CS204205B1

CS204205B1 - Connection for compenzation of the temperature unstability of the wheatsone bridge

Info

Publication number: CS204205B1
Application number: CS166178A
Authority: CS
Inventors: Karel Pavlik
Original assignee: Karel Pavlik
Priority date: 1978-03-16
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1981-04-30

Description

Vynález se týká zapojení ke kompenzaci teplotní nestability Wheatstoneova mostu.The invention relates to a circuit for compensating the thermal instability of the Wheatstone bridge.

Při přesných měřeních prováděných pomocí stejnosměrného mostu se může stát, že článkem mostu je prvek s vyšěí teplotní závislostí, nebo některé odpory mostu jsou zatíženy větším proudem. U tepelně zatíženého odporu se pak mění teplota a jeho hodnota. V obou případech je most teplotně nestabilní. Nestabilita může značně omezit přesnost měření nebo může způsobit, že pro dosažení vyěší přesnosti a citlivosti mostu je nutno měřicí obvod nechat teplotně ustálit po dobu několika hodin.When making accurate measurements using a DC bridge, it may happen that the bridge element is a component with a higher temperature dependence, or some bridge resistances are loaded with a higher current. In the case of a thermally loaded resistance, the temperature and its value change. In both cases the bridge is thermally unstable. Instability can greatly reduce the accuracy of measurements or cause the measurement circuit to be thermally stable for several hours to achieve higher accuracy and bridge sensitivity.

Tuto nevýhodu odstraňuje zapojeni ke kompenzaci teplotní nestability Wheatstoneova mostu podle vynálezu, jehož podstatou je, že nejméně s jedním teplotně závislým odporem mostu, například odporem Hallovy sondy, je v tepelném kontaktu termistor, který je paralelně spojen s pomocným odporem ve druhé větvi mostu.This disadvantage is overcome by a circuit to compensate for the thermal instability of the Wheatstone bridge according to the invention, which is based on the fact that with at least one temperature-dependent bridge resistance, e.g.

Hlavní předností zapojení podle vynálezu je podstatné zkrácení doby teplotního ustálení mostu a zvýšení jeho teplotní stability. Přesné vykompenzování nestability se nastaví velikostí pomocného odporu.The main advantage of the connection according to the invention is a substantial reduction in the thermal stabilization time of the bridge and an increase in its thermal stability. The exact compensation of instability is set by the magnitude of the auxiliary resistance.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 je principiální schéma zapojení, na obr. 2 paralelní zapojení termistoru a pomocného odporu, na obr. 3 praktický příklad aplikace zapojení ke kompenzací teplotní.nestability mostu s Heliovou sondou.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic circuit diagram; FIG. 2 shows a parallel connection of a thermistor and an auxiliary resistor;

Princip vynálezu znázorňuje obr. 1. V mostu jsou zapojeny čtyři základní články, odpory A, C, D, E. Předpokládejme kupř., že odpor E je více teplotně závislý a je hlavní příčinou teplotní nestability napětí na diagonále mostu. S tímto odporem S je v dobrém tepelném kontaktu termistor T, k němuž je paralelně připojen pomocný odpor P.The principle of the invention is illustrated in Fig. 1. Four basic elements are connected in the bridge, resistors A, C, D, E. For example, suppose that the resistance E is more temperature dependent and is the main cause of temperature instability of voltage on the diagonal of the bridge. With this resistor S, a thermistor T is in good thermal contact to which an auxiliary resistor P is connected in parallel.

Poněvadž platí relace dE d^ dT “ďT kde Je teplota odporu E a termistoru T, termistor T s odporem P jsou zapojeny úhlopříčkou k odporu E v druhé větvi mostu. Působí tak, že zmenšují vliv teplotních změn odporu E na velikost napětí mostu. Nastavením velikosti odporu P lze dosáhnout toho, že teplotní změny odporu E, které mají časovou konstantu větší,než je časová konstanta termistoru T v daném prostorovém uspořádání, jsou přesně kompenzovány.Since the relation dE d ^ dT 'd T holds, where is the temperature of the resistor E and the thermistor T, the thermistor T with the resistor P is connected diagonally to the resistor E in the second branch of the bridge. They work by reducing the effect of temperature changes of the resistance E on the voltage of the bridge. By adjusting the magnitude of the resistor P, it is possible to achieve that temperature changes of the resistor E having a time constant greater than the time constant of the thermistor T in a given spatial arrangement are accurately compensated.

