DD159279A3

DD159279A3 - Schaltungsanordnung zur stabilisierung von stroemen in messumformern

Info

Publication number: DD159279A3
Application number: DD22948181A
Authority: DD
Inventors: Hans-Ulrich Felgentreff; Frank Ehrlich; Juergen Rakoczy; Peter Strutz; Guenter Mohs; Monika Stange
Original assignee: Felgentreff Hans Ulrich; Frank Ehrlich; Juergen Rakoczy; Peter Strutz; Guenter Mohs; Monika Stange
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1983-03-02
Also published as: DE3206713C2; DE3206713A1

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ausfuehrungen zu vermeiden und insgesamt eine kostenguenstigere Fertigung bei geringerer Bauelementeanzahl zu ermoeglichen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Stroemen in Messumformern zu realisieren, wobei die Ableitung des Grundstromes aus dem um ein Vielfaches stabileren Messbrueckenstromes erfolgen soll und gleichzeitig eine unproblematische Erzeugung der bipolaren Versorgungsspannung fuer Operationsverstaerker ermoeglicht wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass zur 4 mA-Grundstromstabilisierung eine Doppelstromquelle in Stromspiegeltechnik eingesetzt ist, die aus einem Teilstrom eine Messbereichsschaltung und eine Generatorschaltung und aus einem anderen Teilstrom ein Referenzelement, das parallel zu einer Mittenspannungserzeugung geschaltet ist, speist, wobei die erzeugte Mittenspannung als Bezugspotential fuer die Messbereichsschaltung eingesetzt ist. Die vorliegende Erfindung ist in Messumformern, vorzugsweise in Zweileitertechnik, mit stromgespeisten Messbruecken verwendbar.

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern

Anwendungsgebiet der Erfindung.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern, vorzugsweise in Zweileitertechnik, mit strotngespeisten Meßbrücken, die nach dem Kompensationsbetrieb arbeiten.

Charakteristik der bekannten; Lösungen In Zv/eileitermeßumformern mit life-zero-Ausgangsstromsignalen wird neben einer 4 mA-Grundstromstabilieierung ein stabilisierter Strom für den Meßbereich (im-weiteren als Meßbrückenstrom bezeichnet) und eine bipolare Versorgungsspannung für Operationsverstärker und Generatoren benötigt.

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Es sind bereits Schaltungsanordnungen zur Stabilisierung von Strömen in Zweileitermeßumformern bekannt . - · . In einer Ausführungsform, wird der 4 mA-Grundstrom insgesamt stabilisiert und durch ein Referenzelement, vorzugsweise Z-Dioden, geleitet.

Parallel zum Referenzelement werden die Operationsverstärkerversorgung und die Meßschaltung geschaltet* Für die Meßbrückenspeisung wird hierbei entweder eine zusätzliche Strom- oder Spannungsquelß aufgebaut, oder die am Referenzelement anliegende Spannung direkt genutzt, (siehe Katalog "Industrie Automation 1979/80 Meß- und Regelungstechnik" Philips) Die Stabilität des 4 mA-Grundstroms wird durch den ..,Aufwand in der Stromquelle bestimmt. Die Stromquelle jbenötigt einen zusätzlichen Spannungshub, der zur Erhöhung der Klemmspannung des gesamten Zweileitermeßumformers führt.

Pur Präzisionsanwendungen des Zweileitermeßumformers ist neben der zusätzlichen aufwendigen 4 mA-Grundstromstabili· sierung ein noch größerer Aufwand für die Meßbrückenspeisung notwendig, da' die Stabilität der Meßbrücken-Speisung direkt das Ausgangssignal beeinflußt, (siehe Katalog "Y-Tronik" 1979, Elektronische Prozeßregelsystem) «

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Referenzspannung erzeugt, die einen konstanten Stromverbrauch aufweist. Alle Stromverbraucher sind parallel zu dieser Referenzspannung geschaltet..

Die Teilströme v/erden am Kompensationswiderstand wieder summiert, und der nachgeschaltete Verstärker (in der Regel ein Chopperverstärker) hält den Spannungsabfall am Kompensationswiderstand· konstant. Die bei dieser Methode eingesetzten Meßbrücken müssen spannungsgespeist und funktionsbedingt in einem Brückenzweig hochohmig sein, um den Einfluß des -Teilstromes,

der nicht über dem Kotnpensationswiderstand fließt, klein zu halten« Dieser nicht stabilisierte Brückenzweigstrom ist von der Stabilität der'Referenzspannung abhängig»

Zusätzlich müssen neben der Meßbrücke alle anderen Stromverbraucher, wie Verstärker und Generator, strombegrenzt sein, um eine gegenseitige Beeinflussung zu verhindern.

Die Stabilität des nach dieser Methode erzeugten Zweile meßumfcrmergrundstromes ist in erster Linie durch die Stabilität der Referenzspannung bestimmt. Auf eine Aussteuerabhängigkeit des Verstärkerstromes muß hierbei besonders geachtet werden, um keine Mitkopplung über dem Kompensationswiderstand zu erzeugen. Weiterhin können Operationsverstärker als direkte Gleichspannungsverstärker aufgrund der Gleichtaktproblei nicht unmittelbar eingesetzt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und unter Verwendung einer geringeren Bauelementeanzahl eine kostengünstigere Fertigung zu ermöglichen«

Der nützliche Effekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch Verminderung des Bauelementeaufwarides das Bguvolumen und der Platzbedarf bedeutend verkleiner wird. Die Zuverlässigkeit der Gesamtschaltung wird damit ebenfalls erhöht.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungstechnik wird eine kleinere Klemmspannung für den Zweileitermeßumformer und eine günstigere Ausnutzung des 4 mA~Grundstromes zur Meßbrücken- und Generatorspeisung erreicht. Der Einsatz von Operationsverstärker-η ist ohne Gleichtaktprobleme möglich, und die bipolare Versorgungsspanni zur Speisung der Operationsverstärker kann einfach er~ zeugt werden»

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Ein weiterer nützlicher Effekt der Erfindung besteht darin, daß die Stabilität des 4 mA-Grundstromes gegenüber Temperatureinflüssen im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungsanordnungen wesentlich verbessert ist und somit die Verstärkung kleinerer Meßspannen durch einen Zweileitermeßumformer mit sehr kleinen Temperaturzusatzfehlern möglich ist«

Weiterhin besteht ein nützlicher Effekt darin, daß der Meßbrückenstrom gleichzeitig zur Speisung des Generators für den Chopperverstärker ausgenutzt wird und somit eine bessere Ausnutzung des Grundstromes erfolgt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenen Erfindung besteht darin, daß durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowohl Chopperverstärker als auch direkte Gleichspannungsverstärker zur Verarbeitung des Meßsignals eingesetzt werden können.

Besonders vorteilhaft wirkt es sich aus, daß die zur Widerstandstransformation eingesetzte Meßbrücke stromgespeist ist, sie dadurch niederohmig ausgele gt werden kann und zur Leitungswiderstandsunter-drückung für Dreileiterschaltungen einsätzfähig ist.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern zu realisieren, wobei die Ableitung des Gpundstromes aus dem um ein Vielfaches stabileren Meßbrückenstrom erfolgen soll und gleichzeitig eine 'unproblematischa Erzeugung der bipolaren Versorgungsspannung'für Operationsverstärker ermöglicht wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zur 4 mA-Grundstromstabilisierung eine Doppel stromquelle (V eingesetzt ist, wobei aus einem Teilstr-om die Meßbereichsschaltung und eine Generatorschaltung, und aus dem anderen Teilstrom ein Referenzelement, das parallel zu einer Mittenspannungserzeugung geschaltet ist, gespeist wird, wobei dieerzeugte Mittenspannungals Bezugspotential für die Meßbereichsschaltung eingesetzt ist.

Die Doppelstromquelle ist in Stromspiegeltechnik aufgebaut, so daß alle Teilströme aus einem Grundstrom abgeleitet werden können.

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Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden· Dabei zeigen Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Fig. 2 die erfindungsgetnäße Ausführung der Doppelstromquelle. Aus der Doppelstromquelle 1, die als Dreipol aufgebaut ist, wird ein T_eilstrom zur Speisung der Meßbereichsschaltung 2 und gleichzeitig zur Versorgung einer Generatorschaltung 3 eingesetzt. Der zweite Teilstrom erzeugt an einem Referenzelement 4, beispielsweise einer Z-Diode, eine Referenzspannung. Parallel zum Referenzelement 4 ist eine Mittenspannungserzeugung 5 angeordnet, die beispielsweise aus einer Elektrometerschaltung bestehen kann, und die Referenzspannung in die bipolare Spannung aufteilt, wobei beide Teil spannungen gleich groß sind.. Die Mittenspannung ist mit dem Anschluß der Meßbereichsschaltung 2 und der Generatorschaltung 3 verbunden. Zur Operationsverstärkerspeisung wird die Spannung am Referenzelement 4 genutzt, wobei die Mittenspannung, auf die die Meßbereichsschaltung 2 bezogen ist, durch die Mittenspannungserzeugung 5 bereitgestellt wird. Grundelement der Doppelstromquelle ist der Stromspiegel, bestehend aus den Transistoren 9, 10 und 11, in deren Emitterleitungen jeweils die Widerstände 6, 7 und 8 zur Stromaufteilung angeordnet sind. Transistor 12, Widerstand 13 und Referenzelement 14 bilden eine Konstantstromquelle. Der Kollektor von Transistor 12 ist mit dem Transistor 10 verbunden. Über dem Transisotr 9 wird ein Konstantstrom zur Speisung des Referenzelementes 14 bereitgestellt. Der Konstantstrom des Transistors 11 dient zur Operationsverstärkerversorgung ;, Zur Speisung der Meßbereichsschaltung 2 wird der Konstantstrom des Transistors 12 und der konstante Speisestrom des Referenzelementes 14 genutzt,

Claims

Er f-i nd ung.s a ns pruc h

1. Die Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern, vorzugsweise in Zweileitertechnik, mit stromgespeisten Meßbrücken ist dadurch gekennzeichnet, daß an einem Pol einer Doppelstromquelle (1) eine Meßbereichsschaltung (2) und eine Generatorschaltung (3) in Reihe geschaltet sind, und am anderen Pol der Doppelstromquelle (1) ein Referenzelement (4) geschaltet ist, wobei parallel zum Referenzelement (4) eine Mittenspannungserzeugung (5) angeordnet ist und weiterhin die Kittenspannung (16) an die Verbindungs-

V.J leitung zwischen der Meßbereichsschaltung (2) und

Generatorschaltung (3) angelegt ist und das Referenzelement (4) mit einem Pol mit dem freien Pol der Generatorschaltung (3) verbunden ist.
2. Die Schaltungsanordnung nach Punkt 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß an einem gemeinsamen Einspeisepunkt (15) der Doppelstromquelle (1) je ein Pol der Widerstände (6, 7) und (8) anliegt, und am anderen Pol des Widerstandes (6) der Emitter des Transistors (9) geschaltet ist und in gleicher Weise Widerstand (7) mit Transistor (10) und Widerstand (8) mit Transistor

_r-,^ (11) verbunden sind, während die Basisanschlüsse der

""--'' Transistoren (9, 10) und (11) untereinander und mit

dem Kollektor des Transistors (10) sowie gleichzeitig mit dem Kollektor des Transistors (12) verbunden sind, wobei der Kollektor des Transistors (9) tnit der Basis von Transistor (12) und einem Pol des Referenzelementes (14) verbunden sind, und der Widerstand (13) mit einem Anschluß am Emitter des Transistors (12) und der andere Anschluß mit dem freien Pol des Referenzelementes (14) geschaltet ist.

HlefHL^L,Seiten Zeichnungen