DE3011499C2 - Spannungsprüfvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Spannungsprüfvorrichtung mit einer mit ihrer Eingangsdiagonalen mit der zu prüfenden Spannung zu verbindenden Brückenschaltung, die in drei Zweigen einen Widerstand und im vierten Zweig eine Halbleiterdiode aufweist und deren Ausgangsdiagonale mit den Eingängen eines (Comparators verbunden ist.

Es ist eine Spannungsprüfschalt'ing bekannt (DE-OS 18 09 857), bei der die drei Widerstände der Brückenschaltung gewöhnliche ohmsche Widerstände sind und die Halbleiterdiode eine Zener-Diode ist. Die bekannte Prüfschaltung arbeitet in der geforderten Weise nur, wenn der Sollwert der zu prüfenden Spannung über der Zener-Spannung liegt. Zener-Spannungen sind aber von der Größenordnung Volt, so daß die bekannte Prüfvorrichtung für das Prüfen kleiner Spannungen ausscheidet. Außerdem sind bei der bekannten Vorrichtung Temperaturänderungen der Brücke Anlaß zu Fehlmessungen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Spannungsprüfvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die für niedrige Spannungen besonders gut geeignet und unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen der Brücke ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halbleiterdiode bezüglich der Eingangsspannung in Durchlaßrichtung gepolt ist und der mit der Halbleiterdiode verbundene, bezüglich der Eingangsspannung parallel zu ihr liegende Widerstand ein temperaturabhängiger Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten ist Mit der in Durchlaßrichtung gepolten Diode wird die Durchlaßkennlinie der Diode ausgenutzt, die ihren Knickpunkt, von dem ab die Spannung praktisch stromunabhängig ist, im Millivoltbereich hat. Auf diese Weise lassen sich auch kleine Spannungen, wie etwa diejenigen von kleinen Trockenbatterien, wie sie beispielsweise in elektronischen Thermometern Verwendung finden, gut prüfen, wobei das Vorsehen eines Widerstands mit negativem Temperaturkoeffizienten, also gleichem Temperaturgang wie die Diode, sicherstellt, daß Temperaturschwankungen der Brückenschaltung das Meßergebnis allenfalls in weitaus geringerem Maße beeinflussen als bei Verwendung gewöhnlicher, im wesentlichen iemperaturunabhängiger Widerstände in allen übrigen Zweigen der Brücke.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand und dem damit bezüglich der Eingangsspannung in Reihe liegenden Widerstand ein Regelwiderstand vorgesehen ist, dessen beweglicher Kontakt den einen Anschluß der Ausgangsdiagonale bildet Mit diesem Regelwiderstand läßt sich die Grenzspannung an der Eingangsdiagonale einstellen, von der ab sich die Potentialverhältnisse an der Ausgangsdiagonale umkehren.

Zur Verbesserung der Linearität der Temperaturcharakteristik ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung im Zweig des temperaturabhängigen Widerstands diesem ein Widerstand parallel geschaltet

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen Thermometers mit einer Spannungsprüfvorrichtung gemäß der Erfindung, und

F i g. 2 eine verbesserte Schaltung gegenüber der in F i g. 1 gezeigten Spannungsprüfvorrichtung.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel eines elektronischen klinischen Thermometers erläutert. Es ist jedoch zu beachten, daß sich die Anwendung der Spannungsprüfvorrichtung gemäß der Erfindung nicht auf Thermometer beschränkt.

Gemäß F i g. 1 umfaßt ein elektronisches Thermometer zur Bestimmung der Körpertemperatur eine Temperaturfühlschaltung 1, einen Analog-Digitalwandler 2 zur Umwandlung eines durch die Schaltung 1 erzeugten analogen Signals in ein Digitalsignal, eine Treiberschaltung 3, eine Digitalanzeige 4, eine Spannungsquelle 5 und eine Spannungsprüfvorrichtung 100. Die Spannungsquelle 5 besteht beispielsweise aus zwei Trockenbatterien, von denen jede eine Anfangsspannung von ungefähr 1,6 V hat. Die Spannungsprüfvorrichtung 100 besteht aus einer Brückenschaltung und einem Komparator 10. Die Brückenschaltung besteht aus vier Armen: einem ersten Widerstand 6, einem temperaturempfindlichen Widerstand 7, beispielsweise einem Thermistor mit negativer Temperaturcharakteristik, einem zweiten Widerstand 8 und einer Halbleiterdiode 9, die eine Siliziumdiode sein kann. Eine Diagonale mit oberem Anschluß A und unterem Anschluß B ist mit der Spannungsquelle 5 verbunden. Eine weitere Diagonale mit einem linken Anschluß C und einem rechten Anschluß D ist mit dem Komparator 10 verbunden. Das Ausgangssignal des Komparators 10 wird als Inhibierungssignal auf die Treiberschaltung 3 gegeben. Der Thermistor 7 hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, so daß seine Temperaturcharakteristik, wie im folgenden noch erwähnt, ähnlich derjenigen der Halbleiterdiode 9 ist.

Im folgenden wird nun die Arbeitsweise obiger Schaltung dargelegt. Die die Körpertemperatur abfühlende Fühlvorrichtung 1 gibt ein Signal auf den Analog-Digitalwandler 2, der seinerseits das Analogsi-

gnal in ein Digitalsignal umwandelt und dieses auf die Treiberschaltung 3 gibt Die Treiberschaltung 3 verstärkt dann das Digitalsignal, und die Anzeige 4 zeigt mit Erhalt des verstärkten Signals von der Treiberschaltung 3 die abgefühlte Temperatur an. Obiger Vorgang dauert an, solange die Spannung der Spannungsquelle 5, die beispielsweise 3,2 Volt betragen kann, über einem bestimmten Wert liegt, der beispielsweise 2,8 Volt sein kann. Die Treiberschaltung 3 hört jedoch auf zu arbeiten, wenn am Komparator 10 ein Inhibierungssignal erzeugt wird, wobei dieses Inhibierungssignal erzeugt wird, wenn die Spannung der Spannungsquelle unter diesen bestimmten Wert fällt Die Spannungsquelle S gibt eine Spannung auf den zweiten Widerstand 8 und die damit in Reihe liegende Diode 9. Die Diode 9 ist in Durchlaßrichtung vorgespannt Der Durchlaß-Spannungsabfall Ober der Diode, d. h. die Referenzspannung für den Vergleich, ist eine Sättigungsspannung in Durchlaßrichtung, die ungefähr 0,6 V beträgt Der Spannungsabfall ist für jede gegebene Temperatur konstant, unabhängig von dem durch die Diode 9 gehenden Strom. Der Spannungsabfall nimmt jedoch mit zunehmender Temperatur mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2 mV/°C ab. Die Spannungsquelle 5 gibt ihre Spannung auch auf den ersten Widerstand 6 und den damit in Reihe geschalteten Thermistor 7. Die Widerstandswerte für den Widerstand 6, den Widerstand 8 und den Thermistor 7 sind so gewählt, daß im Anfangszeitpunkt der Verwendung der Trockenbatterien 5 der Spannungsabfall am Widerstand 7 geringfügig größer als der Spannungsabfall über der Diode 9 ist Im vorliegenden Beispiel sind gewählt der Widerstand 6:24 Kiloohm, der Widerstand 8: 24 Kiloohm und der Thermistor 7:3 Kiloohm bei 25° C.

