DE2503515A1 - Resistance measurement circuit - eliminates the effect of resistance of wires connecting measured with a measuring circuit - Google Patents
Resistance measurement circuit - eliminates the effect of resistance of wires connecting measured with a measuring circuitInfo
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung bei Widerstandsmessung. Circuit arrangement for resistance measurement.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Beseitigung des Einflusses des Widerstandes der das Meß-. The invention relates to a circuit arrangement for elimination the influence of the resistance of the measuring.
objekt mit dem Meßschaltkreis verbindenden Leitungen bei Widerstand sme ssungen.lines connecting the object to the measuring circuit in the event of resistance measurements.
Bei Widerstandsmessung mit einer herkömmlichen Wheatstone-Brücke setzt sich der gemessene Widerstand aus der Summe des Widerstandes des Meßobjektes sowie des Widerstandes in den das Meßobjekt mit dem Meßschaltkreis verbindenden Leitungen zusammen. Um den Leitungswiderstand zu-eliminieren, kann man eine an sich bekannte sogenannte Dreileiterschaltung verwenden. When measuring resistance with a conventional Wheatstone bridge the measured resistance is the sum of the resistance of the measuring object as well as the resistance in those connecting the device under test to the measuring circuit Lines together. In order to eliminate the line resistance, one can use one per se use known so-called three-wire circuit.
Eine solche Dreileiterschaltung ist in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Das Meßobjekt X wird dort an die MeP-brücke und Spannungsquelle E mit drei Leitungen m so angeschlossen, daß eine Leitung m1 in den X-Zweig und eine Leitung m2 in den r-Zweig eingeschleift wird. Die dritte Leitung m3 dient dem Anschluß der Brücke an die Spannungsquelle E. Man verschiebt dabei soz. den AnschluPpunkt der Spannungsquelle E vom Brückenwiderstand r zum Meßobjekt X. Ist die Brückendiagonale AB offen, wird die Diagonalspannung UAB = E1 a (a+X+mg (a+r+m) (1) wobei E1 die Speisespannung E abzüglich des Spannungsabfalles in der Anschlußleitung m ist. Der Ausgleichpunkt, wo X = ist völlig unbeeinflußt von den Leitungswiderständen, aber in der Formel für die Diagonalspannung kommt m als ein Korrekturglied in E1 und im Nenner hinzu.Such a three-wire circuit is shown in Fig. 1 of the enclosed drawing shown. The test object X is connected to the MeP bridge and voltage source E there three lines m connected so that one line m1 in the X branch and one line m2 is looped into the r branch. The third line m3 is used to connect the Bridge to the voltage source E. The connection point of the Voltage source E from bridge resistance r to test object X. Is the bridge diagonal AB open, the diagonal voltage UAB = E1 a (a + X + mg (a + r + m) (1) where E1 is the The supply voltage E minus the voltage drop in the connection line m is. Of the Balance point where X = is completely unaffected by the line resistances, however in the formula for the diagonal stress, m comes as a correction term in E1 and in the denominator.
Der vermutlich gebräuchlichste industrielle Einsatz der Widerstandsmessung dürfte in der Temperaturmessung mit Widerstandsgebern liegen. Die Widerstandsgeber bestehen dabei aus einem temperaturempfindlichen Widerstand, der innerhalb des vorgesehenen Temperaturbereiches eine ausreichende Widerstandsänderung und Linearität aufweist. Der Meßwiderstand wird als der vierte Widerstand einer Brückenschaltung verwendet. Dabei erfolgt in der Praxis fast nie eine manuelle Brückenabstimmung, sondern die Brücke wird stattdessen im Nullpunkt des Meßbereiches abgestimmt, die entsprechende Spannung verstärkt und als MeP-spannung zur Anzeige der Temperatur benutzt. Probably the most common industrial use of resistance measurement should lie in the temperature measurement with resistance sensors. The resistance givers consist of a temperature-sensitive resistor that is within the intended Temperature range has a sufficient change in resistance and linearity. The measuring resistor is used as the fourth resistor of a bridge circuit. In practice, manual bridge reconciliation is almost never carried out, but rather Instead, the bridge is tuned in the zero point of the measuring range, the corresponding one The voltage is amplified and used as the MeP voltage to display the temperature.
Um hierbei den Einfluß des Leitungswiderstandes der obengenannten Dreileiterschaltung so gering wie möglich zu halten, sollten die Brückenwiderstände a viel größer als der Widerstand X des Meßobåektes bzw. als der zugehörige Vergleichswiderstand r sowie der Leitungswiderstand m sein. Dann läßt sich obige Gleichung (1) wie folgt vereinfachen UAB = E (1 - X + r - 4 . m . (X - r) (2) a a In dieser Gleichung kann man das Glied X+r beim a Kalibrieren berücksichtigen, weshalb es keine Meßfehler veranlaß. Das Glied 4m verursacht dagegen Meßfehler, und dieser Fehler wird 100 4 min Prozent des aktuellen Meßwertes (X - r). Bei hohem Leitungswiderstand m wird daher der MeP-fehler verhältnismäßig groß. To do this, the influence of the line resistance of the above The bridge resistances should keep the three-wire circuit as low as possible a much greater than the resistance X of the measuring object or the associated comparison resistance r and the line resistance be m. Then equation (1) above can be expressed as follows simplify UAB = E (1 - X + r - 4. m. (X - r) (2) a a In this Equation one can consider the term X + r in a calibration, which is why it do not cause measurement errors. The member 4m, however, causes measurement errors, and this Error becomes 100 4 min percent of the current measured value (X - r). With high line resistance m the MeP error is therefore relatively large.
Als praktisches Beispiel sei erwähnt, daP mit einem Platinwiderstandsgeber "Pt 100" mit R = 100 Q bei 0 0C man in der Regel keinen Geberstrom unter 2-3 mA und keine Brückenspannung über 10 V wünscht. Der Widerstand a wird dann höchstens 3-5 kOhm. As a practical example it should be mentioned that there is a platinum resistor "Pt 100" with R = 100 Q at 0 0C there is usually no encoder current below 2-3 mA and does not want a bridge voltage above 10 V. The resistance a is then at most 3-5 kOhm.
Der Leitungswiderstand m liegt dabei oft unter 10 Ohm, kann aber bei ausgeprägten Fernmessungen sehr wohl über 100 Ohm betragen.The line resistance m is often below 10 ohms, but can be pronounced remote measurements can be over 100 ohms.
Der entsprechende Meßfehler liegt dann zwischen 0,8-8 , und wenigstens dessen obere Grenze ist als verhältnismäßig hoch und meist unannehmbar zu bezeichnen.The corresponding measurement error is then between 0.8-8, and at least its upper limit can be described as relatively high and mostly unacceptable.
Meßbrücken nach Fig. 1 werden oft zur Signalabgabe beim Erreichen oder Ueberschreiten einer gewissen vorgegebenen Temperatur eingesetzt. Zwischen den AnschluPpunkten A und B wird dann ein Verstärker angeschlossen, der durch die Diagonalspannung gesteuert ist und seinerseits ein Relais, eine Lampe oder andere Signalvorrichtung beaufschlagt. Die Signaltemperatur wird durch den Widerstand r bestimmt, der einstellbar ausgeführt ist. Als Signalbedingung wählt man das Brückengleichgewicht, so daß die Signaltemperatur völlig unabhängig vom Leitungswiderstand m wird. Verwendet man den Geber gleichzeitig zu Temperaturmessung, wird der Meßwert indessen leitungsabhängig. Erfolgt die Messung so, daß man die Geberspannung zwischen den Punkten B und C in Fig. 1 erfat, vermittelt die Gleichung (2) eine ungefähre Auffassung über den Fehler, wenn man r = 0 einsetzt. Man erhält somit einen prozentuellen Fehler, der sich auf den Meßwiderstand X anstelle des geringeren Wertes X - r bezieht. Measuring bridges according to FIG. 1 are often used to emit signals when they are reached or when a certain predetermined temperature is exceeded. Between an amplifier is then connected to the connection points A and B, which is fed through the Diagonal voltage is controlled and in turn a relay, lamp or other Signaling device applied. The signal temperature is determined by the resistance r determined, which is carried out adjustable. The bridge equilibrium is chosen as the signal condition, so that the signal temperature is completely independent of the line resistance m. Used If you use the transmitter to measure the temperature at the same time, the measured value becomes wire-dependent. If the measurement is carried out in such a way that the encoder voltage between points B and C in Fig. 1, equation (2) gives an approximate understanding of the error, if one substitutes r = 0. You thus get a percentage error that is based on the measuring resistor X instead of the lower value X - r.
