DE1591927B2 - A measuring bridge arrangement fed by direct or alternating current with a variable resistor as a measured value sensor - Google Patents

A measuring bridge arrangement fed by direct or alternating current with a variable resistor as a measured value sensor

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DE1591927B2 DE19671591927 DE1591927A DE1591927B2 DE 1591927 B2 DE1591927 B2 DE 1591927B2 DE 19671591927 DE19671591927 DE 19671591927 DE 1591927 A DE1591927 A DE 1591927A DE 1591927 B2 DE1591927 B2 DE 1591927B2
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/10AC or DC measuring bridges
    • G01R17/105AC or DC measuring bridges for measuring impedance or resistance

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Description

3535

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßbrückenanordnung vom Wheatstone-Typ für Gleich- oder Wechselstrom mit einem sich durch eine Einflußgröße χ ändernden Widerstand, dessen Änderung durch einen oder zwei veränderliche Widerstandsteiler in einem frei wählbaren Meßstab linear nachgebildet wird.The invention relates to a measuring bridge arrangement of the Wheatstone type for equal or Alternating current with a resistance that changes due to an influencing variable χ, its change linearly simulated by one or two variable resistance dividers in a freely selectable measuring stick will.

üblicherweise dient die Wheatstone-Brücke zum Messen elektrischer Größen. Darüber hinaus kann sie aber in Verbindung mit geeigneten Aufnehmern auch ein breiteres Anwendungsfeld bei den elektrischen Messungen anderer physikalischer Größen finden. — Bei der Anwendung der Brücke kann grundsätzlich zwischen zwei Meßmethoden unterschieden werden. Bei der einen Methode, der sogenannten Ausschlagmethode, ist die Brücke für einen bestimmten Betrag der Meßgröße (Fixpunkt) abgeglichen; die Ausgangsspannung der Brücke ist null. Bei Änderung der Meßgröße wird die Brücke verstimmt; die Ausgangsspannung ist von null verschieden und ein Maß für die Meßgröße selbst. Bei der anderen Methode, der Abgleichmethode, wird die Brücke bei jedem Meßvorgang mit Hilfe eines Stellgliedes abgeglichen, wobei an dessen Stellung der Meßwert abgelesen wird.Usually the Wheatstone bridge is used to measure electrical quantities. In addition, can In connection with suitable transducers, however, they also have a broader field of application in the electrical field Find measurements of other physical quantities. - When using the bridge can a distinction can be made between two measurement methods. With one method, the so-called Deflection method, the bridge is adjusted for a certain amount of the measured variable (fixed point); the output voltage of the bridge is zero. If the measured variable changes, the bridge is detuned; the output voltage is different from zero and a measure of the measured variable itself the other method, the adjustment method, is the bridge with each measurement process with the help of a Adjusted actuator, the measured value being read from its position.

Die beiden genannten Verfahren, die in der Meßtechnik in vielfältiger Weise Anwendung finden, besitzen verschiedene Vor- und Nachteile.The two methods mentioned, which are used in various ways in measurement technology, have various advantages and disadvantages.

So ist z. B. bei einer Brücke nach der Ausschlagmethode, die einen mit der Meßgröße X variablen Widerstand R(X) enthält, die Ausgangsspannung nicht linear abhängig von X. Das Anzeigeinstrument +aX) So is z. B. at a bridge to the deflection method, which includes a variable resistor with the process variable X R (X), the output voltage is not a linear function of X. The meter + aX)

(1.1)(1.1)

Wird die Brücke für einen Punkt (z. B. Nullpunkt, X = O, Y = O) abgeglichen, so geht die Gleichung (1.1) über inIf the bridge is adjusted for a point (e.g. zero point, X = O, Y = O), equation (1.1) changes over to

1 + aX = 1 + 1 + aX = 1 +

Y,Y,

(1.2)(1.2)

Y.Y.

Wünscht man nun einen Zusammenhang zwischen den beiden Größen Y und X derart, daß Y = X wird, so ist dafür Sorge zu tragen, daß der AusdruckIf you now want a relationship between the two quantities Y and X in such a way that Y = X , care must be taken that the expression

—5Σ— den Wert 1 annimmt, oder — was dasselbe a K0 j. —5 Σ - takes on the value 1, or - which is the same a K 0 j.

ist — es ist der Wert a mit hinreichender Genauigkeit durch das Verhältnis Ry:ROy nachzubilden. Diese Forderung ist um so schwieriger zu erfüllen, je größer der Variationsbereich von X und Y bei festgelegten Fehlergrenzen wird. Es wird daher meist erforderlich, das Verhältnis Ry:ROy durch Justage zu korrigieren. Im allgemeinen ist Ry ■ Y ein veränderbarer Stufenwiderstand, dessen Teilung sich nicht ohne weiteres ändern läßt, so daß eine Korrektur des Verhältnisses Ry: ROy nur über ROy zu erreichen ist. Hierdurch wird aber wiederum die vorher geeichte Nullpunktslage verändert, so daß die Eichung dann auf ein Iterationsverfahren hinausläuft, das mitunter (z. B. bei Temperaturmeßgeräten) recht zeitraubend sein kann.is - the value a is to be simulated with sufficient accuracy using the ratio R y : R Oy. This requirement is all the more difficult to meet, the larger the range of variation of X and Y becomes with defined error limits. It is therefore usually necessary to correct the ratio R y : R Oy by adjustment. In general, R y · Y is a variable step resistance, the division of which cannot easily be changed, so that a correction of the ratio R y : R Oy can only be achieved via R Oy . This in turn changes the previously calibrated zero point position, so that the calibration then amounts to an iterative process that can sometimes be quite time-consuming (e.g. in the case of temperature measuring devices).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zu schaffen, die eine einfache und präzise Eichung erlaubt, ohne daß die vorteilhaften Eigenschaften aufgegeben werden.The invention is based on the object of creating a measuring arrangement which is simple and precise calibration allows without losing the advantageous properties.

Die Lösung dieser Aufgabe bei einer von Gleich- oder Wechselstrom gespeisten Meßbrückenanordnung, wobei die von einer Meßgröße (X) abhängige Ausgangsspannung einer fest abgeglichenen Brücke, die in einem Zweig einen auf Widerstandsänderung beruhenden Meßwertaufnehmer enthält, durch die von einer Nachstellgröße (Y) abhängige Spannung an einem Widerstandsteiler nachgebildet wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung U für den Nachbildungswiderstandsteiler mit den Teilwiderständen bzw. den Teil- leitwerten in einer durch den Brückenteilfaktor bestimmten Höhe mittels Schaltmittel aus der Brückenspeisespannung hergeleitet wird, so daß ein linearer Zusammenhang Y = Const · X besteht.The solution to this problem with a measuring bridge arrangement fed by direct or alternating current, whereby the output voltage of a fixedly balanced bridge, which is dependent on a measured variable (X) and which contains a measured value transducer based on a change in resistance in one branch, is replaced by the voltage which is dependent on a readjusting variable (Y) is simulated on a resistance divider, is characterized according to the invention in that the supply voltage U for the simulation resistance divider with the partial resistances or the partial conductance at a level determined by the bridge partial factor is derived from the bridge supply voltage by means of switching means, so that a linear relationship Y = Const · X exists.

Die Erfindung läßt sich an dem Beispiel nach F i g. 2 näher erläutern. Die Schaltung enthält eine Wheatstone-Brücke mit den Widerstandsteilern 1 und 2.The invention can be illustrated in the example according to FIG. 2 explain in more detail. The circuit includes a Wheatstone bridge with resistance dividers 1 and 2.

Bekanntlich ergibt sich der Brückenübertragungsfaktor aus der Differenz der Übertragungsfaktoren der Teiler 1 und 2 zu.As is well known, the bridge transmission factor results from the difference between the transmission factors the divisors 1 and 2 too.

AB(X)= -μΐηΚμ = —L· A B (X) = - μΐη Κμ = —L

^ + •Κοχ + ^χ'-* K1+K2 ^ + • Κοχ + ^ χ '- * K 1+ K 2

(2.1)(2.1)

Nun werde die Brücke für einen Bezugspunkt (Rx-X = 0, Ry■ Y = 0) abgeglichen, d.h., es wirdNow the bridge is adjusted for a reference point (R x -X = 0, R y ■ Y = 0), ie it is

= μ- (2.2)= μ- (2.2)

3030th

3535

Es sei ζ. Β. μ =-γ vorgesehen, dann wird R3 = R0x. Die Beziehung (2.1) wird somit zuLet it be ζ. Β. μ = -γ provided, then R 3 = R 0x . The relation (2.1) thus becomes

2R0x + Rx-X 2' 2R 0x + R x -X 2 '

(2.3)(2.3)

R - X
1= 2(2R0x + R
R - X
1 = 2 (2R 0x + R

4040

45 Hiermit folgt für die Brückenausgangsspannung 45 This follows for the bridge output voltage

Rx-XR x -X

Rx.x) Rx . x)

us.u s .

(2-4)(2-4)

Diese Spannung soll an Hand eines weiteren Teilers 3 mit den Widerständen R09 und Ry · Y nachgebildet werden, der von der Spannung U gespeist wird. Dessen Ausgangsspannung U7(Y) istThis voltage is to be simulated using a further divider 3 with the resistors R 09 and R y · Y , which is fed by the voltage U. Whose output voltage is U 7 (Y)

Rv-YR v -Y

^Oy^ Oy

U . (2.5) U (2.5)

Die Gleichungen (2.4) und (2.5) werden identisch, wenn folgende Bedingungen erfüllt werden:Equations (2.4) and (2.5) become identical if the following conditions are met:

U =U =

UsUs

2
= nRr
2
= nR r

(2.6)(2.6)

Diese Bedingungen sind leicht zu erfüllen: -=r istThese conditions are easy to meet: - = r is

am Teiler 1 abgreifbar, η ergibt sich durch Wahl des Widerstandes Ry und ROy läßt sich dann durch eine Eichung bei einem weiteren Bezugspunkt leicht auf den genauen Wert einstellen. Wie man sich überzeugen kann, ist damit die Forderung X = Y erfüllt. Diese Überlegungen sind natürlich nur so lange gültig, solange der Teiler 3 gegenüber dem parallelgeschalteten Widerstand des Teilers 1 als hochohmig betrachtet werden kann. Es ist einzusehen, daß man selbst bei ungünstiger Dimensionierung bei der Eichung wesentlich schneller zum Ziel kommt.can be tapped off at the divider 1, η results from the selection of the resistance R y and R Oy can then be easily adjusted to the exact value by calibration at a further reference point. As you can see for yourself, the requirement X = Y is thus fulfilled. These considerations are of course only valid as long as the divider 3 can be regarded as having a high resistance to the parallel-connected resistor of the divider 1. It can be seen that, even if the dimensions are unfavorable, the target can be reached much faster during the calibration.

Bei Aufbau als Wechselstrombrücke, bei der der Teiler 1 durch die angezapfte Wicklung eines Übertragers realisiert werden kann, treten diese Probleme nicht auf. Fig. 3 zeigt eine solche Schaltung, bei der in Abwandlung der Nachbildungsteiler in Leitwertschaltung mit den Leitwerten GOy; Gy ausgeführt ist. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens läßt sich die Brücke auch zur Messung negativer X durch einen weiteren Teiler 4 ergänzen (F i g. 4).These problems do not arise in the case of a construction as an alternating current bridge, in which the divider 1 can be implemented by the tapped winding of a transformer. 3 shows such a circuit in which, as a modification of the simulation divider in conductance circuit with the conductance values G Oy ; G y is executed. In a further development of the inventive concept, the bridge can also be supplemented by a further divider 4 for measuring negative X (FIG. 4).

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Von Gleich- oder Wechselstrom gespeiste, zum Messen einer physikalischen Größe (X) bestimmte Meßbrückenanordnung, die eine fest abgeglichene Brücke aus den Teilern (1) und (2) mit einem auf Widerstandsänderung beruhenden Meßwertaufnehmer enthält und deren von der Meßgröße (X) abhängige Ausgangsspannung durch die von einer Nachstellgröße (Y) abhängige Spannung an einem Widerstandsteiler (3) nachgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung U für den Nachbildungswiderstandsteiler (3) mit den Teilwiderständen (ROy; Ry) bzw. den Teilleitwerten (GOy; Gy) in einer durch den Brückenteilfaktor (μ) bestimmten Höhe mittels Schaltmittel aus der Brückenspeisespannung (Us) hergeleitet wird, so daß im Abgleichfall ein linearer Zusammenhang Y = Const · X besteht.1. A measuring bridge arrangement, fed by direct or alternating current and intended to measure a physical quantity (X) , which contains a permanently balanced bridge from the dividers (1) and (2) with a measured value transducer based on a change in resistance and whose values depend on the measured quantity (X) dependent output voltage is simulated by the voltage dependent on a readjusting variable (Y) at a resistance divider (3), characterized in that the supply voltage U for the simulation resistance divider (3) with the partial resistances (R Oy ; R y ) or the partial conductance values (G Oy ; G y ) is derived from the bridge supply voltage (U s ) at a level determined by the bridge division factor (μ) by means of switching means, so that in the case of adjustment there is a linear relationship Y = Const · X. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Anzeige dienende Stellwiderstand (Ry · Y) bzw. Stell-Leitwert (Gy · Y) des Nachbildungswiderstandsteilers (3) eine lineare Teilung aufweist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the variable resistor (R y · Y) or control conductance (G y · Y) of the replica resistor divider (3) used for display has a linear division. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur einer Nichtlinearität des Meßwertaufnehmers an Abgriffen des Stellwiderstandes (Ry · Y) bzw. Leitwerten (Gy · Y) des Nachbildungsteilers (3) in bekannter Weise Korrekturwiderstände angeschlossen sind.3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that to correct a non-linearity of the transducer at taps of the variable resistor (R y · Y) or conductance values (Gy · Y) of the replica divider (3) correction resistors are connected in a known manner. ist dann mit einer nichtlinearen Skalenteilung von X zu versehen. Dieser Nachteil kann, wenn die Spannung in der Brückendiagonale leistungslos gemessen wird, durch übergang zur bekannten Halbbrücken- bzw. Vollbrückenschaltung mit zwei bzw. vier sich gegenläufig ändernden Widerständen vermieden werden. Unter der Voraussetzung einer äußerst konstanten Speisespannung steht diesen Nachteilen der Vorteil einer besonders einfachen Eichung der Meßeinrichtung gegenüber: Nullpunkt und Empfindlichkeit können unabhängig voneinander justiert werden.must then be provided with a non-linear scale division of X. If the voltage in the bridge diagonal is measured without power, this disadvantage can be avoided by switching to the known half-bridge or full-bridge circuit with two or four oppositely changing resistors. Assuming an extremely constant supply voltage, these disadvantages are offset by the advantage of a particularly simple calibration of the measuring device: the zero point and sensitivity can be adjusted independently of one another. Mitunter ist es bei der verlangten Genauigkeit schwierig oder nicht möglich, den Meßwertaufnehmer mit zwei exakt gegenläufigen Widerstandscharakteristiken aufzubauen (z. B. Widerstandsthermometer). Will man auf die absolute Linearität der Anzeige nicht verzichten, so ist man gezwungen, auf die Abgleichmethode zurückzugreifen, deren Vorteile bekannt sind, deren Nachteil aber deutlich wird, wenn der Meßwertaufnehmer nur kleine Widerstandsänderungen zeigt und eine extrem hohe Genauigkeit verlangt wird. Die Eichung der Brücke bereitet dann in der Praxis Schwierigkeiten, was ein einfaches Beispiel zeigt (F i g. 1).Sometimes it is difficult or not possible to use the transducer with the required accuracy to be built up with two exactly opposing resistance characteristics (e.g. resistance thermometer). If one does not want to forego the absolute linearity of the display, one is forced to use the adjustment method to fall back on, the advantages of which are known, but the disadvantage of which becomes clear when the transducer shows only small changes in resistance and requires extremely high accuracy will. The calibration of the bridge then causes difficulties in practice, which is a simple example shows (Fig. 1). Es sei der Meßwertaufnehmer mit seinem vom Meßwert χ abhängigen Widerstand R (X) gegeben durch die Beziehung R(X) — Rax(l + aX). R01 und jR02 seien Festwiderstände, und Ry · Y sei ein ver-Let the transducer with its resistance R (X) dependent on the measured value χ be given by the relationship R (X) - R ax (l + aX). Let R 01 and jR 02 be fixed resistors, and let R y Y be a . änderbarer Widerstand, an dessen Stellung Y der Meßwert X abgelesen werden soll. Die Ausgleichbedingung der Brücke lautet dann:. Changeable resistance at whose position Y the measured value X is to be read. The compensation condition of the bridge is then:
DE19671591927 1967-07-13 1967-07-13 Measuring bridge arrangement fed by direct or alternating current with a variable resistor as a measured value sensor Expired DE1591927C3 (en)

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DE1591927A1 DE1591927A1 (en) 1971-04-08
DE1591927B2 true DE1591927B2 (en) 1975-10-30
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E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
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