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Schaltungsanordnung zur Kompensation der an der Kaltlötstelle eines
Thermoelementenans chlusses auftretenden Thermogegenspannung Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur Kompensation der an der Kaltlötstelle eines Thermoelementenanschlusses
auftretenden Thermogegenspannung in Abhängigkeit von den an der Anschlußstelle auftretenden
Temperaturschwankungen und erübrigt damit die zur Konstanterhaltung der Temperatur
der Kaltlötstelle erforderliche Vorrichtung.
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Bisher erfolgte der Anschluß von Thermoelementen entweder unter Benutzung
von Ausgleichs leitungen aus dem gleichen Material wie die Thermoschenkel oder aus
Sonderwerkstoffen, die am Kontakt keine elektromotorische Kraft erzeugen und damit
eine Verlängerung bis an einen Ort konstanter Raumtemperatur ermöglichen. Ferner
sind Widerstandsnetzwerke und Brückenschaltungen, die temperaturabhängige Widerstände
zur Kompensation des Temperaturganges der Thermogegenspannung benutzen, bekannt.
Als temperaturabhängige Widerstände werden in diesen Schaltungen beispielsweise
Kupferspulen oder Thermistoren verwendet. Schaltungen dieser Art beanspruchen relativ
großen Raum zu ihrer Unterbringung, arbeiten mit relativ großen Strömen, wie beispielsweise
bei Kupferspulen als
temperaturabhängigen Widerstand oder lassen
sich nur unter größerem Aufwand dem Temperaturgang der Thermogegenspannung anpassen
bzw. zeigen ein sehr großes Streuverhalten der Widerstandscharacteristik, wie dies
besonders bei Thermistoren der Fall ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Kompensationsschaltung
zu schaffen, die eine temperaturabhängige Kompensation der Thermogegenspannung unter
Beseitigung der genannten Mängel bewirkt und darüberhinaus in erweitertem Maße eine
Anpassung verschiedener Thermoelemente an eine solche Schaltung gewährleistet.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an einen dem Thermoelement
abgewandten Anschluß der Kaltlötstelle die von einer Gleichspannungsquelle gespeiste
Reihenschaltung wenigstens einer Halbleiterdiode mit temperaturabhängigem Innenwiderstand
und eines Widerstandes angeschlossen ist.
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Bei der nach der Erfindung ausgeführten Schaltung erzeugt der in einem
Kompensationskreis durch die Reihenschaltung von Diode und Widerstand begrenzte
Strom an einem sowohl dem Thermokreis als auch dem Kompensationskreis gemeinsamen
Widerstand eine gleich große der Thermogegenspannung entgegengesetzte Kompensationsspannung.
Dabei liegt der beiden Stromkreisen gemeinsame Widerstand, der aus mehreren Widerständen
bestehen kann, an der dem Thermoelement abgewandten Seite der Kaltlötstelle. Die
Diode bzw. die Reihenschaltung von Dioden im Kompensationskreis ist dabei so angeordnet,
daß sie in unmittelbare Nähe der Kaltlötstelle zu liegen kommt und somit gleiche
Temperatur wie diese annimmt. Durch entsprechende Bemessung des Widerstandes der
Reihenschaltung des Kompensationskreises läßt sich der Strom in diesem Kreis so
einstellen, daß die Thermogegenspannung bei einer bestimmten Temperatur gerade kompensiert
wird. Wird die Diode bzw. die Diodenkombination
so ausgewählt, daß
ihr Temperaturgang dem Temperaturgang der an der Kaltlötstelle entstehenden Thermogegenspannung
über einen bestimmten Temperaturbereich entgegengesetzt ist, so entsteht an dem
den beiden Stromkreisen gemeinsamen Widerstand eine Spannung, die die Thermogegenspannung
innerhalb dieses Temperaturbereiches kompensiert.
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Als Weiterentwicklung der Erfindung wird die Diode bzw. die Diodenkombination
durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors oder einer Transistorkombination
aus Transistoren gleichen oder verschiedenen Typs ersetzt, wobei diese Strecke als
Diode geschaltet ist. Durch Einfügen von Widerständen zwischen Basis und Kollektor
wird auf diese Weise der Bereich der Anpassung der Kompensationsschaltung an den
Temperaturgang der Thermogegenspannung beträchtlich erweitert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten
Zeichnung erläutert. Hierin zeigt Figur 1 die Ankopplung der Kompensationsschaltung
an den Thermokreis sowie die Verbindung von Thermokreis und Kompensationsschaltung
mit einem nachfolgenden Verstärker und Figur 2 die Schaltung eines die Diode des
Kompensationskreises ersetzenden Transistors.
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Nach Figur 1 bildet ein Thermoelement 1 mit den Raltlötstellen 2 und
den beiden Ohm'schen Widerständen 5 und 6 einen Thermokreis 10. Infolge der Erhitzung
der Heißlötstelle des Thermoelementes 1 entsteht in diesem Kreis eine Thermospannung,
deren Einfluß auf den Verstärker vom Spannungsabfall an den Widerständen 5 und 6
abhängt. Gleichzeitig entsteht aber auch an der Kaltlötstelle 2 zwischen den Thermoschenkeln
und den Anschlußleitungen eine der Thermospannung entgegengerichtete Thermogegenspannung,
deren Größe vom Material des verwendeten Thermoelementes und dem Material
der
Anschlußleitungen abhängt. Ein am negativen Pol der Gleichspannungsquelle 7 liegender
Widerstand 4 und mindestens eine Diode 3, die in Reihe mit Widerstand 4 geschaltet
und in Punkt 8 an den Thermokreis 10 angekoppelt ist, bildet zusammen mit den Widerständen
5 und 6 und einem Massepunkt 9 einen Kompensationskreis 11 zur Kompensation der
an den Kaltlötstellen 2 auftretenden Thermogegenspannung. Der im Kompensationskreis
Im wesentlicheii fließende Strom wird/durch die Diode 3 und den Widerstand 4, der
als entsprechender Festwiderstand oder zur einfacheren Justierung als einstellbarer
Widerstand ausgeführt ist, bestimmt.
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Dabei bildet die Diode 3 den temperaturabhängigen Widerstand des Stromkreises.
Die Diode 3 ist in unmittelbarer Nähe der Kaltlötstelle 2 angebracht, so daß die
von ihr angenommene Temperatur immer gleich der Temperatur der Kaltlötstelle ist.
Nimmt nun beispielsweise die Temperatur der Kaltlötstelle zu, so verringert sich
der Widerstand der Diode infolge seines negativen Temperaturkoeffizienten so, daß
der im Kompensationskreis 11 fließende Strom an den Widerständen 5 und 6 eine dem
durch den Temperaturanstieg bedingten Zuwachs der Thermogegenspannung gleichen aber
entgegengesetzten Spannungsabfall erzeugt. Durch entsprechende Auswahl der Diode
3 oder durch Benutzung einer Reihenschaltung mehrerer Dioden gleichen oder verschiedenen
Typs läßt sich der temperaturabhängige Widerstand des Kompensationskreises hinreichend
genau an den Temperaturgang der Thermogegenspannung angleichen und somit eine einwandfreie
Kompensation der Thermogegenspannung über einen vorgegebenen Temperaturbereich gewährleisten.
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Eine Abänderung dieser Ausführungsform gemäß Figur 2 verwendet als
temperaturabhängigen Widerstand im Kompensationskreis anstelle der Diode die Emitter-Kollektor-Strecke
eines Transistors 13, wobei der Widerstand der Emitter-Kollektor-Diode durch einen
Widerstand 15 bestimmt wird. Im Extremfall wird der Widerstand 15 Null, so daß Basis
und Kollektor des Transistors 13 kurzgeschlossen sind. Der Transistor 13 wird je
nach Erfordernis
zur Anpassung an den Temperaturgang der Thermogegenspannung
durch mehrere Transistoren gleichen oder verschiedenen Typs ersetzt. Ein Widerstand
14 übernimmt in dieser Ersatzschaltung die Funktion des Widerstandes 4 in Figur
1.
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Durch die Möglichkeit, mit Hilfe des Widerstandes 15 den Widerstand
der Emitter-Kollektor-Diode einzustellen, entfällt somit als beachtlicher Vorteil
beim Serienbau solcher Kompensationsschaltungen, die Auswahl hinreichend eng tolerierter
Dioden.
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In den beiden Ausführungsformen nach Figur 1 und 2 ist der Kompensationskreis
11 so mit dem Thermokreis 10 gekoppelt, daß bei Bruch des Thermoelements oder bei
seiner Entnahme aus dem Thermokreis der von der Thermospannung bzw. der Thermogegenspannung
an den Widerständen 5 und 6 erzeugte Spannungsabfall entfällt. Die an den gleichen
Widerständen entstehende Kompensationsspannung bleibt jedoch bestehen, da der Kompensationskreis
nicht notwendigerweise gleichzeitig unterbrochen wird.
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Die am Verstärkereingang 16 eines Verstärkers 17 liegende Spannung
wird durch den Fortfall der Thermo- und der Thermogegenspannung negativer, wodurch
der Verstärker blockiert wird.
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Auf diese Weise läßt sich die an den Widerständen 5 und 6 im Kompensationskreis
entstehende Kompensationsspannung zur Überwachung des Thermokreises bzw. zur Sperrung
eines nachgeschalteten Gerätes bei Ausfall des Thermoelementes benutzen.