DE3129476A1 - Schaltungsanordnung zur analog/digital-wandlung des wertes eines widerstandes - Google Patents

Description

• Schaltungsordnung zur Analog/Digital-Wandlung
• des Wertes eines Widerstandes Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruches.
• Es ist bekannt, zur Analog/Digital-Wandlung von Spannungen sogenannte Dual-Slope-Integratoren zu verwenden, wie sie beispielsweise in Tietze/Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, IV. Auflage, Seite 643 beschrieben sind. Dabei wird ein Integrator beginnend beim Ausgangswert Null in der Referenzphase mit einer Referenzspannung angesteuert, die ein Aufintegrieren des Integrators bewirkt. Nach Beendigung der Referenzphase, die eine festgelegte zeitliche Dauer hat, wird der Integrator in einer darauffolgenden Meßphase mit der Meßspannung abintegriert, bis in einem nachgeschalteten Komparator erkaiint wird, daß die Ausgangespanung des Integrators wieder auf Null abgesunken ist. Aus dem Verhältnis der zeitlichen Dauer von Meß- und Referenzphase läßt sich dann der Wert der Meßspannung bestimmen, wobei als Meßgröße die Dauer der Meßphase auftritt, die in bekannter Weise durch Auszählen einer Taktfrequenz bestimmt wird, so daß schlußendlich der Wert der Meßspannung als Digitalwert vorliegt.
• Mit diesen Anordnungen der bekannten Art sind jedoch keine Messungen von Widerständen möglich.
• Andererseits ist es bekannt, einen Widerstand dadurch zu messen, daß die an ihm abfallende Spannung, die von einem Konstant-Meßstrom eingeprägt wird, gemessen wird.
• Dieses Meßverfahren hat j jedoch den Nachteil, daß eine Konstantstromquelle erforderlich ist, die einen zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand erfordert.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß eine präzise Analog/Digital-Wandlung des Wertes eines Widerstandes mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln möglich ist. Damit können Meßwiderstände, beispielsweise in Temperatursensoren oder von Dehnungsmeßstreifen auf einfache Art ausgemesscn werden, ohne daß es einer aufwendigen Konstantquelle bedarf.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnung.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungegemäßen Sschaltungsanordnung; Figur 2a bis d Zeitdiagramme zur Veranschaulichung der in Figur 1 dargestellten Schaltung.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist mit RM ein Meßwiderstand bezeichnet, der über einen Schalter S3 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP1 schaltbar ist.
• An den gleichen Eingang kann über einen Schalter ein Referenzwiderstand RR geschaltet werden, der andererseits an eine Bezugsspannung UB geschaltet ist. Von der Bezugsspannung UB führt weiterhin ein Spannungsteiler R2, R1 nach Masse, wobei der Spannungsteilerabgriff mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 verbunden ist. Der Operationsverstärker OP1 ist mit einem Kondensator C, an dem eine Integratorspannung uC abfällt, gegengekoppelt, wobei der Kodensator C mit einem weiteren Schalter S1 überbrückbar ist. Der Abgriff des Spannungsteilers R1, R2 ist schließlich an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP2 angeschlossen, dessen invertierender Eingang an den Ausgang des Operationsverstärkers OP1 angeschlossen ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 führt schließlich auf eine Ausgangsklemme.
• Die Funktion der in Figur 1 dargestellten Schaltung soll nachfolgend anhand der Diagramme in Figur 2a bis d beschrieben werden.
• Die Schalter S1, S2, S3 der Schaltung gemäß Figur 1 werden von einer nicht dargestellten Zeitsteuerung angesteuert, wobei der Schalter S1 im Ruhezustand der Schaltung geschlossen ist, so daß der Kondensator C entladen ist. Zur Analog/Digital-Wandlung des Wertes des Meßwiderstandes RM wird zunächst der Schalter S1 geöffnet, so daß der aus Operationsverstärker OP1 und Kondensator C gebildete Integrator betriebsbereit ist. Zum gleichen Zeitpunkt tl t1 wird der Schalter S2 geschlossen (vgl. Figur 2b und c). Während einer darauffolgenden Referenzphase der Dauer t tR wird nun der Eingangs strom des Operationsverstärkers OP1 von dem Strom bestimmt, der von der Bezugsspannung UB und dem Referenzwiderstand RR vorgegeben ist. Da dieser Eingangsstrom konstant ist, steigt die Integratorspannung uC an, wie aus Figur 2a ersichtlich. Nachdem die vorgegebene Zeitdauer der Referenzphase im Zeitpunkt t2 verstrichen ist, wird der Schalter S2 geöffnet und dafür der Schalter 33 geschlossen. Der Kondensator C kann sich nun über den Meßwiderstand RM nach Masse entladen, was sich in einer linear abfallenden Integratorspannung uC bemerkbar macht, wie aus Figur 2a ersichtlich. Nach Verstreichen der Meßzeit tM schaltet der dem Operationsverstärker OP1 nachgeschaltete, als Komparator dienende Operationsverstärker OP2 um. Dabei wird während der Meßdauer t tM diese durch Auszählen einer Taktfrequenz bestimmt, so daß am Ende der Messung zum Zeitpunkt t3 der Wert des Meßwiderstandes als digitales Signal zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird über den Schalter S1 der Kondensator C entladen, so daß ein neuer Meßvorgang beginnen kann.
• Dabei gilt für die Meßzeit und ist damit proportional zum Wert RM des Meßwiderstandes. Soll die Meßzeit tM jedoch umgekehrt proportional zum Werte des Meßwiderstandes RM werden, muß die Ansteuerung der Schalter S2 und S3 vertauscht werden, d.h. der Kondensator C wird über den Meßwiderstand RM zunächst negativ aufgeladen und alsdann über den Referenzwiderstand RR entladen.
• Es versteht sich, daß mit der vorab geschildereten Schaltungsanordnung Meßwiderstände der verschiedensten Art gemessen werden können, aufgrund der präzisen Messung des Widerstandes eignet sich die Schaltung jedoch insbesondere zur Messung des Wertes von Meßwiderständen in Dehnungsmeßstreifen oder Temperatursensoren.
• Die Bezugsspannung braucht dabei nur während der Meßdauer (tR + tM) konstant zu sein, so daß der Einsatz aufwendiger und langzeitstabiler Spannungsquellen nicht erforderlich ist Leerseite

Claims (2)

1. Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Analog/Digital-Wandlung des Wertes eines Widerstandes, insbesondere des Meßwiderstandes (RM) eines Temperatursensors oder eines Dehnungsmeßstreifens, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Integrator vorgesehen ist, der in einer Referenzp0hase (tR) mit einem Referenz-Eingangssignal einer ersten Polarität und in einer Meßphase (tM) mit einem Meß-Eingangssignal entgegengesetzter Polarität angesteuert wird, wobei ein Meßwert aus dem Verhältnis der zeitlichen Dauer von Referenz- und Meßphase gebildet wird, und daß das Referenz-Eingangs signal ein aus einer Bezugsspannung (UB) über einen Referenzwiderstand (RR) gebildeter Referenzstrom und das Meß-Eingangssignal ein aus einer Integratorspannung (uC) über den Meßwiderstand (RM) gebildeter Meßstrom ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator ein mit einem Kondensator (C) rückgekoppelter Operationsverstärker (OP1) ist, der mit dem Referenzstrom geladen bzw. entladen und mit dem Meßstrom entladen bzw. geladen wird.