DE102006036169B3

DE102006036169B3 - Schaltung zur besseren Gleichlaufunterdrückung bei galvanisch direkt gekoppelten Temperaturverstärkern

Info

Publication number: DE102006036169B3
Application number: DE200610036169
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. Hoffmann
Original assignee: Priamus System Technologies AG
Current assignee: Priamus System Technologies AG
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: WO2008014922A1

Abstract

Bei einer Schaltung zur besseren Gleichlaufunterdrückung bei galvanisch direkt gekoppelten Temperaturverstärkern, wobei ein Temperatursensor (1) über zwei Zuleitungen mit einem Differentialverstärker (5) mit hoher Verstärkung verbunden ist, soll über eine dritte Leitung (6) im Temperaturkabel von dem Temperatursensor (1) eine Erdschlaufenstörspannung, welche Gleichlaufprobleme im Differentialverstärker (5) verursacht, direkt an einen zweiten Differentialverstärker (10) weitergeleitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur besseren Gleichlaufunterdrückung bei galvanisch direkt gekoppelten Temperaturverstärkern, wobei ein Temperatursensor über in einem Temperaturkabel angeordnete Zuleitungen mit einem Differentialverstärker mit hoher Verstärkung verbunden ist.
Stand der Technik
Temperatursensoren werden beispielsweise in Spritzgiessmaschinen zur Ermittlung der Werkzeugtemperatur oder der Temperatur der Innenwand der Kavität benutzt. Ein derartiger Temperatursensor wird beispielsweise in der DE 102 58 100 A1 beschrieben.
Ein Thermoelement besteht immer aus zwei Drähten unterschiedlicher Materialien, die ein Thermopaar bilden und an einem Ende miteinander verschweisst werden. Bei der Temperaturmessung muss ein zur Auswertung nachgeschalteter Thermospannungsverstärker verwendet werden, welcher eine sehr hohe Spannungsverstärkung benötigt und einen sehr kleinen Offset haben muss. Wenn sehr schnelle Temperaturänderungen erfasst werden müssen, muss der Temperatursensor galvanisch am Gehäuse des Messlings verbunden sein. In diesem Fall werden alle Störungen von diesem Messling direkt auf einen hochempfindlichen stark verstärkenden Differentialverstärker eingekoppelt, so das die Gleichlaufunterdrückung sehr oft nicht mehr reicht, um die Störungen vom Messignal fern halten zu können. Meistens handelt es sich dabei um Erdschlaufen, welche dadurch entstehen, dass mehrere Maschinenteile, die unterschiedlich geerdet sind, an der Messung der Temperatur beteiligt sind.
Ferner ist aus der DE 33 13 043 C2 eine Scheidungsanordnung zum Erfassen einer Vielzahl von sich langsam ändernden Betriebstemperaturen an Spritzgiessmaschinen, Kalandern oder Extrudern bekannt. Hierbei ist eine Vielzahl von Temperaturfühler vorgesehen, welche einen relativ geringen Messsignalhub pro Temperatureinheit aufweisen. Mittels eines Multiplexers werden die Temperaturfühler mit einer Steuerungs- oder Regeleinrichtung sequentiell verbunden. Eine Abgleicheinrichtung gleicht die dritt behaftete Messstrecke zwischen den Temperaturfühlern und einer nachgeschalteten Messsignal-Verstärkereinrichtung auf einen Soll-Wert ab. Ferner ist eine Kompensationseinrichtung vorgesehen, welche in unmittelbarer Nähe von den Klemmen der Temperaturfühler eingebaut und mit der gleichen Temperaturdrift, wie die Temperaturfühler klemmend behaftet ist, wobei das Ausgangssignal der Kompensationseinrichtung den jeweils selektierten und verstärkten Messsignaladditiv dazugesetzt wird.
Die EP 0 455 629 B1 gibt einen Weg an, wie die Einkopplung solcher Störungen verhindert werden kann, indem zur Datenübertragung einfach ein isolierender Lichtleiter verwendet wird. Dazu wandelt ein Messverstärker mittels einer VCO (spannungsgesteuerter Oszillator) das Temperatursignal in eine Frequenz um, die dann optisch übertragen wird. Bei derartigen Systemen wird allerdings durch Alterungsprozesse im Modulator sehr schnell der genaue Bezugspunkt verloren. Ausserdem ist ein weiteres modulierendes Bauteil in der Messkette vorhanden, welches Fehler hervorrufen kann und Kosten verursacht.
Eine ähnliche Einrichtung ist auch aus der DE-AS 2 451 281 bekannt, wobei dort ein Messverstärker zur Verwendung bei in Reihe geschalteten und an einer gemeinsamen Spannungsquelle liegenden Widerstände beschrieben wird, von denen mindestens einer ein Temperaturmessfühler ist, und zur Erzeugung eines Gleichstroms dient, der der Spannungsdifferenz der Gleichspannungen über den Widerständen proportional ist. Hier sind zwei mittels eines Oszillators getaktete Zerhacker vorgesehen.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur Störspannungsunterdrückung zu entwerfen, die ohne weitere Modulatoren eine hohe Gleichlaufunterdrückung erzeugen kann, so dass die Messsignale bei galvanischer Kopplung ebenfalls nicht oder nur sehr wenig durch Erdschlaufenstörspannungen gestört werden.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führt, dass über eine dritte Leitung im Temperaturkabel von dem Temperatursensor eine Erdschlaufenstörspannung, welche Gleichlaufprobleme im Differentialverstärker verursacht, direkt an einen zweiten Differentialverstärker weitergeleitet wird.
Die Idee besteht dabei darin, dass das Gleichlaufverhalten von Verstärkern besser wird, wenn die Verstärkung kleiner wird. Deshalb wird zur Realisierung der Aufgabenstellung die Signalverstärkung, welcher die Temperatursignale verstärkt, in mindestens zwei Teile getrennt. In dem hochverstärkenden Differentialverstärker erfolgt eine Addition der Störspannung auf die Betriebsspannung. Damit wird das Störsignal am Differentialeingang des Verstärkers automatisch zu 0 gemacht. In dem zweiten Differentialverstärker, der auch aus mehreren Stufen bestehen kann, wird nur eine kleine Verstärkung bewirkt, so dass das Gleichlaufverhalten wesentlich besser ist.
Das Erdschlaufenstörsignal liegt somit elektrisch nicht am ersten hochverstärkenden Differentialverstärker an, um das schlechte Gleichlaufunterdrückungsverhalten dieses ersten Differentialverstärkers zu verbessern, sondern wird an den zweiten Differentialverstärker weitergeleitet, der infolge seiner niedrigen Verstärkung ein wesentlich besseres Gleichlaufunterdrückungsverhalten aufweist.
Um die Addition der Störspannung auf die Betriebsspannung des Differentialverstärkers realisieren zu können, wird die Betriebsspannung des ersten Differentialverstärkers gegen die Betriebsspannung des zweiten Differentialverstärkers isoliert. Die isolierte Spannung wird dann z.B. mit drei Widerständen an die Spannung des zweiten Differentialverstärkers so angebunden, dass der gesamte erste Differentialverstärker bezüglich der Betriebsspannung mit der Störung mitschwimmt. Für die Anbindung der beiden Betriebsspannungen untereinander sind aber auch andere schaltungstechnische Kombinationen möglich. So ist durchaus denkbar, dass der erste Verstärker nur durch Widerstände mit der Betriebsspannung des zweiten Verstärkers verbunden ist. Grosse Kondensatoren könnten dann die Betriebsspannung konstant halten, wenn der erste Verstärker schwimmt. Der Widerstand könnte in diesem Fall auch eine Spule sein. Wesentlich für die Neuerung ist nur die Idee, dass der erste Differentialverstärker mit der Störung mitschwimmt.
Wie dieses Schwimmen der Betriebspannung erreicht wird, ist für die Verbesserung der Eigenschaften des Systems unerheblich. Der Neuheitsgrad dieser Erfindung besteht darin, das ohne zusätzliche Modulatoren ein quasiisolierender Aufbau sehr kostengünstig aufgebaut werden kann, bei dem keine Alterungserscheinungen des Modulators das Messergebnis verschlechtern.
Figurenbeschreibung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine blockschaltbildliche Darstellung einer Schaltung gemäß der Erfindung zur besseren Gleichlaufunterdrückung bei galvanisch direkt gekoppelten Temperaturverstärkern;
2 eine blockschaltbildliche Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Schaltung gemäss 1.
In den 1 und 2 ist ein Temperatursensor 1 in einer nur angedeuteten Form 2 einer Spritzgiessmaschine gezeigt. Dabei handelt es sich um einen schnellen, unisolierten Sensor. Dieser Temperatursensor 1 ist mit einem Pluspol 3 und einem Minuspol 4 mit einem ersten Differentialverstärker 5 verbunden, in dem eine erhebliche Verstärkung eines eingehenden Temperatursignals erfolgt. Dieser erste Differentialverstärker 5 wird mit einer Betriebsspannung UB1 betrieben. Diese Betriebsspannung UB1 ist isoliert gegenüber anderen Betriebsspannungen.
Vom Temperatursensor 1 führt eine dritte Leitung 6, welche strichpunktiert angedeutet ist, im Temperaturkabel einmal über eine Erdleitung 7 oder Schirm zu einer analogen Masse 8 für alle Messkanäle und über eine weitere Leitung 9 zu einem zweiten Differentialverstärker 10, der mit einer Betriebsspannung UB2 betrieben wird.
Der Differentialverstärker 5 besitzt vier Anschlüsse. Ein Ausgang 11 ist direkt mit dem Pluspol des zweiten Differentialverstärkers 10 verbunden, ein anderer Ausgang 12 direkt mit dem Minuspol. Zwei weitere Eingänge (Supply) 13 und 14 sind miteinander über zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren 15 und 16 verbunden, wobei parallel zu den Kondensatoren 15 und 16 jeweils ein Widerstand R1 angeordnet ist. Zwischen den beiden Widerständen R1 und R1 und den beiden Kondensatoren 15 und 16 befindet sich eine Verbindungsleitung 17, von der eine Abzweigleitung 18 zu der Leitung 9 führt. Die Leitung 9 und die Abzweigleitung 18 liegen im Anschluss daran direkt auf Masse 19. Vor der Masse 19 führt aber die Leitung 9 noch über einen Widerstand R2 weiter zu dem zweiten Differentialverstärker 10 und zu der analogen Masse 8.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist Folgende:
Da es sich bei dem ersten Differentialverstärker 5 um einen hochverstärkenden Differentialverstärker handelt, beträgt eine Gleichlaufunterdrückung wegen der hohen Verstärkung nur +/– 0,3 V. Bei dem niedrig verstärkenden zweiten Differentialverstärker 10 beträgt dagegen die Gleichlaufunterdrückung wegen niedriger Verstärkung +/– 200 V.
Durch Addition der Störspannung Istör wegen Erdschlaufenstrom auf die Betriebsspannung UB1 am Differentialeingang des ersten Differentialverstärkers 5 wird automatisch das Störsignal zu Null gemacht. Um die Addition der Störspannung auf die Betriebsspannung UB1 des ersten Differentialverstärkers 5 realisieren zu können, muss die erste Betriebsspannung UB1 gegen die zweite Betriebsspannung UB2 des Differentialverstärkers 10 isoliert sein. Die isolierte Spannung UB1 wird dann zum Beispiel über die drei Widerstände R1 bzw. R2 an die Betriebsspannung UB2 so angebunden, dass der gesamte erste Differentialverstärker 5 bezüglich der Betriebsspannung mit der Störung mitschwimmt.

