DE2105226A1 - Electrical temperature measuring circuit - Google Patents
Electrical temperature measuring circuitInfo
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Description
2105226 Andrejewski & Honke Patentanwälte2105226 Andrejewski & Honke patent attorneys
, . Diplom-Ingenieur ,. Graduate engineer
Anwaltsakte: ^6 238/Jn= Dr _|ng Monfrecl Honke Attorney's file: ^ 6 238 / Jn = Dr _ | ng Monfrecl Ho nke
Patentanmeldung
G-S-T Regeltechnik GmbH
4630 Bochum
Rensingstraße 47Patent application
GST Regeltechnik GmbH
4630 Bochum
Rensingstrasse 47
Essen, den 27. Januar I971 Kettwiger Straße 36 Essen, January 27, 1971, Kettwiger Strasse 36
"Elektrische Temperaturmeßschaltung""Electrical temperature measuring circuit"
Die Erfindung betrifft eine elektrische Temperaturmeßschaltung, mit einer aus Brückenwiderständen aufgebauten Brückenschaltung, J einem Widerstandsthermometer in einem Brückenzweig der Brückenschaltung, einer primären Spannungsquelle, gegebenenfalls mit nachgeschaltetem Trennverstärker, zur Speisung der Brückenschaltung, einem der Brückendiagonalen nachgeschalteten Meßvevstärker und einem Anzeige- und/oder Registriergerät.The invention relates to an electrical temperature measuring circuit with a bridge circuit composed of bridge resistors, J a resistance thermometer in a bridge branch of the bridge circuit, a primary voltage source, if necessary with downstream isolating amplifier, for supplying the bridge circuit, a measuring amplifier connected downstream of the bridge diagonals and a display and / or recording device.
Bei der elektrischen Temperaturmessung mit Hilfe der eingangs beschriebenen Temperaturmeßschaltung werden als Widerstandsthermometer vor allem solche aus Platin oder Nickel verwendet.In electrical temperature measurement with the aid of the temperature measuring circuit described above, resistance thermometers are used as resistance thermometers especially those made of platinum or nickel are used.
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Nun ändert sich der elektrische Widerstand von Widerstandsthermometern innerhalb gewisser Grenzen zwar eindeutig mit der" Temperatur, der Widerstand ändert sich jedoch nicht linear mit der Temperatur. Das nichtlineare Verhalten von Widerstandsthermometer^ auch von solchen aus Platin oder Nickel, ist aus mehreren Gründen nachteilig.Now the electrical resistance of resistance thermometers changes within certain limits with the " Temperature, but resistance does not change linearly with temperature. The non-linear behavior of resistance thermometers ^ even those made of platinum or nickel, is disadvantageous for several reasons.
Zunächst ist nachteilig, daß als Anzeige- und/oder Registriergeräte nicht ohne weiteres solche verwendet werden können, die zur Jpannungs- bzw. Strommessung ohnehin zur Verfügung stehen; es bedarf vielmehr einer besonderen Eichung bzw. Skalierung. Von besonderem Nachteil ist, daß man in einer üblichen Temperaturmeßschaltung rrit einer Brückenschaltung eine Temperaturdifferena nicht mittels zweier Widerstandsthermometer direkt bestimmen kann, weil aus einer Widerstandsdifferenz allein nicht eindeutig auf eine bestimmte Temperaturdifferenz geschlossen werden kannj bei einer linearen Zuordnung von Widerstand und Temperatur wäre die Bestimmung einer Tenperaturdifferenz unmittelbar aus einer Widerstandsdifferenz möglich. Schließlich wird die nichtlineare Zuordnung von Temperatur und Widerstand besonders bei der digitalen Anzeige, Registrierung und/oder "Weiterverarbeitung" von mit Widerstandsthermometern gemessenen Temperaturen als äußerst störend empfunden.First of all, it is disadvantageous that as display and / or recording devices those that are already available for voltage or current measurement cannot be used without further ado; rather, a special calibration or scaling is required. A particular disadvantage is that in a conventional temperature measuring circuit rrit a temperature difference in a bridge circuit cannot determine directly using two resistance thermometers, because a difference in resistance alone is not unambiguous a certain temperature difference can be deduced canj with a linear assignment of resistance and temperature the determination of a temperature difference would be immediate possible from a resistance difference. Finally, the non-linear association of temperature and resistance becomes special in the digital display, registration and / or "further processing" of temperatures measured with resistance thermometers perceived as extremely annoying.
Man hat folglich bereits eine Vielzahl von elektrischen Temperaturmeß schaltungen entwickelt, in denen auf unterschiedlichste Weise die Zuordnung von Temperatur und Widerstand linearisiert worden ist. Zum Beispiel sind folgende Maßnahmen zur Linearisierung bekannt:As a result, one already has a large number of electrical temperature measurements circuits developed in which on the most varied Way the assignment of temperature and resistance has been linearized. For example, the following are linearization measures known:
Verwendung von außerhalb der Meßstelle befindlichen unveränder-Use of unchangeable parts located outside the measuring point
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lichen Widerständen (ATM-Blatt I 222 - 2, Dezember 19^9), Verwendung von zwei Widerstandstherraometern mit nichtlinearem, aber entgegengesetztem Verhalten, z.B. Verwendung eines Widerstandsthermometers aus Platin und eines Widerstandsthermometers aus Nickel·(ATM-Blatt V 212 - 5, September 19Ö5), Verwendung von Dioden-Punktions-Generatoren, Computern und Digital-Umsetzern (messen + prüfen, Dezember 19^9* Seite 893)* Verwendung von Naehbildungsschaltungen (ATM-Blatt V 212 - 5, September I965), _ Verwendung einer Analog-Rechenschaltung (Dipl.-Ing. G. Klause ^ "Temperatur-Meßwertverstärkung mit exakter 'Linearisierung'" in Elektronik-Journal, 3. 48 - 52). Allen bekannten Maßnahmen zur Linearisierung der Zuordnung Temperatur - Widerstand ist gemeinsam, daß sie relativ aufwendig sind.internal resistances (ATM sheet I 222 - 2, December 19 ^ 9), use of two resistance thermometers with non-linear but opposite behavior, e.g. use of a resistance thermometer made of platinum and a resistance thermometer made of nickel (ATM sheet V 212 - 5, September 19Ö5), use of diode puncture generators, computers and digital converters (measure + check, December 19 ^ 9 * page 893) * use of sewing circuits (ATM sheet V 212 - 5, September 1965), _ use of an analog Computation circuit (Dipl.-Ing. G. Klause ^ "Temperature measurement value amplification with exact 'linearization'" in Elektronik-Journal, 3. 48 - 52). A common feature of all known measures for linearizing the association between temperature and resistance is that they are relatively complex.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Temperaturmeßschaltung der eingangs beschriebenen Art mit einfachen Mitteln so auszugestalten, daß zwischen der Meßgröße "Temperatur" und der der Anzeige und/oder Registrierung dienenden Hilfsgröße "Meßspannung oder -strom" eine lineare Abhängigkeit besteht.The invention is therefore based on the object of an electrical Temperature measuring circuit of the type described above to be designed with simple means so that between the measured variable "temperature" and that of the display and / or registration There is a linear dependency on the auxiliary variable "measuring voltage or current".
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer elektrischen Temperaturmeß schaltung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß eine der Meßspannung der Brückendiagonalen linear proportionale Linearisierungsspannung zu der Speisespannung der Brückenschal tung addiert oder davon subtrahiert ist. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei Widerstandsthermometern üblicher Art, z.B. solchen aus Platin oder Nickel, die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers in interessierenden Temperaturbereichen praktisch linear mit der Temperatur abnimmtAccording to the invention, this object is achieved in the case of an electrical temperature measurement circuit of the type described above is solved by that a linearization voltage linearly proportional to the measuring voltage of the bridge diagonals to the supply voltage of the bridge shell tion is added or subtracted from it. The invention is based on the knowledge that resistance thermometers of the usual type, e.g. those made of platinum or nickel, the sensitivity of the resistance thermometer in the temperature ranges of interest decreases practically linearly with temperature
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(z.B. Platin) bzw. zunimmt (z.B. Nickel), und kompensiert die Abnahme bzw. Zunahme der Empfindlichkeit dadurch, daß die wirksame Speisespannung in dem Maße vergrößert bzw. verringert wird, wie die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers abnimmt bzw. zunimmt.(e.g. platinum) or increases (e.g. nickel), and compensates for the decrease or increase in sensitivity by adding the effective Supply voltage is increased or decreased to the extent that how the sensitivity of the resistance thermometer decreases or increases.
Praktisch läßt sich die Lehre der Erfindung besonders einfach dadurch verwirklichen, daß in Reihe zu der primären Spannungsquelle ein Linearisierungswiderstand liegt und durch den Linearisierungswiderstand ein der Meßspannung proportionaler Meßstrom fließt. Das kann z.B. in der Weise erfolgen, daß dem Meßverstärker ein Leistungstransistor nachgeschaltet ist und im Basis-Emitter-Kreis des Leistungstransistors der Ausgang des Meßverstärkers und im Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors das Anzeige- und/oder Registriergerät, eine sekundäre Spannungsquelle und der Linearisierungswiderstand geschaltet sind, wobei zweckmäßigerweise zwei Linearisierungswiderstände in Reihe geschaltet sind und mittels eines Umschalters die Linearisierungsspannung zu der Speisespannung addierbar oder davon subtrahierbar ist, so daß die gleiche Temperaturmeßschaltung sowohl für Widerstandsthermometer mit abnehmender Empfindlichkeit (z.B. Platin) als auch für Widerstandsthermometer mit zunehmender Empfindlichkeit (z.B. Nickel) eingesetzt werden kann.In practice, the teaching of the invention can be implemented in a particularly simple manner in that there is a linearization resistor in series with the primary voltage source and through the linearization resistor a measuring current proportional to the measuring voltage flows. This can be done, for example, in such a way that the measuring amplifier a power transistor is connected downstream and the output of the in the base-emitter circuit of the power transistor Measuring amplifier and in the collector-emitter circuit of the power transistor the display and / or recording device, a secondary one The voltage source and the linearization resistor are connected, advantageously two linearization resistors are connected in series and the linearization voltage by means of a changeover switch can be added to or subtracted from the supply voltage, so that the same temperature measuring circuit both for resistance thermometers with decreasing sensitivity (e.g. platinum) and for resistance thermometers with increasing Sensitivity (e.g. nickel) can be used.
Im übrigen besteht bei einer Ausführungsform mit nichtkompensierter Brückenschaltung die Möglichkeit, den Linearisierungswiderstand so zu dimensionieren, daß neben dem Linearitätsfehler des Widerstandsthermometers auch der Linearitätsfehler der Brückenschaltung kompensiert wird.In addition, in one embodiment there is a non-compensated Bridge circuit the possibility of dimensioning the linearization resistance so that in addition to the linearity error the resistance thermometer also compensates for the linearity error of the bridge circuit.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind zusammengefaßtThe advantages achieved by the invention are summarized
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darin zu sehen, daß eine elektrische Temperaturmeßschaltung der eingangs beschriebenen Art mit äußerst einfachen Mitteln so ausgestaltet worden ist, daß zwischen der Meßgröße "Temperatur" und der der Anzeige und/oder Registrierung dienenden Hilfsgröße "Meßspannung oder -strom" eine lineare Abhängigkeit besteht. Tatsächlich reicht dazu ein zusätzlicher Linearisierungswiderstand aus, während bei bekannten vergleichbaren Temperaturmeßschaltungen ein ungleich höherer Aufwand betrieben worden ist. Gleichwohl ist mit der erfindungsgemäßen Temperaturmeßschaltung eine für praktische Anwendungsfälle zumeist ausreichende Genauigkeit zu erreichen, liegt nämlich der verbleibende Linearitätsfehler unter 0,1 Prozent.in seeing that an electrical temperature measuring circuit of the type described above has been designed with extremely simple means so that between the measured variable "temperature" and the auxiliary variable "measurement voltage or current" used for display and / or registration has a linear dependency consists. In fact, an additional linearization resistor is sufficient for this, while in known comparable temperature measuring circuits a disproportionately higher effort has been made. Nevertheless, with the temperature measuring circuit according to the invention one that is mostly sufficient for practical applications To achieve accuracy, the remaining linearity error is less than 0.1 percent.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert j es zeigen:In the following the invention is based on only one embodiment Illustrative drawing explained in more detail j it show:
Fig. 1 eine elektrische Temperaturmeßschaltung mit einer kompensierten Brückenschaltung undFig. 1 shows an electrical temperature measuring circuit with a compensated bridge circuit and
Fig. 2 eine elektrische Temperaturmeßschaltung mit einer nichtkompensierten Brückenschaltung.2 shows an electrical temperature measuring circuit with an uncompensated bridge circuit.
Die in den Pig. dargestellte elektrische Temperaturmeßschaltung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer Brückenschaltung 1, die aus Brückenwiderständen 2 aufgebaut ist, einem Widerstandsthermometer 3 in einem Brückenzweig der Brückenschaltung 1, einer primären Spannungsquelle 4 mit naohgesohaltetem Trennverstärker 5 zur Speisung der Brückenschaltung 1, einem der Brückendiagonalen nachgeschalteten Meßverstärker 6 und einemThe one in the Pig. The electrical temperature measuring circuit shown consists in its basic structure of a bridge circuit 1, which is made up of bridge resistors 2, a resistance thermometer 3 in a bridge branch of the bridge circuit 1, a primary voltage source 4 with naohgesohalteem Isolation amplifier 5 for feeding the bridge circuit 1, a the bridge diagonals downstream measuring amplifier 6 and a
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Anzeigegerät 7·Display device 7
Um eine Linearisierung der Zuordnung Temperatur - Meßspannung bzw. .-strom zu erreichen, ist eine der Meßspannung der Brückendiagonalen linear proportionale Linearisierungsspannung zu der Speisespannung addiert bzw. davon subtrahiert. Die Linear!- sierungsspannung ist zu der Speisespannung der Brückenschaltung addiert, wenn die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers 3 mit steigender Temperatur abnimmt, sie ist von der Speisespannung der Brückenschaltung 1 subtrahiert, wenn die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers 3 rcit zunehmender Temperatur zunimmt.To linearize the assignment of temperature and measuring voltage or. -strom, a linearization voltage is linearly proportional to the measuring voltage of the bridge diagonals added to or subtracted from the supply voltage. The linearization voltage is related to the supply voltage of the bridge circuit added if the sensitivity of the resistance thermometer 3 decreases with increasing temperature, it is subtracted from the supply voltage of the bridge circuit 1 if the sensitivity of resistance thermometer 3 with increasing temperature increases.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt in Reihe zu der primären Spannungsquelle 4 ein Linearisierungswiderstand 8 bzw. 9 und fließt durch den Linearisierungswiderstand 8 bzw. 9 ein der Meßspannung der Brückendiagonalen proportionaler Meßstrom. Im einzelnen ist dem Meßverstärker 6 ein Leistungstransistor 10 nachgeschaltet und sind im Basis-Emitter-Kreis des Leistungstransistors 10 der Ausgang des Meßverstärkers 6 und im Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors 10 das Anzeigegerät 7i eine sekundäre Spannungsquelle 11 und der Linearisierungswiderstand 8 bzw. 9 geschaltet. Wie den Pig. zu entnehmen ist, sind zwei Linearisierungswiderstände 8,9 in Reihe geschaltet und ist mittels eines Umschalters 12 die Linearisierungsspannung zu der Speisespannung addierbar oder davon subtrahierbar. Es wird nämlich der Spannungsabfall des Linearisierungswiderstandes 8 zu der Speisespannung addiert oder der Spannungsabfall des Linearisierungswiderstandes 9 von der Speisespannung subtrahiert.In the exemplary embodiment shown, a linearization resistor 8 is connected in series with the primary voltage source 4 or 9 and flows through the linearization resistor 8 or 9 a measuring current proportional to the measuring voltage of the bridge diagonal. In detail, the measuring amplifier 6 is a power transistor 10 connected downstream and are in the base-emitter circuit of the power transistor 10, the output of the measuring amplifier 6 and im Collector-emitter circuit of the power transistor 10, the display device 7i, a secondary voltage source 11 and the linearization resistor 8 or 9 switched. Like the pig. can be seen, two linearization resistors 8,9 are connected in series and the linearization voltage can be added to or subtracted from the supply voltage by means of a changeover switch 12. It namely, the voltage drop of the linearization resistor 8 is added to the supply voltage or the voltage drop of the Linearization resistor 9 subtracted from the supply voltage.
Während die Fig. 1 eine Ausführungsform einer elektrischen Tem-While Fig. 1 shows an embodiment of an electrical tem-
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peraturmeßschaltung mit kompensierter Brückenschaltung - zusätzlicher Kompensationswiderstand IJ - zeigt, handelt es sich bei der Temperaturmeßschaltung nach der Pig. 2 um eine solche mit nichtkompensierter Brückenschaltung 1. Bei der Temperaturmeßschaltung nach Fig. 2 ist der Linearisierungswiderstand 8 bzw. 9 so dimensioniert, daß neben dem Linearitätsfehler des Widerstandsthermometers j5 auch der Linearitätsfehler der Brückenschaltung 1 kompensiert ist.temperature measuring circuit with compensated bridge circuit - additional Compensation resistor IJ - shows it is with the temperature measuring circuit according to the Pig. 2 by one with a non-compensated bridge circuit 1. In the temperature measuring circuit According to Fig. 2, the linearization resistor 8 or 9 is dimensioned so that in addition to the linearity error of the Resistance thermometer j5 also the linearity error of the bridge circuit 1 is compensated.
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