DE2307296A1

DE2307296A1 - Anordnung zur messung von temperaturen

Info

Publication number: DE2307296A1
Application number: DE19732307296
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr Ing Haeusler; Roland Horn; Werner Kirschner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-14
Filing date: 1973-02-14
Publication date: 1974-08-22
Also published as: US3943434A; DE2307296C3; DE2307296B2; JPS49114975A

Description

Anordnung zur Messung von Temperaturen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Temperaturen mit temperaturproportionaler Anzeige unter Verwendung einer zwei temperaturabhängige Widerstände enthaltenden Brücke.

Der zunehmende Einsatz von DigitalVoltmetern in der Meß- und Automatisierungstechnik, sowie die. Prozeßrechner gesteuerte Meßwerterfassung, erfordern zur Vermeidung lästiger Umrechnungen Geber» deren Ausgangsspannungen proportional zu der in ein elektrisches Signal umgewandelten Meßgröße sind.

In der Temperaturmessung sind neben den Thermoelementen die Widerstandsthermometer R (t) = R_Q (1+at+ßt +yt ) die verbreitesten Temperaturgeber, die üblicherweise in einer Brückenschaltung betrieben werden. Arbeitet .die Brücke nach dem Ausschlagsverfahren, so ist die in der Brückendiagonale entstehende Spannung jedoch nicht streng zur Temperatur proportional. Dieser bekannten Erscheinung (vgl. ATMJ 910 14.Okt. (1968) S.217-220) kann bei der Verwendung von Zeigerinstrumenten durch eine nichtlineare Skala begegnet werden. Da bei Verwendung von Digitalvoltmetern diese Möglichkeit entfällt, müssen zur Linearisierung schaltungstechnische Maßnahmen ergriffen werden. Bekanntlich läßt sich beim Einsatz von Nickel-Widerstandsthermometern durch geeignete Dimensionierung der einfachen Wheatstonschen-Brücke der quadratisch von der Temperatur abhängende Therm in der Brückendiagonalspannung eliminieren. Es ist auch bekannt, daß dies in dieser einfachen Form bei Einsatz der wegen besserer Reproduzierbarkeit und eines größeren zulässigen Temperaturbereiches wichtigeren Platinwiderstandsthermometer grundsätzlich nicht möglich ist.

Es sind also zur Linearisierung kompliziertere Schaltungen

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erforderlich, wozu in der genannten Literaturstelle ohne Dimensionierungsangaben und erzielbare Ergebnisse schon. Hinweise auf die Verwendung zweier Platin-Widerstandsthermometer und mehrfach Brücken gemacht wurden." Das Mehrfachbrückensystem ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 182 873 bekannt, die sich auf eine linear anzeigende Temperaturmeßsehaltung bezieht. Weiterhin ist eine Schaltanordnung zur Linearisierung der Kennlinie für Thermowiderstände mittels aktiver Schaltelemente in Gegenkopplung (deutsche Auslegeschrift 1 138 251) bekannt, in der die Nichtlinearität der Widerstandsänderung in einer Gegenkopplungsschaltung mit Transistoren vermindert wird.

Bei einem anderen bekannten Widerstandsthermometer (deutsche Offenlegungsschrift 1 573 167) ist ein weiterer Vorschlag zur Linearisierung durch geeignetes Zusammenschalten von Widerständen mit entgegengesetztem Vorzeichen des quadratisch von der Temperatur abhängigen Widerstandsthermes gemacht worden. Dieser Vorschlag ist für die Brückenschaltung ungeeignet, da selbst ein linear von der Temperatur abhängender Widerstand zu einer nichttemperaturproportionälen Brückenspannung führt. Die für diese vorgeschlagene Linearisierung notwendige Kombination verschiedener Materialien grenzt bei Verwendung genormter Widerstände die Kombination auf den für Nickel zulässigen Temperaturbereich ein. Die Kombination beschränkt sich ferner in Ermangelung weiterer Parameter grundsätzlich auf die Eliminierung des quadratisch von der Temperatur abhängenden Therms. Dieser Beschränkung ist auch der in der Zeitschrift "Electronic-Journal" Juni (1970) Heft 6, S.48-51 beschriebene Temperatur-Meßwertverstärker unterworfen, bei dem eine zum Widerstandszuwachs proportionale Spannung in einem Multiplikator quadriert und mit einem geeigneten Paktor versehen der Spannung wieder hinzugefügt wird, da in der Ausgangsspannung der kubisch von der Temperatur abhängende Therm grundsätzlich nicht eliminiert werden kann, wenn der quadratische verschwinden soll.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Temperaturmeßanordnung der

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genannten Art anzugeben, bei welcher ohne Zuhilfenahme aufwendiger Multipliziereinheiten eine geeignet dimensionierte Brücke zur !Temperaturmessung eingesetzt werden kann, in deren Diagonalspannung sowohl der quadratische als auch der kubisch von der Temperatur abhängende Therm verschwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Brückenzweig aus einer Parallelschaltung zweier Serienschaltungen aus je einem konstanten Widerstand und je einem temperaturabhängigen Widerstand und der zweite Brückenzweig aus einer Serienschaltung zweier konstanter Widerstände besteht, daß ferner in den ersten Brückenzweig ein konstanter Strom eingeprägt ist, derart, daß die Stromzuführung zwischen den beiden konstanten Widerständen und die Stromäbführung zwischen den beiden temperaturabhängigen Widerständen liegt, daß am zweiten Brückenzweig eine Spannung eingeprägt- ist, die der im ersten Brückenzweig entstehenden Spannung entspricht, wobei ein Anschlußpunkt des zweiten Brückenzweiges gleiches Potential führt wie die Stromabführung des ersten Brückenzweiges und daß der Ausgang für die temperaturproportionale Spannung zwischen die beiden konstanten Widerstände des zweiten Brückenzweiges und zwischen einen konstanten und einen temperaturabhängigen Widerstand des ersten Brückenzweiges gelegt ist.

Vorteilhafterweise sind die beiden Brückenzweige über einen nicht invertierenden Verstärker miteinander verbunden und die temperaturabhängigen Widerstände gleich.

Anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung. In den einen Brückenzweig, der aus einer Parallelschaltung zweier Serienschaltungen aus je einem konstanten Widerstand R bzw. Rc und je einem temperatur abhängigen Widerstand R. bsw. Rg besteht, wird der Strom i eingeprägt. Dabei entsteht, bezogen auf den Schaltungsnullpunkt B an A der Spannungsabfall

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^UO * R₃₊R₄₊R₅₊R₆ ¹O

Diese Spannung wird, ohne daß dieser Brückenzweig strommäßig belastet wird, mittels des nicht invertierenden Verstärkers V dem zweiten, aus den konstanten Widerständen R₁ und R₂ bestehenden Brückenzweig zugeführt. Im Gegensatz zu einfachen Wheatstoneschen-Brücken und zum in (ATM J 910 14.Okt. (1968) S.217-220) angegebenen Vorschlag, einen zweiten Platinwiderstand in der Brückendiagonale anzuordnen, strebt bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit dem durch den Verstärker V entkoppelten Brückenzweigen die zwischen den Punkten 0 und D entstehende Brückendiagonalspannung U. bei wachsenden R^(t) und Rg(t), d.h. bei wachsender Temperatur t, keinen endlichen Grenzwert, sondern nur einer zu Rj- proportionalen Größe zu. Damit bleibt einmal das für die bisherigen Brückenschaltungen so typische Zurückbleiben der Brückendiagonalspannung hinter der Temperatur aus, zum anderen stehen mit den Verhältnissen R bzw. R~/R.q und R^/RgQ zwei Variable zur Verfügung, die sich zur Eliminierung des quadratisch und des kubisch von der Temperatur abhängenden Therms in der Brückendiagonalspannung heranziehen lassen. So lassen sich unter Verwendung zweier gleicher Platinwiderstände R. = Rg = Rg_o(i+at+ßt ₊yt ) mit den genormten Koeffizienten α = 3,9*10"³/°C, ß = -0,6·10~⁶/(°0)² und γ = 4,35*10~¹⁰/(⁰C)⁵ bei den Widerstandsverhältnissen

_6o =5,82 und R₁ZR₂ = R,/R.q = 10,863 folgende Ergebnisse erzielen:

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t/°c	-1	-200	-1,	50	-1	00	1	-10	1	+ 100	1	+200

V¹O	,3035	3042	-1,	3045	,3046	,3048	,3055
n-t/«C

t/°C	+300	+400	+500	j	+600	+700	+800

V¹O	1,3072	1,3110	1,3164	-1,3240	-1,3341	-1,3469
n.t/οσ

V¹O Bei einer idealen Meßanordnung wäre das Verhältnis —

eine Konstante. Nach der Tabelle lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung im Bereich von -200 bis +200 C Temperaturen mit einer Linearität <± 1 °/oo von -200 bis +500 ⁰C mit einer Linearität von < i 1 # und im gesamten für Platinwiderstände genormten Bereich von -200 bis +800 ⁰G mit einer Linearität - 1,65 $> messen.

4 Patentansprüche;
1 Figur

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Claims

- 6 - VPA 73/7518 Patentansprüche

1.!Anordnung zur Messung von Temperaturen mit temperaturproportionaler Anzeige unter Verwendung einer zwei temperaturabhängige Widerstände enthaltenden Brücke, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Brückenzweig aus einer Parallelschaltung zweier Serienschaltungen aus je einem konstanten Widerstand (IU, R₁-) und je einem temperaturabhängigen Widerstand (R., Rg) und der zweite Brückenzweig aus einer Serienschaltung zweier konstanter Widerstände (R₁, R₂) besteht, daß ferner in den ersten Brückenzweig ein konstanter Strom (i ) eingeprägt ist, derart, daß die • Stromzuführung zwischen den beiden konstanten Widerständen (R^, Rc) und die Stromabführung zwischen den beiden temperaturabhängigen Widerständen (R., Rg) liegt, daß am zweiten Brückenzweig eine Spannung (Uq) eingeprägt ist, die der im ersten Brückenzweig entstehenden*Spannung entspricht, wobei ein Anschlußpunkt des zweiten Brückenzweiges gleiches Potential führt wie die Strömabführung des ersten Brückenzweiges und daß der Ausgang (CD) für die temperaturporportionale Spannung (Ua) zwischen die beiden konstanten Widerstände (R₁, Rp) des zweiten Brückenzweiges und zwischen einen konstanten (R,) und einen temperaturabhängigen Widerstand (R*) des ersten Brückenzweiges gelegt ist.

2.Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diebeiden Brückenzweige über einen nicht invertierenden Verstärker (V) miteinander verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängigen Widerstände (R., Rg) gleich sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängigen Widerstände (R*, Rg) in an sich bekannter Weise in einem Bauelement mit vier Anschlüssen untergebracht sind.

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