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JP2930340B2 - Coating sensitive material condition monitoring system - Google Patents
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JP2930340B2 - Coating sensitive material condition monitoring system - Google Patents

Coating sensitive material condition monitoring system

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JP2930340B2
JP2930340B2 JP1510850A JP51085089A JP2930340B2 JP 2930340 B2 JP2930340 B2 JP 2930340B2 JP 1510850 A JP1510850 A JP 1510850A JP 51085089 A JP51085089 A JP 51085089A JP 2930340 B2 JP2930340 B2 JP 2930340B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本願は1986年3月13日出願の米国出願第839794号(既
放棄)の継続出願である1987年10月23日出願の米国出願
第113358号の一部継続出願である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This application is a continuation-in-part of US application Ser. is there.

発明の背景 発明の分野 本発明は物質の条件を監視するシステムに関する。特
に、本発明は複数の物質条件に応答する条件監視システ
ムに関する。さらに、本発明は条件感応装置上にコーテ
ィングを残すことができる物質の監視に用いることがで
きる条件監視システムに関する。さらにまた、本発明は
条件感応装置がコーティングされる程度に関する出力を
提供する条件監視システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a system for monitoring a condition of a substance. In particular, the present invention relates to a condition monitoring system responsive to a plurality of material conditions. Further, the invention relates to a condition monitoring system that can be used to monitor substances that can leave a coating on a condition sensitive device. Still further, the present invention relates to a condition monitoring system that provides an output regarding the degree to which the condition sensitive device is coated.

従来技術の説明 監視位置に物質があるか否かのような物質条件に感応
するシステムは多く知られている。このようなシステム
はハイレベル警報を含むレベルスイッチのようなレベル
制御としてよく用いられる。ハイレベル警報のよく知ら
れた監視技術の1つは容器内の測定電極を含む物質感応
センサの位置決め及び基準電圧たとえば接地された容器
壁に対する電極の電気的性質の監視も含む。このような
監視は通常電極間のアドミッタンスの導電性及び/また
は感受性の部分についてであり、また、無線周波数ブリ
ッジ回路もしくは他のアドミッタンス感応回路において
行うことができる。このような監視は、物質レベルが増
大して測定電極を覆ったときに、空容器の値に対して電
極間のアドミッタンスの増大を検出することを原理とす
る。
2. Description of the Prior Art Many systems are known that are sensitive to material conditions, such as whether or not there is a material at a monitoring location. Such systems are often used as level controls such as level switches that include high level alarms. One of the well-known monitoring techniques for high level alarms also involves the positioning of a material sensitive sensor including a measurement electrode in the container and monitoring the electrical properties of the electrode relative to a reference voltage, such as a grounded container wall. Such monitoring is usually for the conductive and / or sensitive part of the admittance between the electrodes and can be performed in radio frequency bridge circuits or other admittance sensitive circuits. Such monitoring is based on the principle that, when the substance level increases and covers the measuring electrode, an increase in the admittance between the electrodes with respect to the value of the empty container is detected.

しかしながら、このようなアドミッタンス感応システ
ムは、物質のコーティングによってセンサに現われるア
ドミッタンスがセンサが完全に覆われたときに現われる
アドミッタンスと実質的に同一な値であることから、ハ
イレベルの誤指示を発生し易いということが長らく認識
されていた。この効果を小さくするために、容量をもた
せてセンサのコーティングを実質的に無視するシステム
が案出されている。このようなシステムは米国特許第37
06980号に開示され、測定電極と基準電極との間に“カ
ード”(あるいは“シールド”)電極を設け、このガー
ドは実質的に測定電極の電位で駆動され、センサに沿う
洩れ表面電流を減少させる。しかしながら、このような
システムでもなお誤ハイレベル指示がある。すなわち、
コーティング厚さが十分増大すると、ガードはその条件
を真のハイレベル条件から識別できる程度には十分でな
いからである。これはアドミッタンス応動システムの本
質的な属性である。
However, such admittance sensitive systems generate high levels of false indications because the admittance that appears on the sensor due to the coating of the substance is substantially the same as the admittance that appears when the sensor is completely covered. It has long been recognized that it is easy. To reduce this effect, systems have been devised that have a capacitance and substantially ignore the coating of the sensor. Such a system is described in U.S. Pat.
No. 06980 discloses a "card" (or "shield") electrode between the measuring and reference electrodes, this guard being driven substantially by the potential of the measuring electrode, reducing the leakage surface current along the sensor. Let it. However, such systems still have false high level indications. That is,
When the coating thickness is increased sufficiently, the guard is not enough to distinguish the condition from a true high level condition. This is an essential attribute of the admittance response system.

他の多くのシステムは2状態システムである。つま
り、これらの出力はハイもしくはローレベル、閉開リレ
ーコンタクト、ランプがオン、オフ、あるいはセンサ近
傍の物質の有無、すなわち、ハイ物質レベルもしくはロ
ー物質レベル条件に対応して示す類似の2レベル出力で
ある。実際に、第3の条件の範囲であるコーティングさ
れたセンサは2つの利用できる出力状態の1つに設計も
しくは適当に割当てる。代表的には、十分に大きな厚
さ、コンダクタンスもしくはサセスプタンスは、充満容
器としての同一出力状態を示す。このシステムはある程
度のコーティング量を無視できるように設計できるが、
常にあるコーティング条件では誤動作する。
Many other systems are two-state systems. That is, these outputs are high or low level, closed / open relay contact, lamp on, off, or the presence or absence of material near the sensor, ie, a similar two-level output corresponding to the high or low material level condition. It is. In practice, coated sensors that fall in the third condition range are designed or appropriately assigned to one of two available output states. Typically, a sufficiently large thickness, conductance or susceptance indicates the same output condition as a full container. Although this system can be designed to ignore some amount of coating,
It always malfunctions under certain coating conditions.

上述の従来のシステムはある応用において、特に、コ
ーティングが堆積でき、つまり、時間の経過と共に成長
できる場合には、決定的な欠点を示すことができる。し
かしながら、未知の時間に偶然にも、このシステムはコ
ーティング厚さが許容値を超えたときに誤ハイレベル出
力を与える。この応用は飛行機のトイレ汚物保持タンク
の監視である。飛行機においては、汚物監視システムの
出力はトイレドアをロックしてもはや使用させないため
に用いる。誤ハイアラームは不必要に乗客が長い飛行で
の不快を招く。他の応用は、不便、高費用、もしくはコ
ーティングによる誤ローレベル信号による危険がある。
The conventional systems described above can exhibit decisive drawbacks in certain applications, especially if the coating can be deposited, ie, grown over time. However, by chance at an unknown time, the system gives a false high level output when the coating thickness exceeds an acceptable value. This application is the monitoring of aircraft litter holding tanks. In airplanes, the output of the waste monitoring system is used to lock the toilet door so that it is no longer in use. False high alarms unnecessarily cause passenger discomfort on long flights. Other applications are inconvenient, expensive, or risk from false low level signals due to coating.

条件監視システムが容器の内部の部材上特にセンサ上
におけるコーティングの程度を決定することが、コーテ
ィングの存在において望しくなされるレベルもしくは測
定に干渉する前にコーティングを清浄するために、特に
望まれる。しかしながら、従来の2値出力アドミッタン
ス応答システムはそれができない。これは、センサに現
われるアドミッタンスはセンサ近傍の物質の条件と共に
物質の電気的性質の関数だからである。物質の電気的性
質は、応用間において、または一応用においても時間経
過と共に、あるいは容器内の各場所において、非常に広
く、また、未知の方法で変化するので、コーティングさ
れたセンサと真のハイレベルセンサ条件とを明瞭に識別
できるアドミッタンス応動システムを案出することは原
則的に不可能である。ここで用いられているアドミッタ
ンス応動システムは監視物質がセンサ電極に対して現わ
れたアドミッタンスに応動するものの1つである。
It is particularly desirable that the condition monitoring system determine the extent of the coating on the internal components of the container, especially on the sensor, in order to clean the coating before interfering with the desired level or measurement in the presence of the coating. However, conventional binary output admittance response systems cannot. This is because the admittance appearing on the sensor is a function of the electrical properties of the material as well as the conditions of the material near the sensor. Since the electrical properties of a material vary very widely and in unknown ways between applications or over time in one application, or at various locations within a container, coated sensors and true high It is in principle impossible to devise an admittance response system that can clearly distinguish between level sensor conditions. The admittance response system used here is one in which the monitored substance responds to the admittance that appears to the sensor electrode.

複数の離散的な条件点における物質の状態(例えば、
物質のレベル、近接、等)を監視する装置は既に知られ
ている。これらの装置は一般に2つのカテゴリに分けら
れる。
The state of matter at multiple discrete condition points (eg,
Devices for monitoring substance levels, proximity, etc.) are already known. These devices generally fall into two categories.

第1のカテゴリの装置は、一般に高さのような研究さ
れるべき物質条件に関係する測定可能な可変キャパシタ
ンスやアドミッタンスの如きものを、測定変数に関係し
たアナログ値に変換することにより動作する。しかる
後、アナログ値は複数の離散的な信号と比較されるか、
又は複数の離散値と比較されるデジタル信号に変換され
る。発明者に周知の第1のカテゴリの多重点監視装置に
おいて、高周波アドミッタンス測定は複数の電流検知設
定点リレーに送られるアナログ信号に変換される。この
装置の大きな問題は、増幅や変換や比較のような測定変
数上の動作の各段階が、誤った効果を導く電位を有する
ことである。組み合わさると、十分にこれらの効果は比
較段階にて誤った出力を発生する。誤った効果の発生を
防止するためには、比較的高価で高品質でかつ非常に公
差の厳しい回路要素を使用する必要がある。
Devices of the first category operate by converting something like a measurable variable capacitance or admittance generally related to the material condition to be studied, such as height, into an analog value related to the measured variable. Thereafter, the analog value is compared to several discrete signals,
Alternatively, it is converted into a digital signal that is compared with a plurality of discrete values. In a first category of multipoint monitoring devices known to the inventor, high frequency admittance measurements are converted to analog signals sent to a plurality of current sensing set point relays. A major problem with this device is that each stage of operation on a measured variable, such as amplification, conversion or comparison, has a potential that leads to a false effect. Combined, these effects produce erroneous outputs in the comparison phase. In order to prevent false effects from occurring, it is necessary to use relatively expensive, high quality and very tight tolerance circuit elements.

第2の形式の装置はブリッジを取り入れる。このブリ
ッジは研究されるべき物質条件に対応する測定変数と基
準変数を比較する。ブリッジの出力はその後に有用な信
号を提供するように処理される。この装置の第1の装置
を上まわる利点は、処理回路からの誤った効果の導入が
制限されることであり、これはブリッジ比較でのクリテ
ィカルな段階が増幅及び引き続く信号処理段階以前に発
生するからである。ブリッジを含む周知の多重設定点監
視装置は一般に信号点にて平衡し、その他の点では不平
衡となり動作する。平衡点は有用な設定点であり又そう
でないこともある。
A second type of device incorporates a bridge. This bridge compares measured and reference variables corresponding to the material conditions to be studied. The output of the bridge is then processed to provide a useful signal. An advantage of this arrangement over the first one is that the introduction of false effects from the processing circuit is limited, which occurs when the critical stage in the bridge comparison occurs before the amplification and subsequent signal processing stages. Because. Known multiple set point monitors, including bridges, generally operate at signal points balanced and otherwise unbalanced. The equilibrium point may or may not be a useful set point.

上記の両方のカテゴリの全ての周知な多重設定点装置
における問題として、電位的な干渉信号が、物質が測定
されるところか又は結果的に測定された信号が処理され
るところに存在することである。装置を誤って読み取る
ことを防止するために、測定信号をこれらの干渉信号か
らガードすることが必要である。単一の値での信号をガ
ードするよりも広範囲の値をとる信号をガードすること
は著しく困難である。この特別な相違は重要であり、よ
り高価で干渉信号が存在するアナログ監視装置を止めて
比較的低価格の単一点監視装置を可能にしている。この
ような信号は、例えば、高周波アドミッタンス型物質レ
ベル装置において検出素子上の物質の残余コーティング
により発生される。
A problem with all known multiple set point devices of both categories above is that the potential interference signal is present where the substance is measured or where the resulting measured signal is processed. is there. It is necessary to guard the measurement signal from these interfering signals in order to prevent accidental reading of the device. It is significantly more difficult to guard a signal over a wide range of values than to guard a signal at a single value. This particular difference is significant, in that a more expensive and interfering signal present analog monitor is turned off, allowing a relatively low cost single point monitor. Such a signal is generated, for example, in a high frequency admittance type substance level device by residual coating of the substance on the detection element.

単一の設定点ブリッジ装置は適切には検査される点の
付近で平衡される。単一の設定点ガード装置では、ブリ
ッジの基準電位は一般的にはブリッジが平衡していると
きに検知素子電圧と同じ電圧の低インピーダンス源をも
たらす。このことは検知素子をシールドしているガード
電極に対して、ガード電圧を提供するために効果的に使
用されるべき基準電位を許容している。不具合なこと
に、ブリッジが平衡していないと、検知電極における電
圧は基準電位から離れる。このことは、基準電位に結合
しているガード電極への効果が減少する。
A single set point bridge device is suitably balanced near the point to be examined. In a single setpoint guard device, the reference potential of the bridge will typically provide a low impedance source of the same voltage as the sensing element voltage when the bridge is in equilibrium. This allows the guard electrode shielding the sensing element a reference potential to be used effectively to provide a guard voltage. Unfortunately, if the bridge is not balanced, the voltage at the sensing electrode will deviate from the reference potential. This reduces the effect on the guard electrode that is coupled to the reference potential.

他のいくつかの単一設定点の物質条件監視装置は知ら
れており、それらは較正のための複数の一連の基準信号
の発生を可能にしている。例えば、スターンの米国特許
第4,485,673号には単一設定点2線レベル測定装置が開
示されており、これは各々が容量性のバランスブリッジ
を含む一対のアドミッタンス感度センサを利用してい
る。一対の設定点較正装置では多種多様の容量が使用さ
れている。容量は設定点較正のために提供される2つの
ブリッジネットワークの各々に選択的に結合されてい
る。装置はその後に固定基準容量とともに動作する。米
国特許第4,555,941号では、容量が自動的にLCと共振回
路との間で切り換わる自動較正回路を有する物質レベル
検出装置を開示している。これらの両方の装置は現状の
形態では多重設定点動作には適さない。各々は監視動作
中にて基準設定点を変化させる手段を有しない。又、各
々は監視動作中において基準設定点での変化に適合する
フィードバックループが無い。
Several other single set point material condition monitoring devices are known, which allow for the generation of multiple series of reference signals for calibration. For example, U.S. Pat. No. 4,485,673 to Stern discloses a single set point two-line level measurement device that utilizes a pair of admittance sensitivity sensors each including a capacitive balance bridge. A wide variety of capacities are used in a pair of set point calibration devices. Capacitance is selectively coupled to each of the two bridge networks provided for set point calibration. The device then operates with a fixed reference volume. U.S. Pat. No. 4,555,941 discloses a substance level detection device having an automatic calibration circuit in which the capacitance switches automatically between the LC and the resonance circuit. Both of these devices are not suitable for multiple set point operation in their current form. Each has no means to change the reference set point during the monitoring operation. Also, each does not have a feedback loop that adapts to changes at the reference set point during the monitoring operation.

マチソンの米国特許第4,063,447号には、ブリッジネ
ットワークを有する監視装置を開示しており、このブリ
ッジネットワークでは基準電流源が装置のドリフトを補
償するために自動的に調整される。これは又、所定の形
態での多重設定点動作に適さない。
U.S. Pat. No. 4,063,447 to Mathison discloses a monitoring device having a bridge network in which a reference current source is automatically adjusted to compensate for device drift. This is also not suitable for multiple set point operation in certain configurations.

米国特許第4,383,444号には、第1のカテゴリの容量
レベル検出装置を開示しており、これでは測定容量が処
理されかつ基準容量と比較される。マイクロプロセッサ
が自動較正の装置の一部として提供される。この装置が
多重設定点動作にとって有用なのかその動作が可能なの
かについて示唆又は教示がない。第1のカテゴリ型装置
では、測定及び信号処理中にて誤った効果を容認してし
まう。
U.S. Pat. No. 4,383,444 discloses a first category of capacitance level sensing device in which a measured volume is processed and compared to a reference volume. A microprocessor is provided as part of the automatic calibration device. There is no suggestion or teaching as to whether the device is useful or capable of multiple set point operation. The first categorical device accepts erroneous effects during measurement and signal processing.

最後に、調整可能な差動設定点監視装置が知られてい
る。この装置は一般に水溜その他を監視するためのもの
である。ブリッジは、アドミッタンスに依存する変数及
び物質を展開する物質条件応答センサとともに提供され
る。一次容量は基準アドミッタンスをもたらす。ブリッ
ジ出力がセンサからのアドミッタンスに関連した低い物
質の結果として切り換わるときに、水溜の中の物質が第
1のレベル以下に落ちるときに発生し、第2の容量は第
1の容量に結合して基準アドミッタンスを上昇させる。
ブリッジ出力は物質が第1を越えて第2のレベルに上昇
するまで切り換わらない。このような装置の単一出力信
号は、2つの基準容量のいずれに関しても特定の設定点
に対して不定である。
Finally, adjustable differential set point monitors are known. This device is generally for monitoring pools and the like. The bridge is provided with a material condition responsive sensor that deploys admittance dependent variables and materials. Primary capacity provides a reference admittance. Occurs when the material in the basin falls below a first level when the bridge output switches as a result of lower material associated with admittance from the sensor, and the second capacitance couples to the first capacitance. To increase the reference admittance.
The bridge output does not switch until the material rises above the first to the second level. The single output signal of such a device is indeterminate for a particular set point with respect to either of the two reference capacitances.

〔発明の目的および概要〕[Object and Summary of the Invention]

本発明の全体的な目的は、自動的に、多重設定点動作
が行える物質状態監視システムを提供することにある。
It is a general object of the present invention to provide a material condition monitoring system that can automatically perform multiple set point operations.

本発明の更に特定の目的は、監視装置の上にコーティ
ングの蓄積があっても、監視条件に信頼性良く反応する
ことができる状態監視システムを提供することにある。
It is a more specific object of the present invention to provide a condition monitoring system that can reliably respond to monitoring conditions even if there is an accumulation of coating on the monitoring device.

本発明の他の目的は、監視される物質の電気的な特
性、そして特に、広い範囲の物質の電気特性と、実質的
に無関係に反応することができる、そのような状態監視
システムを提供することにある。
It is another object of the present invention to provide such a condition monitoring system that can react substantially independently of the electrical properties of the monitored substance, and in particular, the electrical properties of a wide range of substances. It is in.

本発明の他の目的は、コーティングの厚さに関係する
情報を含む出力を与えるような状態監視システムを提供
することにある。
It is another object of the present invention to provide a condition monitoring system that provides an output that includes information relating to the thickness of the coating.

本発明の他の目的は、コーティング厚情報と、他の監
視条件に関係する情報が、別々に、または1つの通信チ
ャネルの中に一緒になって出力されるような状態監視シ
ステムを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a condition monitoring system in which coating thickness information and information relating to other monitoring conditions are output separately or together in one communication channel. It is in.

本発明の他の目的は、監視条件各個の正確さが、その
他全ての監視条件によって影響を受けないような状態監
視システムを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a condition monitoring system in which the accuracy of each monitoring condition is not affected by all other monitoring conditions.

本発明の他の目的は、カバーされたセンサに対応する
条件を自動的に作り出すことによって、自動的にテスト
されるような状態監視システムを提供することにある。
It is another object of the present invention to provide a condition monitoring system that is automatically tested by automatically creating conditions corresponding to covered sensors.

前述のような目的に応じて、本発明のシステムは、物
質反応センサ、センサ出力を基準値と比較するためのブ
リッジ手段またはブリッジのような手段、センサと予め
定められたブリッジ条件において状態を変更するブリッ
ジに応答する2レベル出力を発生する基準に結合された
検出手段、および、予め定められたブリッジ条件が発生
するときに、物質条件を変更するために、自動的および
反復的にブリッジ手段のパラメータを変更する手段とを
含む。検出器に結合された出力手段は、通常、しかしな
がら常にではなく、他のシステムと本発明のシステムと
のインタフェースをとるために要求される、または望ま
れる特性を備えた出力信号を与えるように要求される。
In response to the aforementioned objectives, the system of the present invention may be a substance response sensor, a bridge means or a bridge-like means for comparing the sensor output with a reference value, changing the state with the sensor and a predetermined bridge condition. Detecting means coupled to a reference that produces a two-level output responsive to the bridging, and automatically and repetitively of the bridging means to change the material conditions when predetermined bridging conditions occur. Means for changing a parameter. The output means coupled to the detector is usually, but not always, required to provide an output signal with the characteristics required or desired to interface the other system with the system of the present invention. Is done.

望ましい実施例では、ブリッジ手段は高周波アドミッ
タンスブリッジである。本発明の望ましい実施例では、
ブリッジパラメータを変更する手段は、制御された可変
アドミッタンスであり、予め定められた連続するアドミ
ッタンスで、1個のアドミッタンスは物質条件の興味あ
る設定点の各個に対応するようなものを仮定するように
制御されている。
In a preferred embodiment, the bridge means is a high frequency admittance bridge. In a preferred embodiment of the present invention,
The means for changing the bridge parameters is controlled variable admittance, such that a predetermined continuous admittance is assumed, one admittance corresponding to each one of the interesting set points of the material condition. Is controlled.

本発明の更に別の目的は、監視されている設定点の数
に関係ない同一の1個の値において興味ある合成信号を
出力するような状態監視システムを提供することにあ
る。
It is yet another object of the present invention to provide a condition monitoring system that outputs a composite signal of interest at the same single value regardless of the number of set points being monitored.

本発明の更に別の目的は、物質監視センサに対して効
果的なガード電圧レベルを自動的に与えるような多点設
定点システムを提供することにある。
It is yet another object of the present invention to provide a multi-point set point system that automatically provides an effective guard voltage level for a substance monitoring sensor.

本発明の更に別の目的は、監視動作中に複数の点の各
個において平衡状態となるブリッジを使用するような状
態監視システムを提供することにある。
It is yet another object of the present invention to provide a condition monitoring system that uses a bridge that is in equilibrium at each of a plurality of points during a monitoring operation.

本発明の更に別の目的は、多重設定点のいずれか1個
またはそれ以上において、システムに対して不安定にな
ることがない状態監視システムを提供することにある。
It is yet another object of the present invention to provide a condition monitoring system that does not become unstable to the system at any one or more of the multiple set points.

上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれ
ば、物質監視システムであって、流体物質を含む容器内
にセンサが配置されると、容器内の物質のレベルに応
じ、かつセンサ上の物質の被膜の厚さに応じるセンサ信
号を生成するセンサと、物質レベルセットポイントを表
す基準信号値とセンサ被膜厚さセットポイントを表す基
準信号とを含む複数の基準信号値の中で変化する値を有
する基準信号を生成する基準発生器と、センサ及び基準
発生器に接続されており、センサ信号と基準信号を比較
して応答出力信号を生成する出力信号生成回路と、を具
備し、出力信号は、物質レベルセットポイントに対して
ハイ物質レベルを表す第1の状態と、物質レベルセット
ポイントに対してロー物質レベルを表す第2の状態と、
センサ上の物質の被膜の厚さがセンサ被膜厚さセットポ
イントを越えたことを表す第3の状態とを含む、少なく
とも3つの異なる状態を有する、物質監視システムが提
供される。
To achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a substance monitoring system, wherein when a sensor is disposed in a container containing a fluid substance, the sensor according to the level of the substance in the container and the sensor A sensor that generates a sensor signal corresponding to the thickness of the coating of the material above, and changes among a plurality of reference signal values including a reference signal value representing a substance level set point and a reference signal representing a sensor film thickness set point. A reference signal generator that generates a reference signal having a value that is connected to the sensor and the reference signal generator, and an output signal generation circuit that compares the sensor signal with the reference signal to generate a response output signal; The output signal includes a first state representing a high substance level for the substance level set point, a second state representing a low substance level for the substance level set point,
A substance monitoring system is provided having at least three different states, including a third state indicating that the thickness of the coating of the substance on the sensor has exceeded the sensor film thickness set point.

センサはほぼ平面状の物質感知面を含む。 The sensor includes a substantially planar material sensing surface.

センサはアドミッタンス・センサである。 The sensor is an admittance sensor.

出力信号生成回路はブリッジを含む。 The output signal generation circuit includes a bridge.

出力信号生成回路は、駆動されると基準信号値を変化
させるスイッチを含む。
The output signal generation circuit includes a switch that changes a reference signal value when driven.

基準発生器は、駆動されると基準信号値を変化させる
スイッチを含む。
The reference generator includes a switch that changes a reference signal value when activated.

スイッチに接続されたスイッチコントローラを更に備
え、スイッチコントローラは自動的且つ繰り返しスイッ
チを駆動するものである。
The switch further includes a switch controller connected to the switch, wherein the switch controller automatically and repeatedly drives the switch.

本発明の他の態様により、容器内の流体物質の監視方
法であって、容器内にセンサを配置し、センサを駆動し
て、容器内の流体物質のレベルに応じ、かつセンサ上の
流体物質の被膜の厚さに応じるセンサ信号を生成し、物
質レベルセットポイントを表すレベル基準信号とセンサ
被膜厚さセットポイントを表す被膜厚さ基準信号とを生
成し、センサ信号と基準信号を比較し、そして比較ステ
ップの結果に従う少なくとも3つの異なる状態から選択
された1つを含む出力信号を生成し、状態の2つは物質
レベルセットポイントに対する物質のレベルを表してお
り、状態の1つはセンサ被膜厚さセットポイントに対す
るセンサ上の物質の被膜の厚さを表している、容器内の
流体物質の監視方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of monitoring a fluid material in a container, comprising: arranging a sensor in the container, driving the sensor, depending on the level of the fluid material in the container, and on the sensor. Generate a sensor signal according to the thickness of the film of, generate a level reference signal representing the substance level set point and a film thickness reference signal representing the sensor film thickness set point, compare the sensor signal and the reference signal, And generating an output signal comprising at least one selected from at least three different states according to the result of the comparing step, two of the states representing the level of the substance relative to the substance level set point, and one of the states representing the sensor coating. A method is provided for monitoring a fluid substance in a container, the method representing the thickness of the coating of the substance on the sensor relative to the thickness set point.

センサを配置するステップは、容器内に、ほぼ平面状
の表面を持つセンサを配置し、それによりほぼ平面状の
表面が容器の内側表面と実質的に同じになるようにする
ことを含む。
The step of disposing the sensor includes disposing a sensor having a substantially planar surface in the container, such that the substantially planar surface is substantially the same as the inner surface of the container.

センサを駆動するステップはセンサに無線周波信号を
印加することを含む。
Driving the sensor includes applying a radio frequency signal to the sensor.

センサを配置するステップは容器内にアドミッタンス
センサを配置することを含む。
Placing the sensor includes placing an admittance sensor in the container.

基準信号を生成するステップは、比較ステップで比較
のための基準信号の1つを選択するスイッチを駆動する
ことを含む。
Generating the reference signal includes driving a switch that selects one of the reference signals for comparison in the comparing step.

基準信号を生成するステップはスイッチを自動的且つ
繰り返し駆動することを含む。
Generating the reference signal includes automatically and repeatedly driving the switch.

比較ステップはセンサ信号を基準信号と比較するブリ
ッジを提供することを含む。
The comparing step includes providing a bridge that compares the sensor signal with the reference signal.

本発明のさらに他の態様により、容器内に配置された
センセとセンサに接続されて容器内の物質のレベルを表
すレベル出力信号を提供するインストルメントとを含む
インストルメントシステムを用いる、容器内の流体物質
のレベル監視プロセスにおいて、センサは物質により被
膜されるようにされ、センサ上の物質の被膜はインスト
ルメントの能力に影響を与えて、物質のレベルを正確に
表すレベル出力信号を生成し、インストルメントシステ
ムの動作方法は、インストルメント内でセンサ上の物質
の被膜を検出し、センサ上の物質の被膜を示す被膜出力
信号を生成し、被膜を示す出力信号はレベル出力信号と
は異なり区別できるものであるようにする、インストル
メントシステムの動作方法が提供される。
In accordance with yet another aspect of the present invention, an instrument system includes an instrument system that includes a sensor disposed in the container and an instrument connected to the sensor to provide a level output signal indicative of the level of the substance in the container. In the fluid substance level monitoring process, the sensor is made to be coated with the substance, and the coating of the substance on the sensor affects the ability of the instrument to produce a level output signal that accurately represents the level of the substance, The method of operation of the instrument system is to detect the coating of the substance on the sensor in the instrument and to generate a coating output signal indicating the coating of the substance on the sensor, and the output signal indicating the coating is different from the level output signal. There is provided a method of operating an instrument system that enables it to do so.

被膜を示す出力信号はセンサ上の被膜の厚さを表して
いる。
The output signal indicative of the coating is indicative of the thickness of the coating on the sensor.

被膜を示す出力信号はセンサ上の被膜の厚さが被膜厚
さセットポインントを越えているかを示している。
The output signal indicating the coating indicates whether the thickness of the coating on the sensor exceeds the coating thickness set point.

インストルメントは少なくとも3つの所定の状態の1
つを持つ出力信号を生成し、被膜を表す出力信号を生成
するステップは所定の状態の1つを持つ出力信号を生成
することを含む。
The instrument is in one of at least three predetermined states.
Generating an output signal having one of the predetermined states and generating an output signal representative of the coating includes generating an output signal having one of the predetermined states.

これらの形態および本発明の他の形態は、添付図面お
よび以下に記述する本発明の好適な実施例の詳細な記載
から明らかであろう。
These and other aspects of the invention will be apparent from the accompanying drawings and the following detailed description of the preferred embodiments of the invention.

図面の簡単な説明 第1図は、本発明の主要な動作構成要素の図式的なブ
ロック図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram of the main operating components of the present invention.

第2図は、本発明が使用され得る環境の図式的な描写
である。
FIG. 2 is a schematic depiction of an environment in which the present invention can be used.

第2a図は、モニタされるべき物質を含む容器の内側か
ら見た本発明に有用な好適な物質応答センサを示してい
る。
FIG. 2a shows a suitable substance response sensor useful in the present invention viewed from the inside of the container containing the substance to be monitored.

第2b図は、コーティングの電気的効果を含む、第2a図
のセンサの断面を概略的に示している。
FIG. 2b schematically shows a cross section of the sensor of FIG. 2a, including the electrical effects of the coating.

第3図は、本発明の第1の実施例のサブシステムを同
定するより詳細なブロック図である。
FIG. 3 is a more detailed block diagram for identifying the subsystem of the first embodiment of the present invention.

第4図は、第4a〜4e図の相対的な位置を示す合成図で
あって、第3図の回路の概略である。
FIG. 4 is a composite diagram showing the relative positions of FIGS. 4a-4e and is a schematic of the circuit of FIG.

第4a図は、第1の実施例の発振器と接続されているブ
リッジ網の概略図である。
FIG. 4a is a schematic diagram of a bridge network connected to the oscillator of the first embodiment.

第4b図は、第1の実施例の基準アドミッタンス発生器
およびデコーダロジックを含む、ブリッジ回路の残りの
部分の概略である。
FIG. 4b is a schematic of the rest of the bridge circuit, including the reference admittance generator and decoder logic of the first embodiment.

第4c図は、第1の実施例の誤差増幅器およびデモジュ
レータの概略である。
FIG. 4c is a schematic of the error amplifier and demodulator of the first embodiment.

第4d図は、第1の実施例の出力増幅器および電源の概
略である。
FIG. 4d is a schematic of the output amplifier and power supply of the first embodiment.

第4e図は、第1の実施例のアドレス発生器、フィード
バックおよび出力回路の概略図である。
FIG. 4e is a schematic diagram of the address generator, feedback and output circuit of the first embodiment.

第5図は、第1の実施例の等価的ブリッジの図式的な
描写である。
FIG. 5 is a schematic depiction of an equivalent bridge of the first embodiment.

第6図は、第1の実施例の誤差増幅器によって与えら
れる可変ゲインを図式的に描写している。
FIG. 6 schematically depicts the variable gain provided by the error amplifier of the first embodiment.

第7図は、第1の実施例の種々のタイミングおよび制
御信号を図式的に描写している。
FIG. 7 schematically depicts various timing and control signals of the first embodiment.

第8a,8bおよび8c図は、本発明に有用な3つのブリッ
ジ回路を概略的に描写している。
Figures 8a, 8b and 8c schematically depict three bridge circuits useful in the present invention.

第9図は、本発明の第2の実施例のより詳細なブロッ
ク図である。
FIG. 9 is a more detailed block diagram of the second embodiment of the present invention.

第10図は、第10a〜10d図の相対的な位置を示す合成図
であって、第2の実施例の概略図である。
FIG. 10 is a composite diagram showing the relative positions of FIGS. 10a to 10d and is a schematic diagram of the second embodiment.

第10a図は、第2の実施例の電源および発振器の概略
図である。
FIG. 10a is a schematic diagram of a power supply and an oscillator of the second embodiment.

第10b図は、第2の実施例のブリッジの概略図であ
る。
FIG. 10b is a schematic diagram of the bridge of the second embodiment.

第10c図は、第2の実施例の誤差増幅器およびデモジ
ュレータの概略図である。
FIG. 10c is a schematic diagram of the error amplifier and the demodulator of the second embodiment.

第10d図は、第2の実施例の出力増幅器の概略図であ
る。
FIG. 10d is a schematic diagram of the output amplifier of the second embodiment.

第11図は、第2の実施例のシステム移行機能を例示す
るグラフである。
FIG. 11 is a graph illustrating the system transfer function of the second embodiment.

第12図は、本発明の或る実施例における物質状態に対
するセンサ出力を例示するグラフである。
FIG. 12 is a graph illustrating a sensor output with respect to a substance state according to an embodiment of the present invention.

第13図は、他の有用な出力信号を発生するために、本
発明の第1の実施例に有用な出力回路の概略図である。
FIG. 13 is a schematic diagram of an output circuit useful in the first embodiment of the present invention to generate another useful output signal.

発明の詳細な説明 第1図は、本発明による物質状態モニタシステム10の
基本構成要素を示すブロック図である。このシステム
は、基準信号発生回路14、および、モニタされる物質の
複数の状態に応答する1つの信号を発生する物質応答セ
ンサ12を含むブリッジ手段13を含む。ブリッジ手段13の
出力は、所定のブリッジ条件において状態を変化させる
2レベル出力17を発生する検出回路16に接続される。出
力回路23は、出力25を発生し、必要なときに、処理回路
出力17の情報を、モニタ10の外の複数の装置の信号要求
に対してインターフェイスするために設けられている。
コントローラ22は、ブリッジ手段13の1つのパラメータ
を自動的に且つ繰り返し変化させるために設けられてい
る。こうして、上記の所定のブリッジ条件に対応する複
数の物質状態、すなわち、そのブリッジ条件に対してシ
ステムが応答する状態は、自動的に且つ繰り返し変化さ
れる。本発明の1実施例においては、処理回路16にフィ
ードバックを印加するために、フィードバック回路20が
コントローラ22および出力回路23に接続される。提供さ
れるフィードバックは、ブリッジの複数のパラメータに
連動して変化する。特に、1つのブリッジパラメータが
特定の物質状態に対応して変化するとき、最初に印加さ
れるフィードバックは、そのブリッジパラメータが、そ
の物質状態に対応するように変化した最近時に印加され
たフィードバックに対応するように行われる。こうし
て、モニタ10は、関心のある他の複数の物質状態の発生
に関わらず、関心のある各物質状態に応答することがで
きる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIG. 1 is a block diagram showing basic components of a substance state monitoring system 10 according to the present invention. The system includes a reference signal generating circuit 14 and a bridging means 13 including a substance response sensor 12 that generates a single signal responsive to a plurality of states of the monitored substance. The output of the bridge means 13 is connected to a detection circuit 16 which generates a two-level output 17 which changes state under predetermined bridge conditions. The output circuit 23 is provided for generating an output 25 and, when necessary, interfacing information of the processing circuit output 17 to signal requests of a plurality of devices outside the monitor 10.
The controller 22 is provided for automatically and repeatedly changing one parameter of the bridge means 13. Thus, a plurality of material states corresponding to the above-mentioned predetermined bridging condition, that is, a state in which the system responds to the bridging condition, are automatically and repeatedly changed. In one embodiment of the present invention, a feedback circuit 20 is connected to a controller 22 and an output circuit 23 to apply feedback to the processing circuit 16. The feedback provided varies in response to a number of parameters of the bridge. In particular, when one bridge parameter changes in response to a particular material state, the feedback applied first corresponds to the most recently applied feedback in which the bridge parameter changed to correspond to that material state. Done to be done. In this way, the monitor 10 can respond to each material state of interest regardless of the occurrence of other material states of interest.

出力25は、1つのセンサ10によってモニタされる複数
の状態に関係する情報を含む。本発明のある実施例にお
いては、このような情報を全て含む1つの出力25が発生
される。他の実施例においては、出力信号25は、モニタ
される複数の状態、または、これらの組合せに関係す
る、分離された複数の出力を含んでもよい。
Output 25 includes information relating to a plurality of conditions monitored by one sensor 10. In one embodiment of the present invention, one output 25 containing all such information is generated. In other embodiments, output signal 25 may include separate outputs related to the states being monitored, or a combination thereof.

第2図は、本発明が使用され得る環境の1つを示すも
のである。図示しない、物質の流入口および流出口を有
する容器またはベッセル40が、物質42を容れる。流体の
物質が、それが接触する物の表面を覆い(coat)得る
(コーティングし得る)場合は、上記のモニタされるべ
き複数の物質状態は、容器が一杯かどうか、すなわち、
高レベル測定、および、上記の高レベル測定を妨害する
かも知れない程度にまでコーティングが成長したかどう
かという事であり得る。これらのモニタされるべき物質
状態としては、例えば、航空機の便所の排泄物保存タン
クのモニタにおけるものである。例えば、ボーイング74
7のような大きな航空機は、11個の便所に対して4つの
タンクを有している場合がある。タンクが一杯のときに
便所が使用されないようにするために、モニタシステム
10は、接続手段15によって、該モニタシステムの残りの
部分50に接続される。センサ12は、物質42に対して露出
されるように、容器40の壁に取付けられる。このシステ
ムは、物質42のレベルがセンサ12より上がって該センサ
12を覆うときに出力が得られるようにすることを意図し
ている。出力25は、例えば、ドアをロックする等、便所
がさらに使用されることを防ぐための手段として使用さ
れてもよい。1つの容器に対して、そのようなシステム
10が複数設けられてもよい。
FIG. 2 illustrates one environment in which the present invention may be used. A container or vessel 40, not shown, having an inlet and outlet for the substance, receives the substance. If the fluid substance can coat the surface of the object with which it comes into contact, the multiple substance states to be monitored are whether the container is full, ie,
It can be a high level measurement and whether the coating has grown to such an extent that it may interfere with the high level measurement described above. These material conditions to be monitored are, for example, those in the monitor of the waste storage tank in the toilet of an aircraft. For example, Boeing 74
Large aircraft such as 7 may have 4 tanks for 11 toilets. Monitor system to prevent the toilet from being used when the tank is full
10 is connected by connection means 15 to the remaining part 50 of the monitoring system. The sensor 12 is mounted on the wall of the container 40 so as to be exposed to the substance 42. In this system, the level of substance 42 rises above
It is intended to provide output when covering 12. The output 25 may be used as a means to prevent further use of the toilet, for example, to lock a door. Such a system for one container
A plurality of 10 may be provided.

従来のシステムは、1つの測定電極と容器の壁との間
の電気容量をモニタすることにより動作するものであっ
た。この容器は、典型的には、高周波接地であり、ステ
ンレス網からなる内側層とファイバーグラスからなる外
側層によって形成され得る。前述のように、従来システ
ムの実質的な問題点は、センサ12を含む容器40の内側表
面を覆う付着物(コーティング)の通常の蓄積に起因す
るものである。この物質は、実質的に電気伝導性(例え
ば、4000マイクロオーム/センチメートル)のものであ
り得、非常に薄いコーティング(付着)によっても電気
容量の測定環境を浸してしまい、誤った高レベル出力25
を発生するかもしれない。誤った高レベル出力が発生す
るようになる前に蓄積し得るコーティング(付着)の厚
さまたは伝導率の増加は、測定電極と容器の壁との問に
「ガード(guard)」または「シールド」電極を置くこ
とにより求めることができる。実質的に測定電極のポテ
ンシャルにおいて駆動されるときには、このようなシー
ルド電極は、実質的に表面リーク電流を減少させ得る。
しかしながら、そのようなガード電極を使用しても、結
局は、物質のコーティング(付着)の厚さは、物質のレ
ベルが高いことに起因する高レベル出力と区別し得ない
誤った高レベル信号を発生するまでの厚さに到達する。
本発明は、従来技術における、このような問題を解決す
ることを意図するものである。
Conventional systems operate by monitoring the capacitance between one measurement electrode and the vessel wall. The container is typically a high frequency ground, and may be formed by an inner layer of stainless steel mesh and an outer layer of fiberglass. As discussed above, a substantial problem with conventional systems is due to the normal accumulation of deposits (coatings) covering the interior surface of the container 40 containing the sensor 12. This material can be substantially electrically conductive (eg, 4000 micro ohms per centimeter), soaking even very thin coatings (adhesion) into the capacitance measurement environment, resulting in false high level output. twenty five
May occur. An increase in coating thickness or conductivity that can accumulate before erroneous high-level output can occur can result in a "guard" or "shield" between the measurement electrode and the vessel wall. It can be determined by placing an electrode. When driven at substantially the potential of the measurement electrode, such a shield electrode may substantially reduce surface leakage current.
However, even with the use of such guard electrodes, the thickness of the coating of material eventually leads to false high level signals that cannot be distinguished from high level output due to high levels of the material. Reach the thickness until it occurs.
The present invention is intended to solve such problems in the prior art.

