JP2999421B2 - 容量性スイッチ装置 - Google Patents
容量性スイッチ装置Info
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- JP2999421B2 JP2999421B2 JP25666496A JP25666496A JP2999421B2 JP 2999421 B2 JP2999421 B2 JP 2999421B2 JP 25666496 A JP25666496 A JP 25666496A JP 25666496 A JP25666496 A JP 25666496A JP 2999421 B2 JP2999421 B2 JP 2999421B2
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- Japan
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- voltage
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- oscillator
- amplifier
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/945—Proximity switches
- H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、センサ電極とガー
ド電極とを有する容量性センサ及び電子回路とを有し、
該電子回路は2つのアンプの帰還(フィードバック)系
により形成された発振器を有し、前記センサ電極はアン
プのうちの1つと接続されており、ここで、振動の開始
(スタート)と終了がセンサ電極の容量の変化により定
まるように当該の1つのアンプと接続されており、ま
た、ガード電極は次のようにアンプ出力側に接続されて
いる、即ち、ガード電極に加わる交流電圧が、振幅及び
位相の点で、センサ電極に加わる交流電圧と一致するよ
うに出力側に接続されている容量性スイッチ装置に関す
る。
ド電極とを有する容量性センサ及び電子回路とを有し、
該電子回路は2つのアンプの帰還(フィードバック)系
により形成された発振器を有し、前記センサ電極はアン
プのうちの1つと接続されており、ここで、振動の開始
(スタート)と終了がセンサ電極の容量の変化により定
まるように当該の1つのアンプと接続されており、ま
た、ガード電極は次のようにアンプ出力側に接続されて
いる、即ち、ガード電極に加わる交流電圧が、振幅及び
位相の点で、センサ電極に加わる交流電圧と一致するよ
うに出力側に接続されている容量性スイッチ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】その種の容量性センサ装置は、例えば近
接スイッチとして使用されるか、又は容器における所定
の充填位(レベル)の監視のためのリミットスイッチと
して使用される。近接スイッチの場合、センサ電極の、
振動スタート及び終了を規定する容量は、容量性センサ
に接近(近接)する物体から影響を受ける。容量性充填
位(レベル)ーリミットスイッチの場合、センサ電極の
容量は、当該センサが容器における充填物により覆われ
ているか否かに依存する。発振器は次のように調整セッ
ティングされ、即ち、センサの付近に物体が存在しない
場合振動せず、ないしセンサが充填物により覆われない
場合、振動をせず、これに対して(反して)、物体の接
近に基づき、又は充填物で覆われる状態に基づき、セン
サ電極の容量が所定の値を越えて上昇する場合、振動が
スタート(開始)され、そして、センサ電極の容量が再
び所定値以下に低下する場合振動が終了されるように調
整セッティングされる。振動の開始(スタート)と終了
は、評価回路により検出され、そして、指示又はスイッ
チング過程のトリガのため利用される。
接スイッチとして使用されるか、又は容器における所定
の充填位(レベル)の監視のためのリミットスイッチと
して使用される。近接スイッチの場合、センサ電極の、
振動スタート及び終了を規定する容量は、容量性センサ
に接近(近接)する物体から影響を受ける。容量性充填
位(レベル)ーリミットスイッチの場合、センサ電極の
容量は、当該センサが容器における充填物により覆われ
ているか否かに依存する。発振器は次のように調整セッ
ティングされ、即ち、センサの付近に物体が存在しない
場合振動せず、ないしセンサが充填物により覆われない
場合、振動をせず、これに対して(反して)、物体の接
近に基づき、又は充填物で覆われる状態に基づき、セン
サ電極の容量が所定の値を越えて上昇する場合、振動が
スタート(開始)され、そして、センサ電極の容量が再
び所定値以下に低下する場合振動が終了されるように調
整セッティングされる。振動の開始(スタート)と終了
は、評価回路により検出され、そして、指示又はスイッ
チング過程のトリガのため利用される。
【0003】常に、センサ電極と同じ交流電圧電位にお
かれるガード電極によっては汚れとか発生付着物のよう
な障害の影響がセンサ電極の容量に、もって、発振器の
振動開始(スタート)又は振動終了に影響を及ぼすこと
のないようにされる。
かれるガード電極によっては汚れとか発生付着物のよう
な障害の影響がセンサ電極の容量に、もって、発振器の
振動開始(スタート)又は振動終了に影響を及ぼすこと
のないようにされる。
【0004】DE2744785B2から知られている
その種の容量性スイッチ装置の場合、発振器を形成する
2つのアンプは簡単なトランジスタ段であり、ここでセ
ンサ電極は、第1トランジスタ段のトランジスタのベー
スに接続されている。ガード電極へ加えられる電圧を得
るため、第3のトランジスタ段が追加されており、該第
3トランジスタはエミッタフォロアとして構成されてお
り、そして、発振器に次のように接続されている、即ち
それの低オームのエミッタ出力側にはセンサ電極に加わ
る交流電圧と同じ位相及び振幅を有する交流電圧を送出
するように発振器に接続されている。当該の低オームの
エミッタ出力側にはガード電極が接続されている。
その種の容量性スイッチ装置の場合、発振器を形成する
2つのアンプは簡単なトランジスタ段であり、ここでセ
ンサ電極は、第1トランジスタ段のトランジスタのベー
スに接続されている。ガード電極へ加えられる電圧を得
るため、第3のトランジスタ段が追加されており、該第
3トランジスタはエミッタフォロアとして構成されてお
り、そして、発振器に次のように接続されている、即ち
それの低オームのエミッタ出力側にはセンサ電極に加わ
る交流電圧と同じ位相及び振幅を有する交流電圧を送出
するように発振器に接続されている。当該の低オームの
エミッタ出力側にはガード電極が接続されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的ないし課
題とするところは、著しく小さい容量変化に敏感であっ
て、極めて、精確に調整セッティングできる応答点を有
する容量性スイッチ装置であって、ガード電極が直接的
に発振器の低オーム出力側に接続され得る容量性スイッ
チ装置を提供することにある。
題とするところは、著しく小さい容量変化に敏感であっ
て、極めて、精確に調整セッティングできる応答点を有
する容量性スイッチ装置であって、ガード電極が直接的
に発振器の低オーム出力側に接続され得る容量性スイッ
チ装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため、
本発明によれば、センサ電極とガード電極とを有する容
量性センサ及び電子回路とを有し、該電子回路は2つの
アンプの帰還(フィードバック)系により形成された発
振器を有し、前記センサ電極はアンプのうちの1つと接
続されており、ここで、振動の開始(スタート)と終了
がセンサ電極の容量の変化により定まるように当該の1
つのアンプと接続されており、また、ガード電極は次の
ようにアンプ出力側に接続されている、即ち、ガード電
極に加わる交流電圧の振幅及び位相が、センサ電極に加
わる交流電圧の振幅及び位相と一致するようにアンプ
(増幅器)出力側に接続されている容量性スイッチ装置
において、発振器(オシレータ)は、2つのオペアンプ
によって形成されており、第1のオペアンプは差動アン
プとして接続構成されており、該差動アンプの反転入力
側はセンサ電極と接続されており、そして、前記差動ア
ンプの出力側から反転入力側へ達する帰還(フィードバ
ック)回路が、高オーム抵抗に対して並列的に設けられ
たコンデンサを有し、第2オペアンプは電力フォロアと
して接続構成されており、そしてそれの非反転入力側に
て、第1のオペアンプの出力電圧の所定部分を受信する
ように構成され、当該の所定出力電圧部分は調整セッテ
ィングされた分圧器を用いて調整セッティングされるも
のであり、第2オペアンプの出力側は第1オペアンプの
非反転入力側と接続されており、ガード電極は第2オペ
アンプの出力側と第1オペアンプの非反転入力側との接
続(路)に、コンデンサを介して接続されているのであ
る。
本発明によれば、センサ電極とガード電極とを有する容
量性センサ及び電子回路とを有し、該電子回路は2つの
アンプの帰還(フィードバック)系により形成された発
振器を有し、前記センサ電極はアンプのうちの1つと接
続されており、ここで、振動の開始(スタート)と終了
がセンサ電極の容量の変化により定まるように当該の1
つのアンプと接続されており、また、ガード電極は次の
ようにアンプ出力側に接続されている、即ち、ガード電
極に加わる交流電圧の振幅及び位相が、センサ電極に加
わる交流電圧の振幅及び位相と一致するようにアンプ
(増幅器)出力側に接続されている容量性スイッチ装置
において、発振器(オシレータ)は、2つのオペアンプ
によって形成されており、第1のオペアンプは差動アン
プとして接続構成されており、該差動アンプの反転入力
側はセンサ電極と接続されており、そして、前記差動ア
ンプの出力側から反転入力側へ達する帰還(フィードバ
ック)回路が、高オーム抵抗に対して並列的に設けられ
たコンデンサを有し、第2オペアンプは電力フォロアと
して接続構成されており、そしてそれの非反転入力側に
て、第1のオペアンプの出力電圧の所定部分を受信する
ように構成され、当該の所定出力電圧部分は調整セッテ
ィングされた分圧器を用いて調整セッティングされるも
のであり、第2オペアンプの出力側は第1オペアンプの
非反転入力側と接続されており、ガード電極は第2オペ
アンプの出力側と第1オペアンプの非反転入力側との接
続(路)に、コンデンサを介して接続されているのであ
る。
【0007】本発明の容量性スイッチ装置ではガード電
極はオペアンプの非反転入力側に接続されており、上記
オペアンプの反転入力にはセンサ電極が接続されてい
る。オペアンプはそれの両入力側を常に同じ電位におこ
うとするので、ガード電極に加わる交流電圧の振幅及び
位相が、センサ電極に加わる交流電圧の振幅及び位相と
一致することが確保される。更に、電圧フォロアとして
接続構成された第2オペアンプ(これはガード電極へ交
流電圧を送出する)の出力側は低オーム性であるので、
ガード電極に対する理想的ドライバを形成し、それによ
り、優れたガード作用が得られる。それと同時に、2つ
のオペアンプから発振器(オシレータ)を形成すること
により、著しく敏感な容量性スイッチ装置が得られ、該
容量性スイッチ装置はセンサ容量の著しく小さい変化
(これは10分の数pFであり得る)を評価し得る。当
該の高い敏感性にも拘わらず、容量性スイッチ装置は良
好なガード作用により、汚れ発生付着物、又は類似の障
害要因、作用により及ぼされる悪影響が極めて僅かであ
る。
極はオペアンプの非反転入力側に接続されており、上記
オペアンプの反転入力にはセンサ電極が接続されてい
る。オペアンプはそれの両入力側を常に同じ電位におこ
うとするので、ガード電極に加わる交流電圧の振幅及び
位相が、センサ電極に加わる交流電圧の振幅及び位相と
一致することが確保される。更に、電圧フォロアとして
接続構成された第2オペアンプ(これはガード電極へ交
流電圧を送出する)の出力側は低オーム性であるので、
ガード電極に対する理想的ドライバを形成し、それによ
り、優れたガード作用が得られる。それと同時に、2つ
のオペアンプから発振器(オシレータ)を形成すること
により、著しく敏感な容量性スイッチ装置が得られ、該
容量性スイッチ装置はセンサ容量の著しく小さい変化
(これは10分の数pFであり得る)を評価し得る。当
該の高い敏感性にも拘わらず、容量性スイッチ装置は良
好なガード作用により、汚れ発生付着物、又は類似の障
害要因、作用により及ぼされる悪影響が極めて僅かであ
る。
【0008】更に、本発明の容量性スイッチ装置は良好
な温度安定性を有する。それというのは、当該の良好な
温度安定性は実質的に帰還(フィードバック)回路にお
けるコンデンサの容量の安定性、センサ電極の容量及び
分圧器の分圧係数の安定性にのみ依存するからである。
な温度安定性を有する。それというのは、当該の良好な
温度安定性は実質的に帰還(フィードバック)回路にお
けるコンデンサの容量の安定性、センサ電極の容量及び
分圧器の分圧係数の安定性にのみ依存するからである。
【0009】本発明の容量性スイッチ装置の有利な構成
によれば、発振器の出力側に評価回路が接続されてお
り、該評価回路は発振器が振動しない場合には第1信号
値を有する出力信号を送出し、そして、発振器が振動す
る場合には第2信号値を送出するように構成されている
のである。
によれば、発振器の出力側に評価回路が接続されてお
り、該評価回路は発振器が振動しない場合には第1信号
値を有する出力信号を送出し、そして、発振器が振動す
る場合には第2信号値を送出するように構成されている
のである。
【0010】而して、発振器(オシレータ)の振動の開
始(スタート)と終了がセンサ電極の容量の変化により
規定され、そして、ガード電極は、常に精確にセンサ電
極と同じ交流電圧の印加状態に保持され得る。
始(スタート)と終了がセンサ電極の容量の変化により
規定され、そして、ガード電極は、常に精確にセンサ電
極と同じ交流電圧の印加状態に保持され得る。
【0011】本発明の容量性スイッチ装置の更なる利点
とするところは、当該のスイッチ装置に簡単にスイッチ
ングヒステリシスが付与され得ることである。。このこ
とは本発明の発展形態によれば、次のようにして達成さ
れる、即ち、 分圧器はそれにスイッチの並列接続され
た抵抗を有し、前記スイッチは評価回路の出力信号によ
り制御せしめられ、ここで、分圧器が振動した場合抵抗
を短絡するように制御せしめられ、ここで、分圧器の分
圧係数の減少によりスイッチングヒステリシス特性を生
ぜしめるように構成されているのである。
とするところは、当該のスイッチ装置に簡単にスイッチ
ングヒステリシスが付与され得ることである。。このこ
とは本発明の発展形態によれば、次のようにして達成さ
れる、即ち、 分圧器はそれにスイッチの並列接続され
た抵抗を有し、前記スイッチは評価回路の出力信号によ
り制御せしめられ、ここで、分圧器が振動した場合抵抗
を短絡するように制御せしめられ、ここで、分圧器の分
圧係数の減少によりスイッチングヒステリシス特性を生
ぜしめるように構成されているのである。
【0012】更なる特徴事項、構成要件および利点は図
示の実施例の以降の説明から明らかである。
示の実施例の以降の説明から明らかである。
【0013】
【実施例】次に図示の実施例を用いて本発明を説明す
る。
る。
【0014】図1に略示する容量性センサ10はセンサ
電極11及びガード電極12を有する。両電極11、1
2は電子回路13と接続されており、該電子回路はセン
サ電極11の容量に依存してスイッチング動作をトリガ
する役割を有する。例として以下仮定してあるのは、セ
ンサ10は、容器中の所定の充填状態レベルを監視する
ために使用され、その結果センサ電極11の電圧はセン
サ10が充填物により覆われているか否かに依存すると
いうことである。。
電極11及びガード電極12を有する。両電極11、1
2は電子回路13と接続されており、該電子回路はセン
サ電極11の容量に依存してスイッチング動作をトリガ
する役割を有する。例として以下仮定してあるのは、セ
ンサ10は、容器中の所定の充填状態レベルを監視する
ために使用され、その結果センサ電極11の電圧はセン
サ10が充填物により覆われているか否かに依存すると
いうことである。。
【0015】電子回路13は発振器14を有し、該発振
器は、2つのオペアンプ15、16から成る。第1オペ
アンプは差動アンプとして接続構成されている。このオ
ペアンプ15は、それらの出力側から反転入力側へ達す
る帰還(フィードバック)回路中にコンデンサ18に並
列に、抵抗17を有する。センサ電極11は、第1オペ
アンプ15の反転入力側に接続されている。更に、第1
オペアンプ15の出力側と、動作電圧の負極ーUB(回
路点ゼロ、又はアース)に接続された線路19との間に
分圧器20が設けられており、該分圧器は、抵抗21、
ポテンシオメータ22、抵抗23、抵抗24の直列接続
によって形成されている。
器は、2つのオペアンプ15、16から成る。第1オペ
アンプは差動アンプとして接続構成されている。このオ
ペアンプ15は、それらの出力側から反転入力側へ達す
る帰還(フィードバック)回路中にコンデンサ18に並
列に、抵抗17を有する。センサ電極11は、第1オペ
アンプ15の反転入力側に接続されている。更に、第1
オペアンプ15の出力側と、動作電圧の負極ーUB(回
路点ゼロ、又はアース)に接続された線路19との間に
分圧器20が設けられており、該分圧器は、抵抗21、
ポテンシオメータ22、抵抗23、抵抗24の直列接続
によって形成されている。
【0016】第2オペアンプ16は電圧フォロア(イン
ピーダンス変換器)として接続構成されており、ここ
で、上記電圧フォロアの出力側は直接それの反転入力側
に接続されている。第2オペアンプ16の出力側は第1
オペアンプ25の非反転入力側と接続されている。当該
の接続(路)にはガード電極12がコンデンサ25を介
して接続されている。
ピーダンス変換器)として接続構成されており、ここ
で、上記電圧フォロアの出力側は直接それの反転入力側
に接続されている。第2オペアンプ16の出力側は第1
オペアンプ25の非反転入力側と接続されている。当該
の接続(路)にはガード電極12がコンデンサ25を介
して接続されている。
【0017】第1オペアンプ15の出力側にはコンデン
サ26と抵抗27を介して整流器回路30が接続されて
おり、該整流器回路はダイオード31と抵抗32の直接
接続体によって形成されている。ダイオード31と抵抗
32のそれぞれの一方の端子は線路19に接続され、他
方の端子はトランジスタ33のベースに接続されてい
る。トランジスタ33のエミッタは、線路19に接続さ
れ、そして、それのコレクタは、抵抗14を介して、電
池電圧の正極+UBに接続されている。トランジスタ3
3のコレクタと線路19との間に積分RC素子35が接
続されており、該素子は抵抗36と、コンデンサ37と
から成る。積分RC素子の出力側36にはシュミットト
リガ39の入力側に接続されている。
サ26と抵抗27を介して整流器回路30が接続されて
おり、該整流器回路はダイオード31と抵抗32の直接
接続体によって形成されている。ダイオード31と抵抗
32のそれぞれの一方の端子は線路19に接続され、他
方の端子はトランジスタ33のベースに接続されてい
る。トランジスタ33のエミッタは、線路19に接続さ
れ、そして、それのコレクタは、抵抗14を介して、電
池電圧の正極+UBに接続されている。トランジスタ3
3のコレクタと線路19との間に積分RC素子35が接
続されており、該素子は抵抗36と、コンデンサ37と
から成る。積分RC素子の出力側36にはシュミットト
リガ39の入力側に接続されている。
【0018】更に、RC素子35の出力側38と、線路
19との間に分圧器40が設けられており、該分圧器は
抵抗41、42から成る。分圧器40のタップ43には
トランジスタ44のベースが接続されており、該トラン
ジスタのコレクターエミッタ間は分圧器20の抵抗24
に並列接続されている。
19との間に分圧器40が設けられており、該分圧器は
抵抗41、42から成る。分圧器40のタップ43には
トランジスタ44のベースが接続されており、該トラン
ジスタのコレクターエミッタ間は分圧器20の抵抗24
に並列接続されている。
【0019】両オペアンプ15、16は帰還(フィード
バック)系を形成し、該帰還(フィードバック)系は閉
ループの交流電圧増幅度Vsが自励条件Vs>1を充足
する場合は発振器として振動する。ループ増幅度は第1
オペアンプ15の交流電圧増幅度V1と、第2オペアン
プ15の交流電圧増幅度V2と、分圧係数Kとの積に等
しい: Vs=V1・V2・K 次にコンデンサ18の容量をC18で示し、そして、線路
19の電位(回路点ゼロ又はアース)におかれている対
