DE9102007U1 - Fehlerdetektorvorrichtung bei einer Meßbrückenschaltung mit veränderlichen Widerständen - Google Patents
Fehlerdetektorvorrichtung bei einer Meßbrückenschaltung mit veränderlichen WiderständenInfo
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Description
Siemens Aktiengesellschaft
Fehlerdetektorvorrichtung bei einer Meßbrückenschaltung mit veränderlichen Widerständen
Die Erfindung betrifft einen Fehlerdetektor für eine Schaltung zur Erfassung einer Meßgröße, welche von Sensoren mit veränderlichem
Widerstand erzeugt wird, die in Brückenschaltung angeordnet sind.
In Brückenschaltung angeordnete Sensoren mit veränderlichem Widerstand werden für unterschiedlichste Meßaufgaben eingesetzt.
Ein häufig vorkommender Anwendungsfall ist beispielsweise in der Wägetechnik zu finden. Dabei dienen, sogenannnte "Dehnungsmeßstreifen"
als die in Brückenschaltung angeordneten Sensoren mit veränderlichem Widerstand. Diese sind fest mit bestimmten Oberflächen
eines Verformungskörpers verbunden, z.B. verklebt. Die von einer auf dem Verformungskörper ruhenden Last hervorgerufenen
Oberflächenspannungen werden von den Dehnungsmeßstreifen in eine elektrischen Meßgröße umgesetzt, insbesondere in eine elektrische
Meßspannung. Die Meßspannung ist in diesem Beispiel somit ein Maß für den von der jeweiligen Belastung hervorgerufenen
Grad der Veränderung des Verformungskörpers und somit ein Maß für das Gewicht der jeweiligen Last.
Es sind aber auch andere physikalische Größen denkbar, die eine Änderung des elektrischen Widerstandes im Inneren von in Brückenschaltung
angeordneten Sensoren hervorrufen. So können bei andersartigen Meßaufgaben z.B. temperaturabhängige, magnetfeldabhängige,
z.B. piezoelektrische, bzw. lichtempfindliche Sensoren mit einem hierduch steuerbaren Innenwiderstand in Brückenschaltung
angeordnet sein.
Mie/Pfa 15.04.91
In der Praxis besteht hierbei in vielen Fällen das Problem, daß die Brückenschaltung, welche die elektrische Meßgröße abgibt,
räumlich weit entfernt von einer sogenannten Auswerteelektronik zur Weiterverarbeitung der Meßgröße angeordnet ist. Zwischen der
eigentlichen Meßbrücke und der sich anschließenden Auswerteelektronik können Entfernungen von mehreren Kilometern auftreten.
Bei derartig ausgedehnten Meßkreisen besteht immer die Gefahr einer versehentlichen und gegebenenfalls zunächst unbemerkten
mechanischen Beschädigung. Es müssen somit besondere Maßnahmen getroffen werden, mit deren Hilfe Störungen im Meßkreis, d.h.
insbesondere der Signalleitungen zwischen der Meßbrücke und der
Auswerteelektronik bzw. der Meßbrückenschaltung selbst, zuverlässig erkannt werden können. Eine derartige "Drahtbruchüberwachung"
muß somit im wesentlichen mechanische Beschädigungen der Signalleitungen im Meßkreis und gegebenfalls der Sensoren
in der Meßbrücke erkennen. Werden z.B. in der Wägetechnik Dehnungsmeßstreifen als Sensoren in Brückenschaltung angeordnet,
so können z.B. bei einer starken Überlastung oder Stoßbelastung des Verformungskörpers mechanische Beschädigungen an den Dehnungsmeßstreifen
auftreten. Hierduch kann die elektrische Meßgröße vollständig ausfallen bzw. zumindest verfälscht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der obengenannten Art anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 enthalten Vorrichtung.
Vorteilhafte weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird desweiteren unter zur Hilfenahme der in den nachfolgend kurz angeführten Figuren enthaltenen bevorzugten
Ausführungsbeispielen näher erläutet. Dabei zeigt:
FIG 1 das Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Spannung als
elektrische Meßgröße, und
FIG 2 das Blockschaltbild für ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Strom als elektrische Meßgröße.
In FIG 1 sind beispielhaft vier Sensoren Rl, R2, R3, R4, welche
über einen veränderlichen Widerstand verfugen, in Form einer Meßbrückenschaltung
MB miteinander verbunden. Hierbei kann es sich z.B. um die Dehnungsmeßstreifen im Inneren einer Wägezelle handeln.
Die Meßbrücke wird an einer Diagonale von einer Speise-Spannungsquelle Us gespeist. Dabei ist das positive Potential PP
bzw. das negative Potential NP der Speisespannungsquelle am oberen
bzw. unteren Brückenpunkt angeschlossen, d.h. an den Verbindungspunkten zwischen den Sensoren Rl, R2 bwz. R3, R4. Der Ausgang
der Meßbrücke wird durch die andere Diagonale gebildet, welche im Beispiel der FIG 1 zwischen dem linken und rechten
Anschlußpunkt der Brücke liegt, d.h. den Verbindungspunkten zwischen den Sensoren Rl, R3 und R2, R4. An diesem Ausgang
erscheint eine elektrische Meßgröße, im Beispiel der FIG 1 die Meßspannung Um, welche ein Maß für die von äußeren Einflüssen
hervorgerufene, aktuelle Verstimmung der Meßbrücke MB ist. Stellen die Sensoren Rl bis R4 z.B. die Dehnungsmeßstreifen
einer Meßbrückenschaltung im Inneren einer Wägezelle dar, so ist die Verstimmung der Meßbrücke ein Maß für das jeweilige
Gewicht einer auf der Wägezelle ruhenden Last. Die somit an einer Brückendiagonalen gegenüber dem Bezugpotential BP auftretende
elektrische Meßspannung Um kann in einer sich anschließenden "Auswerteelektronik" zur Bestimmung des Gewichtes
der Last herangezogen werden.
In FIG 1 dient eine Verarbeitungseinheit VE als sogenannte "Auswerteelektronik", dem die elektrische Meßgröße Um über
mindestens eine, unter Umständen recht lange Signalleitung SL zugeführt wird. Zur Detektion möglicher Störungen im Meßkreis
ist erfindungsgemäß zum einen ein zusätzlicher Prüfwiderstand Rp mit einem Anschluß an der Brückenschaltung angeschlossen. Im Beispiel
der FIG 1 ist der Prüfwiderstand Rp mit dem Bezugspoten-
tial BP am Meßbrückenausgang verbunden.
Das Bezugspotential BP wird dabei am "Mittenpotential" P der Meßbrücke, d.h. am Verbindungspunkt der Sensoren Rl und R3 abgegriffen.
Erfindungsgemäß ist der andere Anschluß des Prüfwiderstandes Rp über eine Schalteinrichtung SE wahlweise mit dem positiven
oder dem negativen Potential PP bzw. NP der Speisespannungsquelle Us verbindbar. Im Beispiel der FIG 1 besteht die
Schalteinrichtung aus zwei Schaltern Sl, S2. Die Spannungsbeaufschlagung des mit dem Ausgang der Meßbrückenschaltung MB
verbundenen Prüfwiderstandes Rp hat die Aufgabe, eine zusätzliche, gezielte Verstimmung der Brückenschaltung hervorzurufen.
Hierdurch wird abhängig davon, ob das positive oder negative Potential PP, NP mit dem Prüfwiderstand Rp verbunden wird, die
Meßspannung Um um einen von der bekannten Größe des Prüfwiderstandes
Rp abhängigen, vorhersehbaren Betrag - &Dgr;&ugr;&rgr; erhöht
oder erniedrigt. Wird bei einer derartigen Aufschaltung des jeweiligen
Potentials der Speisespannung auf den Prüfwiderstand Rp die zu erwartende Veränderung - &Dgr; up in der elektrischen Meßgröße
Um detektiert, so ist der Meßkreis in Ordnung. Anderenfalls muß ein Störungsmeldesignal SS erzeugt werden.
Zur Betätigung der Schalteinrichtung SE und zur Auswertung der hierdurch hervorgerufenen Änderung der Meßgröße am Brückenausgang
ist erfindungsgemäß desweiteren eine Verarbeitungseinheit VE vorhanden. Bevorzugt betätigt die Verarbeitungseinheit VE
die Schalteinrichtung zyklisch in vorgegebenen Zeitabständen, um im Rahmen derartiger Prüfzyklen rechtzeitig das Auftreten
von Störungen im Meßkreis zu detektieren. Im Beispiel der FIG 1 enthält die Verarbeitungseinheit VE eine Steuereinheit LE und
einen steuerbaren Speicher SP. Die Steuereinheit LE löst bevorzugt in regelmäßigen Zeitabständen einen Prüfzyklus aus. Hierzu
wird zunächst der steuerbare Speicher SP beispielsweise über die Steuerleitung ST3 gesperrt. Der aktuell am Eingang des Speichers
SP anliegende Wert der Meßgröße Um wird somit festgehalten.
Dieser Wert liegt nun unveränderlich am Ausgang des Speichers an, wird der Steuereinheit LE zugeführt und kann dort ausgewertet
werden. Hierbei wird erkannt, ob der aktuelle Wert der Meßgröße Um z.B. in der oberen oder unteren Hälfte des Meßbereiches
liegt. Abhängig davon wird die Steuereinheit LE anschließend den Prüfwiderstand Rp derart mit dem postiven oder negativen
Potential PP, NP der Speisespannungsquelle Us beaufschlagen, daß die zu erwartende Änderung - &Dgr; up der Meßgröße Um noch
innerhalb des zulässigen Meßbereiches liegt. Befindet sich beispielsweise der aktuelle Wert der Meßgröße Um im oberen Bereich
des Meßbereiches, so wird die Steuereinheit LE durch Aktivierung des Schalters Sl in der Schalteinrichtung SE über die
Steuerleitung SEI die Aufschaltung des negativen Potentials NP an den Prüfwiderstand Rp veranlassen. Hierduch wird der aktuelle
Wert der Meßgröße um den zu erwartenden Ä'nderungswert &Dgr; Up
erniedrigt, so daß der Wert Um - &Dgr; Up am Ausgang der Meßbrücke MB auftritt. Die Steuereinheit LE überwacht nun das ordnungsgemäße
Auftreten dieser Meßgrößenänderung durch Vergleich des ursprünglichen Wertes der Meßgröße Um am Ausgang des steuerbaren
Speichers SP mit der durch die erfindungsgemäße, gezielte Verstimmung der Brückenschaltung MB hervorgerufenen veränderten
Meßspannung Um - & Up. Tritt die Meßgrößenänderung nicht mit
dem erwarteten Hub &Dgr; Up auf, so wird von der Steuereinheit LE ein Störungsmeldesignal SS abgegeben.
Liegt im umgekehrten Fall der aktuelle Wert der elektrischen Meßgröße Um in der unteren Hälfte des Meßbereiches, so wird der
Prüfwiderstand Rp durch Betätigung des Schalters S2 über die Steuerleitung ST2 mit dem positiven Potential PP der Speisespannungsquelle
Us beaufschlagt. Hierdurch wird die elektrische Meßgröße am Ausgang der Meßbrücke bei fehlerfreiem Meßkreis um
die erwartete 'Änderung angehoben, d.h. der Wert Um + &Dgr; Up ausgegeben.
Durch die gezielte Aufschaltung des jeweils geeigneten Potentials der Speisespannungsquelle ist sichergestellt, daß unabhängig
vom aktuellen Wert der elektrischen Meßgröße der Meßbereich bei jedem Prüfzyklus nicht über- bzw. unterschritten wird.
Die veränderte Meßgröße Um - &Lgr; Up liegt somit immer im Inneren
des zulässigen Meßbereiches, so daß das Auftreten oder Ausbleiben des erwarteten Hubes - L· Up in deren Meßgröße von der
Steuereinheit LE zur Bildung des Störungsmeldesignales SS ordnungsgemäß detektiert werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführung
der Erfindung wird die Größe des Prüfwiderstandes Rp so ausgelegt, daß die durch die zusätzliche Verstimmung der Brückenschaltung
MB zu erwartende Änderung - &Dgr; Up der Meßgröße Um einen Wert von kleiner oder gleich der Hälfte des Meßbereiches
aufweist. Eine derartige Dimensionierung hat den Vorteil, daß die bei einem Prüfzyklus zu erwartende Änderung der elektrischen
Meßgröße relativ groß ist, somit leicht und genau detektiert werden kann, und dennoch eine Überschreitung der Meßbereichsgrenzen
mit Sicherheit ausgeschlossen ist.
FIG 2 zeigt das Blockschaltbild eines weiteren, vorteilhaften
Ausführungsbeipieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei wird die elektrischen Meßgröße Um bzw. die veränderte elektrische
Meßgröße Um - &Dgr; Up nach der gezielten Verstimmung der Brückenschaltung über ein Differenzverstärker DV zusammengefaßt
und nach Übertragung über die Signalleitung SL einer Verarbeitungseinheit VE an zwei separaten Eingängen El und E2 zugeführt.
In der Verarbeitungseinheit VE schließt sich an den Eingang El ein Hauptmeßzweig HMZ und an den Eingang E2 ein Nebenmeßzweig
NMZ an. Im Hauptmeßzweig HMZ ist im wesentlichen ein Abtast-Halteglied AHG angeordnet, welches funktionell dem steuerbaren
Speicher SP im Beispiel der FIG 1 entspricht. Das Abtast-Halteglied wird vor Beginn einer gezielten Verstimmung der Meßbrücke
MB im Rahmen eines Prüfzykluses z.B. über die Signalleitung ST3 durch die Steuereinheit DLE in den Haltezustand geschaltet.
Hierduch wird der lastabhängige Wert Um der elektrischen
Meßgröße festgehalten und steht der Steuereinheit zur Auswertung
zur Verfügung.
Im Beispiel der FIG 2 wird die elektrische Meßspannung Um über
einen Umsetzwiderstand R5 am Ausgang des Abtast-Haltegliedes AHG in einen Meßstrom Im umgewandelt. Dieser wird schließlich
über einen nachgeschalteten, ersten Analog- Digital-Umsetzer ADUl digitalisiert und der ebenfalls zur Binärsignalverarbeitung
ausgelegten Steuereinheit DLE zugeführt, z.B. einem Mikroprozessor.
Erfindungsgemäß wird der bei der gezielten Verstimmung der Meßbrücke
MB auftretende, veränderte Wert Um - A up der elektrischen
Meßspannung der Steuereinheit DLE vorteilhaft über den separaten Eingang E2 und den anschließenden Nebenmeßzweig NMZ
gesondert zugeführt. Im Beispiel der FIG 2 wird auch hier mit Hilfe eines Umsetzwiderstandes R6 die Meßspannung in einen Meßstrom
Im - &Dgr; Ip umgesetzt und über einen nachgeschalteten, zweiten Analog-Digital-Umsetzer ADU2 digitalisiert. Bei dem EIement
ADU2 kann es sich um einen schnellen Analog- Digital-Umsetzer mit niedriger Auflösung handeln. Dieser kann auch mit
der Steuereinheit DLE zur einer Baueinheit zusammengefaßt sein, z.B. zu einem Mikroprozessor MP.
Die Ausführungsform von FIG 2 hat den Vorteil, daß die zur Überwachung
insbesondere der Meßbrücke MB und der Signalleitung SL des Meßkreises dienende gezielte Verstimmung der Brückenschaltung
schnell und ohne merkliche Beeinträchtigung der normalen Erfassung des aktuellen Wertes der Meßgrößen Um bzw. Im durchgeführt
werden kann. So wird bis zur Beendigung eines Prüfzyklus ses der ursprüngliche Wert der elektrischen Meßgröße am Ausgang
des Abtasthaltegliedes AHG festgehalten und nach Abschluß des Prüfzyklusses verzögerungsfrei wieder freigegeben. Im Haupmeßzweig
HMZ treten somit keine, durch die erfindungsgemäße Fehlerdetektorvorrichtung
bedingten Sprünge in der elektrischen Meßgröße auf. Der in der Regel hochgenaue, erste Analog-Digital-
G 91 02 007.7 8 ?1 G 3003 DE
Umsetzer ADUl wird somit am Eingang nicht mit Meßsignalsprüngen belastet, welche interne Ausgleichs- und Einschwingvorgänge hervorrufen
können. Erfindungsgemäß wird die Verarbeitung der veränderten
elektrischen Meßgröße Um - t\ Up bzw. Im - &Dgr; Ip
bei Ablauf eines Prüfzyklusses vorteilhaft mit Hilfe des parallelen
Nebenmeßzweiges NMZ durchgeführt. Die Ausgleichs- und Einschwingvorgänge im Inneren des dortigen schnellen Analog-Digital-Umsetzers
AU2 mit niedriger Auflösung sind bei Auftreten einer sprungartigen Änderung der elektrischen Meßgröße relativ
schnell abgeklungen im Vergleich zum hochgenauen, aber langsameren ersten Analog-Digital-Umsetzer ADUl im Hauptmeßzweig
HMZ.
Claims (3)
1. Fehlerdetektor für eine Schaltung zur Erfassung einer Meßgröße (Um,Im), welche von Sensoren (Rl,R2,R3,R4) mit veränderlichem
Widerstand erzeugt wird, die in Brückenschaltung (MB) angeordnet sind, mit
a) einem Prüfwiderstand (RP), welcher mit einem Anschluß an
einem Punkt (P) der Brückenschaltung (MB) angeschlossen, ist,
b) einer Schalteinrichtung (SE;S1,S2), womit der andere Anschluß des Prüfwiderstandes (RP) zur zusätzlichen Verstimmung der
Brückenschaltung (MB) mit dem positiven oder negativen Potential (PP,NP) einer Speisespannungsquelle (US) verbunden werden
kann, und
c) einer Verarbeitungseinheit (VE), welche
el) abhängig vom Wert der Meßgröße (Um,Im) die Schalteinrichtung
(Sl,S2) derart betätigt (STl,ST2), daß eine durch die zusätzliche Verstimmung der Brückenschaltung (MB)
zu erwartende Änderung (+ &Lgr; Up,+ &Dgr; Ip) der Meßgröße
(Um, Im) innerhalb des Meßbereiches liegt, und welche c2) bei Abweichung der eingetretenen von der erwarteten Änderung
der Meßgröße ( + & Up,+ &Lgr; Ip) ein Störungsmeldesignal
(SS) erzeugt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfwiderstand (Rp) so ausgelegt
ist, daß die durch die zusätzliche Verstimmung der Brückenschaltung (MB) zu erwartende Änderung (+Aup,+ &Dgr;&iacgr;&rgr;) der Meßgröße
(Um,Im) nicht größer als die Hälfte des Meßbereiches ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß
a) der Verarbeitungseinheit (VE) die Meßgröße (Um,Im) über zwei
separate Eingänge (HMZ,El;NMZ,E2) zugeführt wird,
b) dem einen Eingang (HMZ,El) ein Abtast-Halteglied (AHG) nachgeschaltet
ist, welches vor einer Verbindung des Prüfwiderstandes (Rp) mit dem positiven oder negativen Potential
G 91 02 007.7 10 91 G 3083 DE
(PP,NP) der Speisespannungsquelle (Us) in den Haltezustand
geschaltet wird (ST3), und
c) über den anderen Eingang (NMZ,E2) die nach einer Verbindung
des PrüfWiderstandes (Rp) mit dem positiven oder negativen
potential (PP,NP) der Speisespannungsquelle (Us) eingetretene
Änderung (Um ~ &Dgr; Up, Um &iacgr; ^ Ip) der Meßgröße erfaßt und
ausgewertet wird (FIG 2).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9102007U DE9102007U1 (de) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Fehlerdetektorvorrichtung bei einer Meßbrückenschaltung mit veränderlichen Widerständen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9102007U DE9102007U1 (de) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Fehlerdetektorvorrichtung bei einer Meßbrückenschaltung mit veränderlichen Widerständen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9102007U1 true DE9102007U1 (de) | 1992-03-12 |
Family
ID=6864496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9102007U Expired - Lifetime DE9102007U1 (de) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Fehlerdetektorvorrichtung bei einer Meßbrückenschaltung mit veränderlichen Widerständen |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE9102007U1 (de) |
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