DE19537223C1

DE19537223C1 - Potential-free measuring arrangement

Info

Publication number: DE19537223C1
Application number: DE1995137223
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Mellert; Herbert Dipl Ing Auber
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2015-10-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung mit einem induktiven Kopplungselement zur potentialfreien Übertragung von Energie und Signalen, einem das induktive Kopplungselement primärsei tig speisenden Oszillator, einer dem induktiven Kopplungsele ment sekundärseitig nachgeschalteten Gleichrichteinheit, ei ner durch die Gleichrichteinheit gespeisten Signalaufberei tungseinrichtung, einem der Signalaufbereitungseinrichtung vorgeschalteten Meßfühler, einem von der Signalaufbereitungs einrichtung gesteuerten sowie dem induktiven Kopplungselement sekundärseitig parallel geschalteten Relastungsmodulator und einem dem induktiven Kopplungselement primärseitig parallel geschalteten sowie ein Meßausgangssignal erzeugenden Bela stungsdemodulator.The invention relates to a measuring arrangement with an inductive Coupling element for the potential-free transmission of energy and signals, one of the inductive coupling element primary tig feeding oscillator, one of the inductive coupling element ment downstream rectifier unit, ei ner signal processing fed by the rectifier processing device, one of the signal processing device upstream sensor, one from the signal conditioning device controlled and the inductive coupling element on the secondary side, parallel load modulator and one parallel to the inductive coupling element on the primary side switched as well as generating a measurement output signal Bela system demodulator.

In der Regel ist beim Betrieb von Meßfühlern die nachfolgende Auswerteschaltung gegen eine Verbindung mit Erdpotential zu schützen. Alle Teile des Meßfühlers, die mit der Auswerte schaltung in Verbindung stehen, müssen beispielsweise einer Prüfwechselspannung von 500 V gegenüber Erdpotential 1 Minute lang Stand halten können. Manche Typen von Meßfühlern sind jedoch aufgrund ihres mechanischen Aufbaus nicht in der Lage, diese Bedingung zu erfüllen. Im Falle eines Fehlers kann es zu einem Kontakt zwischen der Masse der Auswerteschaltung und dem Erdpotential und damit zur Zerstörung der Auswerteschal tung oder zur Verfälschung des Meßwertes kommen. Um dies zu verhindern, werden üblicherweise Meßfühler und Auswerteschal tung galvanisch voneinander getrennt. Der Meßfühler darf dann geerdet werden, während die Auswerteschaltung demgegenüber potentialfrei betrieben wird.As a rule, the following is when operating sensors Evaluation circuit against a connection with earth potential protect. All parts of the sensor with the evaluation circuit, for example one Test alternating voltage of 500 V against earth potential 1 minute can stand for a long time. Some types of sensors are however, due to their mechanical structure, they are unable to to meet this condition. In case of an error it can to a contact between the mass of the evaluation circuit and the earth potential and thus the destruction of the evaluation scarf device or falsification of the measured value. To do this prevent, are usually sensors and evaluation scarf tion galvanically isolated from each other. The sensor may then be grounded while the evaluation circuit in contrast is operated potential-free.

Eine Meßanordnung, die einen galvanisch getrennten Betrieb von kapazitiven Meßfühlern, insbesondere zur Füllstandmes sung, ermöglicht, ist beispielsweise aus der DE-PS 42 03 725 C2 bekannt. Zum Zwecke der Potentialtrennung werden dort zwei induktive Übertrager vorgeschlagen. Ein erster Übertrager dient als Spannungswandler zur potentialfreien Wechselspan nungsversorgung der zu messenden Kapazität. Über einen zwei ten Übertrager wird ein vom Meßfühler erzeugtes Meßsignal po tentialfrei ausgekoppelt. Übertrager sind jedoch relativ groß in den Abmessungen und aufwendig in der Herstellung.A measuring arrangement that has a galvanically isolated operation of capacitive sensors, especially for level measurement solution, is possible, for example, from DE-PS 42 03 725 C2 known. There are two for the purpose of electrical isolation Inductive transformer proposed. A first transmitter serves as a voltage converter for floating alternating voltage supply of the capacity to be measured. About a two th transmitter is a measurement signal generated by the sensor po uncoupled. However, transformers are relatively large in size and complex to manufacture.

Eine dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechende Meß anordnung ist beispielsweise aus der US-PS 4 354 190 bekannt. Bei dieser Meßanordnung wird nur ein induktives Kopplungsele ment verwendet, um Energie zur Versorgung des Meßfühlers so wie einer Signalaufbereitungseinrichtung in einer Richtung und ein vom Meßfühler erzeugtes Meßsignal in entgegengesetz ter Richtung berührungslos zu übertragen. Die Energieübertra gung erfolgt mittels einer primärseitig eingespeisten Wech selspannung, die sekundärseitig zur Übertragung des Meßsi gnals einer Belastungsmodulation unterzogen wird. Bei be stimmten Anwendungen von Meßfühlern ist es jedoch notwendig, dem Meßfühler und/oder der nachfolgenden Signalaufbereitungs einrichtung zusätzlich ein Steuersignal beispielsweise zur Kanalauswahl, Meßkanalumschaltung, Kalibrierung, etc. poten tialfrei zuzuführen.A measurement corresponding to the preamble of claim 1 arrangement is known for example from US-PS 4,354,190. With this measuring arrangement only an inductive coupling element is used ment used to power the sensor so like a signal conditioning device in one direction and a measurement signal generated by the sensor in the opposite direction ter direction without contact. The energy transfer supply takes place by means of a change fed in on the primary side sel voltage, the secondary side for the transmission of the Meßsi gnals is subjected to a load modulation. At be certain applications of sensors it is necessary the sensor and / or the subsequent signal processing device additionally a control signal for example Channel selection, measuring channel switching, calibration, etc. feed without tial.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung bereitzustellen, die bei Verwendung nur eines induktiven Kopplungselements neben einer potentialfreien Energieversor gung des Meßfühlers und/oder der nachfolgenden Signalaufbereitungsschaltung auch die potentialfreie Übertragung von Signalen in bei de Richtungen erlaubt. Insbesondere soll auch ein Steuersignal potentialfrei zuführbar sein.The invention has for its object a measuring arrangement To be provided when using only one inductive Coupling element in addition to a potential-free energy supplier supply of the sensor and / or the subsequent signal conditioning circuit also the potential-free transmission of signals in directions allowed. In particular, a control signal is also intended can be fed potential-free.

Diese Aufgabe wird mit den in Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.This object is achieved with those mentioned in claim 1 Features resolved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Un marked claims.

Die erfindungsgemäße Meßanordnung erfordert für die Übertra gung des weiteren Signals nur einen geringen zusätzlichen Schaltungsaufwand. Primärseitig ist lediglich der zur Ener gieübertragung verwendete Oszillator so abzuändern, daß nun seine Schwingfrequenz durch ein Eingangssteuersignal verän derbar ist. Dies kann auf einfache Weise z. B. durch signal abhängiges Ändern des die Schwingfrequenz bestimmenden Zeit glieds im Oszillator erreicht werden. Auf der Sekundärseite tritt ein Frequenzdemodulator hinzu, der die Frequenzänderung registriert und daraus das Steuersignal herleitet. Insbeson dere in dem häufig auftretenden Fall, daß das Steuersignal nur zwei Zustände unterscheidet, ist der zusätzliche Schal tungsaufwand auf Primär- und Sekundärseite minimal. Die pri märseitige Frequenzumschaltung erlaubt eine Übertragung von Signalen bei geringem Aufwand und dennoch hoher Genauigkeit.The measuring arrangement according to the invention requires for the transfer supply of the further signal only a small additional Circuitry. The primary is only the Ener Change transmission used oscillator so that now change its oscillation frequency by an input control signal is derbar. This can be done in a simple manner, for. B. by signal dependent changing of the time determining the oscillation frequency can be reached in the oscillator. On the secondary side a frequency demodulator is added, which changes the frequency registered and derives the control signal from it. In particular in the frequently occurring case that the control signal only distinguishes two states is the additional scarf Minimal effort on primary and secondary side. The pri Frequency switching on the side allows a transmission of Signals with little effort and still high accuracy.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung stellt die Signalaufbe reitungseinrichtung ein Signal zur Ansteuerung des Bela stungsmodulators bereit, dessen Frequenz einem vom Meßfühler erfaßten Meßwert entspricht. Damit wird beispielsweise ein Widerstandswert, ein Kapazitätswert oder ein Spannungswert des Meßfühlers in eine entsprechende Frequenz umgesetzt. Durch Verwendung der Frequenzcodierung bei der Belastungsmo dulation wird eine hohe Genauigkeit bei geringem Aufwand er zielt. In one embodiment of the invention, the signal recovery reitungseinrichtung a signal to control the Bela Stungsmodulators ready, the frequency of one of the sensors measured value corresponds. For example, a Resistance value, a capacitance value or a voltage value of the sensor converted into a corresponding frequency. By using the frequency coding for the load mo dulation is high accuracy with little effort aims.

Eine einfache Ausgestaltung eines Frequenzdemodulators umfaßt einen Tiefpaß mit nachfolgender Gleichrichteinheit, die einen Komparator zur Detektion zweier Signalzustände ansteuern. Der mittels der Gleichrichteinheit erzeugte Spannungshub, der durch die unterschiedliche Bewertung unterschiedlicher Fre quenzen durch den Tiefpaß hervorgerufen wird, wird vom Kompa rator verschiedenen Spannungsbereichen zugeordnet. Die ein zelnen Spannungsbereiche stehen dabei für bestimmte Steuer signalzustände. Somit wird mit geringen Mitteln eine sichere und genaue Demodulation erzielt.A simple embodiment of a frequency demodulator comprises a low pass with subsequent rectifier, the one Activate comparator to detect two signal states. Of the voltage swing generated by means of the rectification unit, the through the different evaluation of different fre sequences caused by the low-pass filter is compa rator assigned to different voltage ranges. The one individual voltage ranges stand for certain taxes signal states. Thus, a safe means with little means and accurate demodulation achieved.

Die Belastungsmodulation erfolgt bei einer weiteren Ausge staltung der Erfindung dadurch, daß dem induktiven Kopplungs element sekundärseitig eine steuerbare Last parallel geschal tet ist. Die Ansteuerung der Last erfolgt dabei über ein Dif ferenzierglied, so daß nur kurze Belastungsimpulse auftreten, die keinen störenden Einfluß auf die Energieversorgung aus üben. Das Modulationssignal ist dabei aus dem Meßsignal abge leitet. Der Lastwechsel auf der Sekundärseite des induktiven Kopplungselements wird durch dieses auf die Primärseite über tragen und belastet den eine Wechselspannungsquelle bildenden Oszillator. Dies führt aufgrund des Innenwiderstandes der Spannungsquelle zu Spannungseinbrüchen, die dann detektiert und hinsichtlich ihrer Auftrittsfrequenz ausgewertet werden.The load modulation is carried out in another version staltung of the invention in that the inductive coupling on the secondary side, a controllable load is formed in parallel is. The load is controlled via a Dif reference element so that only short load impulses occur, which have no disruptive influence on the energy supply to practice. The modulation signal is abge from the measurement signal directs. The load change on the secondary side of the inductive Coupling element is through this on the primary side bear and burden the one forming an AC voltage source Oscillator. This leads due to the internal resistance of the Voltage source to voltage dips, which is then detected and evaluated with regard to their frequency of occurrence.

Ein zugehöriger Belastungsdemodulator kann beispielsweise aus einer Gleichrichteinheit bestehen, der über einen Hochpaß ein Komparator nachgeschaltet ist. Die primärseitige Spannung wird dabei gleichgerichtet und geglättet. Es ergibt sich eine Gleichspannung, die von einer Wechselspannung mit einer zum Meßsignal proportionalen Frequenz überlagert ist. Über einen Hochpaß wird der Gleichspannungsanteil ausgekoppelt und der Wechselspannungsanteil dem Komparator zugeführt. Dieser er zeugt daraus ein Signal mit konstantem Pegel und konstanter Flankensteilheit, das zur weiteren Verarbeitung in einer Aus werteschaltung geeignet ist. An associated load demodulator can, for example a rectifier, which is a high pass Comparator is connected downstream. The primary voltage is rectified and smoothed. There is one DC voltage from an AC voltage with one to Measurement signal proportional frequency is superimposed. About one High pass, the DC voltage component is decoupled and the AC voltage component fed to the comparator. This he generates a signal with constant level and constant Edge steepness, that for further processing in one out value switching is suitable.

Als Meßfühler können insbesondere kapazitive Meßfühler, wie diese zur Füllstandmessung oder Druckmessung bekannt sind, vorgesehen werden.Capacitive sensors such as these are known for level measurement or pressure measurement, be provided.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Meß anordnung näher beschrieben.The invention is described below with reference to a drawing shown embodiment of a measurement according to the invention arrangement described in more detail.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein induktiver Übertrager Ü als induktives Kopplungselement vorgesehen. Der Übertrager Ü weist eine Primärwicklung auf, die durch einen Rechteckoszillator Q gespeist wird. Der Rechteckoszillator Q hat einen Innenwiderstand Ri. Seine Schwingfrequenz wird durch ein Zeitglied in Form eines RC-Glieds mit einem Kondensator C und einem Widerstand R be stimmt. Die vom Rechteckoszillator Q erzeugte Wechselspannung wird vom Übertrager Ü in eine an seiner Sekundärwicklung ab greifbare Wechselspannung umgesetzt. Bei Primär- und Sekun därwicklung handelt es sich um zwei voneinander galvanisch vollständig getrennte Einzelwicklungen, wodurch einander ge genüber völlige Potentialfreiheit von Primär- und Sekundär kreis gewährleistet ist. Der Sekundärwicklung des Übertragers Ü ist eine Gleichrichteinheit, bestehend aus einer Diode D1 im Längszweig und einem nachfolgenden Kondensator C1 im Quer zweig, nachgeschaltet. Am Kondensator C1 ist eine Versor gungsgleichspannung Ub abgreifbar, wobei ein Anschluß des Kondensators C1, nämlich der direkt mit der Sekundärwicklung verbundene Anschluß, auf Erdpotential E gelegt ist. Mit der Versorgungsgleichspannung Ub wird ein Kapazitäts-Frequenz-Wandler Cf gespeist. Der Kapazitäts-Frequenz-Wandler Cf er mittelt den Kapazitätswert von zwei an ihn angeschlossenen, jeweils einseitig an Erdpotential liegenden Kapazitäten Cm und Cr und erzeugt beispielsweise ein rechteckförmiges Signal mit einer Frequenz, die, abhängig von der Kanalwahl, entweder Cr oder Cm entspricht. In the embodiment shown in the drawing an inductive transformer Ü as an inductive coupling element intended. The transformer U has a primary winding, which is fed by a square wave oscillator Q. Of the Rectangular oscillator Q has an internal resistance Ri. Seine Vibration frequency is determined by a timing element in the form of a RC elements with a capacitor C and a resistor R be Right. The AC voltage generated by the square wave oscillator Q. is transferred from the transformer Ü to one on its secondary winding tangible AC voltage implemented. For primary and secondary The winding is two galvanically separated from each other Completely separate individual windings, making each other ge compared to complete freedom from potential of primary and secondary circle is guaranteed. The secondary winding of the transformer Ü is a rectification unit consisting of a diode D1 in the longitudinal branch and a subsequent capacitor C1 in the cross branch, downstream. There is a supply on capacitor C1 DC voltage Ub tapped, with a connection of Capacitor C1, namely that directly with the secondary winding connected connection, is connected to earth potential E. With the DC supply voltage Ub becomes a capacitance-frequency converter CF fed. The capacitance-frequency converter Cf er averages the capacity value of two connected to it, Capacities Cm and Cr and generates, for example, a rectangular signal with a frequency that, depending on the channel selection, either Corresponds to Cr or Cm.

Die Kapazitäten Cm und Cr werden durch die Meßkapazität Cm und die Referenzkapazität Cr eines Meßfühlers Mf, beispiels weise eines kapazitiven Füllstandsensors oder eines kapazi tiven Drucksensors, gebildet. Eine zu messende physikalische Größe, beispielsweise die Füllhöhe eines Behälters oder ein Druck, wirken derart auf den Meßfühler Mf ein, daß nur die Meßkapazität Cm verändert wird, die Referenzkapazität Cr je doch davon unberührt bleibt. Andere physikalische Größen wie beispielsweise die Temperatur führen bei beiden Kapazitäten Cm und Cr zu Änderungen und bleiben daher im Gegensatz zu der zu messenden Größe bei einem Vergleich durch den Kapazitäts- Frequenz-Wandler Cf unberücksichtigt.The capacitances Cm and Cr are determined by the measuring capacitance Cm and the reference capacitance Cr of a sensor Mf, for example a capacitive level sensor or a capacitive tive pressure sensor formed. A physical to be measured Size, for example the fill level of a container or a Pressure act on the sensor Mf in such a way that only the Measuring capacity Cm is changed, the reference capacity Cr depending but remains unaffected. Other physical quantities like for example the temperature lead at both capacities Cm and Cr change and therefore remain unlike the size to be measured in a comparison by the capacity Frequency converter Cf not taken into account.

Das Ausgangssignal des als Signalaufbereitungseinrichtung vorgesehenen Kapazitäts-Frequenz-Wandlers Cf wird zum Zwecke der Übertragung auf die Primärseite einem Belastungsmodulator zugeführt. Dieser besteht aus einem steuerbaren Schalter so wie einer dazu in Reihe geschalteten Last im Sekundärkreis des Übertragers Ü.The output signal of the as a signal conditioning device provided capacitance-to-frequency converter Cf is for the purpose the transmission to the primary side a load modulator fed. This consists of a controllable switch like this like a load connected in series in the secondary circuit of the transmitter Ü.

Im einzelnen wird als steuerbarer Schalter ein Transistor T1 verwendet, dessen Laststrecke zum einen mit dem Erdpotential E verbunden und zum anderen über einen Lastwiderstand Rl so wie eine Diode D4 an den Knotenpunkt zwischen der Diode D1 und der Sekundärwicklung des Übertragers Ü angeschlossen ist. Die Diode D4 ist dabei entsprechend dem Leitungstyp des Tran sistors T1 in Durchlaßrichtung gepolt. Der Steueranschluß des Transistors T1 ist über einen Widerstand R14 zur Strombegren zung an den Ausgang eines Differenzierglieds angeschlossen. Das Differenzierglied besteht aus einem Hochpaß, bei dem das Signal vom Kapazitäts-Frequenz-Wandler Cf über einen Konden sator C7 zu dem Widerstand R14 sowie einen an Erdpotential E anliegenden Widerstand R15 geführt wird. Bei jedem Pegelwech sel des Ausgangssignals des Kapazitäts-Frequenz-Wandlers Cf entsteht am Ausgang des Differenzierglieds ein kurzer Impuls, der ein Durchschalten des Transistors T1 zur Folge hat. In dem Fall bestimmt der verhältnismäßig niederohmige Lastwider stand R1 im wesentlichen die Last im Sekundärkreis. Das Dif ferenzierglied soll dabei durch die Erzeugung kurzer Impulse verhindern, daß eine niederohmige Belastung längere Zeit auf tritt und dadurch die Energieversorgung anderer im Sekundär kreis liegender Verbraucher beeinträchtigt wird. Außerdem wird je nach gewählter Polung der Diode D4 der Sekundärkreis nur bei positiver oder negativer Sekundärspannung zusätzlich belastet. Im übrigen dient die Diode D4 dazu, den Transistor T1 vor einer für ihn unzulässigen Polung der Sekundärspannung zu schützen.In particular, a transistor T1 is used as a controllable switch used, the load path on the one hand with the earth potential E connected and the other via a load resistor Rl so like a diode D4 to the node between the diode D1 and the secondary winding of the transformer Ü is connected. The diode D4 is in accordance with the conductivity type of the Tran sistors T1 polarized in the forward direction. The control connection of the Transistor T1 is through a resistor R14 to the current limit tion connected to the output of a differentiator. The differentiator consists of a high pass, in which the Signal from the capacitance-frequency converter Cf via a condenser sator C7 to the resistor R14 and an earth potential E applied resistor R15 is performed. With every level change sel of the output signal of the capacitance-frequency converter Cf there is a short pulse at the output of the differentiator, which results in transistor T1 being switched on. In in this case, the relatively low-resistance load determines R1 was essentially the load in the secondary circuit. The dif The reference element is intended to generate short pulses prevent a low impedance load from occurring for a long time occurs and thereby the energy supply of others in the secondary circular consumer is affected. Furthermore Depending on the polarity selected, the diode D4 becomes the secondary circuit only with positive or negative secondary voltage additionally charged. For the rest, the diode D4 serves the transistor T1 before the polarity of the secondary voltage is not allowed for him to protect.

Da bei einem Übertrager ein Widerstand von der Sekundärseite auf die Primärseite transformiert wird, wirken sich Lastände rungen auf der Sekundärseite auch als Laständerung auf der Primärseite aus. In Verbindung mit dem Innenwiderstand Ri des Rechteckoszillators Q kommt es demzufolge zu Einbrüchen der an der Primärwicklung anliegenden Wechselspannung. Diese Spannungseinbrüche werden durch einen Belastungsdemodulator detektiert. Dazu wird die an der Primärwicklung anliegende Spannung mittels einer Gleichrichteinheit gleichgerichtet und geglättet. Die Gleichrichteinheit besteht aus einer Diode D3 im Längszweig und einem nachfolgenden Kondensator C6 im Quer zweig. Ein dem Kondensator C6 parallel geschalteter Wider stand R13 bestimmt das Zeitverhalten der Glättung. Die an Wi derstand R13 und Kondensator C6 abfallende Spannung wird über einen Hochpaß mit einem Kondensator C5 im Längszweig und ei nen nachfolgenden Widerstand R12 im Querzweig einem Verstär ker zugeführt. Der Hochpaß dient dazu, lediglich den Wechsel anteil weiterzuleiten und den Gleichanteil zu sperren. Seine durch den Kondensator C5 und den Widerstand R12 bestimmte Grenzfrequenz kann daher niedrig gewählt werden. Der Verstär ker des Ausführungsbeispiels besteht aus einem Operationsver stärker OP1, dessen nichtinvertierender Eingang mit Masse M verbunden ist und dessen invertierender Eingang zum einen über einen Widerstand R11 mit dem Ausgang des vorausgehenden Hochpasses und zum anderen über einen Widerstand R10 und ggfs. einen dazu parallel liegenden Kondensator C4 mit seinem eigenen Ausgang verbunden ist. Die Verstärkung des Wechselan teils erleichtert einem nachfolgenden Komparator die Schwell wertentscheidung.Because with a transformer there is a resistance from the secondary side is transformed to the primary side, load areas act on the secondary side also as a load change on the Primary page. In connection with the internal resistance Ri des Rectangular oscillator Q there is therefore a dip in the AC voltage applied to the primary winding. This Voltage dips are caused by a load demodulator detected. To do this, the contact on the primary winding Voltage rectified by means of a rectifier and smoothed. The rectification unit consists of a diode D3 in the longitudinal branch and a subsequent capacitor C6 in the transverse branch. A resistor connected in parallel with the capacitor C6 R13 determines the time behavior of the smoothing. The on Wi the level R13 and capacitor C6 falling voltage is about a high pass with a capacitor C5 in the longitudinal branch and egg a subsequent resistor R12 in the shunt arm an amplifier ker fed. The high pass serves only the change pass on the share and block the direct share. His determined by the capacitor C5 and the resistor R12 The cut-off frequency can therefore be chosen to be low. The reinforcer ker of the embodiment consists of an Operationsver stronger OP1, whose non-inverting input with ground M is connected and its inverting input on the one hand through a resistor R11 to the output of the previous one High pass and the other via a resistor R10 and possibly a capacitor C4 in parallel with its own output is connected. The reinforcement of the change in some cases the threshold is relieved by a subsequent comparator value decision.

Der Komparator ist als sogenannter Schmitt-Trigger ausgebil det und weist demnach eine Hysterese auf. Er besteht aus ei nem Operationsverstärker OP2, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP1 verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand R9 mit Masse M, über einen Widerstand R8 mit einem Versor gungspotential V und über einen Widerstand R7 mit seinem ei genen Ausgang verschaltet ist. An Masse M und Versorgungspo tential V kann neben dem Rechteckoszillator Q wie beim Aus führungsbeispiel auch beispielsweise eine nicht gezeigte Aus werteschaltung angeschlossen sein, an die ein Ausgangsmeß signal Fm vom Belastungsdemodulator angelegt ist und die ein Steuersignal CS bereitstellt. Am Ausgang des Operationsver stärkers OP2 steht das Ausgangsmeßsignal Fm an, das dem Meß signal am Ausgang des Kapazitäts-Frequenz-Wandlers Cf pro portional ist. Die Hysterese des Komparators dient im übrigen dazu, die Schwingneigung des Komparators bei Signalen um den Schwellwert zu unterdrücken.The comparator is designed as a so-called Schmitt trigger det and therefore has a hysteresis. It consists of egg nem operational amplifier OP2, whose inverting input is connected to the output of the operational amplifier OP1 and its non-inverting input through a resistor R9 with ground M, via a resistor R8 with a supply supply potential V and via a resistor R7 with its egg gen output is connected. At mass M and supply po tential V can next to the square wave oscillator Q as when off leadership example, for example, a not shown value circuit can be connected to which an output measurement signal Fm is applied by the load demodulator and the one Provides control signal CS. At the exit of the Operationsver amplifier OP2 is the output measurement signal Fm, which the measurement signal at the output of the capacitance-frequency converter Cf pro is portional. The hysteresis of the comparator also serves in addition, the tendency of the comparator to oscillate for signals around the Suppress threshold.

Der Kapazitäts-Frequenz-Wandler Cf besitzt des weiteren einen Steuereingang, an den ein Signal zur Meßkanalumschaltung an zulegen ist. Auch dieses Signal wird erfindungsgemäß poten tialfrei über den Übertrager Ü herangeführt. Dies erfolgt primärseitig durch Frequenzumschaltung beim Rechteckoszilla tor Q. Die Frequenz f des Rechteckoszillators ist gleich dem Kehrwert des Produkts aus einer Konstanten, dem Wert des Wi derstandes R und dem Wert des Kondensators C. Durch Ändern beispielsweise des Widerstandswertes wird auch die Frequenz f in entsprechendem Maße verändert. Die Änderung der Frequenz des Rechteckoszillators Q erfolgt vorliegend durch Parallel schalten eines Widerstands Rp und des Widerstands R mittels eines durch das Eingangssteuersignal CS gesteuerten Schal ters. Als Schalter findet ein Transistor T2 Verwendung. Des sen Laststrecke ist zwischen einen Anschluß des Widerstands Rp und einen Anschluß des Widerstands R gesetzt, deren je weils andere Anschlüsse miteinander verbunden sind. An den Steueranschluß des Transistors T2 ist über einen Widerstand R16 zur Strombegrenzung das Eingangssteuersignal CS angelegt. Das Eingangssteuersignal CS unterscheidet zwei Zustände, die entweder ein Sperren oder ein Durchschalten des Transistors T2 bedingen. Demzufolge erzeugt der Rechteckoszillator Q ab hängig davon eine Wechselspannung mit der einen oder anderen Frequenz. Bei zugeschaltetem Widerstand Rp verringert sich der Gesamtwiderstand und die Frequenz des Rechteckoszillators Q erhöht sich.The capacitance-to-frequency converter Cf also has one Control input to which a signal for measuring channel switching on is to be increased. According to the invention, this signal will also potentiate tialfree introduced via the transformer Ü. this happens primary side by frequency switching in the rectangular ocilla tor Q. The frequency f of the square wave oscillator is equal to that Reciprocal of the product from a constant, the value of Wi derstandes R and the value of the capacitor C. By changing for example, the resistance f also becomes the frequency f changed accordingly. The change in frequency of the rectangular oscillator Q is carried out in the present case by parallel switch a resistor Rp and the resistor R by means of a scarf controlled by the input control signal CS ters. A transistor T2 is used as a switch. Des Sen load path is between a connection of the resistor Rp and a connection of the resistor R set, each depending because other connections are connected. To the Control terminal of transistor T2 is through a resistor R16 the input control signal CS applied for current limitation. The input control signal CS distinguishes two states that either blocking or turning on the transistor Condition T2. As a result, the square wave oscillator Q generates depending on it an alternating voltage with one or the other Frequency. When the resistor Rp is switched on, it decreases the total resistance and frequency of the square wave oscillator Q increases.

Zur Unterscheidung der beiden Frequenzen wird ein Frequenzde modulator verwendet, bei dem die Spannung an der Sekundär wicklung des Übertragers Ü einem Tiefpaß mit einem Widerstand R2 im Längszweig und einem nachfolgenden Kondensator C2 im Querzweig zugeführt wird. Die Spannung über dem Kondensator C2 wird über eine Gleichrichteinheit, bestehend aus einer Di ode D2 im Längszweig sowie nachfolgend einem Kondensator C3 und einem parallel dazu liegenden Widerstand R3 im Querzweig, an einen Komparator angelegt. Der Widerstand R3 dient dabei wiederum zum Festlegen des Zeitverhaltens beim Glätten. Der als Schmitt-Trigger ausgebildete Komparator besteht aus einem Operationsverstärker OP3, dessen invertierender Eingang mit der vorausgehenden Gleichrichteinheit verbunden ist und des sen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand R4 an einem Anschluß des Kondensators C1, über einen Widerstand R5 an dem anderen Anschluß des Kondensators C1 und über einen Widerstand R6 an seinem eigenen Ausgang angeschlossen ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP3 stellt das Steuer signal für die Kanalumschaltung des Kapazitäts-Frequenz-Wandlers Cf bereit und ist zu diesem Zweck mit einem Steuer eingang des Kapazitäts-Frequenz-Wandlers Cf verbunden. Von dem Komparator werden zwei Zustände unterschieden, denen die Kapazitäten Cr bzw. Cm zugeordnet sind.To distinguish the two frequencies, a frequency end modulator used in which the voltage on the secondary winding of the transformer Ü a low pass with a resistor R2 in the series branch and a subsequent capacitor C2 in Cross branch is fed. The voltage across the capacitor C2 is via a rectifier unit consisting of a Di ode D2 in the longitudinal branch and subsequently a capacitor C3 and a parallel resistor R3 in the shunt arm, applied to a comparator. The resistor R3 serves again to determine the time behavior when smoothing. Of the a comparator designed as a Schmitt trigger consists of a Operational amplifier OP3, whose inverting input with is connected to the preceding rectifier and sen non-inverting input via a resistor R4 a connection of the capacitor C1, via a resistor R5 at the other terminal of capacitor C1 and through one Resistor R6 is connected to its own output. The output of the operational amplifier OP3 provides control Signal for the channel switching of the capacitance-frequency converter CF ready and for this purpose with a tax input of the capacitance-frequency converter Cf connected. From The comparator differentiates between two states, the Capacities Cr and Cm are assigned.

Claims

1. Measuring arrangement with an inductive coupling element (Ü) for the potential-free transmission of energy and signals, an oscillator (Q) which primarily feeds the inductive coupling element (Ü), an rectifier unit (D1, C1) connected downstream on the secondary side of the inductive coupling element (Ü), a signal conditioning device (Cf) fed by the rectifying unit (D1, C1), a sensor (Mf) connected upstream of the signal conditioning device, a signal modulator (D4) controlled by the signal conditioning device (Cf) and the inductive coupling element (Ü) on the secondary side Rl, T1, R14) and a load demodulator (D3, C6, R13, C5, R12, R11, OP1, R10, C4, R7, R8, R3, R8, R8, R8, R8, R4, R8, R8, R4) R9, OP2), characterized in that the oscillator (Q) can be frequency modulated by an input control signal (CS) and that a inductive coupling element (Ü) secondary side downstream frequency demodulator (R2, C2, D2, R3, C3, R4, R5, R6, OP3) controls the signal processing device (Cf).

2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the frequency demodulator (R2, C2, D2, R3, C3, R4, R5, R6, OP3) another rectification unit (D2, C3, R3) has a low-pass filter (R2, C2) upstream and a Comparator (OP3, R4, R5, R6) is connected downstream.

3. Measuring arrangement according to claim 1 or 2, characterized indicates that the signal conditioning device (Cf) provides a signal whose frequency is one of one Sensor (Mf) corresponds to the measured value.

4. Measuring arrangement according to claim 3, characterized in that the load modulator (D4, R1, T1, R14, R15, C7) a controllable load (D4, Rl, T1), which in ductive coupling element (Ü) on the secondary side parallelge is switched, and that the controllable load (D4, Rl, T1) with the interposition of a differentiator (C7, R15) by the signal processing device (Cf) is controlled.

5. Measuring arrangement according to claim 3 or 4, characterized indicates that the load demodulator (D3, C6, R13, C5, R12, R11, OP1, R10, C4, R8, R9, R7, OP2) one High pass (C5, R12) has a third equal upstream unit (D3, C6, R13) and a wide one rer comparator (R7, R8, R9, OP2) is connected downstream.

6. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the sensor (Mf) is a capacitive Sensor is.

7. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the sensor (Mf) to the level measurement is provided.

8. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the sensor (Mf) for pressure measurement is provided.