DE3219372A1 - Measuring arrangement with a bridge circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Neßanordnunq mit einer BrückenschaltunqNeßanordnunq with a bridge circuit
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordung mit einer' Brückenschaltung, die in einem Brückenzweig mindestens einer Brückenhälfte einen sich mit einer zu erfassenden Meßgröße ändernden Widerstand aufweist, und mit einer an die Brückenschaltung angeschlossenen Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines konstanten Stromes.The invention relates to a measuring arrangement with a 'bridge circuit, in a bridge branch at least one half of the bridge connects with one having detected measured variable changing resistance, and with a to the bridge circuit connected circuit arrangement for generating a constant current.
Bei einer bekannten Meßanordnung dieser Art (T. Potma "Dehnungsmeßstreifen-MeBtechnik", Philips Taschenbücher, 1968, S.70) besteht die Schaltungsanordnung zur Erzeugung des konstanten Stromes aus einer Konstantstromquelle, die an die Speisediagonale der Brückenschaltung angeschlossen ist.In a known measuring arrangement of this type (T. Potma "Dehnungsmeßstreifen-MeBtechnik", Philips Taschenbücher, 1968, p.70) is the circuit arrangement for the generation of the constant current from a constant current source connected to the feed diagonal the bridge circuit is connected.
Durch die Einspeisung des konstanten Stromes wird erreicht, daß die Spannung an einem den sich mit der zu erfassenden Meßgröße ändernden Widerstand bildenden Dehnungsmeßstreifen im Falle eines Hochtemperatur- oder Halbleiter-Dehnungsmeßstreifens trotz Empfindlichkeitsabnahme ansteigt. Der Strom durch den Dehnungsmeßstreifen wird dadurch konstant gehalten, so daß auch bei Verwendung von Dehnungsmeßstreifen mit einem von der Temperatur abhängigen K-Faktor der Einfluß der Temperatur auf die Meßgröße ausgeschaltet ist.By feeding in the constant current it is achieved that the Voltage across a resistor that changes with the measured variable to be detected forming strain gauges in the case of a high temperature or semiconductor strain gauge increases despite decrease in sensitivity. The current through the strain gauge is kept constant, so that even when using strain gauges with a temperature-dependent K-factor, the influence of temperature on the measured variable is switched off.
Diese bekannte Meßanordnung hat aber wie andere übliche Brückenschaltungen den Nachteil, daß der Zusammenhang zwischen der Änderung des Widerstandwertes des sich mit der zu erfassenden Meßgröße ändernden Widerstandes und der Spannung an der Ausgangsdiagonale der Brückenschaltung nichtlinear ist. Anhand der Fig. 1 soll dieser Zusammenhang näher erläutert werden.However, like other conventional bridge circuits, this known measuring arrangement has the disadvantage that the relationship between the change in the resistance value of the changes with the measured variable to be measured resistance and voltage the output diagonal of the bridge circuit is non-linear. Based on Fig. 1 should this relationship will be explained in more detail.
Die in der Fig. 1 dargestellte Brückenschaltung liegt an einer Sp-eisespannung Us und enthält in ihrer einen Brückenhälfte einen sich mit einer zu erfassenden Meßgröße ändernden Widerstand R + A R sowie in Reihe damit einen weiteren Widerstand R. In der anderen Brückhälfte liegen zwei Widerstände R. Die Meßspannung L U an der Ausgangsdiagonale läßt sich dann durch die Gleichung (1) beschreiben: Die Meßspannung in der Speisediagonale ist also nichtlinear mit der Änderung am Widerstand R zur zu R verknüpft.The bridge circuit shown in FIG. 1 is connected to a supply voltage Us and contains in one half of the bridge a resistance R + AR that changes with a measured variable to be detected, as well as a further resistor R in series. The other half of the bridge contains two resistors R The measuring voltage LU on the output diagonal can then be described by equation (1): The measurement voltage in the feed diagonal is thus linked non-linearly with the change in the resistance R to R.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung mit einer Brückenschaltung vorzuschlagen, mit der sich mit vergleichsweise geringem Schaltungsaufwand eine Meßspannung gewinnen läßt, die Eich linear mit Einer Anderung an dem die Ileßgröße erfassenden Widerstand ändert.The invention has for its object to provide a measuring arrangement with a To propose a bridge circuit with which there is comparatively little circuit complexity a measurement voltage can be obtained which calibration linearly with a change in which the Ileß size sensing resistance changes.
