DE2841491A1

DE2841491A1 - Brueckenschaltung mit dehnmesstreifen

Info

Publication number: DE2841491A1
Application number: DE19782841491
Authority: DE
Inventors: Edgar Arturo Romo
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: ITT Inc
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1978-09-23
Publication date: 1979-04-05
Also published as: CA1117598A; GB2009947B; GB2009947A

Description

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Brückenschaltung mit Dehnmeßstreifen

Die Priorität der Anmeldung Nr. 837 452 vom 28. September 1977 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung betrifft eine Brückenschaltung, in der ein Element enthalten ist, dessen Widerstand von verschiedenen Variablen abhängt, sie betrifft insbesondere eine Brückenschaltung mit Dehnmeßstreifen.

Brückenschaltungen mit Dehnmeßstreifen, wie sie bislang bekannt sind, leiden alle unter den Ungenauigkeiten aus der Asymetrie der Dehnmeßstreifen, Verzerrung der Verstärkung und anderen Mangeln, die zu nichtlinearen Signalen führen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Brückenschaltung mit Dehnmeßstreifen anzugeben, der die besagten Nachteile nicht anhaften. Die Aufgabe wird durch in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden im folgenden anhand der Figur, die ein Diagramm der Schaltung zeigt, näher erläutert.

Das Bezugszeichen 10 in der Figur stellt eine Spannungsquelle dar, die über die Diode 13 und den Widerstand 14 an die Verbindungspunkte 11 und 12 angeschlossen ist. Die Diode 13 ist vom positiven Pol der Spannungsquelle 10 zum Verbindungspunkt 11 hin leitend gepolt.

Der negative Pol der Spannungsquelle 10 liegt über den Widerstand am Verbindungspunkt 12. Parallel zum Widerstand 14 liegt das in Differenzdruck geeichte Voltmeter 15. Die Verbindungsleitung zwischen Spannungsquelle 10 und Diode 13 kann ggf. sehr lang sein. Das gleich gilt für die Leitung vom Widerstand 14 zum Verbindungspunkt 12.

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Der Verbindungspunkt 12 hat Masseanschluß. Der Ausgangswiderstand. 16 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 17 und dem Verbindungspunkt 12. In der Figur sind ferner die Verbindungspunkte 18 bis 51 enthalten.

Der in dem gestrichelten Rahmen 52 liegende Schaltungsteil ist ein Spannungsregler der herkömmlichen Bauweise. 53 und sind Transistoren mit dem Kollektor 55, dem Emitter 56 und der Basis 57 bzw. dem Kollektor 58 dem Emitter 59 und der Basis 60. Die Basis 57 liegt am Verbindungspunkt 18. Das Bezugszeichen 61 ist eine zwischen den Verbindungspunkten 18 und 20 liegende ' Zenerdiode. Zwischen dem Verbindungspunkt 2 und dem Emitter 56 liegt der Widerstand 62. Der Kollektor 55 ist mit dem Verbindungspunkt 21 verbunden. Die Verbindungspunkte 21, 22 und 23 sind aneinander angeschlossen. Zwischen der Masse und dem Verbindungspunkt 23 liegt die Zehnerdiode Der Widerstand 64 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 18 und dem Verbindungspunkt 19, letzterer ist geerdet. Die Basis 60 liegt am Verbindungspunkt 22, der Widerstand 65 zwischen dem Emitter 59 und dem Verbindungspunkt 19. Der Kollektor 58 steht mit dem Verbindungspunkt 18 in Verbindung.

Der Verbindungspunkt 20 ist mit dem Verbindungspunkt 11 in Verbindung. Der Spannungsregler 52 wirkt als Potentialquelle für den Differenzverstärker 66, der an den Verbindungspunkt des Spannungsreglers 52 angeschlossen ist.

