DE4410705A1 - Temperature measuring error compensation method for electrical sensor e.g. strain gauge - Google Patents
Temperature measuring error compensation method for electrical sensor e.g. strain gaugeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung befaßt sich mit dem elektronisch exakten Messen von Meßgrößen unterschiedlicher Art, welche mit Sensoren aufgenommen werden, deren Eigenschaften in nicht zu vernachlässigender Weise vom Temperaturniveau der Sensoren beeinflußt werden.The invention is concerned with the electronically exact measurement of measured variables different types, which are recorded with sensors, the properties of which are not are negligibly influenced by the temperature level of the sensors.
Bei Verwendung von singulären funktionalen Systemkomponenten bei Meßstrecken sind die Orte der Signalentstehung, der häufig notwendigen Signalverstärkung sowie der Signalaufbereitung und der Auswertung sowie Verrechnung mehrerer Signale untereinander zwangsweise räumlich getrennt. Eine Meßstrecke läßt sich als Folge ihrer funktionalen Einheiten darstellen:When using singular functional system components for measuring sections, the Locations of signal generation, the frequently required signal amplification and the Signal processing and the evaluation and calculation of several signals with each other necessarily spatially separated. A measuring section can be as a result of its functional units represent:
Die Sensoren sind technische Bauteile, die aus einem physikalischen nichtelektrischen Meßsignal ein eindeutiges elektrisches Signal erzeugen. Die Aufgabe der Sensoren ist es, Informationen über Meßgrößen zu liefern und diese in geeigneter Form für die elektronische Weiterverarbeitung und Auswertung zur Verfügung zu stellen.The sensors are technical components that consist of a physical non-electrical measurement signal generate a unique electrical signal. The task of the sensors is to provide information to deliver measured quantities and these in a suitable form for the electronic To provide further processing and evaluation.
Mittels abgeschirmter Kabel müssen die meist schwachen elektrischen Signale über längere Distanzen (von oft mehreren Metern bis zur Größenordnung von 100 Metern) bis zum Ort der Signalaufbereitung (Linearisierung, Verstärkung) übertragen werden.The mostly weak electrical signals have to be shielded by longer cables Distances (from often several meters up to the order of 100 meters) to the location of the Signal processing (linearization, amplification) are transmitted.
Diese erfolgt in aller Regel in standardisierten, universell einsetzbaren elektrischen Modulen mit der Globalbezeichnung "Meßverstärker". Diese Module mit Leistungsmerkmalen höherer Qualitätsklasse zeichnen sich durch nicht geringe Größe, Gewicht und Volumen sowie nicht kleinen Preis aus. In aller Regel sind diese Geräte auf Einsatz unter Laborbedingungen ausgelegt und sind somit ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen unter "rauhen Bedingungen" oder unter "besonderen Bedingungen" (große Kälte oder Hitze, fluidische Umgebung etc.) nicht einsetzbar.As a rule, this takes place in standardized, universally applicable electrical modules the global name "measuring amplifier". These modules with performance features of a higher quality class are not small in size, weight and volume, and not small Price off. As a rule, these devices are designed for use under laboratory conditions are therefore without additional protective measures under "harsh conditions" or under "Special conditions" (extreme cold or heat, fluid environment etc.) cannot be used.
Die aufbereiteten Signale werden ggf. einer kombinatorischen Schaltung oder einem Computer zur weiteren Auswertung (Anzeige, Verrechnung, Speicherung) zugeführt.The processed signals are possibly a combinatorial circuit or a computer fed for further evaluation (display, calculation, storage).
Durch die in der Praxis meist unterschiedlichen Temperaturniveaus der Bauteile sowie der unterschiedlichen Temperaturkennlinien ergibt sich beim Aufbau der Meßschaltung insgesamt zwangsweise ein Einfluß der Störgröße "Temperatur", die das Signal dieser Meßschaltung in nicht mehr zu vernachlässigbarer Weise verfälscht.Due to the mostly different temperature levels of the components and the different temperature characteristics result overall in the construction of the measuring circuit inevitably an influence of the disturbance variable "temperature", which the signal of this measuring circuit in no longer falsified in a negligible way.
Der Fehler eines Signals, der durch den Einfluß einer Temperatur(änderung) entsteht, ist daher nicht konstant, sondern abhängig von den momentanen Temperaturniveaus.The error of a signal caused by the influence of a temperature (change) is therefore not constant, but depending on the current temperature levels.
Durch die verschiedenen Temperaturkennlinien der Systemkomponenten ergibt sich selbst bei gleicher Ausgangstemperatur T₀ der Komponenten ein jeweils unterschiedliches Antwortverhalten des Meßsignals auf kleine Temperaturänderungen ΔT einer einzelnen Komponente.The different temperature characteristics of the system components result in same starting temperature T₀ of the components each different Response behavior of the measurement signal to small temperature changes ΔT of an individual Component.
Da sich die Systemkomponenten aber in der Regel in einem dreidimensionalen Temperaturfeld mit in der Regel stark inhomogener Wärmeverteilung befinden, welches sich z. B. durch die Wärmeabgabe von eingebauten Netzteilen oder die Beeinflussung durch Luftzug im Raum unkontrollierbar ändert, kann bei einer solchen Anordnung keine genaue Messung in zuverlässiger Weise erfolgen.Since the system components are usually in a three-dimensional temperature field are usually with inhomogeneous heat distribution, which is z. B. by the Heat emission from built-in power supplies or the influence of drafts in the room changes uncontrollably, with such an arrangement no accurate measurement in done reliably.
Ziel bei der Auslegung einer Meßanlage muß es aber sein, genaue, zuverlässige Meßwerte über einen weiten Temperaturbereich hinweg und nicht nur bei singulären Temperaturen zu erhalten. When designing a measuring system, however, the goal must be accurate, reliable measured values over a wide temperature range and not only at singular temperatures to obtain.
Viele der durch den Einsatz eines Meßsensors entstehende Signale Si lassen sich im allgemeinen beschreiben durch einen im Idealfall bereits hinreichend vereinfachten linearisierten Term der Form:Many of the signals S i resulting from the use of a measuring sensor can generally be described by an ideally already sufficiently simplified linearized term of the form:
Ai = F(E0) * [1+α20i * (T2i-20°C)+βi * (y2i-y1i)+Σxi * (n2i-n1i)] -* Ei A i = F (E0) * [1 + α 20i * (T 2i -20 ° C) + β i * (y 2i -y 1i ) + Σx i * (n 2i -n 1i )] - * E i
Hierin sindAre in here
Ai Ausgangssignal des i-ten Sensors,
Ei Eingangsgröße = Meßgröße i,
F(E0) Funktion der Meßgröße; im Idealfall eine Konstante
oder eine wenigstens um einen Arbeitspunkt E₀
hinreichend linearisierbare Funktion nach Taylor
(Taylor-Gerade),
α20i Einflußzahl, Temperaturkoeffizient f. Normtemperatur,
(T₂-20°C) Abweichung der Ist-Temperatur vom Bezugswert
(Normtemperatur),
βi Mechanische Einflußzahl,
(y2i-y1i) Abweichung der mechanischen Einflußgröße von
ihrem Bezugswert,
xi Sonstige Einflußzahl,
(n2i-n1i) Abweichung der zugehörigen Einflußgröße vom
jeweiligen Bezugswert.A i output signal of the i-th sensor,
E i input variable = measured variable i,
F (E0) function of the measured variable; ideally a constant or a Taylor function (Taylor line) that can be linearized sufficiently at least around an operating point Espunkt,
α 20i influence number, temperature coefficient f. Standard temperature,
(T₂-20 ° C) deviation of the actual temperature from the reference value (standard temperature),
β i mechanical influence number,
(y 2i -y 1i ) deviation of the mechanical influencing variable from its reference value,
x i other influence number,
(n 2i -n 1i ) Deviation of the associated influencing variable from the respective reference value.
Das Temperaturniveau Ti des Sensors beeinflußt in fast allen Fällen seine relevanten Eigenschaften (z. B. spezifischen elektrischen Widerstand, elektrische oder magnetische Permeabilität) in nicht mehr vernachlässigbarer Weise. Die Erzeugung eines gewünschten oder wenigstens konstanten Temperaturniveaus an der Meßstelle ist in den meisten Fällen unmöglich oder unwirtschaftlich.In almost all cases, the temperature level T i of the sensor influences its relevant properties (e.g. specific electrical resistance, electrical or magnetic permeability) in a manner that can no longer be neglected. The generation of a desired or at least constant temperature level at the measuring point is impossible or uneconomical in most cases.
Manche Sensoren werden ebenfalls durch mechanische Größen (Druck, Dehnung) beeinflußt, wobei diese jeweilige Größe durchaus Ziel der Messung sein kann. Besonders in diesen Fällen, in denen die Temperatur nicht die eigentliche Meßgröße darstellt, ist es wichtig, ihren Einfluß auf das entstehende Meßsignal zu eliminieren.Some sensors are also influenced by mechanical parameters (pressure, strain), this particular size may well be the goal of the measurement. Especially in these cases, in to whom the temperature is not the actual measured variable, it is important to influence to eliminate the resulting measurement signal.
So wurden Techniken für die Kompensation des Temperatureinflusses entwickelt. Beispielsweise schafft der aus anderen technischen Gründen (z. B. minimale Größenordnung des vom Sensor abgegebenen Signals bei gleichzeitiger Elimination des Offsets) oft erforderliche Einsatz von Meßbrücken-Schaltungen die Voraussetzung für eine Kompensation dadurch, daß mehrere gleichartige Sensoren zu einer Meßschaltung verschaltet werden, die alle dem Einfluß des jeweiligen örtlichen Temperaturniveaus Ti ausgesetzt sind. Durch geeignete Verschaltung der Signale Si versucht man eine Kompensation dadurch zu erreichen, daß sich der tendenziell gleiche oder zumindest gleichartige Signalanteil, der durch den Einfluß etwa eines generellen Temperaturanstiegs an allen Orten Oi entsteht, heraushebt.Techniques for compensating for the influence of temperature have been developed. For example, the use of measuring bridge circuits, which is often necessary for other technical reasons (e.g. minimum magnitude of the signal emitted by the sensor while simultaneously eliminating the offset), creates the prerequisite for compensation in that several sensors of the same type are connected to form a measuring circuit which all are exposed to the influence of the respective local temperature level T i . Appropriate interconnection of the signals S i attempts to achieve compensation in that the signal component which tends to be the same or at least of the same kind and which arises from the influence of a general temperature rise at all locations O i is emphasized.
Sollen mechanische Größen gemessen werden, dann ist bei Verwendung von Meßbrücken darauf zu achten, daß passive Ergänzungssensoren nicht mechanisch belastet werden, wenn sie zum Zweck der Kompensation des Temperaturfehlers, der durch unterschiedliche Temperaturniveaus der aktiven und passiven Sensoren entsteht, in der Nähe der aktiven Sensoren gebracht werden.If mechanical quantities are to be measured, then measuring bridges are used to ensure that passive supplementary sensors are not mechanically stressed when they are Purpose of compensating for the temperature error caused by different temperature levels the active and passive sensors are created, brought close to the active sensors.
Grundsätzlich muß bei der Verwendung von Meßschaltungen zwischen aktiven Bauteilen, die neben den Störgrößen der eigentlichen Meßgröße unterliegen, und den passiven Ergänzungsbauteilen unterschieden werden. Basically, when using measuring circuits between active components, the in addition to the disturbance variables are subject to the actual measured variable and the passive ones Supplementary components are distinguished.
Für den Bau von Meßschaltungen lassen sich u. a. folgende globale Forderungen bezüglich der Belastung der Sensoren zusammenfassen:For the construction of measuring circuits u. a. following global demands regarding the Summarize the load on the sensors:
- - Die aktiven Bauteile sollen ihre größte Beeinflussung durch die zu messende Größe erfahren. Alle anderen als die zu messende Größe sind Störgrößen; ihr Einfluß soll möglichst gering sein.- The active components should be influenced most by the size to be measured Experienced. Anything other than the quantity to be measured is a disturbance variable; their influence should be as small as possible.
- - Die passiven Ergänzungsbauteile sollen keinerlei Beeinflussung durch die zu messende Größe erfahren. Den Störgrößen sollen sie in möglichst identischer Weise ausgesetzt sein wie die aktiven Bauelemente.- The passive additional components should not be influenced by the one to be measured Experience greatness. They should be exposed to the disturbance variables in as identical a manner as possible like the active components.
- - Der Einfluß von Störgrößen auf die Bauteile der Meßschaltung muß insgesamt möglichst gering gehalten werden.- The influence of disturbance variables on the components of the measuring circuit must be possible as a whole be kept low.
Generell besitzt jeder einzelne Bestandteil einer realen Meßstrecke eine Abhängigkeit von der Temperatur; bei korrekten Messungen ist diese Abhängigkeit, die durch eine Temperatur- Kennlinie beschrieben werden kann, zu berücksichtigen. Jedem einzelnen Bestandteil einer Meßstrecke kann so eine Temperatur-Kennlinie bzw. eine Temperatur-Funktion Fi(ti) zugeordnet werden. Das Blockschaltbild üblicher Meßstrecken weist stets mehrere funktionale Blöcke auf, die jeder für sich jeweils eine solche Temperatur-Kennlinie Fi(Ti) besitzen; bei der Berechnung des Übertragungsverhaltens des Gesamtsystems (Kennlinie) müssen somit alle einzelnen Temperatur-Kennlinien Fi (Ti) berücksichtigt werden. Beim Vorhandensein von n Systemkomponenten müssen somit entsprechend ihrer jeweiligen Kennlinie n unterschiedliche Temperaturniveaus, auf denen sich die Systemkomponenten befinden, berücksichtigt werden. Das führt zu einer Funktion von n+1 Variablen.In general, each individual component of a real measuring section is dependent on the temperature; this dependency, which can be described by a temperature characteristic curve, must be taken into account for correct measurements. A temperature characteristic or a temperature function F i (t i ) can thus be assigned to each individual component of a measuring section. The block diagram of conventional measuring sections always has several functional blocks, each of which has such a temperature characteristic F i (T i ); when calculating the transmission behavior of the overall system (characteristic curve), all individual temperature characteristic curves F i (T i ) must be taken into account. If n system components are present, n different temperature levels at which the system components are located must therefore be taken into account in accordance with their respective characteristic curve. This leads to a function of n + 1 variables.
S = F (Meßgröße X, T₁ . . . Tn)S = F (measured variable X, T₁ ... T n )
Entsprechend dem Stand der Technik können in der Praxis die k System-Komponenten einer sogenannten Thermostabilisierung unterworfen werden, die sie auf einem gemeinsamen Temperaturniveau hält. Bestenfalls gelingt es auf diese Weise, k = (n-1) Systemkomponenten nämlich alle Komponenten bis auf den Sensor, auf ein einheitliches Temperaturniveau Tn-1 = Tstabilisiert zu bringen, so daß das Signal der Meßkette mitAccording to the prior art, in practice the k system components can be subjected to a so-called thermal stabilization, which keeps them at a common temperature level. At best, it is possible in this way to bring k = (n-1) system components, namely, all the components except for the sensor, to a uniform temperature level T stabilized n-1 = T, so that the signal of the electrode with
S = F (Meßgröße X, Tsensor, Tstabilisiert)S = F (measured variable X, T sensor , T stabilized )
beschrieben ist; neben der eigentlichen Meßgröße hängt es von zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus ab.is described; in addition to the actual measured variable, it depends on two different temperature levels from.
Durch den damit verbundenen Übergang in den dreidimensionalen Darstellungsraum ist das Signal bezüglich der Temperatureinflüsse nicht mehr kompensationsfähig, insbesondere unter Würdigung des Umstandes, daß in den meisten Fällen die Temperaturkennlinien der einzelnen Systemkomponenten nicht bekannt sind oder mühsam beschafft werden müssen.The signal is due to the associated transition into the three-dimensional display space no longer able to compensate for the effects of temperature, especially below Appreciation of the fact that in most cases the temperature characteristics of the individual System components are not known or have to be obtained with great effort.
Diese Maßnahmen bedeuten für sich bereits einen erhöhten technischen Aufwand. Einsatz von Energie und Materie und in der Regel erhöhtes Volumen und erhöhtes Gewicht.These measures already mean an increased technical effort. Use of Energy and matter and usually increased volume and weight.
Bei allen Versuchen, den Aufbau von Meßstrecken hinsichtlich der Einwirkungen thermischer und mechanischer Einflüsse zu optimieren, müssen andere bekannte Einflüsse, die sich auf die Güte des Signals auswirken, ebenfalls berücksichtigt werden. Diese sind:In all experiments, the construction of measuring sections with regard to the effects of thermal and mechanical influences, other known influences that affect the Affect the quality of the signal, also be taken into account. These are:
- - Schutz gegen elektromagnetische Beeinflussung am Ort der Signalentstehung und auf der Übertragungsstrecke,- Protection against electromagnetic interference at the point of signal generation and on the Transmission link,
- - Gewährleistung guter elektrischer Isolierung und Kontaktierung,- ensuring good electrical insulation and contacting,
-
- Erfüllung der Kriterien für die kabelgebundene Signalführung
gleicher Kabeltyp, gleiche Kabellänge, gleiche Kabelführung.- Compliance with the criteria for wired signal routing
same cable type, same cable length, same cable routing.
Üblicherweise versucht man durch applikationsspezifischen Einsatz von diversen Abschirmungen entlang der Signalübertragungsstrecken und an den Orten der Signalentstehung, den Einfluß dieser Störungen zu minimieren.Usually one tries by application-specific use of various shields along the signal transmission paths and at the locations of the signal generation, the influence of these To minimize interference.
Nachteile bei üblicherweise räumlich verstreuter Positionierung der Bauteile:Disadvantages with the usually spatially dispersed positioning of the components:
- - Das elektromagnetische Feld ist im allgemeinen eine Funktion des Ortes. Daraus ist abzuleiten, daß räumlich verstreut positionierte Bauteile unterschiedlich beeinflußt werden.- The electromagnetic field is generally a function of the location. From this it can be deduced that spatially dispersed components are influenced differently.
- - Für jeden Sensor und jede dafür benötigte Übertragungsstrecke wird eine separate Abschirmung erforderlich. - There is a separate shield for each sensor and each transmission path required for this required.
- - Je länger bei gleicher Signalstärke eine Übertragungsstrecke wird, desto höheren Ansprüchen muß die Abschirmung genügen. Das bedeutet zusätzlicher Aufwand an Gewicht, Volumen und Kosten und schränkt die Handhabbarkeit ein.- The longer a transmission link with the same signal strength, the higher The shielding must meet requirements. That means additional effort Weight, volume and costs and limits manageability.
Der Forderung nach minimaler Beeinflussung von Meßergebnissen durch die Gesamtheit der Störgrößen, insbesondere der Temperatur, kann unter Verwendung herkömmlicher Komponenten nicht entsprochen werden. Zumindest können hohe Ansprüche an die Qualität von Messungen auf diese Weise nicht ohne besondere Maßnahmen, welche zusätzlichen Aufwand an Gewicht, Volumen und Material bedeuten und die Handhabbarkeit und somit Einsetzbarkeit der Meßstrecken herabsetzen, befriedigt werden.The requirement for minimal influence of measurement results by the whole the disturbances, particularly the temperature, can be used using conventional ones Components are not complied with. At least high demands can be placed on the Quality of measurements in this way is not without special measures, which additional effort in weight, volume and material mean and the Reduce manageability and thus usability of the measuring sections, satisfied become.
In der Praxis kommt man bisher der Forderung bezüglich der maximalen Beeinflussung der aktiven Sensoren durch die Meßgröße mit der Wahl eines in Typ und Ausführung für die Messung geeigneten Sensors nach. Idealerweise werden dieselben Bauteile, gegen den Einfluß der eigentlichen Meßgröße isoliert, auch als passive Ergänzungsbauteile eingesetzt.In practice, one has come up to the requirement regarding the maximum influence of the active sensors by the measurand with the choice of a type and design for the Measurement of suitable sensor. Ideally, the same components, against the influence isolated from the actual measured variable, also used as passive additional components.
Der Forderung nach minimaler Beeinflussung durch die Gesamtheit der Störgrößen, insbesondere der Temperatur, kann andererseits nicht so leicht entsprochen werden.The requirement for minimal influence by all the disturbance variables, the temperature in particular, on the other hand, cannot be easily met.
Durch die in der gängigen Praxis meist unterschiedlichen Temperaturniveaus der Bauteile ergibt sich, wie gezeigt, beim Aufbau der Meßschaltung insgesamt ein Einfluß der Störgröße "Temperatur", die das Signal dieser Meßschaltung in nicht mehr zu vernachlässigbarer Weise verfälscht. Die Kompensation dieses Einflusses ist oft nicht oder nur mit sehr viel Aufwand realisierbar.Due to the usually different temperature levels of the components in current practice As shown, there is an overall influence of the disturbance variable in the construction of the measuring circuit "Temperature", the signal of this measuring circuit in a way that is no longer negligible adulterated. The compensation of this influence is often not or only with a lot of effort realizable.
Die Ursache für diesen Störeinfluß liegt dabei, wie ebenfalls gezeigt, in der meist durch die Randbedingungen der Applikation erzwungenen räumlichen Distanz der Sensoren in Verbindung mit einem von Null verschiedenen Temperaturgradienten.The cause of this interference is, as also shown, mostly due to the Boundary conditions of the application forced spatial distance of the sensors in Connection with a non-zero temperature gradient.
Die bekannte Kompensationsmethode der Applikation passiver Ergänzungsbauteile bzw. -sensoren auf gleichem Material wie die aktiven Sensoren ("Applikation aller Sensoren auf gleichem Material") zur Kompensation des Temperatureinflusses ist besonders bei Messungen mechanischer Größen in der Praxis nur mit erheblichem technischem Aufwand wirkungsvoll realisierbar.The well-known compensation method for the application of passive additional components or sensors on the same material as the active sensors ("application of all sensors on same material ") to compensate for the influence of temperature is particularly useful for measurements mechanical sizes are only effective in practice with considerable technical effort realizable.
Beim Messen mechanischer Größen stellt sich aus einer als "irgendwie" realisiert angenommenen Lösung für das eben beschriebene Problem "Aufhebung der räumlichen Trennung der aktiven und passiven Bauteile" ein anderes:When measuring mechanical quantities, one turns out to be "somehow" realized assumed solution to the problem just described "cancellation of the spatial Separation of active and passive components "another:
Die räumliche Distanz der passiven zu den aktiven Sensoren wird bei der Messung mechanischer Größen zur Zwangsbedingung, da ansonsten die passiven Sensoren dem gleichen mechanischen Einfluß unterliegen wie die aktiven, was z. B. bei einer Meßbrücke eine Fehlmessung oder gar die Kompensation der Meßgröße selbst bedeuten kann.The spatial distance of the passive to the active sensors is measured mechanical parameters to the constraint, otherwise the passive sensors subject to the same mechanical influence as the active, which z. B. with a measuring bridge an incorrect measurement or even the compensation of the measured variable itself.
Die vorgestellte Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die beschriebenen technischen Probleme durch Kombination der folgenden Ansätze:The presented invention, as characterized in the claims, solves the described technical problems by combining the following approaches:
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird dem gemessenen Signal einer (oder mehrerer)
frei wählbaren, aber implementierungsabhängigen Meßgröße, die mit einem Meßfehler auf
Grund des Einflusses der Temperatur behaftet ist, der wahre Wert zugeordnet. Der wahre
Wert ist vom Temperaturfehler befreit und tritt bei der Meßwertausgabe an die Stelle des
gemessenen Signals.
Durch Nutzung eines der nachfolgend beschriebenen Prinzipien wird erreicht, daß alle
Bauteile ein einheitliches Temperaturniveau haben, nämlich das Niveau TAO der Oberfläche,
auf die die Einheit appliziert wurde. Somit werden die Signale aller implementierten
Meßschaltungen neben ihrer eigentlichen Meßgröße nur von genau dieser einen Temperatur
TAO beeinflußt (Verweis auf Anmeldung P 43 25 782.8-52).
Die Meßschaltung zur Messung der Temperatur liefert somit ein Signal F(TAO), das von
keinem anderen Parameter abhängig ist. Durch die so erhaltene absolute und genaue
Messung der Temperatur aller vorhandenen Bauteile kann die Kompensation des
Temperaturfehlers einer gesamten Meßkette ohne zusätzliche Maßnahmen durchgeführt
werden. Das Signal kann dadurch beschrieben werden zuThe method according to the invention assigns the true value to the measured signal of one (or more) freely selectable, but implementation-dependent measured variable, which is associated with a measurement error due to the influence of the temperature. The true value is free from temperature errors and takes the place of the measured signal when the measured value is output.
Using one of the principles described below ensures that all components have a uniform temperature level, namely the level T AO of the surface to which the unit was applied. Thus, in addition to their actual measured variable, the signals of all implemented measuring circuits are only influenced by precisely this one temperature T AO (reference to application P 43 25 782.8-52).
The measuring circuit for measuring the temperature thus supplies a signal F (T AO ) which is not dependent on any other parameter. The absolute and precise measurement of the temperature of all the components obtained in this way enables the temperature error of an entire measuring chain to be compensated for without additional measures. The signal can thus be written to
S = G (Meßgröße X, T)S = G (measured variable X, T)
Bei Messungen mechanischer Größen löst die Erfindung dabei die Problematik der völligen thermischen Ankopplung bei gleichzeitiger völliger mechanischer Entkopplung der aktiven Sensoren von den passiven Ergänzungssensoren in einer Meßschaltung zumindest weitgehend.When measuring mechanical quantities, the invention solves the problem of complete thermal coupling with simultaneous complete mechanical decoupling of the active At least sensors from the passive supplementary sensors in a measuring circuit largely.
Eine befriedigende Elimination des Temperatureinflusses aus dem Meßergebnis durch gegenseitige Kompensation der Einflüsse auf die einzelnen Signale Si, die an den Orten Oi entstehen, gelingt am besten durch die Elimination der Ursachen.A satisfactory elimination of the temperature influence from the measurement result by mutual compensation of the influences on the individual signals S i that arise at the locations O i is best achieved by eliminating the causes.
Der Einfluß der vorhandenen Temperaturgradienten und der räumlichen Distanzen zwischen den Sensoren auf das Signal der Schaltung läßt sich global beschreiben mit:The influence of the existing temperature gradients and the spatial distances between the Sensors on the signal of the circuit can be described globally with:
K * δT/δx * dx = K * ΔT = ΔsK * δT / δx * dx = K * ΔT = Δs
Hierin sindAre in here
K sensorspezifischer Temperaturkoeffizient,
δT/δx Temperaturgradient,
dx räumliche Distanz der Sensoren,
ΔT Temperaturdifferenz,
Δs temperaturbedingter Fehler im Ausgangssignal.K sensor-specific temperature coefficient,
δT / δx temperature gradient,
dx spatial distance of the sensors,
ΔT temperature difference,
Δs temperature-related error in the output signal.
Die Forderung ΔT = min wird von der Erfindung erfüllt durchThe requirement ΔT = min is met by the invention
- - Minimierung der räumlichen Distanz dx der Sensoren durch Applikation (nahezu) am selben Ort,- Minimization of the spatial distance dx of the sensors by application (almost) on the same place,
- - Minimierung des Temperaturgradienten δT/δx durch Optimierung des thermischen Kontakts zwischen allen Elementen der Schaltung.- Minimization of the temperature gradient δT / δx by optimizing the thermal Contact between all elements of the circuit.
Die Prinzipien der genannten Minimierungen sind bereits in der Anmeldung P 43 25 782.8-52 beschrieben. Die Wirkung der Erfindung ist unabhängig vom Typ der gewählten Sensoren und somit unabhängig von deren spezifischen Temperaturkoeffizienten K. Selbst Sensoren, die trotz ansonsten hervorragender meßtechnischer Eigenschaften aufgrund ihrer erhöhten thermischen Empfindlichkeit nur selten angewandt werden, können mit Hilfe der Erfindung sehr einfach eingesetzt werden. Ein konkretes Beispiel hierfür sind die Halbleiter-DMS.The principles of the mentioned minimizations are already in the application P 43 25 782.8-52 described. The effect of the invention is independent of the type of sensors and selected thus regardless of their specific temperature coefficient K. Even sensors that despite otherwise excellent metrological properties due to their increased thermal Sensitivity rarely applied can be done very easily with the help of the invention be used. The semiconductor strain gauges are a concrete example of this.
- - Die Beseitigung der räumlichen Trennung der Bauteile der Meßschaltung bis auf das absolut erforderliche Maß erfüllt die Bedingung ΔT=min.- The removal of the spatial separation of the components of the measuring circuit except for the absolutely necessary measure fulfills the condition ΔT = min.
- - Herstellung der Verfügbarkeit der Integration mehrerer gebräuchlicher Bauelemente in eine einzige, geschlossene Einheit unter der Maßgabe der Miniaturisierung, Kapselung und Abschirmung.- Establishing the availability of the integration of several common components into a single, closed unit, subject to miniaturization, Encapsulation and shielding.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein sehr kompaktes, nach industriellen Ansprüchen in jeder Hinsicht robustes und in weiten Temperaturbereichen ohne Einflüsse auf Genauigkeit einsetzbares Meßsystem mit integrierter Energieversorgung und Signalaufbereitung, welches zusammen mit den jeweils integrierten aber implementationsabhängig frei wählbaren Sensoren als geschlossene Einheit am gewünschten Ort der Signalentstehung appliziert wird.The invention is also a very compact, according to industrial requirements in everyone Regarding robustness and usable in wide temperature ranges without influence on accuracy Measuring system with integrated power supply and signal processing, which together with The integrated but freely selectable sensors depending on the implementation as closed Unit is applied at the desired location of the signal generation.
Durch die beschriebenen Prinzipien entfällt sämtlicher technischer Aufwand für die übliche thermische Stabilisierung. Due to the principles described, all technical effort for the usual is eliminated thermal stabilization.
Zusammengefaßt bedient sich die Erfindung zweier Ansätze:In summary, the invention uses two approaches:
- - Grundsätzliches Lösen von Problemen durch präventive Maßnahmen / Vermeidung der Problementstehung.- Basic problem solving through preventive measures / avoidance of Problem development.
- - Integration der Funktionen mehrerer gebräuchlicher Bauelemente / Fertigungseinheiten zu einer einzigen, geschlossenen Fertigungseinheit unter der Maßgabe der Miniaturisierung und Kapselung.- Integration of the functions of several common components / Manufacturing units into a single, closed manufacturing unit under the Requirement for miniaturization and encapsulation.
Diese Kombination ermöglichtThis combination enables
- - eine geschlossene Fertigung und Einstellung / Kalibrierung am Werk,- a closed production and setting / calibration at the factory,
- - eine in bezug auf Betriebssicherheit, Verwendungszweck, Kosten, Gewicht und Volumen optimierte Meßmimik.- one in terms of operational safety, intended use, cost, weight and Volume-optimized measurement facial expressions.
Gebräuchliche Systeme können diesen Kriterien allenfalls im einzelnen, aber nicht in summa entsprechen.Common systems can at best meet these criteria individually, but not in total correspond.
Man erhält eine autonome, extrem kompakte Meßeinheit zum Messen einer implementierungsabhängig beliebigen Zusammensetzung von Meßgrößen und der Meßgröße "Temperatur" unter optimaler Kompensation des Temperatureinflusses auch in rauher Industrieumgebung und großen Temperaturbereichen. Die Einheit ist auch bei großen Temperaturschwankungen in kurzer Zeit für hochgenaue Messungen verwendbar. Durch die integrierte Energieversorgung kann sie ohne Verbindung mit der Umgebung betrieben werden.An autonomous, extremely compact measuring unit for measuring one is obtained Any combination of measured variables and the measured variable depending on the implementation "Temperature" with optimal compensation of the temperature influence even in rough conditions Industrial environment and large temperature ranges. The unit is great even at large Temperature fluctuations can be used in a short time for highly accurate measurements. Through the integrated power supply, it can be operated without being connected to the environment.
Durch die Integration aller Bauteile in die sehr kompakte Einheit entfallen lange Übertragungsstrecken zwischen den funktionalen Blöcken der Meßkette zusammen mit ihren prinzipbedingten Nachteilen.The integration of all components in the very compact unit eliminates long transmission distances between the functional blocks of the electrode together with their principle-related Disadvantages.
Das Prinzip der Erfindung legt trotz Nutzung aller Vorteile dem Anwender keinerlei Beschränkungen in der Auswahl der Meßschaltung auf.The principle of the invention, despite utilizing all the advantages, does not place the user at all Restrictions in the selection of the measuring circuit.
Wirtschaftlich ergeben sich folgende Vorteile:The economic advantages are as follows:
-
- Kostenreduktion:
Bei Serienfertigung ist mit einer erheblichen Kostenreduktion im Vergleich zu einer herkömmlich aufgebauten Schaltung zu rechnen.- cost reduction:
In the case of series production, a considerable reduction in costs can be expected in comparison to a conventionally constructed circuit. -
- Erweiterte Einsatzbereiche:
Es kann auch in Fällen gemessen werden, in denen aus Kostengründen bis jetzt auf eine Messung verzichtet werden mußte; insbesondere Flächenmessungen mit einer großen Anzahl von Meßstellen werden bezahlbar.- Extended areas of application:
It can also be measured in cases in which a measurement has so far not been necessary for cost reasons; in particular area measurements with a large number of measuring points are affordable.
Technisch ergeben sich folgende Vorteile:Technically, there are the following advantages:
- - Eine ständige Kompensation der thermischen Beeinflussung.- A constant compensation of the thermal influence.
- - Die Konstruktion wurde so gewählt, daß sich alle Bauelemente der Meßeinheit stets auf gleichem Temperaturniveau befinden. Diese Anforderung wurde realisiert durch die Minimierung des Temperaturgradienten mittels eines guten thermischen Kontakts zwischen den Orten der Applikation der Sensoren einerseits und durch Minimierung der räumlichen Distanz andererseits. Dadurch sind die thermischen Beanspruchungen aller Komponenten gleich.- The construction was chosen so that all components of the measuring unit are always on are at the same temperature level. This requirement was realized by the Minimization of the temperature gradient by means of good thermal contact between the locations of application of the sensors on the one hand and by minimizing the spatial distance on the other hand. As a result, the thermal stresses of everyone Components the same.
-
- Toleranzen und Meßgenauigkeit:
Fertigung aus einer Hand ermöglicht herstellerseitig eine Endkontrolle des gesamten Meßsystems. Deswegen ist die Einhaltung engerer Toleranzen als üblich möglich. Es gelingt, die technischen Voraussetzungen für mehrere Messungen hoher Genauigkeit zu schaffen auf extrem kleinem Raum und kleinem Gewicht.- Tolerances and measuring accuracy:
Manufacturing from a single source enables the final inspection of the entire measuring system by the manufacturer. That is why it is possible to maintain tighter tolerances than usual. It is possible to create the technical prerequisites for several high-precision measurements in an extremely small space and light weight. -
- Ständige, automatische Kompensation der thermischen Beeinflussung:
Durch die räumlich kompakte Anordnung aller Baugruppen werden übliche Probleme bei der Signalübertragung bereits im Ansatz weitgehend ausgeschaltet. Unter zusätzlicher Ausnutzung des Effekts der thermischen Kopplung wird ein einheitliches Temperaturniveau zwischen allen Baugruppen erzeugt. Erst dadurch kann die beschriebene, prinzipiell bekannte Methode zur Kompensation der durch den Einfluß der Temperatur entstandenen Meßfehler tatsächlich wirkungsvoll eingesetzt werden.- Constant, automatic compensation of thermal influences:
Due to the spatially compact arrangement of all modules, common problems in signal transmission are largely eliminated from the start. With additional use of the effect of thermal coupling, a uniform temperature level is generated between all assemblies. Only in this way can the described, in principle known method for compensating the measurement errors resulting from the influence of the temperature be used effectively. - - Die beschriebene prinzipiell exakte Temperaturmessung steht zusätzlich immer als Meßsignal zur Verfügung.- The temperature measurement described in principle is always available as a measurement signal to disposal.
-
- Minimierung der Länge der Übertragungswege:
Die üblicherweise mehrere Meter betragenden Übertragungswege bei singulären Einheiten werden konkurrenzlos auf wenige Millimeter bis Zentimeter verkürzt.- Minimizing the length of the transmission paths:
The transmission paths for singular units, which are usually several meters in length, are shortened to a few millimeters to centimeters without competition. -
- Minimierung der Anzahl der Übertragungswege.
Die Anzahl der benötigten Übertragungsstrecken vermindert sich durch die Aufhebung der räumlichen Trennung zwischen primärer und sekundärer Signalaufbereitung bzw. Signalverarbeitung.- Minimize the number of transmission paths.
The number of transmission links required is reduced by eliminating the spatial separation between primary and secondary signal processing or signal processing. -
- Weitestgehende Identität der Übertragungswege:
Der Forderung an kabelgebundene Signalführung nach gleichem Kabeltyp, gleicher Kabellänge und gleicher Kabelführung wird durch die Verwendung der auf Trägerfolie integrierten Leiterbahnen in vollem Umfang entsprochen.- Largest identity of the transmission channels:
The requirement for wired signal routing for the same cable type, the same cable length and the same cable routing is fully met by using the conductor tracks integrated on the carrier film. -
- Optimierung der Kontaktstellen:
Das Entstehen von Übergangsspannungen läßt sich auch bei der Meßeinheit nicht vermeiden. Da es sich aber um eine Komplett-Schaltung aus einer Hand handelt, lassen sich die hier üblichen Forderungen nach bezüglich der Anzahl der Kontaktstellen symmetrischen Schaltungsauslegung und nach "gleichem" Leitermaterial wenigstens optimal erfüllen.- Optimization of the contact points:
The occurrence of transition voltages cannot be avoided even with the measuring unit. However, since it is a complete circuit from a single source, the usual requirements for symmetrical circuit design with regard to the number of contact points and for "same" conductor material can be at least optimally met. -
- Minimierung des Gewichts und des Volumens der Übertragungswege und Optimierung
ihrer Handhabung:
Sinnfällig ergeben sich aus der Verwendung der Trägerfolien sehr leichte, kleinvolumige Übertragungswege. Das Problem ihrer Handhabung entfällt, da sie innerhalb der geschlossenen Einheit verlaufen.- Minimize the weight and volume of the transmission paths and optimize their handling:
Obviously, very light, small-volume transmission paths result from the use of the carrier foils. The problem of their handling is eliminated since they run inside the closed unit. -
- Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung (Umwelteinfluß):
Ein weitgehend geschlossenes Metallgehäuse, das bei Bedarf sehr dick ausgeführt werden kann, übernimmt die Aufgabe, die gesamte Meßanordnung und Aufbereitung elektromagnetisch abzuschirmen (Faradayscher Käfig). Eine zusätzliche Erdung des Gehäuses ist möglich.- Shielding against electromagnetic radiation (environmental influence):
A largely closed metal housing, which can be made very thick if required, takes on the task of electromagnetically shielding the entire measuring arrangement and preparation (Faraday cage). Additional grounding of the housing is possible. - - Schutz gegen große mechanische Belastung durch massives, nicht durchbrochenes Gehäuse ist möglich.- Protection against large mechanical loads through massive, uninterrupted Housing is possible.
-
- Schutz gegen Feuchtigkeit, Schmutz und chemische Einflüsse (Umwelteinfluß):
Das genannte Gehäuse läßt sich beispielsweise durch die Verwendung von beliebigen Klebern oder Dichtungen fluiddicht (Flüssigkeiten und Gase) gegen die Applikationsfläche abdichten. Messungen in fluidischer Umgebung (z. B. unter Wasser), auch bei höheren Umgebungsdrücken, werden so möglich; der hohe Umgebungsdruck wirkt dichtungsverstärkend.- Protection against moisture, dirt and chemical influences (environmental influence):
Said housing can be sealed against the application surface in a fluid-tight manner (liquids and gases), for example, by using any adhesive or seal. Measurements in a fluid environment (e.g. under water), even at higher ambient pressures, are possible; the high ambient pressure strengthens the seal. -
- Einfache Handhabung der Meßeinheit:
Bereits die noch nicht applizierte Meßeinheit ist völlig wasserdicht und in der Handhabung sehr unempfindlich.- Easy handling of the measuring unit:
Even the measuring unit that has not yet been applied is completely watertight and very insensitive to handling. - - Durch die Erzeugung von zwei eindeutig getrennte Bereiche, die mechanisch entkoppelt sind, ist es möglich, alle Komponenten einer Meßschaltung (Sensoren und passive Bauelemente) auf eine gemeinsame Folie zu applizieren und zu verschalten.- By creating two clearly separate areas that are mechanically decoupled are, it is possible to use all components of a measuring circuit (sensors and passive Components) to apply and interconnect on a common film.
-
- Optimierte Meßelektronik ohne externe Energieversorgung:
Die Meßelektronik wird in Hybrid-Technologie in Miniaturform in einer dem jeweiligen Meßsensor angepaßten Schaltung aufgebaut. Dies gewährleistet Minimalwerte in Größe, Gewicht und Energieverbrauch.
So wird es möglich, die Meßeinheit über eine angemessene Zeit durch eingebaute Akkus mit Energie zu versorgen.- Optimized measuring electronics without external energy supply:
The measuring electronics are built in hybrid technology in miniature form in a circuit adapted to the respective measuring sensor. This ensures minimum values in size, weight and energy consumption.
This makes it possible to supply the measuring unit with energy for a reasonable time by means of built-in rechargeable batteries.
Viele der beschriebenen, üblicherweise durch Verwendung von herkömmlichen, singulären Komponenten meist auch noch verschiedener Hersteller verursachten Probleme lassen sich so durch Integration der funktional benötigten Einheiten in eine kompakte Einheit (eines Hestellers) bereits im Ansatz vermeiden oder zumindest erheblich reduzieren.Many of the described, usually using conventional, singular Components mostly caused by different manufacturers can be solved this way by integrating the functionally required units into a compact unit (one Avoid in the approach or at least significantly reduce it.
Das Zusammenwirken der verschiedenen funktionalen Blöcke kann schon bei der Herstellung optimiert werden. Dadurch können gute und reproduzierbare Parameter beim Einsatz in der Praxis gewährleistet werden.The interaction of the various functional blocks can already take place during manufacture be optimized. This allows good and reproducible parameters when used in the Practice can be guaranteed.
Für den Anwender wird die Durchführung der Messungen durch den Wegfall der Handhabungsprobleme einfacher.For the user, the implementation of the measurements becomes a result of the elimination of handling problems easier.
Durch den Verzicht auf eine externe Energieversorgung wurde ein energetisch autonomes Meßsystem geschaffen, wie es mit der erreichbaren Genauigkeit noch nicht existiert.By dispensing with an external energy supply, an energetically autonomous measuring system became created as it does not yet exist with the attainable accuracy.
Durch die Verwendung der Erfindung in der beschriebenen Form ergibt sich insbesondere folgende Möglichkeit:By using the invention in the form described, the following results in particular Possibility:
-
- Preiswertes Verbund-Meßsystem:
Nach der Idee des Baukastenprinzips können durch den Zusammenschluß mehrerer Einheiten (entnommen aus einer relativ geringen Auswahl an implementierten internen Meßstrecken) eine Vielfalt von problemorientiert ausgelegten Meßsystemen zusammengestellt werden.- Inexpensive composite measuring system:
According to the idea of the modular principle, a variety of problem-oriented measuring systems can be put together by connecting several units (taken from a relatively small selection of implemented internal measuring sections).
Die Erfindung soll vorgestellt werden am Beispiel eines Meßsystems zur Messung mechanischer Dehnungen in zwei oder mehreren Richtungen. Als Sensoren werden Dehnungsmeßstreifen (DMS) eingesetzt.The invention will be presented using the example of a measuring system for measuring mechanical Stretches in two or more directions. Strain gauges are used as sensors (DMS) used.
Bis auf die Sensoren bleibt der mechanische Aufbau des Systems sowie die eingesetzte Hard- und Software auch bei der Messung anderer Größen weitgehend unverändert.Except for the sensors, the mechanical structure of the system and the hardware and hardware used remain Software largely unchanged even when measuring other sizes.
In der Zeichnung, anhand derer das Ausführungsbeispiel beschrieben ist, zeigtIn the drawing, on the basis of which the exemplary embodiment is described, shows
Fig. 1 einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels, Fig. 1 shows a cross section of the embodiment,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels. Fig. 2 is a block diagram of the embodiment.
Die dargestellte Meßeinheit besitzt die folgenden mechanischen Hauptkomponenten:The measuring unit shown has the following main mechanical components:
- - Gehäuse 1,- housing 1 ,
- - Mehrschicht-Platine 3, mit elektronischen Bauteilen 5 bestückt,Multilayer board 3 , equipped with electronic components 5 ,
- - flexible Trägerfolie 4 mit bereits integrierten Meßsensoren, darunter eine Meßschaltung zur Messung der Temperatur (Verweis auf Anmeldung P 43 25 782.8-52),- flexible carrier film 4 with already integrated measuring sensors, including a measuring circuit for measuring the temperature (reference to registration P 43 25 782.8-52),
- - Formteil 6 aus Gummi oder elastischem Kunststoff,- molded part 6 made of rubber or elastic plastic,
- - feste Vergußmasse 2.- solid casting compound 2 .
Das Gehäuse 1 besteht aus Metall und dient als geschlossene Abschirmung aller Baugruppen. Um eine maximale mechanische Festigkeit bei Schlägen und Vibrationen zu gewährleisten, wird der leere Raum zwischen der oberen Seite der Mehrschicht-Platine 3 und dem Gehäuse 1 mit der festen Vergußmasse 2 (z. B. EPOXY oder einem gleichartigen Stoff) gefüllt. Es ergeben sich eine große Belastbarkeit und ein insgesamt sehr guter Schutz der elektronischen Bauteile.The housing 1 is made of metal and serves as a closed shield for all components. In order to ensure maximum mechanical strength in the event of impacts and vibrations, the empty space between the upper side of the multilayer board 3 and the housing 1 is filled with the solid sealing compound 2 (for example EPOXY or a similar material). The result is great resilience and overall very good protection of the electronic components.
Die rundum verlaufende Nut für Dichtungsstoffe 11 garantiert einen hermetischen Abschluß des Systems gegen alle anzunehmenden äußeren Einflüsse.The all-round groove for sealants 11 guarantees a hermetic seal of the system against all external influences to be assumed.
Die Mehrschicht-Platine 3 trägt die zur Signalverstärkung, Verrechnung, Korrektur und programmierbaren Auswertung notwendigen elektronischen Baugruppen sowie die Stromversorgung.The multi-layer circuit board 3 carries the electronic assemblies necessary for signal amplification, calculation, correction and programmable evaluation, as well as the power supply.
Die Trägerfolie 4 besteht aus flexiblem Trägermaterial und ist herstellerseitig mit Leiterbahnen und mit zu Meßbrücken fertig verschalteten Meßsensoren für die Meßaufgaben bestückt. Die Trägerfolie 4 erwächst aus der Mehrschicht-Platine 3 als flexibel gehaltene untere Schicht. Die Kontaktierung zwischen den Schichten (einschließlich der Trägerfolie 4) und die Applizierung der Bauelemente auf der Trägerfolie 4 werden unter der Verwendung bewährter Technologien realisiert. Folgende Meßschaltungen sind implement:The carrier film 4 consists of flexible carrier material and is provided by the manufacturer with conductor tracks and with measuring sensors that are completely connected to form measuring bridges for the measuring tasks. The carrier film 4 grows out of the multilayer board 3 as a flexibly held lower layer. The contact between the layers (including the carrier film 4 ) and the application of the components on the carrier film 4 are realized using proven technologies. The following measuring circuits are implemented:
-
- Schaltung zur Messung der Temperatur mit Widerstandsthermometer 7:
Es wird eine Wheatstone-Brücke benutzt.- Circuit for measuring the temperature with resistance thermometer 7 :
A Wheatstone bridge is used. -
- Schaltungen zur Messung mechanischer Dehnungen in zwei Richtungen:
Hierzu kommt je Meßkanal eine Meßbrücke nach Wheatstone mit zwei aktiven 8 und zwei passiven DMS 9 zum Einsatz.- Circuits for measuring mechanical strains in two directions:
For this purpose, a Wheatstone measuring bridge with two active 8 and two passive DMS 9 is used for each measuring channel.
Die Trägerfolie 4 hat zwei funktional getrennte Bereiche, die thermisch gekoppelt, aber mechanisch entkoppelt sind. Der obere (Fig. 1) Bereich 4a bleibt mechanisch unbelastet und trägt die Meßbrücke des Widerstandsthermometers 7 und die passiven Ergänzungs- Halbbrücken 9 der Meßbrücken für die Messung der mechanischen Dehnungen.The carrier film 4 has two functionally separate areas that are thermally coupled but mechanically decoupled. The upper ( Fig. 1) area 4 a remains mechanically unloaded and carries the measuring bridge of the resistance thermometer 7 and the passive supplementary half bridges 9 of the measuring bridges for measuring the mechanical strains.
Der untere (Fig. 1) Bereich 4b trägt die aktiven Halbbrücken 8 der Meßbrücken für die Messung der mechanischen Dehnungen der Applikationsfläche, die mit geringfügig abgewandelter herkömmlicher Methode auf den zu messenden Federkörper appliziert werden.The lower ( FIG. 1) area 4 b carries the active half bridges 8 of the measuring bridges for measuring the mechanical expansions of the application surface, which are applied to the spring body to be measured using a slightly modified conventional method.
Das Formteil 6 aus Gummi oder plastischem Kunststoff erfüllt gleichzeitig mehrere Aufgaben:The molded part 6 made of rubber or plastic simultaneously fulfills several tasks:
- - Übertragung des bei Applikation der Meßeinheit erforderlichen mechanischen Drucks auf die Applikationsflächen der Dehnungsmeßstreifen,- Transfer of the mechanical pressure required when the measuring unit is applied the application areas of the strain gauges,
- - Distanzhalter zwischen den beiden Teilen der Trägerfolie, - spacers between the two parts of the carrier film,
- - hermetische Abdichtung aller Bauteile gegenüber der Umgebung (erste Stufe der Abdichtung).- Hermetic sealing of all components from the environment (first stage of sealing).
Die Montage der gesamten Meßeinheit und die DMS-Applikation fallen in eins.The assembly of the entire measuring unit and the strain gauge application fall into one.
Der Applikationsvorgang der aktiven DMS 8 auf dem Federkörper findet unter mechanischem Anpreßdruck statt; das Formteil 6 deformiert sich, durch seine Auslegung, Formgebung und Materialeigenschaften bedingt, während der Aufbringung des Drucks in der Weise elastisch, so daß es den aufgebrachten Druck gleichmäßig verteilt auf die zu klebenden aktiven DMS 8 weitergibt. Somit wird die Meßeinheit vom Anwender unter Verwendung bewährter Technologien auf den Federkörper bzw. das Trägermaterial appliziert.The application process of the active strain gauges 8 on the spring body takes place under mechanical contact pressure; the molded part 6 , due to its design, shape and material properties, deforms elastically during the application of the pressure in such a way that it distributes the applied pressure evenly to the active strain gauges 8 to be bonded. Thus, the measuring unit is applied by the user to the spring body or the carrier material using proven technologies.
Bei Entlastung nimmt das Formteil 6 wieder seine Ausgangsform an und stellt somit den passiven Ergänzungs-DMS 9 den erforderlichen Freiraum für deren mechanische Entkopplung zur Verfügung.When the load is released, the molded part 6 returns to its original shape and thus provides the passive supplementary strain gage 9 with the necessary space for its mechanical decoupling.
Der zwischen den Bauteilen verbleibende Hohlraum ist mit einer zäh-viskosen Masse 10 aufgefüllt, die zwei Aufgaben übernimmt:The cavity remaining between the components is filled with a viscous viscous mass 10 , which takes on two tasks:
- - Erzeugung eines sehr guten thermischen Kontakts zwischen den aktiven und den passiven Sensoren zur Minimierung der beschriebenen Störungen durch thermische Einflüsse,- Creation of a very good thermal contact between the active and the passive Sensors to minimize the described disturbances due to thermal influences,
- - schwebende, gedämpfte Lagerung der passiven Ergänzungssensoren für die Messung der mechanischen Dehnungen und der Meßbrücke für die Temperaturmessung; dieser Teil der Trägerfolie bleibt so mechanisch völlig unbelastet.- Floating, damped mounting of the passive additional sensors for measuring the mechanical strains and the measuring bridge for temperature measurement; this part of the Carrier film remains completely unstressed mechanically.
Die zäh-viskose Masse erzeugt somit ein einheitliches Temperaturniveau zwischen allen Bauteilen einschließlich der Sensoren 7 und 9 sowie 8 und entkoppelt mechanisch die beiden Bereiche 4a und 4b der Trägerfolie mit den jeweiligen Sensoren.The viscous viscous mass thus generates a uniform temperature level between all components including sensors 7 and 9 and 8 and mechanically decouples the two areas 4 a and 4 b of the carrier film with the respective sensors.
Alle Bauteile liegen durch die kompakte Bauweise räumlich sehr dicht beieinander und werden durch die zäh-viskose Masse thermisch sehr gut gekoppelt. Daher stellt sich ein einheitliches Temperaturniveau in allen Baugruppen ein; die beschriebene Voraussetzung:Due to the compact design, all components are spatially very close together thermally very well coupled due to the viscous viscous mass. Therefore, there is a uniform Temperature level in all modules; the described requirement:
S = F (X, T)S = F (X, T)
für die Kompensierung des Temperaturfehlers mittels im Signal S der beschriebenen Methode wird dadurch möglich.for the compensation of the temperature error by means of the method described in signal S this becomes possible.
Die ganze Einheit besitzt genau eine Temperaturkennlinie für jede einzelne Meßgröße. Diese Kennlinien werden werkseitig exakt ermittelt und in Kennfeldspeichern 14 und 15 abgelegt.The entire unit has exactly one temperature characteristic for each individual measured variable. These characteristic curves are determined exactly at the factory and stored in map memories 14 and 15 .
Am Ausgang der Schaltung zur Messung der Temperatur wird einem Signal TRD (nach Digitalisierung in 13) der wahre Wert T aus dem Kennfeldspeicher 14 ggf. unter Zuhilfenahme von Interpolationen zugewiesen; somit kann der aktuelle Temperatur-Arbeitspunkt der ganzen Einheit ständig genau bestimmt werden. Dabei findet gleichzeitig eine Linearisierung des Signals statt.At the output of the circuit for measuring the temperature, a signal T RD (after digitization in FIG. 13 ) is assigned the true value T from the map memory 14, possibly with the aid of interpolations; This means that the current temperature operating point of the entire unit can be precisely determined at all times. At the same time, the signal is linearized.
Mit dem genauen Temperatur-Arbeitspunkt als Basisinformation ist eine weitere Schaltung in der Lage, einem gemessenen Signal XRD (nach Digitalisierung in 12) mittels Auswahl der passenden Temperaturkennlinie sowie ggf. unter Zuhilfenahme von Interpolationen unter Nutzung des Kennfeldspeichers 15 den wahren Signalwert S zuzuordnen.With the precise temperature operating point as basic information, a further circuit is able to assign the true signal value S to a measured signal X RD (after digitization in FIG. 12 ) by selecting the appropriate temperature characteristic curve and, if necessary, with the aid of interpolations using the map memory 15 .
So können genaue Messungen auch bei großen Temperaturschwankungen ohne Genauigkeitsverlust realisiert werden.This enables accurate measurements even with large temperature fluctuations without loss of accuracy will be realized.
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Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE4410705C2 DE4410705C2 (en) | 2000-05-18 |
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---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4410705C2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19703359A1 (en) * | 1997-01-30 | 1998-08-06 | Telefunken Microelectron | Process for temperature compensation in measuring systems |
DE19836611A1 (en) * | 1998-08-12 | 2000-03-02 | Siemens Ag | Temperature compensated electrical device and method for temperature compensation |
DE19938868A1 (en) * | 1999-08-17 | 2001-03-29 | Siemens Ag | Manufacturing method for sensor device used in combustion engine intake manifold |
DE10064859A1 (en) * | 2000-12-23 | 2002-07-04 | Maz Mikroelektronik Anwendungs | Self-calibrating measurement sensor has auxiliary sensor, forming part of the same integrated circuit, for use in determining characteristic curve, offset and non-linearities with increased production yield for the same accuracy |
DE102006050924A1 (en) * | 2006-10-28 | 2008-04-30 | Techem Energy Services Gmbh | Method and device for generating temperature-dependent characteristics and their linearization |
US8508214B2 (en) | 2008-01-25 | 2013-08-13 | Continental Teves Ag & Co Ohg | Electronic circuit device for sensing a detection element current and/or a temperature in said detection element |
DE102016115979A1 (en) | 2016-08-26 | 2018-03-01 | Jenoptik Industrial Metrology Germany Gmbh | Method and arrangement for ensuring reliable information on measurement uncertainties of measuring systems in changing environmental conditions |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2630958B2 (en) * | 1976-07-07 | 1978-07-27 | Heliowatt Werke Elektrizitaets-Gesellschaft Mbh, 1000 Berlin | Error compensation method |
EP0049754A1 (en) * | 1980-10-14 | 1982-04-21 | The Perkin-Elmer Corporation | High speed temperature controlled electrometer |
DE3324224C2 (en) * | 1983-06-09 | 1990-06-28 | Lgz Landis & Gyr Zug Ag, Zug, Ch | |
DE3212611C2 (en) * | 1982-04-05 | 1991-02-21 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
DE4023792A1 (en) * | 1990-07-26 | 1992-01-30 | Siemens Ag | Proximity switch with integral housing - uses sensor sunk into cup of plastics material |
DE3614529C2 (en) * | 1985-05-01 | 1993-06-03 | General Electric Co., Schenectady, N.Y., Us | |
DE4211997A1 (en) * | 1992-04-09 | 1993-10-14 | Jaeger Erich Gmbh & Co Kg | Method and circuit arrangement for electrical compensation of the influence of temperature on the measurement signal from mechanoelectric transducers |
-
1994
- 1994-03-28 DE DE19944410705 patent/DE4410705C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2630958B2 (en) * | 1976-07-07 | 1978-07-27 | Heliowatt Werke Elektrizitaets-Gesellschaft Mbh, 1000 Berlin | Error compensation method |
EP0049754A1 (en) * | 1980-10-14 | 1982-04-21 | The Perkin-Elmer Corporation | High speed temperature controlled electrometer |
DE3212611C2 (en) * | 1982-04-05 | 1991-02-21 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
DE3324224C2 (en) * | 1983-06-09 | 1990-06-28 | Lgz Landis & Gyr Zug Ag, Zug, Ch | |
DE3614529C2 (en) * | 1985-05-01 | 1993-06-03 | General Electric Co., Schenectady, N.Y., Us | |
DE4023792A1 (en) * | 1990-07-26 | 1992-01-30 | Siemens Ag | Proximity switch with integral housing - uses sensor sunk into cup of plastics material |
DE4211997A1 (en) * | 1992-04-09 | 1993-10-14 | Jaeger Erich Gmbh & Co Kg | Method and circuit arrangement for electrical compensation of the influence of temperature on the measurement signal from mechanoelectric transducers |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ANKE, D. u.a.: Elktromagnetische Verträglichkeit. B.G. Teubner Stuttgart 1992, S. 53-57 -ISBN 3-519-06144-9 * |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5926778A (en) * | 1997-01-30 | 1999-07-20 | Temic Telefunken Microelectronic Gmbh | Method for temperature compensation in measuring systems |
DE19703359A1 (en) * | 1997-01-30 | 1998-08-06 | Telefunken Microelectron | Process for temperature compensation in measuring systems |
DE19836611A1 (en) * | 1998-08-12 | 2000-03-02 | Siemens Ag | Temperature compensated electrical device and method for temperature compensation |
DE19836611C2 (en) * | 1998-08-12 | 2000-10-12 | Siemens Ag | Temperature compensated electrical device and method for temperature compensation in ultrasonic distance measurements |
DE19938868B4 (en) * | 1999-08-17 | 2005-11-24 | Siemens Ag | Sensor device and method for producing a sensor device |
DE19938868A1 (en) * | 1999-08-17 | 2001-03-29 | Siemens Ag | Manufacturing method for sensor device used in combustion engine intake manifold |
US6365424B1 (en) | 1999-08-17 | 2002-04-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Sensor device and method of producing a sensor device |
DE10064859A1 (en) * | 2000-12-23 | 2002-07-04 | Maz Mikroelektronik Anwendungs | Self-calibrating measurement sensor has auxiliary sensor, forming part of the same integrated circuit, for use in determining characteristic curve, offset and non-linearities with increased production yield for the same accuracy |
DE102006050924A1 (en) * | 2006-10-28 | 2008-04-30 | Techem Energy Services Gmbh | Method and device for generating temperature-dependent characteristics and their linearization |
EP1916585A3 (en) * | 2006-10-28 | 2012-09-12 | Techem Energy Services GmbH | Method and device for creating temperature characteristic curves and for their linearisation |
DE102006050924B4 (en) * | 2006-10-28 | 2017-01-05 | Techem Energy Services Gmbh | Method and device for generating temperature-dependent characteristics and their linearization |
US8508214B2 (en) | 2008-01-25 | 2013-08-13 | Continental Teves Ag & Co Ohg | Electronic circuit device for sensing a detection element current and/or a temperature in said detection element |
DE102016115979A1 (en) | 2016-08-26 | 2018-03-01 | Jenoptik Industrial Metrology Germany Gmbh | Method and arrangement for ensuring reliable information on measurement uncertainties of measuring systems in changing environmental conditions |
DE102016115979B4 (en) * | 2016-08-26 | 2018-10-18 | Jenoptik Industrial Metrology Germany Gmbh | Method and arrangement for ensuring reliable information on measurement uncertainties of measuring systems in changing environmental conditions |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4410705C2 (en) | 2000-05-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KAUFMANN, CHRISTOF, 42579 HEILIGENHAUS, DE IORDACH |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KAUFMANN, CHRISTOF, 40699 ERKRATH, DE IORDACHESCU, |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |