DE2823875A1 - PROCESS AND EQUIPMENT FOR COMPENSATING ENVIRONMENTAL EFFECTS ON MEASURING EQUIPMENT, IN PARTICULAR DIFFERENTIAL PRESSURE SENSORS - Google Patents

Description

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BLUMBACH · WESER · BARGEN · KRAMERBLUMBACH · WESER · BARGEN · KRAMER

ZWIRNER. HIRSCH · BREHM ZWIRNER. HIRSCH BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2823875PATENT LAWYERS IN MUNICH AND WIESBADEN 2823875

Patentconsult Radeclcestrafle 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patenlconsult Patentconsult Soiinenborger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult American Chain & Cable Company, Inc.
929, Connecticut Avenue
Bridgeport, Connecticut 06602, USAPatentconsult Radeclcestrafle 43 8000 Munich 60 Telephone (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegrams Patenlconsult Patentconsult Soiinenborger Straße 43 6200 Wiesbaden Telephone (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegrams Patentconsult American Chain & Cable Company, Inc.
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Verfahren und Einrichtung zur Kompensation von Umgebungseffekten auf Meßeinrichtungen, insbesondere DifferenzdruckfühlerMethod and device for compensating for environmental effects on measuring devices, in particular Differential pressure sensor

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kompensation von Umgebungseffekten auf Meßeinrichtungen, insbesondere Differenzdruckfühler und hat vor allem mit Verbesserungen von Dehnungsmeßstreifen-Wandlern und dessen Bauteile zu tun. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit der Anwendung auf Dehnungsmeßstreifen-Wandler beschrieben, jedoch sind die Prinzipien auch in Anwendung auf andere Einrichtungen nützlich.The invention relates to a method and a device for compensating for environmental effects on measuring devices, especially differential pressure sensor and has mainly come with improvements of strain gauge transducers and their components. The invention is related to the application on strain gauge transducers, but the principles are useful in application to other devices.

Ein Dehnungsmeßstreifen wird typischerweise als Wandler verwendet, indem er an ein biegsames Objekt angeheftet wird, und dann die Spannungsänderung oder Widerstandsänderung am Dehnungsmeßstreifen gemessen wird, wenn unterschiedliche Belastungen an dem Objekt anliegen. Es ist insbesondere vorteilhaft, eine Wheatstone'sehe Brückenschaltung zu verwenden, in welcher zwei Dehnungsmeßstreifen in Serie auf der einen Brückenseite liegen und zwei Widerstände in Serie auf der anderen Brückenseite angeordnet sind. Jede dieser vier Elemente ist in einem getrenntenA strain gauge is typically used as a transducer, by attaching it to a pliable object, and then the change in tension or resistance on the strain gauge is measured when different loads are applied to the object. It is particularly advantageous to have a Wheatstone's see bridge circuit in which two Strain gauges are placed in series on one side of the bridge and two resistors are placed in series on the other side of the bridge are. Each of these four elements is in a separate one

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rc-r. nat. . P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brelun Dipl.-Cliem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwimer Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.Munich: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rc-r. nat. . P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brelun Dipl.-Cliem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwimer Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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Diagonalzv/eig der Brücke angeordnet, wobei die Versorgungsspannung an den VerMndungspunkten zwischen zwei Seiten der Brücke zugeführt wird und die Ausgangsspannung zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände und dein Verbindungspunkt zwischen den beiden Dehnungsmeßstreifen gemessen wird. Da die Funktion der beiden Widerstände zur Bildung einer Referenzspannung an dem Verbindungspunkt zwischen ihnen besteht, wird diese Brückenseite als die Bezugsseite bezeichnet. Wenn die Dehnungsmeßstreifen auf entgegengesetzten Seiten des Objekts angebracht sind, so daß die Biegung des Objekts zu einer Zugspannung auf den einen Dehnungsmeßstreifen und einer Druckspannung auf den anderen führt und die Änderungen des Widerstandswertes der Dehnungsmeßstreifen in etwa gleiche Größe, aber unterschiedliche Richtung aufweisen. Unter diesen Bedingungen ist das Verhältnis der Widerstände der beiden Dehnungsmeßstreifen eine Funktion des Betrags der Ablenkung oder Biegung des Objekts. Daher kann die Ausgangsspannung in Bezug auf den Biegebetrag oder die Auslenkung des Objekts gesetzt werden.The bridge is arranged diagonally, with the supply voltage at the connection points between two sides of the bridge Bridge is fed and the output voltage between the The connection point of the two resistors and the connection point between the two strain gauges is measured. Since the function of the two resistors is to create a reference voltage at the junction between them, this bridge side is referred to as the reference side. When the strain gauges are on opposite sides of the object are attached so that the bending of the object results in a tensile stress on the one strain gauge and a compressive stress leads to the other and the changes in the resistance value of the strain gauges are roughly the same, but have different directions. Under these conditions is the ratio of the resistances of the two strain gauges a function of the amount of deflection or bending of the object. Therefore, the output voltage in terms of the amount of bending or the deflection of the object can be set.

Bekanntlich gibt es Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen mit ausgeprägten Vorteilen gegenüber den älteren Folien- oder Draht-Dehnungsmeßstreifen, da die Empfindlichkeit der Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 100 Mal größer ist als die von metallischen Dehnungsmeßstreifen. Jedoch haben Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen sowohl einen großen Temperatur-Koeffizienten des Widerstands als auch einen großen Temperatur-Koeffizienten des Maßstabsfaktors odor der Emr>findlichkc?it. Daher ändern sich sowohl derAs is well known, there are semiconductor strain gauges with pronounced Advantages over the older foil or wire strain gauges because of the sensitivity of the semiconductor strain gauges 100 times larger than that of metallic strain gauges. However, semiconductor strain gauges have both a large temperature coefficient of resistance and a large temperature coefficient of scale factor odor der Emr> sensitivekc? it. Therefore, both the

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der Widcrstandswert als auch die Änderungsgeschwindigkeit des Widerstandes bei angelegter mechanischer Spannung beträchtlich mit der Temperatur. Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen können so hergestellt werden, daß diese Temperatur-Koeffizienten bei unterschiedlichen Bauteilen ungefähr gleich groß sind. Wenn jedoch die Dehnungsmeßstreifen mit einem Objekt verbunden werden, v/erden gewisse unkontrollierbare, von der Temperatur induzierte mechanische Spannungen erzeugt, welche die Temperaturkoeffizient en der Dehnungsmeßstreifen modifizieren. Deshalb ist das aus der Brücke erhältliche Spannungsausgangssignal eine Funktion der Temperatur.the resistance value as well as the rate of change of the Resistance with applied mechanical tension varies considerably with temperature. Semiconductor strain gauges can do so be made so that these temperature coefficients are approximately the same for different components. if however, the strain gauges attached to an object will ground some uncontrollable temperature induced mechanical stresses which modify the temperature coefficients of the strain gauges. That's why the voltage output signal available from the bridge is a function of temperature.

Diese Schwankung der Spannung mit der Temperatur führt zu zwei hauptsächlichen Fehlern in dem Ausgangssignal des mit Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen arbeitenden Wandlers. Wenn die Dehnungsmeßstreifen unter der mechanischen Spannung Null sind, ist das Verhältnis der Widerstände der beiden Dehnungsmeßstreifen bei der einen Temperatur unterschiedlich vom Verhältnis der Widsrstandswerte bei einer zweiten Temperatur. Die Korrektur dieses Effekts wird als Temperaturkompensation bezeichnet. Im Stand der Technik ist es bekannt, ein Serien/Parallel-Netzwerk von Widerständen zu verwenden, um die Effekte des Temperatur-Koeffizenten des Widerstandes genügend zu beseitigen, daß das Verhältnis der Widerstandswerte von zwei Dehnungsmeßstreifen bei zv/ei unterschiedlichen Temperaturen identisch ist. Der zweite Fehler kann der Änderung der Empfindlichkeit des Dehnungsmeßstreifens mit der Temperatur zugeschrieben v/erden. WennThis variation in voltage with temperature creates two major errors in the output of the semiconductor strain gauge working converter. If the strain gauges are zero under mechanical stress, that is The ratio of the resistances of the two strain gauges at one temperature is different from the ratio of the resistance values at a second temperature. Correcting this effect is called temperature compensation. In the state It is known in the art to use a series / parallel network of resistors to counteract the effects of the temperature coefficient of resistance sufficient to eliminate that ratio of the resistance values of two strain gauges is identical at zv / ei different temperatures. The second error can be the change in strain gauge sensitivity attributed to the temperature. if

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bei einer Schaltung, die für zwei Temperaturen temperaturkompensiert ist, die maximale Last an die Dehnungsmeßstreifen angelegt wird, ist die Ausgangsspannung bei der einen Kompensationstemperatur unterschiedlich zu der bei der anderen Kompensationstemperatur. Korrektur dieses Effekts wird als Bereichskompensation bezeichnet. Bein Stand der Technik ist es bekannt, einen Widerstand in Serie oder parallel zu der Brücke zu legen, um die Ausgangsspannung bei den beiden Kompensationstemperaturen gleich zu machen.with a circuit that compensates for temperature for two temperatures is, the maximum load is applied to the strain gauges, the output voltage is at the one compensation temperature different from that at the other compensation temperature. Correction of this effect is called Area compensation called. In the prior art it is known to have a resistor in series or in parallel with the To put a bridge to the output voltage at the two compensation temperatures to do the same.

Während die Temperatur- und Bereicliskonipensation bei zwei Temperaturen das Verhalten eines Wandlers mit Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen als Meßeinrichtung verbessert, sind die Widerstandsverhältnisse der Dehnungsmeßstreifen und die Ausgangsspannungen der Schaltung bei anderen Temperaturen nicht gleich, und zwar wegen der komplexen Effekte der temperaturinduzierten mechanischen Spannungen in den Dehnungsmeßstreifen. Zusätzlich kompliziert die Verwendung der Temperatur- und Bereichskompensationsschaltungen das Vorsehen von so wünschenswerten Schaltungcraerkmalen wie "unterdrückter Nullpunkt" und "nicht lineare Ausgangsspannungen". Weil schließlich Halbleiter bei überlast leicht beschädigt v/erden, ist es wünschenswert, einen Überlastschutz für die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen zu schaffenοWhile the temperature and range configuration at two temperatures, the behavior of a transducer with semiconductor strain gauges As a measuring device, the resistance ratios of the strain gauges and the output voltages are improved not the same as the circuit at other temperatures because of the complex effects of the temperature-induced mechanical stresses in the strain gauges. It also complicates the use of temperature and Range compensation circuits the provision of such desirable circuitry features as "suppressed zero" and "non-linear output voltages". Because semiconductors are easily damaged in the event of overload, it is desirable to To create overload protection for the semiconductor strain gauges

Der Erfindung liegt die; Aufgabe zugrunde, eine verbesserteThe invention lies in the; Task based on an improved

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Kompensation von Schaltungen mit Dehnungsmeßstreifen und dergleichen zu schaffen, und zwar soll ein Entwurfsverfahren geschaffen v/erden, mit dem Temperatureffekte in solchen Schaltungen bei drei unterschiedlichen Punkten kompensiert werden.Compensation of circuits with strain gauges and the like to create, namely a design method is to be created with the temperature effects in such circuits be compensated for at three different points.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus den Ansprüchen und wird mit anderen Worten nachfolgend erläutert.The solution to the problem arises from the claims and is explained in other words below.

Beginnend mit einer Brückenschaltung mit zwei Serienwiderständen in einem Zweig und einem beliebigen Widerstand in Serie mit den beiden Dehnungsmeßstreifen in einem anderen Zweig, werden die Spannungsabfälle an den Dehnungsmeßstreifen und den beliebigen Widerstand bei der mechanischen Spannung Null und dem Maximum und drei verschiedenen Temperaturen gemessen,, Der geeignete V/iderstandswert für die Bereichskompensation bei den beiden extremen Temperaturen wird dann aus diesen Werten errechnet.Starting with a bridge circuit with two series resistors in one branch and any resistor in Series with the two strain gauges in a different branch are the voltage drops across the strain gauges and measured any resistance at zero and maximum mechanical stress and three different temperatures, The appropriate resistance value for range compensation at the two extreme temperatures is then selected calculated from these values.

Es wird dann mit einem iterativen Verfahren v/eitergearbeitet, bei welchem der Bereichskompensationswiderstandswert auf einen ersten Widerstand in Serie mit dem einen Dehnungsmeßstreifen in der einen Diagonale der Brückenschaltung und auf einen zweiten Widerstand in Serie mit dem anderen Dehnungsmeßstreifen in einer zweiten Diagonalen der Brückenschaltung aufgeteilt wirdo Zunächst wird dem ersten Widerstand ein Wert von einem Ohm und dem zweiten Widerstand der Rest zugeteilt«, Mit diesenAn iterative process is then used in which the range compensation resistance is reduced to a value of first resistor in series with one strain gauge in one diagonal of the bridge circuit and on one second resistor in series with the other strain gauge divided in a second diagonal of the bridge circuit willo First, a value of one ohm is assigned to the first resistor and the rest to the second resistor «, With these

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Werten werden die Serien/Parallel-Widerstandswerte für die Temperaturkompensation bei der mechanischen Spannung Null und für die zwei extremen Temperaturen errechnet. Die Ausgangsspannungen bei der mechanischen Spannung Null v/erden dann sowohl für die Maximaltemperatur und die mittlere Temperatur errechnet und die Differenz zwischen diesen Ausgangssignalen wird erhalten. Danach wird der Widerstandswert des ersten Widerstandes um ein Ohm erhöht und der Widerstandswert des zweiten Widerstandes um ein Ohm erniedrigt; die Serien/Parallel-Widerstandswerte für die Temperaturkompensation werden erneut für die extremen Temperaturen errechnet. Von diesen Werten v/erden die Ausgangsspannungen bei der mechanischen Spannung Null sowohl für die maximale als auch die mittlere Temperatur errechnet. Die Differenz dieser Ausgangssignale wird dann mit der zuvor errechneten Differenz verglichen und der jeweils Hull nähere Wert wird zusammen mit den notwendigen Schaltungsparametern rückbehalten. Das beschriebene Verfahren wird für Jeden Wert des ersten Widerstandes minus dem Wert des Bereichswiderstandes wiederholt und am Ende des Verfahrens definieren die erhaltenen Schaltungsparameter die Widerstandswerte der Brückenschaltung, welche die beste Dreipunkt-Temperaturkompensation ergibt.Values become the series / parallel resistance values for temperature compensation at zero mechanical stress and calculated for the two extreme temperatures. The output voltages at zero mechanical tension are then grounded for both the maximum temperature and the mean temperature is calculated and the difference between these output signals is obtained. After that, the resistance value becomes the first Resistance increased by one ohm and the resistance value of the second resistor decreased by one ohm; the series / parallel resistance values for temperature compensation are calculated again for the extreme temperatures. Of these values v / ground the output stresses at zero mechanical stress calculated for both maximum and mean temperatures. The difference between these output signals is then with the previously calculated difference is compared and the value closer to Hull is retained together with the necessary circuit parameters. The procedure described is for Repeatedly define each value of the first resistance minus the value of the range resistance and at the end of the procedure the circuit parameters obtained the resistance values of the bridge circuit, which gives the best three-point temperature compensation results.

