DE19531386A1 - Evaluation circuit for thick film pressure sensor for ohmic measuring bridge - Google Patents
Evaluation circuit for thick film pressure sensor for ohmic measuring bridgeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteschaltung für einen eine ohmsche Meßbrücke aufweisenden Dickfilm-Drucksensor, mit einem Spannungsversorgungsteil für die Meßbrücke, einem nach geschalteten Meßverstärker, der mindestens zwei Verstärker aufweist, deren nicht-invertierende Eingänge mit den Ausgängen der Meßbrücke verbunden sind, und mit einem dem Meßverstärker nachgeschalteten, einen Eingang und Referenzeingänge aufweisen den A/D-Wandler zur Auswertung der von der Meßbrücke abgegebenen Spannungssignale. Unter einem Dickfilm-Drucksensor wird ein Drucksensor verstanden, der eine Keramikplatte aufweist, auf dem die Meßwiderstände der Ohmschen Meßbrücke so angeordnet sind, daß bei einer Verbiegung der Keramikplatte infolge Druckein wirkung die Meßwiderstände ihre Widerstände ändern. Die wesent lichen Nachteile solcher Dickfilm-Drucksensoren liegen darin, daß ihr an den Ausgängen der Meßbrücke abgegebenes Ausgangs signal relativ schwach ist. Weiterhin enthält das Ausgangssignal einen großen Rauschanteil. Schließlich ist das Ausgangssignal von der angelegten Spannung abhängig, mit der die ohmsche Meßbrücke von einem Spannungsversorgungsteil versorgt wird.The invention relates to an evaluation circuit for a a ohmic measuring bridge thick film pressure sensor, with a power supply part for the measuring bridge, one after switched measuring amplifier, the at least two amplifiers has whose non-inverting inputs with the outputs the measuring bridge are connected, and with one of the measuring amplifier downstream, have an input and reference inputs the A / D converter for evaluating the output from the measuring bridge Voltage signals. Under a thick film pressure sensor is a Understand pressure sensor that has a ceramic plate on the the measuring resistances of the ohmic measuring bridge are arranged that if the ceramic plate bends due to pressure effect the measuring resistors change their resistances. The essential The disadvantages of such thick film pressure sensors are that your output given at the outputs of the measuring bridge signal is relatively weak. The output signal also contains a large amount of noise. Finally, the output signal dependent on the applied voltage with which the ohmic Measuring bridge is supplied by a voltage supply part.
Eine Auswerteschaltung für einen solchen Dickfilm-Drucksensor mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus einer Werbe schrift der Firma Motorola Semiconductor Products Sector, Phoenix, Arizona mit der Bezeichnung "Sensor Device Dataw" Q2/95 DL200 REV2, Seiten 4-102 bis 4-103 bekannt. Es ist ein Spannungsversorgungsteil vorgesehen, welches aufwendig aufgebaut ist und eine Vielzahl einzelner Maßnahmen enthält, um die abge gebene Versorgungsspannung möglichst konstant zu halten. Der ohmschen Meßbrücke ist unmittelbar ein Meßverstärker nachge schaltet, der zwei Verstärker aufweist, deren nicht-invertieren de Eingänge mit den Ausgängen der ohmschen Meßbrücke verbunden sind. Ein A/D-Wandler ist wiederum dem Meßverstärker nachge schaltet, indem der Ausgang des Meßverstärkers mit dem Eingang des A/D-Wandlers verbunden ist. Der A/D-Wandler weist darüber hinaus zwei Referenzeingänge auf, nämlich einen ersten Referenz eingang zur Festlegung der minimal einsteuerbaren Spannung an dem Eingang des A/D-Wandlers. Ein zweiter Referenzeingang ist für die maximal einsteuerbare Spannung vorgesehen. Der kompli ziert aufgebaute Spannungsversorgungsteil vergrößert den Aufwand erheblich. Der Meßverstärker ist ebenfalls aufwendig gestaltet und besitzt drei Verstärker.An evaluation circuit for such a thick film pressure sensor with the features described above is from an advertising font from Motorola Semiconductor Products Sector, Phoenix, Arizona with the designation "Sensor Device Dataw" Q2 / 95 DL200 REV2, pages 4-102 to 4-103 known. It is a Power supply part is provided, which is constructed in a complex manner is and contains a large number of individual measures to the abge keep the given supply voltage as constant as possible. Of the ohmic measuring bridge is immediately followed by a measuring amplifier switches, which has two amplifiers, their