DE19531386A1

DE19531386A1 - Auswerteschaltung für einen Dickfilm-Drucksensor

Info

Publication number: DE19531386A1
Application number: DE1995131386
Authority: DE
Inventors: Eduard Hilberer
Original assignee: Grau GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 1995-08-26
Filing date: 1995-08-26
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2015-08-27
Also published as: DE19531386C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteschaltung für einen eine ohmsche Meßbrücke aufweisenden Dickfilm-Drucksensor, mit einem Spannungsversorgungsteil für die Meßbrücke, einem nach geschalteten Meßverstärker, der mindestens zwei Verstärker aufweist, deren nicht-invertierende Eingänge mit den Ausgängen der Meßbrücke verbunden sind, und mit einem dem Meßverstärker nachgeschalteten, einen Eingang und Referenzeingänge aufweisen den A/D-Wandler zur Auswertung der von der Meßbrücke abgegebenen Spannungssignale. Unter einem Dickfilm-Drucksensor wird ein Drucksensor verstanden, der eine Keramikplatte aufweist, auf dem die Meßwiderstände der Ohmschen Meßbrücke so angeordnet sind, daß bei einer Verbiegung der Keramikplatte infolge Druckein wirkung die Meßwiderstände ihre Widerstände ändern. Die wesent lichen Nachteile solcher Dickfilm-Drucksensoren liegen darin, daß ihr an den Ausgängen der Meßbrücke abgegebenes Ausgangs signal relativ schwach ist. Weiterhin enthält das Ausgangssignal einen großen Rauschanteil. Schließlich ist das Ausgangssignal von der angelegten Spannung abhängig, mit der die ohmsche Meßbrücke von einem Spannungsversorgungsteil versorgt wird.

Eine Auswerteschaltung für einen solchen Dickfilm-Drucksensor mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus einer Werbe schrift der Firma Motorola Semiconductor Products Sector, Phoenix, Arizona mit der Bezeichnung "Sensor Device Dataw" Q2/95 DL200 REV2, Seiten 4-102 bis 4-103 bekannt. Es ist ein Spannungsversorgungsteil vorgesehen, welches aufwendig aufgebaut ist und eine Vielzahl einzelner Maßnahmen enthält, um die abge gebene Versorgungsspannung möglichst konstant zu halten. Der ohmschen Meßbrücke ist unmittelbar ein Meßverstärker nachge schaltet, der zwei Verstärker aufweist, deren nicht-invertieren de Eingänge mit den Ausgängen der ohmschen Meßbrücke verbunden sind. Ein A/D-Wandler ist wiederum dem Meßverstärker nachge schaltet, indem der Ausgang des Meßverstärkers mit dem Eingang des A/D-Wandlers verbunden ist. Der A/D-Wandler weist darüber hinaus zwei Referenzeingänge auf, nämlich einen ersten Referenz eingang zur Festlegung der minimal einsteuerbaren Spannung an dem Eingang des A/D-Wandlers. Ein zweiter Referenzeingang ist für die maximal einsteuerbare Spannung vorgesehen. Der kompli ziert aufgebaute Spannungsversorgungsteil vergrößert den Aufwand erheblich. Der Meßverstärker ist ebenfalls aufwendig gestaltet und besitzt drei Verstärker.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswerteschaltung der eingangs beschriebenen Art für einen Dickfilm-Drucksensor bereitzustellen, die die Verwendung eines einfach aufgebauten Spannungsversorgungsteils unter Inkaufnahme der Toleranzen der Versorgungsspannung ermöglicht und trotzdem verbesserte Meßer gebnisse zeigt.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Auswerteschaltung der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß der Ausgang des Spannungsversorgungsteils auch mit dem Referenzeingang für die auf den Eingang des A/D-Wandlers maximal einsteuerbare Spannung oder mit einem weiteren Eingang des A/D-Wandlers verbunden ist.

Die Erfindung zeigt zwei Lösungsmöglichkeiten auf, denen gemein sam ist, daß die Versorgungsspannung des Spannungsversorgungs teils dem A/D-Wandler zugeführt wird. Damit wird der A/D-Wandler in die Lage versetzt, die Ausgangsspannung des Spannungsversor gungsteils bei der Auswertung der Spannungssignale entsprechend zu berücksichtigen und damit Fehler, die von unterschiedlichen Ausgangsspannungen herrühren, zu eliminieren. Umgekehrt ergibt sich der Vorteil, sehr einfach aufgebaute Spannungsversorgungs teile zu benutzen, die den Aufwand für eine konstante abgegebene Spannung nicht enthalten. Damit läßt sich die Auswerteschaltung sehr kostengünstig herstellen.

Noch genauere Meßergebnisse werden dann erzielt, wenn zwischen den Ausgängen der Meßbrücke und den Eingängen des Meßverstärkers ein Filter eingeschaltet ist, das zwei Widerstände, die je in der Leitung zwischen einem Ausgang der Meßbrücke und einem Eingang des Meßverstärkers angeordnet sind, und einen Kondensa tor aufweist, der zwischen die beiden Leitungsteile zwischen den Widerständen und den Eingängen des Meßverstärkers eingeschaltet ist. Dieser Filter dämpft das Rauschen der ohmschen Meßbrücke. Der Filter stellt einen verlustbehafteten Parallelschwingkreis zur Brücke dar und arbeitet im Tiefpaßbereich.

Bei Verwendung des beschriebenen Filters zwischen dem Druck sensor und dem Meßverstärker kann zusätzlich zwischen dem Ausgang des Meßverstärkers und dem Eingang des A/D-Wandlers ein weiteres Filter eingeschaltet sein, das einen Widerstand in der Leitung und einen mit Masse verbundenen Kondensator aufweist. Dieses weitere Filter eliminiert den Rauschanteil, der aufgrund eines schwankenden pneumatischen Druckes am Drucksensor entsteht.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen weiter verdeutlicht und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung in einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 3 einen detaillierten Schaltplan der Auswerteschaltung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Drucksensor 1 symbolhaft dargestellt, dessen Keramikplatte pneumatischer Druck über eine Leitung 2 zugeführt wird. Die Auswerteschaltung weist ein Spannungsversorgungsteil 3 auf, welches seinerseits über eine Leitung 4 mit elektrischer Spannung versorgt wird. Von dem Spannungsversorgungsteil 3 führt eine Leitung 5 zu dem Drucksensor 1, über die dessen Spannungs versorgung sichergestellt ist. Der andere Eingang des Druck sensors 1 bzw. der auf ihm angeordneten Meßbrücke ist mit Masse verbunden.

Die Auswerteschaltung weist einen A/D-Wandler 6 auf, der zum Umsetzen der anliegenden Spannungssignale in digitale Werte dient. Der A/D-Wandler weist einen Eingang 7 für das zu messende Spannungssignal und zwei Referenzeingänge 8 und 9 auf. Der Referenzeingang 8 ist zur Aufnahme einer maximal einsteuerbaren Spannung am Eingang 7 bestimmt. Der Referenzeingang 9 ist zur Aufnahme einer minimal einsteuerbaren Spannung bestimmt. Der Spannungsversorgungsteil 3 ist über eine Leitung 10 mit dem Referenzeingang 8 des A/D-Wandlers 6 verbunden.

Andererseits steht der Drucksensor 1 mit dem Eingang 7 des A/D- Wandlers 6 über eine Leitung 11 in Verbindung, in der, dem Drucksensor 1 nachgeschaltet, zunächst ein Filter 12, ein Meßverstärker 13 und ein weiteres Filter 14 angeordnet sind. Das Filter 14 kann auch fehlen. Zusätzlich kann auch das Filter 12 entbehrlich sein. Der Meßverstärker 13 ist aber auf jeden Fall erforderlich. Wie bereits an Fig. 1 ersichtlich weist das Filter 12 zwei Widerstände 15 und 16 und einen Kondensator 17 auf, wobei die Widerstände 15 und 16 jeweils in die Leitungen zwischen dem Drucksensor 1 und dem Meßverstärker 13 eingeschal tet sind, während der Kondensator 17 zwischen diese beiden Leitungen geschaltet ist.

Auch das weitere Filter 14 weist einen Widerstand 18 und einen Kondensator 19 auf, der mit Masse verbunden ist.

Wenn die Auswerteschaltung für die Messung des Druckes an mehreren Stellen, also für mehrere Drucksensoren 1, ausgebildet ist, enthält der A/D-Wandler weitere Eingänge 20, 21 usw.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Auswerteschaltung dargestellt, zu deren wesentlicher Beschreibung auf die Beschreibung des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 verwiesen werden kann. Unterschiedlich ist lediglich, daß die Leitung 10 nicht zu dem Referenzeingang 8, sondern zu dem Eingang 21 des A/D-Wandlers 6 geführt ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der untere Referenzeingang 9 mit Masse verbunden, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Referenzeingänge 8 und 9 mit Referenzspannungen versorgt werden müssen.

In Fig. 3 ist ein genauerer Schaltplan der Auswerteschaltung gemäß Fig. 1 dargestellt. Es ist die ohmsche Meßbrücke genauer dargestellt. Diese besitzt vier Widerstände 22, 23, 24, 25, die in der üblichen Brückenschaltung angeordnet sind und dem Einfluß des pneumatischen Druckes unterliegen. Außerdem sind Abgleich widerstände 26, 27, 28, 29 und 30 in der dargestellten Weise vorgesehen. Der eine Eingang 31 wird von dem Spannungsversor gungsteil 3 über die Leitung 5 mit Spannung versorgt. Der andere Eingang 32 ist über eine Leitung 33 mit Masse verbunden. Die Meßbrücke weist zwei Ausgänge 34 und 35 auf. Von dem Ausgang 34 führt eine Leitung 36 zu dem Widerstand 15 des Filters 12. Analog führt eine Leitung 37 zu dem Widerstand 16 des Filters 2. Von dem Widerstand 15 führt eine Leitung 38 zu dem nicht-inver tierenden Eingang 42 eines ersten Verstärkers 40 des Meßver stärkers 13. Analog führt eine Leitung 39 von dem Widerstand 16 ebenfalls zu dem nicht-invertierenden Eingang 43 eines zweiten Verstärkers 41 des Meßverstärkers 13. Zwischen den Leitungen 38 und 39 ist der Kondensator 17 des Filters 12 angeordnet.

Der Meßverstärker 13 weist die beiden Verstärker 40 und 41 auf, die symmetrisch angeordnet sind, d. h. ihre beiden nicht invertierenden Eingänge 42 und 43 dienen als Eingänge. Der Meßverstärker 13 weist eine Beschaltung aus einer Vielzahl von Widerständen 44 auf.

Von dem einen Ausgang 45 führt ein Teil der Leitung 11, die letztlich an den Eingang 7 des A/D-Wandlers 6 angeschlossen ist, über den weiteren Filter zu dem Eingang 7. Die Leitung 10 führt auch hier von dem Spannungsversorgungsteil 3 zu dem Referenzein gang 8 des A/D-Wandlers 6. Der Referenzeingang 9 kann mit Masse verbunden sein.

Bezugszeichenliste

1 Drucksensor
2 Leitung
3 Spannungsversorgungsteil
4 Leitung
5 Leitung
6 A/D-Wandler
7 Eingang
8 Referenzeingang
9 Referenzeingang
10 Leitung
11 Leitung
12 Filter
13 Meßverstärker
14 Filter
15 Widerstand
16 Widerstand
17 Kondensator
18 Widerstand
19 Kondensator
20 Eingang
21 Eingang
22 Widerstand
23 Widerstand
24 Widerstand
25 Widerstand
26 Abgleichwiderstand
27 Abgleichwiderstand
28 Abgleichwiderstand
29 Abgleichwiderstand
30 Abgleichwiderstand
31 Eingang
32 Eingang
33 Leitung
34 Ausgang
35 Ausgang
36 Leitung
37 Leitung
38 Leitung
39 Leitung
40 Verstärker
41 Verstärker
42 nicht-invertierender Eingang
43 nicht-invertierender Eingang
44 Widerstand
45 Ausgang

Claims

1. Auswerteschaltung für einen eine ohmsche Meßbrücke aufweisen den Dickfilm-Drucksensor (1), mit einem Spannungsversorgungsteil (3) für die Meßbrücke, einem nachgeschalteten Meßverstärker (13), der mindestens zwei Verstärker (40, 41) aufweist, deren nicht-invertierende Eingänge (42, 43) mit den Ausgängen (34, 35) der Meßbrücke verbunden sind, und mit einem dem Meßverstärker (13) nachgeschalteten, einen Eingang (7) und Referenzeingänge (8, 9) aufweisenden A/D-Wandler (6) zur Auswertung der von der Meßbrücke abgegebenen Spannungssignale, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Spannungsversorgungsteils (3) auch mit dem Referenzeingang (8) für die auf den Eingang (7) des A/D-Wandlers (6) maximal einsteuerbare Spannung oder mit einem weiteren Eingang (21) des A/D-Wandlers (6) verbunden ist.

2. Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen (34, 35) der Meßbrücke und den Eingängen (42, 43) des Meßverstärkers (13) ein Filter (12) eingeschaltet ist, das zwei Widerstände (15, 16), die je in der Leitung (36, 38; 37, 39) zwischen einem Ausgang (34, 35) der Meßbrücke und einem Eingang des Meßverstärkers (13) angeordnet sind, und einen Kondensator (17) aufweist, der zwischen die beiden Leitungsteile (38, 39) zwischen den Widerständen (15, 16) und den Eingängen (42, 43) des Meßverstärkers (13) eingeschaltet ist.

3. Auswerteschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (45) des Meßverstärkers (13) und dem Eingang (7) des A/D-Wandlers (6) ein weiteres Filter (14) eingeschaltet ist, das einen Widerstand (18) in der Leitung (11) und einen mit Masse verbundenen Kondensator (19) aufweist.