Für die Anbindung der beiden Betriebsspannungen UB1 und UB2 untereinander sind aber auch andere schaltungstechnische Kombinationen möglich. So ist durchaus denkbar, dass der erste Differentialverstärker 5 nur durch Widerstände mit der Betriebsspannung UB2 des zweiten Differentialverstärkers 10 verbunden ist. Dies ist in 2 gezeigt. Große Kondensatoren 15 und 16 können dann die Betriebsspannung konstant halten, wenn der erste Differentialverstärker 5 schwimmt. Der Widerstand R2 könnte in diesem Fall auch eine Spule sein. Positionszahlenliste

1	Temperatursensor
2	Form
3	Pluspol
4	Minuspol
5	Erster Differentialverstärker
6	Leitung
7	Erdleitung
8	analoge Masse
9	Leitung
10	Zweiter Differentialverstärker
11	Ausgang
12	Ausgang
13	Eingang
14	Eingang
15	Kondensator
16	Kondensator
17	Verbindungsleitung
18	Abzweigleitung
19	Masse
UB1	Betriebsspannung von 5
UB2	Betriebsspannung von 10
R1	Widerstand
R2	Widerstand

Claims

Schaltung zur besseren Gleichlaufunterdrückung bei galvanisch direkt gekoppelten Temperaturverstärkern, wobei ein Temperatursensor (1) über zwei in einem Temperaturkabel angeordnete Zuleitungen mit einem Differentialverstärker (5) mit hoher Verstärkung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass über eine dritte Leitung (6) im Temperaturkabel von dem Temperatursensor (1) eine Erdschlaufenstörspannung, welche Gleichlaufprobleme im Differentialverstärker (5) verursacht, direkt an einen zweiten Differentialverstärker (10) weitergeleitet wird.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdschlaufenstörspannung am ersten Differentialverstärker (5) direkt auf die Betriebsspannung UB1 des ersten Differentialverstärkers (5) aufaddiert wird.
Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufaddierung der Erdschlaufenstörspannung auf die Betriebsspannung UB1 die Betriebsspannung UB1 des ersten Differentialverstärkers (5) isoliert zur zweiten Betriebsspannung UB2 des zweiten Differentialverstärkers (10) ist.
Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung UB2 des zweiten Differentialverstärkers (10) nicht isoliert ist.
Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese isolierte Betriebsspannung UB1 mit einem aus zwei Widerständen R1/R2 gebildeten Spannungsteiler halbiert wird, damit die Signaleingangsspannung des ersten Differentialverstärkers (5) innerhalb seiner Betriebsspannung UB1 liegt.
Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch zwei Kondensatoren (15, 16) parallel zu den beiden Widerständen R1/R1 das Gleichlaufstörsignal am Differentialverstärker (5) noch weiter verringert wird.
Schaltung nach wenigstens einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anbindung der isolierten Betriebsspannung UB1 an die nicht isolierte Betriebsspannung UB2 ein Widerstand R2 verwendet wird, der mindestens 500 mal grösser ist als der Widerstand einer Zuleitung (9) vom Temperatursensor (1) zum zweiten Differentialverstärker (10).
Schaltung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Differentialverstärker in Serie geschaltet werden, wobei das Störsignal gleichzeitig am Eingang und an der Betriebsspannung des hochverstärkenden ersten Differentialverstärkers (5) angeschlossen ist.