专利名称：用于分析测量电容的方法和电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的、用于分析测量电容的方法，以及涉及一种用于执行所述方法的电路装置。
背景技术：
例如在DE 34 13 849 A1以及DE 35 44 187 A1中公开了用于测量电容的方法。在图1中给出了在第一个提到的文献中的用于测量电容的电路装置，其中用一个端子使所述电容持续地保持在参考电势上，并且使另一个端子在参考电压源和积分器之间转接。该电路包含带运算放大器的、被接在工作电压上的积分装置。所述积分装置用位于待测电容上的电荷来充电，紧接着通过与积分电容器并联的开关装置重新放电。再充电过程的特征量是所述待测电容的度量。
在第二个提到的文献中，描述了一个同样具有转换装置的电容测量电路，该转换装置用一个预先确定的转换频率周期性地交替地将所述测量电容加在一个恒定的电压上以进行充电，以及使所述测量电容与储存电容器相连接以进行放电，与所述测量电容相比，该储存电容器的电容很大。通过控制放电电流，储存电容器的端电压基本上被保持在恒定的参考电势上。与第一个提到的文献相反，出现的再充电频率不是待测电容的度量，而是放电电流的大小与测量电容成比例。
此外，在DE 42 37 196 C1中公开了用于测量容性传感器的电容的方法。将待测电容、也就是测量电容器的一个端子固定地与参考电势、优选地与整个装置的外壳电位相连接。如果在电容比例如由于不同的表面湿度或者由于电干扰耦合而不确定地变化时，需使用所述传感器，那么待测电容的一个端子与参考电势的这种连接有好处。在此，测量电容器的指向外壳或待测介质的电极被保持在恒定的电势上。在已知的电路装置中，而将测量电容器的另一个电极与具有积分电容器的积分装置的输入端可开关地进行连接。在此，首先在充电阶段中，通过预先确定的电势差对待测电容进行充电，与此同时被储存的电荷接着在放电阶段中被再充电到积分装置的积分电容器上，并在那儿被分析。在此，不仅在充电阶段中而且在放电阶段中，将待测电容用其不位于参考电势上的端子与参考电势相连接，该参考电势在充电阶段中被设置在不同于在放电阶段中的一个值上。通过在此周期性变化的工作电压电势，可以中和电路装置的测量值掺假的电容，因此还可以用更高的精度来分析小的电容值或电容变化。
但是这些已知方法的问题是工作电压电势的转换，首先在以CMOS技术实现作为专用集成电路(ASIC)的电路装置时，这可能导致困难，因为于是必须在唯一的ASIC衬底上控制不同的工作电压电势。
对一个端子固定地与参考电势连接的电容的测量，尽管以对外部的干扰影响只有很低的灵敏度而出众，但是由于一起检测了与测量电容器并联的寄生电容而不利。因为这样的寄生电容提高了待测电容，并表现为测量设备中的灵敏度降低。附加地，这样的寄生电容既不是温度稳定又不是长期稳定，这同样导致测量结果的损害。最后，与测量电容器并联的电阻也影响所述的测量结果。尽管高阻、例如由于受空气湿度制约的表面涂层，在传感器陶瓷衬底上也会出现这样的并联电阻。
对此，DE 43 40 472 C1建议了用于测量测量电容器的电容的方法和电路装置，所述测量电容的一个端子固定地与参考电势相连接，该方法可以在唯一的ASIC衬底上实现，还降低了基于并联电阻的干扰影响。为此，给出了用于测量电容的方法，所述电容用第一个端子与参考电势相连接，在使用具有积分电容器的、接在工作电压上的积分装置的情况下，用处于待测电容上的电荷对所述积分电容器进行充电并接着再放电，其中在此出现的再充电频率是所述待测电容的度量，并且所述积分电容实现分别直到一个预先确定的参考阈值的充电和放电，以及在充电或放电过程开始的时候，通过电容(CM)的耦合，在所述积分电容器上传输分别具有相同幅度的负的或正的电荷脉冲。
发明内容
本发明所基于的任务是改善用于分析压力测量装置的测量电容的方法和电路装置，所述压力测量装置允许以简单的方式监控测量条件的稳定性。
所述任务通过具有权利要求1的特征的、用于分析压力测量装置的测量电容的方法或具有权利要求15的特征的、用于执行这样的方法的电路装置来解决。
用于分析作为测量装置的电容的测量电容的优选方法具有步骤的第一个周期，其中所述电容经过第一充电时间被充电，也可以理解为获得负电荷、也就是放电，对此确定所述电容的电荷为第一个测量值。接着用第二充电时间重复所述周期，以确定第二个测量值，对此将第一个和第二个测量值相互比较以得到比较结果，该比较结果被用于确定测量条件，该测量条件可能已经改变了所述电容的基本状态并因此可以导致掺假的测量结果。
相应地，用于执行这样的方法的优选的电路装置具有以下部分用于确定测量值的测量电容，用于基于参考电压而对所述测量电容进行充电或放电的充电和放电电路装置，用于确定测量值的测量值确定装置以及分析所述测量值的分析装置。在此，通过用不同的充电或放电时间在所述电容上施加或卸载电荷构成用于确定两个不同的测量值的单个的电路部件。在此，单个的部件可以作为分离的电路部件或部分地或全部地作为一个集成电路而被构成。
优选的扩展方案由从属权利要求给出。
优选地通过从另一个电容再充电电荷或将电荷再充电到另一个电容、更确切地说基于另一个电容的参考电压值来实现所述电容的充电或放电。优选地，所述另一个电容是积分电路的部件，该积分电路在电荷再充电之后，对另一个电容进行线性地放电或反充电直到所述的参考电压值。在此，充电或反充电的时间被确定为所述第一个或第二个测量值，并且与所述测量电容以及测量条件成直接的比例，所述测量电容由测量条件所决定。从除了放电或反充电还包含两个电容之间的真正的电荷再充电的再充电时间，或从再充电周期可以直接推断出测量条件、尤其是所述测量电容干燥的或潮湿的环境。
优选地，为考虑容差规定一个容差值以及给出预先确定的值域，将该值域与比较结果相比较以确定测量条件的变化量。
优选地这样规定第一和第二充电时间，使得在充电时间中不依赖于测量条件而实现测量电容的完全充电或在测量电容和另一个电容之间的完全的电荷再充电。在此，鉴于在充电过程中电容随时间指数函数而变化，完全充电也可理解为几乎完全充电。这样选择另一个充电时间，使得在测量条件变化时实现测量电容的不完全充电或放电或电荷再充电，因此基于相应地不同的第一和第二测量值，可以推断出目前的测量条件。
优选地，比较结果未超出或超出预先确定的极限值被用于自动地输出警告信号或自动地促使对测量结果进行校正。
优选的应用范围为确定测量电容的依赖于湿度的电容变化和/或根据在电容充电路径上变化的内阻来确定电容的变化。
优选地，在具有DE 43 40 472 C1的本身已公开的特征的方法或电路装置的基础上实现该方法和电路装置，其中完全考虑它们适合于本发明目的所有的公开内容以及它们的转化。
下面根据附图详细描述一个实施例。其中图1示出了用于确定测量电容并且用于评价测量条件的电路装置的原理电路图；图2示出了对于第一个预先确定的再充电时间以及在理想的测量条件下，在积分器输出端上的电压变化过程的测量曲线以及不同电路部件的开关状态的时间描述；图3示出了在理想的测量条件下，对于第二再充电时间，在积分器输出端上的电压变化过程的测量曲线；图4A，4B示出了对于第一或第二再充电时间在与测量电容器并联的干扰电容器上的电压变化过程；图5A，5B示出了在积分器输出端上的电压变化过程的相应测量曲线；以及图6示出了用相应的时间线重叠地描绘的图5A、5B的测量曲线。
具体实施例方式
如图1所示，带测量电容CM的电路装置尤其具有充电和放电装置LE，与其连接的积分电路I，比较器K，用于控制充电和放电装置LE以及也许用于控制积分电路I的控制装置S，以及用于输出频率f的频率输出端f。在此，单个的部件可以整个地或部分地作为单个的分离元件，作为电路板上的分组元件或作为集成电路而被构成。
