DE2518422A1 - Automatic resistance compensating circuit - used for connections between resistors in bridge branches in measuring instruments - Google Patents

Automatic resistance compensating circuit - used for connections between resistors in bridge branches in measuring instruments

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DE2518422A1 DE19752518422 DE2518422A DE2518422A1 DE 2518422 A1 DE2518422 A1 DE 2518422A1 DE 19752518422 DE19752518422 DE 19752518422 DE 2518422 A DE2518422 A DE 2518422A DE 2518422 A1 DE2518422 A1 DE 2518422A1
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Abstract

A bridge circuit used in measuring instruments has resistors forming at least a part of a branch of a bridge whose diagonal voltage is applied to the input of an amplifier whose output is applied to the display or recording instrument. Amplifier end (5) of a first connecting wire (2) and the bridge (1, 2, 8-10) diagonal point are connected to a measurement amplifier (13) inputs. Amplifier ends (6, 7) of the two other connecting wires (3, 4) are connected to the inputs of a compensation amplifier (14), whose output current is fed back to the bridge branch containing the resistor (1). This arrangement ensures that matching of the conducting resistors follows automatically.

Description

Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kompensation des ohmschen Widerstandes der Verbindungsleitungen zwischen Widerstandsgebern und Meßgeräten Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kompensation des ohmschen Widerstandes der Verbindungsleitungen zwischen Widerstandsgebern und Meßgerät, wobei der Widerstandsgeber wenigstens einen Teil eines Brückenzweiges in einer Brtickenschaltungbildet, deren Diagonalspannung dem Eingang eines Verstärkers zugeführt ist und wobei die Ausgangsspannung des Verstärkers einem Anzeige- oder Registriergerät zugeführt ist.Circuit arrangement for automatic compensation of the ohmic resistance the connecting lines between resistance sensors and measuring devices. The invention relates to a circuit arrangement for the automatic compensation of the ohmic Resistance of the connecting lines between resistance sensors and measuring device, where the resistance transmitter forms at least part of a bridge arm in a bridge circuit, whose diagonal voltage is fed to the input of an amplifier and where the Output voltage of the amplifier is fed to a display or recorder.

BEUckenschaltungen, in deren einem Zweig ein Widerstandsgeber, z.B. ein Widerstands2ermometer, aufgenommen ist und wobei die Diagonalspannung einem Verstärker zugeführt ist, dessen Ausgang mit einem Anzeige- oder Registriergerät verbunden ist, sind vielfältig bekannt, so z.B. aus den DT-OS 2 248 083 und 2 307 977.BEUckenschaltung, in one branch of which a resistance transmitter, e.g. a resistance2ermometer, is included and where the diagonal voltage is a Amplifier is fed, the output of which is connected to a display or recorder are widely known, e.g. from DT-OS 2 248 083 and 2 307 977.

Bei allen diesen bekannten Schaltungen ist es erforderlich und üblich, den ohmschen Widerstand der Verbindungsleitungen zwischen dem Widerstandsgeber und dem Meßgerät dadurch zu berUcksichtigen, daß dieser bereits bei der Eichung der Meßanordnung auf einen Nennwert abgeglichen wird. Insbesondere bei größeren Entfernungen zwischen Widerstandsgeber und Meßgerät ist der ohmsche Widerstand der Verbindungsleitungen nicht mehr vernachlässigbar. Darüber hinaus gehen auch Widerstandsänderungen der Verbindungsleitungen infolge von Temperaturänderungen in das Meßergebnis ein. Diese Nachteile - Notwendigkeit eines Abgleiches und Abhängigkeit von der Temperatur der Verbindungsleitangen - werden jedoch als unangenehm empfunden, insbesondere, da der individuell vorzunehmende Abgleich einen zusätzlichen Arbeitsaufwand erfordert.With all these known circuits it is necessary and usual the ohmic resistance of the connecting lines between the resistance transmitter and to take into account the measuring device by the fact that it is already used during the calibration of the Measurement arrangement is adjusted to a nominal value. Especially for longer distances between the resistance transmitter and the measuring device is the ohmic resistance of the connecting cables no longer negligible. In addition, there are also changes in resistance Connection lines due to temperature changes in the measurement result. These Disadvantages - need for adjustment and dependence on the temperature of the Connecting lines - however, are perceived as unpleasant, especially because the adjustment to be carried out individually requires additional work.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, d.h.The object of the present invention is therefore to provide a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning, i.e.

eine solche, bei der der Abgleich der Leitungswiderstände selbsttätig erfolgt.one in which the line resistances are automatically adjusted he follows.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, den Einfluß der Leitungswiderstände dadurch völlig zu beseitigen, daß mit Hilfe einer geeigneten Schaltung einer der Leitungswiderstände einer zwischen dem Widerstandsgeber und dem Verstärker angeordneten Drei-Leiter-Schaltung gemessen wird, der gemessene Wert verdoppelt wird, und sodann vom Wert der Widerstandssumme des Widerstandsgebers und zweier Leitungswiderstände subtrahiert - wird.The invention is based on the idea of the influence of the line resistances to completely eliminate that with the help of a suitable circuit one of the Line resistances of a arranged between the resistance transmitter and the amplifier Three-wire circuit is measured, the measured value is doubled, and then the value of the resistance sum of the resistance transmitter and two line resistances subtracted - is.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist demzufolge dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsgeber über eine drei-adrige Leitung mit dem Verstärker derart verbunden ist, daß eine Ader der Verbindungsleitung mit dem einen Ende des Widerstandsgebers und die beiden anderen Adern der Verbindungsleitung mit dem anderen Ende des Widerstandsgebers verbunden sind, daß das verstärkerseitige Ende der ersten Ader und der Diagonalpunkt der Brückenschaltung mit den Eingangsklemmen des Meßverstärkers verbunden sind, daß die verstärkerseitigen Enden der beiden anderen Adern mit den Eingängen eines Kompensationsverstärkers verbunden sind, und daß der Ausgangs strom des Kompensationsverstärkers auf den den Widerstandsgeber enthaltenden Brückenzweig zurückgeführt ist.The circuit arrangement according to the invention is accordingly characterized in that that the resistance transmitter via a three-wire line to the amplifier in such a way is connected that one wire of the connecting line with one end of the resistance transmitter and the other two wires of the connection line to the other end of the resistance transmitter are connected that the amplifier-side end of the first wire and the diagonal point the bridge circuit are connected to the input terminals of the measuring amplifier, that the amplifier-side ends of the other two wires with the inputs of a Compensation amplifier are connected, and that the output current of the compensation amplifier is traced back to the bridge branch containing the resistance transmitter.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und. den Unteransprüchen.Further refinements of the circuit arrangement according to the invention result from the following description and. the subclaims.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild und Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with the aid of the drawing described. 1 shows a basic circuit diagram and FIG. 2 shows a modification the circuit arrangement according to FIG. 1.

-Ein Widerstandsgeber 1, z.B. in ein Widerstandsthermometer,ist über eine drei-adrige Leitung mit der Meßschaltung verbunden.-A resistance sensor 1, e.g. in a resistance thermometer, is over a three-wire line connected to the measuring circuit.

Dabei sind die drei Adern der Verbindungsleitung durch Widerstände 2, 3, 4 dargestellt. Das verstärkerseitige Ende 5 der ersten Ader 2 ist mit einem Eingang eines Meßverstärkers 13 verbunden. Der Widerstandsgeber 1 und die Ader 2 bilden einen Zweig einer Brückenschaltung, deren andere Zweige durch Widerstände 8,9,10 gebildet sind. Der Verbindungspunkt der Widerstände 9 und 10 ist mit dem zweiten Eingang des Meßverstärkers 13 verbunden. Somit liegt am Eingang des Meßverstärkers die Diagonalspannung UD.The three wires of the connection line are through resistors 2, 3, 4 shown. The amplifier end 5 of the first wire 2 is connected to an input of a measuring amplifier 13. The resistance giver 1 and the wire 2 form one branch of a bridge circuit, the other branches are formed by resistors 8,9,10. The connection point of the resistors 9 and 10 is connected to the second input of the measuring amplifier 13. Thus lies at the entrance of the measuring amplifier the diagonal voltage UD.

