DE20305598U1 - Electronic chip circuit, for detecting presence of any electrically conducting substance above or below given threshold, comprises logic circuit with chip inputs arriving via sensor contact - Google Patents
Electronic chip circuit, for detecting presence of any electrically conducting substance above or below given threshold, comprises logic circuit with chip inputs arriving via sensor contactInfo
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Abstract
Description
Wolfgang von Horsten
Potsdamerstr. 11
80 802 MünchenWolfgang von Horsten
Potsdamer Str. 11
80 802 Munich
München, den 31. März 2 003Munich, 31 March 2 003
Unser Zeichen: VH 12 02 G
Anmelder: Wolfgang von HorstenOur reference: VH 12 02 G
Applicant: Wolfgang von Horsten
Schaltung zur Erfassung von Substanzen mit elektrischer LeitfähigkeitCircuit for detecting substances with electrical conductivity
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.The invention relates to a circuit for detecting substances with electrical conductivity, in particular water and aqueous solutions, according to the preamble of claim 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.The circuit works with an electronic circuit that contains a sensor. The sensor consists of two electrical contact points. The circuit records the electrical contact resistance between the two contact points. The contact resistance is inversely related to the electrical conductivity of the medium between the contact points.
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 lahtferfcchifedlichenThe circuit enables the registration and display of two different states on the sensor, namely a contact resistance (a conductivity) above a certain threshold value or a contact resistance (a conductivity) below a certain threshold value. Depending on the intended use of the circuit, the corresponding
Zustände beispielsweise den Werten: Substanz vorhanden nicht vorhanden, Behälter leer - voll, Feuchtigkeit vorhanden - nicht vorhanden.States, for example, the values: substance present - not present, container empty - full, moisture present - not present.
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.The number of sensors to be used can be specified as desired. With several sensors at different heights in a container, different fill levels in the container can be displayed, for example.
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. As a result, the circuit can be used in a corresponding device to register and display, for example, the fill level of bulk materials or liquids, in particular water, provided that the substances to be controlled or one of their components have at least a low electrical conductivity. In particular, a corresponding device can also be used to register and display a moisture level in the medium surrounding the sensor.
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.Such a device is known from DE 40 17 314 A1. In the known device, a push button starts the measurement and display for a predetermined period of time, and the optical signals are generated as flashing signals from light-emitting diodes. However, the "electronic control circuit" mentioned in the known device does not contain any other specific features of the electronic circuit to be used.
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.Another device is known from DE 3 6 39 695 A1. There too, an "electronic circuit" is mentioned, but no further features of the circuit are described.
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 realisiertIn DE 692 28 548 T2 an electronic measuring circuit is described in detail. This description makes the effort: Öeutii.cii,:implemented with ö.ejir'cias'measuring process
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.In a preferred embodiment, a Z-switching network, a sinusoidal resonant circuit, an amplifier and an inverter or a Schmitt trigger and filter are required to detect the change in capacitance of a sensor element when immersed in a substance to be measured.
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,For further explanation, in particular deepening and supplementing the technical background of the present invention, reference is made to the following prior art: 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.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).In summary, it can be stated that electronic devices for liquid or fill level measurement have been disclosed several times. However, either mainly only the applications and tasks are described and no solution for the electronic circuit is given (examples are DE 4017 314 Al, DE 36 39 695 Al, DE 200 12 404 Ul), or electronic measuring and evaluation methods are presented which require a high level of circuit complexity and special components or sensors (examples are 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 derIn typical applications, for example for a liquid level indicator, a number of devices and circuits are known that describe details of the sensors and embodiments for the indicator. However, in view of the state of the art,
Technik zu bemerken, dass die einzusetzende Elektronik al- ··· ···· ·· ·· ···· ·· ···· ···· ·· ·· · · · Technology to note that the electronics to be used al- ··· ···· ···· ···· ···· ···· ···· ·· ·· · · ·
lenfalls nuiri'pauscnkli be!z^ichnet:#wä*cd,!*Qder class im Falleif necessary, the class is denoted as :
weitergehender Beschreibungen aufwendige Schaltungen, oft beispielsweise unter Einsatz von Mikroprozessoren, beschrieben werden.In more detailed descriptions, complex circuits are described, often using microprocessors, for example.
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.Based on this state of the art, the invention aims to provide a novel electronic circuit that requires a minimum - which presumably cannot be reduced any further - of components and power consumption and therefore represents a unique optimum in terms of commercially favorable production and functionality.
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.In other words, the present invention also stands out from the current state of the art in that the features mentioned in detail in claims 2 to 4 and 8 are implemented jointly and continuously by the subject matter of claim 1. This means that the circuit according to the invention, which essentially consists of a digital logic switching element, already solves the problem of both querying a sensor (without a disadvantageous direct current load on the measuring point) and activating a display element, while at the same time using the lowest possible power, so that energy-saving continuous operation of the corresponding device is possible without any problems.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel durch den Gegenstand, des Anspruchs 1 erreicht.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of claim 1.
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.The electronic circuit according to the invention is particularly simple and compact. It can be produced inexpensively, it is extremely easy to use, has a self-explanatory and clear display, and a particularly long service life with extremely low power consumption.
Die elektjrojiJEsche .ä<jhp.lt|urjg jkiThe 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.elements, such as ζ. B. On-off switches or buttons. The electronic board contains only a single, inexpensive, commercially available CMOS IC for the application of one measuring point or only two standard CMOS ICs for the application of four measuring points, each together with a few other common components.
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.A button cell is sufficient for several years of operation. If the level indicator is in a position with sufficient light, a small solar cell is sufficient for a permanent power supply.
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.Preferably, a lithium battery with a voltage of 3 volts is used for the power supply. A lithium button cell with a capacity of 180 mAh can supply the circuit with power continuously during its own guaranteed lifespan of 5 years. The power requirement of the circuit depends on the level of the supply voltage. At a correspondingly low voltage, the power requirement according to claim 9 is extremely small and amounts to only a few microamperes.
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 a preferred embodiment, the display is made by means of an LCD bar display with a vertical arrangement of the individual LCD segments, for example according to the successive height of the measuring points.
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, nämlichIn a particularly preferred embodiment, an electronic circuit with 4 sensors and an LCD display with five different symbols is used. When the battery is inserted, at least one of the symbols is always activated, so that the operational readiness of the electronics or the battery is constantly visible. This function of the display is achieved by, for example, the lowest of the sensor contacts arranged vertically one above the other controlling two symbols alternatively, namely
beispielsweise bei nicht leitendem Sensorkontakt allein ··· ···· ·· ·· #··· ·· ···· ···· ·· ·· · · · for example with non-conductive sensor contact alone ··· ···· ·· ·· #·· ··· ···· ···· ···· ·· ·· · ·
das unterste:Symb*o.ii \jnd|b^i:-W5rh«.n<3e4iiL§nf|Leiii?fajhigkeitthe lowest:Symb*o.ii \jnd|b^i:-W5rh«.n<3e 4 iiL§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.instead the next symbol above. In this arrangement, the lowest symbol is on the one hand a control signal for the circuit's readiness for measurement and on the other hand an indication signal for the "dry" or "no liquid" state or corresponding states.
Die weiteren darüberliegenden Symbole werden nur dann und jeweils solange aktiviert, wie die zugehörigen Sensorkontakte, die höheren Messstellen entsprechen, Leitfähigkeit messen.The other symbols above are only activated if and for as long as the associated sensor contacts, which correspond to higher measuring points, measure conductivity.
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.In a preferred embodiment, the individual symbols of the LCD display are shown as black areas in the active state and are not visible in the inactive state.
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.The sensor contacts are metallic surfaces made of copper or silver or other preferably corrosion-resistant materials. The sensor contacts are either in compact form, for example as pieces of wire, or are applied as a coating or alloy to another metallic material or to a suitable surface.
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 a preferred embodiment, the sensor contacts are applied as electrical conductor tracks on a suitable carrier material. The lower end of a conductor track can serve directly as a sensor contact surface. This area of the contact surface can be provided with a separate metallic coating made of gold, silver or other suitable materials (carbon, graphite) for better corrosion resistance. The remaining conductor track establishes the electrical connection to the electronic part; this part of the conductor track can be insulated, for example by a lacquer coating. The conductor tracks have the appropriate lengths that are intended for the positions of the sensor contacts.
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.In a further preferred embodiment, the electrical conductor tracks and the sensor contacts are applied to a flexible carrier. The flexible carrier can also be provided with an adhesive or bonding layer on its back. This enables the sensor and supply line part to be adjusted and, if necessary, fixed to flat and non-flat surfaces or walls.
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.The electrical load on the sensor contacts is extremely low. The voltage drop across the sensor contacts is typically less than 0.1 volts, and the measuring current is typically less than one microampere. According to claim 3, only an alternating voltage/square-wave voltage without a direct voltage component is applied to the sensor contacts, so that harmful electrolytic effects are avoided.
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.A particular advantage of the method according to the invention is that the sensor in the proposed circuit reacts with sufficient sensitivity to be able to register only residual moisture present in the surrounding medium at the sensor.
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 fünftenA preferred embodiment of the electronic circuit with four sensor contacts and an LCD with five associated symbols for displaying, for example, a state of "empty" or "non-conductive" as well as four different fill levels of a conductive substance in a container can be realized according to claim 7 with only two commercially available IC components, namely with a 4-way Schmitt trigger - NAND - IC and a 4-way Exclusive - OR - IC. The 4 individual switching elements of the Exclusive - OR - IC are used for measuring at the 4 sensor contacts and for controlling 4 associated symbols of the LCD display (see description of Fig. 1). One switching element of the 4-way NAND - IC is used as a generator of a square wave voltage, one switching element as an inverter and two switching elements (see description of Fig. 1) for the fifth
Symbols für den Sensorzustand "nicht leitend" verwendet .Symbol for the sensor state "non-conductive" is used.
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.According to claim 2, a square wave voltage (or alternating voltage) is generated only once in the entire electronic circuit, which is used both for controlling all sensor contacts and switching elements, as well as for the LCD.
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 principle, a switching function proposed here can also be implemented with other digital switching elements, for example with NAND switching elements instead of exclusive-OR switching elements. One criterion in this invention for an advantageous embodiment is the smallest possible number of components for the entire circuit, as is shown by way of example in Fig. 1 by the use of an exclusive-OR switching element for the measuring and display function of a sensor contact.
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.In this description and in the text accompanying the figures, a NAND switching element with Schmitt trigger inputs is preferably meant, even if only the term NAND switching element is used.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung einer Ausführung der Erfindung hat beispielhaften Charakter.The invention is described in detail below with reference to drawings. The following description of an embodiment of the invention is exemplary in nature.
Es zeigenShow it
Fig. 1: Funktionsschema des elektronischen Schaltkreises mit einem Exlusive-OR-Schaltglied; 5Fig. 1: Functional diagram of the electronic circuit with an exclusive OR switching element; 5
Fig. 2: Funktionsschema des elektronischen Schaltkreises mit NAND-Schaltgliedern;Fig. 2: Functional diagram of the electronic circuit with NAND gates;
Fig. 3: Funktionsschema des elektronischen Schaltkreises für die Ansteuerung einesFig. 3: Functional diagram of the electronic circuit for controlling a
Tongebers;tone generator;
In den Fig. 1 und 2 sind gleichwertige Punkte in den Schaltkreisen mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.In Figs. 1 and 2, equivalent points in the circuits are shown with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung des elektronischen Schaltkreises.Fig. 1 shows a preferred embodiment of the electronic circuit.
Der elektronische Schaltkreis enthält ein 2-Input Exclusi-The electronic circuit contains a 2-input exclusive
ve-OR Scnaltglied 13 für jeden einzelnen Sensorkontakt 17. 20ve-OR circuit 13 for each individual sensor contact 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.The two inputs 14 and 15 of the switching element 13 are continuously supplied with the same alternating voltage, preferably a square wave voltage, at point 19 via the two series resistors 20 and 21.
Bei sonst keinen weiteren Signalen an den Eingängen 14 undIf there are no other signals at inputs 14 and
15 bedeutet dies zu jedem Zeitpunkt gleichartige Spannungspegel an beiden Eingängen des Schaltgliedes 13. Im einzelnen betrachtet geschieht in dieser Situation folgendes :
3015 this means that the voltage level at both inputs of the switching element 13 is the same at all times. In detail, the following happens in this situation:
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 logischenThe square wave voltage consists of a temporally alternating sequence of two different voltage values, namely a low level and a high level voltage value. At the two inputs 14 and 15 there is therefore always - in temporally alternating sequence - either the same low level voltage value or the same high level voltage value. According to the logical
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.Function of the exclusive-OR switching element 13 generates in both cases - with equivalent input signals the voltage value low level at the output 16, corresponding to a constant non-active output signal of the switching element 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.A fundamentally equivalent behavior also occurs when a different alternating voltage, e.g. a sinusoidal voltage, is fed into point 19. Due to the binary switching behavior of the digital switching element, a low level also appears continuously at the output, and on the other hand a high level also appears in the situation as described below for the preferred case of a square-wave voltage at point 19.
Im folgenden wird der Einfluss des Sensorkontaktes mit einbezogen:The influence of the sensor contact is taken into account below:
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.The sensor contact 17 is also connected to an input 14. If the contact surfaces of the sensor 17 are in the non-conductive medium, the contact resistance between the contact surfaces is practically infinite. The sensor contact therefore does not load the input 14, the input 14 still carries the full input signal, i.e. the alternating voltage or square wave voltage that is fed into the point 19. The situation described above applies, with the result of a continuous low level at the output 16.
Befinden sich hingegen die Kontaktflächen des Sensors 17 im Medium mit einer endlichen elektrischen Leitfähigkeit, ist der Übergangswiderstand zwischen diesen Kontaktflächen entsprechend niedriger.If, however, the contact surfaces of the sensor 17 are located in a medium with a finite electrical conductivity, the contact resistance between these contact surfaces is correspondingly lower.
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-A typical resistance value for tap water can be around 50 kOhm. The square wave voltage fed in at point 19 is the voltage
teiler aus Widerstand 21 und dem Übergangswiderstand zwischen den Sensorkontakten auf Nullpotential ab.divider consisting of resistor 21 and the contact resistance between the sensor contacts to zero potential.
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.Since resistor 21 has a high value of, for example, 1 MegOhm, only the small voltage component that corresponds to the contact resistance between the sensor contacts remains at input 14 from the voltage value fed into point 19.
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.The resulting resistance of the capacitor 18 and the very high input resistance of the switching element 13 can be disregarded here. Furthermore, it is of equal importance for the function of the voltage divider whether resistor 21 is an ohmic or a capacitive resistor.
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.In detail, the following sequence occurs: During the phase in which the square wave voltage at point 19 is in the low level state, both inputs 14 and 15 receive no voltage, both inputs are at low level, and accordingly output 16 is also at low level.
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.During the phase in which the square wave voltage at point 19 is in the high level state, input 15 receives the high level voltage value. However, due to the conductive sensor contact, a reduced voltage value is present at input 14, which corresponds to a low level input value. Thus, switching element 13 receives different input signals in this phase and functionally switches output 16 to high level.
Im Endeffekt erscheint dann am Ausgang 16 wieder die Rechteckspannung, wie sie am Punkt 19 eingespeist wird.In the end, the square wave voltage that is fed in at point 19 appears again at output 16.
Der Ausgang 16 des Schaltgliedes steuert über einen Kondensator 22 ein LCD-Segment/Symbol für eine zugeordnete Anzeige an.The output 16 of the switching element controls an LCD segment/symbol for an associated display via a capacitor 22.
Damit ist Jdi^.^zentr^ld AJf^ab&.de-ir· Ör.Jfin^ung «realisiertThis means that centralized AJf^ab&.de-ir· Ör.Jfin^ung «is realized
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.The associated symbol on the LCD display is activated when there is a given conductivity between the sensor contacts and is inactive when the non-conductive sensor contacts are "open". The specified value for the resistor 21 results in a sufficiently sensitive threshold value for switching the voltage at the input 14 from the high level to the low level voltage value for practically occurring conductive substances, in particular for water and aqueous solutions. The threshold value can also be set to a lower sensitivity for conductivity detection by reducing the resistance value 21.
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.In a preferred embodiment, the LCD display has several symbols/segments which correspond, for example, to different fill levels or states. The individual symbols are each statically controlled and thus activated directly, i.e. without a multiplex controller, by the alternating voltage occurring at the output 16 of a switching element. This eliminates the need for a separate voltage source and a controller circuit for the display. According to claim 4, the signal voltage for the LCD is already completely available with the output switching voltage of the switching element 13.
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.The purely capacitive coupling of an LCD segment via a capacitor 22 at the given low frequency places only an insignificant load on the switching element 13 and at the same time prevents the occurrence of a harmful DC voltage component at the 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 SymbolIn a further advantageous embodiment, the sensor located at the lowest position alternatively controls two different LCD symbols, for example the symbols for the two states "dry" and "liquid/moisture present". The control of the first symbol "liquid/moisture present" takes place in the same way as previously described in Fig. 1. The second 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."Dry", on the other hand, is controlled, for example, by another exclusive-OR switching element, whose input 14 receives the inverted control voltage 16 assigned to the first symbol instead of a sensor signal.
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".Through this positive and negative evaluation of the measurement signal of a sensor contact, one of the two symbols mentioned is always activated alternatively, corresponding, for example, to the two alternatively possible states "dry" or "liquid/moisture present".
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.This has the additional advantage that even when no conductive substance is present, a display is always active and this display also serves as a check for the functionality of the electronics and the battery, for example during longer "dry" or "empty" periods.
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.An alternating voltage of any shape is suitable for the functioning of the electronics. A preferred form is a square wave voltage. This can be generated in a known manner using a Schmitt trigger NAND component, for example, by adding a charging capacitor to its input and coupling its output to the input via a resistor. The frequency of the square wave voltage is preferably set to a suitable value for controlling the LCD. A suitable frequency is, for example, 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.According to claim 3, the alternating voltage is supplied to the sensor contacts via a capacitor 18. This prevents a direct voltage potential at the sensor contacts 17 and avoids disruptive electrolytic effects at the contacts.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung des elektronischen Schaltkreises unter Verwendung von NAND-Schaltgliedern.Fig. 2 shows an embodiment of the electronic circuit using NAND gates.
In Fig. 2In Fig. 2
wii><ä. geinä.&s «#ei«Lspr,uph ^«e^ne.gans; tjesjonders ein-wii><ä. geinä.&s «#ei«Lspr,uph ^«e^ne.gans; tjesjonders a-
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.A simple and compact circuit variant is proposed for the case where only a single measuring point is intended. In this case, the circuit can be implemented with a single quadruple NAND component, the standard IC most commonly used in digital electronics and therefore also the cheapest.
Dabei können auch noch zwei alternative Messzustände des Sensors angezeigt werden, wie es beispielhaft zuvor für Fig. 1 beschrieben wurde.Two alternative measuring states of the sensor can also be displayed, as described above for Fig. 1.
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 SchaltgliedThe circuit for the measurement requires, as shown in Fig. 2, two NAND switching elements 26 and 27. The first switching element 26 is in the same way as the switching element
13 gemäss Fig. 1 beschaltet. Auf die entsprechende Be-Schreibung zu Fig. 1 wird verwiesen.13 is wired as shown in Fig. 1. Please refer to the corresponding description for Fig. 1.
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:In contrast to the operation of the exclusive-OR switching element 13 in Fig. 1, the following voltage values occur at the output 24 of the NAND switching element 26 in Fig. 2:
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.When the sensor contact 17 is not conductive, the two inputs 14 and 15 of the NAND switching element 2 6 always simultaneously receive the high-level voltage value fed into point 19 or the low-level voltage value. The opposite voltage values then appear at the output 24 of the switching element 2 6, as required.
Bei leitendem Sensorkontakt 17 hingegen führt der EingangWhen the sensor contact 17 is conductive, the input
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 24.14 continuously generates the voltage value low level. For the two possible voltage values low level and high level at the input 15, the NAND switching element 2 6 now functionally continuously generates the voltage value high level at the output 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.The summation of the two possible output signals of point 24 with the control signal of point 19 in the NAND gate 27 produces the two signals of point 24 in the output signal of gate 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.The desired signal voltage for controlling an LCD segment is now available at the output 16 of the switching element 27:
When the sensor contact 17 is conductive, the square wave voltage (phase-swapped to point 19) activates the associated LCD segment, and in the case of the non-conductive sensor contact 17, a continuous high-level voltage value is blocked by the capacitor 22 so that the LCD segment is not activated.
Dies entspricht der zunächst gewünschten Situation, nämlich der aktiven Anzeige bei vorhandenem leitenden Medium am Sensorkontakt.This corresponds to the initially desired situation, namely the active display when a conductive medium is present at the sensor contact.
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.An active counter-indication for a lack of conductivity at the sensor contact using a second LCD segment is easily achieved by using the output signal of point 24 to control the second LCD segment.
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.For the complete function of the circuit, only one additional NAND switching element is required, with which a square-wave voltage is generated in a known manner, as previously described in Fig. 1.
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.According to the invention, the entire circuit for measuring with one sensor contact and the display of two associated alternative states is realized with three NAND switching elements and a few external components.
Fig. 3: Funktionsschema des elektronischen Schaltkreises für die Ansteuerung eines Tongebers.Fig. 3: Functional diagram of the electronic circuit for controlling a tone generator.
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.In addition to an LCD display, an optional sound signal can be generated. In principle, a sound generator can be connected instead of or parallel to an LCD element.
Allerdings f.pfc da*na|i4 d£r·Rpge^L ^^r,jS.iej: a*Lg wesentlicherHowever, f.pfc da*na|i4 d£r·Rpge^L ^^r,jS.iej: a*Lg more essential
Vorteil angesehene extrem geringe Stromverbrauch der Schaltung nicht mehr gegeben, weil insbesondere ein dynamischer Tongeber erheblich mehr Leistung verbraucht als eine LCD-Anzeige.The extremely low power consumption of the circuit, which was considered an advantage, is no longer present because a dynamic sound generator in particular consumes considerably more power than an LCD display.
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.When using a sound signal, it may also be desirable to activate the sound signal only for a limited time. A short-term sound signal means, on average, low power consumption.
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. In the following, therefore, an advantageous circuit extension is proposed according to claim 5 in order to obtain a short-term active signal voltage from the continuous active signal voltage at the points 16 of Figs. 1 and 2.
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.This briefly active signal voltage is available at point 40 of the circuit in Fig. 3 in the form of a pulse lasting, for example, 2 seconds. The signal voltage at point 40 can then activate a 2-input NAND switching element via its first input during its duration. The NAND switching element can be switched as a square-wave generator in a known manner via the second input and can then control, for example, a piezo sound generator.
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.The control pulse at point 40 starts synchronously with the onset of a continuous active signal voltage 16 in the circuits described in Figs. 1 and 2.
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 demFor this purpose, the output voltage 16 of the switching element 13 from Fig. 1 is fed to the two NAND switching elements 36 and 37 of Fig. 3 at point 29.
When the sensor contact is conductive, the output voltage 16 is a square wave. This square wave is fed to the
Eingang 32 des NAND-Schaltgliedes 37 über den Kondensator 3 0 direkt iurtd!dem#E&hg&nrf 33*:dös JÜJSBO'-iSeßaltcjlifedes 3 7Input 32 of the NAND gate 37 via capacitor 3 0 directly to the # 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.fed inverted via the NAND switching element 36. Therefore, opposite voltage values are present at the two inputs 32 and 3 3 of the NAND switching element 37 in each phase of the square wave voltage and the output 34 of the switching element 3 7 consequently has a continuous high level as per function. A corresponding voltage pulse is derived from this constant positive direct voltage at point 3 4, which occurs depending on the sensor state, via the capacitor 39. The duration of the pulse depends on the size of the capacitor 39 and can therefore be determined by the value of the capacitor 3 9.
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.When the sensor contact is non-conductive, point 29 receives the low-level voltage value. After inversion via switching element 3 6, this results in a high level at input 33 of switching element 37. Input 32 of switching element 37 now also receives a high level because capacitor 3 0 blocks the low-level voltage value of point 29 and resistor 31 at the positive potential pulls input 32 up to a high-level voltage value. The two identical high-level voltage values at switching element 37 functionally generate the low-level voltage value at output 34, and the tone generator is therefore not activated.
in allen Schaltbeispielen sind optionale Kondensatoren nicht dargestellt, die gegebenenfalls erforderlich sind, um Schalt- und Störimpulse auf den Signalleitungen auszuglätten. In all circuit examples, optional capacitors are not shown, which may be required to smooth out switching and interference pulses on the signal lines.
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*lpr jüjrijgen Schalt-The electronic circuit according to the invention is designed for extremely low power consumption during continuous operation. An obvious further power saving can be achieved by connecting another NAND switching element in a known manner as an additional square wave generator, for example with a pulse-pause ratio of one second each. The output of this switching element k^mjjaur S5khrfun^sye|:0© i rg>Kjigr # ,4i*lp r jüjrijgen switching element
glieder verwendet werden, die dann im entsprechenden Taktverlauf ein- und ausgeschaltet sind. In dieser Weise wird der Stromverbrauch der übrigen Schaltglieder nochmals halbiert.elements are used, which are then switched on and off in the corresponding clock cycle. In this way, the power consumption of the remaining switching elements is halved again.
Claims (8)
Priority Applications (1)
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| DE20305598U DE20305598U1 (en) | 2003-04-07 | 2003-04-07 | Electronic chip circuit, for detecting presence of any electrically conducting substance above or below given threshold, comprises logic circuit with chip inputs arriving via sensor contact |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE20305598U DE20305598U1 (en) | 2003-04-07 | 2003-04-07 | Electronic chip circuit, for detecting presence of any electrically conducting substance above or below given threshold, comprises logic circuit with chip inputs arriving via sensor contact |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009038744A1 (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-03 | Albonair Gmbh | Arrangement for level measurement |
| DE102010002739A1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-15 | Dbk David + Baader Gmbh | Measuring device for detecting the conductivity of a liquid |
-
2003
- 2003-04-07 DE DE20305598U patent/DE20305598U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20030731 |
|
| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20061101 |