DE3118770A1 - Widerstands-messschaltkreis - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Widerstands-Meßschaltkreis nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere einen Meßschaltkreis, der digital den Wert des zu messenden Widerstandes ermittelt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Meßschaltkreis der eingangs genannten Art anzugeben, der unabhängig von Parameter und Betriebsspannungsschwankungen eine sehr genaue digitale Messung eines unbekannten Widerstandes erlaubt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter— ansprüchen entnehmbar.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Widerstands-Meßschaltkreises; und

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise des erfindungsgemäßen Meßschaltkreises.

Gemäß Fig. 1 weist der Widerstands-Meßscha1tkreis einen bekannten Referenzwiderstand 2 und einen unbekannten zu messenden Widerstand 4 auf, die zwischen einer Betriebsspannungsquelle V und Massepotential in Reihe geschaltet sind. Der eine Anschluß des Referenzwiderstandes 2 ist an die Betriebsspannung V angeschlossen und das eine Ende des unbekannten Widerstandes 4 ist an Massepotential angeschlossen. Die jeweils anderen Enden der Widerstände 2 und 4 sind miteinander verbunden und dieser gemeinsame Verbindungspunkt ist auf den ηicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 6 geführt, der Teil eines Integrators 7 bildet. Der Ausgang des Verstärkers 6 und somit auch der Ausgang des Integrators 7 ist auf den invertierenden Eingang über einen Rückführungskondensator 8 zurückgeführt.

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Der invertierende Eingang des Verstärkers 6 ist ebenfalls über einen Eingangswiderstand 10 an den beweglichen Schaltarm 12 eines Schalters 14 mit zwei Kontakten 16 und 18 angeschlossen. Hierbei ist der eine Schalterkontakt 16 an die Betriebsspannung V angeschlossen, während der andere Schalterkontakt 18 mit dem Massepotential verbunden ist.

Der Ausgang des Verstärkers 6 ist ferner auf einen ersten Eingang eines Signalverg1eichers 20 geführt, der das Ausgangssignal des Integrators 7 mit einem Schwe11wertsignal vergleicht, das einem zweiten Eingang des Vergleichers 20 von dem Massepotential zugeführt wird. Der Ausgang des Vergleichers 20 wird einem Steuereingang eines Zähler- und Steuerschaltkreises 22 zugeführt. Ein Taktsignalgenerator liefert Taktsignale an den Zähler- und Steuerschaltkreis 22, wodurch ein entsprechender Zähler hochgezählt wird. Der Zähler und Steuerschaltkreis 22 wird benutzt, um die Bewegung des Schaltarmes 12 des Schalters 14 zu steuern, wodurch der invertierende Eingang des Verstärkers 6 zwischen zwei Eingangs-Signalpege1 η in Form des Massepotentials und der Betriebsspannung V während eines ersten und zweiten Zeitinterval1 es entsprechend umgeschaltet wird» Der Schalter ist beispielsweise durch ein Relais vorgegeben. Insbesondere ist das erste Zeitintervall, während welchem der invet— tierende Eingang des Verstärkers 6 durch den Schalter 1h an Massepotential angeschlossen ist, durch eine feste Zeitperiode T. vorgegeben, wobei diese Zeitperiode durch das Heraufzählen des Zählers 22 auf einen vorbestimmten Zählstand vorgegeben wird. Während dieser ersten Zeitperiode steigt das Ausgangssignal des Integrators 7 auf eine Spannung V an. Beim Erreichen des vorgegebenen festen Zählstandes wird der Zähler 22 zurückgestellt und der Schalter 14 wird durch das Ausgangssignal des Zählers betätigt, um den Schaltarm 12 an den Schalterkontakt 16 anzulegen. In dieser Stellung des Schaltarmes 12 wird die Betriebsspannung V dem invertierenden Eingang des Verstärkers 6 zugeführt. Der Schaltarm 12 wird in Kontakt mit dem Schalterkontakt 16 so lange gehalten, bis die Ausgangsspannung des Integrators 7 auf den Schwellwert—

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pegel bzw. den Massesigna1pege1 zurückgefallen ist, was durch den Vergleicher 20 während eines zweiten Zeitinterval1 es T„ festgestellt wird. Der Zähler zählt bis zu dem Auftritt des Vergleichssignales die Impulse der Taktsignalquel1e 2k und durch den Stop des Zählers mittels des Vergleichers wird die zweite Zeitperiode vorgegeben, die in der nachstehenden Weise zur Ermittlung des unbekannten Widerstandes benutzt wird.

Die Betriebsweise des Integrators 7 geht aus dem Diagramm gemäß Fig. 2 hervor. Analysiert man die Betriebsweise des Integrators 7, so läßt sich der Verlauf der ansteigenden Spannung V₁ während des ersten festen Zeitinterval1 es T₁ am Ausgang des integrierenden Verstärkers 6 wie folgt angeben:

^V, = ^VT ⁺ So f R 1\ ■ ■ ^V ■ ^{dt C1}">

Diese Gleichung läßt sich folgendermaßen umschreiben:

T Ob)

* 1

=V + -£s T

1 T RC R + R_n * 1 x Ref

In dieser Gleichung bedeuten:

T₁ ein festes Zeitintervall, in welchem der Schal ter 14 die eine Stellung einnimmt.

R den Wert des Eingangswiderstandes 10.

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V die Schwe1Iwert-Pegelspannung für den Vergleicher. R den Wert des unbekannten Widerstandes 4. R_R r. den Wert des Referenzwiderstandes 2. C den Wert des Rückführungskondensators 8.

Nach Ablauf der ersten festen Zeitperiode T₁ wird der invertierende Eingang des Integrators auf den Spannungspegel der Betriebsspannung V umgeschaltet Die abfallende Spannung am Ausgang des Vergleichers 6 läßt sich hierbei durch folgende Gleichung angeben:

T. + T„

-— Γ
^RC

V=V- -— Γ ^RRpf ν dt ^{T 1 RC R}x ^{+ R}Ref

^T1
Diese Gleichung läßt sich folgendermaßen umformen:

V-V - — ^RRp-F χ

^VT ^V1 RC * R_x + R_Ref * 4 C2b)

Setzt man die Gleichung Ob) in die Gleichung C2b) ein, so erhält man folgende Beziehung:

T₀ R
2 _ χ

^T1 ^RRef C3)

Diese Beziehung ist unabhängig von der Betriebsspannung V₇ dem Widerstand 10, dem Kondensator 8 und der Schwel 1wertspannung des Vergleichers und sie hängt nur von dem Verhältnis des unbekannten Widerstandes if zu dem Referenzwiderstand 2 ab. Der Referenzwiderstand 2 ist ein sehr stabiler Widerstand mit festem Wert, um die Genauigkeit der Messung des unbekannten Widerstandes sicherzustellen. Das Verhältnis der Zeitintervalle T₀ZT₁ wird in eine Digitaldarstel1ung umgeformt, indem der feste und endgültige Zählstand des Zählers 22 verwendet wird. Diese Umwandlung erfordert keine genaue Taktfrequenz des Taktschaltkreises 24, da die Taktfrequenz nur während der Integrationszeit des

integrierenden Verstärkers 6 stabil sein muß. Die tatsächliche Errechnung des Wertes des unbekannten Widerstandes 4 kann durch irgendeine geeignete Einrichtung, beispielsweise durch einen Mikroprozessor,ausgeführt werden, wobei derartige Einrichtungen im Stand der Technik vorhanden s i nd .

Leerseite

Claims (3)

1. HONEYWELL INC, 11 5.1981

   Honeywell Plaza 04-4237 GE

   Minneapolis, Minn., USA Hz/Z

   Wi der stands-Meß schaltkre i s

   Patentansprüche:

   1/. W i derstands-Meßscha 11 kre i s mit einer zwischen einer konstanten Betriebsspannung und einer Bezugsspannung angeordneten Reihenschaltung aus dem zu messenden Widerstand und einem Referenzwiderstand, g e k e η η ζ e i c h η e t durch

   einen an beide Widerstände (2, 4) anschließbaren Integrator (7);

   eine Einrichtung (22, 24) zur Vorgabe einer ersten festen Zeitperiode CT₁), während der der Integrator (7) ausgehend von einem festen SchwelIwertpegel (V ) die über dem einen Widerstand (4) abfallende Spannung aufintegriert; und

   eine Einrichtung (20, 22, 24) zur Vorgabe einer zweiten veränderlichen Zeitperiode (T„) nach der ersten Zeitperiode, während der der Integrator (7) mit umgekehrtem Vorzeichen die über dem anderen Widerstand (2) abfallende Spannung bis zum Erreichen des festen Schwel Iwertpegel s (V') aufintegriert, wobei das Verhältnis beider Zeitperioden (T₁, T„) zu dem Verhältnis der beiden Widerstände (2, 4) proportional ist.
2. 2. Meßschaltkreis nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Vorgabe der ersten festen Zeitperiode (T₁) einen von einer Taktquelle (24) angesteuerten Zähler (22) aufweist, der bei Erreichen eines vorbestimmten Zählstandes zurückgestellt wird und einen , Schalter (14) betätigt, um einen ersten Eingang des Integrators (7) von der Bezugsspannung auf die Betriebsspannung umzuschalten, und daß die Einrichtung zur Vorgabe der zweiten veränderlichen Zeitperiode (T„) zusätzlich einen Vergleicher (20) aufweist, der die Ausgangsspannung des

   Ji ic /' / U

   Integrators (7) mit der Bezugsspannung vergleicht, um bei Erreichen des festen Schwellwertpegels (V ) den Zähler (22) zu stoppen,
3. 3. Meßschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch geken nzeichnet, daß ein zweiter Eingang des Integrators (7) an den gemeinsamen Schaltungspunkt beider Widerstände (2, ^) angeschlossen ist.

   k. Meßschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch geken nz e i c h η e t, daß der Schalter (14) aus einem durch den Ausgang des Zählers (22) gesteuerten Relais (12, 16, 18) besteht.