DD152992A1

DD152992A1 - MEASURING CIRCUITS WITH THERMAL ELEMENTS, ESPECIALLY FOR MEASURING DIFFERENTIAL TEMPERATURES

Info

Publication number: DD152992A1
Application number: DD22375480A
Authority: DD
Inventors: Alois Heddergott
Original assignee: Alois Heddergott
Priority date: 1980-09-08
Filing date: 1980-09-08
Publication date: 1981-12-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der gesamten Temperaturmesstechnik fuer alle praktisch vorkommenden Temperaturen und verfolgt das Ziel, die Messwerterfassung bei mehreren Temperatudiffernzen zu rationalisieren und die Messgenauigkeit zu erhoehen. Die Aufgabe, mit vier Thermoelementen die Temperaturdifferenz zwischen zwei mittleren Temperaturen direkt und genau zu messen wird erfindunggemaess dadurch geloest, dass dei vier Thermoelemente derart inReihe angeordnet und an ein uebliches Messgeraet angeschlossen sind,dass sich die Thermoelemente in ihrer Polaritaet jeweils abwechseln und die Thermoelemente mit gleicher Polaritaet jeweils ein Messpaar bilden.The invention relates to the field of the entire temperature measurement for all practically occurring temperatures and pursues the goal of streamlining the measurement at several temperature digits and increase the accuracy of measurement. The task of directly and accurately measuring the temperature difference between two mean temperatures using four thermocouples is achieved by arranging the four thermocouples in series and connecting them to a conventional measuring device such that the thermocouples alternate in their polarity and the thermocouples intervene the same polarity each form a pair of measurements.

Description

754754

Titel der Erfindung^ Title of the invention ^

Meßschaltung mit Thermoelementen, insbesondere zur Messung von DifferenztemperaturenMeasuring circuit with thermocouples, in particular for measuring differential temperatures

Anwendimgsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:

Thermoelemente find.en auf dem Gebiet der gesamten Temperaturmeßtechnik für alle praktisch vorkommenden Temperaturen Anwendung. Die erfindungsgemäße Lösung erfährt in dieser Beziehung keine Einschränkung«Thermocouples are used in the field of the entire temperature measuring technique for all practically occurring temperatures application. The solution according to the invention is not limited in this respect. "

Charakteristik der "bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the " known technical solutions:

In der DE-Offenlegungsschrift 26 23 972 wird eine Wärmemengenmeßeinrichtung beschrieben, deren Meßprinzip die Temperaturdifferenzmessung mit Thermoelementen ist. Dabei kommt es zu einem Stromfluß, wenn zwei Thermoelemente ~ jedes bestehend aus zwei unterschiedlichen, metallischen, elektrischen, an ihren Enden miteinander und untereinander zu einem Thermokreis verbundenen Leitern - an ihren Verbindungsstellen verschiedene Temperaturen'aufweisen (Seebeckeffekt). Der fließende Strom ist dann ein Maß für die Temperaturdifferenz zwischen beiden Meßstellen, Anstelle der Anzeige einer Temperaturdifferenz kann auch die absolute Temperatur ausgewiesen werden, wenn'eines d.er beiden in einem Thermokreis verwendeten Thermoelemente z, B, mit Eiswasser auf konstanter Temperatur gehalten wird., während die beim anderen Thermoelement herrsehende Temperatur über eine entsprechend geeichte Anzeige des fließenden Stromes direkt ablesbar ist.In DE-Offenlegungsschrift 26 23 972 a heat quantity measuring device is described whose measuring principle is the temperature difference measurement with thermocouples. This results in a current flow when two thermocouples ~ each consisting of two different, metallic, electrical, at their ends with each other and interconnected to a thermocouple conductors - at their joints different Temperatur'aufweisen (Seebeckeffekt). The flowing current is then a measure of the temperature difference between the two measuring points. Instead of displaying a temperature difference, the absolute temperature can also be indicated if one of the two thermocouples z, B used in a thermocircuit is kept at a constant temperature with ice-water ., While the temperature prevailing at the other thermocouple temperature directly over a correspondingly calibrated display of the flowing stream is read.

223 754223 754

Bei der Messung einer Mehrzahl von Einzeltemperaturen ergibt sich jedoch der Uachteil, daß entsprechend oft der Vergleichsstellenfehler der Thermoelemente und außerdem ein erheblicher Rechenaufwand auftritt, wenn aus den Absoluttemperaturen die verschiedenen Temperaturdifferenzen ermittelt werden sollen. Verwendet man jedoch das zuerst beschriebene Prinzip der Differenztemperaturermittlung, so erreicht man zwar die notwendige Meßgenauigkeit durch den Wegfall der Vergleichsstelle, benötigt aber für jede zu ermittelnde Absoluttemperatur einen zusätzlichen Meßfühler und muß die Differenz der mittleren Temperaturen in der üblichen Weise berechnen.When measuring a plurality of individual temperatures, however, the Uachteil that correspondingly often the reference junction error of the thermocouples and also a significant computational effort occurs when the different temperature differences should be determined from the absolute temperatures. However, if one uses the first described principle of differential temperature determination, one achieves the necessary accuracy by eliminating the reference junction, but requires for each absolute temperature to be determined an additional sensor and must calculate the difference of the average temperatures in the usual way.

Object of the invention:

Durch die Erfindung soll die Meßwerterfassung für eine Mehrzahl von Temperaturdifferenzen rationalisiert und die Meßgenauigkeit durch Reduzierung von Meßfehlern erhöht werden·The invention is intended to rationalize the measurement value acquisition for a plurality of temperature differences and to increase the measurement accuracy by reducing measurement errors.

Explanation of the essence of the invention:

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit Hilfe von vier Thermoelementen die Temperaturdifferenz zwischen zwei mittleren Temperaturen direkt und mit hoher Genauigkeit zu messen sowie gleichzeitig ohne zusätzliche Meßfühler die Ermittlung der beiden Differenztemperaturen bzw» der vier Absoluttemperaturen zu ermöglichen.The technical object of the invention is to measure with the help of four thermocouples, the temperature difference between two mean temperatures directly and with high accuracy and at the same time to allow the determination of the two differential temperatures or »four absolute temperatures without additional probe.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit vier Thermoelementen gelöst, die derart in Reihe angeordnet und an ein übliches Meßgerät angeschlossen sind., daß jeweils die vom Material her gleichen Leiter der Thermoelemente miteinander verbunden sind, wobei jeweils die gleiche Polarität aufweisenden Thermoelemente ein einem bestimmten Medium bzw. Stoff zugeordnetes Meßpaar bilden.According to the invention this object is achieved with four thermocouples, which are arranged in series and connected to a conventional meter., That in each case the same head of the thermocouples are connected to each other, each having the same polarity thermocouples a certain medium or Form substance associated measuring pair.

Die erfindungsgemäße Meßschaltung erlaubt durch gegenpoli* ges Zusammenschalten der beid.en Thermoelemente eines Mediums die Ermittlung der Differenztemperaturen bzw, an jedem Thermoelement die Ermittlung der Absoluttemperatur, ind.em in herkömmlicher 'Weise ein auf konstanter Temperatur gehaltenes Thermoelement zum Vergleich herangezogen wird.*The measuring circuit according to the invention allows the determination of the differential temperatures or, on each thermocouple, the determination of the absolute temperature by counterpolarizing the two thermocouples of a medium, while using a thermocouple maintained at a constant temperature for comparison purposes.

Ausführungsbeispiel.;.; Embodiment..

Anhand einer Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert v/erden· Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to a drawing

Fig* 1 einen Flüssigkeitswärmetauscher mit vier Meßstellen undFig * 1 a liquid heat exchanger with four measuring points and

Fig« 2 die Zusammenschaltung der vier Thermoelemente»Fig «2 interconnection of four thermocouples»

Der in Fig· 1 vereinfacht dargestellte Flüssigkeitswärmetauscher 10 besitzt beispielsweise für d.en Durchlauf von Schmieröl eine Eintrittsöffnung 11 und eine Austrittsöffnung 12» Im Innern des Flüssigkeitswärmetauschers 10 befindet sich außerdem eine Rohrschlange 13 mit einem nach außen geführten Zulauf 14 und. einem Ablauf 15 für Kühlwasser. An der Ein- bzw, Austrittsöffnung 11 bzw, 12 sind. die Meßfühler der Thermoelemente T. und. Tp angebracht, die ebenso ein Meßpaar bilden wie die Meßfühler der Ther» moelemente T^ und T-, die am Zu- bzw« Ablauf 14 bzw, 15 angeordnet sind. Ein entscheidendes Gütekriterium und wichtiger Faktor für konstruktive Überlegungen ist die spezifische WärmetauscherkennzifferThe liquid heat exchanger 10, shown in simplified form in FIG. 1, has an inlet opening 11 and an outlet opening 12, for example, for the passage of lubricating oil. In the interior of the liquid heat exchanger 10, there is also a tube coil 13 with an outwardly directed inlet 14 and. a drain 15 for cooling water. At the inlet and outlet openings 11 and 12, respectively. the sensors of the thermocouples T. and. Tp attached, which also form a measuring pair as the sensor of the thermocouple elements T ^ and T-, which are arranged at the inlet and outlet 14 and 15, respectively. A decisive quality criterion and an important factor for constructive considerations is the specific heat exchanger index

^LSpez ^ T ^L spec ^ T

GesGes

223 754223 754

Für die temperatur abhängigen Konstanten Cp und Ϋ werden die Absoluttemperaturen der einzelnen Meßstellen benötigt; die dort installierten Meßfühler der Thermoelemente T₁, T₂» Τ« und T. dienen außerdem der Ermittlung der FormelgrößenFor the temperature-dependent constants Cp and Ϋ the absolute temperatures of the individual measuring points are required; the sensors of the thermocouples T ₁ , T ₂ »Τ« and T installed there also serve to determine the formula quantities

R Λ Φ — Φ ΦR Λ Φ - Φ Φ

^{ö 1}Ol ~ ^λ2 ¹I · ^{ö 1} Ol ~ ^λ 2 ¹ I ·

ΓΠ _· ΓΠ ίΏ .1, ΦΓΠ _ · ΓΠ ίΏ .1, Φ

^ ^ÄTGes ⁼ * ^ ^ÄT Ges ⁼ *

Die Umstellung der letzten Gleichung für die Gesamtdifferenz der mittleren Temperaturen führt zuThe conversion of the last equation for the total difference of the average temperatures leads to

Ges ~ "2 1 2 ~ 3 " 4Ges ~ "2 1 2 ~ 3" 4

und ermöglicht ein besseres Verständnis der in Pig, 2 dargestellten erfindungsgemäßen Thermokette der Thermoelemente T₁ bis T. unter Einbeziehung eines üblichen Meßgerätes 16, das insbesondere aus einem Meßverstärker und einem Anzeigeinstrument besteht. Gemäß Pig, 2 ist es eine Besonderheit der Meßschaltung, daß die vorzeichengleichen Thermoelemente T₁ und T₂ eine zu beiden gemäß Formel "negativen" Thermoelementen T-; T. entgegengesetzte Polarität aufweisen. Um Meßfehler auszuschließen, die aus der mechanischen Verbindung unterschiedlicher Leiter d.er Thermoelemente (z, B, Nickel-Chrom mit Nickel) zu einem Thermopaar resultieren, sind die verschieden polarisierten Thermoelemente jeweils abwechselnd angeordnet, so daß gleiche Leiter (also Ni mit Ni sowie NiCr mit NiCr) miteinander verbunden werden; die äußeren, zum Meßgerät 16 weisenden Leiteranschlüsse gleichen sich hinsichtlich ihrer Meßfehler aus. Bei dieser Reihenschaltung der Thermoelemente T₁ bis T. kann die gewünschte Gesamtdifferenz der mittleren Temperaturen A T^ direkt in Form der entsprechenden Thermospannung abgenommen werden. Die mathematische Formeloperation "¹/2" wird . dadurch erreicht, daß der nachfolgende Meßverstärker nur auf 50 % seiner geplanten Verstärkung eingestellt wird.and allows a better understanding of the thermal chain according to the invention of the thermocouples T ₁ to T. shown in Pig, 2 including a conventional measuring device 16, which consists in particular of a measuring amplifier and a display instrument. According to Pig, 2, it is a special feature of the measuring circuit that the subscript-identical thermocouples T ₁ and T _{2 to} one of the two "T" thermocouples according to the formula; T. opposite polarity. To rule out measurement errors resulting from the mechanical connection of different conductors d.er thermocouples (z, B, nickel-chromium with nickel) to a thermocouple, the differently polarized thermocouples are each arranged alternately, so that the same conductor (ie Ni with Ni and NiCr with NiCr); the outer, pointing to the meter 16 conductor connections offset each other in terms of their measurement errors. In this series connection of the thermocouples T ₁ to T. the desired total difference of the average temperatures A T ^ can be taken directly in the form of the corresponding thermal voltage. The mathematical formula operation ^"1/2" is. achieved in that the subsequent measuring amplifier is set to only 50 % of its planned gain.

Die in. Pig, 2 gezeigte Anordnung läßt mit normalem Schaltungsaufwand die Verbindung eines jed.en der Thermoelemente mit einem auf konstanter Temperatur gehaltenen Bezugs-Thermoelement und somit' die Peststellung der Absolutternperatur zu. Ähnlich verhält es sich mit dem separaten Ausweis von bestimmten einzelnen Temperaturdifferenzen, Ze B, für das Kühlwasser«. Schließlich sind auch Variationen d.erart denkbar, daß man d.urch übliche Schaltertechniken jeweils vier gewünschte Thermoelernente aus einer Vielzahl zusammenschaltet und. Differenzen zwischen zwei mittleren Temperaturen ermittelt« Dies läßt sich in kürzester Zeit beliebig oft fortsetzen, was die Einsatzmöglichkeiten d.er erfindungsgemäßen Meßschaltung zweifellos erhöht.The arrangement shown in FIG. 2, with normal circuit complexity, allows the connection of any one of the thermocouples to a reference thermocouple maintained at a constant temperature, and thus the plunger position of the absolute temperature. The situation is similar with the separate identification of certain individual temperature differences, Ze B, for the cooling water. Finally, variations are also conceivable such that one interconnects, in each case, four desired thermal elements from a large number by conventional switcher techniques, and Differences between two mean temperatures determined «This can be continued as often as possible in no time, which undoubtedly increases the possible uses of the inventive measuring circuit.

Claims

223 754 ⁶

Invention claim:

Measuring circuit with thermocouples, in particular for measuring differential temperatures, taking advantage of the current flow between two thermocouples, which are connected to a thermocouple and have at the junctions of their two conductors different temperatures, characterized d * adurch that four thermocouples (T ^; T ₂ ; T ~; T.) are arranged in series and connected to a conventional measuring device (1β), that in each case the same head of the thermoelements are connected to each other, wherein the thermocouples (T ₁ JT ₂ ) or (T ₃ ; T.) form a measuring pair with the same polarity.

For this purpose / \ Page Zeichnmigm