DE20305598U1

DE20305598U1 - Schaltung zur Erfassung von Substanzen mit elektrischer Leitfähigkeit

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Publication number: DE20305598U1
Application number: DE20305598U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2013-04-08

Description

Wolfgang von Horsten
Potsdamerstr. 11
80 802 München

München, den 31. März 2 003

Unser Zeichen: VH 12 02 G
Anmelder: Wolfgang von Horsten

Schaltung zur Erfassung von Substanzen mit elektrischer Leitfähigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erfassung von Substanzen mit elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere von Wasser und wässrigen Lösungen, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Schaltung arbeitet mit einem elektronischen Schaltkreis, der einen Sensor enthält. Der Sensor besteht aus zwei elektrischen Kontaktstellen. Der Schaltkreis erfasst den elektrischen Übergangswiderstand zwischen den beiden Kontaktstellen. Der Übergangswiderstand verhält sich reziprok zur elektrischen Leitfähigkeit des Mediums zwischen den Kontaktstellen.

Die Schaltung ermöglicht die Registrierung und Anzeige von zwei unterschiedlichen Zuständen am Sensor, nämlich eines Übergangswiderstandes (einer Leitfähigkeit) oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes bzw. eines Übergangswiderstandes (einer Leitfähigkeit) unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes. Je nach dem eingesetzten Verwendungszweck der Schaljiujrfg· entsp5refch^njdi4.<be3yäeh lahtferfcchifedlichen

Zustände beispielsweise den Werten: Substanz vorhanden nicht vorhanden, Behälter leer - voll, Feuchtigkeit vorhanden - nicht vorhanden.

Die Anzahl der zu verwendenden Sensoren kann beliebig vorgegeben werden. Mit mehreren Sensoren in verschiedenen Höhen in einem Behälter können deshalb beispielsweise verschiedene Füllstände in dem Behälter angezeigt werden.

Dadurch kann die Schaltung in einer entsprechenden Vorrichtung verwendet werden, um beispielsweise den Füllstand von Schüttmaterialien oder von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, zu registrieren und anzuzeigen, vorausgesetzt, die zu kontrollierenden Substanzen oder eine ihrer Komponenten besitzen eine mindestens geringe elektrische Leitfähigkeit. Insbesondere kann eine entsprechende Vorrichtung auch verwendet werden, um einen Feuchtigkeitszustand im umgebenden Medium des Sensors zu registrieren und anzuzeigen.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 40 17 314 Al bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung startet ein Tastschalter für eine vorgegebene Zeitdauer die Messung und Anzeige, die optischen Signale werden als Blinksignale von Leuchtdioden generiert. Die in der bekannten Vorrichtung benannte "elektronische Steuerschaltung" enthält jedoch keine weiteren konkreten Merkmale der zu verwendenden elektronischen Schaltung.

Eine weitere Vorrichtung ist aus der DE 3 6 39 695 Al bekannt. Auch dort wird eine "elektronische Schaltung" benannt, aber es werden keine weiteren Merkmale der Schaltung beschrieben.

In der DE 692 28 548 T2 wird eine elektronische Messschaltung im einzelnen beschrieben. Diese Beschreibung macht den Aufwand: Öeutii.cii,:mit ö.ejir'cias'Me'ssv^erfahreii realisiert

wird. In einer darin bevorzugten Ausführungsform wird ein Z-schaltendes Netzwerk, ein Sinusschwingkreis, ein Verstärker und ein Inverter bzw. ein Schmitt-Trigger und Filter benötigt, um die Kapazitätsänderung eines Sensorelementes beim Eintauchen in eine zu messende Substanz zu erfassen.

Zur weiteren Erläuterung, insbesondere Vertiefung und Ergänzung des technischen Umfeldes der vorliegenden Erfindung wird noch auf folgenden Stand der Technik verwiesen: DE 197 44 784 Al,
DE 199 27 687 Al,
DE 197 26 044 C2,
DE 198 49 706 Al,

DE 40 27 692 C2,
DE 200 12 404 Ul.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass elektronische Vorrichtungen zur Flüssigkeits- oder Füllstandsmessung mehrfach offenbart sind. Jedoch werden entweder überwiegend nur die Anwendungen und Aufgaben beschrieben, und keine Lösung für die elektronische Schaltung angegeben (Beispiele sind die DE 4017 314 Al, DE 36 39 695 Al, DE 200 12 404 Ul) , oder es werden elektronische Mess- und - 25 Auswerteverfahren dargestellt, die hohen Schaltungsaufwand und spezielle Bauelemente oder Sensoren erfordern (Beispiele sind die DE 197 44 784 Al, DE 692 28 548 T2, DE 199. 27 687 Al, DE 197 26 044 C2, DE 198 49 706 Al, DE 40 27 692 C2).

Es sind demnach in den typischen Anwendungsfällen beispielsweise für eine Flüssigkeitsstandsanzeige eine Anzahl von Vorrichtungen und Schaltung bekannt, die Einzelheiten zu den Sensoren und Aus führungs formen für die Anzeige beschreiben. Es ist jedoch im Hinblick auf den Stand der

Technik zu bemerken, dass die einzusetzende Elektronik al- ··· ···· ·· ·· ···· ·· ···· ···· ·· ·· · · ·

lenfalls nuiri'pauscnkli be!z^ichnet^:#wä*cd,!*Qder class im Falle

weitergehender Beschreibungen aufwendige Schaltungen, oft beispielsweise unter Einsatz von Mikroprozessoren, beschrieben werden.

Von diesem Stand der Technik ausgehend, zielt die Erfindung darauf ab, eine neuartige elektronische Schaltung zur Verfügung zu stellen, die mit einem Minimum - welches sich vermutlich nicht mehr weiter reduzieren lässt - an Bauelementen und Leistungsaufnahme auskommt und daher in einzigartiger Weise ein Optimum bezüglich einer kommerziell günstigen Fertigung und Funktionalität darstellt.

In anderen Worten ausgedrückt, hebt die vorliegende Erfindung sich auch dadurch vom derzeitigen Stand der Technik ab, dass die in den Ansprüchen 2 bis 4 und 8 im einzelnen genannten Merkmale gemeinsam und kontinuierlich durch den Gegenstand des Anspruchs 1 realisiert werden. Das heisst, der erfindungsgemässe Schaltkreis, der im wesentlichen aus einem digitalen logischen Schaltglied besteht, löst bereits die Aufgabe, sowohl einen Sensor abzufragen (ohne eine nachteilige Gleichstrombelastung der Messstelle) wie auch ein Anzeigeelement zu aktivieren, bei gleichzeitig niedrigster Leistungsaufnahme, so dass problemlos ein energiesparender kontinuierlicher Dauerbetrieb der entsprechenden Vorrichtung möglich ist.

Erfindungsgemäss wird dieses Ziel durch den Gegenstand, des Anspruchs 1 erreicht.

Die erfindungsgemässe elektronische Schaltung ist in besonderer Weise einfach und kompakt. Sie kann preisgünstig produziert werden, sie ermöglicht in der Anwendung einfachste Handhabung, besitzt eine selbsterklärende und deutliche Anzeige, und eine besonders lange Funktionsdauer bei äusserst geringem Strombedarf.

Die elektjrojiJEsche .ä<jhp.lt|urjg jki

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mente, wie &zgr;. B. Ein- Ausschalter oder Taster. Die Elektronikplatine enthält für den Anwendungsfall einer Messstelle nur einen einzigen preisgünstigen handelsüblichen CMOS - IC oder für den Anwendungsfall von vier Messstellen nur zwei Standard - CMOS - IC's, jeweils zusammen mit wenigen weiteren üblichen Bauteilen.

Als Stromversorgung genügt eine Knopfzelle für eine Betriebsdauer von mehreren Jahren. Wenn sich der Füllstandsanzeiger an einer Position mit ausreichendem Lichteinfall befindet, genügt eine kleine Solarzelle zur dauerhaften S t romvers &ogr;rgung.

Vorzugsweise wird eine Lithium Batterie mit 3 Volt Spannung zur Stromversorgung verwendet. Eine Lithium Knopfzelle mit einer Kapazität von 180 mAh kann während ihrer eigenen garantierten Lebensdauer von 5 Jahren die Schaltung durchgehend mit Strom versorgen. Der Strombedarf der Schaltung hängt von der Höhe der Versorgungsspannung ab. Bei entsprechend niedriger Spannung ist der Strombedarf gemäss Anspruch 9 extrem klein und beträgt nur wenige Mikroampere.

In einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Anzeige mittels einer LCD -Balkenanzeige mit vertikaler Anordnung der einzelnen LCD-Segmente beispielsweise entsprechend der aufeinanderfolgenden Höhe der Messstellen.

