DE3631288A1

DE3631288A1 - Messwertgeber

Info

Publication number: DE3631288A1
Application number: DE19863631288
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reisch; Bernhard Lukas
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1986-09-13
Filing date: 1986-09-13
Publication date: 1988-03-24

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber, bei wel chem ein von einer zu messenden Größe abhängiger Meßwiderstand in Reihe mit einem Serienwiderstand geschaltet ist.

Meßwertgeber mit einem von der zu messenden Größe abhängigen Widerstand sind bekannt und werden für verschiedene Messungen verwendet. Insbesondere zu Temperaturmessungen werden temperaturabhängige Wider stände verwendet. Es sind jedoch auch Meßwertgeber mit licht- und druckempfindlichen Widerständen be kannt. Die meisten der hierzu verwendeten Widerstän de weisen jedoch einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen dem Widerstand und der zu messenden Größe auf.

Diesen nichtlinearen Zusammenhang kann man zwar bei der Umwandlung in ein elektrisches Signal, welches zur Anzeige oder zur weiteren Verarbeitung dient, entsprechend berücksichtigen; es verbleiben jedoch häufig innerhalb des gewünschten Meßbereichs Teilbe reiche, in denen sich der Widerstand nur unwesent lich mit der zu messenden Größe ändert, so daß sich innerhalb dieser Teilbereiche eine unzureichende Auf lösung ergibt.

Es sind zwar bei bekannten Meßwertgebern dem Meß widerstand Serien- und Parallelwiderstände zugeord net. Diese bewirken zwar eine annähernde Linearisie rung, jedoch nur in einem relativ kleinen Meßbe reich, der für viele Anwendungen nicht ausreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Meßwertgeber anzugeben, welcher in einem größe ren Meßbereich einen linearen Zusammenhang zwischen der zu messenden Größe und der von dem Meßwertgeber abgegebenen Spannung aufweist und insbesondere eine innerhalb des gesamten Meßbereichs genügende Auflö sung gewährleistet.

Der erfindungsgemäße Meßwertgeber ist dadurch gekenn zeichnet, daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist, welche die Größe des Serienwiderstandes in Abhängig keit von der Spannung am Meßwiderstand steuert.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Größe des Serienwiderstandes in einzelnen Stufen umschaltbar ist. Mit dieser Weiterbildung wird eine einfache Steuerbarkeit des Serienwiderstandes er zielt, wobei gemäß einer vorteilhaften Ausführungs form dieser Weiterbildung vorgeschlagen wird, daß einem ersten Serienwiderstand mindestens ein weite rer Serienwiderstand parallelschaltbar ist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann der Serienwiderstand von einer steuerbaren Konstant stromquelle gebildet sein. Diese Weiterbildung ermög licht eine kontinuierliche Anpassung des Stroms über den gesamten Meßbereich. Die Spannung am Meßwider stand ist dann dem Widerstandswert proportional. In Abhängigkeit dieses Widerstandes kann dann der Kon stantstrom so eingestellt werden, daß die Meßgröße optimal erfaßt werden kann.

Für eine Reihe von Anwendungen kann eine ausreichen de Linearisierung durch die Verwendung eines steuer baren Serienwiderstandes erreicht werden. Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist jedoch außerdem vorgesehen, daß dem Meßwiderstand ein Paral lelwiderstand zugeordnet ist, dessen Größe von der Steuerschaltung steuerbar ist. Ähnlich wie der Serienwiderstand kann auch der Parallelwiderstand derart steuerbar sein, daß die Größe des Parallelwi derstandes in einzelnen Stufen umschaltbar ist, und daß vorzugsweise einem ersten Parallelwiderstand mindestens ein weiterer Parallelwiderstand parallel schaltbar ist.

Eine weitere Weiterbildung besteht darin, daß die Steuerschaltung im wesentlichen von einem Mikropro zessor gebildet ist.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Meßwertgebers bei einer Vielzahl von Meßaufgaben ist dadurch gege ben, daß der Meßwiderstand ein temperaturabhängiger Widerstand ist. Neben Anwendungen zur Temperaturmes sung als solcher ermöglicht diese Weiterbildung der Erfindung auch Messungen, bei denen über die Tempera tur andere Größen, beispielsweise die Geschwindig keit eines strömenden Mediums oder der Füllstand eines Kraftstofftanks gemessen werden.

Ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb des erfin dungsgemäßen Meßwertgebers besteht darin, daß zu nächst eine erste Größe des Serienwiderstandes und ggf. des Parallelwiderstandes eingestellt wird, daß danach die Spannung am Meßwiderstand zur Ermittlung einer günstigen Größe des Serienwiderstandes und ggf. des Parallelwiderstandes herangezogen wird, daß die günstige Größe eingestellt wird und daß danach die Spannung am Meßwiderstand zur Ausgabe eines Meß wertes ausgewertet wird.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine bekannte Schaltung mit einem Meßwider stand,

Fig. 2 verschiedene Spannungs-Temperatur-Kennlinien,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungs beispiels,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels und

Fig. 5 eine etwas detailliertere Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Schaltung wird die nichtlineare Kennlinie eines temperaturab hängigen Meßwiderstandes 1 durch einen Serienwider stand 2 und einen Parallelwiderstand 3 linearisiert. Der Schaltung wird bei 4 eine konstante Spannung U zugeführt. Der Verbindungspunkt 5 zwischen dem Meß widerstand 1 und dem Serienwiderstand 2 stellt den Ausgang der Schaltung nach Fig. 1 dar. Die an ihm anliegende Spannung U 1 steht in einem gewissen Tem peraturbereich mit hinreichender Genauigkeit in einem linearen Zusammenhang mit der Temperatur des Meßwiderstandes 1.

Die Wirkung der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuter ten Linearisierung ist in Fig. 2a) und b) an Hand der nicht linearen Widerstands-Temperatur-Kennlinie eines NTC-Widerstandes und an Hand der Spannungs-Tem peratur-Kennlinie der in Fig. 1 dargestellten Schal tung erläutert. Aus Fig. 2b) ist ersichtlich, daß die in Fig. 1 dargestellte Schaltung etwa in einem Bereich zwischen -10°C und +30°C brauchbare Ergeb nisse liefert.

Um die Anwendbarkeit der bekannten Schaltung in einem größeren Temperaturbereich zu ermöglichen, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der Meßwi derstand 1 mit einem steuerbaren Serienwiderstand 7 und einem steuerbaren Parallelwiderstand 8 versehen. Die Größen des Serienwiderstandes 7 und des Parallel widerstandes 8 werden von einer Steuerschaltung 9 gesteuert, der die Spannung U 1 über dem Meßwider stand 1 zugeführt wird. Die Steuerschaltung 9 wird von einem entsprechend programmierten Mikroprozessor gebildet, welcher auch die Umrechnung der Spannung U 1 in Temperaturwerte, welche beispielsweise digital angezeigt werden, vornimmt. Die steuerbaren Wider stände 7, 8 können kontinuierlich oder in Stufen steuerbar sein. Eine stufenweise Steuerung wird spä ter im Zusammenhang mit Fig. 5 näher erläutert.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Serienwiderstand als steuerbare Konstant stromquelle 11 ausgebildet, welche von einer Steuer schaltung 9 entsprechend gesteuert wird. Bei beiden Ausführungsbeispielen, kann das in der Steuerschal tung 9 befindliche Programm derart ausgelegt sein, daß zunächst eine grobe Messung der Größe des Meß widerstandes 1 erfolgt und danach die Größen des Serienwiderstandes und ggf. des Parallelwiderstandes eingestellt werden. Danach erfolgt eine weitere Mes sung der Spannung U 1 und eine entsprechende Auswer tung in der Steuerschaltung.

Fig. 5 zeigt, wie in einfacher Weise die Größen des Serien- und des Parallelwiderstandes in Stufen verän dert werden können, und zwar ist einem ersten, fest zwischen dem Eingang 4 für die Versorgungsspannung und dem Meßwiderstand 1 angeordnetem Serienwider stand ein zweiter Serienwiderstand 15 parallelschalt bar. In ähnlicher Weise wird einem ersten Parallel widerstand 16 ein zweiter Parallelwiderstand 17 parallelgeschaltet. Hierzu dienen in einfacher Weise zwei Ausgangstore (Ports) eines die Steuerschaltung bildenden Mikroprozessors. Jedes dieser Ausgangstore ist als sogenannter Tristate-Ausgang ausgelegt und verfügt über je zwei Schalter 18, 19 bzw. 20, 21. Je nach Ausgangssignal kann einer der beiden Schalter leitend oder beide Schalter nichtleitend sein.

Mit Hilfe des im Mikroprozessor gespeicherten Pro gramms kann nun vorgesehen werden, daß durch Schlie ßen des Schalters 19 die Größe des Parallelwiderstan des 16 durch Parallelschalten des weiteren Parallel widerstandes 17 verringert wird und/oder daß die Größe des Serienwiderstandes 14 durch Parallelschal ten des weiteren Serienwiderstandes mit Hilfe des Schalters 20 verringert wird. Die Schalter 18 und 21 sind ohnehin in den erhältlichen Mikroprozessoren enthalten und brauchen entweder bei dem erfindungs gemäßen Meßwertgeber nicht angesteuert zu werden oder bieten die Möglichkeit, die Widerstände 15 oder 17 entweder als weitere Parallel- oder als weitere Serienwiderstände zu benutzen.

Fig. 2c) zeigt zusammen mit der bereits in Fig. 2b) dargestellten Spannungs-Temperatur-Kennlinie zwei weitere Kennlinien mit geänderten Größen des Serien bzw. Parallelwiderstandes. Dabei wird offensicht lich, daß durch ein Umschalten des Serienwiderstan des von 5 kOhm auf 500 Ohm und ein wahlweises Zu schalten eines Parallelwiderstandes von 10 kOhm ein Temperaturbereich von -10°C bis etwa 100°C mit jeweils guter Linearität und einer Spannung U 1 erfaß bar ist, welche zur weiteren Auswertung eine ausrei chende Größe und eine ausreichend starke Abhängig keit von der Temperatur aufweist. Dabei besteht der gesamte Meßbereich aus zwei sich überlappenden Teil bereichen. Die Grenzen des unteren Teilbereichs sind gestrichelt angedeutet, während sich der obere Teil bereich zwischen den strichpunktierten Linien er streckt.

Claims

1. Meßwertgeber, bei welchem ein von einer zu messen den Größe abhängiger Meßwiderstand in Reihe mit ei nem Serienwiderstand geschaltet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Steuerschaltung (9) vorgesehen ist, welche die Größe des Serienwiderstandes (2, 7) in Abhängigkeit von der Spannung am Meßwiderstand (1) steuert.

2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Größe des Serienwiderstandes (2) in einzelnen Stufen umschaltbar ist.

3. Meßwertgeber nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß einem ersten Serienwiderstand (14) mindestens ein weiterer Serienwiderstand (15) paral lelschaltbar ist.

4. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Serienwiderstand (2) von einer steuerbaren Konstantstromquelle (11) gebildet ist.

5. Meßwertgeber nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwiderstand (1) ferner ein Parallelwiderstand (3, 8) zugeordnet ist, dessen Größe von der Steuerschaltung (9) steuer bar ist.

6. Meßwertgeber nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Größe des Parallelwiderstandes (3) in einzelnen Stufen umschaltbar ist.

7. Meßwertgeber nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß einem ersten Parallelwiderstand (16) mindestens ein weiterer Parallelwiderstand (17) parallelschaltbar ist.

8. Meßwertgeber nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (9) im wesentlichen von einem Mikroprozessor gebil det ist.

9. Meßwertgeber nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (1) ein temperaturabhängiger Widerstand ist.

10. Verfahren zum Betrieb eines Meßwertgebers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine erste Größe des Serienwiderstandes und ggf. des Parallelwiderstandes eingestellt wird, daß danach die Spannung am Meßwiderstand zur Ermittlung einer günstigen Größe des Serienwiderstandes und ggf. des Parallelwiderstandes herangezogen wird, daß die gün stige Größe eingestellt wird und daß danach die Span nung am Meßwiderstand zur Ausgabe eines Meßwertes ausgewertet wird.