DE2518422A1

DE2518422A1 - Schaltungsanordnung zur selbsttaetigen kompensation des ohmschen widerstandes der verbindungsleitungen zwischen widerstandsgebern und messgeraeten

Info

Publication number: DE2518422A1
Application number: DE19752518422
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Grad Braeuning; Jacques Dipl Ing Langlois
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1975-04-25
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1976-11-11

Description

Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kompensation des ohmschen Widerstandes der Verbindungsleitungen zwischen Widerstandsgebern und Meßgeräten Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kompensation des ohmschen Widerstandes der Verbindungsleitungen zwischen Widerstandsgebern und Meßgerät, wobei der Widerstandsgeber wenigstens einen Teil eines Brückenzweiges in einer Brtickenschaltungbildet, deren Diagonalspannung dem Eingang eines Verstärkers zugeführt ist und wobei die Ausgangsspannung des Verstärkers einem Anzeige- oder Registriergerät zugeführt ist.
BEUckenschaltungen, in deren einem Zweig ein Widerstandsgeber, z.B. ein Widerstands2ermometer, aufgenommen ist und wobei die Diagonalspannung einem Verstärker zugeführt ist, dessen Ausgang mit einem Anzeige- oder Registriergerät verbunden ist, sind vielfältig bekannt, so z.B. aus den DT-OS 2 248 083 und 2 307 977.
Bei allen diesen bekannten Schaltungen ist es erforderlich und üblich, den ohmschen Widerstand der Verbindungsleitungen zwischen dem Widerstandsgeber und dem Meßgerät dadurch zu berUcksichtigen, daß dieser bereits bei der Eichung der Meßanordnung auf einen Nennwert abgeglichen wird. Insbesondere bei größeren Entfernungen zwischen Widerstandsgeber und Meßgerät ist der ohmsche Widerstand der Verbindungsleitungen nicht mehr vernachlässigbar. Darüber hinaus gehen auch Widerstandsänderungen der Verbindungsleitungen infolge von Temperaturänderungen in das Meßergebnis ein. Diese Nachteile - Notwendigkeit eines Abgleiches und Abhängigkeit von der Temperatur der Verbindungsleitangen - werden jedoch als unangenehm empfunden, insbesondere, da der individuell vorzunehmende Abgleich einen zusätzlichen Arbeitsaufwand erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, d.h.
eine solche, bei der der Abgleich der Leitungswiderstände selbsttätig erfolgt.
Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, den Einfluß der Leitungswiderstände dadurch völlig zu beseitigen, daß mit Hilfe einer geeigneten Schaltung einer der Leitungswiderstände einer zwischen dem Widerstandsgeber und dem Verstärker angeordneten Drei-Leiter-Schaltung gemessen wird, der gemessene Wert verdoppelt wird, und sodann vom Wert der Widerstandssumme des Widerstandsgebers und zweier Leitungswiderstände subtrahiert - wird.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist demzufolge dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsgeber über eine drei-adrige Leitung mit dem Verstärker derart verbunden ist, daß eine Ader der Verbindungsleitung mit dem einen Ende des Widerstandsgebers und die beiden anderen Adern der Verbindungsleitung mit dem anderen Ende des Widerstandsgebers verbunden sind, daß das verstärkerseitige Ende der ersten Ader und der Diagonalpunkt der Brückenschaltung mit den Eingangsklemmen des Meßverstärkers verbunden sind, daß die verstärkerseitigen Enden der beiden anderen Adern mit den Eingängen eines Kompensationsverstärkers verbunden sind, und daß der Ausgangs strom des Kompensationsverstärkers auf den den Widerstandsgeber enthaltenden Brückenzweig zurückgeführt ist.
Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und. den Unteransprüchen.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild und Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
-Ein Widerstandsgeber 1, z.B. in ein Widerstandsthermometer,ist über eine drei-adrige Leitung mit der Meßschaltung verbunden.
Dabei sind die drei Adern der Verbindungsleitung durch Widerstände 2, 3, 4 dargestellt. Das verstärkerseitige Ende 5 der ersten Ader 2 ist mit einem Eingang eines Meßverstärkers 13 verbunden. Der Widerstandsgeber 1 und die Ader 2 bilden einen Zweig einer Brückenschaltung, deren andere Zweige durch Widerstände 8,9,10 gebildet sind. Der Verbindungspunkt der Widerstände 9 und 10 ist mit dem zweiten Eingang des Meßverstärkers 13 verbunden. Somit liegt am Eingang des Meßverstärkers die Diagonalspannung UD.
Das verstärkerseitige Ende 6 der Ader 3 ist einmal mit dem Ausgang eines Kompensationsverstärkers 14 und über einen Widerstand 12 mit einem Eingangjdieses Verstärkers verbunden, während das verstärkerseitige Ende 7 der Ader 4 mit dem anderen Eingang dieses Verstärkers 14 verbunden ist.
Der Ausgang 21 des Meßverstärkers 13 liefert eine Ausgangsspannung UA und ist außerdem über einen Widerstand 11 auf den einen Eingang des Kompensationsverstärkers 14 geführt.
Die Verstärker 13 und 14 sind Operationsverstärker mit vernachlässigbar kleinen Eingangs strömen und genügend hoher innerer Verstärkung.
Außerdem sei angenommen, daß R10 Rg R11 = R12 R8 =R9, wobei Ro der Anfangswert des Geberwiderstandes ist.
Betrachtet man zunächst die Arbeitsweise des Verstärkers 14, so ist: U6 = 2 U24 (UA = 0) U24 - U6 = I1 RL U24 -2 U24= 11 RL U24= - 11 RL' wobei RL der ohmsche Widerstand jeweils einer Leitungsader ist.
Dann ist die Spannung am Punkt 5 gegen Masse: U24 + I1 RF + 11 RL = - 11 RL + Ii RF + 11 RL 1 Ii RF, worin RF der Widerstandswert des Widerstandsgebers ist (RF = RQ + Punkt 5 führt also eine Spannung, die genau so groß ist, wie wenn der Punkt 24 an Massepotential läge und die Leitungswiderstände 0 wären. Somit reagiert der Verstärker 13 nur auf Widerstandsänderungen des Gebers 1.
Mit Hilfe der Rückführung vom Ausgang 21 des Verstärkers 13 auf den Fußpunkt des Widerstandes 11 regelt der Verstärker 13 die Spannung U6 so aus, daß die Diagonalspannung UD der Brücke = O ist. Da die Widerstände R8 und R9 einander gleich sind, sind auch die Ströme 11 und I2 einander gleich. Da weiterhin die Widerstände 9 und 10 Festwiderstände sind und an der als konstant anzusehenden Betriebsspannung liegen, ist auch der Strom I2 konstant und damit auch der Strom I1 durch den Geberwiderstand 1 für alle Widerstandswerte innerhalb des für die Messung interessierenden Wertbereiches. Nun ist aber UA - U24 = 11 RL R11 U24 = I2 R10-I1 RF-I1 RL UA - (I2 R10 -11 RF -11 RL) = I1 RL R11 R12 UA = I2R10-I1RF-I1RL+I1RL .
12 Wie oben beschrieben ist R11 =R12, I1 = I2, so daß auch UA = Ii (R10 -RF) = I1 (R10 - R0 -#R) und wegen R10 = R0: UA = - AR UA AR Die Übertragung ist somit widerstandslinear.
Für bestimmteAnwendungsfälle ist es erwünscht, im Ausgang einen Strom ztarVerfügung zu haben, der exakt proportional zum Meßwiderstand sein soll. Eine Schaltungsanordnung,d dieser Forderung genügt, ist in Fig. 2 gezeigt. Diese bietet den Vorteil, daß der Lastwiderstand mit einem Anschluß auf Massepotential oder einem weitgehend wählbaren anderen Potential liegen kann.
Dazu ist nach Fig. 2 ein weiterer Verstärker 15 vorgesehen, der mit dem Ausgang des Meßverstärkers 13 über ein aus Widerständen 16, 17, 18, 19 und 20 bestehendes Netzwerk verbunden ist und dessen Ausgang 23 auf den Eingang des Kompensationsverstärkers 14 über den Widerstand 11 gelegt ist. Somit liegt die Ausgangsspannung U23 des Verstärkers 15 wie auch bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 am Eingang des Verstärkers 14 und übt auch die gleiche Funktion wie die Spannung UA nach Fig. 1 aus.
Die Beschaltung des Verstärkers 15 bildet eine bekannte Anordnung zur Verstärkung der Differenz zweier Spannungen, hier der Spannungen über dem Strommeßwiderstand 16 zwischen den Punkten 21 und 25.
Wenn dann gilt U23 = - 1A R16 UA in Fig. 1 und in analoger Weise wie vorher erhält man - IA R16 ~ I1 #R IA = #R 16 R16 1A # #R Eine weitere Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist möglich, wenn Mittel vorgesehen sind, die den Strom abhängig von der Ausgangsspannung beeinflussen und damit eine nichtlineare Abhängigkeit des Gebers 1 von der zu messenden physikalischen Größe kompensieren.
PatentansPrüche

