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Dokumentenidentifikation DE102004028681B4 27.12.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände
Anmelder Peter, Dieter, 42287 Wuppertal, DE
Erfinder Peter, Dieter, 42287 Wuppertal, DE
Vertreter Dörries Frank-Molnia & Pohlman, 80538 München
DE-Anmeldedatum 14.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004028681
Offenlegungstag 12.01.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse G01R 27/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01R 17/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände.

Verfahren aus dem Stand der Technik zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände werden beispielsweise bei der Temperaturbestimmung in Kühlgeräten, Klimaanlagen, in Maschinen zur Überwachung beispielsweise der Öltemperatur eingesetzt.

Die üblichen Verfahren verwenden eine Lade – Entladetechnik, um das Verhältnis zweier Widerstände zu bestimmen. Üblicherweise ist dabei einer der Widerstände ein temperaturabhängiges Element, z.B. ein Thermistor, der mit einem bekannten Referenzwiderstand verglichen werden soll.

Ein Thermistor kann dabei je nach Verwendungszweck ein PTC oder ein NTC sein. Abhängig von der Temperatur ändert sich der Widerstandswert.

Das Messprinzip basiert auf der Tatsache, dass die Spannung V am Kondensator eine zeitabhängige Funktion ist, die von einer Zeitkonstante &tgr; abhängt.

Die Zeitkonstante &tgr; wiederum ist das Produkt aus Kapazität und Entladewiderstand R.

Üblicherweise wird ein Kondensator auf eine Anfangsspannung Vi geladen und anschließend bis zu einer bestimmten Schwellenspannung Vth über den veränderlichen Widerstand entladen. Die hierfür erforderliche Zeit tx wird gemessen und gespeichert. Es gilt nun der folgende Zusammenhang:

In einem zweiten Ladezyklus wird der Kondenstor erneut auf die Anfangsspannung Vi geladen und anschließend über den Referenzwiderstand Rref entladen. Die hierfür erforderliche Zeit tref wird gemessen und gespeichert. Es gilt nun der Zusammenhang:

Da das Verhältnis von Vth und Vi in beiden Messungen identisch ist, kann nun der Exponent verglichen werden. Hieraus folgt,

und mit &tgr; = R·C
dass durch Division der gemessenen Zeiten tx und t tref das Widerstandsverhältnis zu
bestimmt werden kann.

Dieses Verfahren kann natürlich auch in ähnlicher Weise angewendet werden, indem die Ladezeit anstatt der Entladezeit gemessen wird, jeweils für den veränderlichen Widerstand und den Referenzwiderstand.

Dieses Verfahren kann sowohl in Software als auch in Hardware implementiert werden. Jedoch erfordern sowohl das Lade-Entlade-Verfahren als auch das Entlade-Lader-Verfahren die Bildung eines Verhältnisses, sei es durch einen Hardwaredividierer oder durch eine Softwaredivision. Hardwaredividierer erfordern eine umfangreiche Logik, die solche Einheiten teuer machen; Softwarelösungen erfordern einen erheblichen Zeitaufwand.

Darüber hinaus ist bei einer digital nach analog Wandlung auch das Least Significant Bit (LSB) und damit die Messauflösung eine Größe, die von Vi, Vth, und der Kapazität C abhängt.

Verfahren und Vorrichtungen der vorbeschriebenen Art sind beispielsweise aus der Deutschen Patentschrift DE 101 34 635 C1 bekannt.

Andere wie die aus der Deutschen Patentschrift DE 196 41 648 C1 bekannten Vorrichtungen und Verfahren erfordern den Einsatz von zwei Referenzwiderstandseinheiten und einer komplizierten Berechnung, welche zumindest eine Division und eine Exponentialfunktion erfordern.

Weitere Vorrichtungen und Verfahren, wie die aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 101 57 529 A1 bekannte Vorrichtung, stellen den Widerstand aus einer Nachführung eines Oszillators fest. Diese Vorrichtung und das entsprechende Verfahren erfordern unter Umständen mehrere Messzyklen bis das Messergebnis feststeht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände zur Verfügung zu stellen, dass die Nachteile bisheriger Verfahren vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem keine Division nötig ist.

Wie in dem vorbeschriebenen Verfahren aus dem Stand der Technik wird eine Kapazität C auf eine anfängliche Spannung Vi geladen. Anschließend wird der Kondenstor C über einen unbekannten Widerstand Rx bis zu einer Schwellspannung Vth entladen. Beim Entladen wird die Zeit tx1 zum Entladen der Kapazität C gemessen und gespeichert.

In einem zweiten Zyklus wird der Kondensator C erneut auf die anfängliche Spannung Vi geladen. Anschließend wird der Kondenstor C über einen bekannten Referenzwiderstand Rref für eine vorbestimmte Zeit tref auf eine Zwischenspannung Vref entladen.

Der Entladevorgang wird dann über den unbekannten Widerstand Rx fortgeführt und der Kondensator C wird bis zur Schwellspannung Vth entladen. Beim Entladen wird die Zeit tx2 zum Entladen der Kapazität C von der Zwischenspannung Vref auf die Schwellenspannung Vth gemessen und gespeichert.

