DE1573387B2 - Temperatur messgeraet - Google Patents
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Description
1 2
Die Erfindung betrifft ein Thermistor-Temperatur- Thermistoren zu linearisieren, jedoch ist im .allgemei-
meßgerät, dessen linearer Meßbereich durch einen nen das Ergebnis eine Herabsetzung der Empfind-
zweiten Thermistor vergrößert ist, mit parallel- lichkeit des Thermistors bis zu einem Punkt gewesen,
geschalteter Anzeigevorrichtung und einer Strom- bei dem er dann keinerlei Vorteil mehr gegenüber
quelle. 5 anderen Einrichtungen aufweist, die für denselben
Thermistoren werden üblicherweise in den ver- Zweck verwendbar sind.
schiedensten Vorrichtungen und Geräten verwendet, Bekannt ist bereits ein Verfahren zum Herstellen
mittels deren eine Temperatur abgefühlt wird, ent- von zusammengesetzten Heißleiter-Einheiten, von
weder unmittelbar zum Zweck der Messung der Tem- denen jede über den gesamten Arbeitsbereich hinweg
peratur einer Umgebung oder zum Zwecke des Ver- io einer vorbestimmten Widerstands-Temperatur-Kurve
gleichs derselben mit der Temperatur in einer ande- innerhalb einer gewählten Toleranz folgt. Der Schafren
Umgebung, oder wo eine von dem Thermistor fung des bekannten Verfahrens lag jedoch die Aberfaßte
Temperaturänderung dazu herangezogen sieht zugrunde, ein Herstellungs- und Zusammenwird,
die Messung eines anderen Parameters zu er- setzungsverfahren zu schaffen, durch das Heißleiter
reichen, wie z. B. die Änderung des Durchsatzes einer 15 mit kleiner Toleranz in jeder gewünschten Anzahl
Strömung, die eine stärkere oder geringere Abküh- hergestellt werden können, welche die gleichen oder
Sung eines Thermistors bewirkt. Insgesamt gesehen im wesentlichen die gleichen Widerstandstemperaturarbeiten
diese Geräte in der Weise, daß der Thermi- merkmale über einen gewünschten Temperaturstor
der abzufühlenden Umgebung ausgesetzt wird bereich hinweg unter Einschluß ausgedehnter Be-
und entsprechend dem elektrischen Widerstand, des 20 reiche aufweisen. Gemäß dem bekannten Verfahren
Thermistors bei unterschiedlichen Temperaturen werden jeweils mehrere ähnliche Heißleiterelemente
eine Ablesung erfolgt. Man kann diese beiden Ge- gruppenweise zusammengefaßt, deren Widerstandsrätearten,
die entweder die Temperatur direkt messen werte zusammengenommen der genannten Kurve
oder eine Temperaturmessung zur Messung einer an- innerhalb der genannten Toleranz an einer ersten
deren Größe heranziehen, mit »Thermometer« bzw. 25 Temperaturhöhe oder an dem einen Ende des Ar-
»thermisch wirkendes Meßgerät« bezeichnen. beitstemperaturbereiches bzw. an einem Punkt in
Zum Beispiel können als nützliches Anwendungs- dessen Nähe folgen. Danach werden aus diesen Grupgebiet
der Erfindung Geräte, die eine Temperatur pen von zusammengefaßten Elementen diejenigen
oder eine Temperaturveränderung abfühlen und sie Gruppen ausgewählt, deren Widerstandswerte zusamzu
einem anderen Parameter in Bezug setzen, der 30 mengenommen der Kurve innerhalb der genannten
Messung der relativen Feuchtigkeit dienen, bei denen Toleranz an einer zweiten Temperaturhöhe oder an
es bekanntermaßen erforderlich ist, die Temperatur dem anderen Ende des Arbeitstemperaturbereiches
einer nassen Thermometerkugel und einer trockenen bzw. an einem Punkt in dessen Nähe folgen. Schließ-Thermometerkugel
zu messen, um hierdurch das Maß lieh werden die letztgenannten Gruppen von Elemender
Flüssigkeitsverdampfung und damit den hieraus 35 ten elektrisch zusammengeschaltet. Sie bilden die gefolgenden
Kühleffekt zu bestimmen, der dann zur wünschten zusammengesetzten Heißleitereinheiten.
Feuchtigkeitsmenge in der Luft zwecks Bestimmung Mit dem bekannten Verfahren soll der Widerstandsder
relativen Feuchtigkeit in Bezug gesetzt wird. Temperatur-Charakteristik in einem weiteren Bereich
Die Erfindung kann zweckmäßigerweise bei Wind- einer vorgegebenen Kurve gefolgt werden, als dies
geschwindigkeits- oder Windrichtungsmeßgeräten an- 4° mit einem einzigen Heißleiterelement erreichbar
gewendet werden. Dabei sind die Abkühlelemente wäre.
zwecks Geschwindigkeitsmessung so angeordnet, Es ist hier ein statistisches Auswahlverfahren vor-
daß sie die Kühlwirkung des Windes auf das Meß- geschlagen, bei dem rein selektiv mehrere Kollek-
gerät feststellen. Zur Ermittlung der Windrichtung tive von untereinander ähnlichen Heißleitern verbun-
sind sie derart angeordnet, daß sie die Differenz der 45 den oder verworfen werden.
Kühlwirkung auf verschiedene, in einem vorbestimm- Es ist auch eine Schaltungsanordnung zur Umforten
gegenseitigen Abstand angeordnete Fühleinrich- mung einer Widerstandsänderung in einem Gleichtungen
feststellen. Die Verwendung von Thermo- strom mit einer Wheatstonschen Brückenschaltung
metern mit Thermistoren in derartigen Gerätetypen bekannt, die in einem Zweig den Meßwiderstand entist
besonders insofern vorteilhaft, als die Geräte dann 50 hält und deren Diagonalstrom das Drehspulinstrusehr
klein sind und keinem Verschleiß unterliegen. ment eines selbstabgleichenden Kompensator be-Sie
weisen auch ein Minimum an Beschränkung der aufschlagt. Bei dieser bekannten Anordnung liegt in
Form der Meßeinrichtung auf, die ihrerseits derart einem Zweig der Brücke mindestens ein stromabhänausgebildet
sein kann, daß sie geringstmöglichen giger Widerstand mit positivem oder negativem
Strömungswiderstand bietet und in maximalem Maße 55 Temperaturkoeffizienten, und der Ausgangsgleichdem
abzufühlenden Fließmittel ausgesetzt ist. strom des Kompensators, vorzugsweise Schwenk-Temperaturfühler
mit Thermistoren haben Vorteile spulkompensators, speist die Brückenschaltung,
in bezug auf geringe Größe und Schnelligkeit des Zweck dieser bekannten Anordnung ist es, kleinste
Ansprechens auf Temperaturänderungen, wie auch Widerstandsänderungen in einen eingeprägten Gleichauf
eine erhöhte Empfindlichkeit, verglichen mit an- 60 strom umzuwandeln, der zur Betätigung eines anderen
Abfühleinrichtungen, wie beispielsweise ther- zeigenden und registrierenden Instrumentes für Fernmoelektrischen
Elementen. Jedoch haben zu diesem meß- sowie auch für Regelzwecke geeignet ist.
Zweck verwendete Thermistoren keinen ausreichen- Demgegenüber besteht bei der Erfindung die Aufden Ansprechbereich, oder ihr Ansprechen weicht so gäbe darin, in vorbestimmbarer Weise durch eine von der Linearität ab, daß der Ausgang am einen 65 originelle Kombination von wenigen Festwiderstän-Ende des Bereichs oder am anderen Ende fehlerhaft den und Heißleitern mit bereits bekannten Wider- oder ungenau ist. Es sind verschiedene Versuche stands-Temperatur-Verhalten zu einer Widerstandsunternommen worden, um das Ansprechen von anordnung zu gelangen, deren Widerstands-Tempera-
Zweck verwendete Thermistoren keinen ausreichen- Demgegenüber besteht bei der Erfindung die Aufden Ansprechbereich, oder ihr Ansprechen weicht so gäbe darin, in vorbestimmbarer Weise durch eine von der Linearität ab, daß der Ausgang am einen 65 originelle Kombination von wenigen Festwiderstän-Ende des Bereichs oder am anderen Ende fehlerhaft den und Heißleitern mit bereits bekannten Wider- oder ungenau ist. Es sind verschiedene Versuche stands-Temperatur-Verhalten zu einer Widerstandsunternommen worden, um das Ansprechen von anordnung zu gelangen, deren Widerstands-Tempera-
tur-Charakteristik über einen wesentlich größeren Meßbereich linear ist, als dies mit einem einzigen
Thermistor zu erreichen wäre.
Die Erfindung beruht zum Teil auf der Tatsache, einen vorbestimmten elektrischen Widerstand zu dem
Thermistor parallel zu schalten und dessen Wert so zu gestalten, daß es möglich wird, die Empfindlichkeit
des Thermistors bei erheblicher Steigerung der Linearität um nur ungefähr 30% zu verringern, was
man noch als annehmbar betrachten kann, weil dann immer noch eine wirksame und den Verhältnissen
entsprechende Empfindlichkeit verbleibt.
Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Aufrecliterhaltung einer praktisch konstanten Linearität
der Empfindlichkeit von zur Wärmefühlung verwendeten Thermistoren und der zugehörigen Kreise
in Temperaturbereichen, beispielsweise 1 bis 100° C, während ein Bereich von 20° C mit annehmbarer
Empfindlichkeit für die jetzt üblichen Thermistor-Temperaturmeßgeräte als etwa normal angesehen·
wird. Es soll ermöglicht werden, eine Empfindlichkeit und Linearität des Ansprechens mit Abweichungen
von O,2°/o innerhalb eines Bereichs von 100° C zu erzielen und mit Abweichungen von weniger als 0,1 %
innerhalb eines Temperaturbereichs von 50° C.
