DD220421A1

DD220421A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A LINEARIZING BRIDGE CIRCUIT

Info

Publication number: DD220421A1
Application number: DD25605283A
Authority: DD
Inventors: Guenter Mohs; Frank Ehrlich; Peter Strutz; Monika Stange; Herbert Gladigow; Juergen Rakoczy
Original assignee: Weinert E Messgeraetewerk
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1983-10-28
Publication date: 1985-03-27
Also published as: DD220421B1

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE SCHALTUNGSANORDNUNG FUER EINE LINEARISIERENDE BRUECKENSCHALTUNG ZUR ANWENDUNG IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK. ZIEL DER ERFINDUNG IST ES, DIE HERSTELLUNGSKOSTEN ZU SENKEN UND EINE REDUZIERUNG DER BAUELEMENTEZAHL GEGENUEBER DEN BISHERIGEN LOESUNGEN ZU ERMOEGLICHEN. DIE AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG BESTEHT DARIN, BEI SENKUNG DES SCHALTUNGSTECHNISCHEN AUFWANDES DIE ANWENDUNGSMOEGLICHKEIT ZU ERWEITERN, KEINE ZUSAETZLICHE HILFSENERGIE ZU VERWENDEN UND FUEHLER MIT ANDERS GEARTETER KENNLINIE EINSETZEN ZU KOENNEN. DAS WESEN DER ERFINDUNG BESTEHT DARIN, DASS DIE SCHALTUNGSANORDNUNG FUER EINE LINEARISIERENDE BRUECKENSCHALTUNG AUS EINER AN SICH BEKANNTEN MESSBRUECKE, AUS EINER DIE MESSBRUECKE SPEISENDEN STROMQUELLE, DIE EINEN KONSTANTSTROMZWEIPOL DARSTELLT, UND EINER ZWEITEN QUELLE, DEREN PARAMETER DURCH DIE DIE MESSBRUECKE SPEISENDE STROMQUELLE UND DURCH EINEN VOM AUSGANGSSTROM DES GERAETES AN EINEM GEEIGNET BEMESSENEN WIDERSTAND ERZEUGTEN SPANNUNGSABFALL BESTIMMT SIND, BESTEHT. DIE ERFINDUNG IST IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK ANWENDBAR.THE INVENTION CONCERNS A CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A LINEARIZING BRIDGE CIRCUIT FOR APPLICATION IN AUTOMATION TECHNOLOGY. THE OBJECTIVE OF THE INVENTION IS TO REDUCE THE PRODUCTION COSTS AND TO REDUCE THE COMPONENT ELEMENTS AGAINST THE PREVIOUS SOLUTIONS. THE OBJECT OF THE PRESENT INVENTION IS TO EXTEND THE APPLICABILITY OF REDUCING THE CIRCUIT TECHNICAL EFFORT, TO NOT USE ADDITIONAL AUXILIARY POWER, AND TO USE PROBE WITH A DIFFERENT GUIDELINES. THE PRESENCE OF THE INVENTION IS THAT THE CIRCUIT FOR A LINEARIZING BRIDGE CIRCUIT SHOULD CONSIST OF A KNOWN BRIDGE KNOWN FROM A MEASURING BRIDGE AND A SECOND SOURCE, THE PARAMETER OF WHICH IS SUPPLIED BY THE ELECTRICITY SUPPLIED BY THE MEASUREMENT BRIDGE AND BY A VOM OUTPUT CURRENT OF THE DEVICE IS INTENDED FOR ANY RELATED VOLTAGE LEAKAGE DESIGNATED TO MEASURE SUFFICIENT FAILURE TO EXIST. THE INVENTION IS APPLICABLE IN AUTOMATION TECHNOLOGY.

Description

Title of the invention

"Schaltungsanordnung für eine linearisierende Brückenschaltung /"" "Circuit arrangement for linearizing a bridge circuit /""

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eineThe invention relates to a circuit arrangement for a

linearisierende Brückenschaltung zur Anwendung in der Autornatisierungstechuik, insbesondere für Singangsschaltungen von > Meßumformern und Meßverstärkern. linearizing bridge circuit for use in the autornatization technique, in particular for signal circuits of> transmitters and measuring amplifiers.

Characteristic of the known technical solutions

Zur linearen Abbildung physikalischer Größen, vorzugsweise der /~\ Temperatur, auf eine definierte elektrische Größe sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. Bei diesen Verfahren geht man von einem Fühler aus, der einen Widerstand darstellt, welcher Mit einem Parameter durch ein Polynom zweiter Ordnung in Beziehung steht.For linear mapping of physical quantities, preferably the temperature to a defined electrical quantity, various methods are already known. In these methods, one starts from a probe which represents a resistor which is related to a parameter by a second order polynomial.

