DE2710857A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur linearisierung der nichtlinearen kennlinie eines elektrischen messwertgebers - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur linearisierung der nichtlinearen kennlinie eines elektrischen messwertgebers

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DE2710857A1
DE2710857A1 DE19772710857 DE2710857A DE2710857A1 DE 2710857 A1 DE2710857 A1 DE 2710857A1 DE 19772710857 DE19772710857 DE 19772710857 DE 2710857 A DE2710857 A DE 2710857A DE 2710857 A1 DE2710857 A1 DE 2710857A1
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DE
Germany
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differential amplifier
signal
transducer
weighting factor
squarer
Prior art date
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DE19772710857
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English (en)
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Franz Dipl Ing Klempfner
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ABB Training Center GmbH and Co KG
Original Assignee
Hartmann and Braun AG
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/14—Arrangements for modifying the output characteristic, e.g. linearising
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G—PHYSICS
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G01K7/24—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • G01K7/25—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit for modifying the output characteristic, e.g. linearising
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/005—Circuits for altering the indicating characteristic, e.g. making it non-linear

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungs-
  • anordnung zur Linearisierung der nichtlinearen Kennlinie eines elektrischen Meßwertgebers, beispielsweise eines Widerstandsthermometers oder eines Thermoelementes.
  • Insbesondere für Pt-Widerstandsthermometer sind zu diesem Zweck zahlreiche Verfahren und Schaltungsanordnungen bekannt. Bei einer in der DAS 2 129 567 beschriebenen Schaltungsanordnung ist das in den Eingang eines Verstärkers eingeschaltete Widerstandsthermometer von einem Strom durchflossen, der über den Steuertransistor einer Konstantstromquelle zugeführt ist, wobei dieser Steuertransistor außerdem von einem vom Ausgang des Verstärkers abgeleitetert Signal gesteuert ist. Das temperaturproportionale Signal erscheint am Ausgang des Verstärkers.
  • Ein Linearisierungseffekt läßt sich auch dadurch erreichen (Britische Patentschrift 1 027 566), daß man das Widerstandsthermometer in den Rückführungszweig eines Meßverstärkers schaltet, dem ein konstanter Eingangsstrom zugeführt ist.
  • Das temperaturproportionale Ausgangssignal des Verstärkers ergibt sich hier, wenn eine als negativer Widerstand wirkende Gegenkopplung des Verstärkers vorgesehen wird.
  • Des weiteren kann mit Hilfe von Dioden - Widerstandsnetzwerken eine gekrümmte Kennlinie durch mehrere aneinander gereihte lineare Kennlinienstücke von unterschiedlicher Steilheit nachgebildet und zur Linearisierung verwendet werden.
  • Je größer die Anzahl der Kennlinienstücke ist, um so besser ist die Nachbildung und um so kleiner der Linearitätsfehler.
  • Die Erfindung schlägt zur Linearisierung von Kennlinien nichtlinearer Meßwertgeber eines neuartiges Verfahren vor, das sich leicht an Meßwertgeber mit unterschiedlicher Krümmung ihrer Kennlinien anpassen läßt und bei relativ geringem Aufwand einen guten Linearisierungseffekt bewirkt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwertgebersignal quadriert wird und das Ergebnis nach Bewertung mit einem Faktor je nach Krümmung der Meßwertgeberkennlinie im Sinne einer Linearisierungswirkung zum Meßwertgebersignal addiert oder davon subtrahiert wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwertgebersignal einer Quadriereinheit zugeführt ist, auf die ein Anteilsteller folgt, dessen Ausgang über einen Schalter mit dem invertierenden oder nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers verbindbar ist und daß dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers außerdem das Meßwertgebersignal zugeführt ist.
  • Die Zeichnung zeigt ein Prinzipschaltbild dieser Schaltungsanordnung.
  • Mit 1 ist ein elektrischer Meßwertgeber bezeichnet, dessen Signal Uo zwei Kanälen 2 und 3 zugeführt wird. Im Kanal 2 erfolgt in einer Recheneinheit 4 eine Quadrierung des Signales und anschließend durch einen Anteilsteller 5 eine Bewertung mit einem Faktor K 1. Auf den Anteilsteller folgt ein Schalter 6, der es gestattet, das bewertete quadrierte Signal entweder dem invertierenden oder dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 7 zuzuführen. Einem der beiden Eingänge des Differenzverstärkers wird außerdem über Kanal 3 das Meßwertgebersingal Uo eingegeben im Ausgang des Differenzverstärkers erscheint je nach Stellung des Schalters 6 somit ein Signal der Form Ua - Uo +- KUo2, wobei zwischen Ua und der Meßgröße bei einem bestimmten, für jeden Meßwertgeber und Meßbereich speziellen K-Wert eine annähernd lineare Beziehung besteht. Die Quadriereinheit kann z. B. nach dem bekannten time-division-Verfahren arbeiten.
  • Im Rahmen der Erfindung können noch verschiedene an sich bekannte Maßnahmen getroffen werden, um ein bestimmtes Anfangssignal und eine bestimmte Signalspanne für einen vorgegebenen MeBwertebereich zu erhalten. Es ist z. B. möglich, das Meßwertgebersignal für den Anfangswert zu unterdrücken, so daß das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung für den Anfangswert zu Null wird. Selbstverständlich kann auch eine Verstärkung der Meßwertgebersignale erfolgen, um den Signalpegel anzuheben und die 8ignalspanne für den jeweiligen Meßwertebereich zu vergrößern. Wird ein weiterer Anteilsteller im Kanal 3 vorgesehen, so läßt sich bei Anwendung der genannten Unterdrückung mittels der beiden Anteils teller an zwei weiteren Punkten z. B. in der Mitte und am Ende des Meßereiches Gleichlauf zwischen der korrigierten Anzeige Ua und der idealen linearen Skala erzielen.
  • Im folgenden sind die bei einer derartigen Einstellung verbleibenden maximalen Gleichlauffehler der korrigierten Anzeige für verschiedene Geber und Meßbereiche angegeben (relative Linearitätsfehler im 0/00): Widerstandsthermometer Pt 100 Meßbereich Linearitätsfehler 0/00 0..100°C +- 0,02 0..300°C +- 0,02 /..600°C +- 0,9 Thermopaar Eisen-Konstantan 100..500 +- 0,7 300..700 + 1,5 100.800 + 4,8 Phermopaar NiCr-Ni 100..500 +- + 1,0 500..1000 +- 1,5 Thermopaar PtRh-Pt 100..900 +- 6,1 100..1600 +- 10,9 800.1600 + 4,1 Bei deren Widerstandsthermometer Pt 100 war für alle Meßbereiche eine Addition des quadratischen Gliedes zum Meßwertgebersignal vorzunehmen, bei dem Thermopaar FeKo und PtRh-Pt für alle Meßbereiche eine Subtraktion; bei dem Thermopaar NiCr-Ni, dessen Kennlinie einen Wendepunkt aufweist, erfolgte für den Meßbereich 100...500°C eine Subraktion und für Meßbereich 500...
  • 10000C eine Addition.
  • Grundsätzlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf digitalem Wege durchführen, durch Anwendung der bekannten Einrichtungen zur Umwandlung analoger Werte in digitale Werte und deren digitaler Verknüpfung

Claims (2)

  1. Verfahren und Schaltungsanordnung zur Linearisierung der nichtlinearen Kennlinie eines elektrischen Meßwertgebers Patentansprüche: 1. Verfahren zur Linearisierung der nichtlinearen Kennlinie eines elektrischen Meßwertgebers, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwertgebersignal quadriert wird und das Ergebnis nach Bewertung mit einem Faktor je nach Krümmung cer Meßwertgeberkennlinie im Sinne einer Linearisierungswirkung zum Meßwertgebersignal addiert oder davon subtrahiert wird.
  2. 2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwertgebersignal einer Quadriereinheit zugeführt ist, auf die ein Anteilsteller folgt, dessen Ausgang über einen Schalter mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers verbindbar ist und daß dem anderen Eingang des Differenzverstärkers außerdem das Meßwertgebersignal zugeführt ist.
DE19772710857 1977-03-12 1977-03-12 Verfahren und schaltungsanordnung zur linearisierung der nichtlinearen kennlinie eines elektrischen messwertgebers Pending DE2710857A1 (de)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4241303A (en) * 1979-01-17 1980-12-23 The Babcock & Wilcox Company Linearization circuit
FR2475253A2 (fr) * 1980-02-01 1981-08-07 Ibar Jean Pierre Dispositif pour modifier ou controler la forme d'un signal electrique de sortie
DE3536020A1 (de) * 1985-10-09 1987-04-09 Erwin Halstrup Schaltung zur veraenderung oder linearisierung einer uebertragungskennlinie sowie danach durchgefuehrtes verfahren
DE3634221A1 (de) * 1986-10-08 1988-04-14 Bbc Brown Boveri & Cie Elektrischer wandler
US4812747A (en) * 1985-10-03 1989-03-14 Eaton Corporation Transducer linearizing system
DE4418176A1 (de) * 1994-05-25 1996-02-15 Thomson Brandt Gmbh Meßeinrichtung mit linearer bzw. digitaler Meßwertsignalausgabe für Meßobjekte nichtlinearer Meßwertänderungscharakteristik

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