DE9206756U1

DE9206756U1 - Potentiometer

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Publication number: DE9206756U1
Application number: DE9206756U
Authority: DE
Original assignee: Horst Siedle KG
Current assignee: Horst Siedle KG
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1992-07-30
Anticipated expiration: 2002-05-20

Description

DIPL . — I IST G - PEiTER Il, &Ogr;&Tgr;'&Ggr;&Egr;DIPL . — I IS G - PEiTER Il , &Ogr;&Tgr;'&Ggr;&Egr;

Tiroler Str. 15 D-7250 Leonberg Tel.07152/45421Tiroler Str. 15 D-7250 Leonberg Tel.07152/45421

2537/ot/mü
24.04.19922537/ot/mu
24.04.1992

Firma Horst Siedle KG, 7743 Furtwangen Company Horst Siedle KG, 7743 Furtwangen

Potentiometer
Stand der Technik Potentiometer
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 1The invention is based on a potentiometer for converting a physical (path, angle) into an electrical quantity according to the preamble of claim 1

Potentiometer allgemein sind in vielfachen Ausführungsformen bekannt, angefangen vom einfachen Trimmer über normale Schiebe- oder Drehpotentiometer (DE-OS 25 21 789 bzw. US-PS 3 597 720) bis zu hochgenauen Präzisionspotentiometern (DE-PS 27 06 760), bei denen darüber hinaus auch auf eine schnelle Schleiferbewegung Einfluß genommen wird.Potentiometers in general are known in many different designs, ranging from simple trimmers to normal sliding or rotary potentiometers (DE-OS 25 21 789 or US-PS 3 597 720) to high-precision precision potentiometers (DE-PS 27 06 760), which also have the ability to influence a fast slider movement.

Ferner ist es bekannt (DE-OS 40 00 521), in Form von Potentiometern ausgebildete Geber für veränderliche Größen durch eine zusätzliche Beschaltung des Potentiometers so auszubilden, daß Fehlfunktionen aufgrund des Übergangswiderstandes vermieden werden, der sich als veränderliche, wenn auch häufig geringe EinflußgrößeFurthermore, it is known (DE-OS 40 00 521) to design sensors for variable quantities in the form of potentiometers by means of an additional circuit of the potentiometer in such a way that malfunctions due to the transition resistance are avoided, which is a variable, albeit often small, influencing variable.

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im Kontaktbereich des Schleifers ergibt.in the contact area of the grinder.

So können sich bei den bekannten Potentiometeranordnungen, 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 Potentiometerabgriffs ein Maß für den Wert der veränderbaren Größe ist, kann es zu vielfältigen Fehlreaktionen beispielsweise bei Regel- oder Steuervorrichtungen führen, die die in eine elektrische Größe umgesetzte Stellung des Potentiometerschleifers als Eingangssignal verwerten.Problems can arise with the known potentiometer arrangements that serve as sensors for changing physical quantities because contact problems often occur between the wiper and the resistance track of the potentiometer, particularly in the end positions of the wiper position, mostly caused by the abrasion of the potentiometer deposited in the end positions, but also in other places, due to the wiper movement. This abrasion can lead to an increase in the contact resistance between the wiper and the resistance track, which simulates an incorrect potentiometer position. On the other hand, since the position of the wiper of the potentiometer tap is a measure of the value of the variable quantity, it can lead to a variety of incorrect reactions, for example in regulating or control devices that use the position of the potentiometer wiper converted into an electrical quantity as an input signal.

Um hier Abhilfe zu schaffen, wird der Schleifer des aus der genannten DE-OS 40 00 521 bekannten Potentiometers unmittelbar mit einer Versorgungsspannung verbunden; ferner werden die beiden Endanschlüsse der Widerstandsbahn über möglichst identische weitere Widerstände gegen Masse geschaltet.To remedy this, the wiper of the potentiometer known from the aforementioned DE-OS 40 00 521 is directly connected to a supply voltage; furthermore, the two end connections of the resistance track are connected to ground via additional resistors that are as identical as possible.

An diesen beiden, eine Zusatzbeschaltung für das Potentiometer realisierenden endseitigen Widerständen fallen dann je nach der Schleiferposition unterschiedliche Spannungen ab, die zur Berechnung des Widerstandsverhältnisses des Potentiometer-Gesamtwiderstandes ausgewertet werden. Die bekannte Schaltung setzt eine hochgenaue Bemessung der Widerstands-Zusatzbeschaltung Depending on the wiper position, different voltages are then dropped across these two end-side resistors, which provide additional circuitry for the potentiometer. These voltages are evaluated to calculate the resistance ratio of the total potentiometer resistance. The known circuit requires highly precise dimensioning of the additional resistance circuit.

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2537/ot/mü '^ ' ° ■■ 2537/ot/mu '^ ' ° ■■

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voraus, da die an diesen Widerständen anfallenden
Spannungen in ihrem Verhältnis unmittelbar die Schleiferposition bestimmen.because the voltages generated at these resistors
Voltages in their ratio directly determine the grinder position.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Potentiometer ohne direkte Zusatzbeschaltung so
auszubilden, daß ein beliebiger vorhandener Übergangswiderstand zwischen Schleifer und Widerstandsbahn beim Meßvorgang als nicht vorhanden erscheint und eine hochgenaue 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 of providing a potentiometer without direct additional circuitry so
to design such that any existing transition resistance between the wiper and the resistance track appears to be non-existent during the measuring process and a highly accurate measurement is possible with the simple electronic circuitry and
Evaluation of the measurement result is possible.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden 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 Schleiferposition vorgegebene Aufteilung der Ströme aufgrund
des jeweiligen Widerstandsverhältnisses des Potentiometer-Gesamtwiderstandes abgestellt wird. Es ist daher möglich, durch Auswertung mindestens eines der Teilströme eine sichere Aussage über die Schleiferposition zu machen, wobei sich noch der Vorteil ergibt, daß Anfang und Ende der Potentiometer-Widerstandsbahn auf
gleichem Potential, beispielsweise Massepotential,
gehalten werden können. Es besteht dann bei Potentialgleichheit der beiden Potentiometeranschlüsse zwischen den Teilströmen und der Schleiferstellung ein linearer Zusammenhang.The invention solves this problem with the characterizing features of the main claim and has the advantage
that through the wiper current impression, the
currentless tap and based on a constant current source on the distribution of currents specified by the wiper position due to
of the respective resistance ratio of the potentiometer total resistance. It is therefore possible to make a reliable statement about the wiper position by evaluating at least one of the partial currents, with the additional advantage that the beginning and end of the potentiometer resistance track can be
the same potential, for example ground potential,
If the two potentiometer connections have the same potential, there is then a linear relationship between the partial currents and the wiper position.

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Es ist dann lediglich noch nötig, einen der Potentiometer-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 connect one of the potentiometer end connections to a current/voltage converter if you want to record the wiper position in the form of voltage values; alternatively, of course, the resulting currents can also be used directly as control signals.

Solange der dem Schleifer zugeführte Konstantstrom aufrechterhalten 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 wiper is maintained, which can be easily achieved electronically within a wide range, the contact resistance, which is always present and may fluctuate greatly, plays no role in the measuring process, even if it changes within a range based on the measuring conditions.

Andererseits kann ein überschreiten eines vorgegebenen Bereichs des Übergangswiderstandes, wenn dieser also beispielsweise einen Maximalwert annimmt, von der Schaltung problemlos erkannt werden, so daß dann entsprechende Sicherheitsmaßnahmen, beispielsweise Abschalten eines Regelkreises, eingeleitet werden können.On the other hand, if a predetermined range of the contact resistance is exceeded, for example if it assumes a maximum value, this can be easily detected by the circuit, so that appropriate safety measures, such as switching off a control circuit, can then 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 partial currents resulting from the sum of the impressed wiper current can be evaluated, whereby the difference between the voltages obtained after a current/voltage conversion forms a standardized output voltage, for example ranging from negative to positive values, and the sum of the voltages obtained is additionally used for wiper current control, with the advantage that with such a control the reference for the current source is related to ground.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgendenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawing and are described in the following

2537/ot/mü *..^c % -.·.' 2537/ot/mü *.. ^c % -.·.'

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Beschreibung näher erläutert- Es zeigen:Description explained in more detail - Showing:

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

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Potentiometers mit eingeprägtem Schleiferstrom und zugeordneter elektronischer Schaltung zur Auswertung lediglich eines Teilstroms, während dieFig. 2 shows a first embodiment of a potentiometer with impressed wiper current and associated electronic circuit for evaluating only a partial current, while the

Fig. 3 eine Variation des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 zeigt, bei der beide Teilströme ausgewertet 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 deliver a standardized output voltage.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription 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 to supply an impressed wiper current to a potentiometer and to determine the wiper position from the resulting partial currents.

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

Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, wie schon in Fig. 1 angedeutet ist, auch den anderen Anschluß über einen Strom/Spannungswandler 14' zu verschaltenIt may prove advantageous, as already indicated in Fig. 1, to also connect the other connection via a current/voltage converter 14'

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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, normierte Ausgangsspannung Ua ist. Möglich ist es auch und stellt eine vorteilhafte Ausgestaltung dar,, das Ausgangssignal der Surtmenschaltung rückzuführen zur Konstantstromquelle 17, die dem Schleifer einen eingeprägten Schleif er strom Is zuführt.and to connect the outputs of the two converters 14, 14' to a summing circuit 15 or a differential circuit 16, the differential circuit being a standardized output voltage Ua that indicates the respective wiper position with high precision. It is also possible, and represents an advantageous embodiment, to feed the output signal of the summing circuit back to the constant current source 17, which supplies the wiper with an impressed wiper current Is.

Wird ein solcher konstanter Strom Is über den Schleifer 11 bei einem Potentiometer eingeleitet, dann teilt sich dieser eingeprägte Schleiferstrom Is in zwei Teilströme 11 und 12 auf. Diese beiden Teilströme sind durch die (veränderlichen) Potentiometerteilwiderstände R1* und R2* gemäß der Beziehung I1*R1* = I2-R2* bestimmt. Dabei ist wesentlich, daß Anfang und Ende der Potentiometer-Widerstandsbahn 10 auf gleichem Potential gehalten sind, da dann zwischen den Teilströmen und der Schleiferstellung ein linearer Zusammenhang besteht.If such a constant current Is is introduced via the wiper 11 in 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 partial resistances R1* 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 currents and the wiper position.

Solange der Konstantstrom Is aufrechterhalten werden kann, spielt der Übergangswiderstand Rü keine Rolle mehr. Der Übergangswiderstand Rü kann sich also innerhalb eines Bereiches ändern, ohne daß das Ausgangssignal eine Veränderung erfährt. Der Übergangswiderstand 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 transition resistance Rü no longer plays a role. The transition resistance Rü can therefore change within a range without the output signal changing. The transition resistance Rü also results as a variable resistance, i.e. as Rü* in the contact area between the wiper 11 and the resistance track 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 acquisition, namely, as shown in Fig. 2, the evaluation of only a partial current, with the other end of the resistance track 10 connected to ground.

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

Der Drainanschluß D des Feldeffekttransistors FET ist dann mit dem Schleifer 11 des Potentiometers 12 verbunden 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 carries the impressed constant current Is.

Der andere Endanschluß der Widerstandsbahn 10 des Potentiometers 12 ist zur Auswertung des von ihm geführten Teilstroms mit einem I/U-Wandler 14, also einem Strom/Spannungskonverter verbunden, dem sinnvollerweise ein Inverter 18 noch nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang 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 Eingang im Falle des I/U-Wandlers 14 direkt mit dem Endanschluß der Widerstandsbahn 10 und im Falle des Operationsverstärkers 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 track 10 of the potentiometer 12 is connected to an I/U converter 14, i.e. a current/voltage converter, for evaluating the partial current it carries. It is useful to have an inverter 18 connected downstream of it, at the output of which the output voltage Ua proportional to the position of the wiper 11 is obtained against ground potential. Both the I/U converter 14 and the inverter 18 can be identical in their basic structure and each comprise an operational amplifier OP2 or OP3 with corresponding circuitry, with the positive input being connected to ground via a resistor and the negative input being connected directly to the end connection of the resistance track 10 in the case of the I/U converter 14 and to the output of the operational amplifier OP2 via a resistor in the case of the operational amplifier OP3 of the inverter 18. Both operational amplifiers OP2 and OP3 have a resistor and, if necessary, a capacitor connected in parallel as feedback elements from the output to the signal input.

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Der Verlauf der positiven normierten Ausgangsspannung Ua am Ausgang des Inverters 18 entspricht dann in linearer Abhängigkeit dem Stellwinkel &agr; des Potentiometers 12, wie in dem kleinen Diagramm zu Fig. 2 dargestellt. Wenn im folgenden von einem Stellwinkel &agr; des Potentiometers die Rede ist, dann versteht es sich, daß dieser auch als Weg ausgedrückt werden kann, beispielsweise wenn ein Linearpotentiometer zugrundegelegt wird oder indem der Stellwinkel durch entsprechende, beispielsweise von auf ein Getriebe zurückgehenden Maßnahmen von einer Verschiebebewegung (Weg) abgeleitet ist. Die im folgenden daher ausschließlich nur noch verwendete Bezeichnung eines Stellwinkels &agr; schließt somit automatisch auch immer einen Weg ein.The course of the positive standardized output voltage Ua at the output of the inverter 18 then corresponds in linear dependence to the setting angle α of the potentiometer 12, as shown in the small diagram in Fig. 2. When we talk about a setting angle α of the potentiometer below, it is understood 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 derived from a displacement movement (path) by appropriate measures, for example from a gear. The designation of a setting angle α, which is therefore only used below, therefore always automatically 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 respectively serve to supply power to the circuit and, as shown for the operational amplifier OP1, are present at all operational amplifiers accordingly, including 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 verwendet 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 having to take the temperature coefficient of the resistance relevant to the I/U conversion described into account when evaluating the signal, an evaluation circuit as shown in Fig. 3 can also be used, in which, due to a difference formation in the signal range, only the difference in the temperature coefficients of the resistances of the I/U conversion needs to be taken into account.

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Bei der Darstellung der Fig. 3 werden beide Teilströme ausgewertet, so daß zur I/U-Wandlung beide Endanschlüsse des Potentiometers 12' mit den (negativen) Signaleingängen nachgeschalteter Operationsverstärker OP2' bzw. OP2" zur I/U-Wandlung verbunden sind, wobei die Beschaltung sonst dem I/U-Konverter 14 der Fig. 2 entspricht. In the representation of Fig. 3, both partial currents are evaluated, so that for I/U conversion both end connections of the potentiometer 12' are connected to the (negative) signal inputs of downstream operational amplifiers OP2' or OP2" for I/U conversion, whereby the circuitry otherwise corresponds to the I/U converter 14 of Fig. 2.

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 gleichzeitig 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 Stromregelung kann z.B. vom Ausgang zum Eingang die Reihenschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand geführt werden. Eine auf diese Weise gebildete, die Summe der erhaltenen Spannungen zur Schleiferstrom-Regelung ausnutzende Konstantstrom-Quellenschaltung 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 Potentiometers beruhenden Schleiferstromregelung ist auf jeden Fall sichergestellt, daß genau die beiden, durch den beidseitigen Stromabgriff am Potentiometer 12' gewonnenen Teilströme den dem Potentiometer zugeführten eingeprägten Schleiferstrom bestimmen.The outputs of the operational amplifiers OP2' and OP2" are then led upwards in the representation of Fig. 3 via resistors R4 and R4' to a common circuit point P1, which is simultaneously connected to the input connection (negative input) of another operational amplifier OP4. 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, a capacitor can be connected in series with a resistor, for example, from the output to the input. A constant current source circuit 17' formed in this way, which uses the sum of the voltages received to control the wiper current, is completed by a transistor T1 connected downstream of the operational amplifier OP4, the collector connection of which is connected directly to the wiper 11' of the potentiometer 12' to supply the impressed wiper current Is. This is based on a summation of the two partial currents of the The wiper current control based on the potentiometer ensures that the two partial currents obtained by the current tap on both sides of the potentiometer 12' determine the impressed wiper current fed to the potentiometer.

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Andererseits erfolgt die Differenzbildung zur Signalgewinnung der jeweiligen (Winkel)Position des Schleifers 11' dadurch, daß der Ausgang des Operationsverstärkers OP2' über einen nachgeschalteten ersten Inverter Iv in Form eines Operationsverstärkers OP5 zu einem nachgeschalteten differenzbildenden Schaltungspunkte P2 gelangt, während der Ausgang des Operationsverstärkers OP2', der mit dem anderen Endkontakt der Widerstandsbahn des Potentiometers verbunden ist und den dortigen Teilstrom wandelt, direkt auf den Schaltungspunkt P2 geschaltet ist, jeweils über Widerstände R5 und R5'. Der Schaltungspunkte P2 ist dann in der üblichen Weise mit einer Inverterschaltung 18* verbunden und besteht ebenfalls aus einem Operationsverstärker OP3' in der schon aus der Darstellung der Fig. 2 bekannten äußeren Beschaltung.On the other hand, the difference formation for obtaining the signal of the respective (angular) position of the wiper 11' is carried out by the output of the operational amplifier OP2' passing through a downstream first inverter Iv in the form of an operational amplifier OP5 to a downstream difference-forming circuit point P2, while the output of the operational amplifier OP2', which is connected to the other end contact of the resistance track of the potentiometer and converts the partial current there, is connected directly to the circuit point P2, in each case via resistors R5 and R5'. The circuit point P2 is then connected in the usual way to an inverter circuit 18* and also consists of an operational amplifier OP3' in the external circuit already known from the illustration in Fig. 2.

In Verbindung mit der Schaltung der Fig. 3 ist noch darauf hinzuweisen, daß der den zur Summenbildung führende Schaltungspunkt P1 bei der Schleiferstromregelung mit einer positiven Referenzspannung U ^ verbindende Widerstand R , der in der Schaltung aus der Reihenschaltung zweier Widerstände R und R¹ besteht, der Einstellung der Größe des dem Schleifer 11' zugeführten eingeprägten Konstantstroms Is dient, während am negativen Eingang des invertierenden Operationsverstärkers OP5 über einen veränderlichen Widerstand Rx noch eine Bezugsspannung U, 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 Abhängigkeit zur Schleiferposition von negativen Werten zu positiven Werten linear abhängig verläuft, so daßIn connection with the circuit of Fig. 3, it should also be pointed out that the resistor R , which connects the circuit point P1 leading to the summation in the wiper current control with a positive reference voltage U ^ and which in the circuit consists of the series connection of two resistors R and R ¹ , serves to adjust the size of the impressed constant current Is fed to the wiper 11', while a reference voltage U, can also be fed to the negative input of the inverting operational amplifier OP5 via a variable resistor Rx, which results in the range setting for the output voltage Ua, which, as the small diagram in Fig. 3 also shows, as a standardized voltage in this case runs linearly from negative values to positive values depending on the wiper position, so that

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sich beispielsweise für die gesamte Schleiferverstellung · normierte Ausgangsspannungswerte zwischen - 10 V und + 10 V ergeben. Die Schaltung der Fig. 2 liefert demgegenüber lediglich ein sich von 0 V bis beispielsweise + 10 V erstreckendes Ausgangsspannungssignal über dem Stellwinkel &agr; der Schleiferposition. Der Mechanismus ist hierbei so, daß mit Hilfe des Widerstandes Rx bei Stellwinkel &agr; = 0 ein sicheres Potential eingestellt wird, woraus sich eine Bereichseinstellung für die Ausgangsspannung Ua ergibt.For example, for the entire wiper adjustment, standardized output voltage values between - 10 V and + 10 V result. The circuit in 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 here is such that a safe potential is set with the help of the resistor Rx at setting angle α = 0, which results in a range setting for the output voltage Ua.

Experimentelle Untersuchungen zeigen, daß beide Schaltungen 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 Linearitätsfehlers erzielen, unabhängig davon, ob der eingeprägte Schleiferstrom 1 mA, 0,1 mA oder 10 &mgr;&Agr; beträgt.Experimental investigations show that both circuits of Fig. 2 and 3 maintain their selected linearity for high-precision potentiometers when the impressed wiper currents Is differ by orders of magnitude; thus, if numerical values are used here which do not, however, restrict the subject matter 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 impressed wiper current is 1 mA, 0.1 mA or 10 μα.

Wird z.B. ein Potentiometer mit einem Widerstand von 5 kOhm 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 praktischen Ausführungsbeispielen nicht auftreten, ist die erfindungsgemäße Schaltung in der Lage, Geber beliebiger Art, die auf einem Potentiometer beruhen, vollständig einflußfrei vom Übergangswiderstand Rü zu stellen, ohne daß hier ein größerer Schaltungsaufwand erforderlichIf, for example, a potentiometer with a resistance of 5 kOhm is used with a wiper current of Is = 0.1 mA, then a contact resistance Rü of up to 120 kOhm no longer plays a role. With a wiper current of Is = 0.05 mA, a Rü of up to about 240 kOhm can be regulated. Since such contact resistance values do not occur in practical embodiments, the circuit according to the invention is able to make any type of sensor based on a potentiometer completely free from the influence of the contact resistance Rü, without requiring any major circuitry effort.

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ist, da die zugrundegelegten Detailschaltungselemente sich problemlos beispielsweise in Form von integrierten Schaltungen oder Bausteinen mit geringstem Schaltungsaufwand realisieren lassen. is because the underlying detailed circuit elements can be easily implemented, for example in the form of integrated circuits or components with minimal circuit effort.

Die nachfolgende Tabelle verdeutlicht anhand von Zahlenwerten zur normalen Spannungsbeschaltung eines Potentiometers den Einfluß des Ubergangswiderstandes Rq speziell hinsichtlich der Linearität.The following table uses numerical values for the normal voltage connection of a potentiometer to illustrate the influence of the contact resistance Rq, especially with regard to linearity.

Konventionelles
PotentiometerConventional
Potentiometer StrompotentiometerCurrent potentiometer (Stabile Referenz
und stromloser
Abgriff)(Stable reference
and powerless
Tap) RQ-EinflußRQ influence z.B. Rpoti ⁼ 5 kOhme.g. Rpoti ⁼ 5 kOhm nicht vorhandenunavailable U₀ = 10 V _U0 = 10V Ip = 2 itiAIp = 2 itIA Schleifer
strom Ig = 1 &mgr;&Agr;grinder
current Ig = 1 μαι Linearitätsfehler
mit Rq = 0 kOhmLinearity error
with Rq = 0 kOhm —> &sgr; = 0.01 %—> &sgr; = 0.01 % Linearitätsfehler
mit Rü = 10 kChm
—> &sgr; = 0.11 %Linearity error
with Rü = 10 kChm
—>&sgr; = 0.11 %

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Eine Variante vorliegender Erfindung besteht schließlich noch darin, daß anstatt einer Konstanthaltung des Gesamtstroms einer der Teilströme i. oder i&ldquor; 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 Teilström i«, konstant gehalten wird. Es ergeben sich daher folgende Zusammenhänge:Finally, a variant of the present invention consists in that instead of keeping the total current constant, one of the partial currents i. or i" is kept constant (see also the label in the potentiometer area of Fig. 3). In other words, this means that the total current is regulated in such a way that one of the partial currents, in the following consideration the partial current i", is kept constant depending on the position. The following relationships therefore arise:

^{= 1}I ⁺ ^L2 (D ^{= 1} I ⁺ ^L 2 (D

^X2 2 const ^X 2 2 const

I₁ · &agr; · R = (1 - &agr;) · R . i₂ I ₁ · α · R = (1 - α) · R . i ₂

¹ - ^&agr; ¹ - ^?
¹¹ ää

const (3)const (3)

Setzt man (3) in (1) ein, dann ergibt sichInserting (3) into (1) gives

^Xges ~ ö * 2 const 2 const ^X total ~ ö * 2 const 2 const

1 - &agr;1 - ?

&agr; 2 constα 2 const

1
¹ges &agr; * ¹2 const (4)1
¹ total α * ¹ 2 const (4)

Durch diese Möglichkeit lassen sich Verhältnisse beschreiben, die einen gewissen stellungsabhängigen funktionalen (und damit keinen linearen) Zusammenhang ermöglichen, z.B. durch Auswertung (mit beispielsweise einer Strom/Spannungswandlung) der Beziehung (3) als Positionsverhältnis oder der Beziehung (.4) als Umkehrfunktion der Schleiferposition.This possibility makes it possible to describe relationships that allow a certain position-dependent functional (and thus not linear) relationship, e.g. by evaluating (for example with a current/voltage conversion) the relationship (3) as a position relationship or the relationship (.4) as an inverse function of the wiper position.

