DE3038834A1

DE3038834A1 - Electronic correction instrument for thermoelement - operates continuously by subtracting function of time, temp. and thermo-wire dia.

Info

Publication number: DE3038834A1
Application number: DE19803038834
Authority: DE
Inventors: László von Dipl.-Phys. 4190 Kleve Körtvélyessy
Original assignee: Kortvelyessy laszlo Von dipl-Phys
Current assignee: Kortvelyessy laszlo Von dipl-Phys
Priority date: 1980-10-15
Filing date: 1980-10-15
Publication date: 1982-05-27

Abstract

The instrument for processing the signal of a thermoelement is placed at least partially in the thermoelement head or electrically connected to the thermowires directly or indirectly. The thermoelement signal rather than its material is continuously corrected electronically. The instrument corrects the thermoelement signal to a compensated value by subtracting from it the correction factor which is a function of time, temp. and the dia. of the thermowire. The correction factor is composed of identically measured constants for thermoelements which have been mass-produced, i.e. made from a single drawing. The correction factor temp. variable is obtained from the signal of the thermoelement whose signal is to be corrected. The correction instrument can also be used with resistance thermometers.

Description

4. Instrument nach Patentanspruch 1 definiert dadurch gekennzeichnet, daß es mit den Thermodrähten(an mit Stelle von Ausgleichsleitungendünneren und/oder biegsamen oder aber gleich dicken Thermodrähten aus der gleichen Fertigung verbunden Korrigiertes Thermoelement Zweck dieser Erfindung ist die Verbesserung der Temperaturmecsuno, die mit neuen korrigierten Thermoelementen genau durchgeführt werden kann. Das hier empfohlene Korrektur-Instrument kann auch bei Widerstands-Thermometern verwendet werden.4. Instrument according to claim 1, characterized in that that it is connected to the thermal wires (instead of thinner compensating lines and / or flexible or equally thick thermal wires from the same production Corrected Thermocouple purpose of this invention is to improve the temperature mecsuno, which can be performed accurately with new corrected thermocouples. This one Recommended correction instrument can also be used with resistance thermometers will.

Bisher wurde die Thermospannung im Thermoelement nicht korrigiert. Ihre Abweichung von der Norm (z-. B. von DIN 43710) in Höhe von z. B. + 0,75. % wurde als Meßunsicherheit hingenommen. Es war also möglich, daß zwei neue Thermoelemente die gleiche Temperatur als 990 °C bzw. 1005 E anzeigten, sogar mit dem gleichen Instrument abgelesen. Mit der Alterung wurde diese Meßunsicherheit zunehmend größer.So far, the thermal voltage in the thermocouple has not been corrected. Your deviation from the standard (e.g. from DIN 43710) in the amount of z. B. + 0.75. % was accepted as a measurement uncertainty. So it was possible that two new thermocouples indicated the same temperature as 990 ° C and 1005 E, even with the same Instrument read. With aging, this measurement uncertainty became increasingly greater.

Die neuen Wärmebehandlungen fordern aber gerade eine zunehmende kleinere Meßunsicherheit. DieSrversuchte man mit noch größerer einheit bei der Thermoelement-Herstellung zu erreichen. Mit 99,99 gu als Thermodraht - und mit 99,7 % als Keramik - wurde aber eine Grenze erreicht, die wirtschaftlich kaum überschritten werden kann, dabei wurde die Thermoelement-Toleranz im Neuzustand nur bis auf 0,25 - 0,4 % heruntergedrückt.The new heat treatments, however, require an increasingly smaller one Measurement uncertainty. An attempt was made to use an even larger unit in thermocouple manufacture to reach. With 99.99 gu as thermal wire - and with 99.7% as ceramic - was but reached a limit that can hardly be exceeded economically the thermocouple tolerance was only reduced to 0.25-0.4% when new.

Um wenigstens diese Toleranz nicht stark zu verschlechtern, wurden die gealterten Thermoelemente schon nach kurzer Einsatzdauer ausgetauscht, z. B.In order not to worsen this tolerance too much, at least the aged thermocouples exchanged after a short period of use, e.g. B.

in einer Glashütte nach jeder zweiten Woche. Es wurden also anstatt durch-diffunoierte Thermodrähte immer wieder frische, reine Thermodrähte genommen.in a glassworks after every other week. So instead of through-diffused thermal wires fresh, pure thermal wires are taken again and again.

Oft wurde das eingesetzte Schutzrohr auch weggeworfen.The protective tube used was often thrown away.

Wir können hier beide bekannten Lösungen als "Material-Korrektur des Thermoelements nennen, weil der Meßfehler in beiden Fällen durch Änderung des Thermoelementmaterials korrigiert wird.We can use both known solutions as "material correction of the Call thermocouples because the measurement error in both cases is due to a change in the thermocouple material is corrected.

Trotz hoher Kosten dieser "Material-Korrektur" leidet die Reproduzierbarkeit des zu regelnden Prozeß erheblic" Nach dem Austausch des Thermoelements wird der Regler zwar die gleiche Temperatur anzeigen, aber in Wirklichkeit wird die Temperatur verschoben, und zwar mit der Summe der Drift und des Herstellungsunterschiedsl mit etwa 0,5-3 %.Despite the high costs of this "material correction", the reproducibility suffers of the process to be controlled " After replacing the thermocouple the controller will display the same temperature, but in reality it will shifted the temperature, with the sum of the drift and the manufacturing difference with about 0.5-3%.

Die Grundidee dieser Erfindung liegt in der ständigen automatischen elektronischen Korrektur des Thermoelements. Nicht das Material sondern das Siqnal wird korrigiert, nicht nur in Zeitabständen sondern kontiruierlich.The basic idea of this invention lies in the continuous automatic electronic correction of the thermocouple. Not the material but the symbol is corrected, not only at intervals but continuously.

Wenn die Thermospannung mit E, die Normspannung mit EN und die Korrektur mit K gekürzt wird, gibt: N = E + K.If the thermal voltage with E, the standard voltage with EN and the correction is abbreviated with K, gives: N = E + K.

Dieses Thermoelement wird also immer die Normspannung E4 oder im allgemeinen das Normsignal (z. 8. Digitalsignal) geben.This thermocouple is always the standard voltage E4 or in general give the standard signal (e.g. 8th digital signal).

Um immer das Normsignal zu bekommen, müssen wir den C-WerG messen und den K-Wert erfindungsgemäß generieren. Dazu wird ein KoSektur-Instrument mit der folgenden Funktion hergestellt: wobei KZ am Anfang gleich Null ist.In order to always get the standard signal, we have to measure the C-WerG and generate the K-value according to the invention. For this purpose, a KoSektur instrument is produced with the following function: where KZ at the beginning equals zero.

Die Ko-Funktion ist nach der Lehre dieser Erfindung für eine hohe Zahl der hergestellten Thermoelemente auf + 0,02 % genau identisch: K = -F (T) wobei F(T) die temperaturabhängige Abweichung von Norm im Neuzustand ist. Das andere Glied: Es ist für jedes, Thermopaar (z. H. für da PtRh-Pt (DIN)-Thermopaar) definierbar, wobei k, q und h temperaturabhängige Funktionen sind, d eine Thermodraht-Durchmesserabhängige Funktion, Z die korrigierte Zeitfunktion ist.According to the teaching of this invention, the co-function is exactly identical to + 0.02% for a large number of the thermocouples produced: K = -F (T) where F (T) is the temperature-dependent deviation from the standard when new. The other link: It can be defined for each thermocouple (e.g. for the PtRh-Pt (DIN) thermocouple), where k, q and h are temperature-dependent functions, d is a thermocouple-diameter-dependent function, and Z is the corrected time function.

Eine wesentliche Aussage dieser Erfindung liegt darin, daß die KZ-Funktion nicht von der Gasqualität, vom Druck, von Erschütterungen und von zahlreichen anderen Faktoren beim Einsatz abhängt, sondern nur von den oben aufgezählten 3 Variablen. Davon steht der Thermodrahtdurchm sser von dem Einsatz schon fest. Die Einsatzdauer ist mit einer Quarzuhr sehr genau meßbar und die Temperatur ist gerade die Variable, die mit Hilfe der Thermospannung meßbar wird.An essential statement of this invention is that the KZ function not of gas quality, pressure, vibrations and numerous others Factors in use depends, but only on the 3 variables listed above. The thermal wire diameter of the insert has already been determined. The duration of use can be measured very precisely with a quartz watch and the temperature is just that Variable, which can be measured with the help of the thermal voltage.

Dadurch ist es möglich, das Korrektur-Instrument in den Thermoelement-Kopf direkt einzubauen oder mit dem Thermoelement während des Einsatzes fest zu verdrahten.This makes it possible to place the correction instrument in the thermocouple head to be installed directly or to be permanently wired to the thermocouple during use.

Diese Korrektur-Anlage bekommt also alle nötigen Informationen vom Thermoelement selbst; sie ist vom h Thermoelement-Hersteller programmierbar, völlig unabhängig davon wo, bei welcher Temperatur und wie lange das Thermoelement später eingesetzt wird. Kein Anschluß z. B. eines Gasanalysators ist notwendig. Die Korrekturanlage kann mit dem Thermoelement schon vor dem Einsatz eine funktionsfähige Einheit bilden.This correction system receives all the necessary information from Thermocouple itself; it is fully programmable by the h thermocouple manufacturer regardless of where, at what temperature and how long the thermocouple later is used. No connection z. B. a gas analyzer is necessary. The correction system can form a functional unit with the thermocouple before use.

Nach den Messungen des Erfinders ist die t-Funktion quadratisch, die k-, h-, d- - und Z-Funktionen sind Exponential-Funktionen, dessen in einem Probebetrieb mit der Methode der kleinsten Fehlerouadraten (Gauss) leicht festzustellen sind.According to the inventor's measurements, the t-function is quadratic, the k-, h-, d- and Z-functions are exponential functions, its can be easily determined in a trial run using the method of the smallest error squares (Gauss).

Es ist auch möglich, diese aus dem Buch des Erfinders (Thermoelement Praxis 1981 Vulkan) zu entnehmen.It is also possible to do this from the book of the inventor (Thermoelement Praxis 1981 Vulkan).

Es ist auch denkbar, daß andere Funktionen die K Funktion bilden konnttaber auch diese werden -nach Lehre dieser Erfindung- bei einem z. 8.It is also conceivable that other Functions could form the K function but also these are - according to the teaching of this invention - in a z. 8th.

Platin (DIN)-Thermoelement nur von dem Thermodrahtdurchmesser, Temperatur und Einsatzzeit abhängen, sind also vor dem Einsatz programmierbar.Platinum (DIN) thermocouple only from the thermal wire diameter, temperature and time of use, so they can be programmed before use.

Beim Widerstandsthermometer gilt die gleiche i'-Funktior;, wie beim PtRh-Pt-Thermopaar.The same i'function applies to the resistance thermometer as to the PtRh-Pt thermocouple.

Unter einem Thermoelement werden in dieser Erfindung im wesentlichen zwei oder mehrere Thermodrähte verstanden, die miteinander im elektrischen Kontakt stehen und meist in ein Schutzrohr (oder in mehrere Schuzrohren) voneinander elektrisch isoliert eingebaut sind, wsbei die Thermospannung lieferden Enden der Thermodrähten meist in einem Anschlußkopf untergebracht sind.Under a thermocouple in this invention are essentially two or more thermocouple wires understood to be in electrical contact with one another and usually in a protective tube (or in several protective tubes) electrically from one another are installed insulated, with the thermoelectric voltage supplying the ends of the thermocouple wires are usually housed in a connection head.

Das Wesentliche ein@@ erfindungsgemäß kotrig@@rten Thermoelements liegt also nicht in dem Thermoelement -das seit 150 Jahren bekannt ist- sondern in dem Korrekturinstrument, das evt. im Thermoelement-Anschlußkopf Platz nimmt oder im allgemeinen das Signal des Thermoelements mit Hilfe einer Temperatur-Zeit-Funktion auf Normwert korrigieren kann, wobei die Konstanten dieser Korrekturfunktion bei einer ,Erienfertigung von Thermoelementen gleich sind. Es kann also da erfindungsgemäße Instrument auch als Bestandteil des Thermoelements mitverkauft werden oder aber einen Teil des Prozeßrechners bilden.The essentials of a @@ kotrig @@ rten thermocouple according to the invention is therefore not in the thermocouple - which has been known for 150 years - but in the correction instrument, which may take place in the thermocouple connection head or generally the signal of the thermocouple with the help of a temperature-time function can correct to the normal value, the constants of this correction function at one, serial production of thermocouples are the same. So it can be there according to the invention Instrument can also be sold as part of the thermocouple or else form part of the process computer.

Unter Serienfertigung wird hier die Herstellung von mehreren Tharmselementen bei Vnrwendung von Thermodrähten aus einer Lishung verstanden.The production of several arm elements is under series production here understood when using thermal wires from a Lishung.

Unter Normwert wird hier die Thermospannungs-Tabelle in DIN 47 710 oder in einer Haus- oder Gerätenorm verstanden.The thermal voltage table in DIN 47 710 is the standard value here or understood in a house or device standard.

Als Beweis für die Korrigierbarkeit der Thermospannung mit einer Zeit-Temperatur-Funktion wird die Kz-Funktion für 3,26 mm dicke Nickelchrom-Nickelaluminium (K) -Thermodrähte in Fig. 1 gezeigt. Die Alterung(in Kelvin gemessen)wird mit den Geraden der KZ-Potenzfunktion erfaßt.As proof that the thermoelectric voltage can be corrected with a time-temperature function becomes the Kz function for 3.26 mm thick nickel-chromium-nickel-aluminum (K) thermal wires shown in fig. The aging (measured in Kelvin) is represented by the straight lines of the concentration power function recorded.

Claims

Claims: instrument for processing the signal from the thermocouple, which takes place at least partly in the head of the thermocouple or on the thermocouple wires is directly or indirectly electrically connectable or in general that the Can process the signal from the thermocouple e t that this instrument corrects the signal of the thermocouple E to the standard value E. (with the equation EN = E + where the correction function K is a time-temperature-thermal wire diameter function and with a series production of the thermocouples (from a thermal wire drawing) is compiled with the help of the same measurable constants

2. Instrument according to claim 1, characterized in that the in this The instrument's built-in correction function can operate its temperature variable the signal that thermocouple wins whose signal it uses for correction is

3. Instrument according to claim 1 thereby defined gakenrlzeicnnet that the correction function K has the following form: where the F (T) function is purely temperature-dependent and the manufacturing deviation from the norm, k, q and h are also purely temperature-dependent functions, d is only dependent on the thermal wire diameter, Z -only on the duration of use. 1 <, d, h and Z are purely exponential functions, q a quadratic function, the constants of which in a trial run for each thermowire material using the Gaussian method or the least squares or from the book "Körtvlyessy: Thermselement Praxis (Vulkan 1981) "are to be determined