DE2519758B1

DE2519758B1 - Einrichtung zur temperatur-fernmessung

Info

Publication number: DE2519758B1
Application number: DE19752519758
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Maurer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1975-05-02
Publication date: 1976-09-09
Also published as: FR2309848B3; FR2309848A1; GB1518594A; DE2519758C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Temperatur-Fernmessung mit einem Geber, enthaltend ein Thermoelement und eine Schaltung mit einem temperaturabhängigen Widerstand zur Kompensation der Änderung der Vergleichstemperatur und mit einem über zwei Leiter an den Geber angeschlossenen Empfänger.

Die Verwendung eines Thermoelements für Meßzwecke bedingt eine Berücksichtigung der Temperatur seiner Vergleichsstelle, der sogenannten Kaltlötstelle. Dies kann durch Thermostatisierung der Vergleichsstelle, in der Praxis unter Verwendung eines Temperaturreglers oder durch Kompensation der durch Änderung der Vergleichsstellentemperatur hervorgerufenen Spannungsänderungen, bewerkstelligt werden.

Üblicherweise wird diese Kompensation mit Hilfe einer, einen der Vergleichsstellentemperatur ausgesetzten temperaturabhängigen Widerstand enthaltenden Widerstandsbrücke durchgeführt, deren Meßdiagonale mit dem Thermoelement und dem Empfänger beispielsweise einem anzeigenden Meßgerät, in Reihe geschaltet ist. Sowohl die Thermostatisierungs- wie auch die Kompensationsmethode machen jedoch eine Versorgung des Thermostaten bzw. der Kompensationsschaltung mit Hilfsenergie erforderlich, was bei Fernmessungen, bei welchen der Geber und Empfänger durch mehr oder weniger große Entfernung getrennt sind, entweder das Vorsehen einer nicht immer möglichen Hilfsenergieversorgung am Meßort oder die Zuleitung der Hilfsenergie über zusätzliche Leitungen bedingt. Ist wegen der Hilfsenergie der Geber mit der Vergleichsstelle am Meßort von dem Thermoelement getrennt angeordnet, so sind überdies lange und teure Ausgleichsleitungen erforderlich.

Bei einer weiteren, bekannten Schaltung der eingangs genannten Art ist im Geber dem Thermoelement ein Netzwerk aus Vorwiderstand und temperaturabhängigem Nebenwiderstand zugeschaltet, die auf Vergleichsstellentemperatur liegen und deren Stromversorgung aus dem Thermoelement selbst erfolgt. Durch diese Anordnung wird jedoch die zur Messung selbst zur Verfügung stehende und der Empfängerschaltung über eine Zweileiter-Verbindung zuleitbare Meßspannung so stark herabgesetzt, daß ihre Verwendbarkeit stark eingeschränkt ist.

Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Einrichtung zur Temperatur-Fernmessung mit einem Thermoelement zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Meßeinrichtung nicht aufweist, insbesondere ohne die zusätzliche Zuführung von Hilfsenergie auskommt.

Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Einrichtung der eingangs genannten Art gesehen, die dadurch gekennzeichnet, ist, daß das Thermoelement in Reihe mit dem temperaturempfindlichen Widerstand geschaltet ist und diese Reihenschaltung aus dem Empfänger über die Zweileiter-Verbindung mit einem eingeprägten Strom gespeist wird, der so eingestellt ist, daß der Spannungsabfall pro Grad Temperaturänderung am Widerstand der Temperaturempfindlichkeit des Thermoelements entspricht.

Bei dieser Schaltungsanordnung kann auch auf die Ausgleichsleitungen verzichtet werden, was eine höhere Meßgenauigkeit und geringeren Aufwand bedeutet. Da bei entsprechend hochohmiger Auslegung des temperaturabhängigen Widerstands im Geber gegenüber dem Leitungswiderstand dieser nicht in die Messung eingeht, können verschiedene Meßstellen in unterschiedlicher Entfernung über eine einzige Empfängerschaltung abgefragt werden.

Bei Verwendung von Thermoelementen mit eingeengten Toleranzen kann mit der Meßeinrichtung die Genauigkeit von Widerstandsthermometern erreicht werden, wobei noch die kurzen Ansprechzeiten der Thermoelemente bei hoher mechanischer Stabilität vorteilhaft ins Gewicht fallen.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Schaltungsbeispiel schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.

Die Einrichtung zur Temperatur-Fernmessung besteht im wesentlichen aus dem am Meßort befindlichen Geber 1 und dem am Empfangsort befindlichen Empfänger 2 mit einer Zweileiter-Verbindung 3 aus üblichen Kupferleitern zwischen den beiden Teilen der

ORIGINAL INSPECTED

Meßeinrichtung.

In dem Geber 1 befindet sich ein Thermoelement 4, dessen eine Lötstelle 5 der zu messenden Temperatur T_m ausgesetzt ist, während die andere Lötstelle des Thermoelements 4 an der Kontaktstelle 6 der vergleichsweise niedrigeren Vergleichsstellentemperatur T_v ausgesetzt ist, die üblicherweise mit der Umgebungstemperatur am Geber 1 übereinstimmt. In Reihe mit dem Thermoelement 4 ist ein, ebenfalls der Vergleichsstellentemperatur T_v ausgesetzter, tempera- ίο turabhängiger Widerstand 7 geschaltet, der so groß gewählt wird, daß die temperaturbedingten Widerstandsänderungen groß gegenüber der niederohmigen Zweileiter-Verbindung 3 sind. Als günstig hat sich ein Widerstandswert in der Größenordnung von 10³ Ohm erwiesen. Um das Auftreten unerwünschter Thermospannungen zu vermeiden, ist bei der Auslegung des Gebers ganz allgemein darauf zu achten, daß an Anschluß- und Kontaktstellen hinsichtlich der zusammentreffenden Leitermaterialien und der Temperatur die gleichen Verhältnisse herrschen.

Ist, wie in dem gezeigten Beispiel, das Thermoelement 4 eines der üblichen Ni-NiCr-Thermoelemente, so wird der temperaturabhängige Widerstand 7 vorteilhafterweise aus Nickeldraht gewickelt und mit dem NiCr-Schenkel des Thermoelements 4 an der Kontaktstelle 6 verbunden. Seine andere Kontaktstelle 6' ist über einen Leiter 15 aus Nickel an den Geberanschluß 8 gelegt, während an dem anderen Geberanschluß 8' der Ni-Schenkel des Thermoelements 4 liegt. Durch konstruktive Maßnahmen ist dafür zu sorgen, daß die Geberanschlüsse 8 und 8' der gleichen Temperatur ausgesetzt sind, die sich von der Vergleichsstellentemperatur T_v unterscheiden darf.

Die Reihenschaltung aus temperaturabhängigem 35· Widerstand 7 und Thermoelement 4 im Geber 1 wird über die aus normalen Kupferleitern bestehende Zweileiter-Verbindung 3 aus dem Empfänger 2 mit einem eingeprägten Strom gespeist, der so einzustellen ist, daß jede Änderung der Thermospannung der Vergleichsstelle durch eine entsprechende Änderung des Spannungsabfalls über den temperaturabhängigen und ebenfalls der Vergleichsstellentemperatur T_v ausgesetzten Widerstand 7 kompensiert wird, d. h., daß der Spannungsabfall über den Widerstand 7 pro Grad Temperaturänderung der Temperaturempfindlichkeit in Volt pro Grad des Thermoelements entspricht und so bei konstanter Meßtemperatur T_m eine der Thermospannungsänderung entgegengesetzt gleiche Spannungsänderung erzeugt wird. Die dem Empfänger 2 über die Zweileiter-Verbindung 3 zugeführte und dort hochohmig abnehmbare Spannung ist somit proportional der Meßtemperatur T_m. Die Zweileiter-Verbindung 3 dient also, wie ausgeführt, gleichzeitig zur Ableitung des Meßsignals und zur Zuleitung des in Reihenschaltung aus Widerstand und Thermoelement speisenden eingeprägten Stromes.

