DE2448337B1 - Temp. resistance measuring cct. - has only one voltage supply and negligible measuring errors - Google Patents

Temp. resistance measuring cct. - has only one voltage supply and negligible measuring errors

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Abstract

The circuit uses a temperature-dependent measuring resistor and comprises a voltage supply, a constanct current supply and a voltmeter with a differential amplifier on the input side, whereby a constant measuring current is passed through the resistor via a feed wire and a return wire and the voltage drop at the resistor is measured by the voltmeter through first and second measuring wires. An inverting compensating high gain amplifier has one input connected to the end of the return wire, a second input connected to a central neutral wire and its output connected to the end of the second measuring wire. The second input of the voltmeter or differential amplifier is connected to the neutral wire but not directly to the end of the second measuring wire.

Description

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke besteht darin, das Meßobjekt, also z. B. den Meßwiderstand, dort virtuell zu nullen, wo die zweite Meßleitung beginnt. Dadurch kann in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Rückleitung zugleich als zweite Meßleitung betrachtet werden und hat die zweite Meßleitung ihre Funktion als Meßleitung an die zweite Rückleitung abgegeben und dient nur noch als Kompensationsleitung. Das wird im einzelnen weiter unten bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. The idea on which the invention is based consists in the object to be measured, so z. B. to zero the measuring resistor virtually where the second measuring line begins. As a result, the return line can at the same time in the circuit arrangement according to the invention can be regarded as a second measuring line and the second measuring line has its function released as a measuring line to the second return line and serves only as a compensation line. This is explained in detail further below in the description of an exemplary embodiment explained in more detail.

Im übrigen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll. In addition, there are various ways that the invention Design and develop circuitry, which is only exemplary in the following should be explained.

Vorzugsweise ist der erfindungsgemäß vorgesehene Kompensationsverstärker als Differenzverstärker ausgeführt, dessen invertierender Eingang den ersten Eingang des Kompensationsverstärkers und dessen nichtinvertierender Eingang den zweiten Eingang des Kompensationsverstärkers darstellt. Mit anderen Worten wird als Kompensationsverstärker ein sogenannter Operationsverstärker verwendet, wie er als integrierter Schaltkreis (IC) oder als Teil eines integrierten Schaltkreises als Bauteil preisgünstig erhältlich ist. The compensation amplifier provided according to the invention is preferred designed as a differential amplifier, the inverting input of which is the first input of the compensation amplifier and its non-inverting input the second Represents the input of the compensation amplifier. In other words it is used as a compensation amplifier a so called operational amplifier is used as it is as an integrated circuit (IC) or as part of an integrated circuit as a component at low cost is.

Soll die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Messung von Widerstandsänderungen eingesetzt werden, so empfiehlt es sich, dem zu messenden, an dem Meßwiderstand entstehenden Spannungabfall eine Referenzspannung entgegenzuschalten, also eine Referenzspannungsquelle vorzusehen. Dabei wird dann die Referenzspannungsquelle zweckmäßigerweise einerseits an den zweiten Eingang des Spannungsmeßgerätes bzw. des vorgeschalteten Differenzverstärkers und andererseits an die zentrale Nulleitung angeschlossen. Should the circuit arrangement according to the invention for measuring changes in resistance are used, it is advisable to use the measuring resistor that is to be measured to counteract the resulting voltage drop with a reference voltage, i.e. a Provide reference voltage source. The reference voltage source is then used expediently on the one hand to the second input of the voltmeter or of the upstream differential amplifier and, on the other hand, to the central neutral line connected.