non-inverting de inputs connected to the outputs of the ohmic measuring bridge are. An A / D converter is again the measuring amplifier switches by connecting the output of the measuring amplifier to the input of the A / D converter is connected. The A / D converter points over it two reference inputs, namely a first reference input to determine the minimum controllable voltage the input of the A / D converter. A second reference input is intended for the maximum controllable voltage. The compli Ornate power supply increases the effort considerably. The measuring amplifier is also designed to be complex and has three amplifiers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswerteschaltung der eingangs beschriebenen Art für einen Dickfilm-Drucksensor bereitzustellen, die die Verwendung eines einfach aufgebauten Spannungsversorgungsteils unter Inkaufnahme der Toleranzen der Versorgungsspannung ermöglicht und trotzdem verbesserte Meßer gebnisse zeigt.The invention has for its object an evaluation circuit of the type described above for a thick film pressure sensor to provide the use of a simply constructed Power supply part taking into account the tolerances of the Supply voltage enables and still improved knives shows results.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Auswerteschaltung der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß der Ausgang des Spannungsversorgungsteils auch mit dem Referenzeingang für die auf den Eingang des A/D-Wandlers maximal einsteuerbare Spannung oder mit einem weiteren Eingang des A/D-Wandlers verbunden ist.According to the invention, this is the case with an evaluation circuit Type described above achieved in that the output of Power supply part also with the reference input for the maximum controllable voltage at the input of the A / D converter or is connected to another input of the A / D converter.
Die Erfindung zeigt zwei Lösungsmöglichkeiten auf, denen gemein sam ist, daß die Versorgungsspannung des Spannungsversorgungs teils dem A/D-Wandler zugeführt wird. Damit wird der A/D-Wandler in die Lage versetzt, die Ausgangsspannung des Spannungsversor gungsteils bei der Auswertung der Spannungssignale entsprechend zu berücksichtigen und damit Fehler, die von unterschiedlichen Ausgangsspannungen herrühren, zu eliminieren. Umgekehrt ergibt sich der Vorteil, sehr einfach aufgebaute Spannungsversorgungs teile zu benutzen, die den Aufwand für eine konstante abgegebene Spannung nicht enthalten. Damit läßt sich die Auswerteschaltung sehr kostengünstig herstellen.The invention shows two possible solutions, which are common sam is that the supply voltage of the power supply partly fed to the A / D converter. This turns the A / D converter enabled the output voltage of the voltage supplier partly in the evaluation of the voltage signals accordingly to be taken into account and thus errors caused by different Output voltages result from eliminating. Conversely results the advantage of a very simple power supply parts to use, the effort for a constant delivered Voltage not included. This allows the evaluation circuit manufacture very inexpensively.
Noch genauere Meßergebnisse werden dann erzielt, wenn zwischen den Ausgängen der Meßbrücke und den Eingängen des Meßverstärkers ein Filter eingeschaltet ist, das zwei Widerstände, die je in der Leitung zwischen einem Ausgang der Meßbrücke und einem Eingang des Meßverstärkers angeordnet sind, und einen Kondensa tor aufweist, der zwischen die beiden Leitungsteile zwischen den Widerständen und den Eingängen des Meßverstärkers eingeschaltet ist. Dieser Filter dämpft das Rauschen der ohmschen Meßbrücke. Der Filter stellt einen verlustbehafteten Parallelschwingkreis zur Brücke dar und arbeitet im Tiefpaßbereich.Even more precise measurement results are achieved if between the outputs of the measuring bridge and the inputs of the measuring amplifier a filter is turned on that has two resistors, each in the line between an output of the measuring bridge and a Input of the measuring amplifier are arranged, and a condenser Tor has between the two line parts between the Resistors and the inputs of the measuring amplifier switched on is. This filter dampens the noise of the ohmic measuring bridge. The filter provides a lossy parallel resonant circuit to the bridge and works in the low-pass area.
