DE2320187B2

DE2320187B2 - Verfahren und Einrichtung zur laufenden Bestimmung des Verschmutzungsgrades der Oberfläche einer Sonde

Info

Publication number: DE2320187B2
Application number: DE19732320187
Authority: DE
Inventors: Rudolf Heinrich Palatine Hausler; Robert William Arlington Heights Sampson
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1975-06-26
Also published as: FR2181374A5; GB1433803A; DE2320187A1; IT980109B; JPS4921191A; CA968851A

Description

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einem an eine Konstantstromquelle (1) angeschalteten Widerstand (3) ein Thermoelement (2) unmittelbar zugeordnet ist, dessen Thermospannung einem Verstärker (15) mit einem die Temperaturcharakteristik des Thermoelements (2) kompensierenden und die Temperaturcharakteristik des Widerstands (3) nachbildenden Verstärkungsfaktor zugeführt wird, daß die Ausgangespannung des Verstärkers (15) zusammen mit einer vorbestimmten, der am Widerstand (3) abfallenden Spannung entsprechenden Spannung auf einen Multiplizierer (42) geführt ist und daß die Ausgangsspannung des Multiplizierers (42) und die am Widerstand (3) abfallende Spannung auf die Eingänge eines Differenzverstärkers (11) geführt sind, der eine den Wärmeübertragungskoeffizienten angebende Ausgangsspannung (47) liefert.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem an eine Konstant-Spannungsquelle (101) angeschalteten Widerstand (103) ein Thermoelement (102) unmittelbar zugeordnet ist, dessen Thermospannung einem Verstärker (115) mit einem die Temperaturcharakteristik des Thermoelements (102) kompensierenden und die Temperaturcharakteristik des Widerstands (103) nachbildenden Verstärkungsfaktor zugeführt wird, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers (115) zusammen mit einer Gleichspannung (121) auf einen ersten Multiplizierer (133) geführt ist, daß die Gleichspannung (121) zusammen mit der invertierten Ausgangsspannung des ersten Multiplizierers (133]J auf die Eingänge eines Differenzverstärkers (171) gefuhrt ist, dessen Ausgangsspannung zusammen mit einer an einem Vorwiderstand (104) im Stromkreis des Widerstands (103) abfallenden Spannung auf einen zweiten Multiplizierer (142) geführt ist und daß das Ausgangssignal dieses Multiplizierers /142) einem mit der genannten Gleichspannung (121') angesteuerten Teiler (160) zugeführt ist, der eine den Wärmeübertragungskoeffizienten angebende Ausgangsspannung (122) liefert.

7 Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Thermoelements (2, 102) eine Kondensat ionsspmnungsquelle (30, 130) angeordnet ist, die für eine vorgegebene Temperatur in der Umgebung des Widerstands (3, 103) eine Kompensationsspannung liefert, so daß am Ausgang eines Verstärkers (15, 115) eine Ausgangsspannung mit dem Wert Null entsteht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur laufenden Bestimmung des Verschmutzungsgrades der Oberfläche einer Sonde.

Bei Laboratoriums- oder sonstigen Testverfahren soll häufig der Grad der Verschmutzung von Flächen bestimmt werden. Ein solcher Test zeigt, welche Arten von Gegenmitteln verwendet werden können. Ferner kann er anzeigen, wenn die Verschmutzung einer Fläche eine Einrichtung, beispielsweise einen Wärmetauscher, unbrauchbar gemacht hat. Die Verschmutzung kann auf unterschiedliche Art bestimmt werden. Ein übliches Verfahren besteht darin, eine Sonde für eine vorgegebene Zeit Verschmutzungseinflüssen auszusetzen, sie dann aus dieser Umgebung zu entfernen und zur Bestimmung einer Materialansammlung zu wiegen. Dieses Verfahren kann nicht kontinuierlich durchgeführt werden und gibt keine Aussage darüber, ob die Fläche tatsächlich durcli die Materialansammlung verschmutzt wurde.

