DE8907093U1 - Elektrische Meßeinrichtung - Google Patents

Description

DIPL-ING. LUCAS H. HAAR'..' ..* '..·'·' *..* -. "KÖNIGSBERGER STRASSE PATENTANWALT D-6360 FRIEDBERG/HESSEN

EUROPEAN PATENT ATTORNEY TELEFON: (06031) 2991

DATUM: 8. JUN11989

Unimess

Meßtecbnische Geräte GitibH
6308 Butzbsch 6

Elektrische Meßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Meßeinrichtung zur Umformung einer physikalischen Meßgröße, z.B. einer mechanischen Kraft oder einer Temperatur in eine analoge elektrische Ausgangsgröße, vorzugsweise eine elektrische Spannung, welche nach einer vorgegebenen, vorzugsweise linearen Funktion von der Meßgröße abhängt, mit einem Meßfühler, einer S\gnalaufbereitung, die das Spannungssignal des Meßfühlers umformt und verstärkt, einem an den Ausgang der Signalaufbereitung anschließbaren Anzeigeinstrument zur visuellen Darstellung der Ausgangsgröße und einer in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße einen Relaiskontakt steuernden Komparatorschaltung, die zwei einstellbare Schaltpunkte aufweist.

Meßeinrichtungen dieser Art werden beispielsweise zur Druckoder Temperaturüberwachung verwendet, wobei bei Erreichen eines auf einen bestimmten Druck oder eine bestimmte Temperatur einstellbaren Schaltpunkts ein Schaltbefehl ausgeführt wird, um beispielsweise ein Magnetventil zu betätigen und dadurch einen weiteren Druck- oder Temperaturanstieg oder -abfall zu beenden. Ein zweiter Schaltpunkt dient zum Zurückschalten des Relais und damit zur Rückkehr zu dem Schaltzustand, der vor Erreichen des ersten Schaltpunkts bestanden hat.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung der eingange genannten Art zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau, eine hohe Anzeige- und Schaltgenauigkeit, eine geringe Anöprechzeit und eine hohe Schalthäufigkeit auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als komparator ein Operationsverstärker vorgesehen ist, der einen Spannungsumschalter steuert, durch den dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers zwei belieLig einstellbare Schwellspannungen zuführbar sind.

Die Erfindung schafft mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln eine Meßeinrichtung mit einer Steuerung eines Relaiskontakts, bei der die Schaltpunkte unabhängig voneinander auf einen beliebigen Wert innerhalb des gesamten Meßbereichs eingestellt werden können. Beide Schaltpunkte werden über den gleichen Komperator gesteuert, so daß für beide Schaltvorgänge die gleiche Schaltgenauigkeit gegeben ist.

Zur Einstellung der Schwellspannungen kann erfindungsgemäß vorteilhaft jeweils ein Potentiometer mit einem nachgeschalteten Emitter-Folger vorgesehen sein. Hierbei kann der Widerstand des zur Einstellung der Schwellspannung für den Rückschaltpunkt vorgesehenen 2. Potentiometers zwischen den Spannungsabgriff und einen Hauptanschluß des anderen 1. Potentiometers geschaltet sein, um die Einstellung einer auf den jeweiligen Hauptschaltpunkt bezogenen Hysterese zu vereinfachen. Die an dem 2. Potentiometer einstellbare Hysterese für den Rückechaltpunkt läßt sich damit auf einen bestimmten Bruchteil der mit dem anderen Potentiometer einstellbaren Schwellapannung einstellen, unabhängig davon, auf welchen Wert diese Spannung gerade eingesteJlt ist. Wird beispielsweise eine Hysterese von 10 % eingestellt, so liegt die Schwellspannung für den Rückschaltpunkt jeweils 10 % unter der Schwellspannung für den Schaltpunkt.

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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß an den Ausgang des Komparator s eine Invertierer schaltbar ist, wobei die Steuerung dee Spannungsumechalters und dee Relaiskontakts durch den Ausgang des Invertierpvs erfolgt. Durch diese einfache Maßnahme läßt sich das Schaltverhalten der Meßeinrichtung umkehren, so daß das Relais angesteuert wird, wenn der Schaltpunkt bei fallender Meß- bzw. Ausgangsgröße erreicht wird, "um den Einsteiibereich des für die Schwellspannung des RUckschaltpunkts vorgesehenen 2. Potentiometers an das durch Zuschalten des Invertierers umgekehrte Schaltverhalten anzupassen, ist erfindungsgemäß ein Umschalter vorgesehen, durch den der Invertierer und der mit einem Hauptanschluß des 1. Potentiometers verbindbare Hauptanschluß des 2. Potentiometers gemeinsam schaltbar sind. Wird der Invertierer zugeschaltet, so wird gleichzeitig der Umschalter betätigt, so daß der Rückschaltpunkt nicht mehr unter dem Schaltpunkt sondern darüber liegt. Als Invertierer kann ein Operationsverstärker vorgesehen sein, dessen invertierender Eingang an den Ausgang des Komparators angeschlossen ist.

Zur genauen Einhaltung der Schaltpunkte sind stabile Schwellspannungen erforderlich, die mit der Ausgangsspannung der Signalaufbereitung verkettet sind. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Widerstand des 1. Potentiometers zwischen den negativen Spannungsausgang der Signalaufbereitunc und einen positiven Referenzspannungsausgang eines Referenzspannungsreglers angeschlossen ist, der eine am Negativpotential der Ausgangsspannung der Signalaufbereitunc orientierte, positive Referenzspannung erzeugt. Hierdurch wire auch bei einem störungsbedingten Triften der Spannung am Ausgang der Signalaufbereitung die Schwellspannung entsprechend mitgeführt, so daß die eingestellten Schaltpunkte bestehen bleiben. Als Referenzspannungsregler wird erfindungsgemäß ein von einer Zenerdiode stabilisierter Spannungsteiler verwendet.

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Das Einstellen der Schaltpunkte erfolgt erfindungsgemäß mit Hilfe des Anzeigeinstruments. Hierzu ist ein Umschalter vorgesehen, durch den die Ausgangespannung der Signalaufbereitung oder die erste oder die zweite Schwellspannung dem Anzeigeinstrument zufUhrbar sind. Das Anzeigeinstrument weist erfindungsgemäß eine digitale, visuelle numerische Anzeige auf, die von einem Analog/Digital-Wandler gesteuert wird. Um eine Feriiäbfi'äyö Odöl" F6i~üäii2öJL(jö Zu «liiiuyliüiiön, Weiöt uie etfiiidungsgemäße Meßeinrichtung weiterhin einen Spannungsumformer und/oder einen Stromregler auf, die analog zur Ausgangsgröße eine eingeprägte Spannung beziehungsweise einen eingeprägten Strom in einem in der Meßtechnik üblichen Wertebereich erzeugen.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die einzelnen Bauelemente der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung an einen Versorgungsspannungsregler angeschlossen, der eine gegenüber der minimalen Betriebsspannung herabgesetzte Vereorgungsgleichspannung erzeugt, die am Plus-Potential der Betriebsspannung orientiert ist. Dies erleichtert den Fernabgriff der Ausgangs-

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ocjluiii, ua uci oj.yiicij.auoyauy jcwcjlxö y^c~

gen das Minus-Potential geschaltet werden kann.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß die Signalaufbereitung einen Spannungsstabilisator aufweist, der das Minus-Potential der Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert stabilisiert, der über dem Mirus-Potential der Versorgungsspannung liegt, wobei der Maximalwert des Plus-Potentials der Ausgangsspannung etwa im gleichen Maße unter dem Plus-Potential der Versorgungsspannung bleibt. Die zur Meßgröße analoge Ausgangsspannung liegt somit in einem mittleren Bereich zwischen den Grenzwerten der Versorgungsspannung, gewährleistet damit eine optimale Verarbeitung der Spannung durch die elektronischen Bauelemente der Meßeinrichtung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einzelner in der Zeich-

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nung dargestellter AusfUhrungsbeispiele näher beschrieben. &Egr;&egr; zeigen

Figur 1 ein Blockschaltbild des elektrischen Teils der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Figur 2 den elektrischen Schaltplan einer Ausführungsform der Schäl tpünktüijöiwächüny und SchälLöCnwöilönöt-eüerünCj.

Figur 3 die elektrische Schaltung eines AusfUhrungsbeispiels der Signalaufbereitung und

Figur 4 den Schaltplan einer Ausführungsform des Stromreglers

Aus dem in Figur 1 dargestellten Blockschaltbild ist der grundsätzliche Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung zur Aufbereitung und Umwandlung einer von einem elektrischen Meßgeber erzeugten Spannung in ein der Meßgröße proportionales Spannungs- und Stromsignal, sowie in ein Schaltsignal ersichtlich.

Die einzelnen Bauelemente der Schaltung werden von einer Spannungsaufbereitung gespeist, welche einen Verpolungsschutz 1, eine Störungsunterdrückung 2 und einen Versorgungsspannungsregler 3 umfaßt, der eine eingangsseitig anliegende, in Grenzen variable Betriebsgleichspannung auf eine bestimmte, niedrigere Versorgungsgleichspannung stabilisiert, die an dem positiven Potential der Betriebsgleichspannung orientiert ist.

Als Meßfühler 4 ist ein druckempfindlicher Siliziumsensor vorgesehen, dessen vier als Brücke geschalteten, piezoresistiven Widerstände ihren Wert linear mit dem Meßdruck verändern. Die Widerstände der Brücke des Meßfühlers 4 werden mit konstantem Strom gespeist und geben somit ein zum Meßdruck proportionales Gleichspannungssignal ab, das in einer Signalaufbereitung 5 umgeformt und verstärke wird. Der negative Wert der Signal-

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spannung wird dabei auf einen Spannungewert stabilisiert, der über dem negativen Spannungswert der Spannungsstabilisierung 3 liegt. Das aufbereitete Spannungssignal kann über einen Anzeigenunschalter 6 auf einen Analog/Digital-Wandler 7 geschaltet und von einer an den Analog/Digital-Wandler 7 angeschlossenen digitalen Anzeige 8 angezeigt werden. Die Abstimmung ist dabei so getroffen, daß der angezeigte Wert jeweils dem augenblickxiCii SUj. &ugr;&thgr;&Pgr; &Mgr;»&tgr;&iacgr;5j. uiij.ciT t &thgr;iTiWIiT&igr;&idigr;&thgr;&Ggr;&kgr;&agr;&thgr;&Pgr; DiTüCK in OiHeI" i.öätyel'-gten Einheit entspricht.

Parallel zum Anzeigenumschalter 6 ist ein Stromregler 9 geschaltet, an dessen Ausgang 10 ein analoges Gleichstromsignal als eingepi ügter Strom im Bereich von 0 t>is 20 Milliampere oder 4 bis IO Milliampere abgegriffen weiden kann. Der Ausgang 10 ist durch einen Verpolungsschutz 11 gesichert.

Das aufbereitete Spannungssignal wird außerdem einer Schaltpunktüberwachung 12 zugeführt, die das Spannungssignal mit vorgegebenen Schaltschwellen vergleicht und bei Über- oder Unterschreiten einer Schaltschwelle ein Relais 13 zum Schalten

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Relais 13 angeschlossene Leuchtdiode 14 zeigt an, wenn das Relais 13 geschaltet ist. Die Schaltschwellen werden mit einer an den Paralleleingang der Schaltpunktüberwachung 12 angeschlossenen Schaltschwellensteuerung 15 festgelegt, die zwei Potentiometer 16, 17 zur Einstellung der £ oh-^Ic schwellen und einen Umschalter 18 zur Festlegung des Schaltverhaltens aufweist. Zur Anzeige der eingestellten Schaltschwelien ist die Schaltschwellensteuerung 15 an zwei Kontakte des Anzeigenumschalters 6 angeschlossen. Über einen Kontakt kann der eingestellte Schaltpunkt und über den anderen Kontakt die eingestellte Hysterese oder der eingestellte Äückschaltpunkt auf die Anzeige 8 geschaltet werden.

Figur 2 zeigt eine schaltungstechnische Ausführungsform der Schaltpunktüberwachung 12 und Schaltschwellensteuerung 15. Zur

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Schaltpunktüberwachung ist als Komparator ein Operationsverstärker 20 vorgesehen, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 21 mit einer Anschlußklemme 22 verbunden ist, an der die positive Signalspannung +ü_s vom Ausgang der Signalaufbereitung 5 anliegt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 20 ist über einen Widerstand 23 mit einem elektronischen Spannungsumschalter 24 verbunden, dessen einer Spannungseingang 25 von einem durch ein erstes Potentiometer 26 gesteuerten Emitter-Folger 27 und dessen anderer Spannungseingang 28 von einem durch ein zweites Potentiometer 29 gesteuerten Emitter-Folger 30 gespeist wird. Der Widerstand des Potentiometers 26 ist zwischen eine Klemme 31, an der die negative Signalspannung -U₈ anliegt, und den Abgriff eines durch eine Zenerdiode 32 stabilisierten, aus zwei Widerständen 33, 34 gebildeten Spannungsteilers geschaltet. Dabei liegt der Widerstand 33 zwischen dem Abgriff und der Klemme 31 und der Widerstand 34 zwischen dem Abgriff und einer an die positive Versorgungsspannungs U_v angeschlossenen Klemme 35. Der Widerstand des Potentiometers 29 ist zwischen den Ausgang des Emitter-Folgers 27 und einen Umschalter 36 geschaltet, durch den er in der Schaltstellung A mit dem Abgriff des Spannungsteilers und in der Schaltstellung B mit der Klemme 31 verbunden ist. Gemeinsam mit dem Umschalter 36 ist ein zweiter Umschalter 37 betätigbar, der in der Schaltstellung A den Steueranschluß eines elektronischen Spannungsumschalters 38 mit der Klemme 35 verbindet. In der Schaltstellung B ist der Umschalter 37 offen. Ein Eingang "0" des Spannungsuir.schalters 38 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 20 verbunden. An dem anderen Eingang "1" des Spannungsumschalters 38 ist ein Inverter 39 angeschlossen, der die Ausgangespannung des Operationsverstärkers 20 invertiert. Der Inverter 39 wird durch einen Operationsverstärker gebildet, dessen nicht invertierender Eingang mit der Klemme 31 verbunden ist. An den Ausgang des Umschalters 38 ist die Basis eines PNP-TransistorB 41 angeschlossen, dessen Kollektor mit einer Klemme 42 verbunden ist, an der die neaative BetriebssDannuna

-U_b anliegt. Der Emitter des Transistors 41 ist über die Reihenschaltung eines Widerstands 43, der Spule eines Relais 44 und einer Leuchtdiode 45 mit der Klemme 35 verbunden. Parallel zur Spule des Relais 44 ist eine Diode 46 geschaltet. Vom Aasgang des Umschalters 38 führt weiterhin eine Stauerleitung 47 zum Steueranschluß des Spannungsumschalters 24 and über einen Widerstand 4S ist der Ausgang des Spannungsumschalters 38 mit einer Klezune 49 verbunden, an der die negativ« Versorgungsspannung -U_v anliegt. Auch der Steueran^chluß des Umschalters 38 ist über einen Widerstand 50 mit der Klemme 49 verbunden. Die Versorgungsspannungsanschlüsse der Emitter-Folger 27, 30 und der Operationsverstärker 20, 39 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.

Die Wirkungsweise der in Figur 2 dargestellten Schaltung, wird im folgenden näher beschrieben. Hierbei soll zunächst davon ausgegangen werden, daß der Umschalter 36 die in der Zeichnung dargestellte Schaltstellung B einnimmt. Dies hat zur Folge, daß auch der elektronische Umschalter 38 die in der Zeichnung dargestellte Schaltstellung einnimmt, in der an seinen beiden Steueranschlüssen die Spannung -U_v anliegt. In dieser Schaltstellung des Umschalters 38 ist die Basis des Transistors 41 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 20 verbunden. Aus der Schaltstellung B des Umschalters 36 ergibt sich weiterhin, daß der Spannungswert an dem Potentiometer 29 im Bereich von -U₈ und dem am Potentiometer 26 eingestellten Spannungswert einstellbar ist. Die Einstellung eines Spannungswerts unter dem am Ausgang des Potentiometers 26 sei für die Erläuterung angenommen. Mit dem Potentiometer 26 läßt sich ein beliebiger Spannungswert zwischen -U₈ und der Referenzspannung U_R am Abgriff des Spannungsteilers einstellen. Um mit dem Potentiometer 26 jeden beliebigen Wert der Signalspannung U₈ einstellen zu können, d.h. den Schaltpunkt auf jeden Wert innerhalb des Meßbereiche legen zu können, ist die Spannung U_R gleich oder größer als der Maximalwert der Spannung U₈.

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Liegt die positive Signalspannung U₈ an der Klemme 22 unter dem am Potentiometer 29 eingestellten Wert, wobei dieser Spannungswert in der dargestellten Stellung des Spannungsumschalters 24 am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 anliegt, so erscheint am Ausgang des Operationsverstärkers 20 eine positive Spannung, die über den Umschalter 38 und die Steuerleitung 47 auf den Spannungeurascheltsr 24 einwirkt und ihn in die Schaltstellung "1" schaltet. An den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärker 20 wird da
durch die an dem Potentiometer 26 eingestellte Schwel!spannung angelegt. Durch das Anlieger; der positiven Spannung ar> der Basis des Transistors 41 wird die diesen Emitter-Ko.llektcr-Streckegesperrt, so daß das Relais 44 abgefallen und die Leuchtdiode 45 sr loschen ist. si.;; reicht die Signalspannung U₈ an der Klemme 22 den am Potentiometer 26 eingestellten Spannungswert, so verändert sich der Spannungswert am Ausgang des Operationsverstärkers plötzlich von einer positiven auf eine negative Spannung. Damit liegt an der Basis des Transistors 41 ain negativer Spannungswert an, wodurch die Emitter-Kollektor- ; Strecke leitend wird, so daß von der Klemme 35 über die \ Diode 45 und die Spule des Relais 44 zur Klemme 42 ein Strom ' fließt, der das Relais 44 schaltet und die Leuchtdiode 45 aufleuchten läßt. Gleichzeitig bewirkt der negative Spannungswert am Spannungsumschalter 24 einen Wechsel in die Schaltstellung "0" wodurch die am Potentiometer 29 eingestellte niedrigere Schwellspannung dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 zugeführt wird. Das Zurückschalten des i Operationsverstärkers 20 in den zuvor beschriebenen Ausgangszustand erfordert somit ein Absinken der Signalspannung U₈ unter den niedrigeren, am Potentiometer 29 eingestellten Span- ; nungswert. Das Potentiometer 29 ermöglicht somit die Einstellung einer beliebig großen Hysterese für das Zurückschalten des Relais 44 in die Ausgangsstellung.

Werden die Umschalter 36, 37 in die Schaltstellung A geschaltet, so wird ein entsprechendes Schaltverhalten bei fallender

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Signalspannung U₈ erreicht. Durch den Umschalter 36 wird in der Stellung A der eine Hauptanschluß des Potentiometers 29 mit der positiven Referenzspannung U_R verbunden, d.h. am Potentiometer 29 ist ein Spannungswert einstellbar, der gleich oder größer ist als der am Potentiometer 26 eingestellte Spannungswert. Durch den Umschalter 37 wird in der Schaltstel-I.ung A der elektronische Umschalter 38 mit der positiven Versorgungsspannung U_v angesteuert und in die Schaltstellung "1" geschaltet. Hierdurch ist der Ausgang des Umschalters 38 nun mit dem Ausgang des Inverters 39 verbunden. Liegt bei dieser Stellung der Umschalter 36 bis 38 die Signalspannung U_s an der Klemme 22 über den an den Potentiometern 26, 29 eingestellten Schwellspannungen, so herrscht am Ausgang des Operationsverstärkers 20 eine negative Spannung, die von dem Inverter 39 in eine positive Spannung invertiert wird. Die positive Spannung am Ausgang des Inverters 39 sperrt den Transistor 41 und steuert den Spannungsumschalter 24 in die Schaltstellung "1". Das Relais 44 ist aberregt und die Leuchtdiode 45 erloschen. Sinkt die Signalspannung U₈ nun soweit ab, bis der am Potentiometer 26 eingestellte, am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 anliegende Spannungswert erreicht ist, so verändert sich die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 20 von einem negativen in einen positiven Wert, so daß die Spannung ara Ausgang des Inverters 39 nun einen negativen Wert annimmt. Der Transistor 41 wird leitend und schaltet das Relais 44, was gleichzeitig durch ein Lichtsignal der Leuchtdiode 45 angezeigt wird. Gleichzeitig wird der Spannungsumschalter 24 in die dargestellte Schaltstellung "0" geschaltet, so daß für das Zurückschalten in den vorangegangenen Schaltzustand ein erneuter Anstieg der Signalspannung an der Klemme 22 auf den am Potentiometer 29 eingestellten, höheren Spannungswert erforderlich ist.

Wie die Darstellung zeigt, ermöglicht die beschriebene, einfache Schaltung eine genaue SchaltpunktUbetwaciiung im gesamten Variationrbereich der Signalspannunq mit einer beliebig ein-

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stellbaren Hysterese, wobei je nach Stellung der Umschalter 36, 37 der Schaltvorgang bei steigender oder bei fallender Signalspannung ausgelöst werden kann. Die Einstellung deo Schaltpunktes sowie der Hysterese als Dividend der ejngeatellten Schaltspanne sind von der Stellung der Umschalter 36, 37 unabhängig. Das genaue Einstellen des Schaltpunkte und der Hyetereee erfolgt mit Hilfe der Digitalanzeige 8, der über die Anschlußleitungen 51 bzw. 52 und den Anzeigenumschalter 6 die am Ausgang der Emitter-Folger 27, 30 anliegenden Spannungswerte zufUhrbar sind.

Figur 3 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel der Signalaufbereitung 5. Die Schaltung wird ve;» dem Versorgungsspannungsregler 3 mit einer Versorgungsgleichspannung U_v gespeist, die unabhängig von der anliegenden Betriebsspannung Uj₃ auf einem konstanten Wert gehalten wird, der kleiner ist als der Minimalwert der Betriebsspannung U^. Das positive Potential der Verorgungsgleichspannung +U_v ist gleich dem positiven Potential der Betriebsspannung +U_b. Der Verpolungsschutz 1 im Betriebsspannungsanschluß wird durch eine Diode 58 und die ötörungsunterdrückung 2 wird durch eine Induktivität 59, ein sogenanntes Tiefpaßfilter gebildet.

Der Meßfühler 4 weist vier, als Brücke geschaltete, piezoelektrische Widerstände auf, die zur Druckmessung in einem mit Öl gefüllten Raum angeordnet sind, der nach Außen durch eine verformbare Membrane abgegrenzt ist. Der zu messende Druck wird über die Membrane auf das Öl und damit auf die Widerstände übertragen, deren Wert sich linear mit dem einwirkenden Meßdruck ändert. In die Widerstandsbrücke des Meßfühlers 4 sind Abgleichwiderstände 60, 61 und ein Nullpunkt-Kompensationswiderstand 62 geschaltet, durch den der Nullpunkt des Ausgangssignals beispielsweise auf Atmosphärendruck oder auf einen Absolutdruck von 0 bar eingestellt werden kann. Die Meßbrücke ist in Reihe mit weiteren Widerständen 63, 64 an die Versorgungsspannungsleitungen 65, 66 des Versorgungsspannungs-

reglere 3 angeschlossen und wird dadurch mit einem konstanten :Jtrom gespeist. Sie gibt an den Abgriffen 67, 68 eine dem Druck proportionale Spannung ab. Dieses Spannungssignal wird von zwei miteinander verknüpften und über Widerstände gegengekoppelten Operationsverstärkern 69, 70 verstärkt und von zwei in Reihe geschalteten Transistoren 71, 72, die durch die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 70 gesteuert werden, in eine eingeprägte Signalspannung U_n umgewandelt, die an den Ausgangsklemmen 73, 74 anliegt. Das Minus-Potential der Signalspannung -U₈ wird durch einen Transistor 75 auf einen konstanten Spannungswert stabilisiet, der über dem negativen Spannungswert -U_v der Versorgungsgleichspannung liegt. Der Transistor 75 wird durch den Ausgang eines Spannungsfolgers 76 gesteuert, der die am Abgriff eines durch Widerstände 77, 78 gebildeten Spannungsteilers anliegende Spannung festhält. Die beschriebene Spannung erzeugt damit als Ausgangsgröße eine zur Meßgröße proportionale, eingeprägte Spannung, die sich durch eine hohe Linearität, eine geringe Spannungsabhängigkeit und eine geringe Temperaturabhängigkeit auszeichnet. Die Maximalwerte der Signalspannung U_s liegen im mittleren Bereich der Versorgungsgleichspannung U_v und gewährleisten dadurch eine genaue Weiterverarbeitung in den nachfolgenden Schaltungen. Die Schaltung ist in ihrem Aufbau einfach und ermöglicht auch bei Verwendung üblicher Bauelemente eine Unterbringung in geringen Einbauräumen, wie sie in Meßgeräten oft nur zur Verfügung stehen.

Figur 4 zeigt ein sehr einfaches Ausführungsbeispiel für den Stromregler 9. Er enthält einen Operationsverstärker 80, dessen Ausgang den Basisstrom eines Darlington-Transistors 81 steuert. Der Operationsverstärker 80 ist eingangsseitig in Reihe mit einem Widerstand 82 über Klemmen 83, 84 an die Signalspannung U₈ angeschlossen. Über die Emitter-Kollektor-Strecke des Darlington-Transistors 81 ist mit dem an den Widerstand 82 angeschlossenen, invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 80 eine Klemme 85 verbunden. Durch die be-

schriebene Anordnung wird die Spannung an dem mit dem Widerstand c<2 verbundenen Eingang des Operationsverstärkers 80 auf den Spannungswert -U_s stabilisiert, so daß an der Klemme 85 gegen Masse (-Uj₃) ein eingeprägtes, analoges Stromsignal abgegriffen werden kann, das der Signalspannung U₈ proportional ist und in seiner Größe durch den Widerstand 82 bestimmt wird. Durch den Abgriff an der Klemme 85 hervorgerufene Belastungsunterschiede werden von dem Darlington-Transistor 81 kompensiert. Hierbei werden thermische Veränderungen dee Darlington-Transistors 81 von der Steuerungsfunktion des Operationsverstärkers 80 ausgeglichen. Der Widerstand 82 ist dabei vorzugsweise so ausgelegt, daß das Stromsignal im Bereich von 4-20 mA liegt. Soll ein eingeprägter Strom im Bereich von 0-20 mA zur Verfügung stehen, bo kann durch Schließen eines Lötpunktes 86 ein Widerstand 87 zum Widerstand 82 parallel geschaltet und der Strom am Eingang des Operationsverstärkers 80 entsprechend erhöht werden. Als Verpolungsschutz 11 ist zwischen dem Transistor 81 und der Klemme 85 eine Diode 88 vorgesehen.

Die in den Figuren 2 bis 4 getrennt voneinander dargestellten Ausführungsbeispiele können selbstverständlich auch in geeigneter Weise ineinander integriert werden, wenn dies aus praktischen Gründen zweckmäßig ist. Beispielsweise können die Bauteile auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein und mehrere gleichartige Schaltungselemente können in einem elektronischen Baustein zusammengefaßt sein.

Claims (1)

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   Unimess

   Meßtechnischo Geräte GmbH
   6308 Butzbach 6

   Elektrische Meßeinrichtung

   Ansprüche

   1. Elektrische Meßeinrichtung zur Umformung einer physikalischen Meßgröße, z.B. einer mechanischen Kraft oder einer Temperatur in eine analoge elektrische Ausgangogröße, vorzugsweise eine elektrische Spannung, welche nach -liner vorgegebenen, vorzugsweise linearen Funktion von der Meßgröße abhängt, mit einem Meßfühler, einer Signalaufbereitung, die das Spannungssignal des Meßfühlers umformt und verstärkt, einem an den Ausgang der Signalaufbereitung anschließbaren Anzeigeinstrument zur visuellen Darstellung der Ausgangsgröße und einer in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße einen Relaiskontakt steuernden Komparatorschaltung, die zwei einstellbare Schaltpunkte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Komparator ein Operationsverstärker (20) vorgesehen ist, der einen Spannungsumschalter (24) steuert, durch den dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (20) zwei beliebig einstellbare iSpannungen zu

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   2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daJ3 zur Einstellung der Schwell spannungen jeweils ein Potentiometer (25, 29) mit einem nacbgeschalteten Emitter-Folger (27, 30) vorgesehen ist.

   3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des zur Einstellung der Schwellspannung für den Rückschaltpunkt vorgesehenen zweiten Potentiometers (29) zwischen den Spannungsabgriff und einen Hauptanschluß des ersten Potentiometers (26) geschaltet ist.

   4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Komparators (28) ein Invertierer (39) schaltbar ist, wobei die Steuerung des Spannungsumschalters (24) und des Relaiskontakts (44) durch den Ausgang des Invertierers (39) erfolgt.

   5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (36, 37) vorgesehen ist, durch den der Invertierer (39) und der mit einem Hauptanschluß des ersten Potentiometers (26) verbindbare Hauptanschluß des zweiten Potentiometers (29) gemeinsam schaltbar sind.

   6. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wideretand des ersten Potentiometers (26) zwischen den negativen Spannungeausgang (31) der Signalaufbereitung (5) und einen positiven Referenzspannungsausgang eines Referenzspannungereglers (32 bie 34) angeschlossen ist, der eine am Negativpotential (-Ug) der Ausgangsspannung clnr Signalaufbereitung (5) orientierte, positive Referenzspannung (U_R) erzeuat.

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   7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsregler ein von einer Zenerdiode (32) stabilisierter Spannungsteiler (33, 34) verwendet wird.

   8. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigenuntschalter (6) vorgesehen ist, iurch den die Ausgangsspannung (U₈) der Signalaufbereitung (5) oder die erste oder zweite Schwellspannung dem Anzeigeinstrument (7, 8) zuführbar sind.

   9. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeinstrument (7, 8) eine digitale, visuelle numerische Anzeige (8) aufweist, die von einem Analog/Digital-Wandler (7) gesteuert wird.

   10. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsumformer und/oder ein Stromregler (9) vorgesehen sind, die analog zur Ausgangsgröße (U₈) eine eingeprägte Spannung beziehungsweise einen eingeprägten Strom in einem in der Meßtechnik üblichen Wertebereich erzeugen.

   1\. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen elektrischen Bauelemente an einen Versorgungsspannungsregler (3) angeschlossen sind, der eine gegenüber der minimalen Betriebsspannung (U]₃) herabgesetzte Versorgungsgleichspannung (U_v) erzeugt, die am Plus-Potential der Betriebsspannung orientiert ist.

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   12. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufbereitung (5) einen Spannungsstabilisator (75 bis 78) aufweist, der das Minus-Potential (-U_£) der Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert stabilisiert, der über dem Minus-Potential (-U_v) der Versorgungsspannung liegt, wobei der Maximalwert des Flus-Potentiais (+U_s) der Ausgangsspannung etwa im gleichen Maße unter dem Plus-Potential (+U_v) der Versorgungsspannung bleibt.