DE3313559C2

DE3313559C2 - Anordnung zum Messen und/oder Überwachen der Temperaturen in Maschinen oder Geräten

Info

Publication number: DE3313559C2
Application number: DE19833313559
Authority: DE
Inventors: Michael 8502 Zirndorf Cuylen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-04-14
Filing date: 1983-04-14
Publication date: 1986-09-04
Also published as: DE3313559A1

Abstract

Zum Messen und/oder Überwachen von Temperaturen sind Widerstandsthermometer (2a-2x) über lange Leitungen mit einer zentralen Meßeinrichtung (6) verbunden, in der die Leitungseingänge über mindestens einen Meßstellen-Strommultiplexer (7) an eine gemeinsame Stromquelle (8) anschließbar sind und zwei weitere, gleichzeitig mit dem Meßstellen-Strommultiplexer (7) betätigbare Meßstellen-Spannungsmultiplexer (9, 10) zur Ermittlung des Spannungsabfalles sowohl in den langen Leitungen als auch an den Widerstandsthermometern (2a-2x) vorgesehen sind. Die Eingänge des ersten Meßstellen-Spannungsmultiplexers (9) sind über elektrische Leitungen (4) an denselben Verbindungspunkt an den Widerstandsthermometern (2a-2x) angeschlossen wie die Leitungen (3), die von den Eingängen des Meßstellen-Strommultiplexers (7) zu den Widerstandsthermometern (2a-2x) geführt sind. Die Eingänge (3a-3x) des zweiten Meßstellen-Spannungsmultiplexers (10) sind innerhalb der Meßeinrichtung (6) jeweils mit den zugehörigen Eingängen des Meßstellen-Strommultiplexers (7) verbunden.

Description

W=K A-B 55 Eine bevorzugte Ausführung der Stromquelle ist eine

⁼ ' C-B Schaltung, bei der eine Spannung +15 Volt über einen

Meßwiderstand und einen Spannungsteiler sowie einen

vorgeschaltet ist; wobei W ein korrigiertes Meß- Operationsverstärker, dessen Ausgang über einen Wiwertsignal, K eine Normierungskonstante, A der Wi- derstand mit einem Darlington-Transistor verbunden derstandswert eines Widerstandsthermometers (2a ω ist, an den einen ersten Punkt geschaltet. Dabei ist eine bis 2x), B der Widerstandswert des Referenzwider- hohe Genauigkeit hinsichtlich Abgleich der 15 Voltstandes (15) und C der Widerstandswert des Refe- Spannung, hinsichtlich Langzeitstabilität und hinsichtrenzwiderstandes (16) ist. lieh Temperaturstabilität erforderlich. Im Hinblick auf

die Widerstände gelten dieselben Bedingungen. Die

65 Verfälschung des Stromes durch den Darlington-Transistor ist bei dieser Schaltung um so größer je kleiner die Verstärkung ist. Ähnliches trifft für die Verstärkeran-Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Ordnung für die Meßsignaie zu.

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Dies hat zur Folge, daß das Meßergebnis bei der be- stärkern Vi, V₂ im Summierglied V_A vorzeichenrichtig

kannten Schaltung abhängig ist von der Genauigkeit aufaddiert werden, d. h. das Ausgangssignal U₂ wird von

der Spannungsquelle und der Widerstände, von der Ausgangssignal U\ subtrahiert. Damit ergibt sich ara

Langzeitstabilität der Spannungsquelle und der elektri- Ausgang des Summiergliedes V* eine Größe, die proschen Bauelemente sowie von der Temperaturstabilität 5 portional dem Spannungsabfall am Widerstandsther-

der Spannungsquelle und der elektrischen Bauelemente. mometer 2c ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meß- An den Ausgang des Summenverstärkers 11 kann ein

anordnung anzugeben, die eine genaue Messung ohne Meßinstrument zur unmittelbaren aufeinanderfolgen-

Einhaltung einer hohen Genauigkeit, Langzeitstabilität den Anzeige der Meßwerte der Widerstandsthermome- und Temperatur verhalten der Stromquelle und Verstär- 10 ter 2a, Ib, 2c... 2x, also der Temperaturen der Kontai-

kerstufen ermöglicht ner angeschlossen sein oder es kann über einen Analog-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Digitalwandler 12 zur Weiterverarbeitung ein Rechner

neuen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst 13 mit Datensichtgerät 17 vorgesehen sein. Der Rech-

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Genauig- ner 13 steuert über die Steuereinheit 14 die Multiplexer keit nunmehr abhängig ist von zwei Bauelementen, 15 7,9,10. Der Analog-Digitalwandler 12 und die Multiplenämlich von Referenzwiderständen (15 und 16). Vom xer 7,9,10 werden von der Steuereinheit 14 koordiniert Strom und von der Verstärker-Beschaltung sowie deren Zweckmäßigerweise ist im Strompfad zwischen der Bauelemente ist die neue Anordnung unabhängig. Ge- Stromquelle 8 und dem Meßstellen-Strommultiplexer 7 genüber dem Bekannten kommt man zum Aufbau der ein Meßwiderstand Ro angeordnet, dessen Spannungs-Anordnung im wesentlichen mit elektrischen Bauele- 20 abfall —Ro- IK einem Verstärker V\ zugeführt wird, menten aus, an dessen Genauigkeit und Toleranz keine dessen Ausgang auf das Summierglied. Va, des Summen-Anforderungen gestellt werden. Verstärkers 11 geführt ist. Da der Spahnangsabfall nega-

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispici der Er- tiv ist, wird der Ausgangssignalwert CZ₂ vom Ausgangs-

findung schematisch dargestellt signalwert CZi subtrahiert Der Spannungsabfall

Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zum ge- 25 -Rq-Jk ergibt einen Betrag, durch den der Anfangs-

nauen Messen der Temperatur in Maschinen oder Ge- wert der Widerstandsthermometer 2a, 2b,2c...2x kom-

räten ϊ, wie in Kühlkontainern, mittels Widerstandsther- pensiert werden solL Dadurch wird erreicht daß der

mometer 2a, 2b, 2c... 2c, die über lange Leitungen 3,4 Analog-Digitalwandler 12 in seiner Ansteuerung über

und 5 mit einer zentralen Meßeinrichtung 6 verbunden einen größeren Bereich genutzt werden kann und nicht sind. Die Leitungseingänge 3a, 3b, 3c ...3x sind über 30 erst ab dem Wert, der durch den Grundspannungswert

mindestens einen Meßstellen-Strommultiplexer 7 an ei- Jk · Ra gegeben ist Auf diese Weise wird die Auflösung

ne gemeinsame Stromquelle 8 anschließbar. Zwei weite- erhöht, so daß sich eine höhere Meßgenauigkeit ergibt

re gleichzeitig mit dem Meßstellen-Strommultiplexer Zum Eliminieren von Fehlern, die durch Alterung,

betätigte Meßstellen-Spannungsmultiplexer 9„ 10 sind Umgebungstemperatur, Abgleich, Drift, Offsetspannun-

zur Ermittlung des Spannungsabfalls sowohl in den lan- 35 gen, Offsetströme und Konvertierungsfehler hervorge-

gen Leitungen 3,4,5 als auch an den Widerstandsther- rufen werden und zur Steigerung der Genauigkeit ist es

mometern 2ä,2b,2c...2xvorgesehen. Die Eingänge4s, vorteilhaft, zwei Referenzwiderstände 15, 16 an den

4b, 4c ... 4x eines ersten Meßstellen-Spannungsmulti- Meßstellen-Strommultiplexer 7 und an die Meßstellen-

plexers 9 sind über lange Leitungen 4 an den selben Spannungsmultiplexer 9, 10 entsprechend den eisktri-

Verbindungspunkt an den Widerstandsthermometern 2 40 sehen Verbindungen der Widerstandsthermometer 2a,

angeschlossen, wie die Leitungen 3, die von den Eingän- 2b, 2c ... 2x anzuschließen. Dabei wird der Wert des

gen3a,3b,3c...3xdes Meßstellen-Strommultiplexers7 eintn Referenzwiderstandes 15 an den Meßbereichan-

zu den Widerstandsthermometern 2 geführt sind. Der fang und der Wert des anderen Referenzwiderstandes

zweite Anschluß der Widerstandsthermometer 2 ist je- 16 an das Meßbereichsende gelegt Die Meßwerte ein-

weils über eine Leitung 5 an die Eingänge 5a, 56,5c... 45 schließlich der der Referenzwiderstände 15,16 werden

Sx der Meßeinrichtung 6 geführt und dort mit Masse in den Speicher des Rechners 13 gegeben,

verbunden. Die Eingänge 3a, 3b, 3c... 3x des zweiten Im folgenden wird davon ausgegangen, daß der Meß·

Meßstellen-Spannungsmultiplexers 10 sind innerhalb widerstand Ro und die Referenzwiderstände 15, 16

der Meßeinrichtung 6 jeweils an die entsprechenden hochgenau abgeglichen sind und einen- sehr geringen

Eingänge des Meßstelleji-Strommultiplexers 7 ange- 50 Temperaturkoeffizienten aufweisen. Die Eingangswi-

schlossen. derstände der Verstärker Vj, V₂, V3 und des Summier-

Die Ausgänge der Meßs'ellen-Spannungsmultiplexer gliedes V4 sollen sehr viel größer sein als die Widerstän-

9, 10 sind über einen Verstärker 11 mit einer Meß- de des Meßwiderstandes Äo. der Leitungen 3,4 und der

und/oder Auswerteeinrichtung verbunden. Widerstandsthermometer 2a, 2b, 2c... 2x. Da die Wider-

Der Messung ist zugrundegelegt, daß die ohmschen 55 Standsthermometer 2a,2b,2c...Ixsowie die Referenz-Widerstände A3, Ra, Ri der langen Leitungen 3,4 und 5 widerstände 15,16, in sehr kurzen Zeiträumen abgetagleich sind. In der dargestellten Stellung der Meßstellen- stet werden, kann ein thermisch stabiler Zustand ange-Strom- und Spannungsmultiplexer ist der Stroiin IK zu- nommen werden.

nächst auf das im Außenkreis befindliche Widerstands- Der Rechner 13 besitzt Rechenbausteine zum Lösen

thermometer 2c geschaltet Während der Strom IK 60 der mathematischen Beziehung:
fließt, werden dem Verstärker Vj, der in der Leitung 3

hervorgerufene Spannungsabfall -IK-R₃ und dem W=K ^A~^B
Verstärker Vi der in der Leitung 5 und in dem in Reihe ⁼ ' C-B'
damit liegenden Widerstandsthermometer 2c hervorgerufene Spannungsabfall JK (R_2c + Rs) zugeführt Der 65 darin bedeutet:
Verstärker 11 ist als Summen-Verstärker ausgebildet, in

dem die verstärkten Auspangssignale CZi, CZ₂ der Span- W das vom Rechner ausgegebene korrigierte Meß-

nungsmultiplexer 9, 10 nach Verstärkung in den Ver- wertsignal,

.JvJ IvJ

K eine Normierungskonstante,

A der gemessene Widerstandswert eines Widerstandsthermometers,

B der Widerstandswert des Referenzwiderstandes 15 und

C der Widerstandswert des Referenzwiderstandes 15.

Im Rechner wird also vom digitalen Wert A, der sich beim Messen des Widerstandswertes eines Widerstandsthermometers, z. B. 2c, ergibt, der digitale Were 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 Wertes B des Widerstandswertes des Referenzwi- derstandes 15 ergibt Das vom Rechner 13 ausgegebene Meßwertsignal W ist somit nach der obengenannten mathematischen Beziehung korrigiert.

	iciiiiSic	Maschine oder Gerät
1		Widerstandsthermometer
2		Widerstandsthermometer
2a, Ib. 2c.	.. 2x	Leitung
3		Leitungseingänge
*3a.3b.3c.*	*.3x*	Leitung
4		Eingänge
*4a. 4 b. 4c.*	*.4x*	Leitung
5		Eingänge
5a, 5b. 5c.	*.5x*	Meßeinrichtung
6		Meßstellen-Strommultiplexer
7		Stromquelle
8		Meßstellen-Spannungsmultiplexer
9,10		Verstärker
11		Digitalwandler
12		Rechner
13		Steuereinheit
!4		Referenzwiderstände
15,16		Ausgangssignalwert
U:		Ausgangssignale
*UlU₁*		Verstärker
*V₁. V₂. V₃*		Summierglied
Va		digitale Werte
*A. B, C*		Strom
IK		Spannungsabfall
JK		Meßwiderstand
Ro		Datensichtgerät
17		Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

Messen der Temperatur in Maschinen oder Geräten Patentanspruch: gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum genauen Erfassen und Oberwachen von Tempe-

Anordnung zum Messen und/oder Oberwachen raturen in Maschinen und Geräten, z. B. in Kühlkontaider Temperaturen in Maschinen oder Geräten, ins- 5 nern auf Schiffen, ist es bekannt, jedem Kühlkontainer besondere auf Schiffen, bei der eine Anzahl von Wi- mehrere Widerstandsthermometer zuzuordnen, die derstandsthermoraetern über lange Leitungen mit über lange Leitungen mit einer Meßeinrichtung in einer einer zentralen Meßeinrichtung verbunden sind, wo- zentralen Stelle verbunden sind. Dabei wird das bekannbei in dem langen Leitungen mindestens ein Meßstel- te Prinzip der Strom-Spannungs-Messung in einer Vierlen-Strommultiplexer an eine gemeinsame Strom- io leiterschaltung angewendet Dabei sind die Leitungseinquelle anschließbar ist und ein gleichzeitig mit dem gänge der Meßeinrichtung über einen oder mehrere Meßstellen-Strommultiplexer betätigbarer Meßstel- Meßstellen-Strommultiplexer an eine gemeinsame len-Spannungsmultiplexer zur Ermittlung des Span- Stromquelle anschließbar. Zwei weitere gleichzeitig mit nungsabfalles an den Widerstandsthermometern dem Meßstellen-Strommultiplexer betätigte Meßstelvorgesehen ist, wobei die Eingänge des Meßstellen- 15 len-Spannungsmultiplexer sind zur Ermittlung des Spannungsmultiplexers über lange Leitungen an den Spannungsabfalles sowohl in den langen Leitungen als selben Verbindungspunkt an den Widerstandsther- auch an den Widerstandsthermometern vorgesehea mometern angeschlossen sind wie die Leitungen, die Die Eingänge des ersten Meßstellen-Spannungsmultivon den Eingängen des Meßstellen-Strommultiple- plexers sind über lange Leitungen an den selben Verbinxers zu den Widerstandsthermometern geführt sind 20 dungspunkt an den Widerstandsthermometern ange- und die Ausgänge der Meßstellen-Spannungsmulti- schlossen, wie die Leitungen, die von den Eingängen des piexer über einen Verstärker mit einer MeS- und/ Meßsteüen-Strommaltiplexers zu den Widerätandsther- oder Auswerteeinrichtung verbunden sind, da- mometern geführt sind. Die Ausgänge der Meßstellendurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Spannungsmultiplexer sind über Verstärker mit einer gleichzeitig mit dem Meßstellen-Strommultiplexer 25 Meß- und/oder Auswerteeinrichtung verbunden. Dabei betätigbarer Meßstellen-Spannungsmultiplexer (10) ist der Verstärker als Differenzverstärker ausgebildet vorgesehen und die beiden ^eßstellen-Spannungs- und mißt den tatsächlichen Spannungsabfall an dem jemultiplexer (9, 10) zusätzlich zur Ermittlung des weils eingeschalteten Widerstandsthermometer. Da ei-Spannungsabfalles in den langen Leitungen dienen, ne große Anzahl von Maschinen oder Geräten, z. B. daß die Leitungseingänge (3a—3x) in der zentralen 30 Kontainern mit hoher Genauigkeit überwacht werden Meßeinrichtung (6) über den Meßstellen-Strommul- muß, ist der Aufwand an Leitungen im Vergleich zur tiplexer (7) and einen Meßwiderstand (Rt,) an die Meßeinrichtung sehr hoch.

gemeinsame Stromquelle (8> anschließbar ist, daß Aus der DE-OS 27 46 360 ist es bekannt, bei einer

die Eingänge (3a, 3i>, 3c... 3x) des zweiten Meßstel- Anordnung zum Bestimmen der Temperatur eine Dreilen-Spannungsmu!tiplexers (1(Γ· innerhalb der Meß- 35 leiter-Schaltung zu verwenden. Dabei ist nach einer einrichtungen (6) jeweils mit den zugehörigen Ein- Schaltung eine Anzahl von Widerstandsthermometern gangen des Meßsteüen-Strommultiplexers (7) ver- über lange Leitungen mit einer zentralen Meßeinrichbunden sind und daß der Verstärker (11) als Sum- tung verbunden, wobei in den langen Leitungen ein menverstärker ausgebildet ist, in dem die verstärk- Meßstellen-Strommultiplexer iuit Dekoder-Driver anten Ausgangssignale (Uu i/2) der Meßstellen-Span- 40 geordnet und an eine genieinsakip Stromquelle annungsmultiplexer (9,10) in einem Summierglied (V*) schließbar ist Ferner ist ein mit dem MeßsteJJen-Stromvorzeichenrichtig aufaddiert werden, daß der Span- multiplexer betätigbarer Meßstellen-Spannungsmultinungsabfall des Meßwiderstandes (Ro) einem Vo piexer zur Ermittlung des Spannungsabfalles an den Wistärker (Vz) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal derstandsthermometern vorgesehen, wobei die Eingänvorzeichenrichtig auf das Summierglied (V4) des 45 ge des Meßstellen-Spannungsmultiplexers über lange Summenverstärkers (U) gegeben ist und daß zwei Leitungen an denselben Verbindungspunkt an den Wi-Referenzwiderstände (15, 16) an den Meßstellen- derstandsthermometern angeschlossen sind wie die Lei-Strommultiplexer (7) und die Meßstellen-Span- tungen, die von den Eingängen des Meßstellen-Stromnungsmultiplexer (9, 10) entsprechend den elektri- multiplexers zu den Widerstandsthermometern geführt sehen Verbindungen der Widerstandsthermometer .50 sind. Die Ausgänge der Meßstellen-Spannungsmultiple-(2a, 2b, 2c ... 2x) angeschlossen sind und daß der xer sind über einen Verstärker mit einer Meß- und/oder Meßeinrichtung (17) bzw. Auswerteeinrichtung ein Auswerteeinrichtung verbunden. Die gemeinsame Rechner (13) zum Lösen der Beziehung Stromquelle ist mit einem ersten Punkt und parallel da

zu der Widerstand mit einem anderen Punkt verbunden.