DE2855084A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen einer temperatur - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum messen einer temperaturInfo
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Beyer Dipi.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem
Prankfurt/Main Staufenstraße 36
Aktiebolaget Electrolux
Luxbacken 1
S-105 45 Stockholm/Schweden
Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Temperatur
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Temperatur unter Ausnutzung der temperaturabhängigen Widerstandskennlinie eines NTC-Widerstands, wobei
über einen Stromkreis, der den NTC-Widerstand einschließt, ein Kondensator aufgeladen wird, nach Erreichen einer bestimmten
ersten Spannung am Kondensator dieser über einen ersten Pestwiderstand bis zum Erreichen einer bestimmten
zweiten Spannung entladen wird, und die Temperatur aus dem Verhältnis zwischen der Zeitdauer einerseits des Lade- und
andererseits des Entladevorgangs ermittelt wird.
Es ist vielfach bekannt, zur Temperaturmessung NTC-Widerstände
zu verwenden. Diese haben normalerweise aber eine Widerstandskennlinie,-die sich mit Bezug auf die Temperatur
exponential verhält, so daß verhältnismäßig komplizierte Rechnungen angestellt werden müssen, um von einem gemessenen
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Widerstandswert zu der entsprechenden Temperatur zu gelangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sich aus der
nichtlinearen Kennlinie eines NTC-Widerstands ergebenden Nachteile zu vermeiden, und zur Lösung dieser Aufgabe wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der erste Pestwiderstand derart in Reihe mit dem NTC-Widerstand geschaltet
wird, daß der Strom während des Ladens des Kondensators über diese beiden Widerstände fließt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen einer Temperatur
besteht somit aus einem Kondensator, einem Pestwiderstand und einem NTC-Widerstand, die in Reihe geschaltet sind,
wobei an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen sowohl eine bei einer bestimmten maximalen Spannung
des Kondensators einschaltbare und bei einer bestimmten minimalen Spannung ausschaltbare Ableitung für den Entladestrom
als auch ein Spannungsabgriff angeschlossen sind, der mit einer Einrichtung zum Messen der Zeitspannen der Lade- und
Entladevorgänge verbunden ist.
Die Erfindung ermöglicht eine angenähert lineare Abhängigkeit zwischen der abgefühlten Temperatur und dem Verhältnis
zwischen den Zeitintervallen des Ladens und Entladens des
Kondensators, sofern die Zeitkonstanten für das Laden und Entladen des Kondensators in geeigneter Weise ausgewählt
werden. Die Linearität kann noch verbessert werden, wenn der Ladestrom durch einen zweiten, parallel zum NTC-Widerstand
geschalteten Pestwiderstand modifiziert wird.
Die Zeitspannen für das Laden und Entladen des Kondensators können z.B. dadurch bestimmt werden, daß Taktimpulse eines
Taktgebers während dieser Zeitspannen gezählt werden. Entsprechend erhält man durch Vergleich der einerseits den
Ladevorgängen und andererseits den Entladevorgängen zugeordneten
Summen von Taktimpulsen das Verhältnis der auf das
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Laden und Entladen entfallenden Zeitspannen. Wenn die Taktfrequenz
nicht sehr hoch gewählt wird, kommt in die Zeitmessung
eine gewisse Ungenauigkeit hinein. Die Genauigkeit kann aber verbessert werden, indem die Taktimpulse über
mehrere abwechselnd aufeinanderfolgende Lade- und Entladevorgänge hinweg summiert und die Summen der einzelnen Ladevorgänge und Entladevorgänge je getrennt für sich akkumuliert werden. Der Zählvorgang kann dann zweckmäßigerweise abgebrochen werden, wenn die während der Ladevorgänge summierten und akkumulierten Taktimpulse eine bestimmte Anzahl erreicht haben. In diesem Moment entspricht dann die Summe der während der Entladevorgänge gesammelten Taktimpulse der
Temperatur des NTC-Widerstands. Zur weiteren Verbesserung der Linearität kann wenigstens eine der beiden Akkumulationen der Taktimpulse von einem von Null verschiedenen Wert ausgehen.
mehrere abwechselnd aufeinanderfolgende Lade- und Entladevorgänge hinweg summiert und die Summen der einzelnen Ladevorgänge und Entladevorgänge je getrennt für sich akkumuliert werden. Der Zählvorgang kann dann zweckmäßigerweise abgebrochen werden, wenn die während der Ladevorgänge summierten und akkumulierten Taktimpulse eine bestimmte Anzahl erreicht haben. In diesem Moment entspricht dann die Summe der während der Entladevorgänge gesammelten Taktimpulse der
Temperatur des NTC-Widerstands. Zur weiteren Verbesserung der Linearität kann wenigstens eine der beiden Akkumulationen der Taktimpulse von einem von Null verschiedenen Wert ausgehen.
