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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erfassen einer physikalischen Größe.
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In letzter Zeit hat sich ein starker Bedarf für einen Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe wie etwa Druck, Temperatur oder Beschleunigung im Zusammenhang mit Haustechnik und Fahrzeugtechnik ergeben. Wenn ein Sensor für eine physikalische Größe mit einem einzigen Meßbereich so eingestellt ist, daß er eine große Änderung in einer physikalischen Größe erfaßt, kann der Sensor eine kleine Änderung in der physikalischen Größe nicht erfassen. In diesem Fall ist die Erfassungsauflösung des Sensors, d. h. die Erfassungsgenauigkeit, vergleichsweise niedrig. Wenn der Sensor andererseits so eingestellt ist, daß er eine hoher Erfassungsgenauigkeit aufweist, kann der Sensor eine große Änderung in der physikalischen Größe nicht erfassen.
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Um sowohl eine große als auch eine kleine Änderung in einer physikalischen Größe zu erfassen, wurde ein Sensor für eine physikalische Größe mit einer Mehrzahl von Meßbereichen vorgeschlagen. Wie in 8 gezeigt, beinhaltet ein Sensor für eine physikalische Größe 50 drei Sensoreinheiten 50a–50c. Jede Sensoreinheit 50a–50c weist eine Sensorvorrichtung 51a–51c, einen Verstärker 52a–52c und eine Ausgangsschaltung 55a–55c auf. Jede Ausgangsschaltung 55a–55c ist jeweils durch einen Kabelbaum bzw. eine elektrische Leitungsverbindung mit einer elektronischen Steuereinheit (d. h. ECU) 30 verbunden.
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Hierbei arbeitet dadurch, daß jeder Verstärker 52–52c mit einem unterschiedlichen Offset versehen ist, der Verstärker 52a in der Sensoreinheit 51a beispielsweise als ein linearer Verstärker in dem ersten Meßbereich zwischen P0 und P1, wie in 9 gezeigt. In ähnlicher Weise arbeitet der Verstärker 52b in dem zweiten Meßbereich zwischen P1 und P2, und der Verstärker 52c arbeitet in dem dritten Meßbereich zwischen P2 und P3. Demgemäß kann der Sensor 50 eine Druckänderung in einem weiten Druckbereich durch Schalten einer Mehrzahl von Sensoreinheiten 50a–50c mit unterschiedlichen Offsets erfassen.
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Der Sensor 50 gemäß einem Stand der Technik benötigt jedoch eine Mehrzahl von Sensoreinheiten 50a–50c, so daß sowohl Kosten als auch Abmessungen des Sensors 50 ansteigen.
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In Anbetracht der vorgenannten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Erfassen sowohl einer großen als auch einer kleinen Änderung in einer physikalischen Größe zu schaffen, welche die Nachteile des Stands der Technik überwindet. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Erfassen sowohl einer großen als auch einer kleinen Änderung in einer physikalischen Größe zu schaffen, welche kompakt und kostengünstig ist. Im Speziellen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Erfassen sowohl einer großen als auch einer kleinen Änderung in einer physikalischen Größe zu schaffen, welche mit nur einer Sensoreinheit zum Erfassen einer physikalischen Größe auskommt. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erfassen sowohl einer großen als auch einer kleinen Änderung in einer physikalischen Größe bereitzustellen.
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Die
DE 199 64 002 A1 betrifft einen gattungsgemäßen Sensor mit einer Wandlereinrichtung und einer der Wandlereinrichtung nachgeschalteten Signalaufbereitungseinrichtung mit einer Offsetkompensation. Zur Vermeidung einer Verfälschung des Meßsignals wird eine frequenzabhängige Betriebsmodusumschaltung vorgeschlagen, die einen Offsetfehler verringern und einen Offset in einem geeigneten bzw. beherrschbaren Bereich halten soll. Nicht hingegen offenbart wird, daß der Verbrauchsstrom dem bestimmten Meßbereich entspricht. Darüber hinaus wird ein Zusammenhang zwischen dem Verbrauchsstrom und dem Meßbereich nicht offenbart.
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Weitere elektrische Schaltungen mit jedoch geringerer Relevanz sind bekannt aus der
US 4 365 511 A und der
JP 59 133 425 A .
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Meßgrößenerfassungseinrichtung beinhaltet einen Detektor oder Sensor, einen Verstärker, eine Offset-Einstellvorrichtung, eine Addiereinrichtung und eine Ausgabeeinrichtung. Der Detektor erfaßt eine physikalische Größe und gibt eine erste Spannung aus, die der erfaßten physikalischen Größe entspricht. Der Verstärker verstärkt die erste Spannung. Die Offset-Einstellvorrichtung bestimmt einen Meßbereich der verstärkten ersten Spannung unter einer Mehrzahl von vorbestimmten Meßbereichen und gibt eine zweite Spannung aus, die dem bestimmten Meßbereich entspricht. Die Addiervorrichtung subtrahiert die zweite Spannung von der verstärkten ersten Spannung und gibt die subtrahierte verstärkte erste Spannung, die sich in dem bestimmten Spannungs- bzw. Meßbereich befindet, aus. Die Ausgabevorrichtung gibt die subtrahierte verstärkte erste Spannung an eine externe Schaltung aus und teilt der externen Schaltung den bestimmten Meßbereich mit. Die externe Schaltung berechnet die physikalische Größe auf der Grundlage der subtrahierten verstärkten ersten Spannung und des bestimmten Meßbereichs.
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Ein veränderlicher Bereich bzw. ein Variablenbereich der subtrahierten verstärkten ersten Spannung kann vergleichsweise groß festgelegt werden, so daß die externe Schaltung die subtrahierte verstärkte erste Spannung akkurat erfaßt. Daher kann die Einrichtung die physikalische Größe in einem weiten Bereich erfassen, ohne die Erfassungsgenauigkeit wesentlich zu verringern. Somit erfaßt die Einrichtung sowohl eine große als auch eine kleine Änderung in der physikalischen Größe.
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Die Ausgabevorrichtung steuert einen Verbrauchsstrom, welcher ein Strom ist, der in der Ausgabevorrichtung verbraucht wird und der Ausgabevorrichtung von der externen Schaltung aus zugeführt wird. Der gesteuerte Verbrauchsstrom entspricht dem bestimmten Meßbereich, so daß die Ausgabevorrichtung der externen Schaltung den bestimmten Meßbereich mitteilt.
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Vorzugsweise führt die Ausgabevorrichtung der externen Schaltung einen Strom zu. Hierbei entspricht der zugeführte Strom dem erfaßten Meßbereich, so daß die Ausgabevorrichtung der externen Schaltung den bestimmten Meßbereich mitteilt.
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Vorzugsweise moduliert die Ausgabevorrichtung die subtrahierte verstärkte erste Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem erfaßten Meßbereich und gibt die modulierte subtrahierte verstärkte erste Spannung an die externe Schaltung aus, so daß die Ausgabevorrichtung der externen Schaltung sowohl die subtrahierte verstärkte erste Spannung als auch den erfaßten Meßbereich mitteilt.
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Vorzugsweise beinhaltet die Ausgabevorrichtung eine erste Schaltung zum Ausgeben der subtrahierten verstärkten Ausgangsspannung an die externe Schaltung und eine zweite Schaltung zum Ausgeben eines Bereichssignals, das dem erfaßten Meßbereich entspricht, an die externe Schaltung.
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Als nächstes beinhaltet ein Verfahren zum Erfassen einer physikalischen Größe die Schritte eines Erfassens einer physikalischen Größe so, daß eine erste Spannung, die der erfaßten physikalischen Größe entspricht, ausgegeben wird, eines Bestimmens eines Meßbereichs der ersten Spannung unter einer Mehrzahl von vorbestimmten Meßbereichen so, daß eine zweite Spannung, die dem erfaßten Meßbereich entspricht, ausgegeben wird, eines Subtrahierens der zweiten Spannung von der ersten Spannung und eines Ausgebens der subtrahierten ersten Spannung und einer Information über den erfaßten Meßbereich.
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Ein veränderlicher Bereich bzw. ein Variablenbereich der subtrahierten ersten Spannung kann vergleichsweise groß festgelegt werden, so daß die subtrahierte erste Spannung akkurat erfaßt wird. Daher kann die physikalische Größe in einem weiten Bereich erfaßt werden, ohne die Erfassungsgenauigkeit wesentlich zu verringern. Somit kann sowohl eine große als auch eine kleine Änderung in der physikalischen Größe erfaßt werden.