Dieses Verfahren ist generell auf jede elektrische Schaltung anwendbar, deren Elemente einen resistiven, kapazitiven oder induktiven Effekt aufweisen und bei denen mindestens zwei ElementeThis method is generally applicable to any electrical circuit whose elements have a resistive, capacitive or have inductive effect and in which at least two elements

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ein Ausgangssignal liefern, welches eine Funktion von zwei Variablen ist.provide an output signal which is a function of two Variables is.

Wenn die Brückenschaltung bei zwei Temperaturen bereichskompensiert ist, erreicht der Bereichsfehler zwischen den beiden Temperaturen einen Spitzenwert bei einer mittleren Temperatur etwa in der Mitte zwischen den beiden Temperaturen. Bei Temperaturen oberhalb dieser beiden Temperaturen und unterhalb der unteren Temperatur weist der Bereichsfehler unterschiedliches Vorzeichen auf und nimmt bezüglich seiner Größe zu, sowohl wenn die Temperatur oberhalb der oberen. Temperatur ansteigt, als auch, wenn die Temperatur unterhalb der unteren Temperatur abfällt. Unter diesen Umständen wird eine verbesserte Bereichskompensation durch Änderung der an der Brückenschaltung angelegten Spannung erzielt. Zu diesem Zweck sind ein Widerstand und ein Thermistor in Serie zwischen den beiden Eingangspunkten der Brückenschaltung und ein v/eiterer Widerstand und Thermistor sind parallel zwischen dem einen Eingangspunkt der Brückenschaltung und einem Anschluß einer Spannungszufu.hr geschaltet. Ein zweiter Anschluß einer Spannungszufuhr ist mit einem anderen Eingangspunkt der Brückenschaltung verbunden. Die Werte dieser beiden Widerstände sind so gewählt, daß im wesentlichen kein Bereichsfehler bei der mittleren Temperatur entsteht, bei der sonst ein Spitzenwert des Bereichsfehlers auftreten würde. Da die Thermistoren einen negativen Temperaturkoeffizienten ihres Widerstandswertes aufweisen, nimmt der Widerstandswert der Serienkoiubination aus Widerstand und Thermistor mit abnehmenderWhen the bridge circuit compensates for range at two temperatures is, the range error between the two temperatures peaks at an intermediate temperature about halfway between the two temperatures. At temperatures above these two temperatures and below the lower temperature, the range error has different characteristics Sign increases and increases in size, both when the temperature is above the upper. Temperature rises, as well as when the temperature drops below the lower temperature. Under these circumstances, improved range compensation is achieved by changing the voltage applied to the bridge circuit. To this end are a resistor and a thermistor in series between the two input points of the bridge circuit and a further resistor and thermistor are connected in parallel between one input point of the bridge circuit and one connection of a voltage supply. A second connection of a voltage supply is connected to another input point of the bridge circuit. The values of this both resistors are chosen so that essentially none Range error occurs at the mean temperature at which a peak value of the range error would otherwise occur. There the thermistors have a negative temperature coefficient of their resistance value, the resistance value of the Series combination of resistance and thermistor with decreasing

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Temperatur zu, so daß die an die Brückenschaltung angelegte Spannung zunimmt. Die Werte des Thermistors und seines Temperaturkoeffizient en des Widerstandes v/erden so gewählt, daß die Zunahme der Spannung die Änderungen der Ausgangsspannung zu beseitigen tendiert, die sonst bei Temperaturen unterhalb der mittleren Temperatur auftreten würden« Mit Bezug auf die Parallelkombination aus Widerstand und. Thermistor nimmt der Widerstandswert dieses Netzwerkes mit zunehmender Temperatur ab, wobei die an die Brückenschaltung angelegte Spannung zunimmt. Der Wert des Thermistors und seines Temperaturkoeffizienten des Widerstandes werden so gewählt, daß diese Zunahme der Spannung die Änderungen der Ausgangsspannung zu beseitigen tendiert, die sonst bei Temperaturen größer als die mittlere Temperatur auftreten wurden.Temperature too, so that the applied to the bridge circuit Tension increases. The values of the thermistor and its temperature coefficient The resistor v / earth is chosen so that the increase in voltage corresponds to the changes in the output voltage tends to eliminate that would otherwise occur at temperatures below the mean temperature «With reference to the Parallel combination of resistance and. Thermistor increases the resistance of this network with increasing temperature decreases, the voltage applied to the bridge circuit increasing. The value of the thermistor and its temperature coefficient of resistance are chosen so that this increase in Voltage to eliminate the changes in output voltage that would otherwise occur at temperatures greater than the mean temperature.

Das beschriebene Verfahren der Temperatur- und Bereichskompensation ist nicht mit bekannten Verfahren zur Nullpunkt-Unterdrückung und/oder nicht linearen Ausgangssignalen kompatibel, Nullpunkt-Unterdrückung kann jedoch gemäß Erfindung dadurch erzeugt werden, daß eine Konstantstromquelle verwendet wird, um die Bezugsspannung zu ändern, die in dem Zweig der Brückenschaltung erzeugt v/ird, der nicht die Dehnungsmeßstreifen enthält. Nicht lineare Ausgangssignale können durch Rückkopplungsschaltungen im Ausgang der kompensierten Brückenschaltung erzeugt werden. Eine Kalibrierung solcher Ausgangssignale kann durch geeignete Verwendung einer Konstantstromquelle erzielt werden.The method of temperature and range compensation described is not compatible with known methods for zero point suppression and / or non-linear output signals, Zero point suppression can, however, be generated according to the invention in that a constant current source is used, to change the reference voltage used in the branch of the bridge circuit produces v / ird that does not contain the strain gauges. Non-linear output signals can be generated by feedback circuits in the output of the compensated bridge circuit will. Calibration of such output signals can be achieved by suitable use of a constant current source will.

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Da Halbieitcr-De^inuiigsmeßstreifen relativ gegen Beschädigung empfindlich sind _s ist es wünschenswert, einen Überlastschutz in der mechanischen Konstruktion der Einrichtung zu schaffen, in welcher sie angebracht sind. Wenn die Dehnungsmeßstreifen auf einem Kragarm angebracht sind, schließt dieser Überlast-Schutzanschläge ein, welche die Bewegung des Kragarms jenseits des vorgesehenen Meßbereiches beschränkt»Since Halbieitcr-De ^ inuiigsmeßstreifen relatively sensitive to damage are _s, it is desirable to provide an overload protection in the mechanical construction of the device in which they are mounted. If the strain gauges are attached to a cantilever arm, this includes overload protection stops that limit the movement of the cantilever arm beyond the intended measuring range »

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BADBATH

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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigen:Further details of the invention emerge from the following described embodiment. Show it:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel; Fig. 2 ein zugehöriges Diagramm;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel; und Fig. 4 einen Querschnitt durch ein mechanisches Ausführungsbeispiel. 1 shows a first embodiment; 2 shows an associated diagram;
3 shows a second embodiment; and FIG. 4 shows a cross section through a mechanical exemplary embodiment.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung 10 enthält eine erste Konstantstroraquelle 20, einen Spannungsregler 25, ein Bereichskompensationsnetzwerk 30, eine temperaturkompensierte Brückenschal tung 40, einen Verstärker 70, einen Transistor 75, eine zweite Konstantstromquelle 80, einen Rückkopplungswiderstand 85 und Maßstabwiderstände 92, 94, 96. Die Schaltung 10 ist mit Anschlüssen E und F an eine Zweidrahtleitung 120 angeschlossen, welche eine Betriebsspannungsquelle 130 und eine resistive Last 135 an die Schaltung 10 anschließt„ Die Betriebsspannungsquelle 130 führt der Schaltung 10 über die Zweidrahtleitung 120 die notwendige Energie.zu. Unter Verwendung der gleichen Zweidrahtleitung wird der Ausgang der Schaltung 10 in der Form eines variablen Stromes zurück zur Last 135 übermittelt. Dort wird das variable Signal als Spannungsabfall an der Last abgetastet.The circuit 10 shown in Fig. 1 includes a first Constant current source 20, a voltage regulator 25, a range compensation network 30, a temperature compensated bridge circuit 40, an amplifier 70, a transistor 75, a second constant current source 80, a feedback resistor 85 and scale resistors 92, 94, 96. The circuit 10 is with Connections E and F to a two-wire line 120, which has an operating voltage source 130 and a resistive Load 135 connects to circuit 10 “The operating voltage source 130 supplies the circuit 10 with the necessary energy via the two-wire line 120. Using the same two-wire line the output of circuit 10 is transmitted back to load 135 in the form of a variable current. There will the variable signal is sampled as a voltage drop across the load.

Die erste Konstantstromquelle 20 ist in Serie zwischen dem Anschluß E und dem Spannungsregler geschaltet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel einer Zenerdiode ist. Die andereThe first constant current source 20 is connected in series between the terminal E and the voltage regulator, which is shown in FIG Embodiment is a Zener diode. The other

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Seite des Spannungsreglers ist -mit einem Knotenpunkt B der Brückenschaltung 40 verbunden.Side of the voltage regulator is -with a node B the Bridge circuit 40 connected.

Das Bereichskombinationsnetzwerk v/eist einen ersten Widerstand 32 und einen ersten Thermistor 34 auf, die parallel zueinander zwischen dem Spannungsregler und einem weiteren Knotenpunkt A der Brückenschaltung 40 bzw. der Serienschaltung eines zweiten Widerstandes 36 und eines zweiten Thermistors 38 geschaltet sind, welche einen Zweig zwischen den beiden Knotenpunkten A und B bilden. Ein Pufferverstärker 39 trennt die Brückenschaltung 40 vom Netzwerk 30 ab. Die Widerstände 32, 36 haben einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes, während die Thermistoren 34, 38 einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes haben.The area combining network is a first resistor 32 and a first thermistor 34, which are parallel to each other between the voltage regulator and another node A of the bridge circuit 40 or the series circuit of a second resistor 36 and a second thermistor 38 is connected which form a branch between the two nodes A and B. A buffer amplifier 39 separates the bridge circuit 40 from network 30. The resistors 32, 36 have a positive temperature coefficient of resistance, while the thermistors 34, 38 have a negative temperature coefficient of the resistance value.

In einem Bezugszweig der Brückenschaltung 40 sind Widerstände 42 und 44 in Serie in der einen Diagonalen und ein Widerstand 46 in der einer zweiten Diagonalen angeordnet. In dem variablen Zweig der Brückenschaltung 40 liegen ein Widerstand 52 und ein variabler Widerstand 54 in Serie in der einen Diagonale und ein Widerstand 56 und ein variabler Widerstand 58 in Serie in der anderen Diagonale. Ein Widerstand 62 liegt parallel zu einem der variablen Widerstände 54, 58, wie später erläutert wird. Beispielsweise werden die variablen Widerstände durch Dehnungsmeßstreifen erzeugt, die an entgegengesetzten Seiten eines biegsamen Objektes angebracht sind, wie in Fig. 4 gezeigt. In dieser Lage erzeugt Biegen des Objekts eine Zugbe—In a reference branch of the bridge circuit 40, resistors 42 and 44 are in series in one diagonal and a resistor 46 arranged in a second diagonal. A resistor 52 and are located in the variable branch of the bridge circuit 40 a variable resistor 54 in series in one diagonal and a resistor 56 and a variable resistor 58 in series in the other diagonal. A resistor 62 is in parallel with one of the variable resistors 54, 58, as explained later will. For example, the variable resistances are created by strain gauges placed on opposite sides of a flexible object are attached as shown in FIG. In this position, bending the object creates tension.

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lastung auf den einen Dühnungsmeßstreifen und eine Druckbelastung auf den anderen Dehnungsmeßstreifen, wobei Widerstandsänderungen von ungefähr gleicher Größe, aber unterschiedlichen Vorzeichen erzeugt v/erden, Vorzugsv/eise sind die Dehnungsmeßstreifen als Halbleiter ausgebildet, d*h., ihr Widerstandswert und ihre Empfindlichkeit ändert sich sehr stark mit der Temperatur. Im Gegensatz dazu haben die Widerstände 32, 36, 42, 44, 46, 52, 56, 62 in dem interessierenden Temperaturbereich einen im wesentlichen konstanten Wert und werden in dem normalen Betrieb der Schaltung nicht mechanischen Spannungen unterworfen. Beispielsweise können die Dehnungsmeßstreifen als sogenannte DSC-Einsätze (erhältlich von der Firma Kistler-Morse, Incorporated, Bellevue, Washington, USA) und die Widerstände als bekannte Metallfilmoder gewickelte Widerstände ausgebildet sein.load on the one strain gauge and a pressure load on the other strain gauges, with changes in resistance of approximately the same size but different signs are generated, the strain gauges are preferred as Semiconductors, i.e. their resistance and sensitivity changes very much with temperature. In contrast, the resistors 32, 36, 42, 44, 46, 52, 56, 62 has a substantially constant value in the temperature range of interest and are in normal operation of the Circuit not subject to mechanical stress. For example, the strain gauges can be used as so-called DSC inserts (available from Kistler-Morse, Incorporated, Bellevue, Washington, USA) and the resistors can be designed as known metal film or wound resistors.

Der Verstärker 70 ist als Differenzverstärker hoher Verstärkung ausgebildet. Der eine Eingangsanschluß des Verstärkers 70 ist mit dem Knotenpunkt C zwischen den variablen Widerständen 54, 58 und der andere Eingangsanschluß ist mit dem Knotenpunkt D zwischen den Widerständen 44, 46 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 70 ist mit der Basiselektrode des Transistors 75 verbunden und steuert dessen Strom. Der Emitter und Kollektor des Transistors 75 liegen zwischen den Anschlüssen E und B der Schaltung. Daher wird der die Zweidrahtleitung 120 durchfließende Strom von dem Transistor 75 in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 70 gesteuert. Ein Rückkopp-The amplifier 70 is designed as a high gain differential amplifier. One input terminal of the amplifier 70 is to node C between variable resistors 54, 58 and the other input terminal is to node D connected between resistors 44,46. The output of amplifier 70 is connected to the base electrode of transistor 75 connected and controls its electricity. The emitter and collector of transistor 75 are between terminals E and B the circuit. Therefore, the current flowing through the two-wire line 120 from the transistor 75 becomes in accordance with FIG controlled by the output of amplifier 70. A feedback

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lungssignal v/ird über einen Widerstand 85 zwischen dem Knotenpunkt F und dem nicht invertierenden Anschluß des Verstärkers 70 geliefert.Management signal v / ird through a resistor 85 between the node F and the non-inverting terminal of amplifier 70.

