DE4420998C2 - Circuit device for the precise measurement of an electrical resistance - Google Patents
Circuit device for the precise measurement of an electrical resistanceInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zum genauen Messen eines elektrischen Widerstandes.The invention relates to a circuit device according to the Preamble of claim 1 for the precise measurement of a electrical resistance.
Eine solche Schaltungseinrichtung führt die präzise Messung eines unbekannten elektrischen Widerstandes auf die Messung der Zeitkonstante eines RC-Gliedes zurück, wobei R der unbekannte, d. h. der zu messende elektrische Widerstand und C die Kapazität eines elektrischen Kondensators ist, die miteinander in Reihe schaltbar bzw. in Reihe geschaltet sind.Such a circuit device performs the precise measurement an unknown electrical resistance to the measurement the time constant of an RC element, where R is the unknown, d. H. the electrical resistance to be measured and C is the capacitance of an electrical capacitor that can be connected in series or connected in series are.
Die Funktionsweise bzw. der Meßablauf einer solchen
bekannten, einen Microcontroller aufweisenden
Schaltungseinrichtung ist wie folgt:
Zuerst wird bei offenem zweiten und offenem dritten
Schaltanschluß des Microcontrollers, dessen erster
Schaltanschluß geschlossen. Hierdurch wird die Versorgungs-
Gleichspannungsquelle mit dem elektrischen Kondensator
verbunden und der elektrische Kondensator auf die
Nennspannung der Versorgungs-Gleichspannungsquelle
aufgeladen. Der Ladestrom des elektrischen Kondensators
konvergiert hierbei zeitlich gegen Null, so daß der
Innenwiderstand der Versorgungs-Gleichspannungsquelle für
die Endspannung am elektrischen Kondensator insbes. dann
keine Rolle spielt, wenn die Ladezeit ausreichend lang
gewählt wird. Sobald der Kondensator auf die
Nenngleichspannung aufgeladen ist, wird der erste
Schaltanschluß geöffnet. Das wird durch die Steuerung des
Microcontrollers bewirkt. Anschließend wird der dritte
Schaltanschluß geschlossen und gleichzeitig der Zähler des
Microcontrollers gestartet. Durch das Schließen des dritten
Schaltanschlusses ergibt sich eine Entladung des
Kondensators über den an den dritten Schaltanschluß
angeschlossenen zu messenden elektrischen Widerstand. Diese
Entladung erfolgt bekanntermaßen nach einer exponentiellen
Zeitfunktion. Sobald eine vorgegebene Schwellenspannung an
dem am Unterbrecheranschluß des Microcontrollers
angeschlossenen Komparator erreicht bzw. unterschritten
wird, schaltet der Ausgang des Komparators derart, daß der
Zähler des Microcontrollers über den Unterbrecheranschluß
gestoppt wird. Der Zählerstand des Zählers ist folglich ein
Maß für den zu bestimmenden elektrischen Widerstand, wenn
die Kapazität des Kondensators bekannt ist.The mode of operation or the measurement sequence of such a known circuit device having a microcontroller is as follows:
First, when the second and third switching connections of the microcontroller are open, its first switching connection is closed. As a result, the supply DC voltage source is connected to the electrical capacitor and the electrical capacitor is charged to the nominal voltage of the supply DC voltage source. The charging current of the electrical capacitor converges in time towards zero, so that the internal resistance of the supply DC voltage source for the final voltage across the electrical capacitor in particular does not matter if the charging time is chosen to be sufficiently long. As soon as the capacitor is charged to the nominal DC voltage, the first switching connection is opened. This is done by controlling the microcontroller. Then the third switching connection is closed and at the same time the counter of the microcontroller is started. Closing the third switching connection results in a discharge of the capacitor via the electrical resistance to be measured connected to the third switching connection. As is known, this discharge takes place according to an exponential time function. As soon as a predetermined threshold voltage is reached or undershot at the comparator connected to the interrupter connection of the microcontroller, the output of the comparator switches such that the counter of the microcontroller is stopped via the interrupter connection. The counter reading of the counter is consequently a measure of the electrical resistance to be determined if the capacitance of the capacitor is known.
