DE69402350T2 - Messschaltung für Widerstandssensor, insbesondere Krafstoffmesser - Google Patents

Messschaltung für Widerstandssensor, insbesondere Krafstoffmesser

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Vanni Poletto
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Systeme, die einen analogen Widerstandssensor aufweisen, dessen Ausgangssignal an eine elektrische Steuerlast angelegt wird, wie zum Beispiel eine Anzeigevorrichtung.
  • Die vorliegende Erfindung läßt sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf dem Gebiet der Anzeigevorrichtungen für Kraftfahrzeuge anwenden.
  • Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung vor allem, aber nicht ausschließlich, die Meßketten des in der FIG. 1 dargestellten Typs, die einen Widerstandssensor Ca, dessen Ausgangswiderstand eine Funktion einer erfaßten physikalischen Größe ist, und ein mit dem Ausgang des Sensors Ca verbundenes Anzeigegerät Log aufweist, das beispielsweise vom Typ eines Quotientenmessers ist und im folgenden auch als logometrisch bezeichnet wird.
  • Der Sensor Ca vom Typ eines Widerstands, der beispielsweise vom rheostatischen Typ ist, kann einen Ausgangswiderstand aufweisen, der beispielsweise von einem Flüssigkeitspegel, wie beispielsweise einem Kraftstoffpegel, abhängt.
  • Auf an sich bekannte Weise umfassen die Anzeigegeräte Log vom Typ eines Quotientenmessers im allgemeinen wenigstens zwei geometrisch gekreuzte Spulen B1, B2. Die Spulen B1, B2 sind im allgemeinen zwischen einer Masseklemme und einer positiven Anschlußklemme +Bat elektrisch in Reihe geschaltet. Der Punkt, der den beiden Spulen B1, B2 gemeinsam ist, ist mit dem Ausgang des Sensors Ca verbunden.
  • Ein fest mit einem Zeiger verbundener bipolarer Magnet ist drehbar in dem Feld der beiden Spulen B1, B2 angebracht. Also verschieben sich der Magnet und die Anzeigenadel des Quotientenmessers entsprechend dem Verhältnis der Ströme in den beiden Spulen B1 und B2 und neigen dazu, sich in die Richtung des magnetischen Feldes auszurichten, das sich aus der Überlagerung der Felder in den beiden Spulen B1, B2 ergibt.
  • Es wurden bereits zahlreiche Anzeigevorrichtungen realisiert, die zu der oben stehenden Definition passen.
  • Insbesondere wurden zahlreiche Anzeigevorrichtungen für den Pegel von Flüssigkeit, insbesondere von Kraftstoff, realisiert, die zu dieser Definition passen. Im Rahmen dieser besonderen Anwendung zum Messen des Flüssigkeitspegels wird der Sensor Ca im allgemeinen aus einer Widerstandsspur gebildet, auf der sich ein Schleifkontakt verschieben läßt, der von einem Schwimmer angetrieben wird, der den Anderungen des Flüssigkeitspegels folgt.
  • Der Fachmann weiß, daß der Kraftstoffpegel in einem Kraftfahrzeugtank sehr empfindlich in bezug auf Beschleunigungen/Verzögerungen des Kraftfahrzeugs ist.
  • Folglich sind bereits verschiedene Mittel ausgedacht worden, die vermeiden sollen, daß sich diese ungewollten Fluktuationen des gemessenen Flüssigkeitspegels nicht in Oszillationen der von dem Anzeigegerät gelieferten Anzeige ausdrücken.
  • Wie in dem Dokument FR-A-2 561 379 beschrieben ist, wurden beispielsweise Vorrichtungen vorgeschlagen, die den Schwimmersensor Ca mechanisch dämpfen. Genauer gesagt ist gemäß diesem Dokument vorgeschlagen worden, den den Sensor Ca steuernden Schwimmer an einem ersten Ende eines Hebels anzubringen und das zweite Ende des Hebels drehbar mit dem Antriebsritzel eines die Dämpfungseinrichtung darstellenden Vervielfältigungsgetriebes zu verbinden.
  • Es ist auch vorgeschlagen worden, wie es zum Beispiel in dem Dokument FR-A- 2 592 479 beschrieben ist, eine elektrische Dämpfung des von dem Sensor Ca ausgegebenen Signales zu realisieren. Wie in der FIG. 2 schematisch dargestellt ist, umfassen die Vorrichtungen gemäß der Lehre dieses Dokumentes unter anderem einen analogen Tiefpaßfilter PB, der zwischen den Ausgang des Sensors Ca und den Eingang des logometrischen Anzeigegerätes Log, das heißt den Punkt, der den beiden Spulen B1, B2 gemeinsam ist, geschaltet ist. Genauer gesagt weist ein derartiger Tiefpaßfilter PB einen Serienwiderstand R1 und einen mit der Masse verbundenen Parallelkondensator C1 auf.
  • Noch genauer gesagt und wie es in der FIG. 2 schematisch dargestellt ist, umfassen die elektrischen Dämpfungskreise Cae, die zwischen einen Sensor Ca und ein logometrisches Anzeigegerät Log geschaltet sind, im allgemeinen einen in der FIG. 2 als "PWM" bezeichneten Pilotkreis, der den Eingang des Anzeigegerätes Log mit Hilfe eines periodischen elektrischen Rechtecksignals speist, dessen zyklisches Verhältnis von der Amplitude des von dem Tiefpaßfilter PB abgegebenen Signales abhängt.
  • Es ist bereits eine sehr große Anzahl von Anzeigevorrichtungen vermarktet worden, die der Lehre des Dokumentes FR-A-2 592 479 entsprechen und die in der beigefügten FIG. 2 schematisch dargestellt sind.
  • Jedoch sind diese Vorrichtungen nicht immer vollständig zufriedenstellend.
  • Die Anmelderin hat insbesondere festgestellt, daß die Kapazitäten C1 des analogen Tiefpaßfilters PB nicht vernachlässigbare Streuverluste aufweisen, was in der Praxis den Wert und die Stabilität der realisierbaren Zeitkonstanten verringert.
  • Im übrigen hat es die Anordnung eines derartigen Dämpfungsfilters Cae, PB zwischen dem Sensor Ca und dem Anzeigegerät Log nötig gemacht, Anzeigegeräte Log zu realisieren, die so besondere Merkmale aufweisen, daß diese letzteren nicht in Kombination mit den herkömmlichen Sensoren Ca ohne den Filter Cae, PB verwendet werden können. Es ist einzusehen, daß die Realisation von derartigen besonderen Mitteln unvermeidbare Referenz- und Beschaffungsprobleme mit sich bringt.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den früheren Stand der Technik dadurch zu verbessern, daß neue Mittel zum Filtern des von einem Widerstandssensor Ca ausgegebenen Signales vorgeschlagen werden, die mit einem herkömmlichen Widerstandssensor Ca und einer herkömmlichen Last Log verwendet werden können.
  • Diese Aufgabe wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dank einer Schaltung gelöst, die einerseits ein digitales Filtermittel und andererseits ein Modul, das einen Digital-Impedanz-Wandler bildet, aufweist, die dafür bestimmt sind, in Reihe zwischen den Ausgang eines Widerstandssensors Ca und den Eingang einer zugeordneten Last geschaltet zu werden, wobei der Digital-Impedanz- Wandler eine variable, von dem Ausgangssignal des digitalen Filtermittels abhängende Ausgangsimpedanz aufweist, die dem Ausgangswiderstand des Sensors entspricht.
  • Gemäß einem anderen vorteilhaften Kennzeichen der vorliegenden Erfindung weist der Digital-Impedanz-Wandler Mittel zum Messen der Klemmenspannung der Last und eine Endstufe vom Typ einer Stromquelle auf, die so gesteuert wird, daß sie einen Strom liefert, der zu dem Verehältnis zwischen der an den Klemmen der Last gemessenen Spannung und dem Ausgangswiderstand des Sensors proportional ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Modul, das den Digital- Impedanz-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, aus einem Widerstandsnetzwerk und einem Impedanzwandler aufgebaut.
  • Gemäß einem vorteilhaften Kennzeichen der vorliegenden Erfindung weist der vorgenannte Impedanzwandler einen in Reihe an den Ausgang des Widerstandsnetzwerks angeschlossenen Nebenwiderstand, eine erste Potentialkopierstufe, die dafür geeignet ist, die am Eingang der Last vorhandene Spannung an die Ausgangsklemmen des Widerstandsnetzwerks zu kopieren, einen Stromerzeuger, der in Reihe mit einem Widerstand verbunden ist und so eine Gruppe bildet, die an die Einführungsklemmen der Last angeschlossen ist, und eine zweite Potentialkopierstufe auf, die dafür geeignet ist, die Klemmenspannung des Nebenwiderstands auf den in Reihe mit der Stromquelle verbundenen Widerstand zu kopieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die digitalen Filterelemente eine Komparatorstufe, die an einem ersten ihrer Eingänge das Ausgangssignal des Sensors empfängt, einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der an einem Eingang ein Taktsignal mit konstanter Frequenz und an seinem Eingang zum Steuern des Vorwärts-Rückwärts-Zählens die Ausgabe der Komparatorstufe empfängt, und ein Widerstandsnetzwerk auf, das zwischen den Ausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers und den zweiten Eingang der Komparatorstufe geschaltet ist.
  • Gemäß einem anderen vorteilhaften Kennzeichen der vorliegenden Erfindung weisen die digitalen Filtermittel folgendes auf:
  • - Entdeckungsmittel, die dafür geeignet sind, die Begegnungen zwischen dem Eingangssignal und einem aus diesem Eingangssignal herausgefilterten Wert zu entdecken;
  • - Verzögerungsmittel, die bei jeder von den Entdeckungsmitteln nachgewiesenen Begegnung betätigt werden,
  • - Mittel zum Sperren des Filters, falls von den Entdeckungsmitteln vor dem Ende der Verzögerung keine Begegnung nachgewiesen wird, und
  • - Mittel zum Entsperren des Filters bei der ersten Begegnung, die von den Entdeckungsmitteln nach dem Sperren des Filters nachgewiesen wird.
  • Gemäß einem weiteren vorteilhaften Kennzeichen der vorliegenden Erfindung weisen die Sperrmittel Mittel auf, die dafür geeignet sind, die Zeitkonstante des Filters zu verändern.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft gleichermaßen die mit der vorgenannten Schaltung ausgerüsteten Systeme.