Zwischen den Knotenpunkten F und W verbindet ein Wählschalter 98 einen der Maßstabwiderstände 92, 94, 96 in dem vom Strom durchflossenen Weg mit der Zweidrahtleitung 120. Wie schon durch die Bezeichnung zum Ausdruck gebracht, ermöglichen diese Maßstabswiderstände in Verbindung mit dem Rückkopplungswiderstand 85, daß das gleiche Ausgangssignal auf der Leitung 120 unterschiedliche Spannungen an den Eingängen des Verstärkers 70 repräsentiert. Beispielsweise kann ein Ausgangssignal von 4 Milliampere in allen Fällen einer Nulldruckdifferenz entsprechen, wenn jedoch der Schalter 98 den Widerstand 92 in die Schaltung einfügt, entspricht ein Ausgangssignal von 20 Milliampere einerBetween the nodes F and W, a selector switch 98 connects one of the scale resistors 92, 94, 96 in that of the current path through which the two-wire line 120 flows. As already through the name expressed, allow these scale resistors in conjunction with the feedback resistor 85 that the same output signal on line 120 represents different voltages at the inputs of amplifier 70. For example, an output signal of 4 milliamps can correspond to a zero pressure difference in all cases, however, if switch 98 inserts resistor 92 into the circuit, an output of 20 milliamperes equals one

Druckdifferenz von 1,4 kg/cm , und wenn der Wählschalter den Widerstand 94 wirksam macht, entspricht ein derartiges Aus-Pressure difference of 1.4 kg / cm, and if the selector switch makes the resistor 94 effective, such an off

gangssignal einer Druckdifferenz von 2,8 kg/cm .output signal of a pressure difference of 2.8 kg / cm.

Die Konstantstromquelle 80 ist zwischen dem Knotenpunkt W und dem Verbindungspunkt der Widerstände 42, 44 geschaltet. Die Stromquelle 80 kann zur Unterdrückung oder Modifizierung des Nullpegels der von der Brückenschaltung abgetasteten Variablen verwendet werden, wie später beschrieben wird. Speziell kann durch Anlage des Stroms der Stromquelle 80 an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 42, 44 das Ausgangssignal von 4 Milliampere dazu gebracht worden, einem von Null verschiedenenThe constant current source 80 is connected between the node W and the connection point of the resistors 42, 44. the Current source 80 can be used to suppress or modify the zero level of the variables sampled by the bridge circuit can be used as described later. Specifically, by applying the current from the current source 80 to the connection point between the resistors 42, 44, the output of 4 milliamps has been made one non-zero

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Wert der abgetasteten Variablen zu entsprechen.Value of the sampled variable.

Die Widerstandswerte der Widerstände 52, 56, 62 v/erden durch ein iteratives Verfahren ausgewählt, um eine Temperaturkompensation bei drei verschiedenen Temperaturen und eine Bereichskompensation bei zwei unterschiedlichen mechanischen Spannungen bei den zwei extremen Werten der drei Temperaturen zu ergeben. Im einzelnen wird ein beliebiger Widerstand AR zunächst in Serie zu den variablen Widerständen 54, 58 zwischen den Knoten A und B der Brückenschaltung geschaltet. Der Widerstand AR hat einen im wesentlichen konstanten Wert bei den interessierenden Betriebstemperaturen. Für diese Schaltung werden die Spannungsabfälle an den Widerständen 54, 58 und dem v/ahlweisen Widerstand AR bei der mechanischen Spannung Null und bei der maximalen mechanischen Spannung für drei unterschiedliche Temperaturen gemessen. Aus der Art der Anbringung der Dehnungsmeßstreifen folgt, daß die maximale mechanische Spannung zu einem maximalen Zug für den einen Dehnungsmeßstreifen und zu einer maximalen Zusammendrückung für den anderen Dehnungsmeßstreifen führt. Auf diesen Werten wird der ungefähre Widerstand SSR für die Bereichskompensation bei den beiden extremen Temperaturen der drei gemessenen Temperaturen unter Benutzung der folgenden Gleichung errechnet:The resistance values of the resistors 52, 56, 62 are selected by an iterative process to give temperature compensation at three different temperatures and range compensation at two different mechanical stresses at the two extreme values of the three temperatures. In detail, any resistor AR is first connected in series with the variable resistors 54, 58 between nodes A and B of the bridge circuit. The resistance AR has an essentially constant value at the operating temperatures of interest. For this circuit, the voltage drops across the resistors 54, 58 and the optional resistance AR are measured at zero mechanical stress and at maximum mechanical stress for three different temperatures. From the way in which the strain gauges are attached, it follows that the maximum mechanical tension leads to a maximum tension for one strain gauge and to a maximum compression for the other strain gauge. From these values, the approximate resistance SSR for range compensation at the two extreme temperatures of the three measured temperatures is calculated using the following equation:

SSR = VBRjII, S )_z_VBR (C_, S )___· (VO (II)/VO(C ) )SSR = VBRjII, S) _z_VBR (C_, S) ___ (VO (II ) / VO (C))

iBR(C7s"j * (V0fK)7'V0(C)) - XBR(H,S)iBR (C7s "j * (V0fK) 7'V0 (C)) - XBR (H, S)

909837/04Θ1909837 / 04-1

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

18238751823875

VBR(K,S) = VGA (H,S)+VGB(H,S) VBR(CS) = VGA(C,S)+VGB(C,S) VO(Il) β (AR+GA(H, Z)JiBR(H, Z) - (AR+GA(H,S ) ) iBR(H ,S ) VO(C) = (AR+GA(C,Z))iBR(C,Z) - (AR+GA(C,S))IBR(C₇S) IBR(H,Z) = VAR(K,Z)/AR , IBR(H₇S) = VAR(H,S)/AR IBR(C₇Z) = VAR(C,Z)/AR IBR(C,S) = VAR(C,S)/ARVBR (K, S) = VGA (H, S) + VGB (H, S) VBR (CS) = VGA (C, S) + VGB (C, S) VO (Il) β (AR + GA (H, Z) JiBR (H, Z) - (AR + GA (H, S)) iBR (H, S) VO (C) = (AR + GA (C, Z)) iBR (C, Z) - (AR + GA (C, S)) IBR (C ₇ S) IBR (H, Z) = VAR (K, Z) / AR, IBR (H ₇ S) = VAR (H, S) / AR IBR (C ₇ Z) = VAR (C, Z) / AR IBR (C, S) = VAR (C, S) / AR

H = die oberste der drei Temperaturen C = die unterste der drei TemperaturenH = the highest of the three temperatures C = the lowest of the three temperatures

Z = mechanische Spannung Null ferner bedeutenZ = mechanical stress also mean zero

S = maximale mechanische Spannung,S = maximum mechanical stress,

VGA und VGB sind die gemessenen Spannungsabfälle an den Widerständen 54 bzw. 58 bei den angezeigten Temperaturen und mechanischen Spannungen, VAR ist der gemessene Spannungsabfall an dem beliebigen Widerstand AR bei den angezeigten Temperaturen und mechanischen Spannungen, und GA ist der Widerstandswert des variablen Widerstandes 54 bei den angedeuteten Temperaturen und mechanischen Spannungen. Der Widerstandswert der variablen Widerstände 54, 58 kann aus dem gemessenen Spannungsabfall an jedem Dehnungsmeßstreifen und dem fließenden Strom iBR inVGA and VGB are the measured voltage drops across the resistors 54 or 58 for the temperatures and mechanical stresses displayed, VAR is the measured voltage drop at the arbitrary resistance AR at the indicated temperatures and stresses, and GA is the resistance value of the variable resistor 54 at the indicated temperatures and mechanical stress. The resistance value of the variable resistors 54, 58 can be obtained from the measured voltage drop at each strain gauge and the flowing current iBR in

9Ö9837/Ö4919Ö9837 / Ö491

dem betreffenden Brückenarm und bei den Temperaturen und mechanischen Spannungen von Interesse bestimmt werden.the bridge arm in question and the temperatures and mechanical Tensions of interest are determined.

Danach wird mit einem iterativen Verfahren begonnen, um die optimale Verteilung des EereichswiderStandes zwischen den Widerständen und 56 aufzufinden. Zunächst sei angenommen, daß der Widerstandswert des Widerstandes 52 ein beliebiger Wert von beispielsv/eise 1 Ohm ist, und daß der Widerstandswert des Widerstandes 56 der Rest des Bereichswiderstandes darstellt. Mit diesen Werten werden die Werte für ein Serien/Parallel-Widerstandsnetzwerk errechnet, welches eine Temperaturkompensation bei beiden extremen Temperaturen II und C ergibt. Im einzelnen werden Verhältniszahlen errechnet, und zwar der Widerstandswert GA+SRA in der ersten Diagonalen zum Widerstandswerten GB+SRB in der zweiten Diagonalen bei hohem und niedrigem Temperaturwert und mechanischer Spannung Null, wobei GA und GB die Widerstandswerte der variablen Widerstände 54, 58 bei den angegebenen Temperaturen und mechanischen Spannungen sind und SRA der Widerstandswert des Widerstandes 52 und SRB der Widerstandswert des Widerständes 56 ist. Für die Zweipunkttemperaturkompensation sollten die Verhältniszahlen gleich sein. Wenn jedochAn iterative process is then started to reduce the optimal distribution of the range resistance between the resistors and 56 to be found. First, it is assumed that the resistance value of the resistor 52 is an arbitrary value is, for example, 1 ohm, and that the resistance of resistor 56 represents the remainder of the range resistance. With these values the values for a series / parallel resistor network are calculated, which a temperature compensation at both extreme temperatures II and C. In detail, ratios are calculated, namely the Resistance value GA + SRA in the first diagonal to the resistance value GB + SRB in the second diagonal at high and low temperature values and zero mechanical stress, where GA and GB the resistance values of the variable resistors 54, 58 at the The specified temperatures and mechanical stresses are and SRA is the resistance value of resistor 52 and SRB is the resistance value of the resistor 56 is. For two-point temperature compensation the ratios should be the same. But when

GA (H)+SRA \ GA (C)+SRA GB(H)+SKB / GB(C)+SRB,GA (H) + SRA \ GA (C) + SRA GB (H) + SKB / GB (C) + SRB,

muß ein Widerstandswert zu GA(C)fSRA zu Kompensationszwecken hinzugefügt v/erden. Wenn jedochmust be a resistance value to GA (C) fSRA for compensation purposes added v / earth. But when

^Aliü+SRA / GA (C ) +SRA^ Aliü + SRA / GA (C) + SRA

GB (H ) +SJiB > GB (C J+SRB,GB (H) + SJiB> GB (C J + SRB,

909Ö37/0491909Ö37 / 0491

muß ein Widerstandswert an GB(C)-F-SRB zu Kompensationszwecken hinzugefügt werden.must have a resistance value at GB (C) -F-SRB for compensation purposes to be added.

Es sei angenommen, daß ein Widerstandswert an GA(C)+SRA hinzugefügt werden muß. Unter Verwendung des bekannten Verfahrens der Zweipunktteraperaturkompensation kann der Widerstandswert RY des Parallelwiderstandes 62 zu dem variablen Widerstand wie folgt errechnet werden:Assume that a resistance value is added to GA (C) + SRA must become. Using the known method of two-point temperature compensation, the resistance value RY of the parallel resistor 62 to the variable resistor can be calculated as follows:

RY = (C-A)(A+D) - V[K-C) (A-D).((A-C) (A-D) + 4AD)) RY = (CA) (A + D) - V [KC ) (AD). ((AC) (AD) + 4AD))

2(D-Cj2 (D-Cj

Der Widerstandswert RX eines zusätzlichen Serienwiderstandes in Serie zum Widerstand 52 kann wie folgt berechnet werden:The resistance value RX of an additional series resistor in series with resistor 52 can be calculated as follows:

RX = A - A-RY
A+RYRX = A- A-RY
A + RY

A = GA (H,Z)A = GA (H, Z)

C = f (GB(C,Z) + SRB) ■ (A+SRA^ \ (GB(H,Z) + SRB) /C = f (GB (C, Z) + S RB) ■ (A + SRA ^ \ (GB (H, Z) + SRB) /

D = GA(CZ)D = GA (CZ)

Dabei sind GA und GB die Widerstandswerte der variablen Widerstände 54 bzw. 53 bei den angegebenen Temperaturen und mechanischen Spannungen und SRB ist der Widerstandswert des Widerstandes 56. Wie ersichtlich, heben sich die Werte vonHere, GA and GB are the resistance values of the variable resistors 54 or 53 at the specified temperatures and mechanical stresses and SRB is the resistance value of the Resistance 56. As can be seen, the values of

909837/0491909837/0491

RX und RY t;·:! der oberen Temperatur H auf, so daß der Widerstandswert ir- dem Brückenzweig, in welchem die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind, unverändert bleibt. Bei der unteren Temperatur C liefern diese Werte einen zusätzlichen Widerstandswert, der ovr/reichtt die Widerctandsverhältnisse in der ersten Diagonalen und den Widerstandswerten in der zweiten Diagonalen für die beiden Temperaturen H und C auszugleichen. Wenn stattdessen der Uiderstandswert zu GB(C)+SRB hätte hinzugefügt werden müssen, hätte der Parallelwiderstazid 62 parallel zum variablen Widerstand 53 geschaltet werden müssen. Die Gleichungen wurden ähnlich bei Ersatz von GA, GB und SRA gegenüber GB, GA und SRB obiger Gleichungen sein.RX and RY t; · :! the upper temperature H, so that the resistance value in the bridge branch in which the strain gauges are arranged remains unchanged. At the lower temperature C, these values provide an additional resistance value which is sufficient to compensate for the resistance ratios in the first diagonal and the resistance values in the second diagonal for the two temperatures H and C. If instead the resistance value had to be added to GB (C) + SRB, the parallel resistor 62 should have been connected in parallel with the variable resistor 53. The equations would be similar when replacing GA, GB, and SRA with GB, GA, and SRB of the above equations.

Danach wird die Spannung V am Knoten C zwischen den beiden Diagonalen der Dehnungsmeßstreifen der kompensierten Brückenschaltung bei der Zwischeiitemperatur und der oberen Temperatur unter Verwendung der Gleichung berechnet:After that, the voltage V at node C will be between the two Diagonals of the strain gauges of the compensated bridge circuit at the intermediate temperature and the upper temperature calculated using the equation:

V = VS·(ESKA +V = VS (ESKA +

"(ES⁷KA + LGA -1 GB + SKB)"(ES ⁷ KA + LGA -1 GB + SKB)

VS = die Spannung an der BrückenschaltungVS = the voltage on the bridge circuit

ESRA ■--■ SRA + RXESRA ■ - ■ SRA + RX

EGA = (GA).(RY)/(GA+RY).EGA = (GA). (RY) / (GA + RY).

