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Gesteuerter mehrteiliger Widerstandssatz
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der Meßtechnik, insbesondere
einen gesteuerten mehrteiligen Widerstandssatz.
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Die Erfindung kann als schnell arbeitendes gesteuertes mehrteiliges
Widerstandsnormal zur automatischen Kontrolle und metrologischen Bewertung mehrkanaliger
Meßeinrichtungen in dynamischem Betrieb ihrer Arbeit angewendet werden.
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Es gibt einen gesteuerten mehrteiligen Widerstandssatz, von dem jeder
Teil (Dekade) je zehn reihengeschaltete Widerstände enthält. Die Teile (Dekaden)
des Satzes sind miteinander über Umschalter in R@ihe geschaltet, wobei der gemeinsame
Anschluß des Umschalters jeder Dekade mit dem Eingang
der nachfolgenden
Dekade verbunden ist, während die Kontakte des Umschalters der Widerstände jeder
Dekade mit einem beliebigen Anschluß jedes Widerstandes der Dekade verbunden sind.
Die Steuerung der mechanischen Umschalter mit Kontakten kann mittels eines mit einer
Steuereinrichtung verbundenen Antriebs erfolgen. Dem erforderlichen Widerstandswert
ist eine bestimmte Stellung der Umschalter in jeder Dekade zugeordnet.
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Die Verwendung der mechanischen Umschalter mit Kontakten im genannten
Widerstandssatz beschränkt stark dessen Arbeitsgeschwindigkeit, gestattet keine
hohe Einstellgenauigkeit für den erforderlichen Widerstandswert und zwingt zur Benutzung
von Widerständen mit hoher herstellungstechnischer Genauigkeitsklasse in jeder Dekade.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen gesteuerten mehrteiligen
Widerstandssatz zu schaffen, dessen Schaltungsanordnung der Widerstände gestattet,
eine hohe Einstellgenauigkeit des jeweils erforderlichen Widerstandswertes zu sichern,
die Arbeitsgeschwindigkeit des Widerstandssatzes zu erhöhen und Widerstände ohne
enge Herstellungstoleranzen einzusetzen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre
nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegehen.
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Der erfindungsgemäße Widerstandssatz gestattet,die Arbeitsgeschwindigkeit
des Widerstandssatzes wesentlich zu vergrößern und die Einstellgenauigkeit für ein
erforderliches Widerstandsnormal bei diesem zu erhöhen, was ermöglicht, den Satz
bei mehrkanaligen Meßeinrichtungen als
schnell arbeitendes Normal
einzusetzen.
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Insbesondere infolge der Verwendung eines aktiven schnell arbeitenden
Schaltelementes (Operationsverstärker mit Beschaltung) als Schaltelement werden
die Arbeitsgeschwindigkeit und die Genauigkeit des gesteuerten mehrteiligen Widerstandssatzes
erhöht.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert,
in der ein Schaltbild eines gesteuerten mehrteiligen Widerstandssatzes dargestellt
ist.
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Der gesteuerte mehrteilige Widerstandssatz enthält gemäß der Erfindung
m Teile 11, ..., 1m-1, 1m, die jeweils n reihengeschaltete Widerstände 21, ...,
2n aufweisen, und eine Steuereinheit 3 zum An- bzw. Zusammenschalten der Widerstände
jedes Teiles, die durch Steuerleitungen (nur schematisch angedeutet) mit Schaltelement
41, 4 ..., 4n, 4n+1; 51, 52, ..., 5n, 5n+1; 61, 62, ..., 6n, 6n+1 jedes Teiles 11,
..., 1m verbunden ist. Jeder der 6n+1 jedes Teiles 11> 1m verbunden ist. Jeder
der m Teile hat einen Operationsverstärker 7, wobei der Anschluß jedes Widerstandes
21, ..., 2n über eines der Schaltelemente 51, * 5n+1 mit dem Ausgang 8 des zugehörigen
Operationsverstärkers 7 und über eines der Schaltelemente 41, ..., 4n+1 mit dessen
invertierendem Eingang 9 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 10 von Speisequellen
11 und 12 des Operationsverstärkers 7 jedes Teiles ist mit dem Eingang des jeweils
nachfolgenden Teiles verbunden.
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Als Eingang jedes Teiles dient der erste Anschluß 13 des Widerstandes
21. In der Zeichnung ist als Beispiel eine Verbindung zweier Teile, nämlich des
1m-1-ten und des lmten, angedeutet, wobei der Verbindungspunkt 10 der Speisequellen
11 und 12 des Operationsverstärkers 7 des 1m-1-ten Teiles mit dem ersten Anschluß
14 des Widerstandes
21 des 1m-ten Teiles gekoppelt ist. Der Widerstandssatz
enthält in jedem der m Teile je eine Kompensationsschaltung 15 zur Kompensation
von Toleranzen (Streuung) der Parameter der Widerstände 21 bis 2n Jede Kompensationsschaltung
15 enthält n+1 Parallelzweige, die durch eine Reihenschaltung aus einem Potentiometer
161, 162, ..., 16n, 16n+1 und einem Schaltelement 61, ..., 6n+1 gebildet sind, die
zwischen dem Ausgang 8 des Operationsverstärkers 7 und seinem nichtinvertierenden
Eingang 17 liegt, der über einen Widerstand 18 an den Verbindungspunkt 10 der Speisequellen
11 und 12 des Operationsverstärkers 7 angeschlossen ist.
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Als Eingang des gesteuerten mehrteiligen Widerstandssatzes dient
eine Klemme 19 des ersten Anschlusses des Widerstandes 21 des ersten Teiles 11,
als Ausgang eine Klemme 20 des Verbindungspunktes 10 zur Verbindung der Speisequellen
11 und 12 des Operationsverstärkers 7 des Teiles 1 m Im betrachteten Ausführungsbeispiel
des Widerstandssatzes sind die Schaltelemente 41, ..., 4n+1, 51, ..., 5n+1, in ..5
6n+1 in jedem Teil 11, ..., 1m aus Feldeffekttransistoren (vgl. das entsprechende
Schaltungssymbol) aufgebaut.
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Der gesteuerte mehrteilige Widerstandssatz arbeitet wie folgt: Auf
Signale der Steuereinrichtung 3 werden in jedem der m Teile 11 bis 1m des Widerstandssatzes
gleichzeitig diejenigen der Schaltelemente 41, ..., 4n+1, 51, ..., 5n+1,
61,
..., 6n+1 geschlossen, die nur einen gleichen Index K aufweisen, wobei der Index
K eine in den Grenzen von 1 bis n+1 liegende beliebige ganze Zahl ist und für jeden
Teil 11, 1m einem eigenen bestimmten, vom Index K für die anderen Teile abweichenden
Wert aufweisen kann. Durch Schließen bestimmter Schaltelemente in jedem Teil 1i,
..., 1m wird zwischen seinem Eingang (Anschluß 13) und seinem Ausgang (Verbindungspunkt
10 der Speisequellen 11 und 12) eine bestimmte Anzahl der reihengeschalteten Widerstände
21, 2n geschaltet, und da die m Teile des Widerstandssatzes ihrerseits in Reihe
liegen, ergibt sich zwischen der Eingangsklemme 19 und der Ausgangsklemme 20 des
Widerstandssatzes ein Gesamtwiderstandswert der in jedem Teil gewählten Widerstände.
Dieser Gesamtwiderstandswert ist gleich dem erforderlichen Widerstandswert.
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Die Umschaltung der Anschlüsse der Widerstände 21, 2n in jedem Teil
1i, ..., 1m erfolgt mittels eines aktiven Schaltelements aus dem Operationsverstärker
7 mit den Schaltelementen 4i, ..., 4n+1, 5i, ..., 5n+1 in dessen Gegenkopplungskreis
und mit der Kompensationsschaltung 15 und einem Widerstand 18 in dessen Mitkopplungskreis.
Als Beispiel wird die Umschaltung des zweiten Anschlusses des Widerstandes 21 betrachtet.
In diesem Fall sind die Schaltelemente 42, 52 und 62 geschlossen. Der Übergangswiderstand
zwischen dem zweiten Anschluß des Widerstandes 21 und dem Verbindungspunkt 10 der
Speisequellen 11 und 12 ändert sich abhängig von der Lage des Schleifers des Potentiometers
162 von einem positiven bis zu einem negativen Wert, weshalb die Lage des Potentiometerschleifers
jederzeit derart gewählt werden kann, daß der Wert des Ubergangswiderstandes dem
Wert der Parametertoleranz(streuung) des Widerstandes 21
betragsmäßig
genau gleich und vorzeichenmäßig entgegengesetzt ist, so daß sich zwischen dem Eingang
des betreffenden Teiles und dessen Ausgang ein exakter Wert des Widerstandes 21
einstellt. Die Umschaltung der Anschlüsse der anderen Widerstände 22, ..., 2n in
den Teilen erfolgt ähnlich, nur daß die Lage des Schleifers des entsprechenden Potentiometers
161, ..., 16n+1 derart gewählt wird, daß die gesamte Parameterstreuung(toleranz)
einiger der in Reihe liegenden Widerstände 2i, ..., 2n ausgeglichen wird; im Sonderfall
wird bei der Umschaltung des ersten Anschlusses 13 des Widerstandes 21 die Stellung
des Schleifers des Potentiometers 161 derart gewählt, daß der Wert des Übergangswiderstandes
gleich Null ist.