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Anordnung zum Messen und/oder Uberwachen der Tempera-
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turen in Maschinen oder Geräten Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung zum Messen der Temperatur in Maschinen oder Geräten gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zum genauen Erfassen und Überwachen von Temperaturen in Maschinen
und Geräten, z.3. in EUhlkontainern auf Schiffen, ist es bekannt, jedem Kühlkontainer
mehrere Widerstandsthermometer zuzuordnen, die über lange Leitungen mit einer Meßeinrichtung
in einer zentralen Stelle verbunden sind. Dabei wird das bekannte Prinzip der Strom-Spannungs-Messung
in einer Vierleiterschaltung angewendet. Dabei sind die Leitungseingänge der Meßeinrichtung
über einen oder mehrere Meßstellen-Strommultiplexer an eine gemeinsame Stromquelle
anschließbar. Zwei weitere gleichzeitig mit dem Meßstellen-Strommultiplexer betätigte
Meßstellen-Spannungsmultiplexer sind zur Ermittlung des Spannungsabfalles sowohl
in den langen Leitungen als auch an den Widerstandsthermometern vorgesehen. Die
Eingänge des ersten Meßstellen-Spannungsmultiplexers sind über lange Leitungen an
den selben Verbindungspunkt an den Widerstandsthermometern angeschlossen, wie die
Leitungen, die von den Eingängen des Meßstellen-Strommultiplexers zu den Widerstandsthermometern
geführt sind. Die Ausgänge der Meßstellen-Spannungsmultiplexer sind über Verstärker
mit einer Meß-und/oder Auswerteeinrichtung verbunden. Dabei ist der Verstärker als
Differenzverstärker ausgebildet und mißt den tatsächlichen Spannungsabfall an dem
jeweils
eingeschaltete'n Widerstandsthermometer. Da eine große Anzahl
von Maschinen oder Geräten, z.B. Kontainern mit hoher Genauigkeit überwacht werden
muß, ist der Aufwand an Leitungen im Vergleich zur Meßeinrichtung sehr hoch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung anzugeben,
die eine genaue Messung bei einer Reduzierung der Anzahl der zur zentralen Stelle
führenden Leitungen ermöglicht. Diese Leitungen sind meist mehrere hundert Meter
lang.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Durch die Erfindung wird ohne Einbuße an Genauigkeit erreicht, daß
man mit nur drei, statt wie bisher mit vier langen Leitungen auskommt. Auf diese
Weise ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Kupfer, eine Herabsetzung der Montagezeit,
eine Erleichterung der Unterbringung und der Montage sowie eine erhebliche Vereinfachung
bei der Fehlersuche.
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In der Zeichnung ist.ein Ausftihrungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zum genauen Messen der Temperatur
in Maschinen oder Geräten 1, wie in Kühlkontainern, mittels Widerstandsthermometer
2a, 2b, 2c ... 2x, die über lange Leitungen 3, 4 und 5 mit einer zentralen Meßeinrichtung
6 verbunden sind. Die Leitungseingänge 3a, 3b, 3c ... 3x sind über mindestens einen
Meßstellen-Strommultiplexer 7 an eine gemeinsam Stromquelle 8 anschließbar. Zwei
weitere gleichzeitig mit dem Meßstellen-Strommultiplexer betätigte Meßstellen-Spannungsmultiplexer
9, 10 sind zur Ermittlung des Span-
nungsabfalls sowohl in den langen
Leitungen 3, 4, 5 als auch an den Widerstandsthermometern 2a, 2b, 2c ...2x vorgesehen.
Die Eingänge 4a, 4b, 4c e¢o 4x eines ersten Meßstellen-Spannungsmultiplexers 9 sind
über lange Leitungen 4 an den selben Verbindungspunkt an den Widerstandsthermometern
2 angeschlossen, wie die Leitungen 3, die von den Eingängen 3ap 3b, 3c ... 3x des
Meßstellen-Strommultiplexers 7 zu den Widerstandsthermometern 2 geführt sind. Der
zweite Anschluß der Widerstandsthermometer 2 ist jeweils über eine Leitung 5 an
die Eingänge 5a, 5b, 5c ... 5x der Meßeinrichtung 6 geführt und dort mit Masse verbunden.
Die Eingänge 3a, 3b, 3c ... 3x des zweiten Meßstellen-Spannungsmultiplexers 10 sind
innerhalb der Meßeinrichtung 6 jeweils an die entsprechenden Eingänge des Meßstellen-Strommultiplexers
7 angeschlossen.
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Die Ausgänge der Meßstellen-Spannungsmultiplexer 9, 10 sind über einen
Verstärker 11 mit einer Meß- und/oder Auswerteeinrichtung verbunden.
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Der Messung ist zugrundegelegt, daß die ohmschen WiderstAnde R3, R4,
R5 der langen Leitungen 3, 4 und 5 gleich sind. In der dargestellten Stellung der
Meßstellen-Strom- und Spannungsmultiplexer ist der Strom IK zunächst auf das im
Außenkreis befindliche Widerstandsthermometer 2c geschaltet. Während der Strom IK
fließt, werden dem Verstärker V2, der in der Leitung 3 hervorgerufene Spannungsabfall
-IK R3 und dem Verstärker V1 der in der Leitung 5 und in dem in Reihe damit liegenden
Widerstandsthermometer 2c hervorgerufene Spannungsabfall JK (R2c + R5) zugeführt.
Der Verstärker 11 ist als Summen-Verstärker ausgebildet, in dem die verstärkten
Ausgangssignale Ul, U2 der Spannungsmultiplexer 9, 10 nach Verstärkung in den Verstärkern
V1, V2 im Summier-
glied V4 vorzeichenrichtig aufaddiert werden,
d.h. das Ausgangssignal U2 wird von Ausgangssignal U7 subtrahiert.
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Damit ergibt sich am Ausgang des Summiergliedes V4 eine Größe, die
proportional dem Spannungsabfall am Widerstandsthermometer 2c ist.
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An den Ausgang des Summenverstärkers 11 kann ein Meßinstrument zur
unmittelbaren aufeinanderfolgenden Anzeige der Meßwerte der Widerstandsthermometer
2a, 2b, 2c ...2x, also der Temperaturen der Kontainer angeschlossen sein oder es
kann über einen Analog-Dig5>lwandler 12 2 zur Weiterverarbeitung ein Rechner
13 mit Datensichtgerät 17 vorgesehen sein. Der Rechner 13 steuert über die Steuereinheit
14 die Multiplexer 7, 9, 10. Der Analog-Digitalwandler 12 und die Multiplexer 7,
9, 10 werden von der Steuereinheit 14 koordiniert.
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Zweckmäßigerweise ist im Strompfad zwischen der Stromquelle 8 und
dem Meßstellen-Strommultiplexer 7 ein Meßwiderstand Ro angeordnet, dessen Spannungsabfall
-Ro IK einem Verstärker V1 zugeführt wird, dessen Ausgang auf das Summierglied V4
des Summenverstärkers 11 geführt ist. Da der Spannungsabfall negativ ist, wird der
Ausgangssignalwert U2 vom Ausgangssignalwert U1 subtrahiert.
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Der Spannungsabfall -Ro K J, ergibt einen Betrag, durch den der Anfangswert
der Widerstandsthermometer 2a, 2b, 2c ... 2x kompensiert werden soll. Dadurch wird
erreicht, daß der Analog-Digitalwandler 12 in seiner Ansteuerung über einen größeren
Bereich genutzt werden kann und nicht erst ab dem Wert, der durch den Grundspannungswert
JK Rg gegeben ist. Auf diese Weise wird die Auflösung erhöht, so daß sich eine höhere
Meßgenauigkeit ergibt.
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Zum Eliminieren von Fehlern, die durch Alterung, Umgebungstemperatur,
Abgleich, Drift, Offsetspannungen, Offsetströme und Konvertierungsfehler hervorgerufen
werden und zur Steigerung der Genauigkeit ist es vorteilhaft, zwei Referenzwiderstände
15, 16 an den Meßstellen-Strommultiplexer 7 und an die Meßstellen-Spannungsmultiplexer
9, 10 entsprechend den elektrischen Verbindungen der Widerstandsthermometer 2a,
2b, 2c...2x anzuschließen. Dabei wird der Wert des einen Referenzwiderstandes 15
an den Meßbereichanfang und der Wert des anderen Referenzwiderstandes 16 an das
Meßbereichsende gelegt. Die Meßwerte einschließlich der der Referenzwiderstände
15, 16 werden in den Speicher des Rechners 13 gegeben.
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Im folgenden wird davon ausgegangen, daß der Meßwiderstand Ro und
die Referenzwiderstände 15, 16.hochgenau abgeglichen sind und einen sehr geringen
Temperaturkoefizienten aufweisen. Die Eingangswiderstände der Verstärker V1, V2,
V3 und des Summiergliedes V4 sollen sehr viel größer sein als die Widerstände des
Meßwiderstandes Ros der Leitungen 3, 4 und der Widerstandsthermometer 2a, 2b, 2c
... 2x. Da die W.derstandsthermometer 2a, 2b, 2c ... 2x sowie die Referenzwiderstände
15, 16, in sehr kurzen Zeiträumen abgetastet werden, kann ein thermisch stabiler
Zustand angenommen werden.
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Der Rechner 13 besitzt Rechenbausteine zum Lösen der mathematischen
Beziehung: W = K * A;; , darin bedeutet: W das vom Rechner ausgegebene korrigierte
Meßwertsignal, K eine Normierungskonstante, A der gemessene Widerstandswert eines
Widerstandsthermometers, B der Widerstandswert de s des Referenzwiderstandes 15
und C der Widerstandswert des Referenzwiderstandes 15.
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Im Rechner wird also vom digitalen Wert A, der sich beim Messen des
Widerstandswertes eines Widerstandsthermometers, z.B. 2c, ergibt, der digitale Wert
B subtrahiert, der durch Messung des Referenzwiderstandes 15 gewonnen wird. Die
Differenz wird durch die Differenz geteilt, die sich aus der Summe des digitalen
Wertes C des Referenzwiderstandes 16 und des digitalen WertesB des Widerstandswertes
des Referenzwiderstandes 15 ergibt. Das vom Rechner 13 ausgegebene Meßwertsignal
W ist somit nach der obengenannten mathematischen Beziehung korrigiert.
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3 Patentansprüche 1 Figur
Bezugszeichenliste 1 Maschine
oder Gerät 2 Widerstandsthermometer 2a,2b,2c...2x Widerstandsthermometer 3 Leitung
3a,3b,3c...3x Leitungseingänge 4 Leitung 4a,4b,4c...4x Eingänge 5 Leitung 5a,5b,5c...5x
Eingänge 6 Meßeinrichtung 7 Meßstellen-Strommultiplexer 8 Stromquelle 9, 10 Meßstellen-Spannungsmultiplexer
11 Verstärker 12 Digitalwandler 13 Rechner 14 Steuereinheit 15, 16 Referenzwiderstände
U1 Ausgangssignalwert U2, U3 Ausgangssignale V1, V2, V3 Verstärker V4 Summierglied
A, B, C digitale Werte 1K Strom JK Spannungsabfall Rg Meßwiderstand 17 Datensichtgerät
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