DE2646927A1 - Compensation of gas measurement circuit - has temp. sensitive oscillating circuit whose frequency is converted into DC voltage to control balance of bridge - Google Patents
Compensation of gas measurement circuit - has temp. sensitive oscillating circuit whose frequency is converted into DC voltage to control balance of bridgeInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturkompellsation Method and device for temperature compilation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturliompensation eines mit einem Halbleitersensor bestückten ii;esskreises, insbesoi:-dere zur Feststellung eines Gases und messung einer GaskorizeitraXion, bei dem der Sensor über einen separaten Heizkreis auf der günstigsten bei etsa 250°C liegenden Arbeitstemperatur gehalten wird, und die Messung als Verstimmung einer Brücke erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for temperature compensation of a with a semiconductor sensor equipped ii; measuring circuit, in particular: -dere for determination of a gas and measurement of a gas horizon in which the sensor has a separate The heating circuit is kept at the most favorable working temperature of around 250 ° C is, and the measurement takes place as a detuning of a bridge, as well as a device to carry out the procedure.
Der an sich bekannte Halbleitersensor erfasst alle reduzierenden oder brennbaren Gase und besteht aus einem Halbleiter, dessen elektrischer Massewiderstand in Abhängigkeit von dem Gas oder der Gaskonzentration in der den Fühler umgebenden Luft sich erniedrigt.The semiconductor sensor known per se detects all reducing or flammable gases and consists of a semiconductor whose electrical ground resistance depending on the gas or the gas concentration in the one surrounding the sensor Air humiliates itself.
Die Einstellung des der Gaskonzentration entsprechenden lViderstandswertes erfolgt umso schneller, je höher die Temperatur des Halbleiters ist. Man hat festgestellt, dass am günstigsten eine Temperatur von etwa 2500C ist, wobei es aber ausserordentlich wichtig ist, dass die einmal eingestellte Temperatur konstant auf ihrem Wert ge halten wird, wobei die absolute Höhe dieses Wertes mNnicht ausschlaggebend ist. Die Einstellung der Temperatur erfolgt über eine im Halbleiter angeordnete Heizwendel, welche zur Konstanthaltung der Temperatur mit einem konstanten Strom bzw. mit konstanter Spannung versorgt wird. Es hat sich aber herausgestellt, dass die Umgebungstemperatur des Halbleiters einen wesentlichen Einfluss insofern ausübt, als die dadurch bedingte geringe Abweichung der Beharrungstemperatur des Halbleiters eine Veränderung des Widerstandswertes ergibt, die zu falschen Ergebnissen führen kann. Nun sind natürlich Vorrichtungen bekannt, mit denen die Temperatur konstant gehalten werden kann. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass der dazu notwemdige Aufwand viel zu gross ist, wobei bedacht werden muss, dass der Messkopf oder Messfühler z.B. an der Raumdecke angebracht ist und deshalb nicht noch zusätzlicher Platz für eine Temperaturkompensation, die aber andererseits in der Nähe des Messfühlers sein müsste, angebracht werden kann.The setting of the resistance value corresponding to the gas concentration occurs faster, the higher the temperature of the semiconductor is. It has been found that a temperature of about 2500C is most favorable, but it is extraordinary It is important that once the temperature has been set, it remains constant at its value will hold, whereby the absolute height of this value mN is not decisive. The temperature is set via a heating coil arranged in the semiconductor, which to keep the temperature constant with a constant current or with constant Voltage is supplied. But it turned out that the ambient temperature of the semiconductor exerts a significant influence insofar as the resulting slight deviation of the Steady-state temperature of the semiconductor Changes in the resistance value, which can lead to incorrect results. Devices are of course known with which the temperature is kept constant can be. The disadvantage, however, is that the effort required to do this is much too big, whereby it must be taken into account that the measuring head or measuring probe e.g. is attached to the ceiling and therefore does not have additional space for a temperature compensation, which on the other hand must be close to the sensor can be attached.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache und platzsparende Temperaturkompensation vorzusehen, mit der auch die anderen Nachteile der bestannten Vorrichtungen und Verfahren vermieden werden können. Andererseits soll aber die für die Durchführung des Verfahrens notwendige Vorrichtung möglichst exakt arbeiten und auch noch andere Funktionen im Rahmen der Gasmessung übernehmen, insbesondere Sicherheitsfunktionen.The invention is therefore based on the object of a simple and Provide space-saving temperature compensation, with the other disadvantages existing devices and procedures can be avoided. on the other hand however, the device necessary for carrying out the method should as far as possible work precisely and also take on other functions within the scope of gas measurement, especially security functions.
