DE3905664A1 - Circuit arrangement with a sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Sensor, wobei die Ausgangsspannung einer Brückenschaltung einem Verstärker zuführbar ist.The invention relates to a circuit arrangement with a Sensor, the output voltage of a bridge circuit can be fed to an amplifier.
Sensoren dienen zur Ableitung eines elektrischen Signals, das einer zu erfassenden physikalischen Größe entspricht - vorzugsweise dieser proportional ist. Häufig sind jedoch elektrische Größen, wie beispielsweise der Widerstand oder die Spannung eines Sensorselements, nur geringfügig von der zu erfassenden Größe abhängig, so daß sich kleine relative Änderungen der elektrischen Größen ergeben. Die Sensorelemente werden daher oft in Brückenschaltungen einbezogen, deren Ausgangssignal verstärkt wird. So sind beispielsweise Kraftaufnehmer mit Dehnungsmeßstreifen bekannt, welche die vier Brückenzweige einer Brückenschaltung bilden. Sensors are used to derive an electrical signal, that corresponds to a physical quantity to be recorded - preferably this is proportional. However, are common electrical quantities such as resistance or the voltage of a sensor element, only slightly different from that dependent size to be detected, so that there is small relative Changes in electrical quantities result. The Sensor elements are therefore often used in bridge circuits included, whose output signal is amplified. So are for example, force transducers with strain gauges known which the four bridge branches one Form a bridge circuit.
Die verfügbaren Sensorelemente weisen jedoch im allgemeinen nichtlineare Kennlinien auf und unterliegen Exemplarstreuungen.However, the available sensor elements generally have non-linear characteristics on and subject Specimen Scatters.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung mit einem Sensor vorzuschlagen, welche in möglichst einfacher Weise eine weitgehende Korrektur der durch abweichende Kennlinien und/oder Exemplarstreuungen bedingten Meßfehler gestattet.The object of the present invention is therefore a Propose circuit arrangement with a sensor, which Extensive correction of the due to deviating characteristic curves and / or sample variations conditional measurement errors allowed.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers über einen Analog/Digital-Wandler, eine digitale Korrekturschaltung, einen Digital/Analog-Wandler und eine Addierschaltung mit dem Eingang des Verstärkers verbunden ist.The circuit arrangement according to the invention is thereby characterized in that the output of the amplifier via a Analog / digital converter, a digital correction circuit, a digital / analog converter and an adding circuit is connected to the input of the amplifier.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß auch komplizierte für jeden Sensor spezifische Korrekturfunktionen realisiert werden können. Außerdem können die digitalen Schaltungen, also die digitale Korrekturschaltung, der Analog/Digital- und der Digital/Analog-Wandler mit einer relativ geringen Auflösung von beispielsweise 8 bit arbeiten.The circuit arrangement according to the invention has the advantage that even complicated for each sensor specific Correction functions can be implemented. Furthermore can the digital circuits, so the digital Correction circuit, the analog / digital and the Digital / analog converter with a relatively low resolution of 8 bits, for example.
Eine weitgehende Freizügigkeit bei der Wahl der Korrekturkennlinien wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Erzeugung einer Korrekturspannung in der digitalen Korrekturschaltung in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausgangsspannung des Verstärkers Werte aus einem Speicher ausgelesen werden, wobei die Korrekturschaltung mindestens einen Mikrocomputer und einen nichtflüchtigen Speicher enthält.Extensive freedom of movement in the choice of According to a further development of the correction characteristics Invention achieved in that to generate a Correction voltage in the digital correction circuit in Dependence on the respective output voltage of the Amplifier values are read from a memory, wherein the correction circuit at least one microcomputer and contains a non-volatile memory.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich. Dabei wird insbesondere die Temperatur des Sensors bei der Korrektur berücksichtigt.By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements in Main claim specified invention possible. Doing so especially the temperature of the sensor during the correction considered.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:The invention allows numerous embodiments. Two of which are schematic in the drawing using several Figures shown and described below. It shows:
Fig. 1 teilweise als Blockschaltbild ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 1 shows, partly as a block diagram a first embodiment,
Fig. 2 ebenfalls teilsweise als Blockschaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 2 also partially as a block diagram a second embodiment,
Fig. 3 eine bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 anwendbare Korrekturschaltung in detaillierterer Darstellung und Fig. 3, an applicable in the embodiments of FIGS. 1 and 2, correction circuit in a detailed representation and
Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Programms für einen Mikrocomputer in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Fig. 4 is a flowchart of a program for a microcomputer in the circuit arrangement according to the invention.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Identical parts are given the same reference symbols in the figures Mistake.
Hei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird eine aus vier Widerständen 1, 2, 3, 4 bestehende Brückenschaltung mit einer Betriebsspannung U B beaufschlagt. Unter dem Einfluß der jeweils zu erfassenden Größe, beispielsweise einer Kraft, wird die Brückenschaltung mehr oder weniger abgeglichen, so daß an den Anschlüssen 5, 6 der Brückenschaltung eine von der zu erfassenden Größe abhängige Spannung entsteht. Diese wird über Widerstände 7, 8 den Eingängen eines Operationsverstärkers 9 zugeführt, der über einen weiteren Widerstand 10 in an sich bekannter Weise gegengekoppelt ist. Vom Ausgang 11 des Operationsverstärkers 9 ist eine Spannung abnehmbar, welche der zu erfassenden Größe weitgehend proportional ist und beispielsweise einem in den Fig. 1 und 2 lediglich angedeuteten Regler 21 in einem Kraftfahrzeug zugeführt werden kann.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, an operating voltage U B is applied to a bridge circuit consisting of four resistors 1 , 2 , 3 , 4 . Under the influence of the size to be detected, for example a force, the bridge circuit is more or less adjusted, so that a voltage dependent on the size to be detected arises at the connections 5 , 6 of the bridge circuit. This is fed via resistors 7 , 8 to the inputs of an operational amplifier 9 , which is coupled through a further resistor 10 in a manner known per se. From the output 11 of the operational amplifier 9, a voltage is removable, which is largely proportional amount to be detected and, for example, a may be supplied in Figs. 1 and 2 merely indicated regulator 21 in a motor vehicle.
Zur Korrektur von Fehlern, welche durch nichtlineare Kennlinien und Exemplarstreuungen der Widerstände 1 bis 4 bedingt sind, ist eine Korrekturschaltung 12 vorgesehen, derem einen Eingang 16 das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 9 zuführbar ist. Ein Ausgang 13 der Korrekturschaltung 12 ist über einen Widerstand 14 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 verbunden. Widerstände 8 und 14 bilden zusammen mit dem Eingangswiderstand des Operationsverstärkers 9 eine Addierschaltung, mit deren Hilfe das mit der Schaltung 12 abgeleitete Korrektursignal und die Ausgangsspannung der Brückenschaltung addiert werden.A correction circuit 12 is provided for correcting errors which are caused by non-linear characteristic curves and sample variations of the resistors 1 to 4 , and the output signal of the operational amplifier 9 can be fed to an input 16 thereof. An output 13 of the correction circuit 12 is connected via a resistor 14 to the non-inverting input of the operational amplifier 9 . Resistors 8 and 14 together with the input resistance of operational amplifier 9 form an adder circuit, with the aid of which the correction signal derived with circuit 12 and the output voltage of the bridge circuit are added.
Wie später im Zusammenhang mit Fig. 3 noch genauer erläutert wird, enthält die Korrekturschaltung 12 einen Analog/Digital-Wandler, eine digitale Korrekturschaltung und einen Digital/Analog-Wandler. Einem weiteren Eingang 17 der Korrekturschaltung 12 kann die Ausgangsspannung eines Temperatursensors 15 zugeführt werden, der in geeigneter Weise im Bereich der Widerstände 1 bis 4 angeordnet ist, so daß er deren Temperatur annimmt. Damit sind Meßfehler korrigierbar, welche durch die Temperaturabhängigkeit der Widerstände 1 bis 4 entstehen.As will be explained in more detail later in connection with FIG. 3, the correction circuit 12 contains an analog / digital converter, a digital correction circuit and a digital / analog converter. A further input 17 of the correction circuit 12 can be supplied with the output voltage of a temperature sensor 15 , which is suitably arranged in the region of the resistors 1 to 4 , so that it takes on their temperature. This makes it possible to correct measurement errors which arise from the temperature dependence of resistors 1 to 4 .
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die Temperatur bei der Bildung des Korrektursignals, welches über den Ausgang 13 und den Widerstand 14 der Ausgangsspannung der Brückenschaltung hinzugefügt wird, berücksichtigt. Im Gegensatz dazu ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein weiterer Ausgang 18 der Korrekturschaltung 12 vorgesehen, der eine Spannung für die Temperaturkorrektur führt, welche mit Hilfe einer weiteren Addierschaltung 19 der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 9 überlagert wird. Ansonsten gleicht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 demjenigen nach Fig. 1.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the temperature is taken into account in the formation of the correction signal, which is added to the output voltage of the bridge circuit via the output 13 and the resistor 14 . In contrast, in the exemplary embodiment according to FIG. 2, a further output 18 of the correction circuit 12 is provided, which carries a voltage for the temperature correction, which is superimposed on the output voltage of the operational amplifier 9 with the aid of a further adding circuit 19 . Otherwise, the exemplary embodiment according to FIG. 2 is the same as that according to FIG. 1.
Die Ausgangsspannung der Brückenschaltung - also die Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen 5 und 6 - ist nicht nur von den jeweiligen Größen der Widerstände 1 bis 4, sondern auch von der Betriebsspannung U B abhängig. Um dadurch entstehende Meßfehler auszuschließen, wird bei den Ausführungsbeispielen die Betriebsspannung U B als Referenzspannung für die in der Korrekturschaltung 12 vorhandenen Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler und für den Analog/Digital-Wandler 22 im Regler verwendet, wozu sie dem Regler 21 über einen Anschluß 20 zugeführt wird. Die zu erfassende Größe wird somit bei den Ausführungsbeispielen nicht als Absolutwert der jeweiligen Spannung, sondern als Verhältnis zwischen der jeweiligen Spannung und der Betriebsspannung U B dargestellt.The output voltage of the bridge circuit - that is, the voltage difference between the connections 5 and 6 - is not only dependent on the respective sizes of the resistors 1 to 4 , but also on the operating voltage U B. In order to rule out measurement errors that arise as a result, the operating voltage U B is used in the exemplary embodiments as a reference voltage for the analog / digital and digital / analog converters present in the correction circuit 12 and for the analog / digital converter 22 in the controller, for which purpose the controller 21 is supplied via a connection 20 . The variable to be detected is thus not shown in the exemplary embodiments as an absolute value of the respective voltage, but rather as a ratio between the respective voltage and the operating voltage U B.
Fig. 3 zeigt eine Korrekturschaltung, die in vorteilhafter Weise bei den dargestellten Ausführungsbeispielen verwendet werden kann. Sie enthält im wesentlichen einen Mikrocomputer 23 und einen nichtflüchtigen Speicher 24. Der Mikrocomputer 23 dient als digitale Korrekturschaltung und enthält in an sich bekannter Weise einen Mikroprozessor sowie verschiedene Speicher für Programme und die jeweils beim Programmablauf anfallenden Daten. Im nichtflüchtigen Speicher sind Korrekturdaten für die individuelle Anordnung abgelegt, die bei einer Kalibrierung der Anordnung ermittelt werden. Fig. 3 shows a correction circuit which can be used advantageously in the illustrated embodiments. It essentially contains a microcomputer 23 and a non-volatile memory 24 . The microcomputer 23 serves as a digital correction circuit and contains, in a manner known per se, a microprocessor as well as various memories for programs and the data which arise in each case during the program run. Correction data for the individual arrangement are stored in the non-volatile memory and are determined when the arrangement is calibrated.
An den Mikrocomputer 23 sind zwei Analog/Digital-Wandler 25, 26 und zwei Digital/Analog-Wandler 27, 28 angeschlossen. Mit Hilfe der Analog/Digital-Wandler 25, 26 werden die den Eingängen 16, 17 zugeführten Spannungen in digitale Signale umgewandelt und dem Mikrocomputer 23 zugeführt, während die Digital/Analog-Wandler vom Mikrocomputer bereitgestellte digitale Signale in Spannungen an den Ausgängen 13, 18 umwandeln. Wie bereits erwähnt, wird den Analog/Digital-Wandlern 25, 26 und den Digital/Analog-Wandlern als Referenzspannung die Betriebsspannung U B zugeführt. Die Analog/Digital-Wandler können von R-2R-Netzwerken gebildet sein.Two analog / digital converters 25 , 26 and two digital / analog converters 27 , 28 are connected to the microcomputer 23 . With the aid of the analog / digital converter 25 , 26 , the voltages supplied to the inputs 16 , 17 are converted into digital signals and supplied to the microcomputer 23 , while the digital / analog converter provided by the microcomputer digital signals into voltages at the outputs 13 , 18 convert. As already mentioned, the operating voltage U B is supplied to the analog / digital converters 25 , 26 and the digital / analog converters as a reference voltage. The analog / digital converters can be formed by R-2R networks.
Mit Hilfe eines geeigneten Programms werden vom Mikrocomputer Korrekturwerte in Abhängigkeit von den an den Eingängen 16, 17 anliegenden Spannungen aus dem nichtflüchtigen Speicher ausgelesen und den Ausgängen 13, 18 als Korrekturspannungen zugeführt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden beide Korrekturspannungen in geeigneter Weise zusammengefaßt und über den Ausgang 13 ausgegeben. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind der Digital/Analog-Wandler 27 und der Ausgang 13 für die Korrektur von Exemplarstreuungen und Nichtlinearitäten der Widerstände 1 bis 4 vorgesehen, während über den Digital/Analog-Wandler 28 und den Ausgang 18 die Spannung zur Korrektur des Temperatureinflusses ausgegeben wird.With the aid of a suitable program, the microcomputer reads out correction values as a function of the voltages present at the inputs 16 , 17 from the non-volatile memory and supplies them to the outputs 13 , 18 as correction voltages. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, both correction voltages are combined in a suitable manner and output via the output 13 . In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the digital / analog converter 27 and the output 13 are provided for the correction of sample variations and non-linearities of the resistors 1 to 4 , while the voltage for the correction is provided via the digital / analog converter 28 and the output 18 of the temperature influence is output.
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms für den Mikrocomputer 23 (Fig. 3) für den Fall der Verwendung in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. In einem Programmschritt 31 werden die Ausgangssignale der Analog/Digital-Wandler 25, 26 (Fig. 3) eingelesen. In einem weiteren Programmschritt 32 werden unter von den eingelesenen Daten abhängigen Adressen Korrekturwerte aus dem nichtflüchtigen Speicher 24 ausgelesen und eine Korrekturspannung nach der Gleichung U korr(n) = f (Signal-g(U korr(n-1)), Temp.) gebildet. Dabei ist U korr(n) der Wert der Korrekturspannung bei dem betrachteten Programmdurchlauf und f die jeweils durch die gespeicherten Daten dargestellte Funktion. Signal bedeutet das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 9. U korr(n-1) ist die Korrekturspannung bei dem vorangegangenen Programmdurchlauf und Temp die jeweils gemessene Temperatur. Der Wert U korr(n) wird im Programmteil 33 an den Analog/Digital-Wandler 27 ausgegeben, worauf das Programm beginnend bei 31 erneut durchlaufen wird. FIG. 4 shows a flow chart of a program for the microcomputer 23 ( FIG. 3) for the case of use in the exemplary embodiment according to FIG. 1. In a program step 31 , the output signals of the analog / digital converters 25 , 26 ( FIG. 3 ) read. In a further program step 32 , correction values are read out from the non-volatile memory 24 at addresses dependent on the data read in, and a correction voltage according to the equation U corr (n) = f (signal g (U corr (n-1) ), temp.) educated. U corr (n) is the value of the correction voltage in the program run under consideration and f is the function represented by the stored data. Signal means the output signal of the operational amplifier 9 . U corr (n-1) is the correction voltage in the previous program run and Temp is the temperature measured in each case. The value U corr (n) is output in the program part 33 to the analog / digital converter 27 , whereupon the program is run through again starting at 31 .
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19893905664 DE3905664A1 (en) | 1989-02-24 | 1989-02-24 | Circuit arrangement with a sensor |
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| DE19893905664 DE3905664A1 (en) | 1989-02-24 | 1989-02-24 | Circuit arrangement with a sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3905664A1 true DE3905664A1 (en) | 1990-08-30 |
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ID=6374786
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| DE19893905664 Ceased DE3905664A1 (en) | 1989-02-24 | 1989-02-24 | Circuit arrangement with a sensor |
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| DE (1) | DE3905664A1 (en) |
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