DE102018216131B4 - Method and device for the simultaneous determination of the change in temperature and resistance of sensor resistances of a bridge circuit designed as a quarter or half bridge - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung der Temperatur- und Widerstandsänderung eines oder mehrerer Sensorwiderstände einer als Viertel- oder Halbbrücke ausgebildeten Brückenschaltung werden wenigstens zwei der Vergleichswiderstände mit voneinander verschiedenen Temperaturkoeffizienten α, γ gewählt. Es werden unterschiedliche Spannungen in der Brückenschaltung gemessen, von denen wenigstens eine Spannung an einem der Widerstände der Brückenschaltung abfällt und die so gewählt sind, dass aus einer oder mehreren der unterschiedlichen Spannungen die Spannung über der Brückenschaltung, eine Spannung über dem oder einem der Sensorwiderstände und eine Spannung über einem dazu parallelen Vergleichswiderstand bestimmbar ist. Aus den gemessenen Spannungen, bekannten Widerstandswerten der Widerstände und bekannten Temperaturkoeffizienten α, β, γ der Widerstände der Brückenschaltung wird dann die Temperaturänderung ΔT und daraus die Widerstandsänderung dR berechnet oder umgekehrt. Das Verfahren kommt ohne zusätzlichen Temperatursensor aus und ermöglicht u.a. eine genauere Bestimmung der Messgröße.In a method and a device for the simultaneous determination of the change in temperature and resistance of one or more sensor resistances of a bridge circuit designed as a quarter or half bridge, at least two of the comparison resistors with different temperature coefficients α, γ are selected. Different voltages are measured in the bridge circuit, of which at least one voltage drops across one of the resistors of the bridge circuit and which are selected such that the voltage across the bridge circuit, a voltage across the or one of the sensor resistors, and from one or more of the different voltages a voltage can be determined across a parallel comparison resistor. From the measured voltages, known resistance values of the resistors and known temperature coefficients α, β, γ of the resistors of the bridge circuit, the temperature change ΔT and therefrom the change in resistance dR is calculated or vice versa. The process does not require an additional temperature sensor and enables, among other things. a more precise determination of the measured variable.
Description
Technisches AnwendungsgebietTechnical application area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur- und Widerstandsänderung eines oder mehrerer Sensorwiderstände einer Brückenschaltung, die von einer Spannungsquelle mit einer konstanten Betriebsspannung oder von einer Konstantstromquelle gespeist wird und als Viertel- oder Halbbrücke mit mehreren Widerständen ausgebildet ist.The present invention relates to a method and a device for determining the change in temperature and resistance of one or more sensor resistors of a bridge circuit, which is fed by a voltage source with a constant operating voltage or by a constant current source and is designed as a quarter or half bridge with several resistors.
Die Wheatstonesche Brückenschaltung wird in vielen Anwendungen eingesetzt, um Messgrößen wie bspw. Druck, Kraft oder Magnetfelder zu bestimmen. Je nach Messgröße kommen hierbei unterschiedliche Sensorwiderstände in der Brückenschaltung zum Einsatz, bspw. magnetoresistive Sensoren, z.B. AMR- oder GMR-Sensoren, für die Bestimmung von Magnetfeldern. Die Brückenschaltung kann als Viertelbrücke mit nur einem Sensorwiderstand, als Halbbrücke mit zwei Sensorwiderständen oder auch als Vollbrücke mit vier Sensorwiderständen zur Anwendung kommen. In der Regel wird hierbei eine zur Änderung des Widerstands der Sendeelemente (Widerstandsänderung dR) proportionale Spannung ausgegeben. Damit ist auch ein Nullabgleich (Offset-Abgleich) möglich, so dass für einen Referenzzustand die Ausgangsspannung der Brücke 0 beträgt.The Wheatstone bridge circuit is used in many applications to determine measured variables such as pressure, force or magnetic fields. Depending on the measured variable, different sensor resistances are used in the bridge circuit, e.g. magnetoresistive sensors, e.g. AMR or GMR sensors, for the determination of magnetic fields. The bridge circuit can be used as a quarter bridge with only one sensor resistor, as a half bridge with two sensor resistors or as a full bridge with four sensor resistors. As a rule, a voltage proportional to the change in the resistance of the transmission elements (change in resistance dR) is output. This also enables zero adjustment (offset adjustment), so that the output voltage of the bridge is 0 for a reference state.
Die Sensorwiderstände, auch als Sensorelemente bezeichnet, sowie die je nach Ausgestaltung der Brückenschaltung ebenfalls vorhandenen Vergleichswiderstände zeigen eine Temperaturabhängigkeit, die mit einem Temperaturkoeffizienten beschrieben werden kann. Dieser Temperaturkoeffizient wird häufig als konstant angenommen und ergibt damit ein näherungsweise lineares Temperaturverhalten der Widerstände. Unterscheidet sich das Temperaturverhalten der Sensorwiderstände vom Temperaturverhalten der Vergleichswiderstände, so kann sich dies negativ auf die Ausgangsspannung der Brückenschaltung auswirken und zu fehlerhaften Messsignalen führen. Weiterhin ist bei den Sensorwiderständen die Änderung des Widerstands dR in der Regel nicht nur von der zu messenden Größe, sondern auch von der Temperatur abhängig. Auch hier kann in einigen Fällen ein annähernd lineares Verhalten mit einem konstanten Temperaturkoeffizienten angegeben werden.The sensor resistors, also referred to as sensor elements, and the comparison resistors which are also present, depending on the design of the bridge circuit, show a temperature dependency which can be described with a temperature coefficient. This temperature coefficient is often assumed to be constant and thus results in an approximately linear temperature behavior of the resistors. If the temperature behavior of the sensor resistors differs from the temperature behavior of the comparison resistors, this can have a negative effect on the output voltage of the bridge circuit and lead to incorrect measurement signals. Furthermore, in the case of the sensor resistors, the change in the resistance dR is not only dependent on the variable to be measured, but also on the temperature. Here, too, an almost linear behavior with a constant temperature coefficient can be specified in some cases.
Insgesamt ergibt sich somit bei der Messung mit Brückenschaltungen eine Ausgangsspannung, welche nicht nur von der zu messenden Größe, sondern auch von der Temperatur abhängt. Eine Kompensation des Temperatureinflusses bei der Messung mit einer Brückenschaltung ist daher für genaue Messergebisse unverzichtbar.Overall, when measuring with bridge circuits, this results in an output voltage that depends not only on the size to be measured, but also on the temperature. Compensation of the temperature influence when measuring with a bridge circuit is therefore essential for accurate measurement results.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
In der
Die
Die US 2003 / 0 117 254 A1 beschreibt eine Sensoranordnung mit einer Wheatstoneschen Brückenschaltung, mit der an einem ersten Ausgang ein Messwert für eine Temperatur und an einem zweiten Ausgang ein Messwert für ein Magnetfeld ausgelesen werden kann. In Reihe zur Brückenschaltung mit magnetoresistiven Widerständen ist hierzu ein zusätzlicher Widerstand verschaltet, an dem der Messwert für die Temperatur abgegriffen werden kann. US 2003/0 117 254 A1 describes a sensor arrangement with a Wheatstone bridge circuit, with which a measured value for a temperature can be read out at a first output and a measured value for a magnetic field at a second output. An additional resistor is connected in series with the bridge circuit with magnetoresistive resistors, from which the measured value for the temperature can be tapped.
Aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Temperaturänderung und der Widerstandsänderung eines oder mehrerer Sensorwiderstände einer Brückenschaltung anzugeben, durch die eine genauere Bestimmung der Messgröße unabhängig von der Temperatur ermöglicht wird.The object of the present invention is to provide a method and a device for determining the change in temperature and the change in resistance of one or more sensor resistances of a bridge circuit, by means of which a more precise determination of the measurement variable is made possible regardless of the temperature.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the method and the device according to
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden die Temperaturänderung und die Widerstandsänderung eines oder mehrerer Sensorwiderstände der Brückenschaltung rechnerisch ermittelt. Die Brückenschaltung, bei der es sich auch um eine vorzugsweise Wheatstonesche Brückenschaltung handeln kann, wird in einer bevorzugten Verfahrensalternative von einer Spannungsquelle mit einer konstanten Betriebsspannung gespeist und kann als Viertel- oder Halbbrücke mit mehreren Vergleichswiderständen und einem oder mehreren Sensorwiderständen ausgebildet sein. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden für den Aufbau der Brückenschaltung wenigstens zwei der Vergleichswiderstände mit voneinander verschiedenen Temperaturkoeffizienten α, γ gewählt. Bei einer Viertelbrücke werden die wenigstens zwei Vergleichswiderstände mit voneinander verschiedenen bekannten Temperaturkoeffizienten hierbei vorzugsweise in einem zum Sensorwiderstand parallelen Zweig der Brückenschaltung angeordnet. Während einer Messung mit der Brückenschaltung werden dann unterschiedliche Spannungen in der Brückenschaltung gemessen, von denen wenigstens eine Spannung an einem der Widerstände der Brückenschaltung abfällt und die so gewählt sind, dass aus einer oder mehreren der unterschiedlichen Spannungen eine Spannung über der Brückenschaltung, eine Spannung über dem oder einem der Sensorwiderstände und eine Spannung über einem dazu parallelen Vergleichswiderstand bestimmbar ist. Die Spannung über der Brückenschaltung kann somit entweder direkt gemessen werden oder durch geeignete Messung mehrerer Spannungen innerhalb der Brückenschaltung bestimmt werden. Unter den Widerständen der Brückenschaltung sind hierbei bei einer Viertelbrücke ein Sensorwiderstand und wenigstens drei Vergleichswiderstände und bei einer Halbbrücke zwei Sensorwiderstände und wenigstens zwei Vergleichswiderstände zu verstehen. Aus den gemessenen Spannungen, ggf. einer bekannten Betriebsspannung, bekannten Widerstandswerten Ri0 der Widerstände der Brückenschaltung bei einer Referenztemperatur T0 und bekannten Temperaturkoeffizienten α, β, γ der Widerstände der Brückenschaltung wird dann über die Abhängigkeiten Rsi = RSi0* (1 + β*ΔT+dR/RSi0) für den oder die Sensorwiderstände der Brückenschaltung und RVi = RVi0* (1+α*ΔT) bzw. RVi=RVi0* (1+γ*ΔT) für die Vergleichswiderstände der Brückenschaltung mit Hilfe der Kirchhoff'schen Regeln die Temperaturänderung ΔT und daraus die Widerstandsänderung dR berechnet und für eine Weiterverarbeitung oder eine direkte Ausgabe bereitgestellt. Es kann auch zuerst die Widerstandsänderung dR und daraus dann die Temperaturänderung ΔT berechnet werden. Aus der auf diese Weise bestimmten Temperaturänderung ΔT wird dann vorzugsweise auch die Temperatur T = T0+ΔT berechnet und ebenfalls für eine Weiterverarbeitung oder eine direkte Ausgabe bereitgestellt. Die Referenztemperatur T0 entspricht dabei der Temperatur, unter denen die Widerstandswerte Ri0 bestimmt würden. In der Regel handelt es sich hierbei um eine Temperatur im Bereich von etwa 20°C, auf die sich die Widerstandswerte in den Datenblättern der Brückenschaltung oder der individuellen Widerstände beziehen. Sind die Widerstände der Brückenschaltung nicht bekannt, so können diese über bekannte Techniken wie bspw. mit Hilfe eines erdfreien Ampere-Meters in der Brückenschaltung gemessen werden. Die Temperatur bei dieser Messung muss dann gleichzeitig gemessen werden und entspricht der Referenztemperatur T0.In the proposed method, the change in temperature and the change in resistance of one or more sensor resistances of the bridge circuit are determined by calculation. In a preferred method alternative, the bridge circuit, which can also be a Wheatstone bridge circuit, is fed by a voltage source with a constant operating voltage and can be designed as a quarter or half bridge with several comparison resistors and one or more sensor resistors. In the proposed method, at least two of the comparison resistors with different temperature coefficients α, γ are selected for the construction of the bridge circuit. In the case of a quarter bridge, the at least two comparison resistors with known temperature coefficients that differ from one another are preferably arranged in a branch of the bridge circuit parallel to the sensor resistance. During a measurement with the bridge circuit, different voltages are then measured in the bridge circuit, of which at least one voltage drops across one of the resistors of the bridge circuit and which are selected such that a voltage across the bridge circuit, a voltage across, from one or more of the different voltages the or one of the sensor resistors and a voltage can be determined via a parallel comparison resistor. The voltage across the bridge circuit can thus either be measured directly or determined by suitable measurement of several voltages within the bridge circuit. The resistances of the bridge circuit are to be understood as meaning a sensor resistor and at least three comparison resistors for a quarter bridge and two sensor resistors and at least two comparison resistors for a half bridge. From the measured voltages, possibly a known operating voltage, known resistance values R i0 of the resistances of the bridge circuit at a reference temperature T 0 and known temperature coefficients α, β, γ of the resistances of the bridge circuit, the dependencies Rsi = R Si0 * (1 + β * ΔT + dR / R Si0 ) for the or the sensor resistances of the bridge circuit and R Vi = R Vi0 * (1 + α * ΔT) or R Vi = R Vi0 * (1 + γ * ΔT) for the comparison resistances of the bridge circuit with With the help of Kirchhoff's rules, the temperature change ΔT and therefrom the change in resistance dR are calculated and made available for further processing or direct output. The change in resistance dR and then the change in temperature ΔT can also be calculated. From the temperature change ΔT determined in this way, the temperature T = T 0 + ΔT is then preferably also calculated and also made available for further processing or direct output. The reference temperature T 0 corresponds to the temperature below which the resistance values R i0 would be determined. As a rule, this is a temperature in the range of approximately 20 ° C, to which the resistance values in the data sheets of the bridge circuit or the individual resistors refer. If the resistances of the bridge circuit are not known, they can be measured using known techniques, such as, for example, with the aid of a floating ampere meter in the bridge circuit. The temperature during this measurement must then be measured simultaneously and corresponds to the reference temperature T 0 .
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ermöglichen bei bekanntem Temperaturverhalten der in der Brückenschaltung eingesetzten Widerstände die gleichzeitige Bestimmung der Temperaturänderung bzw. Temperatur und der durch die zu messende Größe verursachten Widerstandsänderung der Sensorwiderstände alleine anhand der Messung und Auswertung einzelner Spannungen der Brückenschaltung. Die Auswertung selbst kann mittels Software auf einem Rechner oder auch mit Hilfe eines geeignet programmierten Mikrocontrollers vorgenommen werden. Für die Bestimmung der Temperatur sind keine Temperatursensoren erforderlich. Voraussetzung ist jeweils nur die Kenntnis der einzelnen Widerstände der Brückenschaltung und deren vorzugsweise konstanter Temperaturkoeffizienten. Ein Abgleich der Widerstände der Brücke ist bei dem vorgeschlagenen Verfahren nicht mehr erforderlich, da durch die gleichzeitige Ermittlung von Temperatur bzw. Temperaturänderung und Widerstandsänderung der Sensorwiderstände eventuell auftretende Offsetspannungen automatisch korrigiert werden. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen damit eine genauere Bestimmung der Messgröße mit der Möglichkeit der Temperaturkompensation durch Bestimmung der Temperatur T. Die ermittelte Temperatur kann auch für andere Zwecke genutzt werden, beispielsweise zur Überwachung von Systemen, und damit ggf. einen bislang verwendeten Temperatursensor ersetzen. If the temperature behavior of the resistors used in the bridge circuit is known, the proposed method and the associated device enable the temperature change or temperature and the change in resistance of the sensor resistances caused by the size to be measured to be determined simultaneously solely on the basis of the measurement and evaluation of individual voltages of the bridge circuit. The evaluation itself can be carried out using software on a computer or with the aid of a suitably programmed microcontroller. No temperature sensors are required to determine the temperature. The only prerequisite is knowledge of the individual resistances of the bridge circuit and their preferably constant temperature coefficients. A balancing of the resistances of the bridge is no longer necessary in the proposed method, since offset voltages that may occur are automatically corrected by the simultaneous determination of temperature or temperature change and change in resistance of the sensor resistances. The method and the device thus enable a more precise determination of the measured variable with the possibility of temperature compensation by determining the temperature T. The temperature determined can also be used for other purposes, for example for monitoring systems, and thus possibly replace a previously used temperature sensor.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in jedem der beiden parallelen Zweige der Brückenschaltung jeweils eine Spannung eines der Widerstände des jeweiligen Zweiges als eine der unterschiedlichen Spannungen gemessen.In an advantageous embodiment of the method, a voltage of one of the resistances of the respective branch is measured as one of the different voltages in each of the two parallel branches of the bridge circuit.
Die Berechnung der Temperaturänderung ΔT und der Widerstandsänderung dR erfolgen bei konstanten Temperaturkoeffizienten α, β, γ der Widerstände der Brückenschaltung vorzugsweise auf analytischem Wege. Bei nichtkonstanten Temperaturkoeffizienten α, β, γ ist hingegen eine numerische Berechnung erforderlich. Grundsätzlich müssen die Temperaturkoeffizienten α und β oder γ und β bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise unterschiedlich sein. Sie können auch gleich sein (α = β oder γ = β). So kann einer der Vergleichswiderstände auch aus einem „insensitiven“ oder „passiven“ Sensorwiderstand, der nicht auf die zu messende Größe reagiert, gebildet werden.The temperature change ΔT and the resistance change dR are preferably calculated analytically with constant temperature coefficients α, β, γ of the resistances of the bridge circuit. In the case of non-constant temperature coefficients α, β, γ, however, a numerical calculation is required. Basically, the temperature coefficients α and β or γ and β need not necessarily be different in the present invention. They can also be the same (α = β or γ = β). In this way, one of the comparison resistors can also be formed from an "insensitive" or "passive" sensor resistor that does not react to the variable to be measured.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine Brückenschaltung, eine Messeinrichtung zur Messung unterschiedlicher Spannungen in der Brückenschaltung und eine Auswerteeinrichtung, die die Temperaturänderung ΔT und die Widerstandsänderung dR eines oder mehrerer Sensorwiderstände der Brückenschaltung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren berechnet. Die Brückenschaltung ist als Viertel-oder Halbbrücke mit mehreren Vergleichswiderständen und einem oder mehreren Sensorwiderständen ausgebildet, wobei wenigstens zwei der Vergleichswiderstände voneinander verschiedene bekannte Temperaturkoeffizienten α, γ aufweisen. Die Messeinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie als unterschiedliche Spannungen wenigstens eine Spannung an einem der Widerstände der Brückenschaltung messen kann. Ferner sind die mit der Messeinrichtung gemessenen Spannungen so gewählt, dass aus einer oder mehreren der unterschiedlichen Spannungen die Spannung über der Brückenschaltung, die Spannung über dem (bei der Viertelbrücke) oder einem der Sensorwiderstände (bei der Halbbrücke) und die Spannung über dem dazu parallelen Vergleichswiderstand bestimmbar ist. Die Auswerteinrichtung ist vorzugsweise durch einen geeignet programmierten Mikrocontroller realisiert, der mit der Messeinrichtung verbunden ist.The proposed device for carrying out the method comprises a bridge circuit, a measuring device for measuring different voltages in the bridge circuit and an evaluation device which calculates the temperature change ΔT and the change in resistance dR of one or more sensor resistances of the bridge circuit in accordance with the proposed method. The bridge circuit is designed as a quarter or half bridge with several comparison resistors and one or more sensor resistors, at least two of the comparison resistors having known temperature coefficients α, γ that differ from one another. The measuring device is designed such that it can measure at least one voltage across one of the resistors of the bridge circuit as different voltages. Furthermore, the voltages measured with the measuring device are selected such that, from one or more of the different voltages, the voltage across the bridge circuit, the voltage across the (for the quarter bridge) or one of the sensor resistances (for the half bridge) and the voltage across the parallel one Comparative resistance can be determined. The evaluation device is preferably implemented by a suitably programmed microcontroller which is connected to the measuring device.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung erfassen die Temperatur des einen oder der mehreren Sensorwiderstände der Brückenschaltung ohne einen zusätzlichen Temperatursensor und berechnen den Temperatureinfluss auf die Messergebnisse anhand von Formeln. Die Messdaten können dann anhand dieser Daten berechnet bzw. korrigiert werden. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich für alle Messanwendungen mit Brückenschaltungen, bspw. für die genaue Messung von Kraft, Druck oder Magnetfeld, letzteres insbesondere mit Hilfe von magnetoresistiven Sensoren. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung.The proposed method and the associated device detect the temperature of the one or more sensor resistances of the bridge circuit without an additional temperature sensor and calculate the temperature influence on the measurement results using formulas. The measurement data can then be calculated or corrected on the basis of this data. The method and the device are suitable for all measurement applications with bridge circuits, for example for the precise measurement of force, pressure or magnetic field, the latter in particular with the aid of magnetoresistive sensors. Of course, this is not an exhaustive list.
FigurenlisteFigure list
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung mit einer Viertelbrücke zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens; -
2 ein Beispiel für Spannungsverläufe innerhalb der Schaltungsanordnung der1 in Abhängigkeit von der Widerstandsänderung dR; -
3 ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung mit einer Halbbrücke zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens; -
4 ein Beispiel für Spannungsverläufe innerhalb der Schaltungsanordnung der3 in Abhängigkeit der Widerstandsänderung dR; und -
5 ein Beispiel für die Messung der Widerstände einer Brückenschaltung.
-
1 an example of a circuit arrangement with a quarter bridge for performing the proposed method; -
2nd an example of voltage profiles within the circuit arrangement of the1 depending on the change in resistance dR; -
3rd an example of a circuit arrangement with a half bridge for performing the proposed method; -
4th an example of voltage profiles within the circuit arrangement of the3rd depending on the change in resistance dR; and -
5 an example for the measurement of the resistances of a bridge circuit.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung nutzen bei einer Brückenschaltung, die als Viertelbrücke oder als Halbbrücke ausgebildet ist, wenigstens zwei Vergleichswiderstände mit voneinander verschiedenen, bekannten Temperaturkoeffizienten α, γ.The proposed method and the associated device use at least two comparison resistors with different, known temperature coefficients α, γ in a bridge circuit which is designed as a quarter bridge or a half bridge.
Im Folgenden wird das Verfahren zunächst anhand einer Viertelbrücke mit nur einem Sensorwiderstand und mindestens drei Vergleichswiderständen beispielhaft erläutert. Die Nutzung einer Viertelbrücke bietet Kostenvorteile, da Sensorelemente bzw. Sensorwiderstände in der Regel höhere Kosten verursachen als Vergleichswiderstände, die durch Standardwiderstände realisiert werden können. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird die Brückenschaltung als Halbbrücke realisiert, bei der zwei Sensorwiderstände und mindestens zwei Vergleichswiderstände eingesetzt werden. Hierbei ist die Ausgangsspannung der Brückenschaltung im Vergleich zur Viertelbrücke in der Regel doppelt so groß.In the following, the method is first exemplified using a quarter bridge with only one sensor resistor and at least three comparison resistors. The use of a quarter bridge offers cost advantages, since sensor elements or sensor resistors generally cause higher costs than comparison resistors that can be realized with standard resistors. In the second exemplary embodiment, the bridge circuit is implemented as a half-bridge, in which two sensor resistors and at least two comparison resistors are used. The output voltage of the bridge circuit is usually twice as large compared to the quarter bridge.
In der vorliegenden Patentanmeldung wird die reine Widerstandsänderung eines Sensorwiderstands durch dR und die Temperaturänderung durch ΔT ausgedrückt, jeweils bezogen auf einen Referenzwert. In der Regel hängt die Widerstandsänderung dR ebenfalls von der Temperatur T=T0+ΔT ab: dR=dR0* (1+κ*ΔT) , wobei dR0=dR(T0) und κ einen vorzugsweise konstanten Temperaturkoeffizienten darstellt. Dann kann bei bekannter Temperaturänderung ΔT der korrekte Wert von dR ermittelt werden oder umgekehrt.In the present patent application, the pure change in resistance of a sensor resistance is expressed by dR and the change in temperature by ΔT, in each case based on a reference value. As a rule, the change in resistance dR also depends on the temperature T = T 0 + ΔT: dR = dR 0 * (1 + κ * ΔT), where dR 0 = dR (T 0 ) and κ represent a preferably constant temperature coefficient. If the temperature change ΔT is known, the correct value of dR can then be determined or vice versa.
Die Simulation wurde mit dem Simulationstool LTSPICE zur Simulation von elektrischen Schaltkreisen erstellt. Aus dem oberen Diagramm der
Im Folgenden werden die Temperaturänderung dT bzw. ΔT und die Widerstandsänderung dR rein analytisch unter der Annahme hergeleitet, dass der Sensorwiderstand und die Vergleichswiderstände unterschiedliche Widerstandswerte bei Referenzbedingungen (Temperatur T0) zeigen können (Faktoren k1 bis k4) und die Temperaturabhängigkeit durch ein lineares Verhalten mit konstanten Temperaturkoeffizienten α, β und γ beschrieben werden kann.In the following, the temperature change dT or ΔT and the change in resistance dR are derived purely analytically on the assumption that the sensor resistance and the comparative resistances can show different resistance values under reference conditions (temperature T 0 ) (factors k1 to k4) and the temperature dependence through a linear behavior can be described with constant temperature coefficients α, β and γ.
Für den Sensorwiderstand ergibt sich hierbei:
Für die Vergleichswiderstände ergibt sich:
Es gilt:
Damit lässt sich die Temperatur T bzw. die Temperaturänderung ΔT beispielsweise aus Gleichung 1-1 ermitteln. Die reine Widerstandsänderung dR bzw. die relative Widerstandsänderung dR/R0 zur Bestimmung der Messgröße kann aus Gleichung 2-1 errechnet werden. Hierzu ist vorher die Temperatur T bzw. Temperaturänderung ΔT zu berechnen. Für die Ermittlung der genauen Messgröße kann dann noch mit Kenntnis der Temperatur der Temperatureinfluss auf das Sensorelement kompensiert bzw. herausgerechnet werden. Dies ist möglich, auch wenn die einzelnen Widerstände unterschiedliche Werte aufweisen (k1*R0 bis k4*R0), so dass kein Abgleich der Brückenschaltung erforderlich ist.The temperature T or the temperature change ΔT can thus be determined, for example, from equation 1-1. The pure change in resistance dR or the relative change in resistance dR / R0 for determining the measured variable can be calculated from equation 2-1. To do this, the temperature T or temperature change ΔT must be calculated beforehand. To determine the exact measured variable, the temperature influence on the sensor element can then be compensated or calculated out with knowledge of the temperature. This is possible even if the individual resistors have different values (k1 * R0 to k4 * R0), so that no adjustment of the bridge circuit is necessary.
Die
Für die Vergleichswiderstände ergibt sich:
Es gilt:
Mit Kenntnis der einzelnen Widerstände
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Also Published As
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