DE2461393A1

DE2461393A1 - Elektrische messvorrichtung zum anzeigen des wertes eines einzigen parameters

Info

Publication number: DE2461393A1
Application number: DE19742461393
Authority: DE
Inventors: Nigel William Cornes
Original assignee: DIPLEX Ltd
Current assignee: DIPLEX Ltd
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1974-12-24
Publication date: 1975-11-06
Also published as: JPS50102397A; US3979667A; FR2256409A1; NL7500033A; FR2256409B3

Description

DIPLEX LIMITED
Hertfordshire/England

Elektrische Meßvorrichtung zum Anzeigen des Wertes eines einzigen Parameters

Die Erfindung betrifft elektrische Meßvorrichtungen, wie elektrische Thermometer u. dgl., und richtet sich insbesondere auf einen Bodenfeuchtigkeitsmesser. Derartige Vorrichtungen arbeiten in der Regel in Abhängigkeit von einer Spannung, die eine Funktion des zu messenden Parameters ist. Bisher wurde diese Spannung beispielsweise unter Verwendung einer "Wheatstone · sehen Brückenschaltung gemessen, wobei -der Wert des Parameters dann normalerweise von einem geeichten Galvanometer der Schaltung ablesbar war.

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Eine derartige Anordnung ist sowohl genau, als auch zuverlässig. Sie eignet sich jedoch nicht für Haushaltszwecke und für eine Verwendung in Kleinbetrieben, da sie, insbesondere im Hinblick auf das geeichte Galvanometer, recht teuer werden kann. Auch können viele Leute den Wert eines Parameters nicht ablesen, wenn dieser auf einer kalibrierten Skala, beispielsweise in Prozentzahlen, angezeigt wird.

Diese Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen elektrischen Meßvorrichtung zum Anzeigen des Wertes eines einzigen Parameters überwunden. Diese Meßvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine auf den Wert des Parameters ansprechende Steuerschaltung und eine Anzahl von Lichterzeugern, die von der Steuerschaltung derart steuerbar sind, daß ihre aufeinander bezogenen Intensitäten den Wert des Parameters wiedergeben. Da die erwünschte Anzeige durch die aufeinander bezogenen Intensitätswerte und nicht durch die Absolutwerte erfolgt, kann das Auge eine sehr viel genauere Abschätzung vornehmen, als wenn beispielsweise nur ein einziger Lichterzeuger vorhanden wäre. Theoretisch wäre es möglich, das obengenannte Galvanometer durch einen Lichterzeuger zu ersetzen. Zwar könnte man dadurch eine beträchtliche Verbilligung erzielen, jedoch wäre es ausgesprochen schwierig, die Intensität einer einzigen Lichtquelle ohne Bezug auf einen Standardwert abzuschätzen. Durch

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die Verwendung einer Anzahl von Lichterzeugern unterschiedlicher Intensitäten erzielt man eine einfache Anzeige, die sogar von einem technischen Laien verstanden werden kann.

Vorzugsweise verwendet man zwei Lichterzeuger, die derart geschaltet sind, daß die von ihnen insgesamt abgestrahlte Energie im wesentlichen konstant ist und daß an einem Ende der ¥ertskala des Parameters der eine der Lichterzeuger voll eingeschaltet und der andere voll ausgeschaltet ist, während die Verhältnisse am anderen Ende der Wertskala umgekehrt liegen, wobei die Helligkeit der beiden Lichterzeuger zur Anzeige von Zwischenwerten zwischen diesen Extrema variiert. Bei einer vereinfachten Ausführungsform verändert sich die Intensität lediglich eines der Lichterzeuger, während die Intensität des anderen konstant gehalten wird. Damit erzielt man jedoch nicht so viele unterschiedliche Anzeigemöglichkeiten wie in demjenigen Falle, in dem sich beide Lichterzeuger ändern. Weiterhin besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, mehr als zwei Lichterzeuger zu verwenden.

Um die erforderliche Steuerung der Lichterzeuger zu erzielen, verwendet man vorzugsweise einen sich mit dem Wert des anzuzeigenden Parameters ändernden Widerstand, der In Serie mit einem weiteren, einen Spannungsteiler über einem Versorgungspotential bildenden Wider-

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stand geschaltet ist, wobei die Spannung am Verteilungspunkt die aufeinander bezogenen Intensitäten der Lichterzeuger steuert. Wenn eine derartige Schaltung zur Steuerung eines Paares von Lichterzeugern dient, so kann erfindungsgemäß jeder Lichterzeuger über dem Versorgungspotential in Serie mit einem zugehörigen Emitterverstärker-Traneistor geschaltet sein· Ändert eich also das Potential am Verteilungspunkt, so kommt es zu einer entsprechenden Änderung des durch die beiden Lichterzeuger fließenden Stromes. Dementsprechend kann der Wert des Parameters aus der aufeinander bezogenen Helligkeit der Li hterzeuger entnommen werden, von denen jeweils der eine den Bezugswert für den anderen darstellt.

Wenn der zu messende Parameter einen Maximalwert erreicht, ist der erste Lichterzeuger voll eingeschaltet, während der zweite Lichterzeuger ausgeschaltet ist. Nimmt der Parameter einen Minimumwert ein, so 1st der erste Lichterzeuger ausgeschaltet und der zweite Lichterzeuger voll eingeschaltet. Unter sämtlichen Bedingungen zwischen diesen Extremwerten sind beide Lichterzeuger eingeschaltet, wobei ihre aufeinander bezogenen Intensitäten sich entsprechend dem genauen Wert des Parameters ändern. Man kann also fünf ganz bestimmte Meßzustände ablesen, und zwar die beiden obenerwähnten Extrema zuzüglich drei weiterer Meßzustände, bei denen beide Lichterzeuger eingeschaltet sind, hingegen der

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eine oder der andere heller leuchtet bzw. beide gleich hell sind. Die drei letztgenannten Zustände geben für den Parameter einen Mittelwert, einen Wert oberhalb des Mittelwertes und einen Wert unterhalb des Mittelwertes wieder.

Wenn in der Steuerschaltung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mehr als zwei Lichterzeuger verwendet werden, so schaltet man jeden Lichterzeuger in Reihe mit einem zugehörigen Emitterverstärker-Transistor, wobei diese Transistoren ihrerseits in Reihe geschaltet sind. Erreicht der zu messende Parameter einen Nullwert, so sind sämtliche Lichterzeuger ausgeschaltet. Wenn der Wert des Parameters zunimmt, erhöht sich in entsprechendem Maße die Helligkeit eines ersten Lichterzeugers. Anschließend wird dann ein zweiter Lichterzeuger eingeschaltet und nimmt an Helligkeit zu. Hieran schließen sich dann die verbleibenden Lichterzeuger in entsprechender Weise an. Zu jedem Zeitpunkt gibt also die Anzahl der eingeschalteten Lichterzeuger eine Anzeige für den Wert des Parameters. Bei den Lichterzeugern handelt es sich vorzugsweise um liohtaussendende Dioden, jedoch kann man anstelle dessen auch andere optisch-elektrische Instrumente verwenden, wie beispielsweise Glühbirnen.

Eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit für die Vorrich-

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tung nach der Erfindung liegt in einem Bodenfeuchtigkeitsmesser für Haushaltszwecke oder für Kleinbetriebe. Derartige Vorrichtungen· sind an sich bekannt. Sie bestehen aus einer Sonde mit einem Paar von Elektroden, deren in den Boden einzuführende Enden im Abstand zueinanderliegen. Der Boden selbst bildet also eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Enden der beiden Elektroden. Der Widerstand dieser Verbindung hängt von dem Feuchtigkeitsgehalt des Bodens ab. Anschlußleitungen der Elektroden werden an die Steuerschaltung derart angeschlossen, daß der Bodenwiderstand den sich ändernden Widerstand der Schaltung bildet und in Reihe mit denneinen Spannungsteiler darstellenden konstanten Widerstand geschaltet ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, nämlich eines Bodenfeuchtigkeitsmessers, und zwar im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung, die ein Schaltdiagramm darstellt.

