FI69932B - FITTING CAPACITORS SPECIFIC FOR CAPACITORS VID VILKET MAN ANVAENDER TVAO REFERENSER - Google Patents
FITTING CAPACITORS SPECIFIC FOR CAPACITORS VID VILKET MAN ANVAENDER TVAO REFERENSER Download PDFInfo
- Publication number
- FI69932B FI69932B FI842193A FI842193A FI69932B FI 69932 B FI69932 B FI 69932B FI 842193 A FI842193 A FI 842193A FI 842193 A FI842193 A FI 842193A FI 69932 B FI69932 B FI 69932B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- measuring
- capacitance
- signals
- capacitances
- electronics
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
6993269932
Kapasitanssien, etenkin pienten kapasitanssien mittausmenetelmä, jossa käytetään kahta referenssiä Mätningsförfarande för kapacitanser, speciellt för sma kapacitanser, vid vilket man använder tva referenserCapacitance measurement method, especially for small capacitances, using two references
Keksinnön kohteena on menetelmä kapasitanssien, etenkin pienten kapasitanssien mittaamiseksi, jossa menetelmässä käytetään mittauselektroniik-kaa, johon kuuluu mittausoskillaattori, jonka antama lähtötajuus on oskillaattorin taajuuden määräävän piirin tulonapoihin kytkettävän kapa-5 sitanssin funktio ja jossa menetelmässä käytetään kahta mittausalueelle sähköisiltä arvoiltaan sijoittuvaa referenssikapasitanssia, joita kytketään mitattavan kapasitanssin tai kapasitanssien kanssa vuorollaan vaihdellen mittausoskillaattoriin kytkinjärjestelyä hyväksi käyttäen.The invention relates to a method for measuring capacitances, in particular small capacitances, which method uses measuring electronics comprising a measuring oscillator whose output frequency is a function of the capacitance connected to the input terminals of the oscillator's frequency determining circuit. with the capacitance or capacitances to be measured, alternately varying to the measurement oscillator using the switch arrangement.
10 Esillä olevan keksinnön eräänä lähtökohtana on ollut se tekniikan taso, joka selviää esim. hakijan FI-patenteista 54 664 ja 57 319 (vastaavat US-patentit 4 295 090 ja 4 295 091). Mainituissa patenteissa on esitetty menetelmä pienten kapasitanssien mittaamiseksi ja tässä yhteydessä käytettävä elektroninen vaihtokytkin etenkin telemetrikäyttöön sondeissa.One starting point for the present invention has been the state of the art, which is apparent, for example, from the applicant's FI patents 54,664 and 57,319 (corresponding to U.S. Patents 4,295,090 and 4,295,091). Said patents disclose a method for measuring small capacitances and an electronic changeover switch to be used in this connection, in particular for telemetry use in probes.
1515
Radiosondeissa käytetään eri parametrien etenkin amosfäärisen paineen, lämpötilan ja/tais kosteuden mittauksessa kapasitiivisia antureita, joiden kapasitanssin suuruus on riippuvainen mitattavasta parametrista. Näiden antureiden kapasitanssit ovat useasti verraten pieniä muutamista 20 pFtstä muutamiin kymmeniin tai korkeintaan n. 100 pF:in. Pienten kapasi tanssien mittaus on ongelmallista mm. hajakapasitanssien, syöttöjännit-teen vaihteluiden ja muiden häiriöiden takia. Lisäksi mainitut anturit ovat jossain määrin ominaisuuksiltaan vaihtelevia niin, että niillä on esim. yksilöllinen epälineaarisuus ja lämpötilariippuvuus.Radiosondes use capacitive sensors for the measurement of various parameters, especially the atmospheric pressure, temperature and / or humidity, the magnitude of the capacitance of which depends on the parameter to be measured. The capacitances of these sensors are often relatively small, from a few 20 pF to a few tens or at most about 100 pF. Measuring small capacitance dances is problematic e.g. due to stray capacitances, supply voltage fluctuations and other disturbances. In addition, said sensors are to some extent variable in their properties so that they have, for example, individual nonlinearity and temperature dependence.
2525
Mitattaessa etenkin telemetrisovellutuksissa lämpötilaa, kosteutta tai painetta tai muita vastaavia suureita sähköisillä tai mekaanissähköi-sillä antureilla on ennestään tunnettua sijoittaa mittauselektroniikan yhteyteen yksi tai useampi referenssi, joka on stabiili ja tarkasti 30 tunnettu, ja jolla referenssillä mittauspiirin ja/tai anturin yksilölli siä ominaisuuksia ja niiden ajallisia vaihteluita voidaan kompensoida.When measuring temperature, humidity or pressure or other similar quantities, especially in telemetry applications, with electrical or mechanical-electrical sensors, it is known to place one or more references in connection with the measuring electronics which are stable and accurately known and which have individual characteristics of the measuring circuit and / or sensor. temporal variations can be compensated.
2 699322 69932
Kapasitiivisten antureiden yhteydessä on ennestään tunnettua käyttää referenssikapasitanssia, joka kytketään mittavan kapasitanssi kanssa vuorotellen mittauspiirin, yleensä RC-oskillaattorin taajuuden määräävään tulopiiriin. Mittauspiiriä sopivasti säätämällä tai muulla tavalla 5 voidaan referenssikapasitanssista johdettu mittauspiirin lähtösuure asettaa kulloinkin oikeaksi.In the case of capacitive sensors, it is already known to use a reference capacitance which is connected in turn with a large capacitance to the input circuit determining the frequency of the measuring circuit, usually an RC oscillator. By adjusting the measuring circuit appropriately or in another way, the output variable of the measuring circuit derived from the reference capacitance can be set to the correct time in each case.
On ennestään tunnettua käyttää yhden referenssin mittauspiirejä, etenkin siltakytkentöjä, joissa mittaus on kuitenkin tarkka vain silloin, kun 10 referenssin sähköinen arvo on lähellä anturin arvoa, esim. silloin kun silta on tasapainossa. Mitä kauemmaksi anturin arvo referenssistä poikkeaa, sitä suuremmaksi tulevat myös eri virheet, esim. elektronisen mittapiirin dynamiikan muutoksista aiheutuvat virheet. Etuna yhden referenssin kytkennöissä on kuitenkin mittauspiirin yksinkertaisuus. Tämän 15 tunnetun menetelmän perusteita selostetaan myöhemmin tarkemmin kuvioon 1 viitaten.It is already known to use single-reference measuring circuits, especially bridge circuits, where, however, the measurement is accurate only when the electrical value of the 10 references is close to the value of the sensor, e.g. when the bridge is in equilibrium. The farther the value of the sensor deviates from the reference, the larger the various errors also become, e.g. the errors caused by changes in the dynamics of the electronic measuring circuit. However, the advantage of single reference connections is the simplicity of the measuring circuit. The basics of this known method will be described in more detail later with reference to Figure 1.
Kahden tai useamman referenssin mittausjärjestelyissä on etuna mittauksen tarkkuus laajallakin mittausalueella, mutta epäkohtana on rakenteen 20 ja mittaukseen liittyvän laskennan mutkikkuus. Kahden referenssin mittauksen perusteita selostetaan myöhemmin tarkemmin kuvioon 2 viitaten.Measurement arrangements of two or more references have the advantage of measuring accuracy even over a wide measuring range, but the disadvantage is the complexity of the structure 20 and the calculation associated with the measurement. The basis for measuring the two references will be described in more detail later with reference to Figure 2.
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää edellään em. hakijan soveltamia ennestään tunnettuja pienten, esim. n. 0-100 pF:n, kapasi-25 tanssien mittausmenetelmiä ja -piirejä niin, että niistä saadaan entistä tarkempia.The object of the present invention is to further develop the previously known methods and circuits for measuring small capacitances, e.g. about 0-100 pF, applied by the above-mentioned applicant, so that they become even more accurate.
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen kahden referenssin mittausmenetelmä ja mittauspiiri, jossa vältetään kapasi-30 tanssin mittaustulosten määräämisessä aiemmin tarvitut mutkikkaat laskutoimitukset.It is an object of the present invention to provide a two-reference measurement method and measurement circuit which avoids the complicated calculations previously required in determining the measurement results of a capacitance dance.
Keksinnön tarkoituksena on sellaisen mittausmenetelmän ja "itsesäätyvän" mittauselektroniikan aikaansaaminen, jossa referenssiantureita vastaavat 35 lähtösuureet pysyvät muuttumattomina, vaikka mittauselektroniikka esim. lämpötilan vaihteluiden tai muiden seikkojen vuoksi ryömisi.The object of the invention is to provide a measuring method and "self-adjusting" measuring electronics in which the output quantities corresponding to the reference sensors remain unchanged, even if the measuring electronics creep due to e.g. temperature fluctuations or other factors.
I! 3 69932I! 3 69932
Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmässä käytetään kahta ulkoista apureferenssiä, joista saata-5 via apureferenssisignaaleja verrataan mainituista referenssikapasitans-seista johtuviin vastaaviin mittauselektroniikan antosignaaleihin, että muodostetaan mainittujen antosignaalien ja mainittuja ulkoisista apureferensseistä tulevien signaalien erotuksia kuvaavat signaalit, 10 joiden avulla muodostetaan piiriä säätävät takaisinkytkentäsignaalit, joilla mittauselektroniikkaa ohjataan siihen suuntaan, että mainitut erosignaalit tai vastaavat lähestyvät nollaa tai ennalta asetettua vastaavaa arvoa, ja 15 että edellä määritellyin menetelmävaihein kohdalleen säädetyn mittaus-elektroniikan avulla suoritetaan mitattavaa kapasitanssia vastaavan antosignaalin määritys.In order to achieve the above and later objects, the invention is mainly characterized in that the method uses two external auxiliary references, from which the auxiliary signals obtained from said reference capacitances are compared with the corresponding signals from 10 for generating circuit-adjusting feedback signals for controlling the measuring electronics in the direction that said difference signals or the like approach zero or a preset corresponding value; and 15 for determining the output signal corresponding to the measured capacitance by means of the measuring electronics adjusted to the method step defined above.
