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DE3424288A1 - Arrangement and method for digital error compensation in input circuits - Google Patents

Arrangement and method for digital error compensation in input circuits

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DE3424288A1
DE3424288A1 DE19843424288 DE3424288A DE3424288A1 DE 3424288 A1 DE3424288 A1 DE 3424288A1 DE 19843424288 DE19843424288 DE 19843424288 DE 3424288 A DE3424288 A DE 3424288A DE 3424288 A1 DE3424288 A1 DE 3424288A1
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temperature
terminal point
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point temperature
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WIGGER HEINZ ULRICH
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Abstract

The arrangement has a main path, i.e.: a clamping point with an integrated temperature sensor part (1), downstream of which there is a pre-amplifier (2) downstream of which there is in turn an A/D converter (4). Connected in parallel with the main path is a by-pass path, i.e.: a temperature sensor integrated in the clamping point and downstream of which there is a dedicated A/D converter (5). The output of the A/D converter (5) is, like the output of the A/D converter (4), connected to a microcomputer (6). The memory of the microcomputer (6) contains characteristics for the temperature and the device-dependent compensation of the components of the input circuit. <IMAGE>

Description

Anordnung und Verfahren zur digitalen Fehlerkom- Arrangement and procedure for digital error com-

pensation in Eingangs schaltungen Bei jedem analogen Bauteil einer Schaltung ist ein Temperaturfehler vorhanden. Dieser Temperaturfehler des Bauteils führt innerhalbder Schaltung zu Fehlern. Soweit es sich bei diesen Fehlern um Temperaturfehler der Thermospannung in Temperaturmeßgeräten handelt, sind Anordnungen sowohl zu deren analoger (DE-OS 31 33 960)als auch digitaler ("elektronikpraxis" Nr. 7 Juli 1982, S. 8 bis 10) Kompensation bekannt. Nicht kompensiert werden aber allgemeine temperatur- und eingangswertabhängige Fehler. compensation in input circuits One for each analog component There is a temperature error in the circuit. This temperature error of the component leads to errors within the circuit. As far as these errors are temperature errors the thermovoltage in temperature measuring devices are arrangements for both analog (DE-OS 31 33 960) as well as digital ("electronics practice" No. 7 July 1982, P. 8 to 10) Compensation known. General temperature- and input value-dependent errors.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur digitalen Fehlerkompensation in Eingangsschaltungen zu schaffen, die die Kompensation von Temperatur-und Bauteilefehlern einschließt. Die Lösung der Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 2 angegeben.The invention aims to provide a remedy here. The invention lies in the Object is based on an arrangement and a method for digital error compensation in input circuits to provide compensation for temperature and component errors includes. The solution to the problem is given in claims 1 and 2.

Bei einer Eingangsschaltung, bei der zu einem Hauptweg, das sind eine Klemmstelle mit integriertem Temperaturfühlerteil, dem ein Vorverstärker nachgeordnet ist, dem wiederum ein A/D-Wandler nachgeordnet ist, gemäß der Erfindung parallel ein Nebenweg geschaltet ist, das sind ein in die Klemmstelle integrierter Temperaturfühler, dem ein eigener Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler nachgeordnet ist, treten folgende Fehler auf: 1. Klemmstellen-Temperaturfehler 2. Klemmstellen-Temperaturfühler-Fehler 3. Vorverstärker-Temperaturfehler 4. Vorverstärker-Unlinearität 5. A/D-Wandler-Temperaturfehler 6. A/D-Wandler-Unlinearität 7. Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Temperaturfehler 8. Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Unlinearität.In the case of an input circuit that leads to a main path, these are one Terminal point with integrated temperature sensor part, followed by a preamplifier is, which in turn is followed by an A / D converter, according to the invention in parallel a bypass is switched, that is a temperature sensor integrated in the terminal point, which is followed by its own terminal point temperature A / D converter, the following occur Error on: 1. Terminal point temperature error 2. Terminal point temperature sensor error 3. Preamplifier temperature error 4. Preamplifier non-linearity 5. A / D converter temperature error 6. A / D converter non-linearity 7. Terminal point temperature A / D converter temperature error 8. Junction temperature A / D converter non-linearity.

Dabei sind als Unlinearitäten Fehler bezeichnet, die von der Eingangsspannung des jeweiligen Bauteils abhängig sind.In this case, non-linearities are errors that arise from the input voltage of the respective component are dependent.

Bei der Erfindung sind die vorgenannten Einzelfehler zu fünf Fehlergruppen unter dem Gesichtspunkt der gemeinsamen Fehlerkorrektur wie folgt zusammengefaßt: I. Klemmstellen-Temperaturfehler II. Vorverstärker-Temperaturfehler, A/D-Wandler-Temperaturfehler III. Vorverstärker-Unlinearität, A/D-Wandl er-Unl inear ität IV. Klemmstellen-Temperaturfühler-Fehler, Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Temperaturfehler V. Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Unlinearität.In the invention, the aforementioned individual errors are divided into five error groups from the point of view of common error correction summarized as follows: I. Terminal point temperature error II. Preamplifier temperature error, A / D converter temperature error III. Preamplifier non-linearity, A / D converter non-linearity IV. Terminal point temperature sensor error, Terminal point temperature A / D converter temperature error V. Terminal point temperature A / D converter non-linearity.

Die Korrektur der Fehlergruppen erfolgt entgegengesetz»der Reihenfolge ihres Auftretens in der Eingangsschaltung oder Eingangsbaugruppe. Dabei hat die Korrektur der Fehler der Klemmstellentemperaturmessung Vorrang, da diese Grundlage der weiteren Korrektur sind. Zuerst muß also Gruppe V korrigiert werden, um den exakten Eingangsspannungswert der Klemmstellentemperatur, der dann noch mit einem Temperaturfehler behaftet ist, zu erhalten. Als zweites muß die Gruppe IV korrigiert werden, um den genauen Wert der Klemmstellentemperatur zu erhalten. Die Klemmstellentemperatur entspricht bei richtiger Auslegung der thermischen Kopplung der Bauteile auch den einzelnen Bauteiletemperaturen.The error groups are corrected in the opposite direction to the sequence their occurrence in the input circuit or input module. The Correction of the error in the terminal point temperature measurement has priority, as this is the basis of further correction are. So group V must first be corrected for the exact input voltage value of the Terminal point temperature, which then is still subject to a temperature error. Second, the group must IV must be corrected in order to obtain the exact value of the terminal point temperature. If correctly designed, the terminal point temperature corresponds to the thermal coupling of the components also the individual component temperatures.

Nachdem die Gruppen V und IV korrigiert wurden, liegt für weitere Berechnungen der genaue Wert der Bauteile-und Klemmstellentemperatur vor. Als drittes wird Gruppe III, aas sind die Vorverstärker-Unlinearität und die A/D-Wandler-Unlinearität nach der Eingangsspannunglkompensiert. Danach erhält man den Wert des Eingangssignals, welcher noch mit den Fehlern aus den Gruppen I und II behalftet ist.After groups V and IV have been corrected, lies for more Calculations of the exact value of the component and terminal point temperature. As third becomes group III, aas are the preamplifier nonlinearity and the A / D converter nonlinearity compensated for the input voltage. Then you get the value of the input signal, which is still associated with the errors from groups I and II.

Als nächstes werden die Fehler der Gruppe II unter Zuhilfenahme der vorher festgestellten Klemmstellen- und Bauteiletemperatur kompensiert. Man erhält den Wert der Eingangsspannung, der noch mit dem Klemmstellen-Temperaturfehler behaftet ist. Als letztes wird dieser Klemmstellen-Temperaturfehler anhand einer abgespeicherten Kennlinie kompensiert. Danach steht der genaue Wert der Eingangsspannung, der auch an den Anschlußklemmen anliegt, zur Verfügung. Der Restfehler bewegt sich in einem Rahmen, der sich nicht mehr, jedenfalls nur noch sehr schwer messen läßt.Next, the errors of group II with the help of the previously determined terminal point and component temperature compensated. You get the value of the input voltage that is still afflicted with the terminal point temperature error is. Finally, this terminal point temperature error is saved using a Compensated characteristic. After that there is the exact value of the input voltage, that too is applied to the connection terminals. The residual error moves in one Frame that can no longer be measured, or at least it is very difficult to measure.