Um den Vergleichswiderstand r auf die rechte Signaltemperatur einzustellen, kann man entweder den Vergleichswiderstand r mit einer Temperaturskala versehen oder den Meßwiderstand X beispielsweise gegen einen Dekadenwiderstand beim Einstellen austauschen. In Systemen mit vielen Ueberwachungspunkten kann der Einsatz beider Methoden unpraktisch werden, weshalb man statt dessen zu einer sog. Temperaturvorgabegreift. Mit Hilfe einer äußeren, einstellbaren Spannungsquelle wird den Geberanschlüssen B und C der Meßbrücke jeweils die gleiche Spannung zugeführt, die der Geber bei der vorgesehenen Signaltemperatur haben soll, wonach man den Vergleichswiderstand r so einstellt, daß man ein Signal erhält. Man miPt die Spannung zweckmäßigerweise mit einem Instrument mit Temperaturskala. Die Methode läßt sich mit gutem Erfolg verwenden, wenn die Geber mit zwei Leitern angeschlossen sind (wobei die Leitungswiderstände auf einen gewissen Wert einjustiert sind), führt aber zu sehr großen Fehlern bei Dreileiterschaltungen. To set the comparison resistance r to the right signal temperature, you can either provide the comparison resistance r with a temperature scale or the measuring resistor X, for example, against a decade resistance when setting change. In systems with many monitoring points, the use of both methods can be impractical which is why a so-called temperature specification is used instead. With help an external, adjustable voltage source is the encoder connections B and C. The measuring bridge is supplied with the same voltage as the encoder for the intended Signal temperature should have, after which one sets the comparison resistance r so, that you get a signal. It is advisable to measure the voltage with an instrument with temperature scale. The method can be used with good success if the Encoders are connected with two conductors (with the line resistances on one adjusted to a certain value), but leads to very large errors in three-wire circuits.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, die obengenannten Schwächen zu beseitigen und eine Schaltungsvorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe man bei Widerstandsmessungen den EinfluP des Leitungswiderstandes in den das Meßobåektmit dem Meßschaltkreis verbindenden Leitungen eliminieren kann. The present invention addresses the above-mentioned weaknesses to eliminate and to create a circuit device with the help of which one at Resistance measurements show the influence of the line resistance on the measuring object can eliminate lines connecting the measuring circuit.
Dies wird erfindungsgemäP dadurch erreicht, daP die eine Seite des Mepobjektes über eine erste Leitung mit dem einen Pol einer Stromquelle und die andere Seite des Meßobåektes teils über eine zweite Leitung mit demselben Leitungswiderstand wie die erste Leitung mit dem zweiten Pol der Stromquelle und teils über eine dritte Leitung mit dem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers verbunden ist, daß der invertierende Eingang des Operationsverstärkers teils über einen ersten Widerstand mit dem dem MePobjekt abgewandten Endpunkt der zweiten Leitung und teils über einen zweiten, gleich großen Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist, sowie daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers zwischen dessen Ausgang und dem dem Meßobåekt abgewandten Endpunkt der ersten Leitung abgegriffen wird und dem Widerstand des MeP-objektes entspricht. This is achieved according to the invention in that one side of the Mepobjektes via a first line to one pole of a power source and the other side of the measuring object partly via a second line with the same line resistance like the first line with the second pole of the power source and partly via a third Line connected to the non-inverting input of an operational amplifier is that the inverting input of the operational amplifier partly via a first Resistance with the end point of the second line facing away from the MeP object and partly via a second resistor of the same size to the output of the operational amplifier is connected, as well as that the output voltage of the operational amplifier between its output and the end point of the first line facing away from the measuring object and corresponds to the resistance of the MeP object.
Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ist ein zusätzlicher Widerstand in Reihe mit der zweiten Leitung vorgesehen und teils über den ersten Widerstand mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und teils mit der Stroquelle verbunden, wobei die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers §Wll wird,- wenn die Resistenz des Meßobjektes gleich der gewählten Resistenz des zusätzlichen Widerstandes ist Bei dieser besonderen Ausführungsform kann der zusätzliche Widerstand auch aus einem zweiten Meßobjektbestehen und der Widerstandsunterschied zwischen den beiden Meßobjekten gemessen werden. Beispielsweise können die beiden MePobjekte aus zwei Widerstandsgebern für Teperaturmessuflg von Vorlauf-bzw. Rücklauftemperatur bestehen Da der Ausgang des Operationsverstärkers nur ein erhält nismäßig schwaches Signal abgibt,kann zweckmäßigerweise wie an sich bekannt ein zweiter Verstärker an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers angeschlossen sein und dessen Spannungspegel verstärken. Diesem zusätzlichen Verstärker kann ein Transistor nachgeschaltet werden, der die Spannung des Ausgangssignales in einen Strom umwandelt. According to a further development of the invention, there is an additional resistor provided in series with the second line and partly through the first resistor with the inverting Input of the operational amplifier and partly connected to the power source, the output voltage of the operational amplifier §Wll becomes - if the resistance of the test object is equal to the selected resistance of the Additional resistance is In this particular embodiment, the additional Resistance also consist of a second measurement object and the difference in resistance can be measured between the two test objects. For example, the two MePobjekte from two resistance sensors for Teperaturmessuflg of flow or. Return temperature Since the output of the operational amplifier only receives a weak one Outputs signal, a second amplifier can expediently, as is known per se be connected to the output of the first operational amplifier and its voltage level strengthen. A transistor can be connected downstream of this additional amplifier, which converts the voltage of the output signal into a current.
Der zusätzliche Verstärker arbeitet mit einer gewissen Verstärkungskennlinie, die sich innerhalb gewisser Grenzen wählen läßt. Es ist hierbei nach einer weiteren vorgezogenen Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig, diesen Verstärker mit einer Kennlinie zu wählen, die einen nicht linearen Verlauf der Widerstandsänderungen des Meßobjektes bei unterschiedlichen Temperaturen kompensiert. Weitere Kennzeichen gehen aus den Unteransprüchen hervor. The additional amplifier works with a certain gain characteristic, which can be chosen within certain limits. It is here after another Preferred embodiment of the invention expediently, this amplifier with a Select a characteristic that has a non-linear course of the changes in resistance of the measurement object compensated for at different temperatures. Further characteristics emerge from the subclaims.
Die Erfindung sei nun näher anhand einiger auf beiliegenden Zeichnungen wiedergegebener schematischer Ausführungsbei spiele erläutert. Hierbei zeigt Fig. 1 die einleitend beschriebene vorbekannte Dreileiterschaltungsanordnung zum Eliminieren der Leiterwiderstände, Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit Dreileiterschaltung und Operationsverstärker, Fig. 3 die Ausführungsform nach Fig. 2 mit einem zusätzlichen Widerstand in Reihe mit der zweiten Leitung, Fig. 4 eine Schaltungsanordnung nach Fig. 3 mit einem zweiten Verstärker und nachgeschaltetem Transistor, Fig. 5 ein schematisches Schaltungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Temperaturmessung mit einem äußeren v Verstärker und Temperaturvorgabe, Fig. 6 den Gegenstand der Fig. 4 mit nachgeschaltetem Korrektionsnetz in normaler Ausführung und Fig. 7 eine abgewandelte und einstellbare Korrektionsanordnung, wobei der zweite Verstärker bei der Korrektion vervendet wird. The invention will now be explained in more detail with reference to some of the accompanying drawings reproduced schematic Ausführungsbei games explained. Here, Fig. 1 the known three-wire circuit arrangement described in the introduction for elimination of the conductor resistors, FIG. 2 shows a first embodiment of the invention with a three-wire circuit and operational amplifier, FIG. 3 shows the embodiment according to FIG. 2 with an additional one Resistance in series with the second line, 4 shows a circuit arrangement according to FIG. 3 with a second amplifier and a downstream transistor, FIG. 5 a schematic circuit example of an arrangement according to the invention for temperature measurement with an outer v amplifier and temperature setting, Fig. 6 shows the subject of FIG. 4 with a downstream correction network in a normal design, and FIG. 7 shows a modified and adjustable correction arrangement, the second amplifier is used in the correction.
Ein Operationsverstärker F1 hat bei der Ausführung nach Fig. 2 zwei Eingänge, und zwar einen invertierenden Eingang "-" und einen nicht invertierenden Eingang "+". Der Operationsverstärker hat einen Spannungsausgang mit niedriger -Impedanz. An operational amplifier F1 has two in the embodiment of FIG Inputs, namely an inverting input "-" and a non-inverting input Input "+". The operational amplifier has a voltage output with low impedance.
Die Eingangsströme sind sehr gering, d.h. praktisch gleich Null, und ein Spannungsunterschied zwischen den Eingängen wird sehr kräftig (ca. 100 000 mal) am Ausgang verstärkt, was praktisch mit unendlicher Verstärkung gleichzustellen ist; Infolgedessen ist eine Form von Rückführung (negative Rückkopplung) zwischen Ausgang und invertierendem Eingang erforderlich, damit der Verstärker auch wirklich arbeiten kann. Nach Fig. 2 erfolgt die Rückführung durch die beiden untereinander gleich großen Widerstände R1 und R2, von denen der eine über zwei Leiter der Dreileiterschaltung zwischen den beiden Eingängen des Verstärkers und der andere zwischen Ausgang und invertierendem Eingang des Verstärkers vorgesehen ist.The input currents are very low, i.e. practically zero, and a voltage difference between the inputs becomes very strong (approx. 100,000 times) amplified at the output, which practically equates to infinite amplification is; As a result, some form of feedback (negative feedback) is between Output and inverting input required for the amplifier to work can work. According to FIG. 2, the two are fed back together equal resistors R1 and R2, one of which has two conductors of the three-wire circuit between the two inputs of the amplifier and the other between output and inverting input of the amplifier is provided.
Das MePobjekt, z.B. ein Temperaturgeber X, ist an einen Konstantstromgenerator E angeschlossen und der Strom A-X-C ist i". Die Leitung X-B ist gemäß oben stromlos, und von Punkt C aus gerechnet erhält man folgende Spannungen: Spannung an B UB = i (X+m) Spannung an A UA = i (X+2 m) Spannung am Eingang tr~ll U = U+ = UB Der Spannungsabfall am Widerstand R1 zwischen A und dem invertierenden Eingang wird dann (wobei R - R1 = R2) i1 . R1 = i1 . R = UA-UB = i . m (3) somit i1 . R = i m d.h. derselbe wie zwischen den Endpunkten der Leitung m. Denselben Spannungsabfall erhält man zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang. Die in Fig. 2 und 3 als "Uut" bezeichnete Ausgangsspannung Uaus wird Uaus = U- - i1 .R2 = U-- i1 . R = UB - i . m Beim Einsetzen von UB = i (X+m) erhält man Uaus = i (X+m) - i m und somit Uaus =i.X (4) In der Gleichung (4) ist der Strom "i" des Meßkreises geringer als der Generatorstrom "i0" der Stromquelle E, d.h. The measurement object, e.g. a temperature sensor X, is connected to a constant current generator E connected and the current A-X-C is i ". The line X-B is de-energized according to above, and calculated from point C the following voltages are obtained: Voltage at B UB = i (X + m) voltage at A UA = i (X + 2 m) voltage at input tr ~ ll U = U + = UB The voltage drop at the resistor R1 between A and the inverting input (where R - R1 = R2) i1. R1 = i1. R = UA-UB = i. m (3) thus i1. R = i m i.e. the same as between the endpoints of the line with the same voltage drop is obtained between the inverting input and the output. The in Fig. 2 and 3 as "Uut" designated output voltage Uout becomes Uout = U- - i1 .R2 = U-- i1. R = UB - i. m Inserting UB = i (X + m) one gets Uout = i (X + m) - i m and thus Uout = i.X (4) In equation (4) the current "i" of the measuring circuit is lower than the generator current "i0" of the power source E, i.e.