Claims

Patentsnsprüche: 1.)Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kompensation des ohmschen Widerstandes der Verbindungsleitungen zwischen Widerstandsgebern und Meßgerät, wobei der Widerstandsgeber wenigstens einen Teil eines Brückenzweiges in einer Briikkenschaltung bildet, deren Diagonalspannung dem Eingang einee Verstärkers zugeführt ist und wobei die Ausgangsspannung des Verstärkers einem Anzeige- oder Registriergerät zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet. daß das verstärkerseitige Ende (5) der ersten Ader (2) und der Diagonalpunkt der Brückenschaltung (1,2;8;9;10) mit den Eingangsklemmen des Meßverstärkers (13) verbunden sind, daß die verstärkerseitigen Enden (6,7) der beiden anderen Adern (3,4) mit den Eingängen eines Kompensationsverstärkers (14) verbunden sind, und daß der Ausgangsstrom des Kompensationsverstärkers (14) auf den den Widerstandsgeber (1) enthaltenden Brückenzweig zurückgeführt ist.
2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkerseitige Ende (5) der ersten Ader (2) an den invertierenden Eingang des Meßverstärkers (13) und das verstärkerseitige Ende (7) der dritten Ader (4) an den invertierenden Eingang des Kompensationsverstärkers (14) geführt sind.
3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht-invertierende Eingang des Kompensationsverstärkers (14) über einen ersten Widerstand (11) mit dem Ausgang (21) des Meßverstärkers (13) und über einen gleich großen weiteren Widerstand (12) mit dem Ausgang (22) des Kompensationsverstärkers(14) und mit dem verstärkerseitigen Ende (6) der zweiten Ader (3) verbunden ist.
4.) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (21) des Meßverstärkers (13) und dem nicht-invertierenden Eingang des Kompensationsverstärkers (14) in Reihe zu dem ersten Widerstand (11) ein Meßwiderstand (16) und eine Verstärkeranordnung (15) mit einem Widerstandsnetzwerk (17,18,19,20) vorgesehen sind.
5.) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Beeinflussung der Brückenspeisespannung oder des den Widerstandsgeber (1) durchfließenden Stromes in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung oder dem Ausgangsstrom vorgesehen sind.