NO142463B - Maalekrets. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrisk målekrets for måling av to elektriske størrelser som varierer praktisk talt symmetrisk i forhold til hverandre og særlig en målekrets for bruk i forbindelse med en mekanisk/elektrisk transduktor utstyrt med minst to strekklapper som er anbragt på hver sin side av en nedbøybar bladfjær.

Den elektriske størrelsen som skal måles, er da motstanden i strekklappene til en transduktor i henhold til norsk patent nr.

131 808. Det kan imidlertid være helt andre elektriske størrelser som skal måles, slik som f.eks. spenninger, eller strømmer i ulike instrumenter. Målekretsen i henhold til oppfinnelsen vil være an-vendelig for alle oppgaver i forbindelse med å måle to elektriske verdier som varierer symmetrisk omkring en middelverdi.

Som eksempler på tidligere kjente løsninger kan vises til US patent nr. 3.518.886 hvorfra det er kjent å benytte en brokrets med forsterker for evaluering av spenningene generert i to strekklapper som er diamentralt motsatt festet til en nedbøybar bladfjær. Likeledes kan det vises til US patent nr. 3.178.938 som oppviser

en beslektet løsning.

I praksis viser det seg imidlertid at alle kjente løsninger

gir kretser som er svært kritiske og ustabile i sin drift. Dersom kretsene skal benyttes i laboratoriemiljø vil man kunne ta hensyn til de feilkilder som foreligger ved å kompensere for disse enten ved å ta bestemte forholdsregler til korte, avskjermede ledninger, stabile temperaturforhold o.l. under målingene eller ved å ta hensyn til feilkildene under beregningen av resultatene. Når slikt måleutstyr derimot skal benyttes ved byggeplasser eller i annet industrielt rniljø, vil det nærmest være nødvendig at selve målekretsen er bygget opp slik at den i best mulig grad eliminerer ytre feilkilder.

For tidligere kjent utstyr har det alltid vært vanskeligheter med justering for indikering av likevekt mellom to trykk. Likeledes har det vært vanskelig å foreta kalibrering av utstyret og unøyaktigheter har lett oppstått.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveie-bringe en målekrets av ovennevnte type som ikke er beheftet med

de ovennevnte ulemper.

Dette oppnås ved å utforme målekretsen i overensstemmelse med

de nedenfor fremsatte patentkrav.

For å gi en klarere forståelse av oppfinnelsen vises til neden-stående detaljerte bekrivelse av et utførelseseksempel og til den ledsagende figur 1.

I fig. 1 er strekklappene indikert som variable motstander

med referansenummer 23 og 24. En likespenning på mellom 22 og

80 olt kan tilveiebringes av spenningskilden 75. En belastnirigs-motstand 76 med utgangsklemmer 77 og 78 er anbragt i serie med spenningskilden.

Det frembringes en utgangsstrøm som er en funksjon av differen-sialtrykket som foreligger mellom de to strekklapper. Denne strøm-men tilføres over trådene 79 og 80. Da foreliggende krets er sterkt strømavhengig, må trådene 70 og 80 kunne være av vilkårlig lengde uten at utgangssignalet vil bli merkbart påvirket.

En diode 81 er koblet i serie med spenningskilden 75 for å be-skytte kretsen dersom spenningskilden 75 blir tilkoblet med feil pola-ritet. Kretsen som befinner seg innenfor den stiplede linje 82, kan være en konvensjonell spenningsregulator. Denne kretsen omfatter transslstorene 83 og 84, zener-diodene 85, 86 og 87, en kondensator 88 og motstandene 89, 90, 91 og 92.

En konvensjonell differensialforsterker ér vist ved 93 og er tilkoblet broen 94. Forsterkeren 93 har sin plussinngang tilkoblet potensiometeret 96 over en motstand 97. Potensiometeret 96 har en vikling 98. Et hjørne av brokretsen er kontaktpunktet mellom slepekontakten 95 og viklingen 98. Et annet hjørne av brokretsen er koblingspunktet 99. De to øvrige hjørner av brokretsen er koblingspunktene 100 og 101.

