DE2307296B2 - Anordnung zur Messung von Temperaturen - Google Patents
Anordnung zur Messung von TemperaturenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Temperaturen mit temperaturproportionaler
Anzeige unter Verwendung einer zwei temperaturabhängige Widerstände enthaltenden Brük- ^o
ke.
Der zunehmende Einsatz von Digitalvoltmetern in der Meß- und Automatisierungstechnik, sowie die
Prozeßrechner gesteuerte Meßwertfassung, 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
60
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 Term in der
Brückendiagonalspannung eliminieren. Es :st auch
bekannt daß dies in dieser einfachen Form bei Einsatz der wegen besserer Reproduzierbarkeit und eines
größeren zulässigen Temperaturbereichs wichtigeren Platinwiderstandsthermometer grundsätzlich nicht
möglich ist
Es sind also zur Linearisierung kompliziertere Schaltungen erforderlich, wozu in der genannten
Literaturstelle ohne Dimensionierungsangaben und erzielbare Ergebnisse schon Hinweise auf die Verwendung
zweier Platin-Widerstandsthermometer und mehrfach Brücken gemacht wurden. Die Mehrfachbrückensystem
ist durch die deutsche Auslegeschrift 11 82 873 bekannt die sich auf eine linear anzeigende
Temperaturmeßschaltung bezieht Weiterhin ist eine Schaltanordnung zur Linearisierung der Kennlinie für
Thermowiderstände mittels aktiver Schaltelemente in Gegenkopplung (deutsche Auslegeschrift 1138251)
bekannt in der dje. Nichtlinearität acr Widerstandsänderung
in einer Gegenkopplungsschaltung mit Transistoren vermindert wird.
Bei einem anderen bekannten Widerstandsthermometer (deutsche Offenlegungsschrift 15 73 167) ist ein
weiterer Vorschlag zur Linearisierung durch geeignetes Zusammenschalten von Widerständen mit entgegengesetztem
Vorzeichen des quadratisch von der Temperatur abhängigen Widerstandstermes gemacht worden.
Dieser Vorschlag ist für die Brückenschaltung ungeeignet da selbst ein linear von der Temperatur
abhängender Widerstand zu einer nichttemperaturproportionalen Brückenspannung führt. Die für diese
vorgeschlagene Linearisierung notwendige Kombination verschiedener Materialien grenzt bsi Verwendung
genormter Widerstände 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
Terms. 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 Faktor versehen
der Spannung wieder hinzugefügt wird, da in der Ausgangsspannung der kubisch von der Temperatur
abhängende Term grundsätzlich nicht eliminiert werden kann, wenn der quadratische verschwinden soll.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Temperaturmeßanordnung der 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 Term 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 femer in den ersten Brückenzweig ein konstanter Strom eingeprägt ist, derart, daß die
Stromzuführung zwischen den beiden konstanten Widerständen und die Stromabführung 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
and einen temperaturabhängigen Widerstand des ersten Brückenzweiges gelegt ist.
VorteMhafterweise sind die beiden Brückenzweige über einen nicht invertierenden Verstärker miteinander
verbunden und die temperaturabhängigen Widerstände gleich.
An Hand der Zeichnung und eines Ausführungsheispiels
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 A3 bzw. Λ5 und je einem
temperaturabhängigen Widerstand R* bzw. R6 besteht,
wird der Strom * eingeprägt Dabei entsteht, bezogen auf den Schaltungsnullpunkt B zn A der Spannungsabfall
= (R3 + KJ (K5 + R6)
0 K3 + IU + R5 + R6 1^
0 K3 + IU + R5 + R6 1^
Diese Spannung wird, ohne daß dieser Brückenzweig strommäßig belastet wird, mittels des nicht invertierenden
Verstärkers Kdem zweiten, aus den konstanten Widerständen R\ und R2 bestehenden Brückenzweig
zugeführt Im Gegensatz zu einfachen Wheatstone schen-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 C und D entstehende
ίο Brückendiagonalspannung UA bei wachsenden R+ft)und
R6(I), d. h. bei wachsender Temperatur t, keinen
endlichen Grenzwert, sondern nur einer zu R$
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
R2IR\ bzw. Ä3/Ä40 und RjIR6O zwei Variable zur
Verfugung, die sich zur Eliminierung des quadratisch und des kubisch von der Temperatur abhängenden
Terms in der Brückendiagonalspannung heranziehen lassen. So lassen sich unter Verwenden zweier gleicher
Platinwiderstände
R4= R6 = A60(I +(Xt+ßt2+?t 3)
"J mit den genormten Koeffizienten
"J mit den genormten Koeffizienten
a. = 3,9 · 10-VoC,p = -0,6 - 10-V(0C)2
und
y = 435 ■ 10-"V(0C)3
bei den Widerstandsverhältnissen
bei den Widerstandsverhältnissen
RiIR60 = 5,82 und R1IR2 = R3ZR40 = 10,863
folgende Ergebnisse erzielen:
-200
-150
-100 -10
+ 100
+200
-1,3035
-1.3G42
-1,3045 -1,3046
1,3048
1,3055
+300
+400
+500 +600
+ 70C
+800
1,3072
1,3110
1,3164 -1,3240
-1,3341
-1,3469
Bei einer idealen Meßanordnung wäre das Verhältnis 55 bis +200° C Temperaturen mit einer Linearität
< ±l%o I1 /j von -200 bis +50C0C mit einer Linearität von
<±1%
und im gesamten für Platinwiderstände genormten Bereich von -200 bis +8000C mit einer Linearität
< 1,65% messen
eine Konstante. Nach der Tabelle lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung im Bereich von -200
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
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 (R3, Rs) und je einem temperaturabhängigen Widerstand (R*, Rs) und der
zweite Brückenzweig aus einer Serienschaltung zweier konstanter Widerstände (R\, R2) besteht, daß
ferner in den erste Brückenzweig ein konstanter Strom (i>) eingeprägt ist, derart, daß die Stromzuführung
zwischen den beiden konstanten Widerständen (R3, Rs) und die Stromabführung zwischen den
beiden temperaturabhängigen Widerständen (Ru
Rg) liegt daß am zweiten Brückenzweig eine Spannung (Uo) eingeprägt ist, die der im ersten
Brückenzw.'iig entstehenden Spannung entspricht,
wobei ein Anschlußpunkt des zweiten Brückenzweiges gleiches Potential führt wie die Stromabführung
des ersten Brückenzweiges und daß der Ausgang (CD) für die lemperaturproportionale
Spannung (Ua) zwischen die beiden konstanten Widerstände (R\, R2) des zweiten Brückenzweiges
und zwischen einen konstanten (R3) und einen temperaturabhängigen Widerstand (R*) des ersten
Brückenzweiges gelegt ist
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daD die beiden Brückenzweige über einen
nicht invertierenden Verstf.ker (V) miteinander verbunden sind.
3. Anordnung nach Anspruc: 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet daß die temperaturabhängigen Widerstände (Ra, R6) gleich sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die temperaturabhängigen Widerstände
(Ra, Ri) in an sich bekannter Weise in einem Bauelement mit vier Anschlüssen untergebracht
sind.
Priority Applications (3)
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