Keksinnön päämäärät saavutetaan sovittamalla mittauspiiriin molempien 20 varsinaista kapasitanssireferenssien vasteena saatavia antosuureita vastaavat ulkoiset apureferenssit, jotka ovat stabiileja ja mittaus-elektroniikasta ja sen ryömimisestä sekä erilaisista häiriölähteistä riippumattomat. Näistä apureferensseistä saatavia suureita verrataan varsinaisista kapasitanssireferensseistä johtuviin antosuureisiin ja 25 muodostetaan mainittujen referenssien perusteella erosignaalit, joiden annetaan osaltaan vaikuttaa vakiotermin luontaisesti mittauselektroniik-kaan ja osaltaan mittauselektroniikan jyrkkyyteen summautuvasti niin monen mittauskierroksen ajan eräänlaisena interointiprosessina, niin että kapasitanssireferenssin ja ulkoisen referenssin erotus saadaan 30 nollaksi tai riittävän lähelle sitä.The objects of the invention are achieved by fitting to the measuring circuit external auxiliary references corresponding to the output quantities obtained in response to both actual capacitance references, which are stable and independent of the measuring electronics and their creep and of various sources of interference. The quantities obtained from these auxiliary references are compared with the output quantities due to the actual capacitance references and based on these references difference signals are generated which contribute to the close to it.
Edullisimmin mainittu vertailu tapahtuu niin, että ensimmäisestä ulkoisesta apureferenssistä ja ensimmäisestä kapasitanssireferenssistä johdetulla erosignaalilla vaikutetaan mittauselektroniikkaan vakiotermin 35 luontoisesti, toisinsanoen vaikutetaan mittauselektroniikan off-settiin. Toisesta ulkoisesta apureferenssistä ja toisesta kapasitanssireferenssistä johdetulla erosignaalilla vaikutetaan edellä esitetyllä tavalla 4 69932 mittauselektroniikan jyrkkyyteen esim. sen vahvistukseen. Jos kyseessä on mittauspiiri tai -menetelmästä, jonka antosuureena on vaihteleva taajuus, toisella mainitulla erosignaalilla vaikutetaan mittauselektroniikan perustaajuuteen ja toisella erosignaalilla sen dynamiikkaan eli 5 taajuuden muutokseen tiettyä kapasitanssimuutosyksikköä kohti.Most preferably, said comparison takes place in such a way that the difference signal derived from the first external auxiliary reference and the first capacitance reference naturally affects the measurement electronics by the constant term 35, in other words the offset of the measurement electronics. The difference signal derived from the second external auxiliary reference and the second capacitance reference affects the steepness of the 4,69932 measuring electronics, e.g. its amplification, as described above. In the case of a measuring circuit or method whose output is a variable frequency, the second said difference signal affects the fundamental frequency of the measuring electronics and the second difference signal affects its dynamics, i.e. the change of frequency 5 per certain capacitance change unit.
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuviohin, joissa on esitetty keksinnön taustaa ja sen eräitä edullisia toteutusesimerkkejä.The invention will now be described in detail with reference to the figures of the accompanying drawing, which show the background of the invention and some preferred embodiments thereof.
1010
Kuvio 1 havainnollistaa xy-koordinaatistossa yhden referenssin mittausmenetelmän omainaiskäyriä (suoria).Figure 1 illustrates the characteristic curves (straight) of one reference measurement method in the xy coordinate system.
Kuvio 2 esittää kuviota 1 vastaavalla tavalla kahden referenssin mittaus-15 menetelmän ominaiskäyriä.Fig. 2 shows, in a manner similar to Fig. 1, the characteristic curves of the two-reference measurement-15 method.
Kuvio 3 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaista mittausmenetelmää ja -piiriä.Figure 3 is a block diagram of a measurement method and circuit according to the invention.
20 Kuvio 4 esittää kytkinkaavana erästä esimerkkiä keksinnön menetelmän ja piirin toteutusta.Figure 4 shows, as a switching diagram, an example of an implementation of the method and circuit of the invention.
Kuvio 1 havainnollistaa yhden referenssin mittausmenetelmää xy-koordi- naatistossa. Referenssin, esim. kapasitanssin, joka sähköinen arvo on 25 mittausalueen keskikohdalla, avulla kiinnitetään piste X0»Y0» jonka kautta mittauselektroniikkaa kuvaava suora k kulkee. Koordinaatti x o kuvaa ottosuuretta, siis tässä tapauksessa mitattavaa kapasitanssi-suuruutta ja y kuvaa antosuuretta, siis tässä tapauksessa esim. tasa-jännitettä tai vaihtelevaa taajuutta. Mittauselektroniikan ryömimisen 30 ja muiden seikkojen johdosta kuitenkin järjestelmän ominaisuuksia kuvaava suora poikkeaa perussuorasta kQ katkoviivalle ja pistekatko-viivalla esitettyjen esimerkkisuorien k^ ja k^ välillä. Tällöin sallituissa virherajoissa muodostuu mittausalue X^ xD:n ympärillä verraten ahtaaksi.Figure 1 illustrates a single reference measurement method in the xy coordinate system. By means of a reference, e.g. a capacitance, the electrical value of which is at the center of the measuring range 25, the point X0 »Y0» through which the line k describing the measuring electronics passes is fixed. The coordinate x o describes the input quantity, i.e. in this case the measured capacitance quantity, and y describes the output quantity, i.e. in this case e.g. DC voltage or variable frequency. However, due to the creep of the measurement electronics 30 and other factors, the line describing the characteristics of the system deviates from the basic line kQ for the dashed line and between the example lines k ^ and k ^ shown by the dotted line. In this case, within the permissible error limits, the measuring range around X ^ xD becomes relatively narrow.
3535
Kuvio 2 havainnollistaa 1 vastaavalla tavalla kahden referenssin mittausmenetelmää, joka on tämän keksinnön lähtökohtana kuviota 1 vastaavallaFigure 2 illustrates in a similar manner 1 a two-reference measurement method which is the starting point of the present invention in a manner corresponding to Figure 1.
IIII
5 69932 Ί tavalla. Menetelmässä sovelletaan kahta referenssiä, nimittäin referenssejä 1. ja 2. jotka kiinnittävät kaksi pistettä xy-koordinaatistossa, nimittäin pisteet Ja χ2’^2’ J°^en ^autta asetettu suora k^ on järjestelmän lineaarinen perustoimintasuora. Käytännössä lämpötilamuutos-5 ten tai muiden seikkojen johdosta järjestelmän ominaiskäyrät vaihtelevat suoran kQ molemmin puolin käyrien fj ja f 2 välillä. Tällöin virherajoissa voidaan toteuttaa mittausalue X2» joka on suurempi kuin x^-x^. Täten saadaan toteutetuksi yhden referenssin mittausmenetelmään verrattuna ainakin kertaluokkaa laajempi mittausalue X^.5 69932 Ί way. The method applies two references, namely references 1 and 2, which fix two points in the xy coordinate system, namely the points Ja χ2 '^ 2' J ° ^ en ^ help set line k ^ is a linear basic line of operation of the system. In practice, due to temperature changes or other factors, the characteristic curves of the system vary between the curves fj and f 2 on both sides of the line kQ. In this case, a measuring range X2 »larger than x ^ -x ^ can be implemented within the error limits. Thus, at least an order of magnitude of measuring range X 1 is realized compared to the measurement method of one reference.
1010
Kun seuraavassa tarkemmin selostettavan keksinnön mukaisesti voidaan eliminoida aikaisemmin kahden referenssin mittauspiirin yhteydessä ilmenneet monimutkaiset laskutoimitukset, saadaan keksinnöllä aikaan edullinen ja varsin yksinkertaisesti toteutettava mittausmenetelmä ja 15 mittauspiiri, jonka eräs toteutusesimerkki selostetaan seuraavassa kuvioihin 3 ja 4 viitaten.When, according to the invention to be described in more detail, the complex calculations previously encountered in connection with the two reference measuring circuits can be eliminated, the invention provides a preferred and quite simple measuring method and measuring circuit, an embodiment of which will be described below with reference to Figs.
Kuvion 3 mukaisesti järjestelmä käsittää mitattavan kapasitanssin (C^) 12 ja kaksi referenssikapasitanssia 10 ja 11 (CR^ ja C^)* Referenssi-20 kapasitanssien 10 ja 11 väliset arvot vastaavat kuviossa 2 esitettyjä pisteitä ja x^, joiden väliin ja ulkopuolellekin mittaus-alue X2 ulottuu. Mittauspiiriin kuuluu elektroninen vaihtokytkin 13, sen ohjaus-piiri 15, jota viimemainittua ohjaa kello 14. Vaihtokytkin 13 kytkee ohjauspiirin 15 ohjaussignaalien a.r^,^ ohjaamana vuorotellen mitatta-25 van kapasitanssin ja referenssikapasitanssit CR^ ja C £ mittauselekt-roniikkaan 16.According to Fig. 3, the system comprises a measurable capacitance (C ^) 12 and two reference capacitances 10 and 11 (CR ^ and C ^) * The values between the capacitances 10 and 11 of the reference 20 correspond to the points shown in Fig. 2 and x ^, between and outside area X2 extends. The measuring circuit includes an electronic changeover switch 13, its control circuit 15, which is controlled by the latter at 14. The changeover switch 13 alternately switches the measured capacitance and the reference capacitances CR1 and C £ to the measuring electronics 16 under the control signals a.r ^, ^ of the control circuit 15.
Mittauselektroniikkaan 16 kuuluu sinänsä tunnetusti esim. RC-oskillaat-tori, jonka taajuuden määräävään tulopiiriin mitattava kapasitanssi, 30 joka on yleensä välillä 0-100 pF, ja referenssikapasitanssit vuorotellen kytketään. Mittauselektroniikkaan 16 voi kuulua myös jakajia ja muita tunnettuja kytkentäjärjestelyjä, niin että mittauselektroniikasta saadaan antosuure, esim. kapasitanssin sähköisen arvon perusteella olennaisesti lineaarisesti muuttuva tasajännite tai taajuus.As is known per se, the measuring electronics 16 comprise, for example, an RC oscillator, the capacitance 30 of which is measured in the frequency-determining input circuit, which is generally between 0 and 100 pF, and the reference capacitances are alternately connected. The measurement electronics 16 may also include dividers and other known switching arrangements so that the measurement electronics provide an output variable, e.g. a DC voltage or frequency that changes substantially linearly based on the electrical value of the capacitance.
Oletetaan, että mittauselektroniikan 16 antosuureena on jännite U^. Tämä jännite ohjataan ensimmäiseen vertailupiiriin 19 ja toiseen vertailu- 35 69932 1 piiriin 20. Tämän keksinnön mukaisesti mittauspiirissä ja -menetelmässä käytetään kahta ulkoista apureferenssipiiriä 17 ja 18. Näistä referenssi-piireistä 17,18 saadaan esim. tasajännitteet ja UR2> Jot^a johdetaan kumpikin omaan vertailupiiriinsä 19 tai 20. Mainittujen ulkoisten apu-5 referenssijännitteiden UR^ ja UR2 ja mittauselektroniikan antojännitteen erojännitteet ja aU2 ovat vertailupiirien 19 ja 20 ottojännitteitä. Vertailupiirejä 19 ja 20 ohjataan vaihtokytkimen 13 ohjauspiiristä 15 saatavilla ohjauspulssijonoilla ja R2 siten, että vertailupiireistä 19 ja 20 saadaan antojännitteet U ^ ja Uc9, joilla ohjataan RC-piirien 10 21 ja 22 (alipäästösuodattimien) kautta mittauselektroniikkaa 36.Assume that the output of the measurement electronics 16 is the voltage U 1. This voltage is applied to the first reference circuit 19 and the second reference circuit 20. According to the present invention, two external auxiliary reference circuits 17 and 18 are used in the measuring circuit and method. to their own reference circuit 19 or 20. The differential voltages and aU2 of said external auxiliary 5 reference voltages UR1 and UR2 and the output voltage of the measuring electronics are the input voltages of the reference circuits 19 and 20. The reference circuits 19 and 20 are controlled by control pulse trains and R2 available from the control circuit 15 of the toggle switch 13 so that the output circuits 19 and 20 provide output voltages U1 and Uc9 for controlling the measurement electronics 36 via the RC circuits 10 21 and 22 (low pass filters).
Keksinnön toteutus on sopivimmin sellainen, että ensimmäisellä ohjaussignaalilla U vaikutetaan vakiotermin luontoisesti mittauselektroniik-kaan 16, siis mittauselektroniikan ns. off-settiin. Toisella ohjaussig- 15 naalilla U „ vaikutetaan puolestaan mittauselektroniikan 16 jyrkkyyteen, cz esim. sen vahvistukseen.The implementation of the invention is preferably such that the first control signal U inherently affects the measurement electronics 16 of the constant term, i.e. the so-called measurement electronics. off-set. The second control signal U „in turn influences the steepness of the measuring electronics 16, cz e.g. its gain.
Ohjaussignaalit U ^ ja υ^2 vaikuttavat mittauselektroniikkaan siihen suuntaan, että mainitut erojännitteef AU^ ja AU2 portaittain pienenevät 20 ja tätä takaisinkytkent«vaikutusta toistetaan esim. vaihtokytkimen ohjauspiirin 15 ohjaaman niin monen mittauskierron ajan, että mainitut erojännitteet AU^ ja AU2 saadaan portaittain lähestymään nollaa. Kun mainitut erojännitteet ja U2 on saatu riittävän lähelle nollapis tettä, on mittauselektroniikka 16 tullut säädetyksi "kohdalleen".The control signals U1 and U2 affect the measuring electronics in such a way that said differential voltages AU1 and AU2 gradually decrease 20 and this feedback effect is repeated e.g. for so many measurement cycles controlled by the changeover control circuit 15 that said differential voltages . When said differential voltages and U2 have been brought close enough to the zero point, the measuring electronics 16 have become adjusted "in place".
25 Tällöin vaihtokytkimen 13 ohjauspiirin 15 ohjauksella vaihtokytkin 13 kytkee mitattavan kapasitanssin 12 mittauselektroniikkaan.In this case, under the control of the control circuit 15 of the changeover switch 13, the changeover switch 13 connects the capacitance 12 to be measured to the measuring electronics.
Samalla ohjataan vaihtokytkimen 13 ohjauspiirillä 15 pitopiiriä 23 tai muuta vastaavaa komponenttia, niin että mittauselektroniikan 16 anto-30 signaali kytkeytyy sellaisenaan tai sopivasti skaalattuna ulostulosignaaliksi UAt the same time, the control circuit 15 of the change-over switch 13 controls the holding circuit 23 or other similar component, so that the output-30 signal of the measuring electronics 16 is switched as such or suitably scaled to an output signal U
outout
Kuvio 4 esittää kytkinkaavana erästä toteutusta käytännön kytkennästä, joka on pienten kapasitiivisten anturien (0-100pF) mittauselektroniikka. 35 Mittaustaajuus noin 100 kHz, jota taajuutta ei ole käsitelty sellaisenaan, vaan sitä on riittävästi piireillä 25 ja 26 jaettu pienemmäksi, jotta porttien ym. viiveet ja niiden muutokset eivät vaikuttaisi mittaus-Figure 4 shows a circuit diagram of an implementation of a practical circuit which is the measuring electronics of small capacitive sensors (0-100pF). 35 Measurement frequency of about 100 kHz, which has not been treated as such, but has been sufficiently reduced in circuits 25 and 26 so that the delays of gates and the like and their changes do not affect the measurement frequency.
IIII
69932 1 tulokseen. Kytkennässä olennaisena osana olevan multicap-piirin 27, joka on patentoitu erikoispiiri nimenomaan kapasitiivisten anturien mittaukseen, rakenteen ja toiminna osalta viitataan em. FI-patentteihin 54 664 ja 57 319 (vast. US-patentit 4 295 090 ja 4 295 091). Suure, mitä tarkas-5 teilaan, on aika. Apureferenssinä on aika, joka saadaan kideoskillaatto-rista 24 ja edelleen jakajamikropiirin 25 (4024) nastasta 3. Nollaus tapahtuu vähän myöhemmin (nastat 3 ja 6 ykkösiä). Toista apureferenssiä ei tarvita, koska toisesta jakajamikropiiristä 26 (4040) on otettu eri jakomäärä referensseillä CR^ ja C^· 1069932 1 result. Reference is made to the aforementioned FI patents 54,664 and 57,319 (respectively U.S. Patents 4,295,090 and 4,295,091) for the construction and operation of the multicap circuit 27, which is an integral part of the connection and is a patented special circuit specifically for measuring capacitive sensors. The big thing what exactly-5 is all about is time. The auxiliary reference is the time obtained from the crystal oscillator 24 and further from pin 3 of the divider circuit 25 (4024). The reset takes place a little later (pins 3 and 6 by one). A second auxiliary reference is not required because a different division number has been taken from the second divider circuit 26 (4040) with references CR 1 and C 2 · 10
Aikaerojen vertailun suorittavat portit 31 ja 32. Portit 33 ja 34 huolehtivat siitä, että korjausvirrat saavat vaikuttaa 47 nF:n kondensaat-toreiden jännitteisiin vain kun referenssejä CRj ja mitataan. Antosignaali U on kuvion 4 kytkennässä taajuusbursti, jonka taajuu- 15 dessa on tieto mitattavan anturikapasitanssin sähköisestä suuruudesta. Anto voidaan myös kytkeä samoin kuin referenssien CRj ja CR^ osalta on menetelty, jolloin saadaan pulssi, jonka leveydessä (puolijakson kestossa) on tieto anturikapasitanssin sähköisestä arvosta.The comparison of the time differences is performed by gates 31 and 32. Gates 33 and 34 ensure that the correction currents can affect the voltages of the 47 nF capacitors only when the references CRj and are measured. In the circuit of Fig. 4, the output signal U is a frequency burst, at the frequency of which there is information about the electrical magnitude of the sensor capacitance to be measured. The output can also be switched in the same way as for the references CR1 and CR1, in which case a pulse is obtained, the width (half-cycle duration) of which contains information about the electrical value of the sensor capacitance.
20 Kuvion 4 kytkennästä voidaan laskea taajuusburstin pulssien määrä tai pienillä muutoksilla saadaan hursti, josta on vähennetty toisen referenssin CR^;C 2 arvoa vastaava määrä pulsseja, viime mainitut toteutusvaihtoehdot eivät vaadi kideoskillaattoria, koska pulssimäärät ovat laaduttomia lukuja.The number of pulses of the frequency burst can be calculated from the circuit of Fig. 4, or small changes can be made to reduce the number of pulses corresponding to the value of the second reference CR 1; C 2, the latter implementations do not require a crystal oscillator because the pulse numbers are poor quality.
2525
Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä esitetystä.The following are claims within the scope of which the various details of the invention may vary and differ from those set forth above.
30 3530 35
Claims (5)
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI842193A FI69932C (en) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | MAINTENANCE FOUNDATION CAPACITORS SPECIFIC FOR SMAR CAPACITORS VID VILKER MAN ANVAENDER TVAO REFERENSER |
| ZA853855A ZA853855B (en) | 1984-05-31 | 1985-05-21 | Method for the measurement of capacitances |
| AU42749/85A AU587578B2 (en) | 1984-05-31 | 1985-05-22 | Method and circuit for the measurement of capacitance |
| CA000482808A CA1262372A (en) | 1984-05-31 | 1985-05-30 | Method for the measurement of capacitances, in particular of low capacitances, wherein two references are used |
| DE19853519390 DE3519390A1 (en) | 1984-05-31 | 1985-05-30 | METHOD FOR MEASURING CAPACITY, ESPECIALLY SMALL CAPACITY, USING TWO REFERENCES |
| BR8502572A BR8502572A (en) | 1984-05-31 | 1985-05-30 | CAPACITY MEASUREMENT PROCESS |
| IT20967/85A IT1200492B (en) | 1984-05-31 | 1985-05-30 | METHOD FOR MEASURING CAPACITANCES, IN PARTICULAR LOW CAPACITIES, IN WHICH TWO REFERENCES ARE USED |
| FR8508231A FR2565353B1 (en) | 1984-05-31 | 1985-05-31 | METHOD FOR MEASURING CAPACITIES, ESPECIALLY LOW CAPACITIES, IN WHICH TWO REFERENCE CAPACITIES ARE USED |
| GB08513830A GB2159965B (en) | 1984-05-31 | 1985-05-31 | Method for the measurement of capacitance |
| JP60118680A JPS60262067A (en) | 1984-05-31 | 1985-05-31 | Method of measuring capacity |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI842193A FI69932C (en) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | MAINTENANCE FOUNDATION CAPACITORS SPECIFIC FOR SMAR CAPACITORS VID VILKER MAN ANVAENDER TVAO REFERENSER |
| FI842193 | 1984-05-31 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI842193A0 FI842193A0 (en) | 1984-05-31 |
| FI69932B true FI69932B (en) | 1985-12-31 |
| FI69932C FI69932C (en) | 1986-05-26 |
Family
ID=8519172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI842193A FI69932C (en) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | MAINTENANCE FOUNDATION CAPACITORS SPECIFIC FOR SMAR CAPACITORS VID VILKER MAN ANVAENDER TVAO REFERENSER |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60262067A (en) |
| AU (1) | AU587578B2 (en) |
| BR (1) | BR8502572A (en) |
| CA (1) | CA1262372A (en) |
| DE (1) | DE3519390A1 (en) |
| FI (1) | FI69932C (en) |
| FR (1) | FR2565353B1 (en) |
| GB (1) | GB2159965B (en) |
| IT (1) | IT1200492B (en) |
| ZA (1) | ZA853855B (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI74549C (en) * | 1986-02-13 | 1988-02-08 | Vaisala Oy | MAETNINGSFOERFARANDE FOER IMPEDANSER, SAERSKILT SMAO KAPACITANSER. |
| DE19524387C1 (en) * | 1995-07-04 | 1996-11-07 | Siemens Ag | Capacitance difference measuring circuit for capacitive sensor |
| CN102096057B (en) * | 2010-11-16 | 2013-10-02 | 北京航天测控技术有限公司 | Calibration method and device of capacitance measurement circuit |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE970798C (en) * | 1953-05-16 | 1958-10-30 | Rolf Scheunert Dr Ing | Arrangement for measuring preferably very small capacities or changes in capacitance |
| DE1026860B (en) * | 1956-05-24 | 1958-03-27 | Die Bundesrepublik Deutschland | Beat compensator |
| US3480857A (en) * | 1967-12-27 | 1969-11-25 | Ibm | Digital method and apparatus for measuring small inductances and capacitances |
| DE2508033A1 (en) * | 1975-02-25 | 1976-09-02 | Zinn Erich | Measurement of capacitance and loss factor - using automatic range finding network involving relays and comparators |
| US4041382A (en) * | 1976-08-16 | 1977-08-09 | The Sippican Corporation | Calibrating a measurement system including bridge circuit |
| SE431683B (en) * | 1977-09-23 | 1984-02-20 | Testut Aequitas | DEVICE FOR Saturation of the capacitance of a capacitor |
| FI54664C (en) * | 1977-10-14 | 1979-01-10 | Vaisala Oy | ELECTRONIC EQUIPMENT IN THE SYNERNIZATION FOR TELEMETER MANAGEMENT IN THE SONDER |
| FI57319C (en) * | 1977-10-14 | 1980-07-10 | Vaisala Oy | ADJUSTMENT OF CAPACITY IN CAPACITY |
| US4130796A (en) * | 1977-12-07 | 1978-12-19 | Westinghouse Electric Corp. | Calibrating and measuring circuit for a capacitive probe-type instrument |
| AU530552B2 (en) * | 1978-04-07 | 1983-07-21 | Minister of Public Works of Nsw | Wave level measuring apparatus |
| JPS5528157A (en) * | 1978-08-19 | 1980-02-28 | Fuji Electric Co Ltd | Displacement converter |
| US4295091B1 (en) * | 1978-10-12 | 1995-08-15 | Vaisala Oy | Circuit for measuring low capacitances |
| FR2446037A1 (en) * | 1979-01-03 | 1980-08-01 | Vaisala Oy | Procedure in radio sonde - used when transferring signals measured with capacitive sensors, to surface station by radio transmitter (sf 28.2.79) |
| DE2901516C2 (en) * | 1979-01-16 | 1985-01-24 | VEGA Grieshaber GmbH & Co, 7620 Wolfach | Arrangement for generating a signal proportional to a capacitance |
| US4322977A (en) * | 1980-05-27 | 1982-04-06 | The Bendix Corporation | Pressure measuring system |
| SE436936B (en) * | 1981-01-29 | 1985-01-28 | Asea Ab | INTEGRATED CAPACITY SENSOR |
| US4398426A (en) * | 1981-07-02 | 1983-08-16 | Kavlico Corporation | Linear capacitive pressure transducer system |
| DE3321580A1 (en) * | 1983-06-15 | 1984-12-20 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Device for measuring temperature in order to compensate temperature-dependent errors in a capacitive differential-pressure sensor |
-
1984
- 1984-05-31 FI FI842193A patent/FI69932C/en not_active IP Right Cessation
-
1985
- 1985-05-21 ZA ZA853855A patent/ZA853855B/en unknown
- 1985-05-22 AU AU42749/85A patent/AU587578B2/en not_active Ceased
- 1985-05-30 BR BR8502572A patent/BR8502572A/en not_active IP Right Cessation
- 1985-05-30 CA CA000482808A patent/CA1262372A/en not_active Expired
- 1985-05-30 IT IT20967/85A patent/IT1200492B/en active
- 1985-05-30 DE DE19853519390 patent/DE3519390A1/en active Granted
- 1985-05-31 GB GB08513830A patent/GB2159965B/en not_active Expired
- 1985-05-31 FR FR8508231A patent/FR2565353B1/en not_active Expired
- 1985-05-31 JP JP60118680A patent/JPS60262067A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT8520967A0 (en) | 1985-05-30 |
| ZA853855B (en) | 1986-03-26 |
| FR2565353A1 (en) | 1985-12-06 |
| FI69932C (en) | 1986-05-26 |
| GB2159965A (en) | 1985-12-11 |
| JPS60262067A (en) | 1985-12-25 |
| BR8502572A (en) | 1986-02-04 |
| CA1262372A (en) | 1989-10-17 |
| AU4274985A (en) | 1985-12-05 |
| DE3519390A1 (en) | 1985-12-12 |
| GB8513830D0 (en) | 1985-07-03 |
| GB2159965B (en) | 1988-06-29 |
| IT1200492B (en) | 1989-01-18 |
| DE3519390C2 (en) | 1990-10-25 |
| FI842193A0 (en) | 1984-05-31 |
| FR2565353B1 (en) | 1986-12-26 |
| AU587578B2 (en) | 1989-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mochizuki et al. | A high-resolution, linear resistance-to-frequency converter | |
| US3986109A (en) | Self-calibrating dimension gauge | |
| US9188616B2 (en) | Module and capacitance detecting method | |
| JPS6155043B2 (en) | ||
| JPH07113709A (en) | Pressure difference measuring method and displacement converting device | |
| WO2010060428A1 (en) | Current sensor capacitance measuring circuit | |
| EP0698780B1 (en) | Differential capacitance detector | |
| US3896374A (en) | Method of analog measurement of a capacitance and a capacitance meter for carrying out said method | |
| JP2717011B2 (en) | Circuit device for temperature compensation of capacitive and differential pressure sensors | |
| FI70753C (en) | FOER FARING EQUIPMENT FOR CAPACITORS, SPECIFIC SMAR CAPACITORS. | |
| IE903323A1 (en) | Arrangement for processing sensor signals | |
| EP0303442B1 (en) | Multi-frequency capacitance sensor | |
| FI69932B (en) | FITTING CAPACITORS SPECIFIC FOR CAPACITORS VID VILKET MAN ANVAENDER TVAO REFERENSER | |
| RU2593818C1 (en) | Method and device for measuring capacitance | |
| US5210501A (en) | Apparatus for processing sensor signals having switch-capacitor structures | |
| US4167697A (en) | Capacitive pick-off circuit | |
| EP3296709A1 (en) | Temperature-to-digital converter | |
| JPS627961B2 (en) | ||
| NO852169L (en) | PROCEDURE FOR MEASURING CAPACITIES, PARTICULARLY OF LOW VALUE. | |
| JP2913395B2 (en) | Capacitive sensor | |
| FI69931B (en) | REQUIREMENTS FOR THE MAINTENANCE OF CAPACITORS SPECIFIC SMAR CAPACITORS | |
| KR101446759B1 (en) | Output specification calibrating apparatus for a capacitance press sensor | |
| JPH1123609A (en) | Capacitive sensor circuit | |
| SU435459A1 (en) | ELECTRIC CAPACITY LEVEL OF P T B.L "1 ;! п1т.? * г: otpYCH - ^ 'U1 = -i-l; ^ -i ^ uli SUO | |
| SU808981A1 (en) | Resonsnce meter of small capacitance increments |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed |
Owner name: VAISALA OY |