Eine in den Boden einzuführende Sonde 1 weist eine zentrale, stabförmige Elektrode 2 und eine äußere, rohrförmige Elektrode 3 auf, wobei diese Elektroden über Isoliermaterial k voneinander getrennt sind. Die Sonde bildet an ihrem einen Ende eine Spitze 6, die das Einführen in den Boden erleichtert. Aufgrund dieser

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Spitze ragt die Elektrode 2 mit ihrem Ende 7 einen geringen Abstand über das entsprechende Ende 8 der äußeren Elektrode 3 hinaus. Die beiden Elektrodenenden sind über ein isolierendes Abstandsstück 9 voneinander getrennt. Bevor die Sonde in den Boden eingeführt wird, ist der Schaltkreis zwischen den Enden 7 und 8 geöffnet. Nach dem Einführen der Sonde in den Boden bildet sich dann eine elektrisch leitende Verbindung aus, deren Widerstand sich mit dem Feuchtigkeitsgehalt des Bodens ändert. Ist der Boden sehr trocken, so ist der Widerstand hoch. Handelt es sich hingegen um einen sehr feuchten Boden, so ist der Widerstand gering. Eine Messung des Widerstandes zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 stellt also eine Anzeige für den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens dar.

XJm die Messungen durchzuführen, sind flexible Leitungen 11 und 12 mit den hinteren Enden der Elektroden 2 und 3 verbunden. Wie erwähnt, sind derartige Anordnungen bekannt. Der Widerstand wurde bisher beispielsweise mittels einer Wheatstone'sehen Brückenschaltung gemessen. Der Widerstandswert und damit der Feuchtigkeitsgehalt * des Bodens konnte auf einer geeichten Skala angezeigt werden.

Erfindungsgemäß hingegen wird der Widerstand in eine

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Steuerschaltung 14 eingegeben, die die Möglichkeit bietet, den Wideretandswert und damit den Feuchtigkeitsgehalt als sichtbares Signal anzuzeigen. Die Leitungen 11 und 12 stehen mit Anschlüssen 15 und in Verbindung, so daß der Widerstand des Bodens in Reihe mit einem fest eingestellten Widerstand 18 zwischen stromführenden Leitungen 19 und 20 liegt. Letztere stehen mit Anschlüssen 21 und 22 einer Gleichstromquelle in Verbindung. Der Verteilungspunkt des Spannungsteilers, welcher von dem Widerstand und dem Bodenwiderstand gebildet wird, ist an die Basisanschlüsse eines zugehörigen Paars von Emitterverstärker-Transistoren T1 und T2 angeschlossen. Jeder von diesen liegt in Reihe jeweils mit einem Strombegrenzer-Widerstand R1 bzw. R2 und einer lichtaussendenden Diode LED1 bzw. LED2 zwischen den stromführenden Leitungen 19 und 20.

Wenn der Boden sehr trocken ist, so ist der Wideretand zwischen den Anschlüssen 15 und 16 »ehr hoch. Die Basisanschlüese der beiden Transistoren liegen dabei effektiv auf dem positiven PotentAAl der Leitung 19» so daß der Transietor T2 unter dem vollen Strom steht, während der Transistor T1 auegeschaltet ist. Die zugehörigen lichtausβendenden Dioden LED2 b»w. LED1 besitzen also ihre volle Leuchtintensität bzw« sind

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vollständig ausgeschaltet. Wenn der Boden sehr feucht ist und der Widerstand zwischen den Anschlüssen 15 und 16 gering wird, so kehren sich die Verhältnisse um, so daß die lichtaussendende Diode LED2 ausgeschaltet wird, während die lichtaussendende Diode LED1 ihre volle Leuchtkraft erreicht. Bei einem Zwischenzustand, in welchem der Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 15 und 16 mit dem des Widerstandes 18 vergleichbar ist, leuchten die beiden Dioden gleich hell. Außerdem sind zwei weitere Zustände sofort erkennbar, wenn nämlich eine lichtaussendende Diode wesentlich heller als die andere ist und umgekehrt. Auf diese Weise erzielt man die obenerwähnten, definierten fünf Meßzustände.

