DE4216467A1

DE4216467A1 - Potentiometer for converting physical parameter to electrical form - has current fed into slider, ends connected to current-voltage converter and inverter forming normalised output

Info

Publication number: DE4216467A1
Application number: DE19924216467
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Eberhardt; Wolfram Offterdinger; Rainer Dr Utz
Original assignee: Horst Siedle KG
Current assignee: Horst Siedle KG
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1993-12-02

Abstract

The potentiometer (10) has a resistive track on which a slider (11) moved by a physical parameter slides. A current (Is) fed to the slider is divided according to the variable potentiometer resistance (R1,R2) and slider position and the resulting variable partial current or currents evaluated. At least one of the partial currents is fed from the ends (10a,10b) of the potentiometer to a current-voltage converter. For evaluation of each partial current an inversion is performed after conversion to produce a normalised, positive output voltage over the displacement range of the potentiometer. ADVANTAGE - Any transfer resistance can between potentiometer slider and resistance track can be made to appear as null without direct additional circuitry. Highly accurate measurement and evaluation are achieved using simple state-of-the-art electronic circuitry.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Potentiometer zur Umsetzung einer physikalischen (Weg, Winkel) in eine elektrische Größe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a potentiometer Implementation of a physical (path, angle) in a electrical quantity according to the preamble of claim 1.

Potentiometer allgemein sind in vielfachen Ausfüh rungsformen bekannt, angefangen vom einfachen Trimmer über normale Schiebe- oder Drehpotentiometer (DE-OS 25 21 789 bzw. US-PS 3 597 720) bis zu hoch genauen Präzisionspotentiometern (DE-PS 27 06 760), bei denen darüber hinaus auch auf eine schnelle Schlei ferbewegung Einfluß genommen wird.Potentiometers in general are in multiple versions known forms, starting with the simple trimmer via normal slide or rotary potentiometers (DE-OS 25 21 789 or US-PS 3 597 720) up to high precise precision potentiometers (DE-PS 27 06 760), in addition to a quick loop is influenced.

Ferner ist es bekannt (DE-OS 40 00 521), in Form von Potentiometern ausgebildete Geber für veränderliche Größen durch eine zusätzliche Beschaltung des Poten tiometers so auszubilden, daß Fehlfunktionen aufgrund des Übergangswiderstandes vermieden werden, der sich als veränderliche, wenn auch häufig geringe Einflußgröße im Kontaktbereich des Schleifers ergibt.It is also known (DE-OS 40 00 521), in the form of Potentiometers trained transducers for variable Sizes through additional wiring of the pot train tiometers so that malfunctions due to of contact resistance can be avoided as a variable, albeit often small, influencing variable in the contact area of the grinder.

So können sich bei den bekannten Potentiometeranord nungen, die als Geber für sich ändernde physikalische Größen dienen, Probleme schon deshalb ergeben, weil insbesondere in den Endlagen der Schleiferstellung häufig Kontaktprobleme zwischen dem Schleifer und der Widerstandsbahn des Potentiometers auftreten, zumeist verursacht durch den in den Endlagen, aber auch an anderen Stellen abgelagerten Abrieb des Potentiometers aufgrund der Schleiferbewegung. Dieser Abrieb kann zu einer Erhöhung des Übergangswiderstandes zwischen dem Schleifer und der Widerstandsbahn führen, wodurch eine falsche Potentiometerstellung vorgetäuscht wird. Da andererseits die Stellung des Schleifers des Potentio meterabgriffs ein Maß für den Wert der veränderbaren Größe ist, kann es zu vielfältigen Fehlreaktionen bei spielsweise bei Regel- oder Steuervorrichtungen führen, die die in eine elektrische Größe umgesetzte Stellung des Potentiometerschleifers als Eingangssignal verwerten.So can with the well-known potentiometer arrangement that act as donors for changing physical Serve sizes, problems arise because especially in the end positions of the grinder position frequent contact problems between the grinder and the Resistance path of the potentiometer mostly occur caused by the in the end positions, but also on other places of abrasion of the potentiometer due to the grinder movement. This abrasion can lead to an increase in the contact resistance between the Grinder and the resistance track lead, creating a incorrect potentiometer setting is simulated. There on the other hand the position of the grinder of the potentio meter tap a measure of the value of the changeable Size is, it can contribute to multiple wrong reactions lead for example with regulating or control devices, which is the position converted into an electrical quantity of the potentiometer wiper as input signal.

Um hier Abhilfe zu schaffen, wird der Schleifer des aus der genannten DE-OS 40 00 521 bekannten Potentio meters unmittelbar mit einer Versorgungsspannung ver bunden; ferner werden die beiden Endanschlüsse der Widerstandsbahn über möglichst identische weitere Widerstände gegen Masse geschaltet.To remedy this, the grinder of the Potentio known from the aforementioned DE-OS 40 00 521 meters directly with a supply voltage bound; furthermore, the two end connections of the Resistance path over other identical resistances switched to ground.

An diesen beiden, eine Zusatzbeschaltung für das Poten tiometer realisierenden endseitigen Widerständen fallen dann je nach der Schleiferposition unterschiedliche Spannungen ab, die zur Berechnung des Widerstandsver hältnisses des Potentiometer-Gesamtwiderstandes ausge wertet werden. Die bekannte Schaltung setzt eine hoch genaue Bemessung der Widerstands-Zusatzbeschaltung voraus, da die an diesen Widerständen anfallenden Spannungen in ihrem Verhältnis unmittelbar die Schlei ferposition bestimmen.On these two, an additional circuit for the poten tiometer realizing end resistances fall then different depending on the grinder position Voltages used to calculate the resistance ver ratio of the total potentiometer resistance be evaluated. The well-known circuit sets one high exact dimensioning of the additional resistor circuit ahead, because the resulting from these resistors Tensions in their relationship directly the loop Determine position.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Potentiometer ohne direkte Zusatzbeschaltung so auszubilden, daß ein beliebiger vorhandener Übergangs widerstand zwischen Schleifer und Widerstandsbahn beim Meßvorgang als nicht vorhanden erscheint und eine hoch genaue Messung bei durch den heutigen Stand der Technik möglicher einfacher elektronischer Beschaltung und Auswertung des Meßergebnisses möglich ist.The invention is based on the object a potentiometer without direct additional wiring like this train that any existing transition resistance between grinder and resistance track at Measuring process appears as nonexistent and one high accurate measurement with the current state of the art possible simple electronic wiring and Evaluation of the measurement result is possible.

Advantages of the invention

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnen den Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß durch die Schleiferstromeinprägung bewußt vom stromlosen Abgriff abgegangen und unter Zugrundelegung einer Konstantstromquelle auf die durch die Schleifer position vorgegebene Aufteilung der Ströme aufgrund des jeweiligen Widerstandsverhältnisses des Potentio meter-Gesamtwiderstandes abgestellt wird. Es ist daher möglich, durch Auswertung mindestens eines der Teil ströme eine sichere Aussage über die Schleiferposition zu machen, wobei sich noch der Vorteil ergibt, daß An fang und Ende der Potentiometer-Widerstandsbahn auf gleichem Potential, beispielsweise Massepotential, gehalten werden können. Es besteht dann bei Potential gleichheit der beiden Potentiometeranschlüsse zwischen den Teilströmen und der Schleiferstellung ein linearer Zusammenhang. The invention solves this problem with the mark the features of the main claim and has the advantage that deliberately by Electroless tap departed and on the basis a constant current source on through the grinder position predetermined distribution of the currents based on the respective resistance ratio of the potentio total resistance is turned off. It is therefore possible by evaluating at least one of the parts make a reliable statement about the grinder position to make, with the advantage that An catch and end of the potentiometer resistance path the same potential, for example ground potential, can be held. Then there is potential equality of the two potentiometer connections between the partial flows and the grinder position are linear Context.

Es ist dann lediglich noch nötig, einen der Potentio meter-Endanschlüsse mit einem Strom/Spannungswandler zu verbinden, wenn man die Schleiferposition in Form von Spannungswerten erfassen möchte; alternativ können natürlich auch unmittelbar die sich ergebenden Ströme als Steuersignale verwendet werden.It is then only necessary to use one of the potentiometers Meter end connections with a current / voltage converter to connect when you shape the grinder position want to capture from stress values; alternatively can of course, the resulting currents can be used as control signals.

Solange der dem Schleifer zugeführte Konstantstrom auf rechterhalten bleibt, was elektronisch in weitesten Grenzen problemlos realisierbar ist, so lange spielt der stets vorhandene, unter Umständen auch stark schwankende Übergangswiderstand beim Meßvorgang keine Rolle, auch dann nicht, wenn er sich innerhalb eines auf den Meßbedingungen beruhenden Bereiches verändert.As long as the constant current supplied to the grinder what is electronically preserved in the broadest Limits can be easily achieved as long as it lasts the always existing, possibly also strong fluctuating contact resistance during the measuring process none Role, even if he is within a changed range based on the measurement conditions.

Andererseits kann ein Überschreiten eines vorgegebenen Bereichs des Übergangswiderstandes, wenn dieser also beispielsweise einen Maximalwert annimmt, von der Schal tung problemlos erkannt werden, so daß dann entspre chende Sicherheitsmaßnahmen, beispielsweise Abschalten eines Regelkreises, eingeleitet werden können.On the other hand, exceeding a predetermined one Range of contact resistance, if so for example, a maximum value of which scarf tion can be easily recognized, so that then correspond appropriate safety measures, for example switching off of a control loop can be initiated.

In einer Ausgestaltung der Erfindung können beide, sich als Summe des eingeprägten Schleiferstroms ergebenden Teilströme ausgewertet werden, wobei die Differenz der nach einer Strom/Spannungswandlung erhaltenen Spannungen eine normierte, sich beispielsweise von negativen zu positiven Werten erstreckende Ausgangsspannung bildet und zum Beispiel zusätzlich die Summe der erhaltenen Spannungen der Schleiferstrom-Regelung dient, mit dem Vorteil, daß mit einer solchen Regelung die Referenz für die Stromquelle auf Masse bezogen ist.In one embodiment of the invention, both can resulting as the sum of the impressed wiper current Partial flows are evaluated, the difference between the voltages obtained after a current / voltage conversion a normalized, for example, from negative to output voltage extending positive values and for example additionally the sum of the received Voltages of the wiper current control is used with the Advantage that with such a scheme the reference for the power source is based on ground.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing shown and are shown in the following Description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 schematisiert das Grundprinzip eines erfindungs gemäßen Potentiometers mit eingeprägtem Schleifer strom in Form eines Blockschaltbildes; Fig. 1 schematically shows the basic principle of a potentiometer according to the invention with an impressed wiper current in the form of a block diagram;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Potentio meters mit eingeprägtem Schleiferstrom und zu geordneter elektronischer Schaltung zur Auswer tung lediglich eines Teilstroms, während die; Fig. 2 shows a first embodiment of a potentiometer with an impressed wiper current and an ordered electronic circuit for evaluating only a partial flow, while the;

Fig. 3 eine Variation des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 zeigt, bei der beide Teilströme ausge wertet werden zur Lieferung einer normierten Ausgangsspannung. Fig. 3 shows a variation of the embodiment of Fig. 2, in which both partial currents are evaluated to provide a normalized output voltage.

Description of the embodiments

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, einem Potentiometer einen eingeprägten Schleiferstrom zuzuführen und aus den sich ergebenden Teilströmen die Schleiferposition zu bestimmen.The basic idea of the present invention is an impressed wiper current with a potentiometer feed and from the resulting partial flows Determine grinder position.

Das in Fig. 1 lediglich in Form einer Widerstandsbahn 10 mit auf ihr gleitendem Schleifer 11 schematisiert dar gestellte Potentiometer 12 liegt mit seinem einen An schluß 10a der Widerstandsbahn 10, wie gezeigt bei 13 auf Masse, während der andere Anschluß 10b zur Auswer tung des sich an dieser Stelle ergebenden Teilstroms mit einer elektrischen Auswerteschaltung verbunden ist, die bevorzugt als Strom/Spannungswandler 14 ausgebildet ist.In Fig. 1 only in the form of a resistance track 10 with its sliding grinder 11 schematically shown potentiometer 12 is with its connection to 10 a of the resistance track 10 , as shown at 13 to ground, while the other terminal 10 b for evaluation of the partial current resulting at this point is connected to an electrical evaluation circuit, which is preferably designed as a current / voltage converter 14 .

Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, wie schon in Fig. 1 angedeutet ist, auch den anderen Anschluß über einen Strom/Spannungswandler 14′ zu verschalten und die Ausgänge der beiden Wandler 14, 14′ mit einer Summenschaltung 15 bzw. einer Differenzschaltung 16 zu verbinden, wobei die Differenzschaltung eine die jeweilige Schleiferposition hochgenau angebende, nor mierte Ausgangsspannung Ua ist. Möglich ist es auch und stellt eine vorteilhafte Ausgestaltung dar, das Ausgangssignal der Schaltung rückzuführen zur Konststantstromquelle 17, die dem Schleifer einen eingeprägten Schleiferstrom Is zuführt.It can prove to be advantageous, as already indicated in Fig. 1, to also connect the other connection via a current / voltage converter 14 'and the outputs of the two converters 14 , 14 ' to a summation circuit 15 or a differential circuit 16 connect, the differential circuit being a standardized output voltage Ua which indicates the respective wiper position with high precision. It is also possible and represents an advantageous embodiment to return the output signal of the circuit to the constant current source 17 , which feeds an impressed wiper current Is to the wiper.

Wird ein solcher konstanter Strom Is über den Schlei fer 11 bei einem Potentiometer eingeleitet dann teilt sich dieser eingeprägte Schleiferstrom Is in zwei Teil ströme 11 und 12 auf. Diese beiden Teilströme sind durch die (veränderlichen) Potentiometerteilwiderstände RI^* und R2^* gemäß der Beziehung I1·R1^* = I2·R2^* bestimmt. Dabei ist wesentlich, daß Anfang und Ende der Potentio meter-Widerstandsbahn 10 auf gleichem Potential gehalten sind, da dann zwischen den Teilströmen und der Schleifer stellung ein linearer Zusammenhang besteht.If such a constant current Is initiated via the grinder 11 at a potentiometer, then this impressed wiper current Is is divided into two partial currents 11 and 12 . These two partial currents are determined by the (variable) potentiometer resistances RI ^* and R2 ^* according to the relationship I1 · R1 ^* = I2 · R2 ^* . It is essential that the beginning and end of the potentiometer resistance track 10 are kept at the same potential, since then there is a linear relationship between the partial flows and the grinder position.

Solange der Konstantstrom Is aufrechterhalten werden kann, spielt der Übergangswiderstand Rü keine Rolle mehr. Der Übergangswiderstand Rü kann sich also inner halb eines Bereiches ändern, ohne daß das Ausgangs signal eine Veränderung erfährt. Der Übergangswider stand Rü ergibt sich als ebenfalls veränderlicher Widerstand, also als Rü^* im Kontaktbereich zwischen dem Schleifer 11 und der Widerstandsbahn 10, wie in Fig. 1 angedeutet.As long as the constant current Is can be maintained, the contact resistance Rü no longer plays a role. The contact resistance Rü can thus change within a range without the output signal experiencing a change. The contact resistance Rü results as a variable resistance, that is, as Rü ^* in the contact area between the grinder 11 and the resistance path 10 , as indicated in FIG. 1.

Für die Signalverarbeitung und -gewinnung bestehen zwei Möglichkeiten, und zwar entsprechend Fig. 2 die Auswertung lediglich eines Teilstroms, wobei das andere Ende der Widerstandsbahn 10 mit Masse verbunden ist. There are two possibilities for signal processing and extraction, namely, according to FIG. 2, the evaluation of only a partial current, the other end of the resistance track 10 being connected to ground.

Die Konstantstromquelle 17 kann konventionell aufge baut sein und umfaßt einen Operationsverstärker OP1 dessem positiven Eingangsanschluß über eine Referenz diode ZD enthaltenen Spannungsteiler in Reihe mit einem Widerstand R3 eine Konstantspannung zugeführt wird, während der andere Eingang vom Ausgangsanschluß, ge nauer vom Sourceanschluß S eines nachgeschalteten Feldeffekttransistors FET beaufschlagt ist.The constant current source 17 can be conventionally built up and comprises an operational amplifier OP1 whose positive input connection via a reference diode ZD containing voltage divider in series with a resistor R3 a constant voltage is supplied, while the other input from the output connection, more precisely from the source connection S of a downstream field effect transistor FET is acted upon.

Der Drainanschluß D des Feldeffekttransistors FET ist dann mit dem Schleifer 11 des Potentiometers 12 ver bunden und führt den eingeprägten Konstantstrom Is.The drain terminal D of the field effect transistor FET is then connected to the wiper 11 of the potentiometer 12 and leads the impressed constant current Is.

Der andere Endanschluß der Widerstandsbahn 10 des Potentiometers 12 ist zur Auswertung des von ihm ge führten Teilstroms mit einem I/U-Wandler 14, also einem Strom/Spannungskonverter verbunden, dem sinnvollerweise ein Inverter 18 noch nachgeschaltet ist, an dessen Aus gang sich gegen Massepotential die der Stellung des Schleifers 11 proportionale Ausgangsspannung Ua ergibt. Sowohl I/U-Wandler 14 als auch Inverter 18 können in ihrem Grundaufbau identisch sein und umfassen jeweils einen Operationsverstärker OP2 bzw. OP3 mit entsprechender Beschaltung, wobei der positive Eingang jeweils über einen Widerstand an Masse liegt und der negative Ein gang im Falle des I/U-Wandlers 14 direkt mit dem End anschluß der Widerstandsbahn 10 und im Falle des Opera tionsverstärkers OP3 des Inverters 18 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP2 über einen Widerstand verbunden ist. Beide Operationsverstärker OP2 und OP3 weisen einen Widerstand und gegebenenfalls die Parallelschaltung eines Kondensators als Rückführglieder vom Ausgang auf den Signaleingang auf. The other end connection of the resistance path 10 of the potentiometer 12 is connected to an I / U converter 14 , that is to say a current / voltage converter connected to the evaluation of the partial current it leads, which is expediently connected to an inverter 18 , at the output of which is against ground potential which gives the output voltage Ua proportional to the position of the grinder 11 . Both I / U converter 14 and inverter 18 can be identical in their basic structure and each comprise an operational amplifier OP2 or OP3 with appropriate wiring, the positive input being connected to ground via a resistor and the negative input in the case of the I / U converter 14 is connected directly to the end connection of the resistance track 10 and, in the case of the operational amplifier OP3 of the inverter 18, to the output of the operational amplifier OP2 via a resistor. Both operational amplifiers OP2 and OP3 have a resistor and, if necessary, the parallel connection of a capacitor as feedback elements from the output to the signal input.

Der Verlauf der positiven normierten Ausgangsspannung Ua am Ausgang des Inverters 18 entspricht dann in linearer Abhängigkeit dem Stellwinkel α des Potentio meters 12, wie in dem kleinen Diagramm zu Fig. 2 dar gestellt. Wenn im folgenden von einem Stellwinkel α des Potentiometers die Rede ist, dann versteht es sich, daß dieser auch als Weg ausgedrückt werden kann, beispiels weise wenn ein Linearpotentiometer zugrundegelegt wird oder indem der Stellwinkel durch entsprechende, beispiels weise von auf ein Getriebe zurückgehenden Maßnahmen von einer Verschiebebewegung (Weg) abgeleitet ist. Die im folgenden daher ausschließlich nur noch verwendete Bezeichnung eines Stellwinkels α schließt somit auto matisch auch immer einen Weg ein.The curve of the positive standardized output voltage Ua at the output of the inverter 18 then corresponds in a linear dependence to the setting angle α of the potentiometer 12 , as shown in the small diagram in FIG. 2. If in the following we speak of a setting angle α of the potentiometer, then it goes without saying that this can also be expressed as a path, for example if a linear potentiometer is used as a basis or if the setting angle is taken by appropriate measures, for example of measures based on a transmission a displacement movement (path) is derived. The description of an adjustment angle α, which is therefore only used in the following, therefore automatically also always includes a path.

Postitive und negative Versorgungsspannungen +Uv bzw. -Uv dienen zur Stromversorgung der Schaltung und liegen so, wie beim Operationsverstärker OP1 gezeigt, an allen Operationsverstärkern entsprechend an, auch was die Schaltung der Fig. 3 betrifft.Positive and negative supply voltages + Uv and -Uv serve to supply power to the circuit and, as shown in the case of the operational amplifier OP1, are accordingly present at all operational amplifiers, also with regard to the circuit in FIG. 3.

Um zu vermeiden, daß der Temperaturkoeffizient des bei der geschilderten I/U-Umsetzung relevanten Widerstands bei der Signalauswertung berücksichtigt werden muß, kann auch eine Auswerteschaltung entsprechend Fig. 3 verwen det werden, bei der aufgrund einer Differenzbildung im Signalbereich lediglich mit der Differenz der Temperaturkoeffizienten der Widerstände der I/U-Umsetzung gerechnet zu werden braucht. In order to avoid that the temperature coefficient of the relevant resistance in the described I / U implementation must be taken into account in the signal evaluation, an evaluation circuit according to FIG. 3 can also be used, in which due to a difference in the signal area only with the difference in the temperature coefficients the resistance of the I / U implementation needs to be calculated.

Bei der Darstellung der Fig. 3 werden beide Teilströme ausgewertet, so daß zur I/U-Wandlung beide Endanschlüsse des Potentiometers 12′ mit den (negativen) Signalein gängen nachgeschalteter Operationsverstärker OP2′ bzw. OP2′′ zur I/U-Wandlung verbunden sind, wobei die Be schaltung sonst dem I/U-Konverter 14 der Fig. 2 ent spricht.In the illustration of FIG. 3 are both part streams are encoded so that the I / U conversion both end terminals of the potentiometer 12 'with the (negative) signal input transitions downstream operational amplifier OP2' or OP2 '' are connected to the I / V conversion , the circuit otherwise speaks to the I / U converter 14 of FIG. 2 ent.

Die Ausgänge der Operationsverstärker OP2′ und OP2′′ sind dann einmal zur Summenbildung in der Darstellung der Fig. 3 über Widerstände R4 bzw. R4′ nach oben geführt zu einem gemeinsamen Schaltungspunkt P1, der gleichzei tig mit dem Eingangsanschluß (negativer Eingang) eines weiteren Operationsverstärkers OP4 verbunden ist. Auch hier ist die Beschaltung des Operationsverstärkers in üblicher Weise ausgeführt; der positive Eingang liegt über einen Widerstand an Masse. Zur Stabilisierung der Strom regelung kann z. B. vom Ausgang zum Eingang die Reihenschaltung eines Kon densators mit einem Widerstand geführt werden. Eine auf diese Weise ge bildete, die Summe der erhaltenen Spannungen zur Schlei ferstrom-Regelung ausnutzende Konstantstrom-Quellen schaltung 17′ vervollständigt sich durch einen dem Operationsverstärker OP4 nachgeschalteten Transistor T1 dessen Kollektoranschluß direkt mit dem Schleifer 11′ des Potentiometers 12′ verbunden ist zur Lieferung des eingeprägten Schleiferstroms Is. Durch diese auf einer Summenbildung der beiden Teilströme des Potentio meters beruhenden Schleiferstromregelung ist auf jeden Fall sichergestellt, daß genau die beiden, durch den beidseitigen Stromabgriff am Potentiometer 12′ ge wonnenen Teilströme den dem Potentiometer zugeführten eingeprägten Schleiferstrom bestimmen. The outputs of the operational amplifiers OP2 'and OP2''are then once to sum up in the illustration of Fig. 3 via resistors R4 and R4' up to a common circuit point P1, the same time with the input terminal (negative input) of another Operational amplifier OP4 is connected. Here too, the operational amplifier is wired in the usual way; the positive input is connected to ground via a resistor. To stabilize the current control z. B. from the output to the input the series connection of a capacitor with a resistor. A ge formed in this way, the sum of the voltages obtained for Schlei ferstrom control utilizing constant current sources circuit 17 'is completed by an operational amplifier OP4 connected transistor T1 whose collector connection is directly connected to the slider 11 ' of the potentiometer 12 'for delivery of the impressed wiper current Is. This based on a sum of the two partial currents of the potentiometer wiper current control ensures in any case that exactly the two partial currents obtained by the current tap on both sides of the potentiometer 12 'determine the impressed wiper current supplied to the potentiometer.

Andererseits erfolgt die Differenzbildung zur Signal gewinnung der jeweiligen (Winkel)Position des Schlei fers 11′ dadurch, daß der Ausgang des Operationsver stärkers OP2′ über einen nachgeschalteten ersten In verter Iv in Form eines Operationsverstärkers OP5 zu einem nachgeschalteten differenzbildenden Schaltungs punkte P2 gelangt, während der Ausgang des Operations verstärkers OP2′, der mit dem anderen Endkontakt der Widerstandsbahn des Potentiometers verbunden ist und den dortigen Teilstrom wandelt, direkt auf den Schal tungspunkt P2 geschaltet ist, jeweils über Widerstände R5 und R5′. Der Schaltungspunkte P2 ist dann in der üblichen Weise mit einer Inverterschaltung 18′ verbun den und besteht ebenfalls aus einem Operationsverstär ker OP3′ in der schon aus der Darstellung der Fig. 2 be kannten äußeren Beschaltung.On the other hand, the difference for signal acquisition of the respective (angular) position of the grinder 11 'takes place in that the output of the operational amplifier OP2' via a downstream first inverter IV in the form of an operational amplifier OP5 arrives at a downstream differential-forming circuit points P2 while the output of the operational amplifier OP2 ', which is connected to the other end contact of the resistance path of the potentiometer and converts the partial current there, is connected directly to the switching point P2, in each case via resistors R5 and R5'. The circuit points P2 is then in the usual way with an inverter circuit 18 'verbun and also consists of an operational amplifier ker OP3' in the already known from the illustration of FIG. 2 be external circuitry.

In Verbindung mit der Schaltung der Fig. 3 ist noch darauf hinzuweisen, daß der den zur Summenbildung füh rende Schaltungspunkt P1 bei der Schleiferstromregelung mit einer positiven Referenzspannung U_ref verbindende Widerstand R_I, der in der Schaltung aus der Reihen schaltung zweier Widerstände R und R′ besteht, der Einstellung der Größe des dem Schleifer 11′ zugeführ ten eingeprägten Konstantstroms Is dient, während am negativen Eingang des invertierenden Operationsverstär kers OP5 über einen veränderlichen Widerstand Rx noch eine Bezugsspannung U_bez zuführbar ist, wodurch sich die Bereichseinstellung für die Ausgangsspannung Ua ergibt, die, wie das kleine Schaubild .in Fig. 3 noch zeigt, als normierte Spannung in diesem Falle in Ab hängigkeit zur Schleiferposition von negativen Werten zu positiven Werten linear abhängig verläuft, so daß sich beispielsweise für die gesamte Schleiferverstellung normierte Ausgangsspannungswerte zwischen - 10 V und + 10 V ergeben. Die Schaltung der Fig. 2 liefert dem gegenüber lediglich ein sich von 0 V bis beispielsweise + 10 V erstreckendes Ausgangsspannungssignal über dem Stellwinkel α der Schleiferposition. Der Mechanismus ist hierbei so, daß mit Hilfe des Widerstandes Rx bei Stellwinkel a = 0 ein sicheres Potential eingestellt wird, woraus sich eine Bereichseinstellung für die Aus gangsspannung Ua ergibt.In connection with the circuit of FIG. 3, it should also be noted that the circuit point P1 leading to the summation in the wiper current control with a positive reference voltage U _ref connecting resistor R _I , in the circuit of the series circuit of two resistors R and R 'Exists, the setting of the size of the grinder 11 ' fed impressed constant current Is, while at the negative input of the inverting operational amplifier OP5 via a variable resistor Rx a reference voltage U _{bez can be} supplied, which results in the range setting for the output voltage Ua 3, which, as the small diagram in FIG. 3, shows as a normalized voltage in this case linearly dependent on the wiper position from negative values to positive values, so that, for example, standardized output voltage values between -10 V for the entire wiper adjustment and + 10 V result en. The circuit of FIG. 2, on the other hand, only provides an output voltage signal extending from 0 V to, for example, + 10 V over the setting angle α of the wiper position. The mechanism is such that a safe potential is set with the aid of the resistor Rx at the setting angle a = 0, which results in a range setting for the output voltage Ua.

Experimentelle Untersuchungen zeigen, daß beide Schal tungen der Fig. 2 und 3 bei sich um Größenordnungen unterscheidenden eingeprägten Schleiferströmen Is ihre für Hochpräzisionspotentiometer ausgesuchte Linearität beibehalten; so läßt sich, wenn man hier numerische, den Gegenstand der Erfindung jedoch nicht einschränkende Werte einsetzt, eine ausgesuchte Linearität von ± 0,025 % bei jeder Betriebsart ohne Verschlechterung des Lineari tätsfehlers erzielen, unabhängig davon, ob der einge prägte Schleiferstrom 1 mA, 0,1 mA oder 10 µA beträgt.Experimental investigations show that both circuits of FIGS . 2 and 3 maintain their linearity selected for high-precision potentiometers with impressed wiper currents which differ by orders of magnitude; Thus, if one uses numerical values, which do not limit the object of the invention, a selected linearity of ± 0.025% can be achieved in any operating mode without deterioration of the linearity error, regardless of whether the imprinted wiper current is 1 mA, 0.1 mA or 10 µA.

Wird z. B. ein Potentiometer mit einem Widerstand von 5 kQhm verwendet, bei einem Schleiferstrom von Is = 0,1 mA, dann spielt ein Übergangswiderstand Rü bis 120 kOhm keine Rolle mehr. Bei einem Schleiferstrom von Is = 0,05 mA kann ein Rü bis etwa 240 kOhm ausgeregelt werden. Da solche Übergangswiderstandswerte bei prak tischen Ausführungsbeispielen nicht auftreten, ist die erfindungsgemäße Schaltung in der Lage, Geber beliebi ger Art, die auf einem Potentiometer beruhen, vollstän dig einflußfrei vom Übergangswiderstand Rü zu stellen, ohne daß hier ein größerer Schaltungsaufwand erforderlich ist, da die zugrundegelegten Detailschaltungselemente sich problemlos beispielsweise in Form von integrierten Schaltungen oder Bausteinen mit geringstem Schaltungs aufwand realisieren lassen.Is z. B. a potentiometer with a resistance of 5 kQhm used, with a wiper current of Is = 0.1 mA, then a contact resistance Rü bis plays 120 kOhm no longer matter. With a wiper current from Is = 0.05 mA a Rü can be corrected to about 240 kOhm will. Since such contact resistance values at prak table embodiments do not occur circuit according to the invention capable of arbitrary ger type, which are based on a potentiometer, completely dig to be influenced by the contact resistance Rü, without the need for major circuitry is because the underlying detailed circuit elements easily integrated, for example Circuits or modules with the lowest circuit let the effort be realized.

Die nachfolgende Tabelle verdeutlicht anhand von Zahlen werten zur normalen Spannungsbeschaltung eines Potentio meters den Einfluß des Übergangswiderstandes Rü speziell hinsichtlich der Linearität.The table below shows numbers values for the normal voltage connection of a potentio meters the influence of the contact resistance Rü specifically in terms of linearity.

Eine Variante vorliegender Erfindung besteht schließ lich noch darin, daß anstatt einer Konstanthaltung des Gesamtstroms einer der Teilströme i₁ oder i₂ konstant gehalten wird (siehe hierzu auch die Beschriftung im Potentiometerbereich der Fig. 3). Dies bedeutet mit anderen Worten, daß man den Gesamtstrom so regelt, daß stellungsabhängig einer der Teilströme, bei der folgenden Betrachtung der Teilstrom i₂, konstant gehalten wird. Es ergeben sich daher folgende Zusammenhänge:A variant of the present invention is finally Lich that instead of keeping the total current constant one of the partial currents i ₁ or i _{2 is} kept constant (see also the labeling in the potentiometer range of FIG. 3). In other words, this means that the total current is regulated in such a way that one of the partial flows, depending on the position, is kept constant in the following consideration of the partial flow i ₂ . The following relationships therefore arise:

i_ges = i₁ + i₂ (1)i _tot = i₁ + i₂ (1)

i₂ = i₂ _const (2)i₂ = i₂ _const (2)

i₁ · α · R = (1 - α) · R · i₂i₁ · α · R = (1 - α) · R · i₂

Setzt man (3) in (1) ein, dann ergibt sichIf you insert (3) in (1), you get

Durch diese Möglichkeit lassen sich Verhältnisse beschrei ben, die einen gewissen stellungsabhängigen funktionalen (und damit keinen linearen) Zusammenhang ermöglichen, z. B. durch Auswertung (mit beispielsweise einer Strom/Spannungs wandlung) der Beziehung (3) als Positionsverhältnis oder der Beziehung (4) als Umkehrfunktion der Schleiferposition. With this option, conditions can be described that allow a certain position-dependent functional (and therefore no linear) relationship, e.g. B. by evaluation (for example, a current / voltage conversion) of the relationship ( 3 ) as a position ratio or the relationship ( 4 ) as an inverse function of the wiper position.

Tatsächlich stellt die Möglichkeit, i₁ oder i₂ konstant zu halten, eine gleichberechtigte Variante zu der dar, den Gesamtstrom i_ges konstant zu halten.In fact, the possibility of keeping i ₁ or i ₂ constant represents an equal variant to that of keeping the total current i _tot constant.

Im Hinblick auf die Tatsache, daß in der Meßtechnik häufig mit "normierten" Ausgangs strömen im Bereich von 0 - 20 mA bzw. von 4 - 20 mA gearbeitet wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für den dem Schleifer zugeführten Konstantstrom ein Wert von 20 mA vorge geben wird, um einen normierten Ausgangsstrom in dem Bereich von 0 - 20 mA zu erhalten.In view of the fact that in measurement technology often with "normalized" output currents in the range of 0 - 20 mA or 4 - 20 mA, it has proved to be advantageous if for the grinder supplied constant current a value of 20 mA will give a normalized output current in the Range from 0 - 20 mA.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in Serie zu dem Potentiometer ein Vorwiderstand vorgesehen ist, welcher aus Gründen der Temperaturkompensation sinnvollerweise aus demselben Material besteht wie der Potentiometerwiderstand, wobei sich die Widerstandswerte von Vorwiderstand und Potentiometerwiderstand wie 1 : 4 verhalten, und wenn dem Schleifer ein Konstantstrom mit einem Wert von 20 mA vorgegeben wird, um einen normierten Ausgangsstrom in dem Bereich von 4 - 20 mA zu erhalten.Furthermore, it has proven to be advantageous if in A series resistor is provided for the potentiometer which is for the sake of temperature compensation logically consists of the same material as the Potentiometer resistance, where the resistance values series resistor and potentiometer resistance as 1: 4 behave and if the grinder has a constant current a value of 20 mA is specified by a standardized Get output current in the range of 4 - 20 mA.

Günstig ist es ferner, wenn der Vorwiderstand durch ein Teilstück des Potentiometerwiderstandes selbst gebildet ist, wobei sich in diesem Fall durch Ausnützen von 4/5 der Länge des Potentiometerwiderstandes ebenfalls ein normierter Ausgangsstrom von 4 - 20 mA erzeugen läßt. It is also favorable if the series resistor is replaced by a Section of the potentiometer resistor itself formed is, in which case by taking advantage of 4/5 of the length of the potentiometer resistance also can produce a standardized output current of 4 - 20 mA.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprüche und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungsver suche der Erfindung ohne Umfassende-Kenntnis des Stands der Technik und daher ohne einschränkendes Präjudiz sind. Daher bleibt es vorbehalten, alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in beliebiger Kombi nation miteinander als erfindungswesentlich anzusehen und in den Ansprüchen niederzulegen.In conclusion, it is pointed out that the claims and in particular the main claim wording ver seek the invention without extensive knowledge of the state of technology and therefore without restrictive prejudice. Therefore, it is reserved, all in the description, the claims and the drawing features both individually and in any combination nation with each other as essential to the invention and to lay down in the claims.

Claims

1. Potentiometer for converting a physical (path, angle) into an electrical quantity, with a resistance track on which a grinder moved by the physical quantity slides, characterized in that the grinder ( 11 , 11 ') has an impressed wiper current (Is ) can be supplied, which is divided according to the respective variable potentiometer partial resistances (R1 ^* , R2 ^* ), and at least one of the resulting partial currents, which changes with the respective wiper position, is evaluated.

2. Potentiometer according to claim 1, characterized in that at least one of the partial currents from the respective end connection ( 10 a, 10 b) of the potentiometer track ( 12 ) is fed to an I / U converter for conversion into a voltage.

3. Potentiometer according to claim 1 or 2, characterized in that for the evaluation of each of the resistive end connections ( 10 a, 10 b) resulting partial current after the I / U implementation, an inversion follows to obtain a standardized, From positive output voltage over the travel or angle of the grinder ( 11 , 11 ').

4. Potentiometer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wiper current Is is controlled as total current i _ges so that one of the partial currents (i ₁ , i ₂ ) is kept constant to describe position-dependent functional interrelationships.

5. Potentiometer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the injected current supplied to the wiper is a constant current and is generated by a constant current source ( 17 , 17 ').

6. Potentiometer according to claim 5, characterized in that for the constant current supplied to the grinder a value of 20 mA is specified by a standardized Obtain output current in the range of 0-20 mA.

7. Potentiometer according to claim 5, characterized in that that a series resistor to the potentiometer is provided, which consists of the same material like the potentiometer resistance, whereby the Resistance values of series resistor and potentiometer resisted like 1: 4 behavior, and that the grinder a constant current with a value of 20 mA is specified to a normalized output current in the Range from 4 - 20 mA.

8. Potentiometer according to claim 7, characterized in that the series resistor by a section of the potentio meter resistance itself is formed.

9. Potentiometer according to one of claims 1 to 5, characterized in that for evaluating the two partial currents at the resistance track end connections ( 10 a, 10 b) after the I / U conversion, the outputs of the two converters of a differential circuit to achieve an im essential temperature-independent output voltage can be supplied.

10. Potentiometer according to claim 5, characterized in that the partial currents obtained at the resistance track end connections ( 10 a, 10 b), possibly after I / U conversion of a summing circuit, are fed back to the wiper current constant control.

11. Potentiometer according to one of claims 1 to 10, characterized in that for the I / U conversion a feedback operational amplifier (OP2; OP2 '; OP ") is provided, one (positive) input to ground and the other input each with the end connection ( 10 a, 10 b) of the resistive path ( 12 ) is connected and that a further operational amplifier (OP3, OP3 ') is connected downstream for inverting the travel-dependent output voltage (Ua).

12. Potentiometer according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outputs of the two operational amplifiers (OP2 ', OP2'') for I / U conversion for summing a common circuit point (P1) are supplied to which a variable Resistor (R _I ) is connected to adjust the size of the impressed wiper current (Is), with a downstream operational amplifier (OP4) and driven by this, the impressed wiper current generating transistor (T1) and that to form the difference, the output of one of the I / U Converter (OP2 ') is connected to an intermediate inverter (OP5), the output of which is connected together with the direct output of the operational amplifier (OP2') connected to the other resistance path end connection as an I / U converter to form another circuit point (P2 ) with a downstream inverting operational amplifier (OP3 ') for inverting and generating a standardized output voltage is connected.

13. Potentiometer according to claim 5, characterized in that when evaluating only one potentiometer partial current, the constant current source delivering the impressed wiper current ( 17 ) contains a reference diode (ZD) working on the input of an operational amplifier (OP1) and the output of the operational amplifier with a downstream field effect transistor (FET) generating the impressed wiper current (Is) is connected.