DE2148843C3

DE2148843C3 - Kompensationseinrichtung mit einstellbarem Temperaturkoeffizienten

Info

Publication number: DE2148843C3
Application number: DE19712148843
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.-Ing. 1000 Berlin Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-27
Filing date: 1971-09-27
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2148843A1; DE2148843B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kompensationseinrichtung mit einstellbarem Tempciaturkoeffizienten zur Kompensation des temperaturabhängigen Verhaltens einer Schaltungsanordnung.

In der elektrischen Meßtechnik ergibt sich häufig das Problem, das temperaturabhängige Verhalten einer Schaltungsanordnung zu kompensieren. In den meisten Fällen ist die Temperaturabhängigkeit einer Schaltungsanordnung auf in diesen Anordnungen verwendete Schaltungselemente mit Temperaturkoeffizienten zurückzuführen. Derartige Schaltungselemente können beispielsweise Meßumformer sein, mittels denen eine mechanische Größe in eine elektrische Größe umgesetzt wird, wie z. B. Dehnungsmeßstreifen.

Zur Beseitigung des durch Schaltungselemente mit Tempcniturkoeffizienten hervorgerufenen temperaturabhängigen Verhaltens von Schaltungsanordnungen bieten sich zwei grundsätzlich verschiedene Wege an. Der eine Weg besteht darin, daß man zusätzlich zu einem Schalungselement mit Tcnipeiaturkoeffizientcn ein weiteres Schaltungselement verwendet, das einen im Vergleich zum ersten Schaltungselement gleich großen Temperaturkoeffizienten mit entgegengesetztem Vorzeichen besitzt. Eine vollständige Kompensation des temperaturabhängigen Verhaltens ergibt sich auf diesem Wege aber nur dann, wenn die Temperaturkoeffizienten der beiden verwendeten Schaltungselemente genau gleich groß bei unterschiedlichem Vorzeichen sind.

ίο Diese Forderung ist in den meisten Fällen nicht bzw. nur mit erheblichem Aufwand erfüllbar. Deshalb schlägt man oft einen anderen Weg zur Kompensation des temperaturabhängigen Verhaltens von Sciialtungsanordnungen ein. Dieser Weg besteht

t5 darin, daß man das temperaturabhängige Verhalten der Schaltungsanordnung als gegeben hinnimmt und dieser Schaltungsanordnung eine Kompensationseinrichtung zuordnet, die aufgrund ihrer Eigenschaften eine Kompensation des temperaturabhängigen Ver-Haltens bewirkt.

Auf diesem Prinzip beruht eine in der DE-AS 15 13 238 beschriebene Einrichtung zur Kompensation der temperaturabhängigen Änderungen eines Stromes, der durch ein über die Emitter-Kollektor-Strecke eines ersten Transistors gespeistes temperaturabhängiges Element fließt, wobei der durch diesen Transistor fließende Strom von einer Steuergröße gesteuert wird. Im Steuerkreis ist die Parallelschaltung der Emiüer-Koüek'or-Strecke eines weiteren Transistors und eines ohmschen Spannungsteilers untergebracht; dabei ist der Basisanschluß des weiteren Transistors an die Anzapfung des Spannungsteilers angeschlossen. Diese Einrichtung ist insofern nachteilig, als zur Einstellung eines bestimmten Tcmpe-

3"j raturkocffizicten die Werte der beiden Widerstände des ohmschen Spannungsteilers geändert weiden müssen. Dies hat zur Folge, daß sich die gewünschte Einstellung nur schwer erzielen läßt.

Diesen Nachteil vermeidet eine in der DE-OS

'," 1') 20 232 (Fig. 2) beschriebene Einrichtung, bei der der Basis-Emittcr-Kreis des Transistors von einer gesonderten Speisequcllc über einen Widerstand gespeist wird, der an eine zweite Anzapfung des ohmschen Spannungsteilers angeschlossen ist; die

4i Anzapfung ist an dem zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors eingeschalteten Teil des Spannungsteilers angebracht. Diese Ausführungsform ■.!er bekannten Vorrichtung hat demnach den Nachteil, daß eine andere Spciscquelle außer der ohnehin

V' erforderlichen Spannungsquellc erforderlich ist.

rtußerdem sind in der DE-OS 19 20 232 (Fig. 3 bis 5) Netzwerke mit wählbarem Temperaturkoeffi-/ienten beschrieben, bei denen der Spannungsteiler jeweils ein Element mit einem Tempcraturkocffizienten von nahezu gleich Null und mit wenigstens einer /enerdiode enthält, wodurch der Temperaturkoeffizient des Netzwerkes nahezu unabhängig von der angelegten Kollektorspannung gewählt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

^r' Kompcnsutionscinrichtung mit einstellbarem Temperaturkoeffizienten zur Kompensation des temperaturabhiingigen Verhaltens einer Schaltungsanordnung zu schallen, die eine einfache Einstellung eines bestimmten TempelaUirkoeffizientcii bei Anschluß der Schal-

^r'j lungsunordnung an eine Wechsclspannungsquellc ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Transistoren von unterschiedlichem Leit-

fähigkeitstyp in einer Schaltung als Emitterfolger mit der Schaltungsanordnung als gemeinsamen Emitterwiderstand und entsprechend gepolte Dioden jeweils eine Reihenschaltung bilden, die an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, daß den Dioden ein mit jeweils einem weiteren Widerstand in Reihe liegender Widerstand parallel geschaltet ist und daß an dem Verbindungspunkt des einen Widerstandes mit den weiteren Widerständen die Basisanschliisse der Transistoren angeschlossen sind.

Die erfindungsgemäße Kompensationseinrichtung bietet die vorteilhafte Möglichkeit, den einen Widerstand als einstellbaren Widerstand auszuführen. Die beiden übrigen Widerstände sind Festwiderstände. Allein durch Einstellung des einen Widerstandes kann bei der erfindungsgemäßen Kompensationseinrichiung der jeweils gewünschte Temperaturkoeffizient eingestellt werden. Damit ist eine denkbar einfache Einstellmöglichkeit geschaffen.

Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn ein zusätzlicher Widerstand zwischen dem Verbindungspunkt und dem von den EmiltcTunschlüssen der Transistoren freien, wechselspannungsquellenseitigen Anschlußpunki der Schaltungsanordnung liegt. Mit dem zusätzlichen Widerstand läßt sich nämlich die Spannung an der Schaltungsanordnung so einstellen, wie dies zur Erzielung eines bestimmten Temperaturkoeffizienten erforderlich ist. Unbedingt notwendig ist aber der zusätzliche Widerstand nicht, da der eine der erfind'ingsgemäßen Kompensationscinrichtunt! kann nun erreicht werden, daß das temperaturabhängige Verhalten vollkommen kompensiert wird.

Die Brückenschaltung wird vorteilhafterweise mit Wechselspannung betrieben, da sich dann kleine Widerstandsänderungen meßtechnisch besser verarbeiten lassen. Als Kompensationseinrichtung bietet sich deshalb im Hinblick auf den beschriebenen Stand der Technik eine Schaltung an, in der für jede

»ο Halbwelie der Abgleich des Temperaturkoeffizienten getrennt und symmetrisch vorgenommen wird, beispielsweise durch zwei Schallungsteile mit jeweils einem einstellbaren Widerstand.

Gemäß der Erfindung wird aber ein ganz anderer

>5 Weg beschritten, indem zum Abgleich einer mit Wechselspannung betriebenen Brückenschaltung nur ein einziger Widerstand einzustellen ist.

In der Figur der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen K.iipensationsein- richtung dargestellt und wird im folgend:n näher erläutert.

Die erfindungsgemäße Kompensationseinrichtung enthält zwei Transistoren 71 und 72 von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp; der Transistor Π ist

as ein npn-Transistor, während es sich bei dem Transistor 72 um einen pnp-Transistor handelt. Die beibeidcn Transistoren 71 und Tl sind in einer Schaltung als Emitterfolger mit einer Schaltungsanordnung S mit temperaturabhängigem Verhalten als ge

Widerstand des Spannungsteilers zur Einstellung der 3" meinsamem Emitterwiderstand angeordnet. Mit den Spannung an der Schaltungsanordnung verwendet Transistoren 71 und 72 unterschiedlichen Leitfähigwerden kann. keitstyps bilden entsprechend gepolte Dioden D 1 und

Eine sehr günstige Wirkungsweise der erfmdungs- . Dl. vorzugsweise Siliziumdioden, jeweils eine Reigemäßen Kompensationseinrichtung ergibt sich dann, henschaltung; die Reihenschaltungen sind einseitig wenn die weiteren Widerstände einen im Vergleich 35 an eine Wechselspannungsquelle W angeschlossen, zum Durchlaßwiderstand der Dioden hohen Widerstandswert aufweisen.

Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße Kompensationseinrichtung im Zusammenhang mit einer von einer Wheatstoneschen Brücken-Schaltung mit mindestens zwei Hulblciter-Dehnungsmcßstreifen gebildeten Schaltungsanordnung einsetzen. In derartigen Brückenschahungen ergibt sich eine verhältnismäßig starke negati'e Temperuturiibhängigkeit der Meßspannung in der Größenordnung von etwa l,5°/oo'^cC. Sieht man nun gemäu einer Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Dioden Siliziumdioden, also DioJ'.'ii mit negativem Tempcraturkoeffizienten, sind, dann läßt sich mit einer

solchermaßen ausgeführten Kompensationseinrich- 50 ist. Mit diesem zusätzlichen Widerstand R4 kann die Hing nach der Erfindung das temperaturabhängige Spannung Ub an der Schaltungsanordnung S zur Er-Verhalten einer Wheatstoneschen Brückenschaltung
mit Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen kompensieren.

Man hat bereits zur Stabilisierung des Nullpunktes von Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen eine sogenannte Halbbrückenschaltung verwendet (T. Potma. DcIinungsmcßstreifen-Meßtcc'hnik' . Philips Fachbücher. 1968, S. 42). die zwei Dehnungsmeßstreifen enthält. Die Dehnungsmeßstreifen werden dabei so angeordnet, daß W iderstandsändenmgcii auf den Brückennullpunkt keinen Einfluß haben. Dies sct/.t voraus.

die eine Konstantspannungsquelle darstellt. Parallel zu den Dioden Dl und Dl ist jeweils eine Reihenschaltung aus einem einstellbaren Widerstand R 1 und weiteren Widerständen Rl und R3 angeordnet; die vViderstände Rl und /?3 besitzen gleiche 1 Widerstandswert. An den Verbindungspunkt Pl de· Widerstandes R 1 mit den weiteren Widerstanden R 2 und R 3 sind die Basisanschlüsse der Transistoren 71 und Tl angeschlossen.

Zwischen dem Verbindungspunkt Pl und einem von den Emitteranschlüssen der Transistoren 7 I und Tl freien Anschlußpunkt P1 der Schaltungsanordnung 5 kann ein zusätzlicher Widerstand Λ 4 ungeordnet sein, der in dor Figur strichliert eingezeichnet

daß die beiden Dehnungsmeßstreifen möglichst gleiche Eigenschaften aufweisen; sie müssen also zumindest aus dem gleichen Fertigungslos stammen.

Trotz dieser Paarung bleibt die Temperaturabhängigkeit der Briickenausgangsspannung in Abhängigkeit von der Widerstandsänderung der Meßstreifen in der angegebenen Gr"Neuordnung bestehen. Mit

jj bestimmten Ternperaturkoeffizienten

eingestellt werden. Ist dieser Widerstand R 4 nicht vorgesehen, dann kann mittels des einstellbaren Widerstandes R1 die Spannung Ub kontinuierlich eingestellt werden.