Da das Verhältnis von Vth und Vi in beiden Messungen identisch ist, kann nun der Exponent verglichen werden. Hieraus folgt,

und mit &tgr; = R·C
dass durch Subtraktion der gemessenen Zeiten tx und tref das Widerstandsverhältnis zu
bestimmt werden kann.

Das vorbezeichnete erfinderische Verfahren kann natürlich auch dahingehend abgewandelt werden, dass der Kondensator C nur auf die Referenzspannung Vref geladen wird und anschließend nur noch bis zur Schwellenspannung Vth entladen wird, da der Kondenstor C fest ist und damit auch die Referenzzeit tref festgelegt ist.

Bei dem vorbeschriebenen Verfahren ist also durch geeignete Wahl von Rref keinerlei Division mehr nötig. Dadurch kann das Verfahren sowohl einfach in Hardware als auch erheblich schneller in Software implementiert werden.

Weiterhin vorteilhaft ist, daß das Least Significant Bit (LSB) und damit die Messauflösung eine Größe ist, die ausschließlich durch das Verhältnis von Rx/tref geeignet gewählt wird.

Ferner kann das vorbeschriebene Verfahren natürlich auch in umgekehrter Reihenfolge angewendet werden, so dass zuerst tx2 und anschließend tx1 bestimmt wird.

Weiterhin kann das Verfahren auch anstatt mit einer Lade-Entladetechnik auch mit einer Entlade-Lade-Technik verwendet werden. Die notwendigen Modifikationen erschließen sich dem Fachmann ohne weiteres aus dem physikalischen Zusammenhang.

Dem Fachmann erschließen sich auch andere Anwendungsmöglichkeiten zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände, bei dem der veränderliche Widerstand Rx kein thermisch variables Element ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist auf Mittel zum Laden eines Kondenstors C. Weiterhin weist die Vorrichtung Mittel zum Entladen des Kondensators C mittels entweder eines bekannten Referenzwiderstands Rref oder eines veränderlichen unbekannten Widerstandes Rx auf. Darüber hinaus weist die Vorrichtung Mittel zur Bestimmung der Spannung am Kondensator C und Mittel zur Bestimmung der abgelaufenen Zeit auf.

Die vorbezeichnete Vorrichtung kann zur Anwendung eines der vorbezeichneten erfinderischen Verfahren eingesetzt werden.

Beispielsweise können die Mittel zum Laden und Entladen des Kondenstors C geeignete Ein- bzw. Ausgänge eines TTL-Schaltkreises sein. Der entsprechende Widerstand kann beispielsweise über einen Sequencer ausgewählt werden. Weiterhin können die Mittel zur Bestimmung der Spannung als TTL-Schaltkreis mit einer bestimmten Schwellspannung ausgeführt sein, z.B. ein Komperator. Darüber hinaus können die Mittel zur Bestimmung der Zeit einfache Zähler sein.

Werden beispielsweise Standard TTL Schaltlogiken verwendet, führt die Laden-Entlade-Technik gegenüber der Entlade-Lade-Technik zu einer verbesserten Auflösung. Alternative kann auch eine geringere Kapazität eingesetzt werden.

Eine derartige Vorrichtung lässt sich sowohl integriert als auch diskret aufbauen.


Anspruch[de]
Verfahren zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände aufweisend die Schritte:

(1) Laden eines Kondensators C auf eine anfängliche Spannung Vi,

(2) Entladen eines Kondensators C mittels eines unbekannten Widerstandes Rx auf eine Schwellenspannung Vth und Messen der dazu nötigen Zeit tx1,

(3) Laden des Kondensators C auf die anfangliche Spannung Vi,

(4) Entladen des Kondensators C mittels eines bekannten Referenzwiderstands Rref auf eine Referenzspannung Vref, die kleiner als die Spannung Vi und größer als die Schwellenspannung Vth ist,

(5) Fortsetzen des Entladens des Kondensators C mittels des unbekannten Widerstands Rx auf die Schwellenspannung Vth und Messen der dazu nötigen Zeit tx2,

(6) Bilden der Differenz aus den beiden ermittelten Zeiten.
Verfahren zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände aufweisend die Schritte:

(1) Entladen eines Kondenators C auf eine Schwellenspannung Vth,

(2) Laden eines Kondensators C mittels eines unbekannten Widerstandes Rx auf eine anfängliche Spannung Vi und Messen der dazu nötigen Zeit tx1,

(3) Entladen des Kondensators C auf eine Schwellenspannung Vth

(4) Laden des Kondensators C mittels eines bekannten Referenzwiderstands Rref auf eine Referenzspannung Vref, die kleiner als die Spannung Vi und größer als die Schwellenspannung Vth ist,

(5) Fortsetzen des Ladens des Kondensators C mittels des unbekannten Widerstands Rx auf die anfängliche Spannung Vi und Messen der dazu nötigen Zeit tx2,

(6) Bilden der Differenz aus den beiden ermittelten Zeiten.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (1) und (2) nach den Schritten (3) (4) und (5), aber vor Schritt (6) ausgeführt werden. Vorrichtung zur Bestimmung des Verhältnisses zweier Widerstände, mit der ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durchgeführt wird. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung integriert ausgeführt ist.






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