DE2232420C3 - Mechanisch-elektrischer Wandler, insbesondere mit Differentialtransformator und Generator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanisch-elektrischen Wandler, insbesondere mit Differentialtransformator. Generator und gegeneinander geschalteten Vollbrükküngleichrichtern zur Demodulation für direkte Wegmeßeinrichtungen oder Meßumformer, bei denen sich die Prozeßmeßgrößen Druck, Differenzdruck usw. auf eine Wegmessung zurückführen lassen.

Allgemein wird gefordert, daß derartige Wandler einen hohen Meßeffekt, d. h. vorteilhafte Weiterverarbeitung des elektrischen Signals in einem weiten Temperaturbereich, und eine gute Linearität aufweisen.

Es sind bereits mechanisch-elektrische Wandler bekannt, bei denen die Meßspannung mit Differcntialtransformator, sowie induktiv und kapazitiv rückgekoppeltem Rechteckgenerator gewonnen wird, wobei die Meßspannung galvanisch mit einem Pol der Betriebsspannung verbunden ist. Dieser Wandler zeigt ein gutes lineares Verhalten, weist jedoch einen relativ geringen Meßeffekt auf.

Zur Erzielung einer hohen Meßspannungsänderung bei einer bestimmten Wegänderung und damit zur Erreichung eines großen Meßeffektes wurde vorgeschlagen, die Demodulation mittels zweier Vollbrückenglcichrichter vorzunehmen, deren Ausgangsspannungen gegeneinander geschaltet sind. Die Erhöhung des Meßeffcktes ist jedoch mi' Nachteilen für die Linearität verbunden (Rohrbach: Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, 1969, S. 253). Speziell bei der Anwendung von Vollbrückengleichrichtern. die einen hohen Meßeffekt ermöglichen, entstehen durch aussteuerungsabhängige Belastungsströme teilweise unerwünschte Linearitätsverschlechterungen im Übertragungsverhalten des Wandlers. Dies ist auf Grund der nicht linearen Strom-Spannungs-Kennlinien der Dioden insbesondere dann der Fall, wenn die BeIastungsströme aus Gründen einer geringen Hilfscnergicaufnahmc absolut klein gehalten werden. Rir Geber kleiner Empfindlichkeit sind sie deshalb schlecht geeig-WiIl man weiterhin nur Temperaturkompensation des Nullpunktes der Meßspannung - derTemperaturgar.g kann durch die Schaltungsanordnung und auch durch Meßglieder, die die Prozeßmeßgröße in einen Weg umformen, hervorgerufen werden - in einfacher Wefse Kompensationsdioden in den Lastkreis schalten, wird die Linearität des Übertragungsverhaltens weiter hin verschlechtert. · , , , · ,

Weiterhin ist bekannt, mechanisch-elektrische Wandler mit einem Differentialtransformator so auszuführen, daß die Sekundärspannungen über Vollbrükkengle'ichrichter und passive Bauelemente so zusammengeschaltet werden, daß die Ausgangsspannung

,c durch die Differenz der beiden Sekundärspannungen

gebildet wird bzw. daß die Brückengleichrichtung mit-

fels Transistoren erfolgt (DT-AS 12 84 100; DT-AS 13 00 306).

Es ist Zweck der Erfindung, die aufgezeigten Mangel zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die McU-spannung eines mechanisch-elektrischen Wandlers, bestehend aus Differentialtransformator. Generator und Vollbrückengleichrichtern zur Demodulation so aus/u-

Z₅ bilden, daß bei großem Meßeffekt eine hohe Linearität erreicht wird und Dioden zur Temperaturkompensa tion des Null-Punktes keinen negativen Einfluß auf die Linearität ausüben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst.

daß die Gegeneinanderschahung der Vollbrückengleichrichter über Stromquellen erfolgt.

Dadurch entsteht der wesentliche Vorteil, daß die Dioden der Vollbrückengleichrichter bzw. die in den Lastkreis eingefügten Kompensationsdioden aussteuerungsunabhängig bei gleichem oder einem solchen Arbeitspunkt arbeiten, bei dem sie einen geringen Innenwiderstand besitzen.

Bei einer Ausführungsart der Stromquellen werden diese aus Emitterfolgern gebildet, die an einer gemeinsamen Bezugsspannung liegen Die Bezugsspannung wird von einer Z-Diode erzeugt, die über hochohmige. für die Belastung unwesentliche Widerstände aus den gleichgerichteten Teilspannungen der Vorbrückengleichrichter gespeist wird. In einer weiteren Ergänzung sind in Reihe mit den Stromquellen Temperaturkompensationsdioden geschaltet. Eine spezielle Ausführung sieht eine Brückenschaltung, bestehend aus Widerständen und Dioden, vor, wobei die Brücke so dimensioniert wird, daß bei einer Bezugstemperatur die Diagonalspannung über dem Potentiometer Null ist.

Die erfindungsgemäßen Wandler mit Vollbrückengleichrichtern und Stromquellen als Lastwiderstände sind durch einen hohen Meßeffekt und ein gutes Übcrtragungsvernalten gekennzeichnet. Auch bei Anwendung von Kompensationsdioden wird eine sehr gute Linearität erreicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Meßspannung für eine freizügige Weiterverarbeitung von der Betriebsspannung galvanisch getrennt zur Verfügung steht.

Durch die Stromquellen ergeben sich günstige Möglichkeiten für eine Temperaturkompensation, da der Konstaktstrom ein Arbeiten aller Temperaturkompensationsnetzwerke bei gleichem Arbeitspunkt ermöglicht. Auf Grund der Anwendung der Brückenschaltung für die Temperaturkompensation braucht in Verbindung mit einem Potentiometer die Kompensation nur einmal durchgeführt zu werden, daß die Brückenschaltung vom Konstantstrom durchflossen wird und für die

Bezugstemperatur die Schleiferstellung des Potentiometers in der Brückendiagonalen keinen Einfluß auf die Meßspannung hat.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Auslührungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die prinzipielle Anordnung Jer Stromquellen im Sekundärkreis des Wandlers,

F i g. 2 die praktische Ausführung der Stromqueller..

F i g. 3 einen Sekundärkreis mit Kompensationsdiöden.

Der Generator 3 nach F i g. 1 arbeitet auf die Primärwicklungen 1; 2 eines Differentialtransformators 1; 2; 4; 5, dessen Sekundärwicklungen 4: 5 über Vollbrükkengleichrichter fc; 7 und die Stromquellen 8: 9 gegen- einander geschaltet sind. Der Kondensator 10 dient der Glättung der Meßspannung Um.

Gemäß F i g. 2. in der die praktische Ausführung der Stromquellen dargestellt ist, wird eine Z-Diode 11 durch hochohmige, für die Belastung unwesentliche Widerstände (4; 15 gespeist. Da bei Aussteuerung die Teilspannungen über den Widerstanden 14: 15 sich mit unterschiedlichen Vorzeichen andern, bleibt der Strom durch die Z-Diode annähernd konstant. Die Z-Diode 11 bilde! die Bezugsspannung für zwei Emitterfolger 26; :s 27, bestehend aus den Transistoren 16; 17 und Widerstanden 12: 13. die die eigentlichen Stromquellen dar stellen und die Belastung des Sekundärkreises bestim

F i g. 3 zeigt die Einschaltung von Kompensaiionsdioden.

Die Meßspunnung wird am Schleifer eines Potentiometers 21, welches in einer Brückenschaltung, bestehend aus den Dioden 22; 23 und den Widerständen 19: 20, angeordnet ist und nach einer Diode 18 abgenommen.

Dabei werden einmal die Brücke und die Einzeldiode von einem Konstantstrom durch die Stromquellen 8: 9 durchflossen. Dabei ist die Anzahl der Dioden unwesentlich und wird bestimmt durch die Größe und die Polarität der gewünschten temperaturabhängigen Null-Punkt verschiebung.

Zweckmäßigerweise werden der Konstanistrom Jer Stromquelle 8 sowie die Größe der Widerstände 19: 20 bei einer gewählten Anzahl Dioden 22: 23 so gewählt, daß bei Bezugstemperatur die Spannung über dem Potentiometer 21 gleich Null ist. Das heißt, die Melispaii- nung li\i ist bezüglich der Lage zu einem Null-Punkt unabhängig von der .Schleiferstellung des Potentiometers 21.

Bei einer anderen Temperatur /. B. der I emperatur. hei der die Kompensation durchgeführt werden soll, is: die Bn'ickeiispannung ungleich Null und durch Verstellung des Schleifers des Potentiometers 21 kann aiii en-''ache Weise eine geeignete temperaturabhängige \ersJiiebe'spannung addiert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mechanisch-elektrischer Wandler, bestehend aus Differentialtransformator, Generator und gegeneinander geschalteten Vollbrückengleichrichtern zur Demodulation, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegeneinanderschahung der Vollbrückengleichrichler über Stromquellen (8; 9) erfolgt.

2. Mechanisch-elektrischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen (8; 9) aus Emitterfolgern (26; 27) gebildet sind, deren Basisanschlüsse gemeinsam mit einer Z-Diode (11) und über hochohmige Widerstände (14; 15) mit Ausgangsklemmen (24; 25) verbunden sind.

3. Mechanisch-elektrischer Wandler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Stromquellen Kompensationsnetzwerke mit Dioden (18; 22 und 23) in Reihe geschaltet sind.

4. Mechanisch elektrischer Wandler nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsnetzwerk eine Brückenschallung darstellt, die aus Dioden (22; 23). Widerstünden (19: 20) und einem Potentiometer (21), das in der Brükkendiagonalen angeordnet ist, besteht.