Gleichzeitige Bestimmung der Widerstandsänderung und der Temperatur in Messbrücken

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.

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.

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.

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.

• 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

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).