DE2214603A1 - Vorrichtung zum Messen schwacher elektrischer Gleich-Signale - Google Patents

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

β MÜNCHEN 81 · WISSMANNSTRASSE 14 · TELEFON 932774 ■ TELEGRAMMADRESSE: LANGHOFFPATENT MÜNCHEN

München, den 25, Mära _:1 Unser Zeichen: k^rj - ⁽j6H

Vorrichtung zum Messen schwacher elektrischer Gleich-Signale

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen schviacher elektrischer Gleich~Signale₃ mit mindestens einem ein derartiges Signal erzeugenden Meßfühler und einer Abgleicheinrichtung, nit einer Verstärkung- und Anzeigeeinrichtung für die Signale, welche eine Abgleieheinrichtung und eine Speisespannungsquelle umfaßt, die mit zwei Anschlüssen des Meßfühlers verbunden und in einer Entfernung von diesem angeordnet ist» Die Erfindung eignet sich insbesondere für Meßfühler in Brückenanordnungen _a

Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen bekannt zum Verstärken von Signalen aus Meßbrücken und zum Anzeigen des Meßergebnisses in Analog- oder Digitalformo

Diese Vorrichtungen weisen eine Speisespannungsquelle für die Brückenschaltung auf, ein Abgleichorgan für die Brücke, meistens ein einfaches Potentiometers an das die Speisespannung für die Brücke angelegt wird, und eine Einrichtung zum Erzeugen einer Bezugsspannung,

209040/0862

Standiger allgemeiner Vertreter nach § 46 PatAnwO. zugelassen bei den Landgerichten München I und

22U603

Die an den Eingang des Verstärkers gelegte Spannung ist proportional zur SpeiseSpannung der Brückenschaltung, Un den Einfluß von Änderungen der Speisespannung auf das Meßergebnis auszuschalten, wird meistens der Quotient aus der Ausgangsspannung des Verstärkers und einer Bezugsspannung gebildet₃ welche proportional zur Speisespannung der Brückenschaltung ist=

Meßbrücken liegen meistens entfernt von den anderen Einrichtungen, insbesondere von der Speisespannungsquelle und der Abgleicheinrichtung, und zwar in Entfernungen, die in weiten Grenzen je nach Anwendungsfall schwanken können,,

Bei den bekannten Vorrichtungen wird die an die Abgleicheinrichtung gelegte Spannung und die Bezugsspannung (oder die Eingangsspannung der Schaltung zum Erzeugen der Bezugsspannung) direkt vom Ausgang der Speisespannungsquelle der Meßbrücke abgenommen ο Daher aind diese Spannungen nicht genau proportional au der an der Meßbrücke tatsächlich anliegenden Speisespannung, insbesondere wegen der Widerstandsänderungen der Verbindungsleitungen zwischen der Meßbrücke und den anderen Teilen der Vorrichtung al3 Punktion der L/inge und der Temperatur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diese Nachteile vermeidet und insbesondere Meßfehler ausschaltet, die durch die Verbindungsleitungen verursacht werden können.

Gemfiß der Erfindung werden außer den beiden üblichen Verbindungsleitungen für die Abnahme des Signals von den Punkten der Meßbrücke noch ein weiterer Leiter verwendet, der einen der Anschlüsse der Meßbrücke mit dem Einstellglied der Abgleicheinrichtung und der beiden Speisespannungsleitungen für die Meßbrücke verbindet, und es sind zwei Leitungen zum Abnehmen der Bezugsspannung von den Speise-

209840/0862

22U603

spannungßanschlüsseri der Meßbrücke und zwei Leitungen aum Verbinden derselben mit der Abgleicheinrichtung vorhanden _a

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einen Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung,, '

In der Zeichnung ist eine Meßbrücke dargestellt, die aus den Widerständen 1 bis ^l\ besteht und die von einer entfernt liegenden Speisespannungsquelle 5 gespeist wird,, Bei der Meßbrücke kann es sich zum Beispiel um eine Dehnungsmeßstreifenbrücke handeln^ Die SpeiseSpannungsquelle bildet einen Teil der Schaltung 6, welche einen Verstärker mit Anzeigeeinrichtung IO umfaßt sowie eine Einrichtung 7 zum Erzeugen einer Bezugsspannungo Es ist ferner ein Abgleichorgan für die Meßbrücke vorgesehen mit einem Widerstand 8 und einem Potentiometer 9. Der Verstärker 10 umfaßt vorzugsweise Operationsverstärker, Weichen und Integratoren,,

Das von der Meßbrücke abgegebene Signal wird mittels der Leiter 11 und 12 von dieser abgenommen, während die Speisespannung über die Leitungen 13 und 1*1 an die andere Diagonale der Meßbrücke gelegt wird _a

Gemäß einer wichtigen Besonderheit der Erfindung empfängt die Bezugsspannungsquelle ihre Eingangsspannung von den Speisespannungsanschlüssen der Meßbrücke, und zwar über die zusätzlichen Leitungen 15 und 16„

Das Potentiometer 9 ißt ebenfalls über zwei zusätzliche Leitungen 17 und 18 an die Speise3pannungsanschlüsse der Meßbrücke angeschlossen, während der Widerstand 8 mittels eines Leiters 19 an einen Punkt der Meßdiagonale der Brücke

209840/0862

angeschlossen ist„

Die neun Leitungen 11 bis 19 sind in einer einzigen abgeschirmten Leitung 20 untergebracht.

