DE19516436C1 - Room temp. measurement based on electrical resistance - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung einer Temperatur und eine Temperaturmeßeinrichtung der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3 genannten Art.The invention relates to a method for measuring a Temperature and a temperature measuring device in the Preamble of claims 1 and 3 mentioned type.
Solche Verfahren mit den entsprechenden Temperaturmeß einrichtungen werden vorteilhaft in der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik beispielsweise zur Messung einer Raumtemperatur verwendet.Such processes with the appropriate temperature measurement facilities are advantageous in heating, ventilation and air conditioning technology for example to measure a Room temperature used.
Es ist allgemein bekannt, die Temperatur eines Raumes durch einen Temperaturfühler zu erfassen, der im betreffenden Raum angeordnet und über elektrische Zuleitungsdrähte mit einem unter Umständen weit entfernten Klimaregelgerät verbunden ist. Als Temperaturfühler werden bekannterweise Bauelemente eingesetzt, deren elektrischer Widerstand von der Temperatur des Raumes abhängig ist. Als Temperaturfühler ist beispielsweise ein abgeglichener Drahtwiderstand (DE 43 37 676 A1) einsetzbar.It is well known to measure the temperature of a room to detect a temperature sensor in the room in question arranged and via electrical lead wires with a possibly far distant climate control device is connected. Components are known to be used as temperature sensors used, whose electrical resistance depends on the temperature is dependent on space. As a temperature sensor for example a balanced wire resistance (DE 43 37 676 A1) can be used.
Beim Einsatz des Temperaturfühlers ergibt sich ein Meßfehler, der grundsätzlich vom elektrischen Widerstand der Zuleitungsdrähte und damit von deren Länge und auch von deren Umgebungstemperatur abhängig ist. Der Meßfehler ist über die Zeit nicht konstant, insbesondere dann, wenn die Zuleitungsdrähte durch verschiedene Räume geführt sind, deren Temperatur nicht konstant ist.There is a measurement error when using the temperature sensor, which basically depends on the electrical resistance of the Lead wires and thus their length and also their Ambient temperature is dependent. The measurement error is about Time is not constant, especially when the Lead wires are routed through different rooms whose Temperature is not constant.
Aus der GB 2 256 051 A ist eine Temperaturmeßeinrichtung in Form eines Handgerätes bekannt, die einen Meßfühler mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist, der die entsprechende Raumtemperatur mißt. Zur Kalibrierung des temperaturabhängigen Widerstandes kann der Meßfühler an ein Kalibriergerät angeschlossen werden. Durch manuelles Umlegen eines sich auf dem Meßfühler befindlichen Schalters wird das Kalibriergerät mit einem Präzisionswiderstand auf dem Meßfühler verbunden werden, wobei der temperaturabhängige Widerstand abgekoppelt wird. Durch Vergleich der Widerstandswerte der beiden Widerstände bei einer bestimmten Temperatur kann die Exaktheit des temperaturabhängigen Widerstandes festgestellt werden.From GB 2 256 051 A is a temperature measuring device in Form of a hand-held device known that a sensor with a has temperature-dependent electrical resistance, the measures the corresponding room temperature. To calibrate the The sensor can be connected to a temperature-dependent resistance Calibration device can be connected. By manual flipping a switch located on the sensor will Calibration device with a precision resistor on the Sensor are connected, the temperature dependent Resistance is decoupled. By comparing the Resistance values of the two resistors at a given one Temperature can be the exactness of the temperature dependent Resistance can be determined.
Aus der DE 31 12 524 A1 ist ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand bekannt, der mit einem Schalter thermisch gekoppelt ist. Dies dient zum verzögerten oder stufenweisen Ein- oder Ausschalten von Verbrauchern.DE 31 12 524 A1 describes a temperature-dependent one electrical resistance known with a switch is thermally coupled. This serves to delay or gradual switching on or off of consumers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Temperaturmeßeinrichtung mit einem Temperaturfühler und einem Steuer- oder Auswertegerät anzugeben, bei der die Einflüsse von elektrischen Zuleitungen, welche zwischen dem Temperaturfühler und dem Steuer- oder Auswertegerät geschaltet sind, eliminierbar sind.The invention has for its object a method and a temperature measuring device with a temperature sensor and to specify a control or evaluation device in which the Influences of electrical leads, which between the Temperature sensor and the control or evaluation device switched are eliminated.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.According to the invention, the stated object is achieved by the features of claims 1 and 3 solved. Advantageous configurations result from the dependent claims.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below the drawing explained in more detail.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 eine Temperaturmeßeinrichtung in einer schematischen Darstellung und Fig. 1 shows a temperature measuring device in a schematic representation
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zu einem Meßverfahren. Fig. 2 is a flow chart for a measurement method.
In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Meßfühler, der einen ersten Fühleranschluß 2 und einen zweiten Fühleranschluß 3 aufweist. Mit 4 ist ein Körper bezeichnet, der thermisch mit einem Thermoschalter 5 gekoppelt ist. Der Thermoschalter 5 weist einen ersten Schalteranschluß 6 und einen zweiten Schalteranschluß 7 auf und ist beispielsweise durch einen Schaltkontakt aus Bimetall oder aus einer Formgedächtnis legierung (im Englischen als "shape memory alloy" bezeichnet) verwirklicht. Der erste Fühleranschluß 2 des Meßfühlers 1 ist mit dem ersten Schalteranschluß 6 und der zweite Fühleranschluß 3 des Meßfühlers 1 ist mit dem zweiten Schalteranschluß 7 verbunden, so daß der Meßfühler 1 durch den Thermoschalter 5 kurzschließbar ist.In FIG. 1 1 is a sensor which comprises a first sensor terminal 2 and a second sensor terminal 3. 4 with a body is referred to, which is thermally coupled to a thermal switch 5 . The thermal switch 5 has a first switch connection 6 and a second switch connection 7 and is implemented, for example, by a switch contact made of bimetal or of a shape memory alloy (referred to as "shape memory alloy" in English). The first sensor connection 2 of the sensor 1 is connected to the first switch connection 6 and the second sensor connection 3 of the sensor 1 is connected to the second switch connection 7 , so that the sensor 1 can be short-circuited by the thermal switch 5 .
Der Zustand des Thermoschalters 5 ist von der Temperatur des Körpers 4 abhängig, wobei der Thermoschalter 5 bei einer bestimmten Einschalttemperatur ϑein selbsttätig ein- und bei einer bestimmten Ausschalttemperatur ϑaus selbsttätig ausschaltet. Der Körper 4 ist vorteilhafterweise ein Gehäuse des Thermoschalters 5. Ein hier als Körper 4 bezeichnetes Gehäuse mit dem Thermoschalter 5 wird auf dem Marat als Bauelement unter dem Begriff Thermostat angeboten, wobei Ausführungsformen verfügbar sind, bei denen das Gehäuse 4 ein vernickeltes Stahlgehäuse ist, in welchem der als Bimetall-Kontakt verwirklichte Thermoschalter 5 wasserdicht versiegelt eingeschlossen ist.The state of the thermal switch 5 is dependent on the temperature of the body 4, where the thermal switch 5 θ at a certain switch-on a certain automatically switched on and switch-off at a θ off automatically turns off. The body 4 is advantageously a housing of the thermal switch 5 . A housing, here referred to as body 4 , with the thermal switch 5 is offered on the Marat as a component under the term thermostat, embodiments being available in which the housing 4 is a nickel-plated steel housing, in which the thermal switch 5 realized as a bimetal contact seals water-tight is included.
Der Thermoschalter 5 ist so auszulegen, daß die Einschalttemperatur ϑein oberhalb eines Temperaturmeßbereiches liegt, in der der Meßfühler 1 zur Temperaturmessung eingesetzt wird.The thermal switch 5 is so designed that the switch-on θ a is above a temp range in which the sensor 1 is used for temperature measurement.
Ein Steuergerät 8 weist einen ersten über eine erste Zuleitung 9 mit dem ersten Fühleranschluß 2 verbundenen Geräteanschluß 10 und einen zweiten über eine zweite Zuleitung 11 mit dem zweiten Fühleranschluß 3 verbundenen Geräteanschluß 12 auf.A control device 8 has a first device connection 10 connected to the first sensor connection 2 via a first feed line 9 and a second device connection 12 connected to the second sensor connection 3 via a second feed line 11 .
Da das Steuergerät 8 und der Meßfühler 1 im allgemeinen nicht direkt nebeneinander angeordnet sind, ist der elektrische Widerstand RL der Zuleitungen 9 und 11 grundsätzlich nicht vernachlässigbar. In der Praxis variert die Länge l der Zuleitungen 9 und 11 durchaus in einem Bereich zwischen einigen Metern und Hunderten von Metern, wobei die Anschlußleitungen 9 und 11 bei Bedarf durch verschiedene Räume mit unterschiedlichem Klima geführt sind.Since the control unit 8 and the sensor 1 are generally not arranged directly next to one another, the electrical resistance R L of the feed lines 9 and 11 is fundamentally not negligible. In practice, the length l of the supply lines 9 and 11 varies in a range between a few meters and hundreds of meters, the connecting lines 9 and 11 being led through different rooms with different climates if necessary.
Der Meßfühler 1 weist einen von der Temperatur ϑ abhängigen elektrischen Widerstand RM(ϑ) auf und ist typischerweise als Drahtwiderstand und in Varianten der Temperaturmeßeinrichtung als Masse- oder als Schichtwiderstand verwirklicht. Der Meßfühler 1 ist beispielsweise eine Drahtwicklung aus einer Nickellegierung.The sensor 1 has an electrical resistance R M (ϑ) which is dependent on the temperature ϑ and is typically implemented as a wire resistance and in variants of the temperature measuring device as a mass or sheet resistance. The sensor 1 is, for example, a wire winding made of a nickel alloy.
Durch das Steuergerät 8 ist ein zwischen den beiden Geräteanschlüssen 10 und 12 wirkender elektrischer Widerstand RL+M - der die Reihenschaltung des Meßfühlers 1 mit den beiden Zuleitungen 9 und 11 ist - in bekannter Art aus einem in der Zuleitung 9 bzw. 11 fließenden Strom i und einer zwischen den Geräteanschlüssen 10 und 12 anliegenden Spannung u berechenbar, wobei der Strom i bzw. die Spannung u vorteilhafterweise durch das Steuergerät 8 generiert werden. Das Steuergerät 8 weist mit Vorteil einen Mikroprozessor auf und ist beispielsweise in einem Heizungsregler verwirklicht. The control device 8 is an electrical resistance R L + M acting between the two device connections 10 and 12 - which is the series connection of the sensor 1 with the two feed lines 9 and 11 - in a known manner from a current flowing in the feed line 9 or 11 i and a voltage u present between the device connections 10 and 12 , the current i or the voltage u advantageously being generated by the control device 8 . The control unit 8 advantageously has a microprocessor and is implemented, for example, in a heating controller.
Ein vorteilhaftes Verfahren, durch welches der elektrische Widerstand der beiden Zuleitungen 9 und 11 ermittelbar und dessen Einfluß im Verhältnis zum elektrischen Widerstand des Meßfühlers 1 mit Vorteil rechnerisch berücksichtig wird, weist folgende drei Verfahrensschritte auf, deren zeitlicher Ablauf prinzipiell in zwei verschiedenen Zeitabschnitten abläuft, welche in der Fig. 2 dargestellt sind. Im Diagramm S(t) der Fig. 2 ist der binare Zustand S(t) des Thermoschalters 5 und im Diagramm i(t) der Strom i in den Zuleitungen 9 und 11 von der Zeit t abhängig dargestellt.An advantageous method, by means of which the electrical resistance of the two feed lines 9 and 11 can be determined and whose influence in relation to the electrical resistance of the sensor 1 is advantageously taken into account by calculation, has the following three method steps, the course of which in principle takes place in two different time periods, which are shown in Fig. 2. In the diagram, S (t) of Fig. 2 is the binary state S (t) of the thermal switch 5 and in the diagram i i (t) of the current in the supply lines 9 and 11 by the time shown depending t.
Ein erster Zeitabschnitt M₁ beginnt in einem ersten Zeitpunkt t₁ und endet zu einem zweiten Zeitpunkt t₂. Ein zweiter Zeitabschnitt M₂ beginnt in einem dritten Zeitpunkt t₃ und endet zu einem vierten Zeitpunkt t₄.A first time period M 1 begins at a first time t 1 and ends at a second time t 2. A second period M₂ begins at a third time t₃ and ends at a fourth Time t₄.
Im ersten Zeitabschnitt M₁ werden ein erster und ein zweiter Verfahrensschritt zeitlich nacheinander durchgeführt. Im ersten Verfahrensschritt wird vom ersten Zeitpunkt t₁ an bis zu einem fünften Zeitpunkt t₅ der Strom i mit einem vordefinierten Schaltwert IH generiert, wobei der Schaltwert IH mindestens so groß gewählt ist, daß der Körper 4 durch den Meßfühler 1 so stark geheizt wird, daß der Thermoschalter 5 in einem sechsten Zeitpunkt t₆ die Einschalttemperatur ϑein erreicht, von logisch "0" auf logisch "1" schaltet und der Meßfühler 1 dadurch kurzschließt.In the first time period M 1, a first and a second method step are carried out in succession. In the first step of the process, the current i is generated with a predefined switching value I H from the first point in time t 1 to a fifth point in time t 1, the switching value I H being chosen to be at least large enough that the body 4 is heated so strongly by the sensor 1 , that the thermal switch 5 in a sixth time t₆ the switch-θ a reached, switches from logic "0" to logic "1" and the sensor 1 thereby short-circuiting.
Im fünften Zeitpunkt t₅ wird der Strom i(t) mindestens auf einen gewissen Nennwert IM reduziert, bei dem sich der Körper 4 sicher mindestens auf die Ausschalttemperatur raus abkühlt, so daß der Thermoschalter 5 im zweiten Zeitpunkt t₂ von logisch "1" auf logisch "0" schaltet und der Meßfühler 1 infolgedessen vom Thermoschalter 5 nicht mehr kurzgeschlossen wird. Ein vom fünften Zeitpunkt t₅ bis zum zweiten Zeitpunkt t₂ dauerndes Zeitintervall tH wird vorteilhafterweise durch die Schalthysterese des Thermoschalters 5 erreicht.In the fifth time t₅, the current i (t) is reduced at least to a certain nominal value I M , at which the body 4 cools out at least to the switch-off temperature, so that the thermal switch 5 in the second time t₂ from logical "1" to logical "0" switches and the sensor 1 is consequently no longer short-circuited by the thermal switch 5 . A time interval t H lasting from the fifth point in time t 2 to the second point in time t 2 is advantageously achieved by the switching hysteresis of the thermal switch 5 .
Im zweiten Verfahrensschritt wird der Strom i(t) mit dem gewissen Nennwert IM generiert und ein zwischen den beiden Geräteanschlüssen 10 und 12 wirkender elektrischer Widerstand RL vom Steuergerät 8 in bekannter Art innerhalb eines Zeitintervalles tH ermittelt und in einem Datenspeicher des Steuergerätes 8 abgespeichert. Der bei kurzgeschlossenem Meßfühler 1 zwischen den beiden Geräteanschlüssen 10 und 12 wirkender elektrischer Widerstand RL ist praktisch der elektrische Widerstand der beiden Zuleitungen 9 und 11, wenn der noch in Reihe wirkende Durchlaßwiderstand des Thermoschalters 5 vernachlässigbar ist. Der zweite Verfahrensschritt wird unmittelbar nach dem ersten Verfahrensschritt während des Zeitintervalles tH durchgeführt, solange also der Meßfühler 1 durch den Thermoschalter 5 infolge der wirksamen Schalthysterese noch kurzgeschlossen ist.In the second method step, the current i (t) with the certain nominal value I M is generated and an electrical resistance R L acting between the two device connections 10 and 12 is determined by the control device 8 in a known manner within a time interval t H and in a data memory of the control device 8 saved. The electrical resistance R L acting between the two device connections 10 and 12 when the sensor 1 is short-circuited is practically the electrical resistance of the two supply lines 9 and 11 if the on-state resistance of the thermal switch 5 , which is still acting in series, is negligible. The second process step is carried out immediately after the first process step during the time interval t H , as long as the sensor 1 is still short-circuited by the thermal switch 5 due to the effective switching hysteresis.
Innerhalb des zweiten Zeitabschnittes M₂ wird in einem dritten Verfahrensschritt der Strom i(t) mit dem gewissen Nennwert IM generiert und ein zwischen den beiden Geräteanschlüssen 10 und 12 wirkender elektrischer Widerstand RL+M vom Steuergerät 8 in bekannter Art ermittelt und im Datenspeicher des Steuergerätes 8 abgespeichert. Der im zweiten Zeitabschnitt M₂ - also bei offenem Thermoschalter 5 - ermittelte Widerstand RL+M ist der Wert der Reihenschaltung des Widerstandes RL der beiden Zuleitungen 9 und 11 und des elektrischen Widerstandes RM (ϑ) des Meßfühlers.Within the second period M₂, the current i (t) with the certain nominal value I M is generated in a third method step and an electrical resistance R L + M acting between the two device connections 10 and 12 is determined by the control device 8 in a known manner and in the data memory of the Control unit 8 stored. The in the second period M₂ - that is, with the thermal switch 5 open - determined resistance R L + M is the value of the series connection of the resistance R L of the two leads 9 and 11 and the electrical resistance R M (ϑ) of the sensor.
Mit Vorteil wird für die Messung des Widerstandes RL+M bzw. RL durch das Steuergerät 8 entweder ein konstanter Strom i mit dem Nennwert IM oder dann die Spannung u mit einem konstanten Wert UM generiert, so daß vom Steuergerät 8 durch einen Vergleich von zwei gemessenen Spannungswerten u(IM) bzw. Stromwerten i(UM) ein Widerstandsverhältnis RL/RL+M berechenbar ist, wobei ein erster Spannungswert u₁(IM) bzw. ein erster Stromwert i₁(UM) bei offenem Thermoschalter 5 und ein zweiter Spannungswert u₂(IM) bzw. ein zweiter Stromwert i₂(UM) bei geschlossenem Thermoschalter 5 gemessen und das Widerstandsverhältnis RL/RL+M in bekannter Art mit einer Formel RL/RL+M = u₂(IM)/u₁(IM) bzw. RL/RL+M = i₁(UM)/i₂(UM) berechenbar ist.Advantageously, for the measurement of the resistance R L + M or R L by the control device 8, either a constant current i with the nominal value I M or then the voltage u is generated with a constant value U M , so that the control device 8 generates a Comparison of two measured voltage values u (I M ) or current values i (U M ) a resistance ratio R L / R L + M can be calculated, with a first voltage value u 1 (I M ) or a first current value i 1 (U M ) open thermal switch 5 and a second voltage value u₂ (I M ) or a second current value i₂ (U M ) measured with the closed thermal switch 5 and the resistance ratio R L / R L + M in a known manner with a formula R L / R L + M = u₂ (I M ) / u₁ (I M ) or R L / R L + M = i₁ (U M ) / i₂ (U M ) can be calculated.
Dadurch, daß der Widerstand RL bzw. das Widerstandsverhältnis RL/RL+M in der vorteilhaften Temperaturmeßeinrichtung ermittelbar ist, sind Einflüsse der elektrischen Zuleitungen 9 und 11 auf die mittels des Meßfühlers 1 vorgenommene Messung einer Temperatur eliminierbar.Because the resistance R L or the resistance ratio R L / R L + M can be determined in the advantageous temperature measuring device, influences of the electrical leads 9 and 11 on the measurement of a temperature carried out by means of the sensor 1 can be eliminated.
Es versteht sich von selbst, daß der dritte Verfahrensschritt in einer Variante des Verfahrens auch vor dem ersten und dem zweiten Verfahrensschritt ausführbar ist, oder anders ausgedrückt, daß der erste Zeitabschnitt M₁ zeitlich nach dem zweiten Zeitabschnitt M₂ wählbar ist.It goes without saying that the third method step in a variant of the method also before first and the second method step is executable, or in other words, that the first Period M₁ can be selected after the second period M₂.
Bei Bedarf sind der erste und der zweite Verfahrensschritt periodisch wiederholbar, so daß eine Änderung des elektrischen Widerstandes RL der Zuleitungen 9 und 11 erfaßbar und im Datenspeicher des Steuergerätes 8 verfügbar ist.If necessary, the first and second method steps can be repeated periodically, so that a change in the electrical resistance R L of the feed lines 9 and 11 can be detected and is available in the data memory of the control unit 8 .
Claims (6)
daß der Meßfühler (1) durch einen über die Zuleitungen (9, 11) zuführbaren Strom vom Steuergerät (8) aus elektrisch direkt so stark heizbar ist, daß der Meßfühler (1) und damit die Zuleitungen (9, 11) auf der Seite des Meßfühlers (1) kurzschließbar ist,
daß der elektrische Widerstand (RL) der auf der Seite des Meßfühlers (1) kurzgeschlossenen Zuleitungen (9, 11) durch das Steuergerät (8) meßbar ist und
daß bei einer vom Steuergerät (8) ausführbaren Messung einer durch den Meßfühler (1) erfaßbaren Temperatur ein durch den elektrischen Widerstand der Zuleitungen (9, 11) verursachter Meßfehler durch das Steuergerät (8) korrigierbar ist.5. Temperature measuring device according to one of claims 3 or 4, characterized in
that the sensor ( 1 ) can be heated directly from the control unit ( 8 ) by a current that can be supplied via the supply lines ( 9 , 11 ) so strongly that the sensor ( 1 ) and thus the supply lines ( 9 , 11 ) on the side of the Sensor ( 1 ) can be short-circuited,
that the electrical resistance (R L ) of the leads ( 9 , 11 ) short-circuited on the side of the sensor ( 1 ) can be measured by the control device ( 8 ) and
that a measurement error caused by the electrical resistance of the supply lines ( 9 , 11 ) can be corrected by the control device ( 8 ) in the case of a measurement by the control device ( 8 ) of a temperature detectable by the measurement sensor ( 1 ).
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