DE69012227T2

DE69012227T2 - Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen.

Info

Publication number: DE69012227T2
Application number: DE69012227T
Authority: DE
Inventors: Akira Kumada; Kenji Matsuo; Michihiro Murata
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2010-06-19
Also published as: EP0404479A1; EP0404479B1; DE69012227D1; US5033300A; JPH0324425A

Description

Die vorliegende-Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen, und im spezielleren eine Vorrichtung, die als ein Pegelsensor nützlich ist.
Eine bekannte Form eines herkömmlichen Pegelsensors besteht aus einem Sensor zur Überwachung des Anstiegs einer leitenden Flüssigkeit, die in einen Behälter zugefuhrt wird.
Die bekannte Form eines Pegelsensors (siehe beispielsweise EP-A-382491, die nach dem Prioritätsdatum veröffentlicht wurde) umfaßt ein Paar Sensorelemente jeweils mit nacheinander ausgebildeten Elektrodenabschnitten und Widerstandsabschnitten, die im Behälter ausgebildet sind, worin die Elektrodenabschnitte so ausgebildet sind, daß sie in elektrischen Kontakt mit einer Flussigkeit kommen können, um eine Anderung im Flüssigkeitsspiegel festzustellen. Die Widerstandsabschnitte sind an ihren Oberflächen mit einem Isoliermaterial beschichtet, sodaß sie nicht in elektrischen Kontakt mit der Flüssigkeit kommen.
Die Versorgungsspannung ist zu einem Sensorelement geführt. Das andere Sensorelement ist mit einem Pufferverstärker verbunden und von der Verbindung des anderen Sensorelements mit dem Pufferverstärker der über einen Widerstand geerdet.
Beim so konstruierten Pegelsensor steigt eine Imputspannung des Pufferverstärkers mit einer Zunahme des Flüssigkeitspegels schrittweise an.
Eine Outputspannung des Pufferverstärkers ist als Input einer großen Anzahl an parallel geschaltenen Komparatoren zugeführt und wird bei jeweiligen Komparatoren mit Bezugsspannungen verglichen.
Die Bezugsspannungen der Komparatoren werden so eingestellt, daß ihre Potentiale jeweils etwas geringer sind als Schrittpotentiale der Outputspannung des Pufferverstärkers.
So verlagern sich, wenn der Pegel der Flüssigkeit ansteigt, die Outputs jeweiliger Komparatoren in Richtung vom Komparator mit der geringsten Bezugsspannung zu Komparatoren mit höheren Bezugsspannungen auf den "H"-Pegel.
Outputs von jeweiligen Komparatoren werden einem Prioritätskodierer als Input zugeführt, in dem sie jeweils in Binärcodes umgewandelt werden. Ein Output vom Prioritätskodierer wird beispielsweise einer Anzeige oder einem Mikrocomputer usw. als Input zugeführt.
So wird jede Veränderung des Pegels der an den Behälter abgegebenen leitenden Flüssigkeit überwacht.
Da die Charakteristiken der Sensorelemente aufgrund des Kontakts mit der Flüssigkeit beeinträchtigt werden können, ist es erforderlich, sie ziemlich häufig auszutauschen.
Da die Widerstandsabschnitte des Sensorelements jedoch Unregelmäßigkeit aufweisen, wird die Charakteristik durch das Austauschen des Sensorelements verändert. Insbesondere zeigt die Charakteristik der Outputspannung des Pufferverstärkers, wenn ein Sensorelement ausgetauscht wird, nicht notwendigerweise ein etwas höheres Schrittpotential als die Bezugsspannung eines jeden Komparators.
Daher ist es nicht zweckmäßig, die zuvor bestimmten Bezugsspannungen zu verwenden, und somit müssen neue Bezugsspannungen eingestellt werden, was zum Problem führt, daß eine solche Einstellung mühsam it.
Ein weiterer Pegelsensor wird in der DE-A-3114678 geoffenbart.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen von Verschiebung zu schaffen, die so konstruiert ist, daß kein Fehler erzeugt wird, auch wenn eine Ungleichmäßigkeit in der Charakteristik des Sensorelements vorliegt.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen von Verschiebung geschaffen, die eine Verschiebungssensoreinrichtung umfaßt, deren Outputspannung sich abhängig von einer Verschiebung eines Meßobjekts schrittweise ändert, sowie eine Differenzierungseinrichtung zum Ermitteln von Zeitpunkten, an denen sich die Outspannung plötzlich ändert, und eine Zähleinrichtung zum Zählen der durch die Differenzierungseinrichtung ermittelten Zeitpunkte der plötzlichen Veränderung der Outputspannung.
So werden mit der Vorrichtung zum Messen von Verschiebung gemäß vorliegender Erfindung die Zeitpunkte der plötzlichen Anderung der Outputspannung der Verschiebungssensoreinrichtung durch die Differenzierungseinrichtung ermittelt, und die Verschiebung wird durch den gezählten Wert gemessen.
Demgemäß wird kein Einfluß auf die gemessenen Ergebnisse ausgeübt, auch wenn die Outputspannung der Verschiebungssensoreinrichtung durch deren Ungleichmäßigkeit ungleichmäßig wird, sodaß sich keine Fehler ergeben.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter beschrieben, worin:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, welche die Konfiguration eines Pegelsensors zeigt, der eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen von Verschiebung gemäß vorliegender Erfindung bildet;
Fig. 2(a) ein Graph ist, der eine Outputspannung V des in Fig. 1 gezeigten Pufferverstärkers zeigt;