所述的电路装置尤其被用作为带有容性压力测量单元的液位或压力测量设备，所述的容性压力测量单元被用作为待测的电容CM。用本身已公开的方法、例如根据DE 43 40 472 C1的实施方案实现对容性压力测量单元的分析，这里一起采纳了关于所述实施方案的公开内容。
在此，这样修改已公开的实施方案中对作为测量电容CM或参考电容的电容的分析，使得除了检测测量电容CM或参考电容之外还附加地评价测量值或评价对测量值产生影响的测量条件。为了能够执行对测量值的评价，所述测量电容、现为待测电容CM以及可与其耦合的积分电容CI用两个不同的、用于在它们之间进行电荷再充电的再充电时间来检测。如果两个再充电时间的测量值相同，那么测量值是稳定的并且是可靠的。如果两个再充电时间的测量值在一定的极限值内不同，那么这表明测量值不稳定。但该测量值还是可以被认为有效而输出。如果超出或未超出极限值，那么可以基于太不准确的测量值而输出故障信号或者可以促使自动的修正。优选地，可以用一种操作方式描述可靠性值，例如给出测量不可靠性的百分率。
需特别强调的、在变化时直接影响测量结果或测量值的测量条件是在待测电容范围内的湿度状态。尤其是有关的容性压力测量单元可以灵敏地对湿度作出反应。湿度引起待测电容CM的电容有效值的变化。根据在图1中所描绘的局部放大说明了湿度的影响。在两个端子或抽头A1、A2之间，布置了具有待测电容CM的容性测量单元。在此，在干燥的测量条件下由容性元件CK和欧姆元件RK组成的串联电路是有效的。如果湿度增加，那么该电路像被并联的、由另一个依赖于湿度的容性元件CF和依赖于湿度的欧姆元件RF组成的串联电路一样发生作用。
在一个示例性的压力测量设备中，在干燥的测量条件下，电容CK例如为50pF以及内阻RK为20Ω。通过向测量单元吹潮湿的风，在真正的测量电容上添加了另一个并联的RC元件。这个并联的RC元件的值、例如内阻RF可以为1000Ω以及容性作用CF可以为2pF，其中这些值尤其可以在受限制的范围内变化。
为了确定待测电容CM的测量值，该电路装置此外还具有附加的电容或另一个电容器，该电容器作为积分电容CI是积分器I的组成部分。经开关S2的操作，在这两个电容器或电容CM和CI之间进行时间有限的电荷再充电。在单个的再充电之间，积分电容CI的电压发生变化，其中在分别达到参考电压UR时输出频率信号f。通过改变在待测电容CM和积分电容CI之间的再充电时间，通过观察测量值或频率信号f的频率并且检查不同的频率值，可以确定是否存在依赖于湿度的部件。
至少两个为此被选择的再充电时间tk1、tk2这样被选择出，使得在理想的条件下、尤其是在干燥的条件下，对于两个再充电时间tk1、tk2，实现测量电容器CI的完全充电。两个再充电时间tk1、tk2导致相同的测量结果或相同的频率值f。
此外，这样选择这两个再充电时间tk1、tk2，使得对于部件依赖于湿度并导致测量条件变化的情况，在较短的再充电时间内，测量电容CI器被完全充电，而在再充电时间较长时，就对总电容CM的影响而言，依赖于湿度的部件起主要作用并且一起进入结果。
在示例的、典型的再充电时间tk1＝10μs时，99％的依赖于湿度的部件一起进入结果，也就是说完整的2pF进入结果。而在较短的再充电时间tk2＝3.3μs时，约50％×2pF的、具有时间常数τ＝1000Ω×2pF＝2μs的依赖于湿度的部件影响结果，该时间常数τ为RC电路的时间常数，因为只有约50％的、电容的依赖于湿度的电容值CF＝2pF被充电或被再充电。待测电容CM正常的部件具有时间常数τ＝20Ω×50pF＝1ns，由此如果存在干燥的测量条件，那么测量电容器CI在短的再充电时间内就被完全充电。