第2a図および第2b図は、本発明における有用なセンサ
12を示すものである。第2a図は、容器40の内側から見た
ときの、すなわち、物質42に露出されるときのセンサの
高さを示すものである。センサ12は、測定電極32、およ
び、この測定電極32と容器の壁40との間に、これらの間
の全ての表面パス(paths)において挿入されるシール
ド電極36を含む。これらの電極は、電気的絶縁手段34お
よび38によって互いに他から絶縁される。図示されるよ
うに、それを基準に測定がなされる基準ポテンシャルが
容器40の壁によって与えられる場合の他に、容器の壁が
非電導性物質である場合または高周波接地でない場合に
は、このセンサの構成に対して付加的な電極が設けられ
得ることは、容易に理解されるであろう。図示されるよ
うに複数の電極および複数の絶縁体が円状の配置を有す
る場合の他に、他の配置も使用され得るであろう。更
に、センサが実質的に容器40の表面と面一であることが
望ましいが、構成要素が平坦でなく容器に対して突き出
るようなセンサもまた、使用可能である。
FIGS. 2a and 2b show sensors useful in the present invention.
12 is shown. FIG. 2a shows the height of the sensor when viewed from inside the container 40, ie when exposed to the substance. The sensor 12 includes a measurement electrode 32 and a shield electrode 36 inserted between the measurement electrode 32 and the vessel wall 40 in all surface paths therebetween. These electrodes are insulated from each other by electrical insulation means 34 and 38. As shown, in addition to the case where the reference potential from which the measurement is made is given by the wall of the container 40, if the container wall is a non-conductive material or not high-frequency ground, this sensor It will be readily understood that additional electrodes can be provided for the configuration of. Other than the case where the electrodes and insulators have a circular arrangement as shown, other arrangements could be used. Further, while it is desirable for the sensor to be substantially flush with the surface of the container 40, a sensor in which the components are not flat and protrude relative to the container may also be used.

第2b図は、第2a図のセンサ電極構成の部分断面を、該
センサとモニタシステム10の残りの部分との電気的接続
と共に示すものである。この図は、センサ、および、該
センサを覆うように付着した物質49の、電気的な特徴の
みを示すものであり、実際のセンサにおける、力学的ま
たは他の目的の構造的特徴を示すものではない。測定電
極32、シールド電極36およびアース電極40は、複数の導
体45,46、および、47によって、モニタシステム10の他
の部分の複数の端子52,53、および、54に接続される。
望ましくは、これらの導体は短く、インピーダンスを最
小にするものがよいが、もし、システムの部品の実質的
な分離が要求されるならば、図示のように同軸ケーブル
が使用されてもよい。第2b図においては、このセンサ
の、物質42が厚さtを有して付着49する断面を示す。以
下に、より詳細に説明される種類のブリッジ回路を用い
る場合には、上記のコーティング(付着)は、測定電極
とシールド電極との間の実効アドミッタンスY1、シール
ド電極とアース電極との間の実効アドミッタンスY2、そ
して、測定電極とアース電極との間の実効アドミッタン
スY3を与えるものとする。これらの実効アドミッタンス
の測定時における効果については、以下に、より詳細に
説明されるであろう。
FIG. 2b shows a partial cross section of the sensor electrode configuration of FIG. This figure shows only the electrical features of the sensor and the substance 49 deposited over the sensor, not the mechanical or other structural features of the actual sensor. Absent. The measurement electrode 32, the shield electrode 36, and the ground electrode 40 are connected by a plurality of conductors 45, 46, and 47 to a plurality of terminals 52, 53, and 54 in other portions of the monitor system 10.
Desirably, these conductors are short and minimize impedance, but if substantial separation of system components is required, a coaxial cable may be used as shown. FIG. 2b shows a cross section of this sensor where the substance 42 has a thickness t and adheres 49. If a bridge circuit of the type described in more detail below is used, the above-mentioned coating (adhesion) will result in an effective admittance Y 1 between the measurement electrode and the shield electrode, and between the shield electrode and the ground electrode. An effective admittance Y 2 and an effective admittance Y 3 between the measurement electrode and the ground electrode are given. The effect of measuring these effective admittances will be described in more detail below.

第8a図、第8b図、および、第8c図は、本発明において
使用され得る種々のブリッジ回路を示す。これらのブリ
ッジ回路は、1つまたはそれ以上の交流電圧源によって
付勢される。図示されるブリッジ回路は、第2a図および
第2b図に示される種類の3次元センサに接続されるべ
く、そして、検出されるべき物質状態において実質的に
ゼロである物質応答差動出力V0を発生すべく構成されて
いる。モニタされる物質は、第2b図に示されるように、
センサに対して実効アドミッタンスY1,Y2、およびY3
与える。
8a, 8b, and 8c show various bridge circuits that can be used in the present invention. These bridge circuits are powered by one or more AC voltage sources. The illustrated bridge circuit is intended to be connected to a three-dimensional sensor of the type shown in FIGS. 2a and 2b, and has a material response differential output V 0 that is substantially zero in the material state to be detected. Is configured to occur. The monitored substance is, as shown in FIG.
Provide effective admittances Y 1 , Y 2 , and Y 3 to the sensor.

第8a図のブリッジ回路は、それぞれ、電圧V1およびV2
を発生し、上記のブリッジの第1の側を形成する1対の
電圧発生源502および504を含む。上記のブリッジの第2
の側は、物質に応答するアドミッタンスY1,Y2、およびY
3に接続される、アドミッタンスYaを有するアドミッタ
ンス部品506を有する。このブリッジは、V1Ya=V2Y3
条件で平衡となる。アドミッタンスY1は電圧源に並列で
あるので測定には影響を与えない。ブリッジが平衡状態
にあるときは、アドミッタンスY2も測定には影響を与え
ない。
Bridge circuit of Figure 8a, respectively, voltages V 1 and V 2
And a pair of voltage sources 502 and 504 forming the first side of the bridge described above. Second of the above bridge
The admittances Y 1 , Y 2 , and Y that respond to the substance
It is connected to 3, having admittance components 506 having admittance Y a. The bridge is an equilibrium under the conditions of V 1 Y a = V 2 Y 3. Admittance Y 1 does not affect the measurement since it is parallel to the voltage source. When the bridge is in equilibrium, admittance Y 2 also does not affect the measurement.

第8b図のブリッジ回路は、通常は無視しようとする寄
生条件である実効アドミッタンスY1が測定に絶対必要な
部分であるという点で、第8a図の回路とは異なってい
る。このブリッジは、測定電極電圧VPがシールド電極電
圧と異なっている時にもバランスする、すなわち処理回
路への出力V0がゼロになる。このブリッジの第一の側に
は、電圧V1とV2を発生する交流源508と510が備わってい
る。そしてブリッジは更にアドミッタンスYbとYcを有す
るアドミッタンス要素512と514を含んでいる。このブリ
ッジの動作を更に説明する前に、第2b図のコーティング
アドミッタンスモデル、及び第2b図のモデルのコーティ
ング厚tの関数である測定電極電圧VPを示す第12図のグ
ラフを参照する。
Bridge circuit Figure 8b is usually in terms of the effective admittance Y 1 is a parasitic condition to be ignored is absolutely necessary part in the measurement is different from the circuit of Figure 8a. The bridge is balanced even when the measuring electrode voltage V P is different from the shield electrode voltage, i.e. the output V 0 which the processing circuit becomes zero. The first side of the bridge, are equipped with AC source 508 and 510 for generating a voltage V 1 and V 2. The bridge includes an admittance element 512 and 514 further have an admittance Y b and Y c. Before further explaining the operation of the bridge, reference coating admittance model FIG. 2b, and a graph of Figure 12 showing the measuring electrode voltage V P which is a function of coating thickness t of the model of FIG. 2b.

第8b図に基づくブリッジ回路では、シールド及びグラ
ウンド電極に組み合わされるモニタ回路のソースインピ
ーダンスが充分に低く、実質的にこのインピーダンスが
これらの電極間にある対象物質のアドミッタンスにより
影響されないことが望ましい。このことは電極形状を考
慮し、低いインピーダンスの電源インピーダンス、及び
接続インピーダンスを最小にすることで行なうことがで
きる。更に対象物質が所定条件にある時に測定電極に付
与される材料アドミッタンスが充分に高く、測定電極に
組み合されるモニタ回路の入力アドミッタンスによらな
いことが望ましい。これらの条件下では、シールドのグ
ラウンドアドミッタンスY2の影響は、測定上はほとんど
無視できる。シールドのグラウンドに対する電圧は、物
質を活性化して電気的に物質応答センサ12に結び付け、
測定電極32に電源の電圧VS及びアドミッタンスY1とY3
関数である電圧を印加する。
In the bridge circuit according to FIG. 8b, it is desirable that the source impedance of the monitor circuit combined with the shield and ground electrodes is sufficiently low that this impedance is not substantially affected by the admittance of the substance of interest between these electrodes. This can be performed by taking into account the electrode shape and minimizing the low-impedance power supply impedance and connection impedance. Further, it is desirable that the material admittance given to the measurement electrode when the target substance is under the predetermined condition is sufficiently high and does not depend on the input admittance of the monitor circuit combined with the measurement electrode. Under these conditions, the effect of ground admittance Y 2 of the shield, measured on the almost negligible. The voltage to the ground of the shield activates the substance and electrically couples it to the substance response sensor 12,
A voltage which is a function of the voltage V S of the power supply and the admittances Y 1 and Y 3 is applied to the measuring electrode 32.

特にシールド電圧VSに関しては、測定電極電圧VPとVP
=VSY3/(Y1+Y3)の関係にある。上記の好ましい条件
下では、VSは一定である。Y1とY3は物質厚tに応じて第
12図に示すように変化する。シールド電極の幅に対して
非常に薄いコーティングに対しては、シールド電極上の
コーティングは実質的にVSで駆動され、Y3はY1に比べて
小さい。すなわち測定電極電圧VPは実質的にシールド電
圧VSに等しい。コーティング厚tが増加するのに従がっ
て、コーティングの外側部分はシールド電極に対する電
気的結合が急激に減少し、その結果Y3が増加する。Y1
コーティング厚と共に増加するが、Y1より小さい率で増
加する。すなわち厚さが増加するに従って、VPはVSから
離れる。厚さtが充分に厚くなると、コーティング厚が
更に増加しても電極のアドミッタンスにはそれ以上影響
せず、VPはV3より小さな限界値に近づく。これらの特徴
は第12図に示されている。
In particular, regarding the shield voltage V S , the measurement electrode voltages V P and V P
= V S Y 3 / (Y 1 + Y 3 ). Under the above preferred conditions, VS is constant. Y 1 and Y 3 are the first
It changes as shown in FIG. For very thin coatings with respect to the width of the shield electrode, the coating on the shield electrode is driven at substantially V S, Y 3 is lower than that of Y 1. That measurement electrode voltage V P is equal to substantially shield voltage V S. Coating thickness t sub is I to increase, the outer portion of the coating electrical coupling decreases sharply for the shield electrode, so that Y 3 is increased. Y 1 also increases with coating thickness, but at a rate less than Y 1 . That as the thickness increases, V P is separated from the V S. If the thickness t becomes sufficiently thick, no effect any more on the admittance of even coating thickness is increased further electrode, V P approaches the smaller limit than V 3. These features are shown in FIG.

上記の好ましい条件下で動作する第8b図のブリッジの
重要な特徴は、物質厚tに対応する測定電極電圧VPはア
ドミッタンス率に依存しているがアドミッタンスの絶対
値には依存しないことである。アドミッタンス率はセン
サ及びコーティングの形状に依存するが物質のコンダク
タンス及びサスセプタンスには依存しないため、測定電
極に印加される電圧は物質の電気特性には実質的に依存
せず、所定のセンサ形状に対してはコーティング厚のみ
で変化する。
An important feature of the bridge Figure 8b operating in preferred conditions described above is that although the measuring electrode voltage V P corresponding to the material thickness t is dependent on the admittance ratio does not depend on the absolute value of the admittance . Since the admittance rate depends on the shape of the sensor and the coating but not on the conductance and susceptance of the substance, the voltage applied to the measuring electrode is substantially independent of the electrical properties of the substance, and for a given sensor shape Changes only with the coating thickness.

第8b図に戻って、コートされるか又は対象となるすべ
ての条件下では、物質がブリッジの一方のアームに電圧
VPからYcを印加することがわかる。ブリッジはV0=0の
時にバランスし、その時にはV3Yb=VPYcとなることが必
要である。
Returning to FIG. 8b, under all conditions of being coated or of interest, the substance is charged to one arm of the bridge
It can be seen that the application of a Y c from V P. The bridge must be balanced when V 0 = 0, at which time V 3 Y b = V P Y c .

第8c図は、第8b図に示したのと同様の特性を有するブ
リッジを示しているが、シールドとグラウンド電極間に
交流電圧V5を印加する単一電源516により動作される。
このブリッジは、ブリッジの第一の側にはアドミッタン
スYd及びYeを有するアドミッタンス要素518及び520を更
に備えており、ブリッジの第二の側にはアドミッタンス
Yf及びYgを有するアドミッタンス要素522及び524を備え
ている。YfとYgはVSを分割し、その分割電圧が検出回路
の一方の入力に印加される。YdとYeはVSに対してVPを分
割し、その分割した電圧を処理回路に印加する。出力V0
に当る後者の電圧は、VPの関数、すなわち物質厚の関数
である。
The 8c diagram is shown a bridge with similar properties to that shown in Figure 8b, it is operated by a single power source 516 for applying an AC voltage V 5 between the shield and ground electrodes.
The bridge, the first side of the bridge further comprises a admittance elements 518 and 520 having admittance Y d and Y e, admittance to the second side of the bridge
And a admittance elements 522 and 524 having a Y f and Y g. Y f and Y g divides the V S, the division voltage is applied to one input of the detection circuit. Y d and Y e divide VP with respect to V S and apply the divided voltage to the processing circuit. Output V 0
The latter voltage hits, the function V P, that is a function of the material thickness.

上記のブリッジと同等の数多くの変形があり得ること
がわかる。例えば、図示のブリッジと同等の性能を生じ
るように置き換えられる各種の電圧源である。更に502
及び506のようなアドミッタンスを介して動作する電圧
源は、テブナンの等価電流源で置き換えることができ
る。
It can be seen that there can be many variations equivalent to the bridge described above. For example, various voltage sources that are replaced to produce performance equivalent to the illustrated bridge. Further 502
And 506 operating via admittance can be replaced by a Thevenin equivalent current source.

本発明によれば、ブリッジのパラメータを自動的に周
期的に変化させるための手段が備わっている。変化され
るパラメータは、この場合は容易に行なえるように、ブ
リッジ内のアドミッタンスの一つであることが望まし
い。変化するアドミッタンスは更にサスセプタンスであ
ることが望ましいが、そのコンダクタンス又はこれらの
組み合せを使用することもでさる。しかしながら電圧源
又は電流源のような他のブリッジ要素を変化させ、同等
の結果を生じることも可能である。例えば、第8b図にお
いて、電圧源508は複数のタップを有する変圧器巻線を
備え、制御器があらかじめ定められたシーケンスに基づ
いて自動的及び周期的にアドミッタンス512をタップに
組み合せる。
According to the invention, means are provided for automatically and periodically changing the parameters of the bridge. The parameter to be changed is preferably one of the admittances in the bridge, so that in this case it is easy to do. Preferably, the changing admittance is a susceptance, but it is also possible to use its conductance or a combination thereof. However, it is also possible to vary other bridge elements, such as voltage or current sources, with equivalent results. For example, in FIG. 8b, the voltage source 508 comprises a transformer winding having a plurality of taps, and the controller automatically and periodically combines the admittance 512 with the taps based on a predetermined sequence.

ブリッジパラメータを自動的及び周期的に変化させる
ための手段は、電気的又は電気機械的のいずれかである
制御スイッチ手段を使用するのが望ましい。変化される
ブリッジパラメータがアドミッタンスである時には、こ
のようなスイッチ手段は異なるアドミッタンス又はその
異なる組み合せをブリッジに結び付ける。このようなア
ドミッタンスの一つ以上が調整可能であり、自動的及び
周期的に選ばれるブリッジパラメータは異なる応用にお
いては対象となる物質の条件及びセンサ特性に応じて調
整される。しかしながらブリッジパラメータを変化させ
るための制御手段は、電圧可変容量として組み合される
ダイオードのような連続的制御が可能なアドミッタンス
を更に備えても良い。
Preferably, the means for automatically and periodically changing the bridge parameters use control switch means that are either electrical or electromechanical. When the bridge parameter to be changed is admittance, such switching means binds different admittances or different combinations thereof to the bridge. One or more of such admittances can be adjusted, and the bridge parameters, which are selected automatically and periodically, are adjusted in different applications depending on the conditions of the substance of interest and the sensor characteristics. However, the control means for changing the bridge parameter may further comprise a continuously controllable admittance, such as a diode combined as a voltage variable capacitance.

ブリッジパラメータが自動的にかつ繰り返して複数の
値の間で変化されると、モニタリングシステムは重要な
多数の測定電極電圧VPに反応してもよい。例えば第12図
を参照して、該システムは被覆厚さtcに対応する電圧Vc
にまず反応し、この被覆厚さtcはクリーニング作用が可
能な偽高レベル信号をさけるために必要とされるのに十
分な厚さとみなされる。該システムは、該センサが、例
えば全容器に対応して被覆されるとみなされるのに十分
な大きさの厚さに対応する第2の電圧Vfに反応してもよ
い。さらに、多数の電圧レベルは異なる被覆の重要な厚
さに対応してモニタされてもよい。十分に多数のモニタ
された厚さに対して、該システムは連続厚さモニタリン
グシステムに近づくことができ、さらに連続システムは
ブリッジパラメータを連続に変化させることによって構
成されてもよい。
If a bridge parameter is changed between automatic and repeated a plurality of values, the monitoring system may react to the critical number of measurements electrode voltage V P. For example with reference to FIG. 12, voltage V c the system corresponding to the coating thickness t c
First reaction, the coating thickness t c is considered sufficient thickness to be required in order to avoid false high signal capable cleaning action. The system may be responsive to a second voltage Vf corresponding to a thickness that is sufficient for the sensor to be considered coated, for example, for the entire container. Further, multiple voltage levels may be monitored corresponding to different coating thicknesses of interest. For a sufficiently large number of monitored thicknesses, the system can approach a continuous thickness monitoring system, and the continuous system may be configured by continuously changing the bridge parameters.