Bei Verwendung des beschriebenen Filters zwischen dem Druck sensor und dem Meßverstärker kann zusätzlich zwischen dem Ausgang des Meßverstärkers und dem Eingang des A/D-Wandlers ein weiteres Filter eingeschaltet sein, das einen Widerstand in der Leitung und einen mit Masse verbundenen Kondensator aufweist. Dieses weitere Filter eliminiert den Rauschanteil, der aufgrund eines schwankenden pneumatischen Druckes am Drucksensor entsteht.When using the filter described between the pressure sensor and the measuring amplifier can additionally between the Output of the measuring amplifier and the input of the A / D converter another filter must be switched on, which has a resistor in the Line and a capacitor connected to ground. This additional filter eliminates the noise component that is due a fluctuating pneumatic pressure at the pressure sensor arises.
Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen weiter verdeutlicht und beschrieben. Es zeigtThe invention is further developed on the basis of preferred embodiments clarified and described. It shows
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung in einer ersten Ausführungsform, Fig. 1 is a block diagram of the evaluation circuit in a first embodiment;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung in einer zweiten Ausführungsform und Fig. 2 is a block diagram of the evaluation circuit in a second embodiment and
Fig. 3 einen detaillierten Schaltplan der Auswerteschaltung gemäß Fig. 1. Fig. 3 is a detailed circuit diagram of the evaluation circuit of FIG. 1.
In Fig. 1 ist ein Drucksensor 1 symbolhaft dargestellt, dessen Keramikplatte pneumatischer Druck über eine Leitung 2 zugeführt wird. Die Auswerteschaltung weist ein Spannungsversorgungsteil 3 auf, welches seinerseits über eine Leitung 4 mit elektrischer Spannung versorgt wird. Von dem Spannungsversorgungsteil 3 führt eine Leitung 5 zu dem Drucksensor 1, über die dessen Spannungs versorgung sichergestellt ist. Der andere Eingang des Druck sensors 1 bzw. der auf ihm angeordneten Meßbrücke ist mit Masse verbunden.In Fig. 1, a pressure sensor 1 is shown symbolically, the ceramic plate pneumatic pressure is supplied via a line 2 . The evaluation circuit has a voltage supply part 3 , which in turn is supplied with electrical voltage via a line 4 . From the voltage supply part 3 , a line 5 leads to the pressure sensor 1 , via which its voltage supply is ensured. The other input of the pressure sensor 1 or the measuring bridge arranged on it is connected to ground.
Die Auswerteschaltung weist einen A/D-Wandler 6 auf, der zum Umsetzen der anliegenden Spannungssignale in digitale Werte dient. Der A/D-Wandler weist einen Eingang 7 für das zu messende Spannungssignal und zwei Referenzeingänge 8 und 9 auf. Der Referenzeingang 8 ist zur Aufnahme einer maximal einsteuerbaren Spannung am Eingang 7 bestimmt. Der Referenzeingang 9 ist zur Aufnahme einer minimal einsteuerbaren Spannung bestimmt. Der Spannungsversorgungsteil 3 ist über eine Leitung 10 mit dem Referenzeingang 8 des A/D-Wandlers 6 verbunden. The evaluation circuit has an A / D converter 6 , which is used to convert the voltage signals present into digital values. The A / D converter has an input 7 for the voltage signal to be measured and two reference inputs 8 and 9 . The reference input 8 is intended to receive a maximum controllable voltage at the input 7 . The reference input 9 is intended for receiving a minimally controllable voltage. The voltage supply part 3 is connected via a line 10 to the reference input 8 of the A / D converter 6 .
Andererseits steht der Drucksensor 1 mit dem Eingang 7 des A/D- Wandlers 6 über eine Leitung 11 in Verbindung, in der, dem Drucksensor 1 nachgeschaltet, zunächst ein Filter 12, ein Meßverstärker 13 und ein weiteres Filter 14 angeordnet sind. Das Filter 14 kann auch fehlen. Zusätzlich kann auch das Filter 12 entbehrlich sein. Der Meßverstärker 13 ist aber auf jeden Fall erforderlich. Wie bereits an Fig. 1 ersichtlich weist das Filter 12 zwei Widerstände 15 und 16 und einen Kondensator 17 auf, wobei die Widerstände 15 und 16 jeweils in die Leitungen zwischen dem Drucksensor 1 und dem Meßverstärker 13 eingeschal tet sind, während der Kondensator 17 zwischen diese beiden Leitungen geschaltet ist.On the other hand, the pressure sensor 1 is connected to the input 7 of the A / D converter 6 via a line 11 , in which, downstream of the pressure sensor 1 , a filter 12 , a measuring amplifier 13 and a further filter 14 are arranged. The filter 14 may also be missing. In addition, the filter 12 can also be dispensed with. The measuring amplifier 13 is required in any case. As can already be seen in FIG. 1, the filter 12 has two resistors 15 and 16 and a capacitor 17 , the resistors 15 and 16 being switched on in the lines between the pressure sensor 1 and the measuring amplifier 13 , while the capacitor 17 is between them is switched on both lines.
Auch das weitere Filter 14 weist einen Widerstand 18 und einen Kondensator 19 auf, der mit Masse verbunden ist.The further filter 14 also has a resistor 18 and a capacitor 19 which is connected to ground.
Wenn die Auswerteschaltung für die Messung des Druckes an mehreren Stellen, also für mehrere Drucksensoren 1, ausgebildet ist, enthält der A/D-Wandler weitere Eingänge 20, 21 usw.If the evaluation circuit is designed for measuring the pressure at several points, that is to say for several pressure sensors 1 , the A / D converter contains further inputs 20 , 21 , etc.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Auswerteschaltung dargestellt, zu deren wesentlicher Beschreibung auf die Beschreibung des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 verwiesen werden kann. Unterschiedlich ist lediglich, daß die Leitung 10 nicht zu dem Referenzeingang 8, sondern zu dem Eingang 21 des A/D-Wandlers 6 geführt ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der untere Referenzeingang 9 mit Masse verbunden, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Referenzeingänge 8 und 9 mit Referenzspannungen versorgt werden müssen. FIG. 2 shows a further embodiment of the evaluation circuit, for the essential description of which reference can be made to the description of the embodiment of FIG. 1. The only difference is that the line 10 is not led to the reference input 8 , but to the input 21 of the A / D converter 6 . In the embodiment according to FIG. 1, the lower reference input 9 is connected to ground, while in the embodiment according to FIG. 2 the reference inputs 8 and 9 have to be supplied with reference voltages.
In Fig. 3 ist ein genauerer Schaltplan der Auswerteschaltung gemäß Fig. 1 dargestellt. Es ist die ohmsche Meßbrücke genauer dargestellt. Diese besitzt vier Widerstände 22, 23, 24, 25, die in der üblichen Brückenschaltung angeordnet sind und dem Einfluß des pneumatischen Druckes unterliegen. Außerdem sind Abgleich widerstände 26, 27, 28, 29 und 30 in der dargestellten Weise vorgesehen. Der eine Eingang 31 wird von dem Spannungsversor gungsteil 3 über die Leitung 5 mit Spannung versorgt. Der andere Eingang 32 ist über eine Leitung 33 mit Masse verbunden. Die Meßbrücke weist zwei Ausgänge 34 und 35 auf. Von dem Ausgang 34 führt eine Leitung 36 zu dem Widerstand 15 des Filters 12. Analog führt eine Leitung 37 zu dem Widerstand 16 des Filters 2. Von dem Widerstand 15 führt eine Leitung 38 zu dem nicht-inver tierenden Eingang 42 eines ersten Verstärkers 40 des Meßver stärkers 13. Analog führt eine Leitung 39 von dem Widerstand 16 ebenfalls zu dem nicht-invertierenden Eingang 43 eines zweiten Verstärkers 41 des Meßverstärkers 13. Zwischen den Leitungen 38 und 39 ist der Kondensator 17 des Filters 12 angeordnet. FIG. 3 shows a more detailed circuit diagram of the evaluation circuit according to FIG. 1. The ohmic measuring bridge is shown in more detail. This has four resistors 22 , 23 , 24 , 25 , which are arranged in the usual bridge circuit and are subject to the influence of the pneumatic pressure. In addition, matching resistors 26 , 27 , 28 , 29 and 30 are provided in the manner shown. One input 31 is supplied with voltage by the voltage supply part 3 via the line 5 . The other input 32 is connected to ground via a line 33 . The measuring bridge has two outputs 34 and 35 . A line 36 leads from the output 34 to the resistor 15 of the filter 12 . Similarly, a line 37 leads to the resistor 16 of the filter 2 . A line 38 leads from the resistor 15 to the non-inverting input 42 of a first amplifier 40 of the measuring amplifier 13 . Analogously, a line 39 leads from the resistor 16 to the non-inverting input 43 of a second amplifier 41 of the measuring amplifier 13 . The capacitor 17 of the filter 12 is arranged between the lines 38 and 39 .