i < i0, da i0 = i + i1 wobei gemäP (3) i1 . R = i . moder 11 = i m:R. Dies ergibt: i0 = i + i .m/R = i (1 + m/R) (5) Die Gleichungen (4) und (5) ergeben zusammen Wie groP man den Widerstand R wählen kann.,ist von den Eigenschaften des verwendeten Operationsverstärkers F1 abhängig.i <i0, since i0 = i + i1 where according to (3) i1. R = i. moder 11 = im: R. This gives: i0 = i + i .m / R = i (1 + m / R) (5) The equations (4) and (5) together result How large one can choose the resistor R depends on the properties of the operational amplifier F1 used.
Mit einfachen Verstärkern kann R = 10-50 kQund mit etwas- aufwendigeren Verstärkertypen R = 0,1-1 MQ sein. Ein Vergleich zwischen den Gleichungen (5) und (2) ergibt, daP sich der Binfluß des Leitungswiderstandes leicht um 1-2 Größenordnungen verringern läßt.With simple amplifiers, R = 10-50 kΩ and with more complex ones Amplifier types R = 0.1-1 MQ. A comparison between equations (5) and (2) shows that the flow of the line resistance can easily be increased by 1-2 orders of magnitude can decrease.
Sieht man gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 einen weiteren Widerstand r in Reihe mit der zweiten Leitung X-A vor, wird die Ausgangsspannung Uaus = i (X - r). If one sees according to the embodiment of FIG. 3, another resistor r in series with the second line X-A, the output voltage Uout = i (X - r).
Der zusätzliche Widerstand r kann beispielsweise zum Nullstellen des MePbereiches bei Temperaturmessung Verwendung finden, kann aber auch ein Widerstandsgeber beim Messen der Temperaturdifferenz zwischen zwei Meßobåekten darstellen, hier X bzw. r. The additional resistor r can, for example, be used for zeroing of the MeP range can be used for temperature measurement, but a resistance transmitter can also be used when measuring the temperature difference between two measuring objects, here X or r.
Bei Temperaturmessung ist das Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers F1 zu verstärken, um ein Meßsignal mit geeignetem Spannungs- oder Stromwert zu erhalten, z.B. 0-5 V bzw. 0-20 mA. Fig. 4 zeigt als Beispiel einen kompletten erfindungsgemäßen MePverstärker, wobei ein zweiter Verstärker F2 das Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers F1 auf etwa 0-5 V verstärkt, während ein nachgeschalteter Transistor T die Spannung am Ausgang des zweiten Verstärkers F2 in einen Strom von ca. 0-20 mA umwandelt. When measuring temperature is the output signal of the first operational amplifier To amplify F1 in order to obtain a measuring signal with a suitable voltage or current value, e.g. 0-5 V or 0-20 mA. Fig. 4 shows as an example a complete according to the invention MeP amplifier, with a second amplifier F2 the output signal of the first operational amplifier F1 is amplified to around 0-5 V, while a downstream transistor T increases the voltage at the output of the second amplifier F2 converted into a current of approx. 0-20 mA.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung mit Signalabgabe. An den Operationsverstärker Fl ist ein weiterer Verstärker F2 angeschlossen, und dieser wechselt zwischen negativer und positiver Ausgangsspannung, d.h. zündet die Signalleuchte, wenn die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers F7 Null durchläuft und positiv wird. Im Geberkreis ist ein Widerstand r zur Einstellung der Signaltemperatur vorhanden. Die Signalbedingung wird dann Uaus = i -(X -r) -> O, was X -> r bedeutet. Fig. 5 shows a device for temperature monitoring with signal output. Another amplifier F2 is connected to the operational amplifier F1, and this alternates between negative and positive output voltage, i.e. ignites the Signal light when the output voltage of the operational amplifier F7 crosses zero and becomes positive. In the encoder circuit there is a resistor r for setting the signal temperature available. The signal condition then becomes Uout = i - (X -r) -> O, which is X -> r means.
Wie bei einer abgestimmten Brücke wird der Signalpunkt unabhängig vom Meßstrom bzw. der Brückenspannung. As with a matched bridge, the signal point becomes independent the measuring current or the bridge voltage.
