Gleichzeitige Bestimmung der Widerstandsänderung und der Temperatur in Messbrücken
Kurzfassung
Das neue Auswertungs-Konzept für Brückenschaltungen bietet die Möglichkeit zur gleichzeitigen Bestimmung der Widerstandsänderung und der Temperatur ohne die Verwendung zusätzlicher Temperatursensoren. Ein Offset kann direkt kompensiert werden, was sich speziell in Bereichen auszahlt, in denen eine hohe Genauigkeit gefordert ist.
Vorteile
- Messbrücken mit höherer Genauigkeit ohne zusätzlichen Temperatursensor
- Gleichzeitige Bestimmung von Widerstand- und Temperaturänderung
- Direkte Bestimmung und Kompensation des Temperatureinflusses
- Kein Abgleich der Brückenschaltung erforderlich
- Für Viertel-, Halb- und Vollbrücke geeignet
- Verwendung von Strom- oder Spannungsquellen
Anwendungsbereiche
Das an der Hochschule Karlsruhe entwickelte Konzept zur Auswertung von Brückenschaltungen bietet die Möglichkeit zur gleichzeitigen Bestimmung der Widerstandsänderung und der Temperatur ohne die Verwendung zusätzlicher Temperatursensoren und damit einen Vorteil, der sich speziell in Bereichen auszahlt, wo eine hohe Genauigkeit gefordert ist (wie in der Sensorik).
Hintergrund
Brückenschaltungen (Messbrücken) werden in vielen Fällen zur Bestimmung der Widerstandsänderung genutzt, welche die zu messende Größe repräsentiert. Das Prinzip ist einfach und wird daher in einer großen Zahl an Anwendungen eingesetzt, wie bspw. auch zur Bestimmung physikalischer Kenngrößen (in Sensoren für Druck, Kraft, Magnetfeld mittels AMR-/ GMR-Effekt). Da die Widerstände und gerade auch die Widerstandsänderung temperaturabhängig sind, ist die Kenntnis der Temperatur der Messbrücke erforderlich, um die Messgröße möglichst genau zu bestimmen. Die Unterdrückung eines möglichen Offsets der Ausgangsspannungen ist ebenso wünschenswert.
Problemstellung
Zum Ab- und Ausgleich des u.a. temperaturbedingten Offsets in Schaltungen existieren unterschiedliche Lösungen. Durch den Einsatz zusätzlicher Temperatursensoren, unter Zuhilfenahme von Kennlinien oder Berechnungsverfahren lassen sich Messfehler vermindern; das erfordert jedoch stets zusätzlichen Aufwand.
Lösung
Das auf herkömmlichen Brückenschaltungen basierende Konzept bietet durch die Verknüpfung verschiedener Informationen – wie Temperaturkoeffizienten (TK) und Spannungswerte – die gleichzeitige Berechnung von Widerstands- und Temperaturänderungen in einer Messbrücke. Das Verfahren beschreibt zwei Varianten, mit (1) oder ohne (2) eines zusätzlichen Widerstands R5 (s. Abb.). Ein Temperatursensor wird nicht benötigt. Zur Versorgung können sowohl Strom- als auch Spannungsquelle dienen; in Abhängigkeit bestimmter Voraussetzungen, wie Widerstandswerte bzw. TK einzelner Widerstände, sind Variante 1 oder 2 als Voll- Halb- oder Viertelbrücken möglich. Mittels eines Mikrocontrollers können direkt die reine Widerstandsänderung und auch die Temperatur vor Ausgabe der Messgröße berechnet werden. Ein Abgleich der Brückenschaltung ist nicht erforderlich.