. Die Abbildung physikalischer Größen durch Fühler, die nicht als Widerstände ausgebildet sind, auf andere elektrische Größen kann durch lineare Transformation des elektrischen Pühlerausgangssignals in einen Widerstand aufgefaßt werden, so daß die angeführten, einen Widerstandsfühler auszunutzenden Verfahren ebenfalls hier anwendbar sind., The mapping of physical quantities by sensors that are not designed as resistors to other electrical quantities can be understood by linear transformation of the electrical Pühlerausgangssignals in a resistor, so that the cited, a resistance sensor auszunutzenden method are also applicable here.

Einige Verfahren nutzen die Möglichkeit, die Kennlinie des- , Fühlers, der aus Gründen der Bequemlichkeit als Platin-Widerstandsthermometer PA 100 angenommen wird, durch äußere Be- ' schaltung so zu beeinflussen, daß eine nahezu lineare Abhängigkeit des resultierenden' Widerstandes von der Temperatur erreicht wird, ; : / ,Some methods make use of the possibility of influencing the characteristic curve of the probe, which for reasons of convenience is assumed to be a platinum resistance thermometer PA 100, by external switching so that an almost linear dependence of the resulting resistance on the temperature is achieved becomes, ; : /,

In "Technisches Messen tm, 1979, H. 10, s. 375 ff" wird eine Möglichkeit gezeigt, durch geeignete schaltungstechnische Maßnahmen das quadratische Glied d.er Kennlinie stark zu reduzieren und zwar um den Faktor 340,In "Technisches Messen tm, 1979, H. 10, pp. 375 ff", a possibility is shown of reducing the quadratic element of the characteristic curve by suitable circuitry measures by a factor of 340,

Bei dieser Methode wird dem Pt 100 ein Widerstand R so entgegengeschaltet, daß bei entsprechender Wahl von R drei ausgezeichnete Kennlinienpunkte der gescherten Kennlinie (Anfangswert , Endwert , ein günstig gewählter Zwischenwert) auf einer Geraden liegen. Über die Realisierung des Widerstandes R werden Aussagen getroffen«In this method, the Pt 100 is a resistor R so countered, that with an appropriate choice of R three excellent characteristic points of the sheared characteristic (initial value, end value, a favorably chosen intermediate value) are on a straight line. About the realization of the resistance R statements are made «

Eine weitere Möglichkeit wird in der DE-OS 2732122, G01R 17/10Another possibility is described in DE-OS 2732122, G01R 17/10

dargelegt, indem durch eine Kombination von-Festwiderständen und einem einstellbaren Widerstand die Kennlinie des Wider-Standsthermometers nachgebildet wird* Der Wert des Einstellwiderstandes entspricht der Temperatur. Vorteilhaft ist die Möglichkeit, das Verfahren zu automatisieren. .The characteristic of the resistance thermometer is reproduced by a combination of fixed resistors and an adjustable resistor * The value of the adjustment resistor corresponds to the temperature. Advantageous is the possibility to automate the process. ,

Die Widerstandskombination besteht aus einem Festwiderstand, dem eine Parallelschaltung von Festwiderstand und einstellbarem Widerstand' in Reihe geschaltet ist. Das Widerstandsthermometer und ein in Reihe liegender geeignet bemessener Festwiderstand befinden sich in einem unteren Brückenteilzweig, während die Widerstandskombination mit einem in Reihe liegenden geeignet bemessenen Festwiderstand den anderen, gegenüberliegenden Brückenteilzweig bildet. ,The resistor combination consists of a fixed resistor, which is connected in series with a parallel connection of fixed resistor and adjustable resistor. The resistance thermometer and a series suitably sized fixed resistor are located in a lower bridge branch, while the resistor combination with a series suitably sized fixed resistor forms the other, opposite bridge branch. .

Die vorteilhafte Lösung dieser Darlegung kommt dadurch zum Ausdruck, daß die zum Brückenabgleich notwendige Änderung des ein-The advantageous solution of this statement is expressed by the fact that the change of the

^; ³ < ^; ³ <

stellbaren Widerstandes bei veränderter, auf das Widerstandsthermometer einwirkender Temperatur, linear zur Temperatur erfolgt.adjustable resistance with changed, acting on the resistance thermometer temperature, linear to the temperature takes place.

