DE3408960A1

DE3408960A1 - Vorrichtung zur anzeige von eichabweichungen eines geraetes

Info

Publication number: DE3408960A1
Application number: DE19843408960
Authority: DE
Inventors: Robin Andras London Benedek; Ralph George Chesham Buckinghamshire Hollister
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1984-03-12
Publication date: 1984-09-13
Also published as: PT78231A; SE8401350D0; YU43784A; FR2542446A1; IT1175445B; IT8419961A0; IN162343B; US4721942A; CA1217950A; SE8401350L; ES8503154A1; NL8400755A; ES530489A0; IE55085B1; KR840009019A; IE840590L; PT78231B; JPS59210336A; BE899124A; GB8306764D0

Description

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Anmelder: JOHNSON MATTHEY PUBLIC LIMITED COMPANY,
43, Hatton Garden, London ECIN 8EE, England

Bezeichnung der

Erfindung; Vorrichtung zur Anzeige von Eichabweichungen eines Gerätes

Beschreibung;

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Verwendung zusammen mit einer Meß- oder Vergleichseinrichtung, wobei die Vorrichtung ein Signal als Antwort auf ausgedehnten Gebrauch der Einrichtung und eine dadurch bedingte Eichabweichung erzeugt. Die Erfindung ist vorzugsweise zur Verwendung zusammen mit einem Thermoelement gedacht, das bei hohen oder konstanten Temperaturen arbeitet.

Es hat sich gezeigt, daß beim Einbau eines Thermoelementes beispielsweise in einem Ofen seine elektrischen Ausgangssignale für die Temperaturanzeige abhängig von der Einsatzzeit bei erhöhten Temperaturen und der Höhe dieser Temperaturen gegenüber den aus der ursprünglichen Eichung sich ergebenden Werten abweichen. In der Vergangenheit wurden deshalb die Thermoelemente nach einer bestimmten Betriebszeit aufgrund der gemachten Erfahrungen ausgebaut oder, im Fall der Anwendung bei einem Schmelzofen, wenn eine Charge des Schmelzgutes wegen des inzwischen erfolgten Driftens der Thermoelementanzeige in schädliche Bereiche nicht verwendbar geworden war. Es ist bekannt, in einem solchen Fall ein Warnsignal für das Driften der Thermoelementanzeige in zu ungenaue Bereiche anzuzeigen, wobei die Anzeige mit der Hilfe eines Rechners erfolgt, der mit einer Anzahl von Thermoelementen verbunden und so programmiert ist, daß er für jedes

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Thermoelement eine digitale Eichberechnung durchführt, die die Anzahl der Erhitzungszyklen, denen das Thermoelement unterworfen war und die in jedem Erhitzungszyklus erreichte Höchsttemperatur berücksichtigt. Der Nachteil dieses bekannten Systems ist der, daß es zwar eine genaue Methode der Vorhersage eines vorbestimmten Driftens einer Eichung ergeben kann, jedoch die Anwendung eines Rechners und von Koppelkreisen erfordert. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu ergeben, die relativ einfach und besser für die Anwendung zusammen mit einem einzelnen Thermoelement geeignet ist, um ein Warnsignal zu ergeben, wenn die Anzeige der geeichten Anzeigevorrichtung drifted und entsprechend ungenau wird.

Erfindungsgemäß enthält eine solche Vorrichtung für die Verwendung zusammen mit einem elektrischen Sensor eine Analoganzeigevorrichtung, die mit einem Analogtreiberkreis gekoppelt ist, wobei dieser auf Ausgangssignale des Sensors derart anspricht, daß durch die Anzeigevorrichtung aufgenommene Signale und deren Anzeige eine Funktion sowohl der Sensorausgangssignale als auch der verstrichenen Zeit sind. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Vorrichtung für die Verwendung zusammen mit einem Sensor oder einer elektrischen Vergleichsvorrichtung eine Anzeigeeinrichtung, die mit einem Analogtreiberkreis gekoppelt ist, der angeordnet ist, um das Aufnehmen von Indikatoren als Funktion sowohl der Temperatur, bei der der Sensor oder die Vergleichsvorrichtung arbeitet, als auch der gesamten Einsatzzeit des Sensors oder der Vergleichsvorrichtung zu ermöglichen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. In der Zeichnung zeigt

