DE3206192A1

DE3206192A1 - Method and device for automatic null correction in measuring devices

Info

Publication number: DE3206192A1
Application number: DE19823206192
Authority: DE
Inventors: Ortwin Dipl.-Ing. 6095 Gustavsburg Pichl; Martin Dipl.-Ing. 6109 Mühltal Schoof
Original assignee: Pichl & Schulte Datron Elect
Current assignee: Pichl & Schulte Datron Elect
Priority date: 1982-02-20
Filing date: 1982-02-20
Publication date: 1983-09-01

Abstract

Method and device for automatic null correction in measuring devices with passive measurement pick-ups which are followed by direct-voltage amplifiers. The direct feed voltage of the measurement pick-up is periodically disconnected and the resultant output signal of the measuring device is fed back to one of the inputs of the measurement amplifier for correcting the null. The correction signal is dropped across an integrator connected to the output of the measurement amplifier in the calibration phase, the integrated correction signal of which integrator is maintained for also shifting the null of the measurement amplifier during the measuring phase. During the calibration phase, the output of the measuring device is disconnected and keeps the measurement signal available by means of a memory.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Nullpunkt-Method and device for automatic zero point

korrektur bei Meßeinrichtungen Stand der Technik Es ist bekannt, bei Meßeinrichtungen, die beispielsweise mit einem passiven Meßaufnehmer arbeiten, diesen einen Verstärker nachzuschalten, um das Ausgangssignal in seinem Pegel soweit anzuheben, daß es etwa für Regel- oder Anzeige zwecke verwendbar ist.Correction in measuring devices Prior art It is known in Measuring devices that work, for example, with a passive measuring transducer, this one to connect an amplifier afterwards to raise the level of the output signal to such an extent that that it can be used for control or display purposes.

Arbeitet eine Meßeinrichtung beispielsweise mit Meßaufnehmern, die auf der Basis von Widerstands-Brückenschaltungen konzipiert sind, diese also entweder enthalten oder selbst Widerstands-Brtickenschaltungenwsind, dann ist grundsätzlich die über der Brückendiagonalen abfallende Meßspannung sehr klein gegenüber der Brückenspeisespannung. Andererseits sind einer Erhöhung der Speisespannung Grenzen gesetzt, beispielsweise durch die maximale Verlustleistung der Brücke und die Größe der zur Verfügung stehenden Speise spannungen.If a measuring device works, for example, with sensors that are designed on the basis of resistor bridge circuits, so either contained or even resistor bridgesw are, then is fundamental the over the Measuring voltage dropping across the bridge diagonals is very small compared to the bridge supply voltage. On the other hand, there is an increase in the supply voltage Limits are set, for example by the maximum power dissipation of the bridge and the size of the available supply voltages.

Zur Verstärkung solcher sehr kleinen, normalerweise im mV-Bereich liegenden Meßsignale der passiven Meßaufnehmer sind daher Verstärker mit großen Verstärkungsfaktoren erforderlich.To amplify such very small ones, usually in the mV range lying measurement signals of the passive transducers are therefore amplifiers with large Reinforcement factors required.

Hierdurch ergibt sich aber der Nachteil, daß Störspannungen oder parasitäre Spannungen von dem Verstärker in gleicher Weise mitverstärkt werden, wobei insbesondere auch die Verstärkereigenschaften verfälschend in das Meßergebnis noch eingehen können.However, this results in the disadvantage that interference voltages or parasitic Voltages are also amplified by the amplifier in the same way, in particular the amplifier properties can also falsify the measurement result.

Hierdurch ergeben sich bekannte Forderungen, die hauptsächlich darin bestehen, daß erstens der Verstärker in seinem Verstärkungsfaktor stabil sein muß, daß zweitens keine Nullpunktdrift vorhanden sein darf und daß drittens das Meßergebnis nicht durch Thermospannungen oder sonstige parasitäre Spannungen verfälscht werden darf.This results in known requirements, which are mainly contained therein insist that, firstly, the amplifier must be stable in its gain factor, Secondly, there must be no zero point drift and, thirdly, the measurement result are not falsified by thermal voltages or other parasitic voltages allowed.

Es gelingt, den an zweiter und dritter Stelle bezeichneten Forderungen dadurch zu entsprechen, daß man den beispielsweise als Meßbrücke ausgebildeten passiven Meßaufnehmer mit einer sinus-oder rechteckförmigen Wechselspannung speist, das Meßsignal anschließend mit Wechselspannungsverstärkern verstärkt und daraufhin gleichrichtet. Dies hat aber den Nachteil, daß die dafür benötigten Wechselspannungsverstärker gegenüber Gleichspannungs -verstärkern wesentlich aufwendiger im Aufbau sind.It succeeds in meeting the demands identified in the second and third places to correspond to the fact that one trained for example as a measuring bridge passive The measuring signal is fed to the measuring sensor with a sinusoidal or square-wave alternating voltage then amplified with AC voltage amplifiers and then rectified. However, this has the disadvantage that the AC voltage amplifier required for this Compared to DC voltage amplifiers, they are much more complex in construction.

Es ist ferner bekannt, bei mit Gleichspannung gespeisten Meßbrücken das Meßsignal durch Zerhacker in ein Wechselspannungssignal umzuwandeln, dieses dann zu verstärken und anschließend wieder gleichzurichten (Chopperverstärker). Hierdurch läßt sich beispielsweise die Nullpunkt drift des Verstärkers sehr klein halten.It is also known for measuring bridges fed with direct voltage to convert the measurement signal into an alternating voltage signal by means of a chopper, this then to amplify and then to rectify again (chopper amplifier). In this way, for example, the zero point drift of the amplifier can be very small keep.

Schließlich ist es bei Gleichspannungsverstärkern auch bekannt, deren Nullpunktstabilität dadurch zu verbessern, daß man den Eingang des Verstärkers zu vorgegebenen Zeitpunkten oder auch periodisch auf Null legt und die dann am Ausgang des Verstärkers sich bildende, auf eine mangelnde Nullpunktstabilität desselben zurückzuführende Fehlerspannung zur Nullpunktkorrektion verwendet (sogenannte Auto - Ze ro s chaltung) .Finally, it is also known for DC voltage amplifiers whose Improve zero point stability by turning the amplifier input to specified times or periodically to zero and then at the output of the amplifier forming due to a lack of zero point stability of the same error voltage to be fed back is used for zero point correction (so-called auto - Ze ro circuit).

Obwohl einigermaßen aufwendig, sind die sogenannte Chopper-Stabilisierung als auch die Auto-Zeroschaltung zur Verbesserung der Nullpunktdrift von Gleichspannungsverstärkern geeignet; es ist aber nicht möglich, durch solche Maßnahmen gleichzeitig auch den anderen genannten Forderungen zu entsprechen.Although somewhat complex, the so-called chopper stabilization are as well as the auto-zero circuit to improve the zero point drift of DC voltage amplifiers suitable; but it is not possible to use such measures at the same time to meet other requirements mentioned.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Meßeinrichtungen mit einem passiven Meßaufnehmer den-Verstärkungsbereich bei Beibehaltung von in ihrem Aufbau einfachen und damit auch insbesondere störunanfälligen und kostengünstigeren Gleichspannungsverstärkern so auszubilden, daß sich wirksam sowohl die Nullpunktdrift als auch der Einfluß von Thermospannungen oder sonstigen Störspannungen eliminieren läßt.The present invention is therefore based on the object of measuring devices with a passive transducer the gain range while maintaining in Their structure is simple and therefore also, in particular, less prone to failure and less expensive Train DC voltage amplifiers so that effective both the zero point drift as well as the influence of thermal voltages or other interference voltages leaves.

Vorteile der Erfindung Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Verfahrensanspruchs bzw. die kennzeichnenden Merkmale des ersten Vorrichtungsanspruchs, wobei sich gegenüber den bekannten Maßnahmen der Vorteil ergibt, daß einerseits für den Ver stärkerbere ich der Meßeinrichtungen Gleichspannungs verstärker beibehalten werden können, deren Nachteile aber wirksam beseitigt sind. So gelingt es der vorliegenden Erfindung beispielsweise neben der Nullpunktdrift des Verstärkers - der deshalb auch von besonders einfachem und kostengünstigem Aufbau sein kann - auch den Einfluß sämtlicher Thermospannungen, die im Verstärker, im Meßaufnehmer und in den Zuleitungen, d. h. mit anderen Worten in der gesamten Meßeinrichtung auftreten können, auszuschließen.Advantages of the invention This object is achieved by the characterizing Features of the first method claim or the characterizing features of the first Device claim, with the advantage over the known measures shows that on the one hand for the United I strengthen the measuring devices DC voltage amplifiers can be retained, but their disadvantages are effectively eliminated. In addition to zero point drift, the present invention succeeds in doing so, for example of the amplifier - which therefore also has a particularly simple and inexpensive structure can be - also the influence of all thermal voltages in the amplifier, in the Measuring sensor and in the supply lines, d. H. in other words in the entire measuring device can occur.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Nullpunkt-Korrekturverfahrens bzw. der erfindungsgem äßen automatischen Vorrichtung zur Nullpunktkorrektur möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the zero point correction method according to the invention or the automatic device according to the invention for zero point correction possible.

Besonders vorteilhaft ist hierbei der Umstand, daß trotz Unterteilung einer beliebigen Meßzeit in sich periodisch wiederholende und ablösende Abgleichs- und Meßphasen das Ausgangssignal der Meßeinrichtung unverändert kontinuierlich erhalten bleibt und von den insoweit von außen unmerkbar und automatisch ablaufenden Abgleichphasen nicht beeinflußt wird.The fact that despite subdivision is particularly advantageous here any measuring time in periodically repeating and alternating calibration and measuring phases receive the output signal of the measuring device unchanged continuously remains and from the so far unnoticeable and automatically running adjustment phases is not affected.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.

Die Zeichnung zeigt in ltpornl eines vereinfachten Blockschaltbilds das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Nullpunktkorrektur.The drawing shows a simplified block diagram in ltpornl the basic principle of the zero point correction according to the invention.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In der Zeichnung ist der passive Meßaufnehmer der Meßeinrichtung n)it MA bezeichnet, er besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Meßbrücke beliebigen Aufbaus, beispielsweise einer sogenannten Wheatstone-Brücke aus den Elementen Al, A2, A3, A4. hierbei kann es sich um Widerstände handeln. Dieser Meßbrücke wird ani Schaltungspunkt D eine Speise gleichspannung tI zugeführt, die über der Meßdiagonalen abfallende Meßspannung Umes mes gelangt über Widerstände lil> R3 auf den eigentlichen Verstärker VI. Dieser Operationsverstärker VI bildet mit den zu seiner weiteren ßeschaltung dienenden Widerständen Rl, R2, H3, R4 einen Differenzverstärker, der die ihm an seinen Eingängen zugeführte Ausgangsspannung Umes der Meßbrücke verstärkt. Allerdings liegt der Fußpunkt oder Bezugspunkt B des Differenzverstärkers nicht auf festem Potential, sondern ist mit dem Ausgang eines weiteren Operationsverstärkers V2 verbunden, der zusammen mit einem Kondensator C1 im Rückführkreis und einem zugeordneten Widerstand R5 als Integrator arbeitet (sogenannter Miller-Integrator). Über den Widerstand R5 und einen Schalter S2, auf den weiter unten noch eingegangen wird, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Minuseingang des Operationsverstärkers V2 mit der aiu Schaltungspunkt A abfallenden Ausgangs spannung des Hauptmeß- -verstärkers V1 verbunden; der andere Anschluß (Pluseingang) des Verstärkers V2 liegt auf Masse..Description of the exemplary embodiments In the drawing, the is passive Measuring transducer of the measuring device n) it denotes MA, it consists in the one shown Embodiment from a measuring bridge of any structure, for example one so-called Wheatstone bridge made of the elements Al, A2, A3, A4. here it can are resistance. This measuring bridge becomes a feed at circuit point D. DC voltage tI is supplied, the measuring voltage falling across the measuring diagonal Umes mes reaches the actual amplifier VI via resistors lil> R3. This Operational amplifier VI forms with the other ßeschaltung serving Resistors Rl, R2, H3, R4 a differential amplifier, which it at its inputs supplied output voltage Umes of the measuring bridge amplified. However, the foot point lies or reference point B of the differential amplifier is not at a fixed potential, but is connected to the output of another operational amplifier V2, which together with a capacitor C1 in the feedback loop and an associated resistor R5 as Integrator works (so-called Miller integrator). Via resistor R5 and a switch S2 on which to continue will be discussed below, is the negative input of the operational amplifier in the illustrated embodiment V2 with the aiu node A falling output voltage of the main measuring amplifier V1 connected; the other connection (plus input) of amplifier V2 is grounded.

Der Ausgangsanschluß A des Meßverstärkers Vl ist schließlich noch durchgeführt zu einem bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel starr gekoppeltem Ausgangs verstärker V3, an dessen Ausgang die verstärkte Meßspannung dann gegen Masse abfällt.The output connection A of the measuring amplifier Vl is finally still carried out to a rigidly coupled in the illustrated embodiment Output amplifier V3, at the output of which the amplified measurement voltage then counteracts Mass falls off.

ist Es ferner noch ein Takteber TG vorgesehen, der über entsprechende Verbindungsleitungen einen ersten Schalter S1 in der Speisespannung-Verbindungsleitung zur Meßbrücke sowie einen dritten Schalter S3 vor dem Eingang des Endverstärkers V3 jeweils gleichzeitig schaltet; im Gegentakt zu diesen Schaltern S1 und S3 wird der weiter vorn erwähnte Schalter S2 im Eingang des Operationsverstärkers V2 betätigt, daher ist in seiner Ansteuerleitung noch ein inverter I vorgesehen. It is also still a clock TG provided, which has appropriate Connection lines a first switch S1 in the supply voltage connection line to the measuring bridge and a third switch S3 in front of the input of the power amplifier V3 switches at the same time; in push-pull to these switches S1 and S3 the previously mentioned switch S2 in the input of the operational amplifier V2 is actuated, therefore an inverter I is also provided in its control line.

Der Taktgeber erzeugt vorzugsweise periodisch die zum Messen bzw. Abgleichen benötigten Steuerimpulse, wobei in der Abgleichphase, auf die zunächst eingegangen wird, die Schalter Sl und S3 vom Taktgeber TG so angesteuert werden, daß sie geöffnet sind; der Schalter 52 ist dann geschlossen. Hierdurch ist zwar die Speisespannung Usp der Meßbrücke abgeschaltet; durch die verschiedenen Fehlereinflüsse wie Nullpunktdrift des Verstärkers und vor allem durch den Einfluß von Therniospannungen in der gesamten Schaltung ergibt sich jedoch am Ausgang des Verstärkers (Punkt A) nun eine Fehlerspannung, die bei geschlossenem Schalter S2 über den Widerstand R5 auf den Integrator aus V2 und Cl gelangt und von diesem über Cl aufintegriert wird. Hierdurch verschiebt sich, wie ohne weiteres einzusehen, der an den Ausgang des Integrators V'/C1 angeschlossene Fußpunkt (Schaltungspunkt B) des Differenzverstärkers, und zwar so lange, bis die Fehlerspannung am Ausgalig des Differenzverstärkers entsprechend Schaltungspunkt A zu Null geworden ist.The clock generator preferably periodically generates the Adjusting required control pulses, whereby in the adjustment phase, on the first is received, the switches S1 and S3 are controlled by the clock generator TG in such a way that that they are open; the switch 52 is then closed. This is true the supply voltage Usp of the measuring bridge is switched off; due to the various error influences like zero point drift of the amplifier and above all by the influence of Thernio voltages in the entire circuit results, however, at the output of the Amplifier (point A) now has an error voltage that occurs when switch S2 reaches the integrator from V2 and Cl via resistor R5 and from this via Cl is integrated. As a result, as can be seen without further ado, the base point connected to the output of the integrator V '/ C1 (circuit point B) of the differential amplifier, until the error voltage at Ausgalig of the differential amplifier corresponding to circuit point A has become zero.

