-
Verfahren und Schaltung zur Auswertung des niagonalsignals
-
einer Widerstandsbrücke Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung
des Diagonalsignals einer Widerstandsbrücke, bei dem periodisch das Diagonalsignal
aufintegriert wird und die zur Auf- und anschließenden Abintegration benötigte Zeit
durch Zählen frequenzkonstanter Impulse ermittelt wird, wobei nach der Aufintegration
mindestens einem der Brückenwiderstände ein weiterer Widerstand parallel geschaltet
wird und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Schaltung.
-
Ein derartiges Verfahren ist in der OS ... (Aktenzeichen P 28 55 482.7-35)
vorgeschlagen worden. Dabei wird das Diagonalsignal der Brücke während einer vorgegebenen
Zeit aufintegriert.
-
Nach Ablauf dieser Zeit wird mindestens einem der Brückenwiderstände
der weitere Widerstand parallel geschaltet und die zum Abintegrieren benötigte Zeit
bestimmt. Sowohl die Aufintegrationszeit als auch die Abintegrationszeit werden
mittels frequenzkonstanter Impulse ermittelt.
-
Gegenüber diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung,
ein anderes Verfahren zur Auswertung des Diagonalsignals einer Widerstandsbrücke
zu finden und eine dazugehörige Schaltung.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Summe der
Impulszahlen für Aufintegration und Abintegration konstant gehalten wird und daß
das Verhältnis der Impulszahlen für Auf- bzw. Abintegration so lange verändert wird,
bis nach einem vollständigen Integrationszyklus kein Signal am Integratorausgang
anliegt.
-
Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem Stand der
Technik ist es, daß das Meßsignal dem Istwert bei
langsamen Ärderungen
oder Störungen bzw. bei unruhigen Werten erheblich schneller folgt.
-
Zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine Schaltung mit einer Widerstandsbrücke,
bei der einem Widerstand über Schalter ein weiterer Widerstand parallel schaltbar
ist besonders geeignet, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einem zweiten Brückenwiderstand
ein zusätzlicher Widerstand über einen Schalter parallel schaltbar ist dessen Widerstandswert
dem des weiteren Widerstandes identisch ist, daß das Diagonalsignal der Brücke über
Schalter einem Kondensator aufschaltbar ist, der über weitere Schalter mit einem
Verstärker verbunden ist, dessen Ausgang am Eingang mindestens eines Fensterdiskriminators
anliegt, dessen Ausgangssignal wiederum einem Microcomputer zugeführt sind, über
den Schalter ansteuerbar sind.
-
Besteht die Möglichkeit, daß die Widerstandsbrücke an einem Punkt
der Brückendiagonale sowohl positiv als auch negativ verstimmt wird, ist eine Schaltung
besonders geeignet, bei der die Ausgangsspannung des Verstärkers an je einem Fensterdiskriminator
für positive und negative Polarität anliegt.
-
Die Figuren zeigen schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Es zeigt Fig. 1 eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Schaltung Fig. 2
eine ähnliche Schaltung, bei der jedoch die Widerstände in anderer Weise parallel
geschaltet sind.
-
Fig. 1 zeigt die Widerstandsbrücke 1 mit den Speiseleitungen 2 und
3. Die Widerstandsbrücke 1 kann beispielsweise eine Dehnungsmeßstreifenbrücke in
einer Wägezelle sein. An den Punkten a und b sind die Speiseleitungen 2 und 3 elektrisch
mit der Widerstandsbrücke 1 verbunden. An den Punkten c und e liegt das Diagonalsignal
der Widerstandsbrücke 1 als das eigentliche
Meßsignal an, das im
wesentlichen über Leitungen 4 und 5 mit dem Nullverstärker 6 verbunden ist, dessen
Ausgang auf einen Fensterdiskriminator 7 für positive und einen Fensterdiskriminator
6 für negative Spannungen geschaltet ist. Die Leitungen 4 und 5 führen von den Punkten
c und e zunächst über Schalter 8 und 9 an einen Kondensator 10, der das Diagonalsignal
der Brücke integriert bzw. glättet. Der Kondensator wiederum ist über Schalter 11
und 12 mit dem Nullverstärker 6 verbunden; dieser Nullverstärker 6 kann über den
Schalter 13 zur Korrektur seines Nullpunktes kurzgeschlossen werden.