Den beschriebenen Methoden haftet jedoch der Liangel an,, daß zur Unterdrückung des quadratischen Gliedes des Polynoms erheblicher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist. Das eigentliche Meßsignal ist wie bisher weiter aufzubereiten.The methods described, however, adheres to the Liangel, that for the suppression of the quadratic term of the polynomial considerable circuit complexity is required. The actual measuring signal is to be further processed as before.

Beide beschriebenen Methoden nutzen eine ,negative Krümmung, 'die durch das quadratische Glied des Polynoms bestimmt ist, aus. · Both methods exploit a 'negative curvature' determined by the quadratic term of the polynomial. ·

Hieraus ergibt sich, daß nur ein Platin-Widerstandsthermometer zum Einsatz kommen kann. Sine Anwendung anderer Fühler ist erst nach schaltungstechnischen Änderungen möglich.It follows that only a platinum resistance thermometer can be used. Sine application of other sensors is possible only after changes in circuit technology.

Darüber hinaus ist außerdem der Einsatz der beschriebenen Methoden in Meßverstärkern in live-zero-Technik mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.In addition, the use of the methods described in measuring amplifiers in live zero technique is also associated with considerable difficulties.

Object of the invention

Das. Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, die aufgeführten ITachteile der bekannten technischen Lösungen zu vermeiden und insbesondere die Herstellungskosten bei einer gleichzeitigen integrationsfreudigen Lösung zu senken.The. The aim of the present invention is to avoid the listed ITachteile of the known technical solutions and in particular to reduce the manufacturing costs in a simultaneous integration-friendly solution.

Der nützliche Effekt bei der Anwendung der erfindungsgemäßen linearisierenden Brückenschaltung liegt bei der erheblichen Senkung der Herstellungskosten und einem außerordentlich-geringen Bauelementeaufwand, wobei gleichzeitig noch die Einsatzmöglichkeit erweitert wird. Besonders vorteilhaft macht sich der Einsatz der Erfindung durch den erwähnten geringen. Bauelementeaufwand in Meßverstärkern und Meßumformern in live· zero-Technik bemerkbar. Der nützliche Effekt liegt außerdem darin, daß in die Meßbrücke selbst keine linearisierenden Bau-The useful effect in the application of the linearizing bridge circuit according to the invention lies in the significant reduction in manufacturing costs and an extremely low component cost, while at the same time still extends the application. Particularly advantageous is the use of the invention by the mentioned low. Component expenditure in measuring amplifiers and transducers in live · zero technology noticeable. The useful effect is also that in the measuring bridge itself no linearizing construction

elemente eingeschaltet sind.elements are switched on.

Ferner gestattet die vorliegende, Erfindung den Einsatz von ·. Fühlern mit anders gearteter Kennlinie. Erwähnenswert ist auch, daß die erfindungsgemäße lösung keine zusätzliche Hilfsenergie erfordert und auch, keinen nachteiligen Einfluß auf die Parameter nachgeschalteter Schaltungsanordnungen ausübt.Furthermore, the present invention allows the use of ·. Sensors with different characteristics. It is also worth mentioning that the solution according to the invention requires no additional auxiliary energy and also does not exert a disadvantageous influence on the parameters of downstream circuit arrangements.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für eine linearisierende Brückenschaltung zu schaffen, bei der der schaltungstechnische Aufwand erheblich gesenkt wird; wobei· jedoch außerdem die Anwendungsmöglichkeiten erweitert werden, so daß z. B. mit Hilfe der Erfindung der Einsatz in Meßumformern und Meßverstärkerη in live-zero-Technik ohne Schwierigkeiten erfolgen kann und ferner keine zusätzliche Hilfsenergie benötigt und ein nachteiliger Einfluß auf die Parameter nachgeschalteter Schaltungsanordnung vermieden wird* Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung, den Einsatz von Fühlern mit anders gearteter Kennlinie zu ermöglichen· *The object of the invention is to provide a circuit arrangement for a linearizing bridge circuit, in which the circuit complexity is significantly reduced; in addition, however, the possible applications are extended, so that z. B. using the invention, the use in transmitters and Meßverstärker in live-zero technology can be done without difficulty and also no additional auxiliary power needed and adverse influence on the parameters of downstream circuit arrangement is avoided * Finally, it is also an object of the invention, the use to enable sensors with different characteristics · *

