DE3418751C1 - Meßbrückenschaltung für induktive Aufnehmer - Google Patents

Description

• Diese Aufgabe wird erfindungsgem.iß dadurchgelöst, daß in einem der beiden Widerstandszweige des Spannungstcilers ein tcmperalurabhängiger, auf dem Temperaturniveau der Aufnehmer liegender Kompensationswiderstand angeordnet ist und daß zwischen dern Mittelabgriff der Aufnehmer-Halbbrücke und dem Summierpunkt sowie zwischen diesem und dem Schleifabgriff des Potentiometers des Spannungsteilers jeweils ein Verlagerungswiderstandgeschaltet ist.
• Durch den zwischen dein Mittelabgriff der Aufnehmer-Halbbrücke und dem Summierpunkt geschalteten Vcrlagerungswidersland wird der Orl der Kompensation vom Miuelabgriff der Aufnehmer-lialbbrücke zum Summierpunkt hin verlagert, so daß die über den anderen Verlagerungswiderstand auf den Summierpunkt eingeleitete Kompcnsationsspannung zwar das Potential al am Summierpunkt beeinflußt, jedoch am Mittclabgriff der Aufnehmer-Halbbl ückc vernachlässigbar gcring ist. Damil wird erreicht, daßdie induktiven Aufnehmer durch die Kompcnsationsschaltung nicht belastet werden, so daß die sonst durch Kompensationsmlßllnhmcn entstehenden Phasendrehungen der Mcßspannung vermieden werden, Eine Anpassung an die individuellen elektrischen Daten unterschiedlicher Aufnehmer ist im allgemeinen nicht erforderlich. Die Kompensationsschaltung kann nachträglich und extern zum Aufnehmer parallelgeschaltet werden. Nur der temperaturabhängige Kompensationswiderstand muß der gleichen Temperatur wic der Aufnehmer ausgesetzt sein.
• Dic elektrischen Daten der Aufnehmer, zum Beispiel deren Impedanz können in weiten Bereichen variieren, ohne daß die Kompensationsschaltung speziell angcpaßt werden müßte.
• Die erfindungsgemäße Meßbrückenschaltting kann an jeden gecigneten Verstärker ohne bauliche Veränderungen des Verstärkers. insbesondere auch ohne Änderung der Eingangsschallung des Verstärkers angeschlossen werden. Der Charakter der Halbbrückenschaltung der Aufnehmer wird beibehalten. Eine Messung der Temperatur ist nicht erforderlich.
• Da die Kompcnsülionsschaltung nachträglich und cxtern dem Aufnehmer parallelgeschaltet werden kann, ist cs mit sehr cinfachen Maßnahmen möglich, durch Tcmperal uränderungen entstehende mechanischc Ausdellnungen des zu messenden Objektes zu kompensieren, zum Beispiel die Wärineausdehnung einer Prüfmaschine, in der ein induktiver Wegaufnehmer zur Regelung der hydraulik eingebaut ist, oder die Wärmeausdehnung eines Malerials, dessen Längendchnung unter Belastung mittcls eines induktiven Dehnungsaufnehmers gemessen werden soll.
• In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß ein Kompensationspotentiometer zu dem Kompensationswiderstand paralielgeschaltet ist. Ein Widerstand bzw. mehrere Widerstände können in Reihe und/oder parallel zu dem Kompensationspotentiometer geschaltet werden. Durch die Einstellung dieses Kompcnsationspotenliometers und die Auswahl und/oder Schaltung des Kompensationswiderstandes bzw. der Kompensationswiderstände können sowohl lineare als auch rechts- und linksdrehend gekrümmte Temperaturgangkurven des Nullpunktes von induktiven Aufnehmern kompensiert werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Elfindungsgedankens ist vorgesehen, daß zwischen dem Mittelabgriff der Aufnehmer-Halbbrücke und dem Summierpunkt ein auf dem Temperaturniveau der Aufnehmer liegender temperaturabhängiger Widerstand mit dem dort angeordneten Verlagerungswiderstand in Reihe geschaltet ist. Dadurch wird zusätzlich eine Kompensation der temperaturabhängigen Veränderung (Temperaturgang) der Empfindlichkeit der induktiven Aufnehmer erreicht. Dieser lemperalulabhängige Widerstand kann überbrückt werden, wenn eine Empfindiichkeitskompensation nicht erwünscht ist.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
• Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung als Schaltplan dargestellt ist, In der als Schaltplan dargestellten Meßbrückenschaltung sind zwei induktive Aufnehmer L 1, L2 in zwei Zweigen einer Halbbrücke angeordnet und einerseits mit einem gemeinsamen Mittelabgriff 1' und andererseits über jeweils eine Trimmspule L 3 bzw. L4, die gemeinsam zur Empfindlichkeitstrimmung verstellbar sind, mit jeweils einer Speiseleitung 2 bzw. 3 verbunden.
• Dcr Mittelabgriff 1' ist über einen Verlagerungswiderstand R 1 und eine Brücke 4 mit einem Summierpunkt A verbunden, an den eine Meßleitung 1 angeschlossen ist.
• Widerstände R3, R4, R7 und ein Potentiometer P2 bilden einen Spannungsteiler, dem die Speisespannung über die Speiseleitungen 2 und 3 zugeführt wird. Über -einen Verlagerungswiderstand R 2 und ein Potentiometer P1 wird ein Teil der Speisespannung am Schleifabgriff des Potentiometers P2 abgegriffen und in den SummierpunktA geleitet. Die zugeführte Teilspannung wird zu Beginn der Messung (z. B. bei Raumtemperatur) so eingestellt, daß die von den Aufnehmern vom Mittelabgriff 1' über den Verlagerungswiderstand R 1 zum Summierpunkt A geführte Meßspannung und die Teilspannung am Summierpunkt A zusammen genau die halbe Speisespannung ergeben.
• Wenn an den Aufnehmern eine Temperaturänderung auftritt, beispielsweise eine Temperaturerhöhung, wird beispielsweise der induktive Widerstand des Aufnehmers L 1 größer- und der des Aufnehmers L 2 kleiner.
• Dadurch ergibt sich am Mittelabgriff 1' eine Meßspannung, deren Potential sich dem Potential der Speiseleitung3 nähert.
• Da der temperaturabhängige Kompensationswiderstand R 7, beispielsweise ein NTC-Widerstand, räumlich so angeordnet ist, daß er auf dem Temperaturniveau der Aufliehmer L 1, L 2 liegt, erfährt der Kompensationswi-Widerstand R 7 dieselbe Temperaturänderung. Er verursacht eine gegenläufige Potentialverschiebung, so daß am SummierpunktA die halbe Speisespannung erhalten bleibt und sich damit an der Meßleitung 1 keine temperaturabhängige Spannungsänderung ergibt.
• Durch entsprechende Dimensionierung der Widerstände R 3 und R 4 und Einstellung des Potentiometers P1 kann der Kompensationsbereich verändert werden.
• Parallel zu dem Kompensationswiderstand R 7 ist ein Kompensationspotentiometer P3 geschaltet, zu dem ein Widerstand R 5 in Reihe geschaltet ist. Ein weiterer Widerstand R 6 kann parallel zu dem Kompensationspotentiometer P3 geschaltet sein.
• Je nach Auswahl des Widerstandes R5 und ggf. R6 und Einstellung des Kompensationspotentiometers P3 können sowohl lineare als auch rechts- und linksdrehend gekrümmte Temperaturgangkurven des Nullpunktes von induktiven Aufnehmern kompensiert werden.
• Die Brücke 4 überbrückt einen ebenfalls auf dem Temperaturniveau der Aufnehmer liegenden, temperaturabhängigen Widerstand R 8. Wird die Brücke 4 entfernt, so bewirkt der temperaturabhängige Widerstand R 8 eine Kompensation des Temperaturganges der Empfindlichkeit von induktiven Aufnehmern.
• Durch den Verlagerungswiderstand R 1 wird der Ort der Kompensation vom Mittelabgriff 1' des induktiven Aufnehmers zum Summierpunkt A hin verlagert, so daß die über den Verlagerungswiderstand R 2 auf den Summierpunkt A eingeleitete Kompensationsspannung zwar das Potential am Summierpunkt A beeinflußt, jedoch am Mittelabgriff 1' vernachlässigbar gering ist.
• Der induktive Aufnehmer wird durch die Kompensationsschaltung nicht belastet; eine Phasendrehung der Meßspannung infolge der Kompensation wird vermieden.
• Je nach der Polarität des Temperaturganges des Nullpunktes werden die Eingänge der beiden Zweige des Spannungsteilers wechselweise mit den beiden Speiseleitungen 2 und 3 verbunden, d. h. entweder ist wie in der Zeichnung dargestellt der Widerstand R 4 mit der Speiseleitung 2 und der Widerstand R 3 mit der Speiseleitung 3 verbunden, oder der Widerstand R 4 wird an die Speiseleitung 3 und der Widerstand R 3 an die Speiseleitung 2 angeschlossen.
• Bei einem Ausführungsbeispiel wurden die Widerstände und Potentiometer der Schaltung wie folgt dimensioniert, wobei vorzugsweise die beiden Verlagerungswiderstände R 1 und R 2 gleich sind: Widerstand k fl Potentiometer k fl R1 1 P1 10 R2 1 P2 2 R3 10 P3 50 R4 9 R5 0,2 R6 6 (nur erforderlich, wenn Widerstandswert des Potentiometers P3 gegen Null geht).
• R7 1,5 R8 0 (je nach Temperaturgang der Empfindlichkeit des Aufnehmers zwischen Null und einigen k Q)

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Meßbrückenschaltung für induktive Aufnehmer, bei der die Aufnehmer in zwei Zweigen einer Halbbrücke jeweils zwischen einer von zwei Speiseleitungen und einem gemeinsamen Mittelabgriff liegen, der mit einem mit einer Meßleitung verbundenen Summierpunkt verbunden ist, der mit einem Schleifabgriff eines Potentiometers eines Spannungsteilers verbunden ist, dessen beide Widerstandszweige mit jeweils einer der beiden Speiseleitungen verbunden sind, mit einer Einrichtung zur Kompensation von durch Temperaturschwankungen bedingten Nullpunktsverschiebungcn der Meßbrücke, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der beiden Widerstandszweige des Spannungsteilers ein temperaturabhängiger, auf dem Temperaturniveau der Aufnehmer (L 1, L 2) liegender Kompensationswiderstand (R 7) angeordnet ist und daß zwischen dem Mittelabgriff (1') der Aufnehmer-Halbbrücke und dem Summierpunkt (A) sowie zwischen diesem und dem Schleifabgriff des Potentiometers (P2) des Spannungsteilers jeweils ein Verlagerungswiderstand (R 1 bzw. R 2) geschaltet ist.
2. 2. Meßbrückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompensationspotentiometer (P3) zu dem Kompensationswiderstand (R 7) parallelgeschaltet ist.
3. 3. Meßbrückenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R 5 bzw.

   R 6) bzw. Widerstände in Reihe und/oder parallel zu dem Kompensationspotentiometer (P3) geschaltet ist bzw. sind.
4. 4. Meßbrückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mittelabgriff (1') der Aufnehmer-Halbbrücke und dem Summierpunkt (A) ein auf dem Temperaturniveau der Aufnehmer (L 1, L 2) liegender temperaturabhängiger Widerstand (R 8) zur Empfindlichkeitskompensation in Reihe mit dem Verlagerungswiderstand (R 1) geschaltet ist.
5. 5. Meßbrückenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R 8) zur Empfindlichkeitskompensation überbrückbar ist.
6. 6. Meßbrückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Potentiometer (P1) zur Veränderung des Kompensationsbereichs in Reihe mit dem Verlagerungswiderstand (R 2) zwischen dem Summierpunkt (A) und dem Schleifabgriff des Potentiometers (P2) des Spannungsteilers geschaltet ist.
7. 7. Meßbrückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der beiden Zweige des Spannungsteilers je nach der Polarität des Temperaturganges des Nullpunktes wechselweise mit den beiden Speiseleitungen (2, 3) verbindbar sind.

   Die Erfindung betrifft eine Meßbrückenschaltung für induktive Aufnehmer, bei der die Aufnehmer in zwei Zweigen einer Halbbrücke jeweils zwischen einer von 7wei Speiseleitungen und einem gemeinsamen Mittelabgriff liegen, der mit einem mit einer Meßleitung verbundenen Summierpunkt verbunden ist, der mit einem Schleifabgriff eines Potentioineters eines Spannungstcilers verbunden isl, dessen beide Widerstandszweige mit jeweils einer der beiden Speiseleitungen verbunden sind, mit einer Einrichtung zur Kompensation volldurch Tempcralurschwa nkungcn bedingten Nullpunktsverschiebungen der Meßbrücke.

   TcmperaturschwankIngcn an induktiven Aufueheiern, die in einer Mcßbrücke geschaltet sind, vcrtllsaehen Verschiebungen des Nullpunktes der Meßbrücke: dies führt zu Meßfehlern. Um diese Meßfehler auszuschließen oder möglichst gering zu halten, ist man bcstrebt, die lJmgebtlngslempclalul konstant zu halten.

   Bei zahlreichen Anwendungsfällen ist dics nicht o(ler nur mit erheblichem Aufwand möglich. Eine Kompens.llion des durch die Temperaturänderungen verursachten Meßfehlens kann dadurch erfolgen, daß die Temperaturgangkurvc des Nullpunktes der Meßbrückenschaltung vermittelt wird und daß unter Verwendung dieser Temperalurgangkurvc eine rechnerische Korrektur der jeweils erhaltenen Meßwerte in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgt, die hierfür gemessen und nötigenfalls aufgezeichnet werden muß.

   Da die Meßwertverarbeitung in den meisten Fällen in einem nachgeschalteten Verstärker oder Rechner erfolgt, kann die Kompensation unter Verwendung der ermittellen Temperaturgangkurve des Nullpunktes in Abhängigkeit von der jeweils zu messenden Temperalur am Aufnehmer auf elektrischem Wege im Verstärker oder Rechner erfolgen. hierzu ist ein erheblicher Schaltungsaufwand notwendig, die Temperatur muß während der Messung möglichst nahe am Aufnehmer gemessen werden, was oftmals mit konslrukliven Schwierigkeiten verbunden ist, wenn sich die Aufnehmer an einer schwer zugänglichen Stelle befinden. Vcrstärker oder Rechner, die nicht für eine derartigeKompensation ausgelegt sind, können nicht oder nur nach baulichen Veränderungen verwendet werden.

   Eine Kompensation der Temperatureinflüsse auf den Nullpunkt der Meßbrückenschaltung kann auch dadurch erfolgen, daß eine Vollbrückenschaltunggewählt wird, wobei die Kompensation in der passiven Ergänzungshalbbrücke vorgenommen werden muß. Die Verwendung einer Vollbrückenschaltung macht jedoch gegenüber üblichen Halbbrückenschaltungen eine Änderung der Eingangsschaltung der Verstärker erforderlich.

   Es ist auch möglich, die induktiven Aufnehmer mit eingebautem Verstärker auszuführen, wobei die Kompensation im Verstärker oder in der passiven Ergänzungshalbbrücke erfolgt. Dadurch ist der zulässige Temperaturbereich des Aufnehmers jedoch stark eingeengt.

   Schließlich sind schon Kompensationsschaltungen aufgebaut worden, die an die Charakteristik spezieller Aufnehmer individuell angepaßt sind. Diese Kompensationsschaltungen sind jedoch nicht universell einsclzbar.

   Allen bekannten Maßnahmen zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Nullpunktlage der Mcßbrückenschaltung ist jedoch gemeinsam, daß es zu einer Phasendrehung der Meßspannung kommt, wenn sie direkt am induktiven Aufnehmer vorgenommen werden.

   Aufgabe der erfindung ist es, eine Meßbrückenschaltung der cingangs genannten Gattung so auszugestalten, daß ohne die Notwendigkeit einer gesonderten Temperaturmessung und ohne Veränderungen am Verstärker eine Kompensation der temperaturabhängigen Nullpunktsverschiebung ohne Phasendrehungder Meßspannung ermöglicht wird.