DE3016775C2 - Temperaturnachweissschaltung - Google Patents
TemperaturnachweissschaltungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturnachweisschaltung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine bekannte Temperaturnachweisschaltung dieser Art ist in F i g. 1 wiedergegeben. Die Temperatursensoreinheit
trägt das Bezugszeichen 14, die drei Anschlüsse die Bezugszeichen 1,2 und 3, der erste, zweite bzw. dritte
Leiter die Bezugszeichen 11,12 bzw. 13 und der temperaturempfindliche Widerstand das Bezugszeichen 10. Die
Referenzspannungsquelle ist mit 5 bezeichnet, der erste Widerstand mit 21, der zweite Widerstand mit 23 und
der dritte Widerstand 22. Die an dem bzw. zwischen den Widerständen abgegriffenen Spannungen werden bei
der bekannten Schaltung direkt einem Komparator 4 zugeführt, der diese beiden Spannungen auf Gleichheit
miteinander vergleicht, wobei der zweite Widerstand 23 veränderbar ist, so daß die Temperatur des temperaturempfindlichen
Widerstands 10, für die Gleichheit der Spannungen auftritt, veränderbar bzw. entsprechend
einstellbar ist. Auf diese Weise ist das Auftreten einer bestimmten Temperatur meßbar. Eine genaue Temperaturmessung
hat dabei zur Voraussetzung, daß der Einfluß der Widerstände der in der Brückenschaltung enthaltenen
Leiter der Temperatursensoreinheit 14 zumindest weitgehend eliminiert ist. Dies ist für untereinander
gleiche Leiterwiderstande der Temperatursensoreinheit dann der Fall, wenn der durch den temperaturempfindliehen
Widerstand und den ersten Widerstand fließende Strom einerseits und der durch den zweiten und dritten
Widerstand fließende Strom andererseits im abgeglichenen Zustand der Brücke einander gleich sind. Nun
erweist sich aber, daß ein als zweiter Widerstand zur Einstellung der Nachweistemperatur einzusetzender
veränderbarer Widerstand, der verschiedene Bedingungen wie niedrige Kosten, Genauigkeit, Linerarität usw.
gleichzeitig erfüllt, wertmäßig oftmals ca. eine Größenordnung kleiner ist als der temperaturempfindliche
Widerstand, so daß ein Abgleich der Brücke bei gleichen Strömen in den beiden Zweigen nicht möglich ist und
sich auch nur für einen ca. eine Größenordnung größeren Strom durch ihn eine Variationsbreite der an ihm
abgegriffenen Spannung ergibt, die der temperaturbedingten Variationsbreite der zwischen dem temperaturempfindlichen
Widerstand und dem ersten Widerstand abgegriffenen Spannung entspricht. Bei unterschiedli-
chen Strömen in den beiden Zweigen der Brückenschaltung heben sich die Spannungsabfälle an den Leiterwiderständen
aber nicht mehr weg.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Temperaturnachweisschaltung, bei welcher der Einfluß
der Leiter der Temperatursensoreinheit zumindest weitgehend eliminiert ist und dabei die Variationsbreiten
eines Widerstands zur Einstellung einer Nachweistemperatur i-nd des temperaturempfindlichen Widerstands
unabhängig voneinander sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperaturnachweisschaltung, wie sie in Anspruch 1
gekennzeichnet ist
Durch diese Ausbildung der Temperaturnachweisschaltung sind der Widerstand zur Einstellung der Nachweistempe;-<itur
und der temperaturempfindliche Widerstand in ihren Eigenschaften völlig entkoppelt, da der
veränderbare Widerstand zur Einstellung der Nachweistemperatur nicht mehr Teil der Brückenschaltung ist, wo
der zweite Widerstand als Festwiderstand nunmehr ohne Schwierigkeiten so gewählt werden kann, daß die in
den beiden Brückenzweigen fließenden Ströme von der gleichen Größenordnung bzw. für eine Referenztemperatur
exakt gleich sind. Der veränderbare Widerstand zur Einstellung einer Nachweistemperatur ist nunmehr in
einer zu der den temperaturempfindlichen Widerstand enthaltenden Brückenschaltung parallel geschalteten
Spannungsteilerschaltung enthalten, die im übrigen immer so gewählt werden kann, daß sich für jeden gewählten
veränderbaren Widerstand eine Variationsbreite der an ihm abgegriffenen Spannung ergibt, die derjenigen
des temperaturempfindüchen Widerstands entspricht Insbesondere können also ohne Auswirkung auf die
Kompensation der Einflüsse der Leiter der Temperatursensoreinheit als veränderbarer Widerstand auch Widerstände
eingesetzt werden, die hinsichtlich ihrer Widerstandswerte größenordnungsmäßig kleiner als der temperaturempfindliche
Widerstand sind.
Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
beschrieben. Auf dieser zeigt
F i g. 1 wie bereits erwähnt eine herkömmliche Temperaturnachweisschaltung, und
F i g. 2 eine Schaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Temperaturnachweisschaltung gemäß
der Erfindung.
F i g. 2 zeigt als eine Ausführungsform der Erfindung eine Temperaturnachweisschaltung, bei welcher eine
Dreileiter-Temperatursensoreinheit 100 mit einem ersten Leiter 111, einem zweiten Leiter 112 und einem dritten
Leiter 113 sowie einem temperaturempfindlichen Widerstand 110, beispielsweise einem Platin-Widerstandselement,
über einen ersten Anschluß 121, einen zweiten Anschluß 122 und einen dritten Anschluß 123 mit einer
zugeordneten Schaltung 101 lösbar verbunden ist Die drei Leiter 111, 112 und 113 haben untereinander den
gleichen Eigenwiderstandswert Re und sind mit dem temperaturempfindlichen Widerstand 110, der einen Eigenwiderstandswert Rx hat, verbunden. Der erste Anschluß 121 ist mit einem Spannungsanschluß 53 verbunden, an
den mittels einer Spannungsquelle 50 und einer dazu parallel liegenden Zener-Diode 51 eine Referenzspannung
gelegt ist. Der Anschluß 122 ist mit einem Widerstand 32 und einem Widerstand 33 verbunden. Der Anschluß 123
ist mit einem einen beweglichen Kontakt 201 aufweisenden veränderbaren Widerstand 37 und einem Widerstand
31 verbunden. Zwischen dem Anschluß 53 und einem Anschluß 54 ist eine Spannungsteilerschaltung GO
angeschlossen, die einen einen beweglichen Kontakt 203 aufweisenden veränderbaren Widerstand 34 zum
Einstellen einer Temperatur, einen Widerstand 35 und einen veränderbaren Widerstand 36 enthält.
Ein mit einer Spannungsquelle 55 verbundener Verstärker 40, Eingangswiderstände 41, 42 und 43 sowie ein
Rückkopplungswiderstand 44 bilden einen Addierer 45, der eine am beweglichen Kontakt 201 erscheinende
erste Spannung Vi, eine am gemeinsamen Punkt 202 der Widerstände 32 und 33 erscheinende zweite Spannung
V2 und eine am beweglichen Kontakt 203 des Widerstandes 34 erscheinende dritte Spannung V3 summiert Die
Widerstandswerte der Widerstände 41,42, 43 und 44 sind identisch. Der Addierer 45 ist so eingerichtet, daß er
eine Ausgangsspanung Vou, gemäß folgender Gleichung
V0111 --Vi+ V2 + V3 (1)
erzeugt
Der veränderbare Widerstand 37 ist zur Kompensation eines Offsets des Verstärkers 40 und von Abweichungen
der Spannungsquelle oder der Widerstände vorgesehen. Daher muß, nachdem der veränderbare Widerstand
37 beim Zusammensetzen der Schaltung 101 einmal eingestellt worden ist, dieser nicht für jeden Temperaturnachweis
erneut eingestellt werden.
Die einzelnen Widerstandswerte der Widerstände 31, 32 und 33 werden so bestimmt, daß, wenn der Widerstand
110 eine Referenztemperatur abfühlt, ein durch den Widerstand 110, den Leiter 113 und die Widerstände
37 und 31 fließender Strom /1 gleich einem durch den Leiter 112 und die Widerstände 32 und 33 fließenden Strom
I2 ist. Wenn der Strom /1 gleich dem Strom I2 ist, ist ein an dem Leiter 113 entstehender Spannungsabfall Rc- /1
gleich einem am Leiter 112 entstehenden Spannungsabfall Rc- I2, so daß sich die Spannungsabfälle über den
Leitern 113 und 112 gegenseitig wegheben und vernachlässigt werden können, da die erste Spannung Vi und die
zweite Spannung V2, wie in der oben erwähnten Gleichung (1) gezeigt, als Eingangsspannung (— V, + V2) auf den
Addierer 45 gegeben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist bei der Referenztemperatur der Widerstandswert des Widerstandes
32 im wesentlichen gleich dem Widerstandswert des Widerstandes 110, und der Widerstandswert des
Widerstandes 31 ist im wesentlichen gleich dem Widerstandswert des Widerstandes 33. Ferner sind die Widerstandswerte
der Widerstände 31 und 33 viel größer als die Widerstandswerte der Widerstände 110 und 32.
