DE19851506C1 - Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren - Google Patents
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Abstract
Dargestellt und beschrieben ist ein Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren, insbesondere für Drucksensoren, unter Einsatz eines Referenzkondensators, eines Meßkondensators mit einer von einer zu erfassenden physikalischen Meßgröße beeinflußbaren Meßkapazität und eines periodischen, im wesentlichen symmetrischen Eingangssignals U¶0¶, wobei in einem Integrationszweig mittels des Referenzkondensators durch Integration des Eingangssignals U¶0¶ ein Zwischensignal U¶1¶ erzeugt wird und eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R¶2¶ und dem Meßkondensator vorgesehen ist. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Auswerteverfahren ist im Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal U¶0¶ zusätzlich dem widerstandsseitigen Ende der Reihenschaltung und das Zwischensignal U¶1¶ dem kondensatorseitigen Ende der Reihenschaltung zugeführt wird und daß das Potential am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R¶2¶ und dem Meßkondensator als Meßsignal U¶2¶ verwendet wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren, insbesondere
für Drucksensoren, unter Einsatz eines Referenzkondensators, eines Meßkondensa
tors mit einer von einer zu erfassenden physikalischen Meßgröße beeinflußbaren
Meßkapazität und eines periodischen, im wesentlichen symmetrischen Eingangssig
nals U0, wobei in einem Integrationszweig mittels des Referenzkondensators oder des
Meßkondensators durch Integration des Eingangssignals U0 ein Zwischensignal U1
erzeugt wird und eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und dem Meßkonden
sator oder dem Referenzkondensator vorgesehen ist.
Es sind verschiedene Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren bekannt. Dabei
geht es immer darum, den Kapazitätswert oder eine Kapazitätsänderung eines kapa
zitiven Bauelementes qualitativ oder quantitativ zu erfassen. Meistens handelt es sich
bei dem kapazitiven Bauelement um einen Kondensator oder um die Elektrode eines
kapazitiven Näherungsschalter. Häufig wird dabei ein zweites kapazitives Bauele
ment verwendet, dessen Kapazitätswert dann als Referenzgröße zur Auswertung mit
herangezogen wird. Nachfolgend wird statt von einem kapazitiven Bauelement im
mer vom einem Kondensator gesprochen, ohne daß damit eine Einschränkung auf
einen Kondensator im engeren Sinne verbunden ist. Insbesondere wird im Rahmen
der Erfindung unter Kondenstor auch die Elektrode eines kapazitiven Näherungs
schalters verstanden.
Bei bekannten Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren, wie sie beispielsweise in
der DE 30 07 426 A1 beschrieben werden, wird der gesuchte Kapazitätswert bei
spielsweise über eine Brückenschaltung bestimmt oder als frequenzbestimmendes
Element in einer Oszillatorschaltung eingesetzt. Bei einem anderen Auswerteverfah
ren, wie es aus der DE 44 23 907 A1 und der DE 44 35 877 A1 bekannt ist, wird der
Ladungstransport beim Auf- oder Entladen eines Kondensators gemessen und so der
Kapazitätswerts bzw. die Kapazitätsänderung im Vergleich zu einem Referenzkon
densator bestimmt. Die bekannten Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren wei
sen typenspezifisch unterschiedliche Vor- und Nachteile auf.
Bei dem aus der DE 44 35 877 A1 bekannten Auswerteverfahren werden der Refe
renzkondensator und der Meßkondensator mittels einer gemeinsamen Stromquelle
gleichzeitig be- und entladen, wobei der erzeugte Strom ein Vielfaches des tatsächli
chen Ladestroms beträgt. Dies ist notwendig, um den Einfluß der kapazitiven Kriech
ströme und Kapazitäten in der Gesamtschaltung möglichst klein zu halten. Erst unmit
telbar vor den Kondensatoren wird der für die Ladung tatsächlich benötigte Lade
strom mittels eines Stromteilers abgezweigt. Das Generieren des Vielfachen des Lade
stroms zusammen mit dem Strombedarf der getakteten Stromquelle selbst und dem ei
ner notwendigen Linearisierungsmaßnahme schließt eine störsichere Anwendung in
einem Zweileitertransmitter für 4 bis 20 mA nahezu aus.
Aus der DE 42 26 137 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Auswertung des Signals
eines kapazitiven Meßwertfühlers bekannt, bei der das Signal des kapazitiven Meß
wertfühlers die Impulslänge eines Monoflops bestimmt. Die durch das Monoflop
gebildeten Impulse werden integriert und als Meßsignal dem einen Eingang eines
Verstärker- und Offsetsubtraktions-Schaltkreises zugeführt. Diese bekannte Schal
tungsanordnung ist dadurch relativ aufwendig, weil zum einen der Verstärker- und
Offsetsubtraktions-Schaltkreis die Funktion eines sonst üblichen Refernzkondensa
tors übernimmt, zum anderen zusätzlich ein einstellbarer Multivibrator zur Triggerung
des Monoflops benötigt wird.
Bei dem Auswerteverfahren, von dem die Erfindung ausgeht (DE 197 08 330 C1),
wird mittels des Referenzkondensators oder des Meßkondensators durch Integration
des Eingangssignals U0 ein Zwischensignal U1 und mittels des Meßkondensators
oder des Referenzkondensators durch Differentiation des Zwischensignals U1 das
Meßsignal U2 erzeugt. Dieses Auswerteverfahren ermöglicht zwar die Anwendung in
einem Zweileitertransmitter für 4 bis 20 mA, nachteilig ist bei diesem Verfahren jedoch
die Reihenschaltung zweier aktiver Stufen mit gegensätzlicher Aufgabe (Integrieren-
Differenzieren). Darüber hinaus ist nachteilig, daß mit dem Eingangssignal U0 und
dem Meßsignal U2 zwei Signale mit relativ hoher Amplitude und nur relativ geringem
Amplitudenunterschied für die anschließende Auswertung zur Verfügung stehen.
Somit bewirken bereits relativ kleine Abweichungen einer oder beider Amplituden
relativ starke Meßgrößenabweichungen, wobei die Abweichungen der Amplituden
beispielsweise durch Temperatur- oder EMV-Einflüsse hervorgerufen werden kön
nen.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein Auswerteverfahren für kapa
zitive Sensoren anzugeben, bei dem die Temperaturstabilität und die elektromagneti
sche Verträglichkeit (EMV) deutlich erhöht ist, das trotzdem jedoch nur einen sehr
geringen Strombedarf aufweist.
Das erfindungsgemäße Auswerteverfahren, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe
gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal zusätzlich dem wider
standsseitigen Ende der Reihenschaltung und das Zwischensignal dem kondensator
seitigen Ende der Reihenschaltung zugeführt wird und daß das Potential am Verbin
dungspunkt zwischen dem Widerstand und dem Meßkondensator bzw. dem Refe
renzkondensator als Meßsignal verwendet wird.
Aus dem, was eingangs ausgeführt worden ist, ergibt sich, daß das in Rede stehende
Auswerteverfahren eine Schaltungsanordnung voraussetzt, die einerseits einen Inte
grationszweig und andererseits eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R2 und
dem Meßkondensator oder dem Referenzkondensator aufweist. Dazu korrespondiert,
daß das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch gekennzeichnet ist, daß das Po
tential am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R2 und dem Meßkondensa
tor oder Referenzkondensator als Meßsignal U2 verwendet wird. Liegt eine Schal
tungsanordnung vor, bei der die Reihenschaltung aus einem Widerstand R2 und dem
Meßkondensator besteht, so wird das Potential am Verbindungspunkt zwischen dem
Widerstand R2 und dem Meßkondensator als Meßsignal U2 verwendet. Liegt jedoch
eine Schaltungsanordnung vor, bei der die Reihenschaltung aus einem Widerstand
R2 und dem Referenzkondensator besteht, so wird das Potential am Verbindungs
punkt zwischen dem Widerstand R2 und dem Referenzkondensator als Meßsignal U2
verwendet.
Für die Schaltungsanordnung, die dem Auswerteverfahren zugrundeliegt, von dem
die Erfindung ausgeht (DE 197 08 330 C1), gilt, daß zwei aktive Stufen vorgesehen
sind, nämlich der Integrationszweig und ein Differentiationszweig; sowohl der Inte
grationszweig als auch der Differentiationszweig weisen einen Operationsverstärker
auf (vgl. die Fig. 1 und 2 in der DE 197 08 330 C1). Demgegenüber genügt für das er
findungsgemäße Verfahren eine Schaltungsanordnung, die nur eine aktive Stufe auf
weist, nämlich den Integrationszweig. Statt der bei dem bekannten Verfahren vorge
sehenen zweiten aktiven Stufe, Differentiationszweig mit Operationsverstärker, ist
eine einfache Reihenschaltung aus einem Widerstand R2 und dem Meßkondensator
oder Referenzkondensator vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert
folglich weniger Bauteile, und der Strombedarf und die Temperaturempfindlichkeit
sind verringert.
Bei dem erfindungsgemäßen Auswerteverfahren wird vorzugsweise das Eingangssig
nal U0 in Form einer Rechteckspannung hochohmig dem Referenzkondensator oder
dem Meßkondensator zugeführt und das Meßsignal U2 hochohmig abgetastet und
anschließend verstärkt. Der Integrationszweig besteht dabei vorzugsweise aus einem
dem Referenzkondensator bzw. dem Meßkondensator vorgeschalteten Widerstand
R1 und einem dem Referenzkondensator bzw. dem Meßkondensator parallelgeschal
teten Operationsverstärker. Die rechteckförmige Eingangsspannung U0 wird somit
auf dem Wege der Integration in eine Dreieckspannung umgewandelt, gemäß der
Gleichung
wobei C1 die zur Integration notwendige Kapazität darstellt, d. h. die Kapazität des
Referenzkondensators oder des Meßkondensators.
Vorteilhafterweise wird das Meßsignal U2 einem Regelglied zugeführt, wobei das Re
gelglied durch Einspeisung eines Zusatzstromes I3 das Meßsignal U2 auf Null regelt
und dann das Ausgangssignal U4 des Regelgliedes als Meßsignal verwendet wird. Al
ternativ oder zusätzlich zum Ausgangssignal U4 des Regelgliedes kann auch der Zu
satzstrom I3 als Meßsignal verwendet werden.
Gemäß einer weitere vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die hier noch er
wähnt werden soll, wird der Anfang und das Ende eines Pulses, d. h. die Frequenz,
des Eingangssignals U0, durch das Erreichen eines bestimmten Spannungspegels des
Zwischensignals U1 festgelegt.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße
Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren weiterzubilden. Dazu wird verwiesen
einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 2 nachgeordneten Patentansprüche,
andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung
mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung entsprechend einem ersten Ausführungsbei
spiel des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens für kapazitive Senso
ren,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung entsprechend einem zweiten Ausführungs
beispiel des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens für kapazitive Sen
soren,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung eines dritten Ausführungsbeispieles des er
findungsgemäßen Auswerteverfahrens für kapazitive Sensoren und
Fig. 4 eine auf die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 aufbauende Schal
tungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungs
gemäßen Auswerteverfahrens für kapazitive Sensoren.
Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung entsprechend einem ersten Ausführungsbei
spiel des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens für kapazitive Sensoren. Auf die
Schaltungsanordnung wird ein Eingangssignal U0 gegeben, welches hier in Form ei
ner Rechteckspannung ausgebildet ist. Die Schaltungsanordnung besteht aus einem
Integrationszweig 1, einer Reihenschaltung 2 und einem Verstärker 3. Der Integra
tionszweig 1 besteht aus einem Widerstand R1, aus einem Referenzkondensator 4, der
eine Kapazität C1 aufweist, und einem Operationsverstärker 5. Da der nicht-invertie
rende Eingang des Operationsverstärkers 5 auf Masse liegt, wirkt der invertierende
Eingang des Operationsverstärkers 5 als "virtuelle Masse". Dadurch hat der Verbin
dungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Referenzkondensator 4 Nullpo
tential. Das rechteckförmige Eingangssignal U0 wird durch den Integrationszweig 1
in ein Zwischensignal U1 umgewandelt, welches die Form einer Dreieckspannung
hat. Parallel zu dem Integrationszweig 1 ist die Reihenschaltung 2 geschaltet, die aus
einem Widerstand R2 und einem Meßkondensator 6 mit der Kapazität C2 besteht.
Für die dargestellte Schaltungsanordnung gilt also, daß das Eingangssignal U0 zu
sätzlich dem widerstandsseitigen Ende der Reihenschaltung 2 und das Zwischensig
nal U1 dem kondensatorseitigen Ende der Reihenschaltung 2 zugeführt wird.
Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Schaltungsanordnungen ist im Integrations
zweig 1 jeweils der Referenzkondensator 4 und in der Reihenschaltung 2 der Meß
kondensator 6 enthalten. Umgekehrt kann jedoch auch der Integrationszweig 1 den
Meßkondensator 6 und die Reihenschaltung 2 den Referenzkondensator 4 aufwei
sen. Wird - wie in den Figuren dargestellt - der Referenzkondensator 4 zur Integra
tion benutzt, so hat dies den Vorteil, daß die Steilheit des Zwischensignals U1 kon
stant bleibt.
Das Potential am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R2 und dem Meß
kondensator 6 wird als Meßsignal U2 verwendet, nämlich hochohmig abgetastet und
dem Verstärker 3 zugeführt. Der Verstärker 3 besteht aus einem Operationsverstär
ker 7 und zwei Widerständen R4 und R5. Anhand der Fig. 1 erkennt man folgenden
Zusammenhang zwischen dem Meßsignal U2 und dem Eingangssignal U0
Für den Fall, daß der Widerstand R1 dem Widerstand R2 entspricht und auch die Ka
pazität C1 des Referenzkondensators 4 der Kapazität C2 des Meßkondensators 6 ent
spricht, folgt aus der Gleichung (2), daß das Meßsignal U2 den Wert Null annimmt.
Eine Veränderung der Kapazität C2 des Meßkondensators 6 kann somit unmittelbar
anhand der Veränderung des Meßsignals U2 festgestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der sich in der Art der Verarbeitung des
Meßsignals U2 von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet.
Übereinstimmend mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 weist die Schaltungs
anordnung gemäß Fig. 2 - und auch die Schaltungsanordnungen gemäß den Fig. 3
und 4 - einen Integrationszweig 1 und eine Reihenschaltung 2 auf. Der Integrations
zweig 1 besteht wiederum aus einem Widerstand R1, dem Referenzkondensator 4 mit
der Kapazität C1 und einem Operationsverstärker 5. Ebenso weist die Reihenschal
tung 2 wiederum einen Widerstand R2 und den Meßkondensator 6 mit der Kapazi
tät C2 auf. Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 2 wird das Meßsignal U2 ei
nem Regelglied 8 zugeführt. Das Regelglied 8 weist einen Operationsverstärker 9
und einen Widerstand R3 auf und regelt über einen Zusatzstrom I3 das Meßsignal U2
auf Null. Das Ausgangssignal U4 des Regelgliedes 8 wird als Meßgröße verwendet.
In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, welche eine vorteilhafte Weiter
bildung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 darstellt. Die Schaltungsanordnung
gemäß Fig. 3 weist wiederum einen Integrationszweig 1, eine Reihenschaltung 2 und
ein Regelglied 8 auf. Im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 sind die Widerstände R1 und
R2 bei der Ausführung gemäß Fig. 3 und 4 als veränderbare Widerstände ausgeführt.
Darüber hinaus wird nun zusätzlich das Potential U3 am Verbindungspunkt zwischen
dem Widerstand R1 und dem Referenzkondensator 4 herausgeführt und auf den
Operationsverstärker 9 des Regelgliedes 8 gegeben. Im Unterschied zu der Schal
tungsanordnung gemäß Fig. 2 wird bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 nicht
das Meßsignal U2 sondern die Differenz zwischen dem Potential U3 und dem Meßsig
nal U2 auf Null geregelt. Dadurch, daß der nicht-invertierende Eingang des Opera
tionsverstärkers 9 - d. h. der Bezugspunkt des Regelgliedes 8 - nunmehr nicht mit
Masse, sondern mit dem Potential U3 verbunden ist, können eventuelle Offsetfehler
des Integrationszweiges 1, insbesondere des Operationsverstärkers 5, verringert wer
den. Im Unterschied zu der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 weist das Regel
glied 8 der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 zusätzlich zwei veränderbare Wider
stände R4 und R5 auf, welche einen Spannungsteiler bezüglich des Ausgangssig
nals U4 darstellen.
Das Meßsignal U2 und das Potential U3 können anstelle einem als Regler ausgebilde
ten Operationsverstärker auch einem als Subtrahierer ausgebildeten Operationsver
stärker zugeführt werden. In diesem Fall würde dann das Ausgangssignal U4 des
Subtrahierers als Meßgröße herausgeführt werden.
Anhand der Fig. 3 soll eine Anpassung der Auswerteelektronik an herstellungsbe
dingte Toleranzen der einzelnen, in der Schaltungsanordnung enthaltenen Bauteile,
d. h. ein Abgleich des kapazitiven Sensors erklärt werden. Dabei gibt es zwei Ab
gleichkriterien, die möglichst eingehalten werden sollen. Bei dem sogenannten "Null
abgleich" soll bei einem unbeeinflußten - kein Druck - Meßkondensator 6 das Aus
gangssignal U4 den Wert Null annehmen. Bei dem sogenannten "Verstärkungsab
gleich" soll bei einem maximal beeinflußten - 100% Druck - Meßkondensator 6 das
Ausgangssignal U4 einen vorbestimmten Maximalwert annehmen. Zur Erreichung der
beiden Abgleichkriterien können nun entweder nur die beiden Widerstände R1 und
R2 eingestellt werden oder vorteilhafterweise sowohl die Widerstände R1 und R2 als
auch die Widerstände R4 und R5 verändert werden. Bei einem solchen in Fig. 3 dar
gestellten Zweiwegabgleich erfolgt der Nullabgleich mit Hilfe der beiden Widerstän
de R1 und R2 und der Verstärkungsabgleich mit Hilfe des durch die beiden Wider
stände R4 und R5 gebildeten Spannungsteilers. Alternativ kann der Verstärkungsab
gleich auch durch Verändern des Eingangssignals U0 und/oder des Widerstandes R3
erfolgen.
Für die in Fig. 3 dargestellte Schaltung erhält man folgenden Zusammenhang zwi
schen dem Ausgangssignal U4 und dem Eingangssignal U0
Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, welche eine Weiterbildung der Schaltungs
anordnung gemäß Fig. 3 darstellt. Die Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 4 unter
scheidet sich von der Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 3 zunächst dadurch, daß
das Ausgangssignal U4 weiterverarbeitet wird. Hierzu wird das Ausgangssignal U4
jeweils während der positiven und der negativen Periodenhälfte getrennt auf einen
nachfolgenden Subtrahierer 10 gegeben in welchem das Teilpotential U4 -während
der negativen Periodenhälfte von dem Teilpotential U4 + während der positiven Perio
denhälfte subtrahiert wird, und zwar mit Hilfe eines Subtrahierers 10. Am Ausgang
des Subtrahierer 10 liegt somit ein Potentialhub ΔU an, welcher als Meßergebnis her
ausgeführt wird. Diese Art der Auswertung hat den Vorteil, daß Offsetfehler, die an
den verwendeten Operationsverstärkern 5 und 9 auftreten, sich gegenseitig kom
pensieren. Außerdem wird sowohl der Auf- als auch der Entladezyklus des Referenz
kondensators 4 und des Meßkondensators 6 zur Signalauswertung benutzt. Für den
Spannungshub ΔU erhält man somit bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 fol
gende Gleichung:
Im Idealfall ist U4 + = -U4 - = U4, R1 = R2 = R und R3 << R4, R5, so daß sich für den
Spannungshub ΔU folgender, vereinfachter Zusammenhang ergibt:
Der zweite Unterschied zwischen der Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 4 und der
Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 3 besteht darin, daß der Anfang und das Ende
eines Pulses des Eingangssignals U0 durch das Erreichen eines bestimmten Span
nungspegels des Zwischensignals U1 festgelegt wird. Hierzu wird das Zwischensig
nal U1 auf einen Schwellendetektor 11 gegeben, dessen Ausgang mit einem
Rechteckgenerator 12 verbunden ist, so daß bei jedem Erreichen einer Hysterese
grenze eine Invertierung des Rechteckgeneratorausgangssignals und damit des Ein
gangssignals U0 erfolgt. Dadurch ist sichergestellt, daß sich das Zwischensignal U1
stets innerhalb des auswertbaren Spannungsbereichs befindet, d. h. der Operations
verstärker 5 bleibt stets in seinem Arbeitsbereich und wartet nicht auf eine externe
Umschaltung, wodurch ein Zeitverlust entstehen würde. Ein kapazitiver Sensor, der
nach dem erfindungsgemäßen Auswerteverfahren arbeitet, weist somit eine schnelle
Ansprechzeit auf.
Die Erfindung ist zuvor als Auswertverfahren für kapazitive Sensoren beschrieben
worden. Gegenstand der Erfindung sind selbstverständlich auch die zuvor erläuter
ten, in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Schaltungsanordnungen. Gegenstand der Erfin
dung sind schließlich auch und insbesondere kapazitive Sensoren, die nach dem er
findungsgemäßen Auswerteverfahren arbeiten bzw. bei denen die erfindungsgemäs
sen, zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen verwirklicht sind.
Claims (13)
1. Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren, insbesondere für Drucksensoren, unter
Einsatz eines Referenzkondensators (4), eines Meßkondensators (6) mit einer von ei
ner zu erfassenden physikalischen Meßgröße beeinflußbaren Meßkapazität und eines
periodischen, im wesentlichen symmetrischen Eingangssignals (U0), wobei in einem
Integrationszweig mittels des Referenzkondensators (4) durch Integration des Ein
gangssignals (U0) ein Zwischensignal (U1) erzeugt wird und eine Reihenschaltung
aus einem Widerstand (R2) und dem Meßkondensator (6) vorgesehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (U0) zusätzlich dem widerstandsseitigen
Ende der Reihenschaltung und das Zwischensignal (U1) dem kondensatorseitigen
Ende der Reihenschaltung zugeführt wird und daß das Potential am Verbindungs
punkt zwischen dem Widerstand (R2) und dem Meßkondensator (6) als Meß
signal (U2) verwendet wird.
2. Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren, insbesondere für Drucksensoren, unter
Einsatz eines Referenzkondensators (4), eines Meßkondensators (6) mit einer von ei
ner zu erfassenden physikalischen Meßgröße beeinflußbaren Meßkapazität und eines
periodischen, im wesentlichen symmetrischen Eingangssignals (U0), wobei in einem
Integrationszweig mittels des Meßkondensators (6) durch Integration des Eingangs
signals (U0) ein Zwischensignal (U1) erzeugt wird und eine Reihenschaltung aus ei
nem Widerstand (R2) und dem Referenzkondensator (4) vorgesehen ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Eingangssignals (U0) zusätzlich dem widerstandsseitigen Ende
der Reihenschaltung und das Zwischensignal (U1) dem kondensatorseitigen Ende
der Reihenschaltung zugeführt wird und daß das Potential am Verbindungspunkt
zwischen dem Widerstand (R2) und dem Referenzkondensator (4) als Meßsignal (U2)
verwendet wird.
3. Auswerteverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der In
tegrationszweig einen dem Referenzkondensator oder dem Meßkondensator vorge
schalteten Widerstand R1 und einen dem Referenzkondensator oder dem Meßkon
densator parallelgeschalteten Operationsverstärker aufweist.
4. Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eingangssignal U0 in Form einer Rechteckspannung hochohmig dem Refe
renzkondensator oder dem Meßkondensator zugeführt wird und Meßsignal U2
hochohmig abgetastet und anschließend verstärkt wird.
5. Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßsignal U2 einem Regelglied zugeführt wird und das Regelglied durch
Einspeisung eines Zusatzstromes I3 das Meßsignal U2 auf Null regelt und das Aus
gangssignal U4 des Regelgliedes als Meßsignal verwendet wird.
6. Auswerteverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential
U3 am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Referenzkondensa
tor oder dem Meßkondensator herausgeführt wird und das Potential U3 und das
Meßsignal U2 in einem Subtrahierer miteinander verglichen werden und das Aus
gangssignal U4 des Subtrahierers als Meßgröße verwendet wird.
7. Auswerteverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential
U3 und das Meßsignal U2 einem Regelglied zugeführt werden und das Regelglied
durch Einspeisung eines Zusatzstromes I3 die Differenz zwischen dem Potential U3
und dem Meßsignal U2 zu Null regelt und das Ausgangssignal U4 des Regelgliedes
als Meßgröße verwendet wird.
8. Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal U4 jeweils während der positiven
und der negativen Periodenhälfte auf einen weiteren Subtrahierer gegeben wird und
daß anschließend zur Bestimmung des Spannungshubs ΔU das Teilpotential U4 - wäh
rend der negativen Periodenhälfte von dem Teilpotential U4 + während der positiven
Periodenhälfte subtrahiert wird.
9. Auswerteverfahren nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu
satzstrom I3 als Regelgröße zusätzlich oder anstelle des Ausgangssignals U4 als Meß
größe verwendet wird.
10. Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anfang und das Ende eines Pulses des Eingangssignals U0 durch das Errei
chen eines bestimmten Spannungspegels des Zwischensignals U1 festgelegt werden.
11. Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Abgleich der Bauteiltoleranzen des kapazitiven Sensors durch Verändern der
vorzugsweise einstellbaren Widerstände R1 und R2 erreicht wird.
12. Auswerteverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl ein
Nullabgleich als auch ein Verstärkungsabgleich des kapazitiven Sensors durchge
führt werden kann.
13. Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 und nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß für den Nullabgleich die Widerstände R1 und R2 einge
stellt werden und für den Verstärkungsabgleich das Ausgangssignal U4 über einen
Spannungsteiler eingestellt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19851506A DE19851506C1 (de) | 1998-11-09 | 1998-11-09 | Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19851506A DE19851506C1 (de) | 1998-11-09 | 1998-11-09 | Auswerteverfahren für kapazitive Sensoren |
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Country Status (1)
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