测量放大装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及测量放大方法和测量放大装置，用于在使用积分的模数转换器的情况下检测以双极性矩形的供电电压（Ｕ↓［ｓ］）供电的测量电桥（１０）的失调。本发明专利技术的特征在于，在模数转换中使用的参考电压（Ｕ↓［ｒｅｆ］）经历极性变换，该极性变换与供电电压（Ｕ↓［ｓ］）的极性变换同步。通过偶数数目的单个测量的加和完全消除偏移和漂移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于检测以双极性矩形供电电压供电的测量电桥的失调的测量放大装置。本专利技术还涉及一种用于检测以双极性矩形供电电压供电的测量电桥的失调的测量放大方法。
技术介绍
已知的装置具有进行积分的模数转换器，该模数转换器基于测量电桥的双极性模拟失调信号生成用于表示电桥失调的数字输出值。在此，模数转换器具有积分器，积分器将在运行中持续地加载在其上的测量信号和间歇性地在其上加载的参考信号工作电平进行积分。此外，模数转换器具有在积分器后面串联的比较器，该比较器将积分器输出信号与阈值进行比较。比较器测定出当积分器输出信号跨越阈值的每个时间点。借助反馈至可切换的参考电压源的比较器输出信号，比较器控制参考信号的工作电平的间歇性的加载。在此，时间测量件检测每个测量间隔的持续时间，因为由此限定，在测量间隔的持续时间期间，参考信号的工作电平被加载到积分器上，作为电桥失调的量度的基础而被检测。这种用于对测量信号、特别是测量电桥的失调信号进行数字化检测的方法和装置在载波频率放大和载波频率转换的概念中被公知。概念"测量电桥"在此应当理解得较为广泛并且不仅包括传统的惠斯顿电桥，而且也包括所谓的半电桥和其他的以供电电压供电的、具有至少一个可改变的电阻的电路，该电阻的改变导致可在电路上截取的失调电压的失调。6在导入载波频率原理之前，直流电压测量信号，例如测量电桥的失调信号借助直流电压放大器预放大并且接下来在积分的模数转换器中数字化。积分的模数转换器的原理在丰富多样的变动方案中久已被公知。这里例如在DE 21 14 141、 DE 28 20 601 C2以及DE 100 40 373 Al中所述的。在积分的模数转换器中，测量信号被加载到作为积分器布线的运算放大器的输入端上。为了作为积分器布线，运算放大器的输出端通过电容器与其测量信号输入端连接。同样，直流电压参考信号的输入与运算放大器的测量信号输入端相连接。该参考信号仅间歇性地以工作电平接入。在其余时间内参考信号以数量上较低的静电平(Ruhepegel)加载或者完全与运算放大器的输入端分离。在测量脉冲(Messtakt)的第一脉冲部分期间，在该脉冲部分中参考信号的工作电平没有被加载，电容器通过在运算放大器中放大的测量信号被充电。如果在预先给定的时间跨度之后参考信号的工作电平被接入，则电容器在第二脉冲部分期间放电，由此积分器输出信号下降。积分器输出信号的过零的时间点或者通用的过阈值的时间点借助在后面串联的比较器检测，比较器在其一侧通过控制件促使，参考信号的工作电平重新从积分器输入端分离，从而一个新的测量脉冲能够以电容器的充电开始。第二脉冲部分的持续时间，也就是说，时间跨度以合适的时间测量件，例如定时的计数器测量，在该时间跨度期间参考信号的工作电平加载在积分器上。测量的时间段，在此称为测量间隔，表示对于电容器的在第一脉冲部分中进行的充电的量度以及因此对于测量信号的电平的量度。在借助定时的计数器进行时间测量的情况下，计数器值直接地被用作测量信号的数字量度，也即特别是测量电桥的失调信号的数字量度。在过去，直流电压测量信号的精确预放大由于与此相联系的偏移电压和其漂移而具有困难。部分的补救措施通过载波频率原理的导入而实现，载波频率原理也显示关于1/f噪声的抑制方面的优点。在此， 以双极性矩形信号供给测量电桥。由此产生测量电桥的同样是双极性 矩形的失调信号。利用公知的交流电压放大器将上述失调信号预放大。 该预放大的交流电压信号可以接下来通过相位合适的整流和随后的低通滤波过滤转换成直流电压测量信号。这从DE 2164315中公知。接下 来的直流电压测量信号的数字化可以如上面所述那样实现。代替相位合适的整流和接下来的低通滤波过滤，在WO 03/087749 A2中公知一种系统，在该系统中预放大的交流电压失调信号直接地和 高频地被探测，其中，在双极性的失调信号的各相邻的半时段检测到 的探测值的平均值的差被用作电桥失调的量度。这种方法相对于前面 所述的相位合适的整流和接下来的低通滤波过滤的方法具有数字地消 除交流电压预放大器偏移和漂移的优点。然而在此不利的是，很高频 率的但在其分辨率方面受到限制的探测器是必需的。在DE 36 33 790 Al中公知测量电桥的失调信号的电压/频率转换 的装置，其中按照失调信号的变换的累积和去累积的原理以及按照与 比较器中的阈值进行比较的原理生成脉冲列，该脉冲列的频率对于电 桥失调具有代表性。