DE19801361A1 - Verfahren zum Messen eines Stromes durch ein Lastelement mittels eines Meßwiderstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Stromes durch ein Lastelement mittels eines Meßwiderstandes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren wird insbesondere zur Betriebsprüfung eines Last­ elementes, also zur Feststellung seines elektrischen Betriebszustandes benötigt. Die Meßgenauigkeit ist dabei herkömmlicher Weise stark abhängig von der Genauigkeit des Meßwiderstandes, da dessen Schwankungen direkt auf die gemessene Größe, den Spannungsabfall, wirken. Hochohmige Meß­ widerstände können zwar mit einer sehr geringen Toleranzhaftigkeit hergestellt werden, weisen jedoch eine zu hohe Verlustleistung auf, die für eine permanente Vermessung von Lastelementen über Microcontroller nicht akzeptabel ist. Eine derartige permanente Lastelementkontrolle ist beispielsweise zur Betriebsprüfung von Blinkergebern oder anderen sicherheitsrelevanten Lastelementen von besonderer Bedeutung. Bei niederohmigen Meßwiderständen ist die Verlustleistung zwar gering, die Toleranzen bzw. die Kosten für hochgenaue Meßwiderstände nehmen jedoch zu. Außerdem kann durch die Verlötung der elektrische Gesamt­ widerstand der Anordnung nicht unwesentlich verändert werden, wenn das Lötmedium die Kontaktbereiche des Widerstands unterschiedlich benetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welche seine geringe Verlustleistung aufweist und dennoch sehr genau arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Der bereits meist zur logischen Verarbeitung des Spannungsabfalls erforder­ liche Microcontroller kann zur Kalibrierung des gemessenen Spannungs­ abfalls ausgenutzt werden. Durch die Kalibrierung wird es aber außerdem möglich, den Meßwiderstand niederohmig zu wählen. Der konkrete Wert des elektrischen Gesamtwiderstandes von Meßwiderstand mit Verlötung ist für die exakte Messung nicht mehr entscheidend, da er aufgrund der Proportionalität durch Kalibrierung der gemessene Spannungsabfall auf die gewünschte Bezugsbasis abgebildet werden kann. Außerdem ist durch die Kalibrierung auch die Versorgungsspannung als mögliche andere toleranz­ fehlerbehaftete Größe ausgleichbar, was bei batterieversorgten Anwen­ dungen, wie bspw. in Kraftfahrzeugen, besonders wichtig ist.

Die eigentliche Kalibrierung wird einmal durchgeführt, indem mit einem Kalibrierungsstrom die Messung am Meßwiderstand durchgeführt wird. Der dabei gemessene Spannungsabfall kann direkt als Kalibrierungsgröße gespeichert werden oder aber aus diesem eine solche abgeleitet werden. Nachfolgend wird bei dem realen Lastelement und der realen Versorgungsspannung einzig der gemessene Spannungsabfall um die Kalibrierungsgröße korrigiert. Hierfür bieten sich additive oder relative Korrekturen an.

Eine bevorzugte Weiterbildung wird in Anspruch 2 beschrieben, wonach anstelle des einen Kalibrierungsstroms bestimmten Kalibrierungs-Betriebs­ punktes wenigstens zwei voneinander möglichst deutlich abweichende verwendet werden, wodurch auch nichtlineare Verhältnisse relativ gut ausgeglichen werden können.

Der Kalibrierungsstrom kann durch ein Kalibrierungs-Lastelement und eine Kalibrierungsversorgungsspannung oder aber direkt mittels einer Stromquelle eingeprägt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Figur:

Figur Schaltungsanordnung zur Messung eines Stromes durch ein Lastelement mittels eines Meßwiderstandes.

Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zur Messung eines Stromes durch Lastelement mittels eines Meßwiderstandes, wie sie zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, wobei hier der normale Betriebsfall mit dem Lastelement und nicht die Kalibrierung gezeigt wird.

In Reihe zum Lastelement 1, hier dargestellt als Blinkgeberlampe, ist der Meßwiderstand 2 angeordnet, über dem unter Zwischenschaltung einer Verstärkeranordnung, bestehend aus dem Operationsverstärker 4, den Widerständen 5, 6, 7 sowie dem Transistor 8 den Widerständen 9, 10, 11 und der Diode 12 der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand 2 sowie die Versorgungsspannung 3 an je einen A/D-Wandler 13, 14 geführt und von diesen dem Microcontroller 15 zur Verarbeitung bereitgestellt werden.

Die Versorgungsspannung 1 ist mit dem Meßwiderstand 2, dem Versorgungsspannungseingang vom OPV 4 sowie mit der Diode 12 verbunden, die in Flußrichtung gepolt ist. Am anderen Anschluß der Diode 12 befindet sich der Spannungsteiler aus den Widerständen 10 und 11, zwischen denen der A/D-Wandler 13 die anliegende Versorgungsspannung 3 erfaßt.

Mit der Versorgungsspannung ebenfalls verbunden ist der Widerstand 7, an dessen anderem Anschluß sich der Kollektor des Transistors 8 sowie über den Widerstand 6 der nichtinvertierende Eingang des OPV 4 befindet. Der invertierende Eingang des OPV 4 ist über den Widerstand 5 zwischen dem Meßwiderstand 2 und dem Lastelement 1 angeschlossen, so daß sich am Ausgang des OPV 4 der Spannungsabfall über dem Meßwiderstand 2 verstärkt um den Verstärkungsfaktor dieses über Widerstand 6 rück­ gekoppelten OPV 4 ergibt. Dies wird am Emitter des Transistors 8 vom A/D-Wand­ ler 14 abgegriffen, wobei der Emitter des Transistors 4 über den Widerstand 9 mit Masse verbunden ist.