Zur Erzeugung des eingeprägten Stroms und zur Gewinnung des Meßsignals enthält der Empfänger 2 eine Widerstandsbrückenschaltung 9, in deren einem Zweig die über die Zweileiter-Verbindung 3 angeschlossene Reihenschaltung aus Thermoelement 4 und Widerstand 7 im Geber 1 liegt. Der Brückenwiderstand 10 im parallelen Zweig entspricht größenordnungsmäßig dem der Reihenschaltung, mit ihm kann der Meßbereichsanfang eingestellt werden. Die übrigen Widerstände 11 und 12 in den Zweigen der anderen Brückenhälfte sind in an sich bekannter Weise so hochohmig ausgelegt, daß ein eingeprägter Strom durch die niederohmigeren Zweige der Brücke fließt, wobei die Stromstärke dieses eingeprägten Stroms beispielsweise durch entsprechende Wahl der gut konstant zu haltenden Speisespannung Uk der Brücke festlegbar ist. Das Meßsignal wird als Spannung Um in der Meßdiagonalen der Brücke 9 hochohmig abgenommen und weiterverarbeitet, z. B. in einem Anzeigegerät 13 angezeigt oder registriert.

Ist der Zusammenhang zwischen Temperatur- und Widerstandsänderung bei dem temperaturabhängigen Widerstand 7 nicht linear, so kann es nötig werden, eine Linearisierungsschaltung, beispielsweise durch Parallelschaltung eines temperaturunabhängigen Widerstands 14 bzw. eines entsprechenden Netzwerks vorzusehen.

Entsprechendes gilt bei der Verwendung von temperaturabhängigen Widerständen 7 mit negativem Temperaturbeiwert, bei denen auch noch die Speisespannung umzupolen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Temperaturfernmessung mit einem Geber, enthaltend ein Thermoelement und eine Schaltung mit einem temperaturabhängigen Widerstand zur Kompensation der Änderungen der Vergleichsstellentemperatur und mit einem über zwei Leiter an den Geber angeschlossenen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (4) in Reihe mit dem temperaturabhängigen Widerstand (7) geschaltet ist und aus dem Empfänger (2) über die Zweileiter-Verbindung (3) mit einem eingeprägten Strom gespeist wird, der so eingestellt ist, daß der Spannungsabfall pro Grad Temperaturänderung am Widerstand (7) der Temperaturempfindlichkeit des Thermoelements (4) entspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (7) im Vergleich zu dem der Zweileiter-Verbindung (3) hochohmig ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (2) eine Widerstandsbrücke (9) enthält, in deren einem Zweig über die Zweileiter-Verbindung (3) die Reihenschaltung von Thermoelement (4) und temperaturabhängigem Widerstand (7) liegt und daß die Widerstände (10,11, 12) der anderen Zweige in bekannter Weise so bemessen sind, daß über die Reihenschaltung (4, 7) und den im Parallelzweig liegenden Brückenwiderstand (10) ein eingeprägter Strom fließt, derart, daß die Brückendiagonalspannung (£/«) proportional zu der Meßgröße ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein NiCrNi-Thermoelement in Reihe mit einem Nickel-Widerstand (7) in der Größenanordnung von 10³ Ohm verwendet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der NiCr-Schenkel des Thermoelements (4) mit dem Nickelwiderstand (7) an der die Vergleichsstelle bildenden Kontaktstelle (6) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Geberanschlüssen (8, 8') vom Widerstand (7) und vom Thermoelement (4) einerseits Leiter aus Nickel, andererseits Leiter aus Kupfer der Zweileiterverbindung (3) führen und daß die Geberanschlüsse der gleichen Temperatur ausgesetzt sind.