Ferner sind GA und GB die Widerstandswerte der variablen Widerstände 54,53 bei der mechanischen Spannung Null für jede der Temperaturen, bei der die Berechnung durchgeführt wurde. Die Differenz DV zwischen der Spannung V bei der mittleren Temperatur und der Spannung V bei der oberen Temperatur v/ird dann bestimmt. Während des ersten Durchlaufs des iterativenFurther, GA and GB are the resistance values of the variable resistors 54.53 at zero stress for each of the temperatures at which the calculation was performed. The difference DV between the voltage V at the middle temperature and the voltage V at the upper temperature v / ird then definitely. During the first pass of the iterative

9Ö983?/04919Ö983? / 0491

BAD ORIGINMBATH ORIGINM

Verfahrens wird diese Differenz mit den Werten SIIA,SRB,RX und RY erhalten.Procedure, this difference is compared with the values SIIA, SRB, RX and get RY.

Der Wert von SRA wird dann getestet, um zu bestimmen, obThe value of SRA is then tested to determine if

SRA = SSR-1.SRA = SSR-1.

Während des ersten Durchlaufs des Verfahrens wird der Test nicht positiv ausgehen. Demgemäß wird der Wert von SRA um ein Ohm erhöht und. der von SRB um ein Ohm erniedrigt und die Serie/ Parallel-Widerstandswerte für die Temperaturkompensation werden für die extremen Temperaturen unter Verwendung der obigen Gleichung für RX und RY, den gemessenen Werten der Meßstreifenwiderstände GA,GB und dem neuen Viert von SRB oder SRA berechnet, wie es die Umstände erforderlich machen. Von diesen Werten wird die Spannung V bei der mittleren Temperatur und der oberen Temperatur unter Verwendung der oben erläuterten Beziehung berechnet und die Differenz DV zwischen diesen Spannungen wird genommen. .Diese Differenz wird dann mit der zuvor errechneten Differenz verglichen und der Null benachbarte Wert wird zusammen mit den Schaltungsparametern SRA,RX und RY rückbehalten, die zur Erzeugung der Differenz benötigt v/erden.During the first run of the procedure, the test do not end positively. Accordingly, the value of SRA is increased by one ohm and. which is lowered by one ohm from SRB and the series / Parallel resistance values for temperature compensation are calculated for the extreme temperatures using the above Equation for RX and RY, the measured values of the measuring strip resistances GA, GB and the new fourth of SRB or SRA calculated, as circumstances dictate. Of these values, the voltage V at the mean temperature becomes and the upper temperature is calculated using the relationship explained above and the difference DV between these voltages will be taken. This difference is then compared with the previously calculated difference and the value adjacent to zero is retained together with the circuit parameters SRA, RX and RY, which is needed to generate the difference.

Das vorstehende Verfahren wird für jeden Wert von SRA kleiner als SSR wiederholt. Sobald diese Berechnungen fertig sind, wird diejenige Differenz DV rückgehalten, bei der die größte Annäherung zu Null für jeden der Werte von SRA.bei den ein Ohm-Schritten zwischen Null und SSR gegeben ist. Daher ergeben die .Schaltimgsparareoter mit diesem Wert von DV die beste Dreipunlcttemperaturkompensation. Unter Verwendung dieser WerteThe above procedure is repeated for each value of SRA less than SSR. Once these calculations are done, that difference DV is retained at which the closest approximation to zero for each of the values of SRA Ohm steps between zero and SSR is given. Therefore, the .Schaltimgsparareoter with this value of DV are the best Three-point temperature compensation. Using these values

909Ö37/0491909Ö37 / 0491

-38- 1823875-38- 1823875

werden die Widerstandsv/erte der Widerstände 52,56,62 des Brückennetzwerkes alsdann festgesetzt. Es versteht sich, daß die beschriebenen Berechnungen von Hand oder mit einem Gerät durchgeführt v/erden können, beispielsweise mit den im Handel erhältlichen Kleincomputern. Ein Programmierer kann auch ein entsprechendes Programm ausarbeiten. the resistance values of the resistors 52,56,62 des The bridge network was then established. It will be understood that the described calculations of Can be carried out by hand or with a device, for example with the small computers available on the market. A programmer can also work out a corresponding program.

Das vorgehende Verfahren sorgt nur für eine Bereichskompensation bei zwei Temperaturen. Zwischen diesen beiden Temperaturen existiert ein positiver Bereichsfehler, der allmählich bis zu einem Punkt etwa in der Mitte zwischen den beiden Temperaturen zunimmt und danach abnimmt. Unterhalb der unteren Temperatur ist typischerweise ein negativer Bereichsfehler, der mit der Abnahme der Temperatur zunimmt und oberhalb der oberen Temperatur ist in gleicher Weise ein negativer Bereichsfehler vorhanden, der mit der Temperatur zunimmt. Eine typische Darstellung des Bereichsfehlers für eine Bereichskompensation bei - 7⁰C und 71⁰C ist in Fig. 2 enthalten. Bei diesem Diagramm kommt der max. positive Bereichsfehler bei ungefähr 32⁰C oder 90⁰F vor.The previous procedure only provides range compensation at two temperatures. There is a positive range error between these two temperatures that gradually increases to a point about midway between the two temperatures and then decreases. Below the lower temperature there is typically a negative range error that increases with the decrease in temperature, and above the upper temperature there is likewise a negative range error that increases with the temperature. A typical illustration of the range error for range compensation at −7 ^° C. and 71 ^° C. is contained in FIG. In this diagram, the maximum positive range error occurs at approximately 32 ^° C or 90 ^° F.

Diese Bereichsfehler können durch Verwendung des Bereichskompensationsnetzwerks 30 durch Veränderung der an der Brükkenschaltung 40 angelegten Spannung minirualisiert werden.These range errors can be eliminated by using the range compensation network 30 can be miniaturized by changing the voltage applied to the bridge circuit 40.

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Die Werte dor Widerstände 32, 36 und der Thermistoren 34, 38 werden so gewählt, dass die beiden Widerstände im wesentlichen den Spannungsabfall &.n der Brückenschaltuiig bei der Temperatur bestimmen, bei v/elcher der Bereichsfehler ein Maximum ist. Die Werte der Widerstände 32, 36 sind so gewählt, dass im wesentlichen kein Beroichsfehler bei dieser Zwischentemperatur auftritt. Da der Thermistor 38 einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes besitzt, nimmt der Widerstandswert der Serienkombination aus Widerstand 36 und Thermistor 38 mit abnehmender Temperatur zu, wobei die an der Brückenschaltung 4o anliegende Spannung zunimmt. Der Widerstandswert des Thermistors 38 und sein Temperaturkoeffizient des Widerstandswertes sind so gewählt, dass diese Zunahme der Spannung die Änderungen der Bereichsspannung bei Temperaturen unterhalb der Zwischentemperatur zu beseitigen tendiert. Da der Thermistor 34 einen negativen Temperaturkoeffizient des Widerstands hat, nimmt der Widerstandswert der Parallelkombination aus Widerstand 32 und Therimstor mit zunehmender Temperatur ab, wodurch die an der Brückenschaltung angelegte Spannung zunimmt. Der Widerstandswert des Thermistors 34 und sein Temperaturkoeffizient des Widerstands sind so gewählt, dass diese Zunahme der Spammng die Änderungen der Bereichsspannung bei Temperaturen grosser als die mittlere Temperatur zu beseitigen tendiert.The values of the resistors 32, 36 and the thermistors 34, 38 are chosen so that the two resistors essentially determine the voltage drop of the bridge circuit at the temperature at which the range error is a maximum. The values of the resistors 32, 36 are selected so that essentially no range error occurs at this intermediate temperature. Since the thermistor 38 has a negative temperature coefficient of resistance, the resistance value of the series combination of resistor 36 and thermistor 38 increases with decreasing temperature, with the voltage applied to the bridge circuit 4o increasing. The resistance of thermistor 38 and its temperature coefficient of resistance are chosen so that this increase in voltage tends to cancel out the changes in range voltage at temperatures below the intermediate temperature. Since the thermistor 34 has a negative temperature coefficient of resistance, the resistance value of the parallel combination of resistor 32 and Therimstor decreases with increasing temperature, whereby the voltage applied to the bridge circuit increases. The resistance of thermistor 34 and its temperature coefficient of resistance are chosen so that this increase in voltage tends to cancel out the changes in range voltage at temperatures greater than mean temperature.

909037/04^1909037/04 ^ 1

Da sich die BeroichsfcLli-v¹ zwischen individuellen Dehnungsmeßstreifen unterscheiden, muss die Wahl von richtigen Werto:.i der l/ldorstrndi- 32 bis 36 empirisch durchgeführt werden. Typische Werte dieser Widerstände sind in Tabelle 1 für die engezeigten Bereiche des Bereichsfehlery angegeben.Since the BeroichsfcLli-v ¹ differ between individual strain gauges, the choice of the correct value o: i der ldorstrndi- 32 to 36 must be carried out empirically. Typical values of these resistances are given in Table 1 for the narrow ranges of range error y shown.

Tabelle ITable I.

Bereichsfehler Wide rr-tend Widerstand Range error Wide rr-tend resistance

1.5 zu 2.25 # 12.1 K Olim 165 K Ohm1.5 to 2.25 # 12.1 K Olim 165 K ohms

2.25 zu 2.75 14.7 K Olim 145 K Ohm2.25 to 2.75 14.7 K Olim 145 K ohms

2.75 zu 3.5o 14.3 K Ohm 137 K Ohm2.75 to 3.5o 14.3 K ohms 137 K ohms

3.5o zu 4.5o 15.0 K Ohm 118 K Olim.3.5o to 4.5o 15.0 K Ohm 118 K Olim.

Für das Bereichskoiubinationsnetzvrork mit den in Tabelle I angegebenen Parametern ist die von dem Spannungsregler erzeugte Spannung 6,9 Volt. Der Thermistor 34 bestand aus einem Modell FP52J1 und der Thermistor 38 aus einem Modell KP41J2 der Firma Fenwall Electronics of Framinghara, Mass.USA. Der Thermistor 34 hat einen Widerstandswert von 2oo K Ohm bei 25⁰C und einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands von 4,9 %/C°. Bei 7o°C beträgt der Widerstandswert 28 K Ohm. Thermistor 38 hat einen Widerstandswert von 1o K Ohm bei 25⁰C und den gleichen Temperaturkoeffizienten des Widerständes.For the range combination network voltage with the parameters given in Table I, the voltage produced by the voltage regulator is 6.9 volts. Thermistor 34 was made from a model FP52J1 and thermistor 38 was made from a model KP41J2 from Fenwall Electronics of Framinghara, Mass. USA. The thermistor 34 has a resistance of 2oo K ohms at 25 ⁰ C and a negative temperature coefficient of resistance of 4.9 % / C °. At 70 ° C the resistance value is 28 K ohms. Thermistor 38 has a resistance of 10 K ohms at 25 ⁰ C and the same temperature coefficient of resistance.

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In der Brückenschaltung 4o sind folgende Widerstandswerte anzutreffen: Widerstand 42 im Bezugszweig 2 K Ohm; Widerstand 44 16,8 K Ohm und Widerstand 46 23 K Ohm. Die Werte im Abtastzwoig der Brücke hängen von den Eigenschaften der variablen Widerstände 54, 58 ab, wie erläutert. Im Falle von Dehnungsmeßstreifen aus Halbleiter ist der Widerstandswert jedes Dehnungsmeßstreifens typischerweise um 1 K Ohm. Der für die Bereichskompensationbenötigte Gesamtwiderstand bei den beiden extremen Temperaturwerten ist typischerweise in der Grössenordnung von 7oo Ohm. Der zusätzliche Serienwiderstand, der zur Temperaturkompensation benötigt wird, beträgt ungefähr 1o Ohm und der Parallelwiderstand 62 weist typischerweise eine Grosse, oberhalb von 1oo K Ohm auf. Der zusätzliche Serienwiderstarid kann in einen der Widerstände 52, 56 mit aufgenommen sein, und dieser zusätzliche Widerstandswert wird demgeraäss als ein Teil dieser Widerstände in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben. Während die Aufnahme dieses zusätzlichen Serienwiderstandes in dem variablen Arm der Brücke den Serienwiderstandswert in dem Zweig zwischen den Knoten A und B betrifft, ist der Effekt im Vergleich zum Gesamtwiderstandswert der Widerstände 52, 56 klein. Daher ist praktisch keine Auswirkung (gewöhnlich kleiner als o,1 % Änderung) auf die Bereichskompensation zu erwarten. Für die aufgeführten Schaltung swei*te betragen typische Werte der Maßstabswiderstäudo 92, 94, 96 ungefähr 2o. 4o und 8o Ohm. Ein typischer Wert für den RückkopplungswiderstandThe following resistance values can be found in the bridge circuit 4o: Resistor 42 in the reference branch 2 K ohms; Resistor 44 16.8 K ohms and resistor 46 23 K ohms. The values in sample two of the bridge depend on the properties of the variable resistors 54, 58 as discussed. In the case of semiconductor strain gauges, the resistance of each strain gauge is typically around 1 K ohm. The total resistance required for range compensation at the two extreme temperature values is typically on the order of 700 ohms. The additional series resistance that is required for temperature compensation is approximately 10 ohms and the parallel resistance 62 typically has a size above 100 K ohms. The additional series resistor can be included in one of the resistors 52, 56, and this additional resistance value is accordingly described as part of these resistors in the following claims. While the inclusion of this additional series resistance in the variable arm of the bridge affects the series resistance in the branch between nodes A and B, the effect is small compared to the total resistance of resistors 52,56. Therefore, practically no effect (usually less than 0.1 % change) on the range compensation is to be expected. For the circuit shown, typical values of the scale resistance 92, 94, 96 are approximately 20. 4o and 8o ohms. A typical value for the feedback resistance

909637/0491 "909637/0491 "

85 beträgt 73,3 K Ohm.85 is 73.3 K ohms.

Die Konstantspaimungsquellen 2o, 8o» der Verstärksr 7o und der Transistor 75 können in. verschiedenen Alternativen verwirklicht sein. Der Verstärker Ίο liegt vorzugsweise in der Form eines Differenzverstär-kers mit hohem Verstärkungsfaktor, gefolgt von einer Verstärkerstufe vor, welche den Transistor 75 ansteuert.The constant-voltage sources 20, 80, the amplifier 70 and the transistor 75 can be implemented in various alternatives. The amplifier Ίο is preferably in the form of a differential amplifier with a high gain factor, followed by an amplifier stage which controls the transistor 75 .

