DE4424833A1 - Schaltungsanordnung zur Messung des Widerstandes eines Widerstandssensors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung des Widerstandes eines Widerstandssensors, beispielsweise eines Feuchtesensors, der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist.

Beispielsweise zur Messung der Feuchte auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs werden Sensorwiderstände in Form von ineinander verkämmten streifenförmigen Elektroden verwendet. Berühren Wassertropfen beide Elektroden, so sinkt der Widerstand, was zur automatischen Steuerung eines Scheibenwischers benutzt werden kann. Zur Messung des Widerstandes ist grundsätzlich das Anlegen einer Spannung an den Widerstandssensor erforderlich. Durch Gleichspannungsanteile der anzulegenden Spannung kann es jedoch zu Elektrolyseerscheinungen zwischen den Elektroden kommen, die letztlich zu einer Begrenzung der Lebensdauer der Widerstandssensoren führen. Eine Einrichtung für die Steuerung eines Antriebsmittels für ein Fahrzeugzubehör mit einem derartigen Widerstandssensor ist beispielsweise in WO 90/08680 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Elektrolyseerscheinungen an Widerstandssensoren, insbesondere an Feuchtesensoren, zu verhindern.

Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dadurch gelöst, daß zwischen dem Widerstandssensor und der Auswerteschaltung eine galvanische Trennung besteht. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die galvanische Trennung von einem Trenntransformator gebildet ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil einer galvanischen Trennung zwischen dem eigentlichen Sensor und der Auswerteschaltung. Dadurch wirkt auf den Sensor keine Gleichspannung ein, so daß elektrolytische Anlagerungen bzw. Abtragungen an den Elektroden des Sensors verhindert werden. Obwohl durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Feuchtesensoren besonders vorteilhaft betrieben werden können, ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch zur Verwendung mit anderen Widerstandssensoren geeignet, das heißt, mit Sensoren, bei denen der Widerstand eines Sensorelementes von einer zu messenden physikalischen Größe abhängig ist.

Um Leitungsdurchführungen durch die Fahrzeugscheibe zu vermeiden, kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dadurch weitergebildet sein, daß der Widerstandssensor und die Auswerteschaltung induktiv durch die Fahrzeugscheibe hindurch verbunden sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Widerstandssensor an eine erste Wicklung des Trenntransformators angeschlossen ist, daß eine zweite Wicklung des Trenntransformators mit einer impulsförmigen Spannung derart beaufschlagbar ist, daß sich während jeweils eines Impulses ein Anstieg des Stroms durch die zweite Wicklung ergibt, und daß Mittel zur Messung der Zeitdauer vorgesehen sind, die zwischen Beginn des Impulses und dem Erreichen einer vorgegebenen Schwelle durch den Strom in der zweiten Wicklung vergeht.

Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die zweite Wicklung in Reihe mit einem Meßwiderstand mit einem Pol einer Betriebsspannungsquelle und über einen Schalttransistor mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden ist und daß der Verbindungspunkt der zweiten Wicklung mit dem Meßwiderstand an einen Eingang eines Differenzverstärkers angeschlossen ist, dessen weiterer Eingang mit einem vorgegebenen Potential beaufschlagbar ist.

Bei dieser Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß der Schalttransistor von einem Mikrocomputer steuerbar ist und daß der Ausgang des Differenzverstärkers mit einem Eingang des Mikrocomputers verbunden ist. Dieses ist besonders vorteilhaft, wenn der Mikrocomputer aufgrund der im einzelnen vorliegenden Voraussetzungen den Meßvorgang steuern soll und dabei durch einen Zählvorgang die Zeitdauer bestimmt.

Bei der vorerwähnten Ausgestaltung kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn der Ausgang des Differenzverstärkers ferner über einen Widerstand mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers und über einen Invertierer mit dem Steuereingang des Schalttransistors verbunden ist und daß der Ausgang des Differenzverstärkers mit einem Eingang eines Mikrocomputers verbunden ist. Hierbei ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung selbstschwingend ausgelegt, so daß der Mikrocomputer zum Messen der Frequenz programmiert ist. Sollte diese Frequenz für den Mikrocomputer bzw. wegen anderer noch vom Mikrocomputer abzuarbeitender Programme zu hoch sein, kann gemäß einer Weiterbildung vorgesehen sein, daß der Eingang des Mikrocomputers über einen Frequenzteiler mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist.

Um beim Abschalten des Stroms hohe negative Spannungsspitzen zu vermeiden, ist gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen, daß der zweiten Wicklung und dem Meßwiderstand eine Diode parallelgeschaltet ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Stroms durch die zweite Wicklung und

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Feuchtesensor 1 besteht aus Elektroden 2, 3, die auf der nicht dargestellten Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs aus leitendem Material aufgebracht sind. Sobald Regentropfen auf die Scheibe fallen, verringert sich der Widerstand zwischen den Elektroden 2, 3, was mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung festgestellt wird. Die Elektroden 2, 3 des Feuchtesensors 1 sind an die Enden einer ersten Wicklung 4 eines Trenntransformators 5 angeschlossen.

Die zweite Wicklung 6 ist in Reihe mit einem Meßwiderstand 7 und der Basis-Emitter-Strecke eines Schalttransistors 8 zwischen Massepotential und dem Pluspol 9 einer im übrigen nicht dargestellten Betriebsspannungsquelle geschaltet. Parallel zu der zweiten Wicklung 6 und dem Meßwiderstand 7 liegt eine Diode 10, welche nach dem Abschalten des Schalttransistors 8 kurzzeitig den Strom aus der zweiten Wicklung 6 übernimmt.

Der Verbindungspunkt zwischen der zweiten Wicklung 6 und dem Meßwiderstand 7 ist mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 11 verbunden, dessen nichtinvertierender Eingang mit einer Vorspannung beaufschlagt ist, die aus der Betriebsspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers 12, 13 gewonnen wird. Der Ausgang des Differenzverstärkers 11 ist mit einem Eingang 14 eines Mikrocomputers 15 verbunden, der über einen Ausgang 16 den Schalttransistor 8 steuert.

Fig. 2 zeigt in Form eines Zeitdiagrammes den Strom I durch den Meßwiderstand 7 bzw. den Spannungsabfall Um am Meßwiderstand 7 und die Ausgangsspannung U14 des Differenzverstärkers 11. Zum Zeitpunkt t0 wird der Schalttransistor 8 in den leitenden Zustand geschaltet. Die durch das Einschalten an die zweite Wicklung 6 des Trenntransformators 9 angelegte Spannung wirkt auf eine Impedanz mit einer ohmschen und einer induktiven Komponente, wobei die ohmsche Komponente von der Größe des Widerstandes des Feuchtesensors 1 abhängt. Daher steigt bei t0 der Strom zunächst schnell an, um dann allmählich weiter zu steigen, bis er einen Schwellwert S überschreitet. Der Zeitpunkt des Überschreitens ist vom Widerstand des Feuchtesensors 1 abhängig und kann dadurch bestimmt werden, daß die Zeitdauer zwischen t0 und t1 durch einen Zählvorgang im Mikrocomputer 15 gemessen wird. Zum Zeitpunkt t2 wird dann der Schalttransistor 8 wieder in den nichtleitenden Zustand gesteuert, worauf der Strom durch die zweite Wicklung 6 und den Meßwiderstand 7 über die Diode 10 relativ schnell abfällt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Ausgang des Differenzverstärkers 11 über einen Widerstand 21 auf den nichtinvertierenden Eingang rückgekoppelt. Ferner wird der Schalttransistor 8 von der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 11 über einen Invertierer 22 gesteuert. Damit schwingt die Schaltung auf einer von der Größe des Widerstandes des Feuchtesensors 1 abhängigen Frequenz, die vom Mikrocomputer 15 gemessen werden kann. Dieses kann beispielsweise dadurch geschehen, daß während einer vorgegebenen Zeit die Anzahl der Flanken des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 11 gezählt werden. Sollte die Frequenz jedoch im Hinblick auf den Mikrocomputer 15 selbst oder im Hinblick auf die Funktion weiterer Programme im Mikrocomputer zu hoch sein, kann ein Frequenzteiler 23 zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers II und dem Eingang 14 des Mikrocomputers 15 vorgesehen sein.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Trenntransformator nicht einstückig ausgeführt. Vielmehr werden die Primärwicklung 16 und die Sekundärwicklung 17 einschließlich des gegebenenfalls vorhandenen Kernmaterials zwischen der Fahrzeugscheibeninnenseite 20 und der Fahrzeugscheibenaußenseite 21 aufgeteilt. Die Energieübertragung zum Widerstandssensor 1 erfolgt somit induktiv. Leitungsdurchführungen zwischen der Innen- und Außenseite der Fahrzeugscheibe entfallen. Die Sekundärwicklung 17 ist über Leitungen 18, 19 mit der Auswerteschaltung verbunden.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Messung des Widerstandes eines Widerstandssensors, beispielsweise eines Feuchtesensors, der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Widerstandssensor (1) und der Auswerteschaltung (7 bis 16) eine galvanische Trennung besteht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Trennung von einem Trenntransformator (4 bis 6) gebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandssensor (1) und die Auswerteschaltung induktiv durch die Fahrzeugscheibe hindurch verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandssensor (1) an eine erste Wicklung (4) des Trenntransformators (5) angeschlossen ist, daß eine zweite Wicklung (6) des Trenntransformators (5) mit einer impulsförmigen Spannung derart beaufschlagbar ist, daß sich während jeweils eines Impulses ein Anstieg des Stroms durch die zweite Wicklung (6) ergibt und daß Mittel (11, 15; 11, 15, 21, 22, 23) zur Messung der Zeitdauer vorgesehen sind, die zwischen Beginn des Impulses und dem Erreichen einer vorgegebenen Schwelle durch den Strom in der zweiten Wicklung (6) vergeht.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung (6) in Reihe mit einem Meßwiderstand (7) mit einem Pol (9) einer Betriebsspannungsquelle und über einen Schalttransistor (8) mit dem anderen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden ist und daß der Verbindungspunkt der zweiten Wicklung (6) mit dem Meßwiderstand (7) an einen Eingang eines Differenzverstärkers (11) angeschlossen ist, dessen weiterer Eingang mit einem vorgegebenen Potential beaufschlagbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (8) von einem Mikrocomputer (15) steuerbar ist und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (11) mit einem Eingang (14) des Mikrocomputers (15) verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenzverstärkers (11) ferner über einen Widerstand (21) mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers (11) und über einen Invertierer (22) mit dem Steuereingang des Schalttransistors (8) verbunden ist und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (11) mit einem Eingang (14) eines Mikrocomputers (15) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (14) des Mikrocomputers (15) über einen Frequenzteiler (23) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (11) verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Wicklung (6) und dem Meßwiderstand (7) eine Diode (10) parallelgeschaltet ist.