  • Weitere Kennzeichen, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich aus der Lektüre der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen ergeben, die als nicht einschränkende Beispiele gegeben sind und in denen:
  • die FIG. 1 und 2, die zuvor beschrieben worden sind, die Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik darstellen;
  • die FIG. 3 eine schematische Ansicht einer Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • die FIG. 4 eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung detaillierter und in Gestalt von Bausteinen darstellt;
  • die FIG. 5 eine bevorzugte Ausführungsform eines Impedanzwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • die FIG. 6 die bevorzugte Ausführung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Gestalt einer integrierten Schaltung darstellt;
  • die FIG. 7 ein Netzwerk von Widerständen R/2R darstellt, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • die FIG. 8 eine Ausführungsvariante eines Netzwerkes von Widerständen R/2R darstellt, das in dem Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • die FIG. 9 ein anderes Widerstandsnetzwerk darstellt, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • die FIG. 10 eine Ausführungsvariante eines Impedanzwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • die FIG. 11 eine andere Ausführungsvariante eines Anzeigegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
  • die FIG. 12 eine weitere Ausführungsvariante eines Digital-Impedanz- Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
  • die FIG. 13 eine Zweiweg-Gleichrichterschaltung darstellt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
  • die FIG. 14 eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • die FIG. 15 eine bevorzugte Ausführungsform eines Filters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • die FIG. 16 den tatsächlichen Pegel einer Flüssigkeit in einem Tank, das dem Filter zugeführte Eingangssignal, das von einem Sensor abgegeben wird, und den gefilterten Pegel am Ausgang dieses Filters schematisch darstellt; und
  • die FIG. 17 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Wie zuvor erwähnt worden ist, weist die Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen ein digitales Filtermittel 100 und ein Modul 200 auf, das einen Digital-Impedanz-Wandler bildet, die in Serie zwischen den Ausgang eines Sensors Ca und den Eingang einer Last, wie zum Beispiel eines logometrischen Anzeigegerätes Log geschaltet sind.
  • Um die Übersicht zu vereinfachen, werden im Verlaufe der Beschreibung Ausführungsformen des Systems vorgestellt, in denen die Last durch ein logometrisches Anzeigegerät gebildet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung eines logometrischen Anzeigegerätes beschränkt. Sie erstreckt sich insbesondere auf die Verwendung aller analoger Anzeigegeräte des elektromagnetischen Typs, besonders magneto-elektrische, und im allgemeinen auf jede elektrische Steuerlast, die dafür geeignet ist, durch einen Widerstandssensor gesteuert zu werden.
  • Im folgenden wird in Hinblick auf die FIG. 4 und folgende die Struktur der Mittel 100, 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher beschrieben werden.
  • In der FIG. 4 ist der mit dem Ausgang des Sensors Ca verbundene Eingang der digitalen Filtermittel 100 mit 102 bezeichnet.
  • Wie in der FIG. 4 schematisch dargestellt ist, wird der Sensor Ca bevorzugt von einer Konstantstromquelle 104 versorgt. Diese ist vorzugsweise über einen Eingang 106 regelbar.
  • Wie zuvor erklärt worden ist, umfassen die in der FIG. 4 dargestellten digitalen Filtermittel 100 im wesentlichen einen Komparator 110, einen Vorwärts- Rückwärts-Zähler 120 und ein Widerstandsnetzwerk 130.
  • Der Komparator 110 empfängt an einem ersten seiner Eingänge, der in der FIG. 4 mit A bezeichnet ist, das Ausgangssignal des Sensors Ca, das heißt das am Eingang 102 verfügbare Signal. Genauer gesagt ist vorzugsweise ein Tiefpaßfilter 112 zwischen diesen Eingang 102 und den Eingang A des Komparators 110 geschaltet. Der Tiefpaßfilter 112 weist einen Widerstand R114, der in Serie zwischen den Eingang 102 der Schaltung und den Eingang A des Komparators 110 geschaltet ist, sowie einen Kondensator C116 auf, der den Ausgang des Filters 112, das heißt den Eingang A des Komparators 110 mit der Masse verbindet.
  • Der Ausgang des Komparators 110 kippt zwischen zwei Zuständen hin und her, je nachdem, ob das an seinem Eingang A empfangene Signal größer als das an seinem zweiten Eingang B angelegte Signal ist oder nicht.
  • Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 120 empfängt an seinem Eingang 122 ein Taktsignal mit konstanter Frequenz, wie zum Beispiel mit einer Periode von 100 ms. Der Eingang 124 zum Steuern des Vorwärts-Rückwärts-Zählens des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 ist mit dem Ausgang Q des Komparators 110 verbunden.
  • Entsprechend dem Zustand des Ausgangs des Komparators 110 zählt folglich der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 120 wechselweise im Rhythmus des an seinen Eingang 122 angelegten Taktsignals vorwärts und rückwärts.
  • Die Ausgänge 126 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 speisen den Eingang des Widerstandsnetzwerks 130. Der Ausgang des letzteren ist mit dem zweiten Eingang B des Komparators 110 verbunden.
  • Der Fachmann wird leicht verstehen, daß das durch die Ausgänge 126 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 gebildete Digitalsignal repräsentativ für den Ausgangspegel des Sensors Ca (Eingang 102) ist und folglich für die Amplitude der gemessenen physikalischen Größe, die zum Beispiel einen Kraftstoffpegel in einem Kraftfahrzeugtank.
  • Noch genauer gesagt wertet das Widerstandsnetzwerk 130 bevorzugt die wertniedrigen Bits des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 nicht aus, um eine permanente Evolution des Referenzsignals zu vermeiden, das von dem Netzwerk 130 stammt und an den Eingang B des Komparators 110 angelegt ist.
  • So kann beispielsweise für einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 120 mit einer Kapazität von zwölf Bits das Widerstandsnetzwerk 130 nur die zehn werthöchsten Bits der Ausgabe des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 auswerten.
  • Der Fachmann wird leicht verstehen, daß die Auswertung der werthohen Bits des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 und das Takten des Vorwärts-Rückwärts- Zählers durch ein Taktsignal an seinem Eingang 122 ein digitales Filtern des dem Eingang 102 zugeführten Signales erzeugen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Widerstandsnetzwerk 130 durch ein R/2R genanntes Netzwerk der in der FIG. 7 dargestellten Art gebildet.
  • Ein derartiges Netzwerk 130 von Widerständen umfaßt zu allererst eine Teilerbrücke mit mehreren Widerständen gleichen Wertes R, die mit Hilfe eines Widerstandes des Wertes 2R zwischen die Masse und den Ausgang des Netzwerks in Reihe geschaltet sind. Der Widerstand 2R ist an dem zur Masse benachbarten Endpunkt der Teilerbrücke angeordnet. Die Anzahl der Widerstände R oder 2R der Teilerbrücke ist so groß wie die Anzahl der ausgewerteten Bits des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120. Jeder Punkt, der zwei benachbarten Widerständen dieser Teilerbrücke gemeinsam ist, und auch der Ausgangspunkt dieser Teilerbrücke ist außerdem mit Hilfe eines Widerstandes 2R an einen Umschalter A0, A1, A2, ... An angeschlossen. Jeder Umschalter A0 bis An wird entsprechend durch eine zugeordnete Ausgabe des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 gesteuert. Genauer gesagt, wird der Umschalter An, der dem Ausgang des Netzwerkes 130 am nächsten liegt, durch das werthöchste Bit gesteuert, wohingegen der Umschalter A0, der der Masse am nächsten liegt, durch das wertniedrigste verwendete Bit gesteuert wird.
  • Entsprechend dem Zustand der zugeordneten Ausgabe des Vorwärts- Rückwärts-Zählers 120 verbindet folglich jeder Umschalter A0 bis An den entsprechenden Widerstand 2R entweder mit der Masse oder mit einer Referenzspannung VRef.
  • Der Ausgang des Netzwerkes 130, der mit dem Eingang B des Komparators 110 verbunden ist, liefert ein Signal:
  • Vs =Vref x [An/2 + ... +A3/2n-2 +A2/2n-1 +A1/2n + A0/2n+1]
  • Bei der in der FIG. 8 gezeigten Variante des Netzwerkes 130 handelt es sich um eine Teilerbrücke mit mehreren Widerständen gleichen Wertes R, die mit Hilfe eines Widerstandes des Wertes 2R zwischen die Masse und einen Referenzwert VRef in Reihe geschaltet sind. Der Widerstand 2R ist an dem zur Masse benachbarten Endpunkt der Teilerbrücke angeordnet. Die Anzahl der Widerstände R oder 2R der Teilerbrücke ist so groß wie die Anzahl der ausgewerteten Bits des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120. Jeder Punkt, der zwei benachbarten Widerständen dieser Teilerbrücke gemeinsam ist, und auch das die Referenzspannung VRef empfangende Ende dieser Teilerbrücke ist außerdem mit Hilfe eines Widerstandes 2R an einen Umschalter A0, A1, A2, ... An angeschlossen. Jeder Umschalter A0 bis An wird entsprechend durch eine zugeordnete Ausgabe des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 gesteuert. Genauer gesagt, wird der Umschalter An, der der Referenzspannung VRef am nächsten liegt, durch das werthöchste Bit gesteuert, wohingegen der Umschalter A0, der der Masse am nächsten liegt, durch das wertniedrigste verwendete Bit gesteuert wird. Entsprechend dem Zustand der zugeordneten Ausgabe des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 verbindet jeder Umschalter A0 bis An den entsprechenden Widerstand 2R entweder mit der Masse oder mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 132. Der nicht invertierende Eingang des letzteren liegt an der Masse und sein Ausgang ist mit Hilfe eines Widerstandes RG an seinen invertierenden Eingang zurückgeschleift. Der in der FIG. 8 dargestellte Ausgang des Netzwerkes 130 ist am Ausgang des Operationsverstärkers 132 verfügbar.
  • Dieser Ausgang liefert ein Signal:
  • Vs = RG x Vref x (An + ... + A2/2n-2 +A1/2n-1 + A0/2n) x 2R.
  • Das an den Eingang 122 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 angelegte Taktsignal wird vorzugsweise von einem Divisor 140 abgegeben, der mit einem Oszillator 142 verbunden ist. Der Oszillator 142 kann beispielsweise ein Signal mit einer konstanten Periode von 100 µs abgeben, wobei der Divisor 140 eine Division durch 1024 durchführt.
  • Um zu ermöglichen, daß das Anzeigegerät Log seinen Arbeitspunkt trotz des stattfindenden digitalen Filterns schnell erreicht, sind Mittel vorgesehen, die dafür geeignet sind, die Frequenz des an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 120 angelegten Taktsignals bei einem Unterspannungsetzen zu ändern. Diese Mittel weisen ein Modul 150 zum Erfassen des Unterspannungsetzens und eine Initialisierungsschaltung 160 auf. Sobald ein Unterspannungsetzen erfaßt wird, bewirkt das Modul 150 über seinen Ausgang 152, daß der Vorwärts-Rückwärts- Zähler 120 auf Null zurückgesetzt wird, und gibt es die Initialisierungsschaltung 160 frei. Die letztere wirkt dann auf den Divisor 140 ein, um diesen kurzzuschließen oder wenigstens seinen Divisionsfaktor zu verändern, um die Frequenz des an den Eingang 122 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 angelegten Taktsignals zu vergrößern.
  • Vorzugsweise ist der Ausgang Q des Komparators 110 ebenfalls mit der Initialisierungsschaltung 160 verbunden. Nach einem Nullstellen des Vorwärts- Rückwärts-Zählers 120 im Anschluß an ein Erfassen eines Unterspannungsetzens wächst dessen Ausgabe nach und nach bis auf den gemessenen Wert an und neigt dann dazu, auf dessen beiden Seiten zu oszillieren. Nach X Nulldurchgängen der Ausgabe des Komparators 110 kann daher die Initialisierungsschaltung 160 abwägen, daß der stationäre Zustand erreicht ist, und dann das Hemmen des Divisors 140 unterbrechen.