Přesné nastavení teplotní'kompenzace vyplývá ze vztahů pro paralelně zapojené odpory T a P a z podmínky rovnováhy mostu. Pro termistor T a odpor P zapojené dle obr. 2 paralelně platí dR ₌ dR dT . _ ( P )2 dT d-? dT ďJ ’ \ T + P / “ď^T ·The exact setting of the temperature compensation results from the relationships for the parallel connected resistances T and P and the condition of the bridge equilibrium. For thermistor T and resistor P connected according to Fig. 2, dR ₌ dR dT applies in parallel. (P) 2 dT d-? dT ïJ '\ T + P / "ï ^ T ·

Z podmínky zachování vyváženého stavu mostu při změně teploty odporu E plyne dE (C + R)The condition of maintaining the balanced state of the bridge when the temperature of the resistance E changes is dE (C + R)

Z rovnosti pravých stran obou rovnic vyjadřujících likost odporu P pro přesné nastavení teplotní kompenzace dR d3 vyplývá výraz určující ve—2 dE )2 . dE dT ~ ⁴ a5~ dT ti?The equation of the right sides of the two equations expressing the resistance P for the precise setting of the temperature compensation dR d3 results in the expression determining in —2 dE) 2. dE dT ~ ⁴ a5 ~ dT ti?

dE d>dE d>

dE d^ dT C ~l d> E J tu,dE d ^ dT C ~ l d> E

Popsaného principu teplotní stabilizace lze obecně použít nejen pro jeden článek mosale i pro více článků téhož mostu současně.The described principle of thermal stabilization can generally be used not only for one mosale link but also for several links of the same bridge at the same time.

Jako přiklad aplikace zapojení ke kompenzaci teplotní nestability mostu podle vynálezu může být uveden most se zapojenou Heliovou sondou pro měření nehomogenity magnetického pole. Princip zapojení je patrný z obr. 3. Z hlediska elektrického obvodu Hallova sonda H protékaná budicím proudem pracuje v magnetickém poli jako dělič napětí. Se vzrůstajícím polem se mění odpor mezi Hallovými vývody a odpor mezi proudovým vývodem a napělově bližším vývodem napětí. Jestliže byl most se sondou v magnetickém poli o indukci B vyrovnán, pak napětí na diagonále mostu je nulové. Změna indukce magnetického pole o diferenci ΔΒ způsobí změnu odporů mezi vývody Hallovy sondy H a na diagonále mostu se objeví napětí, které je mírou měřené diference ΔΒ.As an example of the application of the circuit to compensate the thermal instability of the bridge according to the invention, a bridge with a helium probe connected to measure the inhomogeneity of the magnetic field may be mentioned. The principle of the connection is evident from Fig. 3. In terms of the electrical circuit, the Hall probe H, which flows through the excitation current, operates in the magnetic field as a voltage divider. As the field increases, the resistance between the Hall outlets and the resistance between the current outlet and the voltage-closer voltage outlet changes. If the bridge with the probe in the magnetic field of induction B has been aligned, then the voltage at the bridge diagonal is zero. Changing the induction of the magnetic field by the difference ΔΒ causes a change in the resistance between the terminals of the Hall probe H and a voltage that is a measure of the measured difference objeví appears on the diagonal of the bridge.

Rozbor měřicího obvodu ukazuje, že v případě, že je použita kvalitní Hallova sonda H a ostatní odporové články mostu C, D, E mají vhodně volené hodnoty, pak je možno měřit nehomogenitu pole s vysokým relativním rozlišením řádu 10”7. Teplota jednotlivých článků mostu musí však být konstantní s přesností několika mK. Tato podmínka je poměrně přísná a podle zkušenosti by znamenala, že zejména Hallova sonda H a odpor E, které jsou protékány poměrně velkým budicím proudem sondy a mají nejméně stálou teplotu, by se musely nechat teplotně ustálit po dobu několika hodin. Zapojení ke kompenzaci nestability teploty Hallovy sondy H a odporu E provedené pomocí termistorů T, a Tj a pomocných paralelních odporů P, a ?2 způsobí, že vliv nestability teploty obou článků na stálost napětí na diagonále mostu je kompenzován. Výpočet hodnot pomocných odporů P, a £2 pro přesné nastavení kompenzace lze provést postupem analogickým k postupu výěe popsanému.The analysis of the measuring circuit shows that if a good Hall probe H is used and the other bridge resistance elements C, D, E have suitably selected values, then the inhomogeneity of the field can be measured with a high relative resolution of the order of 10 ”7. However, the temperature of the individual bridge elements must be constant with an accuracy of several mK. This condition is relatively stringent and, according to experience, would imply that, in particular, the Hall probe H and the resistor E, which flow through a relatively large excitation current of the probe and have at least a constant temperature, would have to be thermally stable for several hours. The connection to compensate the temperature instability of the Hall probe H and the resistance E made by the thermistors T, and Tj and the auxiliary parallel resistors P, and? 2 causes the effect of the temperature instability of both cells on the voltage stability on the bridge diagonal to be compensated. The calculation of the values of the auxiliary resistors P, and £ 2 for the exact adjustment of the compensation can be carried out in a manner analogous to that described above.

Metoda měření nehomogenity pole s aplikovaným zapojením ke kompenzaci teplotní nestability se tak stane velmi přesnou a pohotovou. Byla odstraněna dlouhá doba teplotního ustálení mostu a zvýšila se jeho teplotní stabilita.The method of measuring the inhomogeneity of the field with the applied circuitry to compensate for thermal instability becomes very accurate and readily available. The long period of thermal stabilization of the bridge was removed and its thermal stability was increased.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A circuit for compensating the thermal instability of a Wheatstone bridge, characterized in that a thermistor (Τι, T2) is in thermal contact connected in parallel with the auxiliary resistor (P) with at least one temperature-dependent bridge resistance (E, H), for example ), P2) in the second branch of the bridge.