Instrumentenverstärker Fehler zwischen Sensor und Verstärker automatisch erkennen

Zwischen Sensor und Instrumentenverstärker können sich während des Betriebs Fehler einstellen. Ursachen sind falsche Anwendung, Umgebungsverhältnisse, mangelnde Qualität beim Zusammenbau etc. Wir beschreiben gängige Fehlerarten und erklären falsche Messergebnisse.

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IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Zwischen einem Sensor und dem Instrumentenverstärker, an den er angeschlossen ist, können Fehler auftreten – an den vier in Bild 1 mit A, B, C und D bezeichneten Punkten.

An Punkt A kann es zu einer Stromkreisunterbrechung zwischen der Versorgungsspannung und der DMS-Brückenschaltung (Drucksensor) kommen, oder aber zu einer Beeinträchtigung/Verschlechterung der Verbindung, die den Leitungswiderstand zwischen der Brückenschaltung und der Stromversorgung erhöht. Die gleichen Fehlerarten sind an Punkt B zwischen Brücke und Masse möglich.

An den Punkten C und D können folgende Defekte auftreten: eine Stromkreisunterbrechung zwischen Brücke und Verstärker, eine beeinträchtigte Verbindung mit einer Widerstandszunahme zwischen Brücke und Verstärker sowie ein Kurzschluss zur Versorgungsspannung oder zur Masse. Als zusätzlicher Fehler kann ein Kurzschluss zwischen Punkt C und Punkt D entstehen.

Diese Fehler haben Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Systems. Im unbelasteten Zustand liegt an beiden Verstärkereingängen im normalen Betrieb eine Spannung von V+/2. Diese Spannung läge auch bei einem Kurzschluss zwischen den Punkten C und D noch an, doch würde es hier bei einer Dehnung zu keiner Spannungsdifferenz zwischen den Verstärkereingängen kommen, sondern an beiden Eingängen würde weiterhin V+/2 gemessen. Feststellen lässt sich ein Kurzschluss zwischen C und D, indem man einen geringen Strom an Punkt C injiziert und den Spannungsabfall misst. Liegt kein Kurzschluss vor, misst der Verstärker den Spannungsabfall an den Widerständen der Brücke. Bei einem Kurzschluss zwischen Punkt C und Punkt D ist dieser Spannungsabfall sehr gering. Jeder der zuvor genannten Fehler lässt sich mit einer der folgenden drei Methoden erkennen:

• Durch Messen der absoluten Spannung am Eingang des Instrumentenverstärkers (nicht der Differenzspannung an den Eingängen des Instrumentenverstärkers).

• Durch Injizieren eines Stroms und Messen der daraus resultierenden Spannung am Eingangs-Pin des Instrumentenverstärkers.

• Durch Injizieren eines Stroms und Messen der Differenzspannung an den Eingangs-Pins des Instrumentenverstärkers.

Tabelle 1 gibt eine Übersicht zu Fehlern und die Methoden, mit denen sie sich aufdecken lassen. Ist beispielsweise die Verbindung an Punkt B unterbrochen, werden beide Eingänge des Instrumentenverstärkers auf V+ gezogen. Dieser Fehler lässt sich somit beim Messen der Spannung an einem Instrumentenverstärker-Eingang daran ablesen, dass sich nicht die erwartete Gleichtaktspannung von V+/2 einstellt.

Die in Tabelle 1 gelisteten Fehler lassen sich mithilfe diskreter Schaltungen am Eingang des Verstärkers feststellen. Der Instrumentenverstärker allein kann sie dagegen nicht erkennen, da er im Normalfall dafür konfiguriert ist, die Spannungsdifferenz an seinen Eingängen, nicht aber die absolute Spannung an jedem Eingangs-Pin zu messen.

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