DE2842028B2

DE2842028B2 - Vorrichtung zum Messen der Kapazität eines Kondensators

Info

Publication number: DE2842028B2
Application number: DE2842028A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Lagny Dauge; Jacques Coudray Montceaux Langlais
Original assignee: TESTUT AEQUITAS PARIS
Current assignee: TESTUT AEQUITAS PARIS
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2842028A1; IT1107425B; IT7884136A0; GB2006970B; SE431683B; DE2842028C3; GB2006970A; CA1099340A; SE7809966L; US4187460A

Description

Diese Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Kapazität eines Kondensators entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Vorrichtung läßt sich ferner verwenden für Messungen einer physikalischen Größe, wie beispielsweise einer Bewegung oder eines Drucks, die durch einen kapazitiven Meßfühler hervorgebracht wird, in dem eine Änderung dieser Größe in eine Kapazitätsänderung umgewandelt wird.

Eine Kapazitätsmeßvorrichtung der beschriebenen j>o Art findet sich in der französischen Patertanmeldung PV 73-45271 vom 18. Dezember 1973. Die Zählschaltung besteht im wesentlichen aus einem Zähler, dessen maximale Kapazität am Ende jeder Eichphase und Meßphase erreicht wird. Also zählt dieser Zähler r> während jeder dieser Phasen dieselbe Anzahl Impulse n, jedoch im Verlauf unterschiedlicher Zeitspannen At₁; und ,dr.x. die gleich η Tt und η 7\ sind, wo Ttund 7\ die Perioden des Oszillators sind, wenn dessen Kapazität die des Eichkondensators Xr bzw. die des Meßkonden- κι sators A^-ISt. Der Vorwärts- und Rückwärtszähler wird nach Beendigung der Eichphase Alt auf Riickwärtszählen umgeschaltet, und zwar durch diesen Zähler, der seine Maximalkapazität erreicht hat und automatisch wieder auf Null gestellt worden ist. Folglich hat der η Vorwärts- und Rückwärtszähler im Verlauf eines Vergleichszyklus während einer Zeitspanne T = 2 Au eine vorbestimmte Anzahl von Taktimpulsen vorwärts und rückwärts gezählt.

Bei dieser Art von Kapazitätsmeßvnrrichtung erzeu- w gen der Zähler und der Vorwärts- und Rückwärtszähler während jedes Vergleichszyklus einen Impuls der Dauer

T= Al, + Aix = η (T, + Ts)

und einen Impuls der Dauer V = 2 Air. Dann wird die ·τ> Phasenverschiebung (T-T') in einem Phasenvergleich^ errechnet, um die Kapazitätsdifferenz zwischen dem Eich- und dem Meßkondensator herzuleiten, so daß die Meßvorrichtung ah Nullanzeiger wirkt.

Daraus ergibt sich, daß die Kapazitätsmessung durch ><i Driften des Oszillator« und der Streukapazitäten, insbesondere zwischen den Kondensatorbelägen und dem Bezugspotential, beeinträchtigt wird, da die Differenz (T- V) einem diese Störungen darstellenden Faktor Xdirekt proportional ist: r>

T- V = η K(Xr + X) - 2 π K Χ,

T-T'= ηK(X- X₁)

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kapazitätsmeßvorrichtung zu schaffen, deren Meßergebnis, das direkt als Kapazitätswert des Kondensators oder Wert der anderen zu messenden Größe angezeigt wird, insbesondere durch parasitäre Störungen des Oszillators nicht beeinträchtigt wird. Infolgedessen ermöglicht die Unterdrückung des Einflusses von Fehlern, die insbesondere auf Veränderungen der

Wl Kennwerte der Bestandteile der verschiedenen Kreise der Vorrichtung durch Temperatureinflüsse und Alterung zurückzuführen sind, sehr genaue Kapazitätsmessungen. Diese Aufgabe wird bei einer Kapazitätsmeßvorrichtung der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Es erscheint daher als vorteilhaft, daß im Gegensatz zum Stand der Technik die erfindungsgemäße Meßvorrichtung keine Differenz zwischen den Zeitspannen ermittelt, die einer vorbestimmten Anzahl Impulsen des Oszillators während der Eichphase und während der Messung entsprechen, sondern vielmehr ein Verhältnis zwischen der der Anzahl Impulse des Oszillators während der in einem Verhältnis R zueinander stehenden Eich- und Meßzeit ermittelt, so daß die dem Verhältnis dieser Zahlen innewohnende Berechnung ein Einfluß der parasitären Störungen, die insbesondere vom Oszillator erzeugt werder. selbstverständlich beseitigt. So ergibt bei einem Eicriifindensator mit der Kapazität Xe und einem gegebenen Verhältnis R das Produkt A"f mal Verhältnis zwischen den Impulszahlen direkt den Wert der Kapazität X des zu meisenden Kondensators. Ergänzenderweise braucht beispielsweise tier Taktgeber, der die vom Vorwärts- und Rückwärtszähler gezählten Impulse seinerseits erzeugt, keine große Stabilität zu haben, da man es mit einem Verhältnis von Kapazitäten zu tun hat, das alle parasitären Effekte mit langsamer Veränderung der Bauelemente der Vorrichtung beseitigt. Der Taktgeber braucht daher nur ein einfacher Multivibrator zu sein.

Ganz allgemein wird ein Kondensator mit der Kapazität X, der in den Relaxationsoszillator eingesetzt ist, während einer Relaxationsschwingungspcriode 7~\ = \IF\ während der ersten Halbperiode mit einer ersten Polarität seiner Beläge entladen und geladen, während der zweiten Halbperiode mit einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Polarität seiner Beläge zwischen zwei vorbestimmten Spannungen Ki und Vj entladen und aufgeladen, und zwar mit Hilfe einer Quelle für stabilisierte Speisespannung fund über den festen Widerstand des Relaxationsoszillators. Die vom Relaxationsoszillator erzeugte Frequenz F\ hat dann die Form

Fy = /(K- K. E)[R ■ X) (I)

worin /einer bekannten, von den Extremspannungen V, und V) und von der Speisespannung E abhängigen logarithmischen Funktion umgekehrt proportional ist.

Nimmt man di; Spannungen Vi und V> und damit auch die Speisespannung E sowie den Widerstand R als während eines Vergleichszyklus konstant an, so kann die öieichung (I) durch die folgende ersetzt werden:

F_x = \ K V (2)

worin K die obenerwähnte Konstante ist.

So läuft also gemäß einem vorgezogenen Ausführungsbeispiel ciie Messung darauf hinaus, abwechselnd die Anzahl der vom Relaxationsoszillator abgegebenen Impulse zu bestimmen, die gleich der Anzahl Perioden der Relaxationsschwingung Nt bzw. Nx ist, wenn während des Eichens bzw. während der Messung der Eichkondensator bzw. der Kondensator mit der zu messenden Kapazität X im Schwingkreis liegt. Die vorbestimmte Dauer der Eich- und der Meßphase ist vorzugsweise gleich den oder beträchtlich größer als die Relaxationsschwir.gungsperioden, die dem zu messenden Kapazitätsbereich entsprechen. Hierbei kann die

Kapazität Xi des Eichkondensators so gewählt werden, daß sie gleich einer der Grenzen dieses Bereiches ist, die dem Nullpunkt des Anzeigeinstruments der Digitalschaltung oder der höchsten oder niedrigsten Frequenz Fr - MK Xi der Impulse entspricht, die vom Relaxationsoszillator während des Vergleichszyklus abgegeben werden.

Gemäß einer Ausgestaltung besteht der Kondensator mit der zu messenden Kapazität X aus zwei beispielsweise zylindrischen und koaxialen Belägen, von denen der eine gegenüber dem anderen koaxial bewegt werden kann. Folglich ist d'e Änderung der zu messenden Größe G\ der Veränderung der Oberfläche des Kondensators proportional. Bezeichnet man den Wert der tatsächlich vom Zähler angezeigten Kapazität mit C und die gesamte Streukapazität mit C_n, die ebenfalls, bezogen auf das Bezugspotential oder auf die F.rde der Meßvorrichtung, gemessen wird, so erhält man die folgende Beziehung

C, - .ν

r„

G\ - .IC,,, 4 0 = ,!.Y

IC_n

worin A und B Konstanten sind.

Ist Gi die analaoge Größe, die der für die Eichkapazität Xi repräsentativen, effektiv berechneten Kapazität C/ entspricht, so geht aus der folgenden Doppelgleichung

Cx-C= A (C_n, - C) - A (X ■- Xi)

hervor, daß die Linearität der Messung unabhängig von derStörkapazitä! C_Perhalten bleibt.

Gemäß dieser ersten Ausgestaltung sind die Zählungen dieser vom Oszillator im Verlauf der Eich- und der Meßphase jedes Vereleichszyklus abgegebenen Impulse vorbestimmt bzw. der zu messenden physikalischen Größe umgekehrt proportional.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltimg ist der Kondensator mit der zu messenden Kapazität X ein Flachkondensator, bei dem sich der Abstand c/zwischen den Belägen proportional zur zu messenden pyhsikalischen Größe G\ verändert. Folglich ist hier im Gegensatz zur ersten Variante die Kapazität X der Größe G\ umgekehrt proportional und ist durch die folgende Beziehung gegeben:

Y = ,1 ' J

worin A' eine Konstante ist. deren Wert von der Oberfläche der Beläge und von der relativen, dielektrischen Leitfähitrceit des Dielektrikums zwischen den Belägen abhängt.

Schreibt man die Gesamt-Streukapazität C_p in der folgenden Form:

C₁, = Ae

worin e eine C_p definierende Lange ist, die gegenüber dem Maximalwert rftvon d, der vorzugsweise dem Eichoder Mindestwert Xe des Bereiches der zu messenden Kapazitäten entspricht, sehr groß ist, so erhält man gemäß den Beziehungen (2) bis (5):

,4'(l/t/ + Me)

F_m = V(KC_nJ = (MKAO ■ (d/(\ + d/e))

worin F_m die Relaxationsschwingungsfrequenz ist, die dem Kapazitätswert C_n, entspricht. Es bringt also bei dieser zweiten Variante ein im Nenner der vorstehenden Beziehung erscheinender Ausdruck d/c eine nichtlineare Änderung des als Funktion von G\ angezeigten Wertes der Kapazität X mit sich und damit einen Linearitätsfehler in den Kapazitätsmessungen.

In dieser Hinsicht umfaßt der Oszillator zweckmäßigerweise eine Schaltung zum Neutralisieren des Eichbzw. Meßkondensators während der Meß- bzw. Eichphase oder zum Unterdrücken der Auswirkungen von .Streukapazitäten zwischen dem Bezugspotential und den Kondensatorbelägen.

In einer Ausgestaltung umfaßt die KapazitätsmeUvorrichtung als Ncutralisierungsschaltung einen Vim starker mit dem Verstärkungsfaktor Eins.der als Impeditnz-Anpassungskreis geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Vergleicher des Oszillators verbunden ist und, durch das Schaltglied gesteuert, während der Meß- bzw. Eichpha se abwechselnd mit dem ersten Belag des Eich bzw. Meßkondensators verbunden wird, während sein Eingang mit den zweiten Belägen dieser Kondensatoren und mit dem Schwingkreiswiderstand verbunden ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfaßt die Kapazitätsmeßvorrichtung als Schaltung zur Unterdrückung von Streukapazitäten einen Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor, der als Integrationskreis geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Vergleicher des Schwingkreises verbunden ist. und. durch das Schaltglied gesteuert, während der Eichphase und während der Messung abwechselnd mit dem ersten Belag des Eich- bzw. des Meßkondensators verbunden wird, während sein Eingang mit den zwei Belägen dieser Kondensatoren und mit dem Schwingkrciswiderstnnd verbunden ist.

Die Erfindung soll nun in Ausführungsformen anhand der entsprechenden Zeichnungen eingehend beschrieben werden, von denen

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Kapazitätsmeßvorrichtung ist. in dem die Analogschaltung einer ersten Ausführungsform detailliert dargestellt ist:

F-" i g. 2 ein zeitliches Diagramm von Signalen ist. von denen die beiden ersten von der Analogschaltung und das dritte \on der Digitalschaltung der Meßvorrichtung verarbeitet worden sind:

F i g. 3 eine vorgezogene Ausführungsform der Digitalschaltung detailliert dargestellt zeigt:

F i g. 4 ein F i g. 1 analoges Blockschaltbild ist. in dem eine zweite Ausführungsform der Analogschaltung detailliert dargestellt ist:

Fig. 5A und 5B eine ebene Meßkondensatoranordiiune für die erste bzw. zweite Ausführungsfo^rTi der Analogschaltung detailliert dargestellt zeigen und

Fig.6A und 6B eine zylindrische Meßkondensatoranordnung gemäß der ersten bzw. zweiten Ausführungsform detailliert dargestellt zeigen.

Wie die F i g. 1 zeigt, umfaßt die Analogschaltung 1 der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung einen Relaxationsoszillator 10, der als Spannungs/Frequenz-Wandler wirkt, und ein Schaltglied 11, das es bei der Ausführungsform von F i g. 1 ermöglicht, den Eichkondensator 104 und den Meßkondensator 100, von der Digitalschaltung 2 gesteuert abwechselnd mit Erde zu verbinden.

