DE2702815B2

DE2702815B2 - Temperaturmeßvorrichtung

Info

Publication number: DE2702815B2
Application number: DE2702815A
Authority: DE
Inventors: René Presset; Michel Portes-les-Valence Torregrosa
Original assignee: Crouzet SA
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1976-01-28
Filing date: 1977-01-25
Publication date: 1981-07-23
Also published as: NL7700828A; GB1569720A; BE850487A; DE2702815A1; IT1075613B; CH611025A5; US4090151A; FR2339847A1; DE2702815C3; FR2339847B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturmeßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Temperaturmeßvorrichtung dieser Art ist Gegenstand der DE-OS 24 40 961 (älteres Recht). Bei der älteren Temperaturmeßvorrichtung sind die Meßsonde und ein über diese aufladbarer Kondensator mit dem ersten Eingang des Vergleichsverstärkers verbunden, während der zweite Eingang des Vergleichsverstärkers auf festem Potential gehalten wird. Fließt durch die Meßsonde beim Überschreiten eines bestimmten Ladezustandes des Kondensators nur noch ein so geringer Ladestrom, daß der Spannungsabfall an der Meßsonde geringer wird als die feste, am zweiten Eingang des Vergleichsverstärkers anliegende Spannung, so ändert der Vergleichsverstärker seinen Schaltzustand. Weist die Meßsonde einen Heißleiterwiderstand, wie einen keramischen Halbleiter, auf, so wird der Kondensator bei höherer Temperatur rascher aufgeladen, so daß sich also die Frequenz proportional zur Temperaturerhöhung erhöht. Der periodische Signalwechselausgang muß bei der älteren Temperaturmeßvorrichtung durch einen extern vorgegebene Taktfrequenz sowie einen Frequenzteiler in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Vergleichsverstärkers bzw. vom Ladezustand des Kondensators erzeugt werden, wobei das Ausgangssignal zusätzlich eine Kondensatorladestufe steuert. Ein gesondertes Entladeglied für den Kondensator ermöglicht dessen rasche, -, prakiisch von dem temperaturabhängigen Widerstandswert der Meßsonde unabhängige Entladung. Das Ausgangssignal der älteren Temperaturmeßvorrichtung ist in seiner Periode von der gemessenen Temperatur nicht linear abhängig.

in Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmeßvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der am Ausgang ein elektrisches Signal erzeugt wird, dessen Periode eine lineare Funktion der Temperatur oder einer gemessenen Temperaturdiffe-

r, renzist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran- spräche.

Im Gegensatz zu der älteren Temperaturmeßvorrichtung, wie sie in der DE-OS 24 40 961 vorgeschlagen sind, ist es bei der Vorrichtung nach der Erfindung infolge der Anordnung der ersten Meßsonde und des ersten

r, Kondensators an verschiedenen Eingängen des Vergleichsverstärkers möglich, in Reihe mit dem ersten Kondensator eine zweite Meßsonde zu schalten, wodurch Temperaturdifferenzen meßbar sind. Dies ist bei der älteren Temperaturmeßvorrichtung nicht

ίο möglich, weil dort Kondensator und Meßsonde am gleichen Eingang des Vergleichsgliedes anliegen.

Demgegenüber ist bei einer Temperaturmeßvorrichtung, wie sie in der US-PS 34 75 742 beschrieben ist, ein Meßsensor ebenso wie der Kondensator mit dem

j5 einzigen entsprechenden Emittereingang eines sogenannten Unijunction-Transistors verbunden — als Meßsensor wird dabei ein Siliziumhalbleiter verwendet, wie er bevorzugt auch für die erfindungsgemäße Temperaturmeßvorrichtung vorgesehen ist —, so daß

■hi also auch bei dieser Temperaturmeßvorrichtung, die im übrigen die beanspruchten Merkmale der erfindungsgemäßen Temperaturmeßvorrichtung nicht aufweist, die Messung von Temperaturdifferenzen nicht möglich ist.
Die Temperaturmeßvorrichtung nach der Erfindung

<r> liefert unter Verwendung handelsüblicher halbleitender Verbindungen, die preisgünstig erhältlich sind, die Meßwerte in Frequenzform als Funktion einer Temperatur oder einer Temperaturdifferenz, wobei diese Meßwerte direkt numerisch auswertbar sind.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 das Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Multivibrators,

