DD229893A1

DD229893A1 - Schaltungsanordnung zur temperaturmessung

Info

Publication number: DD229893A1
Application number: DD27106384A
Authority: DD
Inventors: Udo Stang; Hans-Peter Draude
Original assignee: Metallbau Und Labormoebelwerk
Priority date: 1984-12-18
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1985-11-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement und findet auf dem Gebiet der gesamten Temperaturmesstechnik fuer alle praktisch vorkommenden Temperaturen Anwendung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen und handelsueblichen Bauelementen einen Temperaturfuehler mit Thermoelement zu realisieren, der eine Messwertuebertragung ueber eine normale Zuleitung gewaehrleistet. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein Thermoelement und ein zur Kompensation dienender PN-Uebergang vorgesehen sind und mit einem Messverstaerker derart in Wirkverbindung stehen, dass die gesamte Schaltung in einem Temperaturfuehlergriff untergebracht ist. Figur

Description

Anwendungsgebiet derErfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement und findet auf dem Gebiet der gesamten Temperaturmeßtechnik für alle praktisch vorkommenden Temperaturen Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das thermospannungselektrische Meßprinzip basiert auf dem Seebeck-Effekt. Wird aus zwei verschiedenen metallischen Leitern ein Stromkreis gebildet und haben beide Verbindungsstellen unterschiedliche Temperaturen, dann wird im Stromkreis eine Thermospannung erzeugt. Diese Thermospannung ist ein Maß für die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Verbindungsstellen des Thermoelements. Entsprechend des Wirkprinzips muß die Temperatur der Vergleichsstelle berücksichtigt werden. Dies geschieht durch das Konstanthalten der Vergleichsstellentemperatur oder durch entsprechende Kompensationsmaßnahmen. Die bisher bekannten Kompensationsmaßnahmen weisen einige Mängel auf. Bei der Verwendung von Ausgleichsleitungen ist der entscheidende Nachteil durch den erhöhten Aufwand und die Störempfindlichkeit gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern gegeben. Die Kompensation im Meßfühlergriff mit Heißleiter bzw. PN-Übergang an der Vergleichsstelle vermindert den Aufwand an der Ausgleichsleitung, aber nicht die Störempfindlichkeit der Verbindungsleitung zum Meßgeräte und temperaturbedingte Drifterscheinungen des Meßverstärkers.

Ziel der Erfindung

Das Ziel derErfindung besteht darin, daß bei der Temperaturmessung mit einem Thermoelement der erhöhte Aufwand und die Störempfindlichkeit weitestgehend vermieden sowie thermische Drifterscheinungen des Meßverstärkers gemindert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen und handelsüblichen Bauelementen einen Temperaturfühler mit Thermoelement zu realisieren, der eine Meßwertübertr'agung über eine normale Zuleitung gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Thermoelement und ein zur Kompensation dienender PN-Übergang vorgesehen sind und mit einem Meßverstärker derart in Wirkverbindung stehen, daß die gesamte Schaltung in einem Temperaturfühlergriff untergebracht ist.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Temperaturmessung mit einem Thermoelement durchgeführt wird, wobei der Meßverstärker und der PN-Übergang im Griff des Temperaturfühlers untergebracht sind. Der Temperaturfühler bildet dadurch ein abgeschlossenes System, das von Umwelteinflüssen (Vergleichsstellentemperatur) unabhängig ist.

Dasfhermoelement befindet sich in einem Meßfühlerrohr, an dessen Spitze sich die Meßstelle befindet. Die Vergleichsstelle ist zusammen mit dem Meßverstärker, der gleichzeitig als Subtrahierer arbeitet, und einem PN-Übergang als Temperaturfühler in einem thermisch abgeschlossenen Raum eingegliedert. Der Abgleich des PN-Überganges kann so erfolgen, daß alle thermischen_Einflüsse auf den Meßverstärker und die Konstantstromquelle zusätzlich kompensiert werden.

Ausführungsbeispiei

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, welches in der zugehörigen Zeichnung als Übersichtsschaltbild dargestellt ist.

Der Temperaturfühlergriff 1 ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt. Das Thermoelement 3 ist in einem Meßfühlerrohr angebracht, an dessen Spitze sich die Meßstelle befindet. Im Temperaturfühlergriff 1 befinden sich außerdem der zur Kompensation verwendete PN-Übergang 5, die dafür notwendige Konstantstromquelle 6 und der als Subtrahierer arbeitende Meßverstärker 2. Der Innenraum des Temperaturfühlergriffes 1 besitzt die Temperatur TJG. Die Temperaturspannung UT zwischen den Anschlußklemmen 4 des Thermoelementes 3 beträgt UT=U3-U4.

Da der Spannungsabfall über einen PN-Übergang bei konstantem Strom mit steigender Temperatur abnimmt, ist U5 indirekt proportional zu T3. Der Temperaturkoeffizient des PN-Überganges 5 wird durch den Meßverstärker 2 negiert. Ohne Berücksichtigung der Größenverhältnisse der Temperaturspannung des Thermoelementes 3 und dem Temperaturkoeffizienten des PN-Überganges 5 sowie der notwendigen Verstärkung des Meßverstärkers 2 beträgt U7 = U3 — U4 + U5.

Da die Temperatur des Innenraumgehäuses Tjg = T2 = T3 ist, folgt U4 = Ug sowie U7 = U3. Unter Berücksichtigung realer Verhältnisse ist deshalb U7 proportional U3 proportional Ti. Der Abgleich des PN-Überganges 5 erfolgt so, daß alle thermischen Einflüsse auf den Meßverstärker 2 und die Konstantstromquelle 6 zusätzlich kompensiert werden. Dies geschieht bei Konstanthalten der Meßstellentemperatur T, und Änderung der Temperatur des lnnenraum-GehäusesTJG im gewünschten Kompensationsbereich. Der Abgleich des PN-Überganges 5 bzw. der Spannung U5 erfolgt so, daß trotz der Änderung von TJG eine konstante Anzeige durch den Analog/Digitalwandler erfolgt.

Am Ausgang 7 steht das niederohmige und an den Analog/Digitalwandler angepaßte Signal zur Verfügung.

Dieser Temperaturfühler ist durch den geringen Energieverbrauch insbesondere für batteriebetriebene elektronische Thermometer geeignet und kann mit beliebig langen Zuleitungen und für sehr hohe Temperaturen eingesetzt werden.

Claims

-2- 710 63

Erfindungsanspruch:

Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermoelement (3) und ein zur Kompensation dienender PN-Übergang vorgesehen sind und mit einem Meßverstärker (2) derart in Wirkverbindung stehen, daß die gesamte Schaltung in einem Temperaturfühlergriff (1) untergebracht ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement und findet auf dem Gebiet der gesamten Temperaturmeßtechnikfür alle praktisch vorkommenden Temperaturen Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das thermospannungselektrische Meßprinzip basiert auf dem Seebeck-Effekt. Wird aus zwei verschiedenen metallischen Leitern ein Stromkreis gebildet und haben beide Verbindungsstellen unterschiedliche Temperaturen, dann wird im Stromkreis eine Thermospannung erzeugt. Diese Thermospannung ist ein Maß für die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Verbindungsstellen des Thermoelements. Entsprechend des Wirkprinzips muß die Temperatur der Vergleichsstelle berücksichtigt werden. Dies geschieht durch das Konstanthalten der Vergleichsstellentemperatur oder durch entsprechende Kompensationsmaßnahmen. Die bisher bekannten Kompensationsmaßnahmen weisen einige Mangel auf. Bei der Verwendung von Ausgleichsleitungen ist der entscheidende Nachteil durch den erhöhten Aufwand und die Störempfindlichkeit gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern gegeben. Die Kompensation im Meßfühlergriff mit Heißleiter bzw. PN-Übergang an der Vergleichsstelle vermindert den Aufwand an der Ausgleichsleitung, aber nicht die Störempfindlichkeit der Verbindungsleitung zum Meßgeräte und temperaturbedingte Drifterscheinungen des Meßverstärkers.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, daß bei der Temperaturmessung mit einem Thermoelement der erhöhte Aufwand und die Störempfindlichkeit weitestgehend vermieden sowie thermische Drifterscheinungen des Meßverstärkers gemindert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen und handelsüblichen Bauelementen einen Temperaturfühler mit Thermoelement zu realisieren, der eine Meßwertübertfagung über eine normale Zuleitung gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Thermoelement und ein zur Kompensation dienender PN-Übergang vorgesehen sind und mit einem Meßverstärker derart in Wirkverbindung stehen, daß die gesamte Schaltung in einem Temperaturfühlergriff untergebracht ist.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Temperaturmessung mit einem Thermoelement durchgeführt wird, wobei der Meßverstärker und der PN-Übergang im Griff des Temperaturfühlers untergebracht sind. Der Temperaturfühler bildet dadurch ein abgeschlossenes System, das von Umwelteinflüssen (Vergleichsstellentemperatur)

unabhängig ist.

Dasthermoelement befindet sich in einem Meßfühlerrohr, an dessen Spitze sich die Meßstelle befindet. Die Vergleichsstelle ist zusammen mit dem Meßverstärker, der gleichzeitig als Subtrahierer arbeitet, und einem PN-Übergang als Temperaturfühler in einem thermisch abgeschlossenen Raum eingegliedert. Der Abgleich des PN-Überganges kann so erfolgen, daß alle thermischenJEinflüsse auf den Meßverstärker und die Konstantstromquelle zusätzlich kompensiert werden.

Ausführungsbeispiei

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, welches in der zugehörigen Zeichnung als Übersichtsschaltbild dargestellt ist.

Der Temperaturfühlergriff 1 ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt. Das Thermoelement 3 ist in einem Meßfühlerrohr angebracht, an dessen Spitze sich die Meßstelle befindet. Im Temperaturfühlergriff 1 befinden sich außerdem der zur Kompensation verwendete PN-Übergang 5, die dafür notwendige Konstantstromquelle 6 und der als Subtrahierer arbeitende Meßverstärker 2. Der Innenraum des Temperaturfühlergriffes 1 besitzt die Temperatur Tjq. Die Temperaturspannung Ut zwischen den Anschlußklemmen 4 des Thermoelementes 3 beträgt

U_x=U₃-U₄.

Da der Spannungsabfall über einen PN-Übergang bei konstantem Strom mit steigender Temperatur abnimmt, ist U₅ indirekt proportional zu T₃. Der Temperaturkoeffizient des PN-Überganges 5 wird durch den Meßverstärker 2 negiert. Ohne Berücksichtigung der Größenverhältnisse der Temperaturspannung des Thermoelementes 3 und dem Temperaturkoeffizienten des PN-Überganges 5 sowie der notwendigen Verstärkung des Meßverstärkers 2 beträgt U₇ = U₃ - U₄ + U₅.

Da die Temperatur des Innenraumgehäuses T_JG = T₂ = T₃ ist, folgt U₄ = U₅ sowie U₇ = U3. Unter Berücksichtigung realer Verhältnisse ist deshalb U₇ proportional U₃ proportional Ti. Der Abgleich des PN-Überganges 5 erfolgt so, daß alle thermischen Einflüsse auf den Meßverstärker 2 und die Konstantstromquelle 6 zusätzlich kompensiert werden. Dies geschieht bei Konstanthalten der Meßstellentemperatur Ti und Änderung der Temperatur des Innenraum-Gehäuses T_JG im gewünschten Kompensationsbereich. Der Abgleich des PN-Überganges 5 bzw. der Spannung U₅ erfolgt so, daß trotz der Änderung vonT_JG eine konstante Anzeige durch den Analog/Digitalwandler erfolgt.

Am Ausgang 7 steht das niederohmige und an den Analog/Digitalwandler angepaßte Signal zur Verfügung.

Dieser Temperaturfühler ist durch den geringen Energieverbrauch insbesondere für batteriebetriebene elektronische Thermometer geeignet und kann mit beliebig langen Zuleitungen und für sehr hohe Temperaturen eingesetzt werden.