DE2659359A1

DE2659359A1 - Messgeraet zur automatischen bestimmung des prozentualen fehlers des werts eines widerstandes

Info

Publication number: DE2659359A1
Application number: DE19762659359
Authority: DE
Inventors: Michel Pichon
Original assignee: Bull SA
Current assignee: Bull SA
Priority date: 1975-12-31
Filing date: 1976-12-29
Publication date: 1977-07-14
Also published as: FR2337344B1; FR2337344A1; GB1564730A; US4068166A

Description

^atentani/vaite

Dipl.-lng. Dipl.-Chem. Dipl.-lng. ^tu'^JJJJ^

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen: C 3113 29.Dezember 1976

COMPAGNIE INTERNATIONALE POUR L'INFORMATIQUE CII- HONEYWELL BULL

94 Avenue Gambetta ■
75960 Paris, Frankreich

Meßgerät zur automatischen Bestimmung des prozentualen Fehlers des Werts eines

Widerstandes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät zur automatischen Bestimmung des maximalen prozentualen Fehlers bei der Messung des Werts eines Widerstandes. Dieses Gerät wird bei der Messung des prozentualen Fehlers angewendet, der bezüglich des Nennwerts eines Widerstandes vorliegt; der Nennwert ist derjenige Wert, der vom Hersteller angegeben ist.

Widerstände werden von den Herstellern mit einer zweifachen Kennzeichnung geliefert, nämlich einer Angabe des Nennwerts, den der Hersteller dem Widerstand geben wollte, und einer Angabe eines gewissen Prozentsatzes dieses Nennwerts, innerhalb dessen Bereich der genaue Wert dieses Widerstandes liegt.

Es ist bekannt, daß dieser Prozentsatz mit Hilfe einer Wheatston Brücke bestimmt werden kann, doch ist diese Bestimmung relativ zeitraubend, wenn eine große Anzahl von Widerständen im Hinblick auf ihre industrielle Anwendung kontrolliert werden soll;

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aus diesemGrund ist es vorteilhaft, die Meßzeit durch Verringerung und Vereinfachung der Eingriffe durch die Bedienungsperson zu reduzieren. Eine dazu geeignete Möglichkeit "besteht darin,häufige Einstellungen des Meßgerätes zu vermeiden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein Gerät zu schaffen, mit dessen Hilfe eine direkte Ablesung der prozentualen Fehler der Widerstandswerte ermöglicht wird.

Mit Hilfe der Erfindung kann der prozentuale Fehler eines Widerstandswerts "bezüglich seines Nennwerts bis auf einen konstanten Faktor automatisch gemessen werden. Bei aufeinanderfolgenden Messungen von Widerständen mit gleichen angegebenen Nennwerten wird der Zeitgewinn gegenüber herkömmlichen Verfahren zunehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum automatischen Bestimmen des prozentualen Fehlers des angegebenen Werts eines Widerstandes zu schaffen. Dieses Gerät enthält eine Wheatstone-Brücke, deren Zweige jeweils von zwei in Serie geschalteten Widerständen P und Q bzw. R und A gebildet sind, während die Brückendiagonale einen Spannungsanzeiger enthält, oer an die Verbindungspunkte der in jedem Zweig in Serie geschalteten Widerstände angeschlossen ist. Das Meßgerät ist gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle, deren Spannungswert E durch die folgende Beziehung gegeben ist:

.|0^m +

in der sind:

k : das Verhältnis der widerstandswerte P/Q; u : die Fehlabgleichspannung ... der Brücke; m : eine ganze Zahl.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Darin zeigen:

Fig.1 eine Wheatstone-Brücke, mit deren Hilfe die Arbeitsweise des Meßgeräts erläutert wird, und

Fig.2 eine Ausführungsform des Meßgeräts nach der Erfindung,

Die in Fig.1 dargestellte Wheatstone-Brücke enthält eine Versorgungsquelle mit der elektromotorischen Kraft E und dem Innenwiderstand ρ . Ein Zweig der Brücke wird von den Widerständen P und Q gebildet, deren Verhältnis P/Q gleich der Zahl k ist. Der andere Zweig der Brücke enthält den zu messenden Widerstand R sowie einen Eichwiderstand A. Schließlich enthält die Brücke in ihrer Diagonalen einen Anzeiger d, dessen Innenwiderstand D in Serie zum Anzeiger d dargestellt worden ist. Ferner sind in Fig.1 die Ströme i^, ±2 und i angegeben, die in den verschiedenen Maschen der Brücke fliessen.

Das Arbeitsprinzip der erfindungsgemäßen Brückenschaltung besteht darin, daß die Fehlabgleichspannung der mit einer konstanten Spannung versorgten Wheatstone-Brücke gemessen wird. Die verschiedenen Bauelemente der Brücke sind richtig ausgewählt, damit ein einfacher Zusammenhang zwischen der abgelesenen Spannung und dem Fehler des Werts des gemessenen Widerstandes erhalten wird.

Wenn R der Istwert des Widerstandes mit dem Nennwert Rn ist, dann zeigt die Brücke direkt den prozentualen Fehler X bezüglich des Nennwerts an, nämlich:

R=Rn)

100

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Die Anwendung des Maxwellschen Lehrsatzes auf die verschiedenen Maschen der Brücke ermöglicht die Aufstellung folgender Gleichungen:

- Q-i + (P+Q+ ρ) I₁ - (P+Q) I₂ = E

- D'i - P-I₁ + (P+R) i₂ =0 (A+D+R) i - Q-I₁ + (A+Q) i₂ =0

Aus diesen Gleichungen ergibt sich:

i . ε . (SLB^JS > ₍₁j

wobei gilt:

Z=D-P(A+P+Q+R) + D(A+R) (P+Q) + ρ(P+R) (A+Q) + AR(P+Q) +

PQ (A+R)

wenn der Innenwiderstand ρ einen gegenüber den Werten der Widerstände A, P, Q und R vernachlässigbaren Wert hat, dann ergibt sich:

Z = AR (P+Q) + PQ (A+R) + D (A+R) (P+Q)

Z=D (A+R) (P+Q)

wenn D viel größer ist als

AR(P+Q) + PQ (A+R) yR) (P+QJ

d.h., wenn D größer ist als :

AR . PQ I+R" ⁺ F

daraus ergibt sich, daß gilt:

Z=D (A+R) (P+Q), (2)

wenn D viel größer als die Summe der Widerstände ist, die den

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Widerständen A und R In Parallelschaltung und den Widerständen und Q in Parallelschaltung äquivalent sind.

Auf Grund der Gleichungen (1) und (2) läßt sich schreiben:

" ; ^AP)

Wenn R den Istwert des Widerstandes und Rn seinen Nennwert angibt, dann ist im Abgleichzustand der Brücke das Produkt D i = 0, und der Widerstand hat einen Nennwert Rn = AP/Q; daraus ergibt sich :

A = Rn · §.

Da gilt: P/Q = k läßt sich schreiben:

a Rn
^A = IT *

Das Produkt D · i läßt sich somit folgendermaßen ausdrücken:

Der prozentuale Fehler in Bezug auf den Nennwert des Widerstandes läßt sich daher folgendermaßen schreiben:

χ _{= 100} ( ) = -100 P^ ( £ ₊ ^) (_k+1) . (3)

da gilt : R = Rn (i+ X/100) erhält die Gleichung (3) die folgende Form:

χ ₌ 100 2li - (k₊i) ( ψ- + Zq₀ ) . (4)

Wenn die Brücke mit einer elektromotorischen Kraft E der

versorgt wird, wobei m eine ganze Zahl ist, dann läßt

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sich die Beziehung (4) folgendermaßen schreiben:

X = (i00-D.i.10^m) ( ); (6)

wenn X/100 gegenüber 1 + 1/k vernachlässigbar ist, dann gilt:

X = 10⁽²-^m)D.i;

wenn mit u = D«i die Fehlabgleichspannung der Brücke bezeichnet wird, ergibt sich:

X = io⁽²"^m) fi . (7)

Die Näherung, daß X/100 gegenüber 1+1/k vernachlässigbar ist, ergibt einen systematischen Fehler. Zum Eliminieren dieses systematischen Fehlers genügt es, wenn die elektro motorische Kraft E einen Wert hat, der dem sich aus der Beziehung (4) ergebenden Wert entspricht, nämlich

, und/

oder, wenn X durch den aus der Beziehung (7) entnommenen Wert ersetzt wird,

E = . io^m + (k+Dyu . (8)

Die Beziehung (8)zeigt, daß es zum Eliminieren des gesamten systematischen Fehlers ausreicht, die Brücke mit einer Spannung zu versorgen, die einen konstanten Bestandteil

aufweist, zu dem eine veränderliche Spannung der Form (k+1) u hinzugefügt ist.

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Diese veränderliche Spannung ist der Fehlabgleichspannung η der Brücke proportional. Dies kann mit Hilfe von Rechenverstärkern verwirklicht werden, deren Schaltung an Hand von Fig.2 erläutert wird,,

Die Fehlabgleichspannung η der Brücke wird in Volt ausgedrückt. Da der prozentuale Fehler X diese?Fehlabgleichspannung proportional ist, ist es bei Auswahl eines Voltmeters als Anzeiger möglich, den prozentualen fehler direkt abzulesen. Das Vorzeichen dieses prozentualen Fehlers wird von dem Anzeiger automatisch angezeigt. Beim direkten Anschließen der positiven Klemme der Versorgungsquelle mit der elektromotorischen Kraft E am gemeinsamen Punkt 10 der Widerstände A und Q und beim Verbinden der positiven Klemme des Anzeigers mit dem gemeinsamen Punkt 11 der Widerstände A und R entspricht das Ablesen einer positiven Spannung einem positiven Wert des prozentualen Fehlers X. In gleicherweise entspricht das Ablesen einer negativen Spannung einem negativen Wert des prozentualen Fehlers X_e

Die Bedingung, die X/100 vernachlässigbar gegenüber 1+1/k macht₉ ist umso leichter erfüllt, als X/100 vernachlässigbar gegenüber 1 ist und 1 vernachlässigbar gegenüber 1/k ist, dohoj, daß k vernachlässigbar gegen 1 ist.

Der relative Fehler der Messung von Z ist gleich dem relativen Fehler der Fehlabgleichspannung u_s die von den

relativen Fehlern der elektromotorischen Kraft E und vom zuvor bestimmten Wert Z abhängte Es ist somit leicht möglich;, den zulässigen Fehler für die Einstellung der elektromotorischen Kraft E₅ den maximal zulässigen Wert des Innenwiderstandes ρ , der die elektromotorische Kraft E abgebenden Versorgungsquelle und den zusätzlichen Nennwert des Innenwiderstandes D des Anzeigers d zu bestimmen.

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■/Ο-

In Fig.2 ist eine Ausführungsform des automatisch arbeitenden Meßgeräts nach der Erfindung dargestellt. Wie bereits erwähnt wurde, muß die Brücke mit einer Spannung versorgt werden, die sich folgendermaßen ausdrücken läßt

E ₌

(k+Dyu.

Das Anschließen der Spannungsquelle E an die Brücke erfolgt über eine Schaltungsvorrichtung 12, die das Anlegen einer konstanten Spannung der Form[(k+1) /k^'IO an die Brücke gestattet, sowie über eine Schaltungsvorrichtung 13, mit deren Hilfe zu dieser konstanten Spannung eine Spannung der Form (k+i)«u hinzugefügt werden kann, die der Fehlabgleichspannung u der Brücke proportional ist.