In. einer besonders bevorzugten Ausführung wird eine elektronische Schaltung mit 4 Sensoren und einer LCD-Anzeige mit fünf verschiedenen Symbolen verwendet. Bei eingesetzter Batterie ist immer mindestens eines der Symbole aktiviert, so dass auf diese Weise die Funktionsbereitschaft der Elektronik bzw. der Batterie ständig sichtbar ist. Diese Funktion der Anzeige wird erreicht, indem beispielsweise der unterste der vertikal übereinander angeordneten Sensorkontakte zwei Symbole alternativ ansteuert, nämlich

beispielsweise bei nicht leitendem Sensorkontakt allein ··· ···· ·· ·· #··· ·· ···· ···· ·· ·· · · ·

das unterste:Symb*o.ii \jnd|b^i:-W5rh«.n<3e₄iiL§nf|Leiii?fajhigkeit

stattdessen das nächste darüberliegende Symbol. Bei dieser Anordnung ist das unterste Symbol einerseits ein Kontrollsignal für die Messbereitschaft der Schaltung und andererseits ein Anzeigesignal für den Zustand "Trocken" bzw. "Keine Flüssigkeit" oder entsprechender Zustände.

Die weiteren darüberliegenden Symbole werden nur dann und jeweils solange aktiviert, wie die zugehörigen Sensorkontakte, die höheren Messstellen entsprechen, Leitfähigkeit messen.

In einer bevorzugten Ausführung werden die einzelnen Symbole der LCD-Anzeige im aktiven Zustand als schwarze Flächen dargestellt und sind im inaktiven Zustand nicht sichtbar.

Die Sensorkontakte sind metallische Flächen aus Kupfer oder Silber oder anderen vorzugsweise korrosionsbeständigen Materialien. Die Sensorkontakte liegen entweder in kompakter Form vor, beispielsweise alsJDrahtstücke, oder sind als Beschichtung oder Legierung auf einem anderen metallischen Material oder auf einer geeigneten Oberfläche aufgebracht.

In einer bevorzugten Ausführung sind die Sensorkontakte als elektrische Leiterbahnen auf einem geeigneten Trägermaterial aufgebracht. Das untere Ende einer Leiterbahn kann unmittelbar als Sensorkontaktfläche dienen. Dieser Bereich der Kontaktfläche kann für eine bessere Korrosionsbeständigkeit mit einem gesonderten metallischen Überzug aus Gold, Silber oder anderen geeigneten Materialien (Kohlenstoff, Grafit) versehen sein. Die restliche Leiterbahn stellt die elektrische Verbindung zum Elektronikteil her, dieser Teil der Leiterbahn kann isoliert sein, beispielsweise durch einen Lacküberzug. Die Leiterbahnen haben die entsprechenden Längen, die für die Positionen der Sensorkontakte vorgesehen sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden die elektrischen Leiterbahnen und die Sensorkontakte auf einen flexiblen Träger aufgebracht. Weiterhin kann der flexible Träger auf seiner Rückseite mit einer Klebe- oder Haftschicht versehen sein. Dadurch wird das Anpassen und ggfs. Fixieren des Sensor- und Zuleitungsteils auf ebenen und nicht ebenen Flächen oder Wänden ermöglicht.

Die elektrische Belastung der Sensorkontakte ist extrem gering. Der Spannungsabfall über den Sensorkontakten ist typischerweise kleiner als 0,1 Volt, der Messstrom typischerweise kleiner als ein Mikroampere. An den Sensorkontakten liegt gemäss Anspruch 3 nur eine Wechselspannung/Rechteckspannung ohne Gleichspannungsanteil an, so dass schädliche elektrolytische Effekte vermieden werden.

Ein besonderer Vorteil des erf indungs gemäss en Verfahrens liegt darin, dass der Sensor in der vorgeschlagenen Schaltung ausreichend empfindlich reagiert, um eine lediglich vorhandene Restfeuchtigkeit im umgebenden Medium am Sensor registrieren zu können.

Eine bevorzugte Ausführung der elektronischen Schaltung mit vier Sensörkontakten und einem LCD mit fünf zugeordneten Symbolen zur Anzeige beispielsweise eines Zustandes "leer" bzw. "nicht leitend" sowie von vier verschiedenen Füllstandshöhen einer leitfähigen Substanz in einem Behälter kann gemäss Anspruch 7 mit nur zwei handelsüblichen IC-Bausteinen realisiert werden, nämlich mit einem 4fach Schmitt-Trigger - NAND - IC und einem 4fach Exclusive - OR - IC. Die 4 einzelnen Schaltglieder des Exclusive -OR-IC dienen zur Messung an den 4 Sensorkontakten und zur Ansteuerung von 4 zugeordneten Symbolen der LCD-Anzeige (siehe Beschreibung zu Fig. 1) . Von dem 4fach - NAND - IC wird ein Schaltglied als Generator einer Rechteckspannung, ein Schaltglied als Inverter und zwei Schaltglieder (siehe Beschreibimg:«zu F"i.gj |) «füi: £*e, ^aetfe.ufMiun^ de'sj fünften

Symbols für den Sensorzustand "nicht leitend" verwendet .