Die obengenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der lineare Temperaturbereich
des ersten Thermistors höher liegt als der lineare Temperaturbereich des zweiten Thermistors
und beide Bereiche sich überdecken, daß die Thermistoren thermisch gekoppelt sind und daß der zweite
Thermistor in Reihe mit einem Festwiderstand geschaltet ist, dessen Wert kleiner ist als der des zweiten
Thermistors in dessen linearem Bereich, daß diese Reihenschaltung, deren Widerstand in dem höheren
Temperaturbereich größer ist als derjenige des ersten Thermistors, dem ersten Thermistor parallel geschaltet
ist und daß die Stromquelle mit einem Anpassungswiderstand an das Netzwerk so angeschlossen
ist, daß deren Innenwiderstand gleich dem Gesamtwiderstand des Netzwerkes bei einer Temperatur innerhalb
des Meßbereiches ist. In dem höheren Temperaturbereich wird der Gesamtwiderstand der Schaltung
im wesentlichen lediglich durch den ersten Thermistor bestimmt, da dieser in dem betreffenden Temperaturbereich
einen kleineren Widerstand aufweist als die Summe der parallelgeschalteten Widerstände
des zweiten Thermistors und des zweiten Widerstandes. In diesem oberen Meßbereich ergibt sich somit
eine lineare Widerstands-Temperatur-Charakteristik für die gesamte Schaltung, da der aktive erste Thermistor
im wesentlichen linear ist.
Beim Übergang zu dem niedrigeren Temperaturbereich erhöht sich jedoch der Widerstand des ersten
Thermistors derart viel stärker als derjenige des zweiten Thermistors, daß der Gesamtwiderstand der
Reihenschaltung des zweiten Festwiderstandes und des zweiten Thermistors kleiner wird als der Widerstand
des ersten Thermistors. Da weiterhin in diesem unteren Temperaturbereich der Widerstand des zweiten
Thermistors größer wird als derjenige des zweiten Festwiderstandes, wird der Gesamtwiderstand der
Schaltung im wesentlichen durch den in diesem unteren Temperaturbereich linearen zweiten Thermistor
bestimmt.
Es wird in vorteilhafter Weise durch die geschickte Kombination nur zweier Thermistoren und eines
Festwiderstandes eine wesentliche, im voraus bestimmbare Linearisierung des Temperaturverhaltens
eines Thermistors bzw. eine entsprechende Meßbereichserweiterung erzielt. Um hierbei die Empfindlichkeit
der Anordnung zu steigern und sicherzustellen, daß der größtmögliche Betrag der Speiseenergie
der Stromquelle an die Schaltung abgegeben wird, ist noch ein Anpassungswiderstand vorgesehen,
durch welchen der Innenwiderstand der Stromquelle an den Außenwiderstand der Thermistor-Widerstands-Kombination
bei einer innerhalb des Meßbereichs liegenden Temperatur angeglichen werden kann.
Mit der neuen Vorrichtung ist ein Verfahren zur Messung der Umgebungstemperatur geschaffen worden,
mittels dessen es möglich ist, Thermistor-Temperaturschaltungen zu verwenden und trotzdem genaue
Messungen innerhalb verhältnismäßig weiter Temperaturveränderungen zu erzielen. Es werden
Gruppen von Thermistoren ausgewählt, die unterschiedliche, in fixen Toleranzgrenzen liegende Kennlinien
aufweisen. Durch Anwendung der Erfindung und der beschriebenen Schaltungen ist es möglich,
eine Linearität des Ansprechens bei Temperaturmessungen mit einer Abweichung von angenähert 0,04 %
in einem Bereich von 0 bis 1000C zu erzielen, mit
einer Abweichung von ungefähr 0,02% in einem Bereich von 0 bis 500C; und mit einer Abweichung
von etwa 0,2% in einem Bereich von —50 bis + 15O0C.
Nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip ist es möglich, in einfacher Weise den Meßbereich
des neuartigen Thermistor-Temperatur-Meßgerätes für niedrige Temperaturen dadurch zu erweitern, daß
dem ersten Thermistor mindestens ein weiteres Paar eines in Reihe geschalteten Festwiderstandes und
eines Thermistors parallel geschaltet ist und dieser Thermistor in einem Bereich noch niedrigerer Temperaturen
linear ist und den Gesamtwiderstand des Netzwerkes bestimmt.
Falls der innere Widerstand der Stromquelle relativ klein ist, so kann sie in vorteilhafter Ausgestaltung
der Erfindung als Konstantstromquelle ausgebildet und parallel zu dem Anpassungswiderstand geschaltet
sein. Wenn dagegen der innere Widerstand der das Gerät speisenden Energiequelle größer ist, so
wird sie in Weiterbildung der Erfindung als Konstantspannungsquelle in Reihe mit dem Anpassungswiderstand
geschaltet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines typischen Thermistor-Temperaturmeßgerätes
nach der Erfindung unter Verwendung einer einen konstanten Strom abgebenden Stromquelle;
F i g. 2 ist ein Schaltbild für eine abgewandelte Schaltung unter Verwendung einer Stromquelle mit
konstanter Spannung;
F i g. 3 ist der Schaltplan einer weiteren abgewandelten Ausführungsform des Temperaturmeßgerätes;
F i g. 4 zeigt in Form eines Diagramms die Art und Weise, in der das Ansprechen zweier Thermistoren
miteinander kombiniert ist;
F i g. 5 zeigt das Schaltbild einer weiteren abgewandelten Ausführungsform;
F i g. 6 ist die schematische Ansicht einer Doppelthermistoranordnung
zur Verwendung in einer Temperatursonde;
F i g. 7 ist die schematische Ansicht einer anderen Art einer solchen Doppelthermistorkonstruktion;
5 6
F i g. 8 zeigt in ähnlicher Darstellung wie die renz E0 von der Summe des Stromflusses durch T-I
F i g. 6 und 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem drei und durch die Serienschaltung von R-2 und T-2 ab.
Thermistoren verwendet sind. Ein dritter Thermistor Γ-3 und ein dritter Fest-
Die Fig. 1 und 2 zeigen Schaltpläne zweier im widerstandR-3 sind, ebenfalls zueinander in Reihe
wesentlichen gleichwertiger Ausführungsformen der 5 geschaltet, parallel zu T-I geschaltet und stellen so-
Erfindung, bei denen verschiedene Thermistoren ver- mit einen anderen, unterschiedlichen Shunt-Kreis
wendet werden, um eine optimale Linearität des An- für T-I dar. Der Thermistor Γ-3 ist derart geschaltet,
Sprechens in einem Temperaturbereich zu erzielen, daß er eine im wesentlichen lineare Veränderung des
der beträchtlich größer ist, als er mit einem einzigen elektrischen Widerstands in einem noch niedrigeren
Thermistor erzielbar ist. Es ist hervorzuheben, daß io Temperaturbereich, beispielsweise von 0 bis 4O0C,
die Größe des Temperaturbereichs, über den ein aufweist. Die Schaltung kann erforderlichenfalls
lineares Ansprechen gewünscht wird, und das Maß durch Hinzufügung weiterer solcher Shunt-Zweig-
der Linearität des Ansprechens, das erzielbar ist, von leitungen vergrößert werden, wovon jede aus einem
der Anzahl der Thermistoren und von ihren jeweili- vorbestimmten Festwiderstand und einem Thermistor
gen Bereichen eines im wesentlichen linearen An- 15 besteht. Dies ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt durch
Sprechens abhängt, die in einer gegebenen Schaltung den zusätzlichen Kreis, in dem der Festwiderstand
verwendet werden. Im Hinblick darauf zeigen die R-N und der damit in Reihe geschaltete Thermistor
Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 ein Ausführungs- T-N liegt.
beispiel, bei dem drei Thermistoren, die mit T-I, Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung ist im wesent-
T-2 und T-3 bezeichnet sind, und eine Erweiterung 20 liehen die gleiche wie die in Fig. 1 dargestellte
der Schaltung ist dargestellt durch einen weiteren Schaltung; sie stellt die praktische Anwendung des
Thermistor T-N, der den höchsten in der Gesamt- Theveninschen Theorems dar, wobei die konstante
zahl der zusätzlich verwendeten Thermistoren dar- Spannungsquelle E und der damit in Reihe geschalstellen
soll. tete Festwiderstand R-I die elektrische Energiequelle
Da sich die Schaltungen, die in den F i g. 1 und 2 25 darstellen an Stelle der einen konstanten Strom abdargestellt
sind, in den meisten Beziehungen entspre- gebenden Stromquelle S und des Fest-Shunt-Widerchen,
werden sie gleichzeitig beschrieben, wobei die StandesR-I in Fig. 1. In Fig. 2 wird, wie auch in
Abweichungen während der Beschreibung besonders Fig. 1, die AusgangsspannungE0 als Spannungsdifhervorgehoben
werden. Der Thermistor T-I ist ge- ferenz an das Meßgerät M gelegt, und der gleichmäß
Fig. 1 an eine elektrische Energiequelle ange- 30 wertige Widerstand der verschiedenen Zweigleitunschlossen,
die aus einer einen konstanten Strom ab- gen, entsprechend der Thermistortemperatur, bildet
gebenden Stromquelle S und einem parallel zu dieser die mit dem Bezugszeichen Rx bezeichnete Belastung.
