DE4031593A1 - Potentiostatischer sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen potentiostatischen Sensor mit einem auf einer Widerstandsbahn, deren Enden einander benachbart angeordnet sind, bewegbaren Schleifer, wobei die Enden der Widerstandsbahn mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagt sind.

Potentiostatische Sensoren dieser Art werden beispiels­ weise eingesetzt, um einen Drehwinkel zu ermitteln. Die Widerstandsbahn wirkt zusammen mit dem Schleifer als Potentiometer, wobei am Schleifer in Abhängigkeit von seiner Stellung auf der Widerstandsbahn ein Potential abgegriffen werden kann, das zwischen den beiden Poten­ tialen an den Enden der Widerstandsbahn liegt. In einigen Anwendungen ist es möglich, daß der zu ermittelnde Dreh­ winkel mehr als 360° beträgt. Der Schleifer wird in diesem Fall über das eine Ende der Widerstandsbahn hin­ ausgeführt und trifft am anderen Ende erneut auf die Widerstandsbahn. Die beiden Enden der Widerstandsbahn können natürlich nicht elektrisch miteinander verbunden sein, da ansonsten ein Kurzschluß zwischen den beiden unterschiedlichen elektrischen Potentialen auftreten würde. Der Schleifer hängt also in der Lücke zwischen den beiden Enden der Widerstandsbahn, d. h. in dem Winkel­ bereich zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende, sozusagen in der Luft, d. h. er hat in dieser Position kein bestimmtes Potential. In dieser Position ist er allen möglichen Störeinflüssen, wie Streufeldern oder ähnlichem, ausgesetzt. Es können Spannungsspitzen indu­ ziert werden, die eine nachgeschaltete Auswerteschaltung beschädigen können. Auch wenn nur eine ungefährliche Spannung eingestreut wird, ist die Situation unbefrie­ digend, da beispielsweise in dem Fall, wo die eingestreu­ te Spannung ein Potential am Schleifer erzeugt, das auch in einer anderen Winkelstellung des Schleifers abgegriffen werden könnte, die angeschlosssene Auswerte­ schaltung einen falschen Winkel detektieren kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen potentiostatischen Sensor anzugeben, dessen Ausgangs­ signal jederzeit Aufschluß über die Position des Schlei­ fers gibt.

Diese Aufgabe wird bei einem potentiostatischen Sensor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Überlappungsbahn vorgesehen ist, die von der Widerstands­ bahn elektrisch isoliert ist, in Bewegungsrichtung des Schleifers die beiden Enden der Widerstandsbahn überlappt und auf einem vorbestimmten elektrischen Hilfspotential liegt, wobei der Schleifer im Verlauf des Wechsels von einem Ende der Widerstandsbahn zum anderen Ende der Widerstandsbahn die Überlappungsbahn kontaktiert.

Der Schleifer befindet sich also immer auf einem vorbe­ stimmten Potential, sei es auf dem auf der Widerstands­ bahn abgegriffenen Potential, sei es auf dem auf der Überlappungsbahn liegenden Hilfspotential. Spannungs­ spitzen, die durch Streufelder in einen als Antenne wirkenden, frei in der Luft hängenden Schleifer einge­ streut werden könnten, werden vermieden. Dadurch daß die Überlappungsbahn die Enden der Widerstandsbahn in Bewegungsrichtung überlappt, ist der Schleifer immer auf einer der beiden Bahnen geführt, d. h. in der Lücke zwischen den beiden Enden der Widerstandsbahn befindet sich der Schleifer auf jeden Fall auf der Überlappungs­ bahn. Durch die Wahl des Hilfspotentials läßt sich das Ausgangssignal in dem Bereich zwischen den beiden Enden der Widerstandsbahn steuern.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Wider­ standsbahn eine beide Enden überlappende Ausnehmung auf, in der die Überlappungsbahn angeordnet ist. Die aus Widerstandsbahn und Überlappungsbahn bestehende Anordnung muß also nicht breiter sein als die Wider­ standsbahn alleine. Beispielsweise kann im Endbereich die Überlappungsbahn die halbe Breite der Widerstands­ bahn aufweisen, wenn die Enden der Widerstandsbahn eben­ falls nur noch etwa die halbe Breite der Widerstandsbahn aufweisen. In diesem Fall sind auch am Schleifer keine weiteren Veränderungen notwendig. Der Schleifer muß lediglich so ausgelegt sein, daß er die Widerstandsbahn an mehreren Stellen berührt. Damit ist sichergestellt, daß er bei einem Durchgang von einem Ende der Wider­ standsbahn zum anderen Ende der Widerstandsbahn auch über die Überlappungsbahn geführt wird.

