DD205524A1 - Verfahren und schaltungsanordnung, insbesondere zur temperaturmessung - Google Patents

Abstract

ossen Variationsbereich zu erfassen.Dabei ist es Ziel,die Ermittlung der Messwertermittlung stoerende Einfluesse weitgehend zu vermeiden. Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem die Ruecksetzzeit gegenueber der Integrationszeit klein gehalten, der Verstaerkungsfehler durch die Gleichtaktverstaerkung des Differenzverstaerkers vermieden und eine Reproduzierbarkeit des Spannungspepels,bei d.die Zaehlerintervalle d.Mikrorechners beginnen,erreicht werden sollen.Erfindungsgemaess wird d.Strom einer Konstantstromquelle nacheinander durch eine Reihenschaltung,gebild.,aus-einem temperaturabhaengig. Widerstand und zwei seiner Zuleitungswiderstaende,-zweiZuleitungswiderstaende,-zweiZuleitungswiderstaenden u. einem Referenzwiderstandgeschickt.Durch d.erfindungsgemaesse Schaltungsanordn.entstehen in ein.Mikrorechner d Widerstandswerten proportionale Zaehlerstaende.Aus die

Description

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Erfinder x

Schild, Dietrich Trommer, Mathias

Zuatellungabevollmächtigteri

VEB Kombinat Technisches Glas

Ilmenau

- Zentrales Büro für Schutzrechte

DDR - 6300 ILMENAU Postfach 303

IPK: G 01 K, 7/20

Verfahren und Schaltungsanordnung, insbesondere zur Temperaturmessung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Messung von im Wertbereioh stark variierenden teohnisoh-phyalkalischen Größen, insbesondere der Temperatur mit hoher Genauigkeit in einem weiten Meßbereich und ist überall dort einsetzbar, wo Temperaturen über ein Widerstandsthermometer als elektrische Spannungen erfaßt und die Meßergebnisse digital verarbeitet und angezei

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werden, wie ζ_βΒ. in der Prozeßnießtechnik, der automatisierten Verfahrenstechnik, der Medizin, dem Anlagen- und Gerätebau, wie Klimaschränke, Verpackungsund Kunststoffverarbeitungsmaschinen, Industrieöfen und auf dem Gebiet des Lebensmittelsektors.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bs wurde bereits ein Meßgerät für Temperaturmessungen vorgeschlagen, bei dem an einem mikrorechnergesteuerten Schalter eine Reihenschaltung, gebildet aus einem Vorwiderstand, einem Bndwertwiderstand, einem auf Me ß-

temperatur liegenden Meßfühler und einem auf Umgebungs-. temperatur liegenden Meßfühler, angeordnet ist.

Die drei letztgenannten Schaltelemente sind in bekannter Weise mit einem Multiplexer verbunden, dessen Ausgang über einen Differenzverstärker auf einen Eingang eines Komperators arbeitet. Auf den anderen Eingang des Komperators arbeitet ein Integrator· Multiplexer und Integrator liegen ansteuermäßig am Mikrorechner, der desweiteren an den Ausgang des Komperators geschaltet ist. Der Mikrorechner ist mit einer Anzeige-Auswerteeinheit verbunden. Vom mikrorechnergesteuerten Schalter wird 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. Pur Jeden Pail eines durchgeschalteten Multiplexertores wird folgende Signalverarbeitung realisiert: Von einem vom Mikrorechner vorgegebenen Zeitpunkt an beginnt der Integrator zu integrieren, gleichzeitig beginnen Impulse in einen Zähler einzulaufen. Erreicht die

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Integratorspannung an dem einen Eingang des Komperators den Pegel, der aufgrund des jeweils durchgeschalteten Multiplexertores am Ausgang des Differenzverstärkers am anderen Komperatoreingang anliegt, so kippt der Komperator und beendet den Impulszählvorgang. Somit stehen für die Offset- und Driftspannungen bzw. die durch das Anlegen der Spannung an die Reihenschaltung über den Endwertwiderstand und die Meßfühler entstehenden Teilspannungen jeweils entsprechende Impulsanzahlen zur Verfügung· Es entstehen je Abfragezyklus durch Subtraktion der zueinander gehörenden Impulsanzahlen neue Impulsanzahlen, die offset- und driftbefreite Meßspannungen darstellen

Wird die einem Meßwert entsprechende Impulsanzahl auf die dem Endwertwiderstand entsprechende Impulsanzahl normiert, so entsteht ein von weiteren Einflußgrößen befreiter normierter Meßwert· Durch Entnormierung sowie durch Zuordnung des erhaltenen Widerstandswertes zur entsprechenden Temperatur erhält man die gesuchte Temperatur des Meßfühlers·

Die Genauigkeit der Temperaturanzeige wird u.a. jedoch wesentlich durch die Baugruppe Integrator und die Bau-.gruppe Differenzverstärker bestimmt. Der Integrator I wird vom Mikrorechner gestartet und beginnt 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. Bei Pegelgleichheit kippt der Komperator K.

Dieses Kippsignal stoppt einen vom Startmoment begonnenen Zählvorgang im Mikrorechner MR

, Die Reproduzierbarkeit des Spannungspegels, bei dem der

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Integrationsvorgang beginnt, bestimmt wesentlich die erreichbare Genauigkeit· Es ist jedoch nicht bekannt wie diese Reproduzierbarkeit erreicht wird. Auch aus der Literatur sind keine Schaitungsanordnungen mit vertretbarem Aufwand bekannt, die für ein sicheres und schnelles Rücksetzen des Integrators geeignet sind· Schnell heißt in diesem Pail, daß die Rücksetzzeit kurz gegenüber der Integrationszeit ist. Die zweite Baugruppe die wesentlich in die erreichbare Genauigkeit eingeht ist der Differenzverstärker (D)₀ Bin idealer Differenzverstärker verstärkt nur die Spannungsdifferenz zwischen seinen Eingängen. Reale Differenzverstärker haben außerdem eine Gleichtaktverstärkung, die bei der vorliegenden Präzisionsmeßaufgabe zu Meßfehlern führt· Auch hier sind sowohl aus der Patentals auch der Fachliteratur keine einfachen geeigneten Schaltungsanordnungen bekannt·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, das bekannte Verfahren und die angehörige Schaltungsanordnung so zu verändern, daß die vorgenannten Nachteile vermieden und die Verfahrensschritte sowie die Schaltungsanordnung vereinfacht werden, um eine Präzisionsmessung zu erreichen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem der IntegrationsVorgang so verändert wird, daß eine hohe Reproduzierbarkeit des Spannungspegels, bei dem das Zählintervall für den Mikrorechner beginnt, erreicht wird, die Rücksetzzeit des

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Integrators gegenüber der Integrationszeit klein ist, der Verstärkungsfehler durch die Gleichtaktverstärkung des Differenzverstärkers vermieden wird und dazu eine geeignete Schaltungsanordnung zu entwickeln. ;

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß vom mikrorechnergesteuerten Schalter nacheinander im Mikrorechner drei Zählerstände erzeugt werden· Allen drei Zählerständen ist gemeinsam, daß sie bei vorausgesetzter Kurzzeitstabilität gleiche Drift- und Offseteinflüsse des Verstärkers und der Komperatoren enthalten. Außerdem ist in allen drei Zählerständen der Widerstandswert zweier Zuleitungswiderstände als gleicher Summand vorhanden. Durch entsprechende Subtraktion erhält man zwei Zählerstände, die exakt dem nicht direkt zugänglichen Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes und dem Widerstandswert des Referenzwiderstandes entsprechen. Durch Quotientenbildung erhält man den Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes auf den Referenzwiderstand normiert. Durch Entnormierung und Zuordnung des Widerstands wertes nach der im Mikrorechner abgespeicherten Widerstands-Temperatur Kennlinie ergibt sich die gesuchte Temperatur des temperaturabhängigen Widerstandes.

Außerdem ist die Erfindung durch eine Schaltungsanordnung gekennzeichnet, bei der eine Konstantstromquelle nacheinander mit Je einer Reihenschaltung, gebildet

- aus einem temperaturabhängigen Widerstand mit zwei seiner drei je einen Widerstand darstellenden Zuleitungen,

- aus zwei dieser Zuleitungen,

- aus zwei dieser Zuleitungen und einem Referenzwiderstand, verbunden ist.

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Die jeweils auftretenden Spannungaabfalle werden ver- , stärkt und auf einen Komperator gegeben· Erfindungsgemäß ist neben diesem ein weiterer Komperator vorhanden, dessen einer Eingang auf Nullpotential liegt. Die beiden verbleibenden Anschlüsse der beiden Komperatoren sind miteinander verbunden und mit einer Sägezahnspannung beaufschlagt« Die Sägezahnspannung steigt ab einer kleinen negativen Spannung linear an und führt zum Schalten des auf Nullpotential liegenden Komperatora bei Nulldurchgang.

Eine Logikbaugruppe läßt vom Schaltmoment an Impulse auf den Zähleingang des Mikrorechners passieren. Der Zählvorgang wird abgebrochen, wenn die Sägezahnspannung, den Wert des jeweils verstärkten Spannungsabfalls erreicht hat, also der zweite Komperator schaltet.

Erfindungsgemäß wurde die Anordnung der Stromquelle, der Schaltergruppe und der Widerstände (temperaturabhängiger Widerstand, Referenzwiderstand und Zuleitungswiderstände) so gewählt, daß die zu verstärkenden Spannungsabfälle auf Masse bezogen erscheinen, also bei der Verstärkung kein Fehler durch GIeichtaktverstärkung auftritt.

Durch die rechentechnische Bearbeitung der Zählerstände im Mikrorechner entfallen störende Bauelementeeinflüase wie Bauelementealterung, Offset und Drift der Verstärker und Komperatoren u.a.'. Die beschriebene Temperaturmeßeinrichtung bedarf keines Abgleiches.

Ausführungsbeiapiel

Die Erfindung soll an einem Auaführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt in Pig.1 die prinzipielle Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung. AIa temperaturabhängiger Widerstand R^ wird ein Pt-100 Fühler in Dreileiterschaltung verwendet. Die Anschlußleitungen haben den Widerstandswert der Zuleitungen Rr ·

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Als Referenzwiderstand R wird ein Präzisionswiderstand

von 180 Ohm mit extrem kleinem TK eingesetzt. Q ist eine Präzisionsstromquelle, deren Strom I bei Lastvariation O^ R^ 390 0hm als konstant angesehen wird, Bin Sägezahngenerator SG liefert eine Sägezahnspannung, die linear von -1 V^ U—+ 10 V bei einer Periodendauer von ca· 50 ms ansteigt· Der Impulsgenerator I liefert Zählimpulse mit einer Frequenz von ca· 1 MHz, die durch eine Logik L auf den Zähleingang des Mikrorechners MR geschaltet werden·

Ein Meßschritt beginnt damit, daß der Sägezahngenerator den Mikrorechner in Bereitschaftsstellung setzt. Dieser wiederum schließt ζ·Β· den Schalter S-, , während Sp und So geöffnet sind· Am Verstärkereingang des Verstärkers V liegt die Spannung

U-I (R₁^ + R₁ + R_L ).

Diese wird verstärkt und auf einen Anschluß des Komperators K₂ gegeben· Die Sägezahnspannung steigt. Bei HuIldurchgang schaltet der Komperator K- und die Logikeinheit L läßt Impulse vom Impulsgenerator auf den Zähleingang Qes Mikrorechners passieren« Ist die Sägezahnspannung gleich der Ausgangsspannung des Verstärkers V schaltet der Komperator Kp, die Logikeinheit sperrt und der Zählvorgang ist beendet· Die Sägezahnspannung läuft weiter bis sie ihre obere Grenze erreicht hat, springt zurück, und es beginnt der nächste Schritt, Bin neuer Impuls des Sägezahngenerators SG bewirkt, daß der Zählerstand im Mikrorechner MR in eine vorbestimmte RAM-Zelle transportiert wird und der Mikrorechner MR in Bereitschaftsstellung versetzt wird· Der Mikrorechner MR öffnet den Schalter S₁ und schließt den Schalter S

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Der Ablauf lat analog. Bei Beginn einer neuen Periode des Sägezahngenerator SG wird der dem zweiten Schritt entsprechende Zählerstand ebenfalls auf eine vorbestimmte RAM-Zelle gegeben, ""und der dritte Schritt läuft wie beschrieben mit geschlossenem Schalter S₃ ab. Nach Abschluß dieses Schrittes stehen im RAM drei Zählerstände, die folgende Widerstände repräsentieren: Die Größe C enthält alle Offset-, Drift- und sonstige Fehlereinflüaae und ist konstant während eines Meßzyklus:

Z₁ R₁)I + R_L + R_L + C

Z₃ « r_l + r_l + σ + R₀ .

Der Mikrorechner MR führt im folgenden die Operation aust Z₁ - Z₂ (R₁^ + R_L + R_L + C) - (R₁+ R₁+ C)

Z₃ - Z₂ (R₀ + R_L + R_L + C) - (R₁+ R₁+ C)

Durch Multiplikation mit R_Q, dessen Wert im ROM steht, erhält man den Widerstandswert R₁^ · Der so aufbereitete Meßwert wird im Mikrorechner MR mit einer gespeicherten, auf denselben Endwert normierten Fühlerkennlinie verglichen, und man erhält den gesuchten Temperaturwert.

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch

   1· Verfahren insbesondere zur Temperaturmessung, bei dem eine Schaltergruppe durch einen Mikrorechner gesteuert und an den Verstärkereingang nacheinander eine Null-, eine Meß- und eine Referenzgröße geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sägezahngenerator den Mikrorechner steuert und durch eine Schaltungsanordnung in diesem für den Nullwert, den Meßwert und den Referenzwert am Verstärkereingang je ein um den Wert zweier Zuleitungswiderstände des temperaturabhängigen Widerstandes zu großer Zählerstand erzeugt wird und danach in an sich bekannter Weise der Mikrorechner durch Differenz- und Quotien· tenbildung den normierten Meßwert ermittelt, diesen ent· normiert, die gesuchte Temperatur zuordnet und ausgibt.

   2· Verfahren nach Punkt 1, dedurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Zählintervalle für die Null-, Meß- und Referenzgroßen durch das Schalten eines ersten Komperators mit anliegender Sägezahnspannung reproduzierbar eingeleitet werden·

   3«Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bei der eine mikroprozessorgesteuerte Schaltergruppe, ein temperaturabhängiger Widerstand mit seinen ZuIeitungswiderständen, ein Referenzwiderstand und eine Stromquelle zu einem Eingangsnetzwerk vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle als Konstantstromquelle ausgebildet ist und über die Schaltergruppe nacheinander mit je einer Reihe: schaltung, gebildet aus

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   - einem temperaturabhängigen Widerstand und zwei seiner Zuleitungswiderstände,

   - zwei Zuleitungswideretänden,

   - zwei Zuleitungswiderständen und einem Referenzwiderstand.,

   verbunden ist·

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