Das Inhibierungssignal aus dem Komparator 10 wird nicht erzeugt wenn das Potential am Anschluß C bzw. der Spannungsabfall über dem Thermistor 7 gleich oder größer als das Potential am Anschluß D bzw. der Spannungsabfall über der Diode 9 ist. Selbst wenn die Umgebungstemperatur schwankt, ändert sich wegen der Gleichheit der Temperaturcharakteristik von Thermistor 7 und Diode 9 die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen Cund D nicht es sei denn, die Spannung der Trockenbatterien ändert sich. Die Spannung der Trockenbatterien 5 nimmt mit zunehmender Einsatzdauer allmählich ab. Der Strom durch die Diode 9 und den Widerstand 8 nimmt mit der Spannung der Trockenbatterien 5 ab. Der Spannungsabfall an der Diode 9 bleibt jedoch konstant auch wenn die Spannung der Spannungsquelle abnimmt Andererseits nimmt mit abnehmender Spannung der Trockenbatterien 5 auch der Strom durch Thermistor 7 und Widerstand 6 ab, so daß der Spannungsabfall am Thermistor 7 mit abnehmender Spannung der Spannungsquelle abnimmt Wenn der Spannungsabfall am Thermistor 7 niedriger als der Spannungsabfall an der Diode 9 wird, erzeugt der Komparator 10 ein Ausgangssignal, das die Treiberschaltung 3 und damit die Anzeige 4 inhibiert

Fig.2 zeigt eine verbesserte Schaltung der Spannungsprüfvorrichtung gemäß der Erfindung, die praktischer ist als die Schaltung der F i g. 1. Gleiche Elemente in den F i g. 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In F i g. 2 ist ein Regelwiderstand 61 mit dem Widerstand 6 in Reihe geschaltet und ein Widerstand 71 zum Widerstand 7 parallel geschaltet Der Widerstand 61 dient zur Einstellung der Schwellenspannung zwischen den Anschlüssen C und D bzw. der Differenz der Spannungsabfälle von Diode und temperaturabhängigem Widerstand. Der Regelwiderstand 61 hat einen beweglichen Kontakt, der dem linken Anschluß Cder in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform entspricht Der Widerstand 71 dient dazu, die Linearität der Temperaturcharakteristik zu verbessern. Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die Elemente folgende Werte:

Widerstand 6 Widerstand 8 Thermistor 7 Widerstand 71

24 Kiloohm 24 Kiloohm

3 Kiloohm (bei 25° C)

3,6 Kiloohm

Aus obiger Beschreibung ergibt sich, daß das beschriebene klinische Thermometer von den Nachteilen bekannter Thermometer insofern frei ist, als eine auf gealterte Batterien zurückgehende fehlerhafte Temperaturanzeige verhindert ist. Der Benutzer des Thermometers wird auf die Alterung der Batterien hingewiesen, weil die Anzeige 4 dann nichts mehr wiedergibt Mit anderen Worten, das Thermometer zeigt keine fehlerhaften Temperaturen an. Es liegt auf der Hand, daß die Spannungsprüfvorrichtung gemäß der Erfindung auf viele andere elektrische Vorrichtungen anwendbar ist, die einige Trockenbatterien geringer Kapazität and niedriger Spannung verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spannungsprüfvorrichtung mit einer mit ihrer Eingangsdiagonalen mit der zu prüfenden Spannung zu verbindenden Brückenschaltung, die in drei Zweigen einen Widerstand und im vierten Zweig eine Halbleiterdiode aufweist und deren Ausgangsdiagonale mit den Eingängen eines !Comparators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterdiode (9) bezüglich der Eingangsspannung in Durchlaßrichtung gepolt ist und der mit der Halbleiterdiode verbundene, bezüglich der Eingangsspannung parallel zu ihr liegende Widerstand ein temperaturabhängiger Widerstand (7) mit negativem Temperaturkoeffizienten ist

2. Spannungsprüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem temperatjrabhängigen Widerstand (7) und dem damit bezüglich der Eingangsspannung in Reihe liegenden Widerstand (6) ein Regelwiderstand vorgesehen ist, dessen beweglicher Kontakt den einen Anschluß der Ausgangsdiagonale bildet

3. Spannungsprüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zweig des temperaturabhängigen Widerstands (7) diesem ein Widerstand (71) parallel geschaltet ist