在公知的装置中，测量电桥的供电电压根据外部 的极性变换脉冲任意地进行换极。相应地，在测量电桥上加载的失调 信号也变换其极性，这通常在累积阶段期间发生，相对于累积阶段的 持续时间，去累积阶段(Abintegrationsphase)的持续时间是可被忽略 地短。由此为了在脉冲列中不包括误推移的(feWverschobenen)脉冲， 启动充电平衡回路，其造成待输出脉冲的延迟，该脉冲同样导入下一 个去累积阶段。该装置具有多个缺点。第一，脉冲列(其频率为了计 算测量电压值必须被测量)的产生已经是不利的，因为一方面在技术 上是费事的并且另一方面是费时的，因为为了精确测量频率，许多个 脉冲，也就是说许多个累积阶段和去累积阶段必须被考虑。第二，原 理以忽略偏移电压、电容剩余电压和对于去累积所必需的时间为基础。 这可能在很多情况下是切合实际的假设。但是，在非常迅速和/或非常精确的测量需求情况下，这些因素就不再能够被忽略了，以致公知的 测量方法或者相应的装置在此不能被使用。第三，充电平衡回路需要 大量附加的构件，这意味着相应高的技术投入和能量耗费。由DE42 22 580A1公知带有积分器的传统的模数转换电路，除了 测量信号之外还将参考信号的变换不同的电平加载到积分器上。在US 4 031 532中公开了用于测量电桥的失调电压转换的模数转 换电路。该电路具有积分器，除了失调信号还将由电桥供电电压导出 的参考信号加载到积分器上，参考信号的极性为了累积和去累积而转 变。与此相反供电电压的极性保持恒定。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，将测量放大装置和测量放大方法如此进一步 改进，以使得能够在不引入附加的高频的但是分辨率受限的元件的情 况下实现预放大器的良好的偏移减少和漂移减少。该任务借助权利要求1的特征以及权利要求8的特征予以解决。根据本专利技术提出一种用于检测以双极性矩形供电电压供电的测量 电桥的失调的测量放大装置，该测量放大装置具有积分的模数转换器， 该模数转换器基于测量电桥的双极性模拟失调信号生成用于表示电桥 失调的数字输出值，其中，模数转换器具有-积分器，积分器将失调信号或者由失调信号导出的双极性信号以 及将间歇性地加载到其上的参考信号工作电平进行积分，其中失调信 号或者由失调信号导出的双极性信号作为在运行中持续地加载到其上 的测量信号；-在积分器后面串联的比较器，其将积分器输出信号与阈值进行比较；-时间测量件，其确定参考信号的工作电平被加载到积分器上的每个测量间隔的持续时间，作为对于电桥失调的量度的基础，其中，比较器测定出积分器输出信号跨越阈值的每个时间点，并且控制件依赖于所测定的跨越时间点-控制可切换的供电电压源，以实现供电电压的极性变换，以及 -控制可切换的参考电压源，以将参考信号的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
测量放大装置，用于检测以双极性矩形供电电压（Ｕ↓［ｓ］）供电的测量电桥（１０）的失调，所述测量放大装置具有积分的模数转换器，所述模数转换器基于所述测量电桥（１０）的双极性模拟失调信号（Ｕ↓［ｖ］）生成用于表示电桥失调的数字输出值，其中，所述模数转换器具有：　－积分器（１８、２０），所述积分器（１８、２０）将所述失调信号（Ｕ↓［ｖ］）或者由所述失调信号（Ｕ↓［ｖ］）导出的双极性信号以及将间歇性地加载到所述积分器上的参考信号（Ｕ↓［ｒｅｆ］）的工作电平进行积分，其中所述失调 信号（Ｕ↓［ｖ］）或者由所述失调信号（Ｕ↓［ｖ］）导出的双极性信号作为在运行中持续地加载到所述积分器上的测量信号；　－在所述积分器（１８、２０）后面串联的比较器（２６），所述比较器（２６）将积分器输出信号与阈值进行比较；　－时间 测量件，所述时间测量件确定所述参考信号（Ｕ↓［ｒｅｆ］）的工作电平被加载到所述积分器（１８、２０）上的每个测量间隔（Ｔ↓［ｍ］）的持续时间，作为对于所述电桥失调的量度的基础，　其中，所述比较器（２６）测定出所述积分器输出信号跨越阈值的 每个时间点，并且控制件（２８）依赖于所测定的跨越时间点而控制可切换的供电电压源（１２）以实现所述供电电压（Ｕ↓［ｓ］）的极性变换，以及控制可切换的参考电压源（１２、２４）以将所述参考信号（Ｕ↓［ｒｅｆ］）的工作电平与所述积分器（１８、２０）分离，从而使得所述参考信号和所述供电电压相互同步地具有双极性。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：海因里希费尔多特，艾尔弗雷德克劳尔，
申请(专利权)人：赛多利斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]