Die Erfindung ist besonders geeignet für elektrische Öfen
und Herde, wobei der NTC-Widerstand in einem Meßfühler angeordnet ist, der in einen Topf, eine Pfanne oder dergl.
eingeführt bzw. eingesetzt werden kann, um die Temperatur der Nahrungsmittel im Topf zu messen. Das Ergebnis dieser Messung wird dann dazu benutzt, die elektrische Leistung der Heizplatte zu regeln, so daß das Kochen oder Backen bei einer bestimmten Temperatur stattfindet.
eingeführt bzw. eingesetzt werden kann, um die Temperatur der Nahrungsmittel im Topf zu messen. Das Ergebnis dieser Messung wird dann dazu benutzt, die elektrische Leistung der Heizplatte zu regeln, so daß das Kochen oder Backen bei einer bestimmten Temperatur stattfindet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Pig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Pig. 2 eine Darstellung einer im linken Teil der
Vorrichtung nach Pig. 1 gewonnenen Spannung in Abhängigkeit der Zeit,
Vorrichtung nach Pig. 1 gewonnenen Spannung in Abhängigkeit der Zeit,
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Pig. 3 Darstellungen physikalischer Punktionen,
a, b, c welche für die Erfindung von Bedeutung sind,
Pig. 4 ein gegenüber Pig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 ist ein NTC-Widerstand 10 in Reihe mit einem
Pestwiderstand 11 und einem Kondensator 12 verbunden. Die
elektrischen Werte dieser Komponenten werden nachfolgend der Einfachheit halber als R^, R und C bezeichnet. Der
Verbindungspunkt zwischen dem Pestwiderstand 11 und dem
Kondensator 12 ist an die eine Eingangsklemme eines Vergleichers 13 angeschlossen, dessen anderer Eingangsklemme
eine Bezugsspannung zugeleitet wird, die vom gemeinsamen
Punkt zwischen zwei in Reihe geschalteten Widerständen 14, 15 abgenommen wird. Der Ausgang des Vergleichers 13 steuert
einen Schalter 16, der an den Verbindungspunkt 17 der beiden Widerstände 10, 11 angeschlossen ist. Sowohl der Schalter
als auch die Mittel zu seiner Steuerung durch den Ausgang des Vergleichers 13 sind nur schematisch dargestellt und können in
irgendeiner anderen geeigneten Weise ausgeführt werden, z.B. derart, daß der Schalter in den Vergleicher 13 eingeschlossen
ist.
Weiterhin ist ein Widerstand 18 zwischen den Verbindungspunkt 17 und die mit der Bezugsspannung gespeiste Eingangsklemme des
Vergleichers 13 gelegt, um in bekannter Weise die Bezugsspannung in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters 16
zu verändern. Anstelle des Widerstands 18 können natürlich auch zwei getrennte Vergleicher verwendet werden, deren Bezugsspannungen
etwas unterschiedlich sind, so daß hinsicht-1 ich der Öffnung des Schalters der gewünschte Hystereseeffekt
erzielt wird.
Der Verbindungspunkt 17 ist außerdem an die eine Eingangsklemme eines weiteren Vergleichers 19 angeschlossen, dessen
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.Λ
andere Eingangsklemme mit einer Bezugsspannung Uref beaufschlagt
wird. Der Vergleicher 19 hat zwei verschiedene Ausgangsklemmen 20 bzw. 21, die jeweils mit einen Freigabeeingang
22 bzw. 23 zweier Zähler 24 bzw. 25 verbunden sind. Die Zähleingänge 26 bzw. 27 dieser beiden Zähler 24, 25
sind mit einem Taktgeber 28 verbunden.
Der Zähler 25 hat eine Ausgangsklemme 29, an welcher ein Ausgangssignal erscheint, wenn eine bestimmte Summe gezählter
Impulse des Taktgebers 28 erreicht ist. Dieses Ausgangssignal wird Sperreingängen der Zähler zugeführt,
so daß diese aufhören, vorwärts zu zählen. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das genannte Ausgangssignal
einem zwischen dem Taktgeber 28 und den Preigabeeingängen 26, 27 der Zähler angeordneten Gatter zuzuleiten.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Ausgehend vom Ruhezustand, beginnt der Kondensator 12 sich über den NTC-Widerstand 10 und den Pestwiderstand 11 aufzuladen.
Wenn die Spannung am Kondensator einen Wert erreicht, welcher der Bezugsspannung am Vergleicher 13 entspricht,
läßt dessen Ausgang den Schalter 16 schließen. Dann beginnt der Kondensator 12 sich über den Festwiderstand 11 und den
Schalter 16 zu entladen. Gleichzeitig bewirkt der Widerstand 18, daß die Bezugsspannung abgesenkt und dadurch der
erwähnte Hystereseeffekt erreicht wird, so daß der Schalter bei einer Spannung öffnet, die niedriger ist als die Spannung,
bei welcher er schließt. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit hat sich der Kondensator soweit entladen, daß seine
Spannung unter die Bezugsspannung am Vergleicher 13 abgesunken
ist. Nunmehr öffnet der Schalter 16 wieder und läßt den Kondensator 12 erneut aufladen.
Die Spannung U1 im Verbindungspunkt 17 ist somit angenähert
eine Rechteckwelle, die zwischen Null und einem positiven Spannungswert abwechselt, der durch die elektrischen Werte
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der Komponenten der Schaltung bestimmt wird. Die Spannung
Ui ist, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Funktion der Zeit. Da
R *c (R + Rt), ist die Zeitspanne t-j, während welcher die
Spannung im Verbindungspunkt 17 Null ist, kurzer als die Zeitspanne t2, während der die Spannung einen höheren Wert
hat.
Die im Verbindungspunkt 17 auftretende Rechteckspannung wird dem Vergleicher 19 zugeleitet, der an der Ausgangsklemme
20 ein Signal erzeugt, wenn U1 ^ Uref ^8* λΧΏ& an
der Ausgangsklemme 21 ein Signal erzeugt, wenn U1 7>- Uref
ist. Im erstgenannten Fall bekommt der Zähler 24 ein Frei— gabesignal am Freigabeeingang 22, welches den Zähler 24
beginnen läßt, in Phase mit dem Taktgeber 28 dessen Impulse zu zählen. Im letztgenannten Fall findet der Zählvorgang
im Zähler 25 statt.
Während des abwechselnden Ladens und Entladens des Kondensators 12 zählen die Zähler 24 und 25 abwechselnd, und das
Verhältnis zwischen der Summe N1 im Zähler 24 und der Summe
Np im Zähler 25 ist dabei ein Maß für das Verhältnis zwischen
den Zeitintervallen t- und t2. Da diese Zeitintervalle bestimmt
werden durch die während des Ladens bzw. Entladens wirksame RC-Konstante des Kondensators,ergibt sich folgende
Gleichung:
N-|/N2 = t-,/t2 = RC/(R + Rj)C . (1)
emnach ist:
= R/(R + H1) . (2)
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der ZählVorgang
beendet wird, wenn die Summe N2 im Zähler 25 einen vorbe
stimmten Wert erreicht hat, gilt
N1 = c - R/(R + H1) (3)
wobei c eine Konstante ist.
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Bei einem NTC-Widerstand stellt der gemessene Widerstand eine Funktion der Temperatur nach folgender allgemeiner
Gleichung dar:
E1 = a . e <*/T>
(4)
wobei a und k Konstanten sind.
Die Punktionen (3) und (4) haben die in Pig. 3a bzw. Fig.
3b dargestellte allgemeine Form. Wenn die Funktion T = f (N-)
unter Beachtung der Darstellungen nach Fig. 3a und Fig. 3b aufgezeichnet wird, ergibt sich eine Kurve gemäß
Fig. 3c. Wie dort gezeigt, besteht innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs (T- - Tp) eine angenähert lineare
Beziehung zwischen der Temperatur T des NTC-Widerstands und der Summe N im Zähler 24. Durch geeignete Dimensionierung
des Widerstands 11 und eine geeignete Auswahl des NTC-Widerstands kann eine sehr gute Linearität erreicht werden. Auf
diese Weise läßt sich z.B. eine maximale Abweichung von ί 20C innerhalb des Temperaturbereichs von 35 - 10O0C erreichen,
was für praktische Zwecke mehr als ausreichend ist.
Um den gewünschten Grad von Linearität zu bekommen, sollte wenigstens der Zähler 25 nicht von Null an zu zählen beginnen,
sondern von einem bestimmten Wert an, der in geeigneter Weise ausgewählt wird. Dieser vorzugebende Wert hängt im
wesentlichen von dem Intervall ab, innerhalb dessen die Linearität maximiert werden soll, und hängt weiterhin auch von
den verschiedenen Bestandteilen, insbesondere dem Festwiderstand 11 und dem NTC-Widerstand 10 ab.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches eine noch bessere Linearität zwischen N- und T ermöglicht, weil hier parallel
zum NTC-Widerstand ein Festwiderstand 30 mit geeignetem Widerstandsbeiwert geschaltet ist.
Wie oben erwähnt, bestimmt sich die Dauer der Messung nach der Zeitspanne, die der Zähler braucht, um einen bestimmten Maximal-
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wert zu erreichen. Dieser *7ert wird so gewählt, daß die
Zähler während mehrerer Zeitintervalle t- bzw. tp mit Impulsen
des Taktgebers 28 gespeist werden. Auf diese Weise wird eine gute Genauigkeit selbst in solchen Fällen erhalten,
wo die Impulsfrequenz des Taktgebers niedrig ist im Verhältnis zum Lade- und Entladezyklus des Kondensators.
Nach dem Abbruch der Messung werden die Zähler 24, 25 in bekannter Weise wieder, zurückgestellt oder voreingestellt,
woraufhin der Vorgang wiederholt werden kann.
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eerse
it
Claims (6)
1. Verfahren zum Messen einer Temperatur unter Ausnutzung
der temperaturabhängigen Widerstandskennlinie eines NTC-Widerstands, wobei über einen Stromkreis, der den
NTC-Widerstand einschließt, ein Kondensator aufgeladen wird, nach Erreichen einer bestimmten ersten Spannung
am Kondensator dieser über einen ersten Pestwiderstand
bis zum Erreichen einer bestimmten zweiten Spannung entladen wird, und die Temperatur aus dem Verhältnis
zwischen der Zeitdauer einerseits des Lade- und andererseits des Entladevorgangs ermittelt wird, dadurch
gekennzeichnet , daß der erste Pestwiderstand derart in Reihe mit dem NTC-Widerstand geschaltet
wird, daß der Strom während des Ladens des Kondensators über diese beiden Widerstände fließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß ein zweiter Festwiderstand
parallel zum NTC-Widerstand geschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils getrennt voneinander während des Ladens und während des Entladens des
Kondensators Taktimpulse eines Taktgebers gezählt werden und diese Summen der Taktimpulse über mehrere Lade- bzw.
Entladevorgänge hinweg akkumuliert werden, bis die während eines der beiden Vorgänge summierten und akkumulierten
Taktimpulse eine bestimmte Höchstzahl erreichen, wobei dann die während des anderen Vorgangs summierten und
akkumulierten Taktimpulse ein Maß für die Temperatur des NTC-Widerstands sind.
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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet
, daß das Zählen der Taktimpulse abgebrochen wird, wenn deren während der Ladevorgange
akkumulierte Zahl einen bestimmten Grenzwert erreicht hat.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer
Akkumulation von Taktimpulsen bei einem von Null unterschiedlichen Wert zu zählen angefangen wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß ein Kondensator (12), ein Festwiderstand (11) und ein NTC-Widerstand (10) in Reihe geschaltet
sind und an der Verbindungsstelle (17) zwischen den beiden Widerständen (10, 11) sov/ohl eine bei einer
bestimmten maximalen Spannung am Kondensator (12) einschaltbare und bei einer bestimmten minimalen Spannung
abschaltbare Ableitung (16) für den Entladestrom als auch ein Spannungsabgriff angeschlossen sind, der mit
einer Einrichtung (19, 24, 25, 28) zum Messen der Zeitspannen der lade- und Entladevorgänge verbunden ist.
El W 313 / 20.12.1978 909827/0807
ORIGINAL INSPECTED
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| SE7714645A SE7714645L (sv) | 1977-12-22 | 1977-12-22 | Sett att meta temperatur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2855084A1 true DE2855084A1 (de) | 1979-07-05 |
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ID=20333294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19782855084 Pending DE2855084A1 (de) | 1977-12-22 | 1978-12-20 | Verfahren und vorrichtung zum messen einer temperatur |
Country Status (4)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE2855084A1 (de) |
| FR (1) | FR2412830A1 (de) |
| GB (1) | GB2011095A (de) |
| SE (1) | SE7714645L (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3830457A1 (de) * | 1988-09-08 | 1990-03-15 | Telefunken Electronic Gmbh | Temperatursensor |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3032091C2 (de) * | 1980-08-26 | 1986-09-04 | Elster AG, Meß- und Regeltechnik, 6700 Ludwigshafen | Vorrichtung zur elektrischen Wärmemengenmessung |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| US3620082A (en) * | 1970-03-13 | 1971-11-16 | Us Air Force | Digital thermometer |
| JPS5648835B2 (de) * | 1972-11-15 | 1981-11-18 |
-
1977
- 1977-12-22 SE SE7714645A patent/SE7714645L/xx unknown
-
1978
- 1978-12-15 GB GB7848664A patent/GB2011095A/en not_active Withdrawn
- 1978-12-20 FR FR7835818A patent/FR2412830A1/fr not_active Withdrawn
- 1978-12-20 DE DE19782855084 patent/DE2855084A1/de active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3830457A1 (de) * | 1988-09-08 | 1990-03-15 | Telefunken Electronic Gmbh | Temperatursensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE7714645L (sv) | 1979-06-23 |
| FR2412830A1 (fr) | 1979-07-20 |
| GB2011095A (en) | 1979-07-04 |
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