DE3424288C2 - - Google Patents

Description

Bei jedem analogen Bauteil einer Schaltung ist ein Tempe­ raturfehler vorhanden. Dieser Temperaturfehler des Bau­ teils führt innerhalb der Schaltung zu Fehlern. Soweit es sich bei diesen Fehlern um Temperaturfehler der Thermo­ spannung in Temperaturmeßgeräten handelt, sind Anordnun­ gen sowohl zu deren analoger (DE-OS 31 33 960) als auch digitaler ("elektronikpraxis" Nr. 7 Juli 1982, S. 8 bis 10) Kompensation bekannt. Auch Eingangsschaltungen sind bekannt, mit deren Temperaturen im Bereich der Umgebungs­ temperatur zur Kompensation von Nullpunktfehlern gemessen werden (DE-OS 27 33 246). Schließlich ist in der Thermo­ metrie die Verwendung gespeicherter Korrekturwerte be­ kannt (DE-OS 30 30 990). Nicht kompensiert werden aber allgemeine temperatur- und eingangswertabhängige Fehler.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Ver­ fahren zur digitalen Fehlerkompensation in Eingangsschal­ tungen zu schaffen, die die Kompensation von Temperatur- und Bauteilefehlern einschließt. Die Lösung der Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 2 angegeben.

Bei einer Eingangsschaltung, bei der zu einem Hauptweg, das sind eine Klemmstelle mit integriertem Temperatur­ fühlerteil, dem ein Vorverstärker nachgeordnet ist, dem wiederum ein A/D-Wandler nachgeordnet ist, gemäß der Er­ findung parallel ein Nebenweg geschaltet ist, das sind ein in die Klemmstelle integrierter Temperaturfühler, dem ein eigener Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler nach­ geordnet ist, treten folgende Fehler auf:

• 1. Klemmstellen-Temperaturfehler
• 2. Klemmstellen-Temperaturfühler-Fehler
• 3. Vorverstärker-Temperaturfehler
• 4. Vorverstärker-Unlinearität
• 5. A/D-Wandler-Temperaturfehler
• 6. A/D-Wandler-Unlinearität
• 7. Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Temperaturfehler
• 8. Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Unlinearität.

Dabei sind als Unlinearitäten Fehler bezeichnet, die von der Eingangsspannung des jeweiligen Bauteils abhängig sind.

Bei der Erfindung sind die vorgenannten Einzelfehler zu fünf Fehlergruppen unter dem Gesichtspunkt der gemein­ samen Fehlerkorrektur wie folgt zusammengefaßt:

• I. Klemmstellen-Temperaturfehler
• II. Vorverstärker-Temperaturfehler,
  A/D-Wandler-Temperaturfehler
• III. Vorverstärker-Unlinearität,
  A/D-Wandler-Unlinearität
• IV. Klemmstellen-Temperaturfühler-Fehler,
  Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Temperatur­ fehler
• V. Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Unlinearität.

Die Korrektur der Fehlergruppen erfolgt entgegengesetzt der Reihenfