DE3135409C2 - Transducer in bridge circuit - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertaufnehmer in Brückenschaltung, bei dem die Anschlüsse der Meßdiagonalen an Eingängen zweier Differenzverstärker liegen, deren zweite Eingänge über einen Spannungsteiler an die Brückenspeisespannung angeschlossen sind.The invention relates to a transducer in a bridge circuit, in which the connections of the Measurement diagonals are at the inputs of two differential amplifiers, the second inputs of which are via a voltage divider are connected to the bridge supply voltage.
In der DE-OS 28 56 285 ist ein Meßwertaufnehmer in Brückenschaltung beschrieben, bei dem die Anschlüsse der Meßdiagonalen an Eingängen von zwei Differenzverstärkern liegen. Zweite Eingänge der Differenzverstärker sind über einen Spannungsteiler mit der Speisespannung der Brückenschaltung verbunden. Bei dieser bekannten Schaltung werden die Ausgänge der beiden Differenzverstärker, die zusammen eine Ausgangsspannung liefern, über Widerstände an diejenigen Eingänge der Differenzverstärker zurückgeführt, die auch am Spannungsteiler für die Speisespannung der Brückenschaltung liegen. Mit dieser bekannten Schaltung wird ein Nullabgleich der Brückenschaltung erzielt sowie deren Eichung ermöglicht.In DE-OS 28 56 285 a transducer in a bridge circuit is described in which the connections of the measuring diagonals are at the inputs of two differential amplifiers. Second inputs of the differential amplifier are connected to the supply voltage of the bridge circuit via a voltage divider. at In this known circuit, the outputs of the two differential amplifiers, which together produce an output voltage supply, fed back via resistors to those inputs of the differential amplifier that also lie on the voltage divider for the supply voltage of the bridge circuit. With this known circuit a zero balance of the bridge circuit is achieved and its calibration is enabled.
Aus der DE-OS 27 48 053 ist ein elektronischer Gleichstromverstärker bekannt, bei dem eine Brückenschaltung von Widerständen über zwei Differenzverstärker von einer Speisespannung gespeist wird. Die Speisediagonale der Brückenschaltung ist dabei an die Ausgänge der beiden Differenzverstärker angeschlossen. An je einem der beiden Eingänge der Differenzverstärker liegt die Speisespannung. Ein zweiter Eingang eines der beiden Differenzverstärker ist an den gleichen Speisediagonalpunkt der Brückenschaltung angeschlossen wie der zugehörige Verstärkerausgang. Beim ί anderen Differenzverstärker liegt der zweite Eingang an einem Meßdiagonalpunkt der Brückenschaltung. Außerdem ist ein dritter Differenzverstärker vorgesehen, dessen einer Eingang an dem zweiten der beiden Meßdiagonalpunkte der Brückenschaltung liegt undFrom DE-OS 27 48 053 an electronic direct current amplifier is known in which a bridge circuit is fed by resistors via two differential amplifiers from a supply voltage. the The feed diagonal of the bridge circuit is connected to the outputs of the two differential amplifiers. The supply voltage is applied to each of the two inputs of the differential amplifier. A second entrance one of the two differential amplifiers is connected to the same diagonal feed point of the bridge circuit like the corresponding amplifier output. The ί other differential amplifier has the second input at a measurement diagonal point of the bridge circuit. A third differential amplifier is also provided, one input of which is at the second of the two measurement diagonal points of the bridge circuit and
id dessen Ausgang die Meßspannung liefert.id whose output supplies the measuring voltage.
