DE3202735C2

DE3202735C2 - Widerstandsbrückenschaltung mit einem Zeitteilerwiderstand

Info

Publication number: DE3202735C2
Application number: DE19823202735
Authority: DE
Inventors: Harald 7517 Waldbronn Fritz; Wolfgang 6744 Kandel Utz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-01-28
Filing date: 1982-01-28
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE3202735A1

Abstract

Ferngespeiste und nach der Zeitteilermethode fernabgleichbare Widerstandsbrückenschaltung (R ↓B), bei der zur Verminderung eines durch die Temperaturkoeffizienten der Widerstände (R ↓L) der die Brückenschaltung (R ↓B) mit einem Zeitteilerwiderstand (R ↓Z) verbindenden Leitungen bei Temperaturänderungen entstehenden Empfindlichkeitsfehlers die den Zeitteilerwiderstand (R ↓Z) dauernd mit einem Meßdiagonalpunkt der Widerstandsbrückenschaltung (R ↓B) verbindende Leitung und die Umschaltkontakte eines Umschalters (US) für den Zeitteilerwiderstand (R ↓Z) mit den Speisediagonalpunkten der Widerstandsbrückenschaltung (R ↓B) verbindenden Doppelleitung zusätzliche, nur für den Zeitteilerkreis verwendete Leitungen sind. Die Erfindung wird angewandt bei elektronischen Waagen mit einer nach dem Zeitteilerprinzip arbeitenden Auswägeeinrichtung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Widerstandsbrückenschaltung, die mindestens einen einerseits über eine Leitung mit nicht vernachlässigbarem Widerstand an einen Diagonalpunkt einer der beiden Brückendiagonalen dauernd angeschlossenen und andererseits mit den Diagonalpunkten der anderen Brückendiagonalen mittels eines mit einer periodischen Taktfrequenz eines den Abgleich der Brücke bestimmenden Tastverhältnisses betätigten Umschalters und einer Doppelleitung mit nicht vernachlässigbarem Widerstand abwechselnd verbindbaren Zeitieiierwiderstand aufweist.

Der Abgleich einer verstimmten Widerstandsbrückenschaltung nach der Zeitteilermethode beruht darauf, mindestens einem der Brückenzweige periodisch einen sogenannten Zeitteilerwiderstand parallelzuschalten. Es kommt dabei ein vom Tastverhältnis des Zu- und Abschaltens abhängiger Mittelwert des Zeitteilerwiderstandes zum Tragen. Das für den Abgleich erforderliche Tastverhältnis ist ein Maß für die ursprünglich vorhandene Brückenverstimmung. Dieser Stand der Technik ist der DE-PS 22 60 439 zu entnehmen.

In der DE-OS 28 55 482 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung offenbart, bei denen das Diagonalsignal einer Widerstandsmeßbrücke über eine vorgegebene Zeit aufintegriert und die zur darauffolgenden Abintegration des integrierten Signals mit einem Referenzsignal benötigte Zeit ein Maß für das ursprüngliche Diagonalsignal der Brücke bildet.

Als eigentür.-.üches Merkmal der bekannten Schaltung ist das Referenzsignal durch einen einem der Brückenwiderstände parallelschaUbaren "-eiteren Widerstand realisiert, dessen Wert so gewählt ist, daß sich die Polarität des Diagonalsignals ändert-wobei das Signal mit veränderter Polarität zur Abintegration dient Es handelt sich bei diesem bekannten Verfahren demnach nicht um ein Brückcnabgleichverfahren, wie es das Zeitteilerverfahren darstellt, sondern um eine Messung der Diagonalspannung einer verstimmten Brückenschaltung. Wie aus der Figur der DE-OS hervorgeht, liegen der Parallelwiderstand mit Schalter und die Integrationseinrichtung im Gegensatz zum Zeitteilerwiderstand und Schalter bei der Erfindung an dem der Widerstandsbrücke zugewandten Ende der Versorgungs- und Meßleitungen, so daß bei dem Bekannten kein beachtenswerter Einfluß dieser Leitungen auf die Messung entsteht.

In verschiedenen Anwendungsfällen derartiger Widcrstandsbrückenschallungen, beispielsweise bei elektrischen Waagen, ist es ott notwendig, die eigentliche Widerstandsbrückenschaltung entfernt von den Brückenspeise- und Abgleicheinrichtungen anzuordnen.

Es liegt aus ökonomischen Gründen nahe, die der Speisung der Widcrstandsbrückenschallung und die der Übertragung des Abgleichzustandes der Widcrstandsbrückenschallung an einen Meßverstärker dienenden Leitungen auch für den Anschluß des Zeitteilerwiderstandes an die Widerstandsbrückcnschaltung zu benutzen. Dann schlagen sich jedoch die temperaturabhängigen Widerstände dieser Leitungen ebenfalls in dem den Abgleich der Brücke herbeiführenden Tastverhältnis nieder und verfälschen dadurch ein durch die ursprüngliche Verstimmung der Brückenschaltung dargestelltes Meßergebnis.

so Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung des Zeitteilerwidcrstandes mit der Widcrstandsbrückenschaltung zu finden, die den Einfluß der Verbindungsleitungen vermindert.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer eingangs genannten Widerstandsbrückenschaltung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Maßnahmen gelöst.

Die im Anspruch 1 vorgeschlagenen Maßnahmen halbieren etwa den von den Zuleitungen des Zeitteilerwiderstandes verursachten Empfindlichkeitsfehler, der entstehen würde, wenn aus ökonomischen Gründen eine ρ der von einem Diagonalpunkt der Meßdiagonalen zu einer Eingangsklemmc des Meßverstärkers führenden

jj:.^f Leitungen gleichzeitig als Verbindung des Zeittcilerwiderstandes mit dem Mcßdiagonalpunkt der Widcrstands-

!<;' brückenschaltung und die Speiseleitungen gleichzeitig als Verbindungen der Umschaltkontakte mit der Spcise-

'': diagonalen der Widerstandsbrückenschaltung benutzt würden.

jv_; 60 Eine Fehlerverringerung um etwa zwei Größenordnungen wird erreicht, wenn auch zum Anschluß der i'j Umschaltkontakie des Umschalters für den Zcittcilcr an die Spciscdiagonale zusätzliche Leitungen vorgesehen

■' \ werden.

! Die Erfindung wird anhand von drei Figuren erläutert.

F i g. 1 stellt eine konventionelle Lösung der Verbindung einer Widerstandsbrückenschaltung mit einer Spcib5 scquelle, einem Nullverstärkcrund einer Zeitteilcreinrichiung über nur vier Leitungen dar.

F i g. 2 zeigt eine Schaltung, mit welcher der F.influß der Vcrbindungslchungcn des Zeillcilcrwiderslandcs mit der Widerstandsbrückcnschaltung reduziert werden kann.

In F i g. 3 ist eine Schaltung dargestellt, durch die der F.mpfindlichkcitsfchlcr, ilen die mit Widerstand bchaftc-

ten Zuführungsleitungen zwischen der Zeitteilereinrichtung und der Widerstandsbrückenschaltung verursachen, erheblich verringert wird.

In Fig. 1 ist eine Widerstandsbrückenschaltung Rb, die aus vier von einem Meßeffekt beeinflußten Widerständen R besteht, über mit der Einfachheit halber als gleich groß angenommenen Widerständen Rl behaftete Leitungen mit einer Speisequelle SQ und einem Nullverstärker NV verbunden. Die Speisedoppelleitung dient gleichzeitig dem Anschluß der Speisediagonalen der Brückenschaltung R_B an Umschaltkontakte eines Umschalters US einer Zeitteilereinrichtung. Der bewegliche Kontakt des Umschalters US ist mit einem Ende eines Widerstandes R/. verbunden, der im folgenden als Zeitteilerwiderstand bezeichnet wird. Das andere Ende des Zeitteilerwiderstandes Rz ist über eine der beiden zum Nullverstärker führenden Leitungsadern mit einem der Meßdiagonalp'Uikte der Widerstandsbrückenschaltung Ä/jdauernd verbunden.

Ein auf die Brückenwiderstände R einwirkender Meßeffekt ist durch Faktoren (1 + d) bzw. (1 — d) versinnbildlicht Aus Symmetriebedingungen für die verstimmte Widerstandsbrückenschaltung, die durch eine über Leitungen damit verbundene Zeitteilereinrichtung abgeglichen ist, läßt sich formelhaft folgende Beziehung herleiten:

[R_L+R_B (1 + d)

uz—-* [Rl+Rb a-d) +Rl) \\R_z

T-T_v

Dabei bedeuten Ä/.den Leitungswiderstand, Äeden Widerstand der gesamten Brücke, Äzden Z^itteilerwiderstand, (1 +d) bzw. (1— d) einen die Brückenverstimmung charakterisierenden Faktor sowie -=- bzw.

I \ I — i ι

Tastverhältnisse. Die beiden parallelen Linien deuten an, daß es sich um Parallelkombinationen von Widerständen handelt Aus der obenstehenden Gleichung läßt sich für das Tastverhältnis ζ ableiten:

¹⁵

20

In Fig.2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 bis auf die dauernde Verbindung des Zeitteilerwiderstandes Rz mit einem der Speisediagonalpunkte der Widerstandsbrükkenschaltung R_B entspricht. Diese Verbindung wird durch eine zusätzliche Leitungsader hergestellt, die ebenfalls den Widerstands wert Ri. aufweisen soll. Für diese sogenannte Fünfleiterschaltung gilt für den Abgleichzustand der verstimmten Brücke die Beziehung:

Daraus läßt sich für das Tastverhältnis ζ errechnen:

+0,5.

(2)

35

40

45

Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt die F i g. 3. Hier sind gegenüber der Schaltung nach F i g. 2 auch für den Anschluß der Umschaltkontakte des Umschalters US an die Speisediagonalpunkte der Widerstandsbrücke Rb zusätzliche Leitungen vorgesehen, welche die Widerslandswerte Ri. aufweisen. Für diese sogenannte Siebenleiterschaltung gilt im abgeglichenen Zustand der verstimmten Brückenschaltung die untenstehende Formel: so

Daraus läßt sich für das Tastverhältnis ζ errechnen:

(3)

55

Folgende Beispiele mit eingesetzten Zahlenwerten beweisen den mit den nach der Erfindung modifizierten Brückenschaltungen gegenüber der einfachen Vierleiterschaltung erzielbaren Erfolg. Es sei eine hochohmige Brücke mit folgenden Werten vorgesehen:

Rn R/ Ä;.o

- 700 Ω

- 75 kn

- 3,6 Ω Entspricht 200 m Kupferleitung I D)

- 0,14 Ω (entspricht 10 K Temperaturerhöhung)

- 0,667%o

60

₆₅

Die Gleichung (1) wird zur Errechnung eines Wertes ohne Temperaturänderung unmodifiziert übernommen. Nach Temperaturänderungen, die zu einer obenstehenden Lcitungswiderstanclsändcrung von 0,14 Ω führen, lautet die Gleichung (1):

+ 0,5.

Mit eingesetzten Zahlenwerten ergibt sich daraus:

Zo Z₀

Die Empfindlichkeit nimmt also bei 10 K Temperaturerhöhungen um 1,35%oab.

Werden die gleichen Zahlenwerte in die Gleichung (2) eingesetzt, so ergibt sich für den relativen Fehler des Tastverhältnisses:

²⁰ -^- - -0,68%o bei 10 K Temperaturerhöhung

Schließlich ergeben die gleichen Zahlenwerte in die Gleichung (3) eingesetzt einen Empfindlichkcitsfehler von:

*L· = _6,4 - 10-«

ZO

Ein zweites Zahlenbeispiel sieht folgende Werte für die beteiligter. Widerstände vor:

Rb - 62,5 Ω Rz - 6.2 kn

Rt - 3.6 Ω (entspricht 200 m Kupferleitung 1 D) ARl — 0.14 Ω (entspricht 10 K Temperaturerhöhung) 35 d - 2%o

Für diese niederohmige Brücke liefert die Gleichung (1) (Vierieiterschaliung) für den Empfindlichkeitsfehler: Die Gleichung (2) (Fünfleiterschaltung) liefert:

und die Gleichung (3) (Siebenleiterschaltung): ^L. o.077%o

50 Zo

Die Fünfleiterschaltung halbiert also die von den Zuleitungen verursachte Empfindlichkeitsänderung auf die Hälfte des Fehlers der konventionellen Vierleiterschaltung, während die Siebenleitcrschaltung eine Fchlerverringerung um etwa den Faktor 100 bringt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Widerstandsbrückenschaltung, die mindestens einen einerseits über eine Leitung mit nicht vernachlässigbarem Widerstand an einen Diagonalpunkt einer der beiden Brückendiagonalen dauernd angeschlosse- nen und andererseits mit den Diagonalpunkten der anderen Brückendiagonalen mittels eines mit einer periodischen Taktfrequenz eines den Abgleich der Brücke bestimmenden Tastverhältnisses betätigten Umschalters und einer Doppelleitung mit nicht vernachlässigbarem Widerstand abwechselnd verbindbaren Zeitteflerwiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des nicht mit dem Umschalter (US) verbundenen Endes des Zeitteilerwiderstandes (Ry) mit einem der Meßdiagonalpunktp der

ίο Brückenschaltung (Rb) eine ausschließlich diesem Zweck dienende Leitung vorgesehen ist.

2, Widerstandsbrückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch zur Verbindung der Umschaltkontakte des Umschalters (US) mit den Speisediagonalpunkten der Widerstandsbrückenschaltung (Rb) zusätzliche Leitungen vorgesehen sind.