DD206718A3

DD206718A3 - ARRANGEMENT FOR INDIRECT MEASUREMENT OF THE OUTPUT SIGNALS OF ELECTROMECHANICAL MEASUREMENT TRANSFORMERS

Info

Publication number: DD206718A3
Application number: DD23134881A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Naumann; Winfried Bennemann; Juergen Wehrle
Original assignee: Leipzig Werkstoffpruefmasch
Priority date: 1981-07-01
Filing date: 1981-07-01
Publication date: 1984-02-01

Abstract

ANORDNUNG ZUR INDIREKTEN MESSUNG DER AUSGANGSSIGNALE ELEKTROMECHANISCHER MESSWERTWANDLER,INSBESONDERE ZUR MESSUNG VON KRAEFTEN. ZIEL DER ERFINDUNG IST EINE DRIFT- UND FEHLERARME VERARBEITUNG DIESER AUSGANGSSIGNALE. DIE TECHNISCHE AUFGABE VERLANGT EINEN GUTEN FREQUENZGANG BEI WEITESTGEHENDER UNTERDRUECKUNG VON NETZEINSTREUUNG UND GERINGEM SCHALTUNGSTECHNISCHEM AUFWAND. DIE LOESUNG BESTEHT DARIN, DASS DER GEGENKOPPLUNGSZWEIG DES MIT EINEM OPERATIONSVERSTAERKER ARBEITENDEN, DEM MESSWERTWANDLER NACHGESCHALTETEN MESSVERSTAERKER MIT DEM INVERTIERENDEN EINGANG DES OPERATIONSVERSTAERKERS UND, ALS STROMQUELLE, MIT EINEM VON ZWEI AUSGANGSANSCHLUESSEN DES MESSWERTWANDLERS VERBUNDEN IST, WOBEI DAS PRODUKT DES IN DIESEN AUSGANGSANSCHLUSS EINGESPEISTEN STROMES MIT DEM ENTSPRECHENDEN TEIL DES INNENWIDERSTANDES DES MESSWERTWANDLERS GLEICH IST DER ELEKTROMOTORISCHEN KRAFT DES MESSWERTWANDLERS UND WOBEI DIESE ELEKTROMOTORISCHE KRAFT, GEMESSEN AN BEIDEN AUSGANGSANSCHLUESSEN DES MESSWERTWANDLERS, PROPORTIONAL DER AUF DEN MESSWERTWANDLERS WIRKENDEN MECHANISCHEN GROESSE IST. EIN IM GEGENKOPPLUNGSZWEIG DES MESSVERSTAERKERS VORGESEHENER TEMPERATURABHAENGIGER MESSWIDERSTAND IST THERMISCH MIT DEM MESSWERTWANDLER GEKOPPELT.ARRANGEMENT FOR THE INDIRECT MEASUREMENT OF THE OUTPUT SIGNALS OF ELECTROMECHANICAL MEASUREMENT TRANSFORMERS, ESPECIALLY FOR THE MEASUREMENT OF CONTRACTS. OBJECTIVE OF THE INVENTION IS A DRIFT AND ERROR PROCESSING OF THESE OUTPUT SIGNALS. THE TECHNICAL TASK REQUIRES A GOOD FREQUENCY TRANSITION WHEN FURTHER SUPPRESSING SUPPLY NETWORK AND LOW CIRCUIT TECHNICAL EFFORT. THE SOLUTION IS THAT THE FEEDBACK BRANCH OF WITH A operational amplifier WORKING, THE READING CONVERTER DOWNSTREAM measuring amplifier to the inverting input OF OPERATIONSVERSTAERKERS AND, AS A POWER SOURCE WITH A TWO AUSGANGSANSCHLUESSEN OF READING CONVERTER CONNECTED, WHERE THE PRODUCT OF IN THESE OUT CONNECTOR current fed BY CORRESPONDING PART OF THE INTERMEDIATE RESISTANCE OF THE MEASUREMENT TRANSFORMER IS THE ELECTRIC MOTORITY OF THE MEASUREMENT TRANSFORMER AND WHERE THAT ELECTRIC MOTOR POWER, MEASURED AT EITHER OUTPUT CONNECTIONS OF THE MEASUREMENT TRANSFORMER, IS PROPORTIONAL OF THE MECHANICAL SIZE ACTING ON THE MEASUREMENT TRANSFORMERS. A TEMPERATURE-RELATED MEASURING RESISTOR PROVIDED IN THE COUNTER-COUPLING BRANCH OF THE MEASURING AMPLIFIER IS THERMALLY COUPLED WITH THE MEASURING VALUE CONVERTER.

