DD300204A7

DD300204A7 - Schaltung zur Linearisierung der Kennlinie einer Brückenmeßschaltung mit nichtlinearem Fühler

Info

Publication number: DD300204A7
Application number: DD33309489A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Glueck
Original assignee: Feutron Greiz Veb
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1992-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Linearisierung der Kennlinie einer Brueckenmeszschaltung mit nichtlinearem Fuehler fuer Meszzwecke. Der Fuehler hat einen quadratischen Anteil in der Kennlinie. Durch gleichzeitiges Anlegen der Meszbrueckenspeisespannung und der Korrekturspannung an die Speisespannungspunkte der Bruecke bzw. Einsteuerung der brueckenverstimmungsabhaengigen Steuergroesze am Eingang der Konstantspannungsquelle wird der Bauelementeaufwand verringert und die Linearisierungsgenauigkeit der kompletten Meszbruecke um Groeszenordnungen verbessert. Fig. 1{Brueckenmeszschaltung; Konstantspannungsquelle; Spannungsspeisung; Korrekturspannung; Fuehler, nichtlinear; Kennlinienlinearisierung; Mesztechnik}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Anwendung erfolgt auf dem Gebiet der Meßtechnik, insbesondere der Temperaturmeßtechnik. Sie beschränkt sich auf die Verwendung von Fühlern mit quadratischem Kennlinienanteil in einer Brückenmeßschaltung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Für Meßschaltungen mit digitaler Anzeige ist eine lineare Abhängigkeit zwischen Meßwert und Anzeigewert unerläßlich. Da

sowohl Fühler als auch Meßschaltung selbst (beispielsweise die sonst so vorteilhafte Brückenschaltung) häufig unlinearen

Kennlinienverlauf besitzen, wurden zahlreiche Linearisierungsverfahren entwickelt. So sind Linearisierungsschaltungen bekannt, die einen negativen Widerstand parallel zu Teilzweigen einer Meßbrücke schalten. In DE 2518890 wird über einen Spannungs-Stromwandler ein von der Brückenverstimmung abhängiger Zusatzstrom in einen Teilzweig der Brücke eingespeist. Dieses Verfahren weist bei zwar nur geringem Aufwand eine auch nur geringe Ansprüche

befriedigende Grundgenauigkeit auf, da die gesamte Meßgenauigkeit- bestehend aus Grundgenauigkeit und

Linearisierungsgenauigkeit-vom Rückkopplungszweig abhängt. Weitere bekannte Verfahren bestehen darin, die Charakteristik eines Fühlers oder/und einer Meßschaltung in einem Speicher

abzulegen. Dieses Verfahren läßt be> 'inbeeinflußter Grundgenauigkeit bei hohem Mindestaufwand eine mit steigendemweiteren Aufwand nahezu beliebig steigerbare Linearisierungsgenauigkeit für beliebige Kurvenformen zu.

Der Einsatz dieses Verfahrens ist in den Fällen gerechtfertigt, in denen der hohe Zusatzaufwand durch Mitbenutzung vcn ohnehin

vorhandenen Speichern und Prozessorschaltkreisen in Grenzen gehalten werden kann.

In DE 2015132 ist ein Verfahren beschrieben, in dem eine Einspeisung eines Rückkopplungsstromes in einen Teilzweig der Brücke erfolgt und weiterhin <?in von der Brückenverstimmung gesteuerter Strom in den gemeinsamen Speisepunkt beider Brückenzweige eingespeist wird. Beim hier beschriebenen Verfahren wird nur der Linearitätsfehler des Fühlers, nicht aber der Linearitätsfehler der verstimmten Brücke korrigiert. Da dieser Fehler aber in der gleichen Größenordnung wie der Fühlerlineatitätsfehler liegt, ist die Linearisierungsgenauigkeit nur für geringe Ansprüche ausreichend. Außerdem ist bei der

dargestellten Art der Stromsteuerung der Meßbrücke durch Drift der zugehörigen Bauelemente die Grundmeßgenauigkeit nurgering.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, eine Meßschaltung so anzuordnen, daß bei geringem Aufwand eine hohe Linearisierungsgenauigkeit erreicht wird, ohne die vorhandene Grundmeßgenauigkeit negativ zu beeinflussen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber den bokannten technischen Lösungen, mit geringem schaltungstechnischem Aufwand eine um Größenordnungen verbesserte LineariGierungsgenauigkeit der kompletten Brückenschaltung bei gleichzeitiger Linearisierung der Kennlinie des in der Brücke angeordneten Widerstandsfühlers zu erreichen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch gleichzeitiges Anlegen der Brückenspeisespannung und der Korrekturspannung an die Spannungsspeisepunkte der Brücke bzw. Einsteuerung der brückenverstimmungsabhängigen Steuergröße bereits am Eingang der Konstantspannungsquelle gelöst.

Die Linearisierungssteuerung über Spannungsspeisung direkt an den Speisepunkten der kompletten Brückenschaltung erfolgt so mit einem konstanten Grundbetrag und einem von der Brückenverstimmung abhängigen Zusatzbetrag, daß der quadratische Linearitätsfehlsranteil des Fühlers und gleichzeitig der Linearitätsfehler der verstimmten Brückenschaltung kompensiert werden. Es ist mathematisch nachweisbar, daß durch diese Spannungsspeisung eine lineare Steuerung zur vollständigen Kompensation der vorhandenen quadratischen Fehler möglich ist. Es wird also zur hochkonstanten Versorgungsspannung der zur Linearisierung erforderliche kleine Anteil addiert bzw. subtrahiert. Damit wirken sich im Rückführungszweig entstehende, zwar geringe, aber nicht völlig vermeidbare Fehler nur prozentual auf den kleinen Betrag der l.inearisierungsspannung, nicht

aber auf die beim derzeitigen Stand der Technik mögliche hohe Grundmeßgenauigkeiten aus. Die erforderliche Additic η bzw. Substraktion kann direkt an aen Speisepunkten dar kompletten Brückenschaltung erfolgen. Bei höheren Ansprüchen an die Meßgenauigkeit ist eine Addition bzw. Subtraktion über den Steuereingang der Konstantspannungsquelle vorzunehmen.

Ausführungsbelspiöl

Die Erfindung wird anhand einer Schaltungsanordnung in Figur 1 näher erläutert. In dieser Figur sind

mit 1 eine Konstantspannungsquelle mit Beschattung,

mit 2 ein Operationsverstärker mit Beschallung,

mit E ein Steuereingang der Konstantspannungsquelle,

mit A derA'jsgang der Meßschaltung,

mit Re der Einspeisungswiderstand der Konstantspannungsquelle,

mit Ri ein Brückenwiderstand,

mit R] ein weiterer Brückenwiderstand,

mit R₃ ein weiterer Brückenwiderstand,

mit Rf ein Meßfühler,

mit U₁₊ ein Brück6nspannungsspeisepunkt,

mit U₁. ein Brückenspannungsspeisepunkt,

enthalten.

Die Diagonalspannung einer Temperatur-Meßbrückenschaltung mit Pt 100 wird einem gegengekoppelten Operationsverstärker 2 (mit zweckmäßigerwoise hochohmigem Eingang) zugeführt. Mit dessen Ausgangsspannung wird die Referenzspannung am Steuereingang E der Konstantspannungsquelle IL 72723/MAA 723 je nach Brückenverstimmung über einen hochohmigen Einspeisungswiderstand R_E um einen kleinen Betrag angehoben bzw. abgesenkt.

Es ist vorteilhaft, die Brückenwiderstände

Ri = Rj = Ry und R3 ~ Rnoxt

zu wählen.

Für eine Kompensation des Linearitätsfehlers sowohl des Fühlers Rf als auch der Meßbrücke sind die Verstärkung des Operationsverstärkers und der Rückführungszweig zur Linearisierung so zu boinessen, daß die Spannungsanhebung bzw. -absenkung (Korrekturspannung AU) zwischen den Punkten U,₊ und U₁- der Beziehung

U(4-c) = Ucontt ( jT~r—¹I I"

(Ry+Rf(o-ci) (1 +

folgt, wobei A und B den Kurvenverlauf des Pt 100 beschreiben und mit

A= 3,90802-ΙΟ"³ und

B = -5,8020 · ΙΟ"⁷ festliegen.

Ucomi. ist die Konstantspannung des Stabilisierungsschaltkreises ohne Linearisierungsansteuerung, also bei O⁰C. U₁ ergibt sich also dann zu

U. = U_con„. + AU (2)

Da zu dom mit B beschriebenen Linearitätsfehler beim Pt 100 noch weitere Unlinearitäten höherer Ordnung hinzukommen (die allerdings erst bei einem sehr großen Meßbereich, vor allem bei Minustemperaturen, einen merklichen Fehler vert rsachen), ist es zweckmäßig, in Formel (1) die Werte für den Meßbereichsendwert einzusetzen sowie einen Null- und Endwertabgleich durchzuführen. Damit werden auch die Linearitätsfehler höherer Ordnung weitgehend ausgeglichen, so daß beispielsweise im Meßbereich a) O⁰C bis GOO⁰C und b) -100⁰C bis +100⁰C nur noch folgende Linearitätsfehler verbleiben (R_v ca. 2,5 kO; U_con„ ca. 2,5 V):

Temperatur	verbleibender	zum Vergleich Lm.-fehler bei gleicher
	Lin.-fehlor	Brücke ohne Linearisation
a) O⁰C	±0 K	+ 0 K
40°C	±0,016 K	± 5,71 K
100⁰C	±0,09 K	±12,25 K
500 ⁰C	±0 K	± 0 K
b) -100°C	-0,18 K	- 3,44 K
- 4O⁰C	-0,01 K	- 1.73K
O⁰C	±0 K	± 0 K
+ 4O⁰C	+0,002K	+ 0,72 K
+100⁰C	±0 K	± 0 K

Claims

1. Schaltung zur Linearisierung der Kennlinie einer Brückenmeßschaltung mit nichtlinearem Fühler, dessen Kennlinie einen quadratischen Anteil enthält, bestehend aus einer Brückenschaitung, einer Konstantspannungsqueüe zur Speisung dor Brückenschaltung und einem in der Brückendiagonale angeordneten Koppelglied, gekennzeichnet dadurch, daß eine Konstantspannung und dazu überlagert eine von der Brückenverstimmung abhängige Korrekturspannung an die Spannungsspeisepunkte (U₈₊ und U_s_) der kompletten Brückenschaltung gelegt werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die brückenverstimmungsabhängige Steuergröße über Schaltglieder bereits auf den Steuereingang (E) der Konstantspannungsquelled) geführt wird.