Da der elektrische Kondensator des RC-Gliedes eine Kapazitätstoleranz und eine Temperaturabhängigkeit aufweist, wird bekanntermaßen noch eine Vergleichsmessung mit einem bekannten Referenzwiderstand durchgeführt. Zu diesem Zwecke wird die oben beschriebene Meßprozedur wiederholt, wobei an Stelle des dritten Schaltanschlusses der zweite Schaltanschluß des Microcontrollers aktiviert wird, an den der genannte Referenzwiderstand angeschlossen ist. Als Ergebnis der mit dem Referenzwiderstand durchgeführten Meßprozedur liegt dann ein dem Referenzwiderstand entsprechender Zählerstand vor.Since the electrical capacitor of the RC element is one Capacity tolerance and a temperature dependency is known to be a comparative measurement performed with a known reference resistor. To For this purpose, the measurement procedure described above repeated, instead of the third switching connection the second switching connection of the microcontroller is activated to which the reference resistor mentioned is connected is. As a result of using the reference resistor performed measurement procedure is then a Reference resistance corresponding counter reading.
Die beiden Zählerstände genügen idealerweise den
Gleichungen:
The two counter readings ideally satisfy the equations:
Zx = K.Rx.C (1)
Z x = KR x .C (1)
Zref = K.Rref.C (2).Z ref = KR ref .C (2).
Aus den Formeln (1) und (2) kann dann der zu messende
elektrische Widerstand zu
The electrical resistance to be measured can then be calculated from the formulas (1) and (2)
berechnet werden mit
Zx = dem zu messenden elektrischen Widerstand
entsprechender Zählerstand
Zref = dem Referenzwiderstand entsprechender Zählerstand
C = Kapazität des elektrischen Kondensators
K = Konstante
Rx = Widerstandswert des zu messenden elektrischen
Widerstandes,
Rref = Widerstandswert des Referenzwiderstandes.be calculated with
Z x = counter reading corresponding to the electrical resistance to be measured
Z ref = counter reading corresponding to the reference resistance
C = capacitance of the electrical capacitor
K = constant
R x = resistance value of the electrical resistance to be measured,
R ref = resistance value of the reference resistance.
Die oben angegebene Formel (3) berücksichtigt jedoch noch
nicht, daß der zweite und der dritte Schaltanschluß
Innenwiderstände Ron aufweisen. Unter Berücksichtigung
dieser Innenwiderstände Ron, die für den zweiten und den
dritten Schaltanschluß als gleich groß angenommen werden
können, ergeben sich für die Zählerstände entsprechend den
oben angegebenen Formeln (1) und (2) die folgenden
Gleichungen:
However, the formula (3) given above does not take into account that the second and third switching connections have internal resistances R on . Taking into account these internal resistances R on , which can be assumed to be the same size for the second and the third switching connection, the following equations result for the counter readings according to the formulas (1) and (2) given above:
Zx = K.(Rx + Ron).C (4)
Z x = K. (R x + R on ). C (4)
Zref = K.(Rref + Ron).C (5).Z ref = K. (R ref + R on ). C (5).
Ohne genaue Kenntnis der Innenwiderstände Ron ist es folglich nicht möglich, den Wert des zu messenden elektrischen Widerstandes zu berechnen bzw. zu bestimmen. Die Innenwiderstände Ron sind von verschiedenen Parametern abhängig. Im Falle einer Realisierung einer solchen Schaltungseinrichtung in CMOS-Technologie hängen die Innenwiderstände Ron von der Temperatur, von der Versorgungsspannung und von der Prozeßsteuerung ab.Without precise knowledge of the internal resistances R on , it is consequently not possible to calculate or determine the value of the electrical resistance to be measured. The internal resistances R on depend on various parameters. If such a circuit device is implemented in CMOS technology, the internal resistances R on depend on the temperature, on the supply voltage and on the process control.
Zur Abschätzung der genannten Innenwiderstände Ron sind die
folgenden Verfahren bekannt:
Die Innenwiderstände Ron werden in der Produktion
individuell gemessen und dem Microcontroller mitgeteilt.
