DE1448968B1

DE1448968B1 - Transmitter with a circuit of strain-sensitive resistors arranged on an expansion body

Info

Publication number: DE1448968B1
Application number: DE19641448968
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr-Ing Horn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-12-23
Filing date: 1964-12-23
Publication date: 1971-02-04

Description

Bei einem Meßwertgeber mit einer Schaltung dehnungsabhängiger Widerstände, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, die auf einem Dehnungskörper angeordnet sind, hat die auf den Körper einwirkende Meßgröße, sei es eine Kraft, ein Druck, ein Drehmoment od. dgl., primär eine Materialspannung im Dehnungskörper zur Folge. Die Spannung bewirkt eine Dehnung des Körpers, die über die dehnungsabhängigen Widerstände als Widerstandsänderung in Er, cheinung tritt. Die Dehnung des Körpers ist mit der durch die Meßgröße aufgebrachten Spannung über den temperaturabhängigen Elastizitätsmodul verknüpft. In the case of a transducer with a circuit of strain-dependent resistors, For example, strain gauges that are arranged on a strain body, has the measurand acting on the body, be it a force, a pressure, a torque or the like, primarily a material stress in the expansion body result. The voltage causes a stretching of the body, which is called via the stretch-dependent resistances Change in resistance occurs. The stretching of the body is with the through the measured quantity applied stress over the temperature-dependent modulus of elasticity connected.

Bei praktisch verwendeten Dehnungskörperwerkstoffen nimmt aus diesem Grunde die Materialdehnung im üblichen Temperaturbereich bei gegebener Beanspruchung durch die Meßgröße um etwa 0,3 olol 10"C zu. Um etwa diesen Wert ändert sich auch die unbelastete Ausgangsspannung einer ausschließlich aus dehnungsabhängigen Widerständen gebildeten Brückenschaltung, sofern die dehnungsabhängigen Widerstände als temperaturinvariant angenommen werden. Die Ausgangs- oder Meßspannung wird dabei auf die Speisespannung der Brückenschaltung bezogen. In the case of practically used expansion body materials, this increases Basically the material expansion in the usual temperature range for a given load by about 0.3 olole 10 "C. This value also changes by about this value the unloaded output voltage of an exclusively strain-dependent resistance formed bridge circuit, provided the strain-dependent resistances as temperature invariant be accepted. The output or measurement voltage is applied to the supply voltage related to the bridge circuit.

Es ist bekannt, diese Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung durch einen Serienwiderstand im Speisekreis der Brückenschaltung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, einem sogenannten Kaltleiter zu kompensieren. Die Temperaturabhängigkeit des Verhältnisses der Brückenschaltungsausgangsspannung zum Brückenspeisestrom wird durch diese bekannte Maßnahme jedoch nicht beeinflußt, weil der Speisestrom der Serienschaltung des Kaltleiters und der Brücke mit dem Speisestrom der Brücke allein identisch ist. This temperature dependence of the output voltage is known by a series resistance in the supply circuit of the bridge circuit with a positive one To compensate for temperature coefficients, a so-called PTC thermistor. The temperature dependence the ratio of the bridge circuit output voltage to the bridge supply current by this known measure, however, not affected because the feed current of the Series connection of the PTC thermistor and the bridge with the supply current of the bridge alone is identical.

Insbesondere ist es aus der USA.-Patentschrift 3 203 223 bekannt, temperaturempfindliche Kompensationswiderstände in Reihenschaltung bzw. in Parallelschaltung zum Brückeneingang einer Meßbrücke anzuordnen. In particular, it is known from US Pat. No. 3,203,223, temperature-sensitive compensation resistors in series or in parallel to be arranged at the bridge entrance of a measuring bridge.

Für Brückenschaltungen, bei denen ein eingeprägter Speisestrom angewendet wird, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um auch das Verhältnis Speisestrom-Bräckenausgangsspannung temperaturinvariant zu machen. For bridge circuits where an impressed supply current is used special measures must be taken to ensure that the ratio of the supply current to the bridge output voltage to make temperature invariant.

Die Erfindung geht von einem Meßwertgeber mit einer auf einem Dehnungskörper angeordneten Brükkenschaltung dehnungsempfindlicher Widerstände und mit Hilfe von temperaturabhängigen Widerständen parallel oder in Serie zur Speisediagonalen der Brückenschaltung kompensiertem Einfluß der Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls des Dehnungskörperwerkstoffs auf die Spannung in der Brückenmeßdiagonalen aus. The invention is based on a transducer with one on an expansion body arranged bridge circuit of stretch-sensitive resistors and with the help of temperature-dependent resistances in parallel or in series with the feed diagonal of the Bridge circuit compensated influence of the temperature dependence of the modulus of elasticity of the expansion body material on the stress in the bridge measurement diagonal.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Brückenausgangsspannung zum Speisestrom und das Verhältnis der Brückenausgangsspannung zur Brückenspeisespannung der Brückenschaltung der dehnungsabhängigen Widerstände mit Hilfe von einem Serienwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten und einem Parallelwiderstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten vor der Speisediagonalen der Brückenschaltung temperaturinvariant gemacht ist. The invention is characterized in that the ratio of Bridge output voltage to supply current and the ratio of the bridge output voltage for the bridge supply voltage of the bridge circuit of the strain-dependent resistors with the help of a series resistor with a positive temperature coefficient and a Parallel resistance with a negative temperature coefficient in front of the feed diagonal the bridge circuit is made temperature-invariant.