Die Lösung der Aufgabe besteht,darin, dass die Messbrücke in zwei Halbbrücken aufgetrennt ist und als Temperaturfühler ein temperaturabhängiger Schwingkreis in der Nähe des Sensors angeordnet ist, dessen Signal in einem an-sich bekannten F-U-Wandler in eine der jeweiligen Frequenz entspechehde Gleichspannung umgewandelt wird, welche der aus R1 und R2 einschliesslich Sensor bestehenden Halbbrücke zugeleitet wird, während die andere aus R3 und R4 bestehnde und den Sollwert repräsentierende Halbbrücke mit konstanter Spannung bzw. Strom gespeist wird.The solution to the problem is that the measuring bridge in two Half bridges is separated and a temperature-dependent oscillating circuit as a temperature sensor is arranged in the vicinity of the sensor, the signal in a known per se F-U converter converted into a DC voltage corresponding to the respective frequency which is fed to the half-bridge consisting of R1 and R2 including the sensor while the other consists of R3 and R4 and represents the setpoint Half bridge is fed with constant voltage or current.
Vorteilhaft ist im Schwingkreis ein Kondensator als Temperaturfühler eingesetzt.A capacitor as a temperature sensor in the resonant circuit is advantageous used.
Zweckmässig ist in der Schaltelektronik eine monostabile Kippstufe vorgesehen, welche durch die vom Schwingkreis kommenden Impulse stabil gehalten wird und nach dem Umkippen in bekannter Weise ein Alarmsignal in Form einer Lampe,Sirene etc. auslöst.A monostable multivibrator is useful in the switching electronics provided, which is kept stable by the pulses coming from the resonant circuit is and after tipping over in a known manner an alarm signal in the form of a lamp, siren etc. triggers.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass der Schwingkreis als Steckelement zwischen Sensor und Sockel angeordnet ist.The device for carrying out the method according to the invention consists in the fact that the resonant circuit acts as a plug-in element between the sensor and the base is arranged.
Der Vorteil dieser Temperaturkompensation besteht vor allem darin, dass man keine zusätzlichen Leitungen benötigt und dass ein temperaturabhängiger Schwingkreis so klein gebaut werden kann,dass der gesamte Schwingkre; -P1 hplrt untergebracht werden kann, und dass zusätzliche Funktionen mit diesem Schwingkreis bzw.The main advantage of this temperature compensation is that that you don't need any additional lines and that a temperature-dependent one The oscillating circuit can be built so small that the entire oscillating circuit; -P1 hplrt can be accommodated, and that additional features with this Oscillating circuit or
dem von Ihm erzeugten Signal ausgelöst werden können.Hierzu gehört insbesondere die Möglichkeit,eine Sicherung gegen Leiterbruch oder sonstige Unterbrechungen und auch gegenKurzschluss in den drei zwischen Schaltelektronik und Messfühler unbedingt notwendigen Leiterbahnen vorzusehen.Die Sicherung wirkt auch bei einem Kurzschluss im Messkopf oder der Schaltelektronik.Diese Sicherung ist vor allem in grösseren zu überwachenden Räumen wie Hallen etc.can be triggered by the signal generated by it in particular the possibility of securing against wire breakage or other interruptions and also against short circuit in the three between switching electronics and measuring sensor The fuse also works in the event of a short circuit in the measuring head or the switching electronics. This fuse is mainly in larger ones Spaces to be monitored such as halls etc.
unbedingt notwendig,weil die Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Anlage in diesem Fall nur unter grossen Schwierigkeiten möglich ist.absolutely necessary because the monitoring of the functionality the system in this case is only possible with great difficulty.
Andererseits ist der Aufwand zur Durchführung der vorgenannten Funktionen keineswegs so gross,dass die Anlage dadurch wesentlich beeinträchtigt würde.Insbesondere alle ausser dem Schwingkreis noch notwendigen Schaltungen etc.können in dem die Schaltelektronik für die Gasmessungen tragenden Gehäuse untergebracht werden,sodass kein zusätzlicher Aufwand notwendig ist.On the other hand, there is the effort required to carry out the aforementioned functions in no way so large that the system would be significantly impaired, especially all circuits, etc., which are still necessary apart from the oscillating circuit, can be used in the Switching electronics for the gas measurements are accommodated in the housing, so that no additional effort is necessary.
In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zwar zeigt Figur 1 ein Blockschaltbild Figur 2 einen Querschnitt durch einen Messfühler Nach Figur 1 bestehen zwei Vorrichtungen nebeneinander,nämlich der Messfühler 11 und die Schaltelektronik 12,welche durch die drei Leiter a,b,c,besitzende Leitung miteinander verbunden sind.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings Figure 1 shows a block diagram, Figure 2 shows a cross section by a sensor. According to Figure 1, there are two devices side by side, namely the measuring sensor 11 and the switching electronics 12, which through the three conductors a, b, c, possessing Line are connected to each other.
Im Messfühler 11 ist der Halbleiterse flr 13 und der an aich bekannte Schwingkreis 14 nebeneinander angeordnet.Der Halbleiter -sensor 13 wird von der Widerstandsheizung RH auf etwa 2406C aufgeheizt und die Gaskonzentration wird durch Veränderung des Widerstandswertes R1 gemessen.Die Widerstandsheizung RH wird von einem in der Schaltelektronik angeordneten Stabilisator 15 mit konstantem Strom oder einer konstanten Spannung über die Leitung C cersorgt, wodurch gewährleistet ist,dass die Temperatur des Sensors 13 immer den gleichen Wert annimmt.Von diesem Strom wird über die Leitung 16 auch der Schwingkreis 14 versorgt,wodurch eine konstante Frequenz von z.B.2kHz aufrechterhalten wird und über einen Kondensator 17 in die mit dem Messwiderstand R1 verbundene Leitung b eingespeist wird.In der Schaltelektronik 12 sind die anderen Widerstände der Messbrü;4W>gçoXqn ober die eine Halbbrücke aus den Widerständen R1 und R2 gebildet ist'welche von der anderen aus R3 und R4 mit dem Potentiometer 18 bestehenden Halbbrücke zwischen R2 und R3 aufgetrennt ist.In the measuring sensor 11 is the semiconductor device for 13 and that known to aich Resonant circuit 14 arranged side by side. The semiconductor sensor 13 is from the Resistance heater RH is heated to about 2406C and the gas concentration is through Change in resistance value R1 measured. The resistance heater RH is controlled by a stabilizer 15 with constant current arranged in the switching electronics or a constant voltage across the line C, which ensures is that the temperature of the sensor 13 always assumes the same value. From this Current is also supplied to the resonant circuit 14 via the line 16, whereby a constant Frequency of e.g. 2 kHz is maintained and via a capacitor 17 into the Line b connected to the measuring resistor R1 is fed into the switching electronics 12 are the other resistances of the measuring bridge; 4W> gçoXqn above the one half bridge the end the resistors R1 and R2 is formed by the other of R3 and R4 with the potentiometer 18 existing half-bridge between R2 and R3 is separated.
Auf dem Leiter b liegen nun eine Gleichspannung,deren Grösse von dem Widerstandswert R1 abhängig ist und eine Wechselspannung,deren Frequenz vom Schwingkreis 14 eingestellt wird.There is now a DC voltage on conductor b, the magnitude of which is different from that of Resistance value R1 is dependent and an alternating voltage, the frequency of which depends on the resonant circuit 14 is set.
Die Gleichspannung wird über den Leiter 19 der Auswertvorrichtung 20 zugeführtswelche über den Leiter 21 gespeist wird und selbst entweder ein Messinstrument speist,welches in Prozenten geeicht ist und mit dem der Schaltpunkt für das Relais 22 eingestellt werden kann,oder direkt auf das Relais 22 geht.Mit dem Potentiometer 18 wird die Empfindlichkeit der Auswertvorrichtung 20 eingestellt.The DC voltage is supplied via the conductor 19 of the evaluation device 20 supplied which is fed via the conductor 21 and itself either a measuring instrument which is calibrated as a percentage and with which the switching point for the relay 22 can be set, or goes directly to the relay 22. With the potentiometer 18 the sensitivity of the evaluation device 20 is set.
Die auf dem Leiter b liegende Wechselspannung wird einem an sich bekannten F-U-Wandler 23 zugeführt,in dem die Wechselspannung in eine der Frequenz entsprechenden,d.h,direkt proportionalen Gleichstrom umgewandelt wird.Diese Gleichspannung wird nun über den Leiter 24 an die Trennstelle der aus R1 und R2 bestehenden Halbbrücke gegeben,wohingegen die Trennstelle der anderen aus R3 und R4 bestehenden Halbbrücke an der in bekannter Weise konstant gehaltenen Speisespannung Up liegt.The alternating voltage lying on the conductor b is known per se F-U converter 23 supplied, in which the AC voltage in a frequency corresponding, i.e., directly proportional direct current. This direct voltage is now transferred via the Head 24 given to the separation point of the half-bridge consisting of R1 and R2, whereas the point of separation of the other half-bridge consisting of R3 and R4 at the one known in the Way, the supply voltage Up is kept constant.
