DE2915016C2

DE2915016C2 - Schaltungsanordnung für ein Widerstandsmeßgerät mit angenähert logarithmischer Anzeigecharakteristik

Info

Publication number: DE2915016C2
Application number: DE19792915016
Authority: DE
Inventors: Hans Prof. Dr. Graz Leopold
Original assignee: Gossen 8520 Erlangen De GmbH
Current assignee: Gossen 8520 Erlangen De GmbH
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1981-05-27
Also published as: DE2915016B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung •ntsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Für einfach zu bedienende Widerstandsmeßgeräte tiit etwas geringerer Meßgenauigkeit läßt sich bei Vollständig oder angenähert logarithmischer Anzeige besonders vorteilhaft ein großer Meßbereich erzielen, daß eine Bereichsumschaltung nicht erforderlich ist.

Es ist bekannt, für einfache Widerstandsmesser das Prinzip der Strommessung anzuwenden. Der zu messende Widerstand liegt mit der Stromquelle in Reihe und die Anzeigeskala wird in Widerstandswsrten kalibriert. Es ergibt sich eine starke Verzerrung der Widerstandsskala und der Meßbereich ist demzufolge relativ klein. Auch ist vor jeder Messung der Null· bzw. Endabgleich zu prüfen.

Andere bekannte Meßprinzipien, wie z. B. Brückenschaltungen oder elektronische Stabilisierung des durch den Meßwiderstand fließenden Stromes und Messung der dann dem Widerstand proportionalen Spannung führen zu aufwendigen Meßgeräten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung für ein elektrisches Widerstandsmeßgerät so auszuführen, daß ein gut angenähert logarithmischer Skalenverlauf für einen großen Meßbereich (z. B. ί bis 10* Ohm) ohne Umschaltung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die beiden Transistoren in Form eines Dual-Transistors verwendet um möglichst geringe Fehlerströme zu erhalten. Ferner wird das Gehäuse des Dual-Transistors in gutem Wärmekontakt mit einem PTC-Widerstand gehalten.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Bauteileaafwand für ein praktisches Gerät mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung relativ niedrig gehalten werden kann und daß man damit ein einfach zu bedienendes und anzuwendendes Meßgerät schaffen kann. Kalibrierung bzw. Abgleich ist sehr einfach. Die Messung ist praktisch von der Spannung der Batterie unabhängig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Prinzipschaltung,

F i g. 2 eine ausführliche Schaltung und

F i g. 3 einen Ausschnitt aus F i g. 2, jedoch mit anderer Temperaturkompensation.

Die beiden Meßpunkte A und B haben das gleiche Potential, da der Operationsverstärker 1 durch die Rückkopplung die Spannungsdifferenz an seinem Eingang auf Null regelt. Das Stromverhältnis UIh ist daher vom Potential des Punktes C unabhängig und somit gleich dem reziproken Wert des Widerstandsverhältnisses.

Somit ist

R,

Aufgrund der bekannten Formeln für die Kollektorströme von Transistoren ergibt sich als Spannung ν zwischen den Emittern der beiden Transistoren 2 und 3

kT

In

»2

Hierbei bedeuten:

k Boltzmann-Konstante
T absolute Temperatur
q Elementarladung

Die Größe kT/q, die bei 25⁰C den Wert 25,68 mV hat. wird auch Temperaturspannung (Ut) genannt.

Aus Gleichung (2) ergibt sieh für ideale Transistoren ein logarithmischer Verlauf für die Widerstandscharakteristik des an sich linearen Drehspulmeßwerks.

Der Transistor 2 ist zu 100% rückgekoppelt, b-j wohingegen der Transistor 3 in Basisschaltung betrieben wird.

Bei beiden Transistoren 2, 3 ist die Kollektor-Basis-Spannung Uc R = 0. denn beim Transistor 2 ist Basis mit

Kollektor kurzgeschlossen und beim Transistor 3 liegt Meßpunkt B auf gleichem Potential wie Meßpunkt A. Daraus folgt, daß die Leckströme Iteo sehr klein sind und das Meßergebnis nicht verfälschen.

Um die Beeinflussung des Meßergebnisses durch die Basisströme zu verringern, kann ein zweiter Operationsverstärker 4 in der Schaltung als Spannungsfolger mit eingesetzt werden.