-
Punkt b ist über einen Widerstand 16 und einen Schalter 17 vor dem
Schalter 9 (vom Punkt e aus betrachtet) mit der Leitung 4 verbunden. Die Leitung
5 ist vor dem Schalter 6 (vom Punkt c aus betrachtet) über einen Widerstand 15 und
einen Schalter 18 mit der Speiseleitung 3 verbunden. Die Ausgänge der Fensterdiskriminatoren
7 und 8 sind mit einem Microcomputer 14 verbunden, der sämtliche Schalter ansteuert,
was in der Figur nicht dargestellt wird.
-
Die Schaltung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich lediglich bis zu den
Schaltern 8 und 9 von der Fig. 1, daher ist auch nur dieser Teil der Schaltung in
der Fig. 2 dargestellt. Die Widerstandsbrücke 1 ist wiederum an den Punkt a mit
der Speiseleitung 2 und am Punkt b mit der Speiseleitung 3 verbunden.
-
Das Diagonalsignal der Widerstandsbrücke 1 wird vom Punkt d über den
Schalter 9 und vom Punkt c über den Schalter 8 dem Nullverstärker 6 zugeführt. Zwischen
dem Punkt c und dem Schalter 8 ist die Leitung 5 über den Schalter 17 und den Widerstand
16 mit dem Punkt b verbunden und über den Schalter 18 und den Widerstand 15 mit
dem Punkt a der Widerstandsbrücke 1.
-
Zur Darstellung des Arbeitsverfahrens mit der beschriebenen Schaltung
sei zur Vereinfachung angenommen, daß das Brückensignal zunächst Null sei, mit anderen
Worten, daß die Brücke im Gleichgewicht ist. Handelt es sich bei der Widerstandsbrücke
1 um eine Dehnungsmeßstreifenbrucke in einer Wägezelle, so ist das bei unbelasteter
Wägezelle und vier identischen DehnungsmeBstreifen der Fall. Im Microcomputer 14
befindet sich
ein Systemtaktgeber, beispielsweise ein 10 MHz-Generator.
-
Zu Beginn eines Meßzyklus werden nun die Schalter 8 und 9 sowie 13
eine vorgegebene Anzahl Taktimpulse lang geschlossen, während dieser Zeit wird das
Diagonalsignal der Widerstandsbrücke 1 im Kondensator 10 über die Zeit integriert.
Anschließend werden die Schalter 17 und 18 über die gleiche vorgegebene Anzahl Taktimpulse
geschlossen, das am Kondensator 10 anliegende Signal wird weiterhin integriert.
Nach Ablauf dieser zweiten Messung werden die Schalter 8 und 9 sowie 17 und 18 geöffnet,
der Kondensator 10 ist also von der Widerstandsbrücke 1 getrennt. Da die Widerstände
15 und 16 gleich groß sind, liegt am Kondensator 10 weiterhin keine Spannung an.
-
Gleichzeitig mit den letztgenannten Schaltvorgängen wird der Schalter
13 geöffnet. Die Schalter 11 und 12 werden geschlossen, die am Kondensator 10 anliegende
integrierte Spannung wird also dem Nullverstärker 6 zugeführt, der sie verstärkt
an die Fensterdiskriminatoren 7 für positive Polarität und 8 für negative Polarität
weitergibt. Dieser Fensterdiskriminatoren 7 und 8 unterscheiden zweckmäßigerweise
drei Bereiche, räumlich <0,25 d,>1 d < 5 d, > 5 d. Auf Grund der Meßgenauigkeit
wird also ein Fensterdiskriminator im ersten Bereich < 0,25 d ansprechen, der
Microcomputer 14 erkennt, daß sich die Brücke im Gleichgewicht befindet und läßt
den gleichen Meßvorgang erneut ablaufen.
-
Nun werde die Widerstandsbrücke 1 verstimmt, beispielsweise so, daß
an der Brückendiagonale ein am Punkt e positives Signal ansteht. Dieses Signal wird
im Kondensator 10 integriert und dem Nullverstärker 6 in der oben geschilderten
Weise zugeführt, der Fensterdiskriminator 7 spricht daraufhin beispielsweise im
zweiten Bereich > 1 d > 5 d an. Dem Microcomputer 14 wird damit signalisiert,
daß die Brücke an der Stelle e positiv verstimmt ist zwischen > 1 d < 5 d.
Der Microcomputer 14 ändert daraufhin für den nächsten Meßzyklus die Schaltzeiten
der Schalter 17 und 18 dergestalt, daß der Schalter 17, der die Leitung 4 mit der
negativen Speiseleitung 3 verbindet einen Taktimpus länger als die vorgsgebene Taktimpulszahl
geschlossen wird, während der Schalter 18 einen Taktimpuls
weniger
lange geschlossen bleibt. Ergibt sich, daß auf Grund dieser Maßnahme noch immer
kein Gleichgewicht der Widerstandsbrücke 1 erreicht ist, wird der Microcomputer
14 in weiteren Schritten den Schalter 17 jeweils einen Taktimpuls länger bzw.
-
den Schalter 18 jeweils einen Taktimpuls kürzer schließen, so lange
bis die Widerstandsbrücke im Gleichgewicht ist.
-
die Zahl der zusätzlichen Taktimpulse, die der Schalter 17 länger
(bzw. der Schalter 18 kürzer) geschlossen wird, ist dabei ein direktes Maß der Verstimmung
der Brücke. Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände 15 und 16 kann erreicht
werden, daß jeweils ein Taktimpuls einem Digit der zu messenden Größe entspricht.
Da bei diesem Verfahren die Anzahl der Taktimpulse, die der Schalter 17 länger schließt
jeweils gleich ist der Anzahl der Taktimpulse, die der Schalter 1B kürzer schließt,
ist die Summe der Anzahl der Impulse während der Schließzeit beider Schalter jeweils
konstant, wodurch die Auswertung über den gesamten Bereich linear bleibt.
-
Die Konstanz kann darüberhinaus zu Kontrollzwecken herangezogen werden.
-
Falls nicht der positive Fensterdiskriminator 7 sondern der negative
Fensterdiskriminator 8 anspricht, wird dementsprechend der Schalter 18 zunächst
einen Taktimpuls länger geöffnet, der Schalter 17 einen Taktimpuls kürzer, worauf
das Verfahren in der geschilderten Weise abläuft.
-
Falls ein Fensterdiskriminator im dritten Bereich, also > 5 d anspricht,
werden die Schalter 17 bzw. 18 jeweils zehn Taktimpulse länger bzw. kürzer geöffnet,
damit der Abgleich der Widerstandsbrücke 1 schneller erfolgt.
-
Das Arbeitsverfahren der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ist grundsätzlich
gleich. Bei abgeglichener Widerstandsbrücke 1 wird bei offenen Schaltern 17 und
18 dem Kondensator 10 das Brückensignal, also Null, zugeführt. Da die Widerstände
15 und 16 gleich groß sind, wird bei geschlossenen Schaltern 17 und 18 die Leitung
5 kein zusätzliches Potential zugeführt, so daß der Kondensator 10 im Gleichgewichtsfall
wiederum kein Signal abgibt. Werden die Schalter 17 bzw. 18 ungleich lange
geschlossen,
so liegt das negative Potential der Speiseleitung 3 bzw. das positive Potential
der Speiseleitung 2 länger an der Leitung 5 an, das Ausgangssignal des Kondensators
10 wird also ins negative bzw. positive kompensiert.
-
Sollten die Signale mehrerer Widerstandsbrücken 1 ausgewertet werden,
beispielsweise um das an mehreren Stellen gemessene Gesamtgewicht eines Bunkers
zu ermitteln, so besteht die Möglichkeit, die Addition der Diagonalsignale durch
den Microcomputer 14 vornehmen zu lassen. Zu diesem Zweck laufen die Auswertungszyklen
für die einzelnen Meßbrücken hintereinander ab, wobei die einzelnen Schalter der
Meßbrücken jeweils vom Microcomputer 14 aufgerufen werden. Eine andere Möglichkeit
der Addition der Diagonalsignale der Brücken ist dadurch gegeben, daß die Kondensatoren
10 der einzelnen Brücken nach dem Offnen der Schalter 6 und 9 und vor dem öffnen
der Schalter 11 und 12 in Reihe geschaltet und damit analog addiert werden.