Die kontinuierliche Durchführung von Testverfahren kann beispielsweise nach dem Prinzip der elektrischen Messung nichtelcktrischer Größen erfolgen. Verschiedene mögliche Arten solcher Messungen sind beispielsweise durch »Elektrische Messung nichtelektrischer Größen« von Grave. Auflage 1962, S. bis 18 und S. 480 bis 485, bekannt. Es handelt sich dabei aber immer um eine direkte Beeinflussung einer elektrischen Größe durch eine mechanische oder um eine direkte Auswertung elektrischer Eigen-

schäften von Medien, durch die auf deren andere Zustandsgrößen geschlossen werden kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die kontinuierliche Feststellung des Verschmutzungsgrades einer Sonde zu ermöglichen, um damit beispielsweise die Verschraubung von Flüssigkeiten zu bestimmen, in denen ?.uf einer Sonde Verschmutzungsschichten gebildet werden.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgernäß derart ausgebildet, daß als Sonde ein mit einem Konstantstrom bzw. ηώ einer Konstantspannung gespeister elektrischer Widerstand verwendet wird, an dem ein einer Spannungs- bzw. Stromänderung proportionales Signal abgegriffen wird, dessen Temperaturabhängigkeit mit einem in unmittelbarer Umgebung des Widerstandes mit dessen Temperaturcharakteristik erzeugten temperaturproportionalen Signal kompensiert wird und daß das kompensierte Signal zur Bestimmung des den Verschmutzungsgi ad angebenden Wärmeübertragungskoeffizienten des Widerstands herangezogen wird.

Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Menge auf einer Sondenfläche angesammelter Teilchen elektrisch zu messen, ohne dabei die Teilchen selbst in einen Meßstromkreis einzubeziehen. Hierzu wird der Wärmeübertragungskoeffizient ausgenutzt, da er den Verschmutzungsgrad direkt angibt. Es wird dabei nicht nur eine Sonde in Form eines elektrischen Widerstands verwendet, sondern in der Umgebung dieser Sonde wird ein temperaturabhängiges Signal erzeugt, welches nicht allein eine reine Temperaturkompensation, sondern auch direkt eine Beeinflussung des am Widerstand abgegriffenen Signals derart ermöglicht, daß eine Ausgangsgröße erhalten wird, die als einziger variabler Parameter in die Formel zur Bestimmung des Wärmeübertragungskoeffizienten eingesetzt werden kann.

Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann also auf eine aufwendige Gewichtsmessung verzichtet und der Verschmutzungsgrad einer Sonde kontinuierlich gemessen werden. Die zu messende Substanz, also die jeweilige Verschmutzung, wird durch elektrischen Strom oder elektrische Spannung nicht beeinflußt und somit auch nicht geändert, wie dies beispielsweise in bekannten Verfahren zur elektrischen Messung nichtelektrischer Größen der Fall ist, die nach elektrolytischem Prinzip arbeiten.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens derart aufgebaut, daß einem an eine Konstantstromquelle angeschalteten Widerstand ein Thermoelement unmittelbar zugeordnet ist, dessen Thermospannung einem Verstärker mit einem die Temperaturcharakteristik des Thermoelements kornpensierenden und die Temperaturcharakteristik des Widerstands nachgebildeten Verstärkungsfaktor zugeführt wird, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers zusammen mit einer vorbestimmten, der am Widerstand abfallenden Spannung entsprechenden Spannung auf einen Multiplizierer geführt ist und daß die Ausgangspannung des Multiplizierers und die am Widerstand abfallende Spannung auf die Eingänge eines Differenzverstärkers geführt sind, der eine den Wärmeübertragungskoeffizienten angebende Ausgangsspannung liefert.

Diese Einrichtung arbeitet mit einer Konsümtstromquelle und ist geeignet, die für den Wärmeübertragungskoeffizienten maßgebende Beziehung direkt nachzubilden. Sie zeichnet sich durch einfachen Aufbau und besonders genaue Funktion aus.

Es ist aber auch möglich, eine Einrichtung aufzubauen, die mit einer KonstantspannungsqueJle arbeitet. Diese Einrichtung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß einem an eine Konstantspannungsquelle angeschalteten Widerstand ein Thermoelement unmittelbar zugeordnet ist, dessen Thermospannung einem Verstärker mit einem die Temperaturcharakteristik des Thermoelements kompensierenden und die Temperaturcharakteristik des Widerstands nachbildenden Verstärkungsfaktor zugeführt wird, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers zusammen mit Gleichspannung auf einen ersten Multiplizierer geführt ist, daß die Gleichspannung zusammen mit der invertierten Ausgangsspannung des ersten Multiplizierers auf die Eingänge eines Differenzverstärkers geführt ist, dessen Ausgangsspannung zusammen mit einer an einem Vorwiderstand im Stromkreis des Widerstands abfallenden Spannung auf einen zweiten Multiplizierer geführt ist, und daß das Ausgangssignal dieses Multiplizierers einem mit der genannten Gleichspannung angesteuerten Teiler zugeführt ist, der eine den Wärmeübertragungskoeffizienten angebende Ausgangsspannung liefert.