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung für eine linearisierende Brückenschaltung im wesentlichen aus einer an sich bekannten Meßbrücke, aus einer die Meßbrücke speisenden Quelle, die einen Konstantstromzwei-. pol darstellt, und einer zweiten Quelle, deren Parameter durch die Meßbrücke speisende Stromquelle und durch einen vom Ausgangsstrom des Gerätes an einem geeignet bemessenen Widerstand erzeugten Spannungsabfall bestimmt sind, besteht. .According to the invention the object is achieved in that the circuit arrangement for a linearizing bridge circuit essentially of a known measuring bridge, from a measuring bridge the feeding source, a Konstantstromzwei-. pol, and a second source whose parameters are determined by the measuring bridge supplying current source and by a voltage drop generated by the output current of the device to a suitably sized resistor consists. ,

Ausführungsbeispiel der ErfindungEmbodiment of the invention

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt Fig 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.The invention will be explained below with reference to an embodiment. 1 shows a circuit arrangement according to the invention.

Eine Stromquelle 11, die vorzugsweise einen Konstantstromzweir>ol darstellt. ist mit einer Ref eren^snannnnffnnniii 1 & 19A current source 11, which preferably represents a constant current branch. is with a Referencnnnnnnniii 1 & 19

dem Basisanschluß eines Transistors 8 verbunden, dessen Emitter wiederum an Widerstand R9 angeschlossen ist'·' Der zweite .Anschloß' des Widerstandes R9 steht mit einem Widerstand R10, der mit seinem zweiten Anschluß mit dem Kollektor von Transistor 7 und dem zweiten Anschluß der Referenzspannungsquelle 12 und ferner mit einem Anschluß einer Hilfsenergieversorgung 14 verbunden ist.connected to the base terminal of a transistor 8 whose emitter is in turn connected to resistor R9 '' 'The second .Anschloß' of the resistor R9 is connected to a resistor R10, with its second terminal to the collector of transistor 7 and the second terminal of the reference voltage source 12th and further connected to a terminal of an auxiliary power supply 14.

Der zweite Anschluß der Stromquelle 11 und der Kollektor vom Transistor 8 sind miteinander und mit Widerständen R1 und R2, die Bestandteil einer an sich bekannten Meßbrücke sind, verbunden. Der zweite Anschluß des Widerstandes R1 steht mit einem Fühler R5, der in Dreileiterschaltung ausgeführt ist, in Verbindung.The second terminal of the current source 11 and the collector of the transistor 8 are connected to each other and to resistors R1 and R2, which are part of a measuring bridge known per se. The second terminal of the resistor R1 is connected to a sensor R5, which is designed in three-wire circuit, in conjunction.

Der dritte Anschluß des Fühlers R5 ist an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers β gelegt, dessen invertierter Eingang mit dem zweiten Anschluß des.Widerstandes R2 und dem Widerstand R3 in Verbindung steht. Der Ausgang des Operationsverstärkers β steht mit der Basis des Transistors 7 in Verbindung, dessen Emitter wiederum an einen zweiten Anschluß des Widerstandes R3 und den Widerstand R4 gelegt ist. Der verbleibende Anschluß des Fühlers R5 und der zweite An-Schluß des Widerstandes R4 sind mit einem Pol einer Referenzspannungsquelle 13 verbunden. Der zweite Pol der Referenzspannungsquelle 13 steht mit dem zweiten Anschluß einer Hilfsenergie Versorgung 14 in Verbindung.The third terminal of the sensor R5 is connected to the noninverting input of the operational amplifier β whose inverted input is connected to the second terminal of the resistor R2 and the resistor R3. The output of the operational amplifier β is connected to the base of the transistor 7, whose emitter is in turn connected to a second terminal of the resistor R3 and the resistor R4. The remaining terminal of the sensor R5 and the second terminal of the resistor R4 are connected to one pole of a reference voltage source 13. The second pole of the reference voltage source 13 is connected to the second terminal of an auxiliary power supply 14 in connection.

Die vorliegende Erfindung bedient sich in geeigneter Weise einer bekannten Kompensationsschaltung nach, dem Lindeck-Rothe-Prinzip. Eine Änderung des Fühlers R5, der hier nur aus Gründen der Bequemlichkeit als Platinwiderstand angenommen werden _r soll, ruft durch. Aussteuerung des Operationsverstärkers 6 eine Änderung des Stromes i1 in der Form hervor, daß der Spannungsabfall am Widerstand R4 so lange verändert wird, bis Brückengleichgewicht herrscht. Der Strom i3 ist hierbei derThe present invention suitably uses a known compensation circuit according to the Lindeck-Rothe principle. A change of the sensor R5, which are assumed here only for the sake of convenience as platinum resistor _r to calls through. Output control of the operational amplifier 6, a change in the current i1 in the form that the voltage drop across the resistor R4 is changed until bridge balance prevails. The current i3 is the

Ausgangsstrom des Gerätes 15. Bei vernachlässigbarem Basisstrom vom Transistor 7 entspricht die Größe des Stromes ii der Größe des Stromes i2. Die Stromquelle 11 speist sowohl die Meßbrücke, gebildet aus einer Reihenschaltung von Widerständen R2; R3; R4, die den einen Brückenzweig darstellen, während der andere Brückenzweig aus einer Reihenschaltung von Widerstand R-1 und Fühler R5 besteht, als· auch Referenzspannungsquellen 12 und 13·Output current of the device 15. With negligible base current from the transistor 7, the magnitude of the current ii corresponds to the magnitude of the current i2. The current source 11 feeds both the measuring bridge, formed from a series circuit of resistors R2; R3; R4, which represent the one bridge branch, while the other bridge branch consists of a series connection of resistor R-1 and sensor R5, as · reference voltage sources 12 and 13 ·

Der linearisierende Effekt wird durch den Strom der zweiten "^v Quelle i4 bewirkt, der seinerseits abhängig ist von der Größe der Spannung der Referenzspannungsquelle 12 und dem Widerstand R9, der mit dem Snitter des Transistors 8 verbunden ist sowie vom veränderlichen Spannungsabfall, den der Ausgangsstrom i3 am Widerstand R1O hervorruft. Der Strom ±2 gehorcht dann der Beziehung:The linearizing effect is caused by the flow of the second ^"v source i4, which in turn is dependent on the magnitude of the voltage of the reference voltage source 12 and resistor R9, which is connected to the Snitter of the transistor 8 and the variable voltage drop, the output current i3 at the resistor R1O, the current ± 2 then obeys the relationship:

worin c eine Brückenkönstante, .where c is a bridge constant,.

R3 + R4 ¹ ° ⁼ R1 + R3 + R4, R3 + R4 ¹ ° ⁼ R1 + R3 + R4,

^ ' .'- . ' ' ... '^ '.'-. '' ... '

s: das Verhältnis der Änderung des Hihiers R5 zum Widerstands: the ratio of the change of the Hihiers R5 to the resistance

R4- . ' , - ' : ' , R4-. ' , -': ',

k das Verhältnis R10 k is the ratio R10

k =k =

R9 t R10R9 t R10

und i5 die Summe des Stromes der Stromquelle 11 und des Stromes i4 darstellen.and i5 represent the sum of the current of the current source 11 and the current i4.

Entwickelt man Gl. 1 in eine Reihe, so erhält manIf you develop Eq. 1 in a row, we get

±2 ei ±5 (A + Bx. + Cx² + Dx³ +"...) (2) ± 2 ei ± 5 (A + Bx. + Cx ² + Dx ³ + "...) (2)

2 ' ' 2 ''

mit dem Glied Cx als quadratischen Anteil, wobei C> >D ...with the term Cx as a quadratic component, where C>> D ...

, ' 'gilt., '' applies.

Setzt man in Gl. 2 den Widerstandsverlauf des Fühlers R5, der als Widerstand ausgebildet ist und mit einem Parameter durch ein Polynom zweiter Ordnung in Beziehung steht, ein, C ; so gelingt es durch geeignete Wahl von k> die Wirkung des quadratischen Gliedes des Polynoms zu Null zu machen.If one puts in Eq. Fig. 2 shows the resistance profile of the sensor R5, which is designed as a resistor and is related to a parameter by a second-order polynomial, a, C; thus, by a suitable choice of k>, the effect of the quadratic term of the polynomial can be made zero.

Claims

·> R

invention claim

1. Circuit arrangement for a linearizing bridge circuit characterized in that it consists essentially of a current source whose parameters are determined by the

* *. '.

bridge supply current source (11), by the size of a resistor (R9) and by a transistor (8) and by a by the output current (i3) of the device (15) to a suitably sized resistor (R10) are determined voltage drop 'further from a known measuring bridge, formed of a series circuit of resistors (R2; R3; R4) representing the one bridge branch, while the other bridge branch consists of a series circuit of resistor (R1) and sensor (R5) and one of the Measuring bridge feeding current source (11), the '. ,, represents a constant current dipole consists.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that as active elements for the current source (11) reference

Voltage source (12) and transistor (8) transistors of an integrated circuit can be used

To do so, soap