Die Betriebsspannung der Anordnung und somit die Spannung am Meßobjekt (R_x) wird durch die Z-Diode 6 ι ο und durch den Transistor 5 definiert und stabilisiiert, so daß bei Wahl der Z-Diode 6 mit genügend niedriger Z-Spannung auch empfindliche Halbleiterbauelemente, z. B. Leuchtdioden, durch eint Messung nicht beschädigt werden können. ι s

Zur Erzielung von temperaturunabhängigen Messungen ist zu beachten, daß gemäß Gleichung (2) die Differenz tier Emitterspannungen der Transistoren 2 und 3 proportional der absoluten Temperatur ist Wenn man daher erreichen kann, daß die Summe der Widerstände von Meßinstrument 7 und vorgeschalteten Gliedern 8, 9 auch proportional der abcoluteii Temperatur ist, dann ist der Strom durch das Meßwerk 7 von der Temperatur unabhängig. Diese Tatsache wird durch die Wahl des Absolutwerts und des Temperaturkoeffizienten des PTC-Widerstandes 9 berücksichtigt Außerdem wird durch einen Wärmekontakt die Temperatur vom Doppeltransistor 2,3 und PTC-Widerstand 9 gleich gehalten, z.B. durch Befestigung auf einem Kupferblech.

Durch die Schaltung gemäß F i g. 3 ist es möglich, den Innenwiderstand des Drehspulinstruments höher anzusetzen. Ferner ist es hierbei möglich, mit einem NTC-Widerstand 12, der zusammen mit den Daten der übrigen Widerstände 13,14,15 sowie 8 und 7 und seinen Daten entsprechend gewählt wird, den Temperaturfehler zu kompensieren.

Der Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers 1 ist sehr gering, so daß die Last im Regelkreis nur eine untergeordnete Rolle spielt Deshalb ist auch die Größe des Innenwiderstands und der vorgeschalteten Widerstände für die Funktion des Operationsverstärkers 1 vergleichsweise unwichtig und kann daher allein nach den für die Temperaturkompensation geltenden Gesichtspunkten gewählt werden.

Um bei den Extremwerten für den zu messenden Widerstand R_x, nämlich bei Null und Unendlich, die Ausschläge Skalenendpunkt bzw. Skalenanfang zu erzielen, wurde ein Widerstand 10 in Reihe zum Meßwiderstand R_x und ein weiterer Widerstand 11 parallel dazu geschaltet

Praktisch werden deren Werte so festgelegt, daß sowohl für R_x = 0. als auch für R_x = <» der Zeigerausschlag deutlich anders ist als für Meßbereichsanfang vnd -ende.

Durch uas Zu- und Parallelschalten der genannten Widerstände bleibt zwar Gleichung (2) noch grundsätzlich gültig, aber andererseits ergibt sich keine exakte logarithmische Charakteristik mehr, was jedoch für die praktische Anordnung belanglos ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für ein Widerstandsmeßgerät mit angenähert logarithmischer Anzeigecharakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transistoren (2, 3) mit ihrem Basisanschluß gemeinsam an den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers (1) angeschlossen sind und daß der zu messende Widerstand (R_x) auf der ι ο einen Seite (A) an den mit seiner Basis kurzgeschlossenen Kollektor des einen Transistors (2) angeschlossen ist und mit der anderen Seite über einen Vergleichswiderstand (R_nI) an den mit dem Kollektor des zweiten Transistors (3) verbundenen invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (1) angeschlossen ist und daß das Drehspul-Meßinstrument (7) an die Emitter beider Transistoren (2,3) angeschlossen ist, und daß der Emitter des zweiten Transistors (3) nit dem Ausgang des Operationsverstärkers (1) verbunden ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren (2, 3) als Dual-Transistor ausgebildet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Meßinstrument (7) ein PTC-Widerstand (9} zur Temperaturkompensation und ein abgleichbarer Vorwiderstand (8) geschaltet sind und daß die Summe der in Reihe liegenden Widerstände (7, 8, 9) proportional der jo absoluten Ter.^psratur der Sperrschichten des Doppeltransistors (2,3) ist

4. Schaltungjanordnung nach Einspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dual-Transistor (2,

3) und der PTC-Widerstand (9) d^rch thermischen Ji Kontakt auf gleicher Temperatur gehalten werden.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem zu messenden Widerstand (R₁) ein Widerstand (10) von wenigen Ohm in Reihe geschaltet ist und ein Widerstand (11), hoher Ohmzahl, parallel dazu liegt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Operationsverstärker (4) als Spannungsfolger eingefügt ist, der mit seinem invertierenden Eingang sowie dem Ausgang an der Basis des Doppeltransistors (2, 3) angeschlossen ist und mit seinem nicht invertierenden Eingang an den Meßpunkt A angeschlossen ist.

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