DE2448337C2 - Schaltungsanordnung für Widerstand smessungen - Google Patents

Description

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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 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 Kons«antstromquelle, über den Meßwiderstand mit Hilfe einer Hinleitung und einer Rückleitung ein konstanter Meßstrom gefuhrt wird und wobei schließlich der an dem Meßwiderstand entstehende Spannungsabfall über eine erste Meßleitung und eine zweite Meßleitung mit dem Spannungsmeßgerät gemessen wird.

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).

Bei dsm in F i g. 1 dargestellten Beispiel einer bekannten Schaltungsanordnung für Widerstandsmessungen werden zwei galvanisch getrennte Speisespannungsquellen benötigt, nämlich eine, die die von der Konstantstromqueile 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.

Die F i g. 2 zeigt das Beispiel einer Schaltungsanordnung für Widerstandsmessungen, die mit einer einzigen Spannungsquelle sowohl für die von der Konstantstromquelie als auch für die von dem Spannungsmeßgerät benötigte elektrische Energie auskommt.

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.

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.

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.

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 Schallungsanordnung die Rückleitung zugleich als zweite Meßleitung betrachtet werden uid 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 Ausführungsbcispiels näher erläutert.

Im übrigen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.

Vorzugsweise ist der erfindungsgemäß vorgesehene Kompensationsverstärker als Differenzverstärker ausgeführt, dessen invertierender Eingang den ersten Eingang des Kompensalionsverstärkers und dessen nicht invertierender Eingang den zweiten Eingang des Kompensationsverstärkers darsteJh. Mil 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.

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.

Schließlich besteht die Möglichkeit, die Konstantstromquelle so auszuführen, daß der von ihr abgegebene Meßstrom »instellbar 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.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; die Fig.3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Die in der F i g. 3 dargestellte Schaltungsanordnung dient für Widerstandsmessungen, nämlich tür 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.

Wie die F i g. 3 zeigt, ist zusätzlich ein inverlierender Kompensationsverstärker 10 mit einem hohen Verstärkungsfaktor vorgesehen. Der erste Eingang U 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 Kompensationsverslärkers 10 mit dem Ende der zweiten Meßleitung 9 verbunden, ίο 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 Spanrtungsmeßgerät 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.

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.

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.

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.

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 Verstärkungsso faktor des Kompensationsverstärkers 10 größeren Strom /2 mit umgekehrtem Vorzeichen zur Folge hat. Fließt in den ersten Eingang 11 des Kompensationsverstärkers 10 ein Strom /1 hinein (positive Richtung des Stromes /1), so fließt aus dem Ausgang 14 des Kompensationsverstärkers 10 ein Strom /2 mit umgekehrtem Vorzeichen heraus; tatsächlich fließt also der Strom /2 in den Ausgang 14 des Kompensationsverstärkers 10 hinein. Im Ergebnis teilt sich also der über den Meß-.viderstand 1 fließende Meßstrom hinter dem Meßwiderstand 1 in einen Strom /1 über die Rückleitung 7 und in einen Strom /2 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 /2, so daß der Strom /1 vernachlässigbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentanspräche:

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 Speisespannungsqueüe 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 2c eine zweite Meßleitung mit dem Spannungsmeßgerät gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein invertierender Kompensationsverstärker (10) mit einem hohen Verstärkungsfaktor vorgesehen ist, daß der erste Eingang (U) des Kornpensationsverstärkers (10) mit dem Ende der Rückieitung (7), der zweite Eingang (12) des Kompensationsverstärkers (10) mit einer zentralen Nulleitung (13) und der Ausgang (14) des Kompensaiionsvcr stärkers (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.

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.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu messenden, an dem Meßwiderstand (1) entstehenden Spannungsabfall eine Referenzspannung entgegengeschaltet ist.

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.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Konstantstromquelle (3) abgegebene Meßstrom einstellbar ist.