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Vorzugsweise werden die subtrahierte erste Spannung und die Information über den erfaßten Meßbereich durch eine externe Schaltung erfaßt, so daß die externe Schaltung die physikalische Größe auf der Grundlage der subtrahierten ersten Spannung und der Information über den erfaßten Meßbereich berechnet.
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Der Ausgabeschritt beinhaltet weiter den Schritt eines Steuerns eines Verbrauchsstroms, welcher in einer Schaltung, die den Ausgabeschritt vorsieht, verbraucht wird und von einer externen Schaltung aus zugeführt wird. Hierbei entspricht der Verbrauchsstrom dem erfaßten Meßbereich, so daß die externe Schaltung die physikalische Größe auf der Grundlage der subtrahierten ersten Spannung und des erfaßten Meßbereichs berechnet.
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Vorzugsweise beinhaltet der Ausgabeschritt weiter den Schritt eines Zuführens eines Stroms an eine externe Schaltung. Hierbei entspricht der Strom dem erfaßten Meßbereich, so daß die externe Schaltung die physikalische Größe auf der Grundlage der subtrahierten ersten Spannung und des erfaßten Meßbereichs berechnet.
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Vorzugsweise beinhaltet der Ausgabeschritt weiter die Schritte eines Modulierens der subtrahierten ersten Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem bestimmten Meßbereich und eines Ausgebens der modulierten subtrahierten ersten Spannung an eine externe Schaltung, so daß die externe Schaltung die physikalische Größe auf der Grundlage der modulierten subtrahierten ersten Spannung berechnet.
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Die vorgenannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht wurde, ersichtlich werden. In den Zeichnungen ist:
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1 ein schematisches Diagramm, welches eine Druckerfassungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein Teildiagramme, welches ein Schaltnetz und eine ECU gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
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3A ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer endgültigen Ausgangsspannung einer Ausgangsschaltung und einem erfaßten Druck gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und 3B ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen dem Verbrauchsstrom eines Schaltnetzes und einem erfaßten Druck gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
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4 ein schematisches Diagramm, welches eine Druckerfassungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ein Teildiagramm, welches eine Ausgangsschaltung und eine ECU gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
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6 ein schematisches Diagramm, welches eine Druckerfassungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ein schematisches Diagramm, welches eine Druckerfassungseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ein schematisches Diagramm, welches einen Sensor für eine physikalische Größe gemäß einem Stand der Technik zeigt; und
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9 ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung des Sensors und einem erfaßten Druck gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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(Erste Ausführungsform)
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Wie in 1 gezeigt, beinhaltet eine Druckerfassungseinrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform eine Sensorvorrichtung 11, einen Verstärker 12, eine Bereichsbestimmungsschaltung 13, eine Offset-Schaltung 14, einen Addierer 15, eine Ausgangsschaltung 16a und ein Schaltnetz 17. Die Einrichtung 10 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (d. h. ECU) 30 durch einen Kabelbaum bzw. elektrische Leitungen verbunden. Der Energiequellenanschluß 10d, der Masseanschluß 10e und der Signalanschluß 10f der Einrichtung 10 sind mit dem Energieversorgungsanschluß 30d, dem Masseanschluß 30e bzw. dem Signalanschluß 30f der ECU 30 verbunden.
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Die Sensorvorrichtung 11 erfaßt einen Druck durch Verwenden einer dünnen Membran (nicht gezeigt) und gibt eine anfängliche Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit dem erfaßten Druck aus. Der Verstärker 12 verstärkt die von der Sensorvorrichtung 11 aus eingegebene anfängliche Ausgangsspannung. Die Bereichsbestimmungsschaltung 13 weist eine Mehrzahl von Fensterkomparatoren (nicht gezeigt) zum Bestimmen eines Meßbereichs der verstärkten anfänglichen Ausgangsspannung unter einer Mehrzahl von vorbestimmten Meßbereichen auf. Wenn ein Druck an die Sensorvorrichtung 11 angelegt wird, bestimmt die Bereichsbestimmungsschaltung 13 den Meßbereich, zu welchem die verstärkte anfängliche Ausgangsspannung gehört. Dann gibt die Bereichsbestimmungsschaltung 13 ein Bereichsbestimmungssignal in Übereinstimmung mit dem bestimmten Meßbereich aus.
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Jeder Fensterkomparator weist einen Schwellenwert zum Definieren eines jeweiligen Meßbereichs auf. Beispielsweise weist der erste Fensterkomparator den ersten Schwellenwert auf, der den ersten Meßbereich zwischen P0 und P1 vorsieht, den zweiten Schwellenwert für den zweiten Meßbereich zwischen P1 und P2, usw. Wenn beispielsweise die verstärkte anfängliche Ausgangsspannung unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, gehört die verstärkte anfängliche Ausgangsspannung zu dem ersten Meßbereich. Nach Bestimmen des Meßbereichs gibt die Bereichsbestimmungsschaltung 13 das Bereichsbestimmungssignal aus, welches eine Information über den erfaßten Meßbereich bereitstellt. Hierbei sind vier Meßbereiche P0–P1, P1–P2, P2–P3, P3–P4 vorgesehen, und ein 3-Bit-Signal wird als das Bereichsbestimmungssignal verwendet.
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Die Offset-Schaltung 14 gibt eine Offset-Einstellungsspannung in Übereinstimmung mit dem von der Bereichsbestimmungsschaltung 13 aus eingegebenen Bereichsbestimmungssignal aus. Wenn das Bereichsbestimmungssignal dem ersten Meßbereich zwischen P0 und P1 entspricht, ist die Offset-Einstellspannung Null. Wenn das Bereichsbestimmungssignal dem zweiten Meßbereich zwischen P1 und P2 entspricht, ist die Offset-Einstellspannung V1. Wenn das Bereichsbestimmungssignal dem dritten Meßbereich zwischen P2 und P3 entspricht, ist die Offset-Einstellspannung 2 × V1, usw. Somit gibt die Offset-Schaltung 14 N mal die Spannung V1, d. h. N × V1 (N = 0, 1, 2, ...), als die Offset-Einstellspannung aus.
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Der Addierer 15 subtrahiert die Offset-Einstellspannung von der von dem Verstärker 12 aus eingegebenen verstärkten anfänglichen Ausgangsspannung. Dann empfängt die Ausgangsschaltung 16a eine von dem Addierer 15 aus eingegebene subtrahierte Ausgangsspannung und gibt die subtrahierte Ausgangsspannung als eine endgültige Ausgangsspannung an die ECU 30 aus. Demgemäß ändert sich die von der Ausgangsschaltung 16a aus ausgegebene endgültige Ausgangsspannung in jedem Meßbereich P0–P1, P1–P2, P2–P3, P3–P4 zwischen Null Volt und V1 Volt, wie in 3A gezeigt. Hierbei weist die Bereichsbestimmungsschaltung 13 eine Hysterese-Eigenschaft des Bereichsbestimmungssignals auf. Diese Hysterese-Eigenschaft verhindert, daß die endgültige Ausgangsspannung fluktuiert. Darüber hinaus verhindert die Hysterese-Eigenschaft, daß ein in dem Schaltnetz verbrauchter Verbrauchsstrom fluktuiert. Somit weist eine Druckausgangsspannungskurve eine Hysterese-Eigenschaft auf, wie in 3A gezeigt.
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Die endgültige Ausgangsspannung von der Ausgangsschaltung 16a wird durch den Kabelbaum bzw. die elektrische Leitungsverbindung in die ECU 30 eingegeben. Nachdem sich die endgültige Ausgangsspannung in jedem Meßbereich P0–P1, P1–P2, P2–P3, P3–P4 zwischen Null Volt und V1 Volt ändert, muß die ECU 30 den Meßbereich, zu welchem die Ausgangsspannung gehört, erkennen, um die verstärkte anfängliche Ausgangsspannung des Verstärkers 12 zu berechnen. In diesem Fall wird, falls das Bereichsbestimmungssignal von der Bereichsbestimmungsschaltung 13 aus einfach in die ECU 30 eingegeben wird, eine umfangreiche Verkabelung zwischen der Druckerfassungseinrichtung 10 und der ECU 30 benötigt. Daher versetzt in der ersten Ausführungsform das Schaltnetz 17 zum Schalten des Verbrauchsstroms die ECU 30 in die Lage, den bestimmten Meßbereich der endgültigen Ausgangsspannung ohne Vergrößern des Kabelbaums bzw. ohne Verkomplizierung oder Ausweitung einer Leitungsanordnung zu erfassen. Hierbei ist der Verbrauchsstrom ein Strom, der in dem Schaltnetz 17 verbraucht wird, und entspricht dem erfaßten Meßbereich. Das Schaltnetz 17 steuert den Verbrauchsstrom so, daß er dem bestimmten Meßbereich entspricht.
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Wie in 2 gezeigt, beinhaltet das Schaltnetz 17 drei Schalter 17a–17c und drei Konstantstromschaltungen 17d–17f. Jeder Schalter 17a–17c schaltet gemäß dem 3-Bit-Signal als dem von der Bereichsbestimmungsschaltung 13 aus ausgegebenen Bereichsbestimmungssignal ein und aus. In jeder Konstantstromschaltung 17d–17f fließt ein unterschiedlicher konstanter Strom, so daß der Verbrauchsstrom, der in dem Schaltnetz 17 verbraucht wird, durch eine Kombination von Ein-/Ausschaltungen der Schalter 17a–17c auf 8fache Weise geschaltet werden kann. Somit ändert sich, wie in 3B gezeigt, der Verbrauchsstrom in Übereinstimmung mit dem Meßbereich P0–P1, P1–P2, P2–P3, P3–P4 von I1 bis I4.
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Die ECU 30 führt den Verbrauchsstrom dem Schaltnetz 17 durch einen Widerstand 301 zu, wie in 2 gezeigt. Wenn der Verbrauchsstrom der Einrichtung 10 sich auf 8fache Weise bzw. zwischen 8 Werten ändert, ändert sich eine Klemmenspannung zwischen zwei Anschlüssen des Widerstands 301 ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Verbrauchsstrom. Daher kann der Meßbereich der endgültigen Ausgangsspannung entsprechend dem Stromverbrauch durch Messen der Klemmenspannung zwischen zwei Anschlüssen des Widerstands 301 erfaßt werden.
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Die ECU 30 weist einen Mikrocomputer 300 (d. h. MC) auf. Der Mikrocomputer 300 erfaßt die von der Ausgangsschaltung 16a aus ausgegebene endgültige Ausgangsspannung und die Klemmenspannung des Widerstands 301 durch einen A/D-Wandler (nicht gezeigt) vom eingebauten oder außenliegenden Typ. Somit erkennt der Mikrocomputer 300 den bestimmten Meßbereich der endgültigen Ausgangsspannung durch Erfassen der Klemmenspannung, so daß der Mikrocomputer 300 den erfaßten Druck auf der Grundlage der endgültigen Ausgangsspannung und des erfaßten Meßbereichs berechnet. In anderen Worten, der erfaßte Druck wird durch Addieren der Offset-Einstellspannung, die dem Meßbereich entspricht, d. h. N × V1 (N = 0, 1, 2, ...) zu der endgültigen Ausgangsspannung berechnet.
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In der ersten Ausführungsform liegt ein veränderlicher Bereich bzw. Variablenbereich der endgültigen Ausgangsspannung in jedem Meßbereich zwischen Null und V1, so daß der variable Bereich der endgültigen Ausgangsspannung vergleichsweise groß festgelegt werden kann. Daher kann die ECU 30 die endgültige Ausgangsspannung akkurat erfassen, so daß der Druck akkurat erfaßt wird. Darüber hinaus kann die Einrichtung 10 einen Druck in einem so weiten Bereich zwischen P0 und P4 erfassen, ohne die Erfassungsgenauigkeit wesentlich zu verringern und ohne eine neue Sensorvorrichtung hinzuzufügen. Somit erfaßt die Einrichtung 10, die nur eine Sensoreinheit aufweist, sowohl eine große als auch eine kleine Druckänderung. Ferner kann die ECU 30, nachdem der Verbrauchsstrom der Druckerfassungseinrichtung 10 das Bereichsbestimmungssignal ausdrückt, das Bereichsbestimmungssignal erfassen, ohne einen neuen Signaldraht, d. h. den neuen Kabelbaum, zwischen der Druckerfassungseinrichtung 10 und der ECU 30 hinzuzufügen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Die Druckerfassungseinrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet die Sensorvorrichtung 11, den Verstärker 12, die Bereichsbestimmungsschaltung 13, die Offset-Schaltung 14, den Addierer 15 und eine Ausgangsschaltung 16b, wie in 4 gezeigt.