Schließlich besteht die Möglichkeit, die Konstantstromquelle so auszuführen, daß der von ihr abgegebene Meßstrom einstellbar ist. Das kann z. B. zur Meßbereicheinstellung vorgesehen werden. Jedenfalls führen unterschiedliche Meßströme zu keinen Meßfehlern, weil das Meßobjekt, z. B. der Meßwiderstand, erfindungsgemäß virtuell genullt ist, so daß durch unterschiedlich große Meßströme eine Verschiebung des Potentials an dem der Konstantstromquelle abgewandten Ende des Meßobjekts, z. B. des Meßwiderstandes, nicht eintritt. Finally, there is the option of designing the constant current source so that the measuring current delivered by it is adjustable. This can e.g. B. for measuring range adjustment are provided. In any case, different measurement currents do not lead to measurement errors, because the test object, e.g. B. the measuring resistor is virtually zeroed according to the invention, so that a shift in the potential occurs due to measuring currents of different sizes the end of the test object facing away from the constant current source, e.g. B. the measuring resistor, does not occur.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; die F i g. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. In the following, the invention is based on a merely one embodiment Illustrative drawing explained in more detail; the F i g. 3 shows a preferred one Embodiment of a circuit arrangement according to the invention.

Die in der F i g. 3 dargestellte Schaltungsanordnung dient für Widerstandsmessungen, nämlich für Temperaturmessungen mit Hilfe eines temperaturabhängigen Meßwiderstandes 1. In ihrem grundsätzlichen Aufbau besteht die in F i g. 3 dargestellte Schaltungsanordnung aus einer Speisespannungsquelle 2, aus einer Konstantstromquelle 3 und aus einem einen hochohmigen Eingang aufweisenden Spannungsmeßgerät 4, im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem vorgeschalteten Differenzverstärker 5. Die Speisespannungsquelle 2 liefert sowohl die von der Konstantstromquelle 3 als auch die von dem Spannungsmeßgerät 4 bzw. die von dem dem Spannungsmeßgerät 4 vorgeschalteten Differenzverstärker 5 benötigte elektrische Energie. Ausgehend von der Konstantstromquelle 3 wird über den Meßwiderstand 1 mit Hilfe einer Hinleitung 6 und einer Rückleitung 7 ein konstanter Meßstrom geführt. An den Meßwiderstand 1 sind eine erste Meßleitung 8 und eine zweite Meßleitung 9 angeschlossen. The in the F i g. 3 is used for resistance measurements, namely for temperature measurements with the help of a temperature-dependent measuring resistor 1. In its basic structure, there is the one shown in FIG. 3 illustrated circuit arrangement from a supply voltage source 2, from a constant current source 3 and from one a voltage measuring device 4 having a high-resistance input, in the illustrated embodiment with an upstream differential amplifier 5. The supply voltage source 2 supplies both from the constant current source 3 and from the voltmeter 4 or the differential amplifier 5 connected upstream of the voltmeter 4 required electrical energy. Starting from the constant current source 3, over the measuring resistor 1 with the help of a feed line 6 and a return line 7 a constant Measuring current out. A first measuring line 8 and 8 are connected to the measuring resistor 1 a second Measuring line 9 connected.

Wie die F i g. 3 zeigt, ist zusätzlich ein invertierender Kompensationsverstärker 10 mit einem hohen Verstärkungsfaktor vorgesehen. Der erste Eingang 11 des Kompensationsverstärkers 10 ist mit dem Ende der Rückleitung 7, der zweite Eingang 12 des Kompensationsverstärkers 10 mit einer zentralen Nulleitung 13 und der Ausgang 14 des Kompensationsverstärkers 10 mit dem Ende der zweiten Meßleitung 9 verbunden. As the F i g. 3 shows is an additional inverting compensation amplifier 10 provided with a high gain factor. The first input 11 of the compensation amplifier 10 is with the end of the return line 7, the second input 12 of the compensation amplifier 10 with a central zero line 13 and the output 14 of the compensation amplifier 10 connected to the end of the second measuring line 9.

Die Rückleitung 7 muß zugleich als zweite Meßleitung betrachtet werden, während die zweite Meßleitung 9 ihre Funktion als Meßleitung verloren hat und nur noch als Kompensationsleitung zu betrachten ist. Das Spannungsmeßgerät 4, eingeschlossen der Differenzverstärker 5, hat einen ersten Eingang 15 und einen zweiten Eingang 16. Der erste Eingang 15 des Spannungsmeßgerätes 4 ist an die erste Meßleitung 8, der zweite Eingang 16 des Spannungsmeßgerätes 4 an die zentrale Nulleitung 13 angeschlossen. Der an dem Meßwiderstand 1 entstehende Spannungsabfall wird mit dem Spannungsmeßgerät 4 zwischen der ersten Meßleitung 8 und der zentralen Nulleitung 13 bemessen.The return line 7 must also be viewed as a second measuring line, while the second measuring line 9 has lost its function as a measuring line and only is still to be regarded as a compensation line. The tension meter 4 included the differential amplifier 5 has a first input 15 and a second input 16. The first input 15 of the voltmeter 4 is connected to the first measuring line 8, the second input 16 of the voltmeter 4 is connected to the central neutral line 13. The voltage drop occurring at the measuring resistor 1 is measured with the voltmeter 4 dimensioned between the first measuring line 8 and the central zero line 13.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kompensationsverstärker 10 als Differenzverstärker ausgeführt, dessen invertierender Eingang den ersten Eingang 11 des Kompensationsverstärkers 10 und dessen nichtinvertierender Eingang den zweiten Eingang 12 des Kompensationsverstärkers 10 darstellt. In the illustrated embodiment, the compensation amplifier is 10 designed as a differential amplifier, the inverting input of which the first Input 11 of the compensation amplifier 10 and its non-inverting input represents the second input 12 of the compensation amplifier 10.

Im übrigen ist dem zu messenden, an dem Meßwiderstand 1 entstehenden Spannungsabfall eine Referenzspannung entgegengeschaltet, ist also eine Referenzspannungsquelle 17 vorgesehen. Die Referenzspannungsquelle 17 ist einerseits an den zweiten Eingang 16 des Spannungsmeßgerätes 4 bzw. des vorgeschalteten Differenzverstärkers 5 und andererseits an die zentrale Nulleitung 13 angeschlossen. In addition, the one to be measured is that which arises at the measuring resistor 1 Voltage drop is switched in the opposite direction to a reference voltage, so it is a reference voltage source 17 provided. The reference voltage source 17 is connected on the one hand to the second input 16 of the voltmeter 4 or the upstream differential amplifier 5 and on the other hand connected to the central neutral line 13.

Schließlich ist in der F i g. 3 angedeutet, daß der von der Konstantstromquelle 3 abgegebene Meßstrom einstellbar ist. Dazu ist die Konstantstromquelle 3 mit einem Einstellelement 18 versehen. Finally, in FIG. 3 indicated that the from the constant current source 3 output measuring current is adjustable. For this purpose, the constant current source 3 is with a Adjusting element 18 is provided.

Wie bereits weiter oben ausgeführt, beruht die zuvor erläuterte Erfindung auf den Gedanken, den Meßwiderstand 1 an seinem der Konstantstromquelle 3 fernen Ende, also dort, wo die zweite Rückleitung 7 und die zweite Meßleitung 9 angeschlossen sind, virtuell zu nullen. Das ist im einzelnen dadurch realisiert, daß der in den ersten Eingang 11 des Kompensationsverstärkers 10 fließende Strom 1 am Ausgang 14 des Kompensationsverstärkers 10 einen um den Verstärkungsfaktor des Kompensationsverstärkers 10 größeren Strom h mit umgekehrtem Vorzeichen zur Folge hat. As already stated above, the invention explained above is based on the idea of removing the measuring resistor 1 at its the constant current source 3 End, i.e. where the second return line 7 and the second measuring line 9 are connected are to be zeroed virtually. This is achieved in detail by the fact that the first input 11 of compensation amplifier 10 current 1 flowing at output 14 of the compensation amplifier 10 by the gain of the compensation amplifier 10 results in a larger current h with the opposite sign.