Zur Lösung dieser Aufgabe enthält bei einer Meßanordnung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß die Schaltungsanordnung einen Differenzverstärker, der mit seinem einen Eingang an das einen Anschlußpunkt der Ausgangsdiagonale bildende Ende des einen Brückenzweiges und mit seinem Ausgang an das einen Anschlußpunkt der Speisediagonale bildende andere Ende des einen Brückenzweiges angeschlossen ist; ein weiterer Eingang des Differenzverstärkers ist einerseits über eine Zenerdiode mit dem anderen Anschlußpunkt der Speisediagonale und andererseits mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden.To solve this problem, the initially contained in a measuring arrangement specified type according to the invention the circuit arrangement a differential amplifier, the one with its one input to the one connection point of the output diagonal forming End of one branch of the bridge and its exit to one connection point the other end of a branch of the bridge, which forms the dining diagonal, is connected is; Another input of the differential amplifier is on the one hand via a Zener diode with the other connection point of the feeder diagonal and on the other hand with an operating voltage source tied together.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Meßanordnung besteht darin, daß mit ihr an der Ausgangsdiagonale der Brückenschaltung eine Meßspannung gewinnbar ist, die linear von der Änderung des sich mit der Meßgröße ändernden Widerstandes abhängt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der sich ändernde Widerstand im Gegenkopplungszweig des Differenzverstärkers angeordnet ist und somit unter Zusammenwirken mit der Zenerdiode stets von einem konstanten Strom durchflossen ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es zur Erzielung des linearen Zusammenhangs lediglich eines zusätzlichen Differenzverstärkers mit einer Zenerdiode bedarf, so daß der zusätzliche Schaltungsaufwand gering ist.The main advantage of the measuring arrangement according to the invention is in that with her on the output diagonal of the bridge circuit a measuring voltage can be obtained that is linear from the change in the resistance, which changes with the measured variable depends. This is due to the fact that the changing resistance in the negative feedback branch of the differential amplifier is arranged and thus under Working together with the Zener diode is always traversed by a constant current. Another The advantage is that it is only necessary to achieve the linear relationship requires an additional differential amplifier with a Zener diode, so that the additional circuit complexity is low.
Um eine möglichst hohe Meßspannung mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung zu gewinnen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Brückenschaltung in einem dem einen Brückenzweig diagonal gegenüberliegenden weiteren Brückenzweig der anderen Brückenhälfte einen mit der Meßgröße sich ändernden Widerstand derselben Größe wie der eine Widerstand enthält. In diesem Falle ist nämlich die Meßspannung an der Ausgangsdiagonale der Brückenschaltung bei vergleichbarer Änderung des sich ändernden Widerstandes doppelt so groß wie bei Verwendung einer Brückenschaltung mit nur einem einzigen sich ändernden Widerstand.In order to achieve the highest possible measuring voltage with the measuring arrangement according to the invention to win, it is considered advantageous if the bridge circuit in a one branch of the bridge diagonally opposite the other branch of the bridge Bridge half has a resistance that changes with the measurand of the same size as which contains a resistor. In this case, namely, the measuring voltage is at the Output diagonal of the bridge circuit with a comparable change of the changing one Resistance twice as large as when using a bridge circuit with only one single changing resistance.
Zwar ließe sich bei einer derartig aufgebauten Brückenschaltung mit Einspeisung eines konstanten Stromes aus einer Konstantstromquelle entsprechend der oben beschriebenen bekannten Meßanordnung auch ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen der Änderung der Meßspannung und der Änderung der Widerstände erzielen, jedoch ergäbe sich dabei eine Meßspannung, die nur halb so groß ist, so daß eine größere Verstärkung erforderlich wäre.It would be possible to use a bridge circuit constructed in this way Feeding a constant current from a constant current source accordingly the known measuring arrangement described above also has an approximately linear relationship between the change in the measuring voltage and the change in the resistances, however, this would result in a measurement voltage that is only half as large, so that a greater reinforcement would be required.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßanordnung dargestellt.An exemplary embodiment is shown in FIG. 2 to explain the invention the measuring arrangement according to the invention shown.
Die in Fig. 2 dargestellte Neßanordnung enthält eine Brückenschaltung mit einer Brückenhälfte 1 und einer weiteren Brükkenhälfte 2. Die Brückenschaltung weist eine Speisediagonale mit nschlußpunkten 3 und 4 auf, von denen der Anschlußpunkt 4 an Masse angeschlossen ist.The test arrangement shown in Fig. 2 includes a bridge circuit with one bridge half 1 and another bridge half 2. The bridge circuit has a food diagonal with connection points 3 and 4, of which the connection point 4 is connected to ground.
Ein Brückenzweig der einen Brückenhälfte 1 ist von einem sich mit einer Meßgröße ändernden Widerstand 5 gebildet, bei dem es sich um einen Dehnungsmeßstreifen handeln kann. In Reihe mit dem sich ändernden Widerstand 5 und somit einen weiteren Brückenzweig der einen Brückenhälfte 1 bildend liegt ein Widerstand 6, der einen konstanten Widerstandswert besitzt. Ein Verbindungspunkt 7 der beiden Brückenzweige der einen Brückenhälfte 1 bildet einen Anschlußpunkt der Ausgangsdiagonale der Brückenschaltung.A bridge branch of one bridge half 1 is from one with itself a measured variable changing resistor 5 formed, which is a strain gauge can act. In series with the changing resistance 5 and thus another one Bridge branch of one bridge half 1 is a resistor 6, the one has a constant resistance value. A connection point 7 of the two bridge branches one bridge half 1 forms a connection point of the output diagonal of the bridge circuit.
Die andere Brückenhälfte 2 besteht aus zwei Widerständen 8 und 9 mit konstantem Widerstandswert. Ihr gemeinsamer Verbindungspunkt bildet einen weiteren Anschlußpunkt 10 der Ausgangsdiagonale. Die Widerstandswerte der Widerstände 6, 8 und 9 und des Widerstandes 5 in seinem Ausgangszustand sind gleich groß.The other bridge half 2 consists of two resistors 8 and 9 with constant resistance value. Their common connection point forms another Connection point 10 of the output diagonal. The resistance values of the resistors 6, 8 and 9 and the resistor 5 in its initial state are the same size.
An dem einen Anschlußpunkt 7 der Ausgangsdiagonale ist mit einem Eingang 11 ein Differenzverstärker 12 angeschlossen.At one connection point 7 the output diagonal has an input 11 a differential amplifier 12 is connected.
Der Ausgang 13 des Differenzverstärkers 12 ist an den Anschlußpunkt 3 der Speisediagonale der Brückenschaltung geführt. Ein weiterer Eingang 14 des Differenzverstärkers 12 ist über eine Zenerdiode 15 an den anderen Anschlußpunkt 4 der Speisediagonale bzw. an Masse angeschlossen. Außerdem ist der weitere Eingang 14 des Differenzverstärkers 12 über einen Widerstand 16 an eine Betriebsspannung Ub des Differenzverstärkers 12 angeschlossen.The output 13 of the differential amplifier 12 is at the connection point 3 of the feeder diagonal of the bridge circuit. Another entrance 14 of the Differential amplifier 12 is connected to the other connection point via a Zener diode 15 4 of the food diagonal or connected to ground. There is also the further entrance 14 of the differential amplifier 12 via a resistor 16 to an operating voltage Ub of the differential amplifier 12 is connected.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Differenzverstärker ein Operationsverstärker verwendet, dessen invertierender Eingang den einen Eingang 11 des Differenzverstarker bildet, und dessen nichtintervertierender Eingang den weiteren Eingang 14 darstellt.In the illustrated embodiment, a differential amplifier is used as a differential amplifier Operational amplifier is used, the inverting input of which has one input 11 of the differential amplifier forms, and its non-interverting input the represents further input 14.
Wie im folgenden nachgewiesen wird, ergibt sich bei der in Fig. 2 dargestellten Meßanordnung eine Meßspannung # U an der Ausgangsdiagonale 7-1G, die sich linear mit der änderung des Widerstandes 5 ändert. Bei der dargestellten Meßanordnung wird nämlich trotz sich änderndem Widerstand 5 an dem einen Anschlußpunkt 7 der Ausgangsdiagonale eine Spannung Ul konstanter Größe erzeugt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß an der Zenerdiode 15 eine konstante Spannung Ur abfällt und mit dieser Spannung die Spannung Ul gleich ist, weil infolge des Differenzverstärkers 12 durch den sich ändernden Widerstand 5 ein konstanter Strom I1 getrieben wird, der von einer Änderung des Widerstandes 5 unbeeinflußt ist.As will be demonstrated below, in the case of the in FIG. 2 measuring arrangement shown a measuring voltage # U on the output diagonal 7-1G, the changes linearly with the change in resistance 5. With the measuring arrangement shown is namely despite changing resistance 5 at one connection point 7 of the Output diagonal generates a voltage Ul of constant magnitude. This is due to, that a constant voltage Ur drops across the Zener diode 15 and with this voltage the voltage Ul is the same because as a result of the differential amplifier 12 through the changing resistor 5 a constant current I1 is driven by a change of the resistor 5 is unaffected.
Weist der sich mit der zu erfassenden Meβgröβe ändernde Widerstand 5 einen Widerstandswert R + ER auf, dann läßt sich die Speisespannung Us an der Speisediagonale 3-4 der Brückenschaltung durch folgende Gleichung (2) beschreiben: Us = I1 (R + #R) + I1 R = I1 (2R + C R) (2) Für die andere Brückenhälfte gilt folgende Beziehung (3): 12 = (3) Unter Berücksichtigung der Beziehung (2) ergibt sich dann Bezeichnet man die Spannung an dem Anschlußpunkt 10 der Ausgangsdiagonale mit U2 dann läßt sich die Meßspannung 4 U nach folgender Beziehung ermitteln: U2 - Ul = #U = I2 R - I1 R = R(I2 - 11) (5) Unter Berücksichtigung der Gleichungen (4) und (5) folgt dann woraus sich ohne weiteres folgende Beziehung errechnen läßt: Diese Gleichung beweist, daß mit der dargestellten Meßanordnung eine lineare Abhängigkeit der Meßspannung U an der Ausgangsdiagonale 7-10 der Brückenschaltung in Abhängigkeit von einer Widerstandsänderung am sich mit der zu erfassenden Meßgröße ändernden Widerstand 5 erreicht ist.If the resistance 5, which changes with the measured variable to be detected, has a resistance value R + ER, then the supply voltage Us on the diagonal 3-4 of the bridge circuit can be described by the following equation (2): Us = I1 (R + #R) + I1 R = I1 (2R + CR) (2) The following relationship (3) applies to the other half of the bridge: 12 = (3) Taking into account relationship (2) then results If the voltage at the connection point 10 of the output diagonal is designated as U2, then the measurement voltage 4 U can be determined according to the following relationship: U2 - Ul = #U = I2 R - I1 R = R (I2 - 11) (5) Taking into account the equations (4) and (5) then follow from which the following relationship can be calculated without further ado: This equation proves that with the measurement arrangement shown, a linear dependence of the measurement voltage U at the output diagonal 7-10 of the bridge circuit is achieved as a function of a change in resistance at the resistance 5, which changes with the measured variable to be detected.
Wird in der in Fig. 2 dargestellten Meßanordnung der dem sich ändernden Widerstand 5 diagonal gegenüberliegende Widerstand 9 ebenfalls als ein mit der Meßgröße sich ändernder Widerstand ausgebildet, dann läßt sich die Spannung U2 durch folgende Beziehung ausdrücken: U2 = I2 (R + " R) (8) Mit ergibt sich dann unter Berücksichtigung der Gleichung (2) folgende Beziehung: Die Meßspannung #U an der Ausgangsdiagonale 7-10 der Brückenschaltung läßt sich dann durch folgende Gleichung ermitteln: U2 - Ul = #U = 11 v (R + a R) - 11 * R = I1* AR Auch in diesem Falle ergibt sich also eine lineare Beziehung zwischen der Meßspannung U und einer Widerstandsänderung an den sich mit der zu erfassenden Meßg-röße ändernden Widerständen 5 und 9, wobei in vorteilhafter Weise die Meßspannung t U doppelt so hoch wie bei Verwendung nur eines einzigen sich mit der £,meßgröße ändernden Widerstandes ist.If, in the measuring arrangement shown in FIG. 2, the resistor 9 diagonally opposite the changing resistor 5 is also designed as a resistor that changes with the measured variable, then the voltage U2 can be expressed by the following relationship: U2 = I2 (R + "R) (8) With The following relationship then results, taking into account equation (2): The measurement voltage #U at the output diagonal 7-10 of the bridge circuit can then be determined by the following equation: U2 - Ul = #U = 11 v (R + a R) - 11 * R = I1 * AR also results in this case a linear relationship between the measured voltage U and a change in resistance at the resistors 5 and 9, which change with the measured variable to be detected, with the measured voltage t U advantageously changing twice as high as when using only a single one with the measured variable Resistance is.
Ein weiterer Vorteil einer Meßanordnung mit zwei in der beschriebenen Weise angeordneten, sich mit der Meßgröße ändernden Widerständen besteht darin, daß bei gleichartigen sich ändernden Widerständen Temperaturänderungen keinen Einfluß auf den Nullpunkt der Brückenschaltung haben.Another advantage of a measuring arrangement with two in the described Resistances that are arranged in a way that change with the measurand consist of: that with similar changing resistances temperature changes have no effect have to the zero point of the bridge circuit.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Meßanordnung im Prinzip auch für echselspannungsbetrieb geeignet ist, wenn an die Speisediagonale eine geregelte Wechselspannungsquelle angeschlossen ist, wobei die Regelung mittels des Differenzverstärkers erfolgt, der eingangsseitig über einen Gleichrichter an die Ausgangsdiagonale der Brückenschaltung angeschlossen ist.Finally, it should be noted that the inventive The measuring arrangement is in principle also suitable for alternating voltage operation if the A regulated AC voltage source is connected to the feeder diagonal, the Control by means of the differential amplifier takes place, the input side via a Rectifier is connected to the output diagonal of the bridge circuit.
2 Figuren 3 Patentansprüche2 Figures 3 claims
Claims (3)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19823219372 DE3219372A1 (en) | 1982-05-19 | 1982-05-19 | Measuring arrangement with a bridge circuit |
| JP8835683A JPS58218659A (en) | 1982-05-19 | 1983-05-19 | Measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19823219372 DE3219372A1 (en) | 1982-05-19 | 1982-05-19 | Measuring arrangement with a bridge circuit |
Publications (1)
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ID=6164315
Family Applications (1)
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- 1982-05-19 DE DE19823219372 patent/DE3219372A1/en not_active Withdrawn
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| JPS58218659A (en) | 1983-12-19 |
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