Stromquelle geschalteten Festwiderstand R-I besteht. Für manche Zwecke bringt die Verwendung einer
Der erste Thermistor T-I ist also gemäß Fig. 1 par- Stromquelle konstanter Spannung Vorteile gegenüber
allel zu diesem Shunt-Widerstand R-I geschaltet. An 35 der Verwendung einer Stromquelle mit konstantem
diese elektrische Energiequelle ist außerdem ein Strom. Beispielsweise kann es zur Erzielung eines
Meßgerät M angeschlossen, vorzugsweise ein geeig- konstanten Stroms erforderlich sein, verhältnismäßig
netes Voltmeter. Der Spannungsunterschied, der die- hohe Speisespannungen zu verwenden, oder es wersem
Meßgerät zugeleitet wird, ist die Ausgangsspan- den Servosysteme zur Steuerung des Stromausgangs
nung des Kreises, die durch das Bezugszeichen E0 an- 40 verwendet. In jedem Falle wird die hierzu erfordergezeigt
ist. Der gleichwertige Widerstand der Ther- liehe Einrichtung komplizierter und unter Umstänmistorkreise
ist der Widerstand oder die Belastung, den auch störungsanfälliger sein, als es wünschensdie
an die Stromquelle angelegt wird, angedeutet wert ist. Auf der anderen Seite wird durch Verwendurch
das Bezugszeichen Rx, und dies ist die Summe dung einer Stromquelle mit konstanter Spannung, wie
des Widerstands der verschiedenen Zweigleitungen 45 z.B. einer Nickel-Cadmium-Batterie, zusammen mit
der Schaltung, in denen die einzelnen Thermistoren dem Widerstand R-I, der abhängig von Rx einen
liegen. festen Wert aufweist, eine einfache Stromquelle ge-
Die erste Zweigleitung besteht, wie bereits be- schaffen. Es ist wünschenswert, soviel wie möglich
schrieben, aus dem Thermistor T-I. Parallel hierzu von der Erregerspannung aus der Quelle E als Nutzist
eine zweite Zweigleitung geschaltet, die aus einem 50 signal zu erhalten, beispielsweise in Fernsteuerungs-Festwiderstand
R-2 und dem Thermistor T-T, besteht. oder Fernmeßsystemen. Zur Erhaltung einer best-Der
Thermistor T-I ist derart ausgewählt, daß er möglichen Messung sollte außerdem die Form des
solche Charakteristiken hat, daß er innerhalb eines Spannungsausgangs E0 eine lineare Beziehung gegenersten
oder höheren Temperaturbereichs, beispiels- über dem gemessenen Parameter über den gesamten
weise von 60 bis 100° C, eine im wesentlichen lineare 55 Bereich, innerhalb dessen sich dieser Parameter verVeränderung
seines elektrischen Widerstands auf- ändern kann, beibehalten.
weist. Der Thermistor 7-2 ist derart ausgewählt, daß In der jeweiligen Schaltung nach den F i g. 1 und 2
er innerhalb eines niedrigeren Temperaturbereichs, wird der gleichwertige Widerstand Rx durch Addition
der den höheren Ansprechbereich des Thermistors der Reziprokwerte der verschiedenen Widerstands-
T-I überlappt, beispielsweise innerhalb des linearen 09 Shunt-Kreise bestimmt, d. h.R-2+T-2undR-3 + T-3
Bereichs von 30 bis 7O0C, eine im wesentlichen und T-I, um den Reziprokwert von Rx zu erhalten,
lineare Veränderung des elektrischen Widerstands Denn man erhält bekanntlich durch Addition der Reaufweist.
Der elektrische Festwiderstand R-2 liegt in ziprokwerte der parallelgeschalteten Widerstände
Reihe mit dem Thermistor T-2, und deshalb hat der den Reziprokwert des Gesamtwiderstandes. Wenn
Stromfluß durch R-2 und T-2, parallel geschaltet zu 65 die Stromquelle, wie in Fig. 1, eine solche mit kon-
T-I, ebenfalls eine Auswirkung auf die Ausgangs- stanter Stromabgabe ist, so folgt, da der Strom konspannung
des gesamten Kreises. Mit anderen Worten stant ist und aus der Berechnung eliminiert werden
ausgedrückt hängt also die Ausgangs-Potentialdiffe- kann, durch Anwendung des Ohmschen Gesetzes,
daß die Ausgangsspannung E0 direkt proportional
dem Widerstand RK ist. Wenn gemäß Fig. 2 die
Stromquelle als eine solche mit konstanter Spannung betrachtet wird, so ist in ähnlicher Weise die Ausgangsspannung
E0 ebenfalls proportional von Rx abhängig.
Zur weiteren Erläuterung ist in F i g. 3 eine vereinfachte Schaltung dargestellt, bei der eine Stromquelle
E konstanter Spannung und der Widerstand R-I die elektrische Energiequelle darstellen, deren
Energie dem Temperaturmeßkreis zugeleitet wird, wobei das Meßgerät M die Ausgangsspannung En anzeigt.
Der gleichwertige Widerstand RK der Thermistorkreise
umfaßt hier den Widerstand von T-I und der Serienschaltung von T-2 und des Festwiderstandes
R-I1 die parallel zu T-I geschaltet sind. Zum
Zwecke der Betrachtung soll T-I wiederum so ausgewählt sein, daß er eine im wesentlichen lineare
Veränderung des elektrischen Widerstands innerhalb des ersten, höheren Temperaturbereichs aufweist, urfd
diese Abhängigkeit des elektrischen Widerstands ist in F i g. 4 über der Temperatur (in ° C) aufgetragen.
Die mit T-I bezeichnete Kurve stellt die Veränderung des Widerstands des Thermistors T-I bei Temperaturveränderungen
dar, und zum Zwecke der Erläuterung soll angenommen werden, daß diese Veränderung
in dem mit Tc-T(! bezeichneten Bereich
praktisch linear ist. In ähnlicher Weise ist der Thermistor T-2 derart ausgewählt, daß er eine im wesentlichen
lineare Veränderung des Widerstands in einem niedrigeren Temperaturbereich aufweist, welcher den
höheren Temperaturbereich des linearen Ansprechens des Thermistors T-I überschneidet. In F i g. 4
stellt die Kurve T-2 die Widerstandsveränderung des Thermistors T-2 bei Temperaturveränderungen dar,
und diese soll als innerhalb des Bereichs Ta-Tb als im
wesentlichen linear angesehen werden. Es ist ersichtlich, daß dieser Bereich den im wesentlichen linearen
Ansprechbereich von T-I überschneidet.
Der Widerstand von R-I sollte gleich sein dem
Gesamtwiderstand des Netzwerkes, das aus T-I und R-2 besteht, d. h. dem Äquivalent von Rx, und zwar
bei einer vorbestimmten Temperatur zwischen den Grenzen des Bereichs des Systems. Welche vorbestimmte
Temperatur dies nun sein soll, hängt von verschiedenen Faktoren ab, die bei der Zusammenstellung
einer speziellen Schaltung gemäß der Erfindung bestimmt werden. Meist liegt die Temperatur,
bei der der Widerstand von R-I gleich dem Widerstand des Temperatur-Abfühlnetzwerkes ist, gegenüber
der Mitte des Ansprechbereichs in Richtung auf die obere Grenze dieses Bereichs verschoben.
Auch hängt das Maß der Verschiebung dieser Temperatur, bei der diese Gleichwertigkeit vorhanden ist,
zusätzlich ab von den Unterschieden in den Temperatur-Widerstands-Charakteristiken
der Thermistoren T-I und T-2, die bei einer bestimmten Schaltung verwendet
werden.
Die beiden Thermistoren T-I und T-2 sind eng beieinanderliegend angeordnet, so daß sie beide
gleichzeitig auf dieselbe, abzuführende Temperatur ansprechen. Geeignete Anordnungen hierfür sind in
den F i g. 6 und 7 dargestellt, die weiter unten beschrieben werden. Jeder der beiden Thermistoren
zeigt eine ganz bestimmte Veränderung des elektrischen Widerstands bei einer Veränderung der abgefühlten
Temperatur. Es hat sich gezeigt, daß in diesem System, in dem T-I der »aktive« Widerstand in
dem höheren Bereich ist, während T-2 im unteren Bereich mehr »aktiv« ist, T-2 weniger empfindlich
sein sollte; er sollte also solche Charakteristiken aufweisen, daß die seine Veränderung des Widerstands
bei Temperaturveränderungen darstellende Kurve (dR/dT) eine geringere Steigung hat. Der im
unteren Bereich mehr aktive Thermistor sollte weniger empfindlich sein.
Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß die Kurve für den
ίο Thermistor T-I in einem höheren Temperaturbereich
eine verhältnismäßig konstante Veränderung des Widerstands pro Grad Celsius aufweist. Mit anderen
Worten bleibt die Steigung der Kurve innerhalb dieses höheren Temperaturbereichs, der mit Tc-Td bezeichnet
ist, praktisch die gleiche. Bei niedrigeren Temperaturen zeigt dieser Thermistor T-I eine größere
Veränderung des Widerstands bei Temperaturänderungen und wird somit ungenau, wenn er zur
Messung dieser niedrigeren Temperaturen herangezogen wird. In ähnlicher Weise ist, wie die Kurve
T-2 zeigt, dessen Ansprechen am besten und praktisch linear innerhalb des Bereichs T11-T),. Es ist nochmals
hervorzuheben, daß diese Bereiche sich etwas überschneiden, d. h. also, daß T1, etwas größer
ist als Te.
Durch Vorsehen eines damit in Reihe geschalteten Widerstands (R-2) für T-2 kann dessen Ansprechen
im Bereich T0-T1, beträchtlich abgewandelt werden,
und zwar in einem solchen Maße, daß der Widerstand in diesem Teil der Schaltung praktisch konstant
bleibt, sobald eine Temperatur in der Nähe von T1,
erreicht worden ist. Durch Anschluß von T-I als Shunt parallel zu dieser Reihenschaltung wird die
Empfindlichkeit von T-2 in seinem wirksamen Bereich nur innerhalb annehmbarer Grenzen herabgesetzt,
beispielsweise um etwa 30% oder weniger.
Wenn in dem höheren Abschnitt des Bereichs der Schaltung gearbeitet wird, bleiben der Thermistor
T-I in seinem Bereich Tc-Td und auch die Reihenschaltung
von T-2 und R-2 in der Schaltung, ungeachtet der abgefühlten Temperatur, tatsächlich linear.
F i g. 5 zeigt eine Schaltung bei der Messung von Temperaturdifferenzen. Ein Vergleich der Schaltung
mit derjenigen nach F i g. 3 läßt erkennen, daß hier verdoppelte »Doppel-ThermistorÄ-Temperaturmeßkreise
derselben Art, wie in F i g. 3 dargestellt, vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, daß die
Differenz zwischen der von dem ersten Paar von Thermistoren T-Ia und T-2 α und dem zweiten Paar
von Thermistoren T-I b und T-2 b abgefühlten Temperatur
an das Meßgerät M angelegt wird. Deshalb wird also der Potentialunterschied zwischen den beiden
Kreisen an dem Meßgerät oder an irgendeiner sonstigen Meßschaltung, die das Meßgerät repräsentiert,
zur Wirkung gebracht. Jeder dieser Kreise kann gemäß F i g. 2 erweitert werden, wenn ein größerer
Meßbereich oder eine geringere Toleranz bezüglich der Linearität gewünscht wird.
Es ist auch möglich Mehrfach-Thermistoreinheiten oder -sonden zu verwenden, bei einigen Ausführungsformen
als ein im übrigen homogener Thermistor, der verschiedenartige Lagen oder Schichten
aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform, wie sie in F i g. 6 dargestellt ist, üben die erste und die zweite
Schicht 20 bzw. 21 die Funktionen eines ersten und eines zweiten Thermistors aus. Eine solche Thermistoreinheit
ist mit drei Ausgangsanschlüssen 23, 24 und 25 von der Verbindungsstelle der Schichten und
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von den gegenüberliegenden Seiten jeder Schicht versehen. Die erste Schicht 20 einer typischen Einheit
ist aus etwa 32,3 % Nickeloxyd und 67,7 % Manganoxyd (Gewichtsprozent) zusammengesetzt, und ihr
Widerstand bei 25° C beträgt 6000 Ohm. Die zweite Schicht 21 weist einen kleinen Anteil an Kupfer auf,
wodurch ihr Widerstand auf etwa 1000 Ohm bei 25° C herabgesetzt wird. Die Bestandteile der zweiten
Schicht sind 3,4% Kupferoxyd, 31,2Vo Nickeloxyd
und 35,4% Manganoxyd (Gewichtsprozent). Der Temperaturkoeffizient der ersten Schicht beträgt
4,5% pro 0C bei 25° C, und für die zweite Schicht
beträgt der Koeffizient 3,7% pro 0C bei 25° C. Der
Nenndurchmesser jeder Schicht beträgt bei diesem zusammengesetzten Thermistor etwa 2,3 mm, und
jede Schicht weist eine Dicke in der Größenordnung von etwa 0,5 mm auf.
Es ist auch noch ein anderer zweilagiger Thermistor mit Erfolg verwendet worden, der die folgende
Zusammensetzung aufweist: Die den niedrigeren Widerstand aufweisende Schicht hat einen Widerstand
von 10 000 Ohm bei 25° C und besteht aus 25% Eisenoxyd, 26,12% Nickeloxyd und 44,88%
Manganoxyd (Gewichtsprozent). Die andere Schicht, die einen Widerstand von 60 000 Ohm bei 25° C aufweist,
setzt sich zusammen aus 20% Eisenoxyd, 27,86% Nickeloxyd und 52,14% Manganoxyd (Gewichtsprozent).
Eine weitere geeignete Ausführungsform eines zweischichtigen Thermistors ist eine Abwandlung des
ersterwähnten Thermistors, und zwar hat hier die zweite Schicht mit dem Widerstand von 1000 Ohm
bei 25° C eine vergrößerte Dicke, so daß ihr Widerstand bei derselben Temperatur 12000 0hm beträgt,
während alle sonstigen Einzelheiten völlig gleich bleiben.
Es ist auch möglich, eine Mehrfach-Thermistorsonde abzuändern, indem ein erster Thermistor 30
und ein zweiter Thermistor 31 verwendet werden, die auf einer gemeinsamen leitenden Platte 32 angebracht
sind. Die beiden Thermistoren gemeinsame Leitung 33 geht von dieser leitenden Platte aus, und
Leitungen 34 und 35 sind an die beiden Thermistoren in der in F i g. 7 dargestellten Weise angeschlossen.
Vorzugsweise können die Thermistoren und ihre Tragplatte in eine geeignete Einbettungsmasse 38
eingebettet sein, wie dies schematisch durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mehrfachthermistors ist in F i g. 8 gezeigt, in der dieselben
Bezugsziffern verwendet sind, um den in F i g. 7 dargestellten Elementen entsprechende Teile zu bezeichnen.
Ein erster Thermistor 30, ein zweiter Thermistor 31 und ein dritter Thermistor 36 sind auf einer gemeinsamen,
leitenden Platte 32 angeordnet. Eine gemeinsame Leitung 33 geht von dieser Platte aus,
während die drei Thermistoren an Leitungen 34, 35 und 37 angeschlossen sind. Vorzugsweise können
die Thermistoren und die Platte von einer geeigneten Umhüllungsmasse 38 umschlossen sein, die durch
die gestrichelten Linien dargestellt sind. Vergleichbare Ergebnisse können erzielt werden durch Verwendung
der gleichen Zusammensetzung für alle Schichten der Thermistoren, wobei jede Schicht eine
in geeigneter Weise unterschiedliche Größe aufweist, oder es können, falls gewünscht, auch unterschiedliche
Zusammensetzungen für jede der Schichten verwendet werden.
Mit einer solchen Konstruktion ist es möglich, die »Mehrfach-ThermistorÄ-Schaltung gemäß der Erfindung
mit einer zusammengebauten Thermistorsonde zu verwirklichen, wobei dann unter Aufrechterhaltung
der Einfachheit des Zusammenbaus und einer geringstmöglichen Fühlergröße die genannten Vorteile
der Erfindung erzielt werden.
Claims (4)
1. Thermistor-Temperaturmeßgerät, dessen linearer Meßbereich durch einen zweiten Thermistor
vergrößert ist, mit parallelgeschalteter Anzeigevorrichtung und einer Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare
Temperaturbereich (T0-T11) des ersten Thermistors
(T1) höher liegt als der lineare Temperaturbereich (T11-T,,) des zweiten Thermistors (T2) und
beide Bereiche sich überdecken, daß die Thermistoren (T1, T2) thermisch gekoppelt sind und daß
der zweite Thermistor (T„) in Reihe mit einem Festwiderstand (R.,) geschaltet ist, dessen Wert
kleiner ist als der des zweiten Thermistors (Γ.,) in dessen linearem Bereich, daß diese Reihenschaltung
(R2,
deren Widerstand in dem
höheren Temperaturbereich größer ist als derjenige des ersten Thermistors, dem ersten Thermistor
(T1) parallel geschaltet ist und daß die Stromquelle (S, E) mit einem Anpassungswiderstand
(R1) an das Netzwerk (R2, T1, T2) so angeschlossen
ist, daß deren Innenwiderstand gleich dem Gesamtwiderstand des Netzwerkes bei einer
Temperatur innerhalb des Meßbereiches ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Thermistor (T1) mindestens
ein weiteres Paar eines in Reihe geschalteten Festwiderstandes (R3) und eines Thermistors
(T3) parallel geschaltet ist und dieser Thermistor
in einem Bereich noch niedrigerer Temperaturen linear ist und den Gesamtwiderstand des Netzwerkes
bestimmt.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle als Konstantstromquelle
(S) ausgebildet und parallel zu dem Anpassungswiderstand (R1) geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle als
Konstantspannungsquelle (E) ausgebildet und in Reihe mit dem Anpassungswiderstand (R1) geschaltet
ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US40719064A | 1964-10-28 | 1964-10-28 | |
US480958A US3316765A (en) | 1965-08-19 | 1965-08-19 | Extended range thermistor temperature sensing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1573387A1 DE1573387A1 (de) | 1969-08-14 |
DE1573387B2 true DE1573387B2 (de) | 1971-11-18 |
Family
ID=27019794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19651573387 Withdrawn DE1573387B2 (de) | 1964-10-28 | 1965-10-19 | Temperatur messgeraet |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1573387B2 (de) |
FR (1) | FR1460134A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19923014A1 (de) * | 1999-05-03 | 2000-11-09 | Paul Ruester & Co Uwe | Flexibler Oberflächentemperaturfühler |
-
1956
- 1956-06-29 FR FR36596A patent/FR1460134A/fr not_active Expired
-
1965
- 1965-10-19 DE DE19651573387 patent/DE1573387B2/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19923014A1 (de) * | 1999-05-03 | 2000-11-09 | Paul Ruester & Co Uwe | Flexibler Oberflächentemperaturfühler |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1573387A1 (de) | 1969-08-14 |
FR1460134A (fr) | 1966-06-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |