DE3200353A1

DE3200353A1 - Method and circuit arrangement, particularly for temperature measurement

Info

Publication number: DE3200353A1
Application number: DE19823200353
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Ing. DDR 6325 Ilmenau Artymiak; Peter Dr -Ing. Maschotta; Ralph Dipl.-Ing. DDR 6300 Ilmenau Nicolaschek
Original assignee: GERABERG THERMOMETER
Current assignee: GERABERG THERMOMETER
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1982-01-08
Publication date: 1982-12-09
Also published as: DD206176A3

Abstract

The invention makes it possible to detect a temperature with high accuracy within a wide range of variations. The aim was to carry out the determination of the measurement values without further calibration effort and largely to avoid the disturbing influences on the measurement value determination. According to the invention, a constant voltage is applied for a short time to a series circuit consisting of a series resistor, an end-value resistor, a sensor at measurement temperature and a sensor at environmental temperature. The part-voltages necessary for determining the measurement value are transferred in numbers of pulses. Measurement value and end value are normalised to one another. After denormalisation at the sensor characteristic normalised to the same end value, the measurement value can be specified. The invention can be used whereever temperatures are to be determined accurately and within a wide range of variations, for example in process measuring technology and in automated process technology. Other industrial/physical quantities can also be detected by measuring techniques after other suitable sensors have been inserted.

Description

Verfahren und Schaltungsanolanung, insbesondere zur Temperaturmessung Anwendungsgebiet .-r Erfindung Die Erfindung gestattet die Messung insbesondere der Temperatur mit hoher Genauigkeit in einem großen Variationsbereich. Sie ist einsetzbar überall dort, wo Temperaturen über einen Fühler, dessen Ausgangsgröße sich letztlich als elektrische Spannung darstellen läßt, erfaßbar sind und die Meßergebnisse digital verarbeitet bzw. angezeigt werden sollen.Method and circuit arrangement, in particular for temperature measurement Field of application.-r Invention The invention allows the measurement in particular the temperature with high accuracy in a wide range of variation. she is Can be used wherever temperatures above a sensor, its output variable can ultimately be represented as an electrical voltage, can be detected and the measurement results digitally processed or displayed.

Als Beispiel seien die Einsatzgebiete in der Medizin, der Prozeßmeßtechnik bis hin zu der automatisierten Verfahrenstechnik genannt. Darüber hinaus ist durch den Einsatz geeigneter Fühler auch die hochgenaue Ermittlung von im Wertebereich stark variierenden anderen technischphysikalischen Größen möglich und zweckmäßigv Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Nach DE OS 2910608 ist ein Meßgerät für Temperaturmessungen bekannt, bei dem eine parallele Anordnung der Temperaturmeßwiderstände, an die über parallele Schalter eine Konstantstromquelle geachaltet wird, benutzt wird. Nachteile dieser Lösung sind, daß durch die parallele Anordnung Stromdifferenzen auftreten können, daß eine Konstantstromquelle erforderlich ist und daß keine selbsttätige Offset- und Driftkorrektur vorgesehen bzw. möglich ist.Examples are the areas of application in medicine and process measurement technology through to automated process engineering. In addition, is through the use of suitable sensors, the highly accurate determination of values in the range of values strongly varying other technical-physical variables possible and expedient Characteristics of the known technical solutions According to DE OS 2910608 is a measuring device known for temperature measurements, in which a parallel arrangement of the temperature measuring resistors, to which a constant current source is connected via parallel switches will. Disadvantages of this solution are that current differences due to the parallel arrangement can occur that a constant current source is required and that no automatic one Offset and drift correction is provided or possible.

Weiterhin ist nach DE OS 24 52 746 ein Verfahren zur Auswertung von Temperaturmessungen bekannt, bei dem in einem ersten Schritt bei kurzgeschlossenem Eingang ein am Ausgang eines AD-MWandlers auftretender Driftwert ermittelt wird, in einem zweiten Schritt die Meßspannung eines Thermoelementes analogdigital gewandelt wird und daß in einem dritten Schritt die Brückenspannung einer Brücke mit Widerstandsthertnometer und Konstantstromapeisung digitalisiert wird, wobei im zweiten und dritten Schritt eine Linearisierung erforderlich ist. Nachteile sind hierbei, daß keine vollständige Offset- und DriSterfassung vorgenommen wird, daß das Widerstandsthermometer in einer Brückenschaltung arbeitet, daß eine Konstantstromquelle erforderlich ist und daß eine Linearisierung durchgeführt werden muß.Furthermore, according to DE OS 24 52 746, a method for evaluating Known temperature measurements, in which in a first step with short-circuited Input a drift value occurring at the output of an AD / M converter is determined, In a second step, the measuring voltage of a thermocouple is converted from analog to digital and that in a third step the bridge voltage of a bridge with resistance thermometer and constant current mapping is digitized, in the second and third step linearization is required. Disadvantages here are that there is no complete Offset and third detection is made that the resistance thermometer in one Bridge circuit works that a constant current source is required and that a linearization has to be carried out.

Das des weiteren in DE 052617012 beschriebene Verfahren zur Auswertung von Temperaturmessungen baut in seinen Grundzügen auf DE OS 24 52 746 auf und entspricht im wesentlichen der hierzu getroffenen Charakteristik.The further evaluation method described in DE 052617012 of temperature measurements is based in its main features on DE OS 24 52 746 and corresponds essentially the characteristics made for this purpose.

Ziel der Erfindung Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Verfahren mit einer zugehörigen Schaltungsanordnung anzugeben, das gestattet, insbesondere die Temperatur bei Vermeidung der Nachteile bekannter Lösungen über einen weiten Wertebereich genau zu ermitteln und. das Ergebnis digital anzuzeigen bzw. weiterzuverarbeiten. Dabei ist es weiterhin Ziel, die Ermittlung der Meßwerte ohne weiteren Abgleichaufwand durchzufuh'ren sowie die auf die Meßwertermittlung störenden Einflüsse, wie beispiel3weise Offset-, Drift-und Bauelementealterung, weitestgehend zu vermeiden.Object of the invention It is therefore the object of the invention to provide a method indicate with an associated circuit arrangement that allows, in particular the temperature while avoiding the disadvantages of known solutions over a wide To determine the range of values precisely and. to display or process the result digitally. It is still the aim to determine the measured values without any further adjustment effort to be carried out and the influences that interfere with the determination of the measured values, such as, for example Offset, drift and component aging should be avoided as far as possible.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltur, sanordnung zu schafen, mit deren Hilfe unter Verwendung an sich bekannter Baugruppen es möglich ist, insbesondere die Temperatur genau zu ermitteln.Statement of the essence of the invention The object of the invention is to be found based on a procedure and a circuit to create an order with their help using assemblies known per se it is possible, in particular the temperature to determine exactly.

Erfindunsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einem Mikrorechner gesteuerten Schalter eine Reihenschaltung, gebildet aus einem Vorwiderstand, einem End-<derstand, einem auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler Ulla einem auf Umgebungstemperatur liegenden eßfühler, liegt.According to the invention, the object is achieved in that on a microcomputer controlled switch a series circuit, formed from a series resistor, a End <derstand, a sensor located at the measuring temperature Ulla one at ambient temperature lying probe, lies.

Die dren letztgenannten Schaltelemente sind in bekannter Weise mit einem Multiplexer verbunden, dessen Ausgang über einen Differenzverstärker auf einen Eingang eines Komparators arbeitet. Auf d.en anderen Eingang des Komparators arbeitet ein Integrator. Multiplexer und Integrator liegen ansteuermäßig am Mikrorechner, der des weiteren an den Ausgang des Komparators geschaltet ist.The last-mentioned dren switching elements are in a known manner connected to a multiplexer whose output via a differential amplifier works on an input of a comparator. On the other input of the comparator works an integrator. Multiplexer and integrator are controlled by the microcomputer, which is also connected to the output of the comparator.

Der Mikrorechner ist mit einer Anzeige-Auswerteeinheit verbunden. Vom mikrorechnergesteuerten Schalter wird nun kurzzeitig eine für dieses Zeitintervall konstante Spannung an die Reihenschaltung gelegt. Sowohl während der Schließzeit des Schalters als auch bei geöffnetem Schalter wird vom Multiplexer nacheinander die Verbindung vom Endwertwiderstand und den beiden Meßfühlern zum Differenzverstärker hergestellt. Für jeden Fall eines durchgeschalteten Kultiplexeratores wird folgende Signalverarbeitung realisiert Von einem vom Mikrorechner vorgegebenen Zeitpunkt an beginnt der Integrator zu integrieren. Gleichzeitig beginnen Impulse in einen Zähler einzulaufen, Erreicht d.ie Integratorspannung an dem einen Eingang des Komparators den Pegel der aufgrund des jeweils durchgeschalteten Multiplexeratores am Ausgang des Differenzverstärkers am anderen Kompaxatoreingang anstehenden Spannung; so kippt der Komparator und beendet den Ipulszghlvorgang. Somit stehen für die-Offset-und Driftspannungen bzw. die durch das Anlegen d.er Spannung an die Reihenschaltung über den Endwertwiderstand und die Meßfühler entstehende Teilspannungen jeweils entsprechende Impulsanzahlen zur Verfügung. BrSindungsgemäß entstehen je Abfragezyklus durch Subtraktion der zueinander gehörenden Impulsanzahlen neue Impulsanzah len, die offset- und driftberreite Meßspannungen darstellen.The microcomputer is connected to a display evaluation unit. The microcomputer-controlled switch is now briefly one for this time interval constant voltage applied to the series circuit. Both during the closing time of the switch and when the switch is open, the multiplexer successively the connection of the final value resistor and the two sensors to the differential amplifier manufactured. For each case of a connected cultiplexer, the following applies Signal processing realized from a point in time specified by the microcomputer the integrator begins to integrate. At the same time, impulses begin in you Counter running in, the integrator voltage reached at one input of the comparator the level of the output due to the multiplexer being switched through of the differential amplifier at the other Kompaxatoreingang voltage present; so tilts the comparator and ends the pulse counting process. Thus stand for the offset and Drift voltages or those caused by applying the voltage to the series circuit Partial voltages arising across the full-scale resistance and the measuring sensor, respectively corresponding numbers of pulses are available. BrSindly arise per query cycle new pulse numbers by subtracting the corresponding pulse numbers, represent the offset and drift-wide measurement voltages.

Hat der Endwertwiderstand den Endwert des gewünschten Meßbereiches und ist sein Temperaturbeiwert bekannt, so ist durch Einbeziehung der am auf Umgebungstemperatur liegenden Meßfühler anstehenden Spannung der vom auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler erreichbare Endwiderstand als korrigierte Impulsanzahl bekannt. Normiert man die einem Meßwert entsprechende Impulsanzahl auf diese dem Endwert entsprechende korrigierte Impulsanzahl, so steht ein von weiteren Einflußgrößen befreiter normierter Meßwert zur Verfügung. Da im Mikrorechner die auf den gewünschten Meßbereichsendwert normierte Ftihlerkennlinie gespeichert vorliegt, ist durch Vergleich eine Entnormierung und Angabe des gemessenen Temperaturwertes möglich.If the final value resistance has the final value of the desired measuring range and if its temperature coefficient is known, so is by inclusion the voltage present at the sensor, which is at ambient temperature, from the The final resistance achievable as a corrected sensor lying at the measuring temperature Number of pulses known. The number of pulses corresponding to a measured value is normalized on this corrected number of pulses corresponding to the final value, there is one of the others Normalized measured value free of influencing variables is available. Since in the microcomputer the The sensor characteristic normalized to the desired end value of the measuring range is stored, is a denormalization through comparison and specification of the measured temperature value possible.

Es ist tut { Verwendung eines Spannungsnormals weiterhin möglich, den Meßfühler auf Meßtemperatur bezüglich seiner Stromklemmen durch einen Kurzschluß zu ersetzen und seine freigeschalteten Signalklemmen mit einem Thermoelement zu verbinden.It is still possible to use a voltage standard the sensor to the measuring temperature with respect to its current terminals by a short circuit to replace and its activated signal terminals with a thermocouple associate.

Des weiteren ist es möglich, zwischen Endwertwiderstand und Bezugspotential andere Meßwertaufnehmer, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, anzuordnen0 Ausführunsbeisiel Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung.It is also possible to switch between the final value resistance and the reference potential to arrange other transducers, for example strain gauges0 Execution example The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment. The associated The drawing shows the basic circuit arrangement for temperature measurement.

Durch die am Schalter s angeschlossene Reihenschaltung, gebildet durch den Vorwiderstand Rv, den Endwertwid.erstand RE, den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Meßtemperatur Mfm in Vierleiterschaltung und den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Umgebungstemperatur D89u, fließt aufgrund der angelegten Versorgungsspannung U kurzzeitig ein Strom. Durch den Multiplexer M, gesteuert durch den Mikrorechner MR, werden in schneller Folge nacheinander die Teilspannungen über den Widerständen dem Differenzverstä.rker D, der auf dem Komparator K arbeitet, zugeführt. Dieser Zyklus wird bei geöffnetem Schalter S noch einmal wiederholt.By the series connection connected to the switch s, formed by the series resistor Rv, the final value resistor RE, the Pt 100 resistor as a measuring sensor to measuring temperature Mfm in four-wire circuit and the Pt 100 resistor as measuring sensor to ambient temperature D89u, flows due to the applied supply voltage U briefly a current. By the multiplexer M, controlled by the microcomputer MR, are the partial voltages across the resistors in quick succession the differential amplifier D, which operates on the comparator K, is supplied. This The cycle is repeated once more with the switch S open.

Vom Mikrorechner MR gestartet, beginnt der Integrator I von einem Spannungspegel aus so lange zu integrieren, bis seine dem Komperator K zugeführte Ausgangsspannung den gleichen Pegel erreicht wie die Spannung, die aufgrund eines durchgeschalteten Tores des Multiplexers M am Ausgang des Differenzverstärkers D entsteht. Die Pegelgleichheit kippt den Komparator K. Dieses Kippsignal stoppt einen vom Startmoment begonnenen Zählvorgang im Mikrorechner MR. Somit steht letztlich für jede Durchschaltung des Multiplexers M, sowohl für geschlossenen als auch für geöffneten Schalter X, eine Impulsanzahl gespeichert zur Verfügung. Somit ist es möglich, im Mikrorechner durch Subtraktion offset- und driStbefreite Meßwerte zu ermitteln.Started by the microcomputer MR, the integrator I starts from one Integrate voltage level off until its K supplied to the comparator Output voltage reaches the same level as the voltage due to a through-connected gate of the multiplexer M at the output of the differential amplifier D. arises. The level equality toggles the comparator K. This toggle signal stops you The counting process in the microcomputer MR started from the starting moment. So in the end it stands for each switching through of the multiplexer M, both for closed and for open switch X, a stored number of pulses is available. So it is possible to add offset and third-free measured values in the microcomputer by subtraction determine.

Nach Einbeziehung der Umgebungstemperatur, ermittelt durch den Pt 100-Wid.erstand als Meßfühler auf Umgebungstemperatur Mfu sowie des im Wert als auch im Temperaturbeiwert bekannten End.wertwiderstandes RE wird eine Normierunz auf den Meßbereichsendwert durchgeführt, was einer Elemenierung der weiteren Einflußgrößen entspricht.After taking into account the ambient temperature, determined by the Pt 100 resistance as a sensor for ambient temperature Mfu as well as the value as A normalization is also used in the final value resistance RE, which is known in the temperature coefficient carried out on the measuring range end value, what a Elemenation which corresponds to other influencing variables.

Der so aufbereitete Meßwert wird Im Mikrorechner AS mit einer gespeicherten, auf den selben Endwert normierten Fühlerkennlinie, ver£lichen. Der diesem Meßwert entsprechende Temperaturwert wird nach Entnormierung durch die Anzeige-Ausgabeeinheit A bereitgestellt.The measured value prepared in this way is stored in the microcomputer AS with a sensor characteristic normalized to the same final value. That reading The corresponding temperature value is shown after denormalization by the display / output unit A provided.

Aufstellung der verwendeten Bezugs zeichen U Versorgungsspannung S Schalter RV Vorwiderstand RE Endwertwiderstand Pt 100 Pt 100 - Widerstand M Multiplexer D Differenzverstärker K Komparator I Integrator MR Mikrorechner A Anzeige-Ausgabeeinheit Mfm Meßfühler (auf Meßtemperatur) Mfu Meßfühler (auf Umgebungstemperatur)List of the reference symbols used U supply voltage S Switch RV series resistor RE final value resistor Pt 100 Pt 100 - resistor M multiplexer D differential amplifier K comparator I integrator MR microcomputer A display output unit Mfm measuring sensor (at measuring temperature) Mfu measuring sensor (at ambient temperature)

Claims

Invention claim 1. Method in particular for temperature measurement, in which an integration controlled by a microcomputer is carried out, at the same time pulses are counted until a comparator level equals between a voltage corresponding to a measured value, which due to a switching elements briefly and during this time interval constantly flowing current is created, and the integrator voltage, characterized in that the the value a number of pulses representing the measured voltage by the offset and DriSt representing The number of pulses is reduced so that the number of pulses now corresponding to the measured value corrected to that corresponding to the final value with regard to the ambient temperature The number of pulses is normalized so that the quotient corresponds to that of the end value of the measuring range noted filling characteristic is compared and that in a known manner by denormalization the measured value is output.

2, circuit arrangement for carrying out the method according to point 1, in which a microcomputer on the one hand with both a display output unit and also with a switch to close a current path, on the other hand with a Multiplexer and an integrator is connected, the multiplexer via a Differential amplifier, the integrator is directly on a Ko.mparator, which one is connected to the microcomputer, characterized in that between the switch (s) and the reference potential a series circuit, consisting of the series resistor CRv), as well as, each connected to the multiplexer (M), the final value resistor (RE), the sensor (Mfm) lying at the measuring temperature, the one at the original temperature Sensor (MSu), is arranged.

3. Circuit arrangement according to points 1 and 2 when using a voltage standard, characterized in that the measuring sensor (Mfm) with respect to its current terminals through a short circuit is replaced and its activated signal terminals with a Thermocouple are connected.

4. Circuit arrangement according to points 1 and 2, characterized in that that between the final value resistor (R) and the reference potential other transducers, for example, strain gauges are arranged