Die Bezugsspannung am Knotenpunkt D ist die Spannung, welche ein Ausgangssignal von minimalem Strom erzeugt, wenn die von der Brückenschaltung getastete Variable bei KuIl ist. Im Falle eines Dehnungsmeßstreifens entspricht diesem Nullpegel der spannungsfreie Zustand. Der Pegel der Bezugsspannung wird natürlich von der Betriebsspannung an der Brücke und den Spannungsabfällen an den Widerständen 42, 44, 46 bestimmt. Für die in dem Beispiel beschriebenen Schaltungsparameter beträgt der Ausgansstrom der Quelle 8o ungefähr 15o Mikroampere, die einen Spannungsabfall von o,3 Volt am Widerstand 42 erzeugen. Demgemäß.s kann der Pegel der Bezugsspannung am Knotenpunkt G um ungefähr o,2 Volt durch die Anwendung der Konstantstromquelle 8o verschoben werden. Wenn daher ein Strom von der Quelle 8o erzeugt wird, wird das minimale Ausgangssignal' nur dann erzeugt, wenn der Dehnungsmeßstreifen unter einer mechanischen Spannung steht; der Kullpogol ist unterdrückt. Alternativ kan der Nullpegel einfach durch Umkehr derThe reference voltage at node D is the voltage which will produce a minimum current output when the is the variable keyed by the bridge circuit at KuIl. In the case of a strain gauge, this corresponds to this Zero level of the voltage-free state. The level of the reference voltage is of course dependent on the operating voltage at the Bridge and the voltage drops across resistors 42, 44, 46 are determined. For the circuit parameters described in the example the output current of the source is 8o about 150 microamps creating a 0.3 volt drop across resistor 42. Accordingly, the Level of the reference voltage at node G by approximately 0.2 Volts can be shifted by the application of the constant current source 8o. Therefore, if a current from the source 8o is generated, the minimum output will only be ' generated when the strain gauge is under mechanical tension; the Kullpogol is suppressed. Alternatively, the zero level can simply be reversed

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Stromrichtung durch den Widerstand 42 und die Quelle 80 angehoben werden. Durch Einstellen des Ausgangs der Konstantstromquelle 80 ist es möglich, den Betrag an mechanischer Spannung zu verändern, der zur Erzeugung des Ausgangssignals mit dem minimalen Strompegel benötigt wird. Um die Schwierigkeiten bezüglich Kalibrierung gering zu halten, wird dies vorzugsweise als faktormässige Einstellung durchgeführt. Der spezielle Punkt, bei dem die Konstantstromquelle 80 mit der Brückenschaltung verbunden ist, ist nur zu Erläuterungszwecken erfolgt. Die Verbindung kann an jeder Stelle erfolgen, derart, dass ein von Null abweichender Widerstand zwischen dieser Stelle und beiden Knotenpunkten A und B der Brückenschaltung gegeben ist. Gegebenenfalls könnte die Konstantstemquelle direkt mit dem Knotenpunkt D verbunden sein.Current direction through the resistor 42 and the source 80 can be increased. By setting the output of the Constant current source 80 it is possible to adjust the amount to change the mechanical tension required to generate the output signal with the minimum current level will. In order to keep the difficulties with regard to calibration low, this is preferably considered to be factor-based Adjustment carried out. The special point at which the constant current source 80 with the bridge circuit connected, is provided for explanatory purposes only. The connection can be made at any point, that a non-zero resistance between this point and both nodes A and B of the bridge circuit given is. If necessary, the constant star source could be connected directly to the node point D.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausfüiirungsform der Erfindung. Die Schaltung 21 ο weist eine Konstantstromquelle 2o, einen Spannungsregler 25, ein Bereichskompensationsnetzv/erk 3o, eine temperaturkompensierte Brückenschaltung 4o, einen Verstärker 7o, einen Transistor 75, eine zweite Konstantstromquelle 80, einen Funktionsgenerator I00, einenRückkopplungswiderstand 1o5 und einen Ausgangswiderstand 1o7 auf. Die Schaltung 21 ο ist mit Anschlüssen E und F an eine Zweidrahtleitung 12o angeschlossen, welche eine Betriebsspaiinirngsquelle 13o und eine resistive Last 135 miteinander verbindet. GrÖsstenteils enthält die SchaltungFig. 3 shows a second embodiment of the invention. The circuit 21 o has a constant current source 2o, a voltage regulator 25, a range compensation network 3o, a temperature compensated bridge circuit 4o, an amplifier 7o, a transistor 75, a second constant current source 80, a function generator I00, a feedback resistor 1o5 and an output resistance 1o7. The circuit 21 o is with connections E and F. a two-wire line 12o is connected, which has an operating voltage source 13o and a resistive load 135 connects with each other. For the most part, the circuit contains

ÖOS837/(K9"1ÖOS837 / (K9 "1

21o die gleichen Elemente wie die Schaltung 1o, wie sich auch aus der Übereinstimmung der Bezugszeichen ergibt.21o the same elements as the circuit 1o, as can also be seen from the correspondence of the reference numerals results.

Der Funktionsgenerator 1oo ist zwischen dem Ausgangspunkt F und dem Rückkopplungswiderstand 1o5 geschaltet, der an dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 7o liegt. Mit einem Schalter 1o2 kann der Rückkopplungswiderstand 1o5 an den Ausgang des Funktionsgenerators 1oo oder an den Punkt B der Brückenschaltung gelegt werden. Wenn der Funktionsgenerator 1oo mit dem Rückkopplungswiderstand 1o5 verbunden ist, ist das Ausgangssignal des Verstärkers 7o proportional zu der Funktion des Eingangssignals an den Verstärker, die invers zu der von dem Funktionsgenerator erzeugten Funktion ist. Vorzugsweise ist der Funktionsgenerator 1oo eine quadrierende Schaltung, so dass das Ausgangssignal des Verstärkers 7o proportional zur Quadratwurzel des Signals an seinem Eingang ist. Dies ist zur Berechnung von gewissen Werten nützlich, beispielsweise der Strömung, welche proportional zur Quadratwurzel einer Druckdifferenz ist, welche durch Dehnungsmeßstreifen gemessen werden kann.The function generator 1oo is connected between the starting point F and the feedback resistor 1o5, which is connected to the non-inverting input of the amplifier 7o. With a switch 1o2 the feedback resistance 1o5 can be applied to the output of the function generator 1oo or to point B of the bridge circuit. If the Function generator 1oo is connected to the feedback resistor 1o5, is the output signal of the amplifier 7o proportional to the function of the input signal to the Amplifier that is the inverse of the function generated by the function generator. Preferably the function generator is 1oo a squaring circuit so that the output signal of the amplifier 7o is proportional to the square root of the signal at its input. This is for calculation of certain values useful, for example the flow, which is proportional to the square root of a pressure difference which can be measured by strain gauges.

Die Konstantstromquelle 80 der Schaltung 21 ο"wird zur Kalibrierung oder Eichung der quadrierenden Schaltung I00 verwendet. Für die in Fig. 3 gezeigte Schaltung hat der Funktionsgenerator loo einen von Null verschiedenen Ausgang bei dem Ausgangssignalpegel auf der. Leitung 12o, dieThe constant current source 80 of the circuit 21 ο "is to Calibration or calibration of the squaring circuit I00 used. For the circuit shown in FIG. 3, the function generator loo has an output other than zero at the output signal level on the. Line 12o, the

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dem Nullpegcl der in der Brückenschaltung abgetasteten Variablen entspricht. Dieses von Null abweichende Ausgangssignal des Generators 1oo ist durch Verwendung der Konstantstromquelle 80 abgesetzt, um die Bezugsspannung beim Punkt D in der gleichen Weise zu modifizieren, wie die Quelle 80 zur Unterdrückung des Nullpegels in der Schaltung nach Fig. 1 verwendet wurde.corresponds to the zero level of the variable sampled in the bridge circuit. This non-zero output signal of the generator 1oo is discontinued to the reference voltage by using the constant current source 80 at point D in the same way as the source 80 to suppress the zero level in FIG Circuit according to Fig. 1 was used.

Fig. 4 zeigt die mechanische Ausbildung eines Differenzdruckfühlers mit einem Differenzdruck-Verschiebung-Wandler 310, einer Tragarm-Dehnungsmeßstreifen-Anordnung 211, und mit einer nachgiebigen Kupplungseinrichtung, beispielsweise einer Feder 312. Der Wandler und der Tragarm sind mit jeweiligen Schutzeinrichtungen gegen Überfahren versehen, wie nachfolgend beschrieben wird.Fig. 4 shows the mechanical design of a differential pressure sensor with a differential pressure displacement transducer 310, a support arm strain gauge arrangement 211, and with a resilient coupling device, for example a spring 312. The transducer and the support arm are provided with respective protective devices against being driven over, as described below.

Der Wandler 31 ο weist einen Balg 313 aus flexiblen gewellten Metallmembranen 314a und 314b auf, die sich ineinanderfügen, wenn der Balg zusammengedrückt wird, ferner ist ein steifes Übertragungsglied oder Stange 315 und ein Kolbenglied 316 vorhanden. Das Äussere des Balgs 313 ist mit einer Druckquelle verbunden, . die differentiell gemessen werden coil (vorzugsweise der Niederdruckquelle), und zwar über eine mit inkompressibler dielektrischer Flüssigkeit 318 gefüllten Kammer, die durch Wände 317 bestiöiat wird, und eine isolierende Membran 319. Das limers des Balges ist mit einer anderen DruckquelleThe transducer 31 o has a bellows 313 made of flexible corrugated metal diaphragms 314a and 314b which fit into one another when the bellows is compressed, a rigid transmission member or rod 315 and a piston member 316 are also provided. The exterior of the bellows 313 is connected to a pressure source,. the differentially measured coil (preferably the low pressure source), via a chamber filled with incompressible dielectric fluid 318, which is determined by walls 317, and an insulating membrane 319. The limers of the bellows is connected to another pressure source

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"^4β" Z82J875" ^4β " Z82J875

verbunden (vorzugsweise der Hochdruckquelle), und zwar über eine Kammer 32o, die ebenfalls mit Flüssigkeit 321 gefüllt ist, und eine isolierende Membran 322.connected (preferably the high pressure source), through a chamber 32o, which is also with liquid 321 is filled, and an insulating membrane 322.

Die Metallmembranen 314a und 314b bestehen aus einem Material mit im wesentlichen konstantem Temperaturkoeffizient der Elastizität, beispielsweise der Legierung Ni-Span~C, vertrieben von der International Nickel Company. Typische Dicken dieses Materials liegen im Bereich von ungefähr o,15 mm bis o,o25 mm, abhängig von dem Bereich des zu messenden Differenzdruckes. Die isolierende Flüssigkeit kann Silicon sein, beispielsweise das "Dow-Corning 2oo Dielectric Fluid". Sowohl die Kammerwände als auch die Membranen können aus rostfreiem Stahl des Typs 316 hergestellt sein, wobei die Membran eine typische Dicke in der Grössenordnung von o,o76 mm hat. Auch die Feder 312 besteht vorzugsweise aus der erwähnten Legierung Ni-Span-C.The metal diaphragms 314a and 314b are made of a material with a substantially constant temperature coefficient the elasticity, for example the alloy Ni-Span ~ C, sold by International Nickel Company. Typical thicknesses of this material range from about 0.15 mm to 0.025 mm, depending on the range of the differential pressure to be measured. The insulating liquid can be silicone, for example that "Dow-Corning 200 Dielectric Fluid". Both the chamber walls as well as the diaphragms can be made of type 316 stainless steel, with the diaphragm being a typical thickness in the order of magnitude of 0.076 mm. The spring 312 also preferably consists of the one mentioned Alloy Ni-Span-C.

Beim Betrieb des Wandlers führt ein höherer Differenzdruck in der Kammer 32o zu einer Expansion des Balgs 313, wobei die Stange 315 und der Kolben 316 zur Kammer 317 im wesentlichen linear mit dem zunehmenden Druck verschoben werden. Der Wandler ist mit einem Überfahrschutz in die Form eines Dichtungsringes 323 auf dem Kolben 316 versehen, der sich dichtend gegen d.1 e Schultsr 324 in der Kammer 32o legt, wenn der Differcmzdruck in der Kammer 32o einenDuring the operation of the transducer, a higher differential pressure in the chamber 32o leads to an expansion of the bellows 313, the rod 315 and the piston 316 being displaced to the chamber 317 essentially linearly with the increasing pressure. The transducer is provided with an overrun protection in the form of a sealing ring 323 on the piston 316, which seals against the shoulder 324 in the chamber 32o when the differential pressure in the chamber 32o occurs

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vorbestimmten ¥ert übersteigt. Der Wandler ist gegen Überfahren des Differenzdruckes in der Kammer 317 durch die Tatsache geschützt, dass sich die Membranen 314a und 314b aneinanderlegen und so eine weitere Verschiebung der Stange 315 verhindern.exceeds the predetermined value. The converter is protected against exceeding the differential pressure in the chamber 317 protected the fact that the membranes 314a and 314b against one another and thus prevent further displacement of the rod 315.

Die Tragarm-Dehnungsmeßstreifen-Anordnung 311 weist vorzugsweise einen federnden Tragarm 325 und zwei Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 326 auf jeder Seite des Arms in Richtung der Verschiebung auf. In einer bevorzugten Ausführungßform besteht die Dehnungsmeßstreifen-Anordnung aus einer kommerziell erhältlichen Einheit der Firma Kistler-Morse Co. mit der Handelsbezeichnung Deflector Sensor Cartridge No. DFC-6BB4-11oAB. Diese Einheit wird dahingehend modifiziert, dass ein dielektrischer Vorsprung 327 zur mechanischen Kopplung mit der Feder 312 vorgesehen ist.The support arm strain gauge arrangement 311 preferably has a resilient support arm 325 and two semiconductor strain gauges 326 on each side of the arm in the direction of displacement. In a preferred embodiment the strain gauge arrangement consists of a commercially available unit from Kistler-Morse Co. with the trade name Deflector Sensor Cartridge No. DFC-6BB4-11oAB. This unit is modified to include a dielectric protrusion 327 for mechanical Coupling with the spring 312 is provided.

Im Betrieb erzeugt die Verschiebung des Kolbens 316 innerhalb des Bereichsmessbarer Druckdifferenzen und unter Vermittlung der koppelnden Feder 312 eine entsprechende Verschiebung des Armes, so dass eine der Dehnungsmeßstreifen 326 eine kompressive Belastung und die andere eine Zugbelastung erfährt. Die Dehnungsmeßstreifen sind über Leitungen 329 mit der Signalverarbeitungsschaltung 33o verbunden, wie in Fig. 1 oder 3 dargestellt.In operation, displacement of the piston 316 creates within the range of measurable pressure differentials and through intermediation of the coupling spring 312 a corresponding displacement of the arm, so that one of the strain gauges 326 a compressive load and the other experiences tensile load. The strain gauges are via lines 329 connected to the signal processing circuit 33o as shown in FIG.

