DE1616049A1 - Bridge circuit - Google Patents
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Description
15160431516043
THE SIPPICAH COEPOHATIOF, Barnabas Road, Marlon, ■"'' Massaehusettg, U« S· A* -" "THE SIPPICAH COEPOHATIOF, Barnabas Road, Marlon, ■ "'' Massaehusettg, U« S · A * - ""
B rue kens c h a X t u η gBridge c h a X t u η g
· SS SS SS SSSS- «Η SS ^SaUv S· SS SS SS SSSS- «Η SS ^ SaUv S
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektric sehe, aus mehreren Zweigen bestehende, abgleich^ bare Brückensohaltung mit einem in einem der Zweige angeordneten Widerstand, veränderlichen Wertes und Nachregelmitteln zur Aufrechterhaltung des Abgleichzüstandes· Sie bezieht sich insbesondere auf eine Brüokenschaltung, deren Ausgang entgegengesetzii ist der Widerstandsänderung einer elektrischen Komponente, beispielsweise eines Thermistors, dessen Widerstand eine nicht lineare Punktion der Temperatur darstellt.The present invention relates to an electric see bridging position consisting of several branches, which can be compared with one in one of the branches arranged resistance, variable value and readjustment means to maintain the Adjustment state · It relates in particular to a bridge circuit whose output is opposite ii is the change in resistance of an electrical component, for example a thermistor, the resistance of which is non-linear Puncture represents the temperature.
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Die erfindungagemäße Brückenschaltung kann eine Servovorrichtung aur Schaffung von Positionsdaten auf- . weisen, welche eine Funktion des Verhältnisses zwischen einer Bezugs spannung und einem gemessenen Strom darstellen, wobei diese Posifcionsdaten k3ß.briert werden können zur Angabe einer veränderlichen zu messenden Größe, ζ-. B. des veränderlichen Widerstandes eines Thermistors, wenn dieser veränderlichen Temperaturbedingungen unterworfen wird. The bridge circuit according to the invention can be a servo device aur creation of position data. indicate which is a function of the relationship between represent a reference voltage and a measured current, these Posifcionsdaten k3ß.briert can be used to specify a variable to be measured, ζ-. B. the variable resistance of a Thermistor when subjected to variable temperature conditions.
In der Schaltung ist erfindungsgemäß zum Erzielen einer zur Änderung des Widerstandes (E ) umgekehrt proportionalen Ausgangsgröße, in einem der Brückenzweige eine Spannungsquelle (S ») bekannten Potentials angeordnet. Brfindungsgemäß ist also eine Brückenschaltung vorgesehen, y/elche eine Mehrzahl von miteinander verbundenen und eine Nullbrücke bildenden Brückenzweigen aufweist, sowie einen Widerstand, der einen veränderlichen Widerstandswert besitzt und in einen der Brückenzweige geschaltet ist, sowie eine Nachregel vorrichtung' zur Aufrecht erhaltung des iiullzustandes (Abgleichzustandes) in der Brücke, wobei die Brücken-According to the invention, the circuit is reversed in order to achieve a change in the resistance (E) proportional output variable, in one of the bridge branches a voltage source (S ») of known potential arranged. A bridge circuit is therefore in accordance with the invention provided, y / elche a plurality of interconnected and forming a zero bridge Has bridge branches, as well as a resistor which has a variable resistance value and in one of the bridge branches is connected, as well as a readjustment device to maintain the zero state (Balance state) in the bridge, whereby the bridge
schaltung dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Schaffung eines Stromflusses, der eine lineare !Punktion zum Reziprokwert des veränderlichen Widerstandes darstellt, eine Bezugssijannungsquelle geschaffen wird, welche in einen der Brückenzweige geschaltet ist.circuit is characterized in that to create a current flow that has a linear! puncture to the Represents the reciprocal of the variable resistance, a reference voltage source is created, which in one of the bridge arms is connected.
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"TI"TI
Weitere Merkmale der Erfindung und deren Vorteile gehen aus der nachfolgenden Besehreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Further features of the invention and its advantages emerge from the following description in conjunction with the accompanying drawings.
Hierbei zeigts - ; Here shows - ;
Pig* 1 bis 4 Schaltdiagramme τοη nach dem bekannten Stand der Technik verv/endeten Brückenschaltungen, Pig * 1 to 4 circuit diagrams τοη according to the known State of the art used / ended bridge circuits,
Fig. 5 ein Sehaltdiagramm eines Brückenkrelses, der die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung darstellt,Fig. 5 is a Sehalt diagram of a bridge turret, of the basic principles of the present Invention represents
eine Abänderung der Brückenschältung nach Pig. 5, einschließlich eines Zweiges zur Aufrechterhaltung des Abgleichs unda modification of the bridge peeling after Pig. 5, including a branch to maintain alignment and
Fig.. 7 ein S ehalt diagramm eines ·Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brückenkrei se s",^einschließlich einer Servoeinrichtung. \Fig. 7 is a content diagram of an embodiment a bridging circle according to the invention s ", ^ including a servo device. \
Bekanntlich wird zur Beibehaltung eines Brü.ckenabgleichs bzw. des Eullzustandes vielfach ein Fachregelungselement verwendet. Das Kachregelungselement kann in der in Pig. 2 bis 4. gezeigten und nachfolgend näher beschriebenen Porm ausgebildet sein. . ·It is well known that a bridge adjustment is maintained or the Eull state is often a technical regulation element used. The tile control element can be used in the Pig. 2 to 4. Porm shown and described in more detail below be trained. . ·
In Pig. 1 bilden die Widerstände E-, E2, E5 und E, jeweils einen Brückenzwe^.In Eeihe mit den Widerständen E, und E. ist z. B. eine Pudereinrichtung geschaltet, mit z.B. einem iDhermistor, dessen entsprechender Widerstand E ist.In Pig. 1 form the resistors E-, E 2 , E 5 and E, each a bridge branch ^. In series with the resistors E, and E. is z. B. switched a powder device, for example with an iDhermistor, the corresponding resistance E is.
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1-616 Q 41-616 Q 4
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Der Leitungswiderstand des Thermistors sei R,- j wenn der Widerstand der Thermistorzuführung in Bezug auf den zu messenden Widerstand des Thermistors groß ist,'.wird noch ein dritter Widerstand IL. vorgesehen, um gleiche Ströme in den beiden Hälften der Brücke zu erhalten, wenn letztere abgeglichen ist. Der zwischen den Anschlüssen 10 und 11 in Fig. 1 fließende Strom soll nun gewünschtermaßen zu der Widerstandsänderung des beispielsweise Thermistors entgegengesetzt sein. Ferner sollen durch das Nachregelelement die Ausgangspunkte E1 und Ep für alle Veränderungen des Y/iderstandes des Thermistors auf Null gehalten werden.Let the line resistance of the thermistor be R, - j if the resistance of the thermistor lead is high in relation to the resistance of the thermistor to be measured, a third resistor will be IL. provided to obtain equal currents in the two halves of the bridge when the latter is balanced. The current flowing between the terminals 10 and 11 in FIG. 1 should now, as desired, be opposite to the change in resistance of the thermistor, for example. Furthermore, the starting points E 1 and Ep for all changes in the Y / resistance of the thermistor should be kept at zero by the readjustment element.
Die Brückenschaltungen in Fig. 2, 3 und 4 sind denen in Fig. 1 ähnlich mit der Ausnahme, daß in Fig. 2 der Widerstand R- duroh einen variablen Widerstand P. ersetzt ist} in Fig. 3 ist der Widerstand R, durch den Widerstand P- ersetzt, und in Fig. 4 ist der Widerstand R-, durch die variablen Widerstände P1 und P2 ersetzt.The bridge circuits in FIGS. 2, 3 and 4 are similar to those in FIG. 1 with the exception that in FIG. 2 the resistor R is replaced by a variable resistor P.} in FIG. 3 the resistor R is replaced by the Resistor P- is replaced, and in Fig. 4 the resistor R- is replaced by the variable resistors P 1 and P 2 .
In Fig. 2 wird die Hachregelung durch einen variablen "Widerstand P. im Meßzweig erreicht, dessen Widerstandeänderung dann zur Widerstandsänderung des Thermistors komplementär ist.In Fig. 2, the high control is by a variable "Resistance P. reached in the measuring branch, its change in resistance is then complementary to the change in resistance of the thermistor.
In Fig. 3 ist der variable Widerstand P-, in der entgegengesetzten Position zu der in Fig. 2 dargestellten Lage angeordnet, wodurch dann die Änderung des Widerstandes P-z der Widerstandsänderung des Thermistors entspricht. ' .In FIG. 3, the variable resistor P- is in the opposite position to that shown in FIG Position arranged, whereby then the change in resistance P-z corresponds to the change in resistance of the thermistor. '.