Besonders günstige Ergebnisse erzielt man mit einer Schaltung der beschriebenen Art, bei der die Versorgungsspannung neun Volt beträgt und in einfacher Weise von einer Batterie geliefert wird, die einen Bestandteil der Vorrichtung darstellt. Der Widerstandswert des Widerstandes 18 beträgt 10 KiI , während die beiden Widerstände R1 und R2 jeweils einen Wert von 180Λ besitzen. Die beiden Transistoren T1 und T2 sind jeweils vom Typ 2N4Ö62 und 2N3711» wie sie von der Firma Texas Instruments geliefert werden. Die lichtaussendenden Dioden sind beide vom Typ Hewlett Packard 5082 4850. Alle diese Bestandteile werden vorzugsweise innerhalb eines vergrößerten Handgriffs mit der Sonde

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verbunden, wobei die lichtaussendenden Dioden Seite an Seite liegen, beispielsweise am Ende des Handgriffs, wo sie ohne weiteres sichtbar sind. Ein Hauptschalter Zk zum Einschalten der Stromzuführung ist ebenfalls auf der Außenseite des Handgriffs angeordnet, so daß er für den Benutzer ohne weiteres zugänglich ist.

Die beschriebene Schaltung läßt sich sehr einfach dahingehend abwandeln, daß mehr als zwei Lichterzeuger verwendet werden, wobei man eine entsprechende Anzahl von Emitterverstärker-Transistoren in Reihe schaltet, so daß die Lichterzeuger, wie es oben beschrieben wurde, nacheinander aufleuchten.

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Claims

DIPLEX LIMITED Hertfordshire/England

PATENTANSPRÜCHE

1 ,J Elektrische Meßvorrichtung zum Anzeigen des "Wertes eines einzigen Parameters, "~

gekennzeichnet durch eine auf den Wert des Parameters ansprechende Steuerschaltung 0*0 und eine Anzahl von Lichterzeugern (LED1, LED2), die von der Steuerschaltung derart steuerbar sind, daß ihre aufeinander bezogenen Intensitäten den Wert des Parameters wiedergeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Lichterzeuger (LED1, LED2), die derart geschaltet sind, daß die von ihnen insgesamt abgestrahlte Energie im wesentlichen konstant ist und daß an einem Ende der Wertskala des Parameters der eine der Lichterzeuger

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voll eingeschaltet und der andere voll ausgeschaltet 1st, während die Verhältnisse am anderen Ende der Wertskala umgekehrt liegen, wobei die Helligkeit der beiden Licht eras euger zur Anzeige von Zwischenwerten zwischen diesen beiden Extrema variiert.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

einen sich mit dem Wert des anzuzeigenden Parameters ändernden Widerstand (2,3)» der zur Bildung eines Spannungsteilers mit einem weiteren Widerstand (18) in Serie über «in Versorgungepotential (21,22) geschaltet ist, wobei die Spannung am Verteilungepunkt die aufeinander bezogenen Intensitäten ier Lichterzeuger (L£D1,LED2) steuert·

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Lichterceuger (L£D1,LED2) über dem Versorgungspotential (21,22) in Serie mit einem zugehörigen Emltterverstärker-Traneiator (T1,T2) geschaltet ist*

5» Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die LichterseUger (LSD1,LXDS) liohtaueeendende Dioden Bind.

6, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 feii 5*

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zur Verwendung al· Bodenfeuchtigkeit«messer, gekennzeichnet durch

eine Sonde (1) mit zwei Elektroden (2,3), deren in den Boden einzuführende Enden (7t8) im Abstand zueinanderliegen und so geschaltet sind, daß der von dem zu messenden Boden zwischen ihnen gebildete, stromführende Weg den sich ändernden Widerstand darstellt.

7. Bodenfeuchtigkeitsmesser, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Sonde, die zwei mit ihren Enden im Abstand zueinander liegende Elektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet,

daß an der Sonde ein gehäuseartiger Handgriff zur Aufnahme einer Schaltung und vorzugsweise einer Stromquelle angeordnet ist und daS das Gehäuse einen Schalter sowie vorzugsweise am hinteren Ende mindestens zwei Lichterzeuger trägt, demn aufeinander bezogene Intensitäten das MaS der Bodenfeuchtigkeit wiedergeben.

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