Claims (3)
Erfindungsanspruch:Invention claim:
1. Anordnung zur hochsensiblen Thermostatisierung des Meßwertgebers eines Gasanalysators mit Hilfe eines Temperatursensors, gekennzeichnet dadurch, daß derTemperatursensor die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors (T3) ist, der wärmeschlüssig mit dem Meßwertgeber (MG) verbunden ist und als Bestandteil der Brücke, bestehend aus den Widerständen (R4, R 5, R 6, R7) sowie des Transistors (T3), von einer Referenzspannung (URef.) gespeist wird, wobei am Brückendiagonalzweig (A-B) ein integrierter Schaltkreis (IS) angeschlossen ist, der an seinem Ausgang über einen Widerstand (R3) mit einer Darlingtonanordnung (T1,T2) verbunden ist, an der am Kollektorzweig der Heizwiderstand (Ru) des Thermostaten, der an der Betriebsspannung (Ub) anliegt, angeschlossen ist.1. An arrangement for highly sensitive thermostating of the transmitter of a gas analyzer by means of a temperature sensor, characterized in that the temperature sensor is the base-emitter path of a transistor (T3), which is thermally connected to the transmitter (MG) and as part of the bridge, consisting from the resistors (R4, R5, R6, R7) and the transistor (T3), by a reference voltage (UR e f.) Is fed, wherein the bridge diagonal branch (AB) an integrated circuit (IS) is connected to the its output via a resistor (R3) with a Darlington arrangement (T1, T2) is connected, at the collector branch of the heating resistor (Ru) of the thermostat, which is applied to the operating voltage (Ub) is connected.
2. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß vom Ausgang des integrierten Schaltkreises (IS) zum invertierenden Eingang ein Widerstand (R 2) und zwischen dem gleichen Eingang und dem Punkt B ein weiterer Widerstand (RD angeordnet ist, so daß ein lineares Regelverhalten entsteht.2. Arrangement according to item 1, characterized in that from the output of the integrated circuit (IS) to the inverting input, a resistor (R 2) and between the same input and the point B, a further resistor (RD is arranged so that a linear control behavior arises.
3. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß alle Bauelemente bis auf den Widerstand (R7), dem Transistor (T2) im Thermostaten untergebracht sind.3. Arrangement according to item 1, characterized in that all components except for the resistor (R7), the transistor (T2) are housed in the thermostat.
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur hochsensiblen Thermostatisierung von Sensoren und Meßzellen in Gasanalysatoren.' Derartige Gasanalysatoren finden Anwendung in der chemischen Industrie, Kraftwerks- und Analysentechnik, insbesondere bei der Industrieabgas-und Sauerstoffmessung. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Notwendigkeit die starktemperaturabhängigen Sensoren bzw. Meßzellen langzeitstabil und hochgenau auf einem definierten Temperaturniveau zu halten.The invention relates to an arrangement for highly sensitive thermostating of sensors and measuring cells in gas analyzers. Such gas analyzers find application in the chemical industry, power plant and analysis technology, especially in the industrial exhaust and oxygen measurement. The focus is on the need to keep the temperature-dependent sensors or measuring cells long-term stable and highly accurate at a defined temperature level.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es ist allgemein bekannt, daß Sauerstoffanalysatoren eine Thermostatisierung der Meßzellen erfordern. Derartige bisher verwendete Thermostate arbeiten als Zweipunktregler, teilweise unter Verwendung von Kontaktthermometern. Als entscheidender Nachteil erweist sich dabei die mit >0,5k refativ große Hysterese dieser Fühler.It is well known that oxygen analyzers require thermostating of the measuring cells. Such previously used thermostats work as a two-point controller, partly using contact thermometers. The decisive disadvantage is the> 0.5k refativ hysteresis of these sensors.
Besonders kritisch ist diese Hysterese bei kleinen Meßbereichen um 1 % O2 und.kleiner. Die dabei durch die Hysterese der Zweipunktregler auftretenden Fehler erschweren erheblich die Auswertung der Signale. Hinzukommt, auf Grund der Größe, die schlechte Einbaumöglichkeit und mechanische Empfindlichkeit der Kontaktthermometer. Anstelle von Zweipunktreglern ist es auch üblich, Phasenanschnitt im Thermostat zu verwenden. Die dabei auftretenden extremen Stromanstiegsgeschwindigkeiten rufen die allgemein bekannte große Störstrahlung hervor und erfordern teilweise erhebliche Entstörmaßnahmen.This hysteresis is especially critical for small measuring ranges of 1% O 2 and smaller. The errors that occur due to the hysteresis of the two-position controller considerably complicate the evaluation of the signals. In addition, due to the size, the poor installation and mechanical sensitivity of the contact thermometer. Instead of two-point controllers, it is also common to use phase control in the thermostat. The occurring extreme rates of current rise cause the well-known large spurious radiation and sometimes require considerable suppression measures.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, bei derThermostatisierung der O2-Meßzelle einerseits die hysteresebedingten Meßwertfehler bis unter die registrierbare Schwelle abzusenken und andererseits unter geringem kostengünstigem Aufwand eine Anordnung aufzuzeigen, die durch Ausnutzung bestimmter Prinzipien bisher vorhandene Nachteile wie schlechte Langzeitstabilität, Netzspannungsabhängigkeit, Zusatzfehler durch große Hysterese, nicht optimale Anbringung und Art der Sensoren beseitigtThe aim of the invention is 2 measuring cell on the one hand lower at derThermostatisierung the O hysteresebedingten Meßwertfehler to below the recordable threshold and on the other hand, under low inexpensive cost show an arrangement that by utilizing certain principles previously existing disadvantages such as poor long term stability, supply voltage dependence, additional error due to large Hysteresis, not optimal mounting and type of sensors eliminated
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Thermostatisierung der Meßzelle eines Gasanalysators zu entwickeln und unter Ablösung bisher verwendeter veralteter Zweipunktregler eine hohe Langzeitstabilität und Präzision des Temperaturniveaus zu realisieren sowie kostenaufwendige Lösungen und Varianten mit großer Störstrahlung zu vermeiden. Das Ausgangssignal Ua, der für die O2-Messung üblichen Sensoren, ist eine FunktionThe invention has for its object to develop an arrangement for thermostating the measuring cell of a gas analyzer and to replace previously used obsolete two-point controller to realize a high long-term stability and precision of the temperature level and to avoid costly solutions and variants with large interference. The output signal Ua, the usual for the O 2 measurement sensors, is a function
Ua = f(Vol.-%02,9u). Ua = f (vol .-% 0 2 , 9u).
Der Einfluß der Umgebungstemperatur Ou stellt den überwiegenden Fehleranteil dar, der nur durch Verwendung eines Thermostaten zu kompensieren ist. Bezeichnet man seine Hysterese mit Aöu, ergibt sich für das Ausgangssignal Ua eine FunktionThe influence of the ambient temperature Ou represents the predominant proportion of errors that can only be compensated by using a thermostat. Designating its hysteresis with Aöu results in a function for the output signal Ua
Ua = f(Vol.-%O2,AOu),Ua = f (vol .-% O 2 , AOu),
wobei selbst kleine Temperaturänderungen innerhalb der Hysterese AOu (=1 k) Meßfehler von 1—7% hervorrufen können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Reduzierung dieses Einflusses dadurch gelöst, daß der Thermostat nicht mehr als Zweipunktregler mittels Kontaktthermometer, sondern als stetiger Regler (P-Regler) ausgeführt wird. Der Temperatursensor ist als Basis-Emitter-Strecke eines Transistors T3 direkt mit der Meßzelle wärmeschlüssig verbunden, DerTemperatursensor ist Bestandteil einer Brückenschaltung, die von einer Referenzspannung Uf^f. gespeist wird. Im Brückendiagonalzweig ist ein integrierter Schaltkreis IS angeschlossen, der an seinem Ausgang über einen Widerstand R 3 mit einer Darlingtonanordnung T1, T2 verbunden ist. Am Kollektorzweig der Darlingtonanordnung T1,T2 ist der Heizwiderstand RL des Thermostaten, der an der Betriebsspannung U8 an!: ;^,t, angeschlossen. ;even small temperature changes within the hysteresis AOu (= 1 k) can cause measurement errors of 1-7%. According to the task of reducing this influence is achieved in that the thermostat is no longer designed as a two-step controller by means of contact thermometer, but as a continuous controller (P-controller). The temperature sensor is connected as a base-emitter path of a transistor T3 directly to the measuring cell heat-conclusively, the temperature sensor is part of a bridge circuit, which is a reference voltage Uf ^ f. is fed. In Brückendiagonalzweig an integrated circuit IS is connected, which is connected at its output via a resistor R 3 with a Darlington arrangement T1, T2. At the collector branch of the Darlington arrangement T1, T2 is the heating resistor RL of the thermostat connected to the operating voltage U 8 to !: ^ ^, t. ;
Vom Ausgang des integrierten Schaltkreises IS zum invertierenden Eingang ist ein Widerstand R2 und zwischen dem gleichen Eingang und dem Punkt Bein weiterer Widerstand R1 angeordnet, so daß ein lineares Regelverhalten erreicht wird. Alle Bauelemente bis auf den Widerstand R7 und den TransistorT2 sind im Thermostaten untergebracht, insbesondere die Referenzspannungsquelle URef.. Durch das P-Verhalten des Reglers und die angepaßte Verstärkung ergibt sich das lineare Regelverhalten mit einer Hysterese kleiner 0,01 kelvin. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und den Aufbau des Reglers mit Referenzspannungserzeugung im Thermostaten sowie in unmittelbarer Nähe der Meßzelle wird eine ausgezeichnete Langzf itkonstanz und Unabhängigkeit gegenüber Umgebungstemperaturschwankungen erreicht.From the output of the integrated circuit IS to the inverting input a resistor R2 and between the same input and the point leg further resistor R1 is arranged, so that a linear control behavior is achieved. All components except for the resistor R7 and the transistor T2 are accommodated in the thermostat, in particular the reference voltage source U ref . The P-behavior of the regulator and the matched gain result in the linear control behavior with a hysteresis of less than 0.01 kelvin. The inventive arrangement and the structure of the regulator with reference voltage generation in the thermostat and in the immediate vicinity of the measuring cell an excellent long-term constancy and independence from ambient temperature fluctuations is achieved.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. In der Fig. ist die Anordnung zur Thermostatisierung des Meßwertgebers dargestellt. Gemäß Fig. ist der Temperatursensor als Basis-Emitter-Strecke eines Transistors T3 ausgeführt, der direkt mit dem Meßwertgeber MG wärmeschlüssig verbunden ist. Eine exakte Abbildung der realen Meßwertgebertemperaturin den Regelkreis ist damit erreicht. Die Widerstände R4, R5, R6 und der TransistorT3 bilden jeweils einen Brückenzweig, wobei der Widerstand R7 zur Sollwerteinstellung dient.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with the aid of the drawing. In the figure, the arrangement for the thermostatization of the transmitter is shown. According to Fig., The temperature sensor is designed as a base-emitter path of a transistor T3, which is connected directly to the sensor MG heat-conclusively. An exact mapping of the real transmitter temperature into the control loop is achieved. The resistors R4, R5, R6 and the transistor T3 each form a bridge branch, wherein the resistor R7 is used for setpoint adjustment.