  • Vorzugsweise sind Mittel zum Erfassen eines Marmes vorgesehen, die einen Komparator 170 aufweisen, der an einem ersten seiner Eingänge das Ausgangssignal des Netzwerkes 130 (, das für die gemessene physikalische Größe repräsentativ ist,) und an einem zweiten seiner Eingänge eine Alarmschwelle empfängt. Der Ausgang 172 des Komparators 170 kann beispielsweise zum Fremdsteuern eines Leuchtmelders oder einer Kontrolleuchte verwendet werden.
  • Wie zuvor angegeben worden ist, besteht die Funktion des Wandlers 200 darin, für das Anzeigegerät Log eine Ausgangsimpedanz darzustellen, die variabel und eine Funktion des Ausgangssignales des digitalen Filtermittels 100 ist, wobei diese Impedanz äquivalent zu dem Ausgangswiderstand des Sensors Ca ist.
  • Gemäß der in der FIG. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Digital-Impedanz-Wandler 200 ein Widerstandsnetzwerk 210 und einen Impedanzwandler 220.
  • Das Netzwerk 210 wird bevorzugt durch ein Netzwerk des in der FIG. 9 dargestellten Typs gebildet.
  • Das Netzwerk 210 wird durch den Ausgang 126 des Vorwärts-Rückwärts- Zählers fremdgesteuert.
  • Das Netzwerk 210 weist Schalter S0 bis Sn auf, die in Reihe zwischen die beiden Ausgangsklemmen 213, 214 des Netzwerkes 210 geschaltet sind. Jeder Schalter S0 bis Sn ist parallel mit einem Widerstand verbunden. Genauer gesagt, haben die Widerstände ansteigende Werte 2nxR, wobei n die Ordnung des zugeordneten Schalters repräsentiert, das heißt die Wertigkeit des entsprechenden Bits der Ausgabe des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120.
  • Dann werden die Schalter S0 bis Sn wiederum durch die werthohen Bits des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 120 fremdgesteuert. Bevorzugt benutzt das Netzwerk 210 ein wertniedriges Bit weniger als das Netzwerk 130. Bei einem Vorwärts-Rückwärts-Zämer 120 mit einer Kapazität von 12 Bits weist demnach das Netzwerk 210 bevorzugt neun Schalter 5 auf, die durch die werthöchsten Bits des Vorwärts-Rückwärts-Zämers 120 fremdgesteuert werden.
  • Das Netzwerk 210 ist mit dem Eingang des Impedanzwandlers 220 verbunden, dessen Ausführungsform in der FIG. 5 detailliert wiedergegeben ist.
  • In dieser FIG. 5 wird mit dem Bezugszeichen R212 der Ausgangswiderstand des Netzwerkes 210 schematisch bezeichnet.
  • Die Eingänge des logometrischen Gerätes Log müssen zwischen einer Masseklemme 222 und einem Ausgang 224 des Wandlers angeschlossen werden.
  • Der Impedanzwandler 220 weist im wesentlichen einen Nebenwiderstand R226, eine erste Potentialkopierstufe 230, eine Stromquelle 240, einen Widerstand R245 und eine zweite Potentialkopierstufe 250 auf.
  • Der Widerstand R226 ist in Serie mit dem Ausgang R212 des Netzwerkes 210 verbunden.
  • Zweck der ersten Potentialkopierstufe 230 ist es, die zwischen den Ausgängen 222, 224 des Impedanzwandlers 220, das heißt am Eingang des Anzeigegerätes Log vorhandene Spannung an den Ausgang R212 des Netzwerkes 210 zu kopieren.
  • Zu diesem Zweck weist die Kopierstufe 230 einen Operationsverstärker 232 auf, dessen nicht invertierender Eingang zum einen mit Hilfe eines ersten Widerstandes R233 mit dem Ausgang 224 und zum anderen mit Hilfe eines zweiten Widerstandes R234 mit dem Punkt verbunden ist, der dem Ausgang des Netzwerks 210 und dem Nebenwiderstand R226 gemeinsam ist.
  • Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 232 ist zum einen mit Hilfe eines Widerstandes R235 mit der Masseleitung 222 und zum anderen mit Hilfe eines Widerstandes R236 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 232 verbunden. Dieser Ausgang des Operationsverstärkers 232 ist des weiteren mit dem Ausgang des Netzwerkes 210 verbunden, der dem Nebenwiderstand R226 gegenüberliegt
  • Um zu ermöglichen, daß die zwischen den Ausgängen 222, 224 vorhandene Spannung an den Ausgang R212 des Netzwerkes 210 kopiert wird, sind die Werte der vier Widerstände R233, R234, R235, R236 identisch.
  • Daher wird als Ergebnis an der Klemme 213 des Netzwerkes 210 ein Potential erzielt, das so groß wie die Summe aus der Klemmenspannung des Widerstandes R226 und der Klemmenspannung des Eingangs des Quotientenmessers Log ist, das heißt diese letzte Klemmenspannung des Netzwerkes 210.
  • Der Nebenwiderstand R226 wird durch den selben Strom wie der Ausgang des Netzwerkes 210 durchflossen, der in der FIG. 5 in Gestalt des Widerstandes R212 schematisch dargestellt ist,.
  • Die Stromquelle 240 wird durch einen Transistor gebildet, wie zum Beispiel durch einen MOSFET. Sein Hauptleitungspfad ist in Serie mit dem Widerstand R245 zwischen die Ausgänge 222, 224 geschaltet. Der Widerstand R245 weist einen kleineren Wert als der Widerstand R226 auf. Zum Zwecke der Orientierung und nicht der Einschränkung kann der Widerstand R245 einen Wert gleich dem Tausendfachen des Widerstandes R226 haben, das heißt zum Beispiel ein Wert von 1 Ohm für den Widerstand R245 und ein Wert von 1 KΩ für den Widerstand R226. Die zweite Potentialkopierstufe 250 dient dazu, die an den Klemmen des Widerstandes R226 vorhandene Spannung an die Klemmen des Widerstandes R245 zu kopieren.
  • Zu diesem Zweck wird die Stufe 250 bevorzugt durch einen Operationsverstärker 252 gebildet. Dessen nicht invertierender Eingang ist mit dem Punkt, der dem Netzwerk 210 und dem Nebenwiderstand R226 gemeinsam ist, verbunden. Der invertierende Eingang des Komparators 252 ist mit dem Punkt, der dem Transistor 240 und dem Widerstand R245 gemeinsam ist, verbunden. Schließlich speist der Ausgang Q des Komparators 252 die Steuerelektrode des Transistors 240.
  • Der Fachmann wird verstehen, daß somit der in dem Widerstand R245 fließende Strom proportional zu dem in dem Ausgang des Netzwerkes 210 fließenden Strom ist, wobei der Proportionalitätsfaktor so groß wie das Verhältnis zwischen den Widerständen R226 und R245 ist. Zudem ist dieser von dem Transistor 240 abgegebene Strom proportional zu dem Verhältnis zwischen der Spannung an den Klemmen 222-224 der Last und dem Ausgangswiderstand des Sensors.
  • Als Folge verhält sich der zwischen den Klemmen 222, 224 genommene Ausgang des Impedanzwandlers 220 für das Anzeigegerät Log wie ein Widerstand proportional zu R212 / k, wobei mit k der Proportionalitätsfaktor zwischen den Widerständen R226 und R245 bezeichnet ist, das heißt R226 = k x R245.
  • Mit anderen Worten ermöglicht es der Wandler 220, die Ausgangsimpedanz des Netzwerks 210 in eine Impedanz mit viel kleinerem proportionalem Wert umzuwandeln.
  • Daher ermöglicht die Verwendung des Impedanzwandlers 220 gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Widerstandsnetzwerk 210 zu benutzen, das Widerstände von sehr großem Wert aufweist, die auf jeden Fall deutlich größer als die Störimpedanzen der Steuerschalter S0 bis Sn sind, indem am Ausgang des Wandlers 220 eine niedrige Impedanz vorgesehen wird, die mit der Eingangsimpedanz von herkömmlichen Sensoren Ca vergleichbar ist, das heißt typischerweise von 0 bis 280 Ohm.
  • Der Fachmann wird verstehen, daß es nötig wäre, das Netzwerk 210 mit Hilfe von solchen Widerständen zu realisieren, daß in bezug auf sie die Störwiderstände der Steuertransistoren S0 bis Sn nicht mehr vernachlässigbar wären, um sehr niedrige Impedanzen zu erhalten, um den Quotientenmesser Log zu steuern, ohne daß der Impedanzwandler 220 vorgesehen ist. Die Verwendung des Impedanzwandlers 220 gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt es demnach, die Zuverlässigkeit und die Präzision des Gerätes deutlich zu verbessern.
  • Wie in der FIG. 4 schematisch dargestellt ist, wird der Ausgang 224 des Impedanzwandlers 220 bevorzugt durch zwei Dioden D260, D262 geschützt, wobei die Diode D260 mit ihrer Kathode an +Vcc und mit ihrer Anode am Ausgang 224 und die Diode D262 mit ihrer Kathode am Ausgang 224 und mit ihrer Anode an der Masse angeschlossen ist.
  • Wie in der FIG. 6 schematisch dargestellt ist, kann die Schaltungsgruppe, die die digitalen Filtermittel 100 und den Digital-Impedanz-Wandler 200, die in den FIG. 4 und 5 dargestellt sind, umfaßt, in Gestalt eines integrierten Schaltkreises CI realisiert werden. Dieser integrierte Schaltkreis CI kann von einem Spannungsregelkreis 300 von an sich bekanntem Aufbau versorgt werden. In der FIG. 6 ist mit dem Bezugszeichen 108 ein Regelwiderstand der Stromquelle 104 bezeichnet, der mit dem Eingang 106 der Schaltung verbunden ist.
  • Der Oszillator 142 kann in den Schaltkreis CI integriert sein und, wie in der FIG. 6 dargestellt, einen externen Widerstand R144 und eine externe Kapazität C146 umfassen.
  • In der FIG. 6 sind in Gestalt einer Widerstandsteilerbrücke R174, R176 die Mittel schematisch dargestellt, die die dem Komparator 170 zugeführte Alarmschwelle definieren. Die zuvor erwähnte Teilerbrücke weist zwei Widerstände R174, R176 auf, die zwischen einer Anschlußklemme +Vcc und der Masse ange schlossen sind. Der den beiden Widerständen R174, R176 gemeinsame Punkt speist den invertierenden Eingang des Komparators 170.
  • In der FIG. 6 ist ein Steuermodul für einen Alarmanzeiger 177 dargestellt. Dieses Modul weist einen Transistor 178 auf, dessen Steuereingang mit dem Ausgang 172 verbunden ist und dessen Hauptleitungspfad mit Hilfe einer Diode 179 in Serie mit dem Anzeiger 177 geschaltet ist.
  • Schließlich sind in FIG. 6 das Meßgerät Ca, das mit dem Eingang 102 der Schaltung verbunden ist, und das Anzeigegerät Log schematisch dargestellt, das zwei Spulen B1, B2 umfaßt, deren gemeinsamer Punkt mit dem Ausgang des Impedanzwandlers 220 verbunden ist.