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Die subtrahierte Ausgangsspannung aus dem Addierer 15, d. h. die mit einem Offset eingestellte bzw. nachgestellte Ausgangsspannung, und das Bereichsbestimmungssignal aus der Bereichsbestimmungsschaltung 13 werden in die Ausgangsschaltung 16b eingegeben. Die Ausgangsschaltung 16b gibt die endgültige Ausgangsspannung an die ECU 30 aus und steuert ein Stromversorgungsvermögen in Übereinstimmung mit dem Bereichsbestimmungssignal. Wie in 5 gezeigt, beinhaltet die Ausgangsschaltung 16b einen Operationsverstärker 167, drei Schalter 161–163 und drei Konstantstromschaltungen 164–166.
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Der Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 167 ist mit dem Addierer 15 verbunden, und der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 167 ist mit den Konstantstromschaltungen 164–166 und dem Signalanschluß 10f verbunden. Der Operationsverstärker 167 gibt die endgültige Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit der subtrahierten Ausgangsspannung durch den Signalanschluß 10f, 30f an die ECU 30 aus. Jeder Schalter 161–163 wird durch ein 3-Bit-Signal des Bereichsbestimmungssignals so gesteuert, daß ein Strom, der durch jede Konstantstromschaltung 164–166 fließt, gesteuert wird. Hierbei unterscheiden sich die Ströme, die jeweils durch die Konstantstromschaltung 164–166 fließen, voneinander. Daher ändert sich der Gesamtstrom als der durch die Ausgangsschaltung 16b fließende Konstantstrom durch eine Kombination von Ein-/Ausschaltungen der drei Schalter 161–163 in 8facher Weise, d. h. er kann bis zu 8 verschiedene Werte annehmen, so daß die Ausgangsschaltung 16b den Konstantstrom in 8facher Weise ausgibt. Hierbei drückt der konstante Strom das Stromversorgungsvermögen, d. h. das Bereichsbestimmungssignal, aus.
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Andererseits weist die ECU 30 den Mikrocomputer 300, einen Widerstand 302 und einen Schalter 303 auf. Der Widerstandswert des Widerstands 302 ist hinreichend kleiner als die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers 167. Der Mikrocomputer 300 erfaßt sowohl die endgültige Ausgangsspannung als auch das Bereichsbestimmungssignal wie folgt.
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Es wird angenommen, daß nur der Schalter 161 in der Ausgangsschaltung 16b eingeschaltet ist, und zwei verbleibenden Schalter 162, 163 ausgeschaltet sind, entsprechend dem Bereichsbestimmungssignal. Zuerst schaltet der Schalter 303 in der ECU 30 aus. Der durch die Konstantstromschaltung 164 fließende Strom wird durch einen Kanal Ia in den Operationsverstärker 167 absorbiert, weil der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 167 eine niedrige Impedanz aufweist, so daß der Strom als ein Überstrom absorbiert wird. Zu dieser Zeit erfaßt der Mikrocomputer 300 die von der Ausgangsschaltung 16b ausgegebene endgültige Ausgangsspannung entsprechend der subtrahierten Ausgangsspannung.
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Als nächstes fließt der durch die Konstantstromschaltung 164 fließende Strom, wenn der Mikrocomputer 300 den Schalter 303 so steuert, daß er einschaltet, durch die Signalanschlüsse 10f, 30f in den Widerstand 302, weil der Widerstandswert des Widerstands 302 hinreichend kleiner als die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers 167 ist. Dann ändert sich die in den Mikrocomputer 300 eingegebene endgültige Ausgangsspannung. Diese geänderte Ausgangsspannung liefert das Produkt des durch die Konstantstromschaltung 164 fließenden Stroms mit dem Widerstandswert des Widerstands 302. Daher kann der Strom aus der geänderten Ausgangsspannung berechnet werden. Hierbei drückt der Strom das Stromversorgungsvermögen, d. h. das Bereichsbestimmungssignal aus.
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Die ECU 30 steuert den Schalter 303, um zeitlich ein/auszuschalten, so daß die ECU 30 die endgültige Ausgangsspannung und das Bereichsbestimmungssignal erfaßt. Somit berechnet die ECU 30 den Druck auf der Grundlage der endgültigen Ausgangsspannung und des Bereichsbestimmungssignals.
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In der zweiten Ausführungsform kann der veränderliche Bereich bzw. der Variablenbereich der Ausgangsschaltung 16b vergleichsweise groß festgelegt werden. Daher kann die ECU 30 die Ausgangsspannung aus der Ausgangsschaltung 16b akkurat erfassen, so daß der Druck akkurat erfaßt wird. Darüber hinaus kann die Einrichtung 10 einen Druck in einem so weiten Bereich zwischen P0 und P4 erfassen, ohne die Erfassungsgenauigkeit wesentlich zu verringern, und ohne neue Sensorvorrichtungen hinzuzufügen. Somit erfaßt die Einrichtung 10, die nur eine Sensoreinheit aufweist, sowohl eine große als auch eine kleine Druckänderung. Ferner kann die ECU das Bereichsbestimmungssignal erfassen, ohne einen neuen Signaldraht zwischen der Druckerfassungseinrichtung 10 und der ECU 30 hinzuzufügen.
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(Dritte Ausführungsform)
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Die Druckerfassungseinrichtung 10 gemäß der dritten Ausführungsform beinhaltet die Sensorvorrichtung 11, den Verstärker 12, die Bereichsbestimmungsschaltung 13, die Offset-Schaltung 14, den Addierer 15, eine Ausgangsschaltung 16c und eine Oszillatorschaltung 18, wie in 6 gezeigt.
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Die Oszillatorschaltung 18 gibt eine Sinuswelle mit einer vorbestimmten Frequenz in Übereinstimmung mit dem Bereichsbestimmungssignal aus der Bereichsbestimmungsschaltung 13 aus. Die Ausgangsschaltung 16c moduliert die subtrahierte Ausgangsspannung, d. h. die endgültige Ausgangsspannung, durch Verwenden der Sinuswelle, so daß die Ausgangsschaltung 16c die modulierte Sinuswelle ausgibt. Mithin ist die vorbestimmte Frequenz in Übereinstimmung mit dem Bereichsbestimmungssignal der endgültigen Ausgangsspannung überlagert.
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Die ECU 30 beinhaltet einen Frequenzzähler (nicht gezeigt) und einen Filter (nicht gezeigt). Der Frequenzzähler erfaßt die überlagerte Frequenz, d. h. die vorbestimmte Frequenz. Die vorbestimmte Frequenz drückt das Bereichsbestimmungssignal aus. Dann wird die überlagerte Frequenz durch den Filter beseitigt, so daß die ECU 30 ein analoges Signal erfassen kann, das der endgültigen Ausgangsspannung entspricht. Mithin berechnet die ECU 30 den Druck auf der Grundlage der endgültigen Ausgangsspannung und des Bereichsbestimmungssignals.
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In der dritten Ausführungsform kann der veränderliche Bereich bzw. der Variablenbereich der Ausgangsschaltung 16c groß festgelegt werden, so daß die ECU 30 die Ausgangsspannung aus der Ausgangsschaltung 16c akkurat erfassen kann. Ferner erfaßt die Einrichtung 10 sowohl eine große als auch eine kleine Druckänderung. Darüber hinaus entspricht das Bereichsbestimmungssignal der überlagerten Frequenz, welche der endgültigen Ausgangsspannung überlagert ist. Somit kann die ECU 30 das Bereichsbestimmungssignal erfassen, ohne einen neuen Signaldraht zwischen der Druckerfassungseinrichtung und der ECU 30 hinzuzufügen.
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(Vierte Ausführungsform)
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Die Druckerfassungseinrichtung 10 gemäß der vierten Ausführungsform beinhaltet die Sensorvorrichtung 11, den Verstärker 12, die Bereichsbestimmungsschaltung 13, die Offset-Schaltung 14, den Addierer 15, eine Ausgangsschaltung 16d und eine Generatorschaltung 19, wie in 7 gezeigt. Der Leistungsversorgungsanschluß 10d, der Masseanschluß 10e und der Signalanschluß 10f–10i in der Druckerfassungseinrichtung 10 sind durch den Kabelbaum bzw. die elektrische Leitungsverbindung mit dem Energieversorgungsanschluß 30d, dem Masseanschluß 30e bzw. dem Signalanschluß 30f–30i in der ECU 30 verbunden.
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Die Generatorschaltung 19 wandelt das Bereichsbestimmungssignal so um, daß das umgewandelte Bereichsbestimmungssignal auf eine Systemspezifikation in der ECU 30 eingestellt ist. Wenn das Bereichsbestimmungssignal beispielsweise ein 3-Bit-Signal ist, der niedrigste Ausgangsbereich der ECU 30 durch ”111” ausgedrückt ist, und das Bereichsbestimmungssignal als ”000” ausgedrückt ist, wandelt die Generatorschaltung 19 das Bereichsbestimmungssignal zu ”111” um.
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Die Ausgangsschaltung 16d gibt die endgültige Ausgangsspannung an die ECU 30 aus. Die ECU 30 erfaßt die endgültige Ausgangsspannung und das umgewandelte Bereichsbestimmungssignal. Somit berechnet die ECU 30 den Druck durch Addieren der Offset-Einstellspannung in Übereinstimmung mit dem Bereichsbestimmungssignal zu der endgültigen Ausgangsspannung.
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In der vierten Ausführungsform kann der veränderliche Bereich bzw. der Variablenbereich der Ausgangsschaltung 16d groß festgelegt werden, so daß die ECU 30 die Ausgangsspannung aus der Ausgangsschaltung 16c akkurat erfassen kann. Ferner erfaßt die Einrichtung 10 sowohl eine große als auch eine kleine Druckänderung. Darüber hinaus kann die ECU 30 das Bereichsbestimmungssignal erfassen, ohne einen neuen Signaldraht zwischen der Druckerfassungseinrichtung 10 und der ECU 30 hinzuzufügen.
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(Modifizierung)
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Obschon die Bereichsbestimmungsschaltung 13, die Offset-Schaltung 14, der Addierer 15 und dergleichen durch diskrete Schaltkreise konstruiert sind, können sie auch durch Software implementiert sein.
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Wenn auch die Sensorvorrichtung 11 einen Drucksensor vorsieht, können Sensoren für andere physikalische Größen als die Sensorvorrichtung 11 verwendet werden. Beispielsweise kann der Sensor für eine physikalische Größe eine physikalische Größe wie etwa Temperatur, Beschleunigung oder Feuchtigkeit erfassen.
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Obgleich für die Übertragung der Signale bzw. Spannungen zwischen der Einrichtung 10 und der externen Schaltung über einen Kabelbaum bzw. eine elektrische Leitungsverbindung vorgenommen wird, kann die Übertragung auf jede beliebige Weise, etwa durch Lichtwellenleiter, über eine Funk- oder Infrarotübertragung oder auf akustische Weise erfolgen.
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Es versteht sich, daß die externe Schaltung 30 auch in der Einrichtung 11 integriert sein kann oder umgekehrt.
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Solche Änderungen und Modifizierungen sind als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, fallend zu verstehen.
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Vorstehend wurde eine neuartige Einrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe vorgestellt. Eine Einrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe beinhaltet einen Detektor, einen Verstärker, eine Offset-Einstellvorrichtung, eine Addiervorrichtung und eine Ausgabevorrichtung. Der Detektor gibt eine erste Spannung entsprechend der erfaßten physikalischen Größe aus. Der Verstärker verstärkt die erste Spannung. Die Offset-Einstellvorrichtung bestimmt einen Meßbereich der verstärkten ersten Spannung und gibt eine zweite Spannung entsprechend dem bestimmten Meßbereich aus. Die Addiervorrichtung subtrahiert die zweite Spannung von der verstärkten ersten Spannung. Die Ausgabevorrichtung gibt die subtrahierte verstärkte erste Spannung aus und informiert über den bestimmten Meßbereich. Die Einrichtung weist nur eine einzige Sensoreinheit zum Erfassen sowohl einer großen als auch einer kleinen Änderung in einer physikalischen Größe auf.