Andere Weiterbildungen und die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile werden in der folgenden Beschreibung an Hand von Ausführungsbeispielen und an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltungsanordnung einer nach der Erfindung arbeitenden Meßvorrichtung unter Verwendung einer Konstantstromquelle und

F i g. 2 die Schaltungsanordnung einer nach der Erfindung arbeitenden Meßvorrichtung unter Verwendung einer Konstantspannungsquelle.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine stabile, einstellbare Konstantstromquelle 1 vorgesehen, an die ein elektrisch leitfähiger Prüfling 3 zusammen mit einem Strommesser angeschaltet ist. Ferner ist ein Spannungsmesser 47 vorgesehen. Ein abhängig von der Temperatur eine Spannung abgebendes Element 29 ist mit einem Teil 2 nahe dem Prüfling 3 angeordnet. Der »Spannungsmesser 47 ist so eingestellt, daß Temperaturänderungen des Prüflings 3 durch Umgebungseinflüsse kompensierl werden.

Die Konstantstromquelle 1 hat einen ersten Ausgang 31 und einen zweiten Ausgang S, der an den btrommesser 22 angeschaltet ist. Der Prüfling 3 isl mit seinem ersten Anschluß 23 an den Ausgang 31 und mit seinem zweiten Anschluß 24 an den Strommesser 22 angeschaltet. Der Strommesser 24 kann ein Amperemeter, ein Stromschreiber oder eine andere Stromauswertevorrichtung sein. Der Spannungsmesser 47 kann ein Voltmeter, ein Spannungsschreiber oder eine andere Spannungsmeßvorrichtung sein. Es können zwei getrennte Meßvorrichtungen odei eine kombinierte Meßvorrichtung verwendet werden. Ein als Differenzverstärker arbeitender Operationsverstärker 11 ist mit seinem Ausgang 12 an den Spannungsmesser 47 angeschaltet. Der Verstärker 11 hat einen ersten Eingang 14, der mit dem Anschluß 24 des Prüflings 3 verbunden ist, und einen zweiten Eingang 13, der mit dem Ausgang 58 eines Multiplizierers 42 verbunden ist.

Das Thermoelement 29 ist mit seiner Meßzelle 2 nahe dem Prüfling 3 bzw. der Sonde angeordnet.

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Vorzugsweise wird ein Thermoelement verwendet, es kann jedoch auch ein Thermistor mit einer Spannungsquelle vorgesehen sein. Ein Operationsverstärker 15 hat Eingänge 16 und 17, die mit dem Thermoelement 29 verbunden sind. Zwischen dem Eingang 16 und dem Thermoelement 29 ist eine Kompensationsspannungsquelle 30 angeordnet. Der Verstärker IS ist mit seinem Ausgang 18 an den ersten Eingang 40 des Multiplizierers 42 angeschaltet. Die Kompensationsspannung 30 dient zur Ein-Stellung des Thermoelements 29 auf eine Bezugstemperatur. An Stelle einer Kompensationsspannung kann auch allein ein Thermoelement mit einem Verstärker verwendet werden, der intern mit einem entsprechenden Referenzwert versehen ist. *5

Eine variable Bezugsspannungsquelle 21 ist mit dem zweiten Eingang 50 des Multiplizierers 42 verbunden. Ein weiterer Anschluß 51 des Multiplizierers 42 ist mit dem Bezugspunkt der Schaltung verbunden.

Ein neuartiges Merkmal der Erfindung besteht in a° der Verwendung eines eine Spannung liefernden Elementes, dessen temperaturempfindlicher Teil nahe der Sonde bzw. dem Prüfling 3 angeordnet ist und das das dem Spannungsmesser 47 zugeführte Signal so einstellt, daß Temperaturänderungen in der Um- *5 gebung der Sonde 3 kompensiert werden.