Bevorzugterweise weist die Widerstandsbahn im wesent­ lichen die Form eines Kreis- oder Zylinderringes auf, wobei sich die Überlappungsbahn über einen Bogen im Bereich von 3 bis 6° erstreckt. Hierbei ist eine zuver­ lässige Erkennung des "Nulldurchganges" möglich, d. h. des Bereichs, an dem die Enden der Widerstandsbahn von­ einander getrennt sind. Eine derartige Erkennung ist dann sinnvoll, wenn der potentiostatische Sensor nicht nur einen Drehwinkel im Bereich von 0° bis 360° ermitteln soll, sondern auch Drehwinkel, die darüber hinausgehen. In diesem Fall kann man die Umdrehungen des Schleifers, d. h. die vollständigen Durchläufe durch die gesamte Widerstandsbahn, zählen.

Vorteilhafterweise ist die Überlappungsbahn über eine Strombegrenzungseinrichtung mit dem Hilfspotential ver­ bunden. Zwangsläufig muß sich das Hilfspotential min­ destens von einem der beiden Potentiale an den Enden der Widerstandsbahn unterscheiden. Da die Überlappungs­ bahn die Widerstandsbahn überlappt, stellt der Schleifer in bestimmten Positionen einen Kurzschluß zwischen der Überlappungsbahn und der Widerstandsbahn her. In diesem Fall würde ein großer Strom über den Schleifer fließen müssen, um die Potentialdifferenz auszugleichen. Um dem Schleifer diese Belastung zu ersparen, läßt sich eine Strombegrenzungseinrichtung, beispielsweise ein ohmscher Widerstand, zwischen der Überlappungsbahn und der Hilfspotentialquelle verwenden. Der Spannungsabfall, der zum Ausgleich zwischen dem Hilfspotential und dem Potential am betreffenden Ende der Widerstandsbahn not­ wendig ist, kann dann an der Strombegrenzungseinrich­ tung erfolgen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Ausgangsschaltung vorgesehen, die an ihrem Ausgang ein dem vom Schleifer auf der Widerstandsbahn abgegriffenen Potential proportionales Ausgangssignal erzeugt, wobei das Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert erhält, solange der Schleifer mit der Überlappungsbahn in Kontakt steht. Die Ausgangsschaltung kann das an der Widerstands­ bahn abgegriffene Potential in einem vorbestimmten Ver­ hältnis übersetzen, z. B. proportional vergrößern oder verkleinern. Damit kann der Sensor an eine nachgeschal­ tete Auswerteschaltung angepaßt werden. Die Ausgangs­ schaltung ist aber in der bevorzugten Ausführungsform auch dafür vorgesehen, das Ausgangssignal auf einen vorbestimmten Wert zu setzen, solange der Schleifer mit der Überlappungsbahn in Kontakt steht. In diesem Fall wird nicht das Hilfspotential an den Ausgang weiter­ gegeben, sondern es ist möglich, daß die Ausgangsschal­ tung für den Bereich, in dem der Schleifer auf der Über­ lappungsbahn geführt ist, ein beliebiges, aber vorwähl­ bares Potential erzeugt.

Besonders bevorzugt ist dabei, daß der vorbestimmte Wert einem Wert des Ausgangssignals bei einer Stellung des Schleifers an einem der beiden Enden der Widerstands­ bahn entspricht. Das Ausgangssignal macht hierbei bei einem vollen Winkeldurchlauf lediglich einen einzigen Sprung, nämlich wenn der Schleifer von dem anderen Ende der Widerstandsbahn auf die Überlappungsbahn geführt wird. Das Ausgangssignal ändert sich dann nicht mehr sprungartig, wenn der Schleifer auf das andere Ende der Widerstandsbahn trifft. Es ändert sich erst stetig, wenn der Schleifer weiter über die Widerstandsbahn ge­ führt wird.

Mit Vorteil weist die Ausgangsschaltung einen Schalter auf, der den Ausgang mit einem vorbestimmten Potential verbindet, solange der Schleifer mit der Überlappungsbahn in Kontakt steht und ein von dem vorbestimmten Potential abweichendes Potential abgreift. Der Schalter, der auch als Halbleiterschalter, beispielsweise als Transistor, ausgeführt sein kann, trennt den Schleifer vom Ausgang der Ausgangsschaltung, solange der Schleifer zwischen Widerstandsbahn und Überlappungsbahn einen Kurzschluß verursacht, d. h. zwei voneinander abweichende Potentiale miteinander verbindet. Mit dieser Maßnahme wird vollstän­ dig sichergestellt, daß keine Störungen in das Ausgangs­ signal gelangen können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Überlappungsbahn mit einem Eingang eines Komparators verbunden, dessen anderer Eingang mit einem Referenzpo­ tential verbunden ist, wobei der Ausgang des Komparators mit dem Schalter verbunden ist. Der Komparator betätigt den Schalter, wenn der Schleifer ein Potential von der Widerstandsbahn auf die Überlappungsbahn überträgt. In diesem Fall ist das Potential auf der Überlappungsbahn größer als ein vorbestimmtes Potential. Der Schalter verbindet den Ausgang der Ausgangsschaltung in diesem Fall mit einer Quelle, die einen Signalwert erzeugt, das der Stellung des Schleifers an dem anderen Ende der Widerstandsbahn entspricht.

Zur Zählung der Schleiferumdrehungen wird ein Impuls vorteilhafterweise ohne großen Aufwand dadurch erzeugt, daß die Ausgangsschaltung einen Impuls erzeugt, solange der Schleifer mit der Überlappungsbahn oder mit der Überlappungsbahn und einem Ende der Widerstandsbahn in Kontakt steht. Hier kann beispielsweise ein zweiter Schalter vorgesehen sein, der betätigt wird, solange der Schleifer mit der Überlappungsbahn in Kontakt steht.

Bevorzugt ist auch, daß der Komparator als Fensterkompa­ rator ausgebildet ist, wobei die Ausgangsschaltung einen ersten Impuls erzeugt, solange der Schleifer mit dem einen Ende der Widerstandsbahn und der Überlappungsbahn in Verbindung steht und einen zweiten Impuls, solange der Schleifer mit dem anderen Ende der Widerstandsbahn und der Überlappungsbahn in Verbindung steht. Bei dieser Ausgestaltung läßt sich auch eine Drehrichtungserkennung durchführen. Je nach dem, in welcher Reihenfolge die beiden Impulse auftreten, kann eine nachgeordnete Aus­ werteschaltung feststellen, in welche Richtung der Schleifer von der Widerstandsbahn auf die Überlappungs­ bahn geführt wird, d. h. über welches Ende der Schleifer die Widerstandsbahn verlassen hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert.

Darin zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung des Sensors,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanord­ nung,

Fig. 3a einen Signalverlauf des Ausgangssignals über der Kontur der Widerstandsbahn mit Überlappungs­ bahn,

Fig. 3b den Signalverlauf des Zählsignals,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Sensors,

Fig. 5 den Signalverlauf der Zählsignale nach Fig. 4 über der Kontur der Widerstandsbahn und

Fig. 6 eine schaltungsmäßige Realisierung des Sensors nach Fig. 4.

Ein Sensor 1 weist eine im wesentlichen als Kreisring ausgeführte Widerstandsbahn 2 auf, auf der ein Schleifer 3 geführt ist. Der Schleifer 3 ist mit einer nicht darge­ stellten Achse verbunden, deren Drehwinkel festgestellt werden soll. Der Kreisring ist unterbrochen und weist ein Ende 4 auf, das mit einer Referenzspannung U_ref verbunden ist, und ein anderes Ende 5, das mit Masse verbunden ist. Beide Enden sind einander benachbart, miteinander jedoch nur über die Widerstandsbahn 2 mitein­ ander verbunden. Die Enden 4, 5 der Widerstandsbahn haben eine geringere Breite als die übrige Wider­ standsbahn 2. Durch die verringerte Breite wird eine Ausnehmung 12 gebildet, die die beiden Enden 4, 5 der Widerstandsbahn 2 überlappt. In der Ausnehmung 12 ist eine Überlappungsbahn 6 angeordnet, die von der Wider­ standsbahn 2 elektrisch isoliert ist. Wenn der Schleifer von einem Ende 4 der Widerstandsbahn zum anderen Ende 5 der Widerstandsbahn 2 geführt wird, muß er eine Lücke 13 überqueren. Diese Lücke 13 wird durch die Überlap­ pungsbahn 6 überlappt, die vom Schleifer 3 kontaktiert wird. Zu diesem Zweck weist der Schleifer 3 zwei innere Schleifkontakte 14 auf, die auf Radien in der inneren Hälfte der Widerstandsbahn 2 geführt sind, und zwei äußere Schleifkontakte 15, die auf Radien in der äußeren Hälfte der Widerstandsbahn 2 geführt sind. Die Überlap­ pungsbahn ist in einem Bereich angeordnet, der in radia­ ler Richtung der äußeren Hälfte der Widerstandsbahn 2 entspricht. Wird der Schleifer 3 von dem einem Ende 4 der Widerstandsbahn 2 über die Lücke 13 zum anderen Ende 5 der Widerstandsbahn 2 bewegt, kontaktieren die äußeren Schleifkontakte 15 die Überlappungsbahn 6, wäh­ rend die inneren Schleifkontakte 14 auf der Widerstands­ bahn 2 verbleiben und die Lücke 13 überspringen müssen.

Die Überlappungsbahn 6 ist mit dem Mittelabgriff eines aus zwei Widerständen R1 und R2 gebildeten Spannungstei­ ler 7 verbunden. Die Überlappungsbahn 6 befindet sich also auf einem Potential, das, bestimmt durch den Span­ nungsteiler 7, zwischen U_ref und Masse angeordnet ist. Die beiden Widerstände R1 und R2 bewirken hierbei eine Strombegrenzung, d. h. wenn der Schleifer 3 einen Kurz­ schluß zwischen dem mit U_ref verbundenen Ende 4 der Wider­ standsbahn 2 und der Überlappungsbahn 6 herstellt, kann über R2 ein kleiner Strom zur Masse abfließen, um den Mittelabgriff des Spannungsteilers 7 auf das Potential U_ref anzuheben. Umgekehrt kann ein Strom über den Wider­ stand R1 fließen, wenn der Schleifer 3 das mit Masse verbundene Ende 5 der Widerstandsbahn 2 mit der Überlap­ pungsbahn 6 verbindet. Wenn sich die inneren Schleifkon­ takte 14 in der Lücke 13 befinden, wird das Potential des Schleifers 3 durch das Potential des Mittelabgriffs des Spannungsteilers 7 bestimmt. Natürlich können auch andere Schaltungen verwendet werden, um der Überlappungs­ bahn 6 ein vorbestimmtes Hilfspotential zu vermitteln.

Der Schleifer 3 und die Überlappungsbahn 6 sind mit einer Ausgangsschaltung 8 verbunden. Dabei ist der Schleifer 3 mit einem Impedanzwandler 9 verbunden, der auch eingerichtet sein kann, um das vom Schleifer 3 auf der Widerstandsbahn abgegriffene Potential in ein anderes Potential zu übersetzen, also zu vergrößern oder zu verkleinern. Der Ausgang des Impedanzwandlers 9 ist mit einem Schalter 10 verbunden, der von einem Kom­ parator 11 gesteuert wird. Der Schalter 10 verbindet den Ausgang U_a der Ausgangsschaltung 8 entweder mit dem Ausgang des Impedanzwandlers 9 oder mit Masse.

Der Komparator 11 betätigt den Schalter 10, solange der Schleifer 3 mit der Überlappungsbahn 6 in Kontakt steht, d. h. solange der Schleifer 3 mit der Überlappungs­ bahn 6 und dem einen Ende 4 in Kontakt steht, d. h. so­ lange der Schleifer 3 mit der Überlappungsbahn 6 in Kontakt steht und ein von Mittelpotential abweichendes Potential abgreift, ist der Ausgang U_a mit Masse verbun­ den. Zu diesem Zweck vergleicht der Komparator 11 das Potential der Überlappungsbahn 6 mit einem ersten Refe­ renzpotential U₁. Solange das Potential der Über­ lappungsbahn größer ist, bleibt der Schalter 10 in einer Stellung, wo er den Ausgang U_a mit Masse verbindet.

Der Komparator 11 erzeugt darüber hinaus einen Impuls, solange der Schleifer 3 mit der Überlappungsbahn 6 in Kontakt steht. Durch Zählen der Impulse läßt sich fest­ stellen, wieviel Umläufe der Schleifer 3 auf der Wider­ standsbahn 2 durchgeführt hat, d. h. es lassen sich die Anzahl der Umdrehungen der nicht dargestellten Welle feststellen, deren Drehwinkel mit Hilfe des Sensors 1 ermittelt werden soll.

Fig. 2 zeigt ein konkretes Schaltungsbeispiel des Sen­ sors 1. V_cc beschreibt die Versorgungsspannung. Der Impedanzwandler 9 weist eine bekannte Schaltung auf, die nicht näher erläutert wird.

Anstelle des mit der Überlappungsbahn verbundenen Span­ nungsteiler 7 ist lediglich ein Widerstand R3 vorgesehen, so daß das Hilfspotential auf der Überlappungsbahn 6 den Wert des Massepotentials annimmt. Das Massepotential wird im Komparator 11 mit Hilfe eines als Operationsver­ stärker ausgebildeten Vergleichers 16 mit einem durch einen durch die beiden Widerstände R4 und R5 gebildeten Spannungsteiler 17 erzeugten Potential verglichen. So­ lange das Potential am Mittelabgriff des Spannungsteilers 17 größer ist als das Hilfspotential an der Überlappungs­ bahn 6, ist der Ausgang des Vergleichers 16 niedrig. Der Komparator 11 weist einen Transistor T1 auf, dessen Basis mit dem Ausgang des Vergleichers 16 verbunden ist. Wenn der Ausgang des Vergleichers 16 niedrig ist, ist der durch den Transistor T1 gebildete Schalter offen, d. h. der Ausgang U_z befindet sich auf dem durch die Versorgungsspannung V_cc bestimmten Potential.

Der Schalter 10 weist einen Transistor T2 auf, dessen Basis ebenfalls mit dem Ausgang des Vergleichers 16 verbunden ist. Wenn der Ausgang des Vergleichers 16 niedrig ist, ist der Schalter 10 geöffnet. Das Potential am Ausgang U_a bestimmt sich nach dem vom Schleifer 3 abgegriffenen Potential.

Die Funktion dieses Sensors soll nun anhand der Fig. 3a und 3b erläutert werden. Wenn der Schleifer 3 auf der Widerstandsbahn 2 im Uhrzeigersinn bewegt wird, nimmt das von ihm abgegriffene Potential zu bis zu einem Wert U_ref. Sobald der Schleifer 3 das Ende 4 der Widerstands­ bahn 2 erreicht hat und mit den äußeren Schleifkontakten 15 die Überlappungsbahn 6 kontaktiert, liegt am nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 16 das Potential U_ref an. Dieses ist größer als das Potential am nicht invertierenden Eingang des Vergleichers 16. Der Ausgang des Vergleichers 16 ist dann hoch, d. h. nimmt praktisch den Wert der Versorgungsspannung an. Die Transistoren T1 und T2 schalten durch, d. h. die Ausgänge U_a und U_z werden auf Massepotential gezogen. Der Ausgang U_a verbleibt auf Massepotential unabhängig davon, welches Potential auf dem Schleifer 3 erzeugt wird. Wenn der Schleifer nun weiter in Richtung des Uhrzeigersinns bewegt wird, wird er über das Ende 4 der Widerstandsbahn 2 hinausge­ führt. Die inneren Schleifkontakte 14 hängen in der Luft. Das Potential des Schleifers 3 wird aber durch die äußeren Schleifkontakte 15 definiert, die mit der Überlappungsbahn 6 in Kontakt stehen. Die Überlappungs­ bahn 6 hat im stromlosen Zustand ebenfalls Massepoten­ tial, da sie über den Widerstand R3 mit Masse verbunden ist. Sobald der Schleifer 3 nur noch auf der Widerstands­ bahn 6 aufliegt, wird der Ausgang des Vergleichers 16 wieder niedrig, da das Potential am nicht invertierenden Eingang kleiner ist als das Potential am invertierenden Eingang. Die Transistoren T1 und T2 öffnen wieder. Der Ausgang U_z nimmt das Potential der Versorgungsspannung V_cc an. Der Ausgang U_a wird nun wieder durch den Schlei­ fer 3 bestimmt. Der Schleifer 3 ist nach wie vor auf Massepotential. Dies ändert sich auch nicht, wenn er am Ende 5 der Widerstandsbahn 2 wieder auf die Wider­ standsbahn 2 gelangt. Dieses Ende ist nämlich ebenfalls mit dem Massepotential verbunden.

Aus Fig. 3a ist ersichtlich, daß das Potential am Ausgang U_a immer einen definierten Wert hat, der von der Winkel­ stellung des Schleifers 3 auf der Widerstandsbahn 2 abhängt. Im Bereich zwischen den beiden Enden 4 und 5 der Widerstandsbahn 2 hat das Potential am Ausgang U_a den Wert des Massepotentials. Am Ausgang U_z, dem Zählaus­ gang, erscheint ein negativer Impuls, wenn der Schleifer 3 von dem einen Ende 4 der Widerstandsbahn 2 zum anderen Ende 5 über die Lücke 13 geführt wird.

Fig. 4 zeigt einen weiteren Sensor 101, bei dem Teile, die denen der Fig. 1 bis 3 entsprechen, mit um 100 erhöh­ ten Bezugszeichen versehen sind.

Der Komparator 11 weist hier zusätzlich einen durch zwei Vergleicher 18, 19 gebildeten Fensterkomparator auf. Der Vergleicher 18 vergleicht dabei sein Eingangs­ potential mit einem zweiten Referenzpotential U₂. Der Vergleicher 19 vergleicht sein Eingangspotential mit einem dritten Referenzpotential U₃. Der Vergleicher 18 erzeugt einen positiven Impuls, solange der Schleifer 103 sowohl das Ende 104 der Widerstandsbahn 102 als auch die Überlappungsbahn 106 kontaktiert. Der Verglei­ cher 19 erzeugt einen positiven Impuls, solange der Schleifer 103 das andere Ende 105 der Widerstandsbahn 102 und die Überlappungsbahn 106 kontaktiert. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Der Impuls kann beispielsweise die Amplitude der Versorgungs­ spannung V_cc haben. Der Vergleicher 116 betätigt den Schalter 110, d. h. er verbindet den Ausgang U_a mit Masse, solange der Schleifer 103 mit der Überlappungsbahn 106 in Verbindung steht.

Mit der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform läßt sich eine Drehrichtungserkennung durchführen. Dabei wird festgestellt, welcher der beiden Impulse an den beiden Ausgängen U_z1 und U_z2 als erster auftritt. Tritt zunächst der Impuls am Ausgang U_z1 auf, kann auf eine Drehung in Richtung des Uhrzeigers geschlossen werden. Tritt der Impuls am Ausgang U_z2 zuerst auf, liegt eine Drehung entgegen des Uhrzeigersinns vor.

Fig. 6 zeigt eine schaltungstechnische Realisierung des Sensors nach Fig. 4. Der Schalter 110 ist hierbei durch den Transistor T1 gebildet. Der Transistor T1 wird über eine durch die beiden Dioden D1, D2 gebildete ODER-Schaltung in Abhängigkeit vom Zustand am Ausgang der beiden Komparatoren V3, V4 durchgesteuert (geöffnet) oder geschlossen. Die beiden Komparatoren V3, V4 bilden zusammen mit einem Spannungsteiler R14, R15, R16 einen Fensterkomparator, der die Spannung am Punkt 107 mit Spannungen vergleicht, die durch den Spannungsteiler R14, R15, R16 aus der Referenzspannung U_ref gebildet werden.

Solange sich der Schleifer 103 in der in Fig. 6 darge­ stellten Position befindet, ist die Ausgangsspanung U_a proportional zu der an der Widerstandsbahn 102 durch den Schleifer 103 abgegriffenen Spannung. Die Spannung wird über die Verstärker V1, V2 an den Ausgang U_a ge­ leitet. Am Punkt 107 liegt zu diesem Zeitpunkt eine Spannung an, die durch den Spannungsteiler R12, R13 bestimmt wird. Diese Spannung ist kleiner als die Span­ nung U1 am invertierenden Eingang des Komparators V3 und größer als die Spannung U2 am nicht-invertierenden Eingang des Komparators V4. Die Ausgänge der beiden Komparatoren V3, V4 sind demnach auf logisch Null. Der Transistor T1 ist gesperrt. Die Transistoren T2, T3 werden jedoch über Inverter V5, V6 durchgeschaltet, so daß die Ausgänge U_z1 und U_z2 den Wert logisch Null annehmen.

Wenn der Schleifer 103 weiter in Richtung des Uhrzeigers gedreht wird, kommt er in Kontakt mit der Überlappungs­ bahn 106. Er steht aber noch im Kontakt mit dem Ende 104 der Widerstandsbahn 102. In diesem Fall liegt am Punkt 107 die Spannung U_ref an, die größer als die Spannung U1 am invertierenden Eingang des Komparators V3 ist. Der Komparator V3 schaltet durch. Über die Diode D1 wird der als Schalter dienende Transistor T1 durchge­ schaltet. Die Spannung U_a nimmt den Wert des Massepoten­ tials an. Der Transistor T3 bleibt durchgeschaltet, so daß U_z2 nach wie vor auf Massepotential liegt. Der Transistor T2 wird über den Inverter V5 angesteuert und geschlossen, so daß der Ausgang K_z1 auf den Pegel logisch Eins geht.

Bei einer weiteren Drehung des Schleifers 103 verläßt der Schleifer die Widerstandsbahn 102, so daß er nur noch im Kontakt mit der Überlappungsbahn 106 steht. Am Punkt 107 stellt sich nun eine Spannung ein, die bestimmt ist durch einen Spannungsteiler aus der Paral­ lelschaltung zwischen den Widerständen R11 und R13 und dem Widerstand R12. Diese Spannung ist kleiner als die Spannung U2 am nicht-invertierenden Eingang des Kompara­ tors V4. Sie ist auch kleiner als die Spannung U1 am invertierenden Eingang des Komparators V3. Der Ausgang des Komparators V3 geht wieder auf logisch Null, während der Ausgang des Komparators V4 auf den Wert logisch Eins geschaltet wird. Somit wird der Transistor T1 über die Diode D2 durchgesteuert. Der Transistor T3 wird über den Inverter V6 gesperrt, so daß der Ausgang U_z2 auf dem Wert logisch Eins ist. Der Transistor T2 wird über den Inverter V5 aufgesteurt. K_z1 nimmt den Wert logisch Null an.

Bei einer weiteren Drehung des Schleifers 103 in Richtung des Uhrzeigers kommt der Schleifer 103 mit dem Ende 105 der Widerstandsbahn 102 in Kontakt, der auf Masse liegt. Der Punkt 107 kommt dadurch ebenfalls auf Massepo­ tential, so daß sich an der Schaltungskonfiguration gegenüber der vorherigen Stellung des Schleifers 103 nichts ändert. Die Transistoren T1 und T2 bleiben durch­ geschaltet, so daß an den Ausgängen U_a und U_z1 Massepo­ tential bzw. der Wert logisch Null abgegriffen werden kann. Der Transistor T3 bleibt gesperrt, so daß U_z2 auf dem Wert logisch Eins ist.

Wird der Schleifer 103 weiter gedreht, verläßt er die Überlappungsbahn 106. Damit stellt sich am Punkt 107 die gleiche Spannung ein, wie zuvor, als sich der Schlei­ fer 103 am anderen Ende 104 der Widerstandsbahn 102 befand. Die Spannung U_a entspricht dann der vom Schleifer 103 auf der Widerstandsbahn 102 abgegriffenen Spannung.

Der Widerstand R1 sollte hierbei wesentlich hochohmiger gewählt werden als der Widerstand der Widerstandsbahn 102. Außerdem ist empfehlenswert, daß der Innenwiderstand des Verstärkers V1 noch größer als der Widerstand R1 ist.

Claims (10)

1. Potentiostatischer Sensor mit einem auf einer Wider­ standsbahn, deren Enden einander benachbart angeordnet sind, bewegbaren Schleifer, wobei die Enden der Wider­ standsbahn mit unterschiedlichen elektrischen Poten­ tialen beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überlappungsbahn (6, 106) vorgesehen ist, die von der Widerstandsbahn (2, 102) elektrisch iso­ liert ist, in Bewegungsrichtung des Schleifers (3, 103) die beiden Enden (4, 5; 104, 105) der Wider­ standsbahn (2, 102) überlappt und auf einem vorbe­ stimmten elektrischen Hilfspotential liegt, wobei der Schleifer (3, 103) im Verlauf des Wechsels von einem Ende (4, 104; 5, 105) der Widerstandsbahn (2, 102) zum anderen Ende (5, 105; 4, 104) der Wider­ standsbahn (2, 102) die Überlappungsbahn (6, 106) kontaktiert.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (2, 102) eine beide Enden (4, 5; 104, 105) überlappende Ausnehmung (12, 112) auf­ weist, in der die Überlappungsbahn (6, 106) angeordnet ist.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (2, 102) im wesentlichen die Form eines Kreis- oder Zylinderringes aufweist, wobei sich die Überlappungsbahn (6, 106) über einen Bogen im Bereich von 3 bis 6° erstreckt.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappungsbahn (6, 106) über eine Strombegrenzungseinrichtung (R1, R2, R3) mit dem Hilfspotential verbunden ist.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsschaltung (8, 108) vorgesehen ist, die an ihrem Ausgang (U_a) ein dem vom Schleifer (3, 103) auf der Widerstandsbahn (2, 102) abgegriffenen Potential proportionales Ausgangs­ signal erzeugt, wobei das Ausgangssignal einen vorbe­ stimmten Wert erhält, solange der Schleifer (3, 103) mit der Überlappungsbahn (6, 106) in Kontakt steht.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert einem Wert des Ausgangssignals bei einer Stellung des Schleifers (3, 103) an einem der beiden Enden (4, 5; 104, 105) der Widerstands­ bahn (2, 102) entspricht.

7. Sensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung (8, 108) einen Schalter (10, 110) aufweist, der den Ausgang (U_a) mit einem vorbestimmten Potential verbindet, solange der Schlei­ fer (3, 103) mit der Überlappungsbahn (6, 106) in Kontakt steht und ein von dem vorbestimmten Potential abweichendes Potential abgreift.

8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappungsbahn (6, 106) mit einem Eingang eines Komparators (11, 111) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit einem Referenzpotential (U₁) verbunden ist, wobei der Ausgang des Komparators (11, 111) mit dem Schalter (10, 110) verbunden ist.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung (8, 108) einen Impuls erzeugt, solange der Schleifer (3, 103) mit der Überlappungsbahn (6, 106) oder mit der Überlappungsbahn (6, 106) und einem Ende (4, 104; 5, 105) der Widerstandsbahn (2, 102) in Kontakt steht.

10. Sensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Komparator (111) als Fensterkomparator (18, 19) ausgebildet ist, wobei die Ausgangsschaltung (108) einen ersten Impuls erzeugt, solange der Schleifer mit dem einen Ende (104) der Wider­ standsbahn und der Überlappungsbahn (106) in Verbin­ dung steht und einen zweiten Impuls, solange der Schleifer (103) mit dem anderen Ende (105) der Wider­ standsbahn (102) und der Überlappungsbahn (106) in Verbindung steht.