DE20014404U1 - Device for measuring the temperature of an electrical device - Google Patents
Device for measuring the temperature of an electrical deviceInfo
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Description
1
Beschreibung1
Description
Einrichtung zur Temperaturmessung eines elektrischen GerätesDevice for measuring the temperature of an electrical device
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum galvanisch entkoppelten indirekten Erfassen der Temperatur eines elektrischen Gerätes mit Hilfe eines temperaturabhängigen Widerstandssensors. Der Widerstandssensor wird im folgenden auch Temperatursensor genannt, wobei beide Begriffe die gleiehe Bedeutung haben. Zum Schutz von technischen Maschinen vor thermischer Überlastung wird häufig die Wicklungstemperatur dieser Maschinen erfasst. Dies geschieht im allgemeinen über temperaturabhängige Widerstände, seien es PTC oder NTC oder PT 100 oder über Thermoelemente. Die Auswertung der Sensor-Signale erfolgt dann in einer nachgeordneten Schaltungsanordnung. Wenn diese Schaltungsanordnung nicht berührungssicher ausgeführt ist, muss eine sichere elektrische Trennung von Motorwicklung und Temperaturfühler sichergestellt werden. Zum einen wurde der Temperaturfühler gegenüber der Motorwicklung durch entsprechend dimensionierte Isolationsschichten sicher elektrisch getrennt, was jedoch eine stark erhöhte thermische Zeitkonstante der Anordnung mit sich brachte, so dass der Schutz der Motorwicklung vor Überhitzung nicht absolut sicher war, zum anderen konnte mit handelsüblichen Geräten eine elektrische Trennung so vorgenommen werden, dass eine galvanische Entkopplung über eine Optokopplerstrecke geschah, wobei auf beiden Seiten der Strecke für elektrische Signalzufuhr zu sorgen war, was relativ hohen Aufwand nach sich zog.The invention relates to a device for the galvanically decoupled indirect detection of the temperature of an electrical device using a temperature-dependent resistance sensor. The resistance sensor is also referred to below as a temperature sensor, although both terms have the same meaning. To protect technical machines from thermal overload, the winding temperature of these machines is often detected. This is generally done using temperature-dependent resistors, be they PTC or NTC or PT 100 or thermocouples. The sensor signals are then evaluated in a downstream circuit arrangement. If this circuit arrangement is not designed to be touch-safe, a safe electrical separation of the motor winding and temperature sensor must be ensured. On the one hand, the temperature sensor was safely electrically separated from the motor winding by appropriately dimensioned insulation layers, which, however, resulted in a greatly increased thermal time constant of the arrangement, so that the protection of the motor winding against overheating was not absolutely certain. On the other hand, electrical separation could be carried out using commercially available devices in such a way that galvanic decoupling took place via an optocoupler path, whereby electrical signal supply had to be provided on both sides of the path, which entailed relatively high expenditure.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass in ausgesprochen einfacher Weise eine potentialfreie Übertragung der Temperaturwerte eines elektrischen Gerätes an eine Auswerteschaltung möglich ist.The object of the invention is to design a device of the type mentioned at the outset in such a way that a potential-free transmission of the temperature values of an electrical device to an evaluation circuit is possible in an extremely simple manner.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Temperatursensor an die Sekundärseite eines Transforma-According to the invention, this object is achieved in that the temperature sensor is connected to the secondary side of a transformer.
200016087 ··200016087 ··
tors geschaltet ist, der primärseitig mit einem Pol an eine definierte Wechselspannungsquelle, an der eine Basisspannung ansteht, geschaltet ist, und mit dem anderen Pol über einen Shuntwiderstand auf die Bezugsebene der Basisspannung gelegt ist, wobei über dem Shuntwiderstand eine Ausgangsspannung ansteht, deren Größe den Widerstand des Temperatursensors anhand folgender Gleichungen abbildet:tors, which is connected on the primary side with one pole to a defined AC voltage source to which a base voltage is applied, and with the other pole is connected via a shunt resistor to the reference level of the base voltage, whereby an output voltage is applied across the shunt resistor, the size of which maps the resistance of the temperature sensor using the following equations:
TJTJ
Uout («9) = - * R ' UERRU out («9) = - * R ' U ERR
wobei die einzelnen Werte dieser Gleichungen wie folgt definiert sind:where the individual values of these equations are defined as follows:
RL Widerstand des Temperatursensors R.L_transf auf die Primärseite transformierter WiderstandswertR L Resistance of the temperature sensor R.L_transf Resistance value transformed to the primary side
R3 ShuntwiderstandR 3 Shunt resistance
Uerr Bas is spannungUerr Bas is tension
U0Ut Aus gangs spannungU 0 Ut Output voltage
ü Übersetzungsverhältnis des Übertragersü Transmission ratio of the transformer
&thgr; Temperatur&thetas; Temperature
Eine besonders vorteilhafte erste Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß über eine, dem Temperatursensor eigene Temperaturkennlinie eine Temperatur aus dem ermittelten Widerstand entnehmbar ist, da diese Beziehung sehr einfach in eine Auswerteeinheit eingebracht werden kann, wodurch eine computergestützte Auswertung des ermittelten Widerstands und eine Anzeige der resultierenden Temperatur sehr leicht möglich ist.A particularly advantageous first embodiment of the invention is characterized in that a temperature can be derived from the determined resistance via a temperature characteristic curve inherent to the temperature sensor, since this relationship can be very easily introduced into an evaluation unit, whereby a computer-assisted evaluation of the determined resistance and a display of the resulting temperature is very easily possible.
f Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Übertrager ein Übertrager mit f A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the transformer used is a transformer with
200016087 .. : ··..··. .··..·*.200016087 .. : ··..··. .··..·*.
einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 vorgesehen ist, der ein besonders handelsübliches und preiswertes Bauteil darstellt.a gear ratio of 1:1, which is a particularly commercially available and inexpensive component.
Ferner erweist es sich nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung als vorteilhaft, dass als Spannungsquelle eine solche mit nicht sinusförmiger Ausgangsspannung vorgesehen werden kann und dass die Berechnungsformel für den Widerstand mit einem diesbezüglichen Korrekturfaktor versehen wird. Damit kann auf teure Sinusfunktionsgeneratoren verzichtet werden, so ist beispielsweise auch eine Einspeisung mit einer Rechtecksignalform durchaus möglich.Furthermore, according to a further embodiment of the invention, it proves to be advantageous that the voltage source can be one with a non-sinusoidal output voltage and that the calculation formula for the resistance is provided with a corresponding correction factor. This means that expensive sinusoidal function generators can be dispensed with, so that, for example, a supply with a square wave form is also entirely possible.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below.
Die Darstellung zeigt dabei in Form eines Blockschaltbildes ein elektrisches Gerät G, in dessen Nähe ein elektrischer Temperatursensor RL angeordnet ist, der ein solches Temperaturverhalten aufweist, dass zu jeder Umgebungstemperatur ein spezifischer elektrischer Widerstandswert vorliegt. Diese Temperaturabhängigkeit kann beispielsweise in einer Tabelle oder in einer Funktionskurve angegeben sein, die in einer weiteren Auswerteschaltung wie im folgenden noch beschrieben gewichtet werden kann.The illustration shows an electrical device G in the form of a block diagram, in the vicinity of which an electrical temperature sensor R L is arranged, which has a temperature behavior such that a specific electrical resistance value is present for each ambient temperature. This temperature dependence can be specified, for example, in a table or in a function curve, which can be weighted in a further evaluation circuit as described below.
Der Widerstand des Temperatursensors RL ist an die Sekundärseite eines Transformators T beispielsweise mit Übersetzungsverhalten ü = 1:1 angeschlossen. Dessen Primärseite führt mit einem Pol an die spannungsführende Seite einer Wechselspannungsquelle, an der eine Basisspannung UERR ansteht. Der zweite Pol an der Primärseite des Transformators T führt an einen Shuntwiderstand R3, der mit seinem freien Pol auf die Bezugsebene der Basisspannung UErr gelegt ist. Gegenüber dieser Basisspannung UERR liegt nun am Shuntwiderstand Rs eine Aus-OS gangsspannung Uout vor, die wie folgt zur Darstellung des Wertes des Widerstandes des Temperatursensors RL vorgesehen werden kann. Es gelten dabei die folgenden Gleichungen:The resistance of the temperature sensor R L is connected to the secondary side of a transformer T, for example with a ratio of ü = 1:1. One pole of the primary side of the transformer T leads to the live side of an alternating voltage source, where a base voltage U ERR is present. The second pole on the primary side of the transformer T leads to a shunt resistor R 3 , which is connected with its free pole to the reference level of the base voltage U E rr. In contrast to this base voltage U ERR , an output voltage U ou t is now present at the shunt resistor R s , which can be used as follows to represent the value of the resistance of the temperature sensor R L. The following equations apply:
200016087 .· · .··..··.200016087 .· · .··..··.
G?) = -ü2-Rc G?) = -ü 2 -Rc
u-W3-u- o - W3 - o -
wobei die einzelnen Werte dieser Gleichungen wie folgt definiert sind:where the individual values of these equations are defined as follows:
RL Widerstand des TemperatursensorsR L Resistance of the temperature sensor
Rl transf auf die Primärseite transformierter WiderstandswertRl transf resistance value transformed to the primary side
R3 ShuntwiderstandR 3 Shunt resistance
Uerr Bas is spannungUerr Bas is tension
U0Ut AusgangsspannungU 0 Ut Output voltage
ü Übersetzungsverhältnis des Übertragersü Transmission ratio of the transformer
&thgr; Temperatur&thetas; Temperature
Die Ausgangsspannung Uout wird einer weiteren Verarbeitungseinrichtung zugeordnet, die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist, und die einzig und allein die kennlinienmäßige Temperaturwiderstandsverknüpfung des Temperatursensors Rl angibt, so dass am Ausgang einer derartigen Auswerteschaltung der Temperaturwert ausgegeben und bedarfsweise auch angezeigt werden kann. Die Auswertung, Ausgabe und Anzeige erfolgt bevorzugt mittels computer- und/oder softwaregestützter Einrichtungen.The output voltage U ou t is assigned to a further processing device, which is not shown for the sake of clarity, and which only indicates the characteristic temperature resistance connection of the temperature sensor Rl, so that the temperature value can be output at the output of such an evaluation circuit and, if required, also displayed. The evaluation, output and display are preferably carried out by means of computer and/or software-supported devices.
Zusammengefaßt handelt es sich bei der Erfindung um eine Einrichtung zum galvanisch entkoppelten, indirekten Erfassen der Temperatur eines Gerätes G mit Hilfe eines temperaturabhängigen Widerstandssensors RL, wobei der Widerstandssensor RL an die Sekundärseite eines Transformators T geschaltet ist, der primärseitig mit einem Pol an eine definierte Wechselspannungsquelle und mit dem anderen Pol über einen Shuntwiderstand Rs an das Basispotential der Wechselspannungsquelle geschaltet ist, wobei über dem Shuntwiderstand Rs eineIn summary, the invention is a device for the galvanically decoupled, indirect detection of the temperature of a device G by means of a temperature-dependent resistance sensor R L , wherein the resistance sensor R L is connected to the secondary side of a transformer T, which is connected on the primary side with one pole to a defined alternating voltage source and with the other pole via a shunt resistor Rs to the base potential of the alternating voltage source, wherein a
200016087200016087
gangsspannung Uout ansteht. Dabei ist über eine dem Widerstandssensor RL eigene Temperaturkennlinie eine Temperatur aus dem ermittelten Widerstand entnehmbar.output voltage U out is present. A temperature can be derived from the measured resistance via a temperature characteristic curve specific to the resistance sensor R L.
Claims (4)
wobei die einzelnen Werte dieser Gleichungen wie folgt definiert sind:
RL Widerstand des Temperatursensors
RL_transf auf die Primärseite transformierter Widerstandswert
RS Shuntwiderstand
UERR Basisspannung
Uout Ausgangsspannung
ü Übersetzungsverhältnis des Übertragers
θ Temperatur 1. Device for the galvanically decoupled, indirect detection of the temperature of a device with the aid of a temperature-dependent temperature sensor, characterized in that the temperature sensor (R L ) is connected to the secondary side of a transformer (T), which is connected on the primary side with one pole to a defined alternating voltage source to which a base voltage (U ERR ) is present, and with the other pole is connected via a shunt resistor (Rs) to the reference level of the base voltage (U ERR ), wherein an output voltage (U out ) is present across the shunt resistor (R S ), the size of which maps the resistance of the temperature sensor (R L ) using the following equations:
where the individual values of these equations are defined as follows:
R L Resistance of the temperature sensor
R L_transf resistance value transformed to the primary side
R S shunt resistance
U ERR Base voltage
U out output voltage
ü Transmission ratio of the transformer
θ Temperature
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| CN104330186A (en) * | 2014-10-27 | 2015-02-04 | 天津电气科学研究院有限公司 | Temperature detection circuit based on transformer isolation |
| DE102014203509A1 (en) * | 2014-02-26 | 2015-08-27 | Schmidhauser Ag | Control unit and electric drive system |
| CN113588113A (en) * | 2021-07-22 | 2021-11-02 | 深圳市禾望电气股份有限公司 | Temperature detection device |
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| CN104330186A (en) * | 2014-10-27 | 2015-02-04 | 天津电气科学研究院有限公司 | Temperature detection circuit based on transformer isolation |
| CN104330186B (en) * | 2014-10-27 | 2017-02-15 | 天津电气科学研究院有限公司 | Temperature detection circuit based on transformer isolation |
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Effective date: 20031106 |
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| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20070301 |