Weitere Differenzverstärker tragen die Bezugszeichen 67, 68 und 69. Unter dem Bezugszeichen 70 wird eine Dehnmeßstreifenbrücke gezeigt, worin 71 und 72 die Dehnmeßstreifen sind. 73 und 74 sind Widerstände. Das Potentiometer 75 besitzt die Wicklung 76 und den Schleifkontakt 77. Der Abgriffpunkt des Schleifkontaktes 77 ist"die eine Ecke der Brücke 70, die anderen Ecken werden von den Verbindungspunkten 24, 27 und 28 gebildet. Der Widerstand 78 ist der Wicklung 76 parallelge-

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geschaltet. 79 und80 stellen Hilfswiderstände dar. Der herkömmliche Differenzdruckgeber 81 setzt die Dehnmeßstreifen 71 und 72 unter Spannung, so daß das Voltmeter 15 auf Differenzdruck geeicht werden kann. Der Geber 81 kann der herkömmlichen Bauweise entsprechen. Die Stellung des Schleifkontaktes 77 dient zur Nullstellung. Die Stellung des Schleifkontaktes 82 des veränderbaren Widerstandes 83 dient zur Einstellung des Meßbereiches.

Der zur Kompensierung der Temperatur dienende Widerstand 84 liegt zwischen den Anschlüssen 85 und 86, die widerum jeweils mit den Verbindungspunkten 32 und 33 verbunden sind. In Abhängigkeit von der algebraischen Größe der erforderlichen Temperaturkorrektur ist der Widerstand so angeschlossen wie gezeigt oder er liegt zwischen den Anschlüssen 87 und 88_; die mit den Verbindungspunkten 34 und 35 verbunden sind. Der Widerstand 89 liegt zwischen den Verbindungspunkten 32 und 33, der Widerstand 90 zwischen den Verbindungspunkten und 35. Linearität durch Rückkoppelung wird an einen der Verbindungspunkte 33 oder 36 erreicht. Wie gezeigt, erfolgt die Rückkoppelung über den Widerstand 91 und den Schalter zwischen den Anschlüssen 93 und 94 zum Verbindungspunkt 36.

In seiner anderen Stellung verbindet der Schalter den Anschluß mit dem Anschluß 95. Der Widerstand 91 liegt am Verbindungspunkt öijdie Verbindungspunkte 27 und 30 sind miteinander verbunden. Der Widerstand 96 liegt zwischen den Verbindungspunkten 30 und 34. Der invertierende Eingang des Verstärkers 67 liegt am Verbindungspunkt 30. Der Widerstand 97 liegt zwischen den Verbindungspunkten 31 und 32, der Widerstand 98 zwischen den Verbindungspunkten 23 und 31. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 67 ist an den Verbindungspunkt 31 angeschlossen.

Gleichgültig ob eine Temperaturveränderung stattfindet oder nicht, der Verstärker 67 hält den Strom an dem Ausgang und vom Verbindungspunkt 27 zum Verbindungspunkt 30 konstant. Die Verstärkung durch den Verstärker 67 kann zwischen 1 * 10 bis

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angenähert 5 · 10 oder darüber liegen. Das bedeutet, das der Verbindungspunkt 30 stets auf dem Potential des Verbindungspunktes 31 liegt.

Auch wenn die Dehnmeßstreifen 71 und 72 unsymmetrisch sind, hält doch .der Konstantstrom des Verstärkers 67 den Ausgang desselben genau ein. Der durch den Schleifkontakt 77 und Verbindungspunkt 28 geschlossene Schaltkreis ist für die meisten Fälle ein Sperrkreis der üblichen Art, der ebenfalls' die Genauigkeit verbessert. Zwischen dem Schleifkontakt 77 und dem Verbindungspunkt 37 liegt der Widerstand 99, zwischen den Verbindungspunkten 28 und 37 der Kondensator 100. Die Verbindungspunkte 28 und 29 sind an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 66 angeschlossen. Der Verstärker 68 hat den rückgekoppelten Widerstand 101, der Verstärker 66 den rückgekoppelten Widerstand 102. Der Ausgang des Verstärkers führt zum Verbindungspunkt 45. Der Widerstand 102 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 44 und dem invertierenden Eingang des Verstärkers 66. Die Verbindungspunkte 44 und 45 sowie die Verbindungspunkte 43 und 44 sind miteinander verbunden. Dar einstellbare Widerstand 83 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 43 und dem Verbindungspunkt 42. Die Anschlüsse 103, 104, 105 und 106 stehen mit den jeweiligen Verbindungspunkten 42, 41, 40 und 39 in Verbindung, so daß die Widerstände 107 und/oder 108 und/oder 109 kurzgeschlossen oder geöffnet werden.

