DE2518890A1

DE2518890A1 - Linearisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2518890A1
Application number: DE19752518890
Authority: DE
Inventors: Georg Felix Dipl Ing Brakl
Original assignee: INSTRUMENTFIRMAN INOR AB
Current assignee: INSTRUMENTFIRMAN INOR AB
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1975-04-28
Publication date: 1976-04-08
Also published as: SE385336C; SE7412114L; US4000454A; SE385336B; DE2518890B2; GB1509423A

Description

Instrumentfirman Inor AB₇ Emilstorpsgatan 32, 213 64 MALHÖ, Schweden.

Linearisierungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Linearisierungsvorrichtungen für messwertgebende Impedanzglieder, genauer gesagt auf eine Linearisierungsvorrichtung für ein erstes, messwertgebendes Impedanzglied, das in Reihe mit einem zweiten Impedanzglied über eine Spannungsquelle angeschlossen ist, wobei die Vorrichtung Rückkopplungsglieder zum Ausgleichen einer vom ersten Impedanzglied im Verbindungspunkt mit dem zweiten Impedanzglied zustandegebrachten Potentialänderung im Verhältnis zu einem Referenzpotential aufweist.

Verschiedene Typen von Impedanzgebern sind bekannt, und es sei hier als Beispiel nur der resistive Temperaturgeber erwähnt, auf den die Erfindung im folgenden angewandt ist.

Wie die meisten Geber hat der resistive Temperaturgeber, beispielsweise ein Widerstand mit temperaturabhängiger Resistanz, eine Charakteristik, die nicht linear ist, d.h. Änderungen in der Temperatur des Gebers verursachen keine zu diesen änderungen proportionalen Änderungen der Resistanz des Gebers.

Geber des genannten Typs werden oft in einer Form von Brükkenschaltung benutzt, wobei es ausserordentlich wichtig ist, dass man ein Ausgangssignal erhält, das auf die den Geber beeinflussende Grosse, beispielsweise die Temperatur, linear bezogen ist.

Es ist leicht nachzuweisen, dass nicht einmal ein Geber mit linearer Charakteristik ein von der Messwertveränderlichen linear abhängiges Ausgangssignal in herkömmlichen Brückenschaltungen liefert. Diese der Brückenschaltung innewohnende Nichtlinearität wird normalerweise durch die Nichtlinearität in der Gebercharakteristik verstärkt.

Bei dem gegenwärtig am häufigsten benutzten Verfahren zum Linearisieren eines mit einer unabhängigen Veränderlichen nichtlinear schwankenden, abhängigen Signals wird innerhalb vorbestimmter Invervalle des Wertevorrats des Signals eine Annäherung mit

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geeigneten, geraden Linien ausgeführt. Dieses Verfahren ist teuer und kann nicht verhindern, dass Annäherungsfehler entstehen, die mit der Grosse der Annäherungsintervalle und dem Krümmungsgrad der Charakteristik zunehmen.

Der Erfindung liegt deshalb in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kontinuierliche Linearisierung zu ermöglichen, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der vom ersten Impedanzglied zustandegebrachten Potentialänderung im Verhältnis zum Referenzpotential die von der Spannungsquelle den ersten und zweiten Impedanzgliedern aufgedrückte Spannung ändern.

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nun anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 im wesentlichen in Form eines Blockschaltbildes eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Linearisierungsvorrichtung, und

Fig. 2 ein erläuterndes Diagramm.

Die in Fig. 1 gezeigte Linearisierungsvorrichtung hat eine aus vier Widerständen R1-R4 gebildete Brückenschaltung. Von diesen vier Widerständen R1-R4 ist Rl ein Widerstand, dessen Resistanz in wesentlich höherem Grade als die Resistanz der Widerstände R2-R4 temperaturabhängig ist und der somit als Temperaturgeber benutzt werden kann.

Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Rl und R2 ist an den invertierenden Signaleingang eines Funktionsverstärkers F angeschlossen, während der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R3 und R4 an den nichtinvertierenden Signaleingang des Funktionsverstärkers F angeschlossen ist. Der Funktionsverstärker F wird vom einen Pol einer Spannungsquelle V mit Spannung versorgt, und dieser Pol ist auch an einen gesteuerten Spannung/Stromwandler O angeschlossen, dessen Steuereingang an den Ausgang des Funktionsverstärkers F angeschlossen ist. Der Ausgang des Wandlers O ist teils an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Rl und R3 in der Brückenschaltung angeschlossen, d.h. den einen Speisepunkt der Brückenschaltung, und teils an eine Konstantspannungssenke S,

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die in Reihe mit einem Widerstand R5 an einen in den den Widerstand R2 enthaltenden Brückenzweig eingeschalteten Rückkopplungswiderstand R6 angeschlossen ist, der seinerseits an den Widerstand R4 und den zweiten Pol der Spannungsquelle V angeschlossen ist.

Die Funktion der oben beschriebenen Schaltung ist wie folgt, wobei eine solche Temperaturänderung angenommen ist, dass die Resistanz des Widerstands Rl zunimmt.

Infolge der Resistanzzunahme des Widerstands Rl sinkt das Potential am negativen Eingang des FunktionsVerstärkers F, wodurch das Potential am Ausgang des FunktionsVerstärkers F steigt. Dieses steigende Ausgangspotential steuert den Spannung/Stromwandler 0, so dass dieser seinen ausgehenden Strom steigert, der durch die Konstantspannungssenke S und den Widerstand R5 über den Widerstand R6 dem zweiten Pol der Spannungsquelle V zugeführt wird. Hierdurch erhält man über den Widerstand R6 einen Spannungsfall, der der Potentialsenkung am invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers F infolge der temperaturabhängigen Resistanzzunahme des Widerstands Rl entgegenwirkt und sie im wesentlichen ausgleicht.

Da die Brückenschaltung R1-R4 zu dem aus der Konstantspannungssenke S und dem Widerstand R5 bestehenden Schaltungszweig im wesentlich parallel liegt, wird bei Steigerung des vom Wandler O ausgehenden Stromes die Spannung über der Brückenschaltung R1-R4 infolge des zunehmenden Spannungsfalles über dem Widerstand R5 in einem zur Stromzunahme proportionalen Verhältnis steigen. Die somit erhöhte Spannung über der Brückenschaltung R1-R4 verlangt eine weitere Steigerung des Stromes durch den Widerstand R6, um die Brückenschaltung auszugleichen, wodurch der von der Spannungsquelle V abgegebene Strom von der die Resistanzänderung des Widerstandes Rl erzeugenden Temperaturänderung linear abhängig gemacht werden kann.

Durch zweckdienliche Wahl der Komponenten ist es möglich, mit der erfindungsgemässen Vorrichtung eine im wesentlichen vollständige und kontinuierliche Linearisierung zu erhalten, wobei die Änderungen des von der Spannungsquelle V abgegebenen Stromes zu den Änderungen des den Geber betätigenden Parameters direkt proportional sind. Die Spannung über der Brückenschaltung R1-R4 wird also in

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Abhängigkeit von dem von der Spannungsquelle V abgegebenen Strom geändert werden, der also die direkt messbare Grosse darstellt. Zur vereinfachten Beschreibung der in Fig. 1 gezeigten Schaltung können die folgenden Gleichungen aufgestellt werden:

V" = R2+R6 Γ U + (R5+R6)J + R6'J (1)

R1+R2+R6L J

[■

V⁺= R4 |U+ (R5+R6)J

(2)

R3+R4

wo V das Potential des invertierenden Eingangs des Verstärkers F ist, V das Potential des nichtinvertierenden Eingangs des Verstärkers F ist, U die Spannung über der Konstantspannungssenke S ist, und J der über den Wandler O von der Spannungsquelle V ausgenommene Strom ist. Die übrigen Bezeichnungen gehen aus Fig. 1 hervor.

Für die Schaltung gilt die folgende Ausgleichbedingung:

J = AB (V⁺-V") (3)

wo A die Verstärkung des Funktionsverstärkers F (ohne Rückkopplung), und B die Verstärkung des Wandlers O ist. Durch Einsetzen der Gleichungen (1) und (2) in die Gleichung (3) erhält man:

R4 _ R2+R6 ,

J =λ R3+R4 R1+R2+R6,

R6 - 1/AB - (R5+R6) / R4 R2+R6

\R3+R4 ~ R1+R2+R6,

wo der Term 1/AB versäumbar ist.