Während dieser Zeit ist auch der Schalter S3 geöffnet und daher bleibt das vom vorherigen Meßzyklus stammende, verstärkte nIeßsignal ini über den Eingang des Endverstärkers V3 geschalteten Kondensator Cl gespeichert. Der Ausgang des Endverstärkers V3 wird daher von diesem soeben geschilderten Nullpunktabgleich einschließlich Eliminierung von Thermospannung u. dgl. nicht beeinflußt.During this time, switch S3 is also open and therefore remains the amplified nIeßsignal ini from the previous measuring cycle via the input of the output amplifier V3 switched capacitor Cl is stored. The output of the power amplifier V3 is therefore removed from the zero point adjustment just described, including elimination not influenced by thermal voltage and the like.

In der Meßphase schließt der Taktgeber die Schalter S1 und S3 und öffnet den Schalter 52. Die Anordnung verstärkt dann das Brückenausgangssignal Umes und schaltet dieses über den Endverstärker V3 auf den Ausgang der Gesamtschaltung durch, wobei deL aus der vorherigen Meßphase herrührende, korrigierte Bezugspunkt 13 bis zur nächsten Abgleichphase im Kondensator Cl gespeichert bleibt.In the measuring phase, the clock closes switches S1 and S3 and opens the switch 52. The arrangement then amplifies the bridge output signal Umes and switches this to the output of the overall circuit via the output amplifier V3 with the corrected reference point resulting from the previous measuring phase 13 remains stored in the capacitor C1 until the next adjustment phase.

Claims

Claims method for automatic zero point correction Measuring devices with a passive measuring transducer, the output signal in a downstream amplifier arrangement is amplified, characterized in that with maintained DC voltage supply of the passive measuring transducer and with exclusive Use of DC voltage amplifiers in the downstream of the measuring transducer Amplifier chain periodically switched off the DC supply voltage of the measuring transducer and the output signal of the measuring amplifier corresponding to an error voltage Correction of its zero point is fed back.

2. The method according to claim 1, characterized in that the off integrated input error voltage of the differential amplifier used as a measuring amplifier and fed back to one of its inputs to compensate for its reference potential will, wherein the integrated feedback signal is from a calibration cycle to the next is kept constant while switching off a power amplifier with an upstream memory in which the previous amplified measurement signal is stored.

3. Device for automatic zero point correction of measuring devices with passive measuring sensors fed by a direct voltage, for example Resistance measuring bridge, as well as amplifying downstream with the measuring transducer, thereby characterized in that a periodically operable switching device (S1, S2) is provided is, the calibration phases lying between the measuring phases the measurement (Jaufnehmer- Turns off the supply voltage and at the same time one with its output to one Input of the measuring amplifier (V1) connected integrator (V2) in turn with the Output (node A) of the measuring amplifier connects in such a way that the during the calibration phase appearing at the output of the measuring amplifier, zero point drift and The rmo voltages containing error signal for the zero point shift of the measuring amplifier is traced back to its input.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the measuring amplifier (V1) is a differential amplifier, the two inputs of which are aligned with the bridge diagonal and its one input additionally with the output of another, through one Feedback capacitor (C1) connected as an integrator-connected operational amplifier (V2) is, to the one in the Counteracting the supply voltage switch (S1) the measuring bridge switched switch (82) the error signal of the measuring amplifier is supplied in the adjustment phase.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that at the output of the measuring amplifier (circuit point A) via another, in common mode with the supply voltage interruption switch (S1) of the sensor Switch (S3) is arranged, via which the output signal of the Measuring amplifier to a memory parallel to an input of the power amplifier (V) switched capacitor (C2) arrives in such a way that the actual measurement signal is available at any time, unaffected by the zero point adjustment.