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BADORlGiNALBADORLGiNAL
w 1018049 w 1018049
-5 - -■■-■.- ■-'■' -"■■:.-■■ ■'■ ■- -■'-5 - - ■■ - ■ .- ■ - '■' - "■■: .- ■■ ■ '■ ■ - - ■'
in. Jig» 4- werden zwei gleichlaufende variable Widerstände F, und Pp dazu verwendet, wobei P1 den Strom in beiden Brückenhälften gleichhält, und der variable Resistor P2 dazu dient, die Brüeke abzugleichen, und die Ausgänge E^ und Eg auf Null zu halten* Vfennr wie bei einem !EhennistOr, der gemessene. Widerstand eine nicht lineare Punktion einer variablen Sröfle ist (der Widerstand in einem Thermistor ist eine nicht lineare Funktion der "!temperatur)-/ dann muß die Nachregelung auch niohtlinear sein, damit sich ein linearer Ausgang ergibt.In. Jig >> 4- two variable resistors F, and Pp running in the same direction are used, where P 1 keeps the current in both bridge halves the same, and the variable resistor P 2 serves to balance the bridge, and the outputs E ^ and Eg to zero to hold * Vfenn r as with a! EhennistOr, the measured one. Resistance is a non-linear puncture of a variable Sröfle (the resistance in a thermistor is a non-linear function of the "! Temperature) - / then the readjustment must also be non-linear, so that a linear output results.
Wird nun der ihermistor dazu verwendet, eine Temperatur über einen Bereich von 500J? (=1Q°0) oder mehr zu messen, so ergeben sich bei den Schaltungen naoh Mg. 1 bisA folgende SchwierigkeiteniNow is the ihermistor used to maintain a temperature over a range of 50 0 J? (= 1Q ° 0) or more, the following difficulties arise in the circuits according to Mg. 1 to A.
Die Änderung des Widerstandes eines Rheostaten, wie er in Mg. 2 und 3 verwendet wird, führt ein fentaktgeräusoh {Kontaktrauschen) direkt in die Rückkoppä.ung b^Wv liachregelung ein. Änderungen in der Neigung der Widerstands-Temperaturkurve werden weiterhin direkt als Verstärkungsänderung in den dem-Ausgang der Brüeke nachgeschaltenen Verstärker eingeführt. Außerdem ist ein nicht linearer Regelwiderstand oder ein parallel geschalteter Regelwiderstand erforderlich. The change in resistance of a rheostat like him used in Mg. 2 and 3, results in a fentaktgeräusoh {Contact noise) directly into the feedback b ^ Wv liach control a. Changes in the slope of the resistance-temperature curve will continue to be used directly as a gain change in the downstream output of the bridge Amplifier introduced. It is also a non-linear one Variable resistor or a parallel connected variable resistor required.
in Fig. 4 können die gleichlaufenden Potentiometer ein direktes Eontaktrauschen erzeugen, das auf die Strom^ regelung der Brückenschaltung nachteilig einwirken kann.in Fig. 4, the potentiometers running in the same direction can be turned on generate direct contact noise which is applied to the current ^ regulation of the bridge circuit can have a detrimental effect.
909887/1002 ,909887/1002,
Auch ist die Verstärkungsregelung gleichlaufender Potentiometer begrenzt. Außerdem ist, vom wix*tsohaftlichen Standpunkt aus betrachtet, die Verwendung eines Paars gleichlaufender, nichtlinearer, Potentiometer unerwünscht.The gain control is also more synchronized Potentiometer limited. In addition, from the wanking From a standpoint, the use of a pair of concurrent, nonlinear, Potentiometer undesirable.
Erfindungsgemäß werden die vorerwähnten Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß eine feste Spannung in einen der Zweige einer üblichen Brücke der gezeigten Art, wie z.B. in Fig. 1, eingeführt wird. Durch die Einführung einer derartigen Pestspannung ist es möglich, den Widerstand des Thermistors dadurch zu bestimmen, daß der in der Brücke fließende Strom bestimmt v/ird, ohne dabei auf die geschilderten Nachregelungselemente zurückgreifen zu müssen. Der Grundhierfür geht eindeutig aus der folgenden Analyse hervor.According to the present invention, the aforementioned difficulties become avoided in that a fixed tension in one of the branches of a conventional bridge of the type shown, such as in Fig. 1 is introduced. Through the introduction With such a plague voltage it is possible to determine the resistance of the thermistor by that the current flowing in the bridge is determined, without the described readjustment elements having to fall back. The reason for this goes clearly from the following analysis.
Der derzeitige Stand der Festkörperbetriebsverstärker läßt es vom wirtschaftlichen Standpunkt aus wünschenswert erscheinen, die gemessene Variable gleich der Punktion X=K.^ , oder wenigstens beinahe gleich dieser Punktion zu macTien, wobei K eine Konstante und R der Widerstand ist, dessen Wert zu bestimmen ist. Wird ein Thermistor verwendet, eo kann ein (nicht gezeigter) Pufferwiderstand R parallel zu dem Thermistor geschaltet werden, damit eine Nichtlinear!tat (in Form einer 3-Kurve) mit einigfe-i Prozent Spannweite erzeugt wird.The current state of solid state operational amplifiers makes it economically desirable to have the measured variable equal to Puncture X = K. ^, or at least almost the same as this Puncture to macTien, where K is a constant and R is the Resistance is the value of which is to be determined. If a thermistor is used, a buffer resistor (not shown) can be used R can be connected in parallel to the thermistor so that a nonlinear! Did (in the form of a 3-curve) with some-i percent span is generated.
Es wurde nun festgestellt, daß durch Einführen einer Festspannung in einen Zweig einer üblichen Brücke es möglich isrfc einen Meßkreis zu erhalten, der eine Umkehrung des Widerstandes wiedergi.bt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der die Brücke durchströmende Strom verändert wir d bis ein Abgleich erreicht ist, wobei die beiden HälftenIt has now been found that by introducing a fixed voltage in a branch of a conventional bridge it is possible to obtain a measuring circuit which is a reversal of the Resistance. This can be achieved by that the current flowing through the bridge changes we d until a balance is achieved, with the two halves
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der Brücke gleichen Strom aufweisen, line derartige Veränderung des Stromeskann durch die. in Mg. 6 gezeigte, später beschriebene Anordnung erreicht werden. Zunächst sei jedoch"unter Bezug; auf Pig. das folgende ausgeführts,the bridge have the same current, line such Change in the current can be achieved by the. in Mg. 6 shown, later described arrangement achieved will. First, however, "with reference to Pig. the following carried out,
Angeommen, E* - Eo- O, d. h, die Brücke ist abgeglichen. Wenn E1 = R2, dann muß der Brückenstrom I in R1 und R2 gleich sein, damit IL - I2gleich 0 ist. "Λ Man kann dann folgende .Gleichungen aufstellen;Assume, E * - Eo- O, i.e. h, the bridge is leveled. If E 1 = R 2 , then the bridge current I in R 1 and R 2 must be the same for IL - I 2 to be zero. "Λ One can then set up the following equations;
und 1 Tf) _ 1 TT, . 1 Tp -pand 1 T f) _ 1 TT,. 1 T p -p
Ί IRL - 7 mL +^ IRx - Eref Ί IR L - 7 m L + ^ IR x - E ref
undand
Der Strom I ist damit ximgekehrt proportional zu R bzw. dem Widerstand des !Transistors in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel. Durch Verwendung einer Festbezugsspannung wird daher eine abgeglichene Brücke mit Leitungskompensation erreicht, wobei der variable Strom als neue Abgleichgröße verwendet wird, Um diese Brücke zu verwenden, muß^ The current I is therefore inversely proportional to R or the resistance of the transistor in the described Embodiment. By using a fixed reference voltage therefore becomes a balanced bridge with line compensation achieved, the variable current being used as the new adjustment variable. To use this bridge, ^
'-""-. ":"*"- 1. der Abgleich beibehalten werden,'- "" -. ":" * "- 1. the comparison is retained,
2. der Strom bestimmt werden.2. The current can be determined.
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Zur Beibehaltung des Abgleiche kann die öröße E^- E2 einem Betriebsverstärker mit MITerentialeingang zugeführt werden, (Fig.6). Der Ausgang dee Verstärkers ergibt den Versürgungsstrom für die Brücke. Der Eingang zu dein Verstärker ist so geschaltet, daß sich eine negative Rückkoppelung (ITa ehr eg e lung) ergibt. Wenn die Verstärkung des Verstärkers groß genug ist, ist S1 - Ep verschwindend klein, und der Brückenausgleich wird damit beibehalten.To maintain the adjustment, the size E ^ - E 2 can be fed to an operational amplifier with a grounding input (Fig. 6). The output of the amplifier gives the supply current for the bridge. The input to your amplifier is connected in such a way that there is a negative feedback (ITa Ehreg e ment). If the gain of the amplifier is large enough, S 1 - Ep is vanishingly small and the bridge balance is thus maintained.
Es eilti .It is urgent.
e1 = g3W, R1 + RL , R1 + RL . Eref e 1 = g3 W , R 1 + R L , R 1 + R L. E ref
wenn A= Verstärkungsif A = gain
A (E1 -E2) eBref R1 fA (E 1 -E 2 ) eBref R 1 f
wobei E ~ die Bezugsspannung, R der Widerstand des Thermistors, R1 der Widerstandswert einer der Brückenzweige und Rt der Y/iderstand der {Dhermistorleitungwhere E ~ the reference voltage, R the resistance of the thermistor, R 1 the resistance value of one of the bridge branches and Rt the Y / resistance of the {thermistor line
Zur Messung des Ausgangsstroms kann nun selbstverständlich ein herkömmliches, potentiometriseheö Servosystem verwendet werden, und der Spannungsabfall an einem im Verstärkerausgangskreis eingeschalteten Festwiderstand abgenommen werden,Of course, you can now measure the output current a conventional, potentiometric servo system is used and the voltage drop across one in the amplifier output circuit switched on fixed resistor can be removed,
BAD GSiGiNAL 909887/1002 BAD GSiGiNAL 909887/1002
Es ist jedoch vorteilhafter:, „ftae YerhHltäis des; Jittssigangsstroms zu dem Besiig $Γ·β£· zu' erlialteii, was folgendermaßen. bev/irlcii vferden fcan.iii ; · :However, it is more advantageous :, “ftae YerhHltäis des; Jittssigangsstrom to the condition $ Γ · β £ · to 'attainable, which is as follows. bev / irlcii vferden fcan.iii ; ·:
1I war; 1 I was;
Ix - fir-. ■:■" ■■■ (2)I x - fir-. ■: ■ "■■■ (2)
■-■--. ref ■ . ■ .- " -..■ - ■ -. ref ■. ■ .- "- ..
der Abfall in einem Brückenzwelg mit Ere£ verglichen wirdf kann das YerMltnis der beiden bestimmt werden*the waste in a bridge is compared with E re £ f the ratio of the two can be determined *
■Mit·,■ With ·,
2. 2 α rj Wobei r eine Verhältnis zalxl ist zweiges2. 2 α rj Where r is a ratio zalxl branch
ref - and.Rn der Widerstand eines Brückeneingesetzt in (2),.ergibt siehrref - and.Rn the resistance of a bridge used in (2), results in
Man sieht, daß J? f was als praktisch lineare von I (Thermist^rwiderstand) von Interesse ist, direkt proportional zu r ist,, und. auch unabhängig vonYou can see that J? f, which is of interest as a practically linear of I (thermistor resistance), is directly proportional to r ,, and. also independent of
- IC; -- IC; -
Gleichung (3) kann schaltungstechnicch sehr einfach realisiert werden, wie in Pig. 7 gezeigt, v/o das Potentiometer P1 ein Verhältnis r für.SAus> /Ere£ besitzt.Equation (3) can be implemented very easily in circuit technology, as in Pig. 7, v / o the potentiometer P 1 has a ratio r for S Aus> / E re £.
P1 wird von dem Servoverstärker betätigt bis zum Abgleich, bei welchem- dann der mechanische Ausgang eine Anzeige für das Pctentiometerverhältnis r darstellt,P 1 is actuated by the servo amplifier until the adjustment, at which the mechanical output then shows a display for the pctentiometer ratio r,
Für den Abgleich dea Servoverstärkers gilt dann:The following then applies to the adjustment of the servo amplifier:
I R2 = r
was der Gleichung (3) entspricht. IR 2 = r
which corresponds to equation (3).
Der Schaltkreis in Pig. 7 besitst also folgende MerkmalesThe circuit in Pig. 7 has the following characteristics
1. Der mechanische Ausgang, eine direkte Punktion von r, ist ein Maß für V . ■1. The mechanical exit, a direct puncture of r, is a measure of V. ■
2. Die ServoTerStärkung ist ebenso linear wie die Punktion r.2. The servo gain is just as linear as the puncture r.
5. E ^ ist nicht kritisch und beeinfluBt nur die Yerstärkung des Systems.5. E ^ is not critical and only affects the gain of the system.
4. Die Spannung an der U^ekannten R ist konstants was dort von. Interesse sein kann, wo leoMionsverluste der Leitungsdrähte von der G-röße der Spannung oder der Polarität4. The voltage at the U ^ e known R is constant s what there of. It may be of interest where leoMion losses of the lead wires of the size of the voltage or the polarity
abhängen.depend.
-Patentan-aprüelie--Patent-aprüelie-
90S8877100290S88771002
SADSAD
Claims (6)
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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