Jeder der drei Differenzverstärker dient dabei einem anderen Zweck. Der in der Figur der Offenlegungsschrift mit IC 1 bezeichnete Differenzverstärker soll den Einfluß einer Verbindungsleitung zwischen einem derEach of the three differential amplifiers serves one other purpose. The differential amplifier denoted by IC 1 in the figure of the laid-open specification is intended to be the Influence of a connecting line between one of the
i") Speisediagonalanschlüsse und einem anderen Schaltpunkt kompensieren. Der zweite Differenzverstärker soll eine automatische Nullpunkteinstellung bewirken, und der dritte Differenzverstärker dient der Verstärkung der Ausgangsspannung der Brückenschaltung.i ") diagonal feed connections and another switching point compensate. The second differential amplifier should cause an automatic zero point adjustment, and the third differential amplifier is used to amplify the output voltage of the bridge circuit.
Wenn auch die Aufgabe des zweiten Differenzverstärkers eventuell mit der Aufgabe verglichen werden kann, die der Erfindung zugrunde liegt, so gleicht doch die Schaltung dieses Differenzverstärkers nicht der Schaltung der Erfindung.Even if the task of the second differential amplifier can possibly be compared with the task, on which the invention is based, the circuit of this differential amplifier is not the same as the circuit the invention.
r> Bei der Messung von Brennstoffeinspritzdrücken bei Dieselbrennkraftmaschinen durch Abgreifen der Umfangsdehnung der Einspritzleitung mit Dehnungsmeßstreifen sind den Nutzsignalen erhebliche Störsignaie überlagert. Bei einer relativen Dehnung von ungefährr> When measuring fuel injection pressures in diesel internal combustion engines by tapping the circumferential expansion the injection line with strain gauges, the useful signals are significant interfering signals superimposed. At a relative elongation of approximately
so 10~5 durch das Nutzsignal trecen aufgrund von Vibrationen, die Biegeschwingungen sind, Störsignale bis etwa zum hundertfachen Nutzsignal auf.So 10 ~ 5 through the useful signal occur due to vibrations, which are bending oscillations, interference signals up to about a hundred times the useful signal.
Die auf Rohrbiegungen zurückgehenden Dehnungen können allerdings im Gegensatz zu den Nutzsignalen,However, in contrast to the useful signals, the expansions resulting from pipe bends can
i"> die gleichphasig auftreten, gegenphasig abgegriffen werden, indem Dehnungsmeßstreifen sowohl auf der durch die Biegung entstehenden Dehnungszone als auch auf die Stauchzone aufgebracht werden. Bei Brückenschaltungen ist es nun bekannt, durch Anordnen deri "> that occur in phase can be tapped in phase opposition by using strain gauges on both the The expansion zone created by the bending as well as the compression zone can be applied. With bridge circuits it is now known by arranging the
■»<> meßwertempfindlichen Widerstände in einander gegenüberliegenden Brückenzweigen je! gleichphasigen Signalen eine Verdoppelung des Meßeffekts zu erreichen. Genauso kann durch die gleiche Anordnung für gegenphasige Signale eine gegenseitige Auslö-■ »<> measured value-sensitive resistors in opposite one another Bridge branches ever! in-phase signals to a doubling of the measuring effect reach. In the same way, the same arrangement for signals in phase opposition can cause mutual tripping.
