EP2241868A2

Measuring circuit for determining a measuring capacity

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung einer Messkapazität (1), umfassend einen Referenzschaltungsteil zum definierten periodischen Auf- und Entladen einer vorgegebenen Referenzkapazität (1a) und einen Messschaltungsteil zum definierten periodischen Auf- und Entladen der zu bestimmenden Messkapazität (1) und wenigstens einen Schaltungsteil (4, 7; 4a, 7a) zur Bildung wenigstens einer, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Referenzkapazität (1a) charakterisierenden Größe (M2) und zur Bildung wenigstens einer, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Messkapazität (1) charakterisierenden Größe (M1) und einen Schaltungsteil (9) zum Vergleichen der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Referenzkapazität (1a) charakterisierenden Größe (M2) mit der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der die Aufladung der Messkapazität (1) charakterisierenden Größe (M1) und zum Schließen auf den Wert der Messkapazität (1) aufgrund des Vergleichs bereitgestellt.

EP2241868A2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 6

Term

3.5 yearsto projected expiry

Projected expiry 1 April 2030, counted from filing; an application has no term until it is granted.

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  5. Projected expiry

17 claims: 8 independent, 9 dependent

  1. 1
    Schaltungsanordnung zur Bestimmung einer Messkapazität (1), umfassend einen Referenzschaltungsteil zum definierten periodischen Auf- und Entladen einer vorgegebenen Referenzkapazität (1a) und einen Messschaltungsteil zum definierten periodischen Auf- und Entladen der zu bestimmenden Messkapazität (1) und wenigstens einen Schaltungsteil (4, 7;4a, 7a) zur Bildung wenigstens einer, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Referenzkapazität (1a) charakterisierenden Größe (M 2 ) und zur Bildung wenigstens einer, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Messkapazität (1) charakterisierenden Größe (M 1 ) und einen Schaltungsteil (9) zum Vergleichen der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Referenzkapazität (1a) charakterisierenden Größe (M 2 ) mit der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der die Aufladung der Messkapazität (1) charakterisierenden Größe (M 1 ) und zum Schließen auf den Wert der Messkapazität (1) aufgrund des Vergleichs.
  2. 2
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl dem Referenzschaltungsteil als auch dem Messschaltungsteil jeweils ein eigener Schaltungsteil (4, 7;4a, 7a) zur Bildung wenigstens einer Größe zugeordnet ist,die den zeitlichen Verlauf der wenigstens einen Aufladung der Referenzkapazität bzw. der Messkapazität charakterisiert.
  3. 3
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (4a, 7a) zur Bildung der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Referenzkapazität (1a) charakterisierenden Größe (M 2 ) den arithmetischen Mittelwert bzw. den Gleichspannungsanteil der Aufladespannung der Referenzkapazität (1a) bildet und dass der Schaltungsteil (4, 7) zur Bildung der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Messkapazität (1) charakterisierenden Größe (M 1 ) den arithmetischen Mittelwert bzw. den Gleichspannungsanteil der Aufladespannung der Messkapazität (1) bildet.
  4. 4
    Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf- und Entladung der Referenzkapazität (1a) und der Messkapazität (1) getaktet periodisch derart erfolgt, dass in einem ersten Zeitintervall (Toff) eine simultane Aufladung der Referenzkapazität (1a) und der Messkapazität (1) und in einem zweiten Zeitintervall (Ton) eine schlagartige Entladung der Referenz- bzw. Messkapazität erfolgen.
  5. 5
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Zeitintervall (Toff) von dem zweiten Zeitintervall (Ton) unterscheidet.
  6. 6
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zeitintervall (Toff) größer ist als das zweite Zeitintervall (Ton).
  7. 7
    Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Referenzschaltungsteil zugeordnete Schaltungsteil zur Bildung des arithmetischen Mittelwerts (M 2 ) des zeitlichen Verlaufs der Aufladespannung der Referenzkapazität (1a) wenigstens ein erstes RC-Glied (4a, 7a) ist und dass der dem Messschaltungsteil zugeordnete Schaltungsteil zur Bildung des arithmetischen Mittelwerts (M 1 ) des zeitlichen Verlaufs der Aufladespannung der Messkapazität (1) wenigstens ein zweites RC-Glied (4, 7) ist.
  8. 8
    Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil zum Vergleichen der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Messkapazität (1) kennzeichnenden Größe (M 1 ) mit dem zeitlichen Verlauf der Aufladung der Referenzkapazität (1a) kennzeichnenden Größe (M 2 ) und zum Schließen auf die Messkapazität (1) ein Komparator (9) ist, an dessen Eingang die Ausgangssignale der Schaltungsteile zur Bildung der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der Aufladung der Referenzkapazität (1a) kennzeichnenden Größe (M 2 ) und zur Bildung der wenigstens einen, den zeitlichen Verlauf der Messkapazität (1) kennzeichnenden Größe (M 1 ) anliegen.
  9. 9
    Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Auf- und Entladen durch einen Taktgenerator (10) erfolgt, der eine Schalteranordnung (2, 2a) ansteuert, die simultan die Referenzkapazität (1a) und die Messkapazität (1) mit Masse verbindet.
  10. 10
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenz der RC-Glieder zur Mittelwertbildung (4, 7;4a, 7a) kleiner als die Taktfrequenz des Generators (10), vorzugsweise kleiner als 1/100 der Taktfrequenz des Generators (10) ist.
  11. 11
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteranordnung (2, 2a) durch ein Diodennetzwerk oder durch Junction-FETs gebildet wird.
  12. 12
    Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladung der Referenzkapazität (1a) mit einer einstellbaren Spannungsquelle (8) erfolgt und dass die Aufladung der Messkapazität mit einer festen Gleichspannungsquelle (6) erfolgt.
  13. 13
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Spannungsquelle (6) und eines Widerstands (3) eine feste Gleichstromquelle (15) und anstelle der Spannungsquelle (8) und eines Widerstands (3a) eine einstellbare Gleichstromquelle vorgesehen sind und die Aufladung der Messkapazität (1) und der Referenzkapazität (1a) jeweils über diese Konstantstromquellen (15) und (16) zeitlich linear erfolgt.
  14. 14
    Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Messelektrode (1) eine insbesondere ringförmige Kompensationselektrode (11) angeordnet ist, die zusammen mit der Messelektrode periodisch getaktet auf- und entladen wird.
  15. 15
    Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur rückwärtigen Abschirmung der Messelektrode (1) eine Schirmelektrode (13) unmittelbar benachbart zur Messelektrode (1) rückseitig dieser und diese vorzugsweise becherförmig umgebend angeordnet ist, die von einem nichtinvertierenden Verstärker (14) mit dem Spannungsverstärkungsfaktor 1 und hochimpedantem Eingang und niederimpedantem Ausgang gepuffert ist.
  16. 16
    Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schaltungsteile in einem einzigen Gehäuse, insbesondere auf einer einzigen Leiterplatte angeordnet sind.
  17. 17
    Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzschaltungsteil und der Messschaltungsteil symmetrisch zueinander aufgebaut sind.
Independent claims17