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Der Tragarm ist mit coparaten überfahrschutzeinrichtungen, vorzugsweise in der Form von Anschlägen 328a und 328b, versehen. In der Praxis beschränken diese Anschläge die Verschiebung des Arno in einem engeren Boreich als der zulässige Bereich der Verschiebung der Stange und des Kolbens. Die Kopplun^sfcder ninmt diese Verschiebungsdifi'erenz auf.The support arm is equipped with coparate run-over protection devices, preferably in the form of stops 328a and 328b, Mistake. In practice, these attacks limit that Displacement of the Arno in a narrower range than that permissible range of displacement of the rod and the piston. The coupling field takes this displacement difference on.

Nachfolgend worden die Hauptparameter einer speziellen Einrichtung zur Messung der Druckdifferenz im Bereich zwischen Null und 12o Zoll Wasser gegeben. In dieser Einrichtung besteht der Balg aus ungefähr 0,15 nun dickem Material aus Ni-Span-C-Legierung und hat eine effektiveThe following have been the main parameters of a special Device for measuring the pressure difference in the range between zero and 12o inches of water is given. In this Facility, the bellows is made of about 0.15 now thick Material made of Ni-Span-C alloy and has an effective

Druckfläche von ungefähr 3 m . Die Federkennlinie beträgt ungefähr 18o lbs/inch. In Betrieb hat dor Balg eine Verschiebung von ungefähr ο,28 mm bei vollem Nennausschlag, und dor Tragarm verschiebt sich um ungefähr o,23 ram. Die Anschläge zum Überfahrschu'te beschränken die Wandlerverschiebung innerhalb von ungefähr o,76 mm und den Tragarm innerhalb des engeren Bereichs von ungefähr o,28 mm.Printing area of approximately 3 m. The spring curve is approximately 18o lbs / inch. In operation, the bellows has a shift of about ο.28 mm at full nominal deflection, and the support arm moves by about 0.23 ram. The stops on the ramp limit the converter displacement within about 0.76 mm and the support arm within the narrower range of about 0.28 mm.

Es wird so eine Vorrichtung erhalten, die in einem Bereich niedriger Druckdifferenzen sehr empfindlich ist und doch gegen Überfahren in hohen Druckdifferenzbereichen oberhalb dieses Bereichs geschützt ist. Das Ausführungsbeispiel füllt den Druc'roiffsron-heroich von Null bis 12o ZollA device is thus obtained which is very sensitive in a range of low pressure differences and yet is protected against being driven over in high pressure difference areas above this area. The embodiment fills the Druc'roiffsron-heroich from zero to 12o inches

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Wasser ab und war gegen Druckdifferenzen bis zu 421,8 kg/cm² geschützt.Water and was protected against pressure differences up to 421.8 kg / cm ^2.

Die Erfindung ist nicht auf die spezielle beschriebene Ausführungsform beschränkt und viele der einzelnen Bauteile können unabhängig von anderen, mit denen sie beschrieben wurden, anders ausgeführt sein. Die Verwendung einer Brückenschaltung für das iterative Verfahren zur Erzielung einer Dreipunkttemperaturkorapensation ist nur beispielsweise gebracht worden, weil die Funktion der Widerstände 42, 44, 46 lediglich darin besteht, eine Bezugsspannung bereitzustellen. Daher kann die Erfindung in einer beliebigen Spannungsteilerschaltung ausgeführt werden, in welcher zwei Elemente einen merklichen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen und das Ausgangssignal mit mindestens einer Umgebungsvariablen sich ändert, beispielsweise der mechanischen Spannung. Die Erfindung kann ganz allgemein unter Verwendung einer Teilerschaltung ausgeführt werden, bei der Elemente mit einem resistiven, kapazitiven oder induktiven Effekt verwendet sind, von denen mindestens zwei Elemente ein Ausgangssignal aufweisen, welches eine Funktion von zwei Variablen ist. Unter solchen Umständen wird der obenbeschriebene Bereichkompensationsprozess zur Errechnung des Widerstandes SSR dazu verwendet, den Wort eines festgelegten elektrischen Elements zu errechnen, so dass bei «einem ersten Wert der einen Variablen die Differenz des Ausgangssignals zwisehen zwei Werten der zweitenThe invention is not to the specific one described Embodiment is limited and many of the individual components can be described independently of others with which they are described were to be executed differently. The use of a bridge circuit for the iterative process of achieving a three-point temperature correction has only been introduced, for example, because the function of the resistors 42, 44, 46 is merely to provide a reference voltage. Therefore, the invention can be used in any Voltage divider circuit are executed in which two Elements have a significant temperature coefficient of resistance and the output signal with at least an environmental variable changes, for example the mechanical stress. The invention can be quite general be carried out using a divider circuit in which elements with a resistive, capacitive or inductive effect are used, of which at least two elements have an output signal which is a Is function of two variables. Under such circumstances, the above-described area compensation process becomes Calculating the resistance SSR used to calculate the word of a specified electrical element, so that if there is a first value of one variable, the difference in the output signal between two values of the second

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Variablen der gleiche ist wie die Differenz dos Ausgangssignale für die gleichen zwei Werte der zweiten Variablen bei einem zweiten Fert der ersten Variablen. Da^zuvor beschriebene Verfahren für die Temperaturkompensation wird dann zur MiniEialisierimg der Differenz des Ausgangssignals der Schaltung bei drei Werten der ersten Variablen und einem konstanten Wert der zweiten Variablen verwendet. Aus der vorhergehenden Beschreibung wird die praktische Ausführung der Erfindung unter diesen Umständen für den Fachmann ersichtlich sein. Dieses Kompensationsverfahren kann auch mit einer Konstantstromquelle anstelle eines Spannungsreglers 25 ausgeführt werden, in welchem Fall der Bereichskompensationswiderstand parallel zur Brückenschaltung 4o geschaltet wird. Das Verfahren zum Erhalten einer Dreipunkttemperaturkompensation ist ähnlich. Zunächst wird ein willkürlicher Widerstand in Serie zu den Dehnungsmeßstreifen gelegt und der notwendige Bereichskompensationswiderstand wird errechnet. Das iterative Verfahren wird dann zur Verteilung des Kompensationswiderstandöuertes zwischen zwei Widerständen und dazu verwendet, die Widerstandswerte des zuvor beschriebenen Serien/Parallelnetzwerkes zu errechnen.Variable is the same as the difference in output signals for the same two values of the second variable at a second output of the first variable. Since ^ before The method described for temperature compensation is then used to mini-scale the difference in the output signal the circuit is used with three values of the first variable and a constant value of the second variable. From the foregoing description, the practice of the invention in these circumstances will be apparent to the Be apparent to those skilled in the art. This compensation method can also be used with a constant current source instead of a Voltage regulator 25 are executed, in which case the range compensation resistor in parallel with the bridge circuit 4o is switched. The procedure for obtaining three point temperature compensation is similar. First, an arbitrary resistor is placed in series with the strain gauges and the necessary range compensation resistor is calculated. The iterative process is then used to distribute the compensation resistance between two resistors and used to have the resistance values of the one previously described To calculate series / parallel network.

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Claims (28)