Der Meßverstärker 13 weist die beiden Verstärker 40 und 41 auf, die symmetrisch angeordnet sind, d. h. ihre beiden nicht invertierenden Eingänge 42 und 43 dienen als Eingänge. Der Meßverstärker 13 weist eine Beschaltung aus einer Vielzahl von Widerständen 44 auf.The measuring amplifier 13 has the two amplifiers 40 and 41 , which are arranged symmetrically, ie their two non-inverting inputs 42 and 43 serve as inputs. The measuring amplifier 13 has a circuit comprising a large number of resistors 44 .
Von dem einen Ausgang 45 führt ein Teil der Leitung 11, die letztlich an den Eingang 7 des A/D-Wandlers 6 angeschlossen ist, über den weiteren Filter zu dem Eingang 7. Die Leitung 10 führt auch hier von dem Spannungsversorgungsteil 3 zu dem Referenzein gang 8 des A/D-Wandlers 6. Der Referenzeingang 9 kann mit Masse verbunden sein.Part of the line 11 , which is ultimately connected to the input 7 of the A / D converter 6 , leads from the one output 45 via the further filter to the input 7 . The line 10 also leads from the voltage supply part 3 to the reference input 8 of the A / D converter 6 . The reference input 9 can be connected to ground.
BezugszeichenlisteReference list
1 Drucksensor
2 Leitung
3 Spannungsversorgungsteil
4 Leitung
5 Leitung
6 A/D-Wandler
7 Eingang
8 Referenzeingang
9 Referenzeingang
10 Leitung
11 Leitung
12 Filter
13 Meßverstärker
14 Filter
15 Widerstand
16 Widerstand
17 Kondensator
18 Widerstand
19 Kondensator
20 Eingang
21 Eingang
22 Widerstand
23 Widerstand
24 Widerstand
25 Widerstand
26 Abgleichwiderstand
27 Abgleichwiderstand
28 Abgleichwiderstand
29 Abgleichwiderstand
30 Abgleichwiderstand
31 Eingang
32 Eingang
33 Leitung
34 Ausgang
35 Ausgang
36 Leitung
37 Leitung
38 Leitung
39 Leitung
40 Verstärker
41 Verstärker
42 nicht-invertierender Eingang
43 nicht-invertierender Eingang
44 Widerstand
45 Ausgang 1 pressure sensor
2 line
3 power supply
4 line
5 line
6 A / D converter
7 entrance
8 reference input
9 reference input
10 line
11 line
12 filters
13 measuring amplifier
14 filters
15 resistance
16 resistance
17 capacitor
18 resistance
19 capacitor
20 entrance
21 entrance
22 resistance
23 resistance
24 resistance
25 resistance
26 trimming resistor
27 trimming resistor
28 trimming resistor
29 trimming resistor
30 trimming resistor
31 entrance
32 entrance
33 line
34 exit
35 exit
36 line
37 line
38 line
39 Management
40 amplifiers
41 amplifiers
42 non-inverting input
43 non-inverting input
44 resistance
45 exit
Claims (3)
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| DE1995131386 DE19531386C2 (en) | 1995-08-26 | 1995-08-26 | Evaluation circuit for a thick film pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1995131386 DE19531386C2 (en) | 1995-08-26 | 1995-08-26 | Evaluation circuit for a thick film pressure sensor |
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| DE19531386A1 true DE19531386A1 (en) | 1997-02-27 |
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ID=7770433
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Country Status (1)
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| DE (1) | DE19531386C2 (en) |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HALDEX BRAKE PRODUCTS GMBH & CO. KG, 69123 HEIDELB |
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| D2 | Grant after examination | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: HALDEX BRAKE PRODUCTS GMBH, 69123 HEIDELBERG, DE |
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: HILBERER, EDUARD, 68766 HOCKENHEIM, DE |
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| R082 | Change of representative | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: KNORR-BREMSE SYSTEME FUER NUTZFAHRZEUGE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: HILBERER, EDUARD, 68766 HOCKENHEIM, DE Effective date: 20130703 |
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| R071 | Expiry of right |