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Fig.l ein Blockschaltbild eines Warnmodules, das eigenständig sein kann und zur Verbindung mit einem Thermoelement während seiner gesamten Einsatzdauer oder beispielsweise ständig in einen Verbinder am Ende des Thermoelementes eingefügt sein kann und

Fig.2 ein Schaltkreisdiagramm eines Warnmodules zur Verwendung in Verbindung mit einem Thermoelement, das im wesentlichen bei konstanter Temperatur zu betreiben ist.

Gemäß Fig.l hat das Modul einen Pufferkreis mit 1 hoher Eingangsimpedanz und hohem Verstärkungsfaktor, der mit einem einzelnen Hochtemperaturthermoelement 2 und einer Verstärkerkette 3,4,5 gekoppelt ist, die sowohl lineare als auch exponentiale Verstärkungs- oder Dämpfungscharakteristiken zur Erzeugung eines Ausgangsstromes I hat, der abhängig von der Thermoelementspannung V_T nach der Gleichung

ist. Der Strom wird einem bekannten Betriebsstundenzähler 6 zugeführt, der beispielsweise zu dem Typ gehört, bei dem ein Tropfen eines Elektrolyten in einem Glasrohr zwei Säulen Quecksilber voneinander trennt. Solche Zähler sind relativ preisgünstig und kompakt. Gelangt ein Gleichstrom durch den Elektrolyten von einer zur anderen Quecksilbersäule, so wandern Quecksilberionen von einer zur anderen Quecksilbersäule, um so den Elektrolyttropfen entlang dem Rohr zu bewegen und zwar entsprechend der gesamten elektrischen Ladung, die seit dem Einbau des Zählers übertragen wurde.

Die Verstärkungsfaktorbeziehung I = ae T wird dadurch erhalten, daß zunächst in

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einem linearen Verstärker 3 die Ausgangssignale des Pufferkreises I mit dem Faktor b verstärkt werden, die verstärkte Spannung bV_T einem Verstärker 4 mit einer Exponentialcharakteristik zugeführt wird, um einen Ausgangswert e T zu erhalten, worauf das Signal erneut verstärkt wird, um durch einen selbstregelnden Vorwiderstand 7 und den Betriebsstundenzähler 6 einen Ausgangsstrom I = ae T zu erhalten. Der selbstregelnde Vorwiderstand 7 dient der Verringerung jeder kleineren Veränderung der Impedanz des Betriebsstundenzählers auf einen einflußlosen Wert.

Es zeigt sich, daß der Ausgangsstrom I mit V_T exponential ansteigt, so daß die Rate, mit der sich das Ablesen des Betriebsstundenzählers verändert, eine Funktion der Rate ist, mit der die Eichung des Thermoelementes drifted, wobei das Driften bei relativ hohen Temperaturen größer ist.

Die Konstanten a und b könenn durch Veränderung des Widerstandes 7 oder des Verstärkungswertes der Verstärker verändert werden, um den Driftcharakteristiken der verschiedenen Thermoelemente Rechnung zu tragen, so daß der Zähler das Ende seiner Skala erreicht, wenn sein Auswechseln oder erneutes Eichen vorgesehen ist.

Andere Vorrichtungen zur Bestimmung der und/oder zum Ansprechen auf die Gesamtmenge der durch den Widerstand 7 in einer vorgeschriebenen Zeit gehenden Ladung können an der Stelle des oder zusätzlich zum Zähler 6 verwendet werden. Eine Vorrichtung dieser Art oder der Zähler 6 kann so ausgeführt oder modifiziert sein, daß ein optisches und/oder akustisches Warnsignal gegeben wird, wenn die durch den Widerstand 7 gehende Ladung einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

C-Metalloxid-Operationsverstärker werden bevorzugt angewendet, um sicherzustel-

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len, daß die Stromentnahme aus den Batterien eine Gebrauchsdauer von mindestens einem Jahr ergibt. Beispiele für hierzu geeignete Vorrichtungen ist ein ICL 7611-DCPA oder ein TCL 251, die beide die geforderte hohe Eingangsimpedanz von mehr als 10 Ohm haben und einstellbare Ruheströme haben, die bis hinunter zu 10 yuA einregelbar sind.

Die vorliegende Erfindung ist auch bei sogenannten "profilierenden" Thermoelementen anwendbar, wie sie hauptsächlich in der Halbleiterindustrie angewendet werden, wo genaue Temperaturmessungen notwendig sind und die im allgemeinen bei einer einzigen vorbestimmten Temperatur arbeiten. Bei solchen Thermoelementen könnte eine der linearen Verstärkerstufen und die Versuchsstufe um den Preis eliminiert werden, daß eine ausreichend genaue Warnung nur innerhalb eines schmalen Temperaturbandes der Einsatztemperatur, typischerweise bei + 25 C, möglich ist. Das Warnmodul ist in diesem Fall mit einem der Thermoelemente verbunden, die das profilierende Thermoelement enthalten.

Oben ist Bezug genommen worden auf eine Exponentialgleichung, es kann aber unterstellt werden, daß auch andere Gleichungen angewendet werden können, beispielsweise ein Polynom nach der allgemeinen Formel I = f(tc·) oder I = f(T,t/- ), worin bedeuten t£ die vergangene Zeit und T die Temperatur, bei der das Thermoelement während dieser Zeit arbeitet.

Fig.2 ist ein Stromkreisdiagramm eines Warnmoduls für die Verwendung zusammen mit einem Thermoelement, das bei im wesentlichen gleichbleibender Temperatur betrieben wird. Die Komponenten sind durch Symbole aus dem "Radio Spares Catalogue" gekennzeichnet und die angegebenen Werte sind beispielhafte Werte. Das

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Modul gemäß Fig.2 schließt den Indikator 6A für die Anzeige der verflossenen Zeit ein, der wie im Fall des Warnmodules der Fig.l ein Quecksilberindikator sein kann.

Die Schaltung gemäß Fig.2 ist im Grunde genommen eine voreinstellbare Glocke bzw. ein solcher Zeichengeber und wird immer dann zum Arbeiten veranlaßt, wenn der Eingang des Thermoelementes 2A (Referenz TLCICP) angenommene 2mV übersteigt. Das Thermoelement ist, wie dargestellt, im Kreis mit einer Energiequelle P, einem Verstärker 3 (einem Niedrigstrom C-Metalloxid Verstärker), einem Transistor 4A (Referenz 2 N3705), einer programmierbaren Stromquelle 7A (Referenz LM 334Z) und Stellwiderständen Rl und R2 geschaltet.

Der Verstärker 3A wird im "offenen Kreis" betrieben und hat demzufolge eine hohe Verstärkungscharakteristik. Wird an die Eingangsklemmen des Verstärkers 3A eine Spannung von mehr als 2mV angelegt, so wird der Verstärker zur Sättigung und Anschalten des Transistors 4A veranlaßt. Der Strom wird dann dem Quecksilberindikator 6A zugeführt und der Strom wird begrenzt durch die programmierbare Stromquelle 7A und entsprechend eingestellt durch die Stellwiderstände Rl und R2.

Wie bereits oben erläutert, kann der Indikator 6 so modifiziert werden, daß optische oder akustische Warnsignale gegeben werden. Hierzu kann eine Hilfsschaltung eingearbeitet werden, die die Aufnahme- bzw. Wiedergabevorrichtung triggert. Diese Vorichtung kann eine Lichtemissionsdiode, eine Flüssigkristallanzeige oder eine elektrochromatische Bildschirmanzeige sein. Alternativ hierzu kann der Hilfskreis ein akustisches Signal erzeugen.

Zusammenfassend kann die Erfindung nochmals wie folgt dargestellt werden.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Anwendung zusammen mit einer Meß- oder Vergleichseinrichtung, wobei ein warnsignal als Reaktion auf ein Driften der Eichung infolge eines ausgedehnten Gebrauches der Einrichtung erzeugt wird. Die Erfindung ist vorzugsweise für den Gebrauch mit einem Thermoelement gedacht, das bei hohen oder konstanten Temperaturen arbeitet.

Im einzelnen schlägt die Erfindung eine Vorrichtung für die Verwendung zusammen mit einem elektrischen Sensor vor, der eine Analoganzeigevorrichtung einschließt, die mit einem analogen Treiberkreis gekoppelt ist, der seinerseits auf Ausgangssignale des Sensors derart anspricht, daß das mit der Anzeigevorrichtung ermöglichte Aufnehmen und Wiedergeben von Signalen eine Funktion sowohl der Sensorausgangssignale als auch der verstrichenen Zeit ist, um das Driften der Eichung einer Vorrichtung anzuzeigen.

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Claims

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Anmelder: JOHNSON MATTHEY PUBLIC LIMITED COMPANY,
43, Hatton Garden, London ECIN 8EE, England

Bezeichnung der

Erfindung; Vorrichtung zur Anzeige von Eichabweichungen eines Gerätes

Patentansprüche:

{ 1. ^Vorrichtung zur Erzeugung eines Warnsignales beim Driften der Eichung eines elektrischen Sensors, der eine Analoganzeigeeinrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung mit einem Analogtreiberkreis gekoppelt ist, der auf Ausgangssignale des Sensors derart anspricht, daß die Signalaufnahme und -wiedergabe durch die Anzeigeeinrichtung eine Funktion sowohl der Sensorausgangssignale als auch der verstrichenen Zeit ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Sensor ein Thermoelement ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Puffer mit dem Thermoelement gekoppelt ist und ein Verstärker zur Erzeugung von Ausgangssignalen vorgesehen ist, die abhängig von der Thermoelementspannüng sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker lineare und exponentiale Verstärkungscharakteristiken zur Erzeugung eines Ausgangsstromes I hat, der abhängig von der Thermoelementspannung V- nach folgender Beziehung ist: I = ae T, wobei a und b Konstante sind.

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5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung ein Quecksilberindikator ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen voreingestellten Schlagwerkkreis einschließt, der wirkt, wenn Eingangssignale vom elektrischen Sensor vorbestimmte Werte überschreiten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Sensor ein Thermoelement ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis einen Verstärker mit hohen Verstärkungscharakteristiken einschließt, der an einen Transmitter angeschlossen ist, der nach Sättigung des Verstärkers anspricht, und daß Mittel für die Begrenzung des der Anzeigevorrichtung zugeführten Stromes vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Begrenzung des Stromes eine programmierbare Stromquelle mit zugeordneten Stellwiderständen sind.

10. Kalibrierwarnvorrichtung für die Anwendung zusammen mit einem Sensor oder einer elktrischen Vergleichseinrichtung, wobei eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, die mit einem Analogtreiberkreis gekoppelt ist, der dem Indikatorlesen als Funktion sowohl der Temperatur, bei der der Sensor oder die Vergleichseinrichtung betrieben wird, als auch der gesamten Betriebszeit des Sensors bzw. der Vergleichseinrichtung erfolgt.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatorwiedergabe durch eine optische Wiedergabe erfolgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfskreis eine Lichtemissionsdiode, eine Flüssigkristallanzeige oder eine elektrochromatische Bildschirmwiedergabe einschließt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskreis eine akustische Alarmeinheit einschließt.

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