DE2015132A1 - Schaltung zur Linearisierung einer nichthnearen Kennlinie eines elektri sehen Gebers - Google Patents

Description

J.C₀ Eekardt AG _# 26. März 1970

7 Stuttgart-50 PAT.BA/vJa

Postfach 500347 A-Nr. 349

Betr.: Patentanmeldung Kennlinie eines elektrischen Gebers

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Linearisierung einer nichtlinearen Kennlinie eines elektrischen Gebers (z.B. Widerstandsthermometer), bestehend aus einer Brücke, in deren Diagonale ein Differenzverstärker angeordnet ist und eine Einrichtung zur Speisung der Brücke.

Die Änderung des Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur ist bei den Üblichen Widerstandsthermometer keine lineare Funktion. Eine Korrektur ist besonders dann erforderlich, wenn die mit einem Widerstandsthermometer gemessene Temperatur von Geräten der Digitaltechnik angezeigt oder weiterverarbeitet werden soll (z.B. Anschluß an Digitalrechner) .

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Es sind bereits Schaltungen und Maßnahmen bekannt, die eine Korrektur der Fühlerkennlinie zum Gegenstand haben. So werden z.B. bei einer bekannten Schaltung in den Gegenkopplungszweig eines Verstärkers aktive Schaltelemente derart angeordnet, daß deren Nlchtlinearität den ebenfalls nichtlinearen Spannungsabfall am Widerstandsthermometer kompensiert. Diese Maßnahme läßt sich bei einer BrUckenschaltung nicht verf wenden.

Weiterhin ist bekannt, in den Kompensationsteil eines Stufenverstärkers einen Widerstand vorzusehen, der die Kennlinienkorrektur bewirkt. In diesem Zusammenhang ist auch bekannt, durch geeignete Widerstandskombinationen im Vergleichezweig eines Stufenverschlüsslers eine Linearisierung zu erreichen, wenn der Kompensationskreis Bestandteil einer Wheatstone*sehen Brücke ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kennlinie von Widerstandsthermometern, die in einer BrUckenschaltung angeordnet sind, unmittelbar zu korrigieren. Die Messung von Temperaturdifferenzen soll ebenfalls ohne zusätzlichen Aufwand möglich sein.

Die Erfindung besteht darin, daß die Einrichtung zur Speisung der Brücke am Ausgang des Differenzverstärkers gesteuert 1st.

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Besonders vorteilhaft kann dabei vorgesehen werden, daß als Speisestrom der Meßbrücke der Kollektorstrom eines Transistors dient, der über eine konstante Spannungsquelle proportional zu dem Spannungsabfall an einem Widerstand angesteuert wird, der an dem Ausgangsstrom des Differenzverstärkers beaufschlagt ist. Durch diese Ausgestaltung wird ein der Temperatur proportionaler Ausgangsstrom mit Hilfe des an einem Widerstand entstehenden Spannungsabfalles zur Steuerung der Brücke benutzt, so daß der Ausgangsström sich linear mit der Temperatüränderung ändert.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen, erläutert. ^

Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine stroiagespeiste Brücke.

Ia Fig. 1 bildet das Widerstandsthermometer R-, m%% den ©husehen Widerständen Z₉ 3 und 4 ein® Brüekensehaliimg_a Bar Differenzverstärker 3 entnimmt der Brückendiagonale ein d@r

Verstimmung der Brücke proportionales Signal und verstärkt fs, Das Äusgangssign&l A des Differenzverstärker© ^ird ¥ersorgungs@l@ment 6 -.zugsfUhrt· Die Vers©rgmg der sich damit mit d©r ladenaag d©©

zur Speisung der Brücke, der Steuer- und Verstärkerelemente erforderliche Energie wird der Quelle 7 entnommen.

Fig. 2 zeigt ein Ausf Uhrungsbeispiel. Die Brücke wird aus dem Wie. er stands thermometer R-, ,, und R₁₇, _c sowie den ohmschen Widerständen 3, 9 und 10 gebildet. Zwischen dem Wideretand 8 und dem Widerstandsthermometer R^, g greift die Gegenkopplung ein. Der Differenzverstärker 5 ¥lrd von der Brückendiagonal spannung U_n (Differenzspannung} angesteuert. Die Transistoren T_r ^ und T_r ^ werden mit den Widerständen 11 und 12 eingestellt. Es fließt dabei der Hoheström J^. Der Ruhestrom J_A fließt über den Lastwiderstand R, und über den Widerstand 8 der Brücke, der in· bekannter Weise als Gegenkopplungswiderstand dient, Der Ausgangsstroia das Differenzverstärker wird dem Ruhestrom J, überlagert und erzeugt über dem Widerstand 13 einan Spannungsabfall A U. Disssr Spannungsabfall dient als Referenzspannung für di« konstant® Spannungsquelle 14, Mitteln Transistor T_r , wird der Speisestrom der Brücke von der konstanten Spanriungsquelle bestimmt«

Die erXordsrliche Energie für die gesamte Schaltung liefert die Quelle 7» Die Wirkungsweise sei anhand der Fig* 1 oder 2 und der nachflogenden Rechnung erläutert«

Annahmen: R₂ ■ Rc * R und U_ß * 0

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Wird nun R^ = R^₀ + AR und

R₁Q = Rj +R^ gewählt, so wird

τ- „t ^R .1 ¹A 2 R₃ · J-

Dabei ist I^ der Ausgangsstrom und I der Versorgungsstrom der Brücke. Die Kompensationswirkung erfolgt nun aufgrund des Ansatzes

I β Ir, 4 "

Die nichtlineare Kennlinie des Widerstandsthermometers wird allgemein erfaßt durch die Beziehung

R₁ - a₀T -D₀T²

2 Es zeigt sich, daß der Einfluß von b_QT durch

I«I+ kI_A kompensiert werden kann*

Geht man mit diesem Ansatz in den Ausdruck für I. ein, so erhält man

τ τ Δ R . ^R ¹A ^{s 1}O "ης" ^{+ kI}

A ^{s 1}O "ης" ^{+ kI}A T Dabei ist

AR-V-V² Mit der Abkürzung

^{q β} 2 R₃ "■■■ wird

I₀ q+hq I_{A kqe (hq)}2

h ^{(1 + hq} -

Γ - 6 -

— ö —

Wird die Reihe nach dem Glied hq abgebrochen, dann wird mit _h.

^{+ 2a}oV

der Auegangsstrom I. proportional der Temperatur

T: I_A β ac T

Nach dem Rechnungsgang kann nachgewiesen werden, daß die Kompensation auch für Messung einer Temperaturdifferenz mit zwei Widerstandsthermometern in der BrUckenschaltung zu erreichen ist.

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Schaltung zur Linearisierung einer nichtlinearen Kennlinie eines elektrischen Gebers (z.B. Widerstandsthermometer), bestehend aus einer Brücke, in deren Diagonal© ein Differenzverstärker angeordnet ist und einer Einrichtung zur Speisung der Brücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Speisung der Brücke vom Ausgang des Differenzverstärkers (5) gesteuert wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speisestrom (I) der Meßbrücke der Kollektorstrom eines Transistors (T ·*) dient, der über ein© konstante Spannungsquelle (14) proportional zu dem Spannungsab» fall an einem Widerstand (13) ausgesteuert wird, der von dem Ausgangsstrom (.1^) des Differenzverstärkers

(5) beaufschlagt ist.

ORIGINAL IMSPECTED

1.09*42/0

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