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Verfahren zur Reduzierung deifan einer Thermoelement-Vergleichsstelle
entstehenden Fehlerspannung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung
der bei Temperaturschwankungen an der Vergleichsstelle von Thermoelementen auftretenden
Fehlerspannung mit Hilfe einer von denselben Temperaturschwankungen abhängigen Kompensationsspannung,
die der Fehlerspannung entgegenwirkt.
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Bekanntlich ist es zur exakten Messung der Temperatur mit Hilfe eines
Thermoelements notwendig, seine Vergleichsstelle auf konstanter Temperatur zu halten.
Hierzu werden im allgemeinen Thermostate benutzt, welche die Vergleichsstelle auf
einer Temperatur halten, die so weit über der Raumtemperatur liegt, daß deren Echwankungct
durch Heizintervalle ohne Kehlung ausgeregelt werden können.
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Thermostate sind teuer und müssen, da sie recht groß sind, im allgemeinen
außerhalb des Temperaturmeßgerätes angeordnet werden, was wiederum nachteilig ist.
Bei weniger genauen Messungen nimmt man deshalb die Schwankungen der Umgebungstemperatur
an der Vergleichsstelle in Kauf, versucht jedoch, den dadurch entstehenden Meßfehler
mit Hilfe einer elektrischen Kompensationsschaltung zu verringern.
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Die Eompensationsschaltung besteht üblicherweise aus einer Brückenschaltung,
die ein oder zwei temperaturabhängige Widerstände enthält, die denselben Temperaturschwankungen
ausgesetzt sind, wie die Vergleichsstelle des Thermoelementes. Während sich aber
die in der Brückendiagonale abgenommene Kompensationsspannung annähernd linear mit
der Temperatur ändert, entspricht der Temperaturverlauf der gebräuchlichen Thermoelemente
in dem-entscheidenen Meßbereich von 0..,500C etwa einer parabolischen Funktion.
Eine Ubereinstimmung der Temperaturkennlinien ist deshalb nur in zwei Punkten zu
erreichen, während im übrigen Temperaturbereich der Fehler bis auf 100 ansteigen
kann.
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Wie' in Fig. 1 dargestellt, liegt im Gegenkopplungskreis eines Differenzverstärkers
1 ein temperaturabhängiger Kupferwiderstand 2. Die Ausgangsspemung E des Verstärkers
1 ist abhängig 0 von dem Kupferwiderstand 2 sowie den beiden über die Spannungsteilerwiderstände
3 bis 6 dem Differenzverstärker 1 zugeführten Eingangsspannungen. Da sich der Kupferwiderstand
linear mit der Temperatur ändert, ergibt sich, wie Fig. 2 zeigt, auch eine lineare
Abhängigkeit der Spannung E0 von der Temperatur. Als Kompensationsspannung wird
jedoch nicht die Spaiinung Eo verwendet, sondern eine an dem Spannungsteiler 7,8,9
abgegriffene Spannung U.
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Die Spannung U hat, wie in Fig. 3 dargestellt ist, einen parabolischen
Verlauf bedingt durch den Widerstand 9, der ebenfalls ein temperaturabhängiger Kupferwiderstand
ist. Der nichtlineare Temperaturverlauf der Spannung U wird leicht verständlich,
wenn man bedenkt, daß die Spannung E0 und damit der durch den Widerstand 9 fließende
Strom bereits von der Temperatur abhängig ist. Da nun der Widerstand 9 ebenfalls
temperaturabhängig ist, muß sich ein Kennlinienverlauf einstellen, der einer quadratischen
Funktion entspricht. Der Verlauf der Kennlinie kann durch geeignete Dimensionierung
der Widerstände 2,7,8,9 beeinflußt werden. Wie praktische Versuche zeigten, kann
insbesondere eine parabolische Funktion sehr gut angenähert werden. Mit Hilfe des
Potentiometers 5 ist es möglich, die Spannung U bei 0° C auf Null einzustellen.
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Ein zweiter Abgleich wird bei Nenntemperatur durchgeführt und die
Widerstände 7,8,9 werden dabei so ausgelegt, daß bei angeschlossenem Thermoelementenkreis
das Meßinstrument nicht ausschlägt.
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Die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung bietet gegenüber den bisher
verwendeten Brücken schaltungen den Vorteil einer wesentlich besseren Kennlinienanpassung
und benötigt auch keine schwebende ßpannungsquelle zur Stromversorgung. Um die Temperaturdifferenz
zwischen der Vergleichsstelle und den Kupferwiderständen 2,9 möglichst klein zu
halten, ist es vorteilhaft1 jeweils die Nälfte der beiden Widerstände auf die als
Vergleichsstelle dienenden Anschlußklemmen zu wickeln.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren der Vergleichsstellen-Temperaturkompensation
zu verbessern, um es auch bei genauen Messungen anwenden zu können. Die Erfindung
beruht auf der Erkenntnis, daß alle gebräuchlichen Thermoelemente im Temperaturbereich
von 0...50°C eine Temperaturkennlinie besitzen, die einer Parabel sehr ähnlich ist.
Die Aufgabe wird deshalb bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß die Kompensationsspannung eine der Fehlerspannung angepaßte parabolische
Temperaturkenniinie besitzt.
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Eine hierzu entwickelte Schaltung ist derart aufgebaut, daß sowohl
im Rückkopplungskreis als auch im Ausgangskreis eines Verstärkers ein temperaturabhängiger
Widerstand liegt und der im Ausgangskreis liegende temperaturabhängige Widerstand
zusammen mit anderen Widerständen einen Spannungsteiler bildet, an dem die parabolische
Kompensationsspannung abgreifbar ist. Da die parabolische Temperaturkennlinie der
verschiedenen Thermoelemente unterschiedliche Steigungen aufweisen, ist es erforderlich,
bei einem Temperaturmeßgerät, das zur Messung mit Thermoelementen bestimmt ist,
zur Anpassung die Widerstände des Spannungsteilers auf andere Widerstandswerte umzuschalten.
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Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgeiaäßen Schaltung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 eine Schaltung zur Erzeugung einer parabolischen
Kompensationssp.nnung, Fig. 2 die Temperaturkennlinie der Verstärkerausgangsspannung
Bo Fig. 3 die dieTemperaturkennlinie einer am Spannungsteiler abgegriffenen Spannung
U.