4Ί schung erzielt werden. Versuche ergaben jedoch, daß mit dieser Methode eine wirkungsvolle Verringerung der Störsignale nicht zu erzielen war. Eine eingehende Untersuchung der für die Meßdiagonalspannung an einer Brückenschaltung abzuleitenden Gleichung ergab4Ί research can be achieved. However, experiments showed that an effective reduction of the interfering signals could not be achieved with this method. An in-depth Investigation of the equation to be derived for the measurement diagonal voltage at a bridge circuit resulted
ίο daß für eine nicht genau abgeglichene Brückenschaltung immer noch ein Anteil des gegenphasigen Slörsignals auftritt, der allerdings multipliziert ist mit einem die Grundverstimmung der Brücke charakterisierenden Faktor. Auch wenn dieser Faktor sehr viel kleiner alsίο that for a bridge circuit that is not exactly balanced there is still a proportion of the anti-phase signal, which is, however, multiplied by a die Fundamental misunderstanding of the bridge characterizing factor. Even if this factor is much smaller than
V) Eins gemacht werden kann, schlagen die Stösignale, die im Beispiel hundertmal größer waren als das Nutzsignal, immer noch durch. Es muß deshalb versucht werden, den Grundverstimmungsfaktor sehr klein zu halten. Es wäre möglich, dies durch Verwendung von hochpräzi-V) One thing can be done, the perturbations hit that in the example were a hundred times larger than the useful signal, still through. It must therefore be tried to keep the basic detuning factor very small. It would be possible to do this by using high-precision
wi sen Widerständen und deren Temperaturkompensation zu erreichen. Der dafür notwendige Aufwand wäre jedoch nicht tragbar.know resistances and their temperature compensation to reach. However, the effort required for this would not be acceptable.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht also darin, den Grundverstimmungsfaktor durch andereThe object on which the invention is based is thus to remove the fundamental detuning factor from others
μ Mittel als die der Verwendung entsprechend teurer Bauteile und einer Temperaturkompensation so klein zu machen, daO eine Störung des Nut?signals durch gegenphasige Störsignale nicht mehr eintritt.μ Means more expensive than those of use To make components and temperature compensation so small that the groove signal is disturbed anti-phase interference no longer occurs.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing feature of claim 1.
Auf diese Weise werden die Potentiale der Endpunkte der Meßdiagonalen mit Hilfe der Differenzverstärker für Verstimmungen mit einer Änderungsgeschwindigkeit, die kleiner als die Änderungsgeschwindigkeit der Meßsignale ist, elektronisch auf bestmöglichen Brükkenabgleich geregeltIn this way, the potentials of the end points of the measuring diagonals are determined with the aid of the differential amplifiers for detunings with a rate of change that is smaller than the rate of change of the Measurement signals are electronically regulated for the best possible bridge adjustment
Zweckmäßig sind die den Ausgang und den einen Eingang der Differenzverstärker mit einem der Endpunkte der Meßdiagonalen verbindenden Widerstände erheblich größer als die Nennwiderstände der Dehnungsmeßstreifen in einem Brückenzweig.The output and one input of the differential amplifier with one of the Endpoints of the measuring diagonals connecting resistances considerably greater than the nominal resistances of the Strain gauges in a bridge branch.
Die .Zeitkonstante der Kombination des den einen Eingang eines der Differenzverstärker mit einem Endpunkt der Meßdiagonaien verbindenden Widerstandes mit dem diesen Eingang mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbindenden Kondensator ist ebenso erheblich größer als die Zeitdauer des zu messenden Nutzsignals.The .Zeitkonstante de r combination of the one input of one of the differential amplifiers with an end point of the measuring diagrams connecting resistor with the capacitor connecting this input to the output of the differential amplifier is also significantly greater than the duration of the useful signal to be measured.
Die Erfindung wird anhand von zwei Figuren erläutert. F i g. 1 stellt einen Meßwertaufnehmer in Brückenschaltung dan bei dem die verschiedenen Einflüsse als zusätzliche Widerstände in ien mit Dehnungsmeßstreifen ausgerüsteten Brückenzweigen : versinnbildlicht sind.The invention is explained with the aid of two figures. F i g. 1 represents a transducer in Bridge circuit in which the various influences as additional resistances in ien with Bridge branches equipped with strain gauges: are symbolized.
In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Blockschaltbild dargestelltIn Fig. 2 shows an exemplary embodiment of the invention as a block diagram
In Fig. 1 ist eine schematische Brückenschaltung dargestellt, in der in zwei einander gegenüberliegenden : Brückenzweigen, dem rechten oberen und dem linken unteren Brückenzweig, Dehnungsmeßstreifen als Brükkenwiderstände verwendet sind. Die Dehnungsmeßstreifen sind zur näheren Betrachtung der möglichen Einflüsse unterteilt in den Wert des Nennwiderstandes j Ro, in den Wert einer Grundverstimmung K ■ Ro, den Wert einer Verstimmung AR, die den Meßeffekt darstellt, und in einen Einfluß ±S ■ AR, der die auf die Dehnungsmeßstreifen einwirkenden dynamischen Störungen, z. B. Vibrationen und Biegeschwingungen, symbolisiert Die beiden anderen gegenüberliegenden Brückenzweige enthalten Festwiderstände vom Wert Ra des Nennwertes der Dehnungsmeßstreifen. Die Meßdiagonale ist durch einen Spannungsmesser V gekennzeichnet, der das Meßsignal anzeigen kann. Die Speisediagonale wird von einer Energiequelle E gespeist.1 shows a schematic bridge circuit in which two opposing bridge branches, the upper right and lower left bridge branches, use strain gauges as bridge resistances. For a closer look at the possible influences, the strain gauges are divided into the value of the nominal resistance j Ro, the value of a basic detuning K ■ Ro, the value of a detuning AR, which represents the measuring effect, and an influence ± S ■ AR, which causes the the strain gauges acting dynamic disturbances, z. B. Vibrations and flexural oscillations, symbolized The other two opposite bridge branches contain fixed resistances of the value Ra of the nominal value of the strain gauges. The measuring diagonal is marked by a voltmeter V, which can display the measuring signal. The food diagonal is fed by an energy source E.
Zur Unterdrückung von auf Meßwertaufnehmer einwirkenden Störungen werden oft derartige Brückenschaltungen eingesetzt. Bei einer ohne die Einwirkung eines Meßeffektes exakt abgestimmten Wheatston.eschen Brücke, bei der also K=O ist, bleiben bekanntlich bei ausreichend kleinen Auslenkungen der in gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordneten Meßelemente gegenphasige Störgrößen (Vibrationen, Biegeschwingungen) ohne Einfluß auf die Spannung in der Brückendiagonalen. Ist jedoch der Störspannungsfaktor 5 erheblich größer als der Meßeff-kt, so schlagen Störspannungen auf das Netzsignal CR'rch. Dies kann durch die folgende mathematische Ableitung gezeigt werden.Bridge circuits of this type are often used to suppress disturbances acting on the transducers. In the case of a Wheatstone bridge that is precisely matched without the influence of a measuring effect, i.e. where K = O, it is known that if the deflections of the measuring elements arranged in opposite bridge branches are sufficiently small, interference variables (vibrations, flexural oscillations) in opposite phase remain without any influence on the tension in the bridge diagonal. If, however, the interference voltage factor 5 is considerably greater than the Meßeff-kt, interference voltages impact the network signal CR'rch. This can be shown by the following mathematical derivation.
In der Fig. 1 ist mit K-R0 der Einfluß der Vorverstimmung der Brücke z. B. durch Widerstandstoleranzer, und Temperaturdrift angesetzt. Zur Vereinfachung des Rechenganges wurde eine symmetrische Vorverstimmung in den beiden miteinander korrespondierenden Brückenzweigen angenommen. Weiter wurde der Vorverstimmungsfaktor K als sehr viel kleiner als Eins angenommen. Für die an der Meßdiagonalen anfallende Spannung kann aus der F i g. 1 folgende Beziehung abgeleitet werden:In Fig. 1 the influence of the pre-detuning of the bridge is z with KR 0th B. set by resistance tolerances, and temperature drift. To simplify the calculation, a symmetrical pre-detuning was assumed in the two corresponding bridge branches. Furthermore, the pre-detuning factor K was assumed to be very much smaller than one. For the voltage occurring on the measuring diagonal, FIG. 1 the following relationship can be derived:
(■(■
R0+ (X+S) AR+ KR0 R 0 + (X + S) AR + KR 0
(X-S)AR + ^ 2Ro+(X+S)AR + KRo(X-S) AR + ^ 2Ro + (X + S) AR + KRo
