DE3634052A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur messung des widerstandswertes eines sensorwiderstandes - Google Patents
Verfahren und schaltungsanordnung zur messung des widerstandswertes eines sensorwiderstandesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung
des Widerstandswertes Rsens eines Sensorwiderstandes,
dessen erster Anschluß mit einer Stromquelle verbunden und
über einen ersten Leiter mit einem Instrumentenverstärker
verbindbar ist und dessen zweiter Anschluß über einen
zweiten Leiter mit dem Instrumentenverstärker koppelbar
und mit einem dritten Leiter gekoppelt ist.
Ein solches Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur
Durchführung dieses Verfahrens sind aus den Philips-
Geräten KS 4400 oder KS 4450 bekannt. Derartige Geräte
dienen beispielsweise zur Erfassung der Temperatur einer
Flüssigkeit. Dabei werden zwei Stromquellen benutzt, die
jeweils mit einem Eingang eines Instrumentenverstärkers
verbunden sind. Eine Stromquelle ist mit dem einen
Anschluß eines Sensorwiderstandes und die andere Strom
quelle mit dem einem Anschluß eines Referenzwiderstandes
verbunden. Der andere Anschluß des Sensorwiderstandes und
der andere Anschluß des Referenzwiderstandes sind mit
Nullpotential verbunden. Der Ausgang des Instrumenten
verstärkers ist mit dem Eingang eines nachgeschalteten
Analog-Digital-Umsetzers, der an seinem Ausgang digitale
Signale für eine Anzeige oder für eine Reglereinheit
liefert, verbunden.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren und dieser
bekannten Schaltungsanordnung ist, daß die Stromquellen
auf Gleichheit abgeglichen werden müssen, damit die
Messung unabhängig von den Leitungswiderständen wird.
Ebenso müssen Verstärkungsfehler und der Offset des
Instrumentenverstärkers kompensiert werden, was aufwendige
Arbeitsvorgänge darstellt. Da die ermittelten Werte in
einer Digitalanzeige dargestellt werden, wird bei der
bekannten Schaltungsanordnung ein Analog-Digital-Umsetzer
angewendet. Dies hat zur Folge, daß neben der aufwendigen
Abgleicharbeit zur Eliminierung der Leitungswiderstände
noch die Temperaturdrift des Instrumentenverstärkers und
noch zusätzlich die des Analog-Digital-Umsetzers in das
Meßergebnis eingeht.
Das bekannte Verfahren und die bekannte Schaltungs
anordnung eignen sich daher nicht zur Anwendung in
Geräten, die marktbedingt in einem unteren Preisniveau
angesiedelt sein müssen (low-cost-Geräte), da Analog-
Digital-Umsetzer mit sehr geringer Temperaturdrift einen
erheblichen Kostenfaktor darstellen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem
auf einfache Weise der Widerstandswert des Sensorwider
standes ohne Einfluß der Leitungswiderstände bestimmt
wird.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß
- a) eine Spannung U 1 zwischen dem ersten und zweiten Leiter ermittelt wird,
- b) eine Spannung U 2 zwischen dem zweiten und dem ebenfalls mit dem Instrumentenverstärker verbindbaren dritten Leiter ermittelt wird und
- c) eine Spannung U 3 über einen zwischen dem dritten Leiter und Nullpotential liegenden Bezugs widerstand Rs zur Bestimmung des durch die Leiter fließenden Stromes erfaßt wird, worauf
- d) der Widerstandswert Rsens des Sensorwiderstandes an Hand der Gleichung berechnet wird.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die
Bestimmung des Widerstandswertes Rsens des Sensorwider
standes auf einfache Art, nämlich durch Bestimmung der
Spannungen zwischen den Leitern und am Bezugswiderstand
und anschließender Berechnung erfolgt. Die Spannungen
können hierbei zeitlich aufeinanderfolgend oder gleich
zeitig ermittelt werden. Der Leitungswiderstand wird durch
die Messung der Spannung U 2 bestimmt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens
werden die Eingänge des Instrumentenverstärkers auf Null
potential gelegt und werden nachfolgend die gemessenen
Spannungen in einem dem Instrumentenverstärker nachge
schaltetem Analog-Digital-Umsetzer in entspechende
Digitalwerte umgesetzt, worauf der Widerstandswert Rsens
aus der Gleichung
ermittelt wird, wobei Dn, n=1, 2, 3, die Digitalwerte
der Spannungen Un, n=1, 2, 3, und D 0 der Digitalwert bei
Nullpotential am Eingang des Instrumentenverstärkers ist.
Diese Digitalwerte, die am Ausgang des Analog-Digital-
Umsetzers erzeugt werden, liefern in ihrer Gesamtheit
durch einfache Umrechnung den entsprechend berechneten
Widerstandswert Rsens des Sensorwiderstandes. Dabei ist es
grundsätzlich so, daß die einzelnen Messungen der drei
Spannungen U 1, U 2 und U 3 und Nullpotential in beliebiger
Reihenfolge für eine Messung erfaßt werden können.
Hierbei geht die Temperaturdrift des Instrumenten
verstärkers und des Analog-Digital-Umsetzers in die
Messung nicht mit ein, d. h. diese Komponenten können im
Vergleich zu den bisher üblichen Verfahren zur Messung
eines Widerstandswertes verhältnismäßig einfach ausgeführt
werden und die Kosten zur Ausführung des Verfahrens
niedrig gehalten werden. Insgesamt braucht somit der
Schaltungsaufwand der Schaltungsanordnung zur Ausführung
des Verfahrens nur geringen Anforderungen in bezug auf das
Temperaturverhalten zu genügen.
Vorteilhafterweise erfolgt die Berechnung des Widerstands
wertes Rsens des Sensorwiderstandes über eine nachge
schaltete Recheneinrichtung, die beispielsweise ein
Microcomputer sein kann und die am Ausgang des Analog-
Digital-Umsetzers liegt.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des
beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen einem ersten und einem zweiten Leiter der Sensor
widerstand angeordnet ist, wobei der erste Leiter mit
einer Stromquelle verbunden ist, und ein dritter Leiter,
der mit dem stromquellenfreien Anschluß des Sensor
widerstandes gekoppelt ist, über einen Bezugswiderstand
mit Nullpotential verbunden ist.
Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung gegenüber den
bekannten Schaltungen besteht darin, daß hier lediglich
eine Stromquelle verwendet wird, d. h. eine Abgleicharbeit
zur gleichen Einstellung der Stromquellen entbehrlich
ist. Die Stromquelle muß auch nicht unbedingt temperatur
driftarm ausgelegt werden, da die Messung schnell durchge
führt wird und somit die Messung weitgehend temperatur
unabhängig ist. Lediglich der Bezugswiderstand muß
hinreichend temperaturdriftarm sein.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Schaltungs
anordnung sind die drei vom Sensorwiderstand wegführenden
Leitungen mit den Eingängen eines Multiplexers verbunden,
deren Ausgänge mit dem Instrumentenverstärker verbunden
sind und ein weiterer Eingang des Multiplexers liegt auf
Nullpotential. Der Multiplexer gestattet es, daß die
einzelnen Leiter auf vorbestimmte Weise auf die Eingänge
des Instrumentenverstärkers geschaltet werden, wobei der
dem Instrumentenverstärker nachgeschaltete Analog-
Digital-Umsetzer das Meßergebnis der Speichereinrichtung
einer Recheneinrichtung oder einer beliebigen anderen
Speichereinrichtung zuführt. Um ein präzises Meßergebnis
zu erreichen, ist an die Multiplexerschalter lediglich die
Forderung gestellt, daß diese sich bezüglich der
Temperaturdrift möglichst gleich verhalten.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nunmehr
an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung zur Durchführung
eines bisher bekannten Meßverfahrens unter Verwendung
zweier Stromquellen,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung des Widerstands
wertes eines Sensorwiderstandes.
Eine bekannte Schaltungsanordnung zur Messung von Wider
ständen ist in Fig. 1 dargestellt. Diese Schaltungs
anordnung umfaßt zwei Stromquellen 11, die jeweils mit
einem Eingang 160, 161 eines Instrumentenverstärkers 16
verbunden sind, wobei der Ausgang 162 mit dem Eingang 170
eines Analog-Digital-Umsetzers 17 verbunden ist. Darüber
hinaus ist der Eingang 161 des Instrumentenverstärkers 16
mit einem Anschluß 25 eines Sensorwiderstandes 12 und der
Eingang 160 des Instrumentenverstärkers 16 mit einem
Anschluß eines Referenzwiderstandes 9 verbunden. Der
andere Anschluß 26 des Sensorwiderstandes 12 ist einer
seits an Nullpotential und andererseits an den anderen
Anschluß des Referenzwiderstandes 9 angeschlossen. Sowohl
in den beiden von den Stromquellen 11 kommenden Leitungen
als auch in der den Anschluß 26 mit Nullpotential ver
bindenden Leitung dieser bekannten Schaltungsanordnung ist
ein Leitungswiderstand RL (naturgemäß) vorhanden.
Diese bekannte Schaltungsanordnung wird z. B. zur
Temperaturmessung benutzt, sie hat jedoch den Nachteil,
daß zwei Stromquellen nötig sind und zudem beide Strom
quellen auf Gleichheit abgeglichen werden müssen, damit
die Messung unabhängig von den Leitungswiderständen wird.
Darüber hinaus müssen Abgleicharbeiten auf Grund der
Abweichung von den gewünschten Werten des Instrumenten
verstärkers 16 durchgeführt werden (z. B. Offset,
Verstärkungsfehler). Ebenfalls müssen an die Gesamtmessung
hohe Anforderungen in bezug auf die Temperaturdrift des
Instrumentenverstärkers 16 sowie an die Temperaturdrift
des nachgeschalteten Analog-Digital-Umsetzers 17 gestellt
werden, was insgesamt dazu führt, daß diese Schaltungs
anordnung in Geräten der niedrigen Preisklassen nicht
einsetzbar sind.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Messung des
Widerstandswertes eines Sensorwiderstandes und zur Durch
führung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2
dargestellt. Diese Schaltungsanordnung 10 umfaßt lediglich
eine Stromquelle 11, die mit einem ersten Leiter 13
verbunden ist. Der erste Leiter 13 ist über den
Anschluß 25 mit dem Sensorwiderstand 12 verbunden, wobei
in diesem Leiter naturgemäß ein Leitungswiderstand vor
handen ist, der hier durch den Widerstand 28 angedeutet
wird. Darüber hinaus ist die Stromquelle 11 mit einem
Eingang 20 eines Multiplexers 19 verbunden. Ein zweiter
Leiter 14 ist einerseits mit dem anderen Anschluß 26 des
Sensorwiderstandes 12 verbunden und andererseits mit einem
zweiten Eingang 21 des Multiplexers 19. Ein dritter
Leiter 15 ist einerseits ebenfalls mit dem Anschluß 26 des
Sensorwiderstandes 12 verbunden und andererseits zum einen
über einen Bezugswiderstand 18 mit Nullpotential und
andererseits mit einem dritten Eingang 22 des
Multiplexers 19 verbunden. Ein vierter mit Nullpotential
verbundener Leiter 31 ist auf einen vierten Multiplexer
eingang 33 gelegt. Auch im zweiten und dritten Leiter 14,
15 sind naturgemäß Leitungswiderstände vorhanden, die hier
mit 29 und 30 bezeichnet sind.
Die beiden Ausgänge 23, 24 des Multiplexers 19 sind mit
den Eingängen 160, 161 eines Instrumentenverstärkers 16
verbunden, dessen Ausgang 162 mit dem Eingang 170 eines
Analog-Digital-Umsetzers 17 verbunden ist. Der Ausgang 171
des Analog-Digital-Umsetzers 17 ist mit einer Anzeige- und
Recheneinrichtung 180 verbunden.
Zur Bestimmung des Widerstandswertes Rsens des Sensor
widerstandes 12 werden vier Meß- bzw. Verfahrensschritte
durchgeführt. Zunächst wird eine Spannung U 1 über dem
Widerstandssensor 12 zur Bestimmung seines Widerstandes
ermittelt, d. h. die Spannung zwischen den Leitern 13 und
14. Dann wird eine Spannung U 2 zwischen den Leitern 14 und
15 zur Erfassung der Leitungswiderstände ermittelt. Dann
wird eine Spannung U 3 am Bezugswiderstand 18 zur
Bestimmung des durch die Schaltungsanordnung 10 fließenden
Stromes erfaßt. Schließlich verbindet der Multiplexer 19
seinen Eingang 33 mit seinen Ausgängen 23 und 24, so daß
an den Eingängen 160 und 161 des Instrumentenverstärkers
Nullpotential anliegt und bei dieser Eingangsspannung U 0
ein Digitalwert D 0 in der Recheneinrichtung 180 bestimmt
wird. Die Bestimmung der Ausgangsspannung des
Instrumentenverstärkers 16 bei kurzgeschlossenem Eingängen
dient dazu, Abweichungen der gemessenen Spannungen durch
Temperaturdrift und andere Einflußfaktoren zu bestimmen.
Diese Messung erfolgt unter jeweiliger entsprechender
Umschaltung der Eingänge 20, 21, 22 und 33 des
Multiplexers 19 auf die Eingänge 160, 161 des
Instrumentenverstärkers 16. Am Ausgang 171 des nachfolgend
angeordneten Analog-Digital-Umsetzers 17 werden den
Spannungen U 1, U 2, U 3, U 0 entsprechende Digitalwert D 1,
D 2, D 3, D 0 geliefert.
Der Widerstandswert Rsens des Sensorwiderstandes 12 läßt
sich durch Aufstellung von Maschengleichungen bestimmen.
Für den Widerstandswert Rsens ergibt sich daraus:
In der Recheneinrichtung 180 wird der Widerstands
wert Rsens des Sensorwiderstandes 12 unter entsprechender
Berücksichtigung der Abweichungen, hervorgerufen
beispielsweise durch die Temperaturdrift im Instrumenten
verstärker 16 und im Analog-Digital-Wandler 10, berechnet,
d. h. durch entsprechende Berücksichtigung des bei Null
potential ermittelten Digitalwertes D 0 berechnet. Ein
Digitalwert Dn entspricht also der Gleichung
Dn = V Un + D 0,
wobei V die Verstärkung des Instrumentenverstärkers 16 und
des Analog-Digital-Umsetzers 17 ist. Hieraus ergibt sich
dann:
wobei Rs der Widerstandswert des Bezugswiderstandes 18
ist.
Claims (6)
1. Verfahren zur Messung des Widerstandswertes Rsens
eines Sensorwiderstandes, dessen erster Anschluß mit einer
Stromquelle verbunden und über einen ersten Leiter mit
einem Instrumentenverstärker verbindbar ist und dessen
zweiter Anschluß über einen zweiten Leiter mit dem
Instrumentenverstärker koppelbar und mit einem dritten
Leiter gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) eine Spannung U 1 zwischen dem ersten und zweiten Leiter ermittelt wird,
- b) eine Spannung U 2 zwischen dem zweiten und dem eben falls mit dem Instrumentenverstärker verbindbaren dritten Leiter ermittelt wird und
- c) eine Spannung U 3 über einen zwischen dem dritten Leiter und Nullpotential liegenden Bezugswider stand Rs zur Bestimmung des durch die Leiter fließenden Stromes erfaßt wird, worauf
- d) der Widerstandswert Rsens des Sensorwiderstandes an Hand der Gleichung berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Instrumenten
verstärkers auf Nullpotential gelegt werden und daß
nachfolgend die gemessenen Spannungen in einem dem
Instrumentenverstärker nachgeschalteten Analog-Digital-
Umsetzer in entsprechende Digitalwerte umgesetzt werden,
worauf der Widerstandswert Rsens aus der Gleichung
ermittelt wird, wobei Dn, n=1, 2, 3, die Digitalwerte
der Spannungen Un, n=1, 2, 3, und D 0 der Digitalwert bei
Nullpotential am Eingang des Instrumentenverstärkers ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Wider
standswertes Rsens des Sensorwiderstandes über eine
Recheneinrichtung erfolgt.
4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem ersten und
einem zweiten Leiter (13, 14) der Sensorwiderstand (12)
angeordnet ist, wobei der erste Leiter (13) mit einer
Stromquelle (11) verbunden ist und ein dritter
Leiter (15), der mit dem stromquellenfreien Anschluß (26)
des Sensorwiderstandes (12) gekoppelt ist, über einen
Bezugswiderstand (18) mit Nullpotential verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die drei vom Sensorwider
stand (12) wegführenden Leitungen (13, 14, 15) mit den
Eingängen (20, 21, 22) eines Multiplexers (19) verbunden
sind, deren Ausgänge (23, 24) mit dem Instrumenten
verstärker (16) verbunden sind und daß ein weiterer
Eingang (33) des Multiplexers (19) auf Nullpotential
liegt.
6. Schaltungsanordnung nach Schaltung 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexereingänge (20,
21, 22, 33) zur Weitergabe der Spannungen U 1, U 2, U 3 und
U 0 an den Instrumentenverstärker (16) in vorbestimmter
Reihenfolge auf die Eingänge (160, 161) dieses
Instrumentenverstärkers (16) schaltbar sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863634052 DE3634052A1 (de) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | Verfahren und schaltungsanordnung zur messung des widerstandswertes eines sensorwiderstandes |
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DE3634052C2 DE3634052C2 (de) | 1989-03-09 |
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Family Applications (1)
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