DE19546304A1 - Temperature measuring circuit with long-term measuring accuracy - Google Patents

Temperature measuring circuit with long-term measuring accuracy

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DE19546304A1
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Anatolij Lazukin
Aleksander Lichtinsain
Werner Fritzsche
Thomas Regner
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INGENIEURGESELLSCHAFT TEMPELWA
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/20—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit

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Abstract

The circuit uses a microcomputer (1) with an A/D converter providing a temperature-dependent signal, using a charge capacitor in series with a comparison resistance, connected in parallel with a temperature-dependent resistance. The microcomputer is coupled to an operating voltage (Udd) and to earth (Ugnd) via a threshold element (2) and controlled switches (S1,S2,S3), used to provide a triple phase measuring cycle with a measuring time, a reference time and a correction time.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung, bei der ein Microcomputer mittels einer Analog-Digital-Wandlung ein temperaturabhängiges Signal erzeugt, wobei ein Ladekondensator in Reihe mit einem Vergleichswiderstand und einem Meßwiderstand, bestehend aus einem Thermowiderstand und einem parallelen Abgleichwiderstand, bei der durch abwechselnde Messung der Entladezeit des Kondensators, ein der Temperatur entsprechender digitaler Meßwert erzeugt wird.The invention relates to a circuit arrangement for Temperature measurement using a microcomputer an analog-digital conversion a temperature-dependent Signal generated, with a charging capacitor in series with a comparison resistor and a measuring resistor, consisting of a thermal resistor and a parallel one Trimming resistance, by alternating measurement the discharge time of the capacitor, the temperature corresponding digital measured value is generated.

Gemäß EP 0 271 827 B1 ist bekannt, daß von dem Micro­ computer gesteuerte Schalter zur wechselweisen Aufladung des Kondensators dienen. Dieser ist mit einem Schwell­ wertelement verbunden, welches bei einer vorbestimmten einzigen Schwellspannung ein Auswertesignal für den Microcomputer erzeugt. Die vom Microcomputer erfaßten unterschiedlichen Aufladezeiten des Kondensators bilden das Maß für die Temperaturmessung.According to EP 0 271 827 B1 it is known that the micro Computer controlled switches for alternate charging serve the capacitor. This is with a swell value element connected, which at a predetermined single threshold voltage an evaluation signal for the Microcomputer generated. Those captured by the microcomputer form different charging times of the capacitor the measure of temperature measurement.

Weiterhin ist aus der Literatur bekannt (siehe Halbleiter- Schaltungstechnik, U. Tietze, Ch. Schenk, 5. überarbei­ tete Auflage - Berlin, Heidelberg, New York, Springer- Verlag 1980, Seite 661), daß die Doppelintegrations­ methode (Dual sloop) durch hohe Genauigkeit in der Wandlung dargestellt wurde.It is also known from the literature (see semiconductor Circuit technology, U. Tietze, Ch. Schenk, 5th revision tete edition - Berlin, Heidelberg, New York, Springer- Verlag 1980, page 661) that the double integration method (dual sloop) due to high accuracy in conversion was shown.

Diese Schaltungsanordnungen besitzen die Mängel, daß sie die Ableitverluste durch die gesteuerten Schalter, durch das Material des Bauelementeträgers und die Verluste durch den Eingangsstrom des Schwellwertelementes nicht berücksichtigen. Der endliche Isolationswiderstand der Schalter, die Oberflächen- und Materialbeschaffenheit des Bauelementeträgers, auf dem sich die Elemente befinden, und der Eingangswiderstand des Schwellwertelementes sowie die Veränderung dieser Faktoren über die Nutzungsdauer können zu Fehlern führen.These circuit arrangements have the shortcomings that they the leakage losses through the controlled switches the material of the component carrier and the losses  not by the input current of the threshold element consider. The finite insulation resistance of the Switch, the surface and material properties the component carrier on which the elements are located, and the input resistance of the threshold element as well the change in these factors over the useful life can lead to errors.

Ziel der Erfindung ist die Zuverlässigkeit, die Verbes­ serung der Meßgenauigkeit und die Verlängerung der Lauf­ zeit des mit der Schaltungsordnung ausgestatteten Gerätes.The aim of the invention is reliability, the verb Measurement accuracy and the extension of the barrel time of the device equipped with the circuitry.

Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Teile der Patentansprüche 1 + 2 gelöst. Die Erfindung wird nach­ stehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.This is according to the invention by the characteristic parts of claims 1 + 2 solved. The invention is based on standing explained in more detail using an exemplary embodiment.

In der Zeichnung zeigt die Fig. 1 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung.In the drawing, FIG. 1 shows a circuit diagram of the circuit arrangement.

Der Microcomputer 1 beinhaltet ein Schwellwertelement 2 mit einem festen Schwellwert und Schalter S1, S2 und S3. Der Microcomputer 1 ist mit der Betriebsspannung Udd verbunden. Weiterhin ist er mit der Masse Ugnd verbunden. Das Schwellwertelement 2 ist mit dem Schalter S3, den Widerständen R1, R2, R3, Rabl und dem Kondensator C verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C und des Widerstandes Rabl sind an Masse Ugnd gelegt. Der Wider­ stand R1 ist über dem Schalter S1 im Microcomputer 1, der Widerstand R2 und R3 sind über den Schalter S2 im Microcomputer 1 an Masse Ugnd geführt. The microcomputer 1 contains a threshold value element 2 with a fixed threshold value and switches S1, S2 and S3. The microcomputer 1 is connected to the operating voltage Udd. He is also connected to the Ugnd mass. The threshold element 2 is connected to the switch S3, the resistors R1, R2, R3, Rabl and the capacitor C. The other connection of the capacitor C and the resistor Rabl are connected to ground Ugnd. The opposing stand R1 is on the switch S1 in the microcomputer 1 , the resistor R2 and R3 are guided on the switch S2 in the microcomputer 1 to ground Ugnd.

Der Schalter S3 ist im Microcomputer 1 mit der Betriebs­ spannung Udd verbunden.The switch S3 is connected to the operating voltage Udd in the microcomputer 1 .

Die Messung wird in drei Phasen durchgeführt.The measurement is carried out in three phases.

Zur Ermittlung der Entladezeit über den Referenzwiderstand wird der Kondensator C durch den geschlossenen Schalter S3 bis zur Betriebsspannung aufgeladen und im Anschluß über den geschlossenen Schalter S1 bis zur Umschaltung des Schwellwertes 2 entladen.To determine the discharge time via the reference resistor, the capacitor C is charged up to the operating voltage by the closed switch S3 and then discharged via the closed switch S1 until the threshold value 2 is switched .

Zur Ermittlung der Entladezeit über den Meßwiderstand und den parallelen Linearisierungswiderstand wird der Konden­ sator C durch den geschlossenen Schalter S3 bis zur Betriebsspannung aufgeladen und im Anschluß über den geschlossenen Schalter S2 bis zur Umschaltung des Schwell­ wertes 2 entladen.To determine the discharge time via the measuring resistor and the parallel linearization resistor, the capacitor C is charged by the closed switch S3 to the operating voltage and then discharged via the closed switch S2 until the threshold value 2 is switched .

Zur Ermittlung der Entladezeit über den Ableitwiderstand wird der Kondensator C durch den geschlossenen Schalter S3 bis zur Betriebsspannung aufgeladen und im Anschluß bei offenen Schaltern S1, S2 und S3 bis zur Umschaltung des Schwellwertes 2 oder bis zu einer im Microcomputer 1 festgelegten Maximalzeit entladen.To determine the discharge time via the bleeder resistor, the capacitor C is charged up to the operating voltage by the closed switch S3 and then discharged with open switches S1, S2 and S3 until the threshold value 2 is switched over or up to a maximum time defined in the microcomputer 1 .

Die Berechnung der wahren Werte der Entladezeit für Meß- und Referenzwiderstand kann dann durch folgende Beziehungen aus den in den Phasen 1, 2 und 3 ermittelten Zeiten errechnet werden.The calculation of the true values of the discharge time for measuring and reference resistance can then by the following relationships from the times determined in phases 1, 2 and 3 can be calculated.

Dabei haben die Variablen folgende Bedeutung:
tm : die wahre Entladezeit über den Widerstand R2/R3
tm/abl : die gemessene Entladezeit über den Widerstand R3, den Widerstand R2 und den Widerstand Rabl
tref : die wahre Entladezeit über den Widerstand R1
tref/abl : die gemessene Entladezeit über den Widerstand R1 und den Widerstand Rabl
tabl : die gemessene Entladezeit über den Widerstand Rabl.The variables have the following meaning:
tm: the true discharge time through resistor R2 / R3
tm / abl: the measured discharge time via resistor R3, resistor R2 and resistor Rabl
tref: the real discharge time via resistor R1
tref / abl: the measured discharge time via resistor R1 and resistor Rabl
tabl: the measured discharge time via the resistance Rabl.

Die Bauelemente haben dabei folgende Funktion:
R1 : Referenzwiderstand
R2 : Linearisierungswiderstand
R3 : Meßwiderstand in Form eines Thermowiderstandes
Rabl : Ableitwiderstand, der die Verluste über einen Bauelemententräger über die gesteuerten Schalter S1, S2, S3 und das Schwellwert­ element 2 darstellt.
C : Kondensator. The components have the following function:
R1: reference resistance
R2: linearization resistance
R3: Measuring resistor in the form of a thermal resistor
Rabl: Leakage resistance, which represents the losses via a component carrier via the controlled switches S1, S2, S3 and the threshold element 2 .
C: capacitor.

Die Schalter S1, S2, S3 haben folgende Funktion:
S1: Der Schalter dient zur Entladung des Kondensa­ tors C über den Widerstand R1 zur Ermittlung der Referenzzeit tref/abl.
S2: Der Schalter dient zur Entladung des Kondensa­ tors C über die Widerstände R2 und R3 zur Ermittlung der Meßzeit tm/abl.
S3: Der Schalter dient zur Aufladung des Kondensa­ tors C bei geöffneten Schaltern S1 und S2.The switches S1, S2, S3 have the following function:
S1: The switch is used to discharge the capacitor C via the resistor R1 to determine the reference time tref / abl.
S2: The switch is used to discharge the capacitor C through the resistors R2 and R3 to determine the measuring time tm / abl.
S3: The switch is used to charge capacitor C when switches S1 and S2 are open.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß durch die Messung der Entladezeit über den Ableitwiderstand Rabl die Verluste durch das Material des Bauelementeträgers, durch den Eingangsstrom des Schwellwertelementes 2 und durch die Verluste über die gesteuerten Schalter S1, S2 und S3 berücksichtigt werden. Durch die gemessene Entlade­ zeit ist eine Korrektur der Entladezeiten über den Referenzwiderstand R1 und über den Meßwiderstand R3 und den Linearisierungswiderstand R2 möglich. Damit wird eine Veränderung der Meßgenauigkeit bei längerer Betriebs­ dauer durch Verschmutzung und Alterung der Bauelemente vermieden.The advantage of this arrangement is that the losses through the material of the component carrier, through the input current of the threshold value element 2 and through the losses via the controlled switches S1, S2 and S3 are taken into account by measuring the discharge time via the bleeder resistor Rabl. The measured discharge time makes it possible to correct the discharge times via the reference resistor R1 and via the measuring resistor R3 and the linearization resistor R2. This avoids a change in the measuring accuracy over a long period of time due to contamination and aging of the components.

BezugszeichenlisteReference list

1 Microcomputer
2 Schwellwertelement
S1 Schalter
S2 Schalter
S3 Schalter
Udd Betriebsspannung
Ugnd Masse
R1 Widerstand
R2 Widerstand
R3 Widerstand
Rab1 Widerstand
C Kondensator 1 microcomputer
2 threshold value element
S1 switch
S2 switch
S3 switch
Udd operating voltage
Ugnd mass
R1 resistance
R2 resistance
R3 resistance
Rab1 resistance
C capacitor

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung, die in einem Microcomputer mit einer Analog-Digital-Wandlung ein temperaturabhängiges Signal erzeugt, wobei ein Ladekondensator in Reihe mit einem Vergleichswiderstand und einem hierzu parallel angeordneten temperatur­ abhängigen Widerstand liegt, vermittels derer ein der Temperatur zugeordnetes digitales Signal erzeugt werden kann, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Microcomputer (1) mit einem Schwell­ wertelement (2) und den Schaltern (S1, S2, S3) mit der Betriebsspannung (Udd) und der Masse (Ugnd) ver­ bunden ist, weiter sind ein Kondensator (C), die Widerstände (Rabl, R1, R2 und R3) mit dem Schwell­ wertelement (2) und dem Schalter (S3) und der Schalter (S1) mit Masse (Ugnd) und dem Widerstand (R1) und der Schalter (S2) mit Masse (Ugnd) und den Widerständen (R2 und R3) verbunden, wobei der Schalter (S3) an der Betriebsspannung (Udd) anliegt.1. Circuit arrangement for temperature measurement, which generates a temperature-dependent signal in a microcomputer with an analog-to-digital conversion, a charging capacitor being connected in series with a comparison resistor and a temperature-dependent resistor arranged in parallel therewith, by means of which a digital signal assigned to the temperature is generated can, characterized in that a microcomputer ( 1 ) with a threshold value element ( 2 ) and the switches (S1, S2, S3) with the operating voltage (Udd) and the ground (Ugnd) is connected, further a capacitor ( C), the resistors (Rabl, R1, R2 and R3) with the threshold element ( 2 ) and the switch (S3) and the switch (S1) with ground (Ugnd) and the resistor (R1) and the switch (S2) connected to ground (Ugnd) and the resistors (R2 and R3), the switch (S3) being connected to the operating voltage (Udd). 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erzeugung der Meßzeit, der Referenzzeit und der Korrekturzeit die wahre Meßzeit und die wahre Referenzzeit vorliegt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized that after generation the measuring time, the reference time and the correction time the true measurement time and the true reference time are present.
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