Wie eingangs ausgeführt, ist die Erfindung nicht auf die Wahl des Parameters d oder S, d h. des Abstandes zwischen dem Belag oder der Oberfläche der Beläge des Kondensators gerichtet, sondern ganz einfach auf die Messung der Kapazität X, die ein Maß für eine zu messende physikalische Größe Gx sein kann.

Während der Meßphase hat — wie noch erläutert werden soll — der Kondensator 100 mit der Kapazität X einen ersten, an Erde liegenden Belag 1000, während sein zweiter Belag 1001 über einen hochohmigen Widerstand 101 mit dem Widerstandswert R mit dem Ausgang eines Vcrgleichcrs 102 dauernd verbunden ist. Dei direkte Eingang 1021 des Operationsverstärkers 1020 des Vergleichers 102 ist über eine Spannungsteilerbrücke 1023. die eine Spannung v_n festlegt, mit seinem Ausgang 1022 verbunden, wahrend sein negierter Eingang 1024 über einen Widerstand 1025 am Ausgang 103OeInC Impedanz-Anpassungskrciscs 103 liegt.

Dieser Kreis 103 besieht aus einem Opcrationsver starker 1031 mit dem Verstärkungsfaktor Eins, dessen Ausgang 1030 in bekannter Weise mit dem direkten Eingang 1032 ν erblinden ist und dessen negierter Eingang 1033 an den zweiten Belag 1001 des Kondensators KM) angeschlossen ist. Die I ingangsimpedanz des Verstärkers 1031 ist sehr hoch, um das Aufladen und Entladen des Kondensators 100 über den Widerstand 101 nicht zu beeinflussen. Die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 1031 dagegen ist sehr niedrig, um bei dieser Ausführungsform eine Neutralisation der Abschirmung der Verbindung 105 /wischen dem Widerstand 101, dem negierten Eingang 1033 und den /weiten Belägen 1001 bzw. 1041 des Meßkondensators 100 bzw. des Eichkondensators 104 sicherzustellen, wie dies weiter unten beschrieben ist.

Nachstehend soll die Arbeitsweise des Relaxationsos· zilliiiors anhand des zeitlichen Schaubildes Fig. 2 beschrieben werden.

Wird an die Meßvorrichtung die Speisepsannung E angelegt, so lädt sich der Kondensator 100 mit einer ersten Polariiät auf, bis sein zweiter Belag 1001 sich auf dem Potential V_n befindet, das der vorbestimmten Spannung + vn entspricht. Das Potential der Ausgangsklemme 1022 des Vergleichers 102. die sich zuvor auf dem Potential + E befand, kippt in das Potential — E. was eine zweite, der ersten entgegengesetzte Polarität an den Klemmen des Kondensators 100 hervorruft, der sich entlädt und wieder auflädt. Erreicht das Potential des negierten Eingangs 1024 des Operationsverstärkers 102 den dem am Belag 1001 liegenden Potential - Vu entsprechenden Wert + ro. so sehr das Potential der Ausgangsklemme 1022 zu seinem Anfangswert + E zurück, wodurch eine Entladung und eine Aufladung des Kondensators 100 auf die Spannung + V_n bei dieser ersten Polarität herbeigeführt wird. Der Kondensator 100 wird während jeder der aufeinanderfolgenden, positiven und negativen Polaritäten entladen, lädt sich jedoch zwischen den Spannungen (-Vo. +V₀) oder (+ V₀, — V₀) während einer Halbperiode mit der seiner Kapazität X proportionalen Dauer 1/(2 Fx). so daß die Schwingungsfrequenz F\ gegeben ist durch:

F_x = 1(2(RXInUE- V₀)[E+ V₀))))
wobei

F. = MKX.

(6)

Digitalschaltung 2 eingegeben, die aus ihrer Zählung während einer Meßphase Δΐ\ den Kapazitätswert X ermittelt.

Der Einfluß von langsamen Veränderungen der • Bauteile des Relaxationsoszillators 10 wird in der Beziehung (6) durch den Wert der Konstanten K dargestellt, die eliminiert wird, wenn am Ende eines Vergleichszyklus das Verhältnis der Anzahl Impulse Ni und N\ berechnet wird, die vom Oszillator 10 während

i" der Eich- bzw. Meßphase mit der Dauer Δΐ/ bzw. At\ erzeug! wird, da die Kondensatoren 100 und 104. die durch Umschalten beispielsweise parallelgeschaltet sind, wie dies die F i g. I zeigt, denselben Umwelteinflüssen unterliegen, wie etwa der gleichen Temperatur.

ι"' Wenn sich beim obigen Beispiel die Kapazitäten A' und Xi unter dem Einfluß der Temperatur H gemäß derselben Funktion (I'(H)) verändern, so daß

Die erste Zeile von Fig.2 stellt das symmetrische Wechselspannungs-Dreieckssignal am Verbindungspunkt 105 und die zweite Zeile das Wechselspannungs-Rechtecksignal oder Impulse mit der Periode MFx an der Ausgangsklemme 1022 dar.

Dieses Rechtecksignal aus Impulsen mit der Folgefrequenz Fx wird durch den Relaxationsoszillator 10 in die ■V„

V_n(Il

(«II

und

wobei Xh, An und Xm. Xm die Kapazitätswertc X und Xi bei der Meßtemperatur B bzw. bei Absoluttemperatur darstellen, so ist das Verhältnis X/X/ und das Verhältnis F\/F/ temperaturabhängig.

Erfindungsgemäß ist beim Ausführungsbeispiel von F i g. I der Relaxationsoszillator auch noch mit dem Eichkondensator 104 verbunden, dessen nichtveränderliche Kapazität Xi g'eich dem niedrigsten Wert des zu messenden Bereiches von Kapazitäten A"ist und dessen zweiter Belag 1041 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 105 verbunden ist.

Während jeder der beiden Phasen des Vergleichszyklus zwischen der Anzahl Impulse N₁ und N\. deren Dauer gleich At_f = Δι.\ ist, wird bei dem nachstehehend beschriebenen Beispiel der eine der beiden Kondensatoren 100 und 104 mit dem Bezugspotential verbunden, während der andere über das Schaltglied II, durch die Digitalschaltung 2 gesteuert, neutralisiert wird, so daß das Schaltglied logische Komplementärsignale in seine beiden Ausgangsleitungen 2Ih und 21I₄ abgibt, wie es nachstehend anhand von F i g. 3 erläutert wird.

Zu diesem Zweck umfaßt das mit dem ersten Belag 1000 oder 1040 der Kondensatoren 100 oder 104 verbundene Schaltglied 11 zwei Schaltelemente 110 — 111 oder 112 — 113. die aus je zwei Feldeffekt-Transistoren bestehen. Der erste Transistor 110 wird leitend, wenn er an seiner Basis das entsprechende Signal der Meßphase mit der Dauer Δίχ empfängt, um den ersten Belag 1000 des Meßkondensators 100 mit dem Bezugspotential zu verbinden, während der zweite zugehörige Transistor 111 gesperrt ist Der andere erste Transistor 112 ist während dieser Meßphase Δίχ gesperrt und der andere zugehörige zweite Transistor 113 auf Durchlaß geschaltet, um den anderen, den Eichkondensator 104, zu neutralisieren. Im Verlauf der folgenden Eichphase mit der Dauer Δ te werden die Zustände der Transistoren 110 bis 113 umgekehrt so daß jetzt der Meßkondensator 100 neutralisiert wird, während der andere, der Eichkondensator 104 mit seinem ersten Belag 1040, mit dem Bezugspotential verbunden ist.

Wie die F i g. 1 zeigt, wird der erfindungsgemäße Neutralisierungskreis durch zweite Transistoren 11 und 113 gesteuert, deren Abfluß an den Ausgang 1030 der

Stufe 103 angeschlossen sind, während ihre Quellen mit den ersten Belägen 1000 und 1040 der Kondensatoren 100 und 104 sowie mit den Abflüssen der ersten Transistoren 110 und 112 verbunden sind. Die Neutralisation andererseits erfolgt mit Hilfe einer koaxialen Abschirmung 106 der Verbindungsleitungen, die in ihrer Gesamtheit mit 105 bezeichnet sind, die auch die zweiten beläge 1001 und 1041 der Kondensatoren umgibt und mit dem Ausgang 1030 des Verstärkers 1031 verbunden ist. Das hat zur Folge, daß unabhängig davon, welcher der beiden Kondensatoren 100 und 104 mit dem Bezugspotential verbunden ist und sich damit während einer Phase des Vergleichszyklus lädt oder entlädt, die beiden Beläge des anderen Kondensators sowie die Abschirmung 106 auf ein Potential gebracht werden, das sich genauso verändert wie das Potential des zweiten Belages des im Laden oder Entladen begriffenen Kondensators. Folglich haben die Gesamt-Körperkapa-Nachstehenri sollen anhand der die Digitalschaltung 2 detailliert zeigenden Fig. 3 die fünf Stufen eines Vergleichszyklus beschrieben werden.

I) Wird zu Beginn einer Messung die Spannungsversorgung der Meßvorrichtung eingeschaltet, so wird mit Hilfe einer geeigneten Nullstellvorrichtung 26 das Schieberegister 210 mit den fünf Stufen 21Oi bis 21O₅ der Steuerschaltung 21 automatisch auf Null gestellt. Dadurch geht die Kippschaltung der ersten Stufe 210. in den Zustand »1« über und steuert über die Leitung 21 Ii die Nullrückstellung des Vorwärts- und Rückwärtszählers 240 der Vorwärts- und Rückwärtszählschaltung 24 und eines als Vorzähler bezeichneten ersten Zählers 230 der Zählschaltung 23. Diese Rückstellung auf Null schaltet den Vorwärts- und Rückwärtszähler 240 auf »Zählen« und steuert außerdem über ein ODER-Tor 213 eine monostabile Kippschaltung 212 an, die mit dem Ausgang des Taktgebers 22 verbunden ist. Infolgedes-

Einfluß mehr.

Nun soll eine vorgezogene Ausführungsforni der Digitalschaltung 2 beschrieben werden, die es ermöglicht, die Anzahl Impulse Ni; und N\ zu zählen, die während eines Vergleichszyklus vom Ausgang 1022 der Analogschaltung 1 abgegeben werden.

Die Digitalschaltung 2 besteht gemäß F i g. 2 und F i g. 3 im wesentlichen aus folgendem:

- Einer Steuerschaltung 21, die die fünf Stufen eines Vergleichszyklus startet, die nachstehend noch beschrieben werden,

- einem Taktgeber 22 in Form eines Multivibrators, der Taktimpulse mit einer Frequenz abgibt, die deutlich unter der liegt, die vom Oszillator 10 erzeugt wird,

- einem Zähler 23, der eine vorbestimmte Anzahl N_t der Impulse zählt, die vom Oszillator 10 während jeder Eichphase erzeugt werden und infolgedessen die Dauer Δ '.t der Eichphase bestimmt,

- einem Vorwärts- und Rückwärtszähler 24. der die Dauer der Meßphase Δ t\ zu bestimmen vermag, die exakt gleich der Dauer der Eichphase ist, oder, respektive, in einem vorbestimmten Verhältnis R = Attfatxzur letzteren steht, und

- einer Rechner- und Anzeige-Einheit 25, die es ermöglicht, den Wert der Kapazität X des zu messenden Kondensators 104 zu berechnen und direkt anzuzeigen, und zwar als Funktion der vorbestimmten Anzahl Nr und des vorbestimmten Verhältnisses R und der Anzahl Nx von Impulsen, die vom Oszillator 10 während der Meßphase At\ erzeugt und vom Zähler 23 gezählt werden; der Wert von X wird dann mit Hilfe der folgenden Beziehungen ermittelt:

	ft-= RAt	.V
oder
	NeZFe =	RN_xZF_x
oder
	NeXe-I	<= RN_xX K
oder
	X=(Xe	*■ Ne)Z(R ■ N_x)*

Dabei kann die Einheit 25 den Wert X oder 1/AOder eine einem der Werte X\ma 1IX proportionale Größe errechnen und anzeigen, je nachdem, ob die zu messende Größe G_x der Kapazität direkt oder umgekehrt proportional ist

Seil ÜCWiilM UlC illÜliOSldUilC rVlppMUIC HV\ UUCI CMIC

Schaltung aus drei UND-Toren 214, daß das Schieberegister 210 um einen Schritt vorrückt und daß dessen Kippschaltung der zweisten Stufe 211. in den Zustand »1« übergeht.

2) Die Kippstufe 21O₂ startet die zweite Etappe des Vergleichszyklus, indem sie über die Leitung 21b den Befehl zum Beginn der eigentlichen Eichung Δ ti; gibt. Wie bereits erklärt, werden die beiden Transistoren 111 und 112 gesättigt, während die Transistoren 110 und 113 gesperrt werden, damit der Kondensator 104 mit bekannter Kapazität Xf im Meßkreis liegt. Unter diesen Bedingungen gibt der Relaxationsoszillator 10 über ein UND-Glied 231, das zuvor, durch die Kippschaltung 210. gesteuert, über das ODER-Glied 232 auf Durchlaß geschaltet wurde, Impulse mit der Frequenz Fi = MKXi an den Vorzähler 230 ab. Gleichzeitig mit dem UND-Glied 231 wird das mit dem Zähleingang des Vorwärts- und Rückwärtszählers 240 ebenfalls verbundene UND-Glied 241 auf Durchlaß geschaltet; im Zähler 240 können während der Eichung die Taktimpulse gezählt werden. Für diese Gleichzeitigkeit sorgt eine D-Synchronisierschaltung 215, deren Taktg~bereingang mit dem Ausgang des UND-Gliedes 231 und deren Ausgang Q mit einem der Eingänge der UND-Glieder 241 und 242 verbunden ist, die ihrerseits mit dem Vorwärts- und dem Rückwärtszähleingang des Vorwärts- und Rückwärtszählers 240 verbunden sind.

So zählt also während der Eichung der Vorzähler Ni Impulse mit der Frequenz F<_;, und der Vorwärts- und Rückwärtszähler 240 zählt die Taktgeberimpulse, bis der Vorzähler bis zu seiner maximalen Kapazität Ni gezählt hat. Dieser Augenblick bestimmt das Ende der Eichung, deren Dauer damit gegeben ist durch

At, = NrZF₁;

Der Ausgang des Zählers 230 versetzt die Leitung 233 in den Zustand »1«, wobei die letztere das Vorrücken des Schieberegisters 210 um einen Schritt und über das UND-Glied 234 die Rückstellung des Zählers 235 der Zählschaltung 23 auf Null veranlaßt.

3) Im Verlauf der dritten Etappe des Vergleichszyklus befindet sich die dritte Kippschaltung 2IO3 des Schieberegisters 210 im Zustand »1« und veranlaßt über die Leitung 2113 folgendes

— die Sperrung des UND-Gliedes 241 und damit den Vorwärts- und Rückwärtszähler 240 zum Einstellen seiner Tätigkeit;

- über die aus den beiden NOR-Gliedern bestehende Schaltung 243 die Negierung des Steuereingangs für Vorwärtszählen/Rückwärtszählen, damit dieser sich im Zustand »Rückwärtszählen« befindet,

- über das ODER-Glied 216 die Rückstellung des Vorzählers 230 und der Synchronisier-Kippschaltung 215 auf Null und

- Ansteuerung der monostabilen Kippschaltung 212, damit diese nach Beendigung der vorstehenden Vorgänge das Schieberegister 210 um einen Schritt vorrücken läßt.

4) Dann wird die Meßphase dadurch eingeleitet, daß die Kippschaltung 21Oj in den Zustand »1« übergeht. Da. wie bereits gesagt, die Kompletnentärsignale in den Leitungen 211) und 211t gegenüber der Eichphase umgekehrt werden, wird der erste Belag 1000 des Meßkondensators 100 über den gesättigten Transistor iiö ans Erdpotentiai gelegt, wahrend der tichkondensator 104 über den gesättigten Transistor 113 neutralisiert wird.

In diesem Fall gibt der Ausgang 1022 des Oszillators 10 über das UND-Glied 231 Impulse mit der Frequenz F\ = \/KXab, und gleichzeitig zählt der Vorwärts- und Rückwärtszähler 240 die Taklgebcrimpulse rückwärts. Erreicht der Vorzähler 230 seine Maximalkapazität /V/, so startet er über das Tor 214 das Zählen der Impulse mit der Frequenz F_x durch den Zähler 235. Die von diesem Augenblick an vergangene Zeit liegt bei dieser Ausführungsform unter Ati = Δΐ\. da die Kapazität Xi so gewählt ist, daß sie gleich dem Höchstwert der zu messenden Kapazitäten ist. Und da die Frequenz Fi niedriger ist als die Frequenzen F_x, hat der Vorzähler 230 seine Maximalkapazität erreicht, bevor der Vorwärts- und Rückwärtszähler 240 bei Null angekommen ist. Folglich hat, wenn der Vorwärts- und Rückwärtszähler bei Null angekommen ist, der Zähler 235 eine Anzahl ρ von Impulsen mit der Frequenz F\ verbucht, wobei

p= N_x- Ν,

ist. Unter diesen Bedingungen befiehlt der Vorwärts- und Rückwärtszähler 240 dem Zähler 235, das Zählen einzustellen, indem er einen Impuls zum Sperren des UND-Gliedes 234 über den Umkehrschalter 245 in die Leitung 244 schickt. Dieser Sperrimpuls steuert auch über das ODER-Glied 213 die monostabile Kippschaltung 212 an, damit das Schieberegister 210 um einen Schritt vorrückt, und zwar entsprechend der folgenden und letzten Etappe des Vergleichszyklus.

5) Bei diesem als Übertragungs- und Berechnungsschritt bezeichneten Schritt hat die fünfte Kippschaltung 2IO5 des Schieberegisters an ihrem Ausgang 2115 den Zustand »1«. Das bewirkt die Übertragung des Inhalts ρ des Zählers 235 in einen Speicher 251 der Rechner- und Anzeigeeinheit 25. Die Berechnung des Verhältnisses

X = N,X,/Νλ
oder von
MX

p)

ergibt direkt den realen Wert oder den Kehrwert der Kapazität des zu messenden Kondensators 100, wobei der Koeffizient K selbstverständlich eliminiert wird. In dieser Hinsicht erfolgt diese Berechnung in einer Logik 252, die einen Arbeitsspeicher enthält, der vorher die Werte Neund Abgespeichert hat, um den Wert von Xe verändern zu können, bis der Meßbereich ebenfalls geändert wird. Das Rechenergebnis X wird dann am Ende des Vergleichszyklus in der Anzeige 253 angezeigt.

ϊ Gleichzeitig bewirkt auf Befehl der flechner- und Anzeigeeinheit 25 das Auslösen der monostabilen Kippschaltung 212 durch Versetzen des Ausgangs 21 Ii der ersten Kippschaltung 21Oi in den Zustand »1« die Rückkehr zur ersten Etappe des folgenden Vergleichs-

Ki zyklus.

Vorstehend ist zwar die Digitalschaltung gemäß einer Alisführungsform beschrieben, es sind für den Fachmann jedoch auch andere Organisationsformen durchaus vorstellbar, die je nach den Werten des zu messenden Kapazitätsbereiches und des Kapazitätsnormals gewählt werden können. Stellt etwa die Eichkapazität die untere Grenze der zu messenden Kapazitätswerte dar, so werden die während der Eichphase Ali vom Oszillator abgegebenen impulse von einem

_'n Vorzähler mit der Kapazität p\ und einem damit in Serie geschalteten Zähler mit der Kapazität p: gezählt, damit diese ihre zusätzliche Maximalkapazität Ni = p\ + p_> erreichen. Während der Meßphase jedoch erreicht n.ir der Vorzähler seine maximale Kapazität p\, während die

:'i Zählung des Zählers am Ende der Meßphase Ai\ gleich p'ist, was unter seiner maximalen Kapazität p> liegt und gegeben ist durch

p'= /V\ - pi
Aus der folgenden Beziehung

i =

wird dann der Wert Xder zu messenden Kapazität oder dessen Kehrwert ermittelt.

Wenn schließlich das Kapazitätsnormal Xr einen Wert hat, der außerhalb des zu messenden Kapazitätsbereiches liegt, so muß dem Ausgang des Taktgebers 22 ein Frequenzteiler oder -vervielfacher 220 während einer der als Eichung ur. 1 als Messung bezeichneten Phasen nachgeschaltet werden, wie es die F i g. 3 zeigt. Liegt beispielsweise die Kapazität Xi beträchtlich über dem Bereich der zu messenden Kapazitäten X, so dauert die Eichphase Ati: länger als die Meßphase .U\. Hegt jedoch innerhalb eines vorbestimmten Wertes des Verhältnisses R - Atr/At_x. In diesem Fall zählt beim Beispiel von F i g. 3 der Vorwärts- und Rückwärtszähler 240 Impulse mit einer ersten Taktgeberfrequenz während der Eichphase vorwärts und während der Meßphase Impulse mit einer zweiten Taktgeberfrequenz, die zur ersten Taktgeberfrequenz im Verhältnis R steht, rückwärts. Im übrigen hat i(Ch die Arbeitsweise von Vorzähler und Zähler 230 und 235 nicht geändert. In diesem Fall ist der Wert von X durch die folgende Beziehung gegeben:

X=

pj\

Im Speicher der Logik 252 wird außerdem der Wert des Verhältnisses Λ gespeichert

bo Es können auch noch andere bekannte Parameter in den Rechner eingegeben werden, um die zu messende physikalische Größe G\ direkt anzuzeigen.

Nun soll anhand von F i g. 4 eine zweite Ausführungsform der Analogschaltung 1 a beschrieben werden, die es

hs wie der Neutralisationskreis 106—103 von Fig. 1 ermöglicht, die Körperkapazitäten zu eliminieren, die jedoch durch sehr niedrige Kosten und eine größere Meßgenauigkeit gekennzeichnet ist. Mit dem Index a

sind die in Fig.4 modifizierten Bestandteile gekennzeichnet, die bereits in der F i g. 1 dargestellt worden sind.

Man findet in Fig.4 die drei Hauptkreise der KapazitätsmeBvofrichtung wieder, nämlich einen ReIaxationsoszillator 10a und ein Schaltglied 11a in der Analogschaltung la und die Digitalschaltung 2, die nicht detailliert dargestellt worden ist, da sie mit der identisch ist, die beispielsweise anhand von Fig.3 beschrieben wurde.

Der die Rolle des Spannungs/Frequenz-Wandlers spielende Oszillator 10a umfaßt wie in F i g. 1 den Meßkondensator 100 mit der Kapazität X, den Eichkondensator 194 mit der Kapazität X& den hochohmigen Widerstand 1101 mit dem Widerstandswert R und den Vergleicher 102. Dagegen enthält der Oszillator 10a keinen Impedanz-Anpassungskreis mehr wie in der Fig. 1, sondern umfaßt einen Integrationskreis 107. der durch einen Operationsverstärker 1070 mit hohem Ven.tärkungsgrad in der Größenordnung von 2000 dargestellt wird. Der negierte Eingang 1071 des Verstärkers 1070 ist mit dem Verbindungspunkt 105a verbunden, der dem Widerstand 101 und den zweiten Belägen 1001 und 1041 der Kondensatoren 100 und 104 gemeinsam ist. Die Ausgangsklemme 1072 des Verstärkers 1070 ist mit dem Widerstand 1025 des Negationseingangs 1024 des Operationsverstärkers 1020 verbunden, der hauptsächlich den Vergleicher 102 des Oszillators 10a darstellt sowie über das Schaltglied 11a mit den ersten Belägen 1000 und 1040 der Kondensatoren 100 und 104. Wie die F i g. 4 zeigt, wird die Abschirmung 106a. die den gemeinsamen Anschluß 105a und beide Beläge der Kondensatoren 100 und 104 umgibt, nicht mehr mit einem Impedanz-Anpassungskreis neutralisiert, sondern einfach mit dem Bezugspotential der Vorrichtung verbunden.

Das Schaltglied 11a besteht nur aus zwei Festkörperschaltern in Gestalt der Feldeffekt-Transistoren 110a und 112a. Die Basis des Transistors 110a wird durch das logische Steuersignal angesteuert, das ihr über die Leitung 21 h von der Digitalschaltung 2 zugeführt wird, damit der Transistor 110a während der Dauer Δΐ\ der Messung der Kapazität Xauf Durchlaß geschaltet ist. In gleicher Weise wird die Basis des Transistors 112a durch das logische Steuersignal angesteuert, das ein Komplementärsignal zum obigen Signal ist und von der Digitalschaltung 2 über die Leitung 211₂ zugeführt wird, damit der Transistor 112a während der Dauer Air der Messung der Kapazität Xe auf Durchlaß geschaltet ist. Wie auch bei Fig. 1 sind die Meß- und die Eichphase zlf.v und Δίε gleich oder stehen in einem vorbestimmten Verhältnis R zueinander. Die Zuflüsse der beiden Transistoren HOa bzw. 112a sind mit dem ersten Belag 1000 bzw. 1040 des entsprechenden Kondensators 100 bzw. 104 verbunden. Während jedoch beim Schaltglied 11 die Zuflüsse der entsprechenden Transistoren 110 und 112 abwechselnd mit dem Bezugspotential verbunden wurden, werden die Zuflüsse der Transistoren 110a und 112a während der Zeit Δ r.x bzw. Δ tr abwechselnd an die Ausgangsklemme 1072 des Integrattonskreises 107 gelegt.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß der Relaxationsoszillator einen Integrationskreis umfaßt, der aus dem Operationsverstärker 1070, dem Widerstand 101 und, je nachdem, ob die über die Leitungen 211₄ und 211₂ übertragenen logischen Signale den Transistor MOa sättigen und den Transistor 112a sperren oder den Transistor 110a sperren und den Transistor 112a sattigen, aus dem Kondensator 100 oder dem Kondensator 104 besteht.

Bei der hohen Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers 1070, seiner niedrigen Ausgangsimpedanz und auf Grund der Tatsache, daß sich sein Eingang praktisch auf Bezugspotenlial befindet, ist es möglich, die Streukapazhäten zwischen dem Belag 1041 des Kondensators 104, dem feststehenden Belag 1001 des Kondensators 100 und dem negierten Eingang 1071 des

ίο Verstärkers 1070 auf der einen Seite und dem Bezugspotential auf der anderen Seite zu hemmen. Weil die Spannung am negierten Eingang 1071 sehr niedrig ist, d. h. fast gleich dem Bezugspotential ist, wird der durch den Lade widerstand 101 fließende Strom vollständig zu den Belägen 1001 und 1041 geleitet, von denen einer mit einem RX oder RXe proportionalen Strom aufgeladen wird, wenn der zugehörige Transistor 110a bzw. 112a jiesättigt wird. Daher werden die Streukapazitäten so gering, daß sie vernachlässigt

:n werden können, da sie durch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 1070 geteilt werden und die Linearität der Messungen nicht beeinträchtigen, insbesondere dann nicht, wenn die zu messende physikalische Größe G.\ dem veränderlichen Abstand zwischen der Be'ägen des Meßkondensators 100 proportional ist, wie dies in der Einführung bereits auseinandergesetzt worden ist. Es i.önnen also die in der Streukapazitäi zwischen dem Verbindungspunkt 105a und der mit derr Bezugspotential verbundenen Abschirmung 106a kreis

in enden Störladungen im Vergleich zu der von der Kapazitäten Xoder Abgespeicherten Ladung vernachlässigt werden, was dazu beiträgt, die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen. An der ersten Klemme 100C oder 1040 des Kondensators 100 bzw. 104 hingeger

j-, treten, durch den Vergleicher 102 gesteuert, Spannungsänderungen auf, wenn der zugehörige Transistor 110« oder 112a gesättigt wird. Der hier jeweils andere Kondensator 104 oder 100. dessen erster Belag 104t bzw. 1000 nicht geladen wird, weil der andere Transistoi 112a oder 110a gesperrt ist. erzeugt ebenfalls keincrlc Streukapazität, weil die Abschirmung 106a die Beläge dieses Kondensators vollständig umgibt.

Im übrigen sei darauf hingewisen. daß es bei der beiden in Fig. I und Fig.4 dargestellten Ausführungs

4-. formen erforderlich ist, daß das elektrische FeIc zwischen dem beweglichen Belag 1000 und den feststehenden Belag 1001 des Meßkondensators 100 wenn er veränderlich ist, unabhängig von der Verschiebungen des beweglichen Belages 1000 gleich

-,ο förmig ist. damit die Kanteneffekte vermieden werder und die Genauigkeit der Kapazitätsmessung nich beeinträchtigen. Um das zu erreichen, ist die Abschir mung des Meßkondensators 100 mit gutem Erfolg mi flachen bzw. zylindrischen Belägen so ausgeführt, wu

-,-. dies die F i g. 5A und 5B bzw. 6A und 6B zeigen.

Beim veränderlichen Meßkondensator 100 kann c: sich um eine der an sich bekannten Ausführunger handeln, nämlich

μ - mit ebenen Elektroden und paralleler ode winkelmäßiger Verschiebung des beweglicher Belages gegenüber der feststehenden Elektrodt 1001, oder, wie in den F i g. 5A und 5B gezeigt,

- mit zylindrischen Elektroden, wobei die eine dei

6ί Elektroden ins Innere der anderen Elektrodi

eindringt, wie es in Fig.6A und Fig.6B für di< beiden in F i g. 1 bzw. F i g. 4 dargestellten Ausfüh rungsformen gezeigt ist.

Im ersten Fall der Flachausführung beeinflussen die Kanteneffekte an den Enden der Belage die Genauigkeit der Messungen, während im zweiten Fall der zylindrischen Ausführung dieser Effekt an den Enden der beiden Beläge kompensiert wird.

Dazu ist erfindungsgemäß bei einem veränderlichen Flachkondensator 100, wie ihn F i g. 5A und F i g. 5B für die beiden Ausführungsformen von F i g. 1 bzw. F i g. 4 zeigen, der feststehende Belag tOOl von einem flachen Schutzring 108 umgeben, dessen Innenrand sehr nahe an den des Belages 1001 herankommt und in derselben Ebene wie dieser Hegt, während sein Außenrand parallel zum und oberhalb des Außenrandes des beweglichen Belages 1000 angeordnet ist Der Schutzring 108 steht oberhalb des Belages in Kontakt mit der Abschirmung 106 bzw. 106a und hält daher ein Potential aufrecht, das gleich dem Erdpotential ist und fast gleich dem des Belages 1001. Wenn sich dann der bewegliche Belag 1000 rechtwinklig oder winkelmäßig zur Ebene des feststehenden Belages 1001 verschiebt, so daß die Veränderung der zu messenden Größe Cx dem Abstand zwischen den Belägen direkt proportional ist und damit der Kapazität X umgekehrt proportional, ist das elektrische Feld, das zwischen den Belägen herrscht, nahezu gleichförmig verteilt, und das gilt insbesondere in Höhe des Außenrandes des Belages 1001, d. h. für die Stelle, die in den F i g. 5A und 5B mit 109 bezeichnet ist In diesem Fall verändert sich die zu messende physikalische Größe in linearer Abhängigkeit von der an den beweglichen Belag 1000 angelegten Ladespan nung, d.h., sie ändert sich als strikte Funktion des Kehrwertes der Kapazität des Meßkondensators.

Schließlich sei noch bemerkt, daß die Anordnung der Kondensatoren 100 und 104 zum Messen einer von einer veränderlichen Kapazität abhängigen physikali sehen Größe nicht auf die in Fig. 1 und Fig.4 dargestellte beschränkt ist, vielmehr kann der Ausbau des Schaltgliedes 11 oder 11a so gestaltet werden, daß eine leichte Montage der Kondensatoren, d.h. der Meßfühler, ermöglicht wird. So werden beispielsweise während der Messung der Eichkondensator und der Meßkondensator mit dem Bezugspotential parallelgeschaltet während zur Eichung nur der Eichkonijnsator mit Erde verbunden wird. Oder es wird beim Messen der Meßkondensator mit Erde verbunden, während beim Eichen der Eichkondensator und der Meßkondensator paraiiei mit Erde verbunden werden. Schließlich können der Eich- und der Meßkondensator während einer der Phasen in Reihe angeschlossen werden, in einer Anordnung, die analog der ist, die vorstehend für die Parallelverbindungen dieser Kondensatoren beschrieben wurde.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Kapazität eines Kondensators mit Hilfe eines Zyklus, bei dem die Lade- und Entladezeiten dieses ersten oder Meßkondensators bzw. eines zweiten oder Eichkondensators während zweier aufeinanderfolgender, als erste oder Meßphase und zweite oder Eichphase bezeichneter Phasen miteinander verglichen werden, die aus einem hochstabilen Oszillatorkreis besteht, der einen dieser Kondensatoren enthält und dessen Schwingungsperiode der Kapazität des darin enthaltenen Kondensators proportional ist, ein Schaltglied aufweist, das die Aufgabe hat, den ersten bzw. den zweiten Kondensator zu Beginn dieser Phasen so anzuschließen, daß er als Kapazität X bzw. als Kapazität Xe im Schwingkries liegt, einen Zähler enthält, der eine vorbestimmte Anzahl Ne von während der zweiten Phase vom Schwingkreis erzeugten Impulsen zählt, um eine vorbestimmte Dauer der zweiten Phase festzulegen, einen Taktgeber aufweist, der Impulse mit mindestens einer Taktperiode erzeugt, einen Vorwärts- und Rückwärtszähler enthält, der Taktimpulse während der ersten bzw. zweiten Phase vorwärts bzw. rückwärts zählt und den Befehl zum Übergang von Vorwärts- auf Rückwärtszählen durch den Zähler erhält, wenn er bis Nu gezählt hat, und aus einer Einheit zum Berechnen und Anzeigen des Meßergebnisses a;.i Ende jedes Vergleichszyklus besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts- und Rückwärtszähler (24), wenn er beim Rückwärtszählen bei Null ar 'ekommen ist, dem Zähler (23) den Befehl gibt, das Zählen einzustellen, damit die Dauer der ersten Phase {Δΐ\) gleich der zweiten Phase (Δι/) ist oder in einem bestimmten Verhältnis R zur letzteren steht, und — da die Anzahl Impulse N\, die der Oszillator (10, iOa) während der Messung erzeugt hat und die vom Zähler (23) während dieser Phase gezählt wurde, zu dieser vorbestimmten Anzahl Ni in einem Verhältnis steht, das den Kapazitäten X und Xk des ersten Kondensators (100) und des zweiten Kondensators (104) umgekehrt proportional ist — weiterhin dadurch, daß die Rechen- und Anzeigeeinheit (25) Einrichtungen (252) zum Berechnen einer Größe umfaßt, die dem Quotienten (N, X_K)/(R N_x) direkt oder umgekehrt proportional ist, der gleich dem Wert der tatsächlichen Kapazität X des ersten Kondensators (100) ist.

2. Kapazitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (22) dann, wenn dieses vorbestimmte Verhältnis R nicht gleich Eins isl, außerdem noch einen Frequenzteiler oder -vervielfacher (220) umfaßt, der während der Messung oder während des Eichens tätig ist, damit der Vorwärts- und Rückwärtszähler (24) Impulse mit einer ersten Taktfrequenz während der zweiten Phase vorwärts und Impulse mit einer zweiten Taktfrequenz, die zur ersten Taktfrequenz in diesem Verhältnis steht, während der ersten Phase rückwärtszählt.

3. Kapazitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei diesem Oszillator (10) um einen Relaxationsoszillator mit einer während der Dauer jedes Vergleichszyklus konstanten Kippschwelle handelt, der außerdem eine Schalung (103, 106) zum Neutralisieren des ersten bzw, des zweiten Kondensators während der zweiten bzw, während der ersten Phase umfaßt.

4. Kapazitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 3, ϊ dadurch gekennzeichnet, daß sie als Neutralisierungsschaltung einen Verstärker (103) mit dem Verstärkungsfaktor Eins umfaßt, der als Impedanz-Anpassungskreis geschaltet ist und dessei Ausgang (1030) mit dem Vergleicher (102) des Oszillators (10)

in verbunden ist und, durch das Schaltglied (11) gesteuert, während der ersten Phase bzw. während der zweiten Phase abwechselnd mit den ersten Belägen (1000 bis 1040) des zweiten Kondensators bzw. ersten Kondensators verbunden wird, während

ii sein Eingang (1033) mit den zweiten Belägen (1001 bis 1041) dieser Kondensatoren und mit dem Widerstand (101) des Oszillators (10) verbunden ist.

5. Kapazitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (10) eine

in Abschirmung (106) umfaßt, die mindestens die zweiten Beläge der Kondensatoren (100, 104) und die gemeinsame Verbindung (105) dieser Beläge mit dem Eingang (1033) des Verstärkers (103) umgibt und mit dem Ausgang (1030) des Verstärkers

r> verbunden ist.

6. Kapazitä;smeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (IQa) ein Relaxationsoszillator mit während der Dauer jedes Vergleichszyklus konstan-

Ii> ter Kippschale ist und außerdem eine Schaltung (106a, 107) zum Unterdrücken der Auswirkungen von Streukapazitäten zwischen dem Bezugspotential und den Kondensatorbelägen umfaßt.

7. Kapazitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 6, Γ) dadurch gekennzeichnet, daß sie als Schaltung zum Unterdrücken von Streukapazitäten einen als Integrationskreis geschalteten Verstärker (107) mit hohem Verstärkungsgrad umfaßt, dessen Ausgang (1072) mit dem Vergleicher (iOi) des Oszillators

tu (lO.ij¹ verbunden ist und, durch das Schahglied (I1»J gesteuert, während der ersten Phase bzw. der zweiten Phase abwechselnd mit den ersten Belägen des ersten bzw. des zweiten Kondensators verbunden wird, während sein Eingang (1071) mit den

^i zweiten Belägen (1001 bis 1041) dieser Kondensatoren und mit dem Widerstand (101) im Schwingkreis (lOa^verbunden ist.

8. Kapazitä'smeßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (10) eine

Vi Abschirmung (106a) umfaßt, die mindestens die zweiten Beläge der Kondensatoren (100 bis 104) und den gemeinsamen Verbindungspunkt (105a,) dieser Beläge mildem Eingang(1071)des Verstärkers(107) umgibt und mit dem Bezugspotential verbunden ist.

μ

9. Kapazitätsmeßvorrichtung nach einem der

Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (100) veränderlich ist.

10. Kapazitätsmeßvorrichiung nach den Ansprüchen 5 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß

w) der erste Kondensator ebene Beläge hat, deren feststehender dieser zweite Belag (1001) ist und mit einem Schutzring (108) umgeben ist, der mit dem feststehenden Belag in derselben Ebene liegt und mit der Abschirmung (106, 106a^ verbunden ist, damit

hi das elektrische Feld zwischen dem ersten beweglichen Belag (1000) und der Einheit zweiter Belag/ Schutzring auch bei starken Schwankungen des Abstandes zwischen den Belägen (lOOO bis 1001)

praktisch gleichförmig bleibt.

II. Kapazitätsmeßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste Belag (1000) gegenüber dem feststehenden Belag winkelmäßig so bewegt, daß er einen veränderlichen Flächenwinke! bildet.