DE19505054C2 - Feuchtigkeitsmeßfühler - Google Patents
FeuchtigkeitsmeßfühlerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Feuchtigkeitsmesser
oder ein Hygrometer, das ein Gleichspannungspotential
liefert, das der gemessenen, relativen Feuchtigkeit pro
portional ist, insbesondere betrifft sie ein solches Meß
gerät, das die lineare Beziehung zwischen der Feuchtig
keit und dem Ausgangsgleichspannungspotential ver
bessert.
Üblicherweise ist ein Feuchtigkeitsmesser bekannt,
der zur Verwendung in verschiedenen elektronischen
Apparaten geeignet ist, wie Kopiergeräten und Druc
kern. Der Feuchtigkeitsmesser verwendet einen Feuch
tigkeitsmeßfühler mit veränderbarer Impedanz, dessen
Impedanz sich mit der ändernden Feuchtigkeit ändert.
Da der Feuchtigkeitsmeßfühler mit veränderbarer Im
pedanz die Eigenschaft hat, daß sich seine Impedanz
exponential in bezug auf die relative Feuchtigkeit än
dert, muß die Nichtlinearität des Feuchtigkeitsmeßfüh
lers korrigiert werden, um die Feuchtigkeit-Ausgangss
pannung-Kennlinie zu linearisieren, wenn er praktisch
eingesetzt wird. Es ist üblich, einen logarithmischen Ver
stärker als eine Linearisierungseinrichtung zu verwen
den. Jedoch ist kürzlich eine kostengünstige Linearisie
rungstechnik bekannt geworden, die keinen logarithmi
schen Verstärker verwendet, wie es in den US-Patenten
5,065,625 und 5 317 274 geoffenbart ist. Bei dieser her
kömmlichen Technik ist die Beziehung zwischen der
Basisspannung und dem Emitterstrom eines Transistors,
der als ein Spannungssteuerungselement mit veränder
barer Impedanz dient, exponential, und seine Impedanz
verändert sich exponential. Das heißt, die Nichtlineari
tät des Feuchtigkeitsmeßfühlers wird durch die vorge
nannte Kennlinie des Transistors korrigiert.
Jedoch haben die vorgenannten, herkömmlichen
Feuchtigkeitsmesser die folgenden Schwierigkeiten ge
zeigt.
Da die Impedanz des Transistors durch den integrier
ten Ausgang einer Integrierschaltung gesteuert wird, ist
die Basis-Emitter-Spannung des Transistors unzurei
chend in dem Bereich kleinen integrierten Ausgangs,
d. h. in dem Bereich geringer Feuchtigkeit. Als ein Er
gebnis ist die Impedanzsteuerung des Transistors nicht
zufriedenstellend, wodurch sich eine unzureichende Li
nearisierung der relativen Feuchtigkeit-Ausgangsspan
nung-Kennlinie ergibt.
In dem Fall, daß eine Diode mit dem Emitter des
Transistors in Reihe geschaltet wird, um die nicht zufrie
denstellende Linearität des Transistors auszugleichen,
wird die Vorwärtsspannung der Diode angelegt. Diese
Vorwärtsspannung ist nicht vernachlässigbar. Deshalb
wird die unzureichende Linearisierung in dem Bereich
kleinen, integrierten Ausgangs bemerklich.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, einen
Feuchtigkeitsmesser zu schaffen, der ein linearisiertes
Feuchtigkeitssignal ausgeben kann.
Gemäß der Erfindung wird ein Feuchtigkeitsmesser
geschaffen, der ein Feuchtigkeitssignal ausgeben kann,
das eine hohe Linearität nicht nur aufweist, indem ein
zuverlässiger Betrieb des spannungsgesteuerten Ele
ments mit veränderbarer Impedanz im niederen Aus
gangsbereich sichergestellt wird, sondern auch Ände
rungen verhindert werden, die den Betrieb nachteilig
beeinflussen.
Gemäß der Erfindung wird ein Feuchtigkeitsmesser
geschaffen, der vorteilhaft ein Feuchtigkeitssignal aus
geben kann, das eine große Linearität im niederen Aus
gangsbereich aufweist, indem die unzufriedenstellende
Linearität des spannungsgesteuerten Elements mit ver
änderbarer Impedanz korrigiert wird.
Um die obengenannte Aufgabe und die Vorteile zu
erreichen wird die Erfindung auf einen Feuchtigkeits
messer angewendet, der einschließt: einen Feuchtig
keitsmeßfühler; eine Impedanz-Frequenz-Umwand
lungsschaltung; eine Differenzierschaltung mit gesteu
erter Zeitkonstanten; eine Wellenform-Formungsschal
tung; eine Integrierschaltung; und eine Vorspannungs
schaltung.
Der Feuchtigkeitsmeßfühler weist eine Impedanz auf,
die sich exponential in bezug auf eine relative Feuchtig
keit ändert. Die Impedanz-Frequenz-Umwandlungs
schaltung erzeugt ein Impulssignal, dessen Frequenz der
Impedanz des Feuchtigkeitsmeßfühlers entspricht. Die
Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkonstanten
enthält einen Kondensator und ein spannungsgesteuer
tes Element mit veränderbarer Impedanz, und der Kon
densator und das spannungsgesteuerte Element mit ver
änderbarer Impedanz sind in Reihe miteinander verbun
den. Das spannungsgesteuerte Element mit veränderba
rer Impedanz ist als ein Element mit drei Anschlüssen
ausgeführt, das Hauptelektroden und eine Steuerelek
trode aufweist, und dessen Impedanz exponential durch
eine Spannung geändert wird, die an die Steuerelektro
de angelegt wird. Ein differenziertes Signal, das durch
Differenzieren des Impulssignals erhalten wird, wird
von beiden Anschlüssen der Hauptelektroden ausgege
ben.
Die Wellenform-Formungsschaltung erhält das diffe
renzierte Signal und gibt einen Impulszug aus, der erhal
ten wird, indem das differenzierte Signal durch eine vor
bestimmte Spannung binär kodiert wird. Die Integrier
schaltung enthält eine erste Integrierschaltung und eine
zweite Integrierschaltung. Die erste Integrierschaltung
integriert den eingegebenen Impulssignalzug und liefert
eine Spannung, die durch Integration erhalten wird, an
die Steuerelektrode des spannungsgesteuerten Ele
ments mit veränderbarer Impedanz als die Steuerspan
nung, und die zweite Integrierschaltung integriert den
Impulssignalzug und gibt eine durch Integration erhal
tene Spannung als ein Feuchtigkeitssignal aus.
Die Vorspannungsschaltung legt eine Vorspannung
an die Steuerelektrode an.
Es wird bevorzugt, daß die Vorspannungsschaltung
durch den Impulssignalzug als dessen Stromversorgung
betrieben wird.
Als eine andere bevorzugte Ausführungsform enthält
die Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkonstan
ten ein Element mit nichtlinearer Impedanz, dessen Im
pedanz durch eine angelegte Spannung exponential ge
ändert wird; das Element mit nichtlinearer Impedanz ist
mit der Hauptelektrode entgegengesetzt zu der Haupt
elektrode verbunden, die mit dem Kondensator verbun
den ist; und das differenzierte Signal wird von beiden
Anschlüssen des spannungsgesteuerten Elements mit
veränderbarer Impedanz und des Elements mit nichtli
nearer Impedanz ausgegeben, die miteinander in Reihe
verbunden sind.
Bei einer noch anderen, bevorzugten Ausführungs
form ist das spannungsgesteuerte Element mit verän
derbarer Impedanz durch einen Transistor ausgeführt;
das Element mit nichtlinearer Impedanz ist durch eine
Diode ausgeführt; die Anode der Diode ist mit dem
Emitter des Transistors verbunden; und der Kondensa
tor ist mit dem Kollektor des Transistors verbunden;
und die Steuerspannung und die Vorspannung werden
an die Basis des Transistors gelegt.
Bei einer wiederum anderen, bevorzugten Ausfüh
rungsform weist die Differenzierschaltung mit gesteuer
ter Zeitkonstanten eine Impedanzeinstellschaltung auf;
und die Impedanzeinstellschaltung ist parallel zu dem
Element mit nichtlinearer Impedanz verbunden.
Bei einer wiederum anderen, bevorzugten Ausfüh
rungsform enthält die Impedanzeinstellschaltung einen
Kondensator, einen Widerstand oder eine Diode.
Bei dem Feuchtigkeitsmeßfühler wird die Impedanz
exponential in bezug auf eine relative Feuchtigkeit ge
ändert, und die Impedanz-Frequenz-Umwandlungs
schaltung erzeugt ein Impulssignal, dessen Frequenz der
Impedanz des Feuchtigkeitsmeßfühlers entspricht. Des
halb kann ein Impulssignal, dessen Frequenz exponenti
al in bezug auf eine relative Feuchtigkeit geändert wird,
von der Impedanz-Frequenz-Umwandlungsschaltung
erhalten werden.
Bei der Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeit
konstanten sind der Kondensator und das spannungsge
steuerte Element mit veränderbarer Impedanz mitein
ander in Reihe geschaltet; das spannungsgesteuerte Ele
ment mit veränderbarer Impedanz ist durch ein Element
mit drei Anschlüssen ausgeführt, das Hauptelektroden
und eine Steuerelektrode aufweist; die Impedanz des
spannungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Im
pedanz wird exponential durch eine an die Steuerelek
trode angelegte Spannung geändert; und ein differen
ziertes Signal, das durch Differenzieren des Impulssi
gnals erhalten wird, wird an beiden Anschlüssen der
Hauptelektroden ausgegeben. Deshalb kann ein diffe
renziertes Signal, das den Änderungen bei der Impe
danz des spannungsgesteuerten Elements mit veränder
barer Impedanz folgt und dessen Zeitkonstante sich ex
ponential ändert, erhalten werden.
Die Wellenform-Formungsschaltung erhält das diffe
renzierte Signal, dessen Zeitkonstante sich exponential
ändert, und gibt einen Impulssignalzug aus, der durch
binäres Kodieren des differenzierten Signals durch eine
vorbestimmte Spannung erhalten wird. Deshalb kann
ein Impulssignalzug, der eine Impulsweite aufweist, die
durch logarithmisches Komprimieren der Impulsweite
des Impulssignals in bezug auf die Frequenz erhalten
wird, von der Wellenform-Formungsschaltung erhalten
werden.
In der Integrierschaltung integriert die erste Inte
grierschaltung den eingegebenen Impulssignalzug und
liefert eine Spannung, die durch die Integration erhalten
wird, an die Steuerelektrode des spannungsgesteuerten
Elements mit veränderbarer Impedanz als Steuerspan
nung. Deshalb wird, wenn die Impulsweite des Impulssi
gnalzugs erhöht wird, um die Steuerspannung zu erhö
hen, die Impedanz der spannungsgesteuerten veränder
baren Impedanz verringert. Als ein Ergebnis wird die
Impulsweite des Impulssignalzugs, der von der Wellen
form-Formungsschaltung erhalten wird, verringert, wo
durch die Steuerspannung an einer Zunahme verhindert
wird. Wenn umgekehrt die Impulsweite des Impulssi
gnalzugs verringert wird, um die Steuerspannung zu
verringern, wird die Impedanz der spannungsgesteuer
ten, veränderbaren Impedanz erhöht. Als ein Ergebnis
wird die Impulsweite des Impulssignalzugs, der von der
Wellenform-Formungsschaltung erhalten wird, erhöht,
wodurch die Steuerspannung an einer Abnahme gehin
dert wird. Das heißt, die erste Integrierschaltung ver
schlechtert die Differenzierschaltung mit gesteuerter
Zeitkonstanten, was wiederum den Impulssignalzug sta
bilisiert.
Die zweite Integrierschaltung integriert den Impulssi
gnalzug und gibt eine durch die Integration erhaltene
Spannung als ein Feuchtigkeitssignal aus. Deshalb kann
eine linearisierte Kennlinie zwischen der relativen
Feuchtigkeit und der Ausgangsspannung erhalten wer
den.
Da die Vorspannungsschaltung eine Vorspannung an
die Steuerelektrode anlegt, kann das spannungsgesteu
erte Element mit veränderbarer Impedanz geeignet be
trieben werden, selbst wenn die Steuerspannung niedrig
ist. Deshalb kann ein Mangel an Steuerspannung durch
die Anwendung der Vorspannung ergänzt werden, was
wiederum ermöglicht, daß das spannungsgesteuerte
Element mit veränderbarer Impedanz betrieben werden
kann, und ermöglicht, daß sich die Impedanz des span
nungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Impe
danz exponential ändert. Als ein Ergebnis kann ein diffe
renziertes Signal, dessen Zeitkonstante sich exponential
ändert, an beiden Anschlüssen der Hauptelektroden des
spannungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Im
pedanz erhalten werden. Diese Arbeitsweise stellt nicht
nur einen zuverlässigen Betrieb des spannungsgesteuer
ten Elements mit veränderbarer Impedanz in dem nie
deren Ausgangsbereich sicher, sondern verhindert auch,
daß Änderungen nachteilig die Arbeitsweise beein
trächtigen, so daß ein relatives Feuchtigkeitssignal mit
hoher Linearität erhalten werden kann.
In dem Fall, daß die Vorspannungsschaltung durch
den Impulssignalzug als dessen Stromversorgung be
trieben wird, wird die Vorspannung an den Steueran
schluß nur angelegt, wenn das spannungsgesteuerte Ele
ment mit veränderbarer Impedanz betrieben wird, das
Impulssignal zu differenzieren. Deshalb wird die Vor
spannung nur angelegt, wenn das Anlegen der Vorspan
nung notwendig ist, was wiederum ermöglicht, daß die
Steuerungscharakteristik des spannungsgesteuerten
Elements mit veränderbarer Impedanz verbessert wird.
Da der Spitzenwert des Impulssignalzugs größer als die
Steuerspannung wird, die zu dem Zeitpunkt integriert
wird, wenn mit der Differenzierung begonnen wird,
kann die Vorspannungsschaltung eine Vorspannung an
den Steueranschluß anlegen. Ferner kann der Stromver
brauch der Vorspannungsschaltung ebenfalls verringert
werden.
In dem Fall, daß die Differenzierschaltung mit gesteu
erter Zeitkonstanten ein Element mit nichtlinearer Im
pedanz einschließt, dessen Impedanz durch eine ange
legte Spannung exponential verändert wird, ist das Ele
ment mit nichtlinearer Impedanz mit der Hauptelektro
de in Gegenüberlage zu der Hauptelektrode verbunden,
die mit dem Kondensator verbunden ist, und ein diffe
renziertes Signal von beiden Anschlüssen des span
nungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Impe
danz und des Elements mit nichtlinearer Impedanz aus
gegeben wird, die miteinander in Reihe verbunden sind;
so kann in diesem Fall ein Mangel bei der Impedanz des
herkömmlichen spannungsgesteuerten Elements mit
veränderbarer Impedanz durch das Element mit nichtli
nearer Impedanz beim Korrigierten der Nichtlinearität
des Feuchtigkeitsmeßfühlers ergänzt werden, was wie
derum ermöglicht, ein differenziertes Signal zu erhalten
und daß das differenzierte Signal Änderungen bei der
Impedanz des spannungsgesteuerten Elements mit ver
änderbarer Impedanz und dem Element mit nichtlinea
rer Impedanz folgt und eine Zeitkonstante hat, die sich
exponential ändert. In diesem Fall wird eine Steuerspan
nung verlangt, die gleich einem Wert ist, der durch Ad
dieren eines Spannungsabfalls des Elements mit nichtli
nearer Spannung zu einem Spannungsabfall zwischen
der Steuerelektrode und der Hauptelektrode des span
nungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Impe
danz erhalten wird. Es ist die Vorspannungsschaltung,
die die Steuerspannung ergänzt, die einen zuverlässigen
Betrieb des spannungsgesteuerten Elements mit verän
derbarer Impedanz und des Elements mit nichtlinearer
Impedanz sicherstellt. Das Anlegen der Steuerspannung
verschlechtert das spannungsgesteuerte Element mit
veränderbarer Impedanz und das Element mit nichtli
nearer Impedanz, was wiederum die Linearität des rela
tiven Feuchtigkeitssignals verbessert. Das Anlegen der
Vorspannung durch die Vorspannungsschaltung ermög
licht, daß ein relatives Feuchtigkeitssignal mit hoher Li
nearität nicht nur erhalten wird, indem eine zuverlässige
Arbeitsweise des spannungsgesteuerten Elements mit
veränderbarer Impedanz und des Elements mit nichtli
nearer Impedanz in dem niederen Ausgangsbereich si
chergestellt wird, sondern auch, indem Änderungen ver
hindert werden, die nachteilig die Arbeitsweise beein
flussen.
Bei der Ausführungsform, bei der das spannungsge
steuerte Element mit veränderbarer Impedanz durch
einen Transistor ausgeführt ist, das Element mit nichtli
nearer Impedanz durch eine Diode ausgeführt ist, die
Anode der Diode mit dem Emitter des Transistors ver
bunden ist, der Kondensator mit dem Kollektor des
Transistors verbunden ist, und die Steuerspannung und
die Vorspannung an die Basis des Transistors angelegt
werden, verschlechtert das Anlegen der Steuerspan
nung das spannungsgesteuerte Element mit veränder
barer Impedanz und das Element mit nichtlinearer Im
pedanz, was wiederum ermöglicht, daß die Linearität
des relativen Feuchtigkeitssignals verbessert wird. Als
ein Ergebnis kann ein relatives Feuchtigkeitssignal mit
großer Linearität nicht nur dadurch erhalten werden,
daß eine zuverlässige Arbeitsweise des spannungsge
steuerten Elements mit veränderbarer Impedanz und
des Elements mit nichtlinearer Impedanz in dem niede
ren Ausgangsbereich sichergestellt wird, sondern daß
Änderungen verhindert werden, die die Arbeitsweise
nachteilig beeinträchtigen.
Bei der Ausführungsform, bei der die Differenzier
schaltung mit gesteuerter Zeitkonstanten eine Impe
danzeinstellschaltung enthält und die Impedanzeinstell
schaltung parallel zu dem Element mit nichtlinearer Im
pedanz verbunden ist, kann die Impedanz des Elements
mit nichtlinearer Impedanz fein eingestellt werden.
Bei der Ausführungsform, bei der die Impedanzein
stellschaltung durch einen Kondensator ausgeführt ist,
kann die Impedanz des Elements mit nichtlinearer Im
pedanz fein gemäß der Frequenz des Impulssignals ein
gestellt werden.
Bei der Ausführungsform, bei der die Impedanzein
stellschaltung als ein Widerstand ausgeführt ist, kann die
Impedanz des Elements mit nichtlinearer Impedanz fein
unabhängig von der Frequenz des Impulssignals einge
stellt werden.
Bei der Ausführungsform, bei der die Impedanzein
stellschaltung durch eine Diode ausgeführt ist, kann die
Impedanz des Elements mit nichtlinearer Impedanz auf
einen Wert eingestellt werden, der gleich dem Umge
kehrten einer ganzen Zahl ist.
Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand
von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers, das eine Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 2 ein Diagramm, das eine Kennlinie des Feuchtig
keitsmessers der Erfindung zeigt,
Fig. 3 ein Diagramm, das eine Kennlinie eines her
kömmlichen Feuchtigkeitsmessers zeigt,
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers, der eine andere Ausführungsform der Erfindung
ist,
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers, der eine noch andere Ausführungsform der Erfin
dung ist,
Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers, der eine wiederum andere Ausführungsform der
Erfindung ist,
Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers, der eine noch andere Ausführungsform der Erfin
dung ist,
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers, der eine wiederum andere Ausführungsform der
Erfindung ist,
Fig. 9 ein bestimmtes Schaltungsbild des Feuchtig
keitsmessers der Erfindung,
Fig. 10 an anderes bestimmtes Schaltungsbild des
Feuchtigkeitsmessers der Erfindung, und
Fig. 11 ein wiederum anderes bestimmtes Schaltungs
bild des Feuchtigkeitsmessers der Erfindung.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers der Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszei
chen 1 einen Feuchtigkeitsmeßfühler; 2 eine Impedanz-
Frequenz-Umwandlungsschaltung (nachfolgend als "z-f
Umwandlungsschaltung" bezeichnet); 3 eine Differen
zierschaltung mit gesteuerter Zeitkonstanten; 4 eine
Wellenform-Formungsschaltung; 5 eine Integrierschal
tung; und 6 eine Vorspannungsschaltung.
Der Feuchtigkeitsmeßfühler 1 hat eine Impedanz Zs,
die sich exponential in bezug auf eine relative Feuchtig
keit ändert. Der Feuchtigkeitsmeßfühler 1 gemäß dieser
Ausführungsform ist aus einem hochmolekularen Mate
rial hergestellt und zeigt bei hoher Feuchtigkeit eine
niedere Impedanz und eine hohe Impedanz bei geringer
Feuchtigkeit. Genauer gesagt erstreckt sich die Impe
danz des Feuchtigkeitsmeßfühlers 1 von 104 bis 107 [Ω].
Die z-f Umwandlungsschaltung 2 erzeugt ein Impuls
signal S1, dessen Frequenz der Impedanz Zs des Feuch
tigkeitsmeßfühlers 1 entspricht. Wenn die Impedanz Zs
niedrig ist wird die Frequenz hoch, wohingegen, wenn
die Impedanz Zs hoch ist, die Frequenz niedrig wird.
Die Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkon
stanten 3 enthält einen Kondensator 31 und ein span
nungsgesteuertes Element mit veränderbarer Impedanz
32. Der Kondensator 31 ist in Reihe mit dem spannungs
gesteuertem Element mit veränderbarer Impedanz 32
verbunden. Das spannungsgesteuerte Element 32 mit
veränderbarer Impedanz besteht aus einem Element
mit drei Anschlüssen, das Hauptelektroden 321, 322 und
eine Steuerelektrode 323 aufweist, und dessen Impe
danz Zt sich exponential entsprechend einer Steuer
spannung Vc ändert, die an die Steuerelektrode 323 an
gelegt wird. Die Differenzierschaltung mit gesteuerter
Zeitkonstanten 3 gibt ein differenziertes Signal S2, das
ein Signal ist, das durch Differenzieren des Impulssi
gnals S1 erhalten wird, an beiden Anschlüssen der
Hauptelektroden 321, 322 des spannungsgesteuerten
Elements 32 mit veränderbarer Impedanz aus.
Die Wellenform-Formungsschaltung 4 erhält das dif
ferenzierte Signal S2, und gibt einen Impulssignalzug S3
aus, der durch binäres Kodieren des differenzierten Si
gnals S2 durch eine vorbestimmte Spannung erhalten
wird.
Die Integrierschaltung 5 enthält eine erste Integrier
schaltung 51 und eine zweite Integrierschaltung 52. Die
erste Integrierschaltung 51 integriert den eingegebenen
Impulssignalzug S3 und liefert eine Spannung, die durch
die Integration erhalten wird, an die Steuerelektrode
323 des spannungsgesteuerten Elements 32 mit verän
derbarer Impedanz als die Steuerspannung Vc. Insbe
sondere enthält die erste Integrierschaltung 51 einen
Widerstand 511 und einen Kondensator 512, und die
Anschlußspannung des Kondensators 512 wird auf die
Steuerspannung Vc eingestellt. Die zweite Integrier
schaltung 52 integriert den Impulssignalzug S3 und gibt
eine Spannung, die durch die Integration erhalten wird,
als ein Feuchtigkeitssignal S4 aus. Insbesondere weist
die zweite Integrierschaltung 52 einen Widerstand 521
und einen Kondensator 522 auf. Die Anschlußspannung
des Kondensators 522 dient als das Feuchtigkeitssignal
S4.
Die Vorspannungsschaltung 6 legt eine Vorspannung
an die Steuerelektrode 323 des spannungsgesteuerten
Elements mit veränderbarer Impedanz 32.
Da sich die Impedanz Zs des Feuchtigkeitsmeßfühlers
1 exponential in bezug auf die relative Feuchtigkeit än
dert und die z-f Umwandlungsschaltung 2 das Impulssi
gnal S1 erzeugt, dessen Frequenz der Impedanz Zs des
Feuchtigkeitsmeßfühlers 1 entspricht, wie es oben be
schrieben worden ist, kann das Impulssignal S1, dessen
Frequenz sich in bezug auf die relative Feuchtigkeit
exponential ändert, von der z-f Umwandlungsschaltung
2 erhalten werden.
Die Differenzierschaltung 3 mit gesteuerter Zeitkon
stanten ist so ausgelegt, daß der Kondensator 31 in Rei
he mit dem spannungsgesteuerten Element 32 mit ver
änderbarer Impedanz verbunden ist; das spannungsge
steuerte Element mit veränderbarer Impedanz 32 be
steht aus dem Element mit drei Anschlüssen, das die
Hauptelektroden 321, 322 und die Steuerelektrode 323
aufweist; die Impedanz Zt wird exponential durch die
Steuerspannung Vc geändert, die an die Steuerelektro
de 323 angelegt wird, und das differenzierte Signal S2,
das durch Differenzieren des Impulssignals S1 erhalten
wird, wird an beiden Anschlüssen der Hauptelektroden
321, 322 ausgegeben. Deshalb kann das differenzierte
Signal S2 erhalten werden, das Änderungen bei der Im
pedanz des spannungsgesteuerten Elements mit verän
derbarer Impedanz 32 folgt und dessen Zeitkonstante
sich exponential ändert.
Die Wellenform-Formungsschaltung 4 ist so ausge
legt, daß das differenzierte Signal S2, dessen Zeitkon
stante sich exponential ändert, erhalten wird; und der
Impulssignalzug S3, der derart durch binäres Kodieren
des differenzierten Signals S2 durch eine vorbestimmte
Spannung erhalten wird, wird ausgegeben. Deshalb
kann der Impulssignalzug S3, der eine Impulsweite hat,
die durch logarithmisches Komprimieren der Impuls
weite des Impulssignals S1 in bezug auf die Frequenz
erhalten wird, von der Wellenform-Formungsschaltung
4 erhalten werden.
Die Integrierschaltung 5 ist so ausgelegt, daß die erste
Integrierschaltung 51 den eingegebenen Impulssignal
zug S3 integriert und die Spannung, die durch Integra
tion erhalten worden ist, an die Steuerelektrode 323 des
spannungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Im
pedanz 32 als die Steuerspannung Vc liefert. Wenn des
halb die Impulsweite des Impulssignalzugs S3 erhöht
wird, um die Steuerspannung Vc zu erhöhen, wird die
Impedanz Zt des spannungsgesteuerten Elements mit
veränderbarer Impedanz 32 verringert. Als ein Ergebnis
wird die Impulsweite des Impulssignalzugs S3, der von
der Wellenform-Formungsschaltung 4 erhalten wird,
verringert, wodurch die Steuerspannung Vc an einem
Erhöhen gehindert wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn
die Impulsweite des Impulssignalzugs S3 verringert
wird, um die Steuerspannung Vc zu verringern, die Im
pedanz Zt des spannungsgesteuerten Elements mit ver
änderbarer Impedanz 32 vergrößert. Als ein Ergebnis
wird die Impulsweite des Impulssignalzugs S3, der von
der Wellenform-Formungsschaltung 4 erhalten worden
ist, erhöht, wodurch die Steuerspannung Vc an einer
Verringerung gehindert wird. Das heißt, die erste Inte
grierschaltung 51 verschlechtert die Differenzierschal
tung mit gesteuerter Zeitkonstanten 3, was wiederum
den Impulssignalzug S3 stabilisiert.
Die Integrierschaltung 5 ist auch so ausgelegt, daß die
zweite Integrierschaltung 52 den Impulssignalzug S3 in
tegriert und die Spannung, die durch die Integration
erhalten worden ist, als das Feuchtigkeitssignal S4 aus
gibt. Deshalb kann eine linearisierte Kennlinie zwischen
der relativen Feuchtigkeit und der Ausgangsspannung
erhalten werden.
Da die Vorspannungsschaltung 6 die Vorspannung an
die Steuerelektrode 323 des spannungsgesteuerten Ele
ments mit veränderbarer Impedanz 32 anlegt, stellt die
Vorspannungsschaltung 6 einen zuverlässigen Betrieb
des spannungsgesteuerten Elements mit veränderbarer
Impedanz 32 sicher, selbst wenn die Steuerspannung Vc
niedrig ist. Deshalb kann ein Mangel an der Steuerspan
nung Vc durch die Vorspannung der Vorspannungs
schaltung 6 ergänzt werden, und das spannungsgesteu
erte Element mit veränderbarer Impedanz 32 kann be
trieben werden, damit sich die Impedanz Zt exponential
ändern kann. Als ein Ergebnis kann das differenzierte
Signal S2, dessen Zeitkonstante sich exponential ändert,
an den beiden Anschlüssen der Hauptelektroden 321,
322 des spannungsgesteuerten Elements mit veränder
barer Impedanz 32 erhalten werden. Somit trägt das
differenzierte Signal S2 dazu bei, daß Änderungen bei
dem spannungsgesteuerten Element mit veränderbarer
Impedanz in dem niederen Ausgangsbereich verhindert
werden, die Arbeitsweise nachteilig zu beeinträchtigen,
wodurch das relative Feuchtigkeitssignal S4, das eine
große Linearität aufweist, erhalten werden kann.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie des
Feuchtigkeitsmessers der Erfindung zeigt; und Fig. 3 ist
ein Diagramm, das eine Kennlinie eines herkömmlichen
Feuchtigkeitsmessers zeigt. In den Fig. 2 und 3 zeigt die
Abszisse die relative Feuchtigkeit und die Koordinate
zeigt die Ausgangsspannung eines Feuchtigkeitssignals
an. Ein Transistor wird als das spannungsgesteuerte Ele
ment mit veränderbarer Impedanz 32 verwendet. In
dem Fall der Fig. 2 wird die Vorspannungsschaltung so
betrieben, daß ein Basisstrom von 0,1 bis 1 µA fließt.
Der durchgezogene Kreis stellt einen Transistor dar,
dessen Stromverstärkungsänderungen minimal sind und
zeigt einen Fall an, wo der Widerstand 511 richtig einge
stellt ist; und das durchgezogene Quadrat stellt einen
Transistor dar, dessen Stromverstärkungsänderungen
maximal sind und einen Fall anzeigt, bei dem der Wider
stand 511 richtig eingestellt ist. Der Feuchtigkeitsmesser
der Erfindung zeigt eine beträchtliche Verbesserung bei
der Linearität in dem relativen Feuchtigkeitsbereich
von 50% oder weniger aufgrund der positiven Wirkun
gen, die durch die Vorspannungsschaltung 6 hervorge
rufen werden, wobei die negativen Wirkungen der Än
derungen auch begrenzt sind.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers, der eine andere Ausführungsform der Erfindung
ist. In Fig. 4 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie
jene in Fig. 1 die gleichen Teile und Bauteile.
Die Vorspannungsschaltung 6 wird durch den Impuls
signalzug 53 als deren Stromversorgung betrieben. Die
Vorspannungsschaltung 6 ist bei dieser Ausführungs
form durch einen Feldeffekttransistor 61 und einen Wi
derstand 62 ausgeführt. Gemäß dieser Ausgestaltung
legt die Vorspannungsschaltung 6 eine Vorspannung an
den Steueranschluß 323 nur dann an, wenn das span
nungsgesteuerte Element mit veränderbarer Impedanz
32 betrieben wird, das Impulssignal S1 zu differenzieren.
Als ein Ergebnis wird die Vorspannung nur angelegt,
wenn die Anwendung einer Vorspannung notwendig ist,
was wiederum dazu beiträgt, die Steuereigenschaften
des spannungsgesteuerten Elements mit veränderbarer
Impedanz 32 zu verbessern. Da der Spitzenwert des
Impulssignalzugs S3 größer als die integrierte Steuer
spannung Vc ist, kann die Vorspannungsschaltung 6 die
Vorspannung zuverlässig an den Steueranschluß 323 an
legen. Ferner kann die Stromversorgung der Vorspan
nungsschaltung 6 ebenfalls verringert werden.
Die Fig. 5 bis 7 sind Blockdiagramme von Feuchtig
keitsmessern, die andere Ausführungsformen der Erfin
dung sind. In den Fig. 5 bis 7 bezeichnen die gleichen
Bezugszeichen wie jene in den Fig. 1 und 4 die gleichen
Teile und Bauelemente.
Die Ausführungsformen, die in den Fig. 5 bis 7 ge
zeigt sind, sind so ausgelegt, daß sie durch eine Gleich
stromversorgung Vin betrieben werden. Die Vorspan
nungsschaltung 6 der Fig. 5 ist dadurch gekennzeichnet,
daß sie durch einen Kondensator 63 die Gleichstrom
versorgung Vin glättet und bewirkt, daß der Feldeffekt
transistor 61 und der Widerstand 62 eine Vorspannung
von der Gleichstromversorgung Vin erhalten. Die Vor
spannungsschaltung 6 der Fig. 6 ist dadurch gekenn
zeichnet, daß sie durch eine Spannungsteilerschaltung,
die aus einem Widerstand 64 und einem Widerstand 65
besteht, bewirkt, daß die Gleichstromversorgung Vin
unterteilt wird und ein Strom, der der unterteilten Span
nung des Widerstands 65 entspricht, dem Steueran
schluß 323 zugeführt wird. Die unterteilte Spannung des
Widerstands 65 wird auf einen kleineren Wert als die
maximale Steuerspannung Vc und einen größeren Wert
als die minimale Steuerspannung Vc eingestellt. Eine
Diode 66 sperrt den Rückstrom von einem Kondensator
512 zu dem Widerstand 65, um zu verhindern, daß die
Steuerspannung Vc abfällt. Die Vorspannungsschaltung
6 der Fig. 7 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei ihr die
Diode 66 der Fig. 6 durch einen Widerstand 67 ersetzt
ist, der einen hohen Widerstandswert hat.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmes
sers, das eine wiederum andere Ausführungsform der
Erfindung ist. In Fig. 8 bezeichnen die gleichen Bezugs
zeichen wie jene in Fig. 1 die gleichen Teile und Bauele
mente.
Die Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkon
stanten 3 enthält ein Element mit nichtlinearer Impe
danz 33, dessen Impedanz Zd exponential durch eine
angelegte Spannung geändert wird. Ein Anschluß des
Elements mit nichtlinearer Impedanz 33 ist mit der
Hauptelektrode 323 verbunden, die der Hauptelektrode
321 entgegengesetzt ist, mit der der Kondensator 31
verbunden ist und dessen anderer Anschluß auf Masse
liegt. Die Differenzierschaltung 3 mit gesteuerter Zeit
konstanten gibt das differenzierte Signal S2 an beiden
Anschlüssen des spannungsgesteuerten Elements mit
veränderbarer Impedanz 32 und dem Element mit nicht
linearer Impedanz 33 aus, die in Reihe miteinander ver
bunden sind.
Bei dieser Ausführungsform kann ein Mangel bei der
Impedanz Zt des herkömmlichen, spannungsgesteuer
ten Elements mit veränderbarer Impedanz 32 durch die
Impedanz Zd des Elements mit nichtlinearer Impedanz
33 zum Korrigieren der Nichtlinearität des Flüssigkeits
sensors 1 ergänzt werden, was wiederum erlaubt, daß
das differenzierte Signal S2 erhalten wird, wobei das
differenzierte Signal Anderungen bei der Impedanz des
spannungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Im
pedanz 32 und des Elements mit nichtlinearer Impedanz
33 folgt und wobei deren Zeitkonstante exponential ge
ändert wird. In diesem Fall wird eine Steuerspannung
Vc verlangt, die gleich einem Wert ist, der durch Addie
ren eines Spannungsabfalls des Elements mit nichtlinea
rer Impedanz 33 zu einem Spannungsabfall zwischen
der Steuerelektrode 323 und der Hauptelektrode 322
des spannungsgesteuerten Elements mit veränderbarer
Impedanz 32 erhalten wird. Es ist gerade die Vorspan
nungsschaltung 6, die die Steuerspannung Vc ergänzt,
die einen zuverlässigen Betrieb des spannungsgesteuer
ten Elements mit veränderbarer Impedanz 32 und des
Elements mit nichtlinearer Impedanz 33 sicherstellt.
Deshalb verschlechtert das Anlegen der Steuerspan
nung Vc das spannungsgesteuerte Element mit verän
derbarer Impedanz 32 und das Element mit nichtlinea
rer Impedanz 33, was wiederum die Linearität des relati
ven Feuchtigkeitssignals S4 verbessert. Das Anlegen
der Vorspannung durch die Vorspannungsschaltung 6
stellt nicht nur einen zuverlässigen Betrieb des span
nungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Impe
danz 32 und des Elements mit nichtlinearer Impedanz 33
in dem niederen Ausgangsbereich sicher, sondern ver
hindert auch, daß Änderungen den Betrieb nachteilig
beeinträchtigen, was wiederum erlaubt, ein relatives
Feuchtigkeitssignal S4 mit großer Linearität zu erhal
ten.
Das Element mit nichtlinearer Impedanz 33, das die
Impedanz des spannungsgesteuerten Elements mit ver
änderbarer Impedanz 32 über den gesamten Feuchtig
keitsbereich ergänzt, kann nicht nur die Kennlinie zwi
schen der relativen Feuchtigkeit und der Ausgangsspan
nung in dem niederen Ausgangsbereich linearisieren,
sondern auch die Kennlinie zwischen der relativen
Feuchtigkeit und der Ausgangsspannung in dem hohen
Ausgangsbereich.
Da das Element mit nichtlinearer Impedanz 33 in Rei
he mit dem spannungsgesteuerten Element mit verän
derbarer Impedanz 32 verbunden ist, kann eine große
künstliche Impedanz erhalten werden. Als ein Ergebnis
kann ein Leckstrom wegen der Temperatur des span
nungsgesteuerten Elements mit veränderbarer Impe
danz 32 gesteuert werden, und die Wirkungen der Tem
peratur auf die Kennlinie zwischen der relativen Feuch
tigkeit und der Ausgangsspannung kann verringert wer
den.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Diffe
renzierschaltung 3 mit gesteuerter Zeitkonstanten ist
das spannungsgesteuerte Element mit veränderbarer
Impedanz 32 durch einen Transistor 320 ausgeführt und
das Element mit nichtlinearer Impedanz 33 ist durch
eine Diode 331 ausgeführt. Der Transistor 320 ist derart,
daß der Kollektor als die Hauptelektrode 321 dient; der
Emitter dient als die Hauptelektrode 322; und die Basis
dient als die Steuerelektrode 323. Die Anode der Diode
331 ist mit dem Emitter des Transistors 320 verbunden,
und der Kondensator 31 ist mit dem Kollektor des Tran
sistors 320 verbunden. Die Steuerspannung Vc wird der
Basis des Transistors 320 zugeführt. Eine Siliciumdiode,
eine Schottky-Sperrdiode oder ähnliches kann als die
Diode 331 verwendet werden.
Da die Beziehung zwischen der Basisspannung und
dem Emitterstrom des Transistors 320 bei dieser Aus
führungsform exponential ist, ändert sich die Impedanz
Zt des Transistors 320 beim Betrieb auch exponential
gemäß der Steuerspannung Vc, die der Basis zugeführt
wird. Da die Beziehung zwischen der Vorwärtsspan
nung und dem Vorwärtsstrom der Diode 331 exponenti
al ist, ändert sich auch die Impedanz Zd der Diode 331
beim Betrieb exponential. Als ein Ergebnis verschlech
tert das Anlegen der Steuerspannung Vc den Transistor
320 und die Diode 331, wodurch die Linearität des relati
ven Feuchtigkeitssignals S4 verbessert wird. Das Anle
gen der Vorspannung durch die Vorspannungsschaltung
6 stellt nicht nur einen zuverlässigen Betrieb des Transi
stors 320 und der Diode 331 in dem niederen Ausgangs
bereich sicher, sondern verhindert auch, daß Änderun
gen den Betrieb nachteilig beeinflussen, was wiederum
erlaubt, ein relatives Feuchtigkeitssignal S4, das eine
große Linearität aufweist, zu erhalten.
Die Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkon
stanten 3 enthält eine Impedanzeinstellschaltung 34. Die
Impedanzeinstellschaltung 34 ist parallel zu dem Ele
ment mit nichtlinearer Impedanz 32 geschaltet. Bei die
ser Ausführungsform verringert die Impedanzeinstell
schaltung 34 die künstliche Impedanz, wenn die Impe
danz Zt auf einen zu großen Wert durch das Element
mit nichtlinearer Impedanz 33 korrigiert wird, was wie
derum ermöglicht, daß die Impedanz Zd des Elements
mit nichtlinearer Impedanz 33 fein eingestellt werden
kann.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Impedanzein
stellschaltung 34 durch einen Kondensator ausgeführt
ist, kann die Impedanz Zd des Elements mit nichtlinea
rer Impedanz 33 fein gemäß der Frequenz des Impulssi
gnals S2 eingestellt werden.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Impedanzein
stellschaltung 34 durch einen Widerstand (nicht gezeigt)
ausgeführt ist, kann die Impedanz Zd des Elements mit
nichtlinearer Impedanz 33 unabhängig von der Fre
quenz des Impulssignals S2 fein eingestellt werden.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Impedanzein
stellschaltung 34 durch eine Diode ausgeführt ist (nicht
gezeigt), kann die Impedanz Zd des Elements mit nicht
linearer Impedanz 33 auf einen Wert eingestellt werden,
der gleich dem umgekehrten einer ganzen Zahl ist.
Fig. 9 ist ein bestimmtes Schaltungsdiagramm des
Feuchtigkeitsmessers der Erfindung. Dieses Schaltungs
diagramm entspricht der Ausführungsform, dies in
Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 9 bezeichnen die gleichen Be
zugszeichen wie jene in den Fig. 1 und 4 die gleichen
Teile und Bauelemente.
Die z-f Umwandlungsschaltung 2 hat eine Schmitt-
Auslöseschaltung 21, einen Puffer 22, einen Widerstand
23, einen Widerstand 24, einen Thermistor 25, einen
Kondensator 26 und einen Kondensator 27. Der Feuch
tigkeitsmeßfühler 1, der Thermistor 25 und der Konden
sator 26 sind miteinander in Reihe verbunden; ein Ende
des Feuchtigkeitsfühlers 1 ist mit der Eingangsklemme
der Schmitt-Auslöseschaltung 21 verbunden; und ein
Ende des Kondensators 26 ist mit der Ausgangsklemme
des Kondensators 22 verbunden. Die Schmitt-Auslöse
schaltung 21 und der Puffer 22 sind als integrierte Schal
tungen ausgeführt, wie als CMOS und TTL. Der Ther
mistor 25 gleicht Änderungen aufgrund von Tempera
turänderungen bei der Impedanz Zs des Feuchtigkeits
fühlers 1 aus. Der Kondensator 26 sperrt den Gleich
stromfluß. Der Puffer 22 verringert die Ausgangsimpe
danz der Schmitt-Auslöseschaltung 21 und formt die
Wellenformen. Der Widerstand 23 ist in Reihe mit dem
Widerstand 24 verbunden, wobei beide Enden dieser
Reihenschaltung mit der Eingangsklemme der Schmitt-
Auslöseschaltung 21 bzw. dem Ausgangsanschluß des
Puffers 22 verbunden sind. Ein Ende des Kondensators
27 ist mit der Eingangsklemme der Schmitt-Auslöse
schaltung 21 verbunden. Als ein Ergebnis dieser Ausge
staltung schwingt die z-f Umwandlungsschaltung durch
die Beziehung zwischen den Impedanzen des Feuchtig
keitsmeßfühlers 1, des Widerstands 23, des Widerstands
24, des Thermistors 25 und des Kondensators 26 und der
Impedanz des Kondensators 27 und gibt das Impulssi
gnal S1 aus, dessen Frequenz in Übereinstimmung mit
Anderungen bei der Impedanz des Feuchtigkeitsmeß
fühlers 1 ist.
Die Wellenform-Formungsschaltung 4 ist durch einen
Puffer 41 ausgeführt. Eine integrierte Schaltung, wie
eine CMOS oder eine TTL wird als der Puffer 41 ver
wendet. Der Puffer 41 kodiert das differenzierte Signal
S2 binär mit einem Schwellenpegel als eine vorbe
stimmte Spannung und gibt den Impulssignalzug S3 aus.
Fig. 10 ist ein anderes bestimmtes Schaltungsdia
gramm eines Feuchtigkeitsmessers der Erfindung. In
Fig. 10 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in
Fig. 9 die gleichen Teile und Bauelemente. Ein Ende
eines Kondensators 28 ist mit einem Knoten zwischen
dem Widerstand 23 und dem Widerstand 24 verbunden,
die in Reihe miteinander verbunden sind, und sein ande
res Ende liegt auf Masse. Gemäß dieser Ausgestaltung
wird die Wechselstromkomponente, die in einem Im
pulssignal enthalten ist, durch den Kondensator 28 um
gangen, so daß die Impedanz an beiden Enden der Rei
henschaltung, die durch den Widerstand 23 und den Wi
derstand 24 gebildet ist, auf hohen Werten beibehalten
werden kann. Dies verhindert, daß die künstliche Impe
danz der Reihenschaltung, die aus dem Widerstand 23
und dem Widerstand 24 gebildet ist, die parallel zu dem
Feuchtigkeitsmeßfühler 1 verbunden sind, abnimmt,
was wiederum ermöglicht, daß die z-f Umwandlungs
schaltung 2 eine Änderung bei der Impedanz des Feuch
tigkeitsmeßfühlers 1 wirksam in ein Impulssignal S1 um
wandelt.
Fig. 11 ist ein noch anderes, besonderes Schaltungs
diagramm eines Feuchtigkeitsmessers der Erfindung.
Das Schaltungsdiagramm, das in Fig. 11 gezeigt ist, ent
spricht der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform. In
Fig. 11 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie jene
in den Fig. 4, 8 und 10 die gleichen Teile und Bauelemen
te.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann die
Erfindung die folgenden Vorteile liefern.
Ein Feuchtigkeitsmesser kann ein linearisiertes
Feuchtigkeitssignal ausgeben.
Ein Feuchtigkeitsmesser kann ein Feuchtigkeitssignal
ausgeben, das eine hohe Linearität aufweist, nicht nur
dadurch, daß ein zuverlässiger Betrieb des spannungs
gesteuerten Elements mit veränderbarer Impedanz in
dem niederen Ausgangsbereich sichergestellt wird, son
dern auch dadurch, daß Änderungen daran gehindert
werden, nachteilig die Arbeitsweise zu beeinflussen.
Ein Feuchtigkeitsmesser kann ein Feuchtigkeitssignal
ausgeben, das eine hohe Linearität in dem niederen Aus
gangsbereich aufweist, indem eine inadäquate Lineari
tät des spannungsgesteuerten Elements mit veränderba
rer Impedanz korrigiert wird.
Claims (11)
1. Feuchtigkeitsmesser mit
einem Feuchtigkeitsmeßfühler (1), der eine Impedanz aufweist, die sich exponential in bezug auf die relative Feuchtigkeit ändert,
einer Impedanz-Frequenz-Umwandlungsschaltung (2), um ein Impulssignal S1 zu erzeugen, dessen Frequenz der Impe danz des Feuchtigkeitsfühlers entspricht,
einer Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkonstan ten (3), die einen Kondensator (31) und ein spannungs gesteuertes Element mit veränderbarer Impedanz (32) aufweist, die in Reihe miteinander verbunden sind, wo bei das spannungsgesteuerte Element mit veränderbarer Impedanz (32) ein Element mit drei Anschlüssen ein schließt, das Hauptelektroden (321, 322) und eine Steu erelektrode (323) aufweist, wobei sich die Impedanz (Zt) des spannungsgesteuerten Elements mit veränderba rer Impedanz (32) exponential gemäß einer Spannung än dert, die an die Steuerelektrode (323) angelegt wird, wobei ein differenziertes Signal S2, das durch Diffe renzieren des Impulssignals S1 erhalten wird, an den beiden Anschlüssen der Hauptelektroden (321, 322) aus gegeben wird,
einer Wellenform-Formungsschaltung (4), die mit dem Aus gang der Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkon stanten (3) verbunden ist, um ein Impulssignal S3 zu erzeugen, wenn das differenzierte Signal S2 einen vor bestimmten Schwellenpegel überschreitet,
einer Integrationseinrichtung (5), die eine erste Inte grierschaltung (51) aufweist, die mit dem Ausgang der Wellenform-Formungsschaltung (4) verbunden ist, um den eingegebenen Impulssignalzug S3 zu integrieren und eine Spannung, die durch die Integration erhalten wird, an die Steuerelektrode (323) des spannungsgesteuerten Ele ments mit veränderbarer Impedanz (32) zu liefern, und eine zweite Integrierschaltung (52) aufweist, die mit dem Ausgang der Wellenform-Formungsschaltung (4) ver bunden ist, um den Impulssignalzug S3 zu integrieren und eine Spannung, die durch die Integration erhalten wird, als ein Feuchtigkeitssignal S4 auszugeben, und
einer Vorspannungsschaltung (6), um eine Vorspannung an die Steuerelektrode (323) anzulegen.
einem Feuchtigkeitsmeßfühler (1), der eine Impedanz aufweist, die sich exponential in bezug auf die relative Feuchtigkeit ändert,
einer Impedanz-Frequenz-Umwandlungsschaltung (2), um ein Impulssignal S1 zu erzeugen, dessen Frequenz der Impe danz des Feuchtigkeitsfühlers entspricht,
einer Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkonstan ten (3), die einen Kondensator (31) und ein spannungs gesteuertes Element mit veränderbarer Impedanz (32) aufweist, die in Reihe miteinander verbunden sind, wo bei das spannungsgesteuerte Element mit veränderbarer Impedanz (32) ein Element mit drei Anschlüssen ein schließt, das Hauptelektroden (321, 322) und eine Steu erelektrode (323) aufweist, wobei sich die Impedanz (Zt) des spannungsgesteuerten Elements mit veränderba rer Impedanz (32) exponential gemäß einer Spannung än dert, die an die Steuerelektrode (323) angelegt wird, wobei ein differenziertes Signal S2, das durch Diffe renzieren des Impulssignals S1 erhalten wird, an den beiden Anschlüssen der Hauptelektroden (321, 322) aus gegeben wird,
einer Wellenform-Formungsschaltung (4), die mit dem Aus gang der Differenzierschaltung mit gesteuerter Zeitkon stanten (3) verbunden ist, um ein Impulssignal S3 zu erzeugen, wenn das differenzierte Signal S2 einen vor bestimmten Schwellenpegel überschreitet,
einer Integrationseinrichtung (5), die eine erste Inte grierschaltung (51) aufweist, die mit dem Ausgang der Wellenform-Formungsschaltung (4) verbunden ist, um den eingegebenen Impulssignalzug S3 zu integrieren und eine Spannung, die durch die Integration erhalten wird, an die Steuerelektrode (323) des spannungsgesteuerten Ele ments mit veränderbarer Impedanz (32) zu liefern, und eine zweite Integrierschaltung (52) aufweist, die mit dem Ausgang der Wellenform-Formungsschaltung (4) ver bunden ist, um den Impulssignalzug S3 zu integrieren und eine Spannung, die durch die Integration erhalten wird, als ein Feuchtigkeitssignal S4 auszugeben, und
einer Vorspannungsschaltung (6), um eine Vorspannung an die Steuerelektrode (323) anzulegen.
2. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung
(6) durch den Impulssignalzug S3 als dessen Strom
versorgung betrieben wird.
3. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungs
schaltung (6) einen Feldeffekttransistor (61) und ei
ne Widerstand (62) umfaßt, die zwischen dem Aus
gang der Wellenform-Formungsschaltung (4) und
der Steuerelektrode (323) des spannungsgesteuer
ten Elements mit veränderbarer Impedanz (32) an
geordnet sind.
4. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung
(6) einen Glättungskondensator (63), einen Feldef
fekttransistor (61) und einen Widerstand (62) um
faßt, wobei die Vorspannungsschaltung (6) eine
Gleichspannung von einer äußeren Gleichspan
nungsquelle erhält.
5. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung
(6) eine Spannungsteilerschaltung enthält, die zwei
Widerstände einschließt, um eine Gleichspannung
von einer äußeren Gleichspannungsquelle zu un
terteilen.
6. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung
(6) ferner eine Diode oder einen Widerstand um
faßt, um einen Rückstrom von der ersten Integrier
schaltung (51) zu sperren.
7. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Differenzierschaltung (4)
mit gesteuerter Zeitkonstanten ein Element (33)
mit nichtlinearer Impedanz enthält, das zwei An
schlüsse hat, dessen Impedanz sich exponential
durch eine angelegte Spannung (Vc) ändert, wobei
das Element (33) mit nichtlinearer Impedanz mit
der Hauptelektrode verbunden ist, die der Haupt
elektrode gegenüberliegt, mit der der Kondensator
(31) verbunden ist, und daß das differenzierte Si
gnal von beiden Anschlüssen des spannungsgesteu
erten Elements (32) mit veränderbarer Impedanz
und dem Element (33) mit nichtlinearer Impedanz
ausgeben wird, die in Reihe miteinander verbunden
sind.
8. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Differenzierschaltung mit
gesteuerter Zeitkonstanten (3) eine Impedanzein
stellschaltung (34) aufweist und die Impedanzein
stellschaltung (34) parallel zu dem Element (33) mit
nichtlinearer Impedanz verbunden ist.
9. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Impedanzeinstellschaltung
(34) einen Kondensator einschließt.
10. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 7, da
durch gekennzeichnet, daß das spannungsgesteuer
te Element mit veränderbarer Impedanz (32) durch
einen Transistor (320) ausgeführt ist, das Element
mit nichtlinearer Impedanz (33) durch eine Diode
(311) ausgeführt ist, die Anode der Diode (311) mit
dem Emitter des Transistors (320) verbunden ist,
der Kondensator (31) mit dem Kollektor des Tran
sistors (320) verbunden ist und die Steuerspannung
(Vc) und die Vorspannung an die Basis des Transi
stors (320) angelegt werden.
11. Feuchtigkeitsmesser gemäß Anspruch 10, da
durch gekennzeichnet, daß die Impedanzeinstell
schaltung (34) einen Kondensator einschließt, der
parallel zu dem Element mit nichtlinearer Impe
danz (33) verbunden ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6020628A JP2613358B2 (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 湿度センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19505054A1 DE19505054A1 (de) | 1995-09-14 |
DE19505054C2 true DE19505054C2 (de) | 1999-05-27 |
Family
ID=12032509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19505054A Expired - Fee Related DE19505054C2 (de) | 1994-02-17 | 1995-02-15 | Feuchtigkeitsmeßfühler |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5515723A (de) |
JP (1) | JP2613358B2 (de) |
DE (1) | DE19505054C2 (de) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1255975A (zh) | 1998-01-23 | 2000-06-07 | 住友金属工业株式会社 | 阻抗-电压转换器 |
WO1999040447A1 (en) | 1998-02-05 | 1999-08-12 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Impedance-to-voltage converter and converting method |
TW526327B (en) * | 1998-02-19 | 2003-04-01 | Sumitomo Metal Ind | Detection apparatus and method of physical variable |
US6828806B1 (en) | 1999-07-22 | 2004-12-07 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Electrostatic capacitance sensor, electrostatic capacitance sensor component, object mounting body and object mounting apparatus |
TW546480B (en) | 2000-03-07 | 2003-08-11 | Sumitomo Metal Ind | Circuit, apparatus and method for inspecting impedance |
US6868350B2 (en) * | 2003-04-11 | 2005-03-15 | Therm-O-Disc, Incorporated | Method and apparatus for the detection of the response of a sensing device |
DE102005023184A1 (de) * | 2005-05-19 | 2006-11-23 | Robert Bosch Gmbh | Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Gassensor-Arrays |
EP3054433B1 (de) * | 2015-02-06 | 2018-08-29 | Nokia Technologies OY | Vorrichtung zur detektion von feuchtigkeit |
WO2019244475A1 (ja) * | 2018-06-21 | 2019-12-26 | フィガロ技研株式会社 | ガス検出装置とガス検出方法 |
EP4189656A4 (de) * | 2020-07-30 | 2024-07-24 | 3M Innovative Properties Company | System und verfahren für persönliche schutzausrüstung |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5065625A (en) * | 1989-05-12 | 1991-11-19 | Tdk Corporation | Humidity meter |
US5317274A (en) * | 1991-12-13 | 1994-05-31 | Tdk Corporation | Humidity meter |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5529774A (en) * | 1978-08-24 | 1980-03-03 | Shinei Kk | Relative humidity detector |
US4801211A (en) * | 1985-10-12 | 1989-01-31 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Humidity and dew point detector |
JPH0592706U (ja) * | 1992-05-19 | 1993-12-17 | ティーディーケイ株式会社 | 湿度検出装置 |
-
1994
- 1994-02-17 JP JP6020628A patent/JP2613358B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-02-03 US US08/383,314 patent/US5515723A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-02-15 DE DE19505054A patent/DE19505054C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5065625A (en) * | 1989-05-12 | 1991-11-19 | Tdk Corporation | Humidity meter |
US5317274A (en) * | 1991-12-13 | 1994-05-31 | Tdk Corporation | Humidity meter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19505054A1 (de) | 1995-09-14 |
JP2613358B2 (ja) | 1997-05-28 |
US5515723A (en) | 1996-05-14 |
JPH07229866A (ja) | 1995-08-29 |
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