DE9001196U1 - Capacitive sensor with electronic evaluation circuit - Google Patents

Capacitive sensor with electronic evaluation circuit

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Description

Dr. Gerit Kampfrath / Dr. Hans-Hermann Seidel
Neuhauser Weg 114
8950 KemptenDr. Gerit Kampfrath / Dr. Hans-Hermann Seidel
Neuhauser Weg 114
8950 Kempten

Kapazitiver Sensor mitCapacitive sensor with Auswerteschalt!,ingEvaluation circuit Stand der TechnicState of the art

Kapazitive Sensoren, die nichtelektrische Größen wie Abstand, Füllhöhe, Feuchte. Neigung, Beschleunigung usw. in eine kapazitätsproportionale Meßgröße umwandeln, sind in eier Technik weit verbreite'. &tgr; weitere.. Signalverarbeitung ist es notwendig, die dabei auftretenden K?pazitätsänderungen in e- elektrisches Meßsignal umzuwandti.i. Dabei sind RC- und LOOszillaioren, Schwebur -nszillatcrsn ^nit und ohne Quarzsteuerung i-n Fir.iotz. Besonders hoc! tabue Oszillatoren besitzen «men holten schaltungstechnischen Aufwand, der neben hohen Kosten trotz Verwpndunq hochintegrierter Bauelemente einen größeren Platzbedarf erfordert. Das ist nachte.ny, da &agr;*, miniaturisierten kapazitiven Meßwandlei wenig Raum zur Unterbringung der kapazitiven Auswerteschaltung zulassen. Längere Meßsigna!bitung<wi mit abgesetzter Elektronik sind ungünstig . Werden kapazitive Sensoren mit ein^m aeringeren Aufwand und Platzbedarf eingesetzt, so geschieht das größtenteils auf Kosten der Zuverlässigkeit und Stabilität der kapazitiven Auswerteschaltung. Dadurch entstehen bei den kapazitiven Sensoren Fehler, die auf die fehler-&pgr;?·&iacgr;... Wandlung des kapazitiven Signals in eine elektrische Meßgröße zurückzuführen sind. Ebenfalls werden häufig störende Temperaturdriften festgestellt. Es isv vorteilhaft, wenn bei der Moßsiganalgewinnung entweder ein Referenzoszillator oder ein kapazitiver Sensor als Differentialkondensator angewandt werden kann. Hier allerdings tritt bei annähender Frequenzgleichheit ein Mitzieheffekt auf, der zu Meßfehlern führt.Capacitive sensors, which convert non-electrical quantities such as distance, level, humidity, inclination, acceleration, etc. into a measurement quantity proportional to the capacity, are widely used in technology. For further signal processing, it is necessary to convert the resulting changes in capacity into an electrical measurement signal. RC and LOO oscillators, floating-wave oscillators with and without quartz control are used. Particularly high-frequency oscillators have a high level of circuit complexity, which, in addition to high costs, requires a large amount of space despite the use of highly integrated components. This is a disadvantage because miniaturized capacitive measuring transducers leave little room for accommodating the capacitive evaluation circuit. Longer measurement signals with separate electronics are disadvantageous. If capacitive sensors are used with a lower outlay and space requirement, this is largely at the expense of the reliability and stability of the capacitive evaluation circuit. This causes errors in the capacitive sensors which are due to the error-free conversion of the capacitive signal into an electrical measurement variable. Disturbing temperature drifts are also frequently detected. It is advantageous if either a reference oscillator or a capacitive sensor can be used as a differential capacitor when generating the measurement signal. However, here a drag effect occurs when the frequencies are almost the same, which leads to measurement errors.

AufgabeTask

Der im Anspruch 1 angebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Sensor mit elektronischer Auswerteschaltung zu schaffen, die bei geringem Bauelomenteaufwand und damit geringen Platzbedarf eine stabile und driftarme Wandlung von kapazitiven Änderungen des Sensors in ein elektrisches Meßsignal ermöglicht.The invention specified in claim 1 is based on the object of creating a capacitive sensor with an electronic evaluation circuit which enables a stable and low-drift conversion of capacitive changes in the sensor into an electrical measurement signal with low component expenditure and thus little space requirement.

VorteileAdvantages

Mit der Erfindung wird erreicht, daß die an kapazitiven Sensoren auftretenden Kapazitätsänderungen in ein proportionales, driftarmes, stabiles elektrisches Meßsignal umgewandelt werden. Der Aufwand an elektronischen Bauelementen ist dabei gering, so daß die kapazitive Auswerteschaltung vorteilhaft unmittelbar am kapazitiven Sensor angebracht werden kann. Gleichzeitig ergeben sich günstige Möglichkeiten für eine störsichere Meßwertübertragung über große Entfernungen.The invention ensures that the capacitance changes occurring in capacitive sensors are converted into a proportional, low-drift, stable electrical measurement signal. The cost of electronic components is low, so that the capacitive evaluation circuit can advantageously be attached directly to the capacitive sensor. At the same time, favorable options arise for interference-free transmission of measured values over long distances.

WetterbRdung der ErfindungWeather forecast of the invention

Vorteilhafte Ausaestaltunaen der l.rfindunu sind in den Ansprüchen 2 bis B anqeqeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to B.

«I it«I

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht eine störsichere und rückwirkungsfreie Weiterleitung des gewonnenen kapazitätsproportionalen Meßsignals des Sensors.The further development according to claim 2 enables interference-free and reaction-free forwarding of the capacitance-proportional measurement signal obtained from the sensor.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 bietet die Möglichkeit, das kapazitätsproportionale Meßsigr'l des Sensors als Gleichspannungssignal zu gewinnen.The embodiment according to claim 3 offers the possibility of obtaining the capacitance-proportional measurement signal of the sensor as a direct voltage signal.

Zur Nutzung einer Zv/eidrahtieitung als Meß-mr üeuurg und Zuleitung der Versorge igsgleichspannung des Sensors dient die Ausgestaltung nach Anspruch 4.The design according to claim 4 serves to use a two-wire line as a measuring transducer and supply line for the DC supply voltage of the sensor.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 dient zur Unterbringung einer Spannungsstabiüsierung für die Versorgungsspannung unmittelbar an der Auswerteschaltung des Sensors.The further development according to claim 5 serves to accommodate a voltage stabilization for the supply voltage directly on the evaluation circuit of the sensor.

Die Schaltung nach Anspruch 6 dient zum Anschluß mehrerer kapazitiver Sensoren an eine Auswerteschaltung.The circuit according to claim 6 serves to connect several capacitive sensors to an evaluation circuit.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 7 dient zur Weiterleitung des gewonnenen Meßsignals des Sensors über weite Enfernungen unter Nutzung einer Zweidrahtleitung bei gleichzeitiger Übertragung der Versorgungsspannung über die gleiche Zweidrahtleitung.The embodiment according to claim 7 serves to transmit the measurement signal obtained from the sensor over long distances using a two-wire line while simultaneously transmitting the supply voltage via the same two-wire line.

Die Weiterbildung nach Anspruch 8 dient dazu, daß das über eine Zweidrahtleitung geleitete Meßsignal des Sensors zur Gewinnung eines numerischen Signals einer Zeitmeßeinrichtung zugeführt wird.The further development according to claim 8 serves to supply the measuring signal of the sensor, which is conducted via a two-wire line, to a time measuring device in order to obtain a numerical signal.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 9 dient der Miniaturisierung der elektronischen Auswerteschaltung des kapazitiven Sensors.The embodiment according to claim 9 serves to miniaturize the electronic evaluation circuit of the capacitive sensor.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 7 erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained with reference to Figures 1 to 7. They show:

Fig. 1 den kapazitiven Sensor mit elektonischer Auswerteschaltung mit Periodendauermoduliertem Ausgangssignal ,Fig. 1 the capacitive sensor with electronic evaluation circuit with period-modulated output signal,

Fig. 2 den kapazitiven Sensor mit elektronischer Auswerteschaltung mit Gleichspannungs-Signalausgang, Fig. 2 the capacitive sensor with electronic evaluation circuit with DC signal output,

Fig. 3 den kapazitiven Sensor mit elektronische.· Auswerteschaltung mit Zweidrahtleitung zur gleichzeitigen Übertragung des Meßsignals und der Versorgungsspannung d°r Auswerteschaltung,Fig. 3 the capacitive sensor with electronic evaluation circuit with two-wire cable for simultaneous transmission of the measuring signal and the supply voltage of the evaluation circuit,

Fig. 4 die zusätzliche Versorgungsspannungsstabilisierung &igr; ,imittelbnr an der elektronischen AuuWortnnchnltung des kapazitiven Sensors.. Fig. 4 the additional supply voltage stabilization γ, imittelbnr on the electronic output circuit of the capacitive sensor..

