DE3200353A1 - Verfahren und schaltungsanordnung, insbesondere zur temperaturmessung - Google Patents

Description

• Verfahren und Schaltungsanolanung, insbesondere zur Temperaturmessung Anwendungsgebiet .-r Erfindung Die Erfindung gestattet die Messung insbesondere der Temperatur mit hoher Genauigkeit in einem großen Variationsbereich. Sie ist einsetzbar überall dort, wo Temperaturen über einen Fühler, dessen Ausgangsgröße sich letztlich als elektrische Spannung darstellen läßt, erfaßbar sind und die Meßergebnisse digital verarbeitet bzw. angezeigt werden sollen.
• Als Beispiel seien die Einsatzgebiete in der Medizin, der Prozeßmeßtechnik bis hin zu der automatisierten Verfahrenstechnik genannt. Darüber hinaus ist durch den Einsatz geeigneter Fühler auch die hochgenaue Ermittlung von im Wertebereich stark variierenden anderen technischphysikalischen Größen möglich und zweckmäßigv Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Nach DE OS 2910608 ist ein Meßgerät für Temperaturmessungen bekannt, bei dem eine parallele Anordnung der Temperaturmeßwiderstände, an die über parallele Schalter eine Konstantstromquelle geachaltet wird, benutzt wird. Nachteile dieser Lösung sind, daß durch die parallele Anordnung Stromdifferenzen auftreten können, daß eine Konstantstromquelle erforderlich ist und daß keine selbsttätige Offset- und Driftkorrektur vorgesehen bzw. möglich ist.
• Weiterhin ist nach DE OS 24 52 746 ein Verfahren zur Auswertung von Temperaturmessungen bekannt, bei dem in einem ersten Schritt bei kurzgeschlossenem Eingang ein am Ausgang eines AD-MWandlers auftretender Driftwert ermittelt wird, in einem zweiten Schritt die Meßspannung eines Thermoelementes analogdigital gewandelt wird und daß in einem dritten Schritt die Brückenspannung einer Brücke mit Widerstandsthertnometer und Konstantstromapeisung digitalisiert wird, wobei im zweiten und dritten Schritt eine Linearisierung erforderlich ist. Nachteile sind hierbei, daß keine vollständige Offset- und DriSterfassung vorgenommen wird, daß das Widerstandsthermometer in einer Brückenschaltung arbeitet, daß eine Konstantstromquelle erforderlich ist und daß eine Linearisierung durchgeführt werden muß.
• Das des weiteren in DE 052617012 beschriebene Verfahren zur Auswertung von Temperaturmessungen baut in seinen Grundzügen auf DE OS 24 52 746 auf und entspricht im wesentlichen der hierzu getroffenen Charakteristik.
• Ziel der Erfindung Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Verfahren mit einer zugehörigen Schaltungsanordnung anzugeben, das gestattet, insbesondere die Temperatur bei Vermeidung der Nachteile bekannter Lösungen über einen weiten Wertebereich genau zu ermitteln und. das Ergebnis digital anzuzeigen bzw. weiterzuverarbeiten. Dabei ist es weiterhin Ziel, die Ermittlung der Meßwerte ohne weiteren Abgleichaufwand durchzufuh'ren sowie die auf die Meßwertermittlung störenden Einflüsse, wie beispiel3weise Offset-, Drift-und Bauelementealterung, weitestgehend zu vermeiden.
• Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltur, sanordnung zu schafen, mit deren Hilfe unter Verwendung an sich bekannter Baugruppen es möglich ist, insbesondere die Temperatur genau zu ermitteln.
• Erfindunsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einem Mikrorechner gesteuerten Schalter eine Reihenschaltung, gebildet aus einem Vorwiderstand, einem End-<derstand, einem auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler Ulla einem auf Umgebungstemperatur liegenden eßfühler, liegt.
• Die dren letztgenannten Schaltelemente sind in bekannter Weise mit einem Multiplexer verbunden, dessen Ausgang über einen Differenzverstärker auf einen Eingang eines Komparators arbeitet. Auf d.en anderen Eingang des Komparators arbeitet ein Integrator. Multiplexer und Integrator liegen ansteuermäßig am Mikrorechner, der des weiteren an den Ausgang des Komparators geschaltet ist.
• Der Mikrorechner ist mit einer Anzeige-Auswerteeinheit verbunden. Vom mikrorechnergesteuerten Schalter wird nun kurzzeitig eine für dieses Zeitintervall konstante Spannung an die Reihenschaltung gelegt. Sowohl während der Schließzeit des Schalters als auch bei geöffnetem Schalter wird vom Multiplexer nacheinander die Verbindung vom Endwertwiderstand und den beiden Meßfühlern zum Differenzverstärker hergestellt. Für jeden Fall eines durchgeschalteten Kultiplexeratores wird folgende Signalverarbeitung realisiert Von einem vom Mikrorechner vorgegebenen Zeitpunkt an beginnt der Integrator zu integrieren. Gleichzeitig beginnen Impulse in einen Zähler einzulaufen, Erreicht d.ie Integratorspannung an dem einen Eingang des Komparators den Pegel der aufgrund des jeweils durchgeschalteten Multiplexeratores am Ausgang des Differenzverstärkers am anderen Kompaxatoreingang anstehenden Spannung; so kippt der Komparator und beendet den Ipulszghlvorgang. Somit stehen für die-Offset-und Driftspannungen bzw. die durch das Anlegen d.er Spannung an die Reihenschaltung über den Endwertwiderstand und die Meßfühler entstehende Teilspannungen jeweils entsprechende Impulsanzahlen zur Verfügung. BrSindungsgemäß entstehen je Abfragezyklus durch Subtraktion der zueinander gehörenden Impulsanzahlen neue Impulsanzah len, die offset- und driftberreite Meßspannungen darstellen.
• Hat der Endwertwiderstand den Endwert des gewünschten Meßbereiches und ist sein Temperaturbeiwert bekannt, so ist durch Einbeziehung der am auf Umgebungstemperatur liegenden Meßfühler anstehenden Spannung der vom auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler erreichbare Endwiderstand als korrigierte Impulsanzahl bekannt. Normiert man die einem Meßwert entsprechende Impulsanzahl auf diese dem Endwert entsprechende korrigierte Impulsanzahl, so steht ein von weiteren Einflußgrößen befreiter normierter Meßwert zur Verfügung. Da im Mikrorechner die auf den gewünschten Meßbereichsendwert normierte Ftihlerkennlinie gespeichert vorliegt, ist durch Vergleich eine Entnormierung und Angabe des gemessenen Temperaturwertes möglich.
• Es ist tut { Verwendung eines Spannungsnormals weiterhin möglich, den Meßfühler auf Meßtemperatur bezüglich seiner Stromklemmen durch einen Kurzschluß zu ersetzen und seine freigeschalteten Signalklemmen mit einem Thermoelement zu verbinden.
• Des weiteren ist es möglich, zwischen Endwertwiderstand und Bezugspotential andere Meßwertaufnehmer, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, anzuordnen0 Ausführunsbeisiel Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung.
• Durch die am Schalter s angeschlossene Reihenschaltung, gebildet durch den Vorwiderstand Rv, den Endwertwid.erstand RE, den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Meßtemperatur Mfm in Vierleiterschaltung und den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Umgebungstemperatur D89u, fließt aufgrund der angelegten Versorgungsspannung U kurzzeitig ein Strom. Durch den Multiplexer M, gesteuert durch den Mikrorechner MR, werden in schneller Folge nacheinander die Teilspannungen über den Widerständen dem Differenzverstä.rker D, der auf dem Komparator K arbeitet, zugeführt. Dieser Zyklus wird bei geöffnetem Schalter S noch einmal wiederholt.
• Vom Mikrorechner MR gestartet, beginnt der Integrator I von einem Spannungspegel aus so lange zu integrieren, bis seine dem Komperator K zugeführte Ausgangsspannung den gleichen Pegel erreicht wie die Spannung, die aufgrund eines durchgeschalteten Tores des Multiplexers M am Ausgang des Differenzverstärkers D entsteht. Die Pegelgleichheit kippt den Komparator K. Dieses Kippsignal stoppt einen vom Startmoment begonnenen Zählvorgang im Mikrorechner MR. Somit steht letztlich für jede Durchschaltung des Multiplexers M, sowohl für geschlossenen als auch für geöffneten Schalter X, eine Impulsanzahl gespeichert zur Verfügung. Somit ist es möglich, im Mikrorechner durch Subtraktion offset- und driStbefreite Meßwerte zu ermitteln.
• Nach Einbeziehung der Umgebungstemperatur, ermittelt durch den Pt 100-Wid.erstand als Meßfühler auf Umgebungstemperatur Mfu sowie des im Wert als auch im Temperaturbeiwert bekannten End.wertwiderstandes RE wird eine Normierunz auf den Meßbereichsendwert durchgeführt, was einer Elemenierung der weiteren Einflußgrößen entspricht.
• Der so aufbereitete Meßwert wird Im Mikrorechner AS mit einer gespeicherten, auf den selben Endwert normierten Fühlerkennlinie, ver£lichen. Der diesem Meßwert entsprechende Temperaturwert wird nach Entnormierung durch die Anzeige-Ausgabeeinheit A bereitgestellt.
• Aufstellung der verwendeten Bezugs zeichen U Versorgungsspannung S Schalter RV Vorwiderstand RE Endwertwiderstand Pt 100 Pt 100 - Widerstand M Multiplexer D Differenzverstärker K Komparator I Integrator MR Mikrorechner A Anzeige-Ausgabeeinheit Mfm Meßfühler (auf Meßtemperatur) Mfu Meßfühler (auf Umgebungstemperatur)

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch 1. Verfahren insbesondere zur Temperaturmessung, bei dem eine durch einen Mikrorechner gesteuerte Integration durchgeführt wird, wobei gleichzeitig Impulse gezählt werden bis ein Komparator Pegelgleichheit zwischen einer einem Meßwert entsprechenden Spannung, die aufgrund eines durch Schaltelemente kurzzeitig und während dieses Zeitintervalls konstant fließenden Stromes entsteht, und der Integratorspannung feststellt, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wert einer Meßspannung darstellenden Impulsanzahl um die Offset und DriSt darstellende Impulsanzahl vermindert wird, daß die nun dem Meßwert entsprechende Impulsanzahl auf die dem Endwert entsprechende bezüglich der Unigebungstemperatur korrigierte Impulsanzahl normiert wird, daß dieter Quotient mit der auf den Meßbereichsendwert notierten Fülrkennlinie verglichen wird und daß in bekannter Weise durch Entnormierung der Meßwert ausgegeben wird.
2. 2, Schaltungsanordnung zur Durchfunrung des Verfahrens nach Punkt 1, bei der ein Mikrorechner einerseits sowohl mit einer Anzeige-Ausgabeeinheit als auch mit einem einen Strompfad zu schließenden Schalter, andererseits mit einem Multiplexer und einem Integrator verbunden ist, wobei der Multiplexer über einen Differenzverstärker, der Integrator direkt an einem Ko.mparator liegt, wobei dieser rnit dem Mikrorechner verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schalter (s) und dem Bezugspotential eine Reihenschaltung, bestehend aus dem Vorwiderstand CRv), sowie, jeweils mit dem Multiplexer (M) verbunden, dem Endwertwiderstand (RE), dem auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler (Mfm), dem auf Uregebungatemperatur liegenden Meßfühler (MSu), angeordnet ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2 bei Verwendung eines Spannungsnormals, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (Mfm) bezüglich seiner Stromklemmen durch einen Kurzschluß ersetzt ist und seine freigeschalteten Signalklemmen mit einem Thermoelement verbunden sind.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Endwertwiderstand (R) und dem Bezugspotential andere Meßwertaufnehmer, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, angeordnet sind