./V-V...::: '".¹Y" C /14./VV...::: '". ¹ Y" C /14

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Tatsächlich stellt die Möglichkeit, I₁ oder i&ldquor; konstant zu halten, eine gleichberechtigte Variante zu der dar, den Gesamtstrom i konstant zu halten.In fact, the possibility of keeping I ₁ or i&rdquor; constant represents an equivalent variant to keeping the total current i constant.

ge sge s

Im Hinblick auf die Tatsache, daß in der Meßtechnik häufig mit "normierten" Ausgangsströmen 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 vorgegeben wird, um einen normierten Ausgangsstrom in dem Bereich von 0-20 mA zu erhalten.In view of the fact that measurement technology often works with "standardized" output currents in the range of 0-20 mA or 4-20 mA, it has proven advantageous to specify a value of 20 mA for the constant current supplied to the wiper in order to obtain a standardized output current in the range of 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 a series resistor is provided in series with the potentiometer, which for reasons of temperature compensation is made of the same material as the potentiometer resistor, with the resistance values of the series resistor and the potentiometer resistor being in a ratio of 1:4, and if a constant current with a value of 20 mA is specified for the wiper in order to obtain a standardized 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 advantageous if the series resistor is formed by a section of the potentiometer resistor itself, whereby in this case a standardized output current of 4-20 mA can also be generated by using 4/5 of the length of the potentiometer resistor.

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Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprüche und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungsversuche 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 Kombination miteinander als erfindungswesentlich anzusehen und in den Ansprüchen niederzulegen.Finally, it should be noted that the claims and in particular the main claim are attempts to formulate the invention without comprehensive knowledge of the state of the art and therefore without restrictive prejudice. Therefore, we reserve the right to regard all features presented in the description, the claims and the drawings as essential to the invention, both individually and in any combination with one another, and to set them down in the claims.

Claims

DIPL - — ING - «■ E>ET5S3R : &Ogr;&Idigr;&Tgr;&Egr; Tiroler Str. 15 D-7250 Leonberg Tel.07152/45421 2537/ot/mü 24.04.1992 Company Horst Siedle KG, 7743 Furtvangen Protection claims

1. Potentiometer for converting a physical (distance, angle) into an electrical quantity, with a resistance track on which a wiper moved by the physical quantity slides, characterized in that an impressed wiper current (Is) can be fed to the wiper (11, 11'), which is divided according to the respective variable potentiometer partial resistances (R1*, R2*), and at least one of the resulting partial currents, which change 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 (10a, 10b) 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

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characterized in that for the evaluation of each partial current resulting at the resistance track end connections (10a, 10b) after the I/U conversion an inversion takes place in order to obtain a standardized, positive output voltage over the travel or angle of the slider (11, 11 ').

4. Potentiometer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wiper current Is is

Total current i is regulated so that a total current i

the partial currents (i.. , i~) are kept constant to describe position-dependent functional relationships.

5. Potentiometer according to one of claims 1 to 3/characterized in that the impressed 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 a value of 20 mA is specified for the constant current supplied to the wiper in order to obtain a standardized output current in the range of 0 - 20 mA.

7. Potentiometer according to claim 5, characterized in that a series resistor is provided in series with the potentiometer, which consists of the same material as the potentiometer resistor, the resistance values of the series resistor and the potentiometer resistor being in a ratio of 1:4, and that a constant current with a value of 20 mA is given to the wiper in order to obtain a standardized output current in the range of 4 - 20 mA.

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8. Potentiometer according to claim 7, characterized in that the series resistor is formed by a portion of the potentiometer resistor itself.

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

10. Potentiometer according to claim 5, characterized in that the partial currents obtained at the resistance track end connections (10a, 10b) are fed to a wiper current constant control which returns the sum after I/U conversion if necessary.

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

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12. Potentiometer according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outputs of the two operational amplifiers (OP2 ¹ , OP2") for I/U conversion are fed to a common circuit point (P1) for summation, to which a variable resistor (R ₁ -) is connected for setting the size of the impressed wiper current (Is), with a downstream operational amplifier (OP4) and a transistor (T1) controlled by this which generates the impressed wiper current, and that for difference formation the output of one of the I/U converters (OP2 ¹ ) is connected to an intermediate inverter (OP5), the output of which is connected to the direct output of the operational amplifier (OP2 ¹ ) connected to the other resistance track end connection as an I/U converter to a further circuit point (P2) which is connected to a downstream inverting operational amplifier (OP3 ¹ ) for inversion and generation of a standardized output voltage.

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