DE3786487T2

DE3786487T2 - Messfühler hoher Präzision.

Info

Publication number: DE3786487T2
Application number: DE19873786487
Authority: DE
Inventors: Keith W Kawate; Anthony J Sabetti
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1986-05-05
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2007-05-01
Also published as: JP2896371B2; EP0245031A3; JPS62267636A; DE3786487D1; EP0245031A2; EP0245031B1; JPH1194678A

Description

Hintergrund der Erfindung

Das Gebiet ist das der bedingungsabhängigen Fühler; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Fühler, die mit hoher Präzision arbeiten, jedoch mit niedrigen Kosten für eine breite Anwendung bei schwierigen Umgebungsbedingungen in Kraftfahrzeugen oder dergleichen hergestellt werden können und eine lange, zuverlässige Lebensdauer bei solchen Bedingungen haben.
Die breitestmögliche Anwendung von Computern für die Durchführung sehr anspruchsvoller Steuerfunktionen wurde manchmal dadurch verzögert, daß keine geeigneten Fühler verfügbar waren, die entsprechend anspruchsvolle und zuverlässige Steuereingangssignale für die Computer lieferten. Fühler, die verfügbar waren, waren meist relativ teuer in der Herstellung und hatten für viele Anwendungszwecke nicht die erwünschte Genauigkeit und Zuverlässigkeit über eine geeignet lange Lebensdauer. Dies gilt insbesondere dort, wo solche Fühler im Kraftfahrzeugbereich und dergleichen angewendet werden sollten, wo sie sehr schwierigen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein können.
In der DE-A-2,755,306 ist eine Druckfühlereinheit beschrieben, die in einem gemeinsamen Gehäuse zwei Kondensatoren enthält, die druckabhängig veränderlich sind, wobei die Einheit ferner eine elektrische Schaltung zur Erzeugung eines Ausgangssignals enthält, das den festgestellten Druck anzeigt.
Die elektrische Schaltung kann einstellbare Bauelemente enthalten, und es können Öffnungen in dem Gehäuse vorgesehen sein, die das Einstellen dieser Bauelemente ermöglichen; zum anschließenden Abdichten der Öffnungen kann ein Klebstoff verwendet werden.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, einen neuartigen und verbesserten, bedingungsabhängigen Fühler zu schaffen, der für eine universellere Anwendung geeignet ist.
Nach der Erfindung ist ein kostengünstiger Fühler mit hoher Präzision mit einem bedingungsabhängigen Mittel zur Erzeugung ursprünglicher elektrischer Signale in Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen in einer zu überwachenden Zone, einem Signalkonditionierungsmittel zum Konditionieren der ursprünglichen elektrischen Signale zur Durchführung vorbestimmter Steuerfunktion, und Mitteln zum Einstellen der Eichung des Fühlers, dadurch gekennzeichnet, daß das bedingungsabhängige Mittel, das Signalkonditonierungsmittel und das Eicheinstellmittel auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, daß die ursprünglichen elektrischen Signale, die von den auf die Bedingung ansprechenden Mitteln geliefert werden, innerhalb eines ersten vorbestimmten Bereichs liegen, und daß die Eicheinstellmittel auf den Träger elektrisch betätigbar sind, um eine Einstellung der Vorspannung und der Verstärkung zu bewirken, die auf die ursprünglichen elektrischen Signale aus dem bedingungsabhängigen Mittel durch das Signalkonditionierungsmittel angewendet werden, nachdem jenes Mittel auf dem Träger befestigt worden ist, so daß der Fühler geeicht wird, um die Ausgangssignale innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs zu erzeugen, damit die Steuerfunktionen in Abhängigkeit von den bestimmten Bedingungen durchgeführt werden.
Es ist inzwischen anerkannt, daß viele Probleme der Kosten, der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit von Fühlern überwunden werden, wenn die Fühlerstrukturen in gewisser Weise an eine allgemeinere Anwendbarkeit angepaßt werden, so daß die breiteren Anwendungsmöglichkeiten der in Beziehung anspruchsvollerer Fühlermerkmale zur Verbesserung der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit ermöglichen, während gleichzeitig auch eine wirtschaftliche Herstellung ermöglicht wird, die sich aus der Massenherstellung ergibt, die durch die breiteren Anwendungsmöglichkeiten ermöglicht wird, so daß die Fühlerkosten auf praxisgerechten Größen gehalten werden. Es ist ferner anerkannt, daß noch breitere Anwendungsmöglichkeiten erzielt werden, wenn der Fühler ein bedingungsabhängiges Element wie einen kapazitiven Druckwandler enthält, der in einfacher Weise so eingestellt werden kann, daß er ursprüngliche bedingungsabhängige Signale innerhalb des gleichen allgemeinen Bereichs für jeweils verschiedene Bereiche des angewendeten Drucks oder der anderen Bedingung, die überwacht wird, abgibt, ferner wenn der Fühler eine kostengünstige integrierte Schaltung enthält, die eine Verstärkung oder eine andere gewünschte Konditionierung dieser ursprünglichen, bedingungsabhängigen Signale bewirken kann, die innerhalb des allgemeinen Bereichs liegen, außerdem wenn der Fühler Eichmittel enthält, die elektrisch betätigbar sind, so daß eine zuverlässige und kostengünstige Eichung des bedingungsabhängigen Elements mit seiner integrierten Schaltung ermöglicht wird, nachdem das Element, die Schaltung und die Eichmittel auf einem gemeinsamen Fühlerträger oder Gehäuse zusammengebaut worden sind, und ferner, wenn das bedingungsabhängige Element und die im Fühler enthaltene Schaltung eine ausreichend niedrige Temperaturempfindlichkeit sowie einen genügend großen Temperaturbereich und eine ausreichende Stabilität der Lebensdauer haben, damit ein Zusammenwirken mit der Eichbarkeit des bedingungsabhängigen Elements und mit der kostengünstigen Eichung der Fühlerschaltung erhalten wird, damit der Fühler mit Eigenschaften ausgestattet wird, die auf vielen Gebieten eingesetzt werden können.
Mit Hilfe der Erfindung wird ein Fühler geschaffen, der ein bedingungsabhängiges Element enthält, das ein ursprüngliches elektrisches Signal liefert, und der ferner eine integrierte Schaltung zur Signalkonditionierung enthält, die auf einem gemeinsamen Träger befestigt ist und auf dem Träger elektrisch betätigbare Mittel zum Eichen des Elements und der Schaltung relativ zueinander nach dem Anbringen auf dem Träger enthält. Das bedingungsabhängige Element kann skalierbar sein, damit ursprüngliche bedingungsabhängige Signale des innerhalb gleichen allgemeinen Bereichs für verschiedene ausgewählte Bereiche des angelegten Drucks oder einer anderen überwachten Bedingung erhalten werden. Der Fühler kann einen kapazitiven Druckwandler und einen Referenzkondensator in einer ladungsgekoppelten Schleife enthalten, damit eine Kapazitäts-Spannungs-Umsetzerschaltung entsteht, die eine verbesserte Genauigkeit und ein verbessertes Ansprechen auf kleine Änderungen der Wandlerkapazität ergibt. Der Fühler kann eine integrierte Schaltung enthalten, die elektrisch betätigbare Mittel auf dem Typ aufweist, mit deren Hilfe die Schaltung relativ zu einem kapazitiven Wandler oder einem anderen bedingungsabhängigen Element nach dem Zusammenbauen des Elements und der Schaltung auf einem gemeinsamen Träger oder in einem gemeinsamen Gehäuse geeicht werden kann. Der Fühler kann ferner Mittel enthalten, mit deren Hilfe die Fühlervorspannung, die Verstärkung und die Nichtlinearität getrennt geeicht werden können. Zum Eichen der Vorspannung und der Verstärkung mit verbesserter Temperatur- und Lebensdauerstabilität kann der Fühler von variablen Kondensatormitteln Gebrauch machen.
In einer Ausführungsform enthält der Fühler ein selektiv skaliertes bedingungsabhängiges Element, beispielsweise ein kapazitives Druckwandlerelement, das auf einem gemeinsamen Träger oder in einem gemeinsamen Gehäuse mit einer analogen Signalkonditionierungsschaltung oder dergleichen untergebracht ist, die vorzugsweise in einer integrierten Schaltung in CMOS-Technologie oder dergleichen ausgeführt ist. In einer bevorzugten Ausführung ist das bedingungsabhängige Element ein kapazitiver Druckwandler mit einer druckempfindlichen Membran zum Verändern der Wandlerkapazität innerhalb eines ausgewählten Bereichs als Reaktion auf Änderungen der auf die Membran ausgeübten Druckkräfte, wobei die Membranstruktur so ausgebildet ist, daß ihre Dicke ohne weiteres modifiziert werden kann, damit die Membran eine von mehreren ausgewählten verschiedenen Biegsamkeiten zum Skalieren des Wandlers erhält, damit die Wandlerkapazität innerhalb des ausgewählten Bereichs in Abhängigkeit von verschiedenen Bereichen des an die jeweiligen Membrandicken angelegten Drucks verändert wird. Der Fühler kann Eichmittel enthalten, die auf dem gemeinsamen Träger mit dem bedingsabhängigen Element und der integrierten Schaltung untergebracht sind, und die vorzugsweise elektrisch auf dem Träger so betätigt werden können, daß das bedingungsabhängige Element und die Fühlerschaltung relativ zueinander geeicht werden können, nachdem sie auf dem gemeinsamen Träger oder in dem gemeinsamen Gehäuse untergebracht worden sind. In einer bevorzugten Ausführung enthalten die Eichmittel getrennt einstellbare Potentiometer zum Einstellen der Fühlervorspannung und der Fühlerverstärkung, wobei die Potentiometer zum Eichen des Fühlers eingestellt und bei dieser Einstellung fixiert werden können. In einer anderen bevorzugten Ausführung enthält die integrierte Schaltung zwei Digital/Analog-Umsetzer, die mit einem Serieneingabe- Parallelausgabe-Schieberegister verbunden sind, das über Daten- und Takteingangsmittel während des Eichens des Fühlers geladen werden kann, wobei ein permanentes Fixieren in Speichermitteln durch Schmelzen von Verbindungsgliedern oder durch Mittel mit schwimmenden Gate in zugehörigen integrierten Schaltern ermöglicht wird, so daß jeder Digital/Analog- Umsetzer die Hälfte der Daten in dem Register zum Einstellen der Vorspannung bzw. zum Eichen der Verstärkung empfängt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein kapazitiver Druckwandler und ein Referenzkondensator in einer ladungsverriegelten Schleife verbunden, die einen gemeinsamen Schaltungspunkt aufweist, so daß eine Kapazitäts-Spannungs- Umsetzerschaltung entsteht, die bezüglich der Versorgungsspannung quotientenbildend ist, damit die Ausgangsspannung innerhalb eines ausgewählten Bereichs in Abhängigkeit von Änderungen der Wandlerkapazität in einem entsprechenden Bereich verändert wird. Eine Gruppe von Schaltern schaltet die Spannung zyklisch mit entgegengesetzten Übergängen mit vorbestimmter Frequenz an die Wandler- und Referenzkondensatoren, so daß eine Änderung der Wandlerkapazität zu einer Differenzspannung an den gemeinsamen Schaltungspunkt führt. Diese Spannung wird dann verstärkt oder auf andere Weise konditioniert, damit eine Stromquellen-Stromsenkenschaltung so eingestellt wird, daß die Fühlerausgangsspannung eingestellt wird und über einen Rückkopplungsweg ein Gleichgewichtszustand an dem Schaltungspunkt hergestellt wird, wodurch die Sensorausgangsspannung auf einem Wert gehalten wird, der der Wandlerkapazität umgekehrt proportional ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführung sind ein kapazitiver Druckwandler und ein in ausgewählter Weise veränderlicher Kondensator an einen gemeinsamen Schaltungspunkt gelegt, so daß der Wandlerkondensator und der veränderliche Kondensator einen ladungsverriegelten Schleifendetektor bezüglich des gemeinsamen Schaltungspunkts bildet. Eine Gruppe von Schaltern schaltet die Spannung an den Kondensatoren dann zyklisch zwischen den Spannungen um, die von der Versorgungsspannung und der Ausgangsspannung abhängen, wobei dies entsprechend den Änderungen der Wandlerkapazität ebensowie bei den oben beschriebenen anderen Ausführungsformen geschieht. In dieser Anordnung ist der veränderliche Kondensator mit Hilfe von Daten einstellbar oder elektrisch betätigbar, die über durchschmelzbare Verbindungen oder schwimmende Gates gespeichert sind, wie oben im Zusammenhang mit dem Eichen des Fühlers beschrieben wurde.

Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Ziele, Vorteile und Einzelheiten des neuartigen und verbesserten bedingungsabhängigen Fühlers nach der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden genauen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei in der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht des bedingungsabhängigen Fühlers nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Analogsignal- Konditionierungsschaltung, die in einer bevorzugten Ausführungsform des Fühlers nach der Erfindung enthalten ist,
Fig. 4 ein Kurvendiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der Schaltung von Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Analogsignal- Konditionierungsschaltung in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Signalkonditionierungsschaltung in einer weiteren abgewandelten bevorzugten Ausführung der Erfindung und
Fig. 7 eine Draufsicht auf ein elektrisch betätigbares Eichmittel, das in einer bevorzugten Ausführungsform des Fühlers nach der Erfindung benutzt wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist der hier zu beschreibende bedingungsabhängige Fühler dargestellt, der ein bedingungsabhängiges Element, beispielsweise einen kapazitiven Druckwandler 12 mit einem Keramiksubstrat 14 enthält. Der Wandler ist vorzugsweise in eine Seite eines ringförmigen Trägerteils eines Fühlerkörpers 18 aus thermoplastischem Material oder dergleichen eingepaßt, und er weist einen aus Metall bestehenden Trägerring 16 auf, der an einer gegenüberliegenden Seite des Wandlerumfangs mittels einer schalenförmigen Metallkappe 20 befestigt ist, die über einen Randabschnitt des Wandlers geklemmt ist; ferner enthält er eine O- Ring-Dichtung 21, eine biegsame, mit Teflon beschichtete Polyimid-Folie 23, den Ring 16 sowie einen Teil des Körpers, wobei alle diese Bestandteile ein Fühlergehäuse für eine Trägereinheit bilden. Die Kappe ist vorzugsweise bei 20.2 nach innen verformt, damit die O-Ring-Dichtung zum Abdichten des Fühlers zusammengedrückt und über der biegsamen Folie 23 positioniert wird. Vorzugsweise sind drei elektrische Leiteranschlüsse 22 in den Körper eingeformt und erstrecken sich von der Kammer 24 in eine Schutzhülse 26, so daß eine elektrische Verbindung von außerhalb des Körpers her mit den Weiteranschlüssen hergestellt werden kann. Die Kappe 20 paßt in eine Öffnung 27 in einem Schutzrohr 28, damit der Fühler einem Fluiddruck in dem Schutzrohr ausgesetzt werden kann, der durch den Pfeil 30 in Fig. 1 dargestellt ist, wobei die Kappe mit einer Öffnung 20.1 versehen ist, die den Wandler 12 dem Fluiddruck aussetzt, während die Dichtung 21 und die Folie 23 die Fühlerelektronik gegen den Druck abdichten.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Wandler 12 einen ersten elektrisch leitenden, aus Metall bestehenden Kondensatorbelag 32 auf, der auf einer Seite des Substrats 14 angebracht ist. Er weist ferner einen entsprechenden, aus Metall bestehenden Belag 34 auf, der von einer elastisch-biegsamen Membran 40 getragen wird. Die Membran ist an einem mit Abstand innerhalb des Umfangs des Substrats liegenden Abschnitt dieses Substrats 14 mit Hilfe einer Glasdichtung 36 befestigt, so daß der Metallbelag 34 im Abstand parallel über den ersten Kondensatorbelag zu liegen kommt und als zweiter beweglicher Kondensatorbelag dient. Der zweite Kondensatorbelag kann sich abhängig von Änderungen der auf die Membran einwirkenden Druckkraft 30 auf den ersten Kondensatorbelag zu und von diesem ersten Kondensatorbelag weg bewegen, so daß der Wandler 12 einen variablen Kondensator bildet, dessen Kapazität sich mit Änderungen der Druckbedingung in dem Schutzrohr 28 ändert. In einer bevorzugten Ausführung sind Signalkonditionierungsmittel 43, beispielsweise eine in einer integrierten Schaltung 44 enthaltene elektronische Schaltung, ein schematisch in Fig. 2 bei 45 dargestelltes Widerstandsmittel und ein in Fig. 2 schematisch bei 46 dargestellter Referenzkondensator auf einer gegenüberliegenden Seite des Substrats 14 angebracht, und schematisch dargestellte Leiterbahnen 48, 50, die an die integrierte Schaltung, das Widerstandsmittel und den Referenzkondensator angeschlossen sind, sind mit den Belägen des Wandlerkondensators mit Hilfe von Stiften 52, 54 verbunden. Die Signalkonditionierungsmittel sind entweder direkt oder über Leiterdrähte oder dergleichen, wie sie in Fig. 2 schematisch dargestellt sind, auch mit den Anschlüssen 22 des Fühlers verbunden. In dieser Anordnung kann der Wandler 12 ein ursprüngliches elektrisches Signal, beispielsweise eine Änderung der Kapazität im Wandler, in Abhängigkeit von einer Änderung des Drucks 30 liefern, und die Signalkonditionierungsmittel können das ursprüngliche elektrische Signal verstärken, umsetzen und/oder auf andere Weise konditionieren, damit an den Anschlüssen 22 ein elektrisches Ausgangssignal für die Durchführung einer gewünschten Steuerfunktion geliefert wird, die ohne weiteres verständlich ist.
Gemäß der Erfindung ist das bedingungsabhängige Element, beispielsweise der kapazitive Wandler 12, so ausgewählt, daß das ursprüngliche elektrische Signal innerhalb eines ersten allgemeinen Signalbereichs als Reaktion auf Druckänderungen oder einer anderen überwachten Bedingung erzeugt wird, während sich diese Bedingung über einen zweiten allgemeinen Bereich ändert. Beispielsweise haben in einer bevorzugten Ausführung die beiden Kondensatorbeläge im Wandler 12 einen Durchmesser von etwa 12,5 mm (0,5 inches) und einen ursprünglichen Abstand von etwa 0,25 mm (0,001 inch), und die Membran 40 hat eine ausgewählte Dicke, die ermöglicht, daß sich die Kapazität des Wandlerkondensators von etwa 30 bis etwa 60 pF ändert, wenn sich der angelegte Druck etwa von 0 bis 31·10&sup5;Pa (450 psi) ändert. Die bedingungsabhängige Struktur ist jedoch insbesondere so ausgewählt, daß sie leicht so skalierbar ist, daß das Element die ursprünglichen elektrischen Signale liefern kann, die sich in dem gleichen ersten Bereich ändern, auch wenn das Element so skaliert ist, daß es auf Änderung der überwachten Bedingungen über mehrere zweite Bereiche reagiert. Beispielsweise kann im Wandler 12 die Dicke der Membran 40 ohne weiteres so eingestellt werden, daß für viele verschiedene Bereiche des Drucks 30 eine Kapazitätsänderung über den gleichen Bereich erzielt wird. Auf diese Weise können die gleichen, im Fühler enthaltenen Signalkonditionierungsmittel bei der Erfassung einer breiten Vielfalt von überwachten Bedingungen angewendet werden, indem ein spezieller Druckwandler eingesetzt wird, so daß die Signalkonditionierungsmittel im Fühler besonders für eine kostengünstige Herstellung mit großen Stückzahlen geeignet ist. Es ist auch erwünscht, daß das bedingungsabhängige Element 12 über weite Temperaturbereiche arbeiten kann und daß die Leistungseigenschaften des Wandlers relativ unempfindlich für solche Temperaturänderungen sind, damit eine genauere Anpassung zwischen dem Wandler und den Signalkonditionierungsmitteln ermöglicht wird, auch wenn der Fühler 12 in Kraftfahrzeuganwendungen oder dergleichen eingesetzt wird, wo sehr ungünstige Temperaturbereiche und andere Umgebungsbedingungen angetroffen werden. Da der Wandler 12 in der am gleichen Tag eingereichten anhängigen europäischen Patentanmeldung EP-A-0 245 032 für einen "Druckfühler mit verbessertem kapazitiven Druckwandler" (in der die Priorität der US-Patentanmeldung US-A-4 716 492 beansprucht ist) und da auch andere herkömmliche bedingungsabhängige Element im Fühler 10 eingesetzt werden können, wird der Wandler hier nicht weiter beschrieben und es ist zu erkennen, daß jeder bedingungsabhängige Druck- oder Positionswandler oder dergleichen, der geeignet ist, ein ursprüngliches elektrisches Signal in Abhängigkeit von einer Änderung einer überwachten Bedingung zu liefern, im Rahmen der Erfindung im Fühler 10 verwendet werden kann.
Gemäß der Erfindung werden der Wandler 12 und die Signalkonditionierungsschaltung 43 auf einem gemeinsamen Träger oder Gehäuse gemäß der Darstellung angebracht, und Eichmittel, die unten noch genauer beschrieben werden, werden ebenfalls auf dem gemeinsamen Träger angebracht, damit der Wandler und die Signalkonditionierungsmittel relativ zueinander geeicht werden können, nachdem sie auf dem gemeinsamen Träger zusammengebaut worden sind. Vorzugsweise sind die Eichmittel so gewählt, daß sie innerhalb der integrierten Schaltung elektrisch betätigt werden können, damit der Fühler 10 für eine kostengünstige Herstellung mit hohen Stückzahlen und für eine automatische Eichung zur Anpassung an ein weiteres Anwendungsgebiet geeignet gemacht wird. Wenn der Wandler bei der Anbringung auf dem Träger beispielsweise geeignet ist, ursprüngliche elektrische Signale innerhalb eines ersten vorbestimmten Bereichs als Reaktion auf das Auftreten ausgewählter Bedingungen in einer zu überwachenden Zone liefert und die auf dem Träger angebrachten Signalkonditionierungsmittel geeignet sind, ausgewählte elektrische Ausgangssignale innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs für die Durchführung ausgewählter Steuerfunktionen zu liefern, dann können die Eichmittel, die in der integrierten Schaltung vorgesehen sind, über einen ausreichenden Bereich eingestellt werden, damit der Wandler und die Signalkonditionierungsmittel relativ zueinander so geeicht werden, daß die ausgewählten Ausgangssignale als Antwort auf das Auftreten einer der ausgewählten, zu überwachenden Bedingungen geliefert werden.
Gemäß der Erfindung enthält das Signalkonditionierungsmittel 43 vorzugsweise eine Kapazitäts-Spannungs-Umsetzerschaltung, wie sie beispielsweise in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Beispielsweise ist der veränderliche Kondensator des kapazitiven Druckwandlers 12 in einer ladungsverriegelten Schleife mit dem Referenzkondensator 46 verbunden, damit zwischen den beiden Kondensatoren ein gemeinsamer Schaltungspunkt 58 entsteht. Eine Vierfachgruppe aus Schaltern 60, 62, 64, 66 ist dann gemäß der Darstellung so angeordnet, daß das Schließen von Schalterpaaren 60, 62 und 64, 66 in abwechselnder Folge dazu führt, daß ausgewählte abwechselnde Spannungen mit entgegengesetzter Polarität an die Kondensatoren und den Schaltungspunkt 58 angelegt werden, damit an dem gemeinsamen Schaltungspunkt ein ausgewählter Spannungswert eingestellt wird. Der gemeinsame Schaltungspunkt ist über einen Begrenzungswiderstand 67, drei lineare Invertierstufen 68, und ein Flip-Flop 70 mit einer integrierten Stromquellen-Stromsenkenschaltung verbunden, die vom Begrenzungswiderstand 71, vom Integrationskondensator 72 und vom Operationsverstärker 74 gebildet wird, damit Ausgangsmitteln 76 Ausgangsspannungssignale zugeführt werden, die dem Wert der Wandlerkapazität 58 umgekehrt proportional ist und im Verhältnis zur Versorgungsspannung steht, wie sie an die Eingangsanschlußmittel 78 angelegt wird. Vorzugsweise umfassen die Ausgangsmittel einen Ausgangsschaltungspunkt 80 und eine zusätzliche Verstärkungsstufe, die durch den Filterwiderstand 82, den Filterkondensator 84, den operationsverstärker 86, die Spannungsteilerwiderstände 88 und den Verstärkungsfaktorwiderstand 90 gebildet ist. Der Ausgangsschaltungspunkt 80 ist über die Spannungsteilerwiderstände 92, 93 so angeschlossen, daß eine Ausgangsspannungsrückführung zu einem der Schalter 62 der Vierergruppe erfolgt, wobei zwei der anderen Schalter 64, 66 der Gruppe über die Eichmittel an die Versorgungsspannung angeschlossen sind, die durch die Potentiometer 94 bzw. 96 gebildet sind. Der vierte Schalter 60 ist über einen Begrenzungswiderstand 97 gemäß der Darstellung an die Versorgungsspannung gelegt. Ein Taktmittel 98, das in herkömmlicher Weise einem Zeitsteuerwiderstand 99 und Zeitsteuerkondensatoren 100, 101 zugeordnet ist, ist in herkömmlicher Weise über ein zweites Flip- Flop 102 mit einem Schalter 103 verbunden, der so angeordnet ist, daß er einen Nebenschluß zu einer der Invertierstufen 68 bildet. Das Flip-Flop 102 ist ferner über Schmidt-Trigger- Invertierglieder 104, 106, 108 angeschlossen, die mit entsprechenden Verzögerungswiderständen 110 und Verzögerungskondensatoren 111, 112 verbunden sind, so daß das erste Flip- Flop 70 und die abwechselnden Schalterpaare 60, 62 und 64, 66 in einer vorbestimmten Folge betätigt werden, damit der Wandlerkondensator 12 und der Referenzkondensator 46 mit einer vorbestimmten Frequenz beispielsweise zwischen der Potentiometerspannung 94 und der Versorgungsspannung der Schaltung bei einer Polarität bzw. zwischen der Potentiometerspannung 96 und dem Abschnitt der Ausgangsspannung am Schaltungspunkt zwischen den Widerständen 92 und 93 umgeschaltet werden. Wie zu erkennen ist, sind die Potentiometer 94, 96 einstellbar, damit die dem Wandlerkondensator und dem Referenzkondensator zugeführte Spannung beim Eichen des Fühlers 10 eingestellt wird. Dies bedeutet, daß sich die geeichte Ausgangsspannung mit der Wandlerkapazität gemäß der folgenden Beziehung ändert:
(Vvvfb-Voutf&sub0;) cx = (Vcc-fxVcc)
Darin sind:
Vcc = Versorgungsspannung (78)
Vout = Ausgangsspannung (80)
cx = Wandlerkapazität (12)
cb = Referenzkapazität (46)
fb = Teil der Versorgungsspannung am Potentiometer (96)
f&sub0; = Teil der Ausgangsspannung am Spannungsteiler (92, 93)
fv = Teil der Versorgungsspannung am Potentiometer (94)
In einer Ausführungsform sind die Potentiometer herkömmliche, mit einem Schraubenzieher einstellbare Typen und sie sind am Fühler so angebracht, daß sie mittels der Widerstandseinstellöffnung 114 eingestellt werden können, nachdem der Fühler auf dem Fühlerträger gemäß der schematischen Darstellung von Fig. 2 zusammengebaut worden ist. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können die Eichmittel auch elektrisch betätigbar sein, damit das Eichen nach dem Zusammenbau auf dem Fühlerträger durchgeführt werden, wie anschließend noch beschrieben wird.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in der Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wird, werden die folgenden herkömmlichen Bauelemente in den oben beschriebenen Signalkonditionierungsmitteln benutzt:
Bezugnahme Bauelement
Zeitgeber 98 TLC 555
Flip-Flop CD 4013
Linearer Invertierer CD 4069
Schmidt-Trigger-Invertierer 104, 106, 106 CD 40106
operationsverstärker 7621 BCN
Schalter 60, 62, 64, 66 CD 4066
Schalter 103 CD 4016
Referenzkondensator 27 pf
Wandlerkondensator 12 30 bis 60 pf
Filterkondensator 72, 84, 101 0, 01 uF
Verzögerungskondensator 112 0,001 uF
Verzögerungskondensator 111 200 pf
Zeitsteuerkondensator 100 500 pf
Spannungsteilerwiderstände 88 47K ohms
Begrenzungswiderstände 71, 82 1 MΩ
Spannungsteilerwiderstände 92 3.3kΩ
Spannungsteilerwiderstände 93 1kΩ
Begrenzungswiderstand 67 1kΩ
Begrenzungswiderstand 97 750 Ω
Verzögerungswiderstand 110 4,7kΩ
Zeitsteuerwiderstand 99 22kΩ
Potentiometer 94, 96 0 bis 10kΩ
Verstärkungsfaktorwiderstand 90 22kΩ
Alle durch eine Katalognummer identifizierten Bauelemente werden von der Firma Texas Instruments Inc. o.a. hergestellt.
Wenn die Versorgungsspannung typischerweise etwa 4 bis 6 V liegt und das Taktmittel 98 mit einer Frequenz von 33 kHz arbeitet, werden der Invertierschalter 103, die abwechselnden Schalterpaare 60, 62, und 64, 66 sowie das Flip-Flop 70 mit Intervallen dl von 30 us geschaltet, wobei die Schalterpaare und das Flip-Flop mit Verzögerungen d2 von 1 us bzw. d3 von 6 us betätigt werden, nachdem der Invertierschalter betätigt worden ist, wie das Kurvendiagramm von Fig. 4 zeigt.
Wenn in dieser Anordnung der überwachte Druck 30 stabil ist und beim unteren Wert des zu überwachenden Druckbereichs liegt, während der Wandlerkondensator 12 und der Referenzkondensator 46 und somit der gemeinsame Schaltungspunkt 58 zyklisch zwischen der Potentiometerspannung 94 und der Versorgungsspannung der Schaltung bei einer Polarität und zwischen der Potentiometerspannung 96 und dem Teil der Ausgangsspannung am Verbindungspunkt der Widerstände 92 und 93 bei der entgegengesetzten Polarität umgeschaltet, wobei die Ausgangsspannung bei der Zurückleitung zum Schalter 62 je nach Wunsch vom Spannungsteiler 92, 93 modifiziert werden kann. Am gemeinsamen Schaltungspunkt 58 wird daher ein Spannungswert eingestellt, der die integrierte Stromquellen-Stromsenkenschaltung 69 aus dem Widerstand 71, dem Kondensator 72, und dem Operationsverstärker 74 angesteuert wird und am Schaltungspunkt 80 einen analogen Ausgangsspannungswert erzeugt, der dem Verhältnis zwischen dem Referenzkondensator und dem Wandlerkondensator entspricht. Das Potentiometer 94 wird dann (bei dem auf seinem niedrigen Wert liegenden Druck 30) so eingestellt, damit eine Vorspannungseichung für den Fühler in der Weise erhalten wird, daß die Ausgangsspannung beispielsweise für den unteren Wert des gewünschten Ausgangsspannungsbereichs am Schaltungspunkt 80 auf Null gesetzt wird. Bei einem auf oberen Wert seines in der zu überwachenden Zone wahrscheinlich auftretenden gewünschten Bereichs liegenden Wert des Drucks 30 wird das Potentiometer 96 so eingestellt, daß in erster Linie ein Verstärkungseichung des Fühlers erzielt wird, die die Ausgangsspannung am Schaltungspunkt 80 auf das obere Ende ihres gewünschten Ausgangsspannungsbereichs stellt. Wenn in dieser Anordnung der Fluiddruck 30 an irgendeinem Punkt innerhalb des überwachten Druckbereichs einen stabilen Zustand hat, ist die Ausgangsspannung am Schaltungspunkt 80 der Kapazität des Wandlerkondensators umgekehrt proportional, und die Wandlerkapazität ist dem Abstand zwischen den Belägen des Wandlerkondensators umgekehrt proportional. Wenn somit der Druck 30 zur Erhöhung der Wandlerkapazität ansteigt, erzeugt die zyklische Umschaltung des Wandlerkondensators und des Referenzkondensators, die oben beschrieben wurde, eine Differenzspannung am gemeinsamen Schaltungspunkt 58, die die integrierte Stromquellen-Stromsenkenschaltung ansteuert und die Ausgangsspannung am Schaltungspunkt 80 erhöht, wobei diese Ausgangsspannung dann über den Schalter 62 zurückgekoppelt wird, um die erwähnte Differenzspannung am gemeinsamen Schaltungspunkt auf Null zu stellen und die Ausgangsspannung umgekehrt proportional zu der nun höheren Wandlerkapazität zu halten. Wie zu erkennen ist, können der Referenzkondensator und der Wandlerkondensator in der beschriebenen Kapazitäts-Spannungs-Umsetzerschaltung umgekehrt werden, so daß die Schaltung auch geeignet ist, als direkter und nicht als inverser Kapazitätsdetektor zu wirken, wie zu erkennen ist. In einigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fühlers können die Signalkonditionierungsmittel herkömmliche phasenverriegelte Verstärkerschaltungen oder synchrone modulierte-demodulierte Schaltungen zum Umsetzen kleiner Wandlerkapazitäten in Ausgangsspannungen im Verhältnis zu den Schaltungsversorgungsspannungen in herkömmlicher Weise eingesetzt werden, jedoch hat sich gezeigt, daß die oben beschriebene Kapazitäts-Spannungs-Umsetzerschaltung mit ladungsverriegelter Schleife im Hinblick auf den Kapazitätsvergleich bei Druck wesentlich schneller arbeitet und daß eine wesentlich größere Genauigkeit bei der Anwendung in einem weiten Temperaturbereich erhalten wird, indem Fehler vermieden werden, die auf Übergangsleckströme zurückzuführen sind, wobei auch Offsetspannungsfehler auf ein Minimum verringert werden, die bei bisher bekannten Schaltungen auftreten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Fühlers 210 nach der Erfindung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, bei der Bauelemente, die mit denjenigen von Fig. 3 vergleichbar sind, sind die Signalkonditionierungsmittel insbesondere für den Einbau in eine in Fig. 5 mit unterbrochenen Linien 243 schematisch angegebene integrierte Schaltung und für die Ausführung in bipolarer Technik, in CMOS-Technik oder dergleichen geeignet. In dieser Ausführung sind der Wandlerkondensator 212 und der Referenzkondensator 246 beispielsweise in einer ladungsverriegelten Schleife mit einem gemeinsamen Schaltungspunkt 258 angeordnet, wobei eine Gruppe von Schaltern 260, 262, 264, 266 vorgesehen ist, um den Wandlerkondensator, den Referenzkondensator und den gemeinsamen Schaltungspunkt zyklisch zwischen Spannungen umzuschalten, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde, damit eine Stromquellen-Stromsenkenschaltung 269, ein Integrationskondensator 272, ein Spannungsfolger 274, der Widerstand 267, lineare Invertierglieder 268 und ein Flip-Flop angesteuert werden, wobei die beschriebene Schaltung (nicht dargestellt) entsprechende Taktmittel aufweist, um den Invertierschalter 303, das Flip-Flop 270 und die Schalter 260, 262, 264, 266 in einer vorbestimmten Folge bei einer vorbestimmten Frequenz gemäß der obigen Beschreibung zu betätigen. Wenn in dem Wandler eine Abschirmung benutzt wird, wie in der am gleichen Tag eingereichten, oben erwähnten Patentanmeldung dargestellt ist, wird die Abschirmung, die in Fig. 5 bei 263 schematisch dargestellt ist, vorzugsweise elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden, die in Fig. 5 schematisch bei 269 dargestellt ist, damit sie auf den für den gemeinsamen Schaltungspunkt 258 typischen Spannungswert gehalten wird, so daß der Bereich des Schaltungspunkt des Wandlers im wesentlichen abgeschirmt wird.
In dieser Ausführungsform der Erfindung werden die Eichmittel in integrierter Form auf dem Typ in der intergrierten Schaltung 243 eingebaut, die auf einem gemeinsamen Träger im Fühler 210 angebracht wird, wobei die Schaltung mit dem Wandler 212 durch elektrische Eingangssignale über die integrierte Schaltung so betätigt wird, daß die Schaltung 243 relativ zum Wandler nach dem Zusammenbau auf dem gemeinsamen Träger geeicht wird. Vorzugsweise enthalten die Eichmittel beispielsweise ein Schieberegister 316, das bei 318 bzw. 320 Takteingangssignale und Eichdaten in herkömmlicher Weise für eine Zusammenwirkung mit Speichermitteln 322 in herkömmlicher Weise empfängt, so daß die Eichdaten für den Fühler 210 in den Speicher über das Schieberegister aus einem (nicht dargestellten) Fühlertestgerät eingegeben werden können, während der Druck in der zu überwachenden Zone, wie bei 30 angegeben ist, zuerst auf den gewünschten niedrigen Wert und dann auf den gewünschten hohen Wert des Überwachungsbereichs gestellt wird, wie oben beschrieben wurde. Es bedeutet, daß der Fühler zuerst einem Eichtestvorgang bei jedem der hohen und niedrigen Druckwerte unterzogen wird, und daß zusätzliche Eichdaten nach Bedarf in das Register eingegeben werden, damit die Fühlerausgangsspannungen innerhalb des gewünschten Ausgangsspannungsbereichs eingestellt werden, damit eine Vorspannungs- und Verstärkungseichung für den Fühler erhalten werden, wie zu erkennen ist. Das Schieberegister vorzugsweise beispielsweise ein herkömmliches Register mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang für den Empfang und die Abgabe eines aus 20 Bits bestehenden Eichworts an den Speicher. Zwei Digital- Analog-Umsetzer 324, 326 herkömmlicher Art sind so angeordnet, daß sie eine Hälfte der Daten oder ein Zehn-Bit-Wort aus dem Speicher empfangen und geeignete Vorspannungs-und Verstärkungseichwerte in die Signalkonditionierungsschaltung 243 eingeben. Vorzugsweise sind die Speichermittel 322 nicht flüchtige Speichermittel mit durchschmelzbaren Metallverbindungen oder dergleichen, und sie enthalten dauerhafte Programmiermittel, wie in Fig. 5 bei 328 schematisch angegeben ist, mit denen die Eichdaten im Speicher nach der Fühlereichung festgelegt werden können. Wenn die Schaltung entweder in bipolarer, polarer oder CMOS-Technologie oder dergleichen hergestellt wird, ist eine sehr kleine Änderung der Wandlerkapazität im Bereich von typischerweise 10% bis 50% geeignet, einen vollen Ausgangsspannungsbereich für den Fühler exakt wiederzugeben. Typischerweise halten die Digital/Analog-Umsetzer eine herkömmliche Widerstandsgruppe oder dergleichen oder arbeiten mit einer solchen herkömmlichen Widerstandsgruppe oder dergleichen zusammen, damit in die Signalkonditionierungsschaltung Vorspannungs- und Verstärkungseichwiderstände eingefügt werden, um die Eichung in einer Weise zu bewirken, die der Ausführung der Erfindung von Fig. 3 ähnlich ist. Auf diese Weise sind die Digital/Analog-Umsetzer geeignet, eine automatische serielle Programmierung während der Fühlereichung zu erzielen, damit kostengünstige Fühler erhalten werden, die eine Bedingungserfassung mit hoher Präzision ermöglichen und die ohne weiteres zur Befriedigung vieler unterschiedlicher Fühleranwendungen eingesetzt werden können. Es ist zu erkennen, daß die Signalkonditionierungsmittel nach der Erfindung auch geeignet sind, analoge oder digitale Ausgangssignale im Rahmen der Erfindung zu liefern. Es ist zwar gezeigt worden, daß in den Eichmitteln der Schaltung Speichermittel mit durchschmelzbaren Metallverbindungen enthalten sind, jedoch können auch EPOM-Mittel oder andere vergleichbare Speichermittel im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
In einer anderen Ausführungsform des Fühlers 410 nach der Erfindung, wie in Fig. 6 teilweise dargestellt ist, in der ebenfalls vergleichbare Bezugszeichen verwendet sind, wird das Eichen des Fühlers durch Einstellen eines veränderlichen Kondensators als alternatives Eichmittel erzielt. In dieser Ausführung ist der veränderliche Wandlerkondensator 412 in einer ladungsgekoppelten Schleife mit einem Referenzkondensator 446 angeordnet, der ebenfalls veränderlich ist, wobei der Wandlerkondensator und der erste Referenzkondensator jeweils an einen gemeinsamen Schaltungspunkt 458 angeschlossen sind. Eine Gruppe von Schaltern 460, 462, 464, 466 und Spannungsteilermittel 492, 493 sind in einer integrierten Schaltung 443 in ähnlicher Weise wie die Schaltergruppe und die Rückkopplung in den zuvor beschriebenen Ausführungen angeordnet, damit die Kondensatoren umgeschaltet werden können, wie oben beschrieben wurde. Wie zu erkennen ist, ist der Referenzkondensator 446 in herkömmlicher Weise einstellbar, um eine Eichung der Schaltung zu erzielen.
Falls es erwünscht ist, kann die Eicheinstellung der veränderlichen Referenz- und Wandlerkondensatoren durch Anwendung elektrisch betätigbarer Mittel in einer Weise entsprechend Fig. 5 erzielt werden, wie bei 544 und 546 in Fig. 6 der Erfindung schematisch dargestellt ist. Dies bedeutet, daß ein Schieberegister ein Eichwort empfängt und einem Speicher zuführt, der nicht flüchtige Speichermittel mit durchschmelzbaren Metallverbindungen gemäß der obigen Beschreibung enthält, wobei dauerhafte Programmiermittel die Eichdaten in den Speichermitteln festlegen. Digital/Analog-Umsetzermittel arbeiten als Reaktion auf die Eichdaten in dem Speicher mit einer (nicht dargestellten) herkömmlichen Kondensatorgruppe in der integrierten Schaltung 443 zusammen, um Vorspannungs- und Verstärkungseichkapazitäten in die Schaltung von Fig. 6 einzufügen, wie oben beschrieben wurde. Wie zu erkennen ist, liegt eine volle Eichung des Fühlers nach der Erfindung mit Hilfe einstellbarer veränderlicher Kondensatoren im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
In einer Alternativausführung des Fühlers nach der Erfindung entsprechen die Fühlerschaltungen im wesentlichen dem Fühler 10, der oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde. In dieser Ausführung 610 der Erfindung gemäß Fig. 7 enthalten die Vorspannungs- und Verstärkungseichmittel in der Schaltung jeweils ein elektrisch einstellbares Potentiometermittel, wie es schematisch bei 694 in Fig. 8 dargestellt ist. Dies bedeutet, daß in die Signalkonditionierungsschaltung des Fühlers 610 für jedes der Potentiometer 94, 96, das mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben wurde, ein Potentiometer 694 eingesetzt wird. In dem Potentiometer 694 ist ein leitendes Metallgitter 696 auf einem isolierenden Sockel 698 aus Silizium oder dergleichen durch Ablagerung einer Metallfarbe oder auf andere herkömmliche Weise gebildet, so daß das Gitter mehrere Verbindungsstreifen 700 aufweist, die in einer Reihe angeordnet und an einem Ende mit einem gemeinsamen Bus 702 verbunden sind. Jeder Verbindungsstreifen weist einen Abschnitt 700.1 mit relativ kleinem Querschnitt auf, und über den Streifen ist ein Dickschichtwiderstand 704 angebracht, der elektrisch mit jedem Streifen zwischen den schmaleren Streifenabschnitten 700.1 und einem entgegengesetzten Ende 700.2 des Streifens verbunden ist. Ein Ende des Widerstandes ist an die Fühlerversorgungsspannung gelegt, wie in Fig. 7 bei 706 schematisch dargestellt ist, während das andere Ende des Streifens 702 über ein Pull-Down-Widerstand 705 an Masse gelegt ist. Ein Schleifarm 708, der ein Teil des Potentiometers 694 oder im Rahmen der Erfindung auch ein Teil eines Fühlertestgeräts sein kann, ist längs des Abschnitts 704 verschiebbar angebracht, damit ein elektrischer Eingriff mit dem entgegengesetzten Ende 700.2 der Verbindungsstreifen in einer ausgewählten Folge hergestellt wird, wie durch den Pfeil 710 angegeben ist. Die Verwendung des Potentiometers zur Einführung der Vorspannungs-Verstärkungseichung innerhalb der Schaltung des Fühlers 610 wird dann getestet wie oben in bezug auf die Fig. 3 beschrieben wurde. Wenn der in die Fühlerschaltung durch das Potentiometer 694 auf diese Weise eingefügte Widerstand für ein vollkommenes Eichen des Fühlers nicht ausreicht, während sich der Schleifarm elektrisch mit einem bestimmten Verbindungsstreifen in Eingriff befindet, wird ein Impuls mit hoher Stromstärke auf diesen Streifen aus einer Eichenergiequelle 711 über den Schleifarm und Schaltermittel 712 angewendet, die schematisch in Fig. 7 dargestellt sind, damit der Streifen überlastet wird und der Abschnitt 700.1 des Streifens verdampft wird, der in Fig. 7 bei 700.1a angegeben ist. Der Schleifarm wird dann bewegt, damit er nacheinander mit dem nächsten Verbindungsstreifen in der in Fig. 7 dargestellten Folge in Eingriff kommt, wobei der Eichprozeß fortgesetzt wird. Wie zu erkennen ist, ist das Anlegen des erwähnten Eichimpulses für eine Automatisierung in herkömmlicher Weise zum kostengünstigen Eichen des Fühlers 610 geeignet. Es sei bemerkt, daß zwar bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung zu ihrer Erläuterung beschrieben worden sind, jedoch auch andere Ausführungen der Erfindung möglich sind. Der kapazitive Druckfühler ist beispielsweise zwar als Druckfühler mit einem beweglichen Belag mit Luft als Dielektrikum dargestellt worden, jedoch kann auch ein vergleichbarer Wandler mit festen Belägen und einem beweglichen Dielektrikum im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.

Claims

1. Kostengünstiger Fühler (10, 210, 410, 160) mit hoher Präzision mit einem bedingungsabhängigen Mittel (12, 212, 412) zur Erzeugung ursprünglicher elektrischer Signale in Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen in einer zu überwachenden Zone, einem Signalkonditionierungsmittel (43, 243, 443) zum Konditionieren der ursprünglichen elektrischen Signale zur Erzeugung elektrischer Ausgangssignale aus dem Fühler zur Durchführung vorbestimmter Steuerfunktionen, und Mitteln zum Einstellen der Eichung des Fühlers, dadurch gekennzeichnet, daß das bedingungsabhängige Mittel, das Signalkonditionierungsmittel und das Eicheinstellmittel (94, 96, 316, 318, 320, 322, 324, 326, 328, 446, 544, 546, 694) auf einem gemeinsamen Träger (16, 18, 20) angeordnet sind, daß die ursprünglichen elektrischen Signale, die von den auf die Bedingung ansprechenden Mitteln geliefert werden, innerhalb eines ersten vorbestimmten Bereichs liegen, und daß die Eicheinstellmittel auf den Träger elektrisch betätigbar sind, um eine Einstellung der Vorspannung und der Verstärkung zu bewirken, die auf die ursprünglichen elektrischen Signale aus dem bedingungsabhängigen Mittel durch das Signalkonditionierungsmittel angewendet werden, nachdem jenes Mittel auf dem Träger befestigt worden ist, so daß der Fühler geeicht wird, um die Ausgangssignale innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs zu erzeugen, damit die Steuerfunktionen in Abhängigkeit von den bestimmten Bedingungen durchgeführt werden.

2. Fühler nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das bedingungsabhängige Mittel selektiv so einstellbar ist,

daß die ursprünglichen elektrischen Signale innerhalb des ersten vorbestimmten Bereichs in Abhängigkeit von Änderungen von Bedingungen in der zu überwachenden Zone innerhalb eines von mehreren Bereichen der Bedingungen erzeugt werden, und

daß das Eicheinstellmittel einen ausreichenden Einstellbereich entsprechend dem ersten vorbestimmten Bereich hat, damit die Eichung des Fühlers so eingestellt werden kann, daß elektrische Ausgangssignale für die Durchführung solcher Steuerfunktionen in Abhängigkeit von den ursprünglichen elektrischen Signalen an jedem bestimmten Punkt in dem ersten vorbestimmten Bereich durchgeführt werden.

3. Fühler nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Signalkonditionierungsmittel eine integrierte Schaltung aufweist, die auf dem Träger angebracht ist, und daß die Eicheinstellmittel in der integrierten Schaltung enthalten und so konstruiert sind, daß sie nach dem Anbringen auf dem Träger elektrisch betätigt werden können.

4. Fühler nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das bedingungsabhängige Mittel einen kapazitiven Wandler mit einer Membran (40) umfaßt, die sich abhängig von bestimmten Bedingungen in einer zu überwachenden Zone zur Erzeugung des ursprünglichen elektrischen Signals bewegt.

5. Fühler nach Anspruch 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Signalkonditionierungsmittel eine integrierte Schaltung aufweist und daß die Eicheinstellmittel in der integrierten Schaltung enthalten und geeignet sind, nach dem Anbringen auf dem Träger durch ein elektrisches Eingangssignal zur integrierten Schaltung geeicht zu werden.

6. Fühler nach Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Eicheinstellmittel in der integrierten Schaltung ein Speichermittel (322) für den Empfang von Daten aus einem Fühlertestgerät zur Einstellung der integrierten Schaltung bezüglich des kapazitiven Wandlers auf dem Träger umfaßt, damit die Ausgangssignale zur Durchführung der Steuerfunktionen in einer exakten Testreaktion auf die bestimmte Bedingung geliefert werden, und ferner Dauerprogrammiermittel (228) zum selektiven Festlegen des Speichermittels zum Eichen der Schaltung nach dem Testeichen des Fühlers aufweist.

7. Fühler nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Eicheinstellmittel in der integrierten Schaltung ein Schieberegistermittel (316) für den Empfang der Daten aus einem Fühlertestgerät umfaßt, wobei das Speichermittel einen nichtflüchtigen Speicher umfaßt, der selektiv durchschmelzbare Metallverbindungen für den Empfang von Daten aus dem Schieberegister zum Eichen des Fühlers enthält, und daß das permanente Programmiermittel Mittel zum selektiven Durchschmelzen der aus Metall bestehenden durchschmelzbaren Verbindungen in dem Speichermittel zum Festlegen der Eichung des Fühlers umfaßt.

8. Fühler nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegistermittel ein Serieneingabe-Parallelausgabe- Register zur Abgabe eines Wörterpaars an den nichtflüchtigen Speicher sowie zwei Digital-Analog-Umsetzermittel, die jeweils abhängig von den Wörtern die integrierte Schaltung zum Eichen des Fühlers einstellen, enthält.

9. Fühler nach einem der Ansprüche 4 bis 8, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Eichmittel variable Kondensatormittel (446) enthalten.

10. Fühler nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das bedingungsabhängige Mittel einen Wandlerkondensator mit einer Kapazität aufweist, die sich mit Änderungen einer überwachten Bedingung ändert, wobei das Signalkonditionierungsmittel einen Referenzkondensator (45, 246, 446), eine Kapazitäts-Spannungs-Umsetzerschaltung mit einem Eingangsmittel (78) zum Empfangen einer Versorgungsspannung und einem Ausgangsmittel (76) zum Liefern einer Ausgangsspannung, Schaltermittel (60, 62, 64, 66, 260, 262, 264, 266, 460, 462, 464, 466) zum selektiven Anschließen des Wandlers und der Referenzkondensatoren an die Schaltung sowie ein Taktmittel (98) zum Betreiben des Schaltermittels in einer vorbestimmten Folge umfaßt, damit die Versorgungsspannung und ein Rückkopplungssignal von der Ausgangsspannung an den Wandler und an die Referenzkondensatoren mit entgegengesetzten Übergängen mit einer vorbestimmten Frequenz angelegt werden, so daß eine unausgeglichene Bedingung in der Schaltung entsprechend einer Änderung der Wandlerkapazität aufgrund einer Änderung der überwachten Bedingung zum Einstellen der Ausgangsspannung zu einer Korrektur der unausgeglichenen Schaltungsbedingung und zum Halten der Ausgangsspannung direkt oder umgekehrt proportional zur Kapazität des Wandlerkondensators erzeugt wird.

11. Fühler nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Eichmittel zwei veränderliche Widerstände enthält, die in der Schaltung so angeordnet sind, daß die jeweiligen Spannungen verändert werden, an die der Wandler und die Referenzkondensatoren zyklisch zur Erzielung einer Vorspannungsbzw. einer Verstärkungseichung des Fühlers angelegt werden.

12. Fühler nach Anspruch 10 oder 11, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkondensator in einer ladungsverriegelten Schleifenbeziehung mit einem gemeinsamen Schaltungspunkt (58, 258, 458) mit dem Wandlerkondensator angeordnet ist und daß die Kapazitäts-Spannungs-Umsetzerschaltung die Spannungen an dem Wandler und an den Referenzkondensatoren mit entgegengesetzten Übergängen bei einer vorbestimmten Frequenz zur Erzielung einer Differenzspannung an dem gemeinsamen Schaltungspunkt entsprechend der Änderung der Kapazität im Wandlerkondensator aufgrund einer Änderung der überwachten Bedingung und zur Einstellung der Ausgangsspannung zur Nullsetzung der Differenzspannung am gemeinsamen Schaltungspunkt und zur Aufrechterhaltung der Ausgangsspannung umgekehrt proportional zur Kapazität des Wandlerkondensators zyklisch anlegt.

13. Fühler nach Anspruch 10 oder 11, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltermittel eine Gruppe von Schaltermitteln enthält, die in einer vorbestimmten Folge betätigbar sind, damit die Spannung am Wandler und an den Referenzkondensatoren mit entgegengesetzten Übergängen zyklisch umgeschaltet wird, wobei das Taktmittel die Schalter in der Folge mit einer vorbestimmten Frequenz betätigt, um an dem gemeinsamen Schaltungspunkt während der zyklischen Änderung eine Differenzspannung in Abhängigkeit von einer Änderung der Kapazität des Wandlerkondensators aufgrund einer Druckänderung in der zu überwachenden Zone zu erzeugen, damit das Ausgangsmittel für eine Einstellung der Ausgangsspannung in einer Weise angesteuert wird, die der Änderung der Kapazität des Wandlerkondensators entspricht, und daß das Ausgangsmittel Rückkopplungsmittel (92, 93, 292, 293, 492, 493) aufweist, die an die Gruppe der Schalter zum Nullsetzen von Differenzspannungen an dem gemeinsamen Schaltungspunkt in Abhängigkeit von Änderungen der Ausgangsspannung angeschlossen sind, damit die Ausgangsspannung direkt proportional zur Kapazität des Wandlerkondensators gehalten wird.

14. Fühler nach Anspruch 13, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Signalkonditionierungsmittel eine integrierte Schaltung enthält, die auf dem Träger angebracht ist und daß die Eichmittel in der integrierten Schaltung untergebracht sind und nach dem Anbringen auf dem Träger durch eine elektrische Eingabe in die integrierte Schaltung geeicht werden können.

15. Fühler nach Anspruch 14, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Eichmittel in der integrierten Schaltung ein Speichermittel (322) für den Empfang von Daten aus einem Fühlertestgerät zur Einstellung der integrierten Schaltung bezüglich des kapazitiven Wandlers auf dem Träger umfaßt, damit die Ausgangssignale zur Durchführung der Steuerfunktionen in einer exakten Testreaktion auf die bestimmte Bedingung geliefert werden, und daß ein Schreibmittel (328) zum selektiven Festlegen des Speichermittels zum festen Einstellen der getesteten Eichung des Fühlers vorgesehen sind.

16. Fühler nach Anspruch 15, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Eichmittel in der integrierten Schaltung ein Schieberegistermittel (316) für den Empfang der Daten aus einem Fühlertestgerät umfaßt, wobei das Speichermittel einen nichtflüchtigen Speicher umfaßt, der selektiv durchschmelzbare Metallverbindungen für den Empfang von Daten aus dem Schieberegister zum Eichen des Fühlers enthält, und daß das Schreibmittel Mittel zum selektiven Durchschmelzen der durchschmelzbaren Metallverbindungen in dem Speichermittel zum Festlegen der Eichung des Fühlers umfaßt.

17. Fühler nach Anspruch 16, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegistermittel ein Serieneingabe-Parallelausgabe-Register zur Abgabe eines Wörterpaars an den nichtflüchtigen Speicher sowie zwei Digital-Analog-Umsetzermittel, die jeweils abhängig von den Wörtern die integrierte Schaltung zum Eichen des Fühlers einstellen, enthalten.

18. Fühler nach Anspruch 17, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung in CMOS-Technologie ausgeführt ist, damit eine verbesserte Temperaturstabilität im Betrieb bei hohen Temperaturen ermöglicht wird.

19. Fühler nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen variablen Referenzkondensator (446), der in der ladungsverriegelten Schleifenbeziehung angeordnet ist und einen gemeinsamen Schaltungspunkt mit dem Wandlerkondensator aufweist.

20. Fühler nach Anspruch 19, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der variable Referenzkondensator ein elektrisch betätigbares Kondensatormittel auf dem Chip umfaßt und daß das Eicheinstellmittel ein Schieberegistermittel für den Empfang von Daten zum Einstellen der variablen Kondensatoren während des Testens des Fühlers, ein nichtflüchtiges Speichermittel mit durchschmelzbaren Metallverbindungen für den Empfang der Daten aus dem Schieberegistermittel und Dauerprogrammiermittel, die selektiv für ein dauerhaftes Programmieren ausgewählter Daten in dem Speichermittel zum Eichen des Fühlers betätigbar sind, enthält.