Description

Inventor: ^ ^ Leipzig, 4.2.1983

Winfried Bennemann, Leipzig Gerhard.Naumann, Leipzig 3ürgen Wehrle, LeipzigWinfried Bennemann, Leipzig Gerhard.Naumann, Leipzig 3ürgen Wehrle, Leipzig

Authorized representative: Pat.-Ing. Ralf Seybold

im VEB Werkstoffprüfmaschinen Leipzigin VEB Werkstoffprüfmaschinen Leipzig

Operation of the VEB Werkzeugmaschinenkombinat

"Fritz Heckert""Fritz Heckert"

7030 Leipzig, AIfred-Kästner-Str. 697030 Leipzig, AIfred-Kästner-Str. 69

Anordnung zur indirekten Messung der Ausgangssignale elektromechanischer MeßwertwandlerArrangement for the indirect measurement of the output signals of electromechanical transducers

Field of application of the invention

Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich auf die indirekte Messung leistungsschwacher Ausgangssignale passiver elektro»· mechanischer Meßwertwandler· Als spezielles Anwendungsgebiet kommen Meßwertwandler zur Messung von Kräften in Betracht.The application of the invention extends to the indirect measurement of low-power output signals of passive electro-mechanical measured value transducers. Measurement transducers for measuring forces are considered as a special field of application.

Characteristic of the known technical solutions

Aus Kreuzer: "Digital-Kompensator DK 37 A^M in HBM Meßtechnische Briefe 16 (1980) Heft 1, Punkt 7.1 ist eine Anordnung bekannt, bei der elektromechanische Meßwertwandler mit einer stabilen Trägerfrequenz gespeist werden. Das Ausgangssignal kann dann unter Zwischenschaltung eines Trägerfrequenz-Meßverstärkers driftfrei mit hoher Genauigkeit verstärkt und in geeigneter Form zur Anzeige gebracht werden. Nachteilig bei die· ser Anordnung ist die Möglichkeit des Auftretens von Fehlern im Meßergebnis sowie ein erheblicher schaltungstechnischer Aufwand.From cruiser: "Digital Compensator DK 37 A ^M in HBM Messtechnische Letters 16 (1980) Issue 1, Item 7.1 is known an arrangement in which electromechanical transducer are fed with a stable carrier frequency.The output signal can then with the interposition of a carrier frequency sense amplifier A disadvantage of this arrangement is the possibility of the occurrence of errors in the measurement result and a considerable circuit complexity.

Weiterhin ist aus Brockhaus ABC Automatisierung, 1. Aufl. 1975, Stichwort "Goldberg-Schaltung" bekannt, elektromechanisch^ Meßwertwandler mit einer potentialfreien und stabilen Gleichspannung zu speisen, wobei das Ausgangssignal leistungslos abgegriffen und, beispielsweise durch einen Meßverstärker in Goldbergschaltung, verstärkt wird. Nachteilig ist auch hier sowohl die Möglichkeit des Auftretens von verfälschten Meßergebnissen als auch ein beträchtlicher Schaltungsaufwand·Furthermore, from Brockhaus ABC automation, 1st edition 1975, keyword "Goldberg circuit" known to feed electromechanically ^ Meßwertwandler with a floating and stable DC voltage, the output signal is tapped powerless and, for example, by a measuring amplifier in Goldberg circuit, amplified. Another disadvantage here is the possibility of the occurrence of falsified measuring results as well as considerable circuit complexity.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist eine drift- und fehlerarme Verarbeitung der Ausgangssignale elektromechanischer Meßwertwandler,The aim of the invention is a drift and low-error processing of the output signals of electromechanical transducer,

Explanation of the essence of the invention

Die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Mängel lassen sich auf folgende Ursachen zurückführen·The deficiencies described in the characteristics of the known technical solutions can be attributed to the following causes:

