DE4103200A1 - Messwertgeber mit zwei sensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertgeber mit zwei Sensoren, deren Signale zur Meßgröße gegensinnig proportional sind.

Bei derartigen Meßwertgebern werden physikalische Größen in elektrische Größen umgewandelt und einer Auswertschaltung zugeführt, von der eine Anzeigevorrichtung, ein Stellglied in einem Regelkreis usw. angesteuert wird. So sind beispielsweise Beschleunigungssensoren bekannt, bei denen die Kapazitäten zweier Kondensatoren gegensinnig von der zu messenden Größe abhängig sind (DE-OS 39 19 191, Abs. 2). In gleicher Weise können auch die gegensinnigen Veränderungen von Widerständen oder Induktivitäten zur Bildung eines der Meßgröße entsprechenden Signals benutzt werden, wobei es im allgemeinen auf die Differenz der von den beiden Sensoren gebildeten elektrischen Größen ankommt.

Für derartige Meßwertgeber ist aus der DE-OS 39 19 191 eine Auswertschaltung bekanntgeworden, bei der zwei monostabile Kippstufen (1, 2) vorgesehen sind, deren Zeitkonstanten von den elektrischen Größen abhängig sind, die von den beiden Sensoren erzeugt werden. Jeweils ein Ausgang einer monostabilen Kippstufe ist mit jeweils einem Trigger-Eingang der anderen monostabilen Kippstufe verbunden, wobei wechselweise beim Übergang der einen Kippstufe in den stabilen Zustand die andere Kippstufe in den instabilen Zustand versetzt wird. An den Ausgängen der Kippstufen erhält man zwei Recktecksignale, deren Pulsbreiten den von den Sensoren kommenden Eingangswerten entsprechen und aus denen man für die weitere Auswertung durch Integration Spannungswerte bilden kann, die den Sensorwerten proportional sind (Pulsweitenmodulation = PWM).

Handelt es sich um sehr kleine Meßwerte oder um sehr kleine Differenzen von Meßwerten, dann können sich die Fertigungstoleranzen der Sensoren und/oder der Bauteile in den Auswertschaltungen sehr störend auswirken und zu ungenauen oder gar unbrauchbaren Meßergebnissen führen. Fehler können auch dadurch entstehen, daß die Auswertschaltungen nicht exakt gleiche Temperaturgänge oder exakt gleiche Abhängigkeit von der Betriebsspannung aufweisen. Die Meßergebnisse werden von nicht identisch ansprechenden Auswertschaltungen insbesondere dann erheblich verfälscht, wenn beispielswseise die gemessenen Kapazitäten in der gleichen Größenordnung liegen wie die Eingangskapazitäten der Auswertschaltungen. Anstelle von zwei Auswertschaltungen könnte man zwar eine Brückenschaltung vorsehen, diese wäre aber vergleichsweise aufwendig und hinsichtlich der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) oft problematisch.

Es besteht somit die Aufgabe, für Meßwertgeber der eingangs genannten Art eine Schaltung zur Auswertung der Sensorsignale anzugeben, bei der die genannten Nachteile nicht auftreten können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, für beide Sensoren nur eine Auswerteschaltung mit Umschalter vorzusehen, der die Sensoren in Abhängigkeit von der Signaldauer alternierend mit der Auswertschaltung verbindet.

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß auf diese Weise alle Fehler, die auf die unvermeidbaren Unterschiede zwischen zwei gleich konzipierten und gleich ausgelegten Auswertschaltungen zurückzuführen sind, vermieden werden können. Der Bauteileaufwand für die Auswertschaltung wird praktisch halbiert, und Abgleichvorgänge müssen nicht doppelt ausgeführt werden. Daraus resultiert eine entsprechende Verbilligung der Auswertschaltung, oder es können - verglichen mit der herkömmlichen zweifachen Auswertschaltung - bei gleichem Kostenaufwand höherwertige Bauteile eingesetzt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind den Ansprüchen 2 bis 7 zu entnehmen. Weitere Einzelheiten werden anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Auswertschaltung für zwei kapazitive Sensoren;

Fig. 2 zeigt eine Alternative zu Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Auswertschaltung für zwei Widerstands- Sensoren;

Fig. 4 zeigt eine Auswertschaltung für zwei induktive Sensoren.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 1 ist ein Schmitt-Trigger 4 mit zwei Umschaltschwellen vorgesehen. In der dargestellten Lage des Schalters 3 wird der veränderliche Kondensator 1 über den Widerstand 5 zwischen den Umschaltschwellen des Schmitt-Triggers 4 abwechselnd geladen und entladen, wobei eine Impulsfolge entsteht, deren Frequenz dem aus Kondensator 1 und Widerstand 5 gebildeten Zeitglied proportional ist. Die Impulse werden im Zähler 6 bis zu einem einstellbaren Wert gezählt, wobei der Überlaufimpuls zum Umschalten des Schalters 3 in die andere Lage benutzt wird. Danach läuft der gleiche Vorgang mit dem veränderlichen Kondensator 2 ab, bis wiederum der Überlauf-Zählwert erreicht ist und der Schalter 3 wieder umgestellt wird. Am Ausgang 7 erscheint eine Impulsfolge, bei der die Pulsbreite des High- Pegels dem Kondensator 1 und die Pulsbreite des Low-Pegels dem Kondensator 2 proportional ist. Damit erhält man am Ausgang 7 stets ein Signal, daß der - definitionsgemäß gegensinnigen - Änderung der Kondensatorkapazitäten bzw. damit der Meßgröße entspricht.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 2 ist anstelle eines Schmitt- Triggers ein Monoflop 8 eingesetzt und auf einen Zähler verzichtet worden. Im übrigen entspricht die Schaltung der Fig. 1 mit der Maßgabe, daß nicht erst nach einer einstellbaren Anzahl von Impulsen der Schalter 3 umgeschaltet wird, sondern jedesmal dann, wenn die Monoflop 8 die Umschaltschwelle erreicht ist.

Die Schaltungen der Fig. 3 und 4 entsprechen weitgehend der Schaltung nach Fig. 1, wobei lediglich statt der Kondensatoren gegensinnig veränderliche ohmsche Widerstände 11, 12 bzw. gegensinnig veränderliche Induktivität 13, 14 vorgesehen sind, die zusammen mit einem Festkondensator 9 bzw. Festwiderstand 10 die veränderlichen Zeitglieder bilden. Wie bei der Fig. 1 erhält man am Ausgang 7 eine Impulsfolge, deren Pulsbreiten den jeweils zusamengehörenden Sensoren 11, 12 und 13, 14 entsprechen. Dabei kann der Schmitt-Trigger 4 selbstverständlich durch einen Monoflop 8 mit oder ohne Zählwerk 6 ersetzt werden. Auch die Schaltung mit Schmitt-Trigger kann ohne Zählwerk genutzt werden, wenn man ein Umschalten bei jedem Erreichen der Umschaltschwelle vornehmen will. Andererseits wird man ein Zählwerk jedesmal dann einsetzen, wenn man nur schwache Signale erwartet und durch eine Art Mittelwertbildung interne Signalfehler ausgleichen will.

Claims (7)

1. Meßwertgeber mit zwei Sensoren, deren Signale zur Meßgröße gegensinnig proportional sind, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Sensoren nur eine Auswertschaltung mit Umschalter vorgesehen ist, der die Sensoren in Abhängigkeit von der Signaldauer alternierend mit der Auswertschaltung verbindet.

2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kapazitive Sensoren mit einem Meßhub von 10^-12 bis 10^-6 Farad verwendet werden.

3. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß induktive Sensoren mit einem Meßhub von 10^-6 bis 10^-3 Henry verwendet werden.

4. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Widerstandssensoren mit einem Meßhub von 10^-3 bis 10⁶ Ohm verwendet werden.

5. Meßwertgeber mit einem Sensor und einem Referenzsensor, bei dem das meßwertabhängige Signal des Sensors mit einem gleichbleibenden Signal des Referenzsensors verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Sensoren nur eine Auwertschaltung mit einem Umschalter vorgesehen ist, der den Sensor und den Referenzsensor in Abhängigkeit von der Dauer des Sensorsignals alternierend mit der Auswertschaltung verbindet.

6. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswertschaltung ein invertierender Komparator mit Rückkopplungswiderstand und als Umschalter ein Analogwechselschalter verwendet werden.

7. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Zählwerk vorgesehen ist, und daß das Umschalten jeweils erst nach einer vorgebbaren Zahl von Sensorsignalen erfolgt.