Da die Eingangsspannung für die Bezugsspannungsquelle 7 von den Speisespannungspunkten der Meßbrücke abgenommen wird, ergibt die Besugsspannungsquelle 7 eine Bezugsspannung, die proportional zur tatsächlichen Speisespannung der Meßbrücke ist, so daß eine wesentliche Fehlerquelle derartiger Meßvorrichtungen ausgeschaltet ist.

Diese Proportionalität zwischen der Bezugsspannung und der tatsächlichen Speisespannung an der Meßbrücke bewirkt eine Vermeidung von Meßfehlern aufgrund der unvermeidbaren Schwankungen der Speisespannung für die Meßbrücke _e Die Speisespannung hängt nicht nur allein von der Spannung an den Anschlüssen der Speisespannungsquelle 5 ab, sondern auch vom Widerstand der Leitungen 13 und Ik₉ der wiederum von der Länge und der Temperatur abhängig ist.

Bezüglich der Widerstandsänderungen der Leitungen 15 und 16 zu der Bezugsspannungsquelle läßt sich deren Einfluß leicht dadurch ausschalten, daß man der Bezugsspannungsquelle 7 eine sehr hohe Eingangsimpedanz gibt.

Ebenfalls lassen sich Änderungen des Widerstandes der Leitungen 11 und 12 zum Abnehmen des Signals leicht vernachlässigbar klein halten, indem die Eingangsimpedanz des Verstärkers 10 sehr hoch gemacht wird.

Der Abgleich der Meßbrücke, der auf an sich bekannte Weise durch Verstellen des Potentiometers 9 erfolgt, wird auch nicht von Änderungen des Widerstandes der Leitung 19 beeinflußt, WÄlche den Läufer des Potentiometers verbindet, und zwar durch die Einfügung des Widerstandes 8, der einen

209840/0862

hohen Wert hat in Bezug auf die Dehnungsmeßstreifen und die Verbindungaleitungen_o Genauer gesagt ist der Widerstand 8 so berechnet, daß sich ein Brüekenabgleioh erzielen läßt für die ungünstigsten Betriebsbedingungen« Das Verhältnis zwischen den Spannungen an den Anschlüssen des Potentiometers und am Läufer desselben ändert sich nicht als Punktion der Temperatur, so daß letztlich lediglich die Eigenschaften des Widerstandes 8 die Genauigkeit des BrÜckenabgleichs begrenzen.

Falls die Vorrichtung keine Bezugsspannungsquelle benötigt, können die Leitungen 15 und 16 fortgelassen 3ein_o In diesem Fall kann die Speisespannungsquelle 5 stabilisiert sein und die Leitungen 13 und 14 sollten dann einen sehr kleinen Widerstand aufweisen, so daß das Meßsignal, welches direkt der Speisespannung der Meßbrücke proportional ist, möglichst wenig beeinflußt wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich auch für den Parallelbetrieb mehrerer Meßbrücken verwenden, und zwar mit einer einzigen Schaltungseinheit 6. Dabei werden die Wirkungen von Änderungen der Klemmenspannung an der Speisespannungsquelle aufgrund der Belastungsänderungen als Funktion der Anzahl der parallelgeschalteten Meßbrücken ausgeglichen» Eine derartige Möglichkeit ist besonders interessant für den Fall, daß mehrere Meßbrücken an verschiedenen Stellen angeordnet sind, um einen Signalmittelwert zu bilden, etwa beim Wägen„

Die Mittelwertbildung erfolgt auch dann, wenn die Meßbrücken sehr verschiedene Signalamplituden abgeben»

209840/0862

Claims (1)

1. Pat ent an sprüc he

   1„ Vorrichtung zum Messen schwacher elektrischer Gleichsignale, mit mindestens einen ein derartiges Signal erzeugenden Meßfühler, für eine abzugleichende Schaltung_s mit einer Verstärkungs- und Anzeigeeinrichtung für die Signale, welche eine Abgleicheinrichtung und eine Speisespannung squelle umfaßt, die mit zwei Anschlü^ti-u des Meßfühlers verbunden und in einer Entfernung von diesem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse der Abgleicheinrichtung mittels zwei Leitungen mit den beiden Speisespannungsanschlüssen am Meßfühler verbunden sind.

   ο Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Widerstand (8), dessen einee Ende mit dem Stellglied der Abgleicheinrichtung (9) verbunden ist und dessen anderes Ende mit einem Meßsignalausgang des Meßfühlers verbunden ist*

   3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Veratärkungs- und Anzeigeeinrichtung eine Bezugsspannungsquelle umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungequelle an die Speisespannungsanschlüsse am Meßfühler angeschlossen isto

   ¹I Vorrichtung nach Anapruc'i % dadurch g e -

   209040/0862

   kennzeichnet , daß die BeEugnspannungsquelle einen im Verhältnis zum Meßfühler großen Widerstand aufweist ₃

   5ο Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet , daß der Meßfühler einen Teil einer Meßbrücke bildet=

   6„ Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Leitungen zwischen dem Meßfühler und dem übrigen Teil der Vorrichtung in einem abgeschirmten Kabel zusammengefaßt sind»

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstiirkungs- und Anzeigeeinrichtung einen im Verhältnis zu den Meßanschlüssen des Meßfühlers großen Eingangswiderstand aufweist O

   8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Meßbrücken an eine gemeinsame Verstärkungs- und Anzeigeeinrichtung angeschaltet sind,

   209840/0862

   Leerseite