DD286235A5 - Schaltungsanordnung zur brueckenspeisung und linearisierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Spannungsspeisung von ohmschen Meszbruecken und wird auf dem Gebiet der Mesz- und Automatisierungstechnik angewendet. Ziel der Erfindung ist es, die Nichtlinearitaet des Aufnehmers bei gleichzeitiger Symmetrierung zu kompensieren und den Einflusz von Brueckenspeisespannungsaenderungen auf die Linearitaet zu beseitigen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltung zu schaffen, die mit einem Minimum an Bauelementen auskommt. Geloest wird die Aufgabe, indem zum Brueckenausgang ein Spannungsteiler parallelgeschaltet wird, dessen Mittelabgriff am invertierenden Eingang eines Operationsverstaerkers liegt und der Ausgang des Operationsverstaerkers mit einem Brueckeneingang verbunden ist, wobei der andere Brueckeneingang von einer definierten Spannung gespeist wird. Fig. 1{Schaltungsanordnung; Mesztechnik; Meszbruecke; Linearisierung; Symmetrierung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft das Gebiet der Meß- und Automatisierungstechnik. Die Erfindung dient der Speisung von ohmschen Brückenschaltungen und wird für Eingangsschaltungen von Meßumformern

und Meßverstärkern angewendet.

Charakteristik des bekannten Standes der Tech ilk Brückenschaltungen, wie sie i. B. als Wandlerelemente beim elektrischen Messen nichtelektrischer Größen eingesetzt werden,

bestehen im allgemeinen aus vier Impedanzelementen, von denen mindestens eines ein Meßfühler ist. Der ohmsche Widerstand ändert sich dabei in Abhängigkeit von der zu messenden nichtelektrischen Größe. Der Vorteil einer solchen Brückenschaltung besteht darin, daß auch kleine Impedanzänderungen des Meßfühlers exakt erfaßt werden können. Die Brückenschaltung kann mit relativ großen Spannungen bzw. Strömen gespeist werden. Das abgegriffene Meßsignal ist zur Impedanzänderung des

Meßfühlers proportional und nicht zu dessen absoluter Impedanz. Da bei Wandlerelementen der Zusammenhang zwischen der Änderung der nichtelektrischen Größe und der entstehenden Spannung (bzw. Strom) hinsichtlich Betrag und Richtung unterschiedlich ist sowie Nichtliniaritäten auftreten, müssen für jedes

konkrete Wandlerelement Anpaßschaltungen geschaffen werden. Zur Korrektur von Nichtlinearitäten gibt es spezielle

Linearisierungsschaltungen. Eine typische Linearisierungsschaltung ist aus Literatur .Sensorelektronik" (Gutnikow, Lenk, Mende v. VEB Verlag Technik Berlin, I.Auflage 1984, S. 202) bekannt. Hier wird das Brückenausgangssignal mittels Operationsverstärker verstärkt, dessen Rückkopplungsbeschaltung so ausgelegt ist, daß eine Kompensation der Nichtlinearität

der Meßbrücke durch den der Brücke nachgeschalteten Operationsverstärker erfolion kann.

Nachteilig an dieser Schaltung ist die durch die fehlende Symmetrierung auf den C.... ationsverstärkereingang wirkende Gleichtaktspannung. Dieser Mangel kann durch eine Schaltungsanordnung beseitigt werden, wie sie in DE-PS 3142325 beschrieben wird. Der

normalerweise bonötigte Differenzverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung und der weiterhin erforderliche hohe Aufwand an Präzisionswiderständen entfällt bei dieser Lösung. Diese mittels Operationsverstärker realisierte Symmetrierung zur

Erzeugung eines gleichtaktfreien Meßsignals beinhaltet jedoch keine Möglichkeit zur Korrektur der Nichtlinearität. Eine Schaltungsanordnung zur Korrektur der Nichtlinearität und zur Symmetrierung der Brückenausgangsspannung ist in der Literatur .Sensorelektronik' (Gutnikow, Lunk, Mende; S. 205) angegeben. Diese Schaltung basiert auf 3 Operationsverstärkern,

d. h. der benötigte Bauelementeaufwand ist relativ groß. Ein weiterer Nachteil ist die vorhandene Auswirkung von

Brückenspeisespannungsänderungen auf die Linearität. Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Korrektur der Nichtlinearität an Widerstandsbrückenschaltungen bei gleichzeitiger Symmetrierung mit wesentlich geringerem Aufwand an Bauelementen zu erreichen und Auswirkungen von Brückenspeisespannungsänderungen auf die Linearität zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, mittels einer Schaltung eine wirksame Symmetrierung der Brückenausgangsspannung und eine Korrektur der Nichtlinearität der Brücke bei gleichzeitiger Unempfindlichkeit der Linearität gegenüber Brückenspeisespannungsändarungen zu realisieren, wobei der Bauelementeaufwand, insbesondere der aktiver Bauelemente, gering sein soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß parallel zum Brückenausgang der Meßbrücke ein Spannungsteiler, ggf. ein Potentiometer, geschaltet ist. Dessen Mitteiabgriff ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers liegt auf einem Bezugspotential. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit einem Brückenspeisepunkt verbunden. Am anderen Brückenspeisepunkt liegt eine stabilisierte Spannungan.

Die Schaltung hat folgende Wirkungsweise: Die Unterdrückung der Gleichtaktausgangsspannung der Brücke (Symmetrierung) wird mit einem als Regler wirkenden Operationsverstärker erreicht. Von diesem wird das Meßsignal (Istwort am invertierenden Eingang) mit dem Bezugssignal

(Sollwert am nichtinvertierenden Eingang) verglichen. Am Ausgang des Operationsverstärkers stellt sich infoige der

Gegenkopplung eine Spannung ein, die die Differenz zwischen Soll- und Istw6rt, d. h. die Gleichtaktspannung, beseitigt. Haben

die Toilwiderstände des Spannungsteilers unterschiedliche Werte, dann hängt die Ausgangsspannung des

Operationsverstärkers von der physikalischen Meßgröße ab. Dieser Effekt wird zur KorreMjr positiver und negativer Linearitätsfehler genutzt. Zur Linearisierung des Brückenausgangssignals wird der Spannungsteiler so eingestellt, daß die durch

die Rückkopplung der Brückenausgangsspannung über den Operationsverstärker an einem Brückeneingang entstellende

Nichtlinearität die Nichtlinearität des Aufnehmers kompensiert. Die durch die Korrektur der Nichtlinearität hervorgerufene Ausgangsgleichtaktspannung beträgt maximal die Hälfte der Nennausgangsspannung. Damit liegt die verbleibende Gleichtaktspannung lediglich in der Größenordnung der Offsetspannung

konventioneller Operationsverstärker und ist meßtechnisch ohne Bedeutung.

Weitere Vorteile der Schaltung bostehen darin, daß Änderungen dor Referenzspannung kein η Einfluß auf die Linearität der Schaltung haben und daß sich bereits die Brückenausgangsspannung linear zur Meßgröße verhält. Ausführungsbeispiel Die Erfindung soii nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Fig. I zeigt die Meßbrücke 1, zu deren Ausgang der Spannungstei'er 2 parallel geschaltet ist. Der Mittelabgriff des Spannungsteiler; i ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 3 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 3 ist mit dem Brückenspeisepunkt 4 verschaltet. Der andere Brückenspeisepunkt 5 ist mit einer Speisespannung verbunden. Des am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 3 anliegende Meßsignal wird mit dem Sollwert des

nichtinvertierenden Einganges verglichen, wobei die Spannungsdifferenz zwischen Soll- und Istwert zu 0 geregelt wird. Die

Linearität des Brückenausgangssignals wird mit dem Spannungsteiler 2 eingestellt. Eine vorteilhafte Erweiterung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei durch die Zusatzbeschaltung mit Transistor β auch höhere Speiseströme erreichbar sind und über die Anordnung Referenzspannungsquelle 7/Operationsverstärker 8, der vorzugsweise

einen open-collektor-Ausgang besitzt, eine negative Spannung erzeugt wird. Diese Spannung kann entweder stabilisiert oder auch eine definierte Funktion einer physikalischen Größe, z. B. der Temperatur sein.

Dia Speisespannung wird nach der Linearisierung mit dem Spannungstei'er 9 eingestellt. Eine Änderung der Speisespannung hat keinen Einfluß auf die Linearität.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Brückenspeisung und Linearisierung, gekennzeichnet dadurch, daß parallel zum Ausgang der Meßbrücke (1) ein Spannungsteiler (2) geschaltet ist, dessen Mitte.'abgriff mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers (3) verbunden ist, dessen nichtinvertierender Eingang auf Bezugspotential liegt und daß der Ausgang des Operationsverstärkers (3) mit dem Brückenspeisepunkt (4) der Meßbrücke (1) direkt oder indirekt verbunden ist, deren zweiter Speisepunkt (5) an eine definierte Spannung angeschlossen ist.

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