DE2623168C3 - Elektronische Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Stoffen - Google Patents

Description

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Schaltungsanordnung hauptsächlich aus fünf als Blöcke 1 bis 5 dargestellte Schaltungsgruppen. Block 1 ist ein an sich bekanntes Netzwerk aus Widerständen und Dioden zur Begrenzung der Eingangsmeßspannung Uß Block 2 beinhaltet eine Kaskadenanordnung von zwei MQS-FETs, die so geschaltet sind, daß schon eine grobe Linearisierung erreicht wird. Als weitere Schaltungsgruppe ist Eiock 3 hinzugefügt, der aus einem Operationsverstärker 6 und einem optoelektronischen Koppelelement 7 besteht. Durch Einstellung der Arbeitspunkte sowohl am Verstärkereingang als auch an der Kopplerstufe kann eine weitergehende Linearisierung erreicht werden. Mit dem optoelektrischen Koppelelement kann nicht nur eine günstige Kennlinienverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal durchgeführt werden, sondern auch in vorteilhafter Weise das Meßgeräteausgangspotential frei gegenüber der übrigen Schaltung gemacht werden, so daß daran angeschlossene Geräte oder Anzeiger auf ein beliebiges Potential gebracht werden können.

Block 4 ist eine Wandlerstufe, in der eine Gäeichspannung umgewandelt wird in eine rechteckige Meßspannung zur Unterdrückung des Polarisationseffektes, der bekanntlich bei elektronischen Feuchtigkeitsmeßgeräten, die auf der Leitwertbasis mit Gleichspannung arbeiten, auftreten kann.

Durch Block 5 sind schließlich noch die erforderlichen Anordnungen für die Stromversorgung der gesamtpn Schaltung wie Netzladeteil, Spannungsstabilisatoren und Spannungsteiler angedeutet

Beim in Fig.2 dargestellten Schaltbild wird die Meßspannung Ue, die mittels der Meßelektroden 8' und 9 ermittelt wird, über ein Netzwerk aus Dioden 10, Kondensatoren 11 und Widerständen 12 einem zweistufigen Verstärker 18 in Form einer Kaskadenschaltung zugeführt, die aus zwei Feldeffekt-Transistoren 13', vorzugsweise zwei MOSFETs 13 gebildet ist.

Der Ausgang der aus den zwei MOSFETs 13 gebildeten Kaskadenschaltung ist mit dem einen Eingang des Operationsverstärkers 6 verbunden, wobei der Arbeitspunkt des Operationsverstärkers 6 über einen veränderbaren Widerstand 14 einstellbar ist

Dem Operationsverstärker 6 ist über einen Widerstand 15 das optoelektronische Koppelelement 7 nachgeschaltet, wobei auch dessen Arbeitspunkt über veränderbare Widerstände 16 un*:' 17 einstellbar ist Damit wird auch das Meßgeräteausgar.gspotentia! frei gegenüber der übrigen Schaltung gemacht, so daß daran angeschlossene Geräte oder Anzeiger auf ein beliebiges Potential gebracht werden können. Die Ausgangsspannung Ua kann direkt digital für Anzeige und/oder zur Registrierung verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektronische Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Stoffen, die den elektrischen Widerstand längs einer Prüfstrecke in dem zu prüfenden Stoff zwischen zwei Meßelektroden mit einem zweistufigen Verstärker, der einen Feldeffekt-Transistor in seiner Eingangsstufe aufweist, ermittelt und einem mit dem Ausgang des Verstärkers verbundenen Anzeigeinstrument, das bei entsprechender Eichung den Feuchtigkeitsgehalt anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der zweistufige Verstärker (18) zwei Feldeffekt-Transistoren (13') aufweist, die so geschaltet sind, daß eine grobe Linearisierung erreicht wird,

b) dem zweistufigen Verstärker (18) ein Operationsverstärker (6) nachgeschaltet ist,

c) zwischen dem Operationsverstärker (6) und dem Anzeigeinstrument ein optoelektronisches Koppelelement (7) vorgesehen ist,

d) die Arbeitspunkte des Operationsverstärkers

(6) und des optoelektronischen Koppelelements

(7) einstellbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Feldeffekt-Transistoren MOSFETs (13) dienen.

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Stoffen, die den elektrischen Widerstand längs einer Prüfstrecke in dem zu prüfenden Stoff zwischen zwei Meßelektroden mit einem zweistufigen Verstärker, der einen Feldeffekt-Transistor in seiner Eingangsstufe aufweist, ermittelt und einem mit dem Ausgang des Verstärkers verbundenen Anzeigeinstrument, das bei entsprechender Eichung den Feuchtigkeitsgehalt anzeigt.

Bei einer solchen aus der DE-OS 21 21 645 bekannten Schaltungsanordnung wird nur ein MOSFET mit einem npn-Transistor verwendet, um einen hochohmigen Eingangswiderstand zu erreichen. Im Bereich geringer Materialfeuchtigkeit liegt der elektrische Widerstand in der Größenordnung von 10⁹ Ohm, wobei allerdings die in den Meßschaltungen realisierbaren Isolationswiderstände selbst bei Verwendung neuester Isoliermaterialien, wie z. B. Teflon, in derselben Größenordnung liegen. Dadurch wird die im Anfangsfeuchtigkeitszustand an sich schon flache Widerstandskennlinie noch flacher und wird erst ab etwa 6% Feuchtigkeit stetig steiler ansteigend in Richtung höherer Feuchtigkeit bis etwa 18%. Bei Feuchtigkeiten über etwa 18% tritt langsam eine Fasersättigung im Material ein und die Widerstandskennlinie wird wieder flacher, weil der Leitwert des Wassers in diesem Bereich den des spezifischen Materialleitwerts immer mehr überdeckt. Somit ergibt sich bei der Feuchtigkeitsbestimrnung durch Messen des elektrischen Widerstandes eine Darstellung der Meßgrößen durch eine Kennlinie, die im ersten Viertel sehr flach ansteigend ist, dann etwa bis zum zweiten Drittel steiler verläuft und im Endbereich der höheren Feuchtigkeit wieder einen nur flach ansteigenden Verlauf annimmt. Dieser Verlauf ent-

ίο

spricht nur in etwa einer logarithmischen Funktion. Die Linearisierung der verbogenen Kennlinie kann nicht allein durch die Exponentialcharakteristik eines einzigen Bauelementes wie z. B, nur durch einen MOSFET erreicht werden.

Aus der DE-OS 25 06 595 ist die Verwendung eines Operationsverstärkers zur Feuchtigkeitsbestimmung bekannt Es handelt sich dort aber um einen Verstärker mit niederohmigem Eingangswiderstand, durch den keine Spreizung des unteren Skalenbereichs bei den niederen Feuchtigkeitswerten erreichbar ist, um einen linearen Gesamtverlauf zu erreichen.

In Vermeidung dieser Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Feuchtigkeitsprozentanzeige auch im Bereich besonders niedriger und hoher Feuchtigkeit nahezu linear ist, so daß eine direkte digitale Weiterverwendung des Meßsignals möglich ist

Die Lösung dieser Aufgabe kann dadurch erreicht werden, daß

a) der zweistufige Verstärker zwei Feldeffekt-Transistoren aufweist, die so geschaltet sind, daß eine grobe Linearisierung erreicht wird,

b) dem zweistufigen Verstärker ein Operationsverstärker nachg schaltet ist,

c) zwischen dem Operationsverstärker und dem Anzeigeinstrument ein optoelektronisches Koppelelement vorgesehen ist,

d) die Arbeitspunkte des Operationsverstärkers und des optoelektronischen Koppelelements einstellbar sind.

In besonders einfacher Weise wird hierdurch eine Nachlinearisierung der Meßgröße, wie sie am Ausgang der Verstärkerstufe anliegt, mit Hilfe der Operationsverstärker und Optokopplerstufe durch eine entsprechende Auswahl der Arbeitspunkte auf den Kennlinien besonders einfach ermöglicht, beispielsweise beim Operationsverstärker mittels einer Nullpunktverschiebung zur Unterdrückung des Anfangsstromes am positiven oder negativen Eingang und beim Optokoppler durch eine dementsprechende Ansteuerung seiner Dioden- oder/und Transistorkennlinie. In einfacher Weise wird schaltungstechnisch wie eingangs beschrieben aus der Operationsverstärker- oder/und auch aus der Optokopplerkennlinie immer der Abschnitt ausgewählt, der die jeweilige Eingangsspannungskennlinie am besten linear formt. Durch variable wechselseitige Einstellung wird dann empirisch eine vollkommene Linearisierung des Ausgangssignals möglich.

Die verschiedenen feuchtigkeitsbehafteten Materialien haben entsprechend ihrer Beschaffenheit unterschiedliche spezifische elektrische Leitwerte und deshalb auch verschiedene nichtlineare Widerstandskennlinien. Mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung können auch diese unterschiedlichen Kennlinien alle so umgeformt werden, daß ein lineares Ausgangssignal entsteht, das dann für digitale Zwecke direkt verwendet werden kann.

Besonders vorteilhaft könne als Feldeffekt-Transistoren MOSFETs dienen.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Schaltungsanordnung und

Fig. 2 eine entsprechende Schaltungsanordnung in ausführlicherer Darstellung.