In Ausgestaltung der Erfindung erfolg»die gesamte Korrektur nach der Gleichung Eingangs spannungswert = ((Eingangswert gesamt x Korrekturwert Gruppe III) x (Bauteiletemperatur x Korrekturwert Gruppe II)) x (Klemmstellentemperatur x Korrekturwert Gruppe I), nachdem zuvor die Bauteiletemperatur = (Eingangswert Klemmstellentemperatur x Korrekturwert Gruppe V) x Korrekturwert Gruppe IV festgestellt wurde. Die Durchführung der Korrekturen nach den Gleichungen wird durch den nachgeschalteten Microrechner durchgeführt. Im Hauptspeicher des Rechners wird eine Kennlinie für Gruppe I, II, III, IV und V gelegt.In an embodiment of the invention, the entire correction takes place after the Equation input voltage value = ((total input value x correction value group III) x (component temperature x correction value group II)) x (terminal point temperature x correction value group I), after the component temperature = (Input value terminal point temperature x correction value group V) x correction value Group IV was noted. Carrying out the corrections according to the equations is carried out by the downstream microcomputer. In the main memory of the A characteristic curve for groups I, II, III, IV and V is created using the computer.

Bei Anwendung der Gleichungen wird der Korrekturwert der gespeicherten Kennlinie entnommen und in die Berechnung einbezogen. Nach Auswertung der Gleichungen erhält man den tatsächlichen Wert des Signals, welches am Eingang der gesamten Baugruppe anliegt.Using the equations, the correction value becomes the stored Characteristic taken and included in the calculation. After evaluating the equations you get the actual value of the signal, which is at the input of the entire assembly is present.

In einem Blockschaltbild ist eine Anordnung für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung schematisch dargestellt.In a block diagram is an arrangement for performing the Process according to the invention shown schematically.

Über einen Präzisionstemperaturfühler 1 wird die Klemmstellentemperatur gemessen und dem eigenen Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler 5 zugeführt. Diese Kombination hat eine bestimmte eigene Kennlinie, welche über einen Microrechner 6 linearisiert wird. Der korrigierte Wert wird als Umgebungs- bzw. Klemmstellentemperatur für weitere Berechnungen abgespeichert. Weiterhin wird die Temperatur in eine dem Thermoelement entsprechende Spannung umgerechnet. Diese Spannung wird ebenfalls gespeichert.The terminal point temperature is determined via a precision temperature sensor 1 measured and fed to its own terminal point temperature A / D converter 5. This combination has its own characteristic curve, which is linearized via a microcomputer 6 will. The corrected value is used as the ambient or terminal point temperature for further Calculations saved. Furthermore, the temperature in one of the thermocouples corresponding voltage converted. This voltage is also stored.

Die Thermospannung des Thermoelements wird nach Verstärkung in einem Vorverstärker 2 einem A/D-Wandler 4 zugeführt. Diese Kombination hat ein Kennfeld aus Umgebungstemperatur und Eingangsspannung. Die Kombination wird unter Zuhilfenahme der gemessenen Temperatur in dem Microrechner 6 linarisiert Der Microrechner 6 ist vorzugsweise ein Ein-Chip-Microrechner. Der korrigierte Wert ist der Wert der Thermospannung + Klemmstellen-Thermospannung. Nachdem man die Klemmstellen-Thermospannung zu der Thermospannung addiert hat, steht der Wert der Thermospannung zur Verfügung, welcher dem tatsächlichen Temperaturwert an der Thermoelementespitze entspricht. Dieser Wert wird gemäß den Polynomen der IPTS 68 (80) linearisiert. Die Linearisierung wird auch im Microcomputer 6 durchgeführt. Danach steht der tatsächlich gemessene Temperaturwert zur Verfügung, und zwar mit einem vernachlässigbar kleinen Fehler.The thermoelectric voltage of the thermocouple becomes after amplification in one Preamplifier 2 is fed to an A / D converter 4. This combination has a map from ambient temperature and input voltage. The combination will with the aid of the temperature measured in the microcomputer 6, the linearized Microcomputer 6 is preferably a one-chip microcomputer. The corrected value is the value of the thermal voltage + terminal point thermal voltage. After getting the terminal point thermoelectric voltage has added to the thermal voltage, the value of the thermal voltage is available, which corresponds to the actual temperature value at the thermocouple tip. This value is linearized according to the polynomials of IPTS 68 (80). The linearization is also carried out in the microcomputer 6. Then the one actually measured is available Temperature value available with a negligible error.