  • Diese Schaltung, die nachfolgend beschrieben wird, kann Gegenstand verschiedener Ausführungsvarianten sein.
  • So kann zum Beispiel die Alarmschwelle anstatt durch eine Teilerbrücke R174, R176 definiert zu sein, in einem Permanentspeicher definiert sein. Das selbe gilt für den Regelparameter des Stromerzeugers 104 (definiert durch den Widerstand 108 gemäß der FIG. 6) und die Wahl der Zeitkonstante (definiert durch die Bauteile R144 und C146 in der FIG. 6).
  • Jetzt wird die Ausführungsvariante des den Digital-Impedanz-Wandler 200 bildenden Moduls beschrieben, das in FIG. 10 dargestellt ist.
  • Dann wiederum muß das logometrische Anzeigegerät zwischen der Masse 222 und dem Ausgang 224 des Wandlers 200 angeschlossen sein. In dem in der FIG. 10 dargestellten Modul 200 befindet sich in Serie zwischen den Klemmen 224 und 222 eine Stromquelle 240, die bevorzugt durch einen Transistor, wie zum Beispiel einen MOSFET-Transistor, und einen Widerstand R245 gebildet wird.
  • Die Stromquelle 240 wird durch einen Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor 270 fremdgesteuert, in dem ein Widerstandsnetzwerk 272 einschreitet, das selber durch die Ausgabe der digitalen Filtermittel 100 gesteuert wird.
  • Genauer gesagt, wird die Stromquelle 250 bevorzugt durch einen Verstärker und ein Schwächungsglied fremdgesteuert, das durch da besagte Widerstandsnetzwerk gebildet wird.
  • Noch genauer gesagt, sind zum Fremdsteuern der Stromquelle 240 bevorzugt zwischen dem Widerstand R245 und dem Steuertor der Stromquelle 240 nacheinander ein erster Verstärker 271, ein Schwächungsglied aus Widerständen 272, das durch die Ausgabe der digitalen Filtermittel 100 fremdgesteuert wird, und ein zweiter Verstärker 273 vorgesehen.
  • Folglich ist in der beigefügten FIG. 10 ein erster Verstärker 271 zu erkennen, dessen Verstärkungsfaktor zum Beispiel gleich 25,6 ist und dessen Eingang mit dem Punkt verbunden ist, der dem Widerstand R245 und der Quelle 240 gemeinsam ist.
  • Das Schwächungsglied 272 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 271 verbunden. Das Schwächungsglied 272 kann durch ein Widerstandsnetzwerk gemäß den zuvor in Bezug auf die FIG. 7 oder 8 beschriebenen Anordnungen gebildet sein, unter dem Vorbehalt, daß der Ausgang des Verstärkers 271 mit der Klemme verbunden ist, die die Referenzspannung gemäß den FIG. 7 und 8 empfängt.
  • Das Schwächungsglied 272 speist den Eingang des Verstärkers 273. Dieser weist typischerweise einen Verstärkungsfaktor gleich 10 auf.
  • Der Ausgang des Verstärkers 273 speist den ersten Eingang eines Komparators 274. Der zweite Eingang dieses Komparators 274 empfängt das an der Ausgangsklemme 224 vorhandene Potential.
  • Schließlich speist der Ausgang des Verstärkers 274 das Steuertor der Stromquelle 240.
  • Jetzt wird die in der FIG. 11 dargestellte Ausführungsvariante beschrieben.
  • Gemäß dieser Variante weisen die digitalen Filtermittel 100 in Reihe einen Analog-Digital-Wandler 180 und einen digitalen Filter 185 auf.
  • Außerdem weisen gemäß der in der FIG. 11 dargestellten Variante die Digital- Impedanz-Wandlermittel 200 in Reihe einen Digital-Analog-Wandler 280 und einen Analog-Impedanz-Wandler 285 auf.
  • Allerdings kann vorzugsweise eine Kombination der in der FIG. 11 dargestellten Ausführungsvariante mit den Mitteln, die zuvor in bezug auf die FIG. 4 bis 10 beschrieben wurden, in Betracht gezogen werden.
  • Folglich können digitale Filtermittel 100, die, wie es in der FIG. 11 dargestellt ist, in Reihe einen Analog-Digital-Wandler 180 und einen digitalen Filter 185 aufweisen, mit einem Digital-Impedanz-Wandler 200 kombiniert werden, wie er zum Beispiel in den FIG. 4, 5 und 10 beschrieben ist. Ebenso kann in Betracht gezogen werden, digitale Filtermittel 100 des in der FIG. 4 dargestellten Typs mit Digital-Impedanz-Wandlermitteln zu kombinieren, die in Reihe einen Digital-Analog-Wandler 280 und einen Analog-Impedanz-Wandler 285 aufweisen, wie es in FIG. 11 dargestellt ist.
  • In der FIG. 12 ist eine Ausführungsvariante eines einen Digital-Impedanz- Wandler 200 bildenden Moduls dargestellt. Wie in der FIG. 12 schematisch dargestellt ist, kann diese Variante des Moduls 200 entweder mit digitalen Filtermitteln 100, die, wie es in der FIG. 11 dargestellt ist, in Kombination einen Analog-Digital-Wandler und einen digitalen Filter aufweisen, oder mit digitalen Filtermitteln 100 gemäß den in der FIG. 4 dargestellten verwendet werden, das heißt die in Kombination einen Komparator 110, einen Vorwärts-Rückwärts- Zähler 120 und ein Widerstandsnetzwerk 130 aufweisen.
  • Das Modul 200 weist im wesentlichen eine Stromquelle 290 auf, die zwischen den Eingang des logometrischen Anzeigegerätes und die Masse geschaltet ist und Steuermitteln 292 für die Stromquelle 290 zugeordnet ist, so daß diese einen Strom abgibt, der gleich dem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung des Quotientenmessers und dem durch die Mittel 100 gefilterten Wert des Eingangswiderstandes des Sensors Ca ist.
  • Noch genauer gesagt, werden gemäß der in der FIG. 12 dargestellten bevorzugten Ausführungsform die Steuermittel 292 durch digitale Rechenmittel gebildet, die zum einen eine digitale Information empfangen, die für den Widerstand des Sensors Ca repräsentativ ist und am Ausgang der digitalen Filtermittel 100 abgegriffen wird, und die zum anderen mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers 294 eine digitale Information empfangen, die für die Eingangsspannung des logometrischen Anzeigegerätes repräsentativ ist.
  • Die Ausgabe der Rechenmittel 292 steuert die Stromquelle 290 mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers 295.
  • Als Variante kann allerdings auch in Betracht gezogen werden, gar keine Rechenmittel 292 von digitalem Typ zu verwenden, sondern analoge Rechenmittel, die auf die gleiche Weise dafür angepaßt sind, in der Stromquelle 290 einen Strom einzustellen, der gleich dem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung des logometrischen Anzeigegerätes und dem Widerstand des durch die Mittel 100 gefilterten Sensors Ca ist. In diesem Fall können die analogen Rechenmittel 292 die analoge Information, die für den Widerstand des Sensors repräsen-EP94400228 tativ ist, am Ausgang eines Widerstandsnetzwerks, das durch die Filtermittel 100 gesteuert wird, empfangen. Es kann sich zum Beispiel um das in der FIG. 4 dargestellte Widerstandsnetzwerk 130 handeln. In diesem Fall stellt das Widerstandsnetzwerk 130 das Digital-Analog-Wandlermittel dar. Außerdem können die analogen Rechenmittel 292 direkt die analoge Information der Spannung, die an den Eingangsklemmen des logometrischen Anzeigegerätes vorhanden ist, empfangen. Der Analog-Digital-Wandler 294 und der Digital-Analog- Wandler 295 sind somit überflüssig.
  • In der Praxis kann der integrierte Schaltkreis CI, der die digitalen Filtermittel 100 und den Digital-Impedanz-Wandler 200 integriert, entweder in den Sensor Ca oder in das Anzeigegerät Log eingebaut sein oder aber ein unabhängiges Zwischenmodul darstellen.
  • Es ist wichtig, sich zu merken, daß es die vorliegende Erfindung ermöglicht, einen Sensor Ca und eine Last Log von herkömmlichem Standard zu verwenden, wie zum Beispiel einen herkömmlichen Pegelstab Ca und ein herkömmliches logometrisches Anzeigegerät Log. Die vorliegende Erfindung erlaubt folglich eine perfekte Austauschbarkeit. Mit anderen Worten ausgedrückt, ermöglicht es die Erfindung, im stabilisierten Zustand eine identische Relation zwischen dem Sensorwiderstand und der sichtbar gemachten Anzeige auf der Last oder dem Anzeigegerät zu erhalten, ob die Filterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden ist oder nicht.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen, die nachfolgend beschrieben werden, begrenzt ist, sondern sich auf jede Variante gemäß ihrem Geist erstreckt.
  • Es ist zuvor in Betracht gezogen worden, einen Sensor vom rheostatischen Typ zu verwenden, der durch eine Stromquelle 104 gespeist wird. In diesem Fall wird die Meßinformation durch die Klemmenspannung des somit gebildeten variablen Widerstandes gebildet.
  • Als Variante kann indessen in Betracht gezogen werden, einen Widerstandssensor nach Art eines Potentiometers zu verwenden, wobei in diesem Fall der Sensorwiderstand durch eine geregelte Spannung gespeist wird und die Meßinformation an dem Schleifer des Potentiometers abgegriffen wird.
  • Es muß beachtet werden, daß dank des Aufbaus der im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Schaltung der Strom, der den Meßsensor Ca durchquert, nicht dem Strom entspricht, der in dem logometrischen Anzeigegerät Log fließt. Es kann daher in Betracht gezogen werden, den Sensor Ca mit einem schwachem Strom zu speisen, um die Elektrolyseeffekte zu minimieren, wobei ein erhöhter Strom zum Steuern des logometrischen Anzeigegerätes aufrechterhalten wird.
  • Gleichfalls kann zum Beseitigen der Elektrolysephänomene, wenn der Meßwiderstand Ca in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit getaucht wird, in Betracht gezogen werden, den Sensor Ca nicht mit einem Gleichstrom oder einer Gleichspannung zu versorgen, sondern mit einem Wechselstrom oder einer Wechselspannung, mit dem Vorbehalt, daß zwischen dem Ausgang des derart gespei sten Sensors und dem Eingang der Filtermittel gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gleichrichter geschaltet wird. In der beigefügten FIG. 13 ist zum Beispiel ein Ausführungsbeispiel eines Ganzwellengleichrichters dargestellt, der zu diesem Zweck zwischen dem Ausgang eines Sensors Ca, der wechselstromgespeist ist, und die digitalen Filtermittel 100 gemäß der vorliegenden Erfindung geschaltet sein kann. Die Ganzwellen-Gleichrichterschaltung der FIG. 13 ist lediglich als nicht beschränkendes Beispiel gegeben.
  • Diese Gleichrichterschaltung weist zwei Stufen auf, die jeweils einen Verstärker OP190 und OP191 aufweisen. Die nicht invertierenden Eingänge der Verstärker OP 190 und OP191 sind mit der Masse verbunden.
  • Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP190 der ersten Stufe ist mit dem Eingang der Schaltung über einen Widerstand R190 verbunden.
  • Derselbe invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP190 ist mit Hilfe einer Diode D 190, deren Kathode zum invertierenden Eingang gerichtet ist, zu seinem Ausgang geschleift.
  • Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP190 ist auch mit Hilfe eines Zweiges, der in Reihe einen Widerstand R191 und eine Diode D 191, deren Kathode mit dem Ausgang des OP190 verbunden ist, umfaßt, zu seinem Ausgang zurückgeschleift.
  • Der dem Widerstand R191 und der Diode D191 gemeinsame Punkt ist mit Hilfe eines Widerstandes R192 mit dem invertierenden Eingang des OP191 verbunden. Der selbe invertierende Eingang des OP191 ist über einen Widerstand R193 mit dem Eingang der Schaltung verbunden. Schließlich ist der invertierende Eingang des OP191 mit Hilfe einerseits eines Widerstandes R194 und eines Kondensators C190, die parallel geschaltet sind, an seinen Ausgang geschleift. Die Ausgabe der Gleichrichterschaltung wird an dem Ausgang des OP191 abgegriffen.
  • Jetzt wird die Ausführungsvariante des in der FIG. 14 dargestellten Gerätes beschrieben.
  • In dieser FIG. 14 sind eine Last des logometrischen Typs, die zwei Spulen B1 und B2, die in Reihe zwischen einer positiven Anschlußklemme und der Masse geschaltet sind, umfaßt, und auch ein Widerstandssensor Ca zu finden. In der FIG. 14 sind auch Mittel 310, die zum Messen der Klemmenspannung der Last B1-B2 gedacht sind, und eine Endstufe 320 vom Typ einer Stromquelle zu fin den, die so fremdgesteuert ist, daß sie einem Strom IL abgibt, der zu dem Verhältnis zwischen der an den Klemmen der Last B2 gemessenen Spannung und dem Widerstand des Sensors Ca proportional ist. Genauer gesagt, umfaßt gemäß der in der FIG. 14 dargestellten Ausführungsform die Endstufe 320 zwei Zweige 321, 325, die parallel zwischen den Ausgang 302 des Gerätes 300 und die Masse geschaltet sind.
  • Der erste Zweig 321 weist einen Widerstand R322 auf, der in Reihe mit dem Transistor T323 zwischen den Ausgang 302 und die Masse geschaltet ist.
  • Der zweite Zweig 325 weist einen Widerstand R326 auf, der in Reihe mit einem Transistor T327 und dem Sensor Ca zwischen den selben Ausgang 302 und die Masse geschaltet ist.
  • Die Widerstände R322, R326 weisen bevorzugt gleiche Werte auf, oder wenigstens Werte, deren Verhältnis präzise bekannt ist.
  • Wie im folgenden erklärt werden wird, weisen die Mittel zum Steuern der Endstufe 320 einen digitalen Filter 335 aus.
  • Die an den Klemmen des Sensors Ca abgegriffene Spannung wird an einen ersten Eingang eines Komparators 330 angelegt. Dieser ist zu dem zuvor genannten Komparator 110 äquivalent. Der Ausgang 331 des Komparators 330 ist an einen Eingang zum Steuern des Vorwärts-Rückwärts-Zählens eines Zählers 332 angelegt. Dieser ist zu dem zuvor genannten Zähler 120 äquivalent. Er empfängt zudem an einem Takteingang 333 ein Steuersignal mit konstanter Frequenz. Der Ausgang 334 des Zählers 332 liefert ein digitales Signal, das für die Klemmenspannung des Sensors Ca repräsentativ ist. Dieser Ausgang 334 des Zählers 332 ist zum einen an den Eingang des Digitalfilters 335 und zum anderen an den Eingang eines Multiplexers 340 angelegt
  • Der Digitalfilter 335 kann Gegenstand zahlreicher Ausführungsformen sein. Ein Beispiel wird im folgenden im bezug auf FIG. 15 beschrieben werden. Der Digitalfilter 335 wird durch ein Taktsignal fremdgesteuert, das an seinem Eingang 336 angelegt ist.
  • Der Ausgang 337 des Digitalfilters 335 ist auch an den Multiplexer 340 angelegt.
  • Der Ausgang des Multiplexers 340 ist mit dem Eingang einer Speichergruppe 342 verbunden, die zum Beispiel eine solche nach Art eines Auffangflipflops ist. Der Ausgang dieser Gruppe 342 ist mit dem Eingang eines Digital-Analog- Wandlers 344 verbunden. Dieser empfängt an seinem Eingang 345 ein Referenzsignal. Dieses Referenzsignal wird von einer geffiterten Teilerbrücke geliefert. Diese gefilterte Teilerbrücke weist zwei Widerstände R346, R347 auf, die in Reihe zwischen eine positive Anschlußquelle und die Masse geschaltet sind. Das Referenzsignal, das an dem gemeinsamen Punkt zwischen den beiden Widerständen R346 und R347 abgegriffen wird, wird durch eine Kapazität C348 gefiltert, die parallel zu dem Widerstand R347 geschaltet ist.
  • Das an dem Ausgang 349 des Wandlers 344 verfügbare gefilterte Digitalsignal ist an den zweiten Eingang des Komparators 330 angelegt. Des weiteren ist der Ausgang 349 des Wandlers 344 mit dem Eingang einer Abtast-Sperr-Schaltung 350 verbunden. Der Ausgang 351 dieser Schaltung 350 ist mit dem ersten Eingang eines Operationsverstärkers 360 verbunden.
  • Die Mittel 310 zum Messen der Spannung an den Klemmen der Last, genauer gesagt an den Klemmen der Spule B2, weisen eine Teilerbrücke auf, die aus zwei Widerständen R312, R314 zusammengesetzt ist, die in Reihe zwischen den Ausgang 302 der Schaltung 300 (welcher Ausgang 302 dazu bestimmt ist, mit dem gemeinsamen Punkt zwischen den Spulen B1 und B2 verbunden zu sein) und die Masse geschaltet sind.
  • Die an dem gemeinsamen Punkt zwischen den beiden Widerständen R312 und R314 abgegriffene Spannung, die für die Klemmenspannung der Spule B2 repräsentativ ist, ist an den zweiten Eingang des Operationsverstärkers 360 angelegt.
  • Die Impedanzen der Widerstände R312, R314, die zur Messung der Klemmenspannung der Last dienen, müssen viel größer als die Impedanzen der Widerstände R322 und R326 sein, so daß der Strom, der in der Teilerbrücke R312, R314 fließt, vernachlässigbar ist.
  • Der Ausgang des Operationsverstärkers 360 steuert das Tor des Transistors T323 fremd.
  • Somit steuert dieser Operationsverstärker 360 den Transistor T323 und folglich den Strom in dem Zweig 321, so daß die Spannung an dem Ausgang des Abtast- Sperrers 350 die Referenzspannung einholt, die am Zwischenpunkt der Teiler brücke R312-R314 gemessen wird.
  • Die Spannung, die an dem Punkt, der dem Transistor T323 und dem Widerstand R322 gemeinsam ist, vorhanden ist, ist an den ersten Eingang eines Operationsverstärkers 370 angelegt. Dieser empfängt an seinem zweiten Eingang das Potential, das an dem gemeinsamen Punkt zwischen dem Transistor T327 und dem Widerstand R326 vorhanden ist. Schließlich steuert die Ausgabe des Komparators 370 das Tor des Transistors T327 fremd.
  • Somit kopiert der Operationsverstärker 372 einen Strom, der zu demjenigen des Zweiges 321 mit einem Verhältnis gleich dem Verhältnis zwischen den Widerständen R322 und R326 proportional ist, auf den Zweig 325.
  • Es ist verständlich, daß der Filter 335, der dem Abtast-Sperrer 350 zugeordnet ist, es ermöglicht, die eine Stromquelle bildenden Transistoren T323 und T327 mit Hilfe eines gefilterten Signales entsprechend dem durch den Sensor Ca gemessenen Pegel fremdzusteuern.
  • Genauer gesagt gilt, falls mit IL der Strom benannt wird, der von dem Ausgang 302 der Schaltung 300 abgegeben wird, falls mit VL die Spannung benannt wird, die an den Klemmen der Spule B2 gemessen wird, falls mit Rj der Widerstand des Sensors Ca benannt wird, falls mit Vj die Spannung benannt wird, die an den Klemmen des Sensors Ca gemessen wird, falls mit K x IL der Strom benannt wird, der in dem Zweig 325 fließt, und falls mit (1 - K) x IL der Strom benannt wird, der in dem Zweig 321 fließt:
  • Vj = K x ILX x Rj,
  • Vfilt (Spannung am Ausgang 351 der Schaltung 350, das heißt die gefilterte Spannung Vj nach Stabilisierung) = α x VL, und folglich gilt:
  • IL=(α x VL)/(K x Rj).
  • Es ist verständlich, daß folglich die Endstufe 320 der Schaltung 300, die durch die Kombination der beiden Zweige 321, 325 gebildet wird, einen Strom IL liefert, der proportional zu dem Verhältnis zwischen der an den Klemmen der Last gemessenen Spannung VL und dem Ausgangswiderstand Rj des Sensors Ca ist.
  • Die Funktion des Multiplexers 340 besteht darin, an den Eingang des Wandlers 344 alternativ das von dem Ausgang 334 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 332 ausgegebene Signal oder das von dem Filter 335 ausgegebene Signal anzulegen. Genauer gesagt, legt der Multiplexer 340 zu den Zeitpunkten des Vorwärts- Rückwärts-Zählens des Zählers 332 die Ausgabe des Vorwärts-Rückwärts- Zählers 332 an den Eingang des Wandlers 344 an. Zu diesem Zeitpunkt ermöglicht es der Abtast-Sperrer 350, die von dem Filter 335 abgegebene gefilterte Spannung an dem Eingang des Operationsverstärkers 360 aufrechtzuerhalten.
  • Außerhalb der Zeitpunkte des Vorwärts-Rückwärts-Zählens des Zählers 332 kann der Multiplexer 340 das Ausgangssignal des Filters 335 an den Eingang des Wandlers 344 anlegen.
  • Die Verwendung eines einzigen Wandlers 344 ermöglicht eine automatische Kompensation von Fehlern, die möglicherweise bei ihm auftreten, wie z. B. Nichtlinearität oder Drift.
  • Jetzt wird der Aufbau des in der FIG. 15 dargestellten Filters 400 in Verbindung mit der FIG. 16 beschrieben werden.
  • Der in der FIG. 15 dargestellte Filter 400 kann den in den FIG. 3, 4, 11 und 12 dargestellten Digitalfilter ersetzen oder diesen ergänzen.
  • Als Variante kann der in der FIG. 15 dargestellte Filter 400 an der Stelle des Digitalfilters 335, der schematisch in der FIG. 14 dargestellt ist, verwendet werden.
  • Zu diesem Zweck ist der Filter 400 mit einem Komparator 330, einem Zähler 332, einem Multiplexer 340, einem Digital-Analog-Wandler 344 und einer Abtast-Sperr-Schaltung 350 assozüert, die mit denen der FIG. 14 vergleichbar sind.
  • Der Komparator 330 empfängt an einem ersten Eingang das analoge Eingangs signal Vin. Dieser Komparator 330 empfängt an seinem zweiten Eingang das analoge Ausgangssignal, das an dem Digital-Analog-Wandler 344 verfügbar ist. Der Ausgang 331 des Komparators 330 ist mit dem Vorwärts-Rückwärts-Zähl- Eingang des Zählers 332 verbunden. Dieser empfängt im übrigen an seinem Eingang 333 ein Taktsignal mit konstanter Frequenz.
  • Der digitale Ausgang 334 des Zählers 332 ist mit einem ersten Eingang des Multiplexers 340 verbunden. Wie nachstehend erklärt werden wird, ist der digitale Ausgang 334 des Zählers 332 gleichermaßen mit dem Eingang des Filters 400 verbunden. Der Ausgang des Multiplexers 340 ist mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers 344 verbunden, der an seinem Eingang 345 ein Referenzsignal empfängt. Der Ausgang des Wandlers 344 ist mit dem zweiten Eingang des Komparators 330 und des weiteren mit dem Eingang des Abtast Sperrers 350 verbunden. Dessen Ausgang kann ggf. mit dem Eingang eines Verstärkers 352 verbunden sein. Das gefilterte Analogsignal ist somit an dem Ausgang des Verstärkers 352 verfügbar und in der FIG. 154 mit dem Bezugszeichen Vout bezeichnet.
  • Der Filter 400 empfängt an seinem Eingang 412 das digitale Eingangssignal, das von dem Ausgang 334 des Zählers 332 abgegeben wird, und liefert an seinem Ausgang 411, der mit dem zweiten Eingang des Multiplexers 340 verbunden ist, ein entsprechendes gefiltertes Signal.
  • Der Filter 400 kann natürlich Gegenstand zahlreicher Ausführungsvarianten sein.
  • Im Rahmen von Anwendungen bei der Messung des Pegels einer Flüssigkeit in einem Kraftfahrzeugtank, wie zum Beispiel einem Kraftstofftank, reicht ein Filter 400 erste Ordnung aus, um die periodischen Änderungen des Eingangssignals (typischerweise 0,3 bis 1 Hz) korrekt zu beseitigen, die mit den herkömmlichen Bewegungen des Fahrzeugs verbunden sind.
  • Unter außergewöhnlichen Fahrbedingungen, wie beispielsweise im Falle einer Kurve, eines längeren Anstieges oder Gefälles, kann indessen der von dem Sensor Ca gemessene scheinbare Flüssigkeitspegel auf umfangreiche und fehlerhafte Weise variieren und dies während mehrerer zehn Sekunden.
  • Es ist Aufgabe des in der FIG. 15 dargestellten Filters 400, die derart gemessenen fehlerhaften Werte auszuschließen.
  • Hierfür weist der Filter 400, wie zuvor angegeben wurde, eine Filtergruppe 410 auf, die mit Steuermitteln 420 assoziiert sind, die folgendes umfassen:
  • - Entdeckungsmittel 422, die dafür geeignet sind, die Begegnungen zwischen dem Eingangssignal, das an den Eingang 412 angelegt ist, und einem aus diesem Eingangssignal herausgefilterten Wert zu entdecken, der an dem Ausgang 411 an dem Ausgang 411 erhalten wird;
  • - Verzögerungsmittel 424, die bei jeder von den Entdeckungsmitteln 422 nachgewiesenen Begegnung betätigt werden; und
  • - Mittel 426 zum Sperren des Filters 410, falls von den Entdeckungsmitteln 422 vor dem Ende der Verzögerung keine Begegnung nachgewiesen wird, und zum Entsperren dieses Filters 410 bei der ersten Begegnung, die von den Entdeckungsmitteln 422 nach dem Sperren des Filters 410 nachgewiesen wird.
  • Wie zuvor angegeben wurde, kann die Filtergruppe 410 Gegenstand zahlreicher Ausführungsvarianten sein.
  • Gemäß der in der FIG. 15 dargestellten besonderen Ausführungsform werden diese Mittel 410 durch einen Filter erster Ordnung gebildet, der für die folgende Filterfunktion sorgt:
  • Filtern = Filtern-1 + Mniv x (NIVn - Filtern-1) / P , worin:
  • Filtern das gefilterte Signal darstellt, daß zum Zeitpunkt n an dem Ausgang 411 der Filtermittel 410 verfügbar ist,
  • Filtern-1 dasselbe Signal darstellt, das zum Zeitpunkt n-1 am Ausgang 411 der Filtermittel 410 verfügbar ist,
  • Mniv einen Multiplikationsfaktor darstellt,
  • NIVN das Signal darstellt, das an den Eingang 412 der Filtermittel 410 angelegt ist, das heißt das gemessene Signal, das am Ausgang 334 des Zählers 332 verfügbar ist, und
  • P eine Zeitkonstante repräsentiert, wie zum Beispiel P = 2¹&sup4; x τ, wobei τ die Taktperiode des Filters ist.
  • Genauer gesagt weisen die in der FIG. 15 dargestellten Filtermittel 410 auf:
  • - ein Substrahierglied 413, das NIVn - Filtern-1 dadurch berechnet, daß es von dem an dem Ausgang 334 des Zählers 332 verfügbaren Signal den Wert des an dem Ausgang eines Registers 417 verfügbaren Signales abzieht, welcher Ausgang auch dem Ausgang 411 der Filtermittel 410 entspricht, der an den Multiplexer 340 angelegt ist,
  • - ein Dividierglied 414, das das Ausgangssignal des Substrahierglieds 413 durch die Zeitkonstante P dividiert,
  • - ein Multiplizierglied 415, das das Ausgangssignal des Multiplizierglieds 414 mit dem Multiplikationsfaktor Mniv multipliziert,
  • - ein Addierglied 416, das den an dem Ausgang des Registers 417 abgegriffenen Wert Filtern-1 zu dem von dem Multiplizierglied 415 abgegebenen Signal hinzuzählt, und schließlich
  • - das zuvor genannte Register 417.
  • Dieses wird durch ein Taktsignal getaktet, das an seinen Eingang 418 angelegt ist.
  • Der gefilterte Wert Filtern, der an dem Ausgang des Addierglieds 416 verfügbar ist, frischt somit den in dem Register 417 gespeicherten und dem Multiplexer 340 zugeführten Wert periodisch auf.
  • Bei jedem Entdecken einer Begegnung zwischen dem an dem Ausgang 334 des Zählers 332 verfügbaren Eingangssignal NIVn und dem Wert, der aus dem Eingangssignal Filtern-1, das an dem Ausgang des Registers 417 verfügbar ist, gefiltert ist, stößt die Ausgabe der Entdeckungsmittel 422 die Verzögerungsmittel 424 an. Hierfür sind die Verzögerungsmittel 424 bevorzugt durch einen Rückwärtszähler gebildet, der bei jeder von den Entdeckungsmitteln 422 nachgewiesenen Begegnung mit einem vorgegebenen Wert geladen wird, der für die erstrebte Verzögerung repräsentativ ist und an seinen Eingang 425 angelegt wird. Der Inhalt des Zählers 424 wird dann im Rhythmus eines an seinen Eingang 423 angelegten Taktsignals schrittweise verringert.
  • Die derart durch den Zähler 424 definierte Verzögerung kann zum Beispiel 1 bis 2 Sekunden betragen.
  • Wenn der Ausgang 427 des Zählers 426 Null erreicht, das heißt, daß während der Verzögerung keine einzige Begegnung nachgewiesen wurde, werden die Sperrmittel 426 freigegeben, um derart auf die Filtermittel 410 einzuwirken, daß diese gesperrt werden.
  • Falls dagegen eine Begegnung vor dem Ende der Verzögerung auftritt, wird diese erneut gestartet.
  • Andererseits wird der Filter 410 entsperrt, wenn eine Begegnung aufs neue von den Mitteln 422 nachgewiesen wird. Die Funktionsweise ist in der FIG. 16 dargestellt.
  • Die Sperrmittel 426 können so auf den Filter 410 wirken, daß dieser verriegelt wird, das heißt, daß am Ausgang des Filters 410 der zum Zeitpunkt des Sperrens, nämlich am Ende der Verzögerung, vorhandene Wert aufrecht erhalten wird.
  • Indessen sind gemäß einem zusätzlichen bevorzugten ersten Merkmal der Erfindung die Sperrmittel 426 so ausgebildet, daß sie nicht den Filter 410 verriegeln, sondern daß sie die Zeitkonstante des letzteren verändern, indem sie diese Zeitkonstante verlängern, wie zum Beispiel um das Verhältnis 16.
  • Genauer gesagt wirken die Sperrmittel 426, wenn durch die Mittel 422 keine einzige Begegnung während der durch den Zähler 424 erzeugten Verzögerung nachgewiesen werden, bevorzugt auf das Multiplizierglied 415 ein, um die Zeitkonstante des Filterns zu verlängern.
  • Die Bewegungen des gefilterten Wertes, der an dem Ausgang des Registers 417 erhalten wird, werden somit sehr klein, ohne vollständig Null zu sein.
  • Hierfür können die Mittel 426 zum Beispiel einen Multiplikationskoeffizienten Mniv = 1 während der Zeitdauer des Sperrens des Filters 410 einstellen. Bei der ersten auf dieses Sperren folgenden Begegnung, die von den Mitteln 422 nachgewiesen wird, wird das Filtern wieder normal. Die Mittel 426 werden dann an das Multiplizierglied 415 wieder einen Multiplikationskoeffizienten Mniv anlegen, der mit einer kürzeren Zeitkonstante kompatibel ist.
  • Als nicht einschränkendes Beispiel kann der Multiplikationskoeffizient Mniv, der von den Mitteln 426 an das Multiplizierglied 415 angelegt wird, außerhalb der Zeitdauern des Sperrens zwischen 16 und 32 liegen und auf der Basis einer Relation definiert sein, die im folgenden näher beschrieben wird.
  • Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Zeitkonstante des Filters 410 im Normalbetrieb in der Größenordnung von 30 Sekunden und im Sperrbetrieb in der Größenordnung von 8 Minuten liegen.
  • Der Fachmann wird leicht verstehen, daß es vorteilhaft ist, die Konstante des Filters in der besagten Zeitdauer des Sperrens beträchtlich zu erhöhen und diesen keinesfalls vollständig zu verriegeln. Als Folge ermöglicht es diese Maßnahme, den tatsächlichen Wert des Eingangssignals immer wieder zu erreichen, selbst im Falle eines zeitweiligen Fehlers. So ist zum Beispiel im Falle eines Fehlers beim Initialisieren des Systems, der mit einem Anfahren auf einem Gefälle verbunden ist, der gemessene Wert zu Beginn falsch. Falls bei der ersten Begegnung der Filter 410 vollständig gesperrt wird, besteht das Risiko, daß der tatsächliche Wert nie wieder erreicht wird, wenn das Fahrzeug einmal in eine normale Lage zurückgekehrt ist. Dagegen ermöglicht ein Verlangsamen des Filters 410 durch das Erhöhen seiner Zeitkonstante, sich vollständig von dieser Schwierigkeit freizumachen.
  • Gemäß einem zusätzlichen vorteilhaften zweiten Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, beim Anfahren, das heißt beim Auftreten der Versorgung der Schaltung, einen Zwischenbetrieb einzustellen, bei dem das Sperren (Vergrößern der Zeitkonstante) der Filtermittel 410 so lange verboten ist, wie von den Mitteln 422 eine vorgegebene Anzahl von Begegnungen nicht nachgewiesen worden ist. Hierfür werden die Mittel 426 so lange gehemmt, wie diese Anzahl von Begegnungen nicht erreicht ist.
  • Diese Maßnahme ermöglicht es, zu vermeiden, daß das System mit einem von dem Sensor Ca übertragenen fehlerhaften Wert initialisiert wird, der beispielsweise mit einem Parken des Fahrzeuges in geneigter Lage (wie beispielsweise beim Parken auf dem Bürgersteig) verbunden ist.
  • In der Tat ändert sich in einem derartigen Fall der Kraftstoffpegel plötzlich, sobald das Fahrzeug verschoben wird. Folglich entdeckt das System, falls es sofort in Normalbetrieb übergeht, eine scheinbar starke, aber fehlerhafte Anderung des Pegels. Während der Verzögerung wird keine einzige Begegnung entdeckt. Das System geht dann in den Sperrbetrieb über. Bei Abwesenheit des Zwischenbetriebs, der im Rahmen der Erfindung bevorzugt eingestellt wird, würde das System dann eine sehr lange Zeit benötigen, um den richtigen Wert wieder zu erreichen.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß für die Schaltung die ständige Gleichheit zwischen dem von dem Zähler 332 ausgegebenen gemessenen Wert und dem von dem Register 417 ausgegebenen gefilterten Wert, die von den Erkennungsmitteln 422 bestimmt wird, als ein und dieselbe Begegnung betrachtet wird.
  • Gemäß einem weiteren vorteilhaften dritten Merkmal der Erfindung weist die in der FIG. 15 dargestellte Schaltung ein nicht-lineares Element auf. Dieses nicht-lineare Element ist so ausgebildet, daß es die Nichtlinearität der Gruppe Sensor Ca / Last B1-B2 kompensiert.
  • In der Tat sind die meisten Gruppen Meßgerät Ca + logometrisches Anzeigegerät nicht linear.
  • Falls das Filtern selbst linear ist, ändert sich die Antwort des Systems in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert.
  • Es können zwei Mittel zum Kompensieren dieser Nichtlinearität in Betracht gezogen werden.
  • Das erste Mittel besteht darin, daß ein nicht-linearer Analog-Digital-Wandler 344 verwendet wird, um eine konstante Anzahl von Schritten je Grad zu erreichen, während man mit einem linearen Wandler eine konstante Anzahl von Schritten je Ohm hat. Die Frequenzkennlinie dieses Wandlers 344 muß in diesem Fall so weit wie möglich zu der Kennlinie Sensor Ca / Anzeigegerät B1-B2 passen.
  • Das zweite Kompensationsmittel besteht darin, daß die Zeitkonstante des Filters 410 in Abhängigkeit von dem Ansprechen der Gruppe Sensor Ca / Anzeigegerät B1-B2 geändert wird. Genauer gesagt, kann diese Art der Korrektur mit Hilfe eines Multiplikationsoperators in dem durch die Mittel 410 erhaltenen Filtern verwirklicht werden.
  • Hierfür kann beispielsweise ein Multiplikationsfaktor Mniv vorgesehen sein, der die folgende Form hat:
  • 16 x (2 x NIVmax - NIVn/NIVmax),
  • worin NIVmax die maximale Amplitude des an dem Ausgang 334 des Zählers 332 verfügbaren Signales ist.
  • Nun wird die in der FIG. 17 dargestellte Ausführungsvariante beschrieben.
  • In dieser Figur sind der Sensor Ca mit Innenwiderstand Rj und ein, beispielsweise logometrisches Anzeigegerät B1-B2 zu erkennen.
  • Der Sensor Ca wird durch einen Stromerzeuger 104 versorgt.
  • Die an den Klemmen des Sensors Ca abgegriffene Analogspannung Vj wird an den Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 190 angelegt. Dessen Ausgang speist den Eingang des Digitalfilters 100. Dieser kann eine der zuvor beschriebenen Formen aufweisen. Der Ausgang des Digitalfilters 100 ist mit dem Eingang eines Digital-Analog-Wandlers 192 verbunden.
  • Die Ausgangsstufe der Vorrichtung weist einen Stromerzeuger auf, der aus einem Transistor T194 in Reihe mit einem Nebenwiderstand 195 besteht.
  • Der Ausgang des Wandlers 192 ist mit dem ersten Eingang eines Operationsverstärkers OP196 verbunden. Dieser empfängt an seinem zweiten Eingang die Ausgangsspannung der Schaltung, nämlich die Iqemmenspannung des Anzeigegerätes B1-B2, mit Hilfe eines Schwächungsgliedes 197 mit dem Verhältnis α. Des weiteren wird die Stromquelle 104 durch eine Schaltung gesteuert, die auf den Ausgangsstrom IL der Schaltung anspricht, nämlich den Strom, der in dem Nebenwiderstand 195 fließt, so daß die Quelle 104 einen Strom Ij = K x IL abgibt.
  • Auf eine mit der Schaltung von FIG. 14 vergleichbare Weise ergibt sich:
  • Vj = K x IL x Rj
  • nach der Stabilisierung gilt: die Ausgangsspannung des Wandlers 192 = Vj,
  • somit Vj = 0: X VL, und folglich:
  • IL = (α x VL)/(K x Rj).
  • Daher gibt auch hier die Schaltung an die Last einen Ausgangsstrom IL ab, der proportional zu dem Verhältnis zwischen der Spannung VL, die an den Klemmen der Last gemessen ist, und dem Ausgangswiderstand Rj des Sensors Ca ist.

Claims (59)

1. Schaltung zur Verarbeitung des Ausgangssignales eines analogen Widerstandssensors (Ca), dadurch gekennzeichnet, daß sie einerseits ein digitales Filtermittel (100) und andererseits ein Modul (200) aufweist, das einen Digital- Impedanz-Wandler bildet, der in Reihe zwischen den Ausgang des Sensors (Ca) und den Eingang einer zugeordneten Last (Log) geschaltet ist, wobei der Digital-Impedanz-Wandler (200) eine variable, von dem Ausgangssignal des digita len Filtermittels (100) abhängende Ausgangsimpedanz aufweist, die dem Ausgangswiderstand des Sensors (Ca) entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital- Impedanz-Wandler (200) Mittel (230; 274; 294; 310) zum Messen der Klemmenspannung der Last (B1, B2) und eine Endstufe (240; 290; 320) vom Typ einer Stromquelle aufweist, die so gesteuert wird, daß sie einen Strom liefert, der zu dem Verhältnis zwischen der an den Klemmen der Last (B1, B2) gemessenen Spannung und dem Ausgangswiderstand des Sensors (Ca) proportional ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital-Impedanz-Wandler (200) aus einem Widerstandsnetzwerk (210) und einem Impedanzwandler (220) aufgebaut ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital- Impedanz-Wandler (200) eine Gruppe aufweist, die in Reihe einen Stromerzeuger (240) und einen Widerstand (R245) umfaßt und mit den Einführungsklemmen der Last (Log) verbunden ist, sowie Mittel (230, 250; 270, 271) zum Steuern des Stromerzeugers (240).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (230, 250; 270, 271) zum Steuern des Stromerzeugers (240) ein Widerstandsnetzwerk (210; 272) umfassen, das von dem digitalen Filtermittel (100) fremdgesteuert wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (230, 250; 270, 271) zum Steuern des Stromerzeugers (240) auf die an den Einführungsklemmen der Last (Log) anliegende Spannung reagieren.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler (220) einen in Reihe an den Ausgang des Widerstandsnetzwerks (210) angeschlossenen Nebenwiderstand (R226), eine erste Potentialkopierstufe (230), die dafür geeignet ist, die am Eingang der Last vorhandene Spannung an die Ausgangsklemmen des Widerstandsnetzwerks (210) zu kopieren, einen Stromerzeuger (240), der in Reihe mit einem Widerstand (R245) verbunden ist und so eine Gruppe bildet, die an die Einführungsklemmen der Last (Log) angeschlossen ist, und eine zweite Potentialkopierstufe (250) aufweist, die dafür geeignet ist, die Klemmenspannung des Nebenwiderstands (R226) auf den in Reihe mit der Stromquelle (240) verbundenen Widerstand (R245) zu kopieren.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe mit dem Stromerzeuger (240) verbundene Widerstand (R245) schwächer als der Nebenwiderstand (R226) ist und typischerweise dem Tausendstel des Nebenwiderstands (R226) entspricht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk (210) eine Gruppe von in Reihe geschalteten Schaltern (S0 bis Sn) aufweist, die jeweils durch verschiedene Bits des Ausgangssignales des digitalen Filtermittels (100) fremdgesteuert werden und jeweils parallel mit einem zugeordneten Widerstand verbunden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände Werte haben, die schrittweise gemäß dem Gesetz 2n R ansteigen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (270, 271) zum Steuern des Stromerzeugers (240) einen Verstärker (270) mit variablem Verstärkungsgrad aufweisen, der an einen Eingang eines Komparators (274) angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang an den Eingang der Last (Log) angeschlossen ist und dessen Ausgang an den Stromerzeuger (240) angeschlossen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (270) mit variablem Verstärkungsgrad ein Schwächungsglied (272) aufweist, das aus einem Widerstandsnetzwerk gebildet ist, das durch die Ausgabe des digitalen Filtermittels fremdgesteuert wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (270) mit variablem Verstärkungsgrad eine erste Verstärkerstufe (271), ein aus einem Widerstandsnetzwerk gebildetes Schwächungsglied (272) und eine zweite Verstärkerstufe (273) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital-Impedanz-Wandler (200) einen Digital-Analog-Wandler (280) und einen Analog-Impedanz-Wandler (285) aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (292) zum Steuern der Stromquelle digitale Rechenmittel aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Rechenmittel (292) einen Eingang haben, der mit Hilfe eines Analog- Digital-Wandlers (294) an den Eingang der Last angeschlossen ist, und daß ihr Ausgang mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers (295) an den Steuereingang der Stromquelle (290) angeschlossen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (292) zum Steuern der Stromquelle analoge Rechenmittel aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (292) eine analoge Information empfängt, die den Ausgangswiderstand eines Widerstandsnetzwerks (130) darstellt, das von dem digitalen Filtermittel (100) gesteuert wird.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (310) zum Messen der Klemmenspannung der Last (B1, B2) eine Widerstandsteilerbrücke (R312; R314) aufweisen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stromquelle ausgebildete Endstufe (320) einen in Reihe mit dem Sensor (Ca) verbundenen Transistor (T327) aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stromquelle ausgebildete Endstufe (320) zwei parallel geschaltete Zweige (321, 325) aufweist, von denen jede einen Transistor (T323, T327) aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Zweig (321) einen in Reihe mit einem Transistor (T323) geschalteten Widerstand (R322) und der zweite Zweig (325) einen in Reihe mit einem Transistor (T327) und dem Sensor (Ca) geschalteten Widerstand (R326) aufweist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der Transistoren (T323) von einem Operationsverstärker (360) fremdgesteuert wird, der an seinen Eingängen jeweils das Signal der an den Klemmen der Last gemessenen Spannung und das Ausgangssignal des Filters empfängt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transistor (T327) von einem Operationsverstärker (370) fremdgesteuert wird, der an seinen Eingängen jeweils das an einem Zwischenpunkt der beiden Zweige (321, 325) vorhandene Potential empfängt.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Filtermittel (100) eine Komparatorstufe (110), die an einem ersten ihrer Eingänge das Ausgangssignal des Sensors (Ca) empfängt, einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (120), der an einem Eingang ein Taktsignal mit konstanter Frequenz und an seinem Eingang zum Steuern des Vorwärts- Rückwärts-Zählens die Ausgabe der Komparatorstufe (110) empfängt, und ein Widerstandsnetzwerk (130) aufweisen, das zwischen den Ausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (120) und den zweiten Eingang der Komparatorstufe (110) geschaltet ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk (130) eine Teilerbrücke mit mehreren Widerständen gleichen Wertes R aufweist, die mit Hilfe eines Widerstands des Wertes 2R zwischen die Masse und den Ausgang des Netzwerks in Reihe geschaltet sind, wobei außerdem jeder Verbindungspunkt von zwei benachbarten Widerständen der Teilerbrücke und auch der Ausgangspunkt der Teilerbrücke mit Hilfe eines Widerstands des Wertes 2R an einen Umschalter (A0 bis An) angeschlossen ist, wobei jeder Umschalter jeweils durch eine Ausgabe des digitalen Filtermittels (100) gesteuert wird, so daß jeder Umschalter wechselweise den entsprechenden Widerstand (2R) mit entweder der Masse oder einer Referenzspannung verbindet.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk (130) eine Teilerbrücke mit mehreren Widerständen gleichen Wertes R aufweist, die mit Hilfe eines Widerstands des Wertes 2R zwischen die Masse und eine Referenzspannung in Reihe geschaltet sind, wobei außerdem jeder Verbindungspunkt von zwei benachbarten Widerständen der Teilerbrücke und auch der die Referenzspannung empfangende Endpunkt der Teilerbrücke mit Hilfe eines Widerstands des Wertes 2R an einen Umschalter angeschlossen ist, wobei die Umschalter (A0 bis An) durch eine zugeordnete Ausgabe des digitalen Filtermittels (100) fremdgesteuert werden, so daß jeder Umschalter wechselweise den entsprechenden Widerstand (2R) mit entweder der Masse oder dem Eingang einer Verstärkerstufe (132) verbindet.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk (130, 210) durch die werthohen Bits der Ausgabe des digitalen Filtermittels (100) fremdgesteuert wird.
29. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, die dafür geeignet sind, beim Unterspannungsetzen die Frequenz des Taktsignales zu verändern.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die das Taktsignal erzeugenden Mittel einen Oszillator (142) und einen kaskadenförmig aufgebauten Divisor (140) aufweisen, und daß die Mittel zum Andern der Frequenz des Taktsignales Mittel aufweisen, die dafür geeignet sind, beim Unterspannungsetzen den Divisor (140) zu hemmen.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Hemmungsmittel (160) an den Ausgang der Komparatorstufe (110) angeschlossen sind, um nach dem Entdecken einer vorbestimmten Anzahl von Nulldurchgängen der Ausgabe der Komparatorstufe (100) ein Hemmen des Divisors (140) zu unterbrechen.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Filtermittel (100) in Reihe einen Digital-Analog-Wandler (180) und einen Digitalfilter (185) aufweisen.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Filtermittel (100) eine Komparatorstufe (330), die an einem ersten ihrer Eingänge das Ausgangssignal des Sensors (Ca) empfängt, einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (332), der an einem Eingang (333) ein Taktsignal mit konstanter Frequenz und an seinem Eingang zum Steuern des Vorwärts-Rückwärts-Zählens die Ausgabe der Komparatorstufe (330) empfängt, einen Digitalfilter (335), dessen Eingang mit dem Ausgang des Vorwärts- Rückwärts-Zählers (332) verbunden ist, und einen Analog-Digital-Wandler (344) aufweisen, der zwischen den Ausgang des Digitalfilters (355) und den zweiten Eingang des Komparators (330) geschaltet ist.
34. Vorrichtung den Ansprüchen 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtast-Sperr-Schaltung (350) zwischen den Ausgang des Analog-Digital- Wandlers (344) und den einen der Eingänge des Komparators (360) geschaltet ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtermittel Steuermittel (420) aufweisen, die folgendes umfassen:
- Entdeckungsmittel (422), die dafür geeignet sind, die Begegnungen zwischen dem Eingangssignal und einem aus diesem Eingangssignal herausgefilterten Wert zu entdecken,
- Verzögerungsmittel (424), die bei jeder von den Entdeckungsmitteln (422) nachgewiesenen Begegnung betätigt werden, und
- Mittel (426) zum Sperren des Filters (410), falls vor dem Ende der Verzögerung von den Entdeckungsmitteln (422) keine Begegnung nachgewiesen wird, und zum Entsperren des Filters (410) bei der ersten Begegnung, die von den Entdeckungsmitteln (422) nach dem Sperren des Filters (410) nachgewiesen wird.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filtermittel (410) ein Filter erster Ordnung ist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filtermittel (410) die folgende Form hat:
Filtern = Filtern-1 + Mniv (NIVn - Filtern-1) / P,
worin:
Filtern für den Wert des gefilterten Signales zum Zeitpunkt n steht,
Filtern-1 für den Wert des gefilterten Signales zum Zeitpunkt n-1 steht,
Mniv für einen Multiplikationsfaktor steht,
NIVn für den Wert der gemessenen Eingabe zum Zeitpunkt n steht, und
P für die Zeitkonstante steht.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung in der Größenordnung von 1 bis 2 Sekunden liegt.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel (426) Mittel aufweisen, die dafür geeignet sind, die Zeitkonstante des Filters (410) zu verändern.
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die dafür geeignet sind, die Zeitkonstante des Filters (410) zu verändern, daran angepaßt sind, einen Multiplikationsfaktor (Mniv) der Filterfunktion zu verändem, um die Zeitkonstante des Filterns während der Sperrperiode zu verlängern.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermittel Mittel aufweist, die dafür geeignet sind, die Sperrmittel (426) nach der Inbetriebnahme zu hemmen, solange die Entdeckungsmittel (422) eine vorbestimmte Anzahl von Begegnungen zwischen dem Eingangssignal und dem aus diesem Eingangssignal herausgefilterten Wert nicht nachgewiesen haben.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein nichtlineares Mittel aufweist, das dafür geeignet ist, die Nichtlinearität der Gruppe Sensor (Ca)/Last (B1, B2) zu kompensieren.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen nichtlinearen Analog-Digital-Wandler (344) aufweist.
44. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, die dafür geeignet sind, die Zeitkonstante des Filters als Funktion der nichtlinearen Antwort der Gruppe Sensor (Ca)/Last (B1, B2) zu verändern.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verändern der Zeitkonstante des Filters auf einen Multiplikationsfaktor der Filterfunktion einwirken.
46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor Mmv der Filterfunktion die folgende Form hat: Minv = 16 (2 - (NIVmax - NIVn) / NIVmax).
47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filtermittel (100) und das einen Digital-Impedanz Wandler bildende Modul (200) in Gestalt eines einzigen integrierten Schaltkreises realisiert sind.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf dem Sensor (Ca) vorgesehen ist.
49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf der Last (Log) vorgesehen ist.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (Ca) ein Widerstandssensor ist, vor allem zum Messen eines Flüssigkeitspegels.
51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (Ca) ein Sensor nach Art eines Potentiometers ist, der von einer geregelten Spannung versorgt wird und dessen Ausgangsinformation von dem Schleifer des Potentiometers abgegriffen wird.
52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (Ca) ein Sensor vom rheostatischen Typ ist, der von einer Stromquelle versorgt wird und dessen Ausgangsinformation von den Klemmen des so gebildeten Regelwiderstands abgegriffen wird.
53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Sensor (Ca) zirkulierende Strom schwächer als der in der Last (Log) zirkulierende Strom ist.
54. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (Ca) mit Wechselstrom versorgt wird und daß eine Gleichrichterschaltung zwischen dem Sensorausgang und dem Eingang des digitalen Filtermittels (100) vorgesehen ist.
55. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (Log) durch ein Anzeigegerät, vorzugsweise ein logometrisches Anzeigegerät gebildet wird.
56. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
- einen Komparator (330), der an einem ersten Eingang die Klemmenspannung des Sensors (Ca) empfängt,
- einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler (332), dessen Eingang für das Vorwärts-Rückwärts-Zämen mit dem Ausgang des Komparators (330) verbunden ist,
- einen Digitalfilter (335), dessen Eingang mit dem Ausgang des Vorwärts- Rückwärts-Zählers (332) verbunden ist,
- einen Multiplexer (340), der an seinen Eingängen jeweils die Ausgabe des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (332) und die Ausgabe des Digitalfilters (335) empfängt,
- einen Digital-Analog-Wandler (344), dessen Eingang mit dem Ausgang des Multiplexers (340) verbunden ist und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (332) verbunden ist,
- eine Abtast-Sperr-Schaltung (350), deren Eingang mit dem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (344) verbunden ist, und
- eine Steuerschaltung (360, 321, 325), die eine Stromquelle (T323, T327) am Ausgang der Vorrichtung auf der Grundlage der an den Klemmen der Last gemessenen Spannung und des von der Abtast-Sperr-Schaltung (350) ausgegebenen Signals fremdsteuert.
57. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Stromquelle (T327, 104) aufweist, die den Sensor (Ca) speist, wobei die Stromquelle (T327, 104) derart gesteuert wird, daß sie einen Strom (Ij) abgibt, der zu dem an die Last angelegten Ausgangsstrom (IL) proportional ist.
58. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 57, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
- einen Analog-Digital-Wandler (190), dessen Eingang mit dem Ausgang des Sensors (Ca) verbunden ist,
- einen digitalen Filter (100), dessen Eingang mit dem Ausgang des Analog- Digital-Wandlers (190) verbunden ist,
- einen Digital-Analog-Wandler (192), dessen Eingang mit dem Ausgang des digitalen Filters (100) verbunden ist,
- ein Schwächungsglied (197), dessen Eingang mit der Last verbunden ist, und
- eine Ausgangsstromquelle (T194), die durch die Differenz zwischen dem aus dem Digital-Analog-Wandler (192) stammenden Signal und dem aus dem Schwächungsglied (197) stammenden Signal fremdgesteuert wird.
59. Anwendung der Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 58 auf die Verarbeitung des Ausgangssignales eines Widerstandssensors bei Kraftfahrzeugen.
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