In dem gesamten elektronischen Schaltkreis wird gemäss Anspruch 2 nur einmal eine Rechteckspannung (bzw. Wechselspannung) erzeugt, die sowohl für die Ansteuerung aller Sensorkontakte und Schaltglieder, wie auch für das LCD eingesetzt wird.

Prinzipiell kann eine hier vorgeschlagene Schalfe«ngsfunktion auch mit anderen digitalen Schaltgliedern, beispielsweise mit NAND-Schaltgliedern anstelle von Exclusive-OR Schaltgliedern, realisiert werden. Ein Kriterium in dieser Erfindung für eine vorteilhafte Ausführung ist eine möglichst geringe Anzahl von Bausteinen für die gesamte Schaltung, so wie es beispielhaft in Fig. 1 durch die Verwendung eines Exclusive-OR Schaltgliedes für die Mess- und Anzeigefunktion eines Sensorkontaktes dargestellt wird.

in dieser Beschreibung und im Text zu den Figuren ist vorzugsweise ein NAND-Schaltglied mit Schmitt-Trigger-Eingängen gemeint, auch wenn lediglich die Bezeichnung NAND-Schaltglied verwendet wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung einer Ausführung der Erfindung hat beispielhaften Charakter.

Es zeigen

Fig. 1: Funktionsschema des elektronischen Schaltkreises mit einem Exlusive-OR-Schaltglied; 5

Fig. 2: Funktionsschema des elektronischen Schaltkreises mit NAND-Schaltgliedern;

Fig. 3: Funktionsschema des elektronischen Schaltkreises für die Ansteuerung eines

Tongebers;

In den Fig. 1 und 2 sind gleichwertige Punkte in den Schaltkreisen mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung des elektronischen Schaltkreises.

Der elektronische Schaltkreis enthält ein 2-Input Exclusi-

ve-OR Scnaltglied 13 für jeden einzelnen Sensorkontakt 17. 20

Den beiden Eingängen 14 und 15 des Schaltgliedes 13 wird kontinuierlich über die beiden Vorwiderstände 20 und 21 die gleiche Wechselspannung, vorzugsweise eine Rechteckspannung, im Punkt 19 zugeführt.

Bei sonst keinen weiteren Signalen an den Eingängen 14 und

15 bedeutet dies zu jedem Zeitpunkt gleichartige Spannungspegel an beiden Eingängen des Schaltgliedes 13. Im einzelnen betrachtet geschieht in dieser Situation folgendes :
30

Die Rechteckspannung besteht aus einer zeitlich wechselnden Abfolge von zwei verschiedenen Spannungswerten, nämlich einem Low-Pegel und einem High-Pegel Spannungswert. An den beiden Eingängen 14 und 15 liegen deshalb - in zeitlich wechselnder Abfolge - immer gemeinsam entweder ein gleicher Low-Pegel Spannungswert oder ein gleicher High-Pege^-SpannuTigsxerrt: ajr. JEntsprecJaend der logischen

Funktion des Exclusive-OR Schaltgliedes 13 erzeugt dieses in beiden Fällen - mit gleichwertigen Eingangssignalen den Spannungswert Low-Pegel am Ausgang 16, entsprechend einem gleichbleibenden nicht-aktiven Ausgangs signal des Schaltgliedes 13.

Ein prinzipiell äquivalentes Verhalten entsteht auch, wenn eine anders verlaufende Wechselspannung, z. B. eine sinusförmige Spannung im Punkt 19 eingespeist wird. Aufgrund des binären Schaltverhaltens des digitalen Schaltgliedes erscheint ebenfalls am Ausgang durchgehend Low-Pegel, und andererseits ebenfalls High-Pegel in der Situation, wie sie nachfolgend für den vorzugsweisen Fall einer Rechteckspannung am Punkt 19 beschrieben wird.

Im folgenden wird der Einfluss des Sensorkontaktes mit einbezogen:

Der Sensorkontakt 17 ist an einem Eingang 14 zusätzlich angeschlossen. Wenn die Kontaktflächen des Sensors 17 sich im nichtleitenden Medium befinden, ist der Übergangswiderstand zwischen den Kontaktflächen praktisch unendlich gross. Der Sensorkontakt belastet daher nicht den Eingang 14, der Eingang 14 führt nach wie vor das volle Eingangssignal, d. h.. die Wechselspannung bzw. Rechteckspannung, die im Pungt 19 eingespeist wird. Es gilt die Situation, die zuvor beschrieben wurde, mit dem Ergebnis eines durchgehenden Low-Pegels am Ausgang 16.

Befinden sich hingegen die Kontaktflächen des Sensors 17 im Medium mit einer endlichen elektrischen Leitfähigkeit, ist der Übergangswiderstand zwischen diesen Kontaktflächen entsprechend niedriger.

Ein typischer Widerstandswert für Leitungswasser kann bei etwa 50 kOhm liegen. Die am Punkt 19 eingespeiste RechteckspannuAgj MlIt* &rgr;&phgr;&igr; •iirc'wfspnt.l^eijenjytoer s3e;n*£pannungs-

teiler aus Widerstand 21 und dem Übergangswiderstand zwischen den Sensorkontakten auf Nullpotential ab.

Da Widerstand 21 einen Hohen Wert von beispielsweise 1 MegOhm hat, bleibt am Eingang 14 von dem in Punkt 19 eingespeisten Spannungswert nur noch der kleine Spannungsanteil übrig, der dem Übergangswiderstand zwischen den Sensorkontakten entspricht.

Der resultierende Widerstand des Kondensators 18 und der sehr hohe Eingangswiderstand des Schaltgliedes 13 können hier unberücksichtigt bleiben. Darüberhinaus ist für die Funktion des Spannungsteilers gleichwertig, ob Widerstand 21 ein ohmscher oder ein kapazitiver Widerstand ist.

Im einzelnen entsteht folgender Ablauf: Während der Phase, in der sich die Rechteckspannung am Punkt 19 im Zustand Low-Pegel befindet, erhalten beide Eingänge 14 und 15 keine Spannung, beide Eingänge liegen auf Low-Pegel, entsprechend befindet sich Ausgang 16 ebenfalls auf Low-Pegel.

Während der Phase, in der sich die Rechteckspannung am Punkt 19 im Zustand High-Pegel befindet, erhält der Eingang 15 den Spannungswert High-Pegel. Am Eingang 14 jedoch liegt wegen des leitenden Sensorkontaktes ein verringerter Spannungswert an, der einem Low-Pegel Eingangswert entspricht. Somit erhält da.s Schaltglied 13 in dieser Phase unterschiedliche Eingangssignale und schaltet funktionsgemäss den Ausgang 16 auf High-Pegel.

Im Endeffekt erscheint dann am Ausgang 16 wieder die Rechteckspannung, wie sie am Punkt 19 eingespeist wird.

Der Ausgang 16 des Schaltgliedes steuert über einen Kondensator 22 ein LCD-Segment/Symbol für eine zugeordnete Anzeige an.

Damit ist Jdi^.^zentr^ld AJf^ab&.de-ir· Ör.Jfin^ung «realisiert

Das zugeordnete Symbol der LCD-Anzeige wird bei einer gegebenen Leitfähigkeit zwischen den Sensorkontakten aktiviert, und ist bei "offenen" nichtleitenden Sensorkontakten nicht-aktiv. Bei dem angegebenen Wert für den Widerstand 21 ergibt sich für praktisch vorkommende leitfähige Substanzen, insbesondere auch für Wasser und für wässrige Lösungen, ein ausreichend empfindlicher Schwellenwert für das Umschalten der Spannung am Eingang 14 vom High-Pegel zum Low-Pegel Spannungswert. Der Schwellenwert kann weiterhin auf eine niedrigere Empfindlichkeit für eine Leitfähigkeitserfassung eingestellt werden, indem der Widerstandswert 21 verkleinert wird.

In einer bevorzugten Ausführung weist die LCD-Anzeige mehrere Symbole/Segmente auf, die beispielsweise verschiedenen Füllhöhen bzw. Zuständen entsprechen. Die einzelnen Symbole werden jeweils unmittelbar, d. h. ohne Multiplex-Controller, durch die am Ausgang 16 eines Schaltgliedes auftretende Wechselspannung statisch angesteuert und damit aktiviert. Es erübrigt sich deshalb die Notwendigkeit einer eigenen Spannungsquelle und einer Controller-Schaltung für die Anzeige. Gemäss Anspruch 4 steht die Signalspannung für das LCD bereits mit der Ausgangsschaltspannung des Schaltgliedes 13 vollständig zur Verfügung.

