgeführt, bei denen der neue, der dritten Referenz-Impedanz CR 3 entsprechende Wert Y′(CR 3) der Eigenfunktion des Meßsystems gemessen wird, welcher Wert mit dem ursprünglichen, in der vorhergegangenen Phase (c) erhaltenen und gespeicherten Wert Y(CR 3) verglichen wird und die als Ergebnis dieses Vergleichs erhaltene Differenzgröße rechnerisch (Gleichung 7) zur Bestimmung der korrigierten Y-Werte Y′(CN) der zu messenden Impedanzen CN verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mit dem Meßsystem erhaltenen korrigierten Werte Y′M der Y-Funktion aus folgender Gleichung errechnen in der d. h. beim linearen Modell der mit Hilfe der ersten und zweiten Referenz CR 1 und CR 2 bestimmte YM-Wert,
Δ Y3 = YCR 3-YCR 3′
YCR 3 = Y-Wert der Konstante CR 3 in Ausgangssituation, z. B. zu Beginn der Kalibriersituation,
YCR 3′ = Y-Wert der dritten Konstante CR 3 der zu überprüfenden Meßfolge,
YM = Y-Wert der zu messenden Kapazität.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als verfahrensgemäß zu messende Ausgangsgröße die Periodenzeit (T) des Meßoszillators (110) verwendet wird, die mit der Meßelektronik gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unkorrigierte Ausgangsgröße des Meßsystems aus folgender Formel errechnet wird in der
TR 2 = Periodenzeit des Oszillators (11) bei angeschalteter Referenz-Kapazität CR 2,
TR 1 = Periodenzeit des Oszillators bei angeschalteter Konstant-Kapazität CR 1,
TM = Periodenzeit des Oszillators bei Anschaltung der zu messenden Kapazität CM.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Messung einer veränderlichen physikalischen Größe, wie z. B. Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Verschiebung, Kraft und/oder verschiedene Strahlungsarten, verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Wertes Y′(CR 3) der Eigenfunktion der dritten Referenz gegenüber dem entsprechenden ursprünglichen Wert Y(CR 3) zur Selbstdiagnose des Meßkreises, wie z. B. zur Kontrolle oder Anzeige der Funktionsfähigkeit oder von Fehlern der Meßelektronik, verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in Funksonden bei der Fernmessung von atmosphärischem Druck, Temperatur und/oder Feuchte verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in der Druckmessung angewendet wird, wobei ein breiter Meßbereich erzielt wird, indem mehrere kapazitive Druckgeber verwendet werden, deren Funktionsbereiche gemeinsam den ganzen Meßbereich abdecken und daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Einfluß des Kurzschließens der empfindlicheren, das untere Ende des Druckbereichs deckenden Geber auf die Funktion der das obere Ende des Meßbereichs deckenden Geber eliminiert wird.
DE3704624A 1986-02-13 1987-02-13 Verfahren zur Messung von Impedanzen, speziell von kleinen Kapazitäten Expired - Lifetime DE3704624C2 (de)

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