DE1591927A1 - Brueckenanordnung als Messwertumformer mit einem veraenderlichen Widerstand als Messwertaufnehmer - Google Patents

Description

• Bruckenanordnung als Meßwertumformer mit einem verdnderlichen Widerstand als Meßwertau fnehmer Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßbrücke vom Wheatstone-Typ mit einem sich durch eine Einflußgröße x ändernden Widerstand, dessen Änderung durch einen oder zwei verdnderliche Widerstand steiler in eine. frei wählbaren Maßstab linear nach gebildet wird.
• Es ist allgemein bekannt, daß die Wheatstone-Brucke als Meßwertumformer oder Funktionsgenerator benutzt wird. Im ersten Fall wird die Abgleichbedingung der Brücke zur Umformung benutzt (Abgleichmethode). Dabei kann es sich z.B. um eine einfache Multiplikation oder um eine Kehrwertbildung handeln (R@ = aR@, R@ = B/R). x Im anderen Fall ist die BrUcke nur für einen oder mehrere Punkte abgeglichen (Ausschlagmethode). Bei konstanter Speisespannung ist die BrÜckenausgangsspannung sine Funktion der variablem Widerstände RX. Sie läßt sich darstellen durch Ua = const # F (RX1, RX2, ..RXn).
• Die beiden genannten Verfahren, die in der Meßtechnik in vielfältiger Weise Anwendung finden, besitzen verschiedene Vor- und Nachteile, So ist z.B. bei einer BrUcke nach der Ausschlagmethode mit eine variablen Widerstand R x die Ausgangsspannung nicht linear abhängig von x. Das Anzeigeinstrument ist dann mit einer nichtlinearen Skalenteilung von x zu versehen. Dieser Nachteil kann, wenn die Spannung in der Bruckendiagonale leistungslos gemessen wird, durch Ubergang zur bekannten HalbbrUcken- bzw. Vollbrückenschaltung vit zwei bzw. vier sich gegeläufig ändernden Widerständen vermieden werden.
• Unter der Voraussetzung einer äußerst konstanten Speisespannung steht diesen Nachteilen der Vorteil einer besonders einfachen Eichung der Anzeige gegenUber (Nullpunkt und Meßbereich unabhängig voneinander).
• Mitunter ist es bei der verlangten Genauigkeit schwierig oder nicht möglich, den Meßwertaufnehmer it zwei exakt gegenläufigen Widerstandscharakteristiken aufzubauen (z. B.
• Widerstandsthermometer). Will ron auf die absolute Linearitat der Anzeige nicht verzichten, so ist ion gezwungen, auf die Abgleichmethode zuruckzugreifen, deren Vorteile bekannt sind, deren Nachteil aber deutlich wird, wenn der Meßwertaufnehmer nur kleine Widerstandsänderungen zeigt und eine extrem hohe Genauigkeit verlangt wird. Die Eichung der Bücke bereitet dann in der Praxis Schwierigkeiten, was ein einfaches Beispiel zeigt (Fig. 1).
• Es sei der Meßwertaufnehmer mit seinem vom Meßwert x abhängigen Widerstand gegeben durch R (x) = R (1 + ax). Ry y y sei ein veränderbarer Widerstand, an dessen Stellung y der Meßwert abgelesen werden soll. Die Abgleichbeziehung der BrUcke lautet dann: R1 - Rox (1+ax) = Rox f1+ax) R2 Roy + Ry y Roy (1+###y) 1.1 Wird die BrUcke fUr einen Punkt (z.B. x=y=O) abgeglichen, so geht die Gleichung 1. über in 1+ax = 1+y Roy 1.2 x = ## y a Roy WUnscht man einen Zusammenhang zwischen den beiden Größen y und x derart, daß y=x wird, so ist dafUr Sorge zu tragen, daß Ry der Ausdruck den Wert 1 annimmt, oder - was dasselbe a Roy ist - es ist der Wert a it hinreichender Genauigkeit durch das Verhältnis R : R nachzubilden. Diese Forderung ist y oy umso schwieriger zu erfullen, je größer der Variationsbereich von x und y bei festgelegten Fehlergrenzen wird. Es wird daher meist erforderlich, das Verhältnis R : R zu korrigieren. Ii y oy allgemeinen ist Ry # y ein veränderbarer stufenwiderstand, dessen Teilung sich nicht ohne weiteres ändern läßt, so daß eine Korrektur des Verholtnisses R : R nur Uber R zu erreichen y oy oy ist. Hierdurch wird aber wiederum die Nullpunktslage verändert.
• Die Eichung läuft dann auf ein Iterationsverfahren hinaus, das mitunter recht zeitraubend sein kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zu schaffen, die eine einfache und präzise Eichung erlaubt, ohne daß die vorteilhaften Eigenschaften der Brücke aufgegeben werden.
• Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß nach der Schaltung Fig. 2 lösen. Die Anordnung enthält eine fest eingestellte Wheatstone-BrUcke mit den Widerstandsteilern 1 und 2.
• Die Bruckenspeisespannung wird durch den Teiler 3 so nach gebildet, daß ein linearer Zusammenhang zwischen R x x und Ry # y besteht. An einem Beispiel sei das erlöutert.
• Bekanntlich ergibt sich der Bruckenubertragungsfaktor aus der Differenz der Ubertragungsfaktoren der Teiler 1 und 2 zu Rox + Rx X R1 Rox + Rx X AB(X)= - = - µ R3+Rox+RxX R1+R2 R3+Rox + Rx X 2.1 Nun werde die Brücke fUr einen Bezugspunkt (R =R =0) abgexy glichen, d h. es nimmt R3 : R den Wert an xo R3 1 1-µ = -1 = 2.2 Rox µ µ Es sei z.B. u =½ vorgegeben, dann wird R3=Rox Die Beziehung 2.1 wird damit zu: Rox + Rx X (AB(x)µ=½ = -½ 2.3 2 Rox + Rx x (AB(x))µ=½ = 2(2 Rox+RxX) Hiermit folgt für die Brückenausgangsspannung: (UB (x)µ=½ = ########## Us 2.4 Diese Spannung soll anhand eines weiteren Teilers 3 mit den Widerständen R und R # y nachgebildet werden, an dem die oy Y Spannung U anliegt. Sie errechnet sich zu UT (y) = U Roy+Ry y 2.5 Die Gleichungen 2.4 und 2.5 werden identisch, wenn folgende Bedingungen erfüllt werden:

  Us

  U =

  2

  Ry = n Rx #

  Roy = 2n Rox 2.6

  Us Diese Bedingungen sind leicht zu erfüllen: 2 ist am Teiler 1 abgreifbar, n ergibt sich durch Wahl des Widerstandes Ry und Roy läßt sich dann druch eine Eichung bei einem weiteren Bezugspunkt leicht auf den genauen Wert einstellen.
• Wie man sich leicht Uberzeugen kann, ist damit die Forderung x=y erfUllt. Diese Uberlegungen sind natUrlich nur solange gültig, solange der Teiler 3 gegenuber dem parallelgeschalteten Widerstand des Teilers 1 als hochohmig betrachtet werden kann. Es ist leicht einzusehen, daß man selbst bei äußerst ungünstiger Dimensionierung bei der Eichung wesentlich schnell ler zum Ziel kommt. Bei Aufbau als Wechselstrombrucke, bei der der Teiler 1 durch die angezapfte Wicklung eines Ubertragers realisiert wird, treten diese Probleme nicht auf. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens läßt sich die Bücke auch zur Messung negativer x durch einen weiteren Teiler 4 ergänzen (Fig. 4). Ist der Widerstand des Meßwertaufnehiers nicht linear abhängig von der Meßgröße x, so ist der veränderliche Widerstand des Teilers 4 ebenfalls nach bekannten Verfahren nicht linear abhängig von y auszulegen.

Claims (4)

1. P a t e n t a ns p r ü c h e 1. Von Gleioh- oder Wechselstrom gespeiste Bruckensehaltung sum Messen einer physikalischen Grösse (x), druch dien ein in einem Zweig der Brücke enthaltener, auf Widerstandsänderung beruhender Messwertaufnehmer geändet wird, mit einem oder swei von einer Stellgrösse (y) verstellten Spamnungsteilern, die die Brückenausgangsspannung so nachbildem, dass bei abgeglichener Brücke die stellgrösse propertional der Mesegrösse (y = const. x) ist, dadurch gekennseiehnet, dass die versorgungspannung für den (die Wachbidungsteiler aus (je) einem Brückenzweig der fest abgeglichenen Brücke, der bei einer Wechselstrombrücke durch ein. Vio eines Übertragers gegeben sein kann, hergeleitet wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Anzeige dienende Widerstand des (der) Nachbildungsteiler (s) eine lineare Teilung aufweist.
3. 3. Anordnung noch Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stroulosigkeit des Abgleichindikators der durch den Nachbildungsteiler fließende Stroh abhängig ist von y.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, doß zur Korrektur einer gewissen Nichtlinearität des Meßwertavfnehmers in bekannter Weise an beliebigen Abgriffen eines Teilers Korrekturwiderstände vorgesehen sind. L e e r s e i t e