Parallel zur Leitung 19 wird die Wechselspannung über die Leitung 25 einer monostabilen Kippstufe 26 zugeführt,welche ihrerseits ein Relais 27 steuert,das in normalen Betrieb dauernd angezogen ist.In parallel with the line 19, the alternating voltage is applied over the line 25 fed to a monostable multivibrator 26, which in turn controls a relay 27 that is continuously tightened in normal operation.
Es wird vorausgesetzt,dass die Funktion der Gasmessung aus der Deutschen Patentanmeldung P 22 49 114.1 bekannt ist.Der Schwingkreis 14 liefert normal eine Wechselspannung mit der auf eine bestimmte Temperatur eingestellten Prequenz.Wird nun dieser Schwingkreis 14 durch eine andere Temperatur verstimmt,so liefert er eine andere Frequenz, welche im F-U-Wandler 23 eine andere Gleichspannung liefert,die dann ihrerseits durch ihre Einspeisung in die aus R1 und R2 bestehende Halbbrücke die gesamte Messbrücke im Sinne einer Temperaturkompensation verstimmt.Ein Zahlenbeispiel möge dies verdeutlichen.It is assumed that the function of gas measurement from the German Patent application P 22 49 114.1 is known. The resonant circuit 14 delivers a normal AC voltage with the frequency set to a certain temperature now this resonant circuit 14 is detuned by a different temperature, it delivers another frequency, which supplies a different DC voltage in the F-U converter 23, the then in turn by feeding them into the half-bridge consisting of R1 and R2 the entire measuring bridge is out of tune in the sense of temperature compensation. A numerical example may this clarify.
Die bei einer Temperatur von 20°C vom Schwingkreis 14 gelieferte Frequenz wird in bekannter Weise auf 2 kHz eingestellt.Dann fliesst in 24 ein Strom von 3 mA bei einer Spannung von 18 V,womit die Messbrücke so eingestellt ist,dass der Zeiger des Messinstrumentes auf Null steht und kein Schaltimpuls an das Relais 22 gegeben wird.The frequency supplied by the resonant circuit 14 at a temperature of 20 ° C is set to 2 kHz in a known manner. A current of 3 then flows in 24 mA at a voltage of 18 V, which means that the measuring bridge is set so that the The pointer of the measuring instrument is at zero and there is no switching pulse to the relay 22 is given.
Steigt nun die Temperatur am Schwingkreis um 5°C,was ihne Kompensation auf dem Messgerät 20 ein Anzeige von 0,6% anstelle von 0,37 % ergibt,so wird im F-U-Wandler 23 eine Spannung von etwa 0,05 V erzeugt,welche niedriger ist als die ohne Temperatur erhöhung in 24 vorhandene Spannung.Da aber gleichzeitig durch die Temperaturerhöhung am Sensor 13 der Widerstandswert R1 erniedrig wird,fliesst in 19 doch wieder der gleiche Strom,weil in 24 ein niederer Strom fliesst.Umgekehrt verhält es sich,wenn die Temperatur im Messkopf 11 niedriger ist als normal.If the temperature on the oscillating circuit rises by 5 ° C, this is without compensation results in a display of 0.6% instead of 0.37% on the measuring device 20, then in F-U converter 23 generates a voltage of about 0.05 V, which is lower than that without temperature increase in 24 existing voltage. But at the same time through the If the temperature increase at the sensor 13 decreases the resistance value R1, flows into 19 but the same current again because a lower current flows in 24, vice versa it behaves when the temperature in the measuring head 11 is lower than normal.
Durch die Kippstufe 26 in der Schaltelektronik 12 wird Jeder Kurzschluss oder Unterbrechung in den Leitungen a,b,c,sofort gemeldet, weil diese Kippstufe monostabil ist und solange von der Frequenz aus dem Schwingkreis stabil gehalten wird,als diese Frequenz vorhanden oder in einem einstellbaren Bereich vorhanden ist.The trigger stage 26 in the switching electronics 12 causes every short circuit or interruption in lines a, b, c, reported immediately because this trigger stage is monostable and kept stable as long as the frequency from the resonant circuit is available as this frequency or in an adjustable range is.
Wird der Leiter a oder c unterbrochen,so entsteht im Schwingkreis kein Wwechselstrom mehr und die Kippstufe 26 wird unstabil,wodurch in bekannter Weise das Relais 27 abfällt,welches dann eine Anzeigelampe oder eine andere Alarmeinrichtung einschaltet.If the conductor a or c is interrupted, it arises in the resonant circuit no more alternating current and the flip-flop 26 becomes unstable, which in known Way, the relay 27 drops out, which then an indicator lamp or other alarm device turns on.
Da ein Leiterbruch in a oder c gleichbedeutend ist mit dem Ausfall der Versorgungsspannung Up fällt auch in diesem Falle das Relais 27 ab.Man könnte für die vom Relais 27 eingeschalteten Alarmeinrichtungen eine Notstromversorgung vorsehen.Ich ein Bruch im Leiter b vorhanden, so kann die Wechselspannung nicht bis zur Kippstufe 26 kommen,weshalb diese unstabil wird und den Alarm auslöst.Since a wire break in a or c is synonymous with failure of the supply voltage Up, the relay 27 also drops in this case. One could an emergency power supply for the alarm devices switched on by the relay 27 If there is a break in conductor b, the alternating voltage cannot come up to flip-flop 26, which is why this becomes unstable and triggers the alarm.
Ähnliche Verhältnisse ergeben sich,wenn zwischen den Leiter a,b,c, ein Kurzschluss vorhanden ist oder wenn die Speisespannung so weit absinkt,dass eine Stabilisierung mit 15 nicht mehr möglich ist.Similar relationships arise if between conductors a, b, c, there is a short circuit or if the supply voltage drops so far that stabilization at 15 is no longer possible.
Ensteht im Messkopf 11 oder in der Schaltelektronik 12 ein Kurzschluss so fällt auch dann das Relais ab.If a short circuit occurs in the measuring head 11 or in the switching electronics 12 so the relay also drops out.
In Figur 2 ist ein Querschnitt durch einen am Messort anzubringenden Messkopf dargestellt,welcher explosionsgeschützt ist.Dabei ist in einem Halter 30 mit Befestigungsflansch 31 eine Bohrung 32 in der der Sockel 33 eingeklebt, zu dem die Zuleitung 34 mit den drei Leitern a,b,c,führt.Der Schwingkreis 35 ist auf einer runden Leiterplatte angeordnet und in Kunstharz vergossen und mit Stiften versehen,mit denen er im Sockel 33 eingesteckt werden kann.Ausserdem besitzt der Schwingkreis 35 Buchsen für die Stifte des Sensors 36.Um diesen Aufbau ist ein poröses Sintermetallrohr 37 im Halter 30 eingesetzt angeordnet'welches auch in eine Ringnut im Deckel 38 Fingreift.Der Deckel 38 wird mit den Schrauben 39 am Halter 3o befestigt und drückt gleichzeitig die zusammengesteckten Sensor 36 und Schwingkreis 35 beispielsweise mit dem elastischen Stück 40 zusammen auf den Sockel 33.In Figure 2 is a cross section through a to be attached at the measurement location Measuring head is shown, which is explosion-proof. In a holder 30 with mounting flange 31 a hole 32 in which the base 33 is glued to the the supply line 34 with the three conductors a, b, c, leads. The resonant circuit 35 is on one round printed circuit board and potted in synthetic resin and provided with pins which it can be plugged into the socket 33. In addition, the oscillating circuit has 35 sockets for the pins of the sensor 36. Around this structure is a porous sintered metal tube 37 inserted in the holder 30, which is also arranged in an annular groove in the cover 38 The cover 38 is fastened to the holder 3o with the screws 39 and presses at the same time the plugged together sensor 36 and resonant circuit 35, for example with the elastic piece 40 together on the base 33.
Wenn auch normalerweise das temperaturabhängige Glied des Schwingkreises ein Kondensator ist,so kann doch ohne Nachteil auch ein temperaturabhängiger Widerstand oder eine temperaturabhängige Induktion den Schwingkreis verstimmen,oder auch ein NTC oder PTC.Even if it is usually the temperature-dependent element of the resonant circuit is a capacitor, a temperature-dependent resistor can do without any disadvantage or a temperature-dependent induction detune the oscillating circuit, or even a NTC or PTC.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
Claims (7)
Priority Applications (1)
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| DE19762646927 DE2646927A1 (en) | 1976-10-18 | 1976-10-18 | Compensation of gas measurement circuit - has temp. sensitive oscillating circuit whose frequency is converted into DC voltage to control balance of bridge |
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Publications (1)
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|---|---|
| DE2646927A1 true DE2646927A1 (en) | 1978-04-20 |
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ID=5990715
Family Applications (1)
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| DE19762646927 Withdrawn DE2646927A1 (en) | 1976-10-18 | 1976-10-18 | Compensation of gas measurement circuit - has temp. sensitive oscillating circuit whose frequency is converted into DC voltage to control balance of bridge |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE2646927A1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1976
- 1976-10-18 DE DE19762646927 patent/DE2646927A1/en not_active Withdrawn
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