DE4127645A1

DE4127645A1 - Improving dynamic behaviour of electrical contact thermometers - using fuzzy regulator to control current supplied to thermoelement to reduce intrinsic heating and sensor delays

Info

Publication number: DE4127645A1
Application number: DE19914127645
Authority: DE
Inventors: Volker Prof Dr Ing Hans
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1993-02-25

Abstract

The temp. detector is a thermoelement supplied with a current regulated by the fuzzy controller to increase its intrinsic heating for positive temp. changes. For negative temp. changes the thermoelement is supplied with a current of opposite polarity to decrease intrinsic heating.

Description

Die meßtechnische Bestimmung einer Temperatur mit elektrischen Berührungsthermometern setzt voraus, daß der Aufnehmer selbst die zu messende Temperatur des Meßobjektes angenommen hat. Bedingt durch den konstruktiven Aufbau und die eigene Masse des Aufnehmers und die damit verbundene thermische Trägheit kann ein Temperaturaufnehmer deshalb äußeren Temperaturänderungen nur zeitlich verzögert folgen.The metrological determination of a temperature with electrical Touch thermometers require that the sensor itself be the one to be measured Temperature of the test object has assumed. Due to the constructive structure and the own mass of the transducer and the associated thermal inertia can Temperature sensors therefore only follow external temperature changes with a time delay.

Es ist bekannt, daß man diese Zeitverzögerung durch eine Beschaltung des Aufnehmers verringern und damit die dynamische Temperaturmessung verbessern kann (Hofmann, D.: Dynamische Temperaturmessung, Berlin: VEB Verlag Technik, 1976).It is known that this time delay can be achieved by wiring the transducer reduce and thus improve the dynamic temperature measurement (Hofmann, D .: Dynamic temperature measurement, Berlin: VEB Verlag Technik, 1976).

Bei den angegebenen Verfahren handelt es sich allerdings um analoge Signalaufbereitungsverfahren, bei denen die verzögerte Eigenerwärmung des Temperaturaufnehmers selbst nicht beeinflußt wird. Zudem begrenzt die Beschaltung die Genauigkeit der dynamischen Messung.However, the specified methods are analog Signal processing methods in which the delayed self-heating of the Temperature sensor itself is not affected. The wiring also limits the Accuracy of dynamic measurement.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Eigenerwärmung des Aufnehmers beschleunigt an die zu messende Temperatur anzupassen, ohne daß die Genauigkeit der Messung beeinträchtigt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperatursensoren durch einen Strom gespeist werden, der durch einen Fuzzy-Regler geregelt wird.The invention specified in claim 1 is based on the problem of self-heating of the transducer accelerated to adapt to the temperature to be measured without the Accuracy of the measurement is affected. This object is achieved according to the invention solved that the temperature sensors are powered by a current through a Fuzzy controller is regulated.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß die Dynamik der Temperaturmessung deutlich verbessert und die zeitliche Verzögerung erheblich verkürzt wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß die das Übertragungsverhalten und die Genauigkeit der dynamischen Messung beeinflussenden Beschaltungsglieder entfallen. Dadurch lassen sich auch dynamische Temperaturmessungen mit derselben hohen Genauigkeit durchführen wie stationäre Temperaturmessungen.The advantages achieved by the invention are in particular that the dynamics of the Temperature measurement significantly improved and the time delay significantly shortened becomes. Another advantage is that the transmission behavior and the accuracy of the Wiring elements influencing dynamic measurement are eliminated. This allows also perform dynamic temperature measurements with the same high accuracy as stationary temperature measurements.

Eine vorteilhafte Realisierung der Erfindung ist in Anspruch 2 für die Anwendung von Thermoelementen angegeben. Wird durch einen aus zwei Thermoelementen bestehenden Thermokreis ein Strom geschickt, so wird bekanntermaßen je nach Stromrichtung an den Verbindungsstellen Wärme frei oder gebunden. An advantageous implementation of the invention is in claim 2 for the application of Thermocouples specified. Is made by one consisting of two thermocouples Thermal circuit is sent a current, it is known that depending on the current direction to the Connection points heat free or bound.

Das gleiche gilt auch, wenn das Thermoelement, das zur Erfassung der Vergleichstemperatur verwendet wird, durch eine Schaltung mit elektronischen Bauelementen (Kompensationsdose) ersetzt wird. Auf diese Weise läßt sich durch einfache Polaritätsumkehrung des Speisestroms je nach Änderung der Meßtemperatur die Eigenerwärmung des Meßelementes erhöhen oder erniedrigen.The same also applies if the thermocouple is used to record the comparison temperature is used by a circuit with electronic components (Compensation box) is replaced. In this way, simple Polarity reversal of the feed current depending on the change in the measuring temperature Increase or decrease self-heating of the measuring element.

Eine weitere vorteilhafte Realisierung der Erfindung ist in Anspruch 3 für die Anwendung von Widerstandsaufnehmern angegeben. Dabei mag es sich um metallische oder solche auf Halbleiterbasis handeln. Das Verfahren beschränkt sich auf Temperaturerhöhungen, bei denen eine schnelle Eigenerwärmung durch einen Fuzzy-geregelten Strom erreicht wird. Bei negativen Temperaturänderungen muß der Temperaturaufnehmer seiner natürlichen Zeitkonstanten entsprechend der Temperaturänderung folgen.Another advantageous implementation of the invention is in claim 3 for the application indicated by resistance transducers. It may be metallic or such Act on a semiconductor basis. The process is limited to temperature increases, at which achieve rapid self-heating through a fuzzy-controlled current. At The temperature sensor must have negative changes in its natural temperature Follow time constants according to the temperature change.

Die Erfindung soll anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.

Fig. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf 1 der Temperatur eines üblichen mit Meßstrom betriebenen Temperaturaufnehmers, der zeitlich verzögert einem Temperatursprung 2 von T₀ auf T_S folgt. Der erfindungsgemäß beschleunigte Verlauf 3 ist entsprechend dem Fuzzy-geregelten Speisestrom unstetig. In der Zeit von t₀ bis t₁ wird der Temperaturaufnehmer mit seinem üblichen Meßstrom betrieben. Aus der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit in dieser Zeit bestimmt der Fuzzy-Regler den notwendigen Heizstrom, mit dem der Temperaturaufnehmer in der Zeit von t₁ bis t₂ zur schnelleren Eigenerwärmung gespeist wird. Fig. 1 shows the time course 1 the temperature of a conventional temperature detecting element operated by measuring current, the time-delayed a temperature jump of 2 T ₀ T _S follows. The course 3, which is accelerated according to the invention, is discontinuous in accordance with the fuzzy-regulated feed current. In the time from t ₀ to t ₁ the temperature sensor is operated with its usual measuring current. From the temperature rise rate during this time, the fuzzy controller determines the necessary heating current with which the temperature sensor is fed from t ₁ to t ₂ for faster self-heating.

Von t₂ bis t₃ wird der Temperaturaufnehmer wieder mit Meßstrom betrieben. Aus der Temperaturanstiegsgeschwindigkeit in dieser Zeit bestimmt der Fuzzy-Regler dann wiederum die Größe des Heizstroms zur weiteren schnellen Eigenerwärmung. Die Prozedur wiederholt sich und wird fortgesetzt, bis die Temperaturänderungsgeschwindigkeiten einen vorgebbaren Mindestwert erreicht haben und sich sukzessiv der Meßtemperatur angenähert haben.From t ₂ to t ₃ the temperature sensor is again operated with measuring current. The fuzzy controller then determines the size of the heating current for further rapid self-heating from the rate of temperature rise during this time. The procedure repeats itself and continues until the rates of temperature change have reached a predefinable minimum value and have gradually approached the measuring temperature.

Das beispielhaft an einer positiven Sprungfunktion erläuterte Verfahren gilt natürlich allgemein für zeitlich beliebige Temperaturerhöhungen. Bei Temperaturerniedrigungen ist das gleiche Verfahren anwendbar, wenn bei Verwendung von Thermoelementen als Temperaturaufnehmer die Polarität des Fuzzy-geregelten Speisestroms umgekehrt wird. The procedure explained using a positive step function as an example naturally applies generally for any temperature increases. When the temperature drops the same procedure applicable when using thermocouples as Temperature sensor the polarity of the fuzzy-regulated supply current is reversed.

Je nach technischer Ausführung des Temperaturaufnehmers wird die Meßtemperatur erheblich schneller erreicht als bei natürlicher Eigenerwärmung.Depending on the technical design of the temperature sensor, the measuring temperature achieved significantly faster than with natural self-heating.

Bei Verwendung von Widerstandsaufnehmern gilt bei Temperaturerhöhungen die bereits dargelegte Erläuterung. Auch hier wird das Erreichen der Endtemperatur erheblich beschleunigt. Bei Temperaturerniedrigungen dagegen liefert der Fuzzy-Regler nur den üblichen Speisestrom bis der Temperaturaufnehmer die Meßtemperatur auf natürliche Weise erreicht hat.When using resistance transducers, this already applies to temperature increases explained explanation. Here too, reaching the final temperature becomes significant accelerates. In contrast, when the temperature drops, the fuzzy controller only delivers that usual supply current until the temperature sensor the measuring temperature in a natural way has reached.

Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Schaltung des Regelkreises. Auf den Temperaturaufnehmer 1 wirkt die zu messende Temperatur 2. Das der jeweiligen Temperatur entsprechende Ausgangssignal des Aufnehmers 3 wird einem rechnerintegrierten Meßsystem 4 zugeführt. Das Meßsystem 4 liefert für den Fuzzy-Regler 5 die beiden Eingangsgrößen Temperatur 6 als proportionales Spannungssignal und Temperaturänderungsgeschwindigkeit 7 als proportionales Spannungssignal. Der Fuzzy-Regler 5 liefert dann entsprechend seinen Kontrollregeln den Speisestrom 8 für den Temperaturaufnehmer. Fig. 2 shows the basic circuit of the control loop. The temperature 2 to be measured acts on the temperature sensor 1 . The output signal of the sensor 3 corresponding to the respective temperature is fed to a computer-integrated measuring system 4 . The measuring system 4 supplies the two input variables temperature 6 as a proportional voltage signal and temperature change rate 7 as a proportional voltage signal for the fuzzy controller 5 . The fuzzy controller 5 then supplies the feed current 8 for the temperature sensor in accordance with its control rules.

Die Verbesserung der Dynamik bei der Temperaturmessung bietet für viele technische Vorgänge erhebliche Vorteile. In der gesamten Automatisierungstechnik, bei der die Temperatur als Regelgröße verwendet wird, lassen sich Vorgänge schneller und genauer regeln. Das gilt für verfahrens- und fertigungstechnische Prozesse ebenso wie für Überwachungsaufgaben zur Erhöhung der Sicherheit von Anlagen.The improvement in dynamics in temperature measurement offers many technical Operations significant benefits. In the entire automation technology, where the If temperature is used as a control variable, processes can be carried out faster and more precisely regulate. This applies to process and manufacturing processes as well as to Monitoring tasks to increase the security of plants.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß das Meßverfahren die Meßabweichung nicht beeinflußt, so daß auch Präzisionsmessungen bei dynamischen Temperaturverläufen möglich sind.Another advantage of the invention is that the measurement method does not measure the measurement error influenced, so that precision measurements with dynamic temperature profiles are possible are.

Claims

1. A method for improving the dynamic behavior of electrical touch thermometers, characterized in that the temperature sensors are fed by a current which is controlled by a fuzzy controller.

2. The method according to claim 1, characterized in that thermocouples as Temperature sensors are used which are used for positive temperature increases Increasing self-heating fed by a current regulated by fuzzy controller be, and with negative temperature changes to lower the Self-heating from a polarity reversed one from a fuzzy controller regulated electricity.

3. The method according to claim 1, characterized in that a resistance sensor is used as a temperature sensor when there are positive temperature changes to increase self-heating with a controlled by a fuzzy controller Electricity is fed.