DE2158269C3 - Schaltung zum Umformen von Widerstandswerten in Stromwerte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Umformen von Widerstandswerten in Stromwerte mit einem Differenzverstärker, an dessen einem Eingang in einem Rückkoppelungszweig ein zu messender Widerstand und an dessen anderem Eingang über einen festen Widerstand eine Bezugsspannungsquelle liegt.

Aus der DE-AS 12 81 570 ist eine in solcher Weise aufgebaute Schaltung zum Abbilden der Änderung des Widerstandes eines Meßobjekts als proportionale Spannung oder als proportionaler elektrischer Strom bekannt. Bei dieser Schaltung enthält der Differenzverstärker das Meßobjekt in einem Gegenkopplungspfad an seinem einen Eingang, während der andere Eingang des Differenzverstärkers an einer diesen nicht übersteuernden Eingangsspannungsquelle liegt, und zwischen ilen Verstärkerbezugspunkt und den Schaltungsbezugspunkt ist eine Kompensationsspannungsquelle geschaltet, deren Spannung so bemessen ist, daß der durch die Eingangsspannungsquelle bedingte konstante Anteil der Verstärkerausgängsspannung möglichst vollständig kompensiert wird. Mit dieser Schaltung wird es ermöglicht, die Belastung des Meßöbjektes durch den Meßstrom klein zu halten und dennoch einen für die Erfassung auch kleiner Widerstandsänderungen am Meßobjekt ausreichenden Störabstand einzuhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lineare Umformung von Widerstandswerten in Stromwerte mit der Möglichkeit einer einfachen Einstellung von Anfang und Umfang des Meßbereichs zu erhalten, wobei außerdem ein linearer Verlauf der Stromwerte auch dann erhalten werden soll, wenn der Widerstandsverlauf nicht linear ist, wie dies beispielsweise bei Widerstandsthermometern der Fall ist.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung der eingangs erwähnten Art erfindur.jsgemaß dadurch gelöst, daß zur Linearisierung der Umformung an die Bezugsspannungsquelle über ein erstes Trimmer-Potentiometer, das in Reihe mit dem festen Widerstand zwischen den beiden Klemmen der Bezugsspannungsquelle lisgt, der nichtinvertierende Lingang eines weiteren Differenzverstärkers angescnlossen ist, dessen invertierender Eingang über ein zweites Trimmer-Potentiometer mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers und über eine Last mit seinem eigenen Ausgang verbunden ist. und der erste Differenzverstärker mit seinem nichtinvertierenden Eingang an den Verbindungspunkt des ersten Trimmer-Potentiometers und des festen Widerstandes angeschlossen, an seinem invertierenden Eingang über einen weiteren festen Widerstand mit der mit dem festen Widerstand verbundenen Klemme der Bezugsspannungsquelle verbunden und über den Meßwiderstand von seinem Ausgang auf seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Schaltung beruht auf der gemeinsamen Verwendung zweier Differenzverstärker, die mit Rückkopplungszweigen ausgestattet sind, die zur Einstellung einer die lineare Umformung von Widerstandswerien in Stromwerte ermöglichenden Charakteristik dienen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung lassen sich Meßumformer für Widerstandsthermometer bauen, die /ur Gewinnung von Widerstands- oder lemperaturlinearen Ausgangssignalen fahren und eine besonders einfache Einstellung von Beginn und Umfang eines zu messenden Temperaturbereichs gestatten.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht: es zeigt

F i g. 1 ein erstes Schaltbild für eine Schaltung /um Umformen von Widerstandswerten in Stromwerie und Fig. 2 eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 1.
In Fig. 1 hegt an e:ner Bezugsspannungsquelle mit Klemmen 1 und 2 eine Reihenschaltung aus einem Trimmer-Potentiometer 3 und einem Widerstand 4. An den Verbindungspunkt zwischen dem Tnmmer-Potention.eter 3 und dem Widerstand 4 ist der nichtinvertierende Eingang 5 eines integrierten Differenzverstärkers 6 angeschlossen. Zwischen den Ausgang 7 des integrierten Differenzverstärkers 6 einerseits und den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 4 und der Klemme 2 der Bezugsspannungsquelle andererseits sind in Reihe zueinander ein zu messender Wid;rs(and oder

en Meßwiderstand 8 und ein Widerstand 9 eingefügt, von denen der Meßwiderstand 8 mit dem Ausgang 7 des integrierten Differenzverstärkers 6 verbunden ist. An den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 8 Und dem Widerstand 9 ist der invertierende Eingang 10 des integrierten Differenzverstärkers 6 angeschlossen, Der Abgriff des Trimmer'Potentiometers 3 ist mit dem nichtinvertiefenden Eingang 11 eines zweiten integrierten Differenzverstärkers 12 verbunden, wobei zwischen

dem Ausgang 7 des ersten integrierten Differenzverstärkers 6 und dem invertierenden Eingang 13 des zweiten integrierten Differenzverstärkers 12 ein dritter Widerstand 14, der als ein weiteres Trimmer-Potentiometer ausgeführt ist, geschaltet ist. Zwischen dem Ausgang 15 des integrierten Differenzverstärkers 12 und dessen invertierendem Eingang 13 liegt eine Last 16 (z. B. ein Meßinstrument mit einer Skala, kalibriert in Ohm).

In F i g. 2 ist zwischen den Ausgang 7 des integrierten Differenzverstärkers 6 einerseits und den Verbindungspunkt zwischen dem Trimmer-Potentiometer 3 und dem Widerstand 4 andererseits ein weiterer Widerstand 17 eingefügt.

Die Schaltung von Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Der integrierte Differenzverstärker 6 wirkt als Stromgenerator für die Speisung des zu messenden Widerstandes 8. Am nichtinvertierenden Eingang 5 des Differenzverstärkers liegt über den Widerstand 4 ein Teil der Bezugsspannung, an seinem invertierenden Eingang 10 hingegen die Spannung am Widerstand 9. Aus dem Schaltbild von Fig. 1 ist ersichtlich, riiß am Widerstand 9 die gleiche Spannung wie am Widerstand 4 sein muß, und da der Widerstand 9 konstant ist, bedeutet das, daß der Strom durch den Widerstand 9 konstant sein muß, da auch der Spannungsabfall am Widerstand 4 konstant ist.

Aus dem Schaltbild ist weiter ersichtlich, daß der gleiche Strom, der durch den Widerstand 9 fließt, auch durch den zu messenden Widerstand 8 fließt, d.h., daß jo sich — vom Widerstand 8 aus gesehen — der Ausgang 7 des Verstärkers 6 als eine Stromquelle verhält, die den Widerstand 8 mit einem konstanten Strom ohne Rücksicht auf die Widerstandsänderungen des zu messenden Widerstandes 8 speist. Mit jeder Änderung des Wertes des Widerstandes 8 ändert sich somit der Spannungsabfall am Meßwiderstand 8 und liefert damit ein Maß für den Widerstandswert dieses Widerstandes 8.

Der Spannungsunterschied zwischen den Spannungen an den Schaltungspunkten 2 und 7 sowie 2 und 11 wird über den veränderbaren Widerstand 14 der Rückkoppelung dem integrierten Differenzverstärker 12 zugeführt. Der Strom von dem Ausgang 15 des Differenzverstärkers 12 fließt über die Last 16, gewöhnlich ein Meßinstrument, und den Widerstand 14. Es ist sofort ersichtlich, daß die Spannungsdifferenz zwischen den Schaltungspunkten 2 und 7 sowie 2 und 11 dem Produkt aus dem Strom am Ausgang des Verstärkers 12 und dem Widerstand 14 gleich ist, da der Ausgangsstrom dem zu messenden Widerstand 8 proportional ist.

Der Beginn des Meßbereiches ist mit dem Trimmer-Potentiometer 3 einstellbar, während sich sein Ende mit dem Trimmer-Potentiometer 14 einstellen Iälit.

Die Schaltung nach Fig.2 wird dann angewendet, wenn man eine Linearisierung der nichtlinearen Charakteristik von temperaturabhängrpen Widerständen erreichen will; sie unterscheidet sich von der Schaltung nach Fig. 1 nur durch den Widerstand 17. Bei Platin-Temperatur-Meßwiderständen wird z. B. bei höheren Temperaturen der Temperaturkoeffizient kleiner, duch erhöht sich wegen des Anwachsens der Spannungen zwischen den Schaltungspunkten 2 und 7 auch der Strom durch den Widerstand 17 und damit auch durch den Meßwiderstand 8, womit sich dessen Charakteristik linearisiert.

Bei praktischer Erprobung der Schaltung nach F i g. 1 war eine Abweichung von der Linearität im Bereich von 0 bis 400 Ohm nicht meßbar, und für die Schaltung nach F i g. 2 ergaben sich bei der linearen Umformung von Temperaturwerten, gemessen mittels eines Platin-Thermometers, Linearitätsabweichungen in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 600°C von weniger als 0,1 %.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Umformen von- Widerstandswerten in Stromwerte mit einem Differenzverstärker, an dessen einem Eingang in einem Rückkopplungszweig ein zu messender Widerstand und an dessen anderem Eingang über einen festen Widerstand eine Bezugsspannungsquelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Linearisierung der Umformung an die Bezugsspanniingsquelle über ein erstes Trimmer-Potentiometer (3), das in Reihe mit dem festen Widerstand (4) zwischen den beiden Klemmen (1 und 2) der Bezugsspannungsquelle liegt, der nichtinvertierende Eingang (11) eines weiteren Differenzverstärkers (12) angeschlossen ist, dessen invertierender Eingang (13) über ein zweites Trimmer-Potentiometer (14) mit dem Ausgang (7) des ersten Differenzverstärkers (6) und über eine Last (16) mit seinem eigenen Ausgang (15) verbunden ist, und der erste Differenzverstärker (6) mit seinem nichtinvertierenden Eingang (5) an den Verbindungspunkt des ersten Trimmer-Potentiometers (3) und des festen Widerstandes (4) angeschlossen, an seinem invertierenden Eingang (10) über einen weiteren festen Widerstand (9) mit der mit dem festen Widerstand (4) verbundenen Klemme (2) der Bezugsspannungsquelle verbunden und über den Meßwiderstand (8) von seinem Ausgang (7) auf seinen invertierenden Eingang (10) rückgekoppelt ist.

2. Schaltung ,lach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen d";n Aus.· jng (7) des ersten Differenzverstärkers (&) und den Verbindungspunkt des ersten Trimmer-Potentiomei vs (3) und des festen Widerstandes (4) ein weiterer Widerstand (1) eingefügt ist.