向電極に対してセンサ電極が有する容量はC11で示
す。容器における所定充填位(レベル)の監視の仮定し
た場合では対向電圧は金属製の容器壁であり得る。容量
C11は基本値Coを有するセンサ10が容器における
充填物によって覆われていない場合、基本値Coをと
り、そして、センサ10が充填物により覆われている場
合には比較的大きな値をとる。
バック)系を形成し、該帰還(フィードバック)系は閉
ループの交流電圧増幅度Vsが自励条件Vs>1を充足
する場合は発振器として振動する。ループ増幅度は第1
オペアンプ15の交流電圧増幅度V1と、第2オペアン
プ15の交流電圧増幅度V2と、分圧係数Kとの積に等
しい: Vs=V1・V2・K 次にコンデンサ18の容量をC18で示し、そして、線路
19の電位(回路点ゼロ又はアース)におかれている対
向電極に対してセンサ電極が有する容量はC11で示
す。容器における所定充填位(レベル)の監視の仮定し
た場合では対向電圧は金属製の容器壁であり得る。容量
C11は基本値Coを有するセンサ10が容器における
充填物によって覆われていない場合、基本値Coをと
り、そして、センサ10が充填物により覆われている場
合には比較的大きな値をとる。
【0020】抵抗17の抵抗値R17によっては第1オ
ペアンプ15の直流電圧負帰還(フィードバック)が実
現される。第1オペアンプ15の直流電圧増幅度は値1
を有する。抵抗17は次式が成立つように選定される。
ペアンプ15の直流電圧負帰還(フィードバック)が実
現される。第1オペアンプ15の直流電圧増幅度は値1
を有する。抵抗17は次式が成立つように選定される。
【0021】R17>>1/ωC18 但し、その場合ωはそれへ帰還(フィードバック)系が
励振される振動の角周波数である。
励振される振動の角周波数である。
【0022】容量C11及びC18は、次のように、第
1オペアンプ15の交流電圧増幅度V1を規定する。
1オペアンプ15の交流電圧増幅度V1を規定する。
【0023】V1=1+C11/C18 第2オペアンプの交流電圧増幅度はつぎのようになる。
【0024】V2=1従って分圧器20の分圧係数をK
とすると、閉ループの交流電圧増幅度Vsは次のように
なる。
とすると、閉ループの交流電圧増幅度Vsは次のように
なる。
【0025】Vs=K・(1+C11/C18) コンデンサ18の容量C18に対してセンサ容量の基本
値Coを選定すればC18=Coそして、分圧器20の
分圧係数に対してKを選定すれば、ループ増幅度Vsは
下記値をとる。
値Coを選定すればC18=Coそして、分圧器20の
分圧係数に対してKを選定すれば、ループ増幅度Vsは
下記値をとる。
【0026】Vs=0.98 但し、そのようになるのは、センサ容量C11は基本値
Coをとり、要するにセンサ10は充填物により覆われ
ていない場合である。従って自励条件が充足されていな
いので発振器14は振動せず、第1オペアンプ15の出
力側には交流電圧が現れていない。従って、トランジス
タ33のベースには直流電圧が加わらず、トランジスタ
33は継続的に阻止状態におかれる。従って、RC−素
子35の出力側に接続された、シュミットトリガ39の
入力側は、永続的に差動電圧の電位+UBをとり、そし
て、シュミットトリガ39の出力側から送出される2進
信号はセンサ10の当該の状態を表す第1信号値を有す
る。
Coをとり、要するにセンサ10は充填物により覆われ
ていない場合である。従って自励条件が充足されていな
いので発振器14は振動せず、第1オペアンプ15の出
力側には交流電圧が現れていない。従って、トランジス
タ33のベースには直流電圧が加わらず、トランジスタ
33は継続的に阻止状態におかれる。従って、RC−素
子35の出力側に接続された、シュミットトリガ39の
入力側は、永続的に差動電圧の電位+UBをとり、そし
て、シュミットトリガ39の出力側から送出される2進
信号はセンサ10の当該の状態を表す第1信号値を有す
る。
【0027】電子回路の前述の調整セッティングの基
で、充填物で覆われていることに基づき、センサ電極1
1の容量の僅かな増大が現れただけでも既に値1を越え
るループ増幅度が生ぜしめられる: Vs>1 それにより、発振器14は振動し始める。その際第1オ
ペアンプ15の出力側には交流電圧が現れ、該交流電圧
は、コンデンサ26と抵抗27を介して整流器30に供
給される。ダイオード31の整流器作用に基づき、抵抗
32には正の整流された電圧が生じ、該電圧によりトラ
ンジスタ33が動作せしめられる。トランジスタ33を
介してコレクタ電流が流れるので、RC素子35にて現
れるコレクタ電圧、従って、また、シュミットトリガ3
9の入力側に加わる、コンデンサ37により平滑化され
た直流電圧は抵抗34における電圧降下分だけ低下す
る。従ってシュミットトリガ30は、それの他方の状態
に移行し、そして、それの出力側から送出される信号
は、それの第2の信号値をとり、該第2信号値はセンサ
10は充填物により覆われていることを指示する。
で、充填物で覆われていることに基づき、センサ電極1
1の容量の僅かな増大が現れただけでも既に値1を越え
るループ増幅度が生ぜしめられる: Vs>1 それにより、発振器14は振動し始める。その際第1オ
ペアンプ15の出力側には交流電圧が現れ、該交流電圧
は、コンデンサ26と抵抗27を介して整流器30に供
給される。ダイオード31の整流器作用に基づき、抵抗
32には正の整流された電圧が生じ、該電圧によりトラ
ンジスタ33が動作せしめられる。トランジスタ33を
介してコレクタ電流が流れるので、RC素子35にて現
れるコレクタ電圧、従って、また、シュミットトリガ3
9の入力側に加わる、コンデンサ37により平滑化され
た直流電圧は抵抗34における電圧降下分だけ低下す
る。従ってシュミットトリガ30は、それの他方の状態
に移行し、そして、それの出力側から送出される信号
は、それの第2の信号値をとり、該第2信号値はセンサ
10は充填物により覆われていることを指示する。
【0028】積分素子35の出力側38に現れ、シュミ
ットトリガ39の入力側に加わる電圧は分圧器40にも
現れる。発振器が振動しない場合には、当該の電圧は、
高く、それにより(その結果)分圧器40のタップ43
に接続された、トランジスタ44のベースには次のよう
な電圧が加えられる、即ち、トランジスタ44を導通さ
せ、それにより、抵抗24を短絡する電圧が加えられる。
分圧器20の分圧係数Kは、当該の状態では抵抗21、
23により、及びポテンシオメータ22の調整セッティ
ングにより規定される。発振器14が振動し始め、従っ
て、出力側38における電圧が低い値へ達すると直ちに
分圧器40のタップ43に現れる電圧ではトランジスタ
44を動作させ得るにはもはや十分でない。従って、ト
ランジスタ44は、阻止状態におかれ、今や抵抗24は
分圧器20における抵抗23と直列に接続される。それ
により分圧係数Kは、抵抗24の短絡状態におけるより
高い値を有する。その結果、センサ電極11の容量C1
1が、発振開始をトリガさせた値より小さい値へ低下す
るとはじめて発振器の振動は止むようになる。従って、
トランジスタ44は発振器(オシレータ)14の安定し
た特性を確保するスイッチングヒステリシスを次のよう
に生じさせる、即ち、容量性センサC11が臨界的(ク
リティカル)な値だけ変動すると振動が繰り返して開始
及び停止するのが阻止されるようにするのである。
ットトリガ39の入力側に加わる電圧は分圧器40にも
現れる。発振器が振動しない場合には、当該の電圧は、
高く、それにより(その結果)分圧器40のタップ43
に接続された、トランジスタ44のベースには次のよう
な電圧が加えられる、即ち、トランジスタ44を導通さ
せ、それにより、抵抗24を短絡する電圧が加えられる。
分圧器20の分圧係数Kは、当該の状態では抵抗21、
23により、及びポテンシオメータ22の調整セッティ
ングにより規定される。発振器14が振動し始め、従っ
て、出力側38における電圧が低い値へ達すると直ちに
分圧器40のタップ43に現れる電圧ではトランジスタ
44を動作させ得るにはもはや十分でない。従って、ト
ランジスタ44は、阻止状態におかれ、今や抵抗24は
分圧器20における抵抗23と直列に接続される。それ
により分圧係数Kは、抵抗24の短絡状態におけるより
高い値を有する。その結果、センサ電極11の容量C1
1が、発振開始をトリガさせた値より小さい値へ低下す
るとはじめて発振器の振動は止むようになる。従って、
トランジスタ44は発振器(オシレータ)14の安定し
た特性を確保するスイッチングヒステリシスを次のよう
に生じさせる、即ち、容量性センサC11が臨界的(ク
リティカル)な値だけ変動すると振動が繰り返して開始
及び停止するのが阻止されるようにするのである。
【0029】発振器14の振動のトリガ点、換言すれば
そこで抵抗24が短絡した時発振器14が振動し始める
際の容量性センサC11の値は、ポテンシオメータ22
を用いて精確に調整セッティングされ得る。当該調整セ
ッティングは製造上の変動及び著しく異なる組込条件を
考慮するため、各センサに対して個別に行われなければ
なならない。勿論分圧器20の分周係数はスイッチング
ヒステリシスの考慮下で次のように調整セッティングさ
れなければならない、即ち振動が再び停止(ストップ)
する際のセンサ容量C11は覆われていないセンサ状態
に相応する基本容量性Coより大であるように調整セッ
ティングされねばならない。
そこで抵抗24が短絡した時発振器14が振動し始める
際の容量性センサC11の値は、ポテンシオメータ22
を用いて精確に調整セッティングされ得る。当該調整セ
ッティングは製造上の変動及び著しく異なる組込条件を
考慮するため、各センサに対して個別に行われなければ
なならない。勿論分圧器20の分周係数はスイッチング
ヒステリシスの考慮下で次のように調整セッティングさ
れなければならない、即ち振動が再び停止(ストップ)
する際のセンサ容量C11は覆われていないセンサ状態
に相応する基本容量性Coより大であるように調整セッ
ティングされねばならない。
【0030】ガード電極12は、第1オペアンプ15の非
反転入力側が接続されており、上記第1オペアンプの反
転入力側は、センサ電極11に接続されている。オペア
ンプ12それの両入力側における電圧を精確に同じもの
にしようとするので、両電極11、12には常に振幅及
び位相の点で全く等しい交流電圧が現れる。従って、セ
ンサ電極11とガード電極12との間には交流電圧電位
差は生じない。それによりガード電極の容量に影響を及
ぼす障害量はセンサ電極11の容量には何等影響を与え
ない。電圧フォロアとして接続構成された第2オペアン
プの出力側(これは、ガード電極12へ電圧を送出す
る)が著しく低オーム性であるので、それはガード電極
に対する理想的ドライバを形成する。ガード電極12の
当該の接続構成により優れたガード作用が達成される。
反転入力側が接続されており、上記第1オペアンプの反
転入力側は、センサ電極11に接続されている。オペア
ンプ12それの両入力側における電圧を精確に同じもの
にしようとするので、両電極11、12には常に振幅及
び位相の点で全く等しい交流電圧が現れる。従って、セ
ンサ電極11とガード電極12との間には交流電圧電位
差は生じない。それによりガード電極の容量に影響を及
ぼす障害量はセンサ電極11の容量には何等影響を与え
ない。電圧フォロアとして接続構成された第2オペアン
プの出力側(これは、ガード電極12へ電圧を送出す
る)が著しく低オーム性であるので、それはガード電極
に対する理想的ドライバを形成する。ガード電極12の
当該の接続構成により優れたガード作用が達成される。
【0031】トランジスタ44は発振器14の出力信号
により制御されるスイッチを形成する。上記トランジス
タは公知形式の他の電気的に制御可能なスイッチ(これ
は有利には高速の電子スイッチである)で置換されても
よい。
により制御されるスイッチを形成する。上記トランジス
タは公知形式の他の電気的に制御可能なスイッチ(これ
は有利には高速の電子スイッチである)で置換されても
よい。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、著しく小さい容量変化
に敏感であって、極めて、精確に調整セッティングでき
る応答点を有する容量性スイッチ装置であって、ガード
電極が直接的に発振器の低オーム出力側に接続され得る
容量性スイッチ装置を実現したという効果が奏される。
に敏感であって、極めて、精確に調整セッティングでき
る応答点を有する容量性スイッチ装置であって、ガード
電極が直接的に発振器の低オーム出力側に接続され得る
容量性スイッチ装置を実現したという効果が奏される。
【図1】センサ電極及びガード電極を有する容量性スイ
ッチ装置の実施例の回路図である
ッチ装置の実施例の回路図である
【符号の説明】 10 容量性センサ 11 センサ電極 12 ガード電極 13 電子回路 14 発振器 15 オペアンプ 16 オペアンプ 17 抵抗 18 コンデンサ 19 線路 20 分圧器 21 抵抗 22 ポテンシオメータ 23 抵抗 24 抵抗 25 コンデンサ 26 コンデンサ 27 抵抗 30 整流器回路 31 ダイオード 32 抵抗 33 トランジスタ 35 積分RC素子 36 出力側 37 コンデンサ 38 コンデンサ 39 シュミットトリガ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/955
Claims (3)
- 【請求項1】 センサ電極とガード電極とを有する容量
性センサ及び電子回路とを有し、該電子回路は2つのア
ンプの帰還(フィードバック)系により形成された発振
器を有し、前記センサ電極はアンプのうちの1つと接続
されており、ここで、振動の開始(スタート)と終了が
センサ電極の容量の変化により定まるように当該の1つ
のアンプと接続されており、また、ガード電極は次のよ
うにアンプ出力側に接続されている、即ち、ガード電極
に加わる交流電圧の振幅及び位相が、センサ電極に加わ
る交流電圧の振幅及び位相と一致するようにアンプ(増
幅器)出力側に接続されている容量性スイッチ装置にお
いて、 発振器(オシレータ)は、2つのオペアンプによって形
成されており、第1のオペアンプは差動アンプとして接
続構成されており、該差動アンプの反転入力側はセンサ
電極と接続されており、そして、前記差動アンプの出力
側から反転入力側へ達する帰還(フィードバック)回路
が、高オーム抵抗に対して並列的に設けられたコンデン
サを有し、第2オペアンプは電力フォロアとして接続構
成されており、そしてそれの非反転入力側にて、第1の
オペアンプの出力電圧の所定部分を受信するように構成
され、当該の所定出力電圧部分は調整セッティングされ
た分圧器を用いて調整セッティングされるものであり、
第2オペアンプの出力側は第1オペアンプの非反転入力
側と接続されており、ガード電極は第2オペアンプの出
力側と第1オペアンプの非反転入力側との接続(路)
に、コンデンサを介して接続されていることを特徴とす
る容量性スイッチ装置。 - 【請求項2】 発振器の出力側に評価回路が接続されて
おり、該評価回路は発振器が振動しない場合には第1信
号値を有する出力信号を送出し、そして、発振器が振動
する場合には第2信号値を送出するように構成されてい
ることを特徴とする請求項1記載のスイッチ装置。 - 【請求項3】 分圧器はそれにスイッチの並列接続され
た抵抗を有し、前記スイッチは評価回路の出力信号によ
り次のように制御せしめられ、即ち、発振器(オシレー
タ)が振動した場合抵抗を短絡するように制御せしめら
れ、ここで、分圧器の分圧係数の減少によりスイッチン
グヒステリシス特性を生ぜしめるように構成されている
請求項2記載のスイッチ装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19536198A DE19536198B4 (de) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | Kapazitiver Schalter |
DE19536198.9 | 1995-09-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09153783A JPH09153783A (ja) | 1997-06-10 |
JP2999421B2 true JP2999421B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=7773501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25666496A Expired - Fee Related JP2999421B2 (ja) | 1995-09-28 | 1996-09-27 | 容量性スイッチ装置 |
Country Status (4)
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---|---|
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EP (1) | EP0766398A1 (ja) |
JP (1) | JP2999421B2 (ja) |
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JP3767075B2 (ja) * | 1997-03-24 | 2006-04-19 | ソニー株式会社 | フィルム位置検出装置およびフィルム位置検出方法並びに映像フィルム投影装置 |
DE19727220C2 (de) * | 1997-06-26 | 1999-08-26 | Captron Elect Gmbh | Schaltungsanordnung für einen kapazitiven Schalter |
DE19756161B4 (de) * | 1997-12-17 | 2010-08-05 | Hiss, Eckart, Dr. | Auswertungsverfahren |
EP0926474B1 (de) * | 1997-12-24 | 2010-12-08 | Endress + Hauser GmbH + Co. KG | Probe |
DE19836054A1 (de) * | 1998-08-10 | 2000-02-17 | Bosch Gmbh Robert | Meßschaltung |
DE29915014U1 (de) | 1999-08-28 | 2000-04-06 | Pepperl & Fuchs GmbH, 68307 Mannheim | Kapazitiver Näherungsschalter |
DE19945330C2 (de) * | 1999-09-22 | 2002-10-31 | Sie Sensorik Ind Elektronik Gm | Verfahren zur Detektion und Auswertung kleiner Kapazitätsänderungen zur Umsetzung in ein Schaltsignal und kapazitiver Sensor hierzu |
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DE10131243C1 (de) * | 2001-06-28 | 2002-11-07 | Luer Luetkens | Kapazitiver Näherungsschalter |
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DE102004036324A1 (de) * | 2004-07-27 | 2006-02-16 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Schalter |
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- 1995-09-28 DE DE19536198A patent/DE19536198B4/de not_active Expired - Fee Related
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1996
- 1996-09-24 EP EP96115296A patent/EP0766398A1/de not_active Withdrawn
- 1996-09-26 US US08/721,217 patent/US5757196A/en not_active Expired - Fee Related
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