Dementsprechend ist, selbst wenn die durch den Widerstand 110 abgefühlte Temperatur über einen bestimmten
Temperaturbereich variiert, eine Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes 110 viel kleiner als der
Widerstandswert des Widerstandes 31, so daß die durch eine Änderung des Widerstandswertes Rx erzeugte
Differenz zwischen den Strömen /, und I2 in ihrer Bedeutung als Fehler für die Temperaturnachweisschaltung
vernachlässigt werden kann.
Die Spannungsteilerschaltung 60 ist so ausgelegt, daß die der maximalen Änderung des Widerstandswertes Rx
des Widerstandes 110 entsprechende maximale Änderung der ersten Spannung Vl gleich der maximalen Änderung
der dritten Spannung V3 ist, was heißt, daß eine Änderung J Vx der Spannung V, gleich einer Änderung JV3
der Spannung V3 gemacht werden kann. Die Widerstandswerte der Widerstände 35 und 36 werden also so
bestimmt, daß der durch den Widerstand 34 fließende Strom /3 eine der folgenden Gleichung genügende
ίο Spannung V3 liefert:
Vom = - ViO + V2 + V30 = 0 (2)
wobei Vou, die Ausgangsspannung des Verstärkers 40 ist, Vi0 die Spannung Vi dargestellt, die erscheint, wenn
!5 durch den Widerstand 110 die Referenztemperatur, beispielsweise 00C, bei der sein Widerstandswert Rx = Rx0
ist, abgefühlt wird, und V3o die Spannung V3 darstellt, wie sie erscheint, wenn der veränderbare Widerstand 34
auf eine der durch den Widerstand 110 abgefühlten Referenztemperatur entsprechende Referenztemperaturstellung
eingestellt ist.
Bauteile, die in der Schaltung der F i g. 2 verwendet werden können und obige Gleichungen (1) und (2) erfüllen,
sind die folgenden. Es ist zu beachten, daß die einzelnen unten aufgelisteten Widerstandswerte allein als Beispiel
gedacht sind und sich die Erfindung nicht darauf beschränkt:
Widerstandswert Rx(InOhm): 100bei 00C,60bei -100°C, 139bei +1000C
Widerstandswert des Widerstandes 32 = 100 Ohm
Widerstandswert des Widerstandes 31 «6 Kiloohm
Widerstandswert des Widerstandes 33 «6 Kiloohm
Widerstandswert des Widerstandes 34 =20 Ohm (max.)
Widerstandswert des Widerstandes 35 «2 Kiloohm
Widerstandswert des Widerstandes 36 = 500 Ohm (max.)
Wenn der Widerstand 34 auf eine einer gewünschten Nachweistemperatur f°C entsprechende Stellung
eingestellt ist, gilt also die folgende Gleichung für die Spannung V3:
V3 = V-o + JV3 (3)
Ferner gilt, wenn der temperaturempfindliche Widerstand 110 die Temperatur i°C abfühlt und der Widerstandswert
Rx zu Rx, wird, die folgende Gleichung für die Spannung Vl:
V1 = V10 + JV, (4)
Wie oben beschrieben, ist mittels der Schaltung 60 die Änderung JV3 gleich der Änderung JVi gemacht, so
daß die obige Gleichung (1) folgendermaßen umgeschrieben werden kann:
Voul (V10 + JV1) +V2 + (V30 + JV3) = - V10 + V2 + V30 = 0 (5)
Die Ausgangsspannung Vou, (= 0) des Verstärkers 40 kann auf eine weitere (nicht gezeigte) geeignete zugehörige
Schaltung gegeben werden, damit angezeigt wird, daß die durch den Widerstand 34 eingestellte Temperatur
gleich der durch den Widerstand 110 abgefühlten Temperatur ist
Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die Schaltung der F i g. 2 durch eine bloße Einstellung des veränderbaren
Widerstands 34 einen Temperaturnachweis ergibt, der unabhängig sowohl von den Eigenwiderständen der
Leiter der Temperatursensoreinheit 100 als auch der Differenz zwischen den maximalen Widerstandswerten der
Widerstände 110 und 34 ist. Gemäß vorliegender Ausführungsform ist der Anschluß 121 mit einer unabhängigen
Spannungsquelle, die von der Spannungsquelle des Addierers 45 verschieden ist, verbunden, so daß die Genauigkeit
des Temperaturnachweises durch die Schaltung der F i g. 2 sehr stabil ist. Der veränderbare Widerstand (34)
zum Einstellen einer Nachweistemperatur kann jeder herkömmliche veränderbare Widerstand sein, dessen
Widerstandswert unter demjenigen des temperaturempfindlichen Widerstandes liegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Temperaturnachweisschaltung mit einer Dreileiter-Temperatursensoreinheit, weiche drei Anschlüsse
aufweist, wobei der erste Anschluß über einen ersten Leiter mit dem einen Ende eines temperaturempfindlichen
Widerstands, der zweite Anschluß über einen zweiten Leiter mit dem gleichen Ende des temperaturempfindlichen
Widerstands und der dritte Anschluß über einen dritten Leiter mit dem anderen Ende des
temperaturempfindlichen Widerstands verbunden ist, mit einer Referenzspannungsquelle, deren einer Spannungsanschluß
mit mit dem ersten Anschluß und deren zweiter Spannungsanschluß über einen ersten
Widerstand mit dem dritten Anschluß verbunden ist, mit einem zweiten und einem dritten Widerstand,
welche zwischen dem zweiten Spannungsanschluß und dem zweiten Anschluß in Reihe geschaltet sind,
wobei eine Spannung zwischen dem zweiten und dritten Widerstand und eine weitere Spannung am ersten
Widerstand abgegriffen wird und die Spannungen einem auf den Unterschied der beiden Spannungen
ansprechenden Element zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und
dritte Widerstand (31,37; 32; 33) so gewählt sind, daß der durch den zweiten Leiter (112) fließende Strom (I2)
und der durch den dritten Leiter (113) fließende Strom (It) im wesentlichen einander gleich sind, daß eine
einen veränderbaren Widerstand (34) aufweisende Spannungsteilerschaltung (60) zwischen den Spannungsanschlüssen der Referenzspannungsquelle (50) vorgesehen ist, und daß das auf den Unterschied der beiden
Spannungen ansprechende Element als summierende Verstärkungseinrichtung (45) ausgebildet ist, welche
neben der zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand abgegriffenen Spannung (V2) und der am
ersten Widerstand abgegriffenen Spannung (V1) die am veränderbaren Widerstand (34) abgegriffene Spannung
erhält und die Summe aus der am veränderbaren Widerstand (34) abgegriffenen Spannung (Vi), der
zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand abgegriffenen Spannung (V2) und dem negativen der am
ersten Widerstand abgegriffenen Spannung (Vi) bildet, wobei die Spannungsteilerschaltung so ausgelegt ist,
daß die Variationsbreite der am veränderbaren Widerstand abgegriffenen Spannung entsprechend der durch
die Widerstandsvariationsbreite des temperaturempfindlichen Widerstands (110) gegebenen Variationsbreite
der am ersten Widerstand abgegriffenen Spannung gemacht werden kann.
2. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Widerstandwert
des veränderbaren Widerstands (34) kleiner als derjenige des temperaturempfindlichen Widerstands
(HO) ist
3. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare
Widerstand (34) so einstellbar ist, daß die an ihm abgegriffene Spannung (V3) zusammen mit der am ersten
Widerstand (31,37) abgegriffenen Spannung (V1 ) und der zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand
(32; 33) abgegriffenen Spannung (V2) eine Null-Ausgangsspannung an der summierenden Verstärkungseinrichtung
(45) erzeugt.
4. Temperaturnachweisschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Referenzspannungsquelle (50) von einer mit der summierenden Verstärkungseinrichtung (45) verbundenen
Spannungsquelle (55) unabhängig ist.
5. Temperaturnachweisschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Widerstand (3i, 37) den gleichen Widerstandswert wie der dritte Widerstand (33) hat, daß der
zweite Widerstand (32) einen Widerstandswert hat, der gleich dem Widerstandswert des temperaturempfindlichen
Widerstands (110) bei Referenztemperatur ist, und daß die Widerstandswerte des ersten und des
dritten Widerstands größer als diejenigen des temperaturempfindlichen und des zweiten Widerstands sind.
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