DE1914596A1

DE1914596A1 - Vorrichtung zur Messung durch Ermittlung der Temperatur eines durch Joule-Effekt geheizten Heizfadens

Info

Publication number: DE1914596A1
Application number: DE19691914596
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Charbonnages de France CDF
Current assignee: Charbonnages de France CDF
Priority date: 1968-03-21
Filing date: 1969-03-21
Publication date: 1969-10-02
Also published as: GB1237625A; BE728278A; FR1579535A; US3634757A

Description

O*. _fy_;uLLER-B0RE DIPL-ING. GRÄLFS D5?:..fHYS. DR. MANlfZ DIPL-CHEM. DR. DEUFEL 1914596

PATENTANWÄLTE

20. März 1969 Fi/Pa - C 2034-

CHAEBONNAGES DE FEANCE 9, Avenue Percier, Paris 8 (Seine) Frankreich

Vorrichtung zur Messung durch Ermittlung der Temperatur eines durch Joule-Effekt geheizten Heizfadens

Die Erfindung "betrifft Vorrichtungen, bei denen die Temperatur von durch Joule-Effekt geheizten Elementen eine Funktion eines zu messenden Wertes ist, wobei die Temperatur durch Messung des Wertes des Widerstandes des geheizten Elementes ermittelt wird.

Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen zum Messen des Gehalts der Atmosphäre an Brenngas mittels der katalytischen Verbrennung des Brenngases an einem aktiven 'Heizfaden (oder Dosier- bzw. Meßfaden) oder in der Nähe dieses aktiven Heizfadens, wobei der Widerstand dieses Heizfadens mit dem Widerstand eines inaktiven Heizfadens (oder !Kompensationsheizfadens) oder eines Widerstandselements von festem . Wert verglichen wird.

Im allgemeinen sind der Meßheizfaden und der Kompensationsheizfa_den (oder das Widerstands©lement) in Eeihe geschaltet und bilden einen der zwei Zweige, einer

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BRAUNSCHWEIG, AM BORGERPARK 8, TEL. (0531) 28487 8 MDNCHEK 22, ROBERT-KOCH-STRASSE 1, TEL. (0811) 225110

Wheatstone¹sehen Brücke, deren anderer Zweig von zwei Festwiderständen gebildet wird, deren Werte proportional zu dem Meßheizfaden einerseits .und dem Kompensationsheizfaden (oder dem Widerstands_element) andererseits sind. Die derart aufgebaute Brücke ist dabei entweder mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom gespeist.

Es sind bereits verschiedene Einrichtungen zur Speisung einer derartigen Meßbrücke mit Gleichstrom bekannt.

Einige dieser Einrichtungen verwenden eine im wesentlichen konstante Spannungsquelle, wie ein galvanisches Element oder eine Batterie. Bei anderen wird von einer Gleichstromquelle mit geregelter Stromstärke Gebrauch gemacht.

Es ist außerdem bereits seit langer Zeit bekannt, daß die Lebensdauer der mit katalytischer Verbrennung des Brenngases arbeitenden Meßheizfäden größer ist, wenn sie an ihren Klemmen mit im wesentlichen konstanter Spannung gespeist werden. Die zur Erreichung dieses Zieles am häufigsten verwendete Betriebsart besteht darin, die an die Brücke angelegte Spannung auf einen gegebenen Wert einzuregeln, wenn der Meßheizfaden in reiner Luft angeordnet ist, und zwar mittels eines parallel zur Brücke angebrachten Widerstandes, dessen Wert derart eingestellt wird, daß die an die Brücke angelegte Spannung den geeigneten Wert besitzt.

Dieser lange dauernde und peinlich genau durchzuführende Vorgang muß für jede Meßbrücke und bei vorhandener Brücke jedesmal dann durchgeführt werden, wenn eines der Elemente der Brücke gewechselt wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine einfache Vorrichtung zur Speisung einer Meßbrücke mit Gleichstrom, welche einen Do-

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sier- "bzw. Meßheizfaden aufweist, dessen Widerstand eine Funktion eines zu messenden Wertes ist, und diese Vorrichtung zeichnet sich aus durch die Kombination einer mit der Meßbrücke in Reihe geschalteten Gleichstromquelle mit gelegter Stromstärke und eines Shunt-Kreises mit Widerständen zur Spannungsstabilisierung, welcher direkt an die Klemmen der Meßbrücke geschaltet ist und dessen Abgabe des Ausgangstransistors durch das Potential desjenigen Punktes festgelegt ist, der den zwei einstellbaren Widerständen gemeinsam ist, welche in Reihe an die Klemmen der Speisediagonale der Meßbrücke geschaltet sind.

Gegenstand der Erfindung sind ferner Geräte und Meßeinrichtungen zur Ermittlung der Temperatur mittels wenigstens eines Heizfadens, dessen Aufheizung durch den Joule-Effekt durch Verwendung der vorstehend definierten Vorrichtung gewährleistet ist, und insbesondere die mit dieser Vorrichtung ausgerüsteten Schlagwettermeßgeräte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, welche in Form eines Beispiels eine Meßbrücke der vorstehend definierten Art zeigt, die mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Speisekreises ausgestattet ist.

In der einzigen Figur^dieser Zeichnung sind mit dem Bezugszeichen 1 und 2 die Leiter bezeichnet,,, welche die Gleich-

Stromstlarke strom-Speisequelle mit etes konstanter/I mit der Wheatstone-t sehen Brücke verbinden, welche von einem Meßheizfaden 4, einem Kompensationsheizfaden 5, Festwiderständen 6, 7 und 8 und einem Abgleichpotentiometer 9 gebildet wird. .

Gemäß der Erfindung ist ein elektronischer Spannungsstabilisierkreis 10 direkt an die Klemmen der Speisediagonale der

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Wheatstone¹sehen Brücke angeschlossen.

Von der Quelle 3 in Richtung der Wheatstone'sehen Brücke betrachtet, besteht der elektronische Kreis 10 im wesentlichen aus folgenden zwischen die Leiter 1 und 2 geschalteten Bestandteilen: ■

-*- Einem Spannungsteiler, der von zwei einstellbaren Widerständen 11 und 12 gebildet wird, die einen gemeinsamen Punkt 13 besitzen, der den Mittelpunkt des Spannungsteilers bildet,

- dem Emitter-Kollektor-Kreis eines Transistors 14, dessen Lastwiderstand der Widerstand 15 ist und dessen Basis direkt mit dem Punkt 13 verbunden ist,

- dem Emitter-Kollektor-Kreis eines Transistors 16, dessen Lastwiderstand der Widerstand 17 ist und dessen Basis direkt am Kollektor des Transistors 14 liegt,

- und dem Emitter-Kollektor-Kreis eines Transistors 18, dessen Lastwiderstand der Widerstand 19 ist und dessen Basis direkt mit dem Kollektor des Transistors 16 verbunden ist, wobei in dem dargestellten Fall die drei Transistoren vom gleichen Typ NPN sind.

Der Spannungsstabilisierungskreis 10 ist mittels des NTC-Widerstandes 20 temperaturkompensiert, dessen Wirkung mittels der Pestwiderstände 21, 22, 23 und 24 einstellbar ist. <

-Die Vorspannung des Transistors 14 wird mittels einstellbarer Widerstände 11 und 12 in der Weise eingeregelt, daß. der von dem Transistor 16 verstärkte Basisstrom von 14 dem Transistor 18 den' geeigneten Widerstand verleiht, so daß die Spannung U an den Klemmen der Wheatstone'sehen Brücke den gewünschten Wert U₀ einnimmt.

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Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der Transistor 18 ein Shunt oder Nebenwiderstand von variablem Wert ist, wie dies bereits zu sehen war, der zu jedem Zeitpunkt einen Teil I^ des auf den Wert I_ eingeregelten Speisestroms in der Weise

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ableitet, daß die Spannung an den Klemmen der Brücke gleich IL ist. Wenn der Scheinwiderstand der Meßbrücke größer

el -

wird, und öwar entweder aufgrund der Abnützung des Meßheizdrahtes oder aufgrund des Vorhandenseins des Brenngases, dessen Gehalt gemessen werden soll, weist die Spannung U an den Klemmen der Meßbrücke die Tendenz zu wachsen auf, da die gesamte Anordnung mi-fc konstantem Strom I_a gespeist ist.

Das Potential des Punktes 13 sowie der Basisstrom und der Kollektorstrom des Transistors 14 haben die Tendenz, grißer zu werden, was nach Verstärkung durch den Transistor 16 eine Verringerung des Emitter-Kollektor-Widerstandes des Transistors 18 und eine Erhöhung des Wertes des Stromes I^ zur Folge hat, und zwar bis ein neues Gleichgewicht erreicht ist, bei dem I, = U = IJ ist. Der Spannungsstabilisierungs-

Cl * J) el

kreis 10 effse erfüllt seine Aufgabe unabhängig von dem Wert der an den Klemmen der Brücke oder —was gleichbedeutend ist - zwischen dem Emitter des Transistors 18 und dem Ende des Widerstands 19 auftretenden Spannung, und zwar solange der Wert dieser Spannung in dem Regelbereich des Kreises 10 liegt.

Dies ist der Grund dafür, daß es möglich ist, den Kreis 10 mit einem anderen Widerständselement als der Meßbrücke zu regeln, zum Beispiel mit einem Ohm*sehen Widerstand, dessen Widerstand einen Wert besitzt, der etwa gleich demjenigen Wert ist, den die Meßbrücke aufweist, wenn der Meßheizfaden in reine Luft getaucht ist. Ist die Anfangsregelung des Kreises 10 durchgeführt, so beeinflußt dasrsetzen der Meßbrücke durch eine Brücke mit äquivalenten Charakteristiken oder das

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Ersetzen eines Elements der Brücke (zum Beispiel des Meßheizfadens) durch ein identisches Element die ursprüngliche Regelung' "bzw. Einstellung der Brücke nicht.

Es ist offensichtlich, daß die Speisevorrichtung gemäß der Erfindung sowohl bei· kompakten Geräten als auch bei Einrichtungen verwendet werden kann, bei denen die Meßbrücke an einer von der Quelle 3 und der Vorrichtung zur Anzeige oder Aufzeichnung der an den Klemmen 25 und 26 der Brücke zur Verfügung stehenden ühgleichgewichtsspannung der Meßbrücke «ntfernten Stelle angebracht ist,wie dies bei Einrichtungen zur Schlagwetter-Fernmessung der Pail ist.

In diesem letzteren Pail führt die Verwendung einer Gleichstromquelle mit geregelter Stromstärke außerdem zu dem Vorteil der Beseitigung des Einflusses der Änderungen der Länge der Leitung auf die Messung, sowie des Einflusses schlechter Kontakte, die insbesondere von gegebenenfalls zwischen der Quelle 3 umd der Meßbrücke gelegenen Verbindungen herrühren.

Durchgeführte Versuche haben geneigt, daß Änderungen des Wertes eines die Heizfadenbrücke simulierenden Widerstandes um - 13 $ nur eine Spannungsänderung an seinen Klemmen von ί 1,2 ^ zur Folge hatten, was einem Regelverhältnis in der Größenordnung von 10 entspricht.

Überdies haben Änderungen von - 3 i» im Wert des geregelten Speisestromes nur Änderungen von - 0,1 $> der Spannung an den Klemmen des die Meßbrücke simulierenden Widerstandes zur Folge, was einem Regelverhältnis in der Größenordnung von 30 entspricht.

Pat en tan sprü ehe:

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Claims

Patentansprüche

) Vorrichtung zur Gleichstromspeisung einer Meßbrücke mit wenigstens einem Dosier- bzw. Meßheizfaden, dessen Widerstand eine Funktion eines zu messenden Wertes ist, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (3) mit geregelter Stromstärke, die in Reihe zur Meßbrücke geschaltet ist, sowie einen Shunt-Kreis' (10) mit Transistoren zur Spannungsstabilisierung, der direkt an die Klemmen der Meßbrücke geschaltet ist und dessen Abgabe des Ausgangstransistors (18) durch das Potential des zwei einstellbaren Widerständen (11,12), welche in Reihe an die Klemmen der Speisediagonale der Meßbrücke geschaltet sind, gemeinsamen Punktes (1J) festgelegt ist.
2. Meßvorrichtung, bei der Temperatur wenigstens eines Dosier- bzw. Meßheizfandens ermittelt wird, wie ein Schüsgwe'ttermeßgerät oder ein Fernmessungs-Schlagwettermeßgerät, dadurch gekennz.eich.net , daß die durch Joule-Effekt erfolgende Heizung des Meßheizfadens (4) durch Verwendung einer Speisevorrichtung nach Anspruch 1 gewährleistet ist.

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Le e r s e i t e