[发明专利]用于平衡一个电阻电桥电路的对角线测量电压的电路结构

说明书

本发明涉及一种用来平衡一个电阻电桥线路对角线测量电压的电路结构。

由EP-OS0009231已知一种用来测量一个电阻电桥线路的不平衡电压的线路结构，一个可以任意失调的第二个电阻电桥线路与这个电阻电桥线路在它们的电源对角线与测量对角线上相互并联。为了使公共的失调电压消失而必须的第二个电桥线路的失调度用来表示第一个电桥线路的不平衡电压的大小，这个失调是由一个接在这两个电桥线路的公共不平衡电压上的一个跟踪系统控制的。为此，第二个电阻电桥线路在两个供电点上被断开，并在每一个断点处桥接一个附加的电阻电桥。通过一个双路开关的接点使两个附加电阻的连接点以使电桥对角线可转换的方式与供电电路相联。转换频率的信号保持时间与间歇时间之比值由跟踪系统进行控制。

本发明的任务是，提供一个用来对一个电阻电桥线路的不平衡测量电压进行调整的电路结构。它不必利用第二个电阻电桥作为补偿装置。调整方法应具有可能高的精度，并可适用于一个自动测量装置中而不带机械运动部分。

现利用图示的一个实施例对本发明作进一步的说明。

图中画出了一个由电阻R₁、R₂、R₃、和R₄组成的电阻电桥线路。直流电流I_B流经端点为A和B的第一电桥对角线。电阻R₁至R₄中至少有一个是测量元件，它与被测量有关而有所变化。

桥臂R₃，R₄在D点与E点断开，中间桥接一个调整电阻R_A、出于为使电流等量分配的原因，在另一个桥臂R₁、R₂上接入两个1/2R_A的固定电阻，使其总和具有相同数值。

调整电阻R_A的端点D和E各自与一个电子控制开关S1和S2相联，它们的静触点在F点相互联接，并与一个低通滤器TP的输入端相联。一个数字控制信号将开关S1和S2相互相反地交替地通断。该控制信号是由一个脉宽调制器PW提供的。在电桥点C与低通滤波器输出端之间出现的不平衡电压U_D输入到模数转换器A/D的输入端，该转换器以较高的精度将所测电压U_D转换为一个相应的数字量。该数字量输入到一个控制单元ST，该单元影响脉宽调制器PW的控制信号。可以利用一个微处理器作为控制单元ST。

对电阻电桥线路的不平衡电压U_D的调整过程是在一个由开关S1和S2、模/数转换器A/D、控制单元ST和脉宽调制器PW组成的数字式系统中实现的。这个数字式调节系统利用调整电阻R_A代替了一个机械式可调电位器，而利用两个开关S1与S2来改变分配器的比例。利用由脉宽调制器PW产生的、其保持时间与间歇时间之比值可调的控制信号使两个开关交替地周期性地进行通断。如果处于开关S1持续接通而开关S2持续断开的极端情况的话，在断桥端点C与D之间的测量电压U_CD就为电压值U_D。相反地，在相反的极端情况中，在断桥端点C与E之间的测量电压U_CE就为电压值U_D。当控制信号的保持时间与间歇时间之比值给定在这两种极端情况之间时，所测电压U_D就处于上述两个所测电压极端值之间，而且对信号的保持时间与间歇时间之比值即占空比成线性关系。假定控制信号的周期为T，接通时间为t，则低通滤波器的输出电压U_D为

U_D＝U_CD+（U_CE-U_CD）×t/T

从而，利用以数字方法可调的控制信号保持时间与间歇时间之比值取代了与电阻电桥线路的失调情况有关的模拟式平衡电位器的调整方法。由一个其保持时间与间歇时间之比值可以调节的矩形脉冲信号作为控制信号，它是由脉宽调制器PW产生的。控制单元ST根据由模/数转换器发送来的测量电压U_D的数字量值以数字量步距调节所说的信号保持时间与间歇时间之比值。因为是以离散方式调节这个比值的，这个数字式调节系统的解也是阶梯式的，所以一般地说所希望的电桥的调整过程不能一直到不平衡电压测量值U_D等于零为止。还留下一个不能调整的剩余偏差，它是可以用模/数转换器A/D测得的，所以仍然剩余的调整误差是可以通过测量得到的。

这个剩余偏差是与电桥电流T_B的大小成线性关系的。所以如果模/数转换器A/D检测剩余电压时没有测出I_B的偏差值的话，就出现测量误差。然而如果模数转换器所需的参考电压是从降落在调整电阻R_A上的电压U_A中取得的话，当电桥电源电流I_B变化时，变换器的特性也就变化。剩余偏差与参考电压是与I_B成比例的，所以I_B发生变化时，不仅在剩余偏差中，而且也在参考电压中产生一个百分比相等的偏差。从而对在测量剩余偏差时由I_B所引起的误差就完全可以予以补偿。积分式变换器适于用作模/数转换器，例如是按照双斜坡方法工作的转换器。