Die lediglich kapazitive Ankopplung eines LCD-Segmentes über einen Kondensator 22 bei der gegebenen niedrigen Frequenz belastet das Schaltglied 13 nur unerheblich, und verhindert zugleich das Auftreten eines schädlichen Gleichspannungsanteils am LCD-Segment.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung steuert der an der untersten Position befindliche Sensor alternativ zwei verschiedene LCD-Symbole, beispielsweise die Symbole für die beiden Zustände "Trocken" und "Flüssigkeit/Feuchtigkeit vorhanden". Die Steuerung des ersten Symbols "Flüssigkeit/Feuchtigkeit vorhanden" erfolgt dabei so, wie zuvor anhan4 &ggr;&phgr;« Fi'gy ·1 •be^c&rj.eb.ervvfUKi^i! Decs izwjeite Symbol

"Trocken" hingegen wird beispielsweise von einem weiteren Exclusive-OR Schaltglied gesteuert, dessen Eingang 14 anstelle eines Sensorsignals die dem ersten Symbol zugeordnete Steuerspannung 16 invertiert zugeführt bekommt.

Durch diese positive und negative Auswertung des Messsignals eines Sensorkontaktes wird alternativ immer eines der beiden genannten Symbole aktiviert, entsprechend beispielsweise den beiden alternativ möglichen Zuständen "Trocken" oder "Flüssigkeit/Feuchtigkeit vorhanden".

Dies ergibt zusätzlich den Vorteil, dass auch bei keiner vorhandenen leitfähigen Substanz immer eine Anzeige aktiv ist und diese Anzeige beispielsweise während längerer "Trocken" oder "Leer"-zeiten auch als Kontrolle für die Funktionsbereitschaft der Elektronik und der Batterie dient.

Für das Funktionieren der Elektronik eignet sich eine Wechselspannung mit beliebiger Form. Eine bevorzugte Form stellt eine Rechteckspannung dar. Diese lässt sich beispielsweise mit einem Schmitt-Trigger-NAND-Baustein in be kannter Weise erzeugen, indem dessen Eingang einen Ladekondensator erhält und dessen Ausgang über einen Widerstand mit dem Eingang gekoppelt wird. Die Frequenz der Rechteckspannung ist vorzugsweise auf einen geeigneten Wert für die Ansteuerung des LCD eingestellt. Eine geeignete Frequenz ist beispielsweise 80 Hertz.

Gemäss Anspruch 3 wird die Wechselspannung den Sensorkontakten jeweils über einen Kondensator 18 zugeführt. Dies verhindert ein Gleichspannungspotential an den Sensorkontakten 17 und vermeidet störende elektrolytische Effekte an den Kontakten.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung des elektronischen Schaltkreises unter Verwendung von NAND-Schaltgliedern.

In Fig. 2

wii><ä. geinä.&s «#ei«Lspr,uph ^«e^ne.gans; tjesjonders ein-

fache und kompakte Schaltungsvariante für den Fall vorgeschlagen, dass nur eine einzige Messstelle vorgesehen ist. Für diesen Fall kann der Schaltkreis mit einem einzigen Vierfach-NAND-Baustein, dem in der Digitalelektronik am häufigsten verwendeten und daher auch preiswertesten Standard- IC, realisiert werden.

Dabei können auch noch zwei alternative Messzustände des Sensors angezeigt werden, wie es beispielhaft zuvor für Fig. 1 beschrieben wurde.

Der Schaltkreis zur Messung benötigt, wie in Fig. 2 dargestellt, zwei NAND-Schaltglieder 26 und 27. Das erste Schaltglied 2 6 ist in gleicher Weise wie das Schaltglied

13 gemäss Fig. 1 beschaltet. Auf die entsprechende Be-Schreibung zu Fig. 1 wird verwiesen.

Im Unterschied zur Funktionsweise des Exclusive-OR Schaltgliedes 13 in Fig. 1 treten aber am Ausgang 24 des NAND-Schaltgliedes 2 6 der Fig. 2 folgende Spannungswerte auf:

Bei nicht leitendem Sensorkontakt 17 erhalten die beiden Eingänge 14 und 15 des NAND-Schaltgliedes 2 6 immer gleichzeitig den in Punkt 19 eingespeisten Spannungswert High-Pegel oder den Spannungswert Low-Pegel. Am Ausgang 24 des Schaltgliedes 2 6 erscheinen dann funktionsgemäss jeweils die entgegengesetzten Spannungswerte.

Bei leitendem Sensorkontakt 17 hingegen führt der Eingang

14 durchgehend den Spannungswert Low-Pegel. Für die beiden möglichen Spannungswerte Low-Pegel und High-Pegel am Eingang 15 erzeugt das NAND-Schaltglied 2 6 nunmehr funktionsgemäss durchgehend den Spannungswert High-Pegel am Ausgang 24.

Das Auf summieren der beiden möglichen Ausgangssignale des Punktes 24 mit dem Steuersignal des Punktes 19 im NAND-Schaltglied 27 erzeugt die beiden Signale des Punktes 24 in ausget4uppktef ,icj¹"?¹ ³^ h-^u&3QP-Q!"\&..&k?3'. Scjti^ltigliedes 27.

Am Ausgang 16 des Schaltgliedes 27 steht ,nunmehr die gewünschte Signalspannung zur Ansteuerung eines LCD-Segmentes zur Verfügung:
Bei leitendem Sensorkontakt 17 die (zum Punkt 19 phasengetauschte) Rechteckspannung, die das zugeordnete LCD-Segment aktiviert, und im Falle des nicht-leitenden Sensorkontaktes 17 ein durchgehender High-Pegel Spannungswert, der durch den Kondensator 22 abgeblockt wird, so dass das LCD-Segment nicht aktiviert wird.

Dies entspricht der zunächst gewünschten Situation, nämlich der aktiven Anzeige bei vorhandenem leitenden Medium am Sensorkontakt.

Eine aktive Gegenanzeige für eine nicht-vorhandene Leitfähigkeit am Sensorkontakt anhand eines zweiten LCD-Segmentes ergibt sich in einfacher Weise, indem das Ausgangssignal' des Punktes 24 zur Ansteuerung des zweiten LCD-Segmentes verwendet wird.

Zur kompletten Funktion des Schaltkreises wird nur noch ein weiteres NAND-Schaltglied benötigt, mit dem in bekannter Weise eine Rechteckspannung erzeugt wird, wie es auch zuvor in Fig. 1 beschrieben wurde.

Erf indungsgemäss wird mit drei NAND-Schaltgliedern und wenigen externen Bauelementen der gesamte Schaltkreis zur Messung mit einem Sensorkontakt und der Anzeige zweier zugeordneter alternativer Zustände realisiert.

Fig. 3: Funktionsschema des elektronischen Schaltkreises für die Ansteuerung eines Tongebers.

Zusätzlich zu einer LCD-Anzeige kann optional ein Tonsignal erzeugt werden. Dazu kann prinzipiell ein Tongeber anstelle oder parallel zu einem LCD-Element angeschlossen werden.

Allerdings f.pfc da*na|i4 d£r·Rpge^L ^^r,jS.iej: a*Lg wesentlicher

Vorteil angesehene extrem geringe Stromverbrauch der Schaltung nicht mehr gegeben, weil insbesondere ein dynamischer Tongeber erheblich mehr Leistung verbraucht als eine LCD-Anzeige.

Bei Verwendung eines Tonsignales kann es darüberhinaus erwünscht sein, dass Tonsignal nur für eine begrenzte Zeit zu aktivieren. Ein kurzzeitiges Tonsignal bedeutet wiederum im Mittel geringen Strombedarf.

Im folgenden wird deshalb gemäss Anspruch 5 eine vorteilhafte Schaltungserweiterung vorgeschlagen, um aus der kontinuierlichen aktiven Signalspannung an den Punkten 16 der Fig. 1 und 2 eine kurzzeitig aktive Signal spannung zu gewinnen.

Diese kurzzeitig aktive Signalspannung steht am Punkt 40 des Schaltkreises der Fig. 3 zur Verfügung in Form eines Impulses von beispielsweise 2 Sekunden Dauer. Die Signalspannung des Punktes 40 kann dann während ihrer zeitlichen Dauer ein 2 Input-NAND-Schaltglied über dessen ersten Eingang aktiv schalten. Über den zweiten Eingang kann das NAND-Schaltglied in bekannter Weise als Rechteckgenerator geschaltet werden und dann zum Beispiel einen Piezo-Schallgeber ansteuern.

Der Steuerimpuls im Punkt 40 startet synchron mit dem Einsetzen einer kontinuierlichen aktiven Signalspannung 16 in den Schaltkreisen, die in Fig. 1 und 2 beschrieben werden.

Dazu wird die Ausgangs spannung 16 des Schaltgliedes 13 aus Fig. 1 den beiden NAND-Schaltgliedern 3 6 und 37 der Fig. 3 im Punkt 29 zugeführt.
Bei leitendem Sensorkontakt ist die Ausgangsspannung 16 eine Rechteckspannung. Diese Rechteckspannung wird dem

Eingang 32 des NAND-Schaltgliedes 37 über den Kondensator 3 0 direkt iurtd!dem^#E&hg&nrf 33*:dös JÜJSBO'-iSeßaltcjlifedes 3 7

über das NAND-Schaltglied 36 invertiert zugeleitet. Daher liegen an den beiden Eingängen 32 und 3 3 des NAND-Schaltgliedes 37 in jeder Phase der Rechteckspannung entgegengesetzte Spannungswerte an und der Ausgang 34 des Schaltgliedes 3 7 führt infolgedessen funktionsgemäss durchgehend High-Pegel. Aus dieser abhängig vom Sensorzustand einsetzenden konstanten positiven Gleichspannung am Punkt 3 4 wird über den Kondensator 39 ein entsprechender Spannungsimpuls abgeleitet. Die Dauer des Impulses ist abhängig von der Grosse des Kondensators 39 und kann deshalb durch den Wert des Kondensators 3 9 bestimmt werden.

Bei nicht-leitendem Sensorkontakt erhält der Punkt 29 den Spannungswert Low-Pegel. Nach Invertierung über Schaltglied 3 6 folgt daraus High-Pegel am Eingang 33 des Schaltgliedes 37. Eingang 32 des Schaltgliedes 37 erhält nunmehr ebenfalls High-Pegel, weil der Kondensator 3 0 den Low-Pegel Spannungswert des Punktes 29 abblockt und der am Pluspotential liegende Widerstand 31 den Eingang 32 auf einen High-Pegel Spannungswert hochzieht. Die beiden gleichen High-Pegel Spannungswerte am Schaltglied 37 erzeugen am Ausgang 34 funktionsgemäss den Spannungswert Low-Pegel, der Tongeber wird infolgedessen nicht aktiviert.

in allen Schaltbeispielen sind optionale Kondensatoren nicht dargestellt, die gegebenenfalls erforderlich sind, um Schalt- und Störimpulse auf den Signalleitungen auszuglätten.

Die erfindungsgemässe elektronische Schaltung ist auf extrem niedrigen Stromverbrauch bei Dauerbetrieb ausgelegt. Eine naheliegende weitere Stromeinsparung kann erreicht werden, indem ein weiteres NAND-Schaltglied in bekannter Weise als zusätzlicher Rechteckgenerator geschaltet wird, beispielsweise mit einem Impuls- Pausenverhältnis von jeweils einer Sekunde Zeitdauer. Der Ausgang dieses Schaltgliedes k^mjjaur S5khrfun^sye|:0©_irg>Kjigr_#,4i*lp^r jüjrijgen Schalt-

glieder verwendet werden, die dann im entsprechenden Taktverlauf ein- und ausgeschaltet sind. In dieser Weise wird der Stromverbrauch der übrigen Schaltglieder nochmals halbiert.

Claims

1. Schaltung zur Erfassung von Substanzen mit elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere von Wasser und wässrigen Lösungen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung im wesentlichen einen logischen Funktionsbaustein (13) enthält, dessen sämtlichen Eingängen eine gleichartige Rechteckspannung zugeführt wird, an dessen mindestens einem Eingang (14) ein Sensorkontakt (17) angeschlossen ist, und der bei unterschiedlichen Signalpegeln an seinen mindestens zwei Eingängen (14, 15) ein bestimmtes aktives Ausgangssignal (16) für eine Anzeige bereitstellt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Wechselspannung, vorzugsweise eine Rechteckspannung, generiert und kontinuierlich für alle Funktionen zur Messung und zur Anzeige eingesetzt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselspannung den Sensorkontakten (17) über jeweils einen Kondensator (18) kontinuierlich zugeführt wird.

4. Schaltung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Signalspannung an einem Ausgang (16) des Funktionsbausteins (13) während der Zeitdauer einer zu messenden Leitfähigkeit kontinuierlich bereitsteht, und unmittelbar zur Aktivierung eines statischen LCD-Anzeigesignals verwendet werden kann.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der bei gemessener Leitfähigkeit einsetzenden kontinuierlichen Signalspannung (16) eine Signalspannung (40) zur Ansteuerung eines Tongebers abgeleitet wird, die nur während einer bestimmten Zeitdauer aktiv ist.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Standard-IC, beispielsweise einem Vierfach- NAND-IC, alle notwendigen Funktionen zur Messung an einem Sensor und für die Anzeige von zwei alternativen Zuständen zu realisieren sind.

7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit zwei Standard-IC's, beispielsweise einem Zweifach-NAND-IC und einem Vierfach-Exlusive-OR-IC, alle notwendigen Funktionen zur Messung an vier Sensoren und für die Anzeige von fünf unterschiedlichen Zuständen zu realisieren sind.

8. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Dauerbetrieb ein extrem niedriger Stromverbrauch gegeben ist.