Die Schaltungsanordnung S kann von einer Halbbrückenschaltung mit zwei Dehnungsmeßstreifen DSfSl und DMSl und mit zwei weiteren festen ohmscheii Widerständen RS und /?6 gebildet sein. An Klemmen Kl und K1 in der Meßdiagonalc der Brückenschaltung kann dann eine Meßspannung Um abgenommen werden die in ihrer Höhe von Temperaturänderungen, welchen die Meßstreifen DMSI und DMSl ausgesetzt sind, unbeeinflußt ist; durch die erfindungsgemäßc Kompensationseinrichtung wird nämlich an den Anschlußpunkten Pl und P 3 der Halbbrückenschaltung eine Spannung Ub bereitgc-

stellt, die den von den Dehnungsmeßstreifen DMS \ und I)MSl in der Meßspannung Um hervorgerufenen TcmpcniUirgang vollständig kompensiert.

Die erfindungsgemäße Kompfiiisationseinrichtuiig wirkt in der Weise, daß durch die Widerstünde R I und Rl bzw. Ri die temperaturabhängige Spannung

an der Diode DX bzw. Dl im Verhältnis -----—7,^,

geteilt wird, und zwar in gleicher Weise für beide Polaritäten. Die Widerstünde Rl und Ri miu! iiümilieh — wie oben bereits erwähn! — gleich groß. Dali eine derartige Teilung der lemperatiirabhünnigcii Spannung an den Dioden eintritt, wird klar, wenn man sich vergegenwärtigt, daß bei einem Widerstand R\ -x- die eifitiiluiigsgcmäl.'ic Konipcnsationseinrichlung die temperaturabhängige Spannung der beiden Dioden /) 1 und />2 aufweist. Wird im alliieren r.xtremfnll R 1 0. dann wirkt nur eine Diodenstrecke.

Mit der l-rfinduüg wird eine Kompensationseinrichtung mit cinsiellbareni Tenipcraturkoeffizicnten s'orm schlagen, die einen verliältnismäßig einfachen Anfbiui l'osil/l und daher w\ hältnismüBig wenig aufwendiii i-l. \'on be^(>ndc! L'iii N'orteil ist bei der erlinduiiL'.si;emüßeii Kmiipeii'-atiiinseiiinelitung. daß allein durch lünstellung eines ein/igen WideiMaudes der entsprechende Temperaturkoeffizient eingestellt werden kann.

Ιϊκτ/π 1 IM:it!

Claims

Patentansprüche:

). Kompensationseinrichtung mit einstellbarem Tcmperaiurkoefiizienten zur Kompensation des temperaturabhängigen Verhaltens einer Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transistoren (71, T2) von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp in einer Schaltung als Emitterfolger mit der Schaltungsanordnung (S) als gemeinsamem Emitterwiderstand und entsprechend gepolte Dioden (Dl, Dl) jeweils eine Reihenschaltung bilden, die an eine Wechselspannungsquelle (W) angeschlossen ist, daß den Dioden (DI, Dl) ein mit jeweils einem weiteren Widerstand (R2, R3) in Reihe liegender Widerstand (R 1) parallel geschaltet ist und daß an dem Verbindungsnunkt (Pl) des einen Widerstandes (Rl) mit den weiteren Widerständen (Rl, R3) die Basisanschlüsse der Transistoren (Ti, 72) angeschlossen sind.
2. Kdinpcnsationscinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Widerstand (R I) ein einstellbarer Widerstand ist.
3. Kompcnsationscinrichiung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Widerstand (R4) zwischen dem Verbindungspunkt (Pl) und dem von den Emittcranschlüsscn der Transistoren (7!. 72) freien, wechselspann uiigsquellcnseiiigcn Anseht ußpunkt (/'2) der Schaltungsanordnung 'S) liegt.
4. Kompcnsationscinri:htung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch lic' ^nnzeichnci, daß die weiteren Widerstände (R I bis R 3) einen im Vergleich zum Durchlaßwiderstand der Dioden (D I. Dl) hohen Widcrstar.dswert aufweisen.
5. Kompcnsutionscinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine Whcatstoncsche Brückcnschaltung (.S) mit mindestens zwei HaIbicitcr-Dchnungsmeßstrcifen (DMSl, DMSl) ist und daß die Dioden Siliziumdioden (Dl, D 2) sind.