F i g. 2 zwei Eingangssignale mit Rechteck- (Sj) bzw. Exponentialform (Se)·

Fig.3 eine weitere Darstellung eines Eingangssignals;

Fig.4 eine Idealisierung des Eingangssignals von F i g. 3 und

F i g. 5 das Schaltbild des Multivibrators von F i g. 1.
In dem in F i g. 1 gezeigten Blockdiagramm eines an sich bekannten Multivibrators sind rein Ohmsche

b5 Widerstände 2, 3 und 5 sowie ein Kondensator 4 wiedergegeben, wobei der Widerstand 5 die Meßwerte der erfindungsgemäßen Temperaturmeßvorrichtung bildet. Das an einem Ausgang 8 eines Vergleichsverstär-

kers 1 erhaltene elektrische Signal hat die Form von Rechteckimpulsen, deren Periode eine Funktion der an Eingängen 6 und 7 des Vergleichsverstärkers 1 aufgenommenen Eingangssignale ist. F i g. 2 zeigt zwei Eingangssignale, deren eines, nämlich Si, ar: Eingang 7 anliegend, rechteckig ist und deren zweites, nämlich £>, am Eingang 6 anliegend, eine exponentiell Form hat, jeweils in Abhängig vom Widerstand 2 und vom Kondensator 4.

Bei fest vorgegebenen Werten der einzelnen Komponenten nimmt die Klemmspannung des Widerstandes 5 die Werte AB oder AC an. Ersetzt man den Widerstand 5 derart durch eine Komponente, daß die Klemmspannungen AB und AC sind, so wird entsprechend der Spannung am Ausgang 8 die Funktion nicht geändert. Wenn aiso die anderen Komponenten feste Werte haben, ist die Periode des Ausgangssignals eine Funktion der Summe AB+AC Daraus ergibt sich, daß dann, wenn der Widerstand 5 ein Element ist, dessen Wert eine Funktion der Temperatur isr auch die Periode des Ausgangssignals eine Funktion der Temperatur ist.

Der Widerstand 5 besteht bei der dargestellten Temperaturmeßvorrichtung aus einer Kombination zweier halbleitender Verbindungen, die antiparallel angeordnet sind. Hierfür können handelsübliche und wenig kostspielige Komponenten, wie Dioden und Transistoren, verwendet werden. Die Klemmspannung einer von einem vorgegebenen Strom durchflossenen halbleitenden Verbindung, die einer Temperatur θ ausgesetzt ist, folgt der folgenden Formel:

U = U₀-ke

(Uo, A: sind positive Konstanten.)

Diese Spannung ist stabil; die Funktion besitzt eine sehr gute Linearität in einem weiten Temperaturbereich.

Die vorstehend beschriebene Schaltung kann nicht nur zur Umwandlung einer Temperatur, sondern auch zur Umwandlung einer Temperaturdifferenz in ein elektrisches Signal verwendet werden. Hierzu benutzt man dieselben Komponenten wie in Fig. 1, man fügt lediglich einen Widerstand 9 in Reihe mit dem Kondensator 4 hinzu. Der Widerstand 9 besteht aus einer halbleitenden Verbindung ähnlich dem obenerwähnten Widerstand 5. In diesem Fall hat das Eingangssignal Se die in F i g. 3 dargestellte Form. Man erhält einen sprunghaften Anstieg der Spannung AB, die als Ausgangssignal eine Funktion der Differenz BC liefert. Wenn ACeine Funktion der Temperatur θι eines ersten Milieus und ACeine Funktion der Temperatur θ₂ eines zweiten Milieus ist, so ist die Periode des Ausgangssignals also eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Milieus. Tatsächlich ist das Signal S'₆ nicht linear, wie in F i g. 4 gezeigt; technisch wird die Vorrichtung von F i g. 1 gemäß dem Schaltbild der F i g. 5 realisiert

Dem Vergleichsverstärker 1 ist ein Spannungsregler nachgeschaltet, der aus einem Stabilisatorkreis mit einem Widerstand R\o und zwei Zenerdioden 10 besteht, die entgegengesetzt angeordnet sind, da die Signale sowohl negativ als auch positiv sind. Die Widerstände 2 und 3 von F i g. 1 werden durcii zwei Stromgeneratoren 3, Rs und Z Ä2 ersetzt, die die Aufgabe haben, eine konstante Stromversorgung der temperaturempfindlichen Komponenten 5 und 9 und des Kondensators G der Kapazität C zu gewährleisten. Wenn I₀ der Absolutwert des Stromes ist und die Komponenten 5 und 9 halbleitende Verbindungen mit dem Temperaturgesetz U=Uo-k9 sind, beträgt die Periode des Ausgangssignals:

T=AC- λ(θ,-θ,).

Zur Verbesserung der Leistung der erfindungsgemä-Ben Vorrichtung läßt sich mittels eines Kondensators Cn die Änderungsgeschwindigkeit erhöhen und so die Untergrenze der Periode des Ausgangssignals herabdrücken. Zur Verminderung der Abstände der Charakteristiken der beiden Meßsonden 5 und 9, die mittels zweier halbleitender Verbindungen realisiert sind, und im Hinblick auf ihre geringen Kosten können diese Verbindungen paarweise parallel verbunden werden. Tatsächlich erlaubt d^;e Zusammenstellung von 2 χ π Verbindungen, die Empfindlichkeit der Meßsonde auf ein n-faches zu erhöhen, also eben die durch die Schaltung verursachten Fehlergrenzen zu reduzieren, indem die verschiedenen Fehler der Verbindungen nur

mitv^multipüziertwe-den.

Wenn beispielsweise die Charakteristiken der Komponenten des Schaltbildes 5 die folgenden sind:

1	— Verstärker μΑ 709
2 und 3	— Verstärker μΑ 741
5 und 6	- Dioden 144146
G	- 4,7 μΡ
R₂	- 10 kn
Rz	- ίο kn
Rw	- i,i kn
Cu	- 39 pF

erlaubt die Vorrichtung, Temperaturdifferenzen (θι — Θ2) im folgenden Bereich zu messen:

O,1°C<0, -(V 100⁰C
tür O^0|<12O°C,
0<<9₂<120°C.

Die Periode des Ausgangssignals der Vorrichtung wird folgendermaßen ausgedrückt:

7' =250 ■ (0, -0,)°C.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer Verstärkeranordnung mit numerischer Darstellung der Meßwerte der Temperaturen oder der Temperaturdifferenz benutzt werden. Eine besonders interessante Anwendung kann das Messen von Temperaturdifferenzen zwischen dem Eingang und dem Ausgang einer Zentralheizungseinrichtung sein, wobei diese Daten an einen die numerische Verarbeitung ausführenden Wärmerechner abgegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Temperaturmeß vorrichtung zum Erzielen eines elektrischen Wechselstromsignals, mit einer ersten Meßsonde, einem ersten Kondensator und einem Multivibrator, der einen Vergleichsverstärker mit zwei Eingängen und einem Ausgang aufweist, wobei ein erster Eingang des Vergleichsverstärkers mit der ersten Meßsonde verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßsonde (5) aus wenigstens zwei wechselseitig antiparallel geschalteten halbleitenden Verbindungen besteht; daß der erste Kondensator (4; C 4) mit dem zweiten Eingang (7) verbunden ist; und daß der Multivibrator einen ersten Widerstand (3; R 3), der zwischen die erste Meßsonde (5) und den Ausgang (8) geschaltet ist, und einen zweiien Widerstand (2; R 2) aufweist, der in Reihe mit dem Kondensator (4; C 4) und zwischen den zweiten Eingang (6) und den Ausgängen (8) des Vergleichsverstärkers (1) geschaltet ist.

2. Temperaturmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Meßsonde

(9) vorgesehen ist, die in Reihe mit dem ersten Kondensator (4; C4) zum Messen einer Temperaturdifferenz gegenüber der ersten Meßsonde (5) geschaltet ist.

3. Temperaturmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) des Vergleichsverstärkers (1) einen Spannungsregler (10; R 10) mit einem dritten Widerstand (R 10) und zwei gegensinnig in Reihe geschalteten Zenerdioden

(10) aufweist; daß der den ersten Widerstand (3, R 3) aufweisende erste Stromgenerator die erste Meßsonde (5) und der den zweiten Widerstand (2; R 2) aufweisende zweite Stromgenerator die zweite Meßsonde (9) mit konstantem Strom versorgt; und daß ein zweiter Kondensator (CW) zum Herabsetzen der Untergrenze der Periode am Ausgang (8) vorgesehen ist.