Für die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Brückenschaltung und dem Speisestrom ergibt sich der folgende Ausdruck Pr M Um = KI. Isp(1 + c#). (1) Rp + Rv0(1 + d#) + R MNenn Darin bedeutet Um die Ausgangsspannung, Isp der Speisestrom, M die Meßgröße, die auf den Dehnungskörper einwirkt, K eine Proportionalitätkonstante, c der Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls, d der Temperaturkoeffizient eines temperaturabhängigen Serienwiderstandes Rv. Mit 6 ist die Temperaturänderung bezeichnet. Die Bedeutung der Widerstände Rp und R geht aus der F i g. 1 der Zeichnung hervor. For the relationship between the output voltage of the bridge circuit and the feed current results in the following expression Pr M Um = KI. Isp (1 + c #). (1) Rp + Rv0 (1 + d #) + R MNenn where Um means the output voltage, Isp means the supply current, M is the measured variable that acts on the expansion body, K is a constant of proportionality, c is the temperature coefficient of the modulus of elasticity, d is the temperature coefficient a temperature-dependent series resistance Rv. With 6 is the temperature change designated. The meaning of the resistors Rp and R can be seen from FIG. 1 of the drawing emerged.

Durch die Wahl eines Serienwiderstandes mit einem positiven Koeffizienten und eines Parallelwiderstandes mit einem negativen Koeffizienten ergibt sich eine einfach unendliche Schar von Kombinationsmöglichkeiten der temperaturinvarianten Ausbildung des Verhältnisses zwischen Ausgangsspannung und Speisestrom. By choosing a series resistor with a positive coefficient and a parallel resistance with a negative coefficient results in a simply an infinite number of possible combinations of the temperature invariants Formation of the relationship between output voltage and supply current.

Dies wird durch den Ausdruck R+Rvo c R+Rvo+Rwo c+d (5) dargestellt. Eine dieser Kombinationen, bei der die Größe des Serienwiderstandes folgender Bedingung entspricht Rvo = c (6) Rv0+R d bietet den Vorteil, auch bezüglich des Verhältnisses der Ausgangsspannung zur Speisespannung temperaturinvariant zu sein und gleichzeitig auf der Sreiseseite einen temperaturunabhängigen Eingangswiderstand zu bieten. Mittels zusätzlicher temperaturunabhängiger Vor- und Parallelwiderstände kann daher eine derart kompensierte Grundschaltung auch auf vorgegebene Normwerte für die Speisespannung und den Speisestrom abgeglichen werden. Die Größe des temperaturabhängigen Parallewiderstdes Rp0 ergibt sich durch Einsetzen der Bedingung (6) in den davor stehenden Ausdruck (5) zu Zur Verwirklichung der Schaltung bietet sich auch die Vertauschung des Serienwiderstandes und des Parallelwiderstandes in ihrer Reihenfolge an. Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele in den F i g. 1 und 2 erläutert.This is represented by the expression R + Rvo c R + Rvo + Rwo c + d (5). One of these combinations, in which the size of the series resistance corresponds to the following condition: Rvo = c (6) Rv0 + R d, offers the advantage of being temperature-invariant with regard to the ratio of the output voltage to the supply voltage and at the same time offering a temperature-independent input resistance on the Sreis side. By means of additional temperature-independent series resistors and parallel resistors, a basic circuit compensated in this way can therefore also be adjusted to predefined standard values for the supply voltage and the supply current. The size of the temperature-dependent parallel resistance Rp0 is obtained by inserting the condition (6) into the preceding expression (5) To implement the circuit, it is also possible to interchange the series resistance and the parallel resistance in their order. The invention is illustrated by two exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2 explained.

In F i g. 1 sind sowohl der Serienwiderstand R0 als auch der Parallelwiderstand Rp vor der Speisediagonalen der Brückenschaltung der Widerstände R temperaturabhängig. Vor diesen Widerständen sind in der Speisezuleitung ein weiterer Serienwiderstand und ein Parallelwiderstand, die beide temperaturunabhängig sind, eingezeichnet. Diese temperaturunabhängigen Widerstände dienen dazu, die Gesamtschaltung auf vorgegebene Normwerte für Speisespannung und Speisestrom abzugleichen. In Fig. 1 are both the series resistance R0 and the parallel resistance Rp in front of the feed diagonal of the bridge circuit of the resistors R depends on the temperature. In front of these resistors there is another series resistor in the feed line and a parallel resistor, both of which are independent of temperature, are shown. These temperature-independent resistors are used to complete the circuit given Adjustment of standard values for supply voltage and supply current.

In der F i g. 2 ist eine Variante dargestellt, bei der der Serienwiderstand Ru und der Parallelwiderstand Rp, die beide temperaturabhängig sind, einfach gegenüber der F i g. 1 hinsichtlich ihrer Reihenfolge vertauscht sind. In FIG. 2 shows a variant in which the series resistance Ru and the parallel resistance Rp, both of which are temperature-dependent, are simply opposite the F i g. 1 are reversed in terms of their order.

Claims

Claims: 1. Transmitter with one on an expansion body arranged bridge circuit of strain-sensitive resistors and with the help of temperature-dependent resistances in parallel or in series with the feed diagonal of the Bridge circuit compensated influence of the temperature dependence of the modulus of elasticity of the expansion body material on the tension in the bridge measurement diagonal, thereby characterized in that the ratio of the bridge output voltage (Um) to the supply current (Esp) and the ratio of the bridge output voltage (Um) to the bridge supply voltage (Usp) of the bridge circuit of the strain-dependent resistances (R) with the help of a series resistor (Rv) with a positive temperature coefficient and a parallel resistor (Rp) with a negative temperature coefficient in front of the feed diagonal of the bridge circuit is made temperature invariant.

2. Transmitter according to claim 1, characterized in that the Series resistance (Rv) behind the parallel resistance as seen from the bridge supply diagonal (Rp) lies.