DE3123265A1

DE3123265A1 - Anordnung und verfahren zum messen von widerstaenden

Info

Publication number: DE3123265A1
Application number: DE19813123265
Authority: DE
Inventors: Neil Andrew Birmingham West Midlands Cooper
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1980-06-13
Filing date: 1981-06-12
Publication date: 1982-08-19
Also published as: JPS5724865A; US4413917A

Description

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LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham, B 19 2ΧΪ, England . "

Anordnung und Verfahren zum Messen von Widerständen«

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen von Widerständen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, auf eine Verwendung dieser Anordnung sowie auf ein Verfahren zum Messen von Widerständen.

Bei den bekannten Anordnungen und Verfahren dieser Art bewirken Widerstandsänderungen der an den Sensor angeschlossenen Leitungen einen Fehler in der Messung. Um die Widerstandsänderungen kompensieren zu können, ist bereits vorgeschlagen worden, ein Ende des Sensors über eine dritte Leitung mit der Widerstands-Messvorrichtung zu verbinden. Diese dritte Leitung hat einen anderen Widerstandswert als die beiden anderen Leitungen. Hierdurch wird jedoch keine vollständige Kompensation von Änderungen der Widerstandswerte der Leitungen erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Anordnung und des bekannten Verfahrens zum Messen von Widerständen zu vermeiden und diese Anordnung und das Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die durch Widerstandsänderung der Leitungen verursachten Fehler geringer sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.

Aufgrund der dritten Leitung und des Schalters ist es möglich, die Widerstandswerte der Leitungen rechnerisch zu ermitteln, so daß der Fehler aufgrund Widerstandsänderungen der Leitungen reduziert wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ercibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2. Diese Anordnung ermöglicht bei geringem Aufwand eine Umsetzung der Widerstandswerte in Spannungswerte und schließlich wieder in Widerstandswerte.

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Weitere Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das eine Anordnung zur Temperaturmessung zeigt und in der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben ist, näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild der Anordnung zur Temperaturmessung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, hat die Anordnung eine Spannungsversorgungsschiene Io, die sich auf einer Spannung Vi befindet und über eine erste Leitung 12 mit einem Widerstandswert r an ein Ende eines als Sensor 14 ausgebildeten Platin-Widerstands-Temperaturfühlers (Rosemount, Typ lo2EC 2BC) mit dem Widerstandswert Rt angeschlossen ist. Das andere Ende dieses Sensors 14 ist über eine zweite Leitung 16 mit dem Widerstandswert r an einen Schaltkontakt 18 und über eine dritte Leitung 2o mit einem Widerstandswert kr an einen Schaltkontakt 22 angeschlossen. Diese drei Leitungen 12, 16 und 2o sind aus demselben Material gefertigt, so daß sie identische Temperaturkoeffizienten haben. Der Wert von k ist eine nichtgerade Zahl, z.B. drei.

Die Schaltkontakte 18 und 22 können wahlweise mittels einer Schaltzunge 24a eines Schalters, der als Relais 24 ausgebildet ist, an einen invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers Al (Analogue Devices Inc., Typ AD 517S) gelegt werden. Der nicht invertierende Eingang ist über einen Widerstand R3 mit der Spannungsversorgungsschiene Io und über einen Widerstand R4 mit dem Nullpotential OV verbunden. Diese Widerstände R3 und R4 arbeiten als Spannungsteiler. Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers Al und seinem nicht invertierenden Eingang ist ein Rückkopplungswiderstand R2 vorgesehen. Diese Widerstände R2, R3 und R4 sind Präzisionswiderstände (Vishay, Typ SIo2C).

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Der Ausgang des Operationsverstärkers Al ist weiterhin an don Klnqniui olnu» HnLtI crworth-Fi ltoro 26 sr.woitr»r Ordnung mit Verstärkungswert 1 angeschlossen, das eine Abschneidefrequenz von fünf Hz hat und dessen Ausgang an den Eingang eines A/D-Wandlers 28 angeschlossen ist. Der Ausgang dieses A/D-Wandlers 28 ist an den Eingang eines Rechners 3o angelegt, der wiederum das Relais 24 steuert. Der Operationsverstärker Al bildet zusammen mit dem Filter 26, dem A/D-Wandler 28, dem Rechner 3o und den Widerständen R2, R3 und R4 die Messvorrichtung.

Wenn sich die Sehaltzunge 24a in der eingezeichneten Schaltstellung befindet, hat die Ausgangsspannung Vo des Filters 26 den folgenden Wert:

ν«- vi * £2 f l - ^R4 Si R4 ) _m Vo - -Vi _R1 J/ (R3+R4) " R2 * (R3+R4)] ^K±)

Dabei ist Rl = Rt + 2 r, R2, R3 und R4 sind jeweils die Widerstandswerte der Widerstände R2, R3 und R4.

Die Widerstandswerte dieser Widerstände R2, R3 und R4 sollten so gewählt werden, daß die Spannung Vo für den gesamten, '' mittels des Sensors 14 zu messenden Temperaturbereich innerhalb der Arbeitsspannung der Anordnung liegt.

Im folgenden wird die Berechnung der mittels des Sensors gemessenen Temperatur erläutert.

Befindet sich die Schaltzunge 24a im ersten Schaltzustand, liegt also die Spannung Vi über die erste Leitung 12, die zweite Leitung 16 und den Sensor 14 am Operationsverstärker Al an, so ergibt sich folgendes:

^vi {^λ - iRifen-} · ^R2

Rl = (2)

T₇- · R4 „

^Vl (R3+R4) * ^VO

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B et ο ο β·

Dabei ist Rl = Rt + r + r, und Vo = der Ausgangsspannung am Filter 26.

Befindet sich die Schaltzunge 24a jedoch in ihrer zweiten Schaltstellung, liegt also die Spannung Vi über die erste Leitung 12, die dritte Leitung 2o und den Sensor 14 an, so ergibt sich folgendes:

^v* ■ {Ί - ]' ^R2
Rl¹ = — (3)

^Vi *

Dabei ist Rl* = Rt + r + kr und Vo¹ die Ausgangsspannung am Filter, 26.

Dann wird der Wert von Rt wie folgt berechnet:

r = (Rl¹ - Rl) / (k - 1) (4)

und Rt = (Rl - 2 r) (5)

Die Temperatur kann nun anhand der folgenden Formel ermittelt werden, die die Temperatur T mit dem Widerstandswert Rt des Sensors 14 verknüpft:

Rt-- 136 (1 + Ο.ΟΟ3925 { T - 1.45 i|=il - B i^il ίΐή j )

■■'■:■ ... (6)

Dabei ist B = o.l für Temperaturen unterhalb 0° C und B = ο.ο für Temperaturen oberhalb O C.

Der Computer 3o ist so programmiert, daß er die Rechnungen nach den Gleichungen (2) bis (6) ausführen kann und somit die Temperatur aus dem Widerstandswert Rt des Sensors 14 errechnet.

Dabei wird davon ausgegangen, daß der Widerstand der Leitungen 12, 16 und 2o mit einer Genauigkeit von £ o,25 Ohm errechnet

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werden kann, so daß der Fehler aufgrund von Veränderungen der Leitungswiderstände praktisch eliminiert ist.

Claims

Ansprüche

1. /Anordnung zum Messen von Widerständen mit einem Sensor vari-

^ ierenden Widerstandswerts, einer ersten an das eine Ende des Sensors angeschlossenen Leitung und einer zweiten, an das andere'Ende des Sensors angeschlossenen Leitung sowie einer Widerstands-Messvorrichtung, <

gekennzeichnet durch

- eine dritte, ebenfalls an das andere Ende des Sensors (14) angeschlossene Leitung (2o), die einen anderen Widerstandswert aufweist als die zweite Leitung (16), und

- durch einen Schalter (18 bis 24a), der in seinem ersten Schaltzustand den Sensor (14) über die erste und zweite Leitung (12, 16) und der in seinem zweiten Schaltzustand den Sensor (14) über die erste und die dritte Leitung (12, 2o) mit der Widerstands-Messvorrichtung (Ιο,ΑΙ) verbindet.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmessvorrichtung (Ιο,ΑΙ) Mittel zum Erzeugen eines ersten Spannungswertes, der der Summe der Widerstandswerte von Sensor (14), der ersten und der zweiten Leitung (12, 16), wenn sich der Schalter (18;bis 24a) in seinem ersten Schaltzustand befindet, entspricht und für einen zweiten Spannungswert aufweist, der der Summe der Widerstandswerte des Sensors (14), der ersten und der dritten Leitung (12, 2o) entspricht, wenn sich der Schalter (18 bis 24a) in seinem zweiten Schaltzustand befindet.

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3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Messvorrichtung einen Operationsverstärker (Al) mit einem Ausgang, einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang aufweist, dessen Ausgang über einen Widerstand (R2) mit dem invertierenden Eingang verbunden ist/ dessen invertierender Eingang über die erste Leitung (12), den Sensor (14) und wahlweise in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schalters (18 bis 24a) über die zweite (16) oder dritte (2o) Leitung mit einer Spannungsversorgungsschiene ^νϊ1ο) verbunden ist und dessen nicht invertierender Eingang!über einen Spannungsteiler mit der Spannungsversorgungsschiene (lo) verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Tiefpaßfilter (26), dessen Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (Al) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Temperaturmessanordnung.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

sie Mittel (A/D-Wandler 28 und Rechjiex_-3G4-ziiSLUmsetzen^ ^ der mit dem Sensor (14) aus dem ersten und dem zweiten Spannungswert sich ergebenden Werte in einen Temperaturwert aufweist.

7. Verfahren zum Messen eines Widerstandes unter Verwendung eines Sensors, dessen Widerstand sich ändert, dessen eines Ende über eine erste Leitung und dessen anderes Ende über eine zweite Leitung angeschlossen ist und unter Verwendung einer Widerstands-Messvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß man 1. den Gesamtwiderstand von Sensor, erster und zweiter Leitung und 2. den Gesamtwiderstand von Sensor, erster und dritter Leitung mißt, und daß der Widerstand des Sensors aus diesen beiden gemessenen Gesamtwiderstandswerten ermittelt wird.

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