Die Meßgenauigkeit dieser Meßanordnung ist ohne Kalibrierung besonders durch die Genauigkeit des Meßwiderstandes 2, jedoch auch durch Para­ meter der anderen Bauelemente, bspw. der Flußspannung der Diode 12 und der Offsetspannung des OPV 4 abhängig. Relative Fehler können außerdem durch Widerstandstoleranzen des Spannungsteilers (10, 11) entstehen.

Anstelle der Verwendung hochgenauer oder hochohmiger Bauelemente wird gemäß der Erfindung anstelle dessen durch softwaremäßigem Aufwand, also durch Kalibrierung, bspw. bei der Endkontrolle in der Herstellung der Meßanordnung, ein einfacher und kostengünstiger Ausgleich möglich.

Dazu wird bei einem bekannten Kalibrierungsstrom bzw. einer bekannten Kalibrierungsversorgungsspannung und einem bekannten Kalibrierungs- Lastelement der gemessene Spannungsabfall über dem Meßwiderstand bestimmt wird. So ist gemäß der theoretischen Werte des Meßwiderstands 2 der erwartete Spannungsabfall U bspw. 100; bei der Kalibrierung ergibt sich jedoch für diese individuelle Meßanordnung durch Toleranzen ein A/D-ge­ wandelter Spannungsabfall von 110. Daraus wird die Kalibrierungsgröße dieser Meßanordnung abgeleitet, bspw. als additive Korrektur direkt oder als relative Korrektur als Quotient aus erwartetem und gemessenem Spannungsabfall. Dies wird im Microcontroller 15 gespeichert.

Im Normalbetrieb wird nun der gemessene Spannungsabfall U mit der Kalibrierungsgröße korregiert. Beträgt bspw. der für das reale Lastelement L gemessene Spannungsabfall bei einem Wert von 80, so entspricht das einer Differenz von -30 zur Kalibrierungsgröße (110). Der gemessene Strom wird also mit 100-30 = 70 bewertet.

Außerdem ist mittels des A/D-Wandlers 13 im Microcontroller 15 eine Relation zur gerade anliegenden Versorgungsspannung U möglich.

Als bevorzugte Weiterbildung darauf ergibt es sich, wenn wenigstens zwei vorzugsweise deutlich voneinander abweichende Kalibrierungs-Last­ elemente und/oder Kalibrierungsspannungen erfaßt werden und der Micro­ controller durch Linearisierung eine Kennlinie als Kalibrierungsgröße ermittelt. Eine Kennlinie gemäß der Gleichung y=ax + b kann dabei relativ einfach im Microcontroller 15 bestimmt und umgesetzt werden. Gemessene Spannungsabfälle im Normalbetrieb werden dann anhand der Kennlinie und der gerade anliegenden Versorgungsspannung korrigiert.

Claims (4)

1. Verfahren zum Messen eines Stromes durch ein Lastelement (1) mittels eines in Reihe zum Lastelement (1) vorgeschalteten in einer Meßanordnung befindlichen Meßwiderstandes (2), dessen Spannungs­ abfall (U) von einem Microcontroller (15) verarbeitet wird, insbesondere zur Betriebsprüfung von Lastelementen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ein niederohmiger Meßwiderstand (2) verwendet wird,
• b) einmalig vor Inbetriebnahme der Meßanordnung eine Kalibrierung durchgeführt wird, indem bei einem bekannten Kalibrierungsstrom der gemessene Spannungsabfall (U) über dem Meßwiderstand (2) bestimmt wird und im Microcontroller (15) eine aus dem gemessenen Spannungsabfall (U) abgeleitete Kalibrierungsgröße gespeichert wird, und
• c) nachfolgend zum Messen des Stromes durch das Lastelement (1) die dabei über dem Meßwiderstand (2) abfallende Spannung (U) im Microcontroller (15) jeweils um die Kalibrierungsgröße korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) wenigstens zwei, vorzugsweise deutlich voneinander abweichende Kalibrierungströme erfaßt werden
• b) für diese im Microcontroller (15) die jeweils gemessenen Spannungsabfälle (U) über dem Meßwiderstand (2) abgespeichert werden,
• c) der Microcontroller (15) durch Linearisierung eine Kennlinie als Kali­ brierungsgröße ermittelt und
• d) dann die beim Messen des Lastelementes (1) über dem Meßwiderstand (2) abfallende Spannung (U) anhand dieser Kennlinie kalibriert wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der/die bekannte(n) Kalibrierungstrom/Ka­ librierungströme durch ein/zwei bekanntes Kalibrierungs-Last­ element(e) und/oder eine/zwei bekannte Kalibrierungsspannung(en) während der Kalibirierung auf den Meßwiderstand (2) eingeprägt wird/werden.

4. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Betriebsprüfung in Blinkergebern in Kraftfahrzeugen, wobei der Microcontroller (15) die um die Kalibrierungsgröße korregierten Spannung (U) über dem Meßwiderstand mit einem Schwellwert vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis den eine vom Blinkergeber als Lastelement (1) anzusteuernde Lampe als intakt oder defekt erkennt.