DE10230910A1 - Kapazitive Sensoranordnung - Google Patents

Abstract

In einer kapazitiven Sensoranordnung enthält ein kapazitiver Sensor eine Mehrzahl von Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe, welche jeweils eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode aufweisen. Ein Wandlerbaustein arbeitet zum Umwandeln eines Ausgangssignals des kapazitiven Sensors in ein Ausgangssignal der Anordnung. Jeder der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe wird selektiv mit dem Wandlerbaustein verbunden bzw. davon abgetrennt. Es erfolgt eine Bestimmung im Ansprechen auf das Sensorausgangssignal dahingehend, ob jeder der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe ausgefallen ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, daß zuerst einer der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe ausgefallen ist, wird der erste von dem Wandlerbaustein abgetrennt und ein zweiter der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Sensoranordnung zum Erfassen einer physikalischen Größe.
• Eine typische kapazitive Sensoranordnung enthält einen Kondensator, der derart entworfen ist, daß dessen Kapazität von einer zu erfassenden physikalischen Größe abhängt. Die typische kapazitive Sensoranordnung enthält des weiteren eine Schaltung zum Erfassen der Kapazität des Kondensators. Die erfaßte Kapazität zeigt die physikalische Größe an.
• Einige kapazitive Sensoranordnungen besitzen integrierte Strukturen. Wenn bei einer derartigen Anordnung ein Kondensator darin ausfällt, ist es schwierig, ihn durch einen neuen zu ersetzen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fehler zulassende kapazitive Sensoranordnung zu schaffen, d. h. eine kapazitive Sensoranordnung, welche eine Ausfallkompensierung ausführen kann.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche.
• Entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine kapazitive Sensoranordnung bereitgestellt mit einem kapazitiven Sensor, welcher eine Mehrzahl von Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe enthält, welche jeweils eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode aufweisen; einem Wandlerbaustein zum Umwandeln eines Ausgangssignals des kapazitiven Sensors in ein Ausgangssignal der Anordnung; einer ersten Einrichtung zum selektiven Verbinden und Trennen von jedem der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit bzw. von dem Wandlerbaustein; einer zweiten Einrichtung zum Bestimmen, ob jeder der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe ausgefallen ist, im Ansprechen auf das Sensorausgangssignal; und einer dritten Einrichtung, welche dann, wenn die zweite Einrichtung bestimmt, daß der erste der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe ausgefallen ist, den ersten von dem Wandlerbaustein abtrennt und einen zweiten der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbindet.
• Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stützt sich auf den ersten Gesichtspunkt davon und betrifft eine kapazitive Sensoranordnung mit einem Diagnosebaustein zum Bestimmen, ob das Ausgangssignal der Anordnung normal oder abnormal ist, und einer Einrichtung, welche dann, wenn der Diagnosebaustein bestimmt, daß das Ausgangssignal der Anordnung abnormal ist, einen der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe, welcher gegenwärtig angeschlossen ist, von dem Wandlerbaustein abtrennt und einen anderen der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbindet.
• Ein dritter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stützt sich auf den ersten Gesichtspunkt davon und betrifft eine kapazitive Sensoranordnung, bei welcher der Wandlerbaustein eine Einrichtung zum Ändern der Charakteristik der Umwandlung des Ausgangssignals des kapazitiven Sensors in das Ausgangssignal der Anordnung in Übereinstimmung damit enthält, welcher der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist, um das Ausgangssignal der Anordnung unabhängig davon zu machen, welcher Erfassungskondensator für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist.
• Ein vierter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stützt sich auf den dritten Gesichtspunkt davon und betrifft eine kapazitive Sensoranordnung, bei welcher die Einrichtung in dem Wandlerbaustein eine Verstärkung der Umwandlung des Ausgangssignals des kapazitiven Sensors in das Ausgangssignal der Anordnung in Übereinstimmung damit ändert, welcher der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist.
• Ein fünfter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stützt sich auf den ersten Gesichtspunkt davon und betrifft eine kapazitive Sensoranordnung mit einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung für die Erfassung an den kapazitiven Sensor und einer Einrichtung zum Ändern der angelegten Spannung zur Erfassung in Übereinstimmung damit, welcher der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist, um das Ausgangssignal der Anordnung unabhängig davon zu machen, welcher der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist.
• Ein sechster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine kapazitive Sensoranordnung mit ersten und zweiten Kondensatoren, welche Kapazitäten besitzen, die von einer zu erfassenden physikalischen Größe abhängen; einer Einrichtung zum Erfassen der physikalischen Größe im Ansprechen auf die Kapazität des ersten Kondensators; einer zweiten Einrichtung zum Bestimmen, ob der erste Kondensator ausgefallen ist oder nicht; und einer dritten Einrichtung, welche in Fällen, bei denen die zweite Einrichtung bestimmt, daß der erste Kondensator ausgefallen ist, die physikalische Größe im Ansprechen auf die Kapazität des zweiten Kondensators erfaßt.
• Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
• Fig. 1 zeigt ein Diagramm einer kapazitiven Sensoranordnung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 zeigt ein Zeitbereichsdiagramm von Spannungen und Signalen in der Anordnung von Fig. 1.
• Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines auf die Diagnose bezogenen Segments eines Programms für eine Steuerschaltung von Fig. 1.
• Fig. 4 zeigt ein Zeitdiagramm einer kapazitiven Sensoranordnung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 5 zeigt ein Diagramm einer kapazitiven Sensoranordnung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 6 zeigt ein Zeitdiagramm eines Abschnitts einer kapazitiven Sensoranordnung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 7 zeigt ein Diagramm eines Abschnitts einer kapazitiven Sensoranordnung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 8 zeigt ein Diagramm einer kapazitiven Sensoranordnung nach dem Stand der Technik.
• Ein kapazitiver Sensor nach dem Stand der Technik wird zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung im folgenden erläutert.
• Fig. 8 stellt eine kapazitive Sensoranordnung nach dem Stand der Technik dar, welche in der Veröffentlichungsschrift der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer P2000-214035A offenbart ist. Diese Anordnung nach dem Stand der Technik von Fig. 8 enthält einen Erfassungskondensator C1 und einen Bezugskondensator C2.
• Der Erfassungskondensator besitzt ein Paar einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode. Die bewegliche Elektrode wird relativ zu der festen Elektrode im Ansprechen auf eine zu erfassende physikalische Größe verschoben. Daher hängt die Kapazität des Erfassungskondensators C1 von der physikalischen Größe ab. Der Bezugskondensator C2 besitzt ein Paar von festen Elektroden. Dementsprechend bleibt die Kapazität des Bezugskondensators C2 unabhängig von der physikalischen Größe konstant. Somit ändert sich die Differenz der Kapazität zwischen dem Erfassungskondensator C1 und dem Bezugskondensator C2 als Funktion der physikalischen Größe.
• Bei der Anordnung nach dem Stand der Technik von Fig. 8 ist ein Schalter SW1 mit einer der zwei Elektroden des Erfassungskondensators C1, dem positiven Anschluß einer Gleichstromversorgung VP und Masse verbunden. Der Schalter SW1 arbeitet derart, daß entweder das positive Potential der Gleichstromversorgung VP oder das Massepotential der ersten Elektrode des Erfassungskondensators C1 angelegt wird. Der negative Anschluß der Gleichstromversorgung VP ist geerdet. Ein Schalter SW2 ist neben einer von zwei Elektroden des Bezugskondensators C2 mit dem positiven Anschluß der Gleichstromversorgung VP und mit Masse verbunden. Der Schalter SW2 arbeitet derart, daß entweder das positive Potential der Gleichstromversorgung VP oder das Massepotential an die erste Elektrode des Bezugskondensators C2 angelegt wird.
• Die zweite Elektrode in dem Erfassungskondensator C1 und die zweite Elektrode in dem Bezugskondensator C2 sind gemeinsam an dem invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 20 angeschlossen. Der nicht invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 ist geerdet. Ein Rückkopplungskondensator C3 ist zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 20 angeschlossen. Ein Schalter SW3 ist parallel zu dem Rückkopplungskondensator C3 angeschlossen. Ein Schalter SW4 ist zwischen einem Ausgangsanschluß 25 der Anordnung und dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 20 angeschlossen. Ein Glättungskondensator C4 ist zwischen dem Ausgangsanschluß 25 der Anordnung und Masse angeschlossen.
• Die Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 werden von einem gemeinsamen Taktsignal gesteuert, welches eine vorgeschriebene Frequenz besitzt. Das Taktsignal ändert sich periodisch zwischen zwei unterschiedlichen Spannungszuständen, so daß sich die Operation der Vorrichtung nach dem Stand der Technik von Fig. 8 zwischen ersten und zweiten Betriebsarten ändert.
• Während der ersten Betriebsart legt der Schalter SW1 das positive Potential der Gleichstromversorgung VP an die erste Elektrode in dem Erfassungskondensator C1 an, während der Schalter SW3 das Massepotential an die erste Elektrode in dem Bezugskondensator C2 anlegt. Der Schalter SW3 befindet sich in seinem eingeschalteten Zustand (in seinem geschlossenen Zustand), während sich der Schalter SW4 in seinem ausgeschalteten Zustand (in seinem geöffneten Zustand) befindet.
• Während der zweiten Betriebsart legt der Schalter SW1 das Massepotential an die erste Elektrode des Erfassungskondensators C1 an, während der Schalter SW2 das positive Potential der Gleichstromversorgung VP an die erste Elektrode des Bezugskondensators C2 anlegt. Der Schalter SW3 befindet sich in seinem ausgeschalteten Zustand (in seinem offenen Zustand), während sich der Schalter SW4 in seinem eingeschalteten Zustand (in seinem geschlossenen Zustand) befindet.