Im erstgenannten Beispiel verursacht eine zu niedrige Trägerfrequenz Fehler im Frequenzgang der Anzeige. Bei zu hoher Trägerfrequenz wird durch die dann nicht mehr vernachlässigbaren Schadkapazitäten des elektromechanischen Meßwertwandlers eine Präzisionsmessung erschwert. Zur Erreichung zufriedenstellender Meßergebnisse erfordert die beschriebene Anordnung umfangreiche schaltungstechnische Mittel» Im zweiten Beispiel sind kapazitiv verursachte Netzeinstreuungen nur schwer vermeidbar. Wenn auch das Goldbergprinzip eine saubere Verarbeitung sowohl von hochfrequenten als auch von niederfrequenten Meßsignalen gestattet, so wird doch ein Gemisch aus beiden, beispielsweise bei Rechtecksignalen in niederen Frequenzbereichen, stark fehlerbehaftet verstärkt· Befriedigende Meßergebnisse lassen sich nur mit beträchtlichem schaltungstechnischem Aufwand erreichen»In the former example, too low a carrier frequency causes errors in the frequency response of the display. If the carrier frequency is too high, precision measurement becomes more difficult due to the then no longer negligible harmful capacitances of the electromechanical transducer. In order to achieve satisfactory measurement results, the arrangement described requires extensive circuitry. "In the second example, capacitively caused network interference is difficult to avoid. Although the Goldberg principle allows a clean processing of both high-frequency and low-frequency measurement signals, but a mixture of both, for example, square wave signals in low frequency ranges, strongly error-prone reinforced · Satisfactory results can be achieved only with considerable circuit complexity »

Um diese Ursachen zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur indirekten Messung der Ausgangssignale elektromechanischer Meßwertwandler, wobei demTo eliminate these causes, the invention has the object, an arrangement for the indirect measurement of the output signals of electromechanical transducer, wherein the

potentialbehaftet an einer hochstabilen Gleichspannung anliegenden Meßwertwandler ein Meßverstärker mit einem Operationsverstärker nachgeschaltet ist« dessen Gegenkopplungszweig einen Gegenkopplungswiderstand und einen Meßwiderstand enthält, zu schaffen, die bei geringem schaltungstechnischem Aufwand einen guten Frequenzgang gewährleistet und bei der Netzeinstreuungen weitestgehend unterdrückt werden.potential-connected to a highly stable DC voltage applied transducer a sense amplifier is connected downstream of an operational amplifier «whose negative feedback path contains a negative feedback resistor and a sense resistor, which ensures a good frequency response with little circuitry effort and are suppressed as far as possible in the mains.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gegenkopplungszweig des Meßverstärkers mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und, als Stromquelle, mit einem von zwei Ausgangsanschlüssen des Meßwertwandlers verbunden ist, wobei das Produkt des in diesen Ausgangsanschluß eingespeisten Stromes mit dem entsprechenden Teil des Innenwiderstandes des Meßwertwandlers gleich ist der elektromotorischen Kraft des Meßwertwandlers und wobei diese elektromotorische Kraft, gemessen an beiden Ausgangsanschlüssen des Meßwertwandlers, proportional der auf den Meßwertwandler wirkenden mechanischen Größe ist und daß der temperaturabhängige Meßwiderstand thermisch mit dem Meßwertwandler gekoppelt ist,This object is achieved in that the negative feedback branch of the sense amplifier to the inverting input of the operational amplifier and, as a current source, is connected to one of two output terminals of the transducer, wherein the product of the current fed into this output terminal with the corresponding part of the internal resistance of the transducer is equal to the electromotive force of the transducer and this electromotive force, measured at both output terminals of the transducer, proportional to the mechanical value acting on the transducer and that the temperature-dependent measuring resistor is thermally coupled to the transducer,

embodiment

Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung*The accompanying drawing shows a schematic diagram of the inventive arrangement *

