DE2555441A1

DE2555441A1 - Widerstands-vergleichsstellen-kompensator

Info

Publication number: DE2555441A1
Application number: DE19752555441
Authority: DE
Inventors: William K Erhardt
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1974-12-13
Filing date: 1975-12-10
Publication date: 1976-06-16
Also published as: JPS5184280A; CA1043910A; US3911745A; GB1516157A

Description

04-3872 Ge 8· Dezember 1975

HONEYWELL INC.
Honeywell Plaza
Minneapolis, Minn., USA

Widerstands-Vergleichsstellen-Kompensator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Widerstands-Vergleichsstellen-Kompensator für einen von mehreren Thermoelementen beaufschlagten Temperatur-Meßschaltkreis.

Bevor man die durch irgendein Thermoelement erzeugte Spannung in geeigneter Weise einer Temperatur zuordnen kann, ist es erforderlich, bestimmte Mittel vorzusehen, um die Temperatur der Vergleichsstelle konstant zu halten, bzw. Mittel zur Kompensation der an der Vergleichsstelle auftretenden Temperaturänderungen vorzusehen.

In bekannten Anordnungen wird die Vergleichsstelle auf einer bekannten Temperatur gehalten, indem die Vergleichsstelle beispielsweise in einem in die Erde versenkten Rohr oder in einer Kammer angeordnet wird, die gegenüber der die Kammer umgebenden Umgebungstemperatur isoliert ist. Diese Anordnungen stellen jedoch keine befriedigende Lösung dar, da sie einen ungewöhnlich großen Platzbedarf aufweisen.

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Ein anderer gangbarer bekannter Weg, der das Problem der Temperaturänderungen an der Vergleichsstelle mit geringerem Raumbedarf zu lösen gestattet _t macht bei einer Thermoelement-Meßanordnung mit mehreren Eingängen von der Einführung einer !Compensationsspannung Gebrauch, die der durch die veränderliche Temperatur an der Vergleichsstelle erzeugten Thermospannungsänderungen entgegengesetzt ist, so daß die resultierende Spannung im wesentlichen konstant bleibt. Diese Lösung wird verwirklicht, indem ein temperaturempfindlicher Referenzwiderstand aus gewickeltem Draht als ein Zweig einer elektrischen Temperatur-Meßbrücke vorgesehen wird, wobei der eine Anschluß des Referenzwiderstandes an das Zentrum einer isothermischen Platte angeschlossen ist. Diese Platte weist sodann ihrerseits räumlich voneinander getrennt die Eingangsklemmen eines jeden der erwähnten Thermoelemente auf, wobei diese Eingangsklemmen gleichzeitig die Vergleichsstelle des jeweiligen Thermoelementes bilden ,

Dieses zuletzt erwähnte Vergleichsstellen-Temperatur-Kompensatienssystem arbeitet insofern unbefriedigend, als Änderungen der Umgebungstemperatur, die sich auf die sogenannte isothermische Platte auswirken, von dem kompensierenden Referenzwiderstand nicht sofort erfasst werden. Diese Verzögerung hinsichtlich der Temperaturübertragung tritt auf, weil die erwähnte Änderung hinsichtlich der Umgebungstemperatur zunächst an der Seite der isothermischen Platte auftritt und sodann zu dem zentralen Teil des Meßblockes übertragen werden muß, wo der drahtgewickelte kompensierende Referenzwiderstand angeordnet ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kompensationssystem für die Vergleichsstelle von Thermoelementen hinsichtlich' seiner Ansprechempfindlichkeit zu verbessern. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

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Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielcs sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen kompensierenden Referenzwiderstand sowie zugehörige Teile der Meßstelle gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Explosionsdarstellung und

Figur 2 eine schematische Schaltung eines Meßschaltkreises für eine Mehrfach-Therinoelementanordnung, wobei von der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht wird.

Gemäß Figur 1 weist ein kompensierender Referenz-Anschlußblock 10 drei Teile auf, nämlich eine isolierende gespritzte Abdeckplatte 12, eine aus einem temperaturleitenden Material hergestellte isothermische Platte 14, beispielsweise aus Aluminium mit einer eloxierten Oberfläche 16, sowie eine gedruckte Schaltungsplatine bzw. ein Substrat 18, das einen temperaturempfindlichen Kompensationswiderstand 20 vorzugsweise aus elektrisch leitendem Kupfermaterial trägt. Die eloxierte Oberfläche 16 der Aluminiumplatte 14 dient der elektrischen Isolation, so daß ein Kurzschluß sowohl der Thermoelement-Anschlüsse, als auch des Viiderstands 20 vermieden wird.

In dem Anschlußblock 10 sind die Teile 12, 14 und 18 jeweils mit miteinander fluchtenden Bohrungslöchern 22, 24 und 26 versehen. In diese Löcher eingesetzte Anschlußbolzen 28 bzw. 46 aus Messing weisen einen Kragen 30 auf, der sich im zusammengebauten Zustand auf der Oberfläche der isothermischen Platte 14 abstützt. Der Bolzen 28 erstreckt sich vertikal durch die Bohrungslöcher 22, 24 und 26, wobei sein oberes und unteres Ende von außen zugänglich ist. Jeder der Bolzen 28 bzw. 46 weist ein Innengewinde auf, in welches Anschlußschrauben 32 bzw. 34 einschraubbar sind, wobei die Schrauben 32 bzw. 34 dem Anschluß der Thermoelement-Anschlußdrähte 42 bzw. 44 mit ihren zungenförmigen Enden 38 bzw. 40 dienen.

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Gleiche Anschlußschrauben 48 bzw. 52 sind an den entgegengesetzten Enden der Bolzen 28 bzw. 46 einschraubbar. Unterlagscheiben 50 bzw. 54 werden herangezogen, um einen guten elektrischen Kontakt von Anschlußzungen 56 bzw. 58 mit den ihnen zugeordneten Bolzen 28 bzw. 46 zu gewährleisten. An die Anschlußzungen 56 bzw. 58 sind Ausgangsleitungen 60 bzw. 62 angeschlossen. Die jeweils anderen Enden der Leitungen 60 bzw. 62 sind an eine Multiplexeinheit 64 angeschlossen, wie dies am besten aus Figur 2 hervorgeht. Die Multiplexeinheit 64 ihrerseits ist elektrisch über Leitungen 66 bzw. 68 mit einem Meßschaltkreis 70 verbunden, der in herkömmlicher Weise als elektrischer Brückenschaltkreis ausgeführt sein mag.

Gemäß Figur 1 ist der temperaturempfindliche Kompensationswiderstand auf der gedruckten Schaltungsplatine 18 in einem schlangenförmigen Muster herausgeätzt, wobei dieses Muster jedes Paar von Anschlußklemmen 28 bzw. 46 umgibt. Das auf der Platte 18 aufgedruckte Muster des Widerstandes 20 ist im wesentlichen über die gesamte flache Oberfläche der Platte 18 verteilt. Die Platte 18 weist im wesentlichen die gleiche Größe wie die isothermische Platte 14 auf und beide Platten werden in engem Kontakt durch die Schrauben 48 bzw. 50 und die Unterlagscheiben 52 bzw. 54 miteinander gehalten. Die Abstützung auf der Gegenseite erfolgt hierbei gegen die Schultern 30 der Bolzen 28 bzw. 46.

Der isolierende gespritzte Abdeckblock 12 weist ebenfalls im wesentlichen die gleiche Größe wie der isothermische Block 14 auf, mit welchem er sich in Kontakt befindet.

Der Kompensationswiderstand 20 weist Endanschltisse 72 bzw. 74 auf, die über Leitungsdrähte 76 bzw. 78 an den Meßschaltkreis 70 angeschlossen sind. Der Widerstand 20 bildet hierbei einen Zweig einer elektrischen Temperatur-Meßbrücke.

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Ein geeignetes thermisches Fett 80 vorzugsweise eine Silikonmischung für Kühlbleche, welches unter dem Namen Dow Corning 340 vertrieben wird, ist zwischen dem Widerstand 20 und der Platte 14 aufgebracht, um einen guten thermischen Oberflächenkontakt zwischen dem kompensierenden Referenzwiderstand 20 und der isothermischen Platte 14 zu gewährleisten.

Anstelle des zuvor beschriebenen Widerstandes 20 in gedruckter Schaltkreistechnik können ebenso andere Arten von Widerständen Verwendung finden. Beispielsweise kann ein Draht, ein Dickfilm oder irgendeine andere Form von Material verwendet werden, welches die Fähigkeit aufweist, auf dem Substrat auftragbar zu sein und auf diese Weise ein Widerstandsmuster zu bilden.

Damit der Meßschaltkreis 70 in geeigneter Weise der durch ein Thermoelement z.B. dem Thermoelement T, erzeugten Spannung eine bestimmte Temperatur zuordnen kann, ist es erforderlich, jede Temperaturänderung an der Vergleichsstelle, z. B. an den Stellen 42, 32 und 28 des Thermoelementes zu kompensieren. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem, indem ein kompensierender 'Referenzwiderstand 20 in Form eines temperaturempfindlichen Widerstandsmaterials auf einer gedruckten Schaltkreisplatte 18 vorgesehen ist, die ihrerseits gegen eine isothermische Platte 14 in solcher Weise anliegt, daß der Widerstand 20 sich mit der isothermischen Platte 14 in Kontakt befindet und dabei jeweils die Anschlußklemmen umgibt. Da die gedruckte Schaltungsplatine 18 die gleiche Größe wie die isothermische Platte 14 aufweist und da der temperaturempfindliche Widerstand 20 praktisch die gesamte Oberfläche der Platine 18 abdeckt, ergibt sich hinsichtlich des Temperaturgradienten für den kompensierenden Referenzwiderstand 20 im wesentlichen der gleiche Verlauf wie für den Temperaturgradienten der isothermischen Platte 14.

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Wenn eine Änderung hinsichtlich der Umgebungstemperatur, beispielsweise auf einer Seite der isothermischen Platte 14 auftritt, so wird diese Änderung sofort von dem Teil des Referenzwider Standes 20 abgefühlt, der diesem Teil der isothermischen Platte 14 benachbart ist. Da sich ein Teil des kompensierenden Referenzwiderstandes 20 in Kontakt mit dem Teil der isothermischen Platte 14 befindet, der die Temperaturänderung fühlt, ergibt sich, daß der Widerstand 20 ebenfalls sofort eine solche Änderung der Umgebungstemperatur erfasst. Da diese Änderung der Umgebungstemperatur in gleichförmiger Weise durch die isothermische Platte 14 auf die verbleibenden Teile derselben thermisch verteilt wird, ergibt sich eine Wärmeverteilung in integrierender Weise ebenfalls auf die verbleibenden Teile des Widerstandes 20. Dieser hinsichtlich des Widerstandes 20 auftretende Integrationseffekt vergrößert die Kompensationsgenauigkeit. Auf diese Weise werden die übergangsfehler reduziert, wie sie durch das thermische Verhalten eines zentral angeordneten Kompensationswiderstandes gemäß dem Stand der Technik verursacht werden.

Wenn eine Temperaturänderung hinsichtlich des Widerstandes 20 stattfindet, so wird gleichzeitig die durch diesen Widerstand in den einen Zweig der herkömmlichen Temperatur-Meßanordnung 70 eingespeiste Spannung verändert. Da der temperaturempfindliche Widerstand den einen Zweig eines Brücken-Meßschaltkreises 70 bildet, erzeugt er eine schnelle kontinuierliche Einfügung einer Korrekturspannung, die ihrerseits genau den Temperaturänderungen entspricht, welche an der sogenannten kalten Lötstelle bzw. dem Vergleichsanschluß der Thermoelemente auftritt.

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Claims

Patentansprüche

C 1.)Widerstands-Vergleichsstellen-Kompensator für einen von mehreren Thermoelementen beaufschlagten Temperatur-Meßschaltkreis, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht-leitendes Substrat (18) und eine isothermische Platte (14) sich mit ebenen im wesentlichen gleichgroßen Flächen in engem Kontakt miteinander befinden, daß die Platte (14) getrennte Anschlüsse (28, 46) für jedes der Thermoelemente (T₁, T₂, T_, T) aufweist, daß auf der ebenen Kontakt-■ fläche des Substrates (18) ein temperaturempfindlicher Referenzwider stand (20) angeordnet ist, wobei der Widerstand mit Ausnahme der Anschlüsse (28, 46) die gesamte Kontaktfläche überdeckt und somit auf Temperaturänderungen anspricht, falls einer oder mehrere der Anschlüsse (28, 46) durch eine Änderung der Umgebungstemperatur seine Temperatur ändert.
2. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Referenzwiderstand 20 aus einer Beschichtung des Substrates (18) herausgeätzt ist.
3. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiehn,et , daß der Referenzwiderstand (20) aus einem auf das Substrat (18) aufgebrachten Material besteht.
4. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwiderstand (20) aus einem

. Draht besteht.

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5. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Referenzwiderstand (20) aus einem Dickfilm-Material besteht.
6. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das thermische Verhalten des Referenzwiderstandes (20) und der isothermischen Platte (14) einander entsprechen.
7. Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die isothermische Platte (14) aus eloxiertem Aluminium besteht.
8. Kompensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß auf der- isothermischen Platte (14) eine isolierende Abdeckplatte (12) aufliegt.
9. Kompensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die isolierende Platte (12), die isothermische Platte (14) und die Schaltungsplatine (18) miteinander fluchtende Bohrungslöcher (22, 24, 26) aufweisen, durch die sich metallische Bolzen (28, 46) erstrecken.
10. Kompensator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Bolzen (28, 46) umlaufende Kragen (30) aufweisen, mit denen sie sich auf der isothermischen Platte (14) abstützen.
11. Kompensator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Bolzen (28, 46) dem Anschluß der Thermoelemente (T,, T_ ...T_x) an die Meßeinrichtung (70) dienen.
12. Kompensator nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet , daß die Thermoelemente (T,, T2> ...T_x) über eine Multiplexeinrichtung (64) an die Meßeinrichtung (70) angeschlossen sind.

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