DE3230124A1

DE3230124A1 - Method for rapid, low-load temperature measurement

Info

Publication number: DE3230124A1
Application number: DE19823230124
Authority: DE
Inventors: Joachim Prof. Dipl.-Ing. 2120 Lüneburg Goerth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-13
Filing date: 1982-08-13
Publication date: 1984-02-16

Abstract

Temperature measurements are carried out using a temperature sensor (e.g. a temperature-dependent resistor). The sensor heats up to the temperature to be measured in an exponential manner with respect to time and extracts energy from the measurement point. The required measuring time is approximately 3 to 10 time constants, depending on the accuracy required. The measurement time can be shortened by heating the sensor in a pulsed fashion with the aid of an auxiliary energy source and testing in the pauses between the pulses whether the temperature must be further increased or whether the further temperature increase by the measurement object is below the set error threshold. If this is the case, further heating is stopped and the value that has been reached is displayed as the measured value. The heating of the sensor simultaneously decreases the thermal loading of the measurement object. Fig. 1 shows possible curves for the sensor temperature, curve a) corresponding to the natural variation, curve b) to a cyclically constant heating, and curve c) to a heating controlled by temperature difference. <IMAGE>

Description

Verfahren zur schnellen, belastungsarmen TemperaturmessungMethod for fast, low-stress temperature measurement

Die erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen elektrischen Messung insbesondere von Temperaturen, das zusätzlich die thermische Belastung, z.B. die Abkühlung des Meßobjektes durch den Meßwertaufnehmer, klein hält.The invention relates to a method for rapid electrical measurement in particular of temperatures, which additionally the thermal load, e.g. the Cooling of the measuring object by the transducer, keeps it small.

Meßverfahren zur Temperaturmessung mit Meßwertaufnehmer arbeiten nach dem Stande der Technik so, daß der Meßwertaufnehmer, im folgenden Sensor genannt, durch das Meßobjekt erwärmt wird. Dies geschieht in der Regel nach exponentiellem Zeitverlauf nach KIG.l, Kurve a.Measurement methods for temperature measurement with a transducer work afterwards the state of the art so that the transducer, hereinafter referred to as the sensor, is heated by the measurement object. This usually happens exponentially Time course according to KIG.l, curve a.

Solche Verfahren haben daher zwei Probleme: Zum ersten soll der Sensor die Temperatur des Meßobjektes erreichen. Dazu wird, je nach geforderter Meßgenauigkeit, eine Zeit von wenigstens etwa 5 Zeitkonstanten benötigt. Deshalb sind solche Verfahren prinzipiell langsam. Bekannte Flaßnahmen zur Minderung dieses Problems sind erstens die Verwendung eines Sensors mit kleiner Wärmekapazität, d. h. mit kleiner Zeitkonstanten, und zweitens die rechnerische Expolation von einigen Anfangswerten auf den Endwert, die mit Hilfe eines Mikrorechners z.B. bereits nach 1 bis 2 Zeitkonstanten abgeschlossen sein kann.Such methods therefore have two problems: First, the sensor should reach the temperature of the measured object. For this purpose, depending on the required measurement accuracy, requires a time of at least about 5 time constants. That is why such procedures basically slow. Known measures for alleviating this problem are, first the use of a sensor with a small heat capacity, d. H. with small time constants, and secondly, the arithmetical expolation from some initial values to the final value, which with the help of a microcomputer e.g. already completed after 1 to 2 time constants can be.

Das zweite Problem ist die thermische Belastung des Meßobjektes durch den Sensor und dadurch bedingte Meßfehler. Hier sind ebenfalls Sensoren mit kleiner Wärmekapazität als Abhilfe bekannt.The second problem is the thermal load on the test object the sensor and the measurement errors caused by it. Here are also sensors with a smaller one Heat capacity known as a remedy.

Der rrfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Meßzeit und thermische Belastung klein zu halten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Energie zur Erwärmung des Sensors nicht, wie es dem Stand der Technik entspricht, dem Meßobjekt, sondern einer Hilfsenergiequelle entnommen wird, die den Sensor auf die zu messende Temperatur aufheizt. Die restliche Meßanordnug hat dann die Aufgabe, die Gleichheit von Sensortemperatur und Temperatur des Meßobjektes festzustellen.The rrfindung is therefore based on the task of measuring time and thermal To keep the burden small. This object is achieved according to the invention in that the energy for heating the sensor is not, as it corresponds to the state of the art, the measurement object, but an auxiliary power source is taken, which the sensor on the temperature to be measured heats up. The remainder of the measuring arrangement then has the task of determine the equality of the sensor temperature and the temperature of the measuring object.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Meßverfahrens liegen insbesondere darin, daß der Sensor durch die Hilfsenergiequelle sehr schnell auf die Temperatur des Meßobjektes gebracht werden kann und darin, daß die thermische Belastungs des Meßobjektes nur noch durch den Vergleich Sensortemperatur - Temperatur des Meßobjektes hervorgerufen wird.The advantages of the measuring method according to the invention are in particular in that the sensor through the auxiliary power source very quickly on the temperature of the test object can be brought and that the thermal load of the Measuring object only by comparing sensor temperature - temperature of the measuring object is caused.

An Hand von Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutert.The method according to the invention is further developed with the aid of drawings explained.

FIG.1 zeigt drei Verläufe der Temperatur des Sensors über der Zeit FIG.2 zeigt eine analog arbeitende Meßanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Fig.3 zeigt eine digital arbeitende Meßanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Kurve a aus FIG.1 zeigt den zeitlichen Verlauf des Temperaturanstiegs des Sensors, wie er einem Verfahren nach dem Stande der Technik entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren unterteilt die Zeit durch einen Takt in Zeitschritte 1, 2, 3 usw.FIG. 1 shows three curves of the temperature of the sensor over time FIG. 2 shows an analog measuring arrangement according to the method according to the invention 3 shows a digitally operating measuring arrangement according to the method according to the invention Curve a from FIG. 1 shows the time course of the temperature rise of the sensor, as it corresponds to a process according to the state of the art. The inventive Procedure divides the time into time steps 1, 2, 3 etc. by means of a cycle.

Während des Zeitschrittes 1 wird der Sensor aus der Hilfsenergieclielle geheizt. Während des folgenden Zeitschrittes 2 wird nicht geheizt. Ist die Sensortemperatur am Ende des Zeitschrittes 2 größer als am Ende des Zeitschrittes 1, so hatte der Sensor die Temperatur des Meßobjektes noch nicht erreicht, und es muß in einem weiteren Zeitschritt 3 erneut geheizt und nach einem Zeitschritt 4 erneut verglichen werden usw. Dies wird so lange durchgeführt, bis der Vergleich der Sensortemperaturen am Anfang und Ende eines Zeitschittes ohne Heizung die Gleichheit der Temperaturen im Rahmen einer vorzugebenden Genauigkeitsschwelle ergibt.During time step 1, the sensor is disconnected from the power supply heated. During the following time step 2 there is no heating. Is the sensor temperature at the end of time step 2 was greater than at the end of time step 1, the Sensor has not yet reached the temperature of the measuring object, and it has to be in another Time step 3 heated again and compared again after a time step 4 etc. This is carried out until the comparison of the sensor temperatures on At the beginning and end of a time frame without heating, the temperatures are the same results within the framework of a specified accuracy threshold.

Die dann vorliegende Temperatur wird als Meßwert ausgegeben.The then existing temperature is output as a measured value.

Kurve b aus FIG.1 entspricht diesem erfindungsgemäßen Verfahren.Curve b from FIG. 1 corresponds to this method according to the invention.

Die Kurve c aus FIG.1 zeigt eine Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens derart, daß die Hilfsenergiequelle vom Ergebnis des Temperaturvergleichs gesteuert wird. Ist beispielsweise die Temperatur am Ende des Zeitschrittes 2 nur wenig größer als die Temperatur am Ende des Zeitschrittes 1, wird die Hilfsenergiequelle so gesteuert, daß die Temperaturerhöhung des Sensors im folgenden Zeitschritt 3 kleiner ausfällt.Curve c from FIG. 1 shows a modification of the invention Method such that the auxiliary power source from the result of the temperature comparison is controlled. For example, the temperature at the end of time step 2 is only little bigger than the temperature at the end of time step 1 becomes the auxiliary power source is controlled so that the temperature increase of the sensor in the following Time step 3 is smaller.

FIG.2 zeigt eine Anordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die die Signale analog verarbeitet. Der Sensor 2 steht in Wärmekontakt zum Meßobjekt 1 und liefert ein der Temperatur entsprechendes elektrisches Signal an den Zwischenspeicher 5, der diesen Meßwert für einen Zeitschritt festhalten kann, und an die Vergleichsschaltung 4. Der Taktgeber 6 sorgt für die Einhaltung der Zeitschritte. Ist die Differenz zwischen den Sensortemperaturen an Anfang und Ende eines Zeitschrittes ohne Heizung kleiner als die in der Vergleichsschaltung 4 festgelegte Genauigkeitsschwelle, wird der Meßwert über einen Analogschalter 8 an den Meßwertausgang 7 freigegeben.FIG. 2 shows an arrangement according to the method according to the invention, which the signals are processed analog. The sensor 2 is in thermal contact with the measurement object 1 and supplies an electrical signal corresponding to the temperature to the buffer 5, which can hold this measured value for a time step, and to the comparison circuit 4. The clock generator 6 ensures compliance with the time steps. Is the difference between the sensor temperatures at the beginning and the end of a time step without heating is smaller than the accuracy threshold specified in the comparison circuit 4 the measured value is released via an analog switch 8 to the measured value output 7.

Der Sensor wird taktgesteuert von der Hilfsenergiequelle 3 geheizt.The sensor is heated by the auxiliary energy source 3 in a clock-controlled manner.

Die Größe der Differenz am Ausgang der Vergleichsschaltung 4 kann, falls gewünscht, die Hilfsenergiequelle 3 steuern, so daß ein Verhalten nach Kurve c aus FIG.1 erreicht wird.The size of the difference at the output of the comparison circuit 4 can if desired, control the auxiliary energy source 3, so that a behavior according to curve c from FIG.1 is achieved.

FIG.3 zeigt eine Anordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die die Signale digital verarbeitet. Sie enthält zusätzlich einen Analog-Digitalwandler 9 und, wenn die Hilfenergiequelle von der Differrenz gesteuert werden soll, einen Digital-Analogwandler 10.3 shows an arrangement according to the method according to the invention, which the signals are processed digitally. It also contains an analog-to-digital converter 9 and, if the auxiliary power source is to be controlled by the difference, one Digital-to-analog converter 10.

Die übrigen Funktionsblöcke entsprechen sinngemäß der FIG.2, nämlich der Zwischenspeicher 5, die Differenzbildeschaltung mit Genauigkeitsschwelle 4, die Torschaltung 8 vor dem Meßwertausgang 7 , den Taktgeber 6, die Hilfsenergiequelle 3, den Sensor 2 und das Meßobjekt 1.The other function blocks correspond to FIG. 2, namely the buffer 5, the differential image circuit with accuracy threshold 4, the gate circuit 8 in front of the measured value output 7, the clock generator 6, the auxiliary power source 3, the sensor 2 and the measurement object 1.

Der Sensor wird erfindungsgemäß zweckmäßig als temperaturabhängiger Widerstand ausgeführt, weil dann die Hilfsenergiequelle als Spannungs- oder Stromquelle für Widerstandsheizung ausgelegt sein kann.According to the invention, the sensor is expediently temperature-dependent Resistance executed, because then the auxiliary energy source as a voltage or current source can be designed for resistance heating.

Es ist auch möglich, Sensoren zu verwenden, die auf andere Weise geheizt werden müssen; ebenso entspricht es dem Erfindungsgedanken, den Sensor zu kühlen, wenn die Temperatur des Meßobjektes tiefer als die Temperatur des Sensors liegt, oder Heizung und Kühlung gleichzeitig vorzusehen.It is also possible to use sensors that are heated in other ways Need to become; it also corresponds to the idea of the invention to cool the sensor, if the temperature of the measuring object is lower than the temperature of the sensor, or to provide heating and cooling at the same time.

Ferner ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Messung anderer Größen als der Temperatur zu verwenden, wenn die Zeitkonstante oder die Belastung des Meßobjektes durch den Sensor kritisch sind. An die Stelle der Heizung oder Kühlung tritt dann eine der zu messenden größe entsprechende Hilfsenergiequelle.It is also possible to use the method according to the invention for measurement Variables other than temperature should be used if the time constant or the The load on the object to be measured by the sensor is critical. In place of the heater or cooling then comes an auxiliary energy source corresponding to the variable to be measured.

Claims

Method for fast, low-stress temperature measurement Patent claims: (2Method of temperature measurement with the aid of a device in thermal contact with the object to be measured standing sensor, characterized in that the sensor is powered by an auxiliary energy source is brought to the temperature of the test object.

2. Method for temperature measurement according to 1., characterized in that that the auxiliary power source by the difference formed by the measuring arrangement Temperatures of the sensor is controlled at the beginning and end of a time period.

3. The method according to 1. or 2., characterized in that the after the measuring arrangement working according to the method according to the invention provides analog processing provides electrical signals.

4. The method according to 1. or 2., characterized in that the after the measuring arrangement working according to the method according to the invention, the digital processing provides electrical signals.

5. The method according to 1. to 4., characterized in that not temperatures, but other sizes are measured.