Der schematisch als Kraftmeßwandler, nach zweipoltheoretischen Überlegungen aufgegliedert, dargestellte Meßwertwandler 1 wird potentialbehaftet von einer hochstabilen Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) gespeist· Die beiden Ausgangsanschlüsse 1.1 und 1,2 des Meßwertwandlers 1 sind derart an den im Inverterbetrieb arbeitenden Operationsverstärker 2*1 des Meßverstärkers 2 angeschlossen, daß der Ausgangsanschluß 1.1 mit dem invertierenden (-) und der Ausgangsanschluß 1.2 mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers 2.1 verbunden ist« Beide Ausgangsanschlüsse 1.1 und 1.2 sind naturgemäß mit je einem Teil des Innenwiderstandes Ri 1 und Ri 2 des Meßwertwandlers 1 behaftet« Die Ausgangsleitung des Operationsverstärkers 2.1 führt sowohl zum Ausgangsanschluß U_m des Meßverstärkers 2 als auch im Gegenkopplungszweig Über den temDe-The transducer 1 shown schematically as a force transducer, broken down by two-pole theoretical considerations, is powered by a highly stable DC voltage source (not shown). The two output terminals 1.1 and 1.2 of the transducer 1 are connected to the operational amplifier 2 * 1 of the sense amplifier 2 operating in inverter mode connected, that the output terminal 1.1 with the inverting (-) and the output terminal 1.2 is connected to the non-inverting input (+) of the operational amplifier 2.1. "Both output terminals 1.1 and 1.2 are naturally each with a part of the internal resistance Ri 1 and Ri 2 of the transducer 1 affected "The output line of the operational amplifier 2.1 leads both to the output terminal U _{m of} the sense amplifier 2 and in the negative feedback branch About the temDe

raturabhängigen Meßwiderstand 2.2 und den Gegenkopplungswiderstand Rg zum Ausgangsanschluß 1.1 des Meßwertwandlers 1. Der temperaturabhängige Meßwiderstand 2.2 des Meßverstärkers 2 ist mit dem Meßwertwandler 1 thermisch verbunden«temperature-dependent measuring resistor 2.2 and the negative feedback resistor Rg to the output terminal 1.1 of the transducer 1. The temperature-dependent measuring resistor 2.2 of the measuring amplifier 2 is thermally connected to the transducer 1 «

Nach bekannter Wirkungsweise stellt sich die Ausgangsspannung eines Operationsverstärkers so ein, daß dessen Eingangsspannung zu Null wird. Infolgedessen fließt (im vorliegenden Beispiel) ein Strom vom Ausgang des Operationsverstärkers 2.1 über den Meßwiderstand 2.2 und den Gegenkopplungswiderstand Rg sowie, durch den Ausgangsanschluß 1.1, über den mit dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 2.1 verbundenen Teil Ri 1 des Innenwiderstandes des Meßwertwandlers 1 gegen Masse· Dabei nimmt dieser Strom eine solche Größe an, daß das P_rodukt dieses Stromes mit dem Teil Ri 1 des Innenwiderstandes des Meßwertwandlers 1, der mit dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 2.1 verbunden ist, gleich ist der elektromotorischen Kraft (EMK) des Meßwertwandlers 1. Diese EMK E₂ - E₁, gemessen an den beiden Ausgangsanschlüssen 1.1 und 1.2 des Meßwertwandlers 1, ist proportional der auf den Meßwertwandler 1 wirkenden mechanischen Größe. Vereinfacht dargestellt, speist der Meßverstärker 2 einen Strom in den Ausgangsanschluß 1.1 des Meßwertwandlers 1, wobei der Spannungsabfall, den dieser Strom am Teil Ri 1 des Innenwiderstandes des Meßwertwandlers 1 erzeugt, die Ausgangs-EMK E₂ - E₁ des Meßwertwandlers 1 kompensiert. Infolge der Proportionalität zwischen der Ausgangs-EMK E₂ - E₁ und der auf den Meßwertwandler 1 wirkenden mechanischen Größe stellt der vom Meßverstärker 2 eingespeiste Strom ein Maß dar für die wirkende mechanische Größe«After known mode of operation, the output voltage of an operational amplifier so that its input voltage is zero. As a result (in the present example) a current flows from the output of the operational amplifier 2.1 via the measuring resistor 2.2 and the negative feedback resistor Rg and, through the output terminal 1.1, via the part Ri 1 of the internal resistance of the transducer 1 connected to the inverting input (-) of the operational amplifier 2.1 to ground · in this case, this current assumes a size such that the P _r oduct of this current with the part R 1 of the internal resistance of the transducer 1, connected to the inverting input (-) of the operational amplifier is connected to 2.1 is equal to the electromotive force ( EMF) of the transducer 1. This EMF E ₂ -E ₁ , measured at the two output terminals 1.1 and 1.2 of the transducer 1, is proportional to the mechanical quantity acting on the transducer 1. Simplified shown, the sense amplifier 2 feeds a current into the output terminal 1.1 of the transducer 1, wherein the voltage drop that generates this current at part Ri 1 of the internal resistance of the transducer 1, the output emf E ₂ - compensated E _{1 of} the transducer 1. As a result of the proportionality between the output EMF E ₂ -E ₁ and the mechanical variable acting on the transducer 1, the current fed in by the measuring amplifier 2 is a measure of the mechanical variable acting.

Für die Ausgangsspannung U des Meßverstärkers 2 gilt nach den für Operationsverstärkerschaltungen bekannten Berechnungegrund.. lagen:For the output voltage U of the sense amplifier 2 applies according to the well-known for operational amplifier circuits calculation reasons .. lagen:

^E2 - ^El , ^Um Ri 1 Rg ^E 2 - ^E l, m ^U Ri Rg 1

Thus U - (E ₉ -E ₁ )

m г. ! Ri ιm г. ! Ri ι

Die bekanntermaßen durch das Meßverfahren bedingte und dem Meßsignal überlagerte Gleichspannung wird durch an dem Ausgang des Meßwertwandlers 1 angekoppelte bekannte Bauelemente (im Ausführungsbeispiel: Inverter und Impedanzwandler - nicht dargestellt) wieder kompensiert.The known by the measurement method and the measured signal superimposed DC voltage is compensated by coupled to the output of the transducer 1 known components (in the embodiment: inverter and impedance converter - not shown) again compensated.

Durch den Betrieb des Meßwertwandlers 1 im Kompensationsver_ fahren gehen temperaturabhängige Änderungen im Teil Ri 1 des Innenwiderstandes des Meßwertwandlers 1 als Empfindlichkeitsänderungen in die Messung ein· Dieser Einfluß wird dadurch kompensiert, daß der im Meßverstärker 2 zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 2.1 und den Gegenkopplungswiderstand Rg eingeschaltete temperaturabhängige Meßwiderstand 2.2 mit dem Meßwertwandler 1 thermisch verbunden ist.By the operation of the transducer 1 in Kompensationsver_ drive go temperature-dependent changes in part Ri 1 of the internal resistance of the transducer 1 as Sensitivity changes in the measurement · This influence is compensated by the switched in the sense amplifier 2 between the output of the operational amplifier 2.1 and the negative feedback resistor Rg temperature-dependent measuring resistor 2.2 is thermally connected to the transducer 1.

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil eines sehr geringen schaltungstechnischen Aufwandes bei einer drift- und fehlerarmen Verarbeitung leistungsschwacher Ausgangssignale passiver elektromechanischer Meßwertwandler sowie einem guten Frequenzgang und weitestgehender Unterdrückung von Netzeinstreuungen·Compared with the known prior art, the solution according to the invention offers the advantage of a very low circuit complexity with low-drift and low-error processing of low-power output signals of passive electromechanical transducers as well as a good frequency response and the greatest possible suppression of network interference.

Claims

Erfindungeanspruch

Arrangement for the indirect measurement of the output signals of electromechanical transducers, wherein the voltage-carrying at a highly stable DC voltage applied transducer, a sense amplifier is connected downstream of an operational amplifier whose negative feedback branch contains a negative feedback resistor and a measuring resistor, characterized by »

that the GegenkoppLursgsZVtetg the Mebvaretärkers (2 ^ with the inverting input (-) of the operational amplifier (2.1) and, as a current source, to the output terminal (1.1) of the transducer (1) is connected, wherein the product of the current fed into this output terminal with the corresponding part (Ri 1) of the internal resistance of the transducer (1) is equal to the electromotive force of the transducer (1) and this electromotive force, measured at the output terminals (1.1, 1.2) of the transducer (1), proportional to the transducer (1) acting mechanical size and that the temperature-dependent measuring resistor (2.2) is thermally coupled to the transducer (1).

For this 1 sheet drawing