Eine Umformung mit der NäherungA transformation with the approximation
1 -K 1 -K
und Vernachlässigung der Terme höherer Ordnung für Λ' und Λ R ergibt folgende einfache Beziehung:and neglecting the higher order terms for Λ 'and Λ R results in the following simple relationship:
U ---- -j L\na„(A R+ K[R0-SA R])U ---- -j L \ na "(A R + K [R 0 -SA R])
Für K = O sieht man, da? die Störungen 5 ■ AR ohne Einfluß bleiben (siehe oben). Da im vorliegenden Fall nur dynamische Größen gemessen werden, kann für weitere Betrachtung der Term K ■ R0 außer acht -,-, bleiben, da es sich hier um einen konstanten bzw. nur langsam veränderlichen Fehlereinfluß handelt. Fordert man. daß der Einfluß der Störungen gering bleiben soll, muß demnach gelten:For K = O you can see that? the disturbances 5 ■ AR remain without influence (see above). Since only dynamic quantities are measured in the present case, the term K · R 0 can be disregarded for further consideration -, -, since this is a constant or only slowly changing error influence. One demands. that the influence of the disturbances should remain small, must therefore apply:
AR>K■S■AR n" AR> K ■ S ■ AR n "
und deshalb
K ■ S< 1 and therefore
K ■ S < 1
Mit den anfangs genannten Bedingungen (S= 100) *■-, und 1 % Widerstandstoleranz (K = I °/o) ergibt sich somit schon ein Fehlereinfluß von 100%, bezogen auf den wahren Meßwert J/?.With the conditions mentioned at the beginning (S = 100) * ■ -, and 1% resistance tolerance (K = I ° / o), there is already an error influence of 100%, based on the true measured value J /?.
Die in der Fig. 2 dargestellte Erfindung zeigt nun einen Weg, wie der Fehlereinfluß ohne extrem genaue Brückenwiderstände und Kompensation deren Temperaturganges erheblich verringert werden kann. Die Grundschaltung entspricht der Schaltung nach der Fig. 1. Die Dehnungsmeßstreifen sind der Einfachheit halber nicht mehr in verschiedene Komponenten unterteilt. Am linken Endpunkt der Meßdiagonalen liegt über einen Widerstand R? einer der beiden Eingänge eines Differenzverstärkers V1, dessen Ausgang über einen Widerstand R\ am gleichen Endpunkt der Meßdiagonalen liegt. Der erwähnte Eingang des Differenzverstärkers und dessen Ausgang sind durch einen Kondensator Cüberbrückt. Eine genau symmetrische Anordnung liegt am rechten Endpunkt der MeCdiagonalen des Meßwertaufnehmers. Der rechte Differenzverstärker ist mit V2 bezeichnet. Die beiden noch übrigen Eingänge der beiden Differenzverstärker Vi und V2 liegen beide am Abgriff A eines Spannungsteilers aus zwei Widerständen /?Oi und R02. Beide Widerstände entsp-echen also den Widerständen zweier benachbarter Brückenzweige. Die Speisediagonale liegt an einer Energiequelle £ die eine Speisespannung Us liefert. An den Endpunkten der Meßdiagonalen des in Brückenschaltung geschalteten Meßwertaufnehmers kann ein Meßverstärker oder ein anderes Auswertegerät angeschlossen sein.The invention shown in FIG. 2 now shows a way in which the influence of errors can be considerably reduced without extremely precise bridge resistances and compensation for their temperature response. The basic circuit corresponds to the circuit according to FIG. 1. For the sake of simplicity, the strain gauges are no longer divided into different components. At the left end point of the measuring diagonal there is a resistor R? one of the two inputs of a differential amplifier V 1 , the output of which is at the same end point of the measuring diagonal via a resistor R \. The mentioned input of the differential amplifier and its output are bridged by a capacitor C. An exactly symmetrical arrangement is at the right end point of the MeC diagonal of the transducer. The right differential amplifier is labeled V 2. The two remaining inputs of the two differential amplifiers Vi and V 2 are both at tap A of a voltage divider made up of two resistors /? O i and R 02 . Both resistances therefore correspond to the resistances of two neighboring bridge branches. The food diagonal is connected to an energy source £ which supplies a supply voltage Us. A measuring amplifier or another evaluation device can be connected to the end points of the measuring diagonals of the measuring transducer connected in the bridge circuit.
Die Wirkungsweise der Schaltune nach F i p. 7 hpnihtThe mode of operation of the Schaltune according to F i p. 7 hpniht
darauf, daß eine statische Brückenverstimmiing über die Differenzverstärker V, und V2 kompensiert wird. Die beiden Endpunkte der Meßdiagonalen werden also auf gleiches Potential gebracht. Schnellere, d. h. mit der Änderungsgeschwindigkeit des Niitzsignals verlaufende Verstimmungen, werden infolge der Entkopplung der Verstärker Vi und V2 für derartige Signale durch die Widerstände R\ und /?2 und die Kondensatoren Γ nicht ausgeregelt. Mit Hilfe dieser Schaltung wird also der Vorverstimmungsfaktor K so klein gemacht, daß der Anteil der gegenphasigen Störeinfliisse ±S ■ AR praktisch verschwindet.ensure that a static bridge detuning is compensated for via the differential amplifiers V 1 and V 2. The two end points of the measuring diagonals are therefore brought to the same potential. Faster detunings, ie detunings that run at the rate of change of the Niitz signal, are not corrected for such signals by the resistors R \ and /? 2 and the capacitors Γ due to the decoupling of the amplifiers Vi and V 2. With the help of this circuit, the pre-detuning factor K is made so small that the portion of the anti-phase interference ± S AR practically disappears.
Als Differenzverstärker V'i und \': eignen sich besonders intern kompensierte, integrierte Schaltungen mit geringer Offsetspannung. Als nachgeschalteter Meßverstärker eignet sich ein Differen/.verstärker. der direkt angekoppelt werden kann, weil die statische Offsetspannung in der Brückendiagonalen ausgeregelt wird. Widerstandswerte für R\ sind /weckmäßig zwanzigmal größer und Widerstandswerte für Ri fünfzigmal größer als die Nennwerte der Brückenwiderstände R0ZU wählen.Internally compensated, integrated circuits with a low offset voltage are particularly suitable as differential amplifiers V'i and \ ' : A differential amplifier is suitable as a downstream measuring amplifier. which can be coupled directly because the static offset voltage is regulated in the bridge diagonal. Resistance values for R \ are / wake-wise twenty times greater and resistance values for Ri fifty times greater than the nominal values of the bridge resistances R 0 ZU .
Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings
Claims (3)
und daß die an die Brückenmeßdiagonalanschlüsse angeschlossenen Eingänge der Differenzverstärker (Vi. V2) mii deren Ausgängen über Kondensatoren (C) verbunden sind.that each Meßdiagonalanschluß (2 R) (x V or V 2) with one of the inputs via a resistor (R x) to the output of the differential amplifier via a resistor is connected, the other input to the for both amplifiers (V x and V 2 ) the same tap (A) of the voltage divider (Ra \, Roi) lies, the division ratio of the voltage divider (Rq x , Rpi) corresponding to the division ratio of the resistances of the bridge branches including a measuring diagonal connection,
and that the inputs of the differential amplifiers (Vi. V 2 ) connected to the bridge measuring diagonal connections are connected to their outputs via capacitors (C).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19813135409 DE3135409C2 (en) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | Transducer in bridge circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19813135409 DE3135409C2 (en) | 1981-09-07 | 1981-09-07 | Transducer in bridge circuit |
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| DE3135409A1 DE3135409A1 (en) | 1983-04-07 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
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-
1981
- 1981-09-07 DE DE19813135409 patent/DE3135409C2/en not_active Expired
Also Published As
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |