DE3134342C2

DE3134342C2 -

Info

Publication number: DE3134342C2
Application number: DE19813134342
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 3015 Wennigsen De Trauernicht
Original assignee: Seichter GmbH
Current assignee: Seichter GmbH
Priority date: 1981-08-31
Filing date: 1981-08-31
Publication date: 1989-12-07
Also published as: DE3134342A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Meßkopf für Dis tanzmessungen. Für den Aufbau eines kapazitiven Meßkopfes eignet sich eine Brückenschaltung, in der eine der Brückenelemente die veränderliche Kapazität darstellt. Als Sensor wird beispiels weise eine Elektrodenanordnung mit zwei in einer Ebene liegenden Elektroden verwendet, die an den Gegenstand, zu dem die Distanz gemessen werden soll, herangeführt wird. Die Kapazität der Elek trodenanordnung ist abhängig von dem Medium, das sich in der Nähe der Elektrodenanordnung befindet. Wenn die Elektrodenanordnung sich nicht in der Nähe eines Gegenstandes befindet, so ist die Luft mit ihrer relativ geringen Dielektrizitätskonstanten maßge bend für die Kapazität der Elektrodenanordnung. Wird dagegen ein Gegenstand, bzw. eine Fläche mit höherer Dielektrizitäts konstante in die Nähe der Elektrodenanordnung gebracht, so steigt die Kapazität und die Brückenanordnung wird verstimmt. Von dieser Verstimmung kann ein Meßsignal abgeleitet werden.

Durch die DE-AS 21 37 545 ist ein solcher kapazitiver Meßkopf mit einer Brückenschaltung bekannt. In der Brückenschaltung sind zwei Elektrodenanordnungen vorgesehen. Die eine Elektrodenanordnung stellt das bezüglich seiner Kapazität veränderliche Element des Meßkopfes dar und ist außen am Gehäuse des Meßkopfes angeordnet. Die zweite Elektrodenanordnung dient zur Kompensation von Tempe raturschwankungen und befindet sich im Inneren des Gehäuses des Meßkopfes. Durch die genannte Veröffentlichung ist es auch be kannt, die Elektrodenanordnungen jeweils aus einer metallbe schichteten Isolierstoffplatte herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abhängigkeit von Umwelteinflüssen auf den Sensor weiter zu verringern, insbeson dere den Einfluß von Temperaturschwankungen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfin dung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unter ansprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßkopf wird für die Elektrodenanord nungen eine einzige beidseitig metallbeschichtete Isolierstoff platte verwendet. Dadurch ist eine enge thermische Kopplung der Elektrodenanordnung hergestellt. Temperaturschwankungen wirken somit auf beide Elektrodenanordnungen gleich und ihre Einflüsse werden durch die Brückenschaltung eliminiert. Die Verwendung einer einzigen Isolierstoffplatte ist möglich, weil gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Elektrodenanordnungen ver setzt gegeneinander auf der Isolierstoffplatte angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß sie sich elektrisch nicht beein flussen können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, erläutert.

Im dem Beispiel wird die Meßelektrodenanordnung "äußere Elektrode" und die zur Kompensation dienende Elektrodenanordnung "innere Elektrode" genannt. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines kapazitiven Meßkopfes mit einer Brückenschaltung,

Fig. 2 eine mögliche Elektrodenanordnung und

Fig. 3 eine Elektrodenanordnung mit den erfindungsgemäßen Merk malen.

In der Schaltung in Fig. 1 ist der Ausgang eines Wechsel spannungsgenerators 1 über einen Koppelkondensator 2 an eine Brückenschaltung aus den Brückenzweigen 3 bis 7 angekoppelt. Die Wechselspannung wird am oberen Ende der Brückenschaltung eingespeist. Der untere Punkt der Brückenschaltung ist auf Massepotential der Schaltung gelegt.

Die beiden Zweige im oberen Teil der Brückenschaltung sind durch Kondensatoren 3 und 4 mit fester Kapazität gebildet.

Im linken Zweig des unteren Teils der Brückenschaltung liegt die veränderliche Kapazität 5 der Anordnung und parallel dazu eine Kapazität 6. Im benachbarten Zweig des unteren Teils liegt eine Kapazität 7, die zum Abgleich der Brücke einstellbar ist.

Am sogenannten Nullzweig der Brückenschaltung sind die zueinander invertierten Eingänge eines Differenzverstärkers 8 angeschlossen. Im Verstärker 8 wird die am Nullzweig anliegende Spannung verstärkt. Das verstärkte Signal wird einer Gleichrichter schaltung 9 zugeführt, in der aus dem Wechselspannungssignal ein Gleichspannungssignal mit zu der Verstimmung der Brücke stetig sich ändernder Größe gewonnen wird. Dieses Signal steht am Ausgang 10 zur Verfügung.

Die Kapazitäten 5 und 6 in Fig. 1 können durch eine Elektroden anordnung realisiert werden, die in Fig. 2 dargestellt ist.

Eine metallbeschichtete Isolierstoffplatte 11, z. B. eine kupferkaschierte Epoxydharzplatte, wird so geätzt, daß sich die in Fig. 2 dargestellte Anordnung mit einer großflächigen Masse elektrode 12 und einer Sensorelektrode 13 ergibt, die gegen einander isoliert sind. Die Masseelektrode 12 umgibt die Sensor elektrode 13 allseitig.

Die Anschlüsse der Elektroden 12 und 13 sind nach hinten an Punkten 14 durch die Isolierstoffplatte 11 hindurch in das Gehäuseinnere des Meßkopfes geführt. Bei dieser Anordnung ist der Meßkopf nur im Bereich der Fläche der Sensorelektrode em pfindlich, und zwar aus folgendem Grund:

Die Masseelektrode ist relativ zur Sensorelektrode sehr groß flächig. Daher ist die Kapazität der Masseelektrode zu einem Meßobjekt groß, die der Sensorelektrode dagegen klein. Man muß sich die resultierende Kapazität als eine Reihenschaltung der genannten Kapazitäten vorstellen. Unter den genannten Bedingungen ist der Wert der Kapazität der Sensorelektrode zum Meßobjekt ausschlaggebend für den resultierenden Wert.

Die veränderliche Kapazität 5 in Fig. 1 wird in Fig. 2 durch die Kapazität zwischen den Elektroden 12 und 13 gebildet, die sich im angrenzendem Luftraum ausbildet. Dagegen liegt die Kapazität 6 in der Isolierstoffplatte unterhalb der Elektroden 12 und 13.

Die Isolierstoffplatte 11 mit den Elektroden 12 und 13 gemäß Fig. 2 bildet eine Wand des kapazitiven Meßkopfes, so daß bei einer Annäherung eines Gegenstandes an die Elektrodenanordnung die Kapazität 5 verändert wird.

Die Kapazität 6 in der Isolierstoffplatte unterliegt Tempe raturschwankungen. Um diese zu kompensieren, ist in Fig. 3 an der dem Gehäuseinneren des Meßkopfes zugewandten Seite der Iso lierstoffplatte 11 die gleich aufgebaute innere Elektrode vor gesehen. Die äußere Elektrode und die innere Elektrode sind ge geneinander versetzt angeordnet, derart, daß sie sich nicht gegen überstehen, sondern jeweils der Masseelektrode der anderen Elek trodenanordnung. Da die innere Elektrode somit nach außen abge schirmt ist, ist der äußere Anteil ihrer Kapazität nicht vari abel.

Am besten wird die Isolierstoffplatte mit den Elektroden punktsymmetrisch ausgelegt. Es kann dann für die Elektroden dieselbe Vorlage (Druckvorlage für die Ätzung) verwendet werden.

Die in der Isolierstoffplatte liegende Kapazität der inneren Elektrode ändert sich in dem gleichen Maße mit der Temperatur wie die in der Isolierstoffplatte liegende Kapazität der äußeren Elektrode. Durch den Aufbau der inneren und äußeren Elektrode mit einer einzigen Isolierstoffplatte ist sicher gewährleistet, daß beide Elektrodenanordnungen die gleiche Temperatur besitzen. Die innere Elektrode wird an die Stelle des Kondensators 7 in Fig. 1 in die Brückenschaltung aufgenommen. Erforderlichenfalls kann noch eine kleine variable Kapazität zum Abgleich der Brücke an geeigneter Stelle vorgesehen werden.

Mit Vorteil wird der beschriebene Versatz der Sensorelektroden so groß gewählt, daß die Anordnung nur auf der einen Hälfte der Isolierstoffplatte empfindlich ist. Es können dann zwei gleiche Meßköpfe zueinander um 180 Grad gedreht nebeneinander angeordnet werden. Es ist dann eine Abtastung auf der gesamten Breite der Isolierstoffplatte möglich. Eine solche Anordnung mit zwei Meßköpfen ist z. B. für eine Abtastung einer an den Meßköpfen entlang bewegten Bahn anwendbar, wenn die Bahn die Breite einer ganzen Isolierstoffplatte hat. Vom Anmelder wird so eine Anordnung in einem Gerät eingesetzt, mit dem die Seitenflanken eines Autoreifens in der Endkontrolle vermessen werden.

Claims

1. Elektronischer, kapazitiver Meßkopf für Distanzmessungen mit einer Brückenschaltung (3-7), in der eine aus einer Sensorelektrode (13) und einer die Sensorelektrode umgebende Bezugselektrode (12) bestehende erste Elektrodenanordnung vorgesehen ist, welche außen am Gehäuse des Meßkopfes ange ordnet ist und das bezüglich seiner Kapazität veränderliche Element des Meßkopfes darstellt, und in der zur Kompensation von Temperaturschwankungen eine zweite, gleichartig aufge baute Elektrodenanordnung (15, 16) vorgesehen ist, die sich im Inneren des Gehäuses des Meßkopfes befindet, wobei die Elektrodenanordnungen jeweils durch die Metallschicht einer metallbeschichteten Isolierstoffplatte (11) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenanordnungen durch die Metallschichten einer einzigen, beidseitig metallbeschichteten Isolierstoffplatte (11) gebildet werden, wobei sich die erste Elektrodenanord nung (12, 13) auf der Außenseite der Isolierstoffplatte (11) und die zweite Elektrodenanordnung (15, 16) auf der Innensei te der Isolierstoffplatte (11) befindet, und
daß die Sensorelektrode (13) der äußeren Elektrodenanordnung (12, 13) und die Sensorelektrode (16) der inneren Elektro denanordnung (15, 16) gegeneinander so versetzt angeordnet sind, daß jeweils der Sensorelektrode der einen Seite die Be zugselektrode der anderen Seite gegenüberliegt.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be zugselektroden (12, 15) mit dem Massepotential der Schaltung des Meßkopfes verbunden sind.

3. Meßkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrodenanordnung (12, 13; 15, 16) in zwei benachbarten Zweigen (5, 6; 7) der Brückenschaltung (3-7) angeordnet sind.

4. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse der ersten Elek trodenanordnung (12, 13) durch die Isolierstoffplatte (11) zum Inneren des Meßkopfes geführt sind.

5. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffplatte (11) mit der ersten und der zweiten Elektrodenanordnung (12, 13; 15, 16) symmetrisch ausgelegt ist, derart, daß für beide Elektrodenanordnungen die gleiche Vorlage oder zueinander spiegelbildliche Vorlagen verwendet werden können.

6. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver satz und die Fläche der Sensorelektrode (13) so groß gewählt sind, daß der Meßkopf nur auf einer Hälfte der Isolierstoff platte (11) empfindlich ist.