DE2607806C2

DE2607806C2 -

Info

Publication number: DE2607806C2
Application number: DE19762607806
Authority: DE
Inventors: Wern Dipl.-Ing. 6070 Langen De Lotzer
Original assignee: Deutsche Gulton 6000 Frankfurt De GmbH
Current assignee: Deutsche Gulton 6000 Frankfurt De GmbH
Priority date: 1976-02-26
Filing date: 1976-02-26
Publication date: 1987-07-23
Also published as: DE2607806A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Wechsellicht-Bolometer zur Temperaturmessung mit einer Regelanordnung, die in die Meßbrücke eingreift und deren Zeitkonstante groß ist gegenüber der Periodendauer des Wechsellichtes.

Bei Anordnungen der beschriebenen Art (BARTH, ATM, J 23-3, 1957) besteht die Schwierigkeit, den durch Temperaturdrift veränderlichen Absolutwert des Bolometerwiderstandes konstant zu halten. Es wurden deshalb bereits Kompensationsverfahren für die Meßbrücke vorgeschlagen (GERTIS, ATM V 1248-1970) oder die Meßbrücke wurde in einen Thermostaten eingebracht.

Keines der Verfahren befriedigt jedoch bisher alle Bedürfnisse.

So erfordert der Abgleich mit Kompensationwiderständen zusätzlichen Aufwand an Material und Abgleicharbeit und reicht trotzdem, insbesondere bei portablen Geräten, die unter sehr unterschiedlichen Umgebungsbedingungen messen sollen, nicht aus.

Weiterhin ist es bei Anordnung nach der DE-OS 19 45 087 bekannt, die Speisespannung der verwendeten Meßbrücke möglichst hoch zu machen um dadurch das Meßsignal und damit das S/R-Verhältnis zu erhöhen. Dazu wird die Speisespannung gepulst. Jedoch ist die übliche Thermostatisierung der Empfänger unumgänglich, wenn bei kleinen Signalen reproduzierbare Messungen erreicht werden sollen.

Der Energieaufwand einer Thermostatisierung muß immer groß sein gegen die Speiseleistung der Brücke, weil der Thermostat sonst nicht wirksam sein kann. Dies ist bei Batteriebetrieb ein großer Nachteil.

Es wird dabei aber auch die Temperaturdifferenz zwischen dem Bolometer und der Umgebung eingeebnet, dadurch ist auch der Wärmeabfluß und damit die Wechsellichtempfindlichkeit verringert.

Weiterhin ist es aus der DE-OS 19 45 087 der DE-OS 20 38 576 bekannt, die Brückenspannung oder den Brückenstrom zu regeln.

Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Anordnung möglichst hoher Konstanz der Empfindlichkeit zu schaffen, die einen geringen Energieverbrauch aufweist und keinen Aufwand beim Abgleich des Empfängers erfordert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Widerstandsverhältnisse in den beiden Zweigen der Meßbrücke (Rm, R 2, R 3, R 4) übereinstimmen und daß das Wechselsignal der Meßbrücke nach Verstärkung (21) einer Multiplikationseinrichtung (4) zugeführt ist, in der es mit einem dem Speisestrom umgekehrt proportionalen Signal (26) multipliziert wird.

Durch diese Lösung entstehen eine Reihe von Vorteilen:
Weil die Widerstandsänderung des Bolometers aufgrund der Aufheizung durch den Brückenstrom zum selbsttätigen Abgleich der Meßbrücke ausnutzbar ist, kommt der Anmeldungsgegenstand auch für Messungen mit kleinen Signalen nicht nur ohne Thermostatisierung aus, sondern es können auch hohe Spannungen an die Brücke gelegt werden (was sich bei Thermostatisierung verbieten würde) und es können Thermistorbolometer eingesetzt werden.

Weil nämlich nur EIN Thermistor verwendet wird, ist der Abgleich, der bei der üblichen Verwendung von zwei Bolometern erforderlich ist, entbehrlich. Dadurch können nunmehr Thermistor unbeschränkt in Anwendung kommen. Das war bisher nicht möglich, weil es wegen der hohen TK-Werte praktisch nahezu unmöglich ist, Thermistorbolometer über einen normalen Betriebsbereich hinweg aufeinander abzugleichen.

Während bei dieser Ausführung der Erfindung das elektrische Meßsignal durch die Regelanordnung nicht verkleinert wird, kann in einer anderen Ausführung der Erfindung nicht mehr das Brückensignal, sondern das Ausgleichsignal der Regelanordnung gemessen werden.

Dazu stimmen bei einem Wechsellicht-Bolometer zur Temperaturmessung mit einer Regelanordnung, die in die Meßbrücke eingreift und deren Zeitkonstante klein ist gegenüber der Periodendauer des Wechsellichtes die Widerstandsverhältnisse in den beiden Zweigen der Meßbrücke (Rm, R 2, R 3, R 4) überein und das Wechselsignal der Meßbrücke wird nach Verstärkung (21) einer Multiplikationseinrichtung (4) zugeführt, in der es mit einem dem Speisestrom proportionalen Signal (26) multipliziert wird.

Beide Anordnungen lassen dadurch günstig weiterentwickeln, daß drei Widerstände (R 2, R 3, R 4) der Meßbrücke aus temperaturunabhängigen Festwiderständen von etwa der Größe des Bolometerwiderstandes (Rm) bestehen, weil die einmal vorgenommene Eichung der Anordnung unabhängig von der Umgebungstemperatur bestehen bleibt.

Der Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung, in der die Erfindung schematisch dargestellt ist.

Eine Bolometermeßbrücke 1 besteht aus drei temperaturunabhängigen Festwiderständen R 2, R 3 und R 4, die zusammen mit einem Bolometer Rm, das vorzugsweise als Thermistorbolometer ausgebildet ist, eine Brücke bilden. Diese wird an den Klemmen 12 und 13 mit einer Regelanordnung 2, an den Klemmen 10 und 11 mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Regelanordnung 2 besteht aus einem Verstärker 21, der über einem Widerstand 22 gegengekoppelt ist und auf ein Stellglied 23 für den Speisestrom der Meßbrücke 1 einwirkt und damit als Spannungsquelle dient.

Wenn nun das Widerstandsverhältnis Rm/R 2 nicht mit dem Widerstandsverhältnis R 3/R 4 übereinstimmt, entsteht eine Spannungsdifferenz an den Klemmen 12, 13, die, durch den Verstärker 21 verstärkt, das Stellglied 23 verstellt. Dadurch ändert sich der Speisestrom der Meßbrücke. Dadurch wiederum ändert sich die Temperatur des Bolometers und damit der Widerstand Rm. Das Stellglied 23 verstellt sich solange, bis der Strom durch die Meßbrücke den Widerstand Rm gerade so eingestellt hat, daß Rm/R 2 = R 3/R 4.

Das führt aber dazu, daß einmal der Widerstandswert, daß aber auch die Eigentemperatur des Bolometerwidersstandes konstant ist.

Wird die Meßbrücke zur Messung von Wechsellicht L benutzt, dann entsteht eine rhythmische Widerstands- und damit Spannungsschwankung- das Meßsignal- an den Klemmen 12-13, das, nachdem es im Verstärker 21, der damit eine Doppelfunktion ausübt, verstärkt worden ist, über ein Koppelglied 24 einer Multiplikationseinrichtung 4 zugeführt ist.

Der Faktor, mit dem das Meßsignal 28 in der Multiplikationseinrichtung 4 zu multiplizieren ist, hängt nunmehr von der Betriebsart der Regelanordnung ab. Hat nämlich ein die Regelgeschwindigkeit der Regelanordnung bestimmendes Zeitglied 3 eine Zeitkonstante, die groß ist gegen die Periodendauer der Wechsellichtfrequenz - erzeugt durch die Unterbrechung des Meßlichtes L durch einen mechanischen Modulator 7, der dazu ein zur Gleichrichtung des Meßsignals verwendbares Referenzsignal in einer Referenzanordnung 8 zur Verfügung stellt - dann gilt beispw. für den sehr einfachen Fall Rm = R 2 = R 3 = R 4 für die Spannungsänderung zwischen den Klemmen 12-13 aufgrund der durch die Erwärmung des Bolometers verursachten Widerstandsänderung:

dU= Spannungsdifferenz dJ= Stromdifferenz J _B= Brückenstrom dR= Widerstandsdifferenz B= Temperaturkoeffizient W= Wärmewiderstand Bolometer N= Strahlungsleistung dN= Strahlungslstgdifferenz K₁= Prop. faktor K₂= Prop. faktor T= Temperatur (°K)

Das elektrische Meßsignal 28 ist also mit dem Kehrwert des Speisestroms der Meßbrücke 26 zu multiplizieren, um unabhängig von J _B zu sein.

Ist andererseits die Zeitkonstante des Zeitgliedes 3 klein gegen die Periodendauer, dann tritt durch die Gegenregelung der Regelanordnung keine Widerstandsänderung ein. Für den Strom ist dann

(J _B + dJ)² · Rm = N + dN

und bei Vernachlässigung der Größen zweiter Ordnung

Das Signal 28 ist also in der Multiplikationsanordnung 4 für diese Betriebsart mit einem dem Speisestrom proportionalen Signal 27 zu multiplizieren, damit es von 1/J _B unabhängig ist.

Das Signal am Ausgang der Multiplikationsanordnung 4 wird in einer Mischstufe 5 mit dem durch die Referenzanordnung 8 erzeugten Referenzsignal phasenempfindlich gleichgerichtet und in einer Anzeigeanordnung 6 zur Anzeige gebracht.

Es können für Rm Thermistoren mit negativem oder positiven Temperaturkoeffizienten oder aber temperaturabhängige Blindwiderstände wie beispw. dielektrische Zellen verwendet werden. Die Brücke kann anstatt mit Gleichstrom auch mit einer Trägerfrequenz gespeist sein, ohne daß der Rahmen der Erfindung dadurch verlassen würde.

Claims

1. Wechsellicht-Bolometer zur Temperaturmessung mit einer Regelanordnung, die in die Meßbrücke eingreift und deren Zeitkonstante groß ist gegenüber der Periodendauer des Wechsellichtes, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelanordnung (23) den Speisestrom der Meßbrücke dahin regelt, daß die Widerstandsverhältnisse in den beiden Zweigen der Meßbrücke (Rm, R 2, R 3, R 4) übereinstimmen und daß das Wechselsignal der Meßbrücke nach Verstärkung (21) einer Multiplikationseinrichtung (4) zugeführt ist, in der es mit einem dem Speisestrom umgekehrt proportionalen Signal (26) multipliziert wird.

2. Wechsellicht-Bolometer zur Temperaturmessung mit einer Regelanordnung, die in die Meßbrücke eingreift und deren Zeitkonstante klein ist gegenüber der Periodendauer des Wechsellichtes, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsverhältnisse in den beiden Zweigen der Meßbrücke (Rm, R 2, R 3, R 4) übereinstimmen und daß das Wechselsignal der Meßbrücke nach Verstärkung (21) einer Multiplikationseinrichtung (4) zugeführt ist, in der es mit einem dem Speisestrom proportionalen Signal (26) multipliziert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Widerstände (R 2, R 3, R 4) der Meßbrücke aus temperaturunabhängigen Festwiderständen von etwa der Größe des Bolometerwiderstandes (Rm) bestehen.