第3図を説明する。本発明の第1の実施例において、
該センサに結合される回路50の主回路要素がブロックダ
イアグラムで表現される。アドミッタンスブリッジ72は
発振器70と結合される。ブリッジはブリッジの固定側を
形成しかつ基準電位を備える比例辺変圧器74を具備す
る。またブリッジ72は基準アドミッタンス発生器78と、
該発生器78に結合し、センサ12からの外部接続部52-54
を具備する回路76とを包含する。ブリッジ72の出力は可
変利得誤差増幅器80を通過される。該増幅器の出力は復
調器82を通される。該復調器は、ブリッジ出力の導電性
要素を全く無視し、ブリッジ出力の敏感な要素に反応す
るべく、通常は構成される。このことは、交互に、基準
およびセンサアドミッタンスの敏感な要素に関連され
る。復調器82は増幅器84を通過されるアナログ電圧レベ
ル信号を出力する。該増幅器84はブリッジ不均衡の方向
を示す2レベル(二値)信号を発生する。出力増幅器84
からの2レベル信号はフィードバック回路20を通過さ
れ、該フィードバック回路20は、好ましい実施例とし
て、組み合せメモリ手段および信号発生器として設けら
れるラッチ86ならびにフィードバック信号セレクタとし
て設けられるマルチプレクサ88を具備する。該ラッチ86
は基準アドミッタンス発生器によって発生される各アド
ミッタンス値に対する分離信号を出力する。これらの信
号は等しい数の出力回路90に送出される。各出力回路は
制御部、指示部、出力接続部の60a-60dセットの一つを
備えさらに単一アドミッタンスセットポイント値と関連
される。マルチプレクサ88はフィードバック用ラッチ86
から復調器88へ出力されるいくつかの信号のうち一つを
逐次に選択する。基準アドミッタンス発生器78およびフ
ィードバック回路20の双方は制御部22によって制御され
る。制御部22はアドレス発生器96およびラッチ86の双方
を制御する連続カウンタ94を駆動するクロック92を具備
する。アドレス発生器96はブリッジ72と関連されるデコ
ーダ回路98と結合される。デコーダ98は基準アドミッタ
ンス発生器78の動作を制御する。アドレス発生器96は、
さらに、ラッチ86およびマルチプレクサ88の動作を制御
する。電力供給回路58は120VAC、60サイクル、電流源57
と結合して構成される。電力供給回路58はシステム接地
ならびに3つの異なる正供給電圧レベル、約+12、+8
および+Bを種々の回路にエネルギを与えるため維持す
る。
Referring to FIG. In a first embodiment of the present invention,
The main circuit elements of the circuit 50 coupled to the sensor are represented in a block diagram. Admittance bridge 72 is coupled to oscillator 70. The bridge comprises a proportional side transformer 74 forming the fixed side of the bridge and having a reference potential. The bridge 72 has a reference admittance generator 78,
Coupled to the generator 78, the external connections 52-54 from the sensor 12
And a circuit 76 comprising The output of bridge 72 is passed through variable gain error amplifier 80. The output of the amplifier is passed through a demodulator 82. The demodulator is usually configured to ignore any conductive components of the bridge output and react to sensitive components of the bridge output. This is, in turn, related to the sensitive elements of reference and sensor admittance. Demodulator outputs an analog voltage level signal that is passed through amplifier. The amplifier 84 generates a two-level (binary) signal indicating the direction of the bridge imbalance. Output amplifier 84
Are passed through a feedback circuit 20, which in the preferred embodiment comprises a latch 86 provided as a combination memory means and signal generator and a multiplexer 88 provided as a feedback signal selector. The latch 86
Outputs a separate signal for each admittance value generated by the reference admittance generator. These signals are sent to an equal number of output circuits 90. Each output circuit comprises one of a 60a-60d set of controls, indicators, and output connections, and is further associated with a single admittance setpoint value. Multiplexer 88 is feedback latch 86
, One of several signals output to the demodulator 88 is sequentially selected. Both the reference admittance generator 78 and the feedback circuit 20 are controlled by the control unit 22. The control unit 22 includes a clock 92 that drives a continuous counter 94 that controls both the address generator 96 and the latch 86. Address generator 96 is coupled to decoder circuit 98 associated with bridge 72. Decoder 98 controls the operation of reference admittance generator 78. The address generator 96
Further, the operation of the latch 86 and the multiplexer 88 is controlled. Power supply circuit 58 is 120VAC, 60 cycles, current source 57
Combined with Power supply circuit 58 includes system ground and three different positive supply voltage levels, approximately +12, +8.
And + B are maintained to energize the various circuits.

第3図のシステムは下記のようにして概略的に動作す
る。発振器70は比例辺変圧器74を含むブリッジ回路72に
エネルギを与える;この変圧器は同様に発振器70の一部
を形成してもよい。センサ12を経てモニタされる物質の
条件によって発生されるアドミッタンスは接続部52ない
し、54を経てブリッジの可変側の一つの腕へ結合され
る。基準アドミッタンス発生器78はブリッジの可変側の
残りの腕と結合される。比例辺変圧器74はブリッジの固
定側を設ける。発生器78は所定順序で多数の安定アドミ
ッタンス値を発生する。この順序は、システムモニタリ
ング動作中連続的に繰り返えされる。各異なる基準アド
ミッタンス値は物質条件セットポイントに対応する。次
の図に関して詳細に説明されるように、好ましい実施例
の発生器78は多数の調整可能なコンデンサを備えてい
る。各コンデンサは、繰り返えされる所定順序で達成す
る制御部22の制御下、ブリッジネットワークの可変側の
内外に切り換えられる。一般的に言えば、基準アドミッ
タンスに対するセンサアドミッタンスの割合が比例辺変
圧器の割合に等しいときにブリッジは平衡になるであろ
う。誤差増幅器80および復調器82はブリッジ不平衡の程
度、位相および方向に反応する。復調器82の出力は不平
衡の方向、位相および程度を示すアナログ電圧レベル信
号である。出力増幅器はアナログ信号をブリッジの条
件、特に不平衡の方向を示す2レベル(例えば二値又は
論理レベル)信号に変換するように構成される。
The system of FIG. 3 operates schematically as follows. Oscillator 70 provides energy to bridge circuit 72, which includes a proportional side transformer 74; this transformer may form part of oscillator 70 as well. The admittance generated by the condition of the substance to be monitored via the sensor 12 is coupled via connections 52 and 54 to one arm on the variable side of the bridge. A reference admittance generator 78 is coupled to the remaining arm on the variable side of the bridge. The proportional side transformer 74 provides the fixed side of the bridge. Generator 78 generates a number of stable admittance values in a predetermined order. This sequence is repeated continuously during the system monitoring operation. Each different reference admittance value corresponds to a material condition set point. As described in detail with respect to the following figures, the generator 78 of the preferred embodiment includes a number of adjustable capacitors. Each capacitor is switched in and out of the variable side of the bridge network under the control of the controller 22 which is accomplished in a predetermined sequence that is repeated. Generally speaking, the bridge will be balanced when the ratio of the sensor admittance to the reference admittance is equal to the ratio of the proportional side transformer. Error amplifier 80 and demodulator 82 respond to the degree, phase, and direction of bridge imbalance. The output of demodulator 82 is an analog voltage level signal indicating the direction, phase and degree of unbalance. The output amplifier is configured to convert the analog signal to a two-level (eg, binary or logic level) signal that indicates the condition of the bridge, particularly the direction of unbalance.

本発明の第1の実施例の重要な点はそれぞれの基準ア
ドミッタンス値に対して独立の正帰還、即ちヒステリシ
スをあたえるメカニズムである。ラッチ86はその特定の
アドミッタンス値に対するブリッジの不平衡状態を示す
別々の出力をそれぞれの基準アドミッタンス値に対して
出力する。それぞれの基準アドミッタンス値に対する信
号は帰還乗算器によって選択され復調器に送られる。こ
れは最初にブリッジ72の可変側に新しい基準アドミッタ
ンス値を供給し、そしてブリッジ72が安定のための機会
を得たのちに、出力増幅器信号の2レベル値をラッチに
書き込むことによって達成される。この2レベル値はそ
の後特定の基準アドミッタンス値に対する出力信号を発
生するために使用され、その特定の基準アドミッタンス
値が再びブリッジ回路に供給された後に新しい2レベル
値がラッチに書き込まれるまで、復調器に対する帰還を
制御するために使用される。もし帰還信号が復調器から
直接に出力されるとしたら、新しい基準アドミッタンス
値がブリッジ回路72に結合された時に、異なった基準ア
ドミッタンス値のために復調器は帰還信号に影響を与え
ることになる。そしてこれは設定値間の干渉を生み出す
こととなる。2つあるいはそれ以上の連続的な設定値が
値が接近している場合には、これは出力信号を個別にで
はなく一緒に切替えることとなる。このように出力信号
の値は、監視されたその基準アドミッタンス値がブリッ
ジ回路に最後に伝送された時にラッチに書き込まれた出
力増幅器の出力信号の値に対応したそれぞれの設定値に
対してラッチ86から出力回路90に供給される。そしてそ
れぞれの基準アドミッタンス値はそれがブリッジ回路に
能動的に供給され、他の基準値、それに対応するブリッ
ジの状態および出力信号状態とは無関係である間システ
ムを制御する。これは独立のコントローラを複数持ち、
全てが信号の偏差に応答する効果を有する。
An important point of the first embodiment of the present invention is a mechanism for giving independent positive feedback, that is, hysteresis, to each reference admittance value. Latch 86 provides a separate output for each reference admittance value indicating the imbalance of the bridge for that particular admittance value. The signal for each reference admittance value is selected by the feedback multiplier and sent to the demodulator. This is accomplished by first providing the variable side of the bridge 72 with a new reference admittance value and, after the bridge 72 has had a chance for stability, writing the two-level value of the output amplifier signal to the latch. This two-level value is then used to generate an output signal for a particular reference admittance value, and the demodulator is used until the new two-level value is written to the latch after that particular reference admittance value is again provided to the bridge circuit. Used to control the feedback to If the feedback signal were to be output directly from the demodulator, the demodulator would affect the feedback signal due to a different reference admittance value when the new reference admittance value was coupled to the bridge circuit 72. And this will create interference between the settings. If two or more consecutive setpoints are close in value, this will switch the output signals together rather than individually. Thus, the value of the output signal is latched relative to the respective setting value corresponding to the value of the output signal of the output amplifier written to the latch when the monitored reference admittance value was last transmitted to the bridge circuit. To the output circuit 90. The respective reference admittance value then controls the system while it is actively supplied to the bridge circuit and is independent of the other reference values, their corresponding bridge states and output signal states. It has multiple independent controllers,
All have the effect of responding to signal deviations.

第4図は第3図の詳細を説明する回路第4a図−4e図の
それぞれの相対的な位置を示す複合図である。
FIG. 4 is a composite diagram showing the relative positions of each of the circuits FIGS. 4a-4e illustrating the details of FIG.

まず第4a図を参照すると、この図の左半分にはC級の
電力発振器70とブリッジ回路72への接続が示されてい
る。8.4V電源が発振器5に対して線101を介して供給さ
れ、これはC201によってフィルタされD204によって過電
圧から保護される。トランス74の巻き線274によインダ
クタンスは、電流制限抵抗R202によってエミッタが8.4V
電源に接続されたトランジスタQ200およびQ201のコレク
タからの電流によって交互に励磁される。トランジスタ
Q200およびQ201のベースは巻き線174および巻き線174か
らの交流正帰還を介してR203,R204およびC217から構成
される分圧回路によって直流的にバイアスされる。D201
は、8.4V電源の変動を制限する。
Referring first to FIG. 4a, the left half of the figure shows the connection to the class C power oscillator 70 and bridge circuit 72. 8.4V power is supplied to oscillator 5 via line 101, which is filtered by C201 and protected from overvoltage by D204. The inductance due to the winding 274 of the transformer 74 is 8.4 V at the emitter due to the current limiting resistor R202.
It is alternately excited by current from the collectors of transistors Q200 and Q201 connected to the power supply. Transistor
The bases of Q200 and Q201 are DC biased by winding 174 and a voltage divider composed of R203, R204 and C217 via AC positive feedback from winding 174. D201
Limits 8.4V power supply fluctuations.

第4a図の右半分はトランス74を含むブリッジ回路の誤
差増幅器80への接続を示している。線200は巻き線274の
高圧側から引き出されている。線202は巻き線274のセン
タータップから引き出されている。第3の線204は図5
においてより詳細に説明するようにセンタータップと2
次巻き線274の低圧側の間から引き出されている。これ
らの線は後に説明するように回路の他の部分にブリッジ
の電圧を供給する。センタータップ202と高圧側からの
線200との間の巻き線Iの部分はブリッジ回路の固定ア
ームを形成し、センタータップ線202と低圧側204の間の
部分IIはブリッジの第2の固定アームを形成する。余分
の巻き線部分が調整のために巻き線274に備えられてい
る。この説明されている実施例において、高圧アームI
(即ち200と202間)と低圧アームII(即ち200と202)と
低圧アームII(即ち202と204)の間の比は10/3である。
線202はブリッジが平衡したときにはプローブ測定電極3
2の電圧と本質的に同電圧となる。低インピーダンス電
源を備えている。これは線202がシールド部36に対して
電源となることを許容する。線202はノード207において
線208と分岐する。第4b図にみるごとく線202から分かれ
た線208はシールド部36によってコントロール部に接続
されるコネクタ53に接続される。線202からの第2の分
岐は誤差増幅器80に向かい後述する目的で使用される。
本発明の第1の実施例は考慮されるべき異なった設定値
に対してブリッジを平衡させる操作を行うものであるた
め、線208を介してブリッジセンタから遮蔽あるいはシ
ールド部36に供給される電圧は、ブリッジが平衡した時
には測定電極32の電圧レベルと常に等しい。線210は平
衡ブリッジ回路の出力であり、ブリッジの出力を誤差増
幅器に送る。出力線210はキャパシタC205を介してグラ
ンド戻り線130(第4b図)に接続され、付加的なセンサ
入力なしでブリッジが常に平衡していることを補償す
る。C205はセンサ12の入力と同一のアームでブリッジに
接続されセンサがブリッジに接続されていない時あるい
はセンサによって測定されるべきインピーダンスが検出
されない時であってもブリッジが平衛するようにしてい
る。このことはシステムがゼロキャパシタンスに戻り、
測定がゼロキャパシタンスに応答することを許容する。
出力線210はまた第1のダイオードD202、第2の逆向き
のD205および負荷抵抗R225を介してブリッジセンタから
のセンタータップ出力分岐209に接続されている。ダイ
オードD202とD205は静的な保護機能を構成する。センタ
ータップ分岐209は一対の頭を突き合わせたツェナーダ
イオードD200とD203によって効果的なグランド線130に
接続されている。これらのダイオードも同じく静的保護
機能と真の安全機能を構成し、シールドとグランド間の
電圧を制限する。線310は誤差増幅器80から引き出さ
れ、第4b図においてより詳細に説明されるようにディテ
クター回路98にシールドされた電圧に関して+7.5から8
Vの間の電圧で電力を供給する。
The right half of FIG. 4a shows the connection of the bridge circuit including the transformer 74 to the error amplifier 80. Wire 200 extends from the high pressure side of winding 274. Wire 202 has been drawn from the center tap of winding 274. The third line 204 is shown in FIG.
Center tap and 2 as described in more detail in
It is pulled out from between the low pressure side of the next winding 274. These lines supply the voltage of the bridge to other parts of the circuit, as described below. The part of the winding I between the center tap 202 and the line 200 from the high side forms the fixed arm of the bridge circuit, and the part II between the center tap line 202 and the low side 204 is the second fixed arm of the bridge. To form An extra winding section is provided on winding 274 for adjustment. In this illustrated embodiment, the high pressure arm I
The ratio between low pressure arm II (ie between 200 and 202) and low pressure arm II (ie 200 and 202) and low pressure arm II (ie 202 and 204) is 10/3.
Line 202 is the probe measurement electrode 3 when the bridge is balanced.
The voltage is essentially the same as the voltage of 2. It has a low impedance power supply. This allows the wire 202 to be a power source for the shield 36. Line 202 branches off from line 208 at node 207. As shown in FIG. 4b, a line 208 split from the line 202 is connected to the connector 53 connected to the control unit by the shield unit 36. The second branch from line 202 goes to error amplifier 80 and is used for purposes described below.
Since the first embodiment of the present invention operates to balance the bridge for different settings to be considered, the voltage supplied to the shield or shield 36 from the bridge center via line 208 Is always equal to the voltage level of the measuring electrode 32 when the bridge is balanced. Line 210 is the output of the balanced bridge circuit and sends the output of the bridge to the error amplifier. Output line 210 is connected to ground return line 130 (FIG. 4b) via capacitor C205 to ensure that the bridge is always balanced without additional sensor inputs. C205 is connected to the bridge on the same arm as the input of the sensor 12 so that the bridge is protected even when the sensor is not connected to the bridge or when the impedance to be measured by the sensor is not detected. This returns the system to zero capacitance,
Allow the measurement to respond to zero capacitance.
Output line 210 is also connected to a center tap output branch 209 from the bridge center via a first diode D202, a second inverted D205 and a load resistor R225. The diodes D202 and D205 constitute a static protection function. The center tap branch 209 is connected to an effective ground line 130 by a pair of head-to-head Zener diodes D200 and D203. These diodes also provide static protection and true safety, and limit the voltage between shield and ground. Line 310 is drawn from error amplifier 80 and is +7.5 to 8 with respect to the voltage shielded to detector circuit 98 as described in more detail in FIG. 4b.
Powered at a voltage between V.

第4b図を参照すると、物質的状態に応答するアドミッ
タンス33を発現するセンサ12と基準アドミッタンス発生
器78とを含む回路要素へのブリッジ結合のための回路部
分の残りとデコーダ回路98とが示されている。2次巻線
274の“高”側からのライン200は結合点225に接続され
ている。そこから、1つの並列線が符号“PAD(パッ
ド)”が付された外部コネクタ51へ伸びている。可変コ
ンデンサC227,C228,C229およびC230も結合点225におい
てパッドの電位に結合されている。単極双投スイッチa
〜dはコンデンサC227〜C230の各々に直列である。スイ
ッチa−bおよびc−dの対は共にCD4053という型の2
つのCMOS2入力マルチプレクサU202およびU203で実現さ
れる。可変コンデンサC227〜C230およびそれらに接続さ
れたU202およびU203で実現されるスイッチa〜dは第3
図の基準アドミッタンス発生器78を構成する。各スイッ
チa〜dは結合点240つまり可変ブリッジ出力に並列に
接続された1つの出力と、結合点224つまり固定ブリッ
ジ出力すなわちシールド電位に並列に接続された第2の
出力とを有している。各スイッチa〜dはデコーダ回路
98の一部を形成するNANDゲート247〜250から伸びる線24
1,242,243および244によってそれぞれ個々に制御され
る。シールド電位線208は結合点220を経て外部コネクタ
53(符号“SHD"で示す)と結合する点222およびスイッ
チ出力からの結合点224に達している。
Referring to FIG.4b, there is shown the remainder of the circuit portion for bridge coupling to a circuit element including a sensor 12 expressing an admittance 33 responsive to a material condition and a reference admittance generator 78 and a decoder circuit 98. ing. Secondary winding
Line 200 from the “high” side of 274 is connected to junction 225. From there, one parallel line extends to the external connector 51 labeled "PAD". Variable capacitors C227, C228, C229 and C230 are also coupled to the pad potential at node 225. Single pole double throw switch a
D is in series with each of the capacitors C227-C230. The pair of switches ab and cd are both of the type CD4053.
It is implemented with two CMOS two-input multiplexers U202 and U203. The switches a to d realized by the variable capacitors C227 to C230 and U202 and U203 connected thereto are the third capacitors.
The reference admittance generator 78 shown in FIG. Each switch a-d has one output connected in parallel to node 240, the variable bridge output, and a node 224, a second output connected in parallel to the fixed bridge output, the shield potential. . Each switch a to d is a decoder circuit
Line 24 extending from NAND gates 247-250 forming part of 98
1,242,243 and 244 respectively. The shield potential line 208 is connected to the external connector via the connection point 220.
A point 222 is coupled to 53 (indicated by the symbol "SHD") and a coupling point 224 from the switch output is reached.

記述されたように、ブリッジの固定側は巻線274によ
って形成され、その上部および下部IおよびIIは分圧器
を形成する。基準アドミッタンス発生器78のコンデンサ
C227〜C230と接続スイッチa〜dはブリッジの可変側の
1つのアームを形成する。他のまたはブリッジの可変側
の“測定”アームはセンサ12のアドミッタンス33を含ん
でいる。第4a図に示されるように、ライン204は戻りラ
イン130と結合されている。第4b図に示されるように、
ライン211はセンサの接地結合54をも戻りライン130に結
合している。センサ12を符号“PR"および“GND"が付与
された外部コネクタ52および54と接続することにより、
センサ12の物質的に発生されたアドミッタンス33はブリ
ッジ内に結合される。多くの測定条件において、アーム
比変換器(トランス)74の望ましい比と基準容量C227〜
C230の最大値(コンデンサC205の容量より小さい)とで
平衡するであろうアドミッタンスよりも大きいアドミッ
タンスを発生するセンサを使用することが望ましい。こ
の理由により、結合点220と240における固定および可変
ブリッジ出力の間に背中合わせで結合されるコンデンサ
CBおよびCAを具備する容量性分流器が設けられる。セン
サ12から引き出される電流(すなわち、測定されたアド
ミッタンスY)はCAとCBにより分割される。センサから
引き出される電流のCB/CA+CB倍の電流のみが測定され
る。通常1/1から1/650までの範囲の比が使用される。1/
1の比の場合にはCBは非常に高いアドミッタンス、すな
わち短絡である。コンデンサC227〜C230の調節範囲を固
定量だけシフトさせるためには、いわゆるパッドコンデ
ンサ55を外部コネクタ51と52の間に結合することができ
る。パッドコンデンサは実効的な基準アドミッタンスを
増加させる。これは設定範囲をシフトさせるための便利
な手段を提供し、多様な物質的電気的性質について装置
を使用可能とし、着目する物質的状態の全範囲に対して
物質的状態への多様なアドミッタンス応答を有するセン
サの使用を可能とする。ブリッジ72の動作は第5図に示
されている。アーム比変換器74の巻線274は残りの回路
へ、および端子51,53および54を経てセンサ12へ、ライ
ン200,202および204上にブリッジ基準電位を供給しそれ
らは以後しばしば“パッド”、“シールド”および“接
地”と称される、基準アドミッタンス発生器78はデコー
ダ98からのライン241〜244の制御のもとで、等価的に図
示された有効アドミッタンス79(YR)を生成する。コン
デンサCAおよびCBはセンサ12によって生成されるアドミ
ッタンス33(Y)を流れる電流を減衰比CB/(CA+CB)
で減衰させる容量性の分流器を形成し、それによって見
かけのアドミッタンスY*CB(CA+CB)を結節点240に
結合し、そこにおいて、C205(Y205)のアドミッタンス
を加えたものが巻線274の部分IおよびII(それぞれ
“パッド”から“シールド”までと“シールド”から
“接地”まで)の巻線比N1/N2を乗じたYRと平衡するは
ずである。ブリッジの平衡条件は次の式となる: N1*YR=N2(Y205+Y(CB/CA+B)))または Y=(YR(N1/N2)−Y205)(CA+CB)/CB 再び第4b図を参照すると、各スイッチa〜dの第2の
接触子は接合点224においてシールド電位に結合されて
いることが注目される。したがって、各コンデンサC227
〜C230がブリッジの可変側の基準平衡アーム内に接続さ
れないとき、トランス74の巻線Iに並列に接続され、そ
こで、それは無視可能な効果を有している。このことは
仮に単極単投スイッチが使用された場合に生じるであろ
う好ましくない効果を防止している。仮に単極単投スイ
ッチが使用されるならば、開放されたスイッチ接触子間
に予期できないアドミッタンスの変化が生じ、240にお
けるブリッジ出力に予期できない漏れ電流の変化を生ず
る。
As described, the fixed side of the bridge is formed by winding 274, the upper and lower portions I and II forming a voltage divider. Reference admittance generator 78 capacitor
C227-C230 and connection switches ad form one arm on the variable side of the bridge. The other or “measurement” arm on the variable side of the bridge includes the admittance 33 of the sensor 12. Line 204 is coupled to return line 130, as shown in FIG. 4a. As shown in FIG. 4b,
Line 211 also couples sensor ground connection 54 to return line 130. By connecting the sensor 12 to the external connectors 52 and 54 to which the symbols “PR” and “GND” are assigned,
The materially generated admittance 33 of the sensor 12 is coupled into the bridge. Under many measurement conditions, the desired ratio of the arm ratio converter (transformer) 74 and the reference capacity C227 to
It is desirable to use a sensor that produces an admittance greater than the admittance that will balance with the maximum value of C230 (less than the capacitance of capacitor C205). For this reason, capacitors coupled back-to-back between the fixed and variable bridge outputs at junctions 220 and 240
Capacitive shunt having a C B and C A are provided. The current drawn from sensor 12 (ie, the measured admittance Y) is divided by CA and CB. Only CB / CA + CB times the current drawn from the sensor is measured. Usually ratios in the range of 1/1 to 1/650 are used. 1 /
For a ratio of 1, CB is very high admittance, ie a short circuit. To shift the adjustment range of capacitors C227-C230 by a fixed amount, a so-called pad capacitor 55 can be coupled between external connectors 51 and 52. Pad capacitors increase the effective reference admittance. This provides a convenient means of shifting the setting range, making the device usable for a variety of material and electrical properties, and a variety of admittance responses to material states for the full range of material states of interest. Enables the use of a sensor having The operation of the bridge 72 is shown in FIG. The winding 274 of the arm ratio converter 74 supplies the bridge reference potential on lines 200, 202 and 204 to the rest of the circuit and to the sensor 12 via terminals 51, 53 and 54, which are often subsequently referred to as "pads", "shields". Reference admittance generator 78, referred to as "" and "ground," under control of lines 241-244 from decoder 98, generates an equivalently shown effective admittance 79 (YR). The capacitors CA and CB reduce the current flowing through the admittance 33 (Y) generated by the sensor 12 to the attenuation ratio CB / (CA + CB)
Form a capacitive shunt that attenuates at, thereby coupling the apparent admittance Y * CB (CA + CB) to node 240, where the admittance of C205 (Y205) is added to the winding 274 It should be balanced with YR multiplied by the turns ratio N1 / N2 of I and II ("pad" to "shield" and "shield" to "ground", respectively). The bridge equilibrium condition is: N1 * YR = N2 (Y205 + Y (CB / CA + B))) or Y = (YR (N1 / N2) -Y205) (CA + CB) / CB Referring again to FIG. 4b. It is noted that the second contact of each switch ad is coupled to the shield potential at junction 224. Therefore, each capacitor C227
When .about.C230 is not connected in the reference balanced arm on the variable side of the bridge, it is connected in parallel to winding I of transformer 74, where it has a negligible effect. This prevents the undesirable effects that would occur if a single pole single throw switch were used. If a single pole single throw switch were used, unexpected admittance changes would occur between the open switch contacts, resulting in unexpected leakage current changes in the bridge output at 240.

各スイッチa〜dはデコーダ回路98によって制御され
る。デコーダ回路12はNANDゲート247〜250、スイッチ25
1および集積回路U205上に設けられたILD-506というタイ
プの1対のフォトカプラeおよびfが設けられている。
デコーダ回路98は2レベルのアドレス信号A0およびA1
担うライン260および261を介してアドレス発生器96と結
合されている。各ライン260および261は単一の集積回路
U205に含まれるフォトカプラeおよびfの分離された一
方にそれぞれ供給される。各カプラeおよびf内のトラ
ンジスタは各ライン260および261内に結合されたLEDを
介してライン260および261上の信号がHレベルであると
き導通する。誤差増幅回路80から伸びる電源ライン310
は各カプラeおよびfのトランジスタのコレクタに結合
される。各カプラeおよびfの出力はそれぞれ2レベル
の信号BA0およびBA1であり、それぞれライン260および2
61上の信号A0およびA1のレベルに従う。信号BA0およびB
A1は単極双投スイッチ251(インバータとして使用)と
4つのNANDゲート247〜250で形成される論理ネットワー
クに供給される。各ゲート247〜250はそれぞれライン24
1〜244によってそれぞれ基準発生器スイッチa〜dの1
つのスイッチ制御端子と結合される。この様にして4つ
のスイッチa〜dの各々を区別するアドレス信号BA0
よびBA1がデコードされそれらスイッチの動作の制御の
ために用いられる。回路は或る目的のためにおよび/ま
たは必要に応じて変形することが可能であるが、示され
るように、デコーダ回路は任意の時間においてコンデン
サC227〜C230の中の1つのみが選択されブリッジの可変
側の基準アーム内に結合されるようにスイッチa〜dを
制御する。フォトカプラeおよびf内のトランジスタの
エミッタは負荷抵抗R235およびR236を介して戻りライン
となるシールド電位に結合される。戻りライン150はス
イッチa〜dに負のバイアスを選択すべくシールドより
も約1ボルト低く維持される。このことはダイオードD2
06とコンデンサC209とダイオードD206のピーク電流を制
限するための抵抗R238とによりライン130上の“接地”
電位を半波整流することによって達成される。R239とC2
04は濾波を提供する。電源ライン310はシールドに対し
て約7.5ボルトと8ボルトの間の電圧を供給し、C208とC
225により局所的に濾波される。
Each of the switches a to d is controlled by a decoder circuit 98. The decoder circuit 12 has NAND gates 247 to 250 and a switch 25.
1 and a pair of photocouplers e and f of the type ILD-506 provided on the integrated circuit U205.
The decoder circuit 98 is coupled to the address generator 96 via a two-level address signals A 0 and A 1 line 260 and 261 bear. Each line 260 and 261 is a single integrated circuit
It is supplied to the separated one of the photocouplers e and f included in U205. The transistors in each coupler e and f conduct through the LEDs coupled in each line 260 and 261 when the signals on lines 260 and 261 are at an H level. Power supply line 310 extending from error amplifier circuit 80
Are coupled to the collectors of the transistors of each coupler e and f. The output of each coupler e and f are signals BA 0 and BA 1, respectively 2 levels, respectively lines 260 and 2
According to the level of the signal A 0 and A 1 on 61. Signals BA 0 and B
A 1 is supplied to the logic network formed with single-pole double-throw switch 251 (used as an inverter) four NAND gates 247-250. Each gate 247-250 is a line 24
1 to 244 each of the reference generator switches a to d
And two switch control terminals. Such a manner distinguishing each of the four switches a~d address signals BA 0 and BA 1 is decoded is used to control the operation thereof switches. Although the circuit can be modified for some purposes and / or as needed, as shown, the decoder circuit is such that at any one time only one of the capacitors C227-C230 is selected and the bridge circuit is selected. The switches a to d are controlled so as to be connected to the reference arm on the variable side of the switch. The emitters of the transistors in the photocouplers e and f are coupled to the return line shield potential via load resistors R235 and R236. Return line 150 is maintained about 1 volt below the shield to select a negative bias for switches ad. This means that diode D2
"Ground" on line 130 with 06, capacitor C209 and resistor R238 to limit the peak current of diode D206.
This is achieved by half-wave rectification of the potential. R239 and C2
04 provides filtering. Power line 310 supplies a voltage between about 7.5 volts and 8 volts to the shield, and C208 and C
225 is locally filtered.

第4c図は、誤差増幅器80と復調器82の構成要素を概略
的に示している。これらは予め決められたブリッジの条
件、即ちバランスに於ける状態を変えるレベルの出力を
供給する検出器を形成している。図の左側の誤差増幅器
を最初に参照する。ライン110は電源からL200とC206に
よって形成される並列共振帯域消去フィルタに直流約8.
4Vを供給し、C203を通ってシールドに大きな交流電流が
流れることを防止しながら直流8.4Vに結合する。
FIG. 4c schematically shows the components of the error amplifier 80 and the demodulator 82. These form a detector which provides a level of output that alters the state of the predetermined bridge condition, i.e. balance. Referring first to the error amplifier on the left side of the figure. Line 110 is about 8.DC from the power supply to the parallel resonant bandstop filter formed by L200 and C206.
Supply 4V and couple to 8.4V DC while preventing large AC current from flowing through the shield through C203.

C203はL200-C206の出力からシールドヘローインピー
ダンスパスを供給し、シールドに対する直流をシールド
の交流電位に近づくまでフィルターする。R205とC231は
追加フィルターを供給し、7.5VDCと8.5VDCの間でシール
ドに対して正電圧をライン310上に作るが、実質的には
シールドと同じ交流電圧である。ライン310は前述した
様にブリッジ部に電源を供給する。ライン310は又、ラ
イン320を通して誤差増幅器80に、そして復調器82に及
び、フィードバック回路20(第3図参照)からのフィー
ドバックに対する復調に関する光アイソレーターU206、
形式4N25に電源給供を提供する。点240からのブリッジ
出力信号は、ライン210上のブロックコンデンサ207を通
って誤差増幅器内のトランジスタQ202のべースに運ばれ
る。トランジスタQ202のベースは又、電源ライン310と
シールドライン209間のシリーズ抵抗R240とR206によっ
て形成される分圧中心点から抵抗R215を通して結合され
ている。抵抗網R240,R215及びR206は、トランジスタQ20
2を能動領域でバイアスする。Q202のコレクターは並列
接続された抵抗R207とコンデンサC210を通って電源ライ
ン310に結合されている。Q202のエミッターは、並列接
続されたバイパスコンデンサC211と抵抗R211と直列な抵
抗R208及びR210を通ってシールドライン209に結合され
ている第2番目のトランジスタQ203は第1番目のトラン
ジスタQ202によって制御される。Q203のベースはR207,C
210及びQ202のコレクタの接合点に結合されている。
C203 provides a shield hero impedance path from the output of L200-C206 and filters DC to the shield until it approaches the AC potential of the shield. R205 and C231 provide an additional filter, creating a positive voltage on line 310 for the shield between 7.5 VDC and 8.5 VDC, but at substantially the same alternating voltage as the shield. Line 310 supplies power to the bridge as described above. Line 310 also extends through line 320 to error amplifier 80 and to demodulator 82, and an optical isolator U206 for demodulation for feedback from feedback circuit 20 (see FIG. 3).
Provides power supply for Type 4N25. The bridge output signal from point 240 is passed through block capacitor 207 on line 210 to the base of transistor Q202 in the error amplifier. The base of transistor Q202 is also coupled through resistor R215 from the voltage divider center formed by series resistors R240 and R206 between power supply line 310 and shield line 209. Resistor networks R240, R215 and R206 are connected to transistor Q20.
2 is biased in the active area. The collector of Q202 is coupled to power line 310 through a resistor R207 and capacitor C210 connected in parallel. The emitter of Q202 is coupled to shield line 209 through resistors R208 and R210 in series with bypass capacitor C211 and resistor R211 connected in parallel, the second transistor Q203 being controlled by the first transistor Q202. . Q203 base is R207, C
It is coupled to the collector junction of 210 and Q202.

C210は寄生の発振を避ける為信号周波数より高い周波
数を大きく滅衰する。Q203のエミッタはエミッタバイパ
スコンデンサ213及び抵抗R212の並列を通して電源ライ
ン310へ又結合されている。Q203のコレクタはコンデン
サC214を通して復調器82へ出力を供給し、R213及びR210
によって形成される分圧器及び抵抗R208を通してQ202の
エミッタにフィードバックする。加えてQ203からQ202へ
のフィードバックは、C212,D207,D208,R241,D213,D214,
D215,D216,R209及びR208から成る多段階ダイオード・ス
イッチフィードバックにより供給される。Q203のコレク
タ電流に対する直流の戻りはR230,L201及びC232により
供給される。L201とC232は信号周波数近くで並列共振
し、増幅器に高い負荷インピーダンスを持つことを許
し、このように高いゲインを持つことを許される。L201
とC232は、興味ある周波数範囲の外側では、低い負荷イ
ンピーダンスを供給し、こうしてその領域の外側で信号
に対する増幅器のゲインを減少する。L201は又、出力を
負の供給レール以下に振らすことを可能とし、この様に
増幅器のダイナミック領域を広げる。
C210 greatly attenuates frequencies higher than the signal frequency to avoid parasitic oscillation. The emitter of Q203 is also coupled to power line 310 through the parallel of emitter bypass capacitor 213 and resistor R212. The collector of Q203 provides the output to demodulator 82 through capacitor C214 and R213 and R210
Feedback to the emitter of Q202 through a voltage divider formed by and a resistor R208. In addition, feedback from Q203 to Q202 is C212, D207, D208, R241, D213, D214,
Supplied by a multi-stage diode switch feedback consisting of D215, D216, R209 and R208. The DC return for the collector current of Q203 is provided by R230, L201 and C232. L201 and C232 resonate in parallel near the signal frequency, allowing the amplifier to have a high load impedance and thus having a high gain. L201
And C232 provide a low load impedance outside the frequency range of interest, thus reducing the amplifier gain for the signal outside that region. L201 also allows the output to swing below the negative supply rail, thus extending the dynamic range of the amplifier.

誤差増幅器80は、その出力のダイナミック領域を縮小
しながら、復調器82の設計を大巾に簡素化する為に、入
力の広いダイナミック領域にわたる増幅率を供給する。
第4c図の多段階ダイオードスイッチフィードバック網
は、Q202のエミッタへのフィードバックヘの3つのレベ
ルを供給し、この様に増幅率の3つのレベルは、第6図
に図表にて示される。ブリッジ網出力のレベルが非常に
低い間(±0.5ミリボルト又は1ミリボルト以下のピー
ク・ツー・ピーク)、ダイオードは1つも導通状態とな
らず、ゲインは抵抗R213とR210の比により1000に設定さ
れる。ブリッジバランスの近辺で、ブリッジ出力電圧レ
ベルにおける1/4ミリボルトのピーク・ツー・ピークで
変化が、ユニットを作動させるのに要求される。ブリッ
ジの出力信号レベルが、ピーク・ツー・ピークで1.0と1
1.3ミリボルトの間の時、ダイオードD207とD208は導通
する。これはR208とR210通る抵抗R241とR209によるフィ
ードバックをR210を通るR213によるフィードバックに加
える。この抵抗の増加は増加ゲインを1000から195に減
少させる。ブリッジ出力信号レベルが、ピーク・ツー・
ピークで11.3ミリボルトを越える時、ダイオードD213-2
16も導通状態となり、R241をバイパスし、更に増加ゲイ
ンを99に減少する。最大可能入力信号で(ピーク・ツー
・ピークで約52.6ミリボルト)、出力レベル135の有効
総合ゲインに対してピーク・ツー・ピークで7.08Vであ
る。誤差増幅器におけるダイオード網により供給される
ダイナミックゲインの減少は、振幅と位相情報の両方を
維持して、14,000マイクロジーメンス位大きい導電信号
が存在するなかで300マイクロジーメンス位小さいサセ
プタンス変化を分解する装置を可能にする。これは70オ
ームの抵抗が在る時450ピコファラッドのコンデンサー
を検出するに等しい。
Error amplifier 80 provides amplification over a wide dynamic range of inputs to greatly simplify the design of demodulator 82 while reducing the dynamic range of its output.
The multi-stage diode switch feedback network of FIG. 4c provides three levels of feedback to the emitter of Q202, and thus the three levels of gain are shown graphically in FIG. While the bridge network output level is very low (± 0.5 millivolts or less than 1 millivolt peak-to-peak), no diodes are conducting and the gain is set to 1000 by the ratio of resistors R213 and R210. . Near the bridge balance, a 1/4 millivolt peak-to-peak change in bridge output voltage level is required to operate the unit. Bridge output signal level between 1.0 and 1 peak-to-peak
When between 1.3 millivolts, diodes D207 and D208 conduct. This adds the feedback from resistors R241 and R209 through R208 and R210 to the feedback from R213 through R210. This increase in resistance reduces the increase gain from 1000 to 195. The bridge output signal level is peak-to-
When the peak exceeds 11.3 millivolts, the diode D213-2
16 also conducts, bypassing R241 and further reducing the increased gain to 99. At the maximum possible input signal (approximately 52.6 millivolts peak-to-peak), it is 7.08V peak-to-peak for an effective total gain of 135 output levels. The reduction in dynamic gain provided by the diode network in the error amplifier requires a device that maintains both amplitude and phase information and resolves susceptance changes as small as 300 micro Siemens in the presence of conductive signals as large as 14,000 micro Siemens. to enable. This is equivalent to detecting a 450 picofarad capacitor when there is a 70 ohm resistor.

増幅器U201、形式CA3080は、ブリッジ出力信号からサ
セプタンス成分を復調するために提供される。増幅器U2
01のゲイン入力(ピン5)は、抵抗R214及びダイオード
D212を通してコンデンサC214に結合されている。C214
は、誤差増幅器出力のAC部分のみ通過させるDCブロック
コンデンサーである。D212の出力と増幅器U201のゲイン
入力との間のラインは又、シールドライン209にコンデ
ンサC219を通して結合されている。電圧分圧回路網は、
電源供給ライン310とシールドライン209の間にシリーズ
接続される抵抗R216、ダイオードD211及びD209、抵抗R2
17及びダイオードD217によって供給される。ダイオード
D210、抵抗R216及び入力抵抗R214とダイオードD212は、
分圧出力から増幅器U201のゲイン入力へ鎖状に導びかれ
るバイアス電流を形成する。
Amplifier U201, type CA3080, is provided for demodulating the susceptance component from the bridge output signal. Amplifier U2
01 gain input (pin 5) is connected to resistor R214 and diode
It is coupled to capacitor C214 through D212. C214
Is a DC block capacitor that allows only the AC portion of the error amplifier output to pass. The line between the output of D212 and the gain input of amplifier U201 is also coupled to shield line 209 through capacitor C219. The voltage divider network is
A resistor R216 connected in series between the power supply line 310 and the shield line 209, diodes D211 and D209, and a resistor R2
17 and diode D217. diode
D210, resistor R216, input resistor R214 and diode D212,
It forms a bias current that is conducted in a chain from the divided output to the gain input of amplifier U201.

1つのACレファレンス信号は、実質的にシールド−ツ
ー−グラウンド電圧と同位相で、抵抗R218-R222及びコ
ンデンサC215,C216,C218及びC223を含む回路網をもつ増
幅器U201の逆変換又は無変換入力間に発生される。C218
とC215はブリッジ入力からのAC構成要素を導くのに基本
的に重要な役割をもつ。C223はR218とR219間から得られ
る電圧を平滑化する。
One AC reference signal is substantially in phase with the shield-to-ground voltage and between the inverting or non-converting input of amplifier U201 having a network including resistors R218-R222 and capacitors C215, C216, C218 and C223. To be generated. C218
And the C215 play a fundamentally important role in guiding the AC components from the bridge input. C223 smoothes the voltage obtained between R218 and R219.

U201の逆変換又は無変換入力の間に発生するレファレ
ンスAC信号が、コンデンサC214を通過するブリッジ出力
信号と同相の場合、U201の出力電流は、逆変換又は無変
換入力間に発生する基準信号にゲイン制御電流(ブリッ
ジ出力信号による。)の同相成分を掛け算した積に比例
するDC成分を含む。ブリッジ出力信号の位相がレファレ
ンス信号の位相と十分に異なる時、同位相成分は小さ
く、結果としてDCは、対応して減少される。この様に、
基準信号と同位相のブリッジ出力のサセプタンス構成要
素のみが、正味のDC出力の原因となる。成分値の適当な
選択により、復調はブリッジ出力の導電性成分に又応答
するように作られる。このことは、例としてマルトバイ
(Maltby)に対する米国特許No.3,746,975において記載
されている様に要求される物質条件の測定に干渉するア
ドミッタンスを補償する装置を可能とすることにおいて
有要である。
If the reference AC signal generated during the inverted or unconverted input of U201 is in phase with the bridge output signal passing through capacitor C214, the output current of U201 will be equal to the reference signal generated between the inverted or unconverted input. Includes a DC component that is proportional to the product of the gain control current (depending on the bridge output signal) and the in-phase component. When the phase of the bridge output signal is sufficiently different from the phase of the reference signal, the in-phase component is small and, as a result, DC is correspondingly reduced. Like this
Only the susceptance component of the bridge output that is in phase with the reference signal causes a net DC output. With proper selection of component values, the demodulation is made to also respond to the conductive component of the bridge output. This is important in enabling a device that compensates for admittance that interferes with the measurement of required material conditions, as described, for example, in US Patent No. 3,746,975 to Maltby.

増幅器U201の出力のDC成分はC200によりフィルターさ
れトランジスタQ204とQ205及び関連する抵抗R223,R232,
R226,R227及びR229とコンデンサC220,C222及びC224によ
り増幅される。増幅器は、接合部315をハイレベル又は
ローレベルにするスイッチとして作動する。増幅器U201
のハイインピーダンス出力は、抵抗R223を通してトラン
ジスタQ204のベースに結合されている。R223はC222と共
に増幅器U201の出力を更にフィルターするために設けら
れている。抵抗R232とコンデンサC224は、電源ライン31
0とQ204のコレクタの間に並列に結合されている。R232
とC224の出力は、第2トランジスタQ205のベースに結合
されている。抵抗R227は電源ライン310からQ204のエミ
ッターヘ抵抗R223の出力ヘのコンデンサC222を通って結
合されている。負荷抵抗R226とR229は、Q204及びQ205か
らシールドライン209へそれぞれ電流を戻す。接合部315
の電圧は、コンデンサC220を通してトランジスタQ204の
ベースへフィードバックされ、抵抗R228を通してコンデ
ンサC221へ出力される。復調器の出力電圧は対しライン
330上で出力増幅器84に運ばれる。R228及びC221はライ
ン330におけるいかなるAC電流をも出力増幅器84に戻さ
れてQ204のベースヘ戻されることを防止する。
The DC component of the output of amplifier U201 is filtered by C200 and transistors Q204 and Q205 and associated resistors R223, R232,
Amplified by R226, R227 and R229 and capacitors C220, C222 and C224. The amplifier operates as a switch that drives the junction 315 high or low. Amplifier U201
Is coupled to the base of transistor Q204 through resistor R223. R223, together with C222, is provided to further filter the output of amplifier U201. The resistor R232 and the capacitor C224 are connected to the power line 31
Coupled in parallel between 0 and the collector of Q204. R232
And the output of C224 is coupled to the base of second transistor Q205. Resistor R227 is coupled from power supply line 310 through the capacitor C222 to the emitter of Q204 to the output of resistor R223. Load resistors R226 and R229 return current from Q204 and Q205 to shield line 209, respectively. Joint 315
Is fed back to the base of the transistor Q204 through the capacitor C220 and output to the capacitor C221 through the resistor R228. Demodulator output voltage is line
On 330, it is conveyed to the output amplifier 84. R228 and C221 prevent any AC current in line 330 from being returned to output amplifier 84 back to the base of Q204.

復調器82への正帰還は、4N25型式の光アイソレータU2
06を介して(第3図参照)帰還回路20から更に与えられ
る。光カプラU206の出力と増幅器U201の非反転入力との
間には抵抗器R224が設けられて、制御されたヒステリシ
スを復調器の切換点に導入する。負荷抵抗R233はまた、
光カプラU206出力とシールド線路209との間に結合され
ている。光カプラU206はトランジスタQ206からの出力に
より駆動される。電源58からの電圧供給線99はQ206に電
力を供給する。トランジスタQ206のベースは帰還回路20
(第3図参照)におけるマルチプレクサ88の出力と結合
している。
The positive feedback to the demodulator 82 is a 4N25 type optical isolator U2
It is further provided from the feedback circuit 20 via 06 (see FIG. 3). A resistor R224 is provided between the output of the optical coupler U206 and the non-inverting input of the amplifier U201 to introduce controlled hysteresis at the switching point of the demodulator. The load resistance R233 also
It is coupled between the output of the optical coupler U206 and the shield line 209. Optical coupler U206 is driven by the output from transistor Q206. Voltage supply line 99 from power supply 58 supplies power to Q206. The base of the transistor Q206 is the feedback circuit 20.
(See FIG. 3).

さて第4d図を参照すれば、出力増幅器84に連結された
回路が示されている。この回路は型式CD4007の集積回路
U108を具備し、この集積回路は、+12ボルトの電力供給
線100と接地帰線190との間に結合されている6個のトラ
ンジスタ・アレイを含んでいる。抵抗器R110〜R111とコ
ンデンサC106とによって復調器出力のバイアス作用とろ
波作用とが得られる。ツェナーダイオードD110とD111お
よびコンデンサC107〜109により+12ボルト線100に結合
したデイジタル成分と出力増幅器に対する+12ボルト電
源の過電圧とスパイク電圧の保護と局部的ろ波作用とが
得られる。
Referring now to FIG. 4d, a circuit coupled to output amplifier 84 is shown. This circuit is an integrated circuit of type CD4007
With U108, the integrated circuit includes an array of six transistors coupled between a +12 volt power supply line 100 and a ground return 190. The resistors R110 to R111 and the capacitor C106 provide a bias function and a filtering function of the demodulator output. Zener diodes D110 and D111 and capacitors C107-109 provide protection of the digital components coupled to the +12 volt line 100, overvoltage and spike voltage of the +12 volt power supply to the output amplifier, and local filtering.

増幅器84の出力は2レベルまたは12ボルトと接地間を
揺動する2レベルまたは倫理レベル信号である。特に、
出力増幅器の出力信号は、該システムの帰還回路20の一
部を構成するラッチ86のデータ入力に運ばれる。
The output of amplifier 84 is a bi-level or ethical level signal that swings between bi-level or 12 volts and ground. Especially,
The output signal of the output amplifier is carried to the data input of a latch 86 which forms part of the feedback circuit 20 of the system.

今度は第4e図を参照すれば、帰還回路20、コントロー
ラ22と出力回路90の成分が示されている。図面の底面中
心において、コンデンサC105とC110、抵抗器R108とR112
および型式CD40106のCMOSシュミット・インバータに関
する6個のインバータのうち3個のインバータ401,402,
403により形成される周知の3−インバータ式マルチバ
イブレータによって第3図のクロック回路92が得られ
る。
Referring now to FIG. 4e, the components of feedback circuit 20, controller 22, and output circuit 90 are shown. In the center of the bottom of the drawing, capacitors C105 and C110, resistors R108 and R112
And three of the six inverters 401, 402, 402 for the CMOS Schmitt inverter of type CD40106
The clock circuit 92 of FIG. 3 is obtained by the well-known three-inverter type multivibrator formed by 403.

40ヘルツ矩形波がクロック回路により発生され、線路
93上でCMOS10進計数器(即ち、分周器)94の入力に送ら
れる。分周器は40ヘルツ信号を10で分周し、“5"と“7"
の出力に関し50ミリ秒離れた2個の信号を出力する。計
数サイクルの始動後125ミリ秒を発生する1つの信号が
別のインバータ404を介して、ラッチ86の書込み不能ピ
ンに送られる。該サイクルに175ミリ秒を発生する第2
の信号は型式CD4013のCMOS双対フリップフロップチップ
により形成されたアドレス信号発生器96のクロック入力
に送られる。フリップフロップ96は、それぞれ線路196
と296上の2個のアドレス信号A0とA1とを出力する。ア
ドレス信号は8進ラッチ86の3本のアドレス線のうち2
本に送られ、また型式CD4053のCMOSマルチプレクサ88の
アドレス線に送られる。アドレス線196と296の各信号は
またトランジスタQ103とQ102のべースにそれぞれ送られ
る。これらのトランジスタのエミッタは復号器回路98
(第4b図参照)の双対光アイソレータ装置U205におい
て、線路260と261上の揺動電流信号をそれぞれ光アイソ
レータeとfの各々に送る。負荷抵抗R200とR201(第4b
図参照)とは、光アイソレータeとfのLEDから接地線1
90へ電流を復帰させる。第1の(125ミリ秒の)計数器
信号は8進ラッチ86をして、出力増幅器の出力信号の
「ハイ」状態また「ロー」状態をアドレス線A0とA1によ
りアドレスされた記憶素子に書込むようにさせる。した
がってラッチ86は、調節可能なコンデンサC227ないしC2
30の各々に対し順次それがブリッジに結合されるよう
に、双レベル特性の出力増幅器信号を格納する。50ミリ
秒後に、第2の(175ミリ秒)の計数器信号はアドレス
信号発生器96をしてアドレスを逐次増加せしめ、新たな
コンデンサをブリッジに切換えるようにさせる。その時
の出力増幅器信号の電流状態が再びラッチの別の記憶素
子に書込まれる前に安定化するためにシステムに1秒の
2/10だけ与えられる。4本の線路486〜489のそれぞれに
関し、ラッチ86は、4個のコンデンサC227〜C230のそれ
ぞれにより制御される4個の設定点の各々に関し、該シ
ステムの2レベル状態を出力する。アドレス線196と296
に制御されているマルチプレクサ88は現在ブリッジの可
変側に切換えられた特定のコンデンサC227〜C230に対応
するラッチ出力信号を選択し、その信号をトランジスタ
Q206のベースに出力する。トランジスタQ206の出力は光
カプラU206を通過せしめられる。復調器回路に関し先に
説明したように、光カプラU206の出力は正の帰還に対し
復調器増幅器に送られる。光カプラU206と光カプラeと
fをもつ組立部U205とは、ブリッジの誤差増幅器と復調
器の構成部品を固有の安定性の考察用の帰還およびコン
トローラ回路から電気的に絶縁する如く設けられてい
る。もし所望されれば変成器の如き他の通常の手段も同
じ機能のために設けることが可能となる。
A 40 Hz square wave is generated by a clock circuit and
It is sent to the input of a CMOS decimal counter (ie, a frequency divider) 94 on 93. The frequency divider divides the 40 Hz signal by 10, “5” and “7”
Output two signals 50 ms apart. One signal, which occurs 125 ms after the start of the counting cycle, is sent through another inverter 404 to the non-writable pin of latch 86. A second to generate 175 milliseconds in the cycle
Is sent to the clock input of an address signal generator 96 formed by a CMOS dual flip-flop chip of type CD4013. Each of the flip-flops 96 has a line 196
And 296, the two address signals A 0 and A 1 are output. The address signal is two of the three address lines of the octal latch 86.
It is sent to the book and to the address line of a CMOS multiplexer 88 of type CD4053. The signals on address lines 196 and 296 are also sent to the bases of transistors Q103 and Q102, respectively. The emitters of these transistors are connected to the decoder circuit 98
In the dual optical isolator device U205 (see FIG. 4b), the oscillating current signals on the lines 260 and 261 are sent to the optical isolators e and f, respectively. Load resistance R200 and R201 (4b
(Refer to the figure) means that the LEDs of the optical isolators e and f
Restore current to 90. First (125 millisecond) counter signal to the octal latch 86, a "high" state also "low" state address lines A 0 and A 1 with the address storage element of the output signal of the power amplifier Have them write in Latch 86 therefore has adjustable capacitors C227 through C2
The output amplifier signal of the bi-level characteristic is stored for each of the 30 in turn so that it is coupled to the bridge. After 50 milliseconds, the second (175 millisecond) counter signal causes the address signal generator 96 to increment the address and switch the new capacitor to the bridge. The system waits for one second to stabilize the current state of the output amplifier signal before it is again written to another storage element in the latch.
Only 2/10 will be given. For each of the four lines 486-489, the latch 86 outputs a two-level state of the system for each of the four set points controlled by each of the four capacitors C227-C230. Address lines 196 and 296
The multiplexer 88, which is controlled to select the latch output signal corresponding to the particular capacitor C227-C230 currently switched to the variable side of the bridge, and
Output to the base of Q206. The output of transistor Q206 is passed through optical coupler U206. As described above with respect to the demodulator circuit, the output of optical coupler U206 is sent to the demodulator amplifier for positive feedback. An optical coupler U206 and an assembly U205 having optical couplers e and f are provided to electrically isolate the error amplifier and demodulator components of the bridge from feedback and controller circuits for inherent stability considerations. I have. If desired, other conventional means such as transformers can be provided for the same function.

アドレス可能なラッチ86から4本の出力線のそれぞれ
と出力回路90a〜90dがそれぞれ結合されている。これら
の出力回路は従来からあるものと同じである。したがっ
て90aの部品についてだけ説明することにする。それぞ
れの部品はすべて形式CD40106の、第1のインバータ407
a〜407dと第2のインバータ408a〜408dのそれぞれの1
つを備えている。スイッチSW100-1ないしSW100-4は「ハ
イ」レベル・フェイルセイフ切換用のラッチからの出力
もしくは「ロー」レベルフェイルセイフ切換用の第1の
インバータ407からの出力のいづれかを選択するために
設けられている。スイッチ64の出力は第2のインバータ
408を介してその周りで複数の従来からある遅延モジュ
ール接続に送られる。これらの接続の一つからの出力は
図示の実施例において連接されたトランジスタQ104〜Q1
07のベースに送られる。各トランジスタは連接されたLE
D D103〜D106をそれぞれ駆動するために制御され、一方
従来の2極2投形リレーのコイルを付勢する。リレーK1
00〜K103の各々は、外部コネクタと結合した2セット・
3接点(簡略のため図示されていない)を備えている。
電源58からの線路99はほゞ20ボルト(直流)を与え、リ
レーK100〜K103、光アイソレータU205とU206、トランジ
スタQ102〜Q107とQ207、と同様にトランジスタQ102とQ1
03に電流を供給する線路に設置されたLED D108とを付勢
するために用いられる。ダイオードD108は、アドレス信
号発生器U103の制御下にあるトランジスタQ102とQ103を
通って流れる電流に対応して、「ハイ」−「ロー」−
「ロー」−「オフ」から系列的に切換える。
Each of the four output lines from addressable latch 86 is coupled to an output circuit 90a-90d, respectively. These output circuits are the same as conventional ones. Therefore, only the 90a component will be described. All components are of the first inverter 407 of the type CD40106.
a to 407d and one of the second inverters 408a to 408d.
It has one. The switches SW100-1 to SW100-4 are provided to select either the output from the latch for "high" level failsafe switching or the output from the first inverter 407 for "low" level failsafe switching. ing. The output of switch 64 is the second inverter
Around it is routed via 408 to a plurality of conventional delay module connections. The output from one of these connections is connected to transistors Q104-Q1 connected in the illustrated embodiment.
Sent to the base of 07. Each transistor is connected LE
D is controlled to drive D103-D106, respectively, while energizing the coil of a conventional two pole, two throw relay. Relay K1
Each of 00 to K103 has two sets
It has three contacts (not shown for simplicity).
The line 99 from the power supply 58 provides approximately 20 volts (DC), and relays K100-K103, opto-isolators U205 and U206, transistors Q102-Q107 and Q207, as well as transistors Q102 and Q1.
Used to energize LED D108 installed on the line that supplies current to 03. Diode D108 is "high"-"low"-corresponding to the current flowing through transistors Q102 and Q103 under the control of address signal generator U103.
Switching from "low" to "off" sequentially.

再び、第4d図を参照すると、該第4d図には電源58の回
路構成が描かれている。この電源58は、伝統的なもので
ある。3線の交流電力源57(第2図に示されている)
は、トランスT100によって中間タップされた28VRMSに変
換され、ダイオードD103およびD104により整流され、キ
ャパシタC101に蓄えられ、そして、ライン99に繋がれた
回路構成に対して約+20ボルトの脈流の直流電圧が供給
されている。抵抗/ダイオード回路網は、R100,R101,R1
02,R999,D101,D107;D102,D109により構成され、トラン
ジスタQ100からライン100へはライン190に対してほぼ+
12ボルトの直流電圧を供給し、また、トランジスタQ101
からライン101へはライン160に対して+8.4ボルトの直
流電圧を供給している。
Referring again to FIG. 4d, the circuit configuration of the power supply 58 is depicted in FIG. 4d. This power supply 58 is traditional. 3-wire AC power source 57 (shown in FIG. 2)
Is converted to a 28 VRMS tapped by transformer T100, rectified by diodes D103 and D104, stored in capacitor C101, and has a pulsating DC voltage of about +20 volts for the circuitry connected to line 99. Is supplied. Resistor / diode network is R100, R101, R1
02, R999, D101, D107; constituted by D102, D109, the transistor Q100 to the line 100 is almost +
Provides a 12 volt DC voltage and also includes transistor Q101
From the line 101 to the line 160.

第7図は、出力信号に関連してシステムで使用される
幾つかのタイミングおよび制御信号を描いている。最上
部のラインは、第3図のクロック92から出力された40Hz
の矩形波を示している。ディバイダ/カウンタのカウン
ト出力“5"および“7"の信号も、それぞれクロック92の
125msec.および175msec.で高レベルとなる信号を示すよ
うに描かれている。復調器のアナログ出力は、初期状態
では低レベルとなっている。両アドレス信号A0およびA1
は、共に初期状態では高レベルとなっており、最初のセ
ットポイントに一致している。信号“5"が高レベルを出
力するとき、ラッチ86は第1の蓄積エレメントに出力
(多分低レベル)する出力増幅器をセットし、第1の基
準アドミッタンス/第1のセットポイント出力信号RLY0
を出力する。信号“7"が高レベルを出力すると、AO信号
は低レベルとなり、ブリッジ回路網の可変側に繋がれる
第2の基準アドミッタンスに一致する。そのキャパシタ
は、復調器のアナログ出力を高レベルにすることにな
る。信号“5"が再び高レベルとなる前は、安定状態が維
持される。復調器の高レベル出力は、ラッチの第2の蓄
積エレメントに蓄えられ、出力信号RLY1を高レベルにす
る。ディバイダ/カウンタ94から出力された“7"が再び
高レベルになると、AO信号は高レベルとなり、A1信号を
低レベルにトリガーしてブリッジ回路網に繋がれる第3
のキャパシタに一致する。この過程は、第3および第4
のキャパシタのために繰り返され、そして、第1のキャ
パシタのために再び始められることになる。
FIG. 7 illustrates some timing and control signals used in the system in connection with the output signal. The top line is 40Hz output from clock 92 in FIG.
Are shown. The count output signals “5” and “7” of the divider / counter are also
It is drawn to show signals that go high at 125 msec. And 175 msec. The analog output of the demodulator is initially at a low level. Both address signals A0 and A1
Are initially at a high level and coincide with the first set point. When signal "5" outputs a high level, latch 86 sets the output amplifier to output (possibly low level) to the first storage element, and the first reference admittance / first set point output signal RLY0.
Is output. When the signal "7" outputs a high level, the AO signal goes low and matches the second reference admittance connected to the variable side of the bridge network. That capacitor will cause the analog output of the demodulator to go high. Before the signal "5" goes high again, the stable state is maintained. The high level output of the demodulator is stored in the second storage element of the latch, causing the output signal RLY1 to go high. When "7" output from the divider / counter 94 goes high again, the AO signal goes high, triggering the A1 signal low and connecting the third signal to the bridge network.
Matches the capacitor of This process is the third and fourth
Will be repeated for the first capacitor and then started again for the first capacitor.

本発明に係る好ましい第1の実施例が述べられたが、
以下に述べる第2の実施例に関する事情を含む好ましい
実施例の変形が当業者においては明らかとなろう。例え
ば、他の発振器、ブリッジ、エラーアンプ、および、出
力アンプが提供されるかもしれない。復調器としては、
他の伝統的な位相敏感検波回路が提供されるかもしれな
い。さらに、他の知られている回路構成は、前述した帰
還回路20および制御回路22として代用することができ
る。例えば、2組ポイントモニタシステムにおいて、ア
ドレス発生器は、1つのフリップ・フロップによって構
成することができるかもしれず、以前に述べたような全
体的なデコーダ回路網を取り去ることができるかもしれ
ない。さらに、好ましいアドミッタンス発生器用として
複数のキャパシタおよびスイッチの連なりが述べられて
いるが、異なるキャパシタやアドミッタンスの連なりを
自動的に発生するための他の回路或いは装置は、適切な
変形として置き換えられるかもしれない。
Having described the first preferred embodiment according to the present invention,
Variations of the preferred embodiment, including the context for the second embodiment described below, will be apparent to those skilled in the art. For example, other oscillators, bridges, error amplifiers, and output amplifiers may be provided. As a demodulator,
Other traditional phase sensitive detection circuits may be provided. Further, other known circuit configurations can be substituted for the feedback circuit 20 and the control circuit 22 described above. For example, in a two-point monitor system, the address generator may be able to be configured with one flip-flop, and may be able to eliminate the overall decoder circuitry as previously described. Further, while multiple capacitor and switch chains are described for the preferred admittance generator, other circuits or devices for automatically generating different capacitor or admittance chains may be replaced as appropriate. Absent.

第9図は、本発明に係る第2の実施例の主な機能要素
のブロックを示す図である。交流または直流の外部電力
源557は、適切な構成における回路構成の一部に電力を
供給するための電源558に繋がれている。発振器570は、
増力ブリッジ572のためのトランス574に繋がれている。
トランス574は、発振器570の一部を具備するかもしれな
い。ブリッジ572は、接合部551〜553によってマテリア
ル応答センサに繋がれ、そして、クロック592に繋がれ
た基準アドミッタンス発生器578を含んでいる。クロッ
ク592は、本実施例では自動的にまた繰り返し変化する
ブリッジパラメータであるアドミッタンス値の予め定め
られたシーケンスを行うために基準アドミッタンス発生
器578を起動する。ブリッジ出力はエラー増幅器580に繋
がれるが、ブリッジ572の出力は典型的に確実にさらな
る処理を行うには小さ過ぎるので該エラー増幅器580が
含まれている。エラー増幅器580の出力は、増幅された
ブリッジ出力信号から役に立つ情報を抽出するために復
調器582に繋がれている。復調器582は、望ましくは位相
敏感検出器であり、その出力はコンダクタンス、サセプ
タンス、または、それらの結合によって生じるブリッジ
出力に応答することになるかもしれない。復調器582の
出力は、復調され、増幅されたブリッジ出力に基づいた
モニタされたマテリアルの状態に関連している1つ以上
の出力525を発生するために、出力回路584に繋がれてい
る。望ましくは、復調器582または出力手段584は、シス
テム入力の連続的な変化し易さにも関わらず明確な出力
状態を提供するために、正帰還を含んでいる。
FIG. 9 is a diagram showing blocks of main functional elements of the second embodiment according to the present invention. An AC or DC external power source 557 is coupled to a power source 558 for supplying power to a portion of the circuit configuration in a suitable configuration. The oscillator 570 is
Connected to transformer 574 for boost bridge 572.
Transformer 574 may include a portion of oscillator 570. Bridge 572 includes a reference admittance generator 578 coupled to the material response sensor by junctions 551-553 and coupled to clock 592. Clock 592 activates reference admittance generator 578 to perform a predetermined sequence of admittance values, which in this embodiment are also automatically and repeatedly changing bridge parameters. Although the bridge output is coupled to the error amplifier 580, the output of the bridge 572 is typically included because it is too small to reliably perform further processing. The output of error amplifier 580 is coupled to a demodulator 582 to extract useful information from the amplified bridge output signal. Demodulator 582 is preferably a phase sensitive detector, the output of which may be responsive to the bridge output produced by conductance, susceptance, or a combination thereof. The output of the demodulator 582 is coupled to an output circuit 584 to generate one or more outputs 525 related to the monitored material condition based on the demodulated and amplified bridge output. Desirably, demodulator 582 or output means 584 includes positive feedback to provide a clear output state despite the continuous variability of system inputs.

本発明に係る好ましい第2の実施例の概略図の詳細
は、第10a図〜第10d図に示され、第10図に示されるよう
に位置合わせされて完全な概略図を構成する。
The details of the schematic diagram of the second preferred embodiment according to the present invention are shown in FIGS. 10a to 10d, which are aligned as shown in FIG. 10 to constitute a complete schematic diagram.

第10a図は、本発明に係る好ましい第2の実施例の電
源および発振回路を描いている。電源558は、その端子
+INおよび共通端子の間に直流入力を受けて形成され
る。キャパシタCIは本電源の入力に存する交流ノイズを
濾波し、ダイオードD2は逆極性を保護するために設けら
れ、そして、ダイオードD3は入力の過大電圧に対して回
路を保護するために設けられている。その結果、調整さ
れていない供給電位はコモン端子に対してB+として指
定される。B+に繋がれた電圧調整器は、以下のよう
に、調整された電圧で8.4ボルトに指定された電圧を発
生する。抵抗R2はツェナーダイオードD1に電流を供給
し、電圧8.4ボルトに繋がれたエミッタフォロアトラン
ジスタQ1によりバッファされる電圧を安定させる。抵抗
R1は、電流制限を提供し、ダイオードD10は調整された
8.4ボルトラインにおける過大電圧保護を提供してい
る。
FIG. 10a depicts a power supply and oscillator circuit of a second preferred embodiment according to the present invention. The power supply 558 is formed by receiving a DC input between its terminal + IN and the common terminal. Capacitor CI filters AC noise present at the input of the power supply, diode D2 is provided to protect the reverse polarity, and diode D3 is provided to protect the circuit against excessive input voltage. . As a result, the unregulated supply potential is designated as B + with respect to the common terminal. A voltage regulator connected to B + generates a regulated voltage at 8.4 volts as follows. Resistor R2 supplies current to Zener diode D1 to stabilize the voltage buffered by emitter follower transistor Q1 tied to a voltage of 8.4 volts. resistance
R1 provides current limit and diode D10 is regulated
Provides overvoltage protection on the 8.4 volt line.

トランスT1を含む発振器は8.4V電源によってエネルギ
ーが与えられる。トランスT1を除いて、発振器は第一の
実施例で述べられたものと同じで、よって、その動作は
これ以上議論されない。トランスT1はシールド電位が二
次巻線の上からというよりはむしろ独立した巻線から得
られるという点でトランス74と異なる。このことはシー
ルドソースのソースインピーダンスを最小化し、そして
リッジ出力をシールド負荷に対して変動させないよう望
まれ、その結果システムは材料の電導性とセンサ位置の
様々な形態で使われ、これらはシールドとグランド電極
間で高コンダクタンスを示す。発振器は一般的な観点か
ら三つの交流電位を発生する。これらはOSC+、シール
ド、そしてOSC+の反対位相を有するOSC−で示される。
The oscillator, including transformer T1, is energized by an 8.4V power supply. With the exception of the transformer T1, the oscillator is the same as that described in the first embodiment, so its operation will not be discussed further. Transformer T1 differs from transformer 74 in that the shield potential is obtained from an independent winding rather than from above the secondary winding. This is desirable to minimize the source impedance of the shield source and not to vary the ridge output with respect to the shield load, so that the system can be used in various forms of material conductivity and sensor location, these are the shield and It shows high conductance between ground electrodes. An oscillator generates three alternating potentials from a general point of view. These are denoted OSC +, shield, and OSC- with the opposite phase of OSC +.

発振器出力は第10b図に示されるブリッジ回路に結合
される。描かれたブリッジは第8b図に示された形式であ
り、すなわち測定電極に現れた信号は重要な物質状態で
比較的低いソースインピーダンスを有し、シールド−グ
ランド間の電圧作用によって実効物質アドミッタンスY1
とY3から成るアドミッタンス分割器に生成される。ブリ
ッジは集積回路U2、タイプCD4060から成るクロックを含
む。U2は単安定マルチバイブレーターとしてC13,R13そ
してR14が接続され三つのインバータを含む。U2はさら
にQとして示されるクロック出力を発生するようマルチ
バイブレータに接続された2進分周器を含む。クロック
出力Qの周期はシステムがクロックの半周期以内に現れ
たいかなる入力にも適当に応答でき残りの回路の応答時
間より十分長いものである。なぜならクロックはある入
力条件の下でシステム出力を変調可能で、そのような変
調は第二実施例のシステムの一つの出力状態を作り、そ
れはクロック周期を選択することであり、その結果変調
は視覚的に感知できる周波数で生じる。出願人は2Hz
周波数が第二実施例によるシステムにおいてこれらの目
的に適合することを発見した。クロック出力QはU3、タ
イプCD4053の半分を形成するスイッチU3aを動作させる
のに使われ、その効果は以下に述べられる。
The oscillator output is coupled to the bridge circuit shown in FIG. 10b. The depicted bridge is of the type shown in FIG. 8b, i.e. the signal appearing at the measuring electrode has a relatively low source impedance in the important material state and the effective material admittance Y 1
And generated admittance divider consisting of Y 3. The bridge contains a clock consisting of integrated circuit U2, type CD4060. U2 includes three inverters connected to C13, R13 and R14 as monostable multivibrators. U2 further includes a binary divider connected to the multivibrator to generate a clock output denoted as Q. The period of the clock output Q is such that the system can properly respond to any input that appears within a half period of the clock and is much longer than the response time of the remaining circuits. Because the clock can modulate the system output under certain input conditions, such modulation creates one output state of the system of the second embodiment, which is to select the clock period, so that the modulation is It occurs at a frequency that can be sensed. Applicant has discovered that the frequency of 2H z is adapted for these purposes in the system according to the second embodiment. Clock output Q is used to operate switch U3a, which forms U3, half of type CD4053, the effects of which are described below.

ブリッジはそれらの接合点でソース中点をシールドと
OSC+間で開放回路電圧にしC14とC17から成るアドミッ
タンス分割器を含む。このソースはC20の一方の終端に
接続され、その他の終端はブリッジ出力であり、そして
誤差増幅器580の一つの入力に接続される。その入力と
測定電極端子52間の結合はC21による。従って、第8b図
の用語においてC14とC17の接合電圧は電圧源50Bを形成
し、アドミッタンスC20に接続されたこのソースのソー
スアドミッタンスはアドミッタンス素子512を形成し、
そしてC21はアドミッタンス素子514を形成する。従っ
て、ブリッジはC20を通って流れる電流はC21のアドミッ
タンスの発生及びシールド電圧と測定電極電圧間の差に
等しい時に平衡する。
The bridge shields the midpoint of the source at those junctions
Includes an admittance divider consisting of C14 and C17, with an open circuit voltage between OSC +. This source is connected to one end of C20, the other end is the bridge output, and is connected to one input of error amplifier 580. The coupling between the input and the measurement electrode terminal 52 is based on C21. Thus, in the terminology of FIG.
C21 forms an admittance element 514. The bridge thus balances when the current flowing through C20 is equal to the onset of admittance of C21 and the difference between the shield voltage and the measurement electrode voltage.

ブリッジはさらにOSC+とSPDTスイッチU3aの共通端子
間に接続されたC19を含む。示された位置において、ス
イッチはC19のスイッチ終端を関連する影響の無いシー
ルドに接続する。他の位置において、スイッチはC19をC
14と並列に接続し、その結果そのアドミタンを加えそし
て平衡なC20を通した電流源に変える。これは順次測定
電極に平衡が要求されるシールド電圧差を生じ、したが
って平衡に存在しなければならない物質状態を変える。
このようにして、クロック周期の各々の部分で、異なる
物質状態設定点が確立される。もし特別のシステムが異
なるセンサ配置そして又は異なる物質状態に適合させる
ために、平衡に対して要求される測定電極電圧の変化容
量を有することが望まれるならば、C14そして又はC19の
ようなブリッジ素子は可変につくられてもよい。さら
に、設定点は独立にC14とC19をブリッジにスイッチする
ことによって独立に調整されてもよい。さらに、述べら
れたように、異なる設定点は制御入力を変えるのに使わ
れるクロックを用いて電圧可変容量のようなアナログ可
変ブリッジ素子によってなされてもよい。
The bridge further includes C19 connected between OSC + and the common terminal of SPDT switch U3a. In the position shown, the switch connects the switch termination of C19 to the associated insensitive shield. In other positions, the switch sets C19 to C
Connect in parallel with 14, thus adding the admittance and turning it into a current source through a balanced C20. This in turn creates a shield voltage difference that requires equilibrium in the measuring electrodes, and thus changes the material state that must be present in equilibrium.
In this way, different material state set points are established at each part of the clock cycle. If it is desired that the particular system have the required changing capacity of the measuring electrode voltage for equilibrium in order to adapt to different sensor arrangements and / or different material conditions, bridge elements such as C14 and / or C19 May be made variable. Further, the set points may be adjusted independently by switching C14 and C19 to the bridge independently. Further, as noted, the different set points may be made by analog variable bridge elements, such as voltage variable capacitors, using the clock used to change the control input.

R15とC22は制御用のブリッジ出力間に含まれそしてブ
リッジ利得を直線化する。
R15 and C22 are included between the control bridge outputs and linearize the bridge gain.

ブリッジ572はさらに重要な物質状態、この場合提出
された容器40をシュミレートすることによる適当なシス
テム動作試験のための手段を含む。試験手段は第二のス
イッチU3bを含み、その共通端子はC18を通してOSC−に
接続される。示されるように、スイッチはC18を全く関
連する影響をもたないシールドに接続する。他の位置に
おいては、C18は(コンポーネントの値を適当に選択す
ることによって)高物質状態に対応するブリッジ出力を
生じるのに十分なC14とC17の接合点に接続される。よっ
て、C18がC41とC17に接続された時、高レベルに対応す
る発生出力はシステムのほとんどが機能していることを
示す。
Bridge 572 further includes means for proper system operation testing by simulating a material condition of interest, in this case, the submitted container 40. The test means includes a second switch U3b, the common terminal of which is connected to OSC- through C18. As shown, the switch connects C18 to the shield with no associated effect. In other locations, C18 is connected to a junction of C14 and C17 sufficient to produce a bridge output corresponding to a high material condition (by appropriate choice of component values). Thus, when C18 is connected to C41 and C17, the generated output corresponding to a high level indicates that most of the system is functioning.

U703は+7.7で示されそして後に述べられるように回
路内で作られる正のシールド−基準電源に接続され、そ
して−7Vで示される負のシールド−基準電源に接続され
る。−7v電源はOSC+とOSC−のD6とD5による整流とC16
によるフィルタリングによって作られる。R16は−7Vか
ら流れる電流を制限する。これらの電源は又U2に接続さ
れる。
U703 is connected to a positive shield-reference supply shown at +7.7 and made in the circuit as described below, and to a negative shield-reference supply shown at -7V. −7v power supply is rectified by OSC + and OSC− by D6 and D5 and C16
Made by filtering by R16 limits the current flowing from -7V. These power supplies are also connected to U2.

スイッチ制御C18は手動又は自動の外部スイッチ制御
させるよう適合された回路による作動を許す。回路は、
ほぼ無線周波数ポテンシャルを有しスイッチのグランド
−基準回路による動作を許す光−分離器U5を含む。U5、
タイプ4N23aでもよい、は電流制限抵抗R3を通して正の
電源電位に接続される入力LEDを含む。LEDのカソードは
試験ポイントに接続され、それは、共に接続された時、
電流がU5の光トランジスタに基づいたLEDを通して導体
に流れることを許す。普通R21を通して+7.7電位に接続
されてハイを保っている試験スイッチU3bの制御入力は
光トランジスタの導通により−7V電位にプルダウンさ
れ、そしてC35はLEDを動作させる試験ライン上の雑音を
減衰する。
Switch control C18 allows operation by a circuit adapted for manual or automatic external switch control. The circuit is
Includes a light-separator U5 that has a near radio frequency potential and allows operation by the ground-reference circuit of the switch. U5,
Type 4N23a may include an input LED connected to a positive power supply potential through a current limiting resistor R3. The LED cathode is connected to the test point, which when connected together,
Allows current to flow to the conductor through the LED based on U5 phototransistor. The control input of test switch U3b, which is normally connected to +7.7 potential and kept high through R21, is pulled down to -7V potential by the conduction of a phototransistor, and C35 attenuates noise on the test line operating the LED. .

第10c図に関して、+7.7V電源の発生回路と共に、第
二実施例の誤差増幅器と復調器が示されている。誤差増
幅器と復調器は先に決められたブリッジ条件、すなわち
平衡の状態を変化する二つのレベル出力を与える検出器
を形成する。これらの回路は第4c図に示された第一実施
例の回路に全く同様に対応するので、それらは単に簡単
に述べられる。主要な相違は第4c図の回路を制限する制
御フィードバックとマルチ−ブレークポイントが第10c
図には無いことである。
Referring to FIG. 10c, the error amplifier and demodulator of the second embodiment are shown, along with the generator circuit for the + 7.7V power supply. The error amplifier and the demodulator form a detector that provides a two-level output that changes the predetermined bridge condition, ie, the state of equilibrium. Since these circuits correspond exactly to the circuits of the first embodiment shown in FIG. 4c, they are simply described. The main difference is that control feedback and multi-breakpoints limiting the circuit of FIG.
This is not shown in the figure.

L1,C23,R17,C24そしてC25はフィルタを形成し、その
入力は基準にたいして8.4Vであり、その出力は、負荷に
よって生じるフィルタ損失により、シールドに関して+
7.7Vである。この+7.7V電源は誤差増幅器と復調器を動
作させ、又前述のブリッジに使われる。
L1, C23, R17, C24 and C25 form a filter whose input is 8.4V with respect to its reference and whose output has a +
7.7V. This + 7.7V power supply operates the error amplifier and demodulator and is used for the aforementioned bridge.

保護電位に対する電圧であるブリッジの出力は、第1
のトランジスタQ5と第2のトランジスタQ6とを含む複合
ダーリントン増幅器によって増幅される。このブリッジ
の出力は、R18とR19を導通してバイアスされるQ5のベー
スに接続されている。Q5に対する交流エミッタ負荷はR3
4により与えられ、直流電流はR23により制御され、R23
は動作周波数においてC29によりバイパスされる。コレ
クタ負荷はR20及びC26により与えられ、C26は安定性に
対する利得ロールオフを与える。Q5のコレクタにおける
その出力はQ6のベースに接続されており、Q6はそのエミ
ッタに直流動作レベルを確立する抵抗R27と交流エミッ
タ負荷を確立するコンデンサC27とを含む。Q6のコレク
タ負荷は、R24と、L2及びC30からなり動作周波数におけ
る並列共振回路であるLC回路とにより形成される。この
負荷は、安定性のため、高周波及び低周波において第2
段の利得をロールオフさせ、ダイナミックレンジの増大
に対して出力を負の電源電圧以下にスイングすることを
許容する。全体のフィードバックはR34及びR22により与
えられるが、出力が充分に増大してD8及びD28を導通さ
せると、R22がシャントされて増幅器の増大した利得は
減少させられる。これによりエラー増幅器のダイナミッ
クレンジは増大する。
The output of the bridge, which is the voltage with respect to the guard potential, is the first
, And a second transistor Q6. The output of this bridge is connected to the base of Q5, which is biased through R18 and R19. The AC emitter load for Q5 is R3
4, the direct current is controlled by R23 and R23
Is bypassed by C29 at the operating frequency. The collector load is provided by R20 and C26, which provides a gain roll-off for stability. Its output at the collector of Q5 is connected to the base of Q6, which includes a resistor R27 at its emitter to establish a DC operating level and a capacitor C27 to establish an AC emitter load. The collector load of Q6 is formed by R24 and an LC circuit consisting of L2 and C30, which is a parallel resonant circuit at the operating frequency. This load is a secondary at high and low frequencies for stability.
The gain of the stage is rolled off, allowing the output to swing below the negative supply voltage with increasing dynamic range. The overall feedback is provided by R34 and R22, but when the output is increased sufficiently to conduct D8 and D28, R22 is shunted and the increased gain of the amplifier is reduced. This increases the dynamic range of the error amplifier.

第10c図の復調器582は、第4c図のそれと、トランスコ
ンダクタンス型演算増幅器U4の利得を設定するバイアス
回路からダイオードD209ないしD212を除去したことと、
第1の実施例において特定の平行パラメータが最後に選
択されたときに出力状態に関連するフィードバック条件
を確立する要素R224,R233、及びU206を除去したことだ
けが異なる。その替わり、第2の実施例においては、単
一のフィードバック抵抗が2つのトランジスタのスイッ
チQ7,Q8の出力からU4の非反転入力に接続されている。
第1の実施例のフィードバック形式も用いられてもよい
が、設定点が設定点フィードバック消去を分離する相互
作用を起こすのに充分接近することはありそうにないの
で、一般にはレベル及びコーティング厚さ状態の監視に
は不必要である。復調器582の出力はR12とC12の接続点
における2状態信号であり、Q8が導通するときはハイに
引き上げられ、Q8が導通しないときはローに引き下げら
れる。
The demodulator 582 of FIG. 10c is different from that of FIG. 4c in that the diodes D209 to D212 are removed from the bias circuit for setting the gain of the transconductance operational amplifier U4.
The only difference is that in the first embodiment, the elements R224, R233, and U206 that establish the feedback condition associated with the output state when a particular parallel parameter was last selected are removed. Instead, in the second embodiment, a single feedback resistor is connected from the outputs of switches Q7 and Q8 of the two transistors to the non-inverting input of U4.
The feedback form of the first embodiment may also be used, but generally the level and coating thickness are not likely to be close enough to cause the setpoint feedback cancellation interaction to occur. It is not necessary for status monitoring. The output of demodulator 582 is a two-state signal at the junction of R12 and C12, which is pulled high when Q8 conducts and low when Q8 does not conduct.

第2の実施例の出力回路は第10d図に示され、基本的
には、U1とタイプCD4007と、オープンコレクタ出力トラ
ンジスタQ2とで形成された増幅器からなっている。復調
器の出力はR4,R5、及びC2からなる分圧及びローパスフ
ィルタ回路に接続され、この回路はU1内のnチャンネル
トランジスタのゲートに接続され、それにより保護基準
化復調器の出力の交流成分を除去し且つ復調器の出力の
ハイ及びローレベルがそれぞれトランジスタを実質的に
完全にオン及びオフにすることを確実にする。R6はトラ
ンジスタのドレイン電流を制限し、トランジスタはCMOS
インバータのゲートに接続されて、ローインピーダンス
の2レベル出力を与える。この出力は電流制限抵抗R7を
介して出力トランジスタQ2のベースに接続されている。
Q2はオープンコレクタ系統の出力を与える。必要なら
ば、不使用のインバータが使用されて反対の意味のシス
テム出力を与えてもよい。
The output circuit of the second embodiment is shown in FIG. 10d and basically consists of an amplifier formed by U1, a type CD4007, and an open collector output transistor Q2. The output of the demodulator is connected to a voltage divider and low-pass filter circuit consisting of R4, R5, and C2, which is connected to the gate of the n-channel transistor in U1 and thereby the AC component of the output of the protection scaled demodulator. And ensures that the high and low levels of the output of the demodulator substantially completely turn the transistor on and off, respectively. R6 limits transistor drain current, transistor is CMOS
Connected to the gate of the inverter to provide a low impedance two-level output. This output is connected to the base of the output transistor Q2 via the current limiting resistor R7.
Q2 gives the output of an open collector system. If necessary, an unused inverter may be used to provide the opposite system output.

第2の実施例の全体システムの伝達関数は第11図に示
されている。第12図及び第10b図について上述したよう
に、このシステムは、例えば興味ある厚さの材料で被膜
されたセンサに応答し且つ充満したタンクに完全に浸さ
れたセンサに応答して、自動的且つ繰り返しその設定点
を変化させるように作られ得る。これらの設定点はそれ
ぞれ、X軸上でtc及びtfとして表されている。被膜の厚
さがtcより低い低レベル状態では、スイッチU3aの状態
の如何に係わらずブリッジの出力はハイであり、定常的
にハイを出力する。被膜がtcを越え且つtfより低い場合
で、タンクが充満していない場合は、C14が回路の中に
スイッチされるときのみブリッジの出力はハイになる
が、C14とC19がともに回路にスイッチされるとローにな
る。したがって、出力はハイとローの間でクロック周波
数で振動し、クロックにより効果的に変調される。被膜
の厚さがtfより大になるか、センサが材料で覆われる
と、ブリッジの出力はスイッチUa3の状態の如何に係わ
らずローになり、システムの出力はしたがってローにな
る。したがって、第2の実施例のシステムは3つの出力
状態が可能な単一の出力を与える。3状態出力信号の利
点は、LEDのような単一の表示手段が、オフと、フラッ
シングと、充分状態とを仮定することにより3つの出力
状態を表示できることである。復調器の出力により本質
的に与えられるか出力回路により与えられる3つの状態
の出力は、3つの状態の出力の他の形態にまたは2つの
設定点に対する別々の2状態の出力に変換され得ること
が理解される。例えば、発振出力を検出する回路が提供
されることができ、この場合は、レベル出力をローレベ
ル状態とし、被膜出力をハイレベル状態とする。
The transfer function of the whole system of the second embodiment is shown in FIG. As described above with respect to FIGS. 12 and 10b, the system automatically responds, for example, in response to a sensor coated with a material of interest thickness and in response to a sensor completely immersed in a full tank. And it can be made to repeatedly change its set point. Each of these set points are expressed as t c and t f on the X-axis. The thickness of the low-level state less than t c of the coating, the output of the bridge regardless of the state of the switch U3a is high, constantly outputs a high. Coating at lower than exceeded and t f a t c, if the tank is not filled, the the output of the look-bridge goes high, C14 and C19 are both circuit when the C14 is switched into the circuit Goes low when switched. Thus, the output oscillates at the clock frequency between high and low and is effectively modulated by the clock. When the thickness of the coating is greater than t f or the sensor is covered with material, the output of the bridge goes low, regardless of the state of switch Ua3, and the output of the system is therefore low. Thus, the system of the second embodiment provides a single output with three possible output states. An advantage of the tri-state output signal is that a single display means, such as an LED, can display the three output states by assuming off, flashing, and full states. The three-state output provided essentially by the output of the demodulator or provided by the output circuit can be converted to another form of three-state output or to a separate two-state output for two set points. Is understood. For example, a circuit for detecting the oscillation output can be provided, in which case the level output is at a low level and the film output is at a high level.

第13a図及び第13b図は第1の実施例の1つ以上の設定
点の関数である出力を生成する回路を示す。第13a図は
第1の実施例の分離出力と共に用いられて第2の実施例
により生成される種類の結合出力を生成する回路を示
す。この回路は入力tcとtfを有し、これらは第4e図のラ
ッチ86の出力対から与えられ、これらは被膜の厚さ及び
充満した容器の設定点をそれぞれ超過するまでハイであ
る。オアゲート530の出力534は設定点tcを越えるまでは
ハイであり、入力tcがローになると出力534はクロック
入力に従う。アンドゲート532の出力536は、設定点tf
越えない限りそしてtfがハイである限りオアゲート530
の出力534に従い、入力tfがローになると、出力536はロ
ーになる。したがって、出力536は第11図に示したのと
同様の伝達関数を与え、第10d図におけるごときオープ
ンコレクタ出力トランジスタまたは他の適当な装置の駆
動に使用され得る。
13a and 13b show a circuit for generating an output which is a function of one or more set points of the first embodiment. FIG. 13a shows a circuit used in conjunction with the split output of the first embodiment to generate a combined output of the type generated by the second embodiment. This circuit has an input t c and t f, which are supplied from the output pair of the latch 86 of the 4e Figure, these are high until the excess coating thickness and filled containers set point, respectively. The output 534 of the OR gate 530 until it exceeds the set point t c is high, the output 534 input t c is low, according to the clock input. The output 536 of the AND gate 532 is OR gate 530 as long as it does not exceed the set point t f and as long as t f is high.
According output 534, the input t f becomes low, the output 536 goes low. Thus, output 536 provides a transfer function similar to that shown in FIG. 11 and can be used to drive an open collector output transistor or other suitable device as in FIG. 10d.

第13b図は、入力が設定点tcとtfの間にあるときに一
つの状態を示し、他の全ての状態のときに他の状態を示
す出力542を与えるために用いられる回路を示す。出力t
cとtfに接続された排他的論理和540がこの機能を提供
し、その出力と、tf出力が適当な出力装置に接続され
る。
Figure 13b shows the one state when the input is between the set point t c and t f, shows the circuit used to provide an output 542 indicating another state when all other conditions . Output t
XOR 540 connected to the c and t f is provides this functionality, and its output, t f output connected to a suitable output device.

第2の出力は2つの設定点のシステムとして示された
が、さらに多くの設定点を与えるように変形することが
できることが理解される。例えば、ブリッジに付加的な
スイッチを設けて各アドミッタンス要素に対して特異
な、デューティサイクルのための付加的なアドミッタン
ス要素において接続してもよい。この場合、最高と最低
の設定点の間の出力は、各設定点を越えたものに対して
クロック成分により変調される。
Although the second output is shown as a two set point system, it will be appreciated that it can be modified to provide more set points. For example, the bridge may be provided with an additional switch and connected at an additional admittance element for the duty cycle specific to each admittance element. In this case, the output between the highest and lowest set points is modulated by the clock component over those beyond each set point.

第2の実施例の回路ブロックと第1の実施例の回路ブ
ロックを適切に相互交換すること、および他の等価物で
置換することが一般的に可能であることもまた、理解さ
れるであろう。
It will also be appreciated that it is generally possible to interchange the circuit blocks of the second embodiment with the circuit blocks of the first embodiment appropriately and to replace them with other equivalents. Would.

ここに開示されたレベルと被膜の両者を監視するに適
合する単一センサのシステムが被膜がレベルを監視する
に用いられる実際のセンサにおいて測定され便利に実施
される利点を有する一方で、ここに記述されるものとは
別の単一の設定点の監視システムの一対により等価の結
果を得ることが可能であることが、さらに理解されるで
あろう。すなわち、被膜が容器の内面上に均一に蓄積さ
れるという仮定のもとに、それぞれそれ自身のセンサを
もつ単一の設定点のシステムの一対が容器内に適切に配
置されることが可能である。システムの1つにおける設
定点が、被膜の厚さが予め定められた厚さを超過したと
きにスイッチングが行われ、システムの他の1つにおけ
る設定点が、被膜が完全に形成されたときにスイッチン
グが行われるよう調整されることが可能である。
While a single-sensor system adapted to monitor both level and coating disclosed herein has the advantage that the coating is measured and conveniently implemented in the actual sensor used to monitor the level, It will further be appreciated that equivalent results can be obtained with a pair of single setpoint monitoring systems other than those described. That is, a pair of single set point systems, each with its own sensor, can be properly positioned within the container, assuming that the coating is uniformly accumulated on the interior surface of the container. is there. Switching occurs when the set point in one of the systems exceeds a predetermined thickness of the coating, and the set point in the other one of the systems determines when the coating is completely formed. Switching can be adjusted to occur.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーターソン,スティーブン アール. アメリカ合衆国,ペンシルバニア 19025,ドレッシャー,ウエストウィン ド ウェイ 204 (56)参考文献 特開 昭51−26063(JP,A) 特開 昭51−63653(JP,A) 特開 昭61−292021(JP,A) 特開 昭57−4519(JP,A) 実開 昭54−107361(JP,U) 実開 昭62−156836(JP,U) 米国特許3635094(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01F 23/00 - 25/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Peterson, Stephen Earl. United States, Pennsylvania 19025, Dresser, West Windway 204 (56) References JP-A-51-26063 (JP, A) JP-A-51 -63653 (JP, A) JP-A-61-292021 (JP, A) JP-A-57-4519 (JP, A) JP-A-54-107361 (JP, U) JP-A-62-156836 (JP, U) US Patent 3650994 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01F 23/00-25/00

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】物質監視システムであって、 流体物質を含む容器内にセンサが配置されると、該容器
内の前記物質のレベルに応じ、かつ前記センサ上の前記
物質の被膜の厚さに応じるセンサ信号を生成するセンサ
と、 物質レベルセットポイントを表す基準信号値とセンサ被
膜厚さセットポイントを表す基準信号とを含む複数の基
準信号値の中で変化する値を有する基準信号を生成する
基準発生器と、 前記センサ及び前記基準発生器に接続されており、前記
センサ信号と前記基準信号を比較して応答出力信号を生
成する出力信号生成回路と、 を具備し、 前記出力信号は、前記物質レベルセットポイントに対し
てハイ物質レベルを表す第1の状態と、前記物質レベル
セットポイントに対してロー物質レベルを表す第2の状
態と、前記センサ上の物質の被膜の厚さが前記センサ被
膜厚さセットポイントを越えたことを表す第3の状態と
を含む、少なくとも3つの異なる状態を有する、 物質監視システム。
1. A substance monitoring system, comprising: a sensor disposed in a container containing a fluid substance, wherein the sensor has a thickness corresponding to a level of the substance in the container and a thickness of the coating of the substance on the sensor. A sensor for generating a corresponding sensor signal; and a reference signal having a value that varies among a plurality of reference signal values including a reference signal value representing a substance level set point and a reference signal representing a sensor film thickness set point. A reference generator, and an output signal generation circuit connected to the sensor and the reference generator, the output signal generating circuit comparing the sensor signal and the reference signal to generate a response output signal, and the output signal is: A first state representing a high substance level for the substance level set point, a second state representing a low substance level for the substance level set point, and And a third state indicating that the thickness of the quality of the coating exceeds the sensor coating thickness set point, with at least three different states, material monitoring system.
【請求項2】前記センサはほぼ平面状の物質感知面を含
む、請求の範囲第1項記載の物質監視システム。
2. The system of claim 1, wherein said sensor includes a substantially planar material sensing surface.
【請求項3】前記センサはアドミッタンス・センサであ
る、請求の範囲第1項記載の物質監視システム。
3. The substance monitoring system according to claim 1, wherein said sensor is an admittance sensor.
【請求項4】前記出力信号生成回路はブリッジを含む、
請求の範囲第1項記載の物質監視システム。
4. The output signal generation circuit includes a bridge.
The substance monitoring system according to claim 1.
【請求項5】前記出力信号生成回路は、駆動されると前
記基準信号値を変化させるスイッチを含む、請求の範囲
第1項記載の物質監視システム。
5. The substance monitoring system according to claim 1, wherein said output signal generation circuit includes a switch for changing said reference signal value when driven.
【請求項6】前記基準発生器は、駆動されると前記基準
信号値を変化させるスイッチを含む、請求の範囲第1項
記載の物質監視システム。
6. The substance monitoring system according to claim 1, wherein said reference generator includes a switch for changing said reference signal value when driven.
【請求項7】前記スイッチに接続されたスイッチコント
ローラを更に備え、前記スイッチコントローラは自動的
且つ繰り返し前記スイッチを駆動するものである、請求
の範囲第6項記載の物質監視システム。
7. The substance monitoring system according to claim 6, further comprising a switch controller connected to said switch, wherein said switch controller automatically and repeatedly drives said switch.
【請求項8】容器内の流体物質の監視方法であって、 容器内にセンサを配置し、 前記センサを駆動して、該容器内の流体物質のレベルに
応じ、かつ前記センサ上の前記流体物質の被膜の厚さに
応じるセンサ信号を生成し、 物質レベルセットポイントを表すレベル基準信号とセン
サ被膜厚さセットポイントを表す被膜厚さ基準信号とを
生成し、 前記センサ信号と前記基準信号を比較し、そして 前記比較ステップの結果に従う少なくとも3つの異なる
状態から選択された1つを含む出力信号を生成し、前記
状態の2つは前記物質レベルセットポイントに対する物
質のレベルを表しており、前記状態の1つは前記センサ
被膜厚さセットポイントに対するセンサ上の物質の被膜
の厚さを表している、 容器内の流体物質の監視方法。
8. A method for monitoring a fluid material in a container, comprising: arranging a sensor in the container, driving the sensor to respond to a level of the fluid material in the container, and to monitor the fluid on the sensor. Generating a sensor signal according to the thickness of the coating of the substance, generating a level reference signal representing the substance level set point and a film thickness reference signal representing the sensor film thickness set point, and converting the sensor signal and the reference signal. Comparing and generating an output signal comprising one selected from at least three different states according to the result of said comparing step, wherein two of said states are representative of a level of a substance with respect to said substance level set point, A method of monitoring a fluid material in a container, wherein one of the states represents a thickness of a material coating on the sensor relative to the sensor film thickness set point.
【請求項9】前記センサを配置するステップは、前記容
器内に、はぼ平面状の表面を持つ前記センサを配置し、
それにより前記ほぼ平面状の表面が前記容器の内側表面
と実質的に同じになるようにすることを含む、請求の範
囲第8項記載の方法。
9. The step of disposing the sensor comprises disposing the sensor having a flat surface in the container.
9. The method of claim 8, including thereby causing said substantially planar surface to be substantially the same as an interior surface of said container.
【請求項10】前記センサを駆動するステップは前記セ
ンサに無線周波信号を印加することを含む、請求の範囲
第8項記載の方法。
10. The method of claim 8, wherein driving the sensor comprises applying a radio frequency signal to the sensor.
【請求項11】前記センサを配置するステップは前記容
器内にアドミッタンスセンサを配置することを含む、請
求の範囲第8項記載の方法。
11. The method of claim 8, wherein said step of disposing a sensor comprises disposing an admittance sensor in said container.
【請求項12】前記基準信号を生成するステップは、前
記比較ステップで比較のための前記基準信号の1つを選
択するスイッチを駆動することを含む、請求の範囲第8
項記載の方法。
12. The method according to claim 8, wherein the step of generating the reference signal includes driving a switch that selects one of the reference signals for comparison in the comparing step.
The method described in the section.
【請求項13】前記基準信号を生成するステップは前記
スイッチを自動的且つ繰り返し駆動することを含む、請
求の範囲第12項記載の方法。
13. The method of claim 12, wherein said step of generating a reference signal comprises automatically and repeatedly driving said switch.
【請求項14】前記比較ステップは前記センサ信号を前
記基準信号と比較するブリッジを提供することを含む、
請求の範囲第8項記載の方法。
14. The comparing step includes providing a bridge that compares the sensor signal with the reference signal.
The method according to claim 8.
【請求項15】容器内に配置されたセンセと該センサに
接続されて該容器内の物質のレベルを表すレベル出力信
号を提供するインストルメントとを含むインストルメン
トシステムを用いる、容器内の流体物質のレベル監視プ
ロセスにおいて、前記センサは物質により被膜されるよ
うにされ、該センサ上の物質の被膜は前記インストルメ
ントの能力に影響を与えて、物質のレベルを正確に表す
レベル出力信号を生成し、前記インストルメントシステ
ムの動作方法は、 前記インストルメント内で前記センサ上の物質の被膜を
検出し、 前記センサ上の物質の被膜を示す被膜出力信号を生成
し、前記被膜を示す出力信号は前記レベル出力信号とは
異なり区別できるものであるようにする、 インストルメントシステムの動作方法。
15. A fluid material in a container using an instrument system including a sensor disposed in the container and an instrument connected to the sensor to provide a level output signal indicative of a level of the material in the container. In the level monitoring process, the sensor is made to be coated with a substance, and the coating of the substance on the sensor affects the performance of the instrument to generate a level output signal that accurately represents the level of the substance. The method of operating the instrument system comprising: detecting a coating of a substance on the sensor within the instrument; generating a coating output signal indicative of the coating of the substance on the sensor; A method of operating an instrument system that distinguishes it from a level output signal.
【請求項16】前記被膜を示す出力信号は前記センサ上
の被膜の厚さを表している、請求の範囲第第15項に記載
の方法。
16. The method according to claim 15, wherein said output signal indicative of said coating is indicative of a thickness of said coating on said sensor.
【請求項17】前記被膜を示す出力信号は前記センサ上
の被膜の厚さが被膜厚さセットポインントを越えている
かを示している、請求の範囲第16項に記載の方法。
17. The method of claim 16, wherein the output signal indicative of the coating indicates whether the thickness of the coating on the sensor exceeds a coating thickness set point.
【請求項18】前記インストルメントは少なくとも3つ
の所定の状態の1つを持つ出力信号を生成し、前記被膜
を表す出力信号を生成するステップは前記所定の状態の
1つを持つ出力信号を生成することを含む、請求の範囲
第15項記載の方法。
18. The method according to claim 18, wherein the instrument generates an output signal having one of at least three predetermined states, and the step of generating an output signal representative of the coating generates an output signal having one of the predetermined states. 16. The method of claim 15, comprising:
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