Fig. 2(b) ein Wellenformdiagramm ist, das ein Outputsignal P der in Fig. 1 gezeigten Schmitt-Triggerschaltung zeigt;
Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, welche die Konfiguration eines Pegelsensors zeigt, der eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen von Verschiebung gemäß vorliegender Erfindung bildet;
Fig. 4(a) ein Graph ist, der eine Outputspannung V des in Fig. 3 gezeigten Pufferverstärkers zeigt;
Fig. 4(b) ein Wellenformdiagramm ist, das ein Outputsignal PP der in Fig. 3 gezeigten Schmitt-Triggerschaltung zeigt; und
Fig. 4(c) ein Wellenformdiagramm ist, das ein Outputsignal NP der in Fig. 3 gezeigten Schmitt-Triggerschaltung zeigt.
Auf Fig. 1 bezugnehmend wird ein Pegelsensor 1 gezeigt, der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen von Verschiebung ist.
Auf die gleiche Art wie beim herkömmlichen Pegelsensor dient dieser Pegelsensor 1 dazu, zu überwachen, wie eine leitende Flüssigkeit L in einem Behälter T ansteigt.
Ein Paar Sensorelemente 4,4, die jeweils aus abwechselnd ausgebildeten Elektrodenabschnitten 2 und Widerstandsabschnitten 3 bestehen, ist innerhalb des Behälters T vorgesehen. Eine solche Konstruktion ist die gleiche wie beim herkömmlichen Pegelsensor.
Weiters hat ein Pufferverstärker 5 ebenfalls die gleiche Konfiguration wie der herkömmliche Pufferverstärker.
Eine Outputspannung V des Pufferverstärkers 5 wird an eine Differenzierungsschaltung 6 abgegeben, die aus einem Kondensator C und einem Widerstand R besteht.
Ein Output von der Differenzierungsschaltung 6 wird durch eine Schmitt-Triggerschaltung 7 an einen Binärzähler 8 abgegeben.
Bei der obigen Konstruktion nimmt ein Outputsignal P der Schmitt-Triggerschaltung 7, wenn der Pegel der Flüssigkeit L ansteigt, sodaß eine Outputspannung V des Pufferverstärkers 5 schrittweise ansteigt, bei jeder Änderung um einen Schritt die Form eines Impulses an.
Der Zähler 8 zählt die Anzahl der ihm zugeführten Impulse. Die jeweiligen gezählten Werte werden in der Form von Binärcodes als Output abgegeben.
Wie in Fig. 2(a) gezeigt, wird angenommen, daß die Charakteristik sich aufgrund der Ungleichmäßigkeit des Sensorelements 4 ändert, wenn ein Sensorelement 4 ausgetauscht wird, sodaß die Outputpannung V des Pufferverstärkers 5 sich vom in durchgehender Linie gezeigten α zum in strichlierter Linie gezeigten β ändert.
Wie in Fig. 2(b) gezeigt, wird, da das Outputsignal P der Schmitt-Triggerschaltung 7 sowohl im Fall der Charakteristik α als auch im Fall der Charakteristik β gleich ist, in einem als Output des Zählers 8 erhaltenen Meßergebnis keine Veränderung erzeugt.
Genauer gesagt wird kein Fehler aufgrund der Unregelmäßigkeit des Sensorelements 4 erzeugt.
Wie oben beschrieben wird, da dieser Pegelsensor 1 so konstruiert ist, daß die Verschiebung durch Änderungen einer Outputspannung des Sensorelements gemessen wird, kein Fehler erzeugt, auch wenn eine Ungleichmäßigkeit der Charakteristik des Sensorelements vorliegt. Aus diesem Grund ist auch dann keine Nachjustierung notwendig, wenn das Sensorelement 4 ausgetauscht wird.
Es ist festzustellen, daß, obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform nur ein Ansatz verwendet wird, um zu überwachen, daß eine Outputspannung V des Pufferverstärkers 5 schrittweise ansteigt, auch ein verbesserter Ansatz verwendet werden kann, wie bei einem in Fig.3 gezeigten Pegelsensor 11.
Genauer gesagt wird zusätzlich zur Differenzierungsschaltung 6 eine Differenzierungsschaltung 16 verwendet, die fähig ist, einen negativen Differentialimpuls NP als Output abzugeben, sowie ein Auf-Ab-Zähler 18, der so arbeitet, daß er zwischen positiven und negativen Differentialimpulsen PP und NP unterscheidet, um hinauf- und hinunterzuzählen. Somit kann, da der Zähler 18 abhängig vom Anstieg oder Sinken der Outputspannung V des Pufferverstärkers 5 hinauf- und hinunterzählt, überwacht werden, ob der Pegel von Flüssigkeit L steigt oder fällt.
In Fig. 3 bezeichnet Bezugszahl 17 eine Schmitt-Triggerschaltung vom Inverter-Typ, die mit dem Outputanschluß der Differenzierungsschaltung 16 verbunden ist.
Wie in Fig. 4(a) gezeigt, wird angenommen, daß sich aufgrund von Ungleichmäßigkeit des Sensorelements 4 die Charakteristik ändert, wenn ein Sensorelement 4 ausgetauscht wird, sodaß die Outputspannung V des Pufferverstärkers 5 sich vom mit durchgehender Linie gezeigten α zum mit strichlierter Linie gezeigten β ändert.
Wie in Fig. 4(b) gezeigt, wird, da das Outputsignal PP der Schmitt-Triggerschaltung 7 sowohl im Fall der Charakteristik α als auch im Fall der Charakteristik β gleich ist, bei einem Meßergebnis, das als ein Output des Auf-Ab-Zählers 18 erhalten wird, keine Veränderung erzeugt.
Wie in Fig. 4(c) gezeigt, wird, da das Outputsignal NP der Inverter- Schmitt-Triggerschaltung 17 sowohl im Fall der Charakteristik α als auch im Fall der Charakteristik β gleich ist, bei einem Meßergebnis, das als Output des Auf-Ab-Zählers 18 erhalten wird, keine Veränderung erzeugt.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen von Verschiebung, umfassend:

eine Verschiebungssensoreinrichtung (4,4), deren Outputspannung sich abhängig von Verschiebung eines Meßobjekts schrittweise ändert;

eine Differenzierungseinrichtung (6,16) zum Ermitteln von Zeitpunkten, zu denen sich die genannte Outputspannung plötzlich ändert; und

eine Zähleinrichtung (8,18) zum Zählen der von der genannten Differenzierungseinrichtung ermittelten Zeitpunkte der plötzlichen Änderung der genannten Outputspannung.

2. Vorrichtung zum Messen von Verschiebung nach Anspruch 1, worin die genannte Differenzierungseinrichtung aus einer Differenzierungsschaltung (6,16) besteht, die so arbeitet, daß sie positive und negative Differentialimpulse (PP,NP) abgibt, und worin die genannte Zähleinrichtung aus einem Auf-Ab-Zähler (18) besteht, der so arbeitet, daß er in Abhängigkeit von ihm als Input zugeführten positiven und negativen Differentialimpulsen hinauf- und herunterzählt.

3. Vorrichtung zum Messen von Verschiebung nach Anspruch 1 oder 2, worin jede Sensoreinrichtung (4,4) aus abwechselnd ausgebildeten Elektrodenabschnitten (2) und Widerstandsabschnitten (3) besteht.

4. Vorrichtung zum Messen von Verschiebung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die genannte Differenzierungsschaltung (6,16) einen Pufferverstärker (5) und zumindest eine Schmitt-Triggerschaltung (7,17) umfaßt.