Schaltungsanordnung zur Selbsterregung eines mechanischen Schwingsystems zu Eigenresonanzschwingungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Selbsterregung von Eigenresonanzschwingungen des mechanischen Schwingsystems eines Füllstandssensors mit einem elektromechanischen Wandlersystem, das im Rückkopplungskreis einer elektronischen Verstärkerschaltung angeordnet ist, so daß es durch die Ausgangswechselspannung der Verstärkerschaltung zu mechanischen Schwingungen angeregt wird und zum Eingang der Verstärkerschaltung eine Wechselspannung mit der Frequenz der mechanischen Schwingungen liefert, wobei die Verstärkerschaltung einen Operationsverstärker mit nichtlinearer Verstärkungskennlinie enthält, die bei kleinen Werten des Eingangssignals eine größere Verstärkung als bei größeren Werten des Eingangssignals ergibt.

[0002] Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist aus der EP-A-240 360 bekannt. Durch die nichtlineare Verstärkungskennlinie wird ein Problem gelöst, das insbesondere bei mechanischen Schwingsystemen von Füllstandssensoren auftritt. Zur Feststellung des Erreichens eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter mit Hilfe eines zu Eigenresonanzschwingungen angeregten mechanischen Schwingsystems wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Schwingungen beim Eintauchen des Sensors in das Füllgut infolge der starken Dämpfung aussetzen, während das Wiedereinsetzen der Schwingungen anzeigt, daß der Füllstand unter die Einbauhöhe des Sensors gefallen ist. Wird bei einer solchen Anwendung der Sensor im Prozeßbehälter hohen Temperaturen ausgesetzt, so kann sich dadurch der Übertragungsfaktor des Sensors so stark ändern, daß er nicht mehr anschwingen kann, wodurch es zu einer Fehlanzeige des Füllstands kommt. In gleicher Weise wirken sich stark zur Ansatzbildung neigende Füllgüter (z.B. Kalk, Mehl) aus: Bei starker Ansatzbildung kann der Sensor nicht mehr anschwingen, so daß fälschlich angezeigt wird, daß der Sensor bedeckt ist, obwohl er in Wirklichkeit nicht in das Füllgut eintaucht und nur mit Ansatz bedeckt ist. Wenn zur Vermeidung dieses Problems die Verstärkung der Verstärkerschaltung erhöht wird, wird die Fremdvibrationsempfindlichkeit zu groß. Dies bedeutet, daß bei bedecktem Sensor Vibrationen am Behälter, die beispielsweise durch Rüttler oder vorbeiströmendes Füllgut verursacht werden, Ausgangsspannungen der Verstärkerschaltung verursachen können, die vortäuschen, daß der Sensor nicht bedeckt ist und Eigenresonanzschwingungen ausführt, wobei dann fälschlicherweise ein zu niedriger Füllstand angezeigt wird. Durch die nichtlineare Verstärkungskennlinie wird ein sicheres Anschwingen auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen gewährleistet und die Gefahr von Fehlanzeigen des Schwingungszustands verringert, ohne daß die Fremdvibrationsempfindlichkeit zu groß wird.

[0003] Bei der aus der EP-A-240 360 bekannten Schaltungsanordnung enthält der Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers einen nichtlinearen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient in Reihe mit einem aus einer Induktivität und einer Kapazität gebildeten Serienschwingkreis. Die nichtlineare Verstärkerkennlinie entsteht dadurch, daß der nichtlineare Widerstand beim Einsetzen der Schwingungen einen kleineren Widerstandswert als im stationären Schwingungszustand hat. Da außerdem das mechanische Schwingungsgebilde in einer kapazitiven Brücke liegt, die über eine zweite Induktivität an den Ausgang des Operationsverstärkers angekoppelt ist, ist diese Schaltungsanordnung aufwendig, und sie enthält Schaltungselemente, die in der üblichen Halbleiterschaltungstechnik ungern verwendet werden.