可选地或除了将依赖于湿度的部件作为在容性压力测量单元中可能出现的干扰量，端子电阻或到测量电容器的内阻也可能发生变化，这同样导致测量值的掺假。这也可以简单地通过以下方式表现出来，即测量结果、也就是频率信号f的周期时间与两个再充电时间不一致。
示例性的电路装置以在DE 43 40 472 C1中公开的电路装置为基础。在这个电路装置中，在积分装置的积分电容器上，分别在充电或放电过程的开始时，通过待测电容的耦合而传输分别具有相同幅度的负的或正的电荷脉冲。紧接着该积分电容器被充电或放电直至预先确定的参考阈值。
所述方法的重要优点在于消除了与测量电容器并联的电阻的干扰影响，因此该方法尤其适合在测量容性传感器、例如压力传感器、温度传感器或诸如此类的电容时使用，在这些容性传感器中，必须用高精确性来检测非常小的有用的电容变化。该方法的特色是在也许存在与测量电容器并联的电阻时，在积分时、也就是在对积分电容器充电时减小积分常数，并且在反积分时并因此在对积分电容器放电时通过增大积分常数来重新补偿所述的减小。
根据下面的方法步骤可以单独地实现在DE 43 40 472 C1中公开的方法将待测电容完全放电，通过积分装置的积分电容器将该电容充电到半工作电压，使待测电容脱离该积分装置，以及对积分电容器进行电荷再充电直到在积分装置的输出端上达到预先确定的参考电压，将整个工作电压加到电容上，并且通过积分装置将电容放电到半工作电压，并由此对积分电容器充电。
在一个改进方案中规定，待测电容只是暂时地连接在积分装置上。优选地，每次只将待测电容连接在该积分装置上约为得出的积分电容器的再充电频率的脉冲周期的0.05倍。因此，由并联电阻引起的到测量电容器的故障电流只能在一小部分的测量时间内影响积分电容器。
通过所述方法，在电荷传输的周期内，在积分装置的输出端上交替地出现每次同样大的正电荷流和负电荷流。因此，由与测量电容器并联的电阻引起的故障电流在第一个半测量周期内从积分电容器抽走的电荷流跟它在第二个半测量周期内过多馈入的电荷流完全一样多。
在本发明的一个改进方案中，规定了一个与待测电容并联的参考电容，为测量电容而交替地测量该参考电容，并且为得到线性化的测量值将参考电容与测量电容联系起来。
此外，可以规定一个补偿电容，在测量过程中，将该补偿电容与测量电容器并联，并且在测量电容器放电的时间内，在该补偿电容上加上整个工作电压。因此，缩短了积分时间并提高了整个测量装置的灵敏度。
在图1所示的用于测量电容的电路装置的原理电路图中，需要测量电容CM。该电容CM具有与参考电势10相连的第一端子A1和第二端子A2。待测电容CM可以通过充电/放电装置LE充电或放电。该充电/放电装置具有例如3个开关S1、S3以及S6、也就是第一个、第三个和第六个开关S1、S3或S6。第一个开关S1与电容CM并联，而另两个开关S3和S6与电容CM串联。第三个开关位于相对于参考电势10的全工作电压UB和待测电容CM的第二个端子A2之间，以及第六个开关位于第二端子A2和用于半工作电压1/2UB的端子之间。
此外，规定了一个具有积分电容器CI的积分装置I。在图1的方块图中，积分装置I具有带一个反相输入端和一个同相输入端的放大器V。积分电容器被连接在放大器的反相输入端和输出端之间，在该输出端上可以截取输出信号A。
该反相输入端还附加地经一个开关装置、在这种情况下经第二个开关S2与待测电容CM的第二个端子A2相连接。放大器V的同相输入端位于半工作电压1/2UB上。积分装置I还附加地具有积分电阻RI，用端子12将该积分电阻连接到放大器V的反相输入端上并因此连接到积分电容器CI上。该积分电阻RI利用其另一个端子13而位于一个装置上，通过这个装置确定积分方向、也就是积分装置I的积分或反积分。在图1的描绘中，该装置由两个串联的开关、也就是第四个和第五个开关S4、S5组成，它们的串联电路位于工作电压UB和参考电势10之间。在此，第四个开关S4位于积分电阻RI的端子13和完全的工作电压UB的端子之间，而另一个、即第五个开关S5被连接在积分电阻RI的端子13和参考电势10之间。
