DE2938116C2 - Verfahren zur Auswertung des Diagonalsignals einer Widerstandsbrücke und Schaltung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung des Diagonalsignals einer Widerstandsbrücke, bei dem periodisch das Diagonalsignal aufintegriert wird und die zur Auf und anschließenden Abintegration benötigte Zeit durch Zählen frequenzkonstanter Impulse ermittelt wird, wobei nach der Aufintegration mindestens einem der Brückenwiderstände ein weiterer Widerstand parallel geschaltet wird und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Schaltung.

Ein derartiges Verfahren ist in der DEPS 28 55 482 vorgeschlagen worden. Dabei wird das Diagonalsignal der Brücke während einer vorgegebenen Zeit aufintegriert. Nach Ablauf dieser Zeit wird mindestens einem der Brückenwiderstände der weitere Widerstand parallel geschaltet und die zum Abintegrieren benötigte Zeit bestimmt. Sowohl die Aufintegrationszeit als auch die Abintegrationszeit werden mittels frequenzkonstanter Impulse ermittelt.

Gegenüber diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Auswertung des Diagonalsignals einer Widerstandsbrücke zu finden und eine dazugehörige Schaltung anzugeben, bei welchen das Meßsignal dem Istwert bei langsamen Änderungen oder Störungen bzw. bei unruhigen Werten erheblich schneller folgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Summe der Impulszahlen für Aufintegration und Abintegration konstant gehalten wird und daß das Verhältnis der Impulszahlen für Auf bzw. Abintegration so lange verändert wird, bis nach einem vollständigen Integrationszyklus kein Signal am Integratorausgang anliegt.

Zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine Schaltung mit einer Widerstandsbrücke, bei der einem Widerstand über Schalter ein weiterer Widerstand parallel geschaltet wird, besonders geeignet die ίο dadurch gekennzeichnet ist daß einem zweiten Brückenwiderstand ein zusätzlicher Widerstand über einen Schalter parallel geschaltet wird, dessen Widerstandwert dem des weiteren Widerslandes identisch ist daß das Diagonalsignal der Brücke über Schalter einem is Kondensator aufgeschaltet wird, der über weitere Schalter mit einem Verstärker verbunden ist dessen Ausgang am Eingang mindestens eines Fensterdiskriminators anliegt dessen Ausgangssignale einem Microcomputer zugeführt sind, über den Schalter angesteuert werden.

Besteht die Möglichkeit daß die Widerstandsbrücke an einem Punkt der Brückendiagonale sowohl positiv als auch negativ verstimmt wird, ist eine Schaltung besonders geeignet, bei der die Ausgangsspannung des Verstärkers an je einem Fensterdiskriminator für posit ve und negative Polarität anliegt

Die Figuren zeigen schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 eine Durchführung des Verfahrens geeignete Schaltung,

F i g. 2 eine ähnliche Schaltung, bei der jedoch die Widerstände in anderer Weise parallel geschaltet sind. F i g. 1 zeigt die Widerstandsbrücke 1 mit den Speiseleitungen 2 und 3. Die Widerstandsbrücke 1 kann beispielsweise eine Dehnungsmeßstreifenbrücke in einer Wägezelle sein. An den Punkten a und b sind die Speiseleitungen 2 und 3 elektrisch mit der Widerstandsbrücke 1 verbunden. An den Punkten c und e liegt das Diagonalsignal der Widerstandsbrücke 1 als das eigentliche Meßsignal an, das im wesentlichen über Leitungen 4 und 5 mit dem NullversCärker 6 verbunden ist dessen Ausgang auf einen Fensterdiskriminator 7 für positive und einen Fensterdiskriminator 8 für negative Spannungen geschaltet ist. Die Leitungen 4 und 5 führen von den Punkten eund e zunächst über Schalter 8 und 9 an einen Kondensator 10, der das Diagonalsignal der Brücke integriert bzw. glättet. Der Kondensator wiederum ist über Schalter 11 und 12 mit dem Nullverstärker 6 verbunden; dieser Nullverstärker 6 so kann über den Schalter 13 zur Korrektur seines Nullpunktes kurzgeschlossen werden. Punkt b ist über einen Widerstand 16 und einen Schalter 17 vor dem Schalter 9 (vom Punkt e aus betrachtet) mit der Leitung 4 verbunden. Die Leitung 5 ist vor dem Schalter 8 (vom Punkt c aus betrachtet) über einen Widerstand 15 und einen Schalter 18 mit der Speiseleitung 3 verbunden. Die Ausgänge der Fensterdiskriminatoren 7 und 8 sind mit einem Microcomputer 14 verbunden, der sämtliche Schalter ansteuert, was in der Figur nicht dargestellt wird.

Die Schaltung gemäß Fig.2 unterscheidet sich lediglich bis zu den Schaltern 8 und 9 von der Fig. 1; daher ist auch nur dieser Teil der Schaltung in der F i g. 2 dargestellt. Die Widerstandsbrücke 1 ist wiederum an den Punkt a mit der Speiseleitung 2 und am Punkt b mit der Speiseleitung 3 verbunden. Das Diagonalsignal der Widerstandsbrücke 1 wird vom Punkt d über den Schalter 9 und vom Punkt c über den Schalter 8 dem

Nullverstärker 6 zugeführt. Zwischen dem Punkt c und dem Schalter 8 ist die Leitung 5 über den Schalter 17 und den Widerstand 16 mit dem Punkt b verbunden und über den Schalter 18 und den Widerstand 15 mit dem Punkt a der Widerstandsbrücke 1.

Zur Darstellung des Arbeitsverfahren mit der beschriebenen Schaltung sei zur Vereinfachung angenommen, daß das Brückensignal zunächst Null sei, mit anderen Worten, daß die Brücke im Gleichgewicht ist Handelt es sich bei der Widerstandsbrücke 1 um eine Dehnungsmeßstreifenbrücke in einer Wägezeile, so ist das bei unbelasteter Wägezelle und vier identischen Dehnungsmeßstreifen der FaIL Im Microcomputer 14 befindet sich ein Systemtaktgeber, beispielsweise ein 10 MHzGenerator. Zu Beginn eines Meßzyklus werden nun die Schalter 8 jnd 9 sowie 13 eine vorgegebene Anzahl Taktimpulse lang geschlossen; während dieser Zeit wird das Diagonalsignal der Widerstandsbrücke 1 im Kondensator 10 über die Zeit integriert Anschließend werden die Schalter 17 und 18 über die gleiche vorgegebene Anzahl Taktimpulse geschlossen, das am Kondensator 10 anliegende Signal wird weiterhin integriert. Nach Ablauf dieser zweiten Messung werden die Schalter 8 und 9 sowie *7 und 18 geöffnet der Kondensator 10 ist also von der Widerstandsbrücke 1 getrennt. Da die Widerstände 15 und 16 gleich groß sind, liegt am Kondensator 10 weiterhin keine Spannung an. Gleichzeitig mit den letztgenannten Schaltvorgängen wird der Schalter 13 geöffnet Die Schalter 11 und 12 werden geschlossen, die am Kondensator 10 anliegende integrierte Spannung wird also dem Nullverstärker 6 zugeführt der sie verstärkt an die Fensterdiskriminatoren 7 für positive Polarität und 8 für negative Polarität weitergibt. Diese Fensterdiskriminatoren 7 und 8 unterscheiden zweckmäßigerweise drei Bereiche, nämlich <0.25 d\ > 1 d < 5 </;⁵ d. Aufgrund der Meßgenauigkeit wird also ein Fensterdiskriminator im ersten Bereich < 0,25 d ansprechen, der Microcomputer 14 erkennt daß sich die Brücke im Gleichgewicht befindet und läßt den gleichen Meßvorgang erneut ablaufen.

Nun werde die Widerstandsbrücke 1 verstimmt, beispielsweise so, daß an der Brückendiagonale ein am Punkt e positives Signal ansteht. Dieses Signal wird im Kondensator 10 integriert und dem Nullverstärker 6 in der oben geschilderten Weise zugeführt; der Fensterdiskriminator 7 spricht daraufhin beispielsweise im zweiten Bereich > 1 d < 5 d an. Dem Microcomputer 14 wird damit signalisiert, daß die Brücke an der Stelle e positiv verstimmt ist zwischen > 1 d < 5 d. Der Microcomputer 14 ändert daraufhin für den nächsten Meßzyklus die Schaltzeiten der Schalter 17 und 18 dergestalt, daß der Schalter 17, der die Leitung 4 mit der negativen Speiseleitung 3 verbindet einen Taktimpuls länger als die vorgegebene Taktimpulszahl geschlossen wird, während der Schalter 18 einen Taktimpuls weniger lange geschlossen bleibt. Ergibt sich, daß aufgrund dieser Maßnahme noch immer kein Gleichgewicht der Widerstandsbrücke 1 erreicht ist wird der Microcomputer 14 in weiteren Schritten den Schalter 17 jeweils einen Taktimpuls länger bzw. den Schalter 18 jeweils einen Taktimpuls kürzer schließen, so lange bis die

s Widerstandsbrücke im Gleichgewicht ist Die Zahl der zusätzlichen Taktimpulse, die der Schalter 17 länger (bzw. der Schalter 18 kurzer) geschlossen wird, ist dabei ein direktes Maß der Verstimmung der Brücke. Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände 15 und 16 kann erreicht werden, daß jeweils ein Taktimpuls einem Digit der zu messenden Größe entspricht Da bei diesem Verfahren die Anzahl der Taktimpulse, die der Schalter

17 langer schließt jeweils gleich ist der Anzahl der Taktimpulse, die der Schalter 18 kürzer schließt ist die Summe der Anzahl der Impulse während der Schließzeit beider Schalter jeweils konstant wodurch die Auswertung über den gesamten Bereich linear bleibt Die Konstanz kann darüberhinaus zu Kontrollzwecken herangezogen werden.

Falls nicht der positive Fensterdiskriminator 7 sondern der negative Fensterdiskriminator 8 anspricht, wird dementsprechend der Schalter 18 zunächst einen Taktimpuls länger geöffnet der Schalter 17 einen Taktimpuls kürzer, worauf das Verfahren in der gleichen Weise abläuft

Falls ein Fensterdiskriminator im dritten Bereich, also ⁵ d anspricht werden die Schalter 17 bzw. 18 jeweils zehn Taktimpulse langer bzw. kürzer geöffnet, damit der Abgleich der Widerstandsbrücke 1 schneller erfolgt.

so Das Arbeitsverfahren der in Fig.2 gezeigten Schaltung ist grundsätzlich gleich. Bei abgeglichener Widerstandsbrücke 1 wird bei offenen Schaltern 17 und

18 dem Kondensator 10 das Brückensignal, also Null, zugeführt. Da die Widerstände 15 und 16 gleich groß sind, wird bei geschlossenen Schaltern 17 und 18 die Leitung 5 kein zusätzliches Potential zugeführt, so daß der Kondensator 10 im Gleichgewichtsfall wiederum kein Signal abgibt. Werden die Schalter 17 bzw. 18 ungleich lange geschlossen, so liegt das negative Potential der Speiseleitung 3 bzw. das Positive Potential der Speiseleitung 2 länger an der Leitung 5 an, das Ausgangspotential des Kondensators 10 wird also ins negative bzw. positive kompensiert

Sollten die Signale mehrere Widerstandsbrücken 1 ausgewertet werden, beispielsweise um das an mehreren Stellen gemessene Gesamtgewicht eines Bunkers zu ermitteln , so besteht die Möglichkeit die Addition der Diagonalsignale durch den Microcomputer 14 vornehmen zu lassen. Zu diesem Zweck laufen die Auswertungszyklen für die einzelnen Meßbrücken hintereinander ab, wobei die einzelnen Schalter der Meßbrücke jeweils vom Microcomputer 14 aufgerufen werden. Eine andere Möglichkeit der Addition der Diagonalsignale der Brücken ist dadurch gegeben, daß die Kondensatoren 10 der einzelnen Brücken nach dem Öffnen der Schalter 8 und 9 und vor dem Öffnen der Schalter 11 und 12 in Reihe geschaltet und damit analog addiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   t. Verfahren zur Auswertung des Diagonalsignals einer Widerstandsbrücke, bei dem periodisch das Diagonalsignal aufintegriert wird und die zur Aufund anschließenden Abintegration benötigte Zeit durch Zählen frequenzkonstanter Impulse ermittelt wird, wobei nach der Aufintegration mindestens einem der Brückenwiderstände ein weiterer Widerstand parallel geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Impulszahlen für Aufintegration und Abintegration konstant gehalten wird und daß das Verhältnis der Impulszahlen für Auf bzw. Abintegration so lange verändert wird, bis nach einem vollständigen Integrationszyklus kein Signal am Integrationsausgang anliegt
2. 2. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Widerstandsbrücke, bei der einem Widerstand über Schalter ein weiterer Widerstand parallel geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß einem zweiten Brückenwiderstand ein zusätzlicher Widerstand (15) über einen Schalter (18) parallel geschaltet wird, dessen Widerstandswert dem des weiteren Widerstandes (16) identisch ist, daß das Diagonalsignal der Brücke (1) über Schalter (8, 9) einem Kondensator (10) aufgeschaltet wird, der über weitere Schalter (11,12) mit einem Verstärker (6) verbunden ist, dessen Ausgang am Eingang mindestens eines Fensterdiskriminators (7, 8) anliegt, dessen Ausgangssignale einem Microcomputer (14) zugeführt sind, über den Schalter (8,9,11,12,17,18) angesteuert werden.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers (6) an je einem Fensterdiskriminator (7, 8) für positive und negative Polarität anliegt.