Im Diagramm gemäss Fig. 2 ist J als Funktion von Rl und mit R5 als Parameter gezeigt. Für die restlichen Grossen sind dabei die folgenden Werte angenommen:

R2 = R3 = R4 = 10 000 Ohm

R6 = 5 Ohm

U = 8 V

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, erzielt man durch Einschalten

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des Widerstandes R5 eine mit zunehmender Resistanz von Rl zunehmende Steigerung der Kurve für J, Dies ermöglicht eine sehr gute Linearisierung von J als Funktion von z.B. der die Resistanz des Widerstands Rl beeinflussenden Temperatur, falls letztgenannte Resistanz als Funktion der Temperatur eine monoton abnehmende Derivierte hat. Auch bei einer monoton zunehmenden Derivierten ist jedoch eine Linearisierung möglich.

Für die gennannte Linearisierung genügt es also, dass die Charakteristik des Gebers innerhalb des Messbereichs eine monotone Derivierte hat. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so kann jedoch die genannte Linearisierung trotzdem durch zweckdienliches Auswechseln oder Umstellen der ausserhalb der Brückenschaltung liegenden Komponenten der Vorrichtung für jeden Messbereichsabschnitt erzielt werden, der die obengenannte Bedingung erfüllt.

Der auf der Zeichnung in Form eines Blocks gezeigte Funktionsverstärker F ist herkömmlicher Art und braucht deshalb nicht näher erklärt zu werden. Der gezeigte Spannung/Stromwandler ist ebenfalls eine herkömmliche Schaltung und kann z.B. aus einem Darlington-geschalteten Transistorpaar bestehen. Die Konstantspannungssenke S besteht z.B. aus einer Zenerdiode, die in an sich bekannter Weise in eine Schaltung eingeschaltet ist, mit der die Charakteristik der Diode ideal gemacht werden kann.

Es leuchtet ein, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielerlei Abänderungen der beschriebenen Ausführungsform möglich sind, auf die die Erfindung somit keineswegs beschränkt ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Linearisierungsvorrichtung für ein erstes, messwertgebendes Impedanzglied, das in Reihe mit einem zweiten Impedanzglied über eine Spannungsquelle angeschlossen ist, wobei die Vorrichtung Rückkopplungsglieder zum Ausgleichen einer vom ersten Impedanzglied im Verbindungspunkt mit dem zweiten Impedanzglied zustandegebrachten Potentialänderung im Verhältnis zu einem Referenzpotential aufweist, gekennzeichnet durch Mittel (O, S, R5), die in Abhängigkeit von der vom ersten Impedanzglied (Rl) zustandegebrachten Potentialänderung im Verhältnis zum Referenzpotential die von der Spannungsquelle (V) den ersten und zweiten Impedanzgliedern (Rl, R2) aufgedrückte Spannung ändern.

2. Linearisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsändernden Mittel (0, S, R5) eine in Abhängigkeit von der genannten Potentialänderung von der Spannungsquelle (V) gespeiste Konstantspannungssenke (S) umfassen, die in Reihe mit einem Widerstand (R5) über die ersten und zweiten Impedanzglieder (Rl, R2) geschaltet ist.

3. Linearisierungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsändernden Mittel (0, S, R5) einen zwischen dem einen Pol der Spannungsquelle (V) und der Konstantspannungssenke (S) angeschlossenen Spannung/Stromwandler (0) umfassen, der von der genannten Potentialänderung gesteuert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Impedanzglied (R3) und ein viertes Impedanzglied (R4) in Reihe zwischen dem Anschluss des Spannung/Stromwandlers (0) an die Konstantspannungssenke (S) und dem zweiten Pol der Spannungsquelle (V) geschaltet sind, um in ihrem Verbindungspunkt das Referenzpotential zu erzeugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 _r dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Pol der Spannungsquelle (V) und dem zweiten Impedanzglied (R2) ein Widerstand (R6) eingeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass der Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten Impedanzgliedern (Rl, R2) sowie der Verbindungspunkt zwischen den dritten und vierten Impedanzgliedern (R3, R4) an je einen Eingang zu einem Funktionsverstärker (F) angeschlossen sind, dessen Ausgang an einen Steuereingang zum Spannung/Stromwandler (O) angeschlossen ist.

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