Fig. 5 zeigt auch, wie die Temperaturmessung mit einem äußeren Verstärker und die Temperaturvorgabe zu erfolgen hat. Fig. 5 also shows how the temperature measurement with an external amplifier and the temperature must be specified.
Ein Meßverstärker F3 gleicher Art wie der erste Operationsverstärker F1 wird über A - B - C angeschlossen, so daP er über den Geber X, nicht aber über den Einstellwiderstand r miPt. Die Vorgabespannung E1 ist ebenfalls über A - C zu legen, so daß sie den Einstellwiderstand r nicht beeinflußt. Diese Ausführung setzt voraus, daP der Meßkreis aus einem Konstantstromgenerator gespeist wird. Es sind aber auch andere Ausführungen möglich.A measuring amplifier F3 of the same type as the first operational amplifier F1 is connected via A - B - C so that it is connected via encoder X, but not via the setting resistance r miPt. The default voltage E1 is also over A - C to so that it does not affect the setting resistance r. This execution continues advance that the measuring circuit is fed from a constant current generator. There are but other designs are also possible.
Bei industrieller Temperaturmessung verwendet man immer das gleiche Ausgangssignal, gewöhnlich 0-20 mA, für sämtliche Meßbereiche. Die Ausführung nach Fig. 4 mit einem gesonderten Verstärker F2, der eine regelbare Verstärkung ergibt, ist daher typisch. Beim Messen mit einer herkömmlichen Meßbrücke benötigt man nur einen Verstärker. Der Nachteil zweier Verstärker nach Fig. 4 ist indessen nur scheinbar. F2 öffnet nämlich eine vorteilhafte Möglichkeit, auf einfache Art und Weise Nichtlinearitäten des Meßwertes zu korrigieren, was indessen in einem Gerät mit nur einem Verstärker nicht möglich ist. The same thing is always used for industrial temperature measurement Output signal, usually 0-20 mA, for all measuring ranges. The execution after Fig. 4 with a separate amplifier F2, which gives a controllable gain, is therefore typical. When measuring with a conventional measuring bridge, you only need an amplifier. The disadvantage of two amplifiers according to FIG. 4 is, however, only apparent. F2 namely opens up an advantageous possibility of nonlinearities in a simple manner of the measured value to correct what, however, in a device with only one amplifier not possible.
Ein Temperaturgeber Pt 100 hat die Resistenz 100,0 Ohm bei OOC 100,0 + 38,5 II II 1000C + 75,8 I1 " 2000C +147,1 11 II 400°0 Aus diesen Beispielen geht hervor, da der Widerstand nicht völlig linear mit der Temperatur schwankt und daP der Meßwert bei steigender Temperatur in zunehmendem Ausmaß zu korrigieren ist. Die prozentuelle Korrektur innerhalb eines Bereiches von beispielsweise 0-400°C ist etwa doppelt so groß wie im Bereich 0-200°C. Eine gute Korrekturvorrichtung mup daher einen einstellbaren Korrekturfaktor haben. A Pt 100 temperature sensor has a resistance of 100.0 Ohm at OOC 100.0 + 38.5 II II 1000C + 75.8 I1 "2000C +147.1 11 II 400 ° 0 From these examples because the resistance does not fluctuate completely linearly with the temperature and daP the measured value must be corrected to an increasing extent as the temperature rises. The percentage correction within a range of, for example, 0-400 ° C is about twice as large as in the range 0-200 ° C. A good corrective device mup therefore have an adjustable correction factor.
Die gebräuchlichste Korrekturmethode besteht darin, daP man den Meßbereich in mehrere Intervalle aufteilt und für jedes Intervall jeweils einen korrigierenden Widerstand an einem geeigneten Punkt zuschaltet. Je mehr Intervalle man verwendet, desto genauer wird die Linearität. The most common correction method is to adjust the measuring range divided into several intervals and one corrective for each interval Resistance switches on at a suitable point. The more intervals you use the more precise the linearity becomes.
Das Einschalten der Widerstände erfolgt gewöhnlich durch Dioden, die vom gesperrten in den leitenden Zustand überführt werden. Um das-Einschalten ausreichend ausgeprägt zu machen, muß der Punkt, an welchem das inchalten erfolgt, wenigstens ca. 5 V über dem Meßbereich schwanken. Bei einem Verstärker mit Stromausgang, wie in Fig. 4, ist der Punkt e die einzige Stelle, an der eine Korrektur erfolgen kann. Wenn re = 250 Q, wird Ue = 0-5 V, und wenn man den Korrekturwiderstand parallel mit re schaltet, steigt das Ausgangssignal um 0-20 mA, d.h. die Korrektion wirkt in der gewünschten Richtung. The resistors are usually switched on by means of diodes, which are transferred from the blocked to the conductive state. To turn on To make it sufficiently pronounced, the point at which the inching takes place must be fluctuate at least approx. 5 V over the measuring range. For an amplifier with a current output, as in FIG. 4, point e is the only point at which a correction is made can. If re = 250 Q, Ue = 0-5 V, and if you put the correction resistor in parallel with right switches, the output signal increases by 0-20 mA, i.e. the Correction works in the desired direction.
Fig. 6 zeigt ein solches Korrektionsnetz. Die Widerstände b1 ... b4 bilden einen Spannungsteiler mit den Einschaltpunkten 1, 2, 3 und 4 V. Die Korrekturwiderstände kR1 ... kR4 werden nacheinander eingeschaltet, wenn die Spannung U e nach und nach diese Werte erreicht (abgesehen vom Spannungsabfall der Dioden). Fig. 6 shows such a correction network. The resistors b1 ... b4 form a voltage divider with switch-on points 1, 2, 3 and 4 V. The correction resistors kR1 ... kR4 are switched on one after the other when the voltage U e gradually reaches these values (apart from the voltage drop of the diodes).
Der Korrekturgrad ist durch das Verhältnis zwischen re und den Korrekturwiderständen bestimmt. Wünscht man einen anderen Korrektionsgrad, muß man die Werte der Korrektionswiderstände ändern, was eine sehr schwierige Prozedur bei seriemäßigerHerstellung von Meßgeräten ist.The degree of correction is given by the ratio between re and the correction resistances certainly. If you want a different degree of correction, you have to use the values of the correction resistors change, which is a very difficult procedure in the case of serial production of measuring instruments is.
Fig. 7 zeigt, wie man den erfindungsgemäß vorgesehenen zweiten Verstärker F2 verwendenkann, um eine Korrektionsvorrichtung zu schaffen, bei der man den Korrektionsgrad innerhalb sehr weiter Grenzen ändern kann. Die Einschaltdioden sind durch die Basis-Emitterdioden der Transistoren T1 ... T4 ersetzt und die Transistoren auf der Kollektorseite zusammengeschaltet. Fig. 7 shows how to use the second amplifier provided according to the invention F2 can be used to create a correction device in which one can determine the degree of correction can change within very wide limits. The turn-on diodes are through the base-emitter diodes of the transistors T1 ... T4 replaced and the transistors connected together on the collector side.
In diesem Verbindungspunkt erhält man einen Strom, der gleich der Summe der Ströme durch die Korrektionswiderstände ist. Der Kollektorstrom ergibt über das Potentiometer P eine veränderliche Spannung, die zum MePwert von F1hinzu addiert wird, den einen Eingang des Verstärkers F2 beaufschlagt und die vorgesehene Korrektion ergibt.At this junction one obtains a current equal to that The sum of the currents through the correction resistors is. The collector current results Via the potentiometer P a variable voltage, which is added to the MeP value of F1 is added, applied to one input of the amplifier F2 and the intended Correction results.
Bei der Schaltung nach Fig. 7 wird der direkte Einfluß dessen, daß der Widerstand re den Korrekturwiderständen parallelgeschaltet wird, von sehr geringer Bedeutung. In the circuit of FIG. 7, the direct influence of the fact that the resistance re is connected in parallel with the correction resistors, of very low Meaning.
Obgleich die Erfindung im Anschluß an einige Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, kann sie dennoch beliebig im Rahmen der nachstehenden Patentansprüche abgewandelt werden. Although the invention follows on from some embodiments thereof has been described, it can still be used within the scope of the following claims be modified.
- Patentansprüche -- patent claims -
Claims (7)
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