BLUMBAGH · WESER · BERSEM · XRAMER ZWSRNER .^ütel·! . BREHM PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/383604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult American Chain & Cable Company, Bridgeport Conn. 06602 USA PatentansprücheBLUMBAGH · WESER · BERSEM · XRAMER ZWSRNER. ^ Ütel ·! . BREHM PATENTANWÄLTE IN MUNICH AND WIESBADEN Patentconsult Radeckestraße 43 8000 Munich 60 Telephone (089) 883603/383604 Telex 05-212313 Telegrams Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telephone (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 American Chain & Company Patentconsult Bridgeport Conn. 06602 USA claims 1. Verfahren zur Kompensation von Umgebungseffekten auf erste und zweite elektrische Einrichtungen in einer Teilerschaltung, welche Einrichtungen einen resistiven, kapazitiven oder induktiven Ausgang besitzen, der eine Funktion von zwei Variablen (X,Y) ist,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:1. A method of compensating for environmental effects on first and second electrical devices in a divider circuit, which devices have a resistive, capacitive or inductive output which is a function of two variables (X, Y),
characterized by the following steps: a) Messen des Widerstandswertes, der Kapazität oder der Induktanz der Einrichtung bei (C,Z,C,S,H,Z und H,S), wobei C und H erste und zweite Werte der ersten Variablen und Z und S erste und zweite Werte der zweiten Variablen sind, wenn die Einrichtungen in die Teilerschaltung mit einem elektrischen Element eingefügt werden, welches einen resistiven, kapazitiven oder induktiven Ausgang besitzt;a) Measure resistance, capacitance or inductance the facility at (C, Z, C, S, H, Z and H, S), where C and H are first and second values of the first variable and Z and S are first and second values of the second variable, if the devices are inserted into the divider circuit with an electrical element, which is a resistive, capacitive or has inductive output; b) Errechnen eines Widerstandswertes, einer Kapazität oder Induktanz, die für eine Bereichskompensation bei C und Hb) Calculating a resistance value, a capacitance or inductance, which is necessary for a range compensation at C and H. München: R. Kramer Dipl.-lng. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nst. . P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nal. Wiesbaden: P. G. Slurr.bach Dipl.-lng. · P. Bergen Dipl.-!ng. Dr. jur. · G. Zw.rner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.Munich: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nst. . P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nal. Wiesbaden: P. G. Slurr. Bach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl .-! Ng. Dr. jur. · G. Zw.rner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing. ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED sorgt, wenn der Bereichskompensationswiderstand Kapazität oder Induktanz in die Schaltung mit der ersten und zweiten elektrischen Einrichtung eingeschaltet ist;ensures when the range compensation resistor capacitance or inductance in the circuit with the first and second electrical device is switched on; c) Errechnen der Widerstandswerte, Kapazitäten oder Induktanzen für ein Serien/Parallel-Netzwerk für eine der elektrischen Einrichtungen, die für eine Kompensation mit konstantem Wert bei C und H sorgt, unter der Annahme, daß ein kleiner Teil des Bereichskompensationswiderstandes, der Kapazität oder der Induktanz mit der ersten elektrischen Einrichtung in einem Teil der Teilerschaltung geschaltet ist, und der Rest mit der zweiten elektrischen Einrichtung in einem zweiten Teil der Teilerschaltung liegt;c) Calculating the resistance values, capacitances or inductances for a series / parallel network for one of the electrical Means that provide a constant value compensation at C and H, assuming that a small part of the range compensation resistance, capacitance or inductance with the first electrical device is switched in part of the divider circuit, and the remainder with the second electrical device is in a second part of the divider circuit; d) Errechnen der Ausgänge der Teilerschaltung bei H,Z und M,Z, wobei M ein dritter Viert der ersten Variablen zwischen dem ersten u .d zweiten Wert ist, wobei die Verteilung des Bereichskompensationswiderstandes, Kapazität oder Induktanz gemäß Annahme in Schritt C benutzt und die Serien/Parallel-Widerstände, Kapazitäten oder Induktanzen gemäß Schritt C berechnet sind;d) Calculating the outputs of the divider circuit at H, Z and M, Z, where M is a third fourth of the first variable between the first and the second value, where the distribution of the range compensation resistor, Capacitance or inductance as assumed in step C used and the series / parallel resistances, Capacitances or inductances are calculated according to step C; e) Wiederholen der Schritte c) und d) für mindestens eine andere Verteilung des BereichskompensationswiderStandes, Kapazität oder Induktanz in dem ersten und zweiten Teil der Teilerschaltung;e) repeating steps c) and d) for at least one other distribution of the range compensation resistor, capacity or inductance in the first and second parts of the divider circuit; f) Vergleichen dieser Differenzen bezüglich der Ausgänge der Teilerschaltung bei H, Z und M, Z während einer Ausführung des Schrittes d) mit der Differenz der Ausgänge der Teilerschaltung bei H,Z und M,Z während einer zweiten Ausführung desf) comparing these differences with respect to the outputs of the Divider circuit at H, Z and M, Z during execution of step d) with the difference between the outputs of the divider circuit at H, Z and M, Z during a second execution of the 909337/0491909337/0491 Schrittes d) undStep d) and g) Verwendung der Verteilung des Bereichskompensationswiderstandes, Kapazität oder Induktanz und der Serien/ Parallel-Widerstände, Kapazitäten oder Induktanzen, für welche die Differenz in den Ausgängen der Teilerschaltung bei H,Z und M, Z Null am nächsten kommt, für die Auslegung der Teilerschaltung.g) using the distribution of the range compensation resistor, Capacitance or inductance and the series / parallel resistances, capacitances or inductances for which the difference in the outputs of the divider circuit H, Z and M, Z come closest to zero for the sizing of the divider circuit. 2. Verfahren nach Anspruch 1,2. The method according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Ausführung des Schrittes c) der Teil des Bereichskompensationswiderstandes, Kapazität oder Induktanz, die mit der ersten elektrischen Einrichtung verbunden ist, relativ klein ist und daß der Schritt e) folgende Teilschritte aufweist:characterized in that during the execution of step c) the part of the range compensation resistor, The capacitance or inductance associated with the first electrical device is relatively small and that the Step e) comprises the following sub-steps: 1) Zunahme des Widerstandes, der Kapazität oder der Induktanz, die mit der ersten elektrischen Einrichtung verbunden ist, um einen vorbestimmten Betrag und Abnahme des Widerstandes, der Kapazität oder der Induktanz um einen gleichen Betrag, die mit der zweiten elektrischen Einrichtung verbunden ist;1) increase in resistance, capacitance or inductance associated with the first electrical device, by a predetermined amount and a decrease in resistance, capacitance or inductance by an equal amount, connected to the second electrical device; 2) Wiederholen von Schritt c) und d) unter Verwendung neuer Werte dieser Widerstände, Kapazitäten oder Induktanzen, wie sie durch Teilschritt 1) bestimmt worden sind und2) repeating steps c) and d) using new values of these resistances, capacitances or inductances, such as they have been determined by sub-step 1) and 3) Wiederholen von Teilschritt 1) und 2), bis der Widerstand, die Kapazität oder die Induktanz, welche mit der ersten elektrischen Einrichtung verbunden ist, sich dem gesamten Bereichskompensationswiderstand, Kapazität und Induktanz annähert.3) Repeat substeps 1) and 2) until the resistance, capacitance or inductance corresponds to the first electrical device is connected to the total range compensation resistance, capacitance and inductance approximates. _ 4 - ■ _ 4 - ■ 18238751823875 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,3. The method according to claim 1 or 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite elektrische Einrichtung aus einem Dehnungsmeßstreifen besteht, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur und der mechanischen Spannung ändert, wobei die erste Variable die Temperatur und die zweite Variable die mechanische Spannung ist.characterized in that the first and second electrical devices consist of a strain gauge, the Resistance value varies with temperature and mechanical Stress changes, the first variable being temperature and the second variable being mechanical stress. 4. Verfahren nach Anspruch 1,4. The method according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Schritt der Modifizierung der an die erste und zweite elektrische Einrichtung angelegten Spannung ausgeführt wird, um den Bereichsfehler zwischen dem ersten und zweiten Wert der ersten
Variablen zu verringern.characterized by additionally performing the step of modifying the voltage applied to the first and second electrical devices by the range error between the first and second values of the first
To decrease variables. 5. Verfahren nach Anspruch 1,5. The method according to claim 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Teilschritte:
Messen des Bereichsfehlers zwischen dem ersten und zweiten Wert der ersten Variablen, wenn der Bereichskompensationswiderstand, die Kapazität oder Induktanz in der ersten
Schaltung mit der ersten und zweiten elektrischen Einrichtung verbunden ist;characterized by the following further sub-steps:
Measuring the range error between the first and second values of the first variable when the range compensation resistance, capacitance, or inductance is in the first
Circuit connected to the first and second electrical devices; Wählen von ersten und zweiten resistiven Elementen zur Anwendung in der Schaltung, die einen positiven Koeffizienten des Widerstandes mit Bezug auf die erste Variable haben,
wobei der Widerstandswert des ersten und zweiten resistiven Elements so ist, daß bei der Verbindung mit der Teilerschaltung sie die der Schaltung zugeführte Spannung ver- Choosing first and second resistive elements for use in the circuit that have a positive coefficient of resistance with respect to the first variable,
wherein the resistance of the first and second resistive element is such that when connected to the divider circuit, it reduces the voltage supplied to the circuit 909837/0401909837/0401 ringern, um den Bereichsfehler bei einem mittleren Viert zwischen dem ersten und zweiten Wert der ersten Variablen minimal halten; undwrestle to the range error at a middle fourth between keep the first and second values of the first variable to a minimum; and Wählen von dritten und vierten resistiven Elementen zur Anwendung in der Schaltung, welche einen negativen Koeffizienten des Widerstandes mit Bezug auf die erste Variable aufweisen, wobei die Widerstandskoeffizienten der dritten und vierten resistiven Elemente derart sind, daß im Falle der Verbindung einer Serienkombination des ersten unddritten resistiven Elements parallel zu der Teilerschaltung die der Teilerschaltung zugeführte Spannung zunimmt, wenn der Wert der ersten Variablen unter den mittleren Wert absinkt, und wenn eine Parallelkombination des zweiten und vierten resistiven Elements in Serie zwischen einer Betriebsspannungsquelle und der Teilerschaltung geschaltet wird, die der Teilerschaltung zugeführte Spannung in dem Maße zunimmt, wie der Wert der ersten Variablen oberhalb des mittleren Wertes zunimmt.Selecting third and fourth resistive elements for use in the circuit which have a negative coefficient of resistance with respect to the first variable, the resistance coefficients of the third and fourth resistive elements are such that in the case of connecting a series combination of the first and third resistive element in parallel with the divider circuit, the voltage supplied to the divider circuit increases when the Value of the first variable falls below the mean value, and if a parallel combination of the second and fourth resistive element is connected in series between an operating voltage source and the divider circuit that the Divider circuit applied voltage increases as the value of the first variable increases above the middle value. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,6. The method according to claim 4 or 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elektrischen Einrichtungen aus Dehnungsmeßstreifen bestehen, die einen Widerstandswert besitzen, der sich mit der Temperatur und der mechanischen Spannung ändert, wobei die erste Variable die Temperatur und die zweite Variable die mechanische Spannung ist.characterized in that the first and second electrical devices consist of strain gauges which have a resistance value that changes with temperature and mechanical stress, where the first variable the temperature and the second variable is the mechanical stress. 908837/0491908837/0491 7. Verfahren nach Anspruch 1,7. The method according to claim 1, zur Kompensation von Temperatureffekten bei ersten und zweiten Dehnungsmeßstreifen in der Spannungsteilerschaltung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:to compensate for temperature effects in the first and second Strain gauges in the voltage divider circuit, characterized by the following steps: h) Messung der Spannung an den Dehnungsmeßstreifen und einem ersten Serienwiderstand bei ersten und zweiten mechanischen Spannungen und ersten und zweiten Temperaturen; i) Errechnen eines Widerstandswertes, der für eine Bereichskompensation zwischen der ersten und zweiten mechanischen Spannung bei der ersten und zweiten Temperatur sorgt, wenn der Bereichskompensationswiderstand in Serie zu den Dehnungsmeßstreifen liegt;h) Measurement of the tension on the strain gauges and a first series resistance in the first and second mechanical Voltages and first and second temperatures; i) Calculation of a resistance value which is necessary for a range compensation between the first and second mechanical Stress at the first and second temperatures provides when the range compensation resistor is in series with the strain gauges lies; j) Errechnen des Widerstandswertes für ein Serien/Parallel-Netzwerk für den Dehnungsmeßstreifen, der für eine Temperatur, kompensation bei der ersten und zweiten Temperatur sorgt, Annahme, daß ein kleiner Teil des Bereichskompensationswiderstandes in Serie zu dem ersten Dehnungsmeßstreifen in dem einen Teil der Teilerschaltung liegt und der restliche Widerstand in Serie mit dem zweiten Dehnungsmeßstreifen in einem zweiten Teil der Teilerschaltung angeordnet ist; k) Errechnen des Spannungsausgangs an einem Knoten zwischen dem ersten und zweiten Teil der Teilerschaltung bei der ersten mechanischen Spannung und sowohl einer zweiten Temperatur als auch einer dritten Temperatur zwischen der ersten und zweiten Temperatur, wobei die Verteilung des Bereichskompensationswiderstandes und der Serien/Parallel-Widerstände gemäß vorstehendem Schritt (j) verwendet wird;j) Calculating the resistance value for a series / parallel network for the strain gauge, which is used for a temperature compensation at the first and second temperatures, assuming that a small part of the range compensation resistor in series with the first strain gauge in which part of the divider circuit is located and the remainder of the resistance placed in series with the second strain gauge in a second part of the divider circuit; k) calculating the voltage output at a node between the first and second parts of the divider circuit in the first mechanical stress and both a second temperature and a third temperature between the first and second Temperature, the distribution of the range compensation resistor and the series / parallel resistances according to the above Step (j) is used; 900837/0*41900837/0 * 41 1) Wiederholen der Schritte j) und k) für mindestens eine andere Verteilung des Bereichskompensationswiderstandes in dem ersten und zweiten Teil der Teilerschaltung; m) Vergleichen der Differenz der Ausgänge der Teilerschaltung "bei der zweiten und dritten Temperatur während einer Ausführung des Schrittes k) mit der Differenz in den Ausgängen der Teilerschaltung bei der zweiten und dritten Temperatur während einer zweiten Ausführung des Schrittes k); und n) Verwenden der Verteilung des Bereichskompensationswiderstandes und der Serien/Parallel-Widerstände, für die die Differenz in den Ausgängen der Teilerschaltung bei den zweiten und dritten Temperaturen näher zu Null liegt, für die Auslegung der Teilerschaltung.1) repeating steps j) and k) for at least one different distribution of the range compensation resistor in the first and second parts of the divider circuit; m) comparing the difference in the outputs of the divider circuit "" at the second and third temperatures during an execution of step k) with the difference in the outputs the divider circuit at the second and third temperatures during a second execution of step k); and n) Using the distribution of the range compensation resistor and the series / parallel resistances for which the difference is closer to zero in the outputs of the divider circuit at the second and third temperatures, for the sake of interpretation the divider circuit. 8. Verfahren nach Anspruch 7,8. The method according to claim 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der Ausführung des Schrittes j) der Teil des Bereichskompensationswiderstandes, der in Serie mit dem ersten Dehnungsmeßstreifen liegt, relativ klein ist und daß der Schritt 1) folgende Teilschritte aufweist: characterized in that during the execution of step j) the part of the range compensation resistor which is in series with the first strain gauge, is relatively small and that step 1) has the following sub-steps: 1) Zunahme des Widerstandswertes um einen vorbestimmten Betrag des in Serie zu dem ersten Dehnungsmeßstreifen liegenden Widerstandes und Abnahme des Widerstandswertes des in Serie zu dem zweiten Dehnungsmeßstreifen liegenden Widerstandes um den gleichen Betrag;1) Increase in the resistance value by a predetermined amount the resistance in series with the first strain gauge and decreasing the resistance of the resistor in series with the second strain gauge by the same amount; 2) Wiederholen von Schritt j) und k) unter Verwendung der neuen Widerstandswerte, wie sie durch vorstehenden Schritt 1)2) repeating steps j) and k) using the new resistance values as indicated by step 1) above 909837/04Ö1909837 / 04Ö1 bestimmt worden sind, undhave been determined, and 3) Wiederholen von Schritt 1) und 2) bis der Widerstand in Serie mit dem ersten Dehnungsmeßstreifen sich dem gesamten Bereichskompensationswiderstand annähert. 3) Repeat steps 1) and 2) until the resistance in series with the first strain gauge approaches the total range compensation resistance. 9. Verfahren nach Anspruch 7,9. The method according to claim 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem ersten und zweiten Dehnungsmeßstreifen angelegte Spannung so modifiziert wird, daß der Bereichsfehler zwischen der ersten und zweiten Temperatur reduziert wird.characterized in that the voltage applied to the first and second strain gauges is modified so as to that the range error between the first and second temperatures is reduced. 10. Verfahren nach Anspruch 7,10. The method according to claim 7, gekennzeichnet durch folgende weiteren Schritte: Messen des Bereichsfehlers zwischen der ersten und zweiten Temperatur, wenn der Bereichskompensationswiderstand in der Schaltung mit dem ersten und zweiten Dehnungsmeßstreifen liegt;characterized by the following further steps: measuring the range error between the first and second Temperature when the range compensation resistor in the circuit with the first and second strain gauges lies; Wählen von ersten und zweiten resistiven Elementen, die einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes haben, zur Anwendung in der Schaltung, wobei die Widerstandswerte des ersten und zweiten resistiven Elementes so sind, daß sie in Verbindung mit der Teilerschaltung die an der Schaltung angelegte Spannung reduzieren, um den Bereichsfehler bei einer mittleren Temperatur zwischen der ersten und zweiten Temperatur möglichst klein machen; undSelecting first and second resistive elements that have a positive temperature coefficient of resistance for Application in the circuit, wherein the resistance values of the first and second resistive elements are such that they are in Connection to the divider circuit reduce the voltage applied to the circuit to avoid the range error in a make the mean temperature between the first and second temperature as small as possible; and Wählen von dritten und vierten resistiven Elementen mit einem negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes zur An-Selecting third and fourth resistive elements with a negative temperature coefficient of resistance for connection 909037/0491909037/0491 Wendung in der Schaltung, wobei der Koeffizient des Widerstandes des dritten und vierten resistiven Elements so ist, daß, wenn eine Serienkombination des ersten und dritten resistiven Elements parallel zu der Teilerschaltung gelegt wird, die der Teilerschaltung zugeführte Spannung in dem Maße zunimmt, wie die Temperatur unterhalb der mittleren Temperatur absinkt, und wenn eine Parallelkombinätion des zweiten und vierten resistiven Elements in Serie zwischen einer Betriebsspannung und der Teilerschaltung gelegt wird, die der Teilerschaltung zugeführte Spannung in dem Maße zunimmt, wie die Temperatur oberhalb der mittleren Temperatur zunimmt.Twist in the circuit, the coefficient of resistance of the third and fourth resistive elements is such that when a series combination of the first and third resistive element is placed in parallel with the divider circuit, the voltage supplied to the divider circuit to the extent increases as the temperature drops below the mean temperature, and if a parallel combination of the second and fourth resistive element is placed in series between an operating voltage and the divider circuit that the Divider circuit applied voltage increases as the temperature increases above the mean temperature. 11. Elektrische Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,11. Electrical circuit for performing the method according to claim 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Brückenschaltung (10,210) mit ersten und zweiten elektrischen Elementen (54,58) in Serien in einem ersten Zweig der Brückenschaltung zwischen einem ersten und zweiten Eingangspunkt (A,B), wobei die ersten und zweiten elektrischen Elemente (54,58) einen Widerstandswert aufweisen, der als Funktion von mindestens zwei Variablen sich ändert, und mit dritten und vierten elektrischen Elementen, die in Serie in einem zweiten Zweig der Brücke zwischen dem ersten und zweiten Eingangspunkt (A,B) geschaltet sind, daß eine regulierte Betriebsspannungsquelle mit ersten und zweiten Anschlüssen an dem ersten und zweiten Punkt (A,B) der Brücke angeschaltet ist,
daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals dercharacterized by the design as a bridge circuit (10, 210) with first and second electrical elements (54, 58) in series in a first branch of the bridge circuit between a first and second input point (A, B), the first and second electrical elements (54, 58) have a resistance that changes as a function of at least two variables, and with third and fourth electrical elements connected in series in a second branch of the bridge between the first and second input points (A, B) that one regulated Operating voltage source with first and second connections at the first and second point (A, B) of the bridge is connected,
that a device for generating an output signal of the 909837/0491909837/0491 .- 10 -.- 10 - Brücke vorgesehen ist, welche erste und zweite Eingänge aufweist, wobei der erste Eingang an einen ersten Ausgangspunkt der Brücke zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Element liegt und der zweite Eingang mit einem zweiten Ausgangspunkt der Brücke zwischen dem dritten und vierten elektrischen Element geschaltet ist undBridge is provided which has first and second inputs, the first input to a first starting point the bridge lies between the first and second electrical element and the second input with a second starting point the bridge is connected between the third and fourth electrical element and daß eine Konstantstromquelle zwischen dem ersten Eingangspunkt und einem Punkt in dem zweiten Arm der Brücke so eingefügt ist,, daß ein von Null abweichender Widerstand zwischen dem Punkt und dem ersten und zweiten Eingangspunkt gegeben ist.that a constant current source is inserted between the first entry point and a point in the second arm of the bridge is ,, that there is a non-zero resistance between the point and the first and second input points is. 12. Elektrische Schaltung nach Anspruch 11,12. Electrical circuit according to claim 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Betrieb durch eine Gleichstromquelle über eine Zweidrahtleitung ausgebildet ist und ein Ausgangssignal über die gleiche Leitung abgibt, daß die Schaltung erste und zweite Anschlüsse zu der Zweidrahtleitung aufweist, daß die regulierte Spannungsversorgung zwischen dem ersten und zweiten Anschluß liegt und daß ein Spannungsregler zwischen dem ersten und zweiten Anschluß liegt und mit der Signalerzeugungseinrichtung verbunden ist, wobei der Stromregler den in der Zweidrahtleitung fließenden Strom in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der ausgangssignalerzeugenden Einrichtung steuert.characterized in that the circuit is designed for operation by a direct current source via a two-wire line and emits an output signal over the same line that the circuit first and second connections to the two-wire line comprises that the regulated voltage supply is between the first and second terminals and that a Voltage regulator is between the first and second terminal and is connected to the signal generating device, wherein the current regulator controls the current flowing in the two-wire line as a function of the output signal of the output signal generating Facility controls. 13. Schaltung nach Anspruch 11,13. Circuit according to claim 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplungseinrichtung zwi-characterized in that a feedback device between 909837/0491909837/0491 sehen einem der ersten und zweiten Anschlüsse und einem Eingangsanschluß zu der ausgangssignal-erzeugenden Einrichtung vorgesehen ist.see one of the first and second ports and an input port is provided to the output signal generating device. 14. Schaltung nach Anspruch 11,14. Circuit according to claim 11, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Anschlüsse mit den ersten und zweiten Anschlüssen der regulierten Spannungsversorgung jeweils verbunden sind, daß Rückkopplungseinricfcäungen mit einem ersten Anschluß an einen Eingangsanschluß der ausgangssignal-erzeugenden Einrichtung verbunden ist und daß eine Funktionserzeugungseinrichtung (100) mit einem Eingangsanschluß an den ersten Anschluß und mit einem Ausgangsanschluß an den zweiten Anschluß der Rückkopplungseinrichtung verbunden ist.characterized in that first and second terminals are connected to the first and second terminals of the regulated voltage supply are each connected that feedback devices is connected with a first terminal to an input terminal of the output signal generating device and that a function generating device (100) having an input terminal to the first terminal and having an output terminal is connected to the second terminal of the feedback device. 15. Elektrische Schaltung nach Anspruch 14,15. Electrical circuit according to claim 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionserzeugungseinrichtung (100) eine quadrierende Schaltung ist, wobei das Ausgangssignal der ausgangssignal-erzeugenden Einrichtung proportional zur Quadratwurzel des Eingangssignals ist.characterized in that the function generating device (100) is a squaring circuit, the output signal of the output signal generating device is proportional to the square root of the input signal. 16. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Variable die Temperatur und die zweite Variable die mechanische Spannung ist und daß die ersten und zweiten elektrischen Elemente Dehnungsmeßstreifen sind.16. Electrical circuit according to one of claims 11 to 15, characterized in that the first variable is temperature and the second variable is mechanical stress and that the first and second electrical elements are strain gauges. 909837/0.401909837 / 0.401 17. Elektrische Schaltung nach Anspruch 11,17. Electrical circuit according to claim 11, dadurch gekennzeichnet, daß fünfte und sechste elektrische Elemente in Serie zwischen dem ersten und zweiten Punkt liegen, wobei das fünfte elektrische Element einen positiven Koeffizienten des Widerstandes mit Bezug auf ein erstes von zwei Variablen aufweist und das sechste elektrische Element einen negativen Koeffizienten des Widerstandes mit Bezug auf die erste Variable besitzt,characterized in that fifth and sixth electrical elements are in series between the first and second points, wherein the fifth electrical element has a positive coefficient of resistance with respect to a first of has two variables and the sixth electrical element has a negative coefficient of resistance with respect to owns the first variable, daß siebte und achte elektrische Elemente parallel zwischen dem zweiten Anschluß der Betriebsspannungsquelle und dem zweiten Eingangspunkt der Brückenschaltung liegen, wobei das siebte Element einen positiven Koeffizienten des Widerstandes mit Bezug auf die erste Variable und das achte elektrische Element einen negativen Koeffizienten des Widerstandes mit Bezug auf die erste Variable besitzt und daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals der Brückenschaltung mit ersten und zweiten Eingängen vorgesehen ist, wobei der erste Eingang mit einem ersten Ausgangspunkt der Brückenschaltung zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Element und der zweite Eingang mit einem zweiten Ausgangspunkt der Brückenschaltung zwischen dem dritten und vierten elektrischen Element verbunden sind.that seventh and eighth electrical elements in parallel between the second terminal of the operating voltage source and the second input point of the bridge circuit, the seventh element having a positive coefficient of resistance with respect to the first variable and the eighth electrical element having a negative coefficient of resistance Has reference to the first variable and that a device for generating an output signal of the bridge circuit with first and second inputs is provided, the first input having a first starting point of the bridge circuit between the first and second electrical element and the second input to a second starting point of the bridge circuit are connected between the third and fourth electrical elements. 18. Elektrische Schaltung nach Anspruch 17,18. Electrical circuit according to claim 17, dadurch gekennzeichnet, daß neunte und zehnte elektrische Elemente in Serie Mt dem ersten und zweiten elektrischen Element zwischen dem ersten und zweiten Eingangspunkt liegen und daßcharacterized in that ninth and tenth electrical elements in series Mt the first and second electrical element lie between the first and second input point and that 909837/0491909837/0491 ein elftes elektrisches Element in parallel mit einem ersten und zweiten elektrischen Elemente liegt, wobei das neunte, zehnte und elfte elektrische Element solche Widerstandswerte besitzen, daßan eleventh electrical element lies in parallel with a first and second electrical element, wherein the ninth, tenth and eleventh electrical elements have such resistance values that die Summe der Widerstände des neunten und zehnten elektrischen Elements für eine Bereichskompensation zwischen dem ersten und zweiten Wert der zweiten Variablen bei ersten und zweiten Werten der ersten Variablen sorgt, daß der Widerstand des ersten elektrischen Elements und eines Teils des Widerstands von einem der neunten und zehnten elektrischen Elemente für im wesentlichen das gleiche Ausgangssignal bei C^Z und Ii Z sorgt, wobei C und H die ersten und zweiten Werte der ersten Variablen und Z der erste Wert der zweiten Variablen darstellt, und daß die elektrischen Elemente so gewählt sind, daß sie für im wesentlichen das gleiche Ausgangssignal bei M, Z sorgen, wobei M ein dritter Wert der ersten Variablen ist, wie bei H, Z.the sum of the resistances of the ninth and tenth electrical elements for a range compensation between provides the first and second value of the second variable for first and second values of the first variable, that the resistance of the first electrical element and part of the resistance of one of the ninth and tenth electrical element provides essentially the same output signal at C ^ Z and Ii Z, where C and H represents the first and second values of the first variable and Z the first value of the second variable, and that the electrical elements are chosen so that they for essentially the same output signal at M, Z where M is a third value of the first variable, as in H, Z. 19. Elektrische Schaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte, sechste, siebte und achte elektrische Element so gewählt werden, daß für eine Bereichskompensation bei einem Wert der ersten Variablen zwischen dem ersten· und zweiten Wert der ersten Variablen gesorgt wird.19. Electrical circuit according to claim 18, characterized in that that the fifth, sixth, seventh and eighth electrical elements are chosen so that for range compensation at a value of the first variable between the first and second values of the first variable will. 809037/0491809037/0491 20. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 17, 18 oder 19»20. Electrical circuit according to one of claims 17, 18 or 19 » dadurch gekennzeichnet, daß die erste Variable die Temperatur und die zweite Variable die mechanische Spannung darstellen, und daß das erste und zweite elektrische Element Dehnungsmeßstreifen sind.characterized in that the first variable is temperature and the second Variable represent the mechanical stress, and that the first and second electrical element are strain gauges are. 21. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Differenzdruckfühler ausgebildet ist und einen Druck-Weg-Wandler zur Erzeugung einer Verschiebung proportional zu der zu messenden Druckdifferenz, eine Kragarm-Dehnungsmeßstreifen-Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Biegung des Arms und eine federnde Einrichtung zur mechanischen Kopplung des Wandlers an den Arm aufweist, wobei der Arm in Abhängigkeit von der Verschiebung des Wandlers abgelenkt wird.21. Electrical circuit according to one of claims 11 to 20, characterized in that that it is designed as a differential pressure sensor and a pressure-displacement converter for generating a displacement proportional to the pressure difference to be measured, a cantilever strain gauge device for generating an electrical output signal depending on the bend of the arm and resilient means for mechanically coupling the transducer to the arm, wherein the arm is deflected as a function of the displacement of the transducer. 22. Schaltung in Form eines Differenzdruckfühlers nach Anspruch22. Circuit in the form of a differential pressure sensor according to claim 21,21 dadurch gekennzeichnet, daß der Druck-Weg-Wa.idler einem Balg aus flexiblen gewellten Metallmembranen aufweist, die in der zusammengedrückten Lage ineinanderfügbar sind, um die maximalecharacterized in that the pressure-path Wa.idler a bellows made of flexible corrugated Has metal diaphragms that can be nested in the compressed position to the maximum 909037/04^1909037/04 ^ 1 Verschiebung durch Aufeinanderliegen infolge einer Uberdruckdifferenz zu begrenzen.Displacement by lying on top of one another as a result of an excess pressure difference to limit. 23. Elektrische Schaltung in Form eines Differenzdruckfühlers nach Anspruch 21,23. Electrical circuit in the form of a differential pressure sensor according to claim 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck-Weg-Wandler einen Balg aus flexiblen, gewellten Membranen (3i4a, 3i4b), eine Stange (315) und einen Kolben (316) innerhalb einer mit Schultern versehenen Kammer aufweist, um die maximale Ausdehnung des Balges bei Druckdifferenzen jenseits des zulässigen Bereichs eu begrenzen.characterized in that the pressure-displacement converter has a bellows made of flexible, corrugated Membranes (3i4a, 3i4b), a rod (315) and a piston (316) within a shouldered one Has chamber to the maximum expansion of the bellows at pressure differences beyond the permissible range eu limit. 24. Elektrische Schaltung in Form eines Differenzdruckfühlers nach Anspruch 21,24. Electrical circuit in the form of a differential pressure sensor according to claim 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Begrenzung der maximalen Verschiebung des Wandlers sowie eine Einrichtung zur Verschiebung der maximalen Ablenkung des Kragarmes vorgesehen ist, wobei die maximale Verschiebung des Kragarmes im Bereich der Kopplung mit dem Wandler kleiner ist als die maximale Verschiebung des Wandlers.characterized in that means for limiting the maximum displacement of the transducer and a device for shifting the maximum deflection of the cantilever arm is provided is, the maximum displacement of the cantilever arm in the area of the coupling with the transducer is less than the maximum displacement of the transducer. 25. Elektrische Schaltung in Form eines Differenzdruckfühlers nach Anspruch 21,25. Electrical circuit in the form of a differential pressure sensor according to claim 21, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Einrichtung eine Feder ist.characterized in that the resilient means is a spring. 900837/0491900837/0491 26. Abtasteinrichtung zur Abtastung eines zu messenden Parameters mit folgenden Bauteilen:26. Scanning device for scanning a parameter to be measured with the following components: eine Einrichtung zur Erzeugung einer Verschiebung, im wesentlichen proportional zu diesem Parameter, eine Verschiebungsbegrenzungseinrichtung zur Begrenzung der maximalen erzeugten Verschiebung, ein Kragarm,a device for generating a displacement, im essentially proportional to this parameter, a displacement limiting device for limiting the maximum displacement generated, a cantilever arm, eine Einrichtung mit Dehnungsmeßstreifen auf dem Kragarm zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Biegung des Kragarms, eine nachgiebige Einrichtung zur mechanischen Kopplung der Verschiebungserzeugungseinrichtung mit dem Kragarm zur Ablenkung des Kragarms in Abhängigkeit von der Verschiebung der Verschiebungserzeugungseinrichtung, und Verschiebungsbegrenzungseinrichtungen zur Begrenzung der maximalen Auslenkung des Kragarms derart, daß die maximale Verschiebung des Kragarms an der Stelle, wo dieser mit der VerschiebungserZeugungseinrichtung gekoppelt ist, geringer ist als die maximale Verschiebung der Verschiebungser Zeugungseinrichtung.a device with strain gauges on the cantilever arm for generating an electrical output signal as a function from the bend of the cantilever arm, a resilient device for mechanical coupling the displacement generating device with the cantilever arm for deflecting the cantilever arm as a function of the displacement the displacement generating device, and displacement limiting devices for limiting the maximum deflection of the cantilever arm such that the maximum displacement of the cantilever arm at the point where it is coupled to the displacement generation device, is less than the maximum displacement of the generation device. 27. Eine kompensierte Teilerschaltung mit einem ersten Widerstand, einem ersten Dehnungsmeßstreifen, einem zweiten Dehnungsmeßstreifen und einem zweiten Widerstand, die in Serie zueinander geschaltet sind und mit einem dritten Widerstand, der parallel zu einem der Dehnungsmeßstreifen27. A compensated divider circuit with a first resistor, a first strain gauge, a second strain gauge and a second resistor, the are connected in series with each other and with a third resistor in parallel with one of the strain gauges 909637/0491909637/0491 - *i7 -- * i7 - 18238751823875 liegt,lies, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe des ersten und zweiten Widerstandes so ist, daß für eine Bereichskompensation zwischen ersten und zweiten mechanischen Spannungen bei ersten und zweiten Temperaturen gesorgt wird, daß der dritte Widerstand und ein Teil des ersten oder des zweiten Widerstandes so sind, daß für eine Temperaturkompensation bei den ersten und zweiten Temperaturen gesorgt wird, und daß der erste, zweite und dritte Widerstand so gewählt wird, daß für eine Temperaturkompensation bei einer dritten Temperatur zwischen der ersten und zweiten Temperatur gesorgt wird.characterized in that the sum of the first and second resistance is so is that for a range compensation between first and second mechanical stresses at first and second Temperatures is ensured that the third resistor and part of the first or the second resistor are such that temperature compensation is provided at the first and second temperatures, and that the first, second and third resistor is chosen so that for temperature compensation at a third temperature is maintained between the first and second temperatures. 28. Kompensierte Teilerschaltung mit ersten, zweiten, dritten und vierten Widerständen, die jeweils in Serie zueinander liegen, wobei der dritte und vierte Widerstand eine Funktion von zwei Variablen sind, und ein fünfter Widerstand parallel zu dem dritten oder vierten Widerstand liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe des ersten und zweiten Widerstandes so gewählt ist, daß für eine Bereichskompensation bei ersten und zweiten Werten der ersten Variablen gesorgt wird, daß der fünfte Widerstand und ein Teil des ersten oder zweiten Widerstandes so gewählt ist, daß für im wesentlichen dem gleichen Ausgangssignal bei C, Z und H, Z gesorgt wird, wobei C und H erste und zweite Werte für die erste Variable28. Compensated divider circuit with first, second, third and fourth resistors, each in series with one another, the third and fourth resistors being a function are of two variables, and a fifth resistor is in parallel with the third or fourth resistor, characterized in that the sum of the first and second resistance is chosen is that range compensation is provided for first and second values of the first variable that the fifth resistor and a part of the first or second resistor is chosen so that for substantially the same output is provided at C, Z and H, Z, where C and H are first and second values for the first variable 909837/0491909837/0491 lind Z ein erster Wert für die zweite Variable darstellt, lind daß der erste, zweite und fünfte Widerstand so gewählt ist, daß für im wesentlichen das gleiche Ausgangssignal "bei M, Z gesorgt wird, wobei M ein dritter Wert der ersten Variablen darstellt, wie bei (H, Z).lind Z represents a first value for the second variable, lind that the first, second and fifth resistance are chosen in this way is to provide substantially the same output "" at M, Z, where M is a third value of the first variable, as in (H, Z). 909837/0491909837/0491