Die Schaltungsvorrichtung 12 ist von einem Differenzverstärker gebildet, dessen Eingang 14 an die positive Klemme der Spannungsquelle E angeschlossen ist, während sein anderer Eingang 15 mit dem Ausgang 16 der Schaltungsvorrichtung 13 verbunden ist. Der Differenzverstärker 12 ist beispielsweise ein Verstärker des Typs iiA 723 der Firma Fairchild. Die Schaltungsvorrichtung 13, mit deren Hilfe zu der konstanten Spannung eine der Fehlabgleichspannung der Brücke proportionale Spannung hinzugefügt werden kann, ist mit ihren Eingängen 17 und 18 an die Klemmen des Spannungsanzeigers angeschlossen. Die Schaltungsvorrichtung 13 ist aus zwei Rechenverstärkern 19 und 20 gebildet, die als Impedanzwandlerschaltung miteinander verbunden sind und eine hohe Eingangsimpedanz bilden. Diese zwei Rechenverstärker weisen jeweils einen Ausgang auf, der an den Eingang bzw. an den Eingang 22 eines dritten Rechenverstärkers 23 angeschlossen ist, der in bekannter Weise als Verstärker geschaltet ist. Die Vorspannungswiderstände sind nicht

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näher bezeichnet. Am Ausgang 16 dieses Verstärkers kann eine Spannung der Form (k+1) u erhalten werden, die der zwischen den Eingängen 17 und 18 erhaltenen Fehlabgleichspannung u der Brücke proportional ist. Diese Rechenverstärker 19 und 20 sowie der Verstärker 23 sind beispielsweise die Typen uA 7#0 bzw. nk 741 der Firma Fairchild.

Mit einem solchen Meßgerät ist es möglich, den prozentualen Fehler des Werts eines Widerstandes direkt abzulesen. Dieses Gerät ist für Hersteller elektronischer Instrumente besonders vorteilhaft, die alle von ihnen gekauften Bauelemente vor dem Einbau in die herzustellenden Instrumente prüfen müssen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Meßgerät zum automatischen Bestimmen des prozentualen ■"* Fehlers eines Widerstandes mit einer Wheatstone-Brücke, deren Zweige jeweils von zwei in Serie geschalteten Widerständen P und Q bzw. R und A gebildet sind, während die Brückendiagonale einen Spannungsanzeiger enthält, der an die Verbindungspunkte der in jedem Zweig in Serie geschalteten Widerstände angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle, deren Spannungswert E durch die folgende Beziehung gegeben ist:

E = . io^m +

in der sind:

k: das Verhältnis der Widerstandswerte P/Q, das gegen 1 vernachlässigbar ist;

Ii: die Fehlabgleichspannung der Brücke und m: eine ganze Zahl.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle über eine Schaltungsvorrichtung angeschlossen ist, die es gestattet, an die Brücke eine konstante Spannung der Form[(k+1) /k ] 10^m anzulegen und zu dieser konstanten Spannung eine Spannung der Form (k+1) u hinzuzufügen, die der Fehlabgleichspannung der Brücke proportional ist.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwiderstand ρ der Spannungsquelle einen in Bezug auf die Werte .der Widerstände A, P, Q und R vernachlässigbaren Wert hat, und daß der Innenwiderstand D des Spannungsanzeigers einen Wert hat, der sehr viel größer als die Summe der

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Widerstände ist, die den parallelgeschalteten Widerständen A und R und den parallelgeschalteten Widerständen P und Q äquivalent sind.

4· Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsvorrichtung, die an die Brückenfehlabgleichspannung proportionale Spannung anlegt, zu der eine konstante Spannung hinzukommt, wenigstens einen Rechenverstärker, dessen Eingänge an die Klemmen des Spannungsdetektors angeschlossen sind, sowie einen Differenzverstärker enthält, der mit einem Eingang am Ausgang des Rechenverstärkers und mit dem anderen Eingang an der Spannungsquelle E angeschlossen ist.

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