DE102010003125A1 - Device for temperature measurement of heater in automobile industry, has sensor consisting of hybrids, where hybrids consist of temperature-dependent resistor i.e. platinum resistor, and thermo-couples - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturmessung, aufweisend mindestens einen Messfühler.The invention relates to a device for measuring temperature, comprising at least one sensor.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung von Temperaturwerten.The invention further relates to a method for determining temperature values.
Vorrichtungen zur Temperaturmessung der angegebenen Art gewinnen in Heizgeräten für die Automobilindustrie, z. B. Standheizungen, zunehmend an Bedeutung. Die Temperaturmessung in Heizgeräten wie z. B. Standheizungen erfolgt in erster Linie zum Zwecke der Temperaturregelung. Aufgrund hoher Auflagen des Gesetzgebers für elektronische Schaltungen in der Automobilindustrie handelt es sich bei solchen Temperaturmessungen um sicherheitsrelevante Messvorgänge mit hohen Anforderungen für Schutzmaßnahmen. Es ist z. B. erforderlich, zusätzlich zur Temperaturmessung, die zum Zwecke der Temperaturregelung eines Heizkreislaufes erfolgt, als unabhängige Schutzmaßnahme die Bereitstellung eines Überhitzungsschutzes sicherzustellen. Außerdem werden bzgl. der EMV(Elektromagnetische Verträglichkeit)-Festigkeit in der Automobilindustrie sehr hohe Anforderungen an elektronische Baugruppen gestellt. In Standheizungen für die Automobilindustrie ist der Einsatz von elektromechanisch wirkenden Thermoschutzschaltern bekannt. Üblicherweise werden solche Standheizungen mit mindestens zwei mechanischen Bauteilen ausgestattet, die einen sicheren thermischen Kontakt zum Medium haben und elektrisch wirkungsvoll eingebunden sind, damit sie unabhängig voneinander auf Temperaturänderungen reagieren. Eine solche Messvorrichtung wird durch mindestens zwei Steckverbinder und vier Kontaktstellen in eine Standheizung integriert. Eine solche Messvorrichtung ist dadurch nur mit sehr hohem mechanischem Aufwand umzusetzen.Devices for measuring the temperature of the specified type win in heaters for the automotive industry, eg. As parking heaters, increasingly important. The temperature measurement in heaters such. B. Parking heaters is primarily for the purpose of temperature control. Due to high requirements of the legislator for electronic circuits in the automotive industry, such temperature measurements are safety-relevant measuring processes with high requirements for protective measures. It is Z. B. required, in addition to the temperature measurement, which takes place for the purpose of temperature control of a heating circuit, as an independent protective measure to ensure the provision of overheating protection. In addition, with regard to the EMC (Electromagnetic Compatibility) strength in the automotive industry very high demands are placed on electronic assemblies. In auxiliary heaters for the automotive industry, the use of electromechanically acting thermal circuit breakers is known. Usually, such auxiliary heaters are equipped with at least two mechanical components, which have a secure thermal contact with the medium and are electrically effectively integrated, so that they react independently of temperature changes. Such a measuring device is integrated by at least two connectors and four contact points in a heater. Such a measuring device can be implemented only with very high mechanical effort.
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Temperaturmessung sowie ein Verfahren zur Bestimmung von Temperaturwerten zur Verfügung zu stellen, wobei die Temperaturdaten durch zwei unterschiedliche und voneinander unabhängige Messmethoden ermittelt werden können und die Vorrichtung mit möglichst geringem Schaltungsaufwand realisierbar ist.The invention has for its object to provide a device for measuring temperature and a method for the determination of temperature values are available, wherein the temperature data can be determined by two different and independent measurement methods and the device with minimal circuit complexity is feasible.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Temperaturmessung gemäß den Merkmalen des Anspruch 1 und einem Verfahren zur Bestimmung von Temperaturwerten gemäß den Merkmalen des Anspruchs 18.This object is achieved with a device for measuring temperature according to the features of claim 1 and a method for determining temperature values according to the features of
Hiernach weist die eingangs bezeichnete Vorrichtung zur Temperaturmessung mindestens einen Temperaturmessfühler auf. Ferner ist der Messfühler aus einem Hybriden aufgebaut, welcher aus mindestens einem temperaturabhängigen Widerstand und mindestens einem Thermoelement besteht. Somit ist es basierend auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, eine Temperaturmessung auf zwei völlig unterschiedliche Weisen durchzuführen. Zum Einen kann die Temperatur mit Hilfe des temperaturabhängigen Widerstandes dadurch ermittelt werden, dass die an dem temperaturabhängigen Widerstand abfallende Spannung gemessen und entsprechend ausgewertet wird. In einer zweiten Temperaturmessung kann die sich durch Temperatureinfluss ergebende Spannung an dem Thermoelement gemessen und entsprechend ausgewertet werden. Somit ist sichergestellt, dass bei beiden Temperaturmessungen verschiedenartige Materialien zur Bestimmung der Temperatur verwendet werden. Somit weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen sehr hohen Sicherheitsstandard auf. Ein entscheidender Vorteil dieser Vorrichtung ist es, dass das Alterungsverhalten beider Temperaturmessungen gegeneinander gerichtet ist, so dass dies in Abhängigkeit zugelassener Toleranzen sicher und frühzeitig erkannt werden kann. Außerdem ist es möglich, Parasitärwiderstände auf dem Weg vom Fühler zum Messeingang sowohl gegen Masse als auch gegen Plus gerichtet sicher zu erkennen. Des Weiteren bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, den thermischen Kontakt zu prüfen und somit unzureichenden Kontakt mit dem Medium sicher festzustellen. Eine solche Prüfung ist vor allem bei einem Einsatz in einer Standheizung von äußerst großer Bedeutung. In der Praxis kommt es häufig vor, dass das Kühlmedium nicht oder nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist und somit der Abtransport der Wärme nicht oder nur ungenügend vonstatten gehen kann. In solchen Fällen kommt es zur Überhitzung und damit zur Beschädigung von Geräten oder einzelnen Bauteilen. Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der einfache und kostengünstige Aufbau des Messfühlers, da dieser aus nur einem temperaturabhängigen Widerstand besteht und somit nur einen einzigen Anschluss zur Auswertung der beiden Messergebnisse benötigt.After that, the device for temperature measurement described at the beginning has at least one temperature sensor. Furthermore, the sensor is constructed of a hybrid, which consists of at least one temperature-dependent resistor and at least one thermocouple. Thus, based on the device according to the invention, it is possible to carry out a temperature measurement in two completely different ways. On the one hand, the temperature with the aid of the temperature-dependent resistor can be determined by measuring the voltage drop across the temperature-dependent resistor and correspondingly evaluating it. In a second temperature measurement, the voltage resulting from the influence of temperature on the thermocouple can be measured and evaluated accordingly. This ensures that different temperature measurement materials are used in both temperature measurements. Thus, the device according to the invention has a very high safety standard. A decisive advantage of this device is that the aging behavior of both temperature measurements is directed against each other, so that this can be detected safely and early depending on approved tolerances. In addition, it is possible to reliably detect parasitic resistances on the way from the sensor to the measuring input both against ground and against plus. Furthermore, the device according to the invention has the advantage of checking the thermal contact and thus reliably determining insufficient contact with the medium. Such a test is of great importance especially when used in a parking heater. In practice, it often happens that the cooling medium is not or not sufficiently available and thus the removal of heat or not insufficiently possible. In such cases, it overheats and thus damage to equipment or individual components. Another important advantage of the device according to the invention is the simple and inexpensive construction of the probe, since it consists of only one temperature-dependent resistor and thus requires only a single connection for the evaluation of the two measurement results.
Es ist bevorzugt, dass der Messfühler aus einem Hybriden aufgebaut ist, welcher aus mindestens einem temperaturabhängigen Widerstand und mindestens zwei Thermoelementen besteht.It is preferred that the sensor is constructed of a hybrid consisting of at least one temperature-dependent resistor and at least two thermocouples.
Bevorzugter Weise wird für den temperaturabhängigen Widerstand ein typischer Platinwiderstand gewählt. Dabei kann der Platinwiderstand einen aus dem Stand der Technik bekannten Widerstandsnennwert wie z. B. PT100, PT500, PT1000, PT2000 oder anderen Widerstandsnennwerten bei 0°C besitzen. Grundsätzlich könnte der temperaturabhängige Widerstand auch aus jedem anderen temperaturabhängigen Material bestehen.Preferably, a typical platinum resistance is chosen for the temperature-dependent resistor. In this case, the platinum resistance known from the prior art resistance rating such. PT100, PT500, PT1000, PT2000 or other resistance ratings at 0 ° C. In principle, the temperature-dependent resistance could also consist of any other temperature-dependent material.
Auch ist es bevorzugt, an den Enden des temperaturabhängigen Widerstandes jeweils ein Metall oder eine Metalllegierung zu kontaktieren. Dadurch wird die Kontaktstelle zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand und dem kontaktierten Metall oder der Metalllegierung fixiert.It is also preferable to contact at the ends of the temperature-dependent resistor in each case a metal or a metal alloy. Thereby, the contact point between the temperature-dependent resistor and the contacted metal or metal alloy is fixed.
Auch ist es bevorzugt, die Metalle oder Metalllegierungen in Form eines Drahtes oder in drahtähnlicher Form an den Enden des temperaturabhängigen Widerstandes zu kontaktieren. Des Weiteren ist es möglich, die Metalle oder Metalllegierungen in Form einer Leiterbahn oder leiterbahnähnlichen Form zu kontaktieren. Grundsätzlich könnten die Metalle oder Metalllegierungen aber auch eine gänzlich andere Form aufweisen.It is also preferable to contact the metals or metal alloys in the form of a wire or wire-like form at the ends of the temperature-dependent resistor. Furthermore, it is possible to contact the metals or metal alloys in the form of a conductor or a track-like shape. In principle, however, the metals or metal alloys could also have a completely different shape.
Um eine möglichst einfache Schaltung verwenden zu können, ist es bevorzugt, den Messfühler mit nur zwei Leitungen mit einem Bezugspunkt und einem einzigen Messeingang der Schaltung zu verbinden. Dies hat den erheblichen Vorteil, dass die Steckverbindung zwischen Messfühler und Schaltung im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Messvorrichtungen mit dreiadrigen oder mehradrigen Verbindungen auf eine nur zweiadrige Verbindung reduziert wird. Somit reicht es aus, eine Schaltung mit nur einem Messeingang zu verwenden. Die Reduzierung der Steckverbindungen auf eine nur zweiadrige Verbindung und die damit verbundene Reduzierung der Messeingänge der Schaltung auf nur einen Messeingang führen zu einem entscheidenden Kostenvorteil. Außerdem verringert sich somit auch die Baugröße der Messvorrichtung erheblich.In order to be able to use as simple a circuit as possible, it is preferable to connect the sensor with only two lines to a reference point and a single measuring input of the circuit. This has the considerable advantage that the plug connection between the measuring sensor and the circuit, in contrast to the measuring devices known from the prior art with three-wire or multi-core connections, is reduced to a two-core connection only. Thus, it is sufficient to use a circuit with only one measuring input. The reduction of the connectors to a two-wire connection and the associated reduction of the measuring inputs of the circuit to only one measuring input lead to a decisive cost advantage. In addition, thus, the size of the measuring device is reduced considerably.
Zum Schaffen eines Elementes, welches unter Temperatureinfluss eine elektrische Spannung generiert, ist es bevorzugt, dass die beiden Metalle oder Metalllegierungen so gewählt sind und an den beiden Enden des temperaturabhängigen Widerstandes derart kontaktiert werden, dass jeweils ein Thermoelement gebildet wird.To create an element which generates an electrical voltage under the influence of temperature, it is preferred that the two metals or metal alloys are selected and contacted at the two ends of the temperature-dependent resistor so that in each case a thermocouple is formed.
Ferner ist es bevorzugt, dass die beiden Metalle oder Metalllegierungen derartig gewählt werden, dass ein Thermoelement bei Erwärmung eine positive elektrische Spannung generiert.Furthermore, it is preferred that the two metals or metal alloys are chosen such that a thermocouple generates a positive electrical voltage when heated.
Bevorzugter Weise werden die beiden Metalle oder Metalllegierungen derartig gewählt, dass sich die beiden an den Kontaktstellen bildenden Thermoelemente äquivalent aber entgegengesetzt zueinander verhalten. Somit ist sichergestellt, dass die resultierende Spannung zwischen den beiden Thermoelementen einen möglichst maximalen Wert erreicht. Dadurch kann die Auflösung und die Messgenauigkeit der Temperaturmessung erhöht werden.Preferably, the two metals or metal alloys are selected such that the two forming at the contact points thermoelements equivalent but opposite to each other behave. This ensures that the resulting voltage between the two thermocouples reaches as high a value as possible. As a result, the resolution and the measurement accuracy of the temperature measurement can be increased.
In ähnlicher Weise ist es ferner bevorzugt, dass sich der Messfühler mit seinen zwei Thermoelementen wie eine Batterie verhält. Dabei weist der Messfühler einen Urspannungswiderstand in Höhe eines temperaturabhängigen Widerstandes auf. Somit generiert der Messfühler eine elektrische Spannung, welche von der Temperatur abhängig ist.Similarly, it is further preferred that the sensor with its two thermocouples behave like a battery. In this case, the sensor on a Urspannungswiderstand in the amount of a temperature-dependent resistor. Thus, the sensor generates an electrical voltage which depends on the temperature.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltung Bauteile wie z. B. passive Bauelemente, integrierte Schaltkreise, Analog-Digital-Wandler und Mikroprozessoren auf. Idealerweise besteht die Schaltung aus mindestens einem passiven Bauelement wie z. B. einem Widerstand, einem Analog-Digital-Wandler und einem Mikroprozessor. Alternativ kann der Analog-Digital-Wandler eingespart werden und ein Mikroprozessor mit entsprechendem analogem Eingang und internem Analog-Digital-Wandler verwendet werden. Die Messgenauigkeit einer Messung hängt im Wesentlichen von der absoluten Genauigkeit der passiven Bauelemente, z. B. des Widerstandes, dessen Temperaturkoeffizienten, sowie dem Offset-Verhalten des Analog-Digital-Wandlers ab. Dagegen ist die Temperaturauflösung im Wesentlichen von der Auflösung des Analog-Digital-Wandlers abhängig. Somit ist es möglich, die Auflösung und die Messgenauigkeit durch die Auswahl der entsprechenden Bauelemente zu bestimmen. Außerdem bietet eine solche Schaltung die Möglichkeit, vor Betrieb eventuelle Fehler zu erkennen. Es ist z. B. möglich, einen unzureichenden oder fehlenden Kontakt der Messvorrichtung mit dem Medium frühzeitig zu erkennen.According to a further preferred embodiment of the invention, the circuit components such. As passive components, integrated circuits, analog-to-digital converters and microprocessors. Ideally, the circuit consists of at least one passive component such. As a resistor, an analog-to-digital converter and a microprocessor. Alternatively, the analog-to-digital converter can be saved and a microprocessor with corresponding analog input and internal analog-to-digital converter can be used. The measurement accuracy of a measurement depends essentially on the absolute accuracy of the passive components, eg. As the resistance, its temperature coefficient, and the offset behavior of the analog-to-digital converter. In contrast, the temperature resolution is essentially dependent on the resolution of the analog-to-digital converter. Thus, it is possible to determine the resolution and the measurement accuracy by selecting the corresponding components. In addition, such a circuit provides the ability to detect any errors before operation. It is Z. B. possible to detect an insufficient or missing contact of the measuring device with the medium early.
Bevorzugter Weise weist die Schaltung einen Schalter oder ein dem Verhalten eines Schalters äquivalentes Bauelement auf. Somit ist es möglich, zwischen den beiden Messmethoden zu wählen bzw. zu wechseln und die gewünschte Messmethode zu aktivieren. Außerdem ist es möglich, mit einer automatischen Ansteuerung zwischen diesen beiden Messverfahren kontinuierlich zu wechseln.Preferably, the circuit has a switch or a device equivalent to the behavior of a switch. Thus it is It is possible to choose or switch between the two measuring methods and to activate the desired measuring method. It is also possible to continuously switch between these two measuring methods with an automatic control.
In einer anderen, alternativen Ausführungsform ist eine Schaltung vorgesehen, welche nur einen einzigen Messeingang besitzt und über diesen mit dem Messfühler verbunden ist.In another alternative embodiment, a circuit is provided which has only a single measuring input and is connected via this to the measuring sensor.
Ferner sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, als interne Spannungsquelle die Referenzspannung des Analog-Digital-Wandlers zu verwenden. Somit kann vermieden werden, dass Spannungsschwankungen der Referenzspannungsquelle zur Fälschung der Messergebnisse führen.Furthermore, an advantageous embodiment of the invention, as an internal voltage source to use the reference voltage of the analog-to-digital converter. Thus, it can be avoided that voltage fluctuations of the reference voltage source lead to falsification of the measurement results.
Es ist bevorzugt, dass ein Analog-Digital-Wandler mit einer Auflösung von mindestens 16-bit für die Schaltung benutzt wird. Somit können bei der Temperaturmessung basierend auf der Widerstandsmessmethode Temperaturauflösungen unterhalb von 0,1°K ermöglicht werden. Da die Thermoelemente bei der Spannungsmessmethode relativ kleine Spannungen generieren, ist durch die Wahl eines Analog-Digital-Wandlers mit solch hoher Auflösung sichergestellt, dass diese kleinen Spannungen mit der notwendigen Genauigkeit erfasst werden können.It is preferred that an analog-to-digital converter with a resolution of at least 16-bit be used for the circuit. Thus, in the temperature measurement based on the resistance measurement method, temperature resolutions below 0.1 ° K can be made possible. Since the thermocouples generate relatively small voltages in the voltage measurement method, the choice of an analog-to-digital converter with such a high resolution ensures that these small voltages can be detected with the required accuracy.
Besonders nützlich ist es, zwei oder mehr Mikroprozessoren für die Schaltung zu verwenden. Es ist zu erwähnen, dass mehr als ein Mikroprozessor für die Funktion und für die Durchführung der beiden Messmethoden nicht notwendig ist, der Einsatz eines weiteren Mikroprozessors aber den Vorteil hat, zusätzliche Funktionen sowie weitere sicherheitsrelevante Merkmale zu berücksichtigen. Es ist z. B. vorstellbar, dass die Berechnung der Temperaturen aus den beiden Messmethoden sowie die entsprechende Integritätsprüfung durch beide Mikroprozessoren separat erfolgt, die Steuerung der Temperaturzufuhr oder Temperaturabfuhr, z. B. durch ein Magnetventil für die Freigabe eines Kraftstoffflusses, durch eine elektrische bzw. logische Verknüpfung der beiden unabhängig voneinander ermittelten Temperaturen erfolgt. Denkbar sind auch weit komplexere Verfahren. Unter dem Einfluss von starken elektromagnetischen Feldern könnte die Temperaturerfassung nach einer der beiden Methoden noch funktionieren, während die andere Methode bereits versagt. In diesem Fall könnte um einen störungsfreien Betrieb zu ermöglichen, die Temperaturregelung für eine begrenzte Zeit basierend auf der noch funktionierenden Messmethode durchgeführt werden. Hierbei könnte auch ein entsprechender Fehler-Offset berücksichtigt werden, um die Genauigkeit basierend auf nur noch einer Messmethode zu gewährleisten. Ein solcher Fehler-Offset kann für die jeweilige Messmethode während der Zeit gewonnen werden, während beide Messmethoden fehlerfrei funktionieren. Kontinuierliches Vergleichen der beiden unabhängig voneinander ermittelten Temperaturwerte sowie ständige Plausibilitätschecks ermöglichen die Ermittlung solcher Fehler-Offsets und die sichere Erkennung möglicher Probleme einer der beiden Messmethoden.It is particularly useful to use two or more microprocessors for the circuit. It should be mentioned that more than one microprocessor is not necessary for the function and the execution of the two measuring methods, but the use of a further microprocessor has the advantage of taking into account additional functions as well as other safety-relevant features. It is Z. B. conceivable that the calculation of the temperatures from the two measurement methods and the corresponding integrity check by both microprocessors is done separately, the control of the temperature supply or temperature dissipation, z. B. by a solenoid valve for the release of a fuel flow, by an electrical or logical combination of the two independently determined temperatures. Also conceivable are far more complex procedures. Under the influence of strong electromagnetic fields, the temperature detection could still work by one of the two methods, while the other method already fails. In this case, to allow trouble-free operation, the temperature control could be performed for a limited time based on the still functioning measurement method. In this case, a corresponding error offset could also be taken into account in order to ensure the accuracy based on only one measurement method. Such an error offset can be obtained for the respective measurement method during the time, while both measurement methods function without error. Continuous comparison of the two independently determined temperature values as well as continuous plausibility checks allow the determination of such error offsets and the reliable detection of possible problems of one of the two measuring methods.
Weiterhin ist es nützlich, falls zwei oder mehr Mikroprozessoren verwendet werden, diese miteinander zu verbinden und eine Kommunizierung untereinander zu ermöglichen.Furthermore, if two or more microprocessors are used, it is useful to connect them together and allow communication among each other.
Bei einer Verwendung mehrerer Mikroprozessoren ist es außerdem bevorzugt, die Ansteuerung des Schalters bzw. eines äquivalenten Bauelements durch eine der beiden Mikroprozessoren durchzuführen. Eine solche Ansteuerung führt zur weiteren Steigerung der Sicherheit. Die Auswahl der Messmethode bzw. die Dauer der Messung könnte durch den Mikroprozessor in Abhängigkeit bestimmter Bedingungen oder Faktoren ermittelt werden. Somit sind auch komplexere Verknüpfungen mehrerer Bedingungen bzw. Faktoren vorstellbar. Des Weiteren könnte durch den Einsatz von Timern im Mikroprozessor eine Zeitsteuerung realisiert werden. Durch eine solche Zeitsteuerung ist z. B. sicherzustellen, dass beide Messmethoden in vorgesehenen Intervallen sowie für eine definierte Messdauer aktiviert werden. Dies hat außerdem den Vorteil, dass z. B. die Temperaturmessung basierend auf der Widerstandsmethode mit einer viel kürzeren Messdauer verglichen mit der Temperaturmessung basierend auf der Spannungsmessungsmethode durchgeführt wird. Somit wird der Platinwiderstand über einen viel kürzeren Zeitraum als in durch den Stand der Technik bekannten Verfahren mit Strom durchflossen. Dies ermöglicht wiederum, dass somit ein Vielfach größerer Strom über diesen kürzeren Zeitraum durch den Platinwiderstand geleitet werden kann, um die gleiche Eigenerwärmung zu produzieren. Dadurch kann die Messgenauigkeit und die Auflösung der Temperaturmessung erhöht werden.When using a plurality of microprocessors, it is also preferred to carry out the activation of the switch or of an equivalent component by one of the two microprocessors. Such control leads to further increase the security. The selection of the measuring method or the duration of the measurement could be determined by the microprocessor depending on certain conditions or factors. Thus, more complex links of several conditions or factors are conceivable. Furthermore, a timer could be realized by the use of timers in the microprocessor. By such a timing z. For example, ensure that both measurement methods are activated at scheduled intervals and for a defined measurement duration. This also has the advantage that z. For example, the temperature measurement based on the resistance method is performed with a much shorter measurement time as compared with the temperature measurement based on the voltage measurement method. Thus, the platinum resistance is traversed over a much shorter period of time than in known by the prior art method with current. This, in turn, allows a much larger current to be passed through the platinum resistor over this shorter time to produce the same self-heating. As a result, the measurement accuracy and the resolution of the temperature measurement can be increased.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Temperaturwerten wird wie folgt durchgeführt:
- a) Messung eines Widerstandswertes eines temperaturabhängigen Widerstandes nach Anlegen einer Referenzspannung und Ermittlung eines daraus resultierenden Temperaturwertes.
- b) Messung einer Spannung an Thermoelementen unter Ermittlung eines daraus resultierenden Temperaturwertes.
- a) Measurement of a resistance value of a temperature-dependent resistor after application of a reference voltage and determination of a resulting temperature value.