[0004] Aus der Zeitschrift "Wireless World", Band 73, Nr. 12, Dezember 1967, Seiten 594-598, sind Dioden-Funktionsgeneratoren bekannt, die durch einen Operationsverstärker mit in Abhängigkeit von der Signalamplitude veränderlichem Rückkopplungswiderstand gebildet sind. Zur Erzielung des veränderlichen Rückkopplungswiderstands weist der Rückkopplungskreis mehrere parallele Zweige auf, von denen jeder einen Widerstand in Serie mit einer Diode enthält. Die Widerstandswerte sind so abgestuft, daß die Dioden bei unterschiedlichen Werten des Eingangssignals leitend werden und dann jeweils den in Serie dazu liegenden Widerstand parallel in den Rückkopplungszweig einschalten. Dadurch ergibt sich eine Funktionskennlinie in Form eines gebrochenen Linienzugs. Diese Wirkung tritt jedoch nur für eine der beiden Stromrichtungen ein, denn für die andere Stromrichtung sind alle Dioden gesperrt. Um eine Wechselspannung gemäß der Funktionskennlinie zu verändern, muß diese Wechselspannung einseitig auf das Bezugspotential festgelegt werden, so daß sie sich nur nach einer Seite verändert. Diese bekannte Schaltungsanordnung eignet sich daher nicht für die Selbsterregung von Eigenresonanzschwingungen des mechanischen Schwingsystems eines Füllstandssensors durch eine zum Bezugspotential symmetrische Wechselspannung.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art von einfachem Aufbau, die nur Schaltungselemente der üblichen Halbleiterschaltungstechnik enthält und die Selbsterregung von Eigenresonanzschwingungen des mechanischen Schwingsystems eines Füllstandssensors durch eine zum Bezugspotential symmetrische Wechselspannung ermöglicht.

[0006] Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers zwei in Serie geschaltete Widerstände enthält, und daß einem der beiden Widerstände zwei Halbleiterdioden gegensinnig parallelgeschaltet sind.

[0007] Eine zweite Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der invertierende Eingang des Operationsverstärkers durch einen Schaltungszweig, der einen Feldeffekttransistor enthält, mit Masse verbunden ist, und daß der Strompfadwiderstand des Feldeffekttransistors durch eine an dessen Gate-Elektrode angelegte Steuerspannung veränderlich ist, die von der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers abhängt.

[0008] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1

das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erregung eines mechanischen Schwingsystems zu Eigenresonanzschwingungen,

Fig. 2

das Schaltbild einer Ausführungsform des Eingangsverstärkers der Schaltungsanordnung von Fig. 1,

Fig. 3

Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des Eingangsverstärkers von Fig. 2,

Fig. 4

das Schaltbild einer anderen Ausführungsform des Eingangsverstärkers von Fig. 2 und

Fig. 5

Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des Eingangsverstärkers von Fig. 4.

[0009] Fig. 1 zeigt als Beispiel für ein mechanisches Schwingsystem, das zu Schwingungen mit der Eigenresonanzfrequenz angeregt werden soll, einen Füllstandssensor 10 mit zwei Schwingstäben 12, 14. Die Schwingstäbe werden in gegenphasige Biegeschwingungen versetzt, die beim Eintauchen der Stäbe in das Füllgut so stark gedämpft werden, daß die Schwingungen aussetzen, wodurch festgestellt werden kann, daß das Füllgut einen vorbestimmten Füllstand erreicht hat, während umgekehrt das Wiedereinsetzen der Schwingungen anzeigt, daß der Füllstand wieder unter die zu überwachende Höhe gefallen ist. Die Schwingstäbe, 12, 14 sind jeweils mit einem Ende an einer Membran 16 befestigt, die am Rand in einer Halterung 18 eingespannt ist.

[0010] Zur Erzeugung der Eigenresonanzschwingungen des mechanischen Schwingsystems 10 ist mit der Membran 16 ein elektromechanisches Wandlersystem 20 verbunden, daß einen Sendewandler 22 und einen Empfangswandler 24 aufweist. Der Sendewandler 22 ist an den Ausgang einer Verstärkerschaltung 30 angeschlossen und so ausgebildet, daß er eine von der Verstärkerschaltung 30 gelieferte elektrische Wechselspannung (bzw. einen elektrischen Wechselstrom) in eine mechanische Schwingung umsetzt, die auf die Membran 16 und auf die Schwingstäbe 12, 14 übertragen wird. Der Empfangswandler 24 ist mit dem Eingang der Verstärkerschaltung 30 verbunden und so ausgebildet, daß er die mechanische Schwingung des Schwingsystems 10 in eine elektrische Wechselspannung der gleichen Frequenz umsetzt. Diese Eingangswechselspannung wird von der Verstärkerschaltung verstärkt, und die dadurch erhaltene verstärkte Ausgangswechselspannung der gleichen Frequenz wird an den Sendewandler 22 angelegt. Es ist unmittelbar zu erkennen, daß das mechanische Schwingsystem auf diese Weise in einem selbsterregenden Rückkopplungskreis der Verstärkerschaltung 30 liegt, in welchem es das frequenzbestimmende Glied bildet, so daß es zu Schwingungen mit seiner Eigenresonanzfrequenz angeregt wird.

[0011] Die elektromechanischen Wandler 22, 24 können von beliebiger, an sich bekannter Art sein, beispielsweise elektromagnetische oder elektrodynamische Wandler mit Spulen, magnetostriktive Wandler, piezoelektrische Wandler oder dergleichen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß es sich um piezoelektrische Wandler handelt, die in bekannter Weise einen zwischen zwei Elektroden angeordneten Piezokristall enthalten, der eine Formänderung erfährt, wenn eine elektrische Spannung an die beiden Elektroden angelegt wird, und der umgekehrt bei einer mechanisch erzwungenen Formänderung eine elektrische Spannung zwischen den beiden Elektroden erzeugt. Der Sendewandler 22 und der Empfangswandler 24 können daher von gleicher Bauart sein.

[0012] Die Verstärkerschaltung 30 enthält einen Eingangsverstärker 32, dessen Eingangsklemmen mit den beiden Elektroden des Empfangswandlers 24 verbunden sind, ein an den Ausgang des Eingangsverstärkers 32 angeschlossenes Bandfilter 34 und einen Endverstärker 36, an dessen Ausgangsklemmen die beiden Elektroden des Sendewandlers 22 angeschlossen sind. Das Bandfilter 34 ist auf die zu erregende Eigenresonanzfrequenz des elektromechanischen Schwingsystems 10 abgestimmt, so daß die elektrische Wechselspannung mit dieser Frequenz selektiv verstärkt wird. Hierbei kann es sich um die Frequenz der Grundschwingung oder auch um die Frequenz einer Oberschwingung der Eigenresonanz des mechanischen Schwingsytems 10 handeln.

[0013] Die Besonderheit der Verstärkerschaltung 30 besteht darin, daß ihre Verstärkungskennlinie in Abhängigkeit von der Größe des Eingangssignals derart nichtlinear ist, daß die Verstärkung bei kleinen Amplituden des Eingangssignals größer als bei großen Amplituden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese nichtlineare Verstärkungskennlinie der Verstärkerschaltung 30 dadurch erreicht, daß der Eingangsverstärker 32 mit nichtlinearer Verstärkung ausgebildet ist.

[0014] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Eingangsverstärkers 32, die mit besonders einfachen Mitteln die gewünschte nichtlineare Verstärkungskennlinie ergibt. Der Eingangsverstärker 32 ist als Differenzverstärker mit einem Operationsverstärker 40 ausgebildet. Die beiden Eingänge des Operationsverstärkers 40 sind über gleiche Widerstände 41, 42 des Widerstandswerts R₁ mit den beiden Elektroden des Empfangswandlers 24 verbunden, so daß die Spannung zwischen diesen Elektroden die Eingangsspannung U_e des Differenzverstärkers bildet. In dem vom Ausgang zum invertierenden Eingang führenden Rückkopplungszweig des Operationsverstärkers 40 liegen zwei Widerstände 43, 44 mit den Widerstandswerten R₂ bzw. R₃ in Serie, und zwei weitere Widerstände 45, 46 mit den gleichen Widerstandswerten R₂ bzw. R₃ sind in Serie zwischen dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 40 und Masse angeschlossen. Dem Widerstand 44 sind zwei Halbleiterdioden 47, 48 gegensinnig parallelgeschaltet, und in entsprechender Weise sind zwei weitere Halbleiterdioden 49, 50 dem Widerstand 46 gegensinnig parallelgeschaltet.

[0015] Der in Fig. 2 dargestellte Differenzverstärker ergibt die folgende Wirkungsweise:
Wenn das mechanische Schwingsystem 10 beim Einschalten des Geräts in Ruhe ist, gibt der Empfangswandler 24 zunächst nur sehr kleine Spannungen ab, die durch leichte Fremdvibrationen, thermisches Rauschen und ähnliche Störeffekte verursacht werden. Diese kleinen Spannungen werden vom Differenz-Eingangsverstärker 32 verstärkt. Solange wie die dadurch erzeugte Ausgangsspannung U_a des Differenz-Eingangsverstärkers so klein ist, daß die Spannungsabfälle an den Widerständen 44 und 46 kleiner sind als die Durchlaßspannung der Halbleiterdioden 47, 48, 49, 50 (die bei Silicium-Dioden etwa 0,6 V beträgt), sperren die Halbleiterdioden in beiden Richtungen, und die Widerstände 44 und 46 sind voll wirksam. Für so kleine Eingangssignale beträgt der Verstärkungsfaktor V des Differenz-Eingangsverstärkers 32


Diejenigen Komponenten der Ausgangsspannung U_a, deren Frequenzen im Durchlaßbereich des Bandfilters 34 liegen, gelangen zum Endverstärker 36, von dem sie mit linearer Verstärkung weiter verstärkt werden. Die so verstärkten Signalkomponenten werden vom Sendewandler 22 in mechanische Schwingungen umgewandelt, die das mechanische Schwingsystem 10 zu einer Eigenresonanzschwingung anregen. Diese Eigenresonanzschwingung wird vom Empfangswandler 24 in eine elektrische Wechselspannung umgesetzt, die dem Eingang des Differenz-Eingangsverstärkers 32 zugeführt und von diesem in der zuvor beschriebenen Weise verstärkt wird. Auf diese Weise schaukeln sich die Schwingungen des mechanischen Schwingsystems 10 auf.

[0016] Wenn bei diesem Einschwingvorgang die Spannung U_a am Ausgang des Differenz-Eingangsverstärkers 32 so groß wird, daß die Spannungsabfälle an den Widerständen 44 und 46 größer als die Durchlaßspannung der Halbleiterdioden 47, 48 bzw. 49, 50 wird, werden die Halbleiterdioden durchlässig, so daß sie die Widerstände 44 und 46 kurzschließen. Der Verstärkungsfaktor V des Differenz-Eingangsverstärkers 32 beträgt dann


Das Diagramm A von Fig. 3 zeigt diese Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors V von der Spannung, und das Diagramm B von Fig. 3 zeigt den dadurch erzielten Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung U_e und der Ausgangsspannung U_a des Eingangs-Differenzverstärkers 32. Bei Werten der Eingangsspannung U_e, die kleiner als ein Wert U_e1 sind, ist die Ausgangsspannung U_a durch den konstanten Verstärkungsfaktor V₁ bestimmt, so daß sie mit verhältnismäßig großer Steilheit der Eingangsspannung U_e proportional ist. In diesem Bereich besitzt die Verstärkerschaltung 30 eine große Eingangsempfindlichkeit, so daß selbst bei schwachen Störeffekten sowie bei temperaturbedingten Änderungen des Übertragungsfaktors und bei Ansatzbildungen an den Schwingstäben 12, 14 ein sicheres Anschwingen gewährleistet ist.

[0017] Bei dem Wert U_e1 der Eingangsspannung U_e erreicht die Ausgangsspannung U_a infolge der Verstärkung mit dem Verstärkungsfaktor V₁ einen Wert U_a1, der gleich der Durchlaßspannung der Halbleiterdioden 47, 48, 49, 50 ist. Bei Werten der Eingangsspannung U_e, die größer als der Wert U_e1 sind, hat daher der Verstärkungsfaktor V den kleineren Wert V₂, so daß die Ausgangsspannung U_a in Abhängigkeit von der Eingangsspannung U_e weniger steil ansteigt. In diesem Bereich, in welchem keine Anschwingprobleme bestehen, ist daher die Eingangsempfindlichkeit der Verstärkerschaltung herabgesetzt, so daß Spannungen, die durch Störvibrationen erzeugt werden, nicht Werte erreichen können, die eine Resonanzschwingung des mechanischen Schwingsystems 10 vortäuschen.

[0018] Wenn schließlich die Eingangsspannung U_e einen Wert U_e2 erreicht, bei welchem die Ausgangsspannung U_a den durch die Stromversorgungsspannung bedingten Höchstwert U_B hat, geht der Eingangsverstärker 32 in die Sättigung, so daß ein weiterer Anstieg der Eingangsspannung U_e keine Erhöhung der Ausgangsspannung U_a mehr zur Folge hat.

[0019] Die geschilderten Wirkungen werden mit einem sehr geringen zusätzlichen Schaltungsaufwand erreicht. Gegenüber einem Differenz-Eingangsverstärker mit linearer Verstärkung beschränkt sich der Mehraufwand auf die beiden Widerstände 44, 46 und die vier Halbleiterdioden 47, 48, 49, 50.

[0020] Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Eingangsverstärkers 32, die ebenfalls die gewünschte nichtlineare Verstärkungskennlinie ergibt. Bei dieser Ausführungsform besteht der Eingangsverstärker 32 aus zwei Verstärkerstufen. Die erste Verstärkerstufe entspricht dem Eingangsverstärker von Fig. 2 mit dem einzigen Unterschied, daß die Widerstände 44 und 46 mit den dazu gegensinnig parallelgeschalteten Halbleiterdioden 47, 48 bzw. 49, 50 fortgelassen sind. Die übrigen Bestandteile dieser Verstärkerstufe, die denjenigen des Eingangsverstärkers von Fig. 2 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet. Wie in Fig. 2 sind die beiden Elektroden des Empfangswandlers 24 über gleiche Widerstände 41, 42 des Widerstandswerts R₁ mit den beiden Eingängen des Operationsverstärkers 40 verbunden, so daß die Spannung zwischen diesen Elektroden die Eingangsspannung U_e des Differenzverstärkers bildet. Da nunmehr im Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers 40 sowie in dem vom nichtinvertierenden Eingang nach Masse führenden Schaltungszweig nur noch die unveränderlichen Widerstände 43 bzw. 45 des Widerstandswert R₂ liegen, hat diese Verstärkerstufe den konstanten Verstärkungsfaktor


Somit wird am Ausgang des Operationsverstärkers 40 die Spannung





abgegeben.

[0021] Die zweite Verstärkerstufe enthält einen Operationsverstärker 60, dessen nichtinvertierender Eingang an den Ausgang der ersten Verstärkerstufe angeschlossen ist, so daß die Ausgangsspannung U_a′ der ersten Verstärkerstufe die Eingangsspannung der zweiten Verstärkerstufe bildet, deren Ausgangsspannung U_a zugleich die Ausgangsspannung des Eingangsverstärkers 32 darstellt. In dem zum invertierenden Eingang führenden Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers 60 liegt ein Widerstand 61 mit dem Widerstandswert R₄. Ferner liegt zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 60 und Masse ein Schaltungszweig, der einen Widerstand 62 mit dem Widerstandswert R₅ in Serie mit dem Strompfad eines Feldeffekttransistors 63 enthält. Der Widerstand R_FET des Feldeffekttransistors 63 hängt von der an dessen Gate-Elektrode angelegten Steuerspannung ab. Diese Steuerspannung wird aus der Ausgangsspannung U_a durch Gleichrichtung mittels einer Gleichrichterschaltung gewonnen, die zwei Halbleiterdioden 64, 65 und eine Glättungsschaltung mit einem Kondensator 66 parallel zu einem Widerstand 67 enthält. Somit ist der Strompfad-Widerstand R_FET des Feldeffekttransistors 63 von der Amplitude der Ausgangsspannung U_a abhängig. Dadurch ergibt sich für die zweite Verstärkerstufe der Verstärkungsfaktor


der in Abhängigkeit von dem Widerstand R_FET und somit in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U_a veränderlich ist.

[0022] Der Verstärkungsfaktor V_II bestimmt den Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung U_a′ und der Ausgangsspannung U_a der zweiten Verstärkerstufe





Der aus den beiden Verstärkerstufen bestehende Eingangsverstärker 32 hat den Gesamtverstärkungsfaktor V_G





so daß zwischen der Eingangsspannung U_e und der Ausgangsspannung U_a des Eingangsverstärkers 32 die folgende Beziehung besteht:





Die Zusammenhänge zwischen den Verstärkungsfaktoren V_I, V_II, V_G und den Spannungen U_e, U_a′, U_a sind in den Diagrammen von Fig. 5 dargestellt.

[0023] In Fig. 5 zeigt das Diagramm A den spannungsabhängigen Verlauf des Verstärkungsfaktors V_I und das Diagramm B den dadurch erzielten Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung U_e und der Ausgangsspannung U_a′ der ersten Verstärkerstufe. Bis zu einem Wert U_e2 der Eingangsspannung, bei welchem die Ausgangsspannung U_a′ den Sättigungswert U_B erreicht, ist der Verstärkungsfaktor V₁ konstant, so daß die Spannung U_a′ der Eingangsspannung U_e proportional ist.

[0024] Die Diagramme C und D zeigen in entsprechender Weise die Verhältnisse für die zweite Verstärkerstufe. Bis zu einem Wert U_a1′ der Spannung U_a′ hat der Verstärkungsfaktor V_II einen verhältnismäßig großen konstanten Wert V_II1, so daß die Ausgangsspannung U_a der Spannung U_a′ mit verhältnismäßig großer Steilheit proportional ist. Zwischen den Werten U_a1 und U_a2′ der Eingangsspannung U_a′ bzw. den entsprechenden Werten U_a1 und U_a2 der Ausgangsspannung U_a liegt der Änderungsbereich des Widerstands R_FET; demzufolge fällt der Verstärkungsfaktor V_II in diesem Bereich vom Wert V_II1 auf einen niedrigeren Wert V_II2 ab, wodurch sich in diesem Bereich der im Diagramm D dargestellte nichtlineare Zusammenhang zwischen den Spannungen U_a′ und U_a ergibt. Zwischen dem Spannungswert U_a2′ und einem Spannungswert U_a3′, bei welchem die Ausgangsspannung U_a den Sättigungswert U_B erreicht, ändert sich der Widerstand R_FET nicht mehr, so daß in diesem Bereich der Verstärkungsfaktor V_II den konstanten niedrigeren Wert V_II2 beibehält und die Spannung U_a wieder der Spannung U_a′ proportional ist, jedoch mit wesentlich geringerer Steilheit.

[0025] Schließlich zeigt das Diagramm E den Gesamtverstärkungsfaktor V_G des Eingangsverstärkers 32, der sich aus dem Produkt der beiden Verstärkungsfaktoren V_I und V_II ergibt, und das Diagramm F zeigt den entsprechenden Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung U_e und der Ausgangsspannung U_a. Es ist unmittelbar zu erkennen, daß das Diagramm F von Fig. 5 dem Diagramm B von Fig. 3 sehr ähnlich ist. Insbesondere hat auch bei der Ausführungsform von Fig. 4 der Eingangsverstärker bei kleinen Werten der Eingangsspannung U_e einen großen Verstärkungsfaktor und demzufolge eine große Eingangsempfindlichkeit, während bei höheren Werten der Eingangsspannung der Verstärkungsfaktor kleiner und demzufolge die Eingangsempfindlichkeit herabgesetzt ist. Die Ausführungsform von Fig. 4 ergibt daher die gleichen vorteilhaften Wirkungen, wie sie zuvor für die Ausführungsform von Fig. 2 erläutert worden sind.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Selbsterregung von Eigenresonanzschwingungen des mechanischen Schwingsystems (10) eines Füllstandssensors mit einem elektromechanischen Wandlersystem (20-24), das im Rückkopplungskreis einer elektronischen Verstärkerschaltung (30) angeordnet ist, so daß es durch die Ausgangswechselspannung (U_a) der Verstärkerschaltung zu mechanischen Schwingungen angeregt wird und zum Eingang der Verstärkerschaltung eine Wechselspannung (U_e) mit der Frequenz der mechanischen Schwingungen liefert, wobei die Verstärkerschaltung (30) einen Operationsverstärker (40) mit nichtlinearer Verstärkungskennlinie enthält, die bei kleinen Werten des Eingangssignals (U_e) eine größere Verstärkung als bei größeren Werten des Eingangssignals ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreid (43,44,47,48) des Operationsverstärkers (40) zwei in Serie geschaltete Widerstände (43, 44) enthält, und daß einem (44) der beiden Widerstände zwei Halbleiterdioden (47, 48) gegensinnig parallelgeschaltet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (40) als Differenzverstärker mit zwei in Serie zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und Masse angeschlossenen zusätzlichen Widerständen (45, 46) ausgebildet ist, und daß einem der zusätzlichen Widerstände (46) zwei Halbleiterdioden (49, 50) gegensinnig parallelgeschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung zur Selbsterregung von Eigenresonanzschwingungen des mechanischen Schwingsystems (10) eines Füllstandssensors mit einem elektromechanischen Wandlersystem (20-24), das im Rückkopplungskreis einer elektronirschen Verstärkerschaltung (30) angeordnet ist, so daß es durch die Ausgangswechselspannung (U_a) der Verstärkerschaltung zu mechanischen Schwingungen angeregt wird und zum Eingang der Verstärkerschaltung eine Wechselspannung (U_e) mit der Frequenz der mechanischen Schwingungen liefert, wobei die Verstärkerschaltung (30) einen operationsverstarker (60) mit nichtlinearer Verstärkungskennlinie aufweist, die bei kleinen Werten des Eingangssignals eine größere Verstärkung als bei größeren Werten des Eingangssignals ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang des Operationsverstärkers (60) durch einen Schaltungszweig, der einen Feldeffekttransistor (63) enthält, mit Masse verbunden ist, und daß der Strompfadwiderstand des Feldeffekttransistors (63) durch eine an dessen Gate-Elektrode angelegte Steuerspannung veränderlich ist, die von der Ausgangsspannung (U_a) des Operationsverstärkers (60) abhängt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung durch Gleichrichtung aus der Ausgangsspannung gebildet ist.

Claims

1. Circuit arrangement for self-excitation of natural resonant oscillations of the mechanical oscillation system (10) of a filling level sensor comprising an electromechanical transducer system (20-24) which is arranged in the feedback circuit of an electronic amplifier circuit (30) so that said system is stimulated by the output AC voltage (U_a) of the amplifier circuit to mechanical oscillations and furnishes an AC voltage (U_e) with the frequency of the mechanical oscillations to the input of the amplifier circuit, the amplifier circuit (30) comprising an operational amplifier (40) having a non-linear gain characteristic which at small values of the input signal (U_e) gives a greater gain that at larger values of the input signal, characterized in that the feedback circuit (43, 44, 47, 48) of the operational amplifier (40) contains two resistors (43, 44) connected in series and that with one (44) of the two resistors two semiconductor diodes (47, 48) are connected in parallel in opposite senses.

2. Circuit arangement according to claim 1, characterized in that the operational amplifier (40) is formed as differential amplifier with two additional resistors (45, 46) connected in series between the non-inverting input and ground and that two semiconductor diodes (49, 50) are connected in parallel in opposite senses with one of the additional resistors (46).

3. Circuit arrangement for self-excitation of natural resonant oscillations of the mechanical oscillation system (10) of a filling level sensor comprising an electromechanical transducer system (20-24) which is arranged in the feedback circuit of an electronic amplifier circuit (30) so that said system is stimulated by the output AC voltage (U_a) of the amplifier circuit to mechanical oscillations and furnishes an AC voltage (U_e) with the frequency of the mechanical oscillations to the input of the amplifier circuit, the amplifier circuit (30) comprising an operational amplifier (60) having a non-linear gain characteristic which at small values of the input signal gives a greater gain than at larger values of the input signal, characterized in that the inverting input of the operational amplifier (60) is connected to ground via a circuit branch containing a field-effect transistor (63) and that the current flowpath resistance of the field-effect transistor (63) is variable by a control voltage which is applied to the gate electrode thereof and which depends on the output voltage (U_a) of the operational amplifier (60).

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the control voltage is formed from the output voltage by rectification.

Revendications

1. Circuit pour l'auto-excitation d'oscillations de résonance propre du système mécanique d'oscillations (10) d'un capteur de niveau de remplissage équipé d'un convertisseur électromécanique (20-24), qui est disposé dans le circuit de rétroaction d'un circuit amplificateur électronique (30), de sorte qu'il engendre des vibrations mécaniques en raison de la tension alternative de sortie (U_a) du circuit amplificateur et fournit à l'entrée du circuit amplificateur une tension alternative (U_e) avec la fréquence des vibrations mécaniques, le circuit amplificateur (30) contenant un amplificateur opérationnel (40) avec une courbe caractéristique d'amplification non linéaire qui, avec de faibles valeurs du signal d'entrée (U_e), donne une amplification plus importante qu'avec des valeurs plus élevées du signal d'entrée, caractérisé par le fait que le circuit de rétroaction (43, 44, 47, 48) de l'amplificateur opérationnel (40) contient deux résistances montées en série (43, 44) et que deux diodes semi-conductrices (47, 48) sont branchées en parallèle, tête-bêche, sur l'une (44) des deux résistances.

2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'amplificateur opérationnel (40) est conçu comme un amplificateur différentiel avec deux résistances supplémentaires (45, 46) raccordées en série entre l'entrée non inverseuse et la masse et que deux diodes semi-conductrices (49, 50) sont branchées en parallèle, tête-bêche, sur l'une des résistances supplémentaires (46).

3. Circuit pour l'auto-excitation d'oscillations de résonance propre du système mécanique d'oscillations (10) d'un capteur de niveau de remplissage équipé d'un convertisseur électromécanique (20-24), qui est disposé dans le circuit de rétroaction d'un circuit amplificateur électronique (30), de sorte qu'il engendre des vibrations mécaniques en raison de la tension alternative de sortie (U_a) du circuit amplificateur et fournit à l'entrée du circuit amplificateur une tension alternative (U_e) avec la fréquence des vibrations mécaniques, le circuit amplificateur (30) contenant un amplificateur opérationnel (40) avec une courbe caractéristique d'amplification non linéaire qui, avec de faibles valeurs du signal d'entrée, donne une amplification plus importante qu'avec des valeurs plus élevées du signal d'entrée, caractérisé par le fait que l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel (60) est reliée à la masse par une branche de circuit qui contient un transistor à effet de champ (63) et que la résistance du trajet du courant du transistor à effet de champ (63) est modifiable par une tension de commande appliquée sur son électrode de grille qui dépend de la tension de sortie (U_a) de l'amplificateur opérationnel (60).

4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la tension de commande est formée par redressement de la tension de sortie.

Zeichnung