Fiy. S mehrere k;jpazitive Sensoren mit piner gemeinsamem elektronischen Auswerte sch.illunci und Zwoidrahtleiturnj /ur (jleich/eitkjen Übertragung de1, MeßsignnK und der Versorqiinf|ssoannunq der Aur;werte.st;h;illi;nc),Fiy. S several kinetic sensors with a common electronic evaluation circuit and two-wire line (simultaneous transmission of the measurement signals and the supply of the signal values),

lig. (3 den k.ipn/itiven Sensor mit elektronischer Auswertonchaltung mit Siyn.ilrückije wiiinunu ruich \Sj<i\ tranunu durch die /wcidruhliuitund undlig. (3 the k.ipn/itive sensor with electronic evaluation circuit with Siyn.ilrückije wiiinunu ruich \Sj<i\ tranunu through the /wcidruhliuitund and

li(j. / die elektronische Answer ~ter-.chalti.ing des kapazitiven Sensors mit Siqnalriickge
winnuny nach L'ber tr acjimcj (lurch die /woidrahtleitung für ein Per i-idendauer-moduliertes Meß' iqnal für eine numerische MelisignalqewinniHig.li(j. / the electronic response of the capacitive sensor with signal return
winnuny to L'ber tr acjimcj (through the /wire line for a period-modulated measuring signal for a numerical control signal gain.

In Tig. 1 zeigen CM1 und CM2 die Meßkapa?itäten bzw. CM2 die Referenzkapnzität des kapazitiven Sensors, die zusammen mit den Gattern G1 und G2 des 4-fach NAND-Schaltkreiser, ICI mit hysteresebehafteten Schmitt-Trigger-Eingängen 1,2,3,4 und den Meßumladewider'jtänden RMI und RM2 zwei Relaxationsoszillatoren bilden, deren Ausgange 5,6 über das NAND Gatter G4 des Schaltkreises IC1 und dessen Ausgang 7 mit einei.i Frequenzteiler Schaltkreis IC2 verbunden sind. Die urn den Faktor 2n aeteilte Impulsfrequenz schiltet einerseits den Freigabfeinganq 2 des Relaxationsoszillators mit Gatter G1 und über einen Negator G3 den Freigabeeingang 3 des Relaxationsoszillators mit dem Gatter G2 und andererseits den Eingang 9 eines Leitungstreiber-Schaltkreises IC3, an dessen Ausgang IO ein den Meßkapazitäten proportionales, Periodendauer-moduliertes Impulssignal anliegt. Die Schaltung ist mit dem Masseanschluß GND und dem VersorgungsspannungsanschluB Uqq, der zusätzlich über den Kondensator 11 abgeblockt ist. nach außen verbunden.In Tig. 1, CM1 and CM2 show the measuring capacitances and CM2 the reference capacitance of the capacitive sensor, which together with the gates G1 and G2 of the 4-way NAND circuit IC1 with hysteresis-affected Schmitt trigger inputs 1,2,3,4 and the measuring charge resistors RM1 and RM2 form two relaxation oscillators, the outputs 5,6 of which are connected via the NAND gate G4 of the circuit IC1 and its output 7 to a frequency divider circuit IC2. The pulse frequency, divided by a factor of 2 n, switches on the one hand the enable input 2 of the relaxation oscillator with gate G1 and, via a negator G3, the enable input 3 of the relaxation oscillator with gate G2 and, on the other hand, the input 9 of a line driver circuit IC3, at whose output IO a period-modulated pulse signal proportional to the measuring capacitances is present. The circuit is connected to the ground connection GND and the supply voltage connection Uqq, which is additionally blocked via the capacitor 11.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 ist dem Anschluß 8 ein Tiefpaßfilter, bestehend aus dem Widerstand 12 und den Kondensatoren 13 und 14, nachgeschaltet, so daß am Ausgang des kapazitiven Senors mit elektronischer Auswerteschaltung ein der Meßkapazitätsdifferenz proportionales Gleichspannungssignal anliegt.In the embodiment according to Fig. 2, a low-pass filter consisting of the resistor 12 and the capacitors 13 and 14 is connected downstream of the connection 8, so that a direct voltage signal proportional to the measuring capacitance difference is present at the output of the capacitive sensor with electronic evaluation circuit.

In Fig. 3 ist am Anschluß 8 ein Hochpaßfilter, bestehend aus dem Kondensator 15 und dem Kabelabschlußwiderstand 16 nachgeschaltet, wodurch am Ausgang ein differenziertes Signal des Periodendauer-modulierten Rechtecksignals von Punkt 8 anliegt und über die Zweidrahtleitung bzw. das Koaxialkabel 20 neben dem Meßsignal auch die Versorgungsspannung Uqd der Auswerteschaltung übertragen wird.In Fig. 3, a high-pass filter consisting of the capacitor 15 and the cable terminating resistor 16 is connected to the connection 8, whereby a differentiated signal of the period-modulated square-wave signal from point 8 is present at the output and the supply voltage Uqd of the evaluation circuit is transmitted via the two-wire line or the coaxial cable 20 in addition to the measurement signal.

Bei der Ausführung des kapazitiven Sensors mit elektronischer Auswerteschaltung gemäß Fig. 4 wird die Versorgungsspannung Uqd zusätzlich unmittelbar in Schaltungsnähe in einem Schaltkreis IC8 spannungsstabilisiert.When the capacitive sensor is designed with an electronic evaluation circuit as shown in Fig. 4, the supply voltage Uqd is additionally voltage-stabilized in a circuit IC8 directly near the circuit.

Die kapazitive Auswerteschaltung in Fig. 5 zeigt beispielhaft vier kapazitive Sensoren CMI, CM2, CM3, Cfv'4, die zusammen mit den Gattern GI.1 bis GI.~ des 4 fach NAND Schaltkreises IC 1 mit hysteresbehafteten Schmitt-Triggor-Eingängen 1.1 bis 1.4 vier Relaxationsoszillatoren bilden, deren Ausgänge 5.1 bis 5.4 über ein NAND-Gatter von IC4 und dessen Ausgang 7.1 mit einem Zähler-Schaltkreis IC5 verbunden sind, dessen Ausgänge 8.1 und 8.2 zum 1-aus-4- DECODER IC6 führen. Die vier Ausgänge des DECODER-Schaltkreises IC6 sind mit den Freigabeeingängen der Relaxationsoszillatoren 2.1 bis 2.4 verbunden. Mit dem niederwertigsten Ausgang 8.2 des Zählers IC5 ist wie in Fig. 3 eine Differenzierschaltung aus dem Kondensator 15 und Kabelabschlußwiderstand 16 verbunden. Die weitere Anordnung entspricht Fig. 3.The capacitive evaluation circuit in Fig. 5 shows four capacitive sensors CMI, CM2, CM3, Cfv'4 as an example, which together with the gates GI.1 to GI.~ of the 4-way NAND circuit IC 1 with hysteresis-affected Schmitt trigger inputs 1.1 to 1.4 form four relaxation oscillators, whose outputs 5.1 to 5.4 are connected via a NAND gate of IC4 and whose output 7.1 is connected to a counter circuit IC5, whose outputs 8.1 and 8.2 lead to the 1-of-4 DECODER IC6. The four outputs of the DECODER circuit IC6 are connected to the enable inputs of the relaxation oscillators 2.1 to 2.4. As in Fig. 3, a differentiating circuit consisting of the capacitor 15 and cable terminating resistor 16 is connected to the lowest value output 8.2 of the counter IC5. The further arrangement corresponds to Fig. 3.

Die Schaltung in Fig. 6 zeigt die Rückgewinnung der Rechteckimpulse aus dem differenzierten, von der Versorgungsspannung überlagerten Meßsignals des Sensors.The circuit in Fig. 6 shows the recovery of the rectangular pulses from the differentiated measuring signal of the sensor superimposed by the supply voltage.

Das Hochpnßglied, bestehend aus dem Kabelabschlußwidorstanri 17 und dem Koppelkondensator 18, ist über einen analogen Spannungsverstärker-Schaltkreis IC6 mit dem Snhmitt-Trigger-Sclialtkreis IC7 verbunden, an dessen Ausgang das regenerierte, Periodendauer-modulierte Impulssignal anliegt. Dieses Signal wird ähnlich der Beschattung in Fig. 2 Über ein Tiefpaßfilter, bestehend aus dem Widerstand 19 und Kondensator 20, als ein der Meßkapazitätsdifferenz proportionales Gleichspannungssignal des Sensors zur Verfugung gestellt.The high-voltage element, consisting of the cable termination resistor 17 and the coupling capacitor 18, is connected via an analog voltage amplifier circuit IC6 to the mid-trigger circuit IC7, at the output of which the regenerated, period-modulated pulse signal is present. This signal is made available, similar to the shading in Fig. 2, via a low-pass filter consisting of the resistor 19 and capacitor 20, as a direct voltage signal from the sensor that is proportional to the measuring capacitance difference.

Fig. 7 zeigt die gleiche elektronische Auswerteschaltung des kapazitiven Sensors in Fig. 6, nur daß das Periodendauer-modulierte Impulssignal zur Auswertung einem Zähler 22 zugeführt wird, der dieses Meßsignal in numerisch weiterverarbeitbare Informationen umwandelt.Fig. 7 shows the same electronic evaluation circuit of the capacitive sensor in Fig. 6, except that the period-modulated pulse signal is fed to a counter 22 for evaluation, which converts this measurement signal into numerically processable information.

Mit den Schaltungen der Figuren 1 bis 5 lassen sich an kapazitiven Sensoren auftretende Kapazitätsdifferenzen im Femtofaradbereich sicher und zeitstabil erfassen. Die Nullpunktsdrift liegt im Bereich einiger 10 ppm. Die elektronische Auswerteschaltung des kapazitiven Sensors gestattet weiterhin die Erzeugung eines der Meßkapazität bzw. dem Kehrwert der Meßkapazität proportionalen Ausgangssignals.With the circuits in Figures 1 to 5, capacitance differences in the femtofarad range occurring on capacitive sensors can be recorded safely and with time stability. The zero point drift is in the range of a few 10 ppm. The electronic evaluation circuit of the capacitive sensor also allows the generation of an output signal proportional to the measuring capacitance or the reciprocal of the measuring capacitance.

Der Bauelementaufwand ist dabei gering, so daß die Auswerteschaltung unmittelbar in Nähe des kapazitiven Sensors angebracht werden kann.The component effort is low, so that the evaluation circuit can be installed directly in the vicinity of the capacitive sensor.

Mit der Schaltung gemäß Fig. 6 und Fig. 7 wird sicher die Siganlübertragung des kapazitiven Sensors über eine Zweidraht- oder Koaxialleitung von einigen 100m erreicht.With the circuit according to Fig. 6 and Fig. 7, the signal transmission of the capacitive sensor is achieved reliably over a two-wire or coaxial cable of several 100m.

Claims (9)

AnsprücheExpectations 1. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Auswertesrhaltung, bestehend au:; mindestens zwei Relaxationsoszillatoren, gebildet aus den Meßkapaziläten (CM1, CM2) und den Meßumladewiderständen (RMI, RMc1) des kapazitiven Sensors und den Gattern mit Schmitt-Trigger-Eingang (G1, G2), dadurch gekennzeichnet, daß der Relaxationsoszillator über ein NAND- Glied (G4) mit einem Frequenzteiler (IC?) und der Ausgang (8) des Frequenzteilers (IC2) mit dem Freigabeeingang (2) des ersten Relaxationsoszillators und über einen Negator (G3) mit dem Freigabeeingang (3) des zweiten Relaxationsoszillators verbunden ist.1. Capacitive sensor with electronic evaluation, consisting of: at least two relaxation oscillators, formed from the measuring capacitors (CM1, CM2) and the measuring charge resistors (RM1, RMc 1 ) of the capacitive sensor and the gates with Schmitt trigger input (G1, G2), characterized in that the relaxation oscillator is connected via a NAND element (G4) to a frequency divider (IC?) and the output (8) of the frequency divider (IC2) to the enable input (2) of the first relaxation oscillator and via a negator (G3) to the enable input (3) of the second relaxation oscillator. 2. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) des Frequenzteilers (IC2) mit dem Leitungstreiber (IC3) verbunden ist2. Capacitive sensor with electronic evaluation circuit according to claim 1, characterized in that the output (8) of the frequency divider (IC2) is connected to the line driver (IC3) 3. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) des Frequenzteilers (IC2) auf einen Tiefpaßfilter, bestehend aus einem Widerstand (12) und zwei Kondensatoren (13,14), geführt ist3. Capacitive sensor with electronic evaluation circuit according to claim 1, characterized in that the output (8) of the frequency divider (IC2) is fed to a low-pass filter, consisting of a resistor (12) and two capacitors (13, 14). 4. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) des Frequenzteilers (IC2) über einen Koppelkondensator (15) mit einer Zweidrahtleitung (20) verbunden ist und daran gleichzeitig die Versorgungsspannung über einen Kabelanschlußwiderstand (16) und Siebkondensator (11) abgegriffen wird.4. Capacitive sensor with electronic evaluation circuit according to claim 1, characterized in that the output (8) of the frequency divider (IC2) is connected to a two-wire line (20) via a coupling capacitor (15) and the supply voltage is simultaneously tapped off therefrom via a cable connection resistor (16) and filter capacitor (11). 5. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Auswerteschaltung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung zusätzlich spannungsstabilisiert (ICo) wird.5. Capacitive sensor with electronic evaluation circuit according to claim 1 and 4, characterized in that the supply voltage is additionally voltage stabilized (ICo). 6. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Auswerteschaltung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler (IC2) als Frequenzzähler (IC5) und 1-aus-n-DECODER (IC6) ausgebildet ist und dessen 1-aus- &eegr;-Ausgänge mit den Freigabeeingängen (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) der Relaxationsoszillatoren verbunden sind.6. Capacitive sensor with electronic evaluation circuit according to claim 1 and 4, characterized in that the frequency divider (IC2) is designed as a frequency counter (IC5) and 1-out-of-n-DECODER (IC6) and its 1-out-of-&eegr; outputs are connected to the enable inputs (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) of the relaxation oscillators. 7. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Auswerteschaitung nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal nach der Zweidrahtleitung (20) über einen Kondensator (18), und einem Verstärker (IC6) und einem Schmitt-Trigger (IC7) verbunden iir und die Versorgungsspannung über einen Widerstand (17) auf die Zweidrahtieitung (20) eingekoppelt wird.7. Capacitive sensor with electronic evaluation circuit according to claim 1, 4 and 5, characterized in that the measuring signal is connected to the two-wire line (20) via a capacitor (18), and an amplifier (IC6) and a Schmitt trigger (IC7) and the supply voltage is coupled to the two-wire line (20) via a resistor (17). 8. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Auswerteschaltung nach Anspruch 1, 4, 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitt-Trigger (IC7) mit einer Zeitmeßeinrichtung (22) verbunden ist.8. Capacitive sensor with electronic evaluation circuit according to claim 1, 4, 5 and 7, characterized in that the Schmitt trigger (IC7) is connected to a time measuring device (22). 9. Kapazitiver Sensor mit elektronischer Aurwerteschaltung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Auswerteschaltung als ASIC-Baustein ausgebildet ist.9. Capacitive sensor with electronic evaluation circuit according to claims 1 to 8, characterized in that the electronic evaluation circuit is designed as an ASIC module.
DE9001196U 1990-02-03 1990-02-03 Capacitive sensor with electronic evaluation circuit Expired - Lifetime DE9001196U1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4313327A1 (en) * 1993-04-23 1994-10-27 Vdo Schindling Arrangement for measuring small capacitances
FR2737297A1 (en) * 1995-07-27 1997-01-31 Snecma Liquid level and quality measurement in reservoir. - uses processing unit with capacitative gauge which produces signals representing level and quality of liquid

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4313327A1 (en) * 1993-04-23 1994-10-27 Vdo Schindling Arrangement for measuring small capacitances
FR2737297A1 (en) * 1995-07-27 1997-01-31 Snecma Liquid level and quality measurement in reservoir. - uses processing unit with capacitative gauge which produces signals representing level and quality of liquid

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