Fließt in den ersten Eingang 11 des Kompensationsvetstärkers 10 ein Strom 1 hinein (positive Richtung des Stromes h), so fließt aus dem Ausgang 14 des Kompensationsverstärkers 10 ein Strom 12 mit umgekehrtem Vorzeichen heraus; tatsächlich fließt also der Strom 12 in den Ausgang 14 des Kompensationsverstärkers 10 hinein. Im Ergebnis teilt sich also der über den Meßwiderstand 1 fließende Meßstrom hinter dem Meßwiderstand 1 in einen Strom 1 über die Rückleitung 7 und in einen Strom 12 über die zweite Meßleitung 9. Ist nun, wie vorausgesetzt, der Verstärkungsfaktor des Kompensationsverstärkers groß, so fließt der ganz überwiegende Teil des Meßstromes in Form des Stromes h, so daß der Strom 1 vernachlässigbar ist.Flows into the first input 11 of the compensation amplifier 10 Current 1 in (positive direction of current h) flows out of output 14 of the Compensation amplifier 10 a current 12 with the opposite sign out; In fact The current 12 therefore flows into the output 14 of the compensation amplifier 10. As a result, the measuring current flowing through the measuring resistor 1 is divided behind the measuring resistor 1 into a stream 1 via the return line 7 and into a stream 12 via the second measuring line 9. Now, as assumed, is the gain factor of the compensation amplifier is large, the predominant part of the measuring current flows in the form of the current h, so that the current 1 is negligible.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung für Widerstandsmessungen, insbesondere für Temperaturmessungen mit Hilfe von mindestens einem temperaturabhängigen Meßwiderstand, bestehend aus einer Speisespannungsquelle, aus einer Konstantstromquelle und aus einem einen hochohmigen Eingang aufweisenden Spannungsmeßgerät, vorzugsweise einem Spannungsmeßgerät mit einem vorgeschalteten Differenzverstärker, wobei die Speisespannungsquelle sowohl die von der Konstantstromquelle als auch die von dem Spannungsmeßgerät benötigte elektrische Energie liefert, wobei weiter, ausgehend von der Konstantstromquelle, über den Meßwiderstand mit Hilfe einer Hinleitung und einer Rückleitung ein konstanter Meßstrom geführt wird und wobei schließlich der an dem Meßwiderstand entstehende Spannungsabfall über eine erste Meßleitung und eine zweite Meßleitung mit dem Spannungsmeßgerät gemessen wird, dadurch gekennzeichn e t, daß ein invertierender Kompensationsverstärker (10) mit einem hohen Verstärkungsfaktor vorgesehen ist, daß der erste Eingang (11) des Kompensationsverstärkers (10) mit dem Ende der Rückleitung (7), der zweite Eingang (12) des Kompensationsverstärkers (10) mit einer zentralen Nulleitung (13) und der Ausgang (14) des Kompensationsverstärkers (10) mit dem Ende der zweiten Meßleitung (9) verbunden sind und daß der zweite Eingang (16) des Spannungsmeßgerätes (4) bzw. des vorgeschalteten Differenzverstärkers (5), ohne direkt mit dem Ende der zweiten Meßleitung (9) verbunden zu sein, an die zentrale Nulleitung (13) angeschlossen ist. Claims: 1. Circuit arrangement for resistance measurements, especially for temperature measurements with the help of at least one temperature-dependent Measuring resistor consisting of a supply voltage source and a constant current source and from a voltmeter having a high-resistance input, preferably a voltmeter with an upstream differential amplifier, the Supply voltage source both from the constant current source and from the Voltmeter supplies required electrical energy, with further, starting from the constant current source, via the measuring resistor with the help of a feed line and a return line a constant measuring current is carried and finally the at the measuring resistor resulting voltage drop over a first measuring line and a second measuring line is measured with the voltmeter, marked thereby e t that an inverting compensation amplifier (10) with a high gain factor it is provided that the first input (11) of the compensation amplifier (10) with the end of the return line (7), the second input (12) of the compensation amplifier (10) with a central neutral line (13) and the output (14) of the compensation amplifier (10) are connected to the end of the second measuring line (9) and that the second input (16) of the voltmeter (4) or the upstream differential amplifier (5), without being connected directly to the end of the second measuring line (9) to the central one Neutral line (13) is connected. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsverstärker (10) als Differenzverstärker ausgeführt ist, dessen invertierender Eingang den ersten Eingang (11) des Kompensationsverstärkers (10) und dessen nichtinvertierender Eingang den zweiten Eingang (12) des Kompensationsverstärkers (10) darstellen. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the compensation amplifier (10) is designed as a differential amplifier whose inverting input the first input (11) of the compensation amplifier (10) and the non-inverting input of which the second input (12) of the compensation amplifier (10) represent. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu messenden, an dem Meßwiderstand (1) entstehenden Spannungsabfall eine Referenzspannung entgegengeschaltet ist 3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the voltage drop to be measured at the measuring resistor (1) is a Reference voltage is switched in the opposite direction 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (17) einerseits an den zweiten Eingang (16) des Spannungsmeßgerätes (4) bzw. des vorgeschalteten Differenzverstärkers (5) und andererseits an die zentrale Nulleitung (13) angeschlossen ist.4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the reference voltage source (17) on the one hand to the second Input (16) of the voltmeter (4) or the upstream differential amplifier (5) and on the other hand to the central neutral line (13) is connected. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Konstantstromquelle (3) abgegebene Meßstrom einstellbar ist. 5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the measuring current delivered by the constant current source (3) is adjustable is. Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Widerstandsmessungen, insbesondere für Temperaturmessungen mit Hilfe von mindestens einem temperaturabhängigen fließenden bestehend aus einer Speisespannungsquelle, aus einer Konstantstromquelle und aus einem einen hochohmigen Eingang aufweisenden Spannungsmeßgerät, vorzugsweise einem Span- nungsmeßgerät mit einem vorgeschalteten Differenzverstärker, wobei die Speisespannungsquelle sowohl die von der Konstantstromquelle als auch die von dem Spannungsmeßgerät benötigte elektrische Energie liefert, wobei weiter, ausgehend von der Konstantstromquelle, über den Meßwiderstand mit Hilfe einer Hinleitung und einer Rückleitung ein konstanter Meßstrom geführt wird und wobei schließlich der an dem Meßwiderstand entstehende Spannungsabfall über eine erste Meßleitung und eine zweite Meßleitung mit dem Spannungsmeßgerät gemessen wird. The invention relates to a circuit arrangement for resistance measurements, especially for temperature measurements with the help of at least one temperature-dependent flowing consisting of a supply voltage source, from a constant current source and from a voltmeter having a high-resistance input, preferably a chip voltage measuring device with an upstream differential amplifier, the Supply voltage source both from the constant current source and from the Voltmeter supplies required electrical energy, with further, starting from the constant current source, via the measuring resistor with the help of a feed line and a return line a constant measuring current is carried and finally the at the measuring resistor resulting voltage drop over a first measuring line and a second measuring line is measured with the voltmeter. Schaltungsanordnungen für Widerstandsmessungen, insbesondere für Temperaturmessungen mit Hilfe von mindestens einem temperaturabhängigen Meßwiderstand, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, was im folgenden an Hand von zwei Beispielen erläutert werden soll; bei den beiden folgenden Beispielen handelt es sich um Schaltungsanordnungen in Vierleitertechnik (Hinleitung, Rückleitung, erste Meßleitung und zweite Meßleitung). Circuit arrangements for resistance measurements, in particular for Temperature measurements with the help of at least one temperature-dependent measuring resistor, are known in various embodiments, which is shown below with reference to two Examples should be explained; The following two examples are circuit arrangements using four-wire technology (outgoing line, return line, first Measuring line and second measuring line). Bei dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel einer bekannten Schaltungsanordnung für Widerstandsmessungen werden zwei galvanisch getrennte Speisespannungsquellen benötigt, nämlich eine, die die von der Konstantstromquelle benötigte elektrische Energie liefert, und eine weitere, die die von dem Spannungsmeßgerät bzw. die von dem dem Spannungsmeßgerät vorgeschalteten Differenzverstärker benötigte elektrische Energie liefert. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Notwendigkeit nachteilig, zwei galvanisch getrennte Speisespannungsquellen haben zu müssen. In the case of the FIG. 1 shown example of a known circuit arrangement two galvanically isolated supply voltage sources are used for resistance measurements needed, namely one that provides the electrical required by the constant current source Supplies energy, and another one that is supplied by the voltmeter or by the electrical required for the differential amplifier upstream of the voltmeter Energy supplies. In this circuit arrangement, the need is disadvantageous to have two galvanically separated supply voltage sources. Die F i g. 2 zeigt das Beispiel einer Schaltungsanordnung für Widerstandsmessungen, die mit einer einzigen Spannungsquelle sowohl für die von der Konstantstromquelle als auch für die von dem Spannungsmeßgerät benötigte elektrische Energie auskommt. The F i g. 2 shows the example of a circuit arrangement for resistance measurements, those with a single voltage source for both those from the constant current source as well as for the electrical energy required by the voltmeter. Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung für Widerstandsmessungen ist jedoch insoweit nicht frei von Nachteilen, als sich der an der Rückleitung entstehende Spannungsabfall als Meßfehler auswirkt, der nur unter besonderen, kaum zu realisierenden Voraussetzungen vernachlässigbar ist. The in F i g. 2 shown circuit arrangement for resistance measurements however, it is not free from disadvantages in that it occurs on the return line Voltage drop affects as a measurement error, which only under special, hardly realizable Conditions is negligible. Die Erfindung geht nun aus von dem in F i g. 2 dargestellten Beispiel einer bekannten Schaltungsanordnung für Widerstandsmessungen, so daß ihr die Aufgabe zugrunde liegt, diese bekannte Schaltungsanordnung so auszugestalten und weiterzubilden, daß der zuvor erläuterte Meßfehler praktisch vernachlässigt werden kann. The invention is based on the one shown in FIG. 2 shown example a known circuit arrangement for resistance measurements, so that its the task is based on designing and developing this known circuit arrangement in such a way that that the measurement error explained above can practically be neglected. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein invertierender Kompensationsverstärker mit einem hohen Verstärkungsfaktor vorgesehen ist, daß der erste Eingang des Kompensationsverstärkers mit dem Ende der Rückleitung, der zweite Eingang des Kompensationsverstärkers mit einer zentralen Nulleitung und der Ausgang des Kompensationsverstärkers mit dem Ende der zweiten Meßleitung verbunden sind und daß der zweite Eingang des Spannungsmeßgerätes bzw. des vorgeschalteten Differenzverstärkers, ohne direkt mit dem Ende der zweiten Meßleitung verbunden zu sein, an die zentrale Nulleitung angeschlossen ist. Dabei bedeutet der Ausdruck »Kompensationsverstärker«, daß es sich um einen Verstärker zur Kompensation des Meßfehlers handelt, der durch den durch die Rückleitung fließenden Meßstrom entsteht. This object is achieved according to the invention in that an inverting Compensation amplifier with a high gain factor is provided that the first input of the compensation amplifier with the end of the return line, the second Input of the compensation amplifier with a central neutral line and the output of the compensation amplifier are connected to the end of the second measuring line and that the second input of the voltmeter or the upstream differential amplifier, without being directly connected to the end of the second measuring line, to the central one Neutral line is connected. The term »compensation amplifier« means that it is an amplifier to compensate for the measurement error caused by the measuring current flowing through the return line arises.
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