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Thermoelement-Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung Thermoelement-Schaltungsanordnungen
zur Temperaturmessung sind in verschiedenen Ausführungsformen gebräuchlich. In allen
Fällen ist es erforderlich, Temperaturschwankungen an der Vergleichsstelle auszugleichen.
Zum Ausgleich der Temperaturschwankungen ist es bekannt, dem Thermoelement eine
Ausgleichsspannung entgegenzuschalten, die ihrerseits über eine Brückenschaltung
mit einem oder mit mehreren temperaturabhängigen Widerständen in der Brücken schaltung
gesteuert wird. Das Thermoelement liegt bei dieser bekannten Ausführungsform zumeist
mit dem Anzeigegerät in der Brückendiagonalen, während in den Brückenzweigen ein
oder mehrere temperaturabhängige Widerstände angeordnet sind und an die Verzweigungspunkte
der Brücke eine konstante Spannungsquelle angeschlossen ist. Diese bekannte Ausführungsform
mit gleichsam elektrischer Kompensation der Temperaturschwankungen an der Vergleichsstelle
ist nicht frei von Nachteilen. Einerseits läßt es sich nicht erreichen, daß die
durch die temperaturabhängigen Widerstände hervorgerufene Brückenspannung die gleiche
Charakteristik, wie die durch Temperaturschwankungen an der Vergleichsstelle auftretende
und zu kompensierende Thermospannungsänderung aufweist. Hierdurch entstehen zum
Teil nicht unbeachtliche Fehler. Außerdem ist die bekannte Schaltung außerordentlich
empfindlich gegen Schwankungen der Einspeisungsspannung. Diese kann aber nur mit
verhältnismäßig großem Aufwand konstant gehalten werden.
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Fernerhin ist eine Thermoelement-Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung
bekannt, bei welcher der Ausgleich der Temperaturschwankungen an der Vergleichsstelle
bzw. an einem Vergleichsthermoelement über eine Brückenschaltung gesteuert wird,
bei welcher eine auf gleicher Temperatur zu haltende Vergleichsmasse mit Heizwiderstand
angeordnet und zu deren Beheizung ein Verstärker vorgesehen ist, in dessen Ausgang
die Heizwicklung der Vergleichsmasse liegt, und bei welcher der Verstärker seinerseits
von einem auf die Temperatur der Vergleichsmasse ansprechenden Temperaturfühler
in der Eingangsstufe und außerdem von einem auf die Außentemperatur ansprechenden
Temperaturfühler zum Ausgleich der Temperaturschwankungen gesteuert wird.
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Die bisher bekanntgewordenen Thermoelement-Schaltungsanordnungen
weisen zumeist den Nachteil auf, daß infolge mangelhaften Ausgleichs der Temperaturschwankungen
unvermeidbare Meßfehler in Kauf genommen oder aber sehr aufwendige Veränderungen
vorgenommen werden müssen. Diesen Nachteil will die Erfindung vermeiden.
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Die Erfindung betrifft eine Thermoelement-Schaltungsanordnung zur
Temperaturmessung mit über eine Brückenschaltung gesteuertem Ausgleich der Temperaturschwankungen
an der Vergleichsstelle bzw. an einem Vergleichsthermoelement, bei der eine auf
gleiche Temperatur zu haltende Vergleichsmasse mit Heizwiderstand angeordnet und
zu deren Beheizung ein Verstärker vorgesehen ist, in dessen Ausgang die Heizwicklung
der Vergleich sm asse liegt, und bei der der Verstärker seinerseits von einem auf
die Temperatur der Vergleichsmasse ansprechenden Temperaturfühler in der Eingangsstufe
und außerdem von einem auf die Außentemperatur ansprechenden Temperaturfühler zum
Ausgleich der Temperaturschwankungen gesteuert ist. Die Erfindung besteht darin,
daß die von dem auf die Außentemperatur ansprechenden Temperaturfühler abgegebene
Spannung eine der nachgeschalteten Stufen des in bekannter Weise mehrstufig ausgebildeten
Verstärkers zusätzlich steuert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärker so ausgelegt ist, daß bei Ausschaltung der Brücke und des temperaturabhängigen
Auß entemperaturfühlers ein Heizstrom fließt, welcher die Heizung und damit die
Vergleichsmasse auf einen vorgeschriebenen Temperaturwert erwärmt. Der Außentemperaturfühler
ist im allgemeinen so zu bemessen, daß bei Ausschaltung der Brücke und bei wechselnder
Außentemperatur ein Heizstrom fließt, der die Heizung und damit die Vergleichsmasse
auf den vorgeschriebenen Temperaturwert erwärmt, also bereits einen Temperaturausgleich
der Beheizung bewirkt. Die eigentliche Feinregelung erfolgt dabei dadurch, daß die
Brücke mit einem oder mit mehreren temperaturabhängigen Widerständen so
abgeglichen
ist, daß bei dem vorgeschriebenen Temperaturwert an der Vergleichsmasse Brückengleichheit
besteht. Der bei dieser Schaltanordnung verwendete Verstärker wird in an sich bekannter
Weise als Transistorverstärker ausgebildet.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin
zu sehen, daß die Regelung und Konstanthaltung der Vergleichsstellentemperatur des
Thermoelementes oder der Thermoelemente bzw. die Konstanthaltung der Meßstellentemperatur
von entgegengeschalteten Vergleichsthermoelementen weder mechanisch bewegliche Schaltelemente,
noch eine konstante Betriebsspannung oder eine konstante Raumtemperatur erfordert.
Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird eine wesentliche Verb dessen rung der
Meßgenauigkeit erzielt, ohne daß hierzu besonders aufwendige Veränderungen vorgenommen
werden müssen.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert; es zeigt Fig. 1 ein Schaltschema
der gesamten Schaltungsanordnung, Fig. 2 im Ausschnitt eine andere Ausführungsform
der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und Fig. 3, ebenfalls schematisch, denVerstärkeraufbau.
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Die Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 bzw. 2 bestehen im grundsätzlichen
aus den folgenden Elementen: Dem Thermoelementl, der Ausgleichsleitung2, der Zuleitung
3 und demAnzeigegerät4, welches als Schreiber, Regler od. dgl. ausgebildet sein
kann. Die Meßstelle des Thermoelementes ist mit 1 a bezeichnet. Die Verbindungsstelle
mit 1 b. Die Vergleichsstelle ist durch das Bezugszeichen 5 gekennzeichnet worden.
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Der Vergleichs stelle ist ein Temperaturfühler 6 zugeordnet, der seinerseits
als temperaturabhängiger Widerstand 6 in die Brückenschaltung 7 des Verstärkers
8 einbezogen ist, wie weiter unten (Fig. 3) ausführlicher erläutert ist. Die Vergleichs
stelle 5 besitzt eine in den Figuren nur angedeutete Vergleichsmasse 9 und eine
Heizwicklung 10. Der Verstärker 8 besitzt neben dem an der Vergleichs stelle 5 angeordneten
Temperaturfühler 6 einen Raumtemperaturfühler 11.
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Dieser Raumtemperaturfühler 11 ist ein ebenfalls in die Verstärkerschaltung
einbezogener temperaturabhängiger Widerstand (vgl. Fig. 3).
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Wie die Fig. 2 zeigt, läßt sich der Aufbau nach Fig. 1 auch mit Vergleichsthermoelement
12 an der Vergleichsstelle 5 verwirklichen.
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Der in den Fig. 1 und 2 mit 8 angedeutete Verstärker besitzt im einzelnen
den aus der Fig. 3 erkennbaren Aufbau. Er ist im Ausführungsbeispiel als dreistufiger
Transistor-Verstärker ausgeführt mit den drei Transistoren 13, 14, 15. Der Netzanschlußteil
besitzt das durchgehende Bezugszeichen 16, während die Brückenschaltung, die den
Verstärker steuert, mit 7 bezeichnet wurde. Sie besitzt im Ausführungsbeispiel zwei
temperaturabhängige Widerstände 6, die den Temperaturfühler 6 nach Fig. 1 bilden,
läßt sich aber auch mit einem temperaturabhängigen Widerstand 6 verwirklichen. Im
Ausgang des Verstärkers 8 liegt der Heizwiderstand 10, der die Vergleichsmasse 9
an der Vergleichsstelle beheizt, wo sich also ein Vergleichsthermoelement 12 oder
die Klemme der Vergleichssteller; befindet. Der Basisstrom im Verstärker 81 b1 ist
so festgelegt, daß bei der Ausschaltung der Brücke 7 und des temperaturabhängigen
Widerstandes 11, der
als Außentemperaturfühler geschaltet ist, ein Heizstrom 1b2
fließt, der den Heizwiderstand 10 und damit die Vergleichsmasse 9, z.B. einen Metallklotz,
auf einen vorgeschriebenen Temperaturwert, z. B. auf 500 C bei einer Außentemperatur
von z. B. 200 C erwärmt. Der temperaturabhängige Widerstand 11, der als Außentemperaturfühler
dient, ist so bemessen, daß bei der Ausschaltung der Brücke 7 und Wechsel der Außentemperatur
von z. B. minus 30° C bis plus 45" C ein Heizstrom Ib3 fließt, der den Heizwiderstand
und damit die Vergleichsmasse auf den vorgeschriebenen Temperaturwert von im Beispiel
50" C erwärmt.
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Die Brücke 7 mit den beiden temperaturabhängigen Widerständen 6 und
zwei Normalwiderständen 17 ist so abgeglichen, daß bei dem vorgeschriebenen Temperaturwert
von im Beispiel 50° C am Temperaturfühler 6 Brückengleichheit besteht. Bei Abweichung
von diesem Temperaturwert wird der Basisstrom Ibl selbsttätig verstärkt oder vermindert
und dadurch der Heizstrom Ib3 verändert, bis wieder Brückengleichheit besteht. Durch
die bei der Brückenschaltung erreichte Genauigkeit ist die Genauigkeit der Regelung
gegeben. Die Ansprechempfindlichkeit der Brücke ist leicht so groß zu wählen, daß
kleinste Abweichungen vom Sollwert sofortige Ausregelung zur Folge haben.
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Durch die eingestellte Grundleistung unter Berücksichtigung der Außentemperatur
sowie durch gewisse Dämpfungsglieder wird eine dauernde Pendelung um den Sollwert
leicht vermieden. Kleinste Pendelungen werden durch die Masse und Wärmeträgheit
der Vergleichsmasse aufgefangen. Die Anheiz- und Regelkurve der Regeleinrichtung
läßt sich sehr steil halten, da außer der Grundleistung durch die Brücke die gesamte
Verstärkerleistung aufgeschaltet wird. Nach etwa 15 Minuten läßt sich der Sollwert
mit seiner kleinen Überschwingung bereits erreichen. Der mit dem durchlaufenden
Bezugszeichen 16 versehene Netzanschlußteil ist für eine Betriebswechselspannung
von beispielsweise 110 V zwischen den Polen 18, 19 oder 220 V zwischen den Polen
18, 20 vorgesehen. Über eine Transformatorwicklung 21, 21 a und einen Elektrolytkondensator
22 erhält die Brücke 7 eine Gleichspannung über die Leitung 23. Die erste und zweite
Verstärkerstufe mit den Transistoren 13 und 14 erhält über eine getrennte Wicklung
21b eine Zehnerdiode 24 und einen Elektrolytkondensator25 eine stabilisierte Gleichspannung.
Die Endstufe des Verstärkers mit dem Transistor 15 wird durch eine dritte Wicklung
21 c und einen Doppelweg-Gleichrichter 26 gespeist. Netzschwankungen machen sich
durch diese Schaltanordnung und durch die Betriebseigenschaften der Transistoren
13, 14, 15 im HeizstromIc3 nicht bemerkbar. Kleine Abweichungen durch Netzschwankungen
werden durch die Brücke ausgeregelt.