DE3013474A1 - SENSOR SYSTEM - Google Patents
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Description
Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. OK) \ OH I H Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH OK) \ OH IH
Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70
Heilbronn, den 18.03.80 SE2-HN-Ma-et - HN 80/5Heilbronn, March 18, 1980 SE2-HN-Ma-et - HN 80/5
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Feststellung und Übertragung des Wertes einer variablen Meßgröße. Es sind bereits Sensorsysteme bekannt, bei denen die Meßgrößen digital umgewandelt und in»· der so codierten Form über Meßleitungen zu einer Auswerteinheit übertragen werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von 4 Leitungen geschehen, die den Rechner mit dem Sensor verbinden. Dabei handelt es sich um eine Masseleitung, eine Energieversorgungsleitung, eine Datenübertragungsleitung und eine Steuerleitung. Diese Leitungen können in Stern- oder Ringstruktur angeordnet sein. Außerdem ist ein Bus-Übertragungssystem bereits vorgeschlagen worden, bei dem der Sensor in Form eines 8 Bit breiten Parallel-Bussystems mit einem Mikroprozessor verbunden ist. *·.The invention relates to a sensor system for determining and transmitting the value of a variable measured variable. It sensor systems are already known in which the measured variables converted digitally and transmitted in the form encoded in this way to an evaluation unit via measuring lines. This can be done, for example, with the help of 4 lines that connect the computer to the sensor. These are a ground line, a power supply line, a data transmission line and a Control line. These lines can be arranged in a star or ring structure. It is also a bus transmission system has already been proposed in which the sensor is in the form of an 8-bit parallel bus system with a microprocessor connected is. * ·.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorübertragungssystem anzugeben, bei dem mit extrem wenig Übertragungsleitungen die Meßgröße störfrei und sicher auswertbar zur Auswerteinheit übertragen werden kann. Bei diesem System sollen die Datenleitungen gleichzeitig die Stromversorgung des Sensors übernehmen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen sind, durch die die Meßgröße in Form eines Impulses über die Sensorleitungen die zugleich die Stronwversorgungsleitungen des Sensors sind, übertragen HqaMl·»—^^gHw wird, wobei die Impulsweite ein Maß für die Meßgröße ist.The invention is based on the object of a sensor transmission system specify where the measured variable can be evaluated reliably and without interference with extremely few transmission lines can be transferred to the evaluation unit. In this system, the data lines are supposed to provide power at the same time of the sensor. This object is achieved according to the invention in that means are provided by which the measured variable in the form of a pulse over the sensor lines which are also the power supply lines of the Sensors are, transmitted HqaMl · »- ^^ gHw being, where the pulse width is a measure of the measurand.
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Bei diesem Sensorsystem ist zur Feststellung der Impulsweite eine Auswerteinheit vorgesehen, die über eine Doppelleitung mit mindestens einem über die Leitung ansteuerbaren Sensor verbunden ist. Dieses Auswertsystem ist beispielsweise eine Datenverarbeitungsanlage oder ein Mikroprozessor, über den oder durch den unter Verwendung der Sensordoppelleitung ein Strom in den Sensor während der Abfragephase eingespeist werden kann.In this sensor system, an evaluation unit is provided to determine the pulse width, which is connected via a double line is connected to at least one controllable sensor via the line. This evaluation system is for example a data processing system or a microprocessor, via or through the using the double sensor line a current can be fed into the sensor during the query phase.
Das erfindungsgemäße Sensorsystem benötigt somit nur zwei Leitungen, über die sowohl die Stromversorgung erfolgt als auch die Meßgröße..zur Auswerteinheit übertragen wird. Wenn an die Auswerteinheit mehrere abzufragende Sensoren angeschaltet sind, besitzen diese Sensoren vorzugsweise eine gemeinsame Masseleitung, so daß von der Auswerteinheit zu jedem Sensor nur noch eine Leitung geführt werden muß. Der Sensor wird nur während einer definierten Abfragephase aktiviert, so daß der Leistungsaufwand extrem niedrig ist. Der Wert der Meßgröße ergibt sich ausschließlich aus der Weite eines über die Sensorleitungen übertragenen Impulses, so daß die Meßgröße durch Auszählung oder Abtastung dieser Impulsbreite beispielsweise mit Hilfe eines programmierbaren Mikroprozessors leicht festgestellt und in einen Analogwert umgewandelt bzw. als Digitalgröße ausgegeben werden kann.The sensor system according to the invention thus only requires two lines, via which both the power supply takes place the measured variable is also transferred to the evaluation unit. If several sensors to be queried are connected to the evaluation unit are, these sensors preferably have a common ground line, so that from the evaluation unit to only one cable has to be routed to each sensor. The sensor is only activated during a defined query phase, so that the power expenditure is extremely low. The value of the measurand results exclusively from the Width of a pulse transmitted via the sensor lines, so that the measured variable by counting or scanning this pulse width, for example with the help of a programmable Microprocessor easily identified and converted to an analog value converted or output as digital size.