En motstand 102 forbinder det positive koblingspunkt 103 til koblingspunkt 100. En motstand 104 er koblet mellom punkt 101 og punkt 105. Forsterkeren 93 har en minusinngang fra punkt 99 gjennom motstandene 106 og 107. En gren av brokretsen omfatter potensiometeret 96 som er shuntet av motstand 108, samt strekklapp 24 og motstandene 109 og 110. En annen gren av broen omfatter potensiometeret 96, motstand 108, strekklapp 23 og motstand 111. En ytterligere gren av brokretsen omfatter motstand 112 og den siste brogrenen omfatter motstand 113.

En positiv tilbakekobling skjer over motstand 114 fra punkt 115 til punkt 116. En negativ tilbakekobling skjer over motstand 117 fra punkt 118 til punkt 119. En av motstandene 114 og 117 vil alltid være passiv som forklart nedenfor.

Diodene 119 og 120 er koblet fra utgangen til forsterker 93 til basis 121 på transistor 122 med kollektor 123 og emitter 124. Transistoren 122 og transistorene 125 og 126 blir alle tre koblet som emitterfølgere. Transistoren 122 har en emittermotstand 127 og på tilsvarende måte har transistorene 125 og 126 emittermotstander 128

og 129. En motstand 130 er koblet fra knutepunktet 131 mellom motstandene 128 og 129 til et negativt koblingspunkt 132.

Motstandene 133, 134, 135 og 136 samt en variabel motstand 137 danner en tilbakekoblingskrets til den negative inngang til forsterkeren 93 fra punkt 138. En motstand 139 er koblet fra punkt 140 til det negative koblingspunkt 141. En motstand 142 er koblet fra punkt 143 til punkt 119. Ytterligere motstander er vist i fig. 1 av kon-struksjonshensyn. To av disse motstander er gitt referansenummeret 144 og 145. Motstanden 144 er valgt slik at den tilveiebringer en forutbestemt spenning ved utgangen av forsterker 93 ved romtemperatur og ved en fullstendig nedbøyning av bladfjæren når målekretsen benyttes i forbindelse med strekklapper bundet til en bladfjær.

Motstanden 145 er valgt slik at den vil korrigere for enhver temperaturforandring innen et forutbestemt temperaturområde. Om-fanget til dette temperaturområdet bestemmes ved å kortslutte motstand 145 og deretter måle følgende fire utganger fra forsterkeren 93. Utgangen måles for 0 avbøyning av bladf jaeren ved romtemperatur, deretter måles utgangen ved full avbøyning av bladfjæren ved romtemperatur, deretter måles utgangen ved 0 avbøyning ved for eksempel 100°C og til slutt måles utgangen ved full avbøyning ved samme temperatur, dvs. for eksempel 100°C. De angjeldende områder defineres som forskjellen mellom utgangen ved full avbøyning og 0 avbøyning fra forsterkeren 93. Dersom dette området ved romtemperatur avviker fra området ved 100°C, velges motstanden 145 slik at målområdet blir det samme ved de to temperaturer.

En av motstandene 109 og 111 er temperaturavhengig og har en positiv temperatur koeffisient. Den andre av disse to motstander er ikke temperaturavhengig. Motstandene 109 og 111 benyttes for å kompensere for et nullpunkt-forskyvning ved temperaturendringer.

Til å begynne med er motstandene 109 og 111 kortsluttet. Slepekontakten 95 på potensiometeret 96 blir deretter justert ved romtemperatur slik at det fås 0 utgang fra forsterkeren 93. Temperaturen endres deretter for å fastlegge størrelsen og fortegnet for nullpunktforskyvningen. Motstandene 109 og 111 blir deretter valgt slik at deres verdier opphever nullpunktforskyvningen og kortslutningene fjernes deretter.