Zwischen den Punkten 38 und 47 liegt der rückgekoppelte Widerstand 101. Der Ausgang des Verstärkers 68 führt zum Verbindungspunkt 47. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 68 liegt am Verbindungspunkt 37, der invertierende Eingang am Verbindungspunkt 38. Die Verbindungspunkte 38 und 39 sind wiederum miteinander verbunden. Der Widerstand 110 liegt zwischen, dem Verbindungspunkt 45 und dem Verbindungspunkt 46, der Widerstand 111 zwischen dem Verbindungspunkt 47 und dem Verbindungspunkt 48. Zwischen den Verbindungspunkten 46 und

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51 liegt der Widerstand 112. Die Punkte 17 und 51 sind miteinander verbunden. Zwischen dem Verbindungspunkt 48 und dem Masseanschluß liegt der Widerstand 113. Der invertierende und nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 69 ist jeweils mit dem Verbindungspunkt 46 und 48 verbunden.

Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 69 und der Basis 115 des Transistors 116 mit dem Kollektor 117 und dem Emitter liegt der Widerstand 114. Der Kollektor 117 ist an dem Verbindungspunkt 50 angeschlossen. Die Punkte 11 und 50 stehen miteinander in Verbindung. Der Transistor 118' besitzt den Kollektor 119, den Emitter 120 und die Basis 121. Der Emitter und die Basis 121 liegen beide am Verbindungspunkt 49. Der Kollektor 119 liegt am Verbindungspunkt 50. Zwischen Kollektor 120 und Verbindungspunkt 17 liegt der Widerstand 122, zwischen den Verbindungspunkten 49 und 51 der Widerstnd 49'. Die Widerstände 33' und 34' besitzen einen Widerstandswert der üblicherweise wesentlich unter dem der Widerstände 97 bzw. 96 liegt.

Einige Werte für die Schaltungsbestandteile sind nachstehend aufgeführt: . 3. . ' .

Widerstände	10 Ohm
14	200 Ohm
33'	200 "
34'	4_f700 "
49'	1,500 "
62	22 Megaohm
64	20,000 Ohm
65	7,500 ⁿ
73	7,500 "
74	10 "
78	3,200 ^H
96	10,000 "
97	AO.ÖOO ^lf
98 - -

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- 10 -

1	01
1	02
1	07
1	08
1	09
1	10
1	11
1	12
1	13
1	14
1	22
Wicklung

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75,000 Ohm

75,000 "

5,000 "

75,000 "

220 "

22 ⁿ

76 100

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Claims

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

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Patentansprüche

Brückenschaltung mit Dehnmeßstreifen, gekennzeichnet durch eine Wheatstonesche Brücke mit entsprechenden an den vier Ecken liegenden Verbindungspunkten, einen ersten Bezugszweig zwischen dem zweiten und dritten Verbindungspunkt, einen zweiten Bezugszweig zwischen dem dritten und vierten Verbindungspunkt, einen ersten aktiven Zweig mit änderbarem Widerstand zwischen einem der beiden Paare von Verbindungspunkten, wobei das eine Paar der vierte und erste Verbindungspunkt und das andere Paar der erste und zweite Verbindungspunkt ist, einen Differenzverstärker

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21. September 1978

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*"■ 2t *■

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mit invertierenden und nichtinvertierenden Eingang sowie einem Ausgang, einer ersten Vorrichtung _f die eine eingestellte Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers liefert, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers mit dem zweiten Verbindungspunkt verbunden ist und der vierte Verbindungspunkt an dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers liegt, eine zweite Vorrichtung, die einen Widerstand ergibt, und zwischen dem vierten Verbindungspunkt und der Masse liegt, wobei der Strom am Ausgang des Differenzverstärkers bei konstanter Temperatur konstant ist, eine Ausgangsvorrichtung an dem ersten und dritten Verbindungspunkt und eine Anzeigevorrichtung, die sich an die Ausgangsvorrichtung anschließt.
2. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung einen Differenzdruckmesser beinhaltet,
3. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter aktiver Zweig vorhanden ist und die beiden aktiven Zweige einen Dehnmeßstreifen einschließen, daß ein Differenzdruckmesser an die beiden aktiven Zweige angeschlossen ist, um sie dahingehend zu beeinflussen, daß der eine unter Kompression steht während der andere gedehnt ist, und umgekehrt, daß der erste aktive Zweig zwischen dem,vierten und ersten Eckpunkt und der zweite aktive Zweig zwischen dem ersten und zweiten Eckpunkt liegt.
4. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Vorrichtung jeweils einen ersten und zweiten Widerstand enthält, daß der erste Widerstand zwischen dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers und Masse liegt und der zweite Widerstand zwischen dem vierten Eckpunkt und Masse liegt.
5. Brückenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter und vierter Widerstand jeweils zum ersten und zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist, und zwar zur Masse hin, und

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daß ein rückgekoppelter Widerstand in der Ausgangsvorrichtung und der nichtgeerdeten Seite vom dritten oder vierten Widerstand liegt, und daß die vier Widerstände jeweils die folgenden Werte aufweisen: R3 angenähert R 4, R1 größer R3, R2 größer R4, wobei Rl und R2 den gleichen Widerstandswert besitzen.
6. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Vorrichtung temperaturempfindlich ist.
7. Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsvorrichtung einen ersten, zweiten und dritten Hilfsdifferenzverstärker einschließt, von denen jeder einen nichtinvertierenden Eingang,einen invertierenden Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der nichtinvertierende Eingang des ersten Hilfsdifferenzverstärkers an den dritten Verbindungspunkt angeschlossen ist, daß ein erster Widerstand zwischen dem ersten Verbindungspunkt und dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Hilfsdifferenzverstärkers liegt, daß ein Kondensator zwischen den nichtinvertierenden Eingängen des ersten und zweiten Hilfsdifferenzverstärkers liegt, daß ein zweiter und dritter Widerstand jeweils von den Ausgängen des ersten und zweiten Hilfsdifferenzverstärkers zu den entsprechenden invertierenden Eingängen des ersten und zweiten Hilfsdifferenzverstärkers liegen, daß ein einstellbarer Widerstand zwischen dem Ausgang des ersten Hilfsdifferenzverstärkers und dem invertierenden Eingang des zweiten Hilfsdifferenzverstärkers liegt, daß ein vierter Widerstand zwischen dem Ausgang des ersten Hilfsdifferenzverstärkers und dem invertierenden Eingang des dritten Hilfsdifferenzverstärkers liegt, daß ein fünfter Widerstand zwischen dem Ausgang des zweiten Hilfsdifferenzverstärkers und dem nichtinvertierenden Eingang des dritten Hilfsdifferenzverstärkers liegt, daß ein sechster Widerstand zwischen dem nichtinvertierenden Eingang des dritten Hilfsdifferenzverstärkers und dem Schaltungsnullpunkt liegt, daß zwei Transistoren mit je einem Kollektor, einem Emitter, einer Basis einen Darlington-Verstärker bilden, daß ein siebenter Widerstand vom Ausgang

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des dritten Hilfsdifferenzverstärkers zu der Basis des ersten Transistors führt, daß der Emitter des ersten Transistors mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, daß die beiden Kollektoren der Transistoren miteinander in Verbindung stehen, daß ein achter und neunter Widerstand vom Emitter des zweiten Transistors zum Schaltungsnullpunkt führen, daß ein zehnter und elfter Widerstand vom Emitter des ersten Transistors und dem invertierenden Eingang des dritten Hilfsdifferenzverstärkers zur nichtgeerdeten Seite des neunten Widerstandes führen, daß eine Gleichstromquelle vorhanden ist, und daß ein zwölfter Widerstand von den Kollektoren zum Schaltungsnullpunkt führt und daß ein Voltmeter parallel zum zwölften Widerstand geschaltet ist, daß den Differenzdruck anzeigt.

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