Der Sensor enthält bei der Erfindung eine Schaltung, durch die bevorzugt die Exngangsxmpedanz dieses Sensors in der Abfragephase sprunghaft geändert wird. Das Sensorleitungssystem wird somit für die Auswerteinheit während der Abfragephase einmal als hochohmig und nach einer gewissen Zeit als niederohmig oder umgekehrt erkannt. Die Zeit, die zwischen dem Beginn der Abfragephase und dem Auftreten des Impedanzsprungs vergeht, ist proportional oder umgekehrt proportional zur Meßgröße und wird direkt in derIn the invention, the sensor contains a circuit through which the output impedance of this sensor is preferably in the Query phase is changed by leaps and bounds. The sensor line system is thus used for the evaluation unit during the query phase once recognized as high resistance and after a certain time as low resistance or vice versa. The time that between the start of the query phase and the occurrence of the impedance jump is proportional or vice versa proportional to the measurand and is displayed directly in the
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Auswerteinheit festgestellt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zeit zwischen dem Beginn der Abfragephase und dem Auftreten des Impedanzsprungs umgekehrt proportional zum Logarithmus der Meßgröße. Dabei wird die Abfragephase des Sensors zeitlich so groß gewählt, daß jede mögliche Impulsweite während dieser Abfragephase erfassbar ist.Evaluation unit determined. In a further preferred embodiment, the time between the start of the Query phase and the occurrence of the impedance jump inversely proportional to the logarithm of the measured variable. Included the interrogation phase of the sensor is chosen so large in time that every possible pulse width during this interrogation phase is detectable.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Abfragephase; unmittelbar nach Feststellung des Impedanzsprungs durch die Auswerteinheit zu beenden. ,Another possibility is to start the query phase; to terminate immediately after the impedance jump is determined by the evaluation unit. ,
Die Schaltung selbst enthält dahe't vorzugsweise ein zeitbestimmendes Glied, das an eine Stromquelle anschaltbar ist, wobei der von der Stromquelle in der Abfragephase abgegebene und den Kondensator aufladende oder entladende Strom abhängig vom jeweiligen Wert der Meßgröße ist. An das zeitbestimmende Glied wird dann eine Umschalteinheit angeschlossen, durch die in zeitlicher Abhängigkeit von den Potential Verhältnissen am zeitbestimmenden Glied eine Irnpedanzündschaltung zwischen den beiden Eingangsklemmen des Sensors in einer für den Mikroprozessor feststellbaren Weise ausgelöst wird. Dieses zeitbestimmende Glied ist vorzugsweise ein Kondensator, der an den Eingang eines die Impedanzumschaltung bewirkenden Schmitt-Triggers angeschlossen ist.The circuit itself therefore preferably contains a time-determining one Element that can be connected to a power source, the output from the power source in the query phase and the current charging or discharging the capacitor is dependent on the respective value of the measured variable. To the time-determining Link is then connected to a switching unit through which the potential is dependent on time Conditions on the time-determining element an impedance ignition circuit between the two input terminals of the sensor in a manner detectable by the microprocessor is triggered. This time-determining element is preferably a capacitor which is connected to the input of the impedance switch causing Schmitt trigger is connected.
Mit dem erfindungsgemäßen System können beispielsweise am Sensor herrschende Temperaturen, Drücke, Durchflußmengen, Lichtstärken oder Feuchtigkeiten gemessen werden. Wesentlich ist, daß der von der Stromquelle abgegebene Strom, mit dem beispielsweise ein Kondensator aufgeladen oder entladen wird, eine Funktion der Meßgröße ist.With the system according to the invention, for example, on Sensor prevailing temperatures, pressures, flow rates, Light intensities or humidity can be measured. It is essential that the current delivered by the power source, with which a capacitor is charged or discharged, for example, is a function of the measured variable.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden noch an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention and its further advantageous refinement are to be described in the following on the basis of an exemplary embodiment are explained in more detail.
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Dabei ist in der Fig. 1 das Blockschaltbild des Sensor- ./ Übertragungssystems dargestellt.The block diagram of the sensor ./ Transmission system shown.
Die Fig. 2 zeigt die über das Leitungssystem übertragenen und ein Maß für die Meßgröße darstellenden Impulse. In der Fig. 3 ist die Sonsorschaltung, die einen Schmitt-Trigger und eine Stromquelle enthält, dargestellt. Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Schmitt-Trigger-Schaltung. In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für die Stromquelle dargestellt, wenn diese einen von der am Sensor herrschenden Temperatur abhängigen Strom liefern soll. Fig. 6 zeigt eine Tei!,schaltung, aus der sich eine weitere Möglichkeit für die Entladung des. zeitbestimmenden Gliedes nach Beendigung der Abfragephase ergibt.FIG. 2 shows the pulses transmitted via the line system and representing a measure for the measured variable. In FIG. 3 shows the sensor circuit which contains a Schmitt trigger and a current source. Fig. 4 shows an embodiment for the Schmitt trigger circuit. In Fig. 5 is an embodiment for the power source shown when this should deliver a current that is dependent on the temperature at the sensor. Fig. 6 shows a part!, Circuit from which another Possibility for the discharge of the time-determining member after the end of the query phase results.
In der Fig. 1 ist ein Sensor 1 dargestellt, der über eine Doppelleitung 2 mit der Auswerteinheit M und der Stromquelle Q, verbunden ist. Die Eirigangsklemmen des Sensors sind mit 2a und 2b beziffert. Die Auswerteinheit M ist vorzugsweise ein programmierbarer Mikroprozessor, der auch die Stromquelle Q1 mit umfaßt. Diese Stromquelle wird gemäß dem vorgegebenen Programm des Prozessors aktiviert und speist in der Abfragephase^einen eingeprägten Strom i. beispielsweise von 1 mA, bei einer maximalen Spannung von 5 V in die Sensorleitung 2 ein. Die in der Abfragephase herrschenden Spannungs- und Stromverhältnisse an den Eingangsklemmen 2a, 2b des Sensors ergeben sich aus der Figur 2.'1 shows a sensor 1 which is connected to the evaluation unit M and the current source Q via a double line 2. The input terminals of the sensor are numbered 2a and 2b. The evaluation unit M is preferably a programmable microprocessor which also includes the current source Q 1 . This current source is activated according to the specified program of the processor and feeds an impressed current i in the query phase ^. for example of 1 mA, at a maximum voltage of 5 V in the sensor line 2. The voltage and current conditions at the input terminals 2a, 2b of the sensor during the query phase are shown in FIG. 2. '
Die Abfragephase umfaßt den Zeitraum t , der so groß gewählt ist, daß jede im Sensor erzeugte Impulsweite von dieser Zeit t erfaßt werden kann. Der Sensor ist zu-The query phase includes the period t, which is chosen as large is that every pulse width generated in the sensor can be detected by this time t. The sensor is too
nächst niederohrnig, so daß die Spannung zu Beginn der Abfragephase vom Viert O auf den Wert Al von beispielsweise 1 mA . R. springt, wobei R. der zustandsabhängige Widerstand des Sensors an den Eingangsklemmen 2a und 2b ist.next low-eared, so that the voltage at the beginning of the query phase from the fourth O to the value Al of, for example, 1 mA. R. jumps, where R. is the state-dependent resistance of the sensor at input terminals 2a and 2b.
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Diese Spannung Al, ist in der Figur 2 dargestellt und hat „ beispielsweise einen Wert von 1 V. Al. muß in jedem Fall durch entsprechende Dimensionierung der Sensorschaltung wesentlich unter der Maximalspannung von beispielsweise 5 V liegen. Die an den Sensor 1 angeschlossene Auswerteinheit M erkennt somit den Sensorzustand als niederohmig. Nach einer gewissen Zeit t. schaltet der Sensor in einen hochohmigen Zustand um. Dadurch reduziert sich der Strom i. vom Wert i, auf einen sehr kleinen Wert i„. i» beträgt beispielsweise 10 μΑ. Gleichzeitig springt die Spannung zwischen den Sensorklemmen 2a und 2b vom Wert μ, auf den Wert μο, der durch den Mikroprozessor vorgegeben ist. μ beträgt beispielsweise 5V". Damit erkennt der Mikroprozessor den Sensor nunmehr als hochohmig und ist in der Lage, die Zeit t. zwischen dem im Mikroprozessor abgespeicherten Beginn der Abfragephase und dem Impedanzsprung beispielsweise mittels einer im Mikroprozessor vorhandenen Taktfrequenz auszuzählen. Die Zeit t.. ist ein Maß für die. durch den Sensor festgestellte Meßgröße, beispielsweise für die am Sensor herrschende Temperatur.This voltage A1 is shown in FIG. 2 and has "for example a value of 1 V. A1. must in any case be significantly below the maximum voltage of 5 V, for example, due to the appropriate dimensioning of the sensor circuit. The evaluation unit M connected to the sensor 1 thus recognizes the sensor status as low-resistance. After a certain time t. the sensor switches to a high-resistance state. This reduces the current i. from the value i to a very small value i ". i »is, for example, 10 μΑ. At the same time, the voltage between the sensor terminals 2a and 2b jumps from the value μ to the value μ ο , which is specified by the microprocessor. μ is, for example, 5V ". The microprocessor now recognizes the sensor as high resistance and is able to count the time t. is a measure for the measured variable determined by the sensor, for example for the temperature prevailing at the sensor.
Nach der Zeit t endet die Abfragephase, und der Sensor wirdAfter the time t, the query phase ends and the sensor will
P *■P * ■
vom Mikroprozessor abgeschalteis, was bedeutet, daß sowohl die Spannung als auch der Strom am Sensoreingang auf O zurückgehen. In einem anderen Fall, wird der Mikroprozessor so programmiert, daß durch ihn nach Registrierung des Impedanzsprungs die Abfragephase beendet wird, so daß der Mikroprozessor zusätzliche Arbeitszeit für andere Aufgaben gewinnt.switched off by the microprocessor, which means that both the Both the voltage and the current at the sensor input go back to O. In another case, the microprocessor will do so programmed that the query phase is terminated by him after the impedance jump has been registered, so that the microprocessor additional working time for other tasks is gained.
In der Fig. 3 ist die im Sensor enthaltene Schaltung dargestellt. Diese Schaltung weist, sofern sie in integrierter Halbleitertechnik realisiert wird, drei Ausgangspins P1, p„ und P_ auf. Zwischen die Pins P2 und P3 wird die gegebenenfalls extern zuschaltbare Kapazität C^ , die das zeitbestim-In Fig. 3, the circuit contained in the sensor is shown. If it is implemented using integrated semiconductor technology, this circuit has three output pins P 1 , P "and P_. Between the pins P2 and P 3 , the capacitance C ^ , which can be connected externally if necessary, is used to determine the time.
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mende Glied bildet, geschaltet. Diese Kapazität wird vorzugsweise integriert, z. B. in Form einer MOS-Kapazität. In diesem Fall entfällt Pin 2. Die Sensorübertragungsleitungen enden an Pin P bzw. P . Zwischen den Pins P und P3 liegt der Schmitt-Trigger mit seinen Stromversorgungselektroden F und G. An den Eingang des Schmitt-Triggers ST "ist die Stromquelle Q„ angeschlossen, die mit einem von der Meßgröße abhängigen Strom den nachgeschalteten Kondensator C-, auflädt. An den Ausgang A des Schmitt-Triggers ST ist ein den niederohmigen Zustand der Schaltung bestimmender Widerstand R9 angeschlossen, der nur in der Aufladephase des Kondensators CU,..während der Abfragephase den Strom i,- führt. Ferner wird über den Ausgang A des Schmitt-Triggers ein Schalter T, angesteuert, über den die Stromquelle Q9 erst an den Kondensator C^- während der Aufladephase angeschlossen wird. Ferner enthält die Schaltung Mittel, durch die beim Anschalten der Stromquelle Q9 an den Kondensator C-^ dieser auf eine definierte Vorspannung aufgeladen ist, so daß die eigentliche Aufladephase des Kondensators C^ stets mit einer definierten Grundeinsteilung beginnt. Bei diesen Mitteln handelt es sich beispielsweise um 2 oder mehr Dioden,D^, die über einen Vorwiderstand R^ mit dem Schalter T, verbunden sind. Der Schalter T, ist beispielsweise ein Transistor, dessen Basis-Emitterstrecke parallel zu einem Widerstand R1 liegt, der in Reihe zum Widerstand R9 zwischen den Ausgang A des Schmitt-Triggers und Pin P.. geschaltet ist.Mende member forms, switched. This capacity is preferably integrated, e.g. B. in the form of a MOS capacitance. In this case, pin 2 is omitted. The sensor transmission lines end at pin P or P, respectively. The Schmitt trigger with its power supply electrodes F and G is located between the pins P and P 3. The current source Q ″ is connected to the input of the Schmitt trigger ST ″, which charges the downstream capacitor C- with a current dependent on the measured variable A resistor R 9 is connected to the output A of the Schmitt trigger ST, which determines the low-resistance state of the circuit and which only carries the current i, - during the charging phase of the capacitor CU, ... during the query phase of the Schmitt trigger, a switch T is driven, the current source Q 9 only to the capacitor C ^ via the - is connected during the charging Further, the circuit includes means by which when turning on the current source Q 9 to the capacitor C- ^ this. is charged to a defined bias voltage, so that the actual charging phase of the capacitor C ^ always begins with a defined basic setting Otherwise by 2 or more diodes, D ^, which are connected to the switch T via a series resistor R ^. The switch T is, for example, a transistor whose base-emitter path is parallel to a resistor R 1 , which is connected in series with the resistor R 9 between the output A of the Schmitt trigger and pin P ...
Sobald zu Beginn der Abfragephase t ein Strom über die Sensor le.itungeη eingeprägt wird, wird der Schmitt-Trigger ST so eingeschaltet, daß an der Ausgangselektrode A niederes oder Massepotential liegt. In diesem Fall kann über den Widerstand R9 Strom fließen, wodurch am Widerstand R, eine ausreichende, den Transistor T, durchsteuernde Spannung abfällt. Der Widerstand R9 ist relativ niederohmig, beispielsweise 100 - 400 Ω und bestimmt im wesentlichen den Strom i^ gemäß Fig. 2. Sobald der Transistor T durchgeschaltetAs soon as a current is impressed via the sensor le.itungeη at the beginning of the query phase t, the Schmitt trigger ST is switched on in such a way that the output electrode A has a low or ground potential. In this case, current can flow through the resistor R 9 , as a result of which a sufficient voltage, which controls the transistor T, drops across the resistor R. The resistor R 9 has a relatively low resistance, for example 100-400 Ω and essentially determines the current i ^ according to FIG. 2. As soon as the transistor T is switched on
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ist, wird der Kondensator Cr über den Widerstand R_ und die Diode D_ auf den durch die Dioden D3 vorgegebenen Spannungswert aufgeladen. Die Dioden D, liegen parallel zur Reihenschaltung aus Diode D2 und Kondensator C^ ; , der Widerstand R^ wird so gewählt, daß der Kondensator Cy* die durch die Dioden D-. vorgegebene Spannung sehr rasch annimmt. Damit ist sichergestellt, daß der Kondensator C-j- zu Beginn der Abfragephase stets von einer definierten Grundladung aus weiter aufgeladen wird. Die weitere Aufladung erfolgt über den von der Stromquelle Q7 abgegebenen Strom. Dieser Strom ist beispielsweise eine Funktion der im Bexeich der Stromquelle Q„ herrschenden Temperatur. Der Strom i , mit dem" der Kondensator C-f weiter aufgeladen wird, beträgt beispielsweise bei einer Temperatur T, 10 μΑ und ändert sich mit jedem Grad Temperaturänderung um ca. 1 %. is, the capacitor C r is charged via the resistor R_ and the diode D_ to the voltage value specified by the diode D 3. The diodes D, are parallel to the series circuit of diode D 2 and capacitor C ^; , the resistor R ^ is chosen so that the capacitor Cy * through the diodes D-. assumes a given voltage very quickly. This ensures that the capacitor Cj- is always charged from a defined basic charge at the beginning of the query phase. Further charging takes place via the current delivered by the current source Q 7. This current is, for example, a function of the temperature prevailing in the vicinity of the current source Q ". The current i, with which “the capacitor Cf is charged further, is, for example, at a temperature T, 10 μΑ and changes with every degree of temperature change by approx. 1 %.
Wenn der Kondensator C^ auf eine durch die Schwellspannung des Schmitt-Triggers ST vorgegebene Spannung aufgeladen ist, löst diese am Eingang E des '""Schmitt-Triggers anstehende Spannung die Umschaltung des Schmitt-Triggers aus, wodurch ein Stromfluß durch den Widerstand R„ am Ausgang des Schmitt Triggers A unmöglich wird. Dadurch wird auch der Transistor T-, gesperrt und die Stromquelle Q~ abgeschaltet. Der Kondensator Gj* kann somit nicht weiter aufgeladen werden. Diese Umschaltung erfolgt nach der Zeit t, (Fig. 2). Damit wird sowohl der Strom I5 als auch der Strom I3 und der Strom i abgeschaltet. Über P.. fließt nur noch der zur Stromversorgung des Schmitt-Triggers erforderliche Strom i., der beispielsweise 10 μΑ groß ist und damit den hochohmigen Zustand des Sensors bestimmt.When the capacitor C ^ is charged to a voltage predetermined by the threshold voltage of the Schmitt trigger ST, this voltage present at the input E of the Schmitt trigger triggers the switching of the Schmitt trigger, whereby a current flow through the resistor R " at the output of Schmitt trigger A becomes impossible. As a result, the transistor T- is also blocked and the current source Q ~ is switched off. The capacitor Gj * can therefore no longer be charged. This switchover takes place after time t (FIG. 2). This switches off both the current I 5 and the current I 3 and the current i. Only the current i. Required to supply power to the Schmitt trigger flows via P .., which is 10 μΑ, for example, and thus determines the high-resistance state of the sensor.
Der Kondensator C^ ist über eine Diode D- mit der Sensorleitung am Pin P, derart verbunden, daß nach der Abfragephase t durch kurzzeitige Erdung dieser Sensorleitung eine Entladung des Kondensators bis auf die durch die Dio-The capacitor C ^ is connected to the sensor line via a diode D- at pin P, connected in such a way that after the query phase t by briefly grounding this sensor line a discharge of the capacitor up to the caused by the di-
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de D, bestimmte Flußspannung möglich ist. Die Erdung der Sensorleitung wird nach der Zeit t durch den Mikropro- * zessor kurzfristig ausgelöst. Dadurch ist sichergestellt, daß bei einer erneuten Abfragung des Sensors vom entladenen Zustand des Kondensators Cj- ausgegangen werden kann.de D, certain flux voltage is possible. The grounding of the sensor line is after time t cessor triggered by the micro- * short term. This ensures that when the sensor is interrogated again, the discharged state of the capacitor Cj- can be assumed.
Bei der Stromquelle Q wird davon ausgegangen, daß der von ihr abgegebene Strom eine Funktion der Temperatur ist. Dieser Strom kann aber ebenso die Funktion eines Drucks, der Helligkeit, der Feuchtigkeit einer Drehzahl oder Durchflußmenge sein.In the case of the current source Q, it is assumed that the their output current is a function of temperature. However, this current can also function as a pressure which Brightness, the humidity of a speed or flow rate.
Die Ausgestaltung "eines Schmitt-Triggers ergibt sich beispielsweise aus der Fig. 4. Die Schaltung besteht aus den npn-Transistoren T-, T„.; dem pnp-Transistor T„ und dem nachgeschalteten Transistor T_, durch den der Widerstand R_ an Masse angeschlossen wird. Wenn" der Kondensator C^ entladen ist, kann über den Transistor T., der mit seiner Basis an die Kapazität Ο.γ angeschlossen ist, kein Strom fließen. Damit steigt das Kollektorpotential des Transistors T. an. so daß der Transistor T_. über den Basiswiderstand Rg durchgeschaltet wird. Nunmehr fließt ein Strom über den Kollektorwiderstand R,. des Transistors T-, und über den Emitter-The configuration "of a Schmitt trigger results, for example, from FIG. 4. The circuit consists of the npn transistors T-, T".; the pnp transistor T "and the downstream transistor T_, through which the resistor R_ is connected to ground When the capacitor C ^ is discharged, no current can flow through the transistor T., whose base is connected to the capacitance Ο.γ. This increases the collector potential of the transistor T. so that the transistor T_. is switched through via the base resistor R g . A current now flows through the collector resistor R i. of the transistor T-, and via the emitter-
widerstand R0, der zugleich Emitterwiderstand des Transits resistance R 0 , which is also the emitter resistance of the transit
stors T. ist. Dadurch wird auch der basisseitig mit dem Widerstand R1 angekoppelte Transistor T2 durchgeschaltet, so daß über den im Kollektorzweig des Transistors T_ liegende Spannungsteiler aus den Widerständen R., R5 Strom fließt. Der Spannungsabfall am Widerstand R liefert die Basis-Emitterspannung des Transistors T7, der bei entsprechender Widerstandsdimensionierung durchgeschaltet . wird, so daß der Widerstand R2 über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T7 an Masse angeschlossen wird. In Reihe zum Widerstand R2 liegt der die Basis-Emitterstrecke des Transistors T- überbrückende Widerstand R1, an dem eine ausreichend große Spannung abfällt, um den Transistor T. durehzusteuern, so daß nunmehr die strom-stors T. is. As a result, the transistor T 2 coupled to the resistor R 1 on the base side is also switched through, so that current flows from the resistors R., R 5 via the voltage divider located in the collector branch of the transistor T_. The voltage drop across the resistor R supplies the base-emitter voltage of the transistor T 7 , which is switched through when the resistor is dimensioned accordingly. so that the resistor R 2 is connected to ground via the collector-emitter path of the transistor T 7. In series with the resistor R 2 is the base-emitter path of the transistor T-bridging resistor R 1 , across which a sufficiently large voltage drops to durehzusteuern the transistor T., so that now the current-
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quelle Q„ an Pin 1 angeschlossen wird und damit der Kondensator Cj- über die Stromquelle Q? aufgeladen werden kann.source Q "is connected to pin 1 and thus the capacitor Cj- via the current source Q ? can be charged.
Bei einer sich aus dem Widerstandsverhältnis von Rg und R„ ergebenden Ladespannung am Kondensator C >£* und damit am Eingang E des Schmitt-Triggers wird der Transistor T4 durchgeschaltet, wodurch die Transistoren T, und T2 gesperrt werden. Damit sperrt auch der Transistor T7 und ein Stromfluß über den Widerstand R„ wird unmöglich. Der Transistor T.. wird abgeschaltet und schaltet damit auch die Stromquelle Q„ und damit eine weitere Aufladung des Kondensators C^ ab. Nunmehr kann nur noch Strom über die Kollektor-Emitters trecke des Transistors T. fließen. Durch entsprechend hochohmige Dimensionierung der Widerstände R_ und R0 liegt dieser Strom in der GrößenordnungIn the case of a charging voltage on the capacitor C > £ * and thus on the input E of the Schmitt trigger resulting from the resistance ratio of R g and R i, the transistor T 4 is switched through, whereby the transistors T 1 and T 2 are blocked. This also blocks the transistor T 7 and a current flow through the resistor R "becomes impossible. The transistor T. Now only current can flow through the collector-emitter section of the transistor T. Due to the corresponding high-resistance dimensioning of the resistors R_ and R 0 , this current is of the order of magnitude
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von beispielsweise 10 μΑ. Bei durchgeschaltetem Transistor T. fließt dagegen ein wesentlich größerer Strom, der insbesondere durch den niederohmigen Widerstand R„ bestimmt wird.for example 10 μΑ. With the transistor switched on In contrast, a significantly larger current sometimes flows, which is determined in particular by the low-resistance R " will.
In der Fig. 5 ist schließlich noch ein Ausführungsbeispiel für die Stromquelle Q?, die einen von der Temperatur abhängigen Strom i liefer*, dargestellt. Die Schaltung besteht aus den beiden npn-Transistoren T- und Tg, wobei die Basis-Emitterstrecke des Transistors T5 parallel zur Kollektor-Basisstrecke des Transistors Tc liegt. DieFinally, FIG. 5 shows an exemplary embodiment for the current source Q ? that deliver a temperature-dependent current i *. The circuit consists of the two npn transistors T- and Tg, the base-emitter path of the transistor T 5 being parallel to the collector-base path of the transistor T c . the
Basis-Kollektorstrecke des Transistors Tc ist mit demBase-collector path of the transistor T c is with the
hochohmigen Widerstand R11 überbrückt, während parallel
zur Basis-Emitterstrecke des Tr
ohmigerer Widerstand R1- liegt.high resistance R 11 bridged, while parallel to the base-emitter path of the Tr
ohmic resistance R 1 - is.
zur Basis-Emitterstrecke des Transistors Tc ein nieder-to the base-emitter path of the transistor T c a low-
Wenn die Stromquelle Q„ über die Ausgangspole D und C und den durchgeschalteten Transistor T, mit P1 verbunden wird, fällt am Widerstand R zunächst eine den Transistor T5 öffnende Spannung ab. Der durch den Transistor T5 fließende Strom steigt so lange an, bis am Widerstand R- die Spannung When the current source Q ″ is connected to P 1 via the output poles D and C and the transistor T, which is switched through, a voltage which opens the transistor T 5 initially drops across the resistor R. The current flowing through the transistor T 5 rises until the voltage across the resistor R-
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-Ak--Ak-
U die zur Durchsteuerung des Transistors Tfi erforderlich ., ist, abfällt. Wenn U etwa gleich 0,6 V ist und der Widerstand R1„ 60 kn beträgt, so ist dies bei einem Strom von 10 μΑ der Fall. Wenn T,- leitend wird, wird dem TransistorU, which is required to control the transistor T fi ., Drops. If U is approximately equal to 0.6 V and the resistance R 1 is “60 kn , then this is the case with a current of 10 μΑ. When T, - becomes conductive, the transistor becomes
Tc der Basisstrom entzogen, so daß der Strom i im wesentb -οι m T c of the base current withdrawn, so that the current i in wesentb -οι m
liehen durch den Widerstand R1„ bestimmt wird. Die Spannung UR_ hat beispielsweise einen negativen Temperaturkoeffizienten von - 0,4 %/K während der Widerstand R „ einen positiven Temperaturkoeffizienten von beispielsweise 0,5 %/K borrowed by the resistance R 1 "is determined. The voltage U R _ has, for example, a negative temperature coefficient of −0.4 % / K, while the resistor R "has a positive temperature coefficient of, for example, 0.5 % / K
BEBE
aufweist. Da der Strom im wesentlichen durch i = having. Since the current essentially passes through i =
m Rm R
bestimmt wird, ergibt sich je Grad Temperaturerhöhung eine Stromabnahme um ca. 0,9 %/K. Die Bauelemente können so gewählt werden, daß bei einem Grad Temperaturzunahme die Stromabnahme -^l % beträgt.is determined, there is a current decrease of approx. 0.9 % / K for every degree of temperature increase. The components can be chosen so that with one degree increase in temperature, the current decrease is - ^ 1 % .
Der Absolutstrom bei einem definierten Temperaturwert kann von Quellenschaltung zu Quellenschaltung mit den Bauelementtoleranzen variieren. In diesem Fall wird es sinnvoll sein, die Kapazität C^. dem Absolutwert des Stromes der jeweils verwendeten Stromquelie anzupassen. Dies kann auch mit Hilfe einer automatischen Kapazitätsanpassung geschehen.The absolute current at a defined temperature value can vary from source circuit to source circuit with the component tolerances vary. In this case it will make sense to use the capacitance C ^. the absolute value of the current of each to adapt the power source used. This can also be done with the help of an automatic capacity adjustment.
Aus der Schaltung der Fig. 5 e-r-gibt sich, daß bei sehr hoher Temperatur der Strom immer kleiner wird, so daß die Kapazität Cγ langsamer aufgeladen wird. Mit zunehmender Temperatur vergrößert sich somit die Impulsweite t.. gemäß Fig. 2.The circuit of FIG. 5 shows that the current becomes smaller and smaller at very high temperatures, so that the capacitance C γ is charged more slowly. As the temperature increases, the pulse width t .. according to FIG. 2 increases.
Aus der Figur 6 ergibt sich eine weitere Schaltungsmöglichkeit, um den Kondensator C?" nach Beendigung der Abfragephase sicher zu entladen, wobei in diesem Fall keine zusätzliche Erdung der an Pin P1 ankommenden Sensorleitung erforderlich ist. In der Figur 6 ist nur der für die Änderung gegenüber der Figur 3 wesentliche Schaltungsteil dargestellt. Die nicht dargestellten Schaltungsteile entsprechen .denen der Figur 3, wobei die Diode D, entfällt.Another circuit possibility results from FIG. 6 in order to safely discharge the capacitor C? "After the end of the query phase, in which case no additional grounding of the sensor line arriving at pin P 1 is required 3. The circuit parts which are not shown correspond to those of FIG. 3, the diode D being omitted.
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_ . /15._. / 15.
Gemäß Figur 6 wird parallel zum Kondensator C γ die Source- rf Drain-Strecke eines MOS-Feldeffekttransistors T0 vom Ver-According to FIG. 6, the source rf drain path of a MOS field effect transistor T 0 is connected in parallel to the capacitor C γ by the
armungstyp geschaltet. Die Gate-Elektrode dieses Transistors Τ« wird über einen geeigneten Vorwiderstand R1 mit der Sensorleitung 2a verbunden. Ferner ist zwischen der Gate-Elektrode und der Masseleitung 2b eine Schutzschaltung für Überspannungsspitzen angeordnet. Diese Schaltung besteht beispielsweise aus einer Reihe hintereinandergeschalteter Dioden D-, für deren Durchsteuerung eine Spannung von mehr als 5 Volt erforderlich ist.arming type switched. The gate electrode of this transistor Τ «is connected to the sensor line 2a via a suitable series resistor R 1. Furthermore, a protective circuit for overvoltage peaks is arranged between the gate electrode and the ground line 2b. This circuit consists, for example, of a series of diodes D- connected in series, for the control of which a voltage of more than 5 volts is required.
Zu Beginn der Abfragephase liegt an der Gate-Elektrode praktisch die gesamte Spannung XX. (Fig. 2) , die bei entsprechender Auswahl des. MOS-Feldeffekttransistors T-. vom Verarmungstyp ausreicht, um dessen Kanal abzuschnüren. Der Kondensator C« kann daher über die Stromquelle Q5, aufgeladen werden. Der Stromkreis aus dem Vorwiderstand RAt the beginning of the query phase, practically the entire voltage XX is applied to the gate electrode. (Fig. 2), which with appropriate selection of the. MOS field effect transistor T-. of the impoverishment type is sufficient to constrict its channel. The capacitor C «can therefore be charged via the current source Q 5. The circuit from the series resistor R
Z stand der Sensorschaltung stromlos, da die SpannungZ the sensor circuit was de-energized because the voltage
und der Diodenstrecke D0 bleibt auch im hochohmigen Zu-and the diode path D 0 also remains in the high-resistance supply
nicht zur Durchsteuerung der Diodenstrecke Dß ausreicht.is not sufficient to control the diode path D ß .
Nach der Beendigung der Abfragephase geht das Gate-Potential am Transistor Τ.φ auf den?-Wert 0 zurück und der Transistor nimmt seinen selbstleitenden Zustand ein, so daß sich die Kapazität Gj. über den MOS-Transistor entladen kann.After the query phase has ended, the gate potential at transistor Τ goes. φ back to the? value 0 and the transistor assumes its normally-on state, so that the capacitance Gj. can discharge through the MOS transistor.
Die erfindungsgemäße Schaltung bzw. das Sensorsystem hat den Vorteil, daß eine quasi-digitale Übertragung der Meßgröße ohne kritische Strom- oder Spannungspegel möglich ist und eine einfache Auswertroutine in einem Mikroprozessor durchgeführt werden kann.The circuit according to the invention or the sensor system has the advantage that a quasi-digital transmission of the measured variable is possible without critical current or voltage levels and a simple evaluation routine can be carried out in a microprocessor.
130042/0198130042/0198
Claims (19)
zur Meßgröße ist.where the time (t.) between the start of the query ./ phase and the occurrence of the impedance jump is proportional
to the measurand.
Zeit (t,) zwischen dem Beginn der Abfragephase und dem Auftreten des Impedanzsprungs umgekehrt proportional zur Meßgröße ist. -5) Sensor system according to one of claims 1-3, characterized in that the sensor (1) is provided with a circuit (Fig. 3) through which the input impedance of the sensor in the query phase (t) is changed abruptly, the
Time (t,) between the beginning of the query phase and the occurrence of the impedance jump is inversely proportional to the measured variable. -
dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragephase (t ) des
Sensors (1) zeitlich so groß gewählt ist, daß jede mögliche Impulsweite (t,) während dieser Abfragephase (t ) erfassbar ist.7) sensor system according to one of the preceding claims,
characterized in that the query phase (t) des
Sensor (1) is chosen so large in time that every possible pulse width (t,) can be detected during this query phase (t).
dadurch gekjeimzeichnet, daß die Schaltung (Fig. 3) des
Sensors ein zeitbestimmendes" Glied (CL.) enthält, das
an eine Stromquell§_4^yt^anschaltbar ist, wobei der von
der Stromquelle in der Abfragephase abgegebene Strom (i )
abhängig vom jeweiligen Wert der Meßgröße ist.9) sensor sy star according to a d ^ £ L_y_orangehen claims,
gekjeimzeich thereby that the circuit (Fig. 3) of the
Sensor contains a time-determining "element (CL.), The
to a Stromquell§_4 ^ yt ^ can be switched on, the of
current delivered by the power source in the query phase (i)
depends on the respective value of the measurand.
Priority Applications (3)
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