DE3206713C2 - Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und insgesamt eine kostengünstigere Fertigung bei geringerer Bauelementeanzahl zu ermöglichen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern zu realisieren, wobei die Ableitung des Grundstromes aus dem um ein Vielfaches stabileren Meßbrückenstromes erfolgen soll und gleichzeitig eine unproblematische Erzeugung der bipolaren Versorgungsspannung für Operationsverstärker ermöglicht wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zur 4 mA-Grundstromstabilisierung eine Doppelstromquelle in Stromspiegeltechnik eingesetzt ist, die aus einem Teilstrom eine Meßbereichsschaltung und eine Generatorschaltung und aus einem anderen Teilstrom ein Referenzelement, das parallel zu einer Mittenspannungserzeugung geschaltet ist, speist, wobei die erzeugte Mittenspannung als Bezugspotential für die Meßbereichsschaltung eingesetzt ist. Die vorliegende Erfindung ist in Meßumformern, vorzugsweise in Zweileitertechnik, mit stromgespeisten Meßbrücken verwendbar.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern, vorzugsweise in Zweileitertechnik, mit stromgespeisten Meßbrücken, die nach dem Kompensationsprinzip arbeiten.

Charakteristik der bekannten Lösungen

In Zweileitermeßumformern mit life-zero-Ausgangsstromsignalen wird neben einer 4 mA-Grundstromstabilisierung ein stabilisierter Strom für den Meßbereich (im weiteren als Meßbrückenstrom bezeichnet) und eine bipolare Versorgungsspannung für Operationsverstärker und Generatoren benötigt.

Es sind bereits Schallungsanordnungen zur Stabilisierung von Strömen in Zweileitermeßumformern bekannt.

In einer Ausführungsform wird der 4 mA-Grundstrom insgesamt stabilisiert und durch ein Referenzelement, vorzugsweise Z-Dioden, geleitet.

Parallel zum Referenzelement werden die Operationsverstärkerversorgung und die Meßschaltung geschaltet. Für die Meßbrückenspeisung wird hierbei entweder eine zusätzliche Strom- oder Spannungsquelle aufgebaut, oder die am Referenzelement anliegende Spannung direkt genutzt.

Die Stabilität des 4 mA-Grundstroms wird durch den Aufwand in der Stromquelle bestimmt. Die Stromquelle benötigt einen zusätzlichen Spannungshub, der zur Erhöhung der Klemmspannung des gesamten Zweileitermeßumformers führt

Für Präzisionsanwendungen des Zweileitermeßumformers ist neben der zusätzlichen aufwendigen 4 rtiA-Grundstromstabilisierung ein noch größerer Aufwand für die MeCbrückenspeisung notwendig, da die Stabilität der Meßbrückenspeisang direkt das Ausgangssignal beeinflußt.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Referenzspannung erzeugt, die einen konstanten Stromverbrauch aufweist. Alle Stromverbraucher sind parallel zu dieser Referenzspannung geschaltet

Die Teilströme werden am Kompensationswiderstand wieder summiert, und der nachgeschaltete Verstärker (in der Regel ein Chopperverstärker) hält den Spannungsabfall am Kompensationswiderstand konstant. Die bei dieser Methode eingesetzten Meßbrücken müssen spannungsgespeist und funktionsbedingt in einem Brückenzweig hcchchmig sein, urn den Einfluß des Teilstromes, der nicht über dem Kompensationswiderstand fließt, klein zu halten. Dieser nicht stabilisierte Brückenzweigstrom ist von der Stabilität der Referenzspannung abhängig.

Zusätzlich müssen neben der Meßbrücke alle anderen Stromverbraucher, -v/ie Verstärker und Generator, strombegrenzt sein, um eine gegenseitige Beeinflussung zu verhindern.

Die Stabilität des nach dieser Methode erzeugten Zweileitermeßumformergrundstromes ist in erster Linie durch die Stabilität der Referenzspannung bestimmt. Auf eine Aussteuerabhängigkeit des Verstärkerstromes muß hierbei besonders geachtet werden, um keine Mhkopplung über dem Kompensationswiderstand zu erzeugen. Weiterhin können Operationsverstärker als direkte Gleichspannungsverstärker aufgrund der Gleichtaktprobleme nicht unmittelbar eingesetzt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und unter Verwendung einer geringeren Bauelementeanzahl eine kostengünstigere Fertigung zu ermöglichen.

Der nützliche Effekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch Verminderung des Bauelementeaufwandes das Bauvolumen und der Platzbedarf bedeutend verkleinert wird. Die Zuverlässigkeit der Gesamtschaltung wird damit ebenfalls erhöht.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungstechnik wird eipe kleinere Klemmspannung für den Zweileitermeßumformer und eine günstigere Ausnutzung des 4 mA-Grundstromes zur Meßbrücken- und Generatorspeisung erreicht. Der Einsatz von Operationsverstärkern ist ohne Gleichtaktprobleme möglich, und die bipolare Versorgungsspannung zur Speisung der Operationsverstärker kann einfach erzeugt werden.

Ein weiterer nützlicher Effekt der Erfindung besteht darin, daß die Stabilität des 4 mA-Grundstromes gegenüber Temperatureinflüssen im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungsanordnungen wesentlich verbessert ist und somit die Verstärkung kleinerer Meßspannen durch einen Zweileitermeßumformer mit sehr kleinen Temperaturzusatzfehlern möglich ist.

Weiterhin besteht ein nützlicher Effekt darin, daß der Meßbrückenstrom gleichzeitig zur Speisung des Generators für den Chopperverstärker ausgenutzt wird und

somit eine bessere Ausnutzung des Grundstromes erfolgt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowohl Chopperverstärker als auch direkte Gleichspannungsverstärker zur Verarbeitung des Meßsignals eingesetzt werden können.

Besonders vorteilhaft wirki es sich aus, daß die zur Widerstandstransformation eingesetzte Meßbrücke stromgespeist ist, sie dadurch niederohmig ausgelegt werden kann und zur Leitungswiderstandsumerdrükkung für Dreileiterschaltungen einsatzfähig ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern zu realisieren, wobei die Ableitung des Grundstromes aus dem um ein Vielfaches stabileren Meßbrückenstrom erfolgen soll und gleichzeitig eine unproblematische Erzeugung der bipolaren Versorgungsspannung für Operationsverstärker ermöglicht wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß zur 4 mA-Grundstromstabilisierung tine Doppelstromquelle eingesetzt ist, wobei aus einem Teilstrom die Meßbereichsschaltung und eine Generatorschaltung, und aus dem anderen Teilstrom ein Referenzelement, das parallel zu einer Nullentspannungserzeugung geschaltet ist, gespeist wird, wobei die erzeugte Mittenspannung als Bezugspotential für die Meßbereichsschaltung eingesetzt ist.

Die Doppelstromquelle ist in Stromspiegeltechnik aufgebaut, so daß alle Teilströme aus einem Grundstrom abgeleitet werden können.

Ausführungsbeispiel strom des Transistors i\ dient zur Operationsverstärkerversorgung. Zur Speisung der Meßbereichsschaltung 2 wirrt der Konstantstrom des Transistors 12 und der konstante Speisestrom des Referenzelementes genutzt.

Verwendete Bezugszeichen

1 Doppelstromquelle

2 Meßbereichsschaltung

3 Generatorschaltung

4 Referenzelement

5 Miltenspannungserzeugung

6 Widerstand

7 Widerstand

8 Widerstand

9 Transistor

10 Transistor

11 Transistor

12 Transistor

13 Widerstand

J4 Referenzeiement

15 Einspeisepunkt der Doppelsiromquelle

16 Mittenspannung

35

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und

Fig.2 die erfindungsgemäße Ausführung der Doppelstromquelle.

Aus der Doppelstromquelle 1, die als Dre:pol aufgebaut ist, wird ein Teilstrom zur Speisung der Meßbereichsschaltung 2 und gleichzeitig zur Versorgung einer Generatorschaltung 3 eingesetzt. Der zweite Teilstrom erzeugt an einem Referenzelement 4, beispielsweise einer Z-Diode, eine Referenzspannung. Parallel zum Referenzelement 4 ist eine Mittenspannungserzeugung 5 angeordnet, die beispielsweise aus einer Elektrometerschaltung bestehen kann, und die Referenzspannung in die bipolare Spannung aufteilt, wobei beide Teilspannungen gleich groß sind.

Die Mittenspannung ist mit dem Anschluß der Meßbereichsschaltung 2 und der Generatorschaltung 3 verbunden. Zur Operationsverstärkerspeisung wird die Spannung am Referenzelement 4 genutzt, wobei die Mittenspannung, auf die die Meßbereichsschaltung 2 bezogen ist, durch die Mittenspannungsetzeugung 5 bereitgestellt wird. Grundelement der Doppelstromquelle bO 15t der Stromspiegel, bestehend aus den Transistoren 9, 10 und 11, in deren Emitterleitungen jeweils die Widerstände 6,7 und 8 zur Stromaufteilung angeordnet sind.

Transistor 12, Widerstand 13 und Referenzelement 14 bilden eine Konstantstromquelle. Der Kollektor von es Transistor 12 ist mit dem Transistor 10 verbunden. Über dem Transistor 9 wird ein Konstantstrom zur Speisung des Referenzelementes r>i bereitgestellt. Der Konstant-Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Die Schaltungsanordnung zur Stabilisierung von Strömen in Meßumformern mit stromgespeisten Meßbrücken ist dadurch gekennzeichnet, daß an einem Pol einer Doppeistromquelle (1) eine Meßbereichsschaltung (2) und eine Generatorschaltung (3) in Reihe geschaltet sind, und am anderen Pol der Doppelstromquelle (1) ein Referenzelement (4) geschaltet ist, wobei parallel zum Referenzelement (4) eine Mittenspannungserzeugung (5) angeordnet ist und weiterhin die Mittenspannung (16) an die Verbindungsleitung zwischen der Meßbereichsschaltung (2) und Generatorschaltung (3) angelegt ist und das Referenzelement (4) mit einem Pol mit dem freien Pol der Generatorschaltung (3) verbunden ist.

2. Die Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß an einem gemeinsamen Einspeisepunkt (15) der Doppeisiroinquelie (1) je ein Pol der Widerstände (6,7) und (8) anliegt, und am anderen Pol des Widerstandes (6) der Emitter des Transistors (9) geschaltet ist und in gleicher Weise Widerstand (7) mit Transistor (10) und Widerstand (8) mit Transistor (11) verbunden sind, während die Basisanschlüsse der Transistoren (9,10) und (11) untereinander und mit dem Kollektor des Transistors (10) sowie gleichzeitig mit dem Kollektor des Transistors (12) verbunden sind, wobei der Kollektor des Transistc.3 (9) mit der Basis von Transistor (12) und einem Pol des Referenzelementes (14) verbunden sind, und der Widerstanä (13) mit einem Anschluß am Emitter des Tranbistor; (12) und der andere Anschluß mit dem freien Pol des Referenzelementes (14) geschaltet ist.