• Die Spannung EO an dem Ausgangsanschluß 25 der Anordnung hängt von der Differenz der Kapazität zwischen dem Erfassungskondensator C1 und dem Bezugskondensator C2 ab. Dementsprechend zeigt die Spannung EO die zu erfassende physikalische Größe an.
• Bei der Anordnung nach dem Stand der Technik von Fig. 8 besitzen der Erfassungskondensator C1 und der Bezugskondensator C2 eine integrierte Struktur, welche ein gemeinsames Substrat aufweist. In dem Fall, daß entweder der Erfassungskondensator C1 oder der Bezugskondensator C2 ausfällt, ist es daher schwierig, ihn durch einen neuen zu ersetzen. In dem Fall ist es nötig, die gesamte integrierte Struktur zu ersetzen.
Erste Ausführungsform
• Fig. 1 stellt eine kapazitive Sensoranordnung 100 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält die Anordnung 100 eine Steuerschaltung 110, einen kapazitiven Sensor 120, eine Wandlerschaltung 140 und eine Entscheidungsschaltung 170. Die Steuerschaltung 110 ist mit einem Spannungsgenerator 180 außerhalb der Anordnung 100 verbunden. Der Steuerschaltung 110 wird eine Gleichspannung von dem Spannungsgenerator 180 zugeführt.
• Der kapazitive Sensor 120 enthält Erfassungskondensatoren 121, 122, 123 und 124, Schalter 131a, 132a, 133a und 134a, Schalter 131b, 132b, 133b und 134b und einen Bezugskondensator 126. Die Erfassungskondensatoren 121-124 besitzen die gleiche Struktur. Die Kapazitäten der Erfassungskondensatoren 121-124 hängen von der zu erfassenden physikalischen Größe ab. Die Abhängigkeiten der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren 121-124 von der physikalischen Größe sind gleich. Beispiele der physikalischen Größe sind Druck, Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit.
• Der Erfassungskondensator 121 besitzt ein Paar einer festen Elektrode 121a und einer beweglichen Elektrode 121b, welche der zu erfassenden physikalischen Größe ausgesetzt wird. Die bewegliche Elektrode 121b wird relativ zu der festen Elektrode 121a im Ansprechen auf die physikalische Größe verschoben. Somit hängt die Kapazität des Erfassungskondensators 121 von der physikalischen Größe ab.
• Der Erfassungskondensator 122 besitzt ein Paar einer festen Elektrode 122a und einer beweglichen Elektrode 122b, welche der zu erfassenden physikalischen Größe ausgesetzt wird. Die bewegliche Elektrode 122b wird relativ zu der festen Elektrode 122a im Ansprechen auf die physikalische Größe verschoben. Somit hängt die Kapazität des Erfassungskondensators 122 von der physikalischen Größe ab.
• Der Erfassungskondensator 123 besitzt ein Paar einer festen Elektrode 123a und einer beweglichen Elektrode 123b, welche der zu erfassenden physikalischen Größe ausgesetzt wird. Die bewegliche Elektrode 123b wird relativ zu der festen Elektrode 123a im Ansprechen auf die physikalische Größe verschoben. Somit hängt die Kapazität des Erfassungskondensators 123 von der physikalischen Größe ab.
• Der Erfassungskondensator 124 besitzt ein Paar einer festen Elektrode 124a und einer beweglichen Elektrode 124b, welche der zu erfassenden physikalischen Größe ausgesetzt wird. Die bewegliche Elektrode 124b wird relativ zu der festen Elektrode 124a im Ansprechen auf die physikalische Größe verschoben. Somit hängt die Kapazität des Erfassungskondensators 124 von der physikalischen Größe ab.
• Die beweglichen Elektroden 121b-124b sind auf einem Diaphragma oder auf Diaphragmas gebildet, welche sich im Ansprechen auf die zu erfassende physikalische Größe verformen. Alternativ können die beweglichen Elektroden 121b-124b auf einer Masse oder auf Massen gebildet sein, welche im Ansprechen auf die zu erfassende physikalische Größe verschoben werden. Beispielsweise sind die Masse oder die Massen mit einem Balken bzw. Ausleger oder mit Balken verbunden, welche sich im Ansprechen auf die physikalische Größe verformen.
• Der Bezugskondensator 126 besitzt ein Paar einer unteren festen Elektrode 126a und einer oberen festen Elektrode 126b, die einander gegenüberliegen. Im Wesentlichen bleibt die Kapazität des Bezugskondensators 126 unabhängig von der zu erfassenden physikalischen Größe konstant.
• Die beweglichen Elektroden 121b-124b der Erfassungskondensatoren 121-124 sind als obere Elektroden entworfen worden, während die festen Elektroden 121a-124a darin als untere Dioden entworfen worden sind, welche den oberen Elektroden gegenüberliegen. Entsprechend einem ersten Beispiel einer Kondensatoranordnung sind die oberen Elektroden 121b-124b der Erfassungskondensatoren 121-124 auf einem mittleren Abschnitt eines Diaphragmas gebildet, welches leicht verformt werden kann. Demgegenüber ist die obere Elektrode 126b des Bezugskondensators 126 auf einem Randabschnitt des Diaphragmas gebildet, welches sich kaum verformt. Entsprechend einer zweiten beispielhaften Kondensatoranordnung sind die oberen Elektroden 121b-124b der Erfassungskondensatoren 121-124 auf einem Diaphragma gebildet, während die obere Elektrode 126b des Bezugskondensators 126 sich in einem stationären Bereich außerhalb des Diaphragmas befindet.
• Die unteren Elektroden 121a-124a der Erfassungskondensatoren 121-124 sind über die Schalter 131a-134a jeweils an die Steuerschaltung 110 angeschlossen. Die oberen Elektroden 121b-124b in den Erfassungskondensatoren 121-124 sind über die Schalter 131b-134b jeweils an die Wandlerschaltung 140 angeschlossen. Die untere Elektrode 126a des Bezugskondensators 126 ist direkt an die Steuerschaltung 110 angeschlossen. Die obere Elektrode 126b des Bezugskondensators 126 ist direkt an die Wandlerschaltung 140 angeschlossen.
• Die Steuerschaltung 110 enthält einen Mikrocomputer oder einen ähnlichen Baustein, welcher eine Kombination einer Eingangs-/Ausgangsschaltung einer CPU, eines ROM's und eines RAM's aufweist. Die Steuerschaltung 110 arbeitet entsprechend einem in dem ROM gespeicherten Programm. Das Programm ist derart entworfen, daß es die Steuerschaltung 110 befähigt, später beschriebene Operationsschritte auszuführen.
• Die Steuerschaltung 110 erzeugt eine Spannung VX zur Erfassung und eine Bezugsspannung VR auf der Grundlage der von dem Spannungsgenerator 180 zugeführten Gleichspannung. Die Spannung zur Erfassung VX wird einer der unteren Elektroden 121a-124a der Erfassungskondensatoren 121-124 über einen der zugeordneten Schalter 131a-134a angelegt. Die Bezugsspannung VR wird der unteren Elektrode 126a der Bezugselektrode 120 angelegt.
• Die Schalter 131a und 131b besitzen Steueranschlüsse, welche gemeinsam an die Steuerschaltung 110 angeschlossen sind. Die Schalter 132a und 132b besitzen Steueranschlüsse, welche gemeinsam an die Steuerschaltung 110 angeschlossen sind. Die Schalter 133a und 133b besitzen Steueranschlüsse, welche gemeinsam an die Steuerschaltung 110 angeschlossen sind. Die Schalter 134a und 134b besitzen Steueranschlüsse, welche gemeinsam an die Steuerschaltung 110 angeschlossen sind. Die Schalter 131a-134a und 131b-134b werden von der Steuerschaltung 110 gesteuert. Insbesondere wird jeder der Schalter 131a-134a und 131b-134b zwischen seinem eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand (zwischen seinem geschlossenen Zustand und seinem geöffneten Zustand) von der Steuerschaltung 110 umgeschaltet.
• Die Steuerschaltung 110 ist mit der Wandlerschaltung 140 verbunden. Die Steuerschaltung 110 erzeugt ein Reset- Signal auf der Grundlage der von dem Spannungsgenerator 180 zugeführten Gleichspannung. Das Rücksetzsignal wird von der Steuerschaltung 110 der Wandlerschaltung 140 übertragen. Das Rücksetzsignal kann zwischen einem Zustand eines hohen Pegels und einem Zustand eines niedrigen Pegels wechseln.
• Die Steuerschaltung 110 ist mit der Entscheidungsschaltung 170 verbunden. Die Steuerschaltung 110 kann ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 170 empfangen. Die Steuerschaltung 110 schaltet die Schalter 131a-134a und 131b-134b im Ansprechen auf das empfangene Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC um.
• Die Wandlerschaltung 140 enthält einen Operationsverstärker 162, einen Rücksetzschalter 164 und einen Rückkopplungskondensator 141. Die oberen Elektroden 121b-124b der Erfassungskondensatoren 121-124 führen zu dem invertierenden Eingangsanschluß 162a des Operationsverstärkers 162 jeweils über die Schalter 131b-134b. Die obere Elektrode 126b des Bezugskondensators 126 ist direkt an den invertierenden Eingangsanschluß 162a des Operationsverstärkers 162 angeschlossen. Der Rücksetzschalter 164 und der Rückkopplungskondensator 141 sind zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 162a des Operationsverstärkers 162 und dem Ausgangsanschluß 162c davon angeschlossen. Der nicht invertierende Eingangsanschluß 162b des Operationsverstärkers 162 ist geerdet. Der nicht invertierende Eingangsanschluß 162b des Operationsverstärkers 162 kann an eine 0-Volt-Leitung angeschlossen werden.
• Der Rücksetzschalter 164 der Wandlerschaltung 140 besitzt einen mit der Steuerschaltung 110 verbundenen Steueranschluß. Der Steueranschluß des Rücksetzschalters 164 empfängt das Rücksetzsignal von der Steuerschaltung 110. Der Rücksetzschalter 164 wird in seinen eingeschalteten Zustand (in seinen geschlossenen Zustand) umgeschaltet, wenn das Rücksetzsignal in seinen Zustand eines hohen Pegels wechselt. Der Rückkopplungskondensator 141 wird kurzgeschlossen, und daher wird die Spannung über dem Rückkopplungskondensator 141 auf 0 Volt zurückgesetzt, wenn sich der Rücksetzschalter 164 in seinem eingeschalteten Zustand befindet. Der Rücksetzschalter 164 fällt in seinen ausgeschalteten Zustand (in seinen geöffneten Zustand), wenn das Rücksetzsignal in seinen Zustand eines niedrigen Pegels wechselt.
• Wie später erläutert wird einer der Erfassungskondensatoren 121-124 gewählt und für die Erfassung der physikalischen Größe tatsächlich verwendet. Ein elektrisches Signal, welches von der Kapazität des tatsächlich verwendeten Erfassungskondensators abhängt, pflanzt sich zu der Wandlerschaltung 140 fort. Der Operationsverstärker 162 in der Wandlerschaltung 140 gibt eine Spannung VOUT aus, welche von der Kapazität des tatsächlich verwendeten Erfassungskondensators abhängt und daher die zu erfassende physikalische Größe anzeigt.
• Die Entscheidungsschaltung 170 besitzt einen Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß 162c des Operationsverstärkers 162 in der Wandlerschaltung 140 verbunden ist. Die Entscheidungsschaltung 170 empfängt die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT, das heißt die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 162. Die Entscheidungsschaltung 170 bestimmt, ob die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT innerhalb einem vorbestimmten Bereich entsprechend einem normalen Bereich liegt oder nicht, wenn die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT nicht innerhalb des vorgeschriebenen Bereiches liegt, gibt die Entscheidungsschaltung 170 das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC aus. Wenn die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, gibt die Entscheidungsschaltung 170 nicht das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC aus. Das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC wird der Steuerschaltung 110 zugeführt.
• Beispielsweise enthält die Entscheidungsschaltung 170 erste und zweite Komparatoren und ein Gatter wie ODER- Gatter oder ein UND-Gatter. Der erste Komparator arbeitet derart, daß die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT mit einer unteren Schwellenwertspannung VTH1 verglichen wird. Der zweite Komparator arbeitet derart, daß die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT mit der oberen Schwellenwertspannung VTH2 verglichen wird. Die untere Schwellenwertspannung VTH1 und die obere Schwellenwertspannung VTH2 definieren den vorgeschriebenen Bereich. Das Gatter kann das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC im Ansprechen auf die von den ersten und zweiten Komparatoren ausgegebenen Vergleichsergebnissignale erzeugen.
• Es wird festgestellt, daß die Entscheidungsschaltung 170 bezüglich der Anordnung 100 außen befindlich sein kann.
• Die Anordnung 100 besitzt Ausgangsanschlüsse 130 und 132 für die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT bzw. das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC. Der Ausgangsanschluß 130 der Anordnung ist mit dem Ausgangsanschluß 162c des Operationsverstärkers 162 verbunden, um die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT zu empfangen. Der Ausgangsanschluß 132 der Anordnung ist an die Entscheidungsschaltung 170 angeschlossen, um das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC zu empfangen. In dem Fall, bei welchem eine Spannungswellenformanzeige wie ein Oszilloskop mit den Ausgangsanschlüssen 130 verbunden ist, ist es möglich, Änderungen der Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT und des Fehleranzeigesignals eines hohen Pegels VDEC in einem Zeitbereich zu beobachten.
• Die Anordnung 100 enthält eine Operationseinheit und erste und zweite Spannungsgeneratoren. Die ersten und zweiten Spannungsgeneratoren sind zwischen der Operationseinheit und der Entscheidungsschaltung 170 angeschlossen. Der erste Spannungsgenerator erzeugt die untere Schwellenwertspannung VTH1, welche von der Entscheidungsschaltung 170 verwendet wird. Die untere Schwellenwertspannung VTH1 kann durch Betätigen der Operationseinheit eingestellt werden. Der zweite Spannungsgenerator erzeugt die obere Schwellenwertspannung durch VTH2, welche von der Entscheidungsschaltung 170 verwendet wird. Die obere Schwellenwertspannung VTH2 kann durch Betätigen der Operationseinheit eingestellt werden.
• Die Anordnung 100 arbeitet in einer Diagnosebetriebsart vor dem Versand oder während der tatsächlichen Verwendung. Wie vorhergehend erwähnt, arbeitet die Steuerschaltung 110 in Übereinstimmung mit einem Programm. Das Programm besitzt ein auf die Diagnose bezogenes Segment. Das auf die Diagnose bezogene Programmsegment ist derart entworfen, daß es die Steuerschaltung 110 zum Ausführen der folgenden Sequenz von Operationsschritten befähigt.
• Zu Anfang setzt die Steuerschaltung 110 die Schalter 131a und 131b auf ihre eingeschalteten Zustände und setzt die Schalter 132a-134a und 132b-134b auf ihre ausgeschalteten Zustände. Daher wird der Erfassungskondensator 121 aus den Erfassungskondensatoren 121-124 als tatsächlich verwendeter gewählt, welcher mit der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 verbunden wird. Andererseits werden die anderen Erfassungskondensatoren 122-124 von der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 abgetrennt.
• Die Steuerschaltung 110 gibt die Spannung zur Fassung VX, die Bezugsspannung VR und das Rücksetzsignal aus. Wie in Fig. 2 dargestellt ist die Spannung zur Erfassung VX ein Binärsignal oder ein Rechteckwellenpulssignal, dessen Spannung sich periodisch zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel gleich einem vorgeschriebenen positiven Pegel V1 bzw. einem Pegel 0 ändert. Die Bezugsspannung VR ist eine Umkehrung der Spannung zur Erfassung VX. Somit ist die Bezugsspannung VR gleich dem unteren Pegel, wenn die Spannung zur Erfassung VX gleich dem hohen Pegel ist. Die Bezugsspannung VR ist gleich dem hohen Pegel, wenn die Spannung zur Erfassung VX gleich dem niedrigen Pegel ist.
• Die Spannung zur Erfassung VX wird an dem gewählten Erfassungskondensator 121 über den Schalter im eingeschalteten Zustand 131a angelegt. Die Bezugsspannung VR wird an den Bezugskondensator 126 angelegt. Das Rücksetzsignal wird an den Rücksetzschalter 162 angelegt.
• Wie in Fig. 2 dargestellt, steigt in dem Augenblick T10 die Spannung zur Erfassung VX auf den hohen Pegel (V1) an, und es fällt die Bezugsspannung VR auf den niedrigen Pegel (0) ab. Während des Zeitintervalls zwischen dem Augenblick T10 und einem späteren Augenblick T20 bleiben die Spannung zur Erfassung VX und die Bezugsspannung VR gleich dem hohen Pegel (V1) bzw. dem niedrigen Pegel (0). Dementsprechend wird der ausgewählte Erfassungskondensator 121 geladen, während der Bezugskondensator 126 entladen wird. Der Ladungsbetrag in dem gewählten Erfassungskondensator 121 erreicht einen höchsten Pegel "CX.V1", wobei CX die Kapazität des gewählten Erfassungskondensators 121 bezeichnet.
• Während des Zeitintervalls zwischen dem Augenblick T10 und einem späteren Augenblick T11 vor dem Augenblick T20 behält das Rücksetzsignal seinen Zustand eines hohen Pegels bei, so daß der Rücksetzschalter 162 in seinem eingeschalteten Zustand verbleibt. Somit bleibt der Rückkopplungskondensator 141 kurzgeschlossen. In dem Augenblick T11 wechselt das Rücksetzsignal in seinen Zustand eines niedrigen Pegels, so daß sich der Rückkopplungskondensator 141 aus dem kurzgeschlossenen Zustand heraus bewegt. Nach dem Augenblick T11 behält das Rücksetzsignal seinenZustand eines niedrigen Pegels bei.
• In dem Augenblick T20 fällt die Spannung zur Erfassung VX auf den Pegel (0) ab, und die Bezugsspannung VR steigt auf den hohen Pegel (V1). Während des Zeitintervalls zwischen dem Augenblick T20 und einem späteren Augenblick T30 bleibt die Spannung zur Erfassung VX und die Bezugsspannung VR gleich dem niedrigen Pegel (0) bzw. dem hohen Pegel (V1). Dementsprechend wird der gewählte Erfassungskondensator 120 entladen, während der Bezugskondensator 126 geladen wird. Der Ladebetrag des Bezugskondensators 126 erreicht einen höchsten Pegel "CR.V1", wobei CR die Kapazität des Bezugskondensators 126 bezeichnet. Die Ladungen "CX.V1" bewegen sich von der oberen Elektrode 121b des gewählten Erfassungskondensators 121 zu der unteren Elektrode 141a des Rückkopplungskondensators 141. Zur selben Zeit bewegen sich die Ladungen "CR.V1", welche bezüglich des Betrags gleich und im Vorzeichen (in der Polarität) entgegengesetzt zu den Ladungen "CR.V1" in der oberen Elektrode 126b des Bezugskondensators 126 sind, zu der unteren Elektrode 141a des Rückkopplungskondensators 141. Somit erreicht der Ladungsbetrag in der unteren Elektrode 141a des Rückkopplungskondensators 141 einen höchsten Pegel "(CX-CR)V1". Dementsprechend erreicht die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 162 einen höchsten Pegel VA gleich "(CX-CR)V1/CF", wobei CF die Kapazität des Rückkopplungskondensators 141 bezeichnet. Es wird angenommen, daß der Pegel VA sich in dem normalen Bereich zwischen der unteren Schwellenwertspannung VTH1 und der oberen Schwellenwertspannung VTH2 befindet.
• In einem Augenblick T21 zwischen den Augenblicken T20 und T30 wechselt das Rücksetzsignal in seinen Zustand eines hohen Pegels, so daß der andere Kopplungskondensator 141 kurzgeschlossen wird. Nach dem Augenblick C21 behält das Rücksetzsignal seinen Zustand eines hohen Pegels bei. Daher wird der Rückkopplungskondensator 141 entladen, und die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 162 fällt von dem Pegel VA ab. Zu dem Augenblick T30 erreicht die Ausgangsspannung VOUT 0 Volt.
• Während eines begrenzten Zeitbereichs innerhalb des Zeitintervalls zwischen den Augenblicken T20 und T21 nimmt die Entscheidungsschaltung 170 die Ausgangsspannung VOUT (VA) von dem Operationsverstärker 162 an. Die Entscheidungsschaltung 170 bestimmt, ob die angenommene Ausgangsspannung VOUT (VA) zwischen der unteren Schwellenwertspannung VTH1 und der oberen Schwellenwertspannung VTH2 liegt. Da die angenommene Ausgangsspannung VOUT (VA) zwischen der unteren Schwellenwertspannung VTH1 und der oberen Schwellenwertspannung VTH2 liegt, gibt die Entscheidungsschaltung 170 nicht ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC aus. Dies bedeutet, daß die angenommene Ausgangsspannung VOUT in dem normalen Bereich liegt. Die untere Schwellenwertspannung VTH1 und die obere Schwellenwertspannung VTH2 werden im voraus eingestellt, um einen verläßlichen normalen Bereich für die Ausgangsspannung VOUT zu definieren. Insbesondere sind die Schwellenwertspannungen VTH1 und VTH2 kleiner bzw. größer als die normale mittlere Spannung VA gleich "(CX-CR)V1/CF".
• Wie in Fig. 2 dargestellt, folgt eine Stufe zwischen dem Augenblick T30 und einem späteren Augenblick T50 der Stufe zwischen dem Augenblick T10 und dem Augenblick T30. Änderungen der Spannung zur Erfassung VX, der Bezugsspannung VR und des Rücksetzsignals während der Stufe zwischen den Augenblicken T30 und T50 sind ähnlich wie diejenigen während der Stufe zwischen den Augenblicken T10 und T30.
• In einem Augenblick T40 zwischen den Augenblicken T30 und T50 fällt die Spannung zur Erfassung VX auf den Pegel (0) ab, und es steigt die Bezugsspannung VR auf den hohen Pegel (V1). Während des Zeitintervalls zwischen den Augenblicken T40 und T50 bleibt die Spannung zur Erfassung VX und die Bezugsspannung VR gleich dem niedrigen Pegel (0) bzw. dem hohen Pegel (V1). Dementsprechend wird der gewählte Erfassungskondensator 21 entladen, während der Bezugskondensator 126 geladen wird. Der Ladebetrag des Bezugskondensators 126 erreicht einen höchsten Wert "CR.V1". Die Ladungen "CX.V1" bewegen sich von der oberen Elektrode 121b des gewählten Erfassungskondensators 121 zu der unteren Elektrode 141a des Rückkopplungskondensators 141. Zur selben Zeit bewegen sich die Ladungen "-CR.V1", welche bezüglich des Betrags gleich und bezüglich des Vorzeichens (in der Polarität) entgegengesetzt zu dem Laden "CR.V1" in der oberen Elektrode 126b des Bezugskondensators 126 sind, zu der unteren Elektrode 141a des Rückkopplungskondensators 141. Somit erreicht der Ladungsbetrag in der unteren Elektrode 141a des Rückkopplungskondensators 141 einen höchsten Pegel "(CX-CR)V1". Dementsprechend erreicht die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 162 einen höchsten Pegel VB gleich "(CX-CR)V1/CF". Es wird angenommen, daß der Pegel VB außerhalb des normalen Bereichs zwischen der unteren Schwellenwertspannung VTH1 und der oberen Schwellenwertspannung VTH2 liegt.
• Zu einem Augenblick T41 zwischen den Augenblicken T40 und T50 wechselt das Rücksetzsignal auf seinen Zustand eines hohen Pegels, so daß der Rückkopplungskondensators 141 kurzgeschlossen wird. Nach dem Augenblick T41 behält das Rücksetzsignal seinen Zustand eines hohen Pegels bei. Daher wird der Rückkopplungskondensator 141 entladen, und die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 163 fällt von dem Pegel VB ab. Zu dem Augenblick T50 erreicht die Ausgangsspannung VOUT 0 Volt.
• Während eines beschränkten Zeitbereichs innerhalb des Zeitintervalls zwischen den Augenblicken T40 und T41 nimmt die Entscheidungsschaltung 170 die Ausgangsspannung VOUT (VB) von dem Operationsverstärker 162 an. Die Entscheidungsschaltung 170 bestimmt, ob die angenommene Ausgangsspannung VOUT (VB) zwischen der unteren Schwellenwertspannung VTH1 und der oberen Schwellenwertspannung VTH2 liegt oder nicht. Da die angenommene Ausgangsspannung VOUT (VB) nicht zwischen der unteren Schwellenwertspannung VTH1 und der oberen Schwellenwertspannung VTH2 liegt, gibt die Entscheidungsschaltung 170 ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC aus. Dies bedeutet, daß die angenommene Ausgangsspannung VOUT außerhalb des normalen Bereichs liegt und der gewählte Erfassungskondensator 121 versagt bzw. ausgefallen ist.
• Die Steuerschaltung 110 empfängt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 170. Die Steuerschaltung 110 erkennt von dem empfangenen Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC, daß der gewählte Erfassungskondensator 121 versagt bzw. ausgefallen ist. Danach schaltet die Steuerschaltung 110 im Ansprechen auf das empfangene Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC die Schalter 131a und 131b in ihre ausgeschalteten Zustände um und schaltet die Schalter 132a und 132b in ihre eingeschalteten Zustände um. Daher wird der Erfassungskondensator 122 ganz neu aus den Erfassungskondensatoren 121-124 als der tatsächlich zu verwendende gewählt, welcher an die Steuerschaltung 110 und die Wandlerschaltung 140 angeschlossen wird. Mit anderen Worten, der gewählte Erfassungskondensator wird von dem Kondensator 121 auf den Kondensator 122 umgeschaltet. Die Erfassungskondensatoren 121, 123 und 124 sind von der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 abgetrennt.
• Anschließend werden Operationsschritte ähnlich wie jene in der Stufe zwischen den Augenblicken T10 und T30 oder der Stufe zwischen den Augenblicken T30 und T50 wiederholt ausgeführt. In dem Fall, daß die Entscheidungsschaltung 170 erfaßt, daß der gewählte Erfassungskondensator 122 ausgefallen ist, gibt die Entscheidungsschaltung 170 ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC aus. Die Steuerschaltung 110 empfängt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC. Die Steuerschaltung 110 erkennt von dem empfangenen Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC, daß der gewählte Erfassungskondensator 122 ausgefallen ist. Danach schaltet die Steuerschaltung 110 im Ansprechen auf das empfangene Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC die Schalter 132a und 132b in ihre ausgeschalteten Zustände um und schaltet die Schalter 133a und 133b in ihre eingeschalteten Zustände um. Daher wird der Erfassungskondensator 123 aus den Erfassungskondensatoren 121-124 ganz neu als der tatsächlich zu verwendende gewählt, welcher mit der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 verbunden wird. Mit anderen Worten, der gewählte Erfassungskondensator wird von dem Kondensator 122 auf den Kondensator 123 umgeschaltet. Die Erfassungskondensatoren 121, 122 und 124 werden von der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 abgetrennt.
• Anschließend werden Operationen ähnlich wie diejenigen in der Stufe zwischen den Augenblicken T10 und T30 oder der Stufe zwischen den Augenblicken T30 und T50 wiederholt ausgeführt. In dem Fall, daß die Entscheidungsschaltung 170 erfaßt, daß der gewählte Erfassungskondensator 123 ausgefallen ist, gibt die Entscheidungsschaltung 170 ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC aus. Die Steuerschaltung 110 empfängt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC. Die Steuerschaltung 110 erkennt von dem empfangenen Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC, daß der gewählte Erfassungskondensator 123 ausgefallen ist. Danach schaltet die Steuerschaltung 110 im Ansprechen auf das empfangene Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC die Schalter 133a und 133b in ihre ausgeschalteten Zustände um und schaltet die Schalter 134a und 134b in ihre eingeschalteten Zustände um. Daher wird der Erfassungskondensator 124 aus den Erfassungskondensatoren 121-124 ganz neu als der tatsächlich zu verwendende gewählt, welcher mit der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 verbunden wird. Mit anderen Worten, der gewählte Erfassungskondensator wird von dem Kondensator 123 auf den Kondensator 124 umgeschaltet. Die Erfassungskondensatoren 121-123 werden von der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 abgetrennt.
• Dementsprechend kann die Anordnung 100 mit einem normalen Betrieb fortfahren, bis alle Erfassungskondensatoren 121-124 versagen bzw. ausgefallen sind.
• Wie vorausgehend erwähnt besitzt das Programm für die Steuerschaltung 110 ein auf die Diagnose bezogenes Segment. Darüber hinaus besitzt das Programm ein Segment zur Erzeugung der Spannung für die Erfassung VX, der Bezugsspannung VR und des Rücksetzsignals. Das auf die Diagnose bezogene Programmsegment und das Signalerzeugungsprogrammsegment werden auf der Grundlage eines Time-Sharings ausgeführt.
• Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des auf die Diagnose bezogenen Segments des Programms für die Steuerschaltung 110. Entsprechend Fig. 3 steuert ein erster Schritt S10 des Programmsegments die Schalter 131a-134a und 131b-134b, um den Erfassungskondensator 121 aus den Erfassungskondensatoren 121-124 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Kondensator 121 wird mit der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 verbunden. Der gewählte Erfassungskondensator 121 wird der Spannung zur Erfassung VX unterworfen. Nach dem Schritt S10 begibt sich das Programm zu einem Schritt S11.
• In dem Schritt S11 wird bestimmt, ob ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 170 kommt oder nicht. In diesem Fall zeigt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC an, daß der gewählte Erfassungskondensator 121 versagt bzw. ausgefallen ist. Wenn ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC ankommt, begibt sich das Programm von dem Schritt S11 zu einem Schritt S12. Andererseits wird der Schritt S11 wiederholt.
• Der Schritt S12 steuert die Schalter 131a-134a und 131b-134b, um den Erfassungskondensator 122 aus den Erfassungskondensatoren 121-124 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Erfassungskondensator 122 wird mit der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 verbunden. Der gewählte Erfassungskondensator 122 wird der Spannung zur Erfassung VX unterworfen. Nachdem Schritt S12 begibt sich das Programm zu einem Schritt S13.
• In dem Schritt S13 wird bestimmt, ob ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 170 kommt oder nicht. In diesem Fall zeigt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC an, daß der gewählte Erfassungskondensator 122 versagt bzw. ausgefallen ist. Wenn ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC ankommt, begibt sich das Programm von dem Schritt S13 zu einem Schritt S14. Andernfalls wird der Schritt S13 wiederholt.
• In dem Schritt S14 werden die Schalter 131a-134a und 131b-134b gesteuert, um den Erfassungskondensator 123 aus den Erfassungskondensatoren 121-124 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Erfassungskondensator 123 wird mit der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 verbunden. Der gewählte Erfassungskondensator 123 wird der Spannung zur Erfassung des VX unterworfen. Nach dem Schritt S14 begibt sich das Programm zu einem Schritt S15.
• In dem Schritt S15 wird bestimmt, ob ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 170 kommt oder nicht. In diesem Fall zeigt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC an, daß der gewählte Erfassungskondensator 123 versagt bzw. ausgefallen ist. Wenn ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC ankommt, begibt sich das Programm von dem Schritt S15 zu einem Schritt S16. Andernfalls wird der Schritt S15 wiederholt.
• In dem Schritt S16 werden die Schalter 131a-134a und 131b-134b gesteuert, um den Erfassungskondensator 124 aus den Erfassungskondensatoren 121-124 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Erfassungskondensator 124 wird mit der Steuerschaltung 110 und der Wandlerschaltung 140 verbunden. Der gewählte Erfassungskondensator 123 wird der Spannung zur Erfassung VX unterworfen. Nach dem Schritt S16 begibt sich das Programm zu einem Schritt S17.
• In dem Schritt S17 wird bestimmt, ob ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 170 kommt. In diesem Fall zeigt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC an, daß der gewählte Erfassungskondensator 124 versagt bzw. ausgefallen ist.
• Wenn ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC ankommt, begibt sich das Programm von dem Schritt S17 zu einem Schritt S16. Andernfalls wird der Schritt S17 wiederholt.
• In dem Schritt S18 wird ein Warnsignal ausgegeben, welches anzeigt, daß alle Erfassungskondensatoren 121-124 versagen bzw. ausgefallen sind. Nach dem Schritt S18 wird die Ausführung des Programmsegments beendet.
• Die Erfassungsschaltung 170 bestimmt, ob jeder der Erfassungskondensatoren 121-124 versagt, auf der Grundlage der Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 162, welcher die Differenz der Kapazität zwischen dem Erfassungskondensator von Interesse und dem Bezugskondensator 126 reflektiert. Andernfalls kann die Bestimmung, ob jeder Erfassungskondensator 121-124 versagt bzw. ausgefallen ist oder nicht, auf der Grundlage einer bekannten Kondensatordiagnosetechnologie erfolgen.
• Die Bestimmung, ob jeder Erfassungskondensator 121-124 versagt bzw. ausgefallen ist oder nicht, kann wie folgt ausgeführt werden. In dem Fall, bei welchem die beweglichen Elektroden 121b-124b der Erfassungskondensatoren 121-124 auf einem Diaphragma abgebildet sind, wird eine vorgeschriebene Größe einer physikalischen Größe wie ein Druck dem Diaphragma aufgebracht. Ein Betrag der Verformung des Diaphragmas, welches auf die aufgebrachte physikalische Größe anspricht, wird gemessen. Eine Entscheidung erfolgt darüber, ob der gemessene Verformungsbetrag in einen vorgeschriebenen Bereich entsprechend einem normalen Bereich liegt oder nicht. Wenn der gemessene Verformungsbetrag in einem vorgeschriebenen Bereich liegt, wird festgestellt, daß der Erfassungskondensator von Interesse normal arbeitet. Wenn andererseits der gemessene Verformungsbetrag außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt, wird festgestellt, daß der Erfassungskondensator von Interesse versagt bzw. ausgefallen ist.
Zweite Ausführungsform
• Fig. 4 stellt eine kapazitive Sensoranordnung 200 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in Fig. 4 dargestellt enthält die Anordnung 200 eine Steuerschaltung 210, einen kapazitiven Sensor 220, eine Wandlerschaltung 240 und eine Entscheidungsschaltung 270. Die Steuerschaltung 210 ist mit einem bezüglich der Anordnung 200 äußeren Spannungsgenerator 280 verbunden. Der Steuerschaltung 210 wird eine Gleichspannung von dem Spannungsgenerator 280 zugeführt.
• Der kapazitive Sensor 220 enthält Erfassungskondensatoren 221, 222, 223 und 224, Schalter 231a, 232a, 233a und 234a, Schalter 231b, 232b, 233b und 234b und einen Bezugskondensator 226. Die Erfassungskondensatoren 221-224 besitzen Kapazitäten, welche von einer zu erfassenden physikalischen Größe abhängen. Die Abhängigkeiten der Kapazitäten der Erfassungskondensatoren 221, 224 von der physikalischen Größe sind unterschiedlich. Die Erfassungskondensatoren 221, 222, 223 und 224 zeigen Kapazitätsänderungen ΔCX1, ΔCX2, ΔCX3 und ΔCX4 jeweils im Ansprechen auf eine vorgeschriebene Stärke der physikalischen Größe. Die Kapazitätsänderungen ΔCX1, ΔCX2, ΔCX3 und ΔCX4 befinden sich derart in einer Beziehung, daß die Ausdrücke ΔCX1 = ΔCX; ΔCX2 = 2.ΔCX; ΔCX3 = 3.ΔCX; und ΔCX4 = 4.ΔCX gelten. Dementsprechend ist die Empfindlichkeit des Erfassungskondensators 224 bezüglich der zu erfassenden physikalischen Größe gleich dem Vierfachen derjenigen des Erfassungskondensators 221. Demgegenüber weist der Erfassungskondensator 221 einen Meßbereich gleich dem Vierfachen von demjenigen auf, welcher von dem Erfassungskondensator 224 bereitgestellt wird. Beispiele der physikalischen Größe sind Druck, Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit.
• Der Erfassungskondensator 221 besitzt ein Paar einer festen Elektrode 221a und einer beweglichen Elektrode 221b, welche gegenüber der zu erfassenden physikalischen Größe bloßgelegt ist. Die Kapazität des Erfassungskondensators 221 hängt von der physikalischen Größe ab.
• Der Erfassungskondensator 222 besitzt ein Paar einer festen Elektrode 222a und einer beweglichen Elektrode 222b, welche bezüglich der zu erfassenden physikalischen Größe bloßgelegt ist. Die Kapazität des Erfassungskondensators 222 hängt von der physikalischen Größe ab.
• Der Erfassungskondensator 223 besitzt ein Paar einer festen Elektrode 223a und einer beweglichen Elektrode 223b, welche bezüglich der physikalischen Größe bloßgelegt ist. Die Kapazität des Erfassungskondensators 223 hängt von der physikalischen Größe ab.
• Der Erfassungskondensator 224 besitzt ein Paar einer festen Elektrode 224a und einer beweglichen Elektrode 224b, welche bezüglich der zu erfassenden physikalischen Größe bloßgelegt ist. Die Kapazität des Erfassungskondensators 224 hängt von der physikalischen Größe ab.
• Der Bezugskondensator 226 besitzt ein Paar einer unteren festen Elektrode 226a und einer oberen festen Elektrode 226b, welche einander gegenüberliegen. Im Wesentlichen bleibt die Kapazität des Bezugskondensators 226 unabhängig von der zu erfassenden Größe konstant.
• Die beweglichen Elektroden 221b-224b der Erfassungskondensatoren 221-224 werden als obere Elektroden entworfen, während die festen Elektroden 221a-224a darin als untere Elektroden entworfen sind, welche den oberen Elektroden gegenüberliegen. Die unteren Elektroden 221a-224a der Erfassungskondensatoren 221-224 sind jeweils über die Schalter 231a-234a mit der Steuerschaltung 210 verbunden. Die oberen Elektroden 223b-224b der Erfassungskondensatoren 221-224 sind jeweils über die Schalter 231b-234b mit der Wandlerschaltung 240 verbunden. Die untere Elektrode 226a des Bezugskondensators 226 ist direkt mit der Steuerschaltung 210 verbunden. Die obere Elektrode 226b des Bezugskondensators 226 ist direkt mit der Wandlerschaltung 240 verbunden.
• Die Steuerschaltung 210 enthält einen Mikrocomputer oder einen ähnlichen Baustein, welcher eine Kombination einer Eingangs/Ausgangsschaltung, einer CPU, eines ROMs und eines RAMs enthält. Die Steuerschaltung 210 arbeitet entsprechend eines in den ROM gespeicherten Programms. Das Programm ist derart entworfen, daß die Steuerschaltung 210 dazu befähigt ist, nachher erwähnte Operationsschritte auszuführen.
• Die Steuerschaltung 210 erzeugt eine Spannung zur Erfassung VX und eine Bezugsspannung VR auf der Grundlage der von dem Spannungsgenerator 280 zugeführten Gleichspannung. Die Spannung zur Erfassung VX und die Bezugsspannung VR sind ähnlich wie diejenigen bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spannung zur Erfassung VX wird an eine der unteren Elektroden 221a-224a der Erfassungskondensatoren 221-224 über einen zugeordneten Schalter der Schalter 231a-234a angelegt. Die Bezugsspannung VR wird der unteren Elektrode 226a des Bezugskondensators 226 angelegt.
• Die Steuerschaltung 210 ist mit Steueranschlüssen der Schalter 231a-234a und 231b-234b verbunden. Die Steuerschaltung 210 steuert die Schalter 231a-234a und 231b-234b, so wie die Steuerschaltung 110 die Schalter 131a-134a und 131b-134b bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert. Die Steuerung der Schalter 231a-234a und 231b-234b wählt einen aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als einen tatsächlich zu verwendenden Erfassungskondensator aus, welcher der Spannung zur Erfassung VX unterworfen und zwischen der Steuerschaltung 210 und der Wandlerschaltung 240 angeschlossen wird.
• Die Steuerschaltung 210 ist mit der Wandlerschaltung 240 verbunden. Die Steuerschaltung 210 erzeugt ein Rücksetzsignal auf der Grundlage der von dem Spannungsgenerator 240 zugeführten Gleichspannung. Das Rücksetzsignal ist ähnlich wie das der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Rücksetzsignal wird von der Steuerschaltung 210 der Wandlerschaltung 240 gesendet.
• Die Steuerschaltung 210 ist mit der Entscheidungsschaltung 270 verbunden. Die Steuerschaltung 210 kann ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 270 empfangen. Die Steuerschaltung 210 schaltet die Schalter 231a-234a und 231b-234b im Ansprechen auf das empfangene Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC um, so wie die Steuerschaltung 110 die Schalter 131a-134a und 131b-134b bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umschaltet.
• Die Wandlerschaltung 240 enthält einen Operationsverstärker 262, einen Rücksetzschalter 264, Rückkopplungskondensatoren 241, 242, 243 und 244, Schalter 251a, 252a, 253a und 254a und Schalter 251b, 252b, 253b und 254b.
• Die oberen Elektroden 221b-224b in den Erfassungskondensatoren 221-224 führen zu dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers jeweils über die Schalter 231b-234b. Die obere Elektrode 226b des Bezugskondensators 226 ist direkt an den invertierenden Eingangsanschluß 264a des Operationsverstärkers 262 angeschlossen. Der Rücksetzschalter 264 ist zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 262a und dem Operationsverstärker 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen. Der nicht invertierende Eingangsanschluss 262b des Operationsverstärkers 262 ist geerdet. Der nicht invertierende Eingangsanschluß 262b des Operationsverstärkers 262 kann an eine 0-Volt-Leitung angeschlossen werden.
• Der Rückkopplungskondensator 241 bildet eine erste Elektrode 241a und eine zweite Elektrode 241b, welche einander gegenüberliegen. Der Rückkopplungskondensator 242 besitzt eine erste Elektrode 242a und eine zweite Elektrode 242b, welche einander gegenüberliegen. Der Rückkopplungskondensator 243 besitzt eine erste Elektrode 243a und eine zweite Elektrode 243b, welche einander gegenüberliegen. Der Rückkopplungskondensator 244 besitzt eine erste Elektrode 244a und eine zweite Elektrode 244b, welche einander gegenüberliegen.
• Der Rückkopplungskondensator 241 besitzt eine vorgeschriebene Kapazität CF1. Der Rückkopplungskondensator 242 besitzt eine vorgeschriebene Kapazität CF2. Der Rückkopplungskondensator 243 besitzt eine vorgeschriebene Kapazität CF3. Der Rückkopplungskondensator 244 besitzt eine vorgeschriebene Kapazität CF4. Die Kapaziäten CF1-CF4 der Rückkopplungskondensatoren 241-244 unterscheiden sich voneinander. Die Kapazitäten CF1-CF4 stehen derart in Beziehung, daß die Beziehungen CF1 = CF; CF2 = 2.CF; CF3 = 3.CF; und CF4 = 4.CF gelten.
• Die ersten Elektroden 241a-244a der Rückkopplungskondensatoren 241-244 sind jeweils über die Schalter 251a-254a mit dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers 262 verbunden. Die zweiten Elektroden 241b-244b der Rückkopplungskondensatoren 241-244 sind jeweils über die Schalter 251b-254b mit dem Ausgangsanschluß 262c des Operationsverstärkers 262 verbunden.
• Die Schalter 251a und 251b besitzen Steueranschlüsse, welche gemeinsam an die Steuerschaltung 210 angeschlossen sind. Die Schalter 252a und 252b besitzen Steueranschlüsse, welche gemeinsam an die Steuerschaltung 210 angeschlossen sind. Die Schalter 253a und 253b besitzen Steueranschlüsse, welche gemeinsam an die Steuerschaltung 210 angeschlossen sind. Die Schalter 254a und 254b besitzen Steueranschlüsse, welche gemeinsam an die Steuerschaltung 210 angeschlossen sind. Die Schalter 251a-254a und 251b-254b werden von der Steuerschaltung 210 gesteuert. Insbesondere jeder der Schalter 251a-254a und 251b und 254b wird zwischen seinem eingeschalteten Zustand und seinem ausgeschalteten Zustand (zwischen seinem geschlossenen Zustand und seinem geöffneten Zustand) von der Steuerschaltung 210 umgeschaltet. Detailliert dargestellt, die Steuerung der Schalter 251a-254a und 251b-254b durch die Steuerschaltung 210 ist derart gestaltet, daß einer aus den Rückkopplungskondensatoren 241-244 als tatsächlich zu verwendender Rückkopplungskondensator gewählt wird, welcher zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen wird.
• Der Rücksetzschalter 264 besitzt einen mit der Steuerschaltung 210 verbundenen Steueranschluß. Der Steueranschluß des Rücksetzschalters 264 empfängt das Rücksetzsignal von der Steuerschaltung 210. Der Rücksetzschalter 264 wird in seinem eingeschalteten Zustand (in seinem geschlossenen Zustand) umgeschaltet, wenn das Rücksetzsignal in seinen Zustand eines hohen Pegels wechselt. Der gewählte Rückkopplungskondensator, welcher zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen ist, wird kurzgeschlossen, und daher wird die Spannung über dem gewählten Rückkopplungskondensator auf 0 Volt zurückgesetzt, wenn der Rücksetzschalter 264 sich in seinem eingeschalteten Zustand befindet. Der Rücksetzschalter 264 fällt in seinen ausgeschalteten Zustand, wenn das Rücksetzsignal auf seinen Zustand eines niedrigen Pegels wechselt.
• Die Steuerschaltung 210 setzt die Schalter 251a und 251b auf ihre eingeschalteten Zustände, wenn die Schalter 231a und 231b auf ihre eingeschalteten Zustände gesetzt werden. Die Steuerschaltung 210 setzt die Schalter 252a und 252b auf ihre eingeschalteten Zustände, wenn die Schalter 232a und 232b auf ihre eingeschalteten Zustände gesetzt werden. Die Steuerschaltung 210 setzt die Schalter 253a und 253b auf ihre eingeschalteten Zustände, wenn die Schalter 233a und 233b auf ihre eingeschalteten Zustände gesetzt werden. Die Steuerschaltung 210 setzt die Schalter 254a und 254b auf ihre eingeschalteten Zustände, wenn die Schalter 234a und 234b auf ihre eingeschalteten Zustände gesetzt werden.
• Somit steuert die Steuerschaltung 210 die Schalter 231a-234a und 231b-234b derart, daß einer der Erfassungskondensatoren 221-224 gewählt und tatsächlich zur Erfassung der physikalischen Größe benutzt wird. Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung 210 die Schalter 251a-254a und 251b-254b derart, daß einer der Rückkopplungskondensatoren 241-244 als tatsächlich verwendeter Rückkopplungskondensator gewählt wird, welcher zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen wird. Die Steuerung der Schalter 251a-254a und 251b-254b ist mit der Steuerung der Schalter 231a-234a und 231b-234b derart verbunden, daß die folgenden synchronen Prozeduren ausgeführt werden. Der Rückkopplungskondensator 241 wird gewählt, wenn der Erfassungskondensator 221 gewählt wird. Der Rückkopplungskondensator 242 wird gewählt, wenn der Erfassungskondensator 222 gewählt wird. Der Rückkopplungskondensator 243 wird gewählt, wenn der Erfassungskondensator 223 gewählt wird. Der Rückkopplungskondensator 244 wird gewählt, wenn der Erfassungskondensator 224 gewählt wird.
• Ein elektrisches Signal, welches von der Kapazität des gewählten Erfassungskondensators (des tatsächlich verwendeten Erfassungskondensators) abhängt, pflanzt sich zu der Wandlerschaltung 240 fort. Der Operationsverstärker 262 der Wandlerschaltung 240 gibt eine Spannung VOUT aus, welche von der Kapazität des gewählten Erfassungskondensators abhängt und welche daher die zu erfassende physikalische Größe anzeigt.
• Die Erfassungsschaltung 270 besitzt einen Eingangsanschluß, welcher mit dem Ausgangsanschluß 262c des Operationsverstärkers 262 in der Wandlerschaltung 240 angeschlossen ist. Die Entscheidungsschaltung 270 empfängt die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT, d. h. die Ausgangsspannung VOUT des Operationsverstärkers 262. Die Entscheidungsschaltung 270 ist ähnlich der Entscheidungsschaltung 170 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Entscheidungsschaltung 270 bestimmt, ob die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT innerhalb eines normalen Bereichs (eines vorgeschriebenen Bereichs) liegt, der zwischen einer unteren Schwellenwertspannung und einer oberen Schwellenwertspannung definiert ist. Wenn die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT nicht innerhalb des normalen Bereichs liegt, gibt die Entscheidungsschaltung 270 das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC aus. Wenn die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT innerhalb des normalen Bereichs liegt, gibt die Entscheidungsschaltung 270 nicht das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC aus. Das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC wird der Steuerschaltung 210 zugeführt.
• Die Vorrichtung 200 besitzt Ausgangsanschlüsse 330 und 332 für die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT bzw. das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC. Der Ausgangsanschluß der Anordnung 330 ist mit dem Ausgangsanschluß 262c des Operationsverstärkers 262 verbünden, um die Ausgangsspannung der Wandlerschaltung VOUT zu empfangen. Der Ausgangsanschluß der Anordnung 332 ist mit der Entscheidungsschaltung 270 verbunden, um das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC zu empfangen.
• Die Anordnung 200 enthält eine Operationseinheit und erste und zweite Spannungsgeneratoren. Die ersten und zweiten Spannungsgeneratoren sind zwischen der Operationseinheit und der Entscheidungsschaltung 270 angeschlossen. Der erste Spannungsgenerator erzeugt die untere Schwellenwertspannung, welche von der Entscheidungsschaltung 270 erzeugt wird. Die untere Schwellenwertspannung kann durch Betätigen der Operationseinheit eingestellt werden. Der zweite Spannungsgenerator erzeugt die obere Schwellenwertspannung, welche von der Entscheidungsschaltung 270 verwendet wird. Die obere Schwellenwertspannung kann durch Betätigen der Operationseinheit eingestellt werden.
• Wenn in dem Fall, bei welchem der Erfassungskondensator 221 und der Rückkopplungskondensator 241 gewählt worden sind, der Erfassungskondensator 221 eine Kapazitätsänderung ΔCX1 ( = ΔCX) im Ansprechen auf eine gegebene Stärke der zu erfassenden physikalischen Größe zeigt, erreicht die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 261 einen höchsten Pegel "VX.ΔCX1/CF1" gleich "VX.ΔCX/CF". Es wird festgestellt, daß die Kapazität CF1 des gewählten Rückkopplungskondensators 241 gleich dem Wert CF ist.
• Wenn in dem Fall, bei welchem der Erfassungskondensator 222 und der Rückkopplungskondensator 242 gewählt worden sind, der Erfassungskondensator 222 eine Kapazitätsänderung ΔCX2 ( = 2.ΔCX) im Ansprechen auf die gegebene Stärke der zu erfassenden physikalischen Größe zeigt, erreicht die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 261 einen höchsten Pegel "VX.ΔCX2/CF2" gleich "VX.ΔCX/CF". Es wird festgestellt, daß die Kapazität CF2 des gewählten Rückkopplungskondensators 242 gleich dem Wert 2.CF ist.
• Wenn in dem Fall, bei welchem der Erfassungskondensator 223 und der Rückkopplungskondensator 243 gewählt werden, der Erfassungskondensator 223 eine Kapazitätsänderung ΔCX3 (3.ΔCX) im Anprechen auf die gegebene Stärke der zu erfassenden physikalischen Größe zeigt, erreicht die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 261 einen höchsten Pegel "VX.ΔCX3/CF3" gleich "VX.ΔCX/CF". Es wird festgestellt, daß die Kapazität CF3 des gewählten Rückkopplungskondensators 243 gleich dem Wert 3.CF ist.
• Wenn in dem Fall, bei welchem der Erfassungskondensator 224 und der Rückkopplungskondensator 244 gewählt werden, der Erfassungskondensator 224 eine Kapazitätsänderung ΔCX4 ( = 4.ΔCX) im Ansprechen auf die gegebene Stärke der zu erfassenden physikalischen Größe zeigt, erreicht die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 261 einen höchsten Pegel "VX.ΔCX4/CF4" gleich "VX.ΔCX/CF". Es wird festgestellt, daß die Kapazität CF4 des gewählten Rückkopplungskondensators 244 gleich dem Wert 3.CF ist.
• Dementsprechend ist die Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 261 unabhängig davon, welche Erfassungskondensatoren 221-224 und Rückkopplungskondensatoren 241-244 gewählt werden.
• Wie vorausgehend erwähnt, enthält die Anordnung 200 die Operationseinheit. Die Steuerschaltung 210 ist mit der Operationseinheit verbunden. Die Steuerschaltung kann entscheiden, welcher der Erfassungskondensatoren 221-224 und der Rückkopplungskondensatoren 245-244 entsprechend der Betätigung der Steuereinheit gewählt werden sollte. Somit können ein tatsächlich zu wählender Erfassungskondensator und ein tatsächlich zu wählender Rückkopplungskondensator willkürlich von den Erfassungskondensatoren 221-224 und den Rückkopplungskondensatoren 241-244 entsprechend der Betätigung der Steuereinheit gewählt werden. Wenn der Erfassungskondensator 221 und der Rückkopplungskondensator 241 gewählt werden, ist ein breiter Erfassungsbereich für die physikalische Größe verfügbar, obwohl die Erfassungsauflösung relativ gering ist. Wenn der Erfassungskondensator 224 und der Rückkopplungskondensator 244 gewählt werden, ist eine hohe Erfassungsauflösung verfügbar, obwohl ein Erfassungsbereich relativ schmal ist.
• Eine diagnosebezogene Operation der Anordnung 200 wird im folgenden beschrieben. Die Steuerschaltung 210 gibt die Spannung zur Erfassung VX, die Bezugsspannung VR und das Rücksetzsignal aus. Die Bezugsspannung VR wird an den Bezugskondensator 226 angelegt. Das Rücksetzsignal wird der Wandlerschaltung 240 zugeführt. Am Anfang steuert die Steuerschaltung 210 die Schalter 231a-234a und 231b-234b, um den Erfassungskondensator 221 aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Erfassungskondensator 221 wird mit der Steuerschaltung 210 und der Wandlerschaltung 240 verbunden. Der gewählte Erfassungskondensator 221 wird der Spannung zur Erfassung VX unterworfen. Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung 210 die Schalter 251a-254a und 251b-254b, um den Rückkopplungskondensator 241 aus den Rückkopplungskondensatoren 241-244 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Rückkopplungskondensator 241 wird zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen. Die Steuereinheit 210 bestimmt, ob ein Fehleranzeigesignale eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 270 kommt oder nicht. In diesem Fall zeigt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC an, daß der gewählte Erfassungskondensator 221 ausgefallen ist.
• Wenn ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC ankommt, steuert die Steuerschaltung 210 die Schalter 231a-234a und 231b-234b, um den Erfassungskondensator 222 aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Erfassungskondensator 222 wird mit der Steuerschaltung 210 und der Wandlerschaltung 240 verbunden. Der gewählte Erfassungskondensator 222 wird der Spannung zur Erfassung VX unterworfen. Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung 210 die Schaltung 251a-254a und 251b-254b, um den Rückkopplungskondensator 241 aus den Rückkopplungskondensatoren 241-244 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Rückkopplungskondensator 242 wird zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen. Die Steuereinheit 210 bestimmt, ob ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 270 kommt. In diesem Fall zeigt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC an, daß der gewählte Erfassungskondensator 222 ausgefallen ist.
• Wenn ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC ankommt, steuert die Steuerschaltung 210 die Schaltung 231a-234a und 231b-234b, um den Erfassungskondensator 223 aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Erfassungskondensator 221 wird mit der Steuerschaltung 210 und der Wandlerschaltung 240 verbunden. Der gewählte Erfassungskondensator 223 wird der Spannung zur Erfassung VX unterworfen. Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung 210 die Schalter 251a-254a und 251b-254b, um den Rückkopplungskondensator 243 aus den Rückkopplungskondensatoren 241-244 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Rückkopplungskondensator 243 wird zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen. Die Steuereinheit 210 bestimmt, ob ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC von der Entscheidungsschaltung 270 kommt. In diesem Fall zeigt das Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC an, daß der gewählte Erfassungskondensator 223 ausgefallen ist.
• Wenn ein Fehleranzeigesignal eines hohen Pegels VDEC ankommt, steuert die Steuerschaltung 210 die Schalter 231a-234a und 231b-234b, um den Erfassungskondensator 224 aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen. Der gewählte Erfassungskondensator 224 wird mit der Steuerschaltung 210 und der Wandlerschaltung 240 verbunden. Der gewählte Erfassungskondensator 224 wird der Spannung zur Erfassung VX unterworfen. Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung 210 die Schalter 251a-254a und 251b-254b, um den Rückkopplungskondensator 244 aus den Rückkopplungskondensatoren 241-244 als den tatsächlich zu verwendenden zu wählen.
• Der gewählte Rückkopplungskondensator 244 wird zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß 262a des Operationsverstärkers 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen.
Dritte Ausführungsform
• Fig. 5 stellt eine kapazitive Sensoranordnung 200A einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Anordnung 200A ist ähnlich der Anordnung 200 von Fig. 4 mit Ausnahme von hiernach beschriebenen Entwurfsänderungen.
• Wie in Fig. 5 dargestellt enthält die Anordnung eine Steuerschaltung 210A und eine Wandlerschaltung 240A anstelle der Steuerschaltung 210 bzw. der Wandlerschaltung 240 (vgl. Fig. 4). Die Wandlerschaltung 240A enthält einen Rückkopplungskondensator 241 und einen Rücksetzschalter 264, welcher zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 262 und dem Ausgangsanschluß 262c davon angeschlossen ist. Der Rückkopplungskondensator 241 besitzt eine vorgeschriebene Kapazität CF.
• Wenn der Erfassungskondensator 221 aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als der tatsächlich zu verwendende gewählt wird, legt die Steuerschaltung 210A die Spannung zur Erfassung VX gleich einer vorbestimmten Spannung V1 fest. Wenn der Erfassungskondensator 222 aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als der tatsächlich zu verwendende gewählt wird, setzt die Steuerschaltung 210A die Spannung zur Erfassung VX gleich der vorbestimmten Spannung V1 geteilt durch zwei (V1/2) fest. Wenn der Erfassungskondensator 223 aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als der tatsächlich zu verwendende gewählt wird, legt die Steuerschaltung 210A die Spannung zur Erfassung VX gleich der vorbestimmten Spannung V1 geteilt durch drei (V1/3) fest. Wenn der Erfassungskondensator 224 aus den Erfassungskondensatoren 221-224 als der tatsächlich zu verwendende gewählt wird, setzt die Steuerschaltung 210A die Spannung zur Erfassung VX gleich der vorbestimmte Spannung V1 geteilt durch vier (V1/4) fest.
• Ein höchster Pegel, welcher von der Ausgangsspannung VOUT von dem Operationsverstärker 261 erreicht wird, ist unabhängig davon, welcher der Erfassungskondensatoren 221-224 gewählt wird, gleich "V1.ΔCX/CF".
Vierte Ausführungsform
• Eine vierte Ausführungsform der Erfindung ist ähnlich wie eine der ersten bis dritten Ausführungsformen mit der Ausnahme von später beschriebenen Entwurfsänderungen.
• Bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden mindestens zwei gleichzeitig aus den Erfassungskondensatoren als tatsächlich zu verwendende Erfassungskondensatoren gewählt, welche zwischen der Steuerschaltung und der Wandlerschaltung angeschlossen werden. In dem Fall, bei welchem eine Mehrzahl von Rückkopplungskondensatoren vorhanden ist, können wenigstens zwei aus den Rückkopplungskondensatoren als tatsächlich zu verwendende Rückkopplungskondensatoren gewählt werden, welche zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers und dem Ausgangsanschluß davon angeschlossen werden.
Fünfte Ausführungsform
• Fig. 6 stellt einen Abschnitt einer kapazitiven Sensoranordnung entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Anordnung von Fig. 6 ist ähnlich der Anordnung 200 von Fig. 4 mit der Ausnahme von hiernach beschriebenen Entwurfsänderungen.
• Die Vorrichtung von Fig. 6 enthält ein Feld von Einheitskondensatoren "A", welche bezüglich der Struktur gleich sind. Die Einheitskondensatoren "A" sprechen auf eine zu erfassende physikalische Größe an. Die Antworten der Einheitskondensatoren "A" auf die physikalische Größe sind gleich.
• Ein Einheitskondensator "A" bildet den Erfassungskondensator 221. Zwei parallel angeschlossene Eingangskondensatoren "A" bilden den Erfassungskondensator 222. Drei Einheitskondensatoren "A", welche parallel angeschlossen sind, bilden den Erfassungskondensator 223. Vier Einheitskondensatoren "A", welche parallel angeschlossen sind, bilden den Erfassungskondensator 224.
Sechste Ausführungsform
• Fig. 7 stellt einen Abschnitt einer kapazitiven Sensoranordnung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Anordnung von Fig. 7 ist ähnlich der Anordnung 200 von Fig. 4 mit der Ausnahme von hiernach beschriebenen Entwurfsänderungen.
• Die Anordung von Fig. 7 enthält ein Feld von Einheitskondensatoren "A", welche bezüglich der Struktur gleich sind. Die Einheitskondensatoren "A" sprechen auf eine zu erfassende physikalische Größe an. Die Antworten der Einheitskondensatoren "A" auf die physikalische Größe sind gleich.
• Ein Einheitskondensator "A" bildet den Erfassungskondensator 224. Zwei Einheitskondensatoren "A", welche in Serie (Kaskade) angeschlossen sind, bilden den Erfassungskondensator 223. Drei Einheitskondensatoren "A", welche in Serie angeschlossen sind, bilden den Erfassungskondensator 222. Vier Einheitskondensatoren "A", welche in Serie angeschlossen sind, bilden den Erfassungskondensator 221.
• Vorstehend wurde eine kapazitive Sensoranordnung offenbart. In einer kapazitiven Sensoranordnung enthält ein kapazitiver Sensor eine Mehrzahl von Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe, welche jeweils eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode aufweisen. Ein Wandlerbaustein arbeitet zum Umwandeln eines Ausgangssignals des kapazitiven Sensors in ein Ausgangssignal der Anordnung. Jeder der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe wird selektiv mit dem Wandlerbaustein verbunden bzw. davon abgetrennt. Es erfolgt eine Bestimmung im Ansprechen auf das Sensorausgangssignal dahingehend, ob jeder der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe ausgefallen ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, daß zuerst einer der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe ausgefallen ist, wird der erste von dem Wandlerbaustein abgetrennt und ein zweiter der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden.

Claims (6)

1. Kapazitive Sensoranordnung mit:
einem kapazitiven Sensor, welcher eine Mehrzahl von Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe enthält, welche jeweils eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode aufweisen;
einem Wandlerbaustein zum Umwandeln eines Ausgangssignals des kapazitiven Sensors in ein Ausgangssignal der Anordnung;
einer ersten Einrichtung zum selektiven Verbinden und Trennen von jedem der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit bzw. von dem Wandlerbaustein;
einer zweiten Einrichtung zum Bestimmen, ob jeder der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe ausgefallen ist, im Ansprechen auf das Sensorausgangssignal; und
einer dritten Einrichtung, welche dann, wenn die zweite Einrichtung bestimmt, daß der erste der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe ausgefallen ist, den ersten von dem Wandlerbaustein abtrennt und einen zweiten der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbindet.

2. Kapazitive Sensoranordnung nach Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch einen Diagnosebaustein zum Bestimmen, ob das Ausgangssignal der Anordnung normal oder abnormal ist, und eine Einrichtung, welche dann, wenn der Diagnosebaustein bestimmt, daß das Ausgangssignal der Anordnung abnormal ist, einen der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe, welcher gegenwärtig angeschlossen ist, von dem Wandlerbaustein abtrennt und einen anderen der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbindet.

3. Kapazitive Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandlerbaustein eine Einrichtung zum Ändern der Charakteristik der Umwandlung des Ausgangssignals des kapazitiven Sensors in das Ausgangssignal der Anordnung in Übereinstimmung damit enthält, welcher der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist, um das Ausgangssignal der Anordnung unabhängig davon zu machen, welcher Erfassungskondensator für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist.

4. Kapazitive Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in dem Wandlerbaustein eine Verstärkung der Umwandlung des Ausgangssignals des kapazitiven Sensors in das Ausgangssignal der Anordnung in Übereinstimmung damit ändert, welcher der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist.

5. Kapazitive Sensoranordnung nach Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung für die Erfassung an den kapazitiven Sensor und eine Einrichtung zum Ändern der angelegten Spannung zur Erfassung in Übereinstimmung damit, welcher der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist, um das Ausgangssignal der Anordnung unabhängig davon zu machen, welcher der Erfassungskondensatoren für eine physikalische Größe mit dem Wandlerbaustein verbunden ist.

6. Kapazitive Sensoranordnung mit:
ersten und zweiten Kondensatoren, welche Kapazitäten besitzen, die von einer zu erfassenden physikalischen Größe abhängen;
einer Einrichtung zum Erfassen der physikalischen Größe im Ansprechen auf die Kapazität des ersten Kondensators;
einer zweiten Einrichtung zum Bestimmen, ob der erste Kondensator ausgefallen ist oder nicht; und
einer dritten Einrichtung, welche in Fällen, bei denen die zweite Einrichtung bestimmt, daß der erste Kondensator ausgefallen ist, die physikalische Größe im Ansprechen auf die Kapazität des zweiten Kondensators erfaßt.