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Entwicklung eines Wheatstone-Brücken-Simulators

Watzlawik, Martin (1998):
Entwicklung eines Wheatstone-Brücken-Simulators.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit der klemmenäquivalenten Nachbildung eines piezoresistiven Drucksensors in Hardwareform. Dieser Simulator wird als Referenzsensor zur Fehlerbestimmung der Primärelektronik für piezoresistive Drucksensoren benötigt. Die Primärelektronik hat zwei Aufgaben: sie liefert zum einen die Versorgungsspannung für die Wheatstone-Brücke und verstärkt zum anderen deren Ausgangsspannung. Sensor wie Simulator werden mit dem gleichen Primärelektronik IC betrieben.

Die nachzubildende druckproportionale Widerstandsänderung gängiger Sensoren beträgt 0-120Ώ.

Das Prinzip eines piezoresistiven Drucksensors beruht auf einer Widerstandsänderung, die eine druckproportionalen Verstimmung einer Wheatstone- Vollbrücke verursacht. Die Nachbildung soll sich elektrisch wie ein solcher Drucksensor verhalten. Gleichzeitig sollen die Kennwerte der Nachbildung bekannt sein, und sie soll automatisch über eine digitale parallele Schnittstelle von außen steuerbar sein.

Die zur Simulation untersuchten Prinzipien beruhen auf den Überlegungen, von Brückennachbildungen und Nachbildungen von Brückenausgangsspannungen.

Bei der Brückennachbildung gilt es feste oder einstellbare ohmsche Widerstände zu finden, die gleichzeitig temperaturstabil (TK <= 3ppm) sind.

Betrachtet werden Präzisionspotentiometer und -widerstände, Digitalpotentiometer, spannungsgesteuerte Widerstände, Widerstandsarrays, Dickschichtwiderstände, Wickelwiderstände aus Speziallegierungen und Ultrapräzisionswiderstände.

Zur Nachbildung der Brückenausgangsspannung wurden Digital/Analog-Wandler ausgesucht und auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Betrachtet wurden Wandler mit parallelem TTL-Logik-Eingang, mindestens 12bit Auflösung, externer Referenzquelle, unipolarem Spannungsausgang und einem Linearitätsfehler <= ½LSB.

Das Ergebnis der Arbeit ist ein Simulator, der 16 auswählbare Widerstandsänderungen im Bereich von 0-120Ώ zur Verfügung stellt. Die Widerstandsänderungen erfolgen jeweils in 8Ώ Schritten. In Abhängigkeit der Versorgungsspannung der Primärelektronik ergibt sich eine ,druckproportionale` Ausgangsspannung zwischen 0-200mV. Realisiert werden sie mit 16 definiert verstimmten Wheatstone-Vollbrücken. Brücken und Primärelektronik werden über mechanische Miniaturrelais verbunden. Jede Brücke ist aus 4 Ultrapräzisionswiderständen, die einen absoluten Temperaturkoeffizienten von 2ppm haben, aufgebaut. Als Folge der Widerstandsänderungen ergeben sich in Abhängigkeit der Brückenversorgungsspannung ,druckproportionale` Ausgangsspannungen. Die Steuerung erfolgt über eine 4Bit parallele digitale Schnittstelle als GAL-programmierter Multiplexer.

Eine Auswahl aus 8 anschließbaren Primärelektroniken erfolgt über eine 3Bit parallele digitale Schnittstelle.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 1998
Creators: Watzlawik, Martin
Title: Entwicklung eines Wheatstone-Brücken-Simulators
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit der klemmenäquivalenten Nachbildung eines piezoresistiven Drucksensors in Hardwareform. Dieser Simulator wird als Referenzsensor zur Fehlerbestimmung der Primärelektronik für piezoresistive Drucksensoren benötigt. Die Primärelektronik hat zwei Aufgaben: sie liefert zum einen die Versorgungsspannung für die Wheatstone-Brücke und verstärkt zum anderen deren Ausgangsspannung. Sensor wie Simulator werden mit dem gleichen Primärelektronik IC betrieben.

Die nachzubildende druckproportionale Widerstandsänderung gängiger Sensoren beträgt 0-120Ώ.

Das Prinzip eines piezoresistiven Drucksensors beruht auf einer Widerstandsänderung, die eine druckproportionalen Verstimmung einer Wheatstone- Vollbrücke verursacht. Die Nachbildung soll sich elektrisch wie ein solcher Drucksensor verhalten. Gleichzeitig sollen die Kennwerte der Nachbildung bekannt sein, und sie soll automatisch über eine digitale parallele Schnittstelle von außen steuerbar sein.

Die zur Simulation untersuchten Prinzipien beruhen auf den Überlegungen, von Brückennachbildungen und Nachbildungen von Brückenausgangsspannungen.

Bei der Brückennachbildung gilt es feste oder einstellbare ohmsche Widerstände zu finden, die gleichzeitig temperaturstabil (TK <= 3ppm) sind.

Betrachtet werden Präzisionspotentiometer und -widerstände, Digitalpotentiometer, spannungsgesteuerte Widerstände, Widerstandsarrays, Dickschichtwiderstände, Wickelwiderstände aus Speziallegierungen und Ultrapräzisionswiderstände.

Zur Nachbildung der Brückenausgangsspannung wurden Digital/Analog-Wandler ausgesucht und auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Betrachtet wurden Wandler mit parallelem TTL-Logik-Eingang, mindestens 12bit Auflösung, externer Referenzquelle, unipolarem Spannungsausgang und einem Linearitätsfehler <= ½LSB.

Das Ergebnis der Arbeit ist ein Simulator, der 16 auswählbare Widerstandsänderungen im Bereich von 0-120Ώ zur Verfügung stellt. Die Widerstandsänderungen erfolgen jeweils in 8Ώ Schritten. In Abhängigkeit der Versorgungsspannung der Primärelektronik ergibt sich eine ,druckproportionale` Ausgangsspannung zwischen 0-200mV. Realisiert werden sie mit 16 definiert verstimmten Wheatstone-Vollbrücken. Brücken und Primärelektronik werden über mechanische Miniaturrelais verbunden. Jede Brücke ist aus 4 Ultrapräzisionswiderständen, die einen absoluten Temperaturkoeffizienten von 2ppm haben, aufgebaut. Als Folge der Widerstandsänderungen ergeben sich in Abhängigkeit der Brückenversorgungsspannung ,druckproportionale` Ausgangsspannungen. Die Steuerung erfolgt über eine 4Bit parallele digitale Schnittstelle als GAL-programmierter Multiplexer.

Eine Auswahl aus 8 anschließbaren Primärelektroniken erfolgt über eine 3Bit parallele digitale Schnittstelle.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Drucksensoren piezoresistiv, Generic Array Logic (GAL), Kontaktverfahren, Multiplexer, Simulation Drucksensor resistiv, Wheatstonebrücke
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 09 Sep 2011 14:20
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1433

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 06-07-1998

Ende Datum: 06-10-1998

Querverweis: 17/24 EMKS 1305

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKD 1433
Referees: Zahout-Heil, Dipl.-Ing. Carsten and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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