DE2555441A1 - Widerstands-vergleichsstellen-kompensator - Google Patents
Widerstands-vergleichsstellen-kompensatorInfo
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- G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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Description
04-3872 Ge 8· Dezember 1975
HONEYWELL INC.
Honeywell Plaza
Minneapolis, Minn., USA
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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2555U1
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 (12)
- PatentansprücheC 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.609825/0735
- 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_ ...Tx) an die Meßeinrichtung (70) dienen.
- 12. Kompensator nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet , daß die Thermoelemente (T,, T2> ...Tx) über eine Multiplexeinrichtung (64) an die Meßeinrichtung (70) angeschlossen sind.609825/0735Lee
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