最后，放大器V的输出端以及积分装置I的输出端与比较器K的输入端相连接，比较器的另一个输入端与参考电压UR、优选地仍与半工作电压1/2UB相连接。在输出侧，将该比较器K与控制装置S相连接，为控制在图1中所示的第一个至第六个开关S1、S2、S3、S4、S5或S6，该控制装置提供第一个至第六个控制信号v1、v2、v3、v4、v5和v6。
在比较器K的输出端上可以截取频率信号，其频率对应于积分电容器CI的再充电频率f并且为待测电容CM描绘了一个特别直接的量。
在不同的阶段执行这个用于测量电容CM的方法。首先，在第一个时间点t1，通过闭合第一个开关S1，电容CM被完全放电，其中断开第二个、第三个和第六个开关S2、S3或S6。
紧接着在第二个时间点t2，断开第一个开关S1。同时或在第三个时间点t3，短时间地闭合第二个开关S2。由此，通过积分装置I对待测电容CM进行充电，其中以闭合第四个开关S4并且断开第五个开关S5为基础。由此，通过积分装置I的积分电容器CI将待测电容CM充电到半工作电压1/2UB上。可选地或除此之外也可以闭合第六个开关，以便施加半工作电压1/2UB。
在第四个时间点t4，正好这样测量第二个开关的闭合时间，使得可以实现到半工作电压UB/2的充电。在实验中，已证明为此大约脉冲周期T的0.05倍就足够了。时间间隔、也就是第一再充电时间tk1例如可以为10μs。
在第三个时间点t3，通过积分电容器或积分电容CI对待测CM的充电导致在积分放大器V的输出端上正的电压跃变。在对待测电容CM充电之后，其电荷为Q＝CM*UB/2＝CI*ΔU。其结果是，在积分放大器V的输出端上的电压跃变ΔU由下式给出ΔU=CM*UB/2CI]]>积分放大器V的速度和也许存在的串联电阻决定了再充电时间tk1。除了第六个和第二个开关S6、S2的开关电阻之外，待测电容CM的串联电阻RK也属于这些串联电阻。
如果存在与待测电容CM并联的电阻RF，那么该并联电阻只在短的再充电时间内、也就是只在耦合时间tk1、tk2内起作用。在反积分时，并联电阻将与积分电阻串联RI，因此增加了积分装置I的积分时间常数。
紧接着在第四个时间点t4，重新断开第二个开关S2，因此待测电容CM脱离积分装置I。这通过积分电阻RI将电流注入作为积分器工作的运算放大器V的反相输入端而导致积分电容器CI的放电，直到在积分装置I的输出端上达到比较器K的参考电压UR。
同时在第四个步骤或在下一个、即第五个步骤t5中，通过第三个开关信号v3闭合第三个开关S3，因此将待测电容CM加在完全的工作电压UB上。
直接在第四个时间点或用紧接着的并由控制装置S的信号预先给定的例如为0.1μs的延时，控制装置S在第五个时间点t5将第三个控制信号v3控制在逻辑“1”上。于是，待测电容CM和也许附加的参考电容被连接到完全的工作电压UB上并被充电到该电压。
从这个第五个时间点t5起，积分放大器V的输出信号A从上方接近于比较器K的参考阈值UR，其中该参考阈值UR例如相当于半工作电压UB/2。在衰减时间tm之后，在第三个时间点t3开始时，在放大器V的输出端上的电压达到参考阈值UR。时间间隔tm根据下式计算tm=CM*UB/2CI*UB/2*RI*CI=CM*RI]]>在第六个时间点t6，达到半工作电压UB/2的参考阈值，其中在这个时间点上，比较器输出信号再次翻转到逻辑“ 1”上。因为该比较器输出信号被输入到控制装置S，该控制装置同时将第三个控制信号v3变换到逻辑“0”上。由于比较器K的正反馈特性，紧接着在第六个时间点t6之后，比较器输出信号保持在逻辑“1”上。
接着在第六个时间点t6或在被时移的第七个时间点t7，第二个开关S2通过控制装置S被再次闭合，由此待测电容CM放电至半工作电压1/2UB并且这个放电脉冲作为负的电荷被传输到积分电容器CI上。
为此，在第七个时间点t7，同样只将第二个开关S2短时间地闭合直到第八个时间点t8。
在第七和第八个时间点t7、t8之间的时间间隔再次对应于转换时间tk1、tk2。因此，发生如上所述的、从基本原理上来说相同的电荷传输，但是这具有相反的符号，因此现在在第七个时间点t7，在积分器输出端A上出现负的电压跃变。
紧接着闭合第五个开关S5并且断开第四个开关S4。由此，积分电容器CI经积分电阻RI被重新再充电直至参考电压UR、优选地直至半工作电压1/2UB。
须注意的是，第二个开关S2的闭合时间固定地为预先给定的时间间隔tk1、tk2。该时间间隔tk1、tk2不依赖于积分电容器CI的充电状态。积分电容器CI的放电时间只是一方面由比较器K达到参考电压UR而决定，另一方面由待测电容CM注入积分电容器CI的电荷脉冲的高度决定。
对于如图1所示的电路装置的电容-频率转换，不仅积分电容器CI的放电时间而且积分电容器CI的充电时间都是频率确定的。
如从图1中进一步看出，可以将待测电容CM的、不与参考电势10连接的第二个端子A2低欧姆地向外引到抽头4。这个端子或抽头4被用作为所谓的“活的监视导线”，通过该导线可以在测量电容器CM为高温度类型时局部地取消分析电路，而附加地出现的导线电容不会对测量结果掺假。此外，积分放大器V的输入电容不会影响测量结果，因为放大器V的输入端总是停留在恒定的电势上。
优选地，控制装置S可以与其他的部件、例如用于提供系统时钟的脉冲发生器C相连接。依赖于脉冲发生器C的脉冲信号以及由比较器K输出的频率信号f，控制装置S输出用于开关S1-S6的控制信号v1-v6。
也可以使用一个积分电路来代替将积分电阻RI连接到工作电压UB或参考电压10上的第四和第五个开关S4、S5，该积分电路将比较器K的输出信号f经反相器加到积分电阻RI上，如在DE 43 40 472 C1中已公开的。在这种情况下，将比较器K的正向输入端优选地经另一个电容器连接到其输出端上以及经另一个电阻连接到参考电压、例如半工作电压UB/2上。
从图2和图3的比较中可以看出，对于理想的测量条件，在具有待测电容CM的测量单元上，不依赖于在第三和第四个时间点t3、t4以及第七和第八个时间点t7、t8之间的第一或第二个转换间隔的持续时间而分别实现对积分电容器CI的完全充电，该持续时间在第一或第二再充电时间tk1、tk2情况下为10μs或3.3μs，因此在这两种情况下，在第三和第六或第六和第九个时间点t3-t6、t6-t9之间的放电时间同样长。相应地，在比较器K的输出端上的频率信号f具有相等的周期T。
此外，在图2和3中描绘了待测电容CM的电压状态，其中在充电时间tk1或tk2期间，中心值位于闭合的第二开闭合。
因此，对于10μs或3.3μs的测量时间，根据图2或3描绘了在测量单元端子或待测电容CM上的电压变化过程以及在积分器输出端A上的电压变化过程。在这两种情况下，测量电容器的电容为50pF，以及串联的有效内阻为20Ω。因此，存在理想的条件。对于3.3μs和10μs两种再充电时间测量时间或充电时间，测量周期保持不变，因为测量电容器、也就是待测电容CM在3.3μs已经被完全地再充电。在积分器I的输出端A上的积分器输出电压的斜率不变并且不依赖于待测电容CM。在积分器输出端A上的电压跃变与待测电容CM成比例。当从测量电容转接到参考电容时，第六个开关S6被激活。因此，在图2中第六个开关S6总是处于断开状态。
图4A和4B直观地描绘了对于10μs或3.3μs的充电时间或再充电时间，在2pF的依赖于湿度的电容CF上的电压变化过程。
根据图5A和5B描绘了对于测量条件不理想、例如待测电容CM的周围环境潮湿的情况的时间状态。在10μs的长的再充电时间情况下，除了50pF的电容CK和20Ω的内阻RK之外，2pF的干扰电容CF和1000Ω的干扰电阻RF也附加地并联工作着。这造成并联的测量电容器几乎完全被再充电。后果是测量周期被延长，因为积分器需要更长的时间，直到其再次达到参考电压UB/2＝UR。干扰的并联电容器值CF＝2pF经过tk1＝10μs的再充电时间完全地一起进入计算结果。
与此相反，如在图5B可以看出，在3.3μs的短的再充电时间情况下，并联的测量电容器只部分地被再充电，因此在积分器输出端A上提供了一个信号，该信号在比较器K的输出端上输出具有较短周期的频率信号f。此外，在测量时间或再充电时间tk2内，在积分器I的输出端A上可以看出另一个曲线形式。除了比较器输出信号f的变化的周期T或频率之外，还可以相对于在较长的再充电时间情况下的相应曲线形式而分析曲线形式的变化以确定改变电容基本状态的测量条件。
为了说明在这两个不同的再充电时间tk1、tk2情况下被干扰的待测电容CM的失真地被描绘的曲线过程，图6描绘了在图5A和5B中两个曲线的直接叠加。可以看出，对于较短的再充电时间，周期也较短。
权利要求
1.用于分析测量装置的测量电容(CM)的方法，具有以下步骤-经过第一充电时间(tk1，tk2)对所述电容(CM)进行充电，-确定所述电容的电荷以作为第一个测量值(tm1)，其特征在于下列附加的步骤-经过不同于第一充电时间(tk1)的第二充电时间(tk2)对所述电容(CM)进行充电，-确定所述电容(CM)的电荷以作为第二个测量值(tm2)，以及-为确定比较结果(Δtm)，将第一个和第二个测量值(tk1，tk2)进行相互比较，以便确定改变所述电容(CM)的基本状态的测量条件。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过从另一个电容(CI)或者向另一个电容(CI)、尤其是积分电容的再充电并基于参考电压值(UB/2)对所述电容(CM)进行充电。
3.如权利要求2所述的方法，其中在再充电之后，对所述另一个电容(CI)进行线性放电或反充电直至所述参考电压值(UB/2)。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中确定放电或反充电的时间(tm1，tm2)以作为所述第一个或第二个测量值(tm1，tm2)。
5.如权利要求2或3所述的方法，其中确定包括再充电时间(tk1或tk2)的放电或反充电的时间(tm1，tm2)以作为所述第一个或第二个测量值(tm1，tm2)。
6.如权利要求2至5之一所述的方法，其中将所述另一个电容(CI)布置在积分电路(I)中，以便线性充电或放电至参考电压值(UB/2)。
7.如上一权利要求所述的方法，其中这样选择所述第一和第二充电时间(tk1，tk2)，使得只在所选择的测量条件下产生相同的或相似的测量值。
8.如权利要求7所述的方法，其中这样选择所述第一和第二充电时间(tk1，tk2)中较长的那一个，使得不仅在所述电容(CM)的干燥环境中而且在所述电容(CM)的潮湿环境中，所述电容(CM)被完全充电或被充电直到最低充电值，以及这样选择第二充电时间(tk2)，使得所述电容(CM)只在其周围环境潮湿的情况下被完全充电或被充电直到最低充电值。
9.如上一权利要求所述的方法，其中将所述比较结果与容差值进行比较。
10.如上一权利要求所述的方法，其中将所述比较结果与可预先确定的值域进行比较以便确定测量条件的变化量。
11.如上一权利要求所述的方法，其中在所述比较结果未超出或超出预先确定的极限值时，输出一个信号，尤其促使对测量条件或确定的电容进行修正。
12.如上一权利要求所述的方法，其中所述测量值(tm1，tm2)的差值被用于确定作为测量条件的、由湿度决定的电容变化。
13.如上一权利要求所述的方法，其中所述测量值(tm1，tm2)的差值表明了电容充电路径的内阻变化。
14.如上一权利要求所述的方法，其中在使用被连接在工作电压(UB)上的积分装置(I)的情况下，测量用第一端子(A1)与参考电势(10)相连接的所述电容(CM)，其中用位于待测电容(CM)上的电荷对积分电容器(CI)充电并紧接着再对其放电，并且在此出现的再充电频率(f)是所述待测电容(CM)的一个度量，其中实现对积分电容器(CI)分别到一预先给定的参考阈值的充电和放电，并且在充电或放电过程开始时，通过所述电容的耦合，向作为所述另一个电容器的积分电容器(CI)传输尤其是分别具有相同幅度的负的或正的电荷脉冲。
15.用于执行如权利要求1-14之一所述的方法的电路装置，具有-作为用于确定测量值的电容(CM)的测量电容(CM)，-用于对所述电容(CM)充电或放电的充电和放电装置(LE，S)，-用于确定测量值(tm1，tm2)的测量值确定装置(S)，以及-用于分析所述测量值(tm1)的分析装置(S)，其特征在于-所述充电和放电电路装置(LE，S)被构成用于用至少两个不同的充电时间(tk1，tk2)对所述电容(CM)充电或放电，-所述测量值确定装置(S)被构成用于确定至少两个相应的测量值(tm1，tm2)，以及-所述分析装置(S)被构成用于比较用不同的充电时间(tk1，tk2)产生和确定的测量值(tm1，tm2)，以及用于确定所述电容(CM)的测量条件的变化。
16.如权利要求15所述的电路装置，其中作为再充电装置(S1-S6)的充电和放电电路装置(LE，S)被构成用于经充电或放电时间(tk1，tk2)在所述电容(CM)和另一个电容(CI)之间进行再充电。
17.如权利要求15或16所述的电路装置，其中所述充电和放电电路装置(S1-S6)具有积分电路(I)，所述电容(CM)的电荷被再充电到该积分电路或从该积分电路被再充电。
18.如权利要求15-17之一所述的电路装置，具有以下部分-具有位于参考电势(10)上的第一端子(A1)和第二端子(A2)的所述待测电容(CM)，-具有作为另一个电容器(CI)的积分电容器的积分装置(I)，-第一个电路装置，以便连接所述待测电容(CM)的第二个端子(A2)和所述积分装置(I)，-用于确定所述积分装置(I)的积分方向的装置(S4，S5，K，S)，-用于所述待测电容(CM)和积分电容器(CI)的充电/放电装置(LE，S1，S3，S6)，以及-控制装置(S)，其这样控制第一个电路装置(S2)、用于确定积分方向的装置(S4，S5)以及充电/放电装置(S1，S3，S6)，使得分别实现积分电容器直到一预先给定的参考阈值的充电和放电，以及在充电或放电过程开始时，通过所述电容(CM)的耦合，向所述积分电容器传输尤其是分别具有相同幅度的负的或正的电荷脉冲。
全文摘要
本发明涉及一种用于分析测量装置的测量电容(CM)的方法，其具有以下步骤经第一充电时间(tk1，tk2)对所述电容(CM)充电，以及确定所述电容的电荷以作为第一个测量值(tm1)。为确定改变所述电容的基本状态的测量条件、例如相对于测量单元的干燥环境的潮湿环境，本发明具有下列附加的步骤经不同于所述第一充电时间的第二充电时间(tk2)对所述电容(CM)充电，确定所述电容(CM)的电荷以作为第二个测量值(tm2)，以及将所述第一和第二测量值(tk1，tk2)进行相互比较以确定比较结果(Δtm)。
文档编号G01R27/26GK1576861SQ20041004211
公开日2005年2月9日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年7月22日
发明者M·梅勒特, J·费希特, H·奥贝特 申请人:维加·格里沙伯股份公司