- b) Measurement of a voltage on thermocouples with determination of a resulting temperature value.
Vorzugsweise schließt sich an das Verfahren zur Bestimmung von Temperaturwerten eine Erzeugung eines oder mehrerer Signale zum Zwecke der Temperaturregelung und/oder Ansteuerung sicherheitsrelevanter Schaltungen, z. B. eine Überhitzungsschutzschaltung, an. Dieses Verfahren könnte mit den folgenden Schritten durchgeführt werden, wobei die Reihenfolge der einzelnen Schritte verändert werden kann:
- c) Generierung eines oder mehrerer Signale durch elektrische/logische Verknüpfung der ermittelten Temperaturwerte.
- d) Steuerung einer Temperaturzufuhr oder Temperaturabfuhr durch das oder die generierten Signale.
- e) Ansteuerung einer sicherheitsrelevanten Schaltung.
- c) Generation of one or more signals by electrical / logical combination of the determined temperature values.
- d) controlling a temperature supply or temperature dissipation by the generated signal (s).
- e) control of a safety-related circuit.
Bei dem beschriebenen Verfahren zur Bestimmung vom Temperaturwerten ist die Reihenfolge der einzelnen Messschritte nicht von Bedeutung. Insbesondere könnten die oben beschriebenen Messschritte a und b auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Außerdem wäre es möglich, nur eine der beiden Messungen a oder b durchzuführen und die Temperaturzufuhr oder die Temperaturabfuhr in Abhängigkeit mit dem ermittelten Temperaturwert basierend auf der gewählten Methode zu steuern. Zur Durchführung der beiden Messungen a und b wird jeweils dieselbe Vorrichtung verwendet, wobei mit einem Schalter oder einem äquivalenten Bauteil die entsprechende Messmethode ausgewählt wird. Durch den Aufbau des Messfühlers und die Wahl der Messmethode ist sichergestellt, dass beide Messungen auf unterschiedlichen Methoden basieren und bei der Ermittlung der Temperaturwerte verschiedenartige Materialien zum Einsatz kommen. Dies hat den Vorteil, dass Signale zum Zwecke der Temperaturregelung sowie Signale zum Bereitstellen eines Überhitzungsschutzes durch voneinander unabhängige Methoden generiert werden. Außerdem wird die Sicherheit des Verfahrens dadurch gesteigert, dass die beiden ermittelten Ergebnisse der unterschiedlichen Messmethoden miteinander verknüpft werden. Des Weiteren ist es möglich, eventuelle Fehler in einer der beiden Messmethoden sicher zu erkennen.In the described method for determining the temperature values, the order of the individual measuring steps is not important. In particular, the measuring steps a and b described above could also be carried out in the reverse order. In addition, it would be possible to perform only one of the two measurements a or b and to control the temperature supply or the removal of temperature depending on the determined temperature value based on the selected method. In order to carry out the two measurements a and b, the same device is used in each case, the corresponding measuring method being selected with a switch or an equivalent component. The design of the sensor and the choice of measuring method ensures that both measurements are based on different methods and that different materials are used to determine the temperature values. This has the advantage that signals for the purpose of temperature control and signals to provide overheating protection are generated by independent methods. In addition, the safety of the process is increased by linking the two results of the different measurement methods. Furthermore, it is possible to reliably detect any errors in one of the two measuring methods.
Vorzugsweise werden die beiden unabhängig voneinander ermittelten Temperaturwerte nach Messung a und b zum Zwecke einer Plausibilitätsprüfung miteinander verglichen. Somit können Messfehler, die in einer der beiden Methoden aufgetreten sind, erkannt werden. Da beide Messungen auf unterschiedlichen Methoden basieren und speziell ausgewählte verschiedenartige Materialien verwenden, können durch eine Plausibilitätsprüfung auch dann Messfehler erkannt werden, falls beide Messungen gleichzeitig Fehler aufweisen.Preferably, the two independently determined temperature values are compared with one another after measurement a and b for the purpose of a plausibility check. Thus, measurement errors that have occurred in one of the two methods can be detected. Since both measurements are based on different methods and use specially selected different materials, a plausibility check can detect measuring errors even if both measurements have errors at the same time.
Besonders nützlich ist es, die beiden Messungen a und b durch eine Zeitsteuerung zu steuern. Somit ist es möglich, die beiden Messungen in bestimmten Intervallen zu wiederholen sowie die Dauer der einzelnen Messvorgänge individuell zu steuern. Dies hat den Vorteil, dass z. B. die Dauer der Belastung des temperaturabhängigen Widerstands während der Widerstandsmessung minimiert werden kann. Außerdem ist es somit möglich, die Spannungsmessung am Thermoelement mit genügender Dauer durchzuführen, damit z. B. gewährleistet ist, dass sich die Spannung am in der Praxis stark gefilterten Messeingang in einer e-Funktion der tatsächlichen Spannung des Thermofühlers nähern kann.It is particularly useful to control the two measurements a and b by a time control. It is thus possible to repeat the two measurements at specific intervals and to individually control the duration of the individual measuring processes. This has the advantage that z. B. the duration of the load of the temperature-dependent resistor during the resistance measurement can be minimized. In addition, it is thus possible to perform the voltage measurement on the thermocouple with sufficient duration, so z. B. ensures that the voltage in practice strongly filtered measuring input in an e-function can approach the actual voltage of the thermocouple.
Um die unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Methoden und der entsprechenden Materialien zu berücksichtigen, ist es vorteilhaft, die Messung a mit einer kürzeren Dauer verglichen mit Messung b durchzuführen.In order to take into account the different properties of the two methods and the corresponding materials, it is advantageous to carry out the measurement a with a shorter duration compared to measurement b.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dauer der Messung a nur in der Größenordnung von 1% im Bezug auf die Gesamtmessdauer der Messungen a und b gewählt wird. Dies minimiert die Dauer der Strombelastung des temperaturabhängigen Widerstands und ermöglicht somit einen bis zu 100fach höheren Strom um die Genauigkeit und Auflösung der Temperaturmessung zu maximieren.It is particularly advantageous if the duration of the measurement a is chosen to be only in the order of magnitude of 1% in relation to the total measurement duration of the measurements a and b. This minimizes the duration of the current load on the temperature dependent resistor and thus allows up to a 100 times higher current to maximize the accuracy and resolution of the temperature measurement.
In einer anderen, alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine der beiden Messungen a oder b zur Bestimmung der Temperatur in der Schaltung selber verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass neben der eigentlichen Temperaturmessung auch die Temperatur innerhalb der Schaltung überwacht werden kann. Basierend auf dieser zusätzlich gewonnen Information können eventuelle Maßnahmen, wie z. B. Abschalten einer Funktion oder Anlage oder Zuschalten einer Kühlung, eingeleitet werden.In another, alternative embodiment it is provided that one of the two measurements a or b is used to determine the temperature in the circuit itself. This has the advantage that in addition to the actual temperature measurement, the temperature within the circuit can be monitored. Based on this additional information obtained, any measures, such. B. shutdown of a function or system or switching on a cooling introduced.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings by way of particularly preferred embodiments.
Es zeigen:Show it:
Der Messfühler
Der Temperaturfühler
Der Messfühler
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Vorrichtung zur TemperaturmessungDevice for temperature measurement
- 1010
- Verbindungsleitungconnecting line
- 10a10a
- Bezugspunktreference point
- 11, 1211, 12
- Verbindungsleitungconnecting line
- 13, 1413, 14
- PlatinwiderstandsfühlerPlatinum RTD
- 14a14a
- Schaltungcircuit
- 1515
- Messeingang 1Trade fair entrance 1
- 1616
- Messeingang 2Fair entrance 2
- 1717
- Mikroprozessormicroprocessor
- 1818
- Komparatorcomparator
- 1919
- Ausgangsverstärkeroutput amplifier
- 2020
- Steuersignalcontrol signal
- 2121
- Messfühlerprobe
- 21a21a
- HybridHybrid
- 2222
- Schaltungcircuit
- 2323
- temperaturabhängiger Widerstand/Platinwiderstandtemperature-dependent resistance / platinum resistance
- 23a, 23b23a, 23b
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- Mikroprozessormicroprocessor
- 3434
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- Thermoelementthermocouple
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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