Die dem Microrechner 6 nachgeordnete Schaltung ist zu einem Block Microprozessor 3 mit Ausgängen und Anzeige zusammengefaßt.The circuit following the microcomputer 6 is a block Microprocessor 3 combined with outputs and display.

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Claims (3)

Patentansprüche 1. Anordnung zur digitalen Fehlerkompensation einer Eingangsschaltung, die eine Klemmstelle mit integriertem Temperaturfühlerteil aufweist, dem ein Vorverstärker nachgeordnet ist, dem wiederum ein A/D-Wandler nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Vorverstärker (2) ein eigener Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler (5) geschaltet ist, dessen Ausgang ebenso wie der Ausgang des dem Vorverstärker (2) nachgeschalteten A/D-Wandlers (4) mit einem Microrechner (6) verbunden ist, dessen Speicher Kennlinien für die Temperatur- und die Gerätekompensation der Bauteile der Eingangs schaltung enthält. Claims 1. Arrangement for digital error compensation a Input circuit that has a terminal point with an integrated temperature sensor part, which is followed by a preamplifier, which in turn is followed by an A / D converter is, characterized in that a separate terminal point temperature A / D converter parallel to the preamplifier (2) (5) is switched, its output as well as the output of the preamplifier (2) the downstream A / D converter (4) is connected to a microcomputer (6), its memory characteristics for the temperature and device compensation of the components the input circuit contains. 2. Verfahren zur digitalen Fehlerkompensation der Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Temperatur und vom Eingangswert abhängige Fehler in folgende Gruppen zusammengefaßt werden: I. Klemmstellen-Temperaturfehler II. Vorverstärker-Temperaturfehler, A/D-Wandler-Temperaturfehler III. Vorverstärker-Unlinearität, A/D-Wandler-Unlinearität IV. Klemmstellen-Temperaturfühler-Fehler, Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Temperaturfehler V. Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Unlinearität, und die Gruppen in umgekehrter Reihenfolge ihres Auftretens in der Eingangsschaltung kompensiert werden.2. Process for digital error compensation of the input circuit according to claim 1, characterized in that the temperature and the input value dependent errors can be summarized in the following groups: I. Terminal point temperature errors II. Preamplifier temperature error, A / D converter temperature error III. Preamplifier non-linearity, A / D converter non-linearity IV. Terminal point temperature sensor error, Terminal point temperature A / D converter temperature error V. Terminal point temperature A / D converter non-linearity, and the groups in the reverse order of their appearance in the input circuit be compensated. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerkompensation nach der Gleichung Eingangsspannungswert = ((Eingangswert gesamt x Korrekturwert Gruppe III) x (Bauteiletemperatur x Korrekturwert Gruppe II)) x (Klemmstellentemperatur x Korrekturwert Gruppe I) erfolgt, nachdem die Bauteiletemperatur = (Eingangswert Klemmstellentemperatur x Korrekturwert Gruppe V) x Korrekturwert Gruppe IV bestimmt wurde.3. The method according to claim 2, characterized in that the error compensation according to the equation input voltage value = ((total input value x correction value Group III) x (component temperature x correction value group II)) x (terminal point temperature x correction value group I) takes place after the component temperature = (input value Terminal point temperature x correction value group V) x correction value group IV determined became.
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