Motstand 145 er en temperaturavhengig motstand. Motstand 146 er ikke temperaturavhengig. Den variable motstand 137 innstilles slik at man får fullt utslag på måleinstrumentet som registrerer utgangen fra forsterkeren 93 ved maksimal avbøyning av bladfjæren.

Motstandene 114 og 117 benyttes for å korrigere for ikke-lineære forhold. Bare en av motstandene 114 og 117 benyttes ad gangen.

Det er et særtrekk ved foreliggende oppfinnelse at strekklappene 23 og 24 er forbundet til bladfjæren ved hjelp av et tynt glasslag.

Forsterkeren 93 er av konvensjonell type. Således vil en økning i potensialet på plussinngangen forårsake en økning i utgangen når minusinngangen holdes konstant. En senkning av inngangsspenningen på plussiden forårsaker at utgangsspenningen fra forsterkeren synker dersom minusinngangen holdes konstant. Omvendt vil, dersom minusinngangen stiger mens plussinngangen holdes konstant, utgangssignalet avta og likeledes vil utgangssignalet stige når minusinngangen synker mens plussinngangen holdes konstant.

Avhengig av komponentene som benyttes i kretsen kan enkelte av motstandene som er vist i fig. 1 utelates eller kortsluttes når dette er nødvendig.

Koblingspunkt 105 er definert som kretsens jordpunkt selvom punkt 105 i virkeligheten ikke er koblet til jord.

For områdekompensasjonen som er tilveiebragt av motstandene

145 og 146 kan verdiene til disse motstander være valgt slik at:

hvor:

V f er forskjellen i potensialet mellom slepekontakten 95 og punkt 99 ved romtemperatur når bladfjæren blir fullt nedbøyet,

VQr er potensietiiorskjellen mellom slepekontakt 95 og punkt 99 ved romtemperatur når avbøyning av bladfjæren er 0,

V f, er potensialdifferansen mellom slepekontakt 95 og punkt 9 9 ved en forutbestemt temperatur som avviker fra romtemperaturen når bladfjæren blir fullt nedbøyet og,

VQd er potensialdifferansen mellom slepekontakt 95 og punkt 99 ved nevnte forutbestemte temperatur når bladfjæren ikke er avbøyet.

Claims (2)

1. Elektrisk målekrets omfattende en Wheatstone brokobling (94) med fire brogrener som er koblet mellom et første, et andre, et tredje og et fjerde knutepunkt (95, 100, 99 henholdsvis 101), og omfattende utstyr for å holde to diametralt motsatte knutepunkt (100, 101) på

forskjellige likespenningspotentialer, hvilken målekrets benyttes for måling av utgangen fra en mekanisk/ elektrisk omformer som omfatter en ensidig fastspent, nedbøybar bladfjær med strekklapper (23, 24) festet til sine to motstående flater, idet den ene strekklappen (23) inngår i en første brogren (23, 111, 98), mens den andre strekklappen (24) inngår i en tilstøtende fjerde brogren (24, 110, 96), at målekretsen dessuten omfatter en operasjonsforsterker (93) , hvis inngang er forbundet med det første (95) henholdsvis med det tredje (99) knutepunktet, mens en emitterfølgekrets (122, 125, 126) er koblet mellom operasjonsforsterkerens utgang og et negativt koblingspunkt (132, jord), karakterisert ved at emitterfølgekretsen som omfatter minst en transistor (125, 126) med sin tilhørende emittermotstand (128, 129) er koblet til det negative koblingspunkt (132 jord),, via en motstand (130), og er tilkoblet en tilbakekoblingskrets (133, 134, 135, 136, 137) til operasjonsforsterkerens (93) inngang, hvilken tilbakekoblingskrets over en spenningsdeler enten gir en positiv tilbakekobling over en motstand ( 114) til brokretsens andre knutepunkt (100) eller gir en negativ tilbakekobling over en annen motstand (117) til brogrenens fjerde knutepunkt (101).

2. Elektrisk målekrets ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre og den tredje brogren inneholder en andre (112) henholdsvis en tredje (113) motstand som har praktisk talt samme motstandsverdi.