Das verstärkerseitige Ende 6 der Ader 3 ist einmal mit dem Ausgang eines Kompensationsverstärkers 14 und über einen Widerstand 12 mit einem Eingangjdieses Verstärkers verbunden, während das verstärkerseitige Ende 7 der Ader 4 mit dem anderen Eingang dieses Verstärkers 14 verbunden ist.The amplifier-side end 6 of the wire 3 is once with the output a compensation amplifier 14 and via a resistor 12 to an input of this Amplifier connected, while the amplifier-side end 7 of the wire 4 with the other Input of this amplifier 14 is connected.

Der Ausgang 21 des Meßverstärkers 13 liefert eine Ausgangsspannung UA und ist außerdem über einen Widerstand 11 auf den einen Eingang des Kompensationsverstärkers 14 geführt.The output 21 of the measuring amplifier 13 supplies an output voltage UA and is also via a resistor 11 to one input of the compensation amplifier 14 led.

Die Verstärker 13 und 14 sind Operationsverstärker mit vernachlässigbar kleinen Eingangs strömen und genügend hoher innerer Verstärkung.The amplifiers 13 and 14 are operational amplifiers with negligible small input stream and sufficiently high internal gain.

Außerdem sei angenommen, daß R10 Rg R11 = R12 R8 =R9, wobei Ro der Anfangswert des Geberwiderstandes ist.Also assume that R10 Rg R11 = R12 R8 = R9, whereby Ro is the initial value of the encoder resistance.

Betrachtet man zunächst die Arbeitsweise des Verstärkers 14, so ist: U6 = 2 U24 (UA = 0) U24 - U6 = I1 RL U24 -2 U24= 11 RL U24= - 11 RL' wobei RL der ohmsche Widerstand jeweils einer Leitungsader ist.If one first considers the mode of operation of the amplifier 14, then: U6 = 2 U24 (UA = 0) U24 - U6 = I1 RL U24 -2 U24 = 11 RL U24 = - 11 RL 'where RL is the ohmic resistance of each line wire.

Dann ist die Spannung am Punkt 5 gegen Masse: U24 + I1 RF + 11 RL = - 11 RL + Ii RF + 11 RL 1 Ii RF, worin RF der Widerstandswert des Widerstandsgebers ist (RF = RQ + Punkt 5 führt also eine Spannung, die genau so groß ist, wie wenn der Punkt 24 an Massepotential läge und die Leitungswiderstände 0 wären. Somit reagiert der Verstärker 13 nur auf Widerstandsänderungen des Gebers 1.Then the voltage at point 5 to ground is: U24 + I1 RF + 11 RL = - 11 RL + Ii RF + 11 RL 1 Ii RF, where RF is the resistance value of the resistance sensor is (RF = RQ + point 5 therefore leads to a voltage that is exactly as large as when the point 24 would be at ground potential and the line resistances would be 0. Thus reacts the amplifier 13 only responds to changes in the resistance of the transmitter 1.

Mit Hilfe der Rückführung vom Ausgang 21 des Verstärkers 13 auf den Fußpunkt des Widerstandes 11 regelt der Verstärker 13 die Spannung U6 so aus, daß die Diagonalspannung UD der Brücke = O ist. Da die Widerstände R8 und R9 einander gleich sind, sind auch die Ströme 11 und I2 einander gleich. Da weiterhin die Widerstände 9 und 10 Festwiderstände sind und an der als konstant anzusehenden Betriebsspannung liegen, ist auch der Strom I2 konstant und damit auch der Strom I1 durch den Geberwiderstand 1 für alle Widerstandswerte innerhalb des für die Messung interessierenden Wertbereiches. Nun ist aber UA - U24 = 11 RL R11 U24 = I2 R10-I1 RF-I1 RL UA - (I2 R10 -11 RF -11 RL) = I1 RL R11 R12 UA = I2R10-I1RF-I1RL+I1RL .With the aid of the feedback from the output 21 of the amplifier 13 to the base point of the resistor 11, the amplifier 13 regulates the voltage U6 so that the diagonal voltage UD of the bridge = 0. Since the resistors R8 and R9 are equal to one another, the currents I1 and I2 are also equal to one another. Since the resistors 9 and 10 are fixed resistors and are connected to the operating voltage, which is to be regarded as constant, the current I2 is also constant and thus also the current I1 through the transmitter resistor 1 for all resistance values within the value range of interest for the measurement. But now is UA - U24 = 11 RL R11 U24 = I2 R10-I1 RF-I1 RL UA - (I2 R10 -11 RF -11 RL) = I1 RL R11 R12 UA = I2R10-I1RF-I1RL + I1RL.

12 Wie oben beschrieben ist R11 =R12, I1 = I2, so daß auch UA = Ii (R10 -RF) = I1 (R10 - R0 -#R) und wegen R10 = R0: UA = - AR UA AR Die Übertragung ist somit widerstandslinear. 12 As described above, R11 = R12, I1 = I2, so that UA = Ii (R10 -RF) = I1 (R10 - R0 - # R) and because of R10 = R0: UA = - AR UA AR The transmission is therefore linear in resistance.

Für bestimmteAnwendungsfälle ist es erwünscht, im Ausgang einen Strom ztarVerfügung zu haben, der exakt proportional zum Meßwiderstand sein soll. Eine Schaltungsanordnung,d dieser Forderung genügt, ist in Fig. 2 gezeigt. Diese bietet den Vorteil, daß der Lastwiderstand mit einem Anschluß auf Massepotential oder einem weitgehend wählbaren anderen Potential liegen kann.For certain applications it is desirable to have a current in the output ztaravailable that is exactly proportional to the measuring resistor should be. A circuit arrangement which satisfies this requirement is shown in FIG. This offers the advantage that the load resistor has a connection to ground potential or another largely selectable potential.

Dazu ist nach Fig. 2 ein weiterer Verstärker 15 vorgesehen, der mit dem Ausgang des Meßverstärkers 13 über ein aus Widerständen 16, 17, 18, 19 und 20 bestehendes Netzwerk verbunden ist und dessen Ausgang 23 auf den Eingang des Kompensationsverstärkers 14 über den Widerstand 11 gelegt ist. Somit liegt die Ausgangsspannung U23 des Verstärkers 15 wie auch bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 am Eingang des Verstärkers 14 und übt auch die gleiche Funktion wie die Spannung UA nach Fig. 1 aus.For this purpose, a further amplifier 15 is provided according to FIG. 2, which with the output of the measuring amplifier 13 via one of resistors 16, 17, 18, 19 and 20 existing network is connected and its output 23 to the input of the compensation amplifier 14 is placed across the resistor 11. The output voltage U23 of the amplifier is thus present 15 as in the circuit arrangement according to FIG. 1 at the input of the amplifier 14 and also performs the same function as the voltage UA of FIG.

Die Beschaltung des Verstärkers 15 bildet eine bekannte Anordnung zur Verstärkung der Differenz zweier Spannungen, hier der Spannungen über dem Strommeßwiderstand 16 zwischen den Punkten 21 und 25.The wiring of the amplifier 15 forms a known arrangement to amplify the difference between two voltages, here the voltages across the current measuring resistor 16 between points 21 and 25.

Wenn dann gilt U23 = - 1A R16 UA in Fig. 1 und in analoger Weise wie vorher erhält man - IA R16 ~ I1 #R IA = #R 16 R16 1A # #R Eine weitere Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist möglich, wenn Mittel vorgesehen sind, die den Strom abhängig von der Ausgangsspannung beeinflussen und damit eine nichtlineare Abhängigkeit des Gebers 1 von der zu messenden physikalischen Größe kompensieren.if then U23 = - 1A R16 UA in FIG. 1 and in a manner analogous to that obtained before - IA R16 ~ I1 #R IA = #R 16 R16 1A # #R A further modification of the circuit arrangement according to FIG. 2 is possible if Means are provided which influence the current as a function of the output voltage and thus compensate for a non-linear dependence of the encoder 1 on the physical variable to be measured.

PatentansPrüchePatent claims

Claims (5)

Patentsnsprüche: 1.)Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Kompensation des ohmschen Widerstandes der Verbindungsleitungen zwischen Widerstandsgebern und Meßgerät, wobei der Widerstandsgeber wenigstens einen Teil eines Brückenzweiges in einer Briikkenschaltung bildet, deren Diagonalspannung dem Eingang einee Verstärkers zugeführt ist und wobei die Ausgangsspannung des Verstärkers einem Anzeige- oder Registriergerät zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet. daß das verstärkerseitige Ende (5) der ersten Ader (2) und der Diagonalpunkt der Brückenschaltung (1,2;8;9;10) mit den Eingangsklemmen des Meßverstärkers (13) verbunden sind, daß die verstärkerseitigen Enden (6,7) der beiden anderen Adern (3,4) mit den Eingängen eines Kompensationsverstärkers (14) verbunden sind, und daß der Ausgangsstrom des Kompensationsverstärkers (14) auf den den Widerstandsgeber (1) enthaltenden Brückenzweig zurückgeführt ist.Patent claims: 1.) Circuit arrangement for automatic compensation the ohmic resistance of the connecting lines between resistance sensors and Measuring device, the resistance transmitter at least part of a bridge branch in a bridge circuit, the diagonal voltage of which is connected to the input of an amplifier is fed and wherein the output voltage of the amplifier is a display or Registration device is supplied, characterized. that the amplifier-side End (5) of the first wire (2) and the diagonal point of the bridge circuit (1,2; 8; 9; 10) are connected to the input terminals of the measuring amplifier (13) that the amplifier-side Ends (6,7) of the other two wires (3,4) with the inputs of a compensation amplifier (14) are connected, and that the output current of the compensation amplifier (14) is traced back to the bridge branch containing the resistance sensor (1). 2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkerseitige Ende (5) der ersten Ader (2) an den invertierenden Eingang des Meßverstärkers (13) und das verstärkerseitige Ende (7) der dritten Ader (4) an den invertierenden Eingang des Kompensationsverstärkers (14) geführt sind.2.) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the amplifier-side end (5) of the first wire (2) to the inverting input of the measuring amplifier (13) and the amplifier-side end (7) of the third wire (4) are fed to the inverting input of the compensation amplifier (14). 3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht-invertierende Eingang des Kompensationsverstärkers (14) über einen ersten Widerstand (11) mit dem Ausgang (21) des Meßverstärkers (13) und über einen gleich großen weiteren Widerstand (12) mit dem Ausgang (22) des Kompensationsverstärkers(14) und mit dem verstärkerseitigen Ende (6) der zweiten Ader (3) verbunden ist.3.) Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the non-inverting input of the compensation amplifier (14) via a first resistor (11) to the output (21) of the measuring amplifier (13) and above a the same size further resistor (12) with the output (22) of the compensation amplifier (14) and is connected to the amplifier-side end (6) of the second wire (3). 4.) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (21) des Meßverstärkers (13) und dem nicht-invertierenden Eingang des Kompensationsverstärkers (14) in Reihe zu dem ersten Widerstand (11) ein Meßwiderstand (16) und eine Verstärkeranordnung (15) mit einem Widerstandsnetzwerk (17,18,19,20) vorgesehen sind.4.) Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that between the output (21) of the measuring amplifier (13) and the non-inverting Input of the compensation amplifier (14) in series with the first resistor (11) a measuring resistor (16) and an amplifier arrangement (15) with a resistor network (17,18,19,20) are provided. 5.) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Beeinflussung der Brückenspeisespannung oder des den Widerstandsgeber (1) durchfließenden Stromes in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung oder dem Ausgangsstrom vorgesehen sind.5.) Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that means for influencing the bridge supply voltage or the the current flowing through the resistance sensor (1) as a function of the output voltage or the output current.
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