Eine Spannung V₇ erscheint an der Sonde 3, wenn durch diese ein Strom / fließt. Der Widerstand der Sonde 3 steigt normalerweise mit zunehmender Temperatur an, so daß das Spannungssignal so eingestellt 3» werden muß, daß sein Wert sich bei Temperaturänderungen der Umgebung nicht ändert.

Die verschiedenen Bestandteile der beschriebenen Schaltung sind bekannt. Das Thermoelement 29 ist eine Spannungsquelle, die Kompensationsspannung 30 ist auf eine bestimmte Bezugsspannung V_Tf für das Thermoelement eingestellt. Der Verstärker 15 multipliziert die Eingangsspannung V,_h = <\_x Λ Τ mit einem Verstärkungsfaktor λ₂/<*,, wobei <\₂ der Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands der Sonde 3 bei einer Bezugstemperatur des Thermoelements und α, der Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands des Thermoelements bei derselben Temperatur ist. Der Multiplizierer 42 multipliziert die Eingangssignale an den Eingängen 40 und 50 und erzeugt ein Korrektursignal am Ausgang 58, durch das die Temperaturänderungen kompensiert werden. Der Anschluß 52 des Multiplizierers 42 ist mit dem Bezugspunkt der Schaltung verbunden, während der Anschluß 58 mit dem Eingang 13 des Operationsverstärkers 11 verbunden ist.

Der als Differenzverstärker arbeitende Operationsverstärker 11 verstärkt die Differenz der an seinen Eingängen auftretenden Spannungen.

Für einen allgemeinen Fall, in dem sich die Temperatur der Sondenumgebung ändert, ergibt sich an den Eingängen 16 und 17 des Verstärkers 15 eine Spannung V_th = «, AT. Das Signal wird mit einem Faktor U₂ItX₁ multipliziert, so daß «₂AT am Eingang 40 des Multiplizierers 42 erscheint. Die Spannung Ot^A T wird mit einer Bezugsspannung V_ref der Spannungsquelle 21 im Multiplizierer 42 multipliziert, so daß ein Spannungssignal V^a₂AT am Ausgang58 erscheint.

Eine Bezugstemperatur Γ«, wird festgelegt, und die Spannungsquelle 30 wird so eingestellt, daß die Spannung am Eingang 40 des Multiplizicrers 42 den Wert Null hat. Dann wird die Konstantstromquellc 1 so 1€7

eingestellt, daß eine vorgegebene Spannung V_c an der Sonde 3 erscheint. Die Bezugsspannung 21 wird dann auf dieselbe Spannung V_e eingestellt. Jegliche Temperaturänderung, ausgehend von der Temperatur T₁,, ergibt dann ein Korrektursignal V_coi₂(T-T_e) an dem Ausgang 58 des Multiplizierers 42 und damit ein entsprechendes Eingangssignal am Eingang 13 des Verstärkers 11.

Jegliche Änderung der Umgebungstemperatur, die die Spannung an den Eingängen 16 und 17 des Verstärkers 15 ändert, ändert auch die Spannung an dem Eingang 14 des Verstärkers 11. Diese Spannung ist

V_T = V_e +·<χ₂ V_e(T -Te) + AVK,

wobei A VK jede Änderung der Spannung V_T bei einer Änderung des Wärmeübertragungskoeffizienten K angibi. Die Spannung an dem Ausgang 12 des Verstärkers 11 ergibt sich durch den Verstärkungsfaktor G des Verstärkers 11, der den Wertl haben kann, multipliziert mit der Spannungsdifferenz an den Eingängen 13 und 14. Die Spannung am Spannungsmesser 47 ist dann V — G (V₁, + A VK). Wenn also eine Spannungsdifferenz am Eingang 14 auftritt, so gibt sie eine Spannungsänderung infolge einer Änderung des Wärmeübertragungskoeffizienten K an. Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, ändert sich der Widerstand des Prüflings bzw. der Sonde 3 gegenüber einem Wert R_e bei der Bezugstemperatur auf einen Wert R_e + a_z R_e(T-Te) oder auf einen Wert R_e{\ + A₂[T-Te]). Die entsprechende Spannung V_T an der Sonde 3 ist dann

I ■ R_eV + <h[T - Te]) + AVK V_e(\ +Cc₂[T-Te]) + AVK,

da I-R_e gleich V_c ist. Dieses Gesamtspannungssignal

F₇- = V_e + «₂F_e(r -Te) + A VK

wird dem Eingang 14 des Verstärkers 11 zugeführt, während das Temperaturkorrektursignal a₂ V_e (T-Te) des Multiplizierers 42 dem Eingang 13 des Verstärkers 11 zugeführt wird. Das erhaltene Spannungssignal ist temperaturkompensiert, so daß eine Änderung dieses Signals eine entsprechende Änderung des Wärmeübertragungskoeffizienten K angibt.

Der Wärmeubertragungskoeffizient K kann durch Auswertung der Spannung an der Sonde 3 genau bestimmt werden. Die allgemeine Formel zur Bestimmung ist:

κ .

{V-I-R_e)-F

Dabei ist V = V_t + A VK und / der Konstantstem durch die Sonde 3.

In F i g. 2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die nach der Erfindung unter Verwendung einer Konstantspannungsquelle arbeitet. Ein Thermoelement 129 ist mit seinem wärmeempfindlichen Teil

102 nahe einer Sonde 103 angeordnet. Das Signal für einen Strommesser 122 wird so eingestellt, daß Temperaturänderungen in der Umegbung der Sonde

103 kompensiert werden.

Eine Konstantspannungsquelle 101 hat einen ersten

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Ausgang 131 und einen zweiten Ausgang 105. Ein Spannungsmesser 147 und der Strommesser 122 können Meßinstrumente, Schreiber oder andere Meßvorrichtungen sein.

Vorzugsweise wird ein Thermoelement 129 verwendet, es kann jedoch auch ein Thermistor zusammen mit einer Spannungsquelle vorgesehen sein. Ein Verstärker 115 hat Eingänge 116 und 117, die mit dem Thermoelement 129 verbunden sind. Eine Kompensationsspannung 130 ist zwischen dem Thermo- xo element 129 und dem Eingang 116 vorgesehen. Der Verstärker 115 hat ferner einen Ausgang 118, der mit dem ersten Eingang 132 eines Multiplizierers 133 verbunden ist. Die Kompensationsspannung 130 bestimmt eine Bezugstemperatur T_c für das Thermoelement 129. Ein Verstärker mit einem intern vorgesehenen Bezugswert für das Thermoelement kann gleichfalls vorgesehen sein.

Eine Bezugsspannungsquelle 121 ist mit dem zweiten Eingang 134 des Multiplizierers 133 und mit dem »° ersten Eingang 170 eines Differenzverstärkers 171 verbunden. Der Ausgang 174 des Verstärkers 171 ist mit dem ersten Eingang 150 eines Multiplizierers 142 verbunden. Der Eingang 151 des Multiplizierers 142 ist mit dem Bezugspunkt der Schaltung verbunden. »5 Der Anschluß 123 der Sonde 103 ist mit dem dritten Eingang 140 des Multiplizierers 142 verbunden. Der Multiplizierer 142 hat einen Ausgang 158, der mit dem /i-Eingang 161 eines Teilers 160 verbunden ist. Der Ausgang 152 des Multiplizierers 142 ist mit dem Bezugspunkt der Schaltung verbunden. Eine Spannungsquelle 12Γ ist mit dem B-Eingang 163 des Teilers 160 verbunden. Der Eingang 162 und der Ausgang 164 des Teilers 160 sind mit dem Bezugspunkt der Schaltung verbunden. Ein AIB-Ausgang 165 des Teilers 160 ist mit einem Spannungsmesser 122 verbunden.

Eine konstante Spannung erscheint an der Sonde 103 und erzeugt durch diese einen Stromfluß. Da der Widerstand der Sonde 103 normalerweise mit zunehmender Temperatur ansteigt, muß das mit dem Meßinstrument 122 ausgewertete Stromsignal so geändert werden, daß keine Stromänderung infolge Temperaturänderungen der Umgebung der Sonde 103 auftritt.

Die verschiedenen Einzelelemente der Schaltung sind bekannt. Der Verstärker 115 multipliziert die Eingangsspannung V_th mit einem Faktor a_a/iv„ wobei *₂ der Temperaturkoeffizient des Widerstandes der Sonde 103 bei einer Bezugstemperatur und *, der "temperaturkoeffizient des Thermoelements 129 bei derselben Temperatur ist. Der Multiplizierer 133 multipliziert die Signale des Verstärkers 115 und der Spannungsquelle 121. Der Multiplizierer 142 multipliziert die Signale des Anschlusses 161 mit Signalen des Anschlusses 163 und erzeugt ein Temperaturkompensationssignal.

Der Differenzverstärker 171 multipliziert die Differenz der an seinen Eingängen auftretenden Spannungen.

Wenn sich in einem allgemeinen Fall die Temperatur der Sondenumgebung ändert, tritt an den Eingängen 116 und 117 des Verstärkers 115 eine Spannung V_th = H_xAT auf. Dieses Signal wird mit dem Faktor Va₁ multipliziert, und das Produkt erscheint mit dem Wert O₂ A T am Eingang 132 des Multiplizierers 133. Das Spanmragssignal F₁ der Spannungsquelle 121 erscheint an den Eingängen 134 und 170 des Multiplizierers 133 und des Verstärkers 171. Die Spannung A₂/J T am Eingang 132 wird mit der Spannung F₁ am Eingang 134 des Multiplizierers 133 multipliziert.

Die Spannung am invertierenden Ausgang 135 des Multiplizierers 133 hat dann den Wert -Ix₂ATV₁. Dieses Signal erscheint am Eingang 172 des Verstärkers 171. Es wird von der Spannung F₁ am Eingang 170 subtrahiert, die Differenz wird mit dem Verstärkungsfaktor 1 multipliziert, so daß sich ein Signal am Ausgang 174 mit folgendem Wert ergibt:

G (F₁ + a₂F, A T)
GF₁(I

Dieses Signal wird dem Eingang 150 des Multiplizierers 142 zugeführt.

Das Spannungssignal am Eingang 140 des Multiplizierers 142 ist der Spannungsabfall am Widerstand 104. Wenn der Strom /_r der Gesamtstrom von dem Anschluß 105 zum Anschluß 131 ist, so hat das Signal an dem Eingang 140 des Multiplizierers 142 den Wert Ij R. Für die Konstantspannung F an der Sonde 103 kann dann die folgende Beziehung gelten:

F = /_ΤΑ.(1+«, AT),

wobei R_e der Widerstand der Sonde 103 bei der Bezugstemperatur, I_T der Gesamtstrom durch die Schleife und a₂ der bereits beschriebene Wert ist. R₁ = VII, wobei / = I_e + AI_K und I_e der Strom bei den Bezugsbedingungen sowie I_K die Stromänderung durch Änderungen des WärmeübertragungskoeffizientonK ist. Dann ist F = Z₇-F/7(1 + Ol₂AT), so daß sich durch Auflösung nach /7· ergibt

τ *

Das Signal am Eingang 140 des Multiplizierers 142 ist dann

1 +

Der Multiplizierer 142 multipliziert die Signale ai den Eingängen 140 und 150 folgendermaßen:

IR

GF₁(I +a₂ AT)-

Das Ergebnis an dem Ausgang 158 wird dei ^-Eingang 161 des Dividierers 160 zugeführt. Di Signal der Spannungsquelle 121' wird dem B-Eii gang 163 des Dividierers 160 zugeführt. Dieses Sign; wird auf GV₁ eingestellt. Wenn G den Wert 1 ha so können die Spannungsquellen 121 und 121' eir Spannungsquelle sein. Das Signal an dem AIB-Aa gang 165 des Dividierers 160 ist dann:

GV₁

Dies ist ein Spannungssignal, das direkt mit ein<
Voltmeter 122 abgelesen werden kann. Da R ei

509526/1

23 2(/Y87

Konstante ist, ist die Spannungsablesung dem Strom proportional.

Der ausgewertete Strom / ist gleich /_t. + /*. Eine Änderung des ausgewerteten Stroms / zeigt nur Änderungen des Wärmeübertragungskoeffizienten K der Sonde 103 an.

Eine Bezugstemperatur T_e wird festgelegt, und die Spannungsquelle 130 wird so eingestellt, daß die Spannung am Eingang 132 des Multiplizierers 133 den Wert Null erhält. Eine Änderung gegenüber dem Wert T_e ergibt ein Signal a, V₁ (T-Te) an dem Ausgang 135 des Multiplizierers 133 und damit am Eingang 172 des Verstärkers 171. An dem Eingang 150 des Multiplizierers 142 erscheint dann das Signal GK₁ (1 + IX₂[T-Te]).

Jegliche Änderung der Sondenumgebungstemperatur, die eine Änderung der Spannung an den Eingängen 116 und 117 des Verstärkers 115 zur Folge hat, erzeugt auch eine entsprechende Spannungsänderung am Eingang 140 des Multiplizierers 142 mit dem Wert

ItR =

IR

»5

1+O₂(T-Te)

Die Spannung am Ausgang 158 des Multiplizierers 142 ist das Produkt beider Ausdrücke und hat den Wert GIVR, so daß das Voltmeter 122 den Strom / anzeigt.

Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, so ändert sich der Widerstand der Sonde gegenüber dem Wert R_e für die Bezugstemperatur T_e auf den Wert R_e + OhRe(T-Te), wodurch der Strom I₁

durch den Widerstand 104 geändert wird. Die entsprechende Spannung am Widerstand 104 ist

I_TR =

IR

Oc₂(T-Te)

und erscheint am Eingang 140 des Multiplizierers 142. Der Strom / ist gleich I_e + ΔIK. Die Spannung am Eingang 150 des Multiplizierers 142 hat den Wert GF₁(I + Ct₂[T-Ie]). Das Signal am Ausgang 165 des Dividierers 160 hat den Wert IR, wobei R eine Konstante ist, die durch entsprechende Eichung des Voltmeters 122 leicht beseitigt werden kann. Wenn K konstant ist, so ist / =/„, der Bezugsstrom durch die Sonde. Wenn sich K geändert hat, so ist l=I. + Al_K.

Der Wärmeübertragungskoeffizient K kann folgendermaßen genau bestimmt werden:

(V-IRe)F'

wobei V die Konstantspannung an der Sonde und 7 der kompensierte und ausgewertete Strom ist.

Jeder der dargestellten Verstärker hat seine eigene Speisestromquelle mit zugehörigen Gegenkopplungen und kann in üblicher Weise aufgebaut sein. Es können auch andere übliche temperaturempfindliche Vorrichtungen vorgesehen sein. Die Erfindung isi auch dann anwendbar, wenn die ausgewerteter Signale so eingestellt werden, daß Widerstandsänderungen der Sonden 3 oder 103 bei Temperaturänderungen kompensiert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur laufenden Bestimmung des Verschmutzungsgrades der Oberfläche einer Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß als Spnde ein mit einem Konstantstrom bzw. mit einer Konstantstromspannung gespeister elektrischer Widerstand verwendet wird, an dem ein ,einer Spannungs- bzw. Stromänderung proportionales Signal abgegriffen wird, dessen Temperaturabhängigkeit mit einem in unmittelbarer Umgebung des Widerstandes mit dessen Temperaturcharakteristik erzeugten temperaturproportionalen Signal kompensiert wird und daß das kompensierte is Signal zur Bestimmung des den Verschmutzungsgrad angebenden Wärmeübertragungskoef fizienten des Widerstands herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem mit einem Konstant- *° strom gespeisten Widerstand eine Spannung abgeleitet wird, die zusammen mit einer temperaturproportionalen Spannung, die die Temperaturcharakteristik des Widerstands aufweist, einer Differenzbildung unterzogen und deren Ergebnis *5 zur Bestimmung des Wärmeübertragungskoeffizienten herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des mit einer Konstantspannung gespeisten Widerstands ein Spannungsabfall erzeugt wird, der zusammen mit einer temperaturproportionalen Spannung, die die Temperaturcharakteristik des Widerstands aufweist, einer Multiplikation unterzogen und deren Ergebnis zur Bestimmung des Wärmeübertragungskoeffizienten herangezogen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturproportionale Spannung durch ein Thermoelement oder einen Thermowiderstand erzeugt wird, dessen Ausgangsspannung mit einem Faktor Aj/λ, verstärkt wird, wobei λ, der Temperaturkoeffizient des Thermoelements bzw. Thermowiderstands und i₂ der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist.