DE4033133A1 - Last-messfuehler - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Last-Meßfühler mit
einem auf einem lastempfindlichen Element angebrachten
Dehnungsmeßstreifen (Spannungsmesser) und einem temperatur
empfindlichen Element, mit welchem die Auswirkungen von
Temperaturschwankungen am Ausgang der Dehnungsstreifen
kompensiert werden können.
Ein Last-Meßfühler zur Umwandlung einer Kraft oder eines
Gewichtes in ein elektrisches Signal wird im allgemeinen
dadurch erzeugt, daß man eine Mehrzahl (im allgemeinen vier)
Dehnungsmeßstreifen auf ein lastempfindliches Element an
bringt, das gewöhnlich aus einer Alumiumlegierung besteht,
wobei diese Dehnungsmeßstreifen mit einer Brückenschaltung
verbunden sind und wobei ein temperaturempfindliches Wider
standselement vorgesehen ist, um Korrekturen am Ausgang der
Brückenschaltung vorzunehmen. Fig. 6 zeigt ein Beispiel
eines bekannten Last-Meßfühlers, der eine Brückenschaltung
120, Operationsverstärker 121 und 122, sowie eine Differen
tialverstärkerschaltung 127 aufweist. Die Brückenschaltung
120 wird dadurch gebildet, daß Dehnungsmeßstreifen 104, 105,
106 und 107 einer Folie aus Kupfer-Nickel-Legierung auf
einem lastempfindlichen Element angebracht und ihre Signal
ausgangsanschlüsse mit den nicht invertierenden Eingängen der
Operationsverstärker 121 und 122 verbunden werden, bei denen
die invertierenden Eingänge mit einem temperaturempfind
lichen Widerstandselement 125 verbunden sind, um die
Temperatur des lastempfindlichen Elementes zu erfassen. Die
Differentialverstärkerschaltung 127 ist entsprechend ange
paßt, um die Ausgangsinformationen der Operationsverstärker
121 und 122 zu empfangen. Veränderungen der Lastsignale von
einem solchen Last-Meßfühler aufgrund von Temperatureigen
schaften entsprechend dem Youngschen Modul des Aluminium
materials des lastempfindlichen Elementes sowie derjenigen
der Dehnungsstreifen werden durch Einstellung der Verstär
kung der Verstärkerschaltung, die mit dem temperaturempfind
lichen Widerstandselement 125 versehen ist, korrigiert. In
Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 126 einen Präzisions
widerstand.
Ein Last-Meßfühler dieser Art gestattet Temperaturkorrektu
ren seiner Lastsignale mit hoher Genauigkeit doch nur für
Temperaturänderungen innerhalb eines relativ engen Be
reiches, der eine Referenztemperatur T0 für die Korrektur
einschließt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, wird der Fehler
(in Fig. 7 mit Δ L angezeigt) plötzlich sehr groß, wenn die
Temperaturänderung bzw. Temperaturabweichung groß wird. Dies
beruht auf der Tatsache, daß die Temperaturcharakteristik
der Ausgangsinformation der Brückenschaltung und die Aus
gangsinformation der Verstärkerschaltung, die das tempera
turempfindliche Widerstandselement 125 aufweist, positive
Charakteristiken zweiter Ordnung oder einen positiven
Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung aufweisen. Durchwegs
hier, falls die Temperaturabhängigkeit einer physikalischen
Größe (so z. B. das Ausgangssignal einer Schaltung)
annähernd als eine polynomische Funktion der Temperatur
geschrieben werden kann, wie sie von einer bestimmten
Referenztemperatur gemessen wird und falls der Koeffizient
eines Gliedes zweiter Ordnung (oder eines Gliedes erster
Ordnung) dieser polynomischen Funktion positiv (oder nega
tiv) ist, so heißt es, daß die physikalische Größe einen
positiven (oder negativen) Temperaturkoeffizienten zweiter
Ordnung (oder erster Ordnung) aufweist.
Um dieses bei einem Last-Meßfühler bekannter Art, wie er
oben beschrieben wurde, vorhandene Problem zu überwinden,
wurde früher bereits versucht, von einem kombinierten Typ
eines temperaturempfindlichen Elementes mit einem ersten
temperaturempfindlichen Widerstandselement, das keinen posi
tiven Temperaturkoeffizienten aufweist und einem zweiten
temperaturempfindlichen Widerstandselement, das einen posi
tiven Temperaturkoeffizienten aufweist, Gebrauch zu machen,
worduch ein Last-Meßfühler mit einer verbesserten Tempera
turcharakteristik über einen weiten Temperaturbereich ge
schaffen wurde (japanische Patentanmeldung Tokugan 1-58 753,
angemeldet am 09. März 1989). Wenn man einen solchen
Last-Meßfühler verwendet, muß der Bedienende jedoch die
Widerstandswerte einstellen, während das Widerstandsverhält
nis zwischen dem ersten und zweiten temperaturemfpindlichen
Element eingestellt wird. Mit anderen Worten, die Korrektur
von Auswirkungen aufgrund von Temperaturänderungen war
extrem mühsam bei den Vorrichtungen bekannter Art.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Last-Meßfühler mit
verbesserten Temperatureigenschaften zu schaffen, bei dem
die Folgen der Temperatur auf den Signalausgang leicht
korrigiert werden können. Dabei soll ein Last-Meßfühler
geschaffen werden, der ein temperaturempfindliches Wider
standselement einfacher Art aufweist, mit dem genaue
Temperaturkorrekturen möglich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein
lastempfindliches Element, das vorzugsweise aus einer Alumi
niumlegierung hergestellt ist und eine Brückenschaltung mit
Dehnungsmeßstreifen aufweist, die unter Verwendung von
Tantalnitrid auf der Oberfläche des lastempfindlichen
Elementes gebildet sind, daß die Brückenschaltung Ausgänge
aufweist, daß ein erster Operationsverstärker und ein
zweiter Operationsverstärker, die mit ihren nicht invertie
renden Eingängen jeweils mit einem der Signalausgängen der
Brückenschaltung verbunden sind, daß die invertierenden
Eingänge des ersten und zweiten Operationsverstärkers über
ein temperaturempfindliches Widerstandselement und einen
Präzisionswiderstand miteinander verbunden sind, und daß das
temperaturempfindliche Widerstandselement einen Temperatur
koeffizienten zweiter Ordnung aufweist. Mit einem in dieser
Weise hergestellten Last-Meßfühler können innerhalb eines
Bereiches mit großen Temperaturschwankungen Gewichte genau
gemessen werden und zwar durch eine einfache Einstellopera
tion, da die Temperaturcharkteristik des Brückenausganges
durch Einstellen des Wertes des temperaturempfindlichen
Widerstandselementes angepaßt werden kann, das aus einem
einfachen Material hergestellt ist.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung und dienen zur Erläuterung der
Grundsätze der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Lastelementes
gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt durch das Lastelement nach Fig.
1;
Fig. 3 ein Schaltbild das den Aufbau des Last-Meßfüh
lers unter Verwendung des in Fig. 1 dargestell
ten Lastelementes zeigt;
Fig. 4 ein Schaubild, das die Temperaturcharakteristi
ken eines bei dem in Fig. 3 gezeigten Last-
Meßfühler verwendeten temperaturempfindlichen
Widerstandselementes sowie die Temperaturaus
gangscharakteristiken der Brückenschaltung
zeigt;
Fig. 5 ein Schaubild eines weiteren Last-Meßfühlers
gemäß der Erfindung;
Fig. 6 ein Schaltbild eines bekannten Last-Meßfühlers;
Fig. 7 ein Schaubild das die Temperatur-Korrektions
charakteristiken bekannter Art zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 bezeichnet das
Bezugszeichen 1 ein lastempfindliches, aus einer Aluminium
legierung hergestelltes Element, das ein Durchgangsloch 2
mit hantelförmigem Querschnitt aufweist, welches im Bereich
des Zentrums des Elementes ausgebildet ist, so daß die
Belastung bzw. Spannung in einfacher Weise an genau
bestimmten Teilen des Elementes erzeugt werden kann. Auf
einer Oberfläche des lastempfindlichen Elementes 1, auf der
eine Last aufgebracht werden soll, ist eine elektrisch
isolierende Beschichtung mit einem Material mit hohem
Molekulargewicht aufgebracht, wie z. B. Polyimid, welches
hitzebeständig ist und seine Elastizität bei hohen Tempera
turen, bei Dampfabscheidungen und Hitzeeinwirkungen nicht
verliert. Ein dünner Tantalnitridfilm (Ta2N) ist mittels
Dampfabscheidung auf der Isolationsschicht 3 an vier Stellen
der Oberfläche gebildet, die geeignet sind die Belastung zu
messen. Meßwiderstandsmuster sind aus diesen dünnen Filmen
durch Fotosteindruck gebildet, um unistrukturelle Dehnungs
meßstreifen 4, 5, 6 und 7 zu schaffen. Andererseits sind
Widerstände 8, 9, 10 und 11 für die Nullpunkteinstellung
gebildet und zwar an Stellen, wo die Belastung des
lastempfindlichen Elementes 1 so klein wie möglich ist.
Diese Widerstände für Dehnungsmeßstreifen 4, 5, 6 und 7 sind
durch elektrisch leitende Streifen 18 miteinander verbunden,
um eine Brückenschaltung, die in Fig. 3 mit 20 bezeichnet
ist, zu bilden, derart, daß diese Dehnungsmeßstreifen 4, 5,
6 und 7 die Zweige der Brücke bilden. Die Bezugszeichen 14,
15, 16 und 17 bezeichnen die Brückenanschlüsse.
Bei den so ausgeführten Brückenverbindung werden die
Widerstandswerte der Nullpunkteinstellungswiderstände 8, 9,
10 und 11 durch einen Feinabgleichvorgang so eingestellt,
daß der Nullpunkt der Brückenschaltung insgesamt eingestellt
ist. Anschlußleitungen (nicht in Fig. 1 dargestellt) sind
mit den Anschlüssen 14, 15, 16 und 17 verbunden und ein
feuchtigkeitsbeständiges Material wird aufgebracht, um die
Herstellung des Lastelementes zu vervollständigen, auf dem
Dehnungsmeßstreifen und Nullpunktabgleichwiderstände, die in
Form einer Brücke verbunden sind, angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Last-Meßfühlers, bei dem
ein Lastelement, das in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, zur
Anwendung kommt. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine
Brückenschaltung, die auf dem lastempfindlichen Element 1
gebildet ist. Die Bezugszeichen 21 und 22 bezeichnen
Operationsverstärker. Die nicht invertierenden Eingänge
dieser Operationsverstärker 21 und 22 sind einzeln mit einem
Signalausgang der Brückenschaltung 20 verbunden. Die inver
tierenden Eingänge und die Ausgänge dieser Operationsver
stärker 21 und 22 sind jeweils durch Gegenkopplungswider
stände 23 und 24, die aus einem Präzisionswiderstandsmate
rial hergestellt sind, verbunden. Die invertierenden Ein
gänge dieser Operationsverstärker 21 und 22 sind über ein
temperaturempfindliches Widerstandselement 25 und einen
Präzisionswiderstand 26 miteinander verbunden.
Das temperaturempfindliche Widerstandselement 25 ist aus
Nickel oder einer Nickellegierung mit temperaturabhängigem
Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
zweiter Ordnung hergestellt und dieses Element ist mit dem
lastempfindlichen Element 1 verbunden oder so nah wie
möglich an diesem angeordnet, daß es in der Lage ist, die
Temperatur zu messen. Der Präzisionswiderstand 26 ist zur
Anpassung des Temperaturkoeffizienten erster Ordnung vorge
sehen, wie dies weiter unten näher erläutert wird und ist in
Reihe mit dem temperaturempfindlichen Widerstandselement 25
verbunden. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Differen
tialverstärkerkreis, welcher nicht nur Ausgangssignale von
den Operationsverstärkern 21 und 22 erhält, sondern auch mit
diesen zusammenwirkt, um einen Differentialverstärkerkreis
mit hoher Eingangsimpedanz zu bilden.
Falls Dehnungsmeßstreifen aus Tantalnitrid auf einem last
empfindlichen Element aus einer Aluminiumlegierung verwendet
werden, so beträgt die Änderungsrate bei dem Meßkoeffizien
ten (span coifficient) des Ausganges ungefähr 350 PPM/°C.
Dies ist ungefähr die halbe Rate von 650 PPM/°C, im Falle
eines Dehnungsmeßstreifens, der aus einer Kupfer-Nickelle
gierung hergestellt ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann auf
diese Weise die Temperatur-Widerstandscharakteristik des
temperaturempfindlichen Widerstandselementes 25, das aus
Nickel hergestellt ist, in ausreichender Weise für die
Temperaturkompensation verwendet werden.
Praktischerweise wird die Temperatur-Ausgangscharakteristik
des Ausganges von der Brückenschaltung 20 durch Messung der
Veränderungen bei ihren Ausgangssignalen bei verschiedenen
Temperaturen vorläufig bestimmt. Falls die Temperatur-Aus
gangscharakteristik annähernd in Form von 1+αΔT, wobei ΔT
die Temperatur ist die gemessen wird ausgehend von einer
vorbestimmten Bezugstemperatur T0, bei welcher Temperatur
die Kompensation bewirkt wird, so kann man sich auf den so
bestimmten Koeffizienten α als den Temperaturkoeffizienten
beziehen.
Nachdem der Wert des Temperaturkoeffizienten α für den
Brückenausgang in dieser Weise bestimmt worden ist, wird der
Temperaturkoeffizient des Ausgangs von dem vorher erwähnten
Differentialverstärker mit hoher Eingangsimpedanz, der
zusammengesetzt ist aus den Operationsverstärkern 21 und 22
und dem Differntialverstärkerkreis 27, bestimmt. Danach
werden die Widerstandswerte des temperaturempfindlichen
Widerstandselementes 25 aus Nickel oder einer Nickellegie
rung und des Präzisionswiderstandes 26 wie folgt genau
angepaßt.
Angenommen die Bezugstemperatur sei 25°C und fSP(T) reprä
sentiert den Standartausgang der Brückenschaltung 20 bei
einer Temperatur von (25+T)°C. Dann kann fSP(T) als
fSP(T) = fSP0(1 + αSP25T)
ausgedrückt werden, wobei der Temperaturkoeffizient des
Brückenausganges nahe 25°C (= αSP25) als Funktion von T als
aSP25 = α1SP + α2SP
geschrieben werden kann.
Mit anderen Worten α1SP repräsentiert den Temperaturkoeffi
zienten des Brückenausganges bei 25°C und α2SP repräsen
tiert die lineare Temperaturabhängigkeit des Tempera
turkoeffizienten des Brückenausganges, wenn die Temperatur
von 25°C abweicht.
Die Verstärkung fa(T) der Differntialverstärkerschaltung mit
hoher Eingangsimpedanz kann ausgedrückt werden als
fa(T) = fa0(1 - αS25C₀T)
worin fa0 und Ca0 wie folgt als Funktionen des Widerstandes
R0 des temperaturempfindlichen Widerstandselementes 25, des
Widerstandes R1 des Präzisionswiderstandes 26 und des
Widerstandes R2 der Gegenkopplungswiderstande 23 und 24
ausgedrückt werden können:
fa0 = (R₀ + R₁ + 2 R₂)/(R₀ + R₁), und
C₀ = 2 R₀R₂/[(R₀ + R₁ + 2 R₂) (R₀ + R₁)]
C₀ = 2 R₀R₂/[(R₀ + R₁ + 2 R₂) (R₀ + R₁)]
und αS25 der Temperaturkoeffizient der Verstärkung nahe
25°C ist und kann wie folgt ausgedrückt werden:
aS25 = α₁ + α₂T.
Mit anderen Worten, α1 repräsentiert den Temperaturko
effizienten der Verstärkung bei 25°C und α2 repräsentiert
die lineare Temperaturabhängigkeit des Temperaturkoeffi
zienten der Verstärkung nahe 25°C.
Auf diese Weise kann der gesamte Ausgang ft(T), wenn das
Ausgangssignal der Brückenschaltung 20 durch den Differen
tialverstärkerschaltkreis mit hoher Eingangsimpedanz hin
durch ist, in folgender Form ausgedrückt werden:
ft(T) = fSP(T)fa(T)
= fa0fSP0( 1 + C₁T + C₂T² + C₃T³ + C₄T⁴)
= fa0fSP0( 1 + C₁T + C₂T² + C₃T³ + C₄T⁴)
worin
C₁ = α1SP - α₁C₀,
C₂ = α2SP - C₀(α1SPα₁ + α₂),
C₃ = -C₀(α2SPα₁ + α1SPα₂) und
C₄ = -C₀α2SPα₂.
C₂ = α2SP - C₀(α1SPα₁ + α₂),
C₃ = -C₀(α2SPα₁ + α1SPα₂) und
C₄ = -C₀α2SPα₂.
Falls angenommen wird, daß die Glieder der dritten und
vierten Ordnung bei T unbedeutend sind, so kann die Änderung
bei dem gesamten Ausgang ft(T) aufgrund der Temperaturverän
derungen im wesentlichen unterdrückt werden, in dem man
verlangt, daß die Glieder der ersten und der zweiten Ordnung
Null werden, d. h. C1=C2=0. Mit anderen Worten sollten die
Widerstandswerte R0, R1 und R2 so eingestellt werden, daß
diese Bedingungen erfüllt sind.
Bei einem besonderen Beispiel, bei dem eine Aluminiumle
gierung für das lastempfindliche Element 1 und Tantalnitrid
für die Dehnungsmeßstreifen 4, 5, 6 und 7 verwendet wird,
ist
α₁ = 5.40 × 10-3/°C,
α₂ = 6.20 × 10-6/°C,
α1SP = 3.57 × 10-4/°C und
α2SP = 5.36 × 10-7/°C.
α₂ = 6.20 × 10-6/°C,
α1SP = 3.57 × 10-4/°C und
α2SP = 5.36 × 10-7/°C.
Dann erfüllt der folgende
Satz von Werten die vorher erwähnten Bedingungen:
R₀ = 66 Ohm,
R₁ = 910 Ohm und
R₂ = 2 × 10⁴ Ohm.
R₁ = 910 Ohm und
R₂ = 2 × 10⁴ Ohm.
Wo, wie hier, R₂ wesentlich
größer als R₀ und R₁ ist, ist C₀ annähernd gleich R₀/(R₀+R₁),
und die Bedingungen C₁=C₂=0 können wie folgt ausgedrückt
werden:
α1SP = α₁R₀/(R₀ + R₁),
α2SP = (α1SPα₁ + α₂)R₀/(R₀ + R₁).
α2SP = (α1SPα₁ + α₂)R₀/(R₀ + R₁).
Es sei bemerkt, daß α1 und α2 durch die experimentell
bestimmte Temperaturcharakteristik des Ausgangsignals der
Brückenschaltung 20 auf einzigartige Weise bestimmt sind.
Ihre Werte hängen vom Temperaturkoeffizienten des verwende
ten temperaturempfindlichen Widerstandselementes 25 ab. Da
das Verhältnis unter den Werten R0, R1 und R3 durch den Wert
der Verstärkung fa0 bestimmt ist, können die Widerstands
werte des temperaturempfindlichen Widerstandswertes 25 und
des Präzisionswiderstandes 26 nach den obigen beiden
Gleichungen bestimmt werden. Auf diese Weise entspricht der
Anteil der Änderung beim Ausgangssignal der Brückenschaltung
20 dem positiven Glied zweiter Ordnung der Temperaturände
rung durch den Anteil an Änderung des Temperaturkoeffizien
ten der Differentialverstärkerschaltung mit hoher Eingangs
impedanz der widerum dem negativen Glied der zweiten Ordnung
der Temperaturänderung entspricht. Als Ergebnis hiervon kann
der Last-Meßfühler gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Signal ausgeben, das nur dem aufgebrachten Gewicht (Last)
proportional ist und zwar unabhängig von Temperaturverände
rungen in einem ziemlich großen Temperaturbereich um die
Referenztemperatur T0 herum.
Es sei ferner erwähnt, daß Dehnungsmeßstreifen die Tantal
nitrid enthalten wesentlich vorteilhafter sind als Dehnungs
meßstreifen, die aus einer Kupfer-Nickel-Legierung her
gestellt sind, da die spezifische Widerstandsfähigkeit von
Tantalnitrid sechsmal so groß ist wie diejenige von
Kupfer-Nickel-Legierungen und das Meßverhältnis ist 1,5 mal
so groß. Als Ergebnis hiervon kann ein genügend großes
Meß-Ausgangssignal selbst bei einer relativ geringen
Brückenspannung erhalten werden, falls für die Dehnungs
meßstreifen Tantalnitrid verwendet wird. Mit anderen Worten
ist der Last-Meßfühler gemäß der vorliegenden Erfindung
insbesondere dann brauchbar, wenn er in Verbindung mit einer
Vorrichtung verwendet wird, die hinsichtlich ihrer Energie
quelle von Batterien abhängt.
Wie weiter oben erwähnt, ist weiterhin gemäß der vorlie
genden Erfindung der in die Brückenschaltung fließende Strom
geringer, weil der spezifische Widerstand der Dehnungsmeß
streifen, die aus Tantalnitrid hergestellt sind, groß ist.
Hierdurch ist es möglich, die Erzeugung Joule′scher Wärme
durch die Dehnungsmeßstreifen sowie durch die Widerstände
für die Nullpunkteinstellung, zu reduzieren. Dies erbringt
wiederum den Vorteil der Reduzierung von Temperaturänderun
gen in dem lastempfindlichen Element, welches der von diesen
Teilen herrührenden Wärme ausgesetzt ist, wodurch eine
Reduzierung der Temperaturdrift bei dem Meß-Ausgangssignal
erreicht wird.
Das besondere Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden
Erfindung, das weiter oben beschrieben wurde, soll nicht als
Einschränkung des Schutzumfanges der vorliegenden Erfin
dung, sondern nur der Erläuterung dienen. Insbesondere kann
die vorliegende Erfindung selbstverständlich vorteilhafte
Wirkungen ebenso erbringen, wenn eine invertierende Verstär
kerschaltung mit hoher Eingangsimpedanz, wie in Fig. 5
gezeigt, mit Operationsverstärkern 30 und 31 kombiniert
wird, obgleich die Erfindung weiter oben in beispielhafter
Weise beschrieben wurde in Kombination mit einer Differen
tialverstärkerschaltung (wie bei 27 gezeigt) und in Anwen
dung mit einer Verstärkerschaltung mit hoher Eingangsimpe
danz. Es sollte für Fachleute ebenso klar sein, daß das
temperaturempfindliche Widerstandselement 25 und der Präzi
sionswiderstand 26 nicht in Reihe, wie in Fig. 3 gezeigt,
geschaltet werden müssen, sondern sie können auch (obwohl
dies nicht gesondert gezeigt ist) parallel geschaltet sein,
um wirksam zu sein.
Es sei ebenfalls erwähnt, daß das lastempfindliche Element
nicht aus einer Aluminiumlegierung bestehen muß, sondern
auch aus einem anderen Material, wie z. B. rostfreiem Stahl,
Molybdemstahl und Beryllium-Kupfer-Legierungen hergestellt
sein kann, die als Materialien zur Herstellung von Federn
verwendet werden können. In ähnlicher Weise ist es nicht
notwendig, daß die Dehnungsmeßstreifen aus Tantalnitrid
hergestellt werden, sondern sie können aus einem anderen
Material wie z. B. einer Kuper-Nickel-Legierung hergestellt
sein und eine Nickel-Chrom-Legierung kann verwendet werden,
um die Präzisionswiderstände herzustellen. Die Materialien
für das lastempfindliche Element und Dehnungsmeßstreifen
werden im allgemeinen so ausgewählt, daß die vorher
erwähnten Bedingungen C1=C2=0 erfüllt sind, so daß die
Änderungsrate des Meßkoeffizienten des Brückenausgangs
innerhalb des spezifizierten Bereichs wie z. B. 250 bis 450
PPM/°C bleibt (falls das temperaturempfindliche Widerstands
element und der Präzisionswiderstand aus Nickel hergestellt
sind). Gemäß einem anderen Beispiel können Dehnungsstreifen,
die aus einer Kupfer-Nickel-Legierung hergestellt sind, auf
einem lastempfindlichen Element aus rostfreiem Stahl ange
ordnet sein.
Claims (7)
1. Last-Meßfühler dadurch gekennzeichnet, daß er ein last
empfindliches Element (1) vorzugsweise aus einer Alumi
niumlegierung und eine Brückenschaltung (20) mit Deh
nungsmeßstreifen (4, 5, 6, 7) aufweist, die aus Tantal
nitrid auf der Oberfläche des lastempfindlichen Elementes
(1) gebildet sind, daß die Brückenschaltung (20) Ausgänge
aufweist, daß ein erster Operationsverstärker (21) und
ein zweiter Operationsverstärker (22) mit dem jeweils
nicht invertierenden Eingang mit jeweils einem der
Signalausgänge der Brückenschaltung (20) verbunden sind,
daß die invertierenden Eingänge des ersten und zweiten
Operationsverstärkers (21, 22) über ein temperaturemp
findliches Widerstandselement (25) und einen Präzisions
widerstand (26) miteinander verbunden sind und daß das
temperaturempfindliche Widerstandselement (25) einen
Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung aufweist.
2. Last-Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das temperaturempfindliche Widerstandselement (25)
und der Präzisionswiderstand (26) in Reihe geschaltet
sind.
3. Last-Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das temperaturempfindliche Widerstandselement (25)
und der Präzisionswiderstand (26) Nickel enthalten.
4. Last-Meßfühler dadurch gekennzeichnet, daß er ein last
empfindliches Element (1) und eine Brückenschaltung (20)
mit Dehnungsmeßstreifen (4, 5, 6, 7) aufweist, die auf
der Oberfläche des lastempfindlichen Elementes (1)
ausgebildet sind, daß die Brückenschaltung (20) Ausgangs
anschlüsse aufweist, daß ein erster Operationsverstärker
(21) und ein zweiter Operationsverstärker (22) mit dem
jeweils nicht invertierenden Eingang mit jeweils einem
der Signalausgänge der Brückenschaltung (20) verbunden
sind, daß die invertierenden Eingänge des ersten und des
zweiten Operationsverstärkers (21, 22) über eine Reihen
schaltung eines temperaturempfindlichen Widerstandsele
mentes (25) mit dem Widerstand R0 und eines Präzisions
widerstandes (26) mit dem Widerstand R1 miteinander
verbunden sind und daß das temperaturempfindliche Wider
standselement (25) einen positiven Temperaturkoeffi
zienten zweiter Ordnung aufweist und R0 sowie R1
derartige Werte aufweisen, daß
α1SP = α₁R₀/(R₀ + R₁) und
α2SP = (α1SPα₁ + α₂) R₀/(R₀ + R₁),wobei α₁, α₂, α1SP und α2SP derart bestimmte Konstanten sind, daß (α₁+α₂T), wobei T die von einer Referenztemperatur T₀ aus gemessene Temperatur ist, sich dem Temperatur koeffizienten nahe T0 der Verstärkung einer Differential verstärkerschaltung nähern, die den ersten Operations verstärker (21) und den zweiten Operationsverstärker (22) umfaßt und daß (α1SP+α2SPT) sich dem Temperaturkoeffizienten des Ausgangs der Brückenschaltung (20) nahe T0 nähert.
α2SP = (α1SPα₁ + α₂) R₀/(R₀ + R₁),wobei α₁, α₂, α1SP und α2SP derart bestimmte Konstanten sind, daß (α₁+α₂T), wobei T die von einer Referenztemperatur T₀ aus gemessene Temperatur ist, sich dem Temperatur koeffizienten nahe T0 der Verstärkung einer Differential verstärkerschaltung nähern, die den ersten Operations verstärker (21) und den zweiten Operationsverstärker (22) umfaßt und daß (α1SP+α2SPT) sich dem Temperaturkoeffizienten des Ausgangs der Brückenschaltung (20) nahe T0 nähert.
5. Last-Meßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das temperaturempfindliche Widerstandselement (25)
und der Präzisionswiderstand (26) Nickel enthalten.
6. Last-Meßfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Materialien für das lastempfindliche Element (25)
und die Dehnungsmeßstreifen (4, 5, 6, 7) so ausgewählt
sind, daß die Änderungsrate bei dem Meßkoeffizienten des
Ausgangssignals der Brücke innerhalb 250 bis 450 PPM/°C
liegt.
7. Last-Meßfühler dadurch gekennzeichnet, daß er ein last
empfindliches Element (1), eine Brückenschaltung (20) mit
Dehnungsmeßstreifen (4, 5, 6, 7), die auf der Oberfläche
des lastempfindlichen Elementes (1) ausgebildet sind,
wobei die Brückenschaltung (20) Ausgangsanschlüsse auf
weist, sowie eine Verstärkerschaltung (30, 31) mit hoher
Eingangsimpedanz umfaßt, die mit den Ausgangsanschlüssen
der Brückenschaltung (20) verbunden sind, wobei die
Verstärkerschaltung mit hoher Eingangsimpedanz ein tempe
raturempfindliches Element (25) aufweist, derart, daß der
Koeffizient erster Ordnung und der Koeffizient zweiter
Ordnung Null sind, falls die Temperaturabhängigkeit des
Ausgangssignals des Last-Meßfühlers einschließlich der
Verstärkerschaltung mit hoher Eingangsimpedanz als poly
nomische Funktion der Temperatur geschrieben wird, die
von einem spezifischen Referenztemperaturpegel (T0)
gemessen wird.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP27228589 | 1989-10-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4033133A1 true DE4033133A1 (de) | 1991-06-06 |
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