CN105157866A - 测量电路 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于温度监测的测量电路具有一个定量的温度传感器和至少一个定性的温度传感器，其中定量的温度传感器和至少一个定性的温度传感器串联，定量的温度传感器具有始终严格单调上升或者始终严格单调下降的特性曲线并且用于精确的温度测量，而定性的温度传感器具有如下的额定动作温度，即，在该额定动作温度下，电阻值非线性地变化，并且定性的温度传感器用于监测极限温度。

Description

测量电路
技术领域
本发明涉及一种用于监测温度的测量电路以及一种借助这种测量电路来监测温度的保护装置。
背景技术
电动机会经受电机绕组过热的危险，其中过载、较差的电网质量(电压不足/电压过高)、受限制的冷却、卡住的转子和类似物属于最经常的故障原因。必须保护电机、特别是频繁使用并且因此经受强制冷却的制冷压缩电机免于这种危险。
DE19822056A1公开了一种借助具有经分级的额定动作温度的PTC-热敏电阻的串联来保护电气设备的温度保护电路。PTC-热敏电阻的特性曲线从室温到低于额定动作温度NAT以下几摄氏度是相对平缓的且然后指数式升高。借助这种PTC-热敏电阻不能提供关于绕组温度的信息。然而，电阻值在额定动作温度NAT范围内的变化可由触发机构的分析装置获取。当分析装置已确定超过了额定动作温度NAT时，才触发电机的断开过程。
尽管PTC-传感器非常小，但是它们由于传感器与绕组之间的热接触电阻而仅滞后地跟踪非常快速的升温。在具有达到80A/mm2的绕组电流密度的制冷压缩电机中，在短路情况下温度以25-30K/s升高。这意味着几秒的切断滞后已经会造成非常高的温度溢出。当所获取的温度达到额定动作温度时才进行切断。此时，实际的绕组温度却已经明显高于预定的阈值。
因此，EP2187494B1建议了一种用于电动机的保护装置，该保护装置具有带有至少一个第一PTC-传感器和至少一个第二PTC-传感器的传感器电路，其中，额定动作温度的大小不同。在此，将这两种PTC-传感器连接成使得传感器电路的总电阻具有在额定动作温度的范围内分别设有拐点的特性曲线。借助这种特性曲线可以更快地获悉达到了临界状况。
尽管已经证实PTC-热敏电阻可用作过热保护器件，但存在PTC-热敏电阻为不利的应用场合。这在不寻常地快速升温的情况下尤为如此。在此情况下，在超过额定动作温度时常规的触发会造成可能导致危险后果的较大温度溢出。
此外，每次保护性切断均会造成设备可用性的损失，并且因此会造成严重后果。在负载较大的电机(其中，借助这种电机运行的设备的可用性非常重要)中，期望的是，在达到警报温度范围时可引入用于避免继续升温的其它措施，以在达到额定动作温度时仍可避开保护性切断。为此，在DE102005052042中提出了对应的建议。但通常实现这种附加功能需要采用附加的测量通道或测量器械。
DE60205697T2涉及一种具有温度变化检测器和温度校正器的半导体装置，其中采用了A型采样电阻和B型采样电阻，A型采样电阻具有正的温度系数和线性升高的电阻值，而B型采样电阻的特征在于非线性的电阻曲线，该电阻曲线随温度升高而逐渐变小。借助这种温度变化检测器无法提供或者设想精确的温度测量。
发明内容
因此，本发明的任务在于提出一种用于温度监测的、易于实现的测量电路，该测量电路除了定性的极限值监测外还能进行精确的温度获取。
根据本发明，此任务是通过权利要求1的特征来解决的。本发明的其它构造设计是其它权利要求的主题。
根据本发明的用于温度监测的测量电路具有一个定量的温度传感器和至少一个定性的温度传感器，其中，
-定量的温度传感器和至少一个定性的温度传感器串联，并且
-定量的温度传感器具有始终严格单调上升或者始终严格单调下降的特性曲线，并且可用于精确的温度测量，以及
-定性的温度传感器具有如下的额定动作温度，即，在该额定动作温度下，电阻值非线性地变化，并且可用于监测极限温度。
此外，可设置具有这种测量电路的、用于电动机的保护装置。此外，该保护装置具有带有分析装置的触发机构，以分析由于测量电路的总电阻而产生的测量信号并且根据该测量信号来产生用于触发机构的输出信号。触发机构的功能和作用方式是公知的。此外，就此可参照EP2187494B1。
定性的温度传感器是指可在监测位置处获悉温度是高于还是低于一定的极限值的传感器。这种传感器具有在一定的温度(额定动作温度)下显著非线性的、经常为跳跃式的变化。定量的传感器在本发明中的意义下为适于在监测位置处获取精确温度的传感器。这种传感器具有始终严格单调上升或严格单调下降的特性曲线。
定量的温度传感器以及定性的温度传感器较佳地均指电阻温度计、特别是较佳地具有正的温度系数的被动式电阻温度计。
通过根据本发明的测量电路可以经由唯一的测量通道进行灵活的监测。例如由PTC-热敏电阻构成的定性的温度传感器在此通过其额定动作温度(NAT)承担定性的极限值监测的主要任务，其中该传感器的电阻值呈指数式上升。例如由PT1000或KTY-硅测量电阻构成的定量的温度传感器承担了针对附加的、取决于温度的功能性应用的精确温度获取的辅助任务。
PTC-热敏电阻的优点是具有标准的特性曲线。测量电路的额定动作温度由传感器用其温度来定义、而不是由触发机构来定义。因此，分析电子设备中的可能的公差几乎不起作用。此外，由在额定动作温度周围呈指数式升高的特性曲线来显著地补偿待监测的位置与传感器输出之间的热惯性。
根据本发明的另一设计构造可规定，将两个或更多个定性的温度传感器串联。这使得能将两个或更多个定性的温度传感器定位在不同的测量位置处，以使得借助测量通道可监测不同的测量位置处的温度。
根据本发明的较佳的设计构造，至少一个定性的温度传感器由至少一个热敏电阻构成，该热敏电阻在额定动作温度以下具有平缓的电阻变化，其中定量的温度传感器在额定动作温度以下具有如下电阻变化，即，该电阻变化相对于定性的温度传感器的平缓的电阻变化而言具有更大的、较佳地为双倍大小的变化。通过定量的温度传感器，在低于额定动作温度的测量范围内，可提供附加的测量范围，以使得能够进行精确的温度获取。
作为定量的温度传感器可采用各种任意的、取决于温度的测量电阻，这些测量电阻在整个待定义的测量范围内具有比在额定动作温度下定性的传感器的电阻值(明显)更小的电阻值。
除了监测电动机外，根据本发明的测量电路还可用于其它应用场合、例如用于制冷剂压缩机的热气温度监测。
附图说明
根据下述说明和附图进一步阐述本发明的其它优点和设计构造。
在附图中示出
图1示出具有一个定量的温度传感器和一个定性的温度传感器的测量电路的电路图，
图2示出根据图1的实施例的温度－电阻－曲线图，
图3示出具有一个定量的温度传感器和两个定性的温度传感器的测量电路的电路图，
图4示出针对第一测量位置的PTC-热敏电阻PTC2.1在第二测量位置的PTC-热敏电阻PTC2.2之前在其额定动作温度下动作的情况的、根据图3的实施例的温度－电阻－曲线图，以及
图5示出针对第二测量位置的PTC-热敏电阻PTC2.2在第一测量位置的PTC-热敏电阻PTC2.1之前动作的情况的、根据图3的实施例的温度－电阻－曲线图。
具体实施方式
图1示出具有串联的一个定量的温度传感器1和一个定性的温度传感器2的测量电路。该定量的温度传感器1在此实施例中由PT1000构成，而该定性的温度传感器2由PTC-热敏电阻构成。
在图2的温度-电阻曲线图中，测量电路的总特性曲线PTg为两个温度传感器1、2的电阻之和：
PTg＝PTC+PT1000(1)
总特性曲线的额定动作温度NAT(PTg)由于PTC-特性曲线在此范围内较陡的指数式上升而仅与PTC-特性曲线的额定动作温度NAT(PCT)最小程度地偏差，并且处于由生产决定的公差范围内。因此，总特性曲线的额定动作温度NAT(PTg)可被视为PTC-热敏电阻的额定动作温度，并且因此可与常见的触发机构兼容。
在PTC-特性曲线的电阻变化的总体平缓的范围内，可如下来近似总特性曲线PTg：
PTg＝PTC25℃+PT1000(2)
其中，PTC25℃是25℃时的PTC-电阻值。
因此，温度可在PTC-特性曲线的整个平缓范围内根据公式(2)以及所应用的定量的传感器1的PT1000-特性曲线而明确地对应于所测量的电阻值PTg。除了主要的NAT-监测之外，可以灵活地实施取决于温度的辅助应用(如监测其它温度值或者分析温度特性或时间变化)。
能以对应的方式来设置具有相同的或者个体的额定动作温度的多个定性的温度传感器2，这些温度传感器2布置在不同的监测位置处。图3示出具有两个PTC-热敏电阻的这种实施例。在此，决定性的是仅将一个定量的传感器1用于选定的监测位置。借助近似公式(3)来进行针对选定的监测位置的温度分析，只要这些监测位置中没有一个已达到其个体地由定性的传感器2所定义的额定动作温度：
其中，n是PTC-热敏电阻的数目。
图4示出针对在布置有PTC-热敏电阻PCT2.1的第一监测位置处的温度已经达到额定动作温度、而在布置有PTC-热敏电阻PCT2.2的第二监测位置处的温度尚低于额定动作温度的情况的、根据图3的实施例的温度-电阻-曲线图。然后，类似于图2进行分析。
图5示出针对在布置有PTC-热敏电阻PCT2.2的第二监测位置处的温度首先达到额定动作温度的情况的、根据图3的实施例的温度-电阻-曲线图。然后，同样类似于图2进行分析。

Claims (11)

1.一种用于温度监测的测量电路，所述测量电路具有定量的温度传感器(1)以及至少一个定性的温度传感器(2；2.1,2.2)，其特征在于，
～所述定量的温度传感器(1)和所述至少一个定性的温度传感器(2；2.1,2.2)串联，
～所述定量的温度传感器具有始终严格单调上升或者始终严格单调下降的特性曲线，并且用于精确的温度测量，并且
～所述定性的温度传感器具有如下的额定动作温度(NAT)，即，在所述额定动作温度下，电阻值非线性地变化，并且所述定性的温度传感器用于监测极限温度(额定动作温度)。
2.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述至少一个定性的温度传感器(2；2.1,2.2)具有非线性的电阻变化。
3.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述至少一个定性的温度传感器(2；2.1,2.2)具有如下的额定动作温度(NAT)，即，在所述额定动作温度下，所述定性的温度传感器的电阻值呈指数式上升。
4.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述定量的温度传感器(1)是定量的电阻温度计，而所述定性的温度传感器(2；2.1,2.2)是定性的电阻温度计。
5.如权利要求4所述的测量电路，其特征在于，所述定量的和定性的电阻温度计被构造成被动式电阻温度计。
6.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，将两个或更多个定性的温度传感器(2.1,2.2)串联。
7.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，两个或更多个定性的温度传感器(2.1,2.2)布置在不同的测量位置处。
8.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述至少一个定性的温度传感器(2；2.1,2.2)由至少一个热敏电阻构成，所述热敏电阻在所述额定动作温度(NAT)以下具有平缓的电阻变化，其中所述定量的温度传感器(1)在所述额定动作温度以下具有比所述定性的温度传感器(2；2.1,2.2)的平缓的电阻变化更大的电阻变化。
9.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述定量的温度传感器(1)在所述额定动作温度(NAT)以下具有相对于所述定性的温度传感器(2；2.1,2.2)的平缓的电阻变化而言至少双倍大小的变化。
10.如权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述定量的温度传感器(1)在其整个测量范围内具有比所述定性的温度传感器(2；2.1,2.2)在所述额定动作温度下的电阻值更小的电阻值。
11.一种具有根据权利要求1所述的测量电路的、用于温度监测的保护装置。
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