Damit wird die Prozeßsteuerung erfaßt. Wenn die Temperatur
der Schaltungseinrichtung und die Temperaturabhängigkeit
der Innenwiderstände Ron bekannt sind, kann der
entsprechende Widerstandswert jedes Innenwiderstandes Ron
abgeschätzt werden. Gleiches gilt für die Abhängigkeit der
Innenwiderstände Ron von der Versorgungsspannung. Falls
diese und die Funktionsabhängigkeit jedes Innenwiderstandes
Ron von der Versorgungsspannung bekannt sind, kann der
entsprechende Innenwiderstand Ron bestimmt werden. Werden
diese drei Parameter berücksichtigt, so ergibt sich neben
den entsprechenden individuellen Messungen für jeden
Innenwiderstand Ron ein dreidimensionales Korrektur-
Kennfeld, aus welchem ein entsprechend hoher Speicher- und
Rechenaufwand resultiert.
The following methods are known for estimating the internal resistances R on mentioned:
The internal resistances R on are measured individually in production and communicated to the microcontroller. The process control is thus detected. If the temperature of the circuit device and the temperature dependence of the internal resistances R on are known, the corresponding resistance value of each internal resistance R on can be estimated. The same applies to the dependence of the internal resistances R on on the supply voltage. If this and the function dependency of each internal resistance R on on the supply voltage are known, the corresponding internal resistance R on can be determined. If these three parameters are taken into account, in addition to the corresponding individual measurements for each internal resistance R on, a three-dimensional correction map results, which results in a correspondingly high amount of memory and computation.
In ähnlicher Weise ist es aus der DE 39 00 782 A1 zur Eingabe von analogen Daten in einen Mikroprozessor bekannt, die Daten durch Widerstandswerte darzustellen und die Entladezeit spanne eines Kondensators über die Serienschaltung eines Referenzwiderstandes und des zu messenden Widerstandes zu bestimmen. Diese Serienschaltung verhindert allerdings ein für die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse anzustrebendes Messen gegen ein definiertes Bezugs potential wie insbesondere gegenüber Masse und die Problematik der Meßwertverfälschung durch Innenwiderstände ist bei jener Schaltung auch noch nicht gelöst.Similarly, it is from DE 39 00 782 A1 for entering analog data in a Microprocessor known to represent the data by resistance values and the discharge time span of a capacitor via the series connection of a reference resistor and the measuring resistance. However, this series connection prevents one for Reproducibility of the measurement results to be aimed at against a defined reference potential as especially with respect to mass and the problem of falsification of measured values internal resistance is not yet solved in this circuit.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit relativ einfachen Mitteln eine präzise Messung eines elektrischen Widerstandes ermöglicht, wobei im Zusammenspiel mit geeigneten Temperatursensoren exakte Messungen bspw. im Temperaturbereich von größenordnungsmäßig +15°C bis +100°C mit einer Temperaturauflösung von < 0,1 K und einem Meßfehler von < 0,1 K möglich sein sollen.The invention is therefore based on the object Circuit device of the type mentioned create a precise with relatively simple means Measurement of an electrical resistance enables, in combination with suitable temperature sensors Measurements, for example, in the temperature range from in the order of magnitude + 15 ° C to + 100 ° C with one Temperature resolution of <0.1 K and a measurement error of <0.1 K should be possible.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This task is performed in a circuit device initially mentioned type according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1 solved. Preferred Training and development of the invention Circuit device are in the subclaims featured.
Dadurch, daß der Microcontroller einen vierten Schaltanschluß aufweist, an den ein zweiter Referenzwiderstand angeschlossen ist, ist es möglich, zu jeder Messung des unbekannten elektrischen Widerstandes den aktuellen Wert des Innenwiderstandes des zugehörigen Schaltanschlusses zu bestimmen.The fact that the microcontroller a fourth Has switching connection to which a second Reference resistor is connected, it is possible to every measurement of the unknown electrical resistance current value of the internal resistance of the associated Switching connection to determine.
Zusätzlich zu den oben in Verbindung mit der bekannten
Schaltungseinrichtung der gattungsgemäßen Art beschriebenen
Messungen des nicht bekannten elektrischen Widerstandes und
des ersten Referenzwiderstandes wird mit der
erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung also mittels des
zweiten Referenzwiderstandes eine dritte Messung
durchgeführt. Entsprechend den weiter oben angegebenen
mathematischen Formeln (4) und (5) ergibt sich für den
zweiten Referenzwiderstand
In addition to the measurements of the unknown electrical resistance and the first reference resistor described above in connection with the known circuit device of the generic type, the circuit device according to the invention therefore carries out a third measurement using the second reference resistor. According to the mathematical formulas (4) and (5) given above, this results for the second reference resistance
Zref2 = K.(Rref2 + Ron).C (6).Z ref2 = K. (R ref2 + R on ). C (6).
Mit Rref2 = Widerstandswert des zweiten Referenzwiderstandes.With R ref2 = resistance value of the second reference resistor.
Aus den Gleichungen (4), (5) und (6) ist es folglich
möglich, die Innenwiderstände Ron der zugehörigen
Schaltanschlüsse zu eliminieren und den unbekannten
Widerstand Rx wie folgt zu bestimmen:
From equations (4), (5) and (6) it is therefore possible to eliminate the internal resistances R on of the associated switching connections and to determine the unknown resistance R x as follows:
Aus der Gleichung (7) wird ersichtlich, daß eine Bestimmung des unbekannten Widerstandes möglich ist, wenn sich die Widerstandswerte des ersten und des zweiten Referenzwiderstandes voneinander unterscheiden. Besonders zweckmäßig ist es, wenn sich die Werte des ersten und des zweiten Referenzwiderstandes um einen möglichst großen Wert unterscheiden. Dabei ist außerdem zu beachten, daß die Innenwiderstände der entsprechenden Schaltanschlüsse nur einen begrenzt linearen, d. h. Ohm'schen Bereich aufweisen. Oberhalb eines bestimmten elektrischen Stromes wird der entsprechende Innenwiderstand zunehmend größer, d. h. er geht in einen nicht linearen Bereich über. Damit die oben angegebenen mathematischen Gleichungen Gültigkeit besitzen, müssen der erste und der zweite Referenzwiderstand derartig dimensioniert sein, daß die Schaltanschlüsse des Microcontrollers stets im Ohm'schen, d. h. linearen, Bereich betrieben werden. From equation (7) it can be seen that a determination of unknown resistance is possible if the Resistance values of the first and the second Distinguish the reference resistance from each other. Especially It is useful if the values of the first and the second reference resistance by as large a value as possible differentiate. It should also be noted that the Internal resistances of the corresponding switching connections only a limited linear, i.e. H. Have ohmic range. Above a certain electrical current, the corresponding internal resistance increasingly larger, d. H. he goes into a non-linear range. So the above valid mathematical equations are valid, the first and second reference resistors must be such be dimensioned so that the switching connections of the Microcontrollers always in ohmic, i.e. H. linear, range operate.
Vorstehende Gleichung (7) weist noch den Nachteil auf, als unbekannte Größen den Faktor K
und die Kapazität C zu beinhalten. Die Gleichung (7) läßt sich aber weiter entwickeln zu
Equation (7) above also has the disadvantage of including the factor K and the capacitance C as unknown variables. However, equation (7) can be developed further
Dadurch ist die Berechnung des unbekannten Widerstandswertes unabhängig von dem Faktor K und der Kapazität C sowie von den Innenwiderständen der Schaltungsanschlüsse (die als gleich angenommen werden können) möglich.This makes the calculation of the unknown resistance value independent of the factor K and the capacitance C and the internal resistances of the circuit connections (which as can be accepted immediately) possible.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Schaltungsbeispieles der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung.Further details, features and advantages emerge from the description below one in the drawing illustrated circuit example of the invention Switching device.
Die Zeichnung zeigt in einer Blockdarstellung eine Ausführungsform der Schaltungseinrichtung 10 mit einem als Block angedeuteten Microcontroller 12, der einen ersten Schaltanschluß 14, einen zweiten Schaltanschluß 16, einen dritten Schaltanschluß 18, einen vierten Schaltanschluß 20 sowie einen Unterbrecheranschluß 22 aufweist. Jedem der Schaltanschlüsse 14, 16, 18 und 20 ist ein Schalter 24, 26, 28 bzw. 30 zugeordnet. Der Schalter 24 ist zwischen dem ersten Schaltanschluß 14 und einem Spannungsanschluß 32 des Microcontrollers 12 vorgesehen. Die Schalter 26, 28, 30 sind zwischen dem zugehörigen Schaltanschluß 16, 18 bzw. 20 und Masse 34 angeordnet.The drawing shows a block diagram of an embodiment of the circuit device 10 with a microcontroller 12 indicated as a block, which has a first switching connection 14 , a second switching connection 16 , a third switching connection 18 , a fourth switching connection 20 and an interrupter connection 22 . A switch 24 , 26 , 28 and 30 is assigned to each of the switching connections 14 , 16 , 18 and 20 . The switch 24 is provided between the first switching connection 14 and a voltage connection 32 of the microcontroller 12 . The switches 26 , 28 , 30 are arranged between the associated switching connection 16 , 18 or 20 and ground 34 .
An den Spannungsanschluß 32 ist eine Versorgungs- Gleichspannungsquelle 36 angeschlossen, deren Innenwiderstand mit der Bezugsziffer 38 bezeichnet ist. Die Versorgungs-Gleichspannungsquelle 36 ist mit ihrem einen Pol an den Spannungsanschluß 32 angeschlossen und mit ihrem zweiten Pol mit Masse 34 verbunden.A supply DC voltage source 36 is connected to the voltage connection 32 , the internal resistance of which is designated by the reference number 38 . The DC supply voltage source 36 is connected with its one pole to the voltage connection 32 and with its second pole to ground 34 .
Ein elektrischer Kondensator 40 ist einerseits an den ersten Schaltanschluß 14 und andererseits an Masse 34 angeschlossen. Zwischen dem mit der Bezugsziffer 42 bezeichneten ersten Anschluß des Kondensators 40 und dem zweiten Schaltanschluß 16 ist ein erster Referenzwiderstand 44, zwischen dem dritten Schaltanschluß 18 und dem ersten Anschluß 42 des elektrischen Kondensators 40 ist der zu messende elektrische Widerstand 46 und zwischen dem vierten Schaltanschluß 20 des Microcontrollers 12 und dem ersten Anschluß 42 des Kondensators 40 ist ein zweiter Referenzwiderstand 48 eingeschaltet. Ein Komparator 50 ist zwischen dem ersten Anschluß 42 des Kondensators 40 und dem Unterbrecheranschluß 22 des Microcontrollers 12 eingeschaltet.An electrical capacitor 40 is connected on the one hand to the first switching connection 14 and on the other hand to ground 34 . Between the first connection of the capacitor 40, designated by the reference number 42 , and the second switching connection 16, there is a first reference resistor 44 , between the third switching connection 18 and the first connection 42 of the electrical capacitor 40 is the electrical resistance 46 to be measured, and between the fourth switching connection 20 of the microcontroller 12 and the first connection 42 of the capacitor 40 , a second reference resistor 48 is switched on. A comparator 50 is connected between the first connection 42 of the capacitor 40 and the interrupter connection 22 of the microcontroller 12 .
Die Schalter 24, 26, 28 bzw. 30 werden mittels einer Steuerung 52 geschaltet, die in der Zeichnungsfigur ebenfalls nur als Block angedeutet ist. Dem Unterbrecheranschluß 22 ist ein ebenfalls nur als Block angedeuteter Zähler 54 zugeordnet.The switches 24 , 26 , 28 and 30 are switched by means of a controller 52 , which is also only indicated as a block in the drawing figure. A counter 54 , also indicated only as a block, is assigned to the interrupter connection 22 .
Zur weiteren Verdeutlichung der Funktionsweise der
erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung 10 mag das
nachfolgende Dimensionierungsbeispiel dienen: Zunächst wird
die maximale Frequenz des Zählers 54 ermittelt. Diese
beträgt bei einem technisch und wirtschaftlich in Frage
kommenden 4-bit Microcontroller 12 maximal 250 kHz bei einem
2 MHz Oszillator. Wird die Kapazität des Kondensators 40 aus
Platz- und Kostengründen z. B. auf 0,68 µF festgelegt, so
ist es möglich, einen leckstromarmen Folienkondensator
anzuwenden. Wird die Schwellenspannung des Komparators 50
auf 40% der Spannung der Versorgungs-Gleichspannungsquelle
36 festgelegt, so ist es vorteilhaft möglich, auf der
Entladekennlinie des Kondensators 40 noch im Bereich großer
Steigung zu sein. Bei dieser Schwellenspannung liegt
zwischen dem Beginn der Kondensatorentladung und dem
Erreichen der genannten Spannungsschwelle die Zeit
The following dimensioning example may serve to further clarify the functioning of the circuit device 10 according to the invention: First, the maximum frequency of the counter 54 is determined. In the case of a 4-bit microcontroller 12 that is technically and economically possible, this amounts to a maximum of 250 kHz with a 2 MHz oscillator. If the capacitance of the capacitor 40 z. B. fixed to 0.68 µF, it is possible to use a low-leakage film capacitor. If the threshold voltage of the comparator 50 is set at 40% of the voltage of the supply DC voltage source 36 , it is advantageously possible to still be in the region of a large slope on the discharge characteristic of the capacitor 40 . At this threshold voltage, the time lies between the start of the capacitor discharge and the reaching of the voltage threshold mentioned
0,915.τ mit
τ = R.C.
0.915.τ with
τ = RC
Aus der Gleichung
From the equation
d. h.
1 : 250 kHz = 0,915.R.C
ergibt sich mit C = 0,68 µF für den Widerstand R:
R = 6,4 Ohm.ie
1: 250 kHz = 0.915.RC
with C = 0.68 µF for resistance R:
R = 6.4 ohms.
Der verwendete, zu messende Widerstand 46, welcher einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur bspw. im Bereich zwischen +15°C und +100°C vorgesehen sein soll, sollte seinen elektrischen Widerstand also um mindestens ungefähr 6 Ohm/0,1 K ändern. Diese Bedingung ist von handelsüblichen PTC-Widerständen bzw. von einem PT1000- Widerstand nicht erfüllbar, weil diese wegen ihrer niedrigen Absolutwiderstände eine Größenordnung zu niedrig liegen. NTC-Widerstände sind jedoch zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung geeignet.The resistance 46 to be measured, which is to be provided with a temperature sensor for measuring a temperature, for example in the range between + 15 ° C. and + 100 ° C., should therefore change its electrical resistance by at least approximately 6 ohms / 0.1 K. This condition cannot be met by commercially available PTC resistors or a PT1000 resistor because these are an order of magnitude too low due to their low absolute resistances. However, NTC resistors are suitable for use in the circuit device according to the invention.
Der zweite Referenzwiderstand 48 wird bei der
erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung 10 z. B. derartig
gewählt, daß der Maximalstrom durch den vierten
Schaltanschluß 20 noch - wie bereits weiter oben erwähnt
worden ist - im Ohm'schen Bereich liegt. Der Ohm'sche
Bereich endet bei einem handelsüblichen 4-bit
Microcontroller 12 der oben genannten Art bspw. bei etwa
3 mA. Bei einer Versorgungs-Gleichspannung von z. B. 3 V
errechnet sich somit für den zweiten Referenzwiderstand 48
ein Widerstandswert von
The second reference resistor 48 will be such in the inventive circuit means 10th B. selected such that the maximum current through the fourth switching connection 20 is still - as already mentioned above - in the ohmic range. The ohmic range ends in a commercially available 4-bit microcontroller 12 of the type mentioned above, for example at about 3 mA. With a DC supply voltage of z. B. 3 V thus calculates a resistance value of for the second reference resistor 48
Rref2 = 3 V : 3 mA = 1 k Ohm.R ref2 = 3 V: 3 mA = 1 k ohm.
Der erste Referenzwiderstand 44 sollte auf der
logarithmischen Achse des Funktionszusammenhanges zwischen
Widerstandswert und Temperatur wenigstens annähernd in der
Mitte des gegebenen Widerstandswertebereiches liegen, was
im konkreten Ausführungsbeispiel für den ersten
Referenzwiderstand bspw.
The first reference resistor 44 should lie on the logarithmic axis of the functional relationship between the resistance value and the temperature at least approximately in the middle of the given resistance value range, which in the specific embodiment example for the first reference resistor.
Rref = 15 k Ohm
R ref = 15 k ohms
ergibt.results.
Der Komparator 50 ist erforderlich, um die Reproduzierbarkeit der Schaltschwelle sicherzustellen. Würde man bspw. direkt den Unterbrecheranschluß 22 des Microcontrollers 12 benutzen, so müßte wegen der möglichen internen Verseuchung der Versorgungsspannung mit einem nicht reproduzierbaren Verhalten der Schaltschwelle gerechnet werden. Ist auch die externe Versorgungsspannung verseucht, ist es zweckmäßig, die Versorgungsleitung des Komparators 50 zu filtern. Besonderes Augenmerk ist auf die Leckstromarmut des Komparatoreingangs zu richten.The comparator 50 is required to ensure the reproducibility of the switching threshold. If the interrupter connection 22 of the microcontroller 12 were used directly, for example, because of the possible internal contamination of the supply voltage, a non-reproducible behavior of the switching threshold would have to be expected. If the external supply voltage is also contaminated, it is expedient to filter the supply line of the comparator 50 . Particular attention should be paid to the low leakage current of the comparator input.
Die erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung 10 weist die Vorteile auf, daß bei Anwendung entsprechender Temperatursensoren bspw. im Temperaturbereich zwischen +15°C und +100°C eine Temperaturauflösung von < 0,1 K und ein Meßfehler von < 0,1 K realisierbar ist. Im Temperaturbereich von -15°C bis +130°C kann eine etwas geringere Meßgenauigkeit zulässig sein. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein maskenprogrammierbarer Standard-Microcontroller 12 verwendbar ist, der vergleichsweise preisgünstig zur Verfügung steht. Bei entsprechender Dimensionierung unter Verwendung geeigneter Bauelemente ergibt sich der weitere Vorteil einer äußerst geringen mittleren Stromaufnahme von z. B. größenordnungsmäßig 10 µA, so daß nicht auswechselbare, fest installierte Langzeitbatterien z. B. während einer Zeitspanne von ca. 11 Jahren die Energiequelle bilden können. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung bestehen im minimierten Kostenaufwand für die zur Anwendung gelangenden Komponenten, in den geringen Herstellungskosten sowie im geringen Platzbedarf, so daß sich die erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung bspw. bei der Konzeptionierung eines elektrischen Heizkostenverteilers anwenden läßt.The circuit device 10 according to the invention has the advantages that when appropriate temperature sensors are used, for example in the temperature range between + 15 ° C. and + 100 ° C., a temperature resolution of <0.1 K and a measurement error of <0.1 K can be achieved. In the temperature range from -15 ° C to + 130 ° C, a slightly lower measuring accuracy may be permissible. Another advantage is that a mask-programmable standard microcontroller 12 can be used, which is comparatively inexpensive. With appropriate dimensioning using suitable components, there is the further advantage of an extremely low average current consumption of z. B. order of magnitude 10 µA, so that non-replaceable, permanently installed long-life batteries z. B. can form the energy source for a period of about 11 years. Further advantages of the circuit device according to the invention consist in the minimized cost for the components used, in the low manufacturing costs and in the small space requirement, so that the circuit device according to the invention can be used, for example, in the design of an electrical heat cost allocator.
Claims (6)
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|---|---|---|---|
| DE19944420998 DE4420998C2 (en) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | Circuit device for the precise measurement of an electrical resistance |
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Publications (2)
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| DE4420998A1 DE4420998A1 (en) | 1995-12-21 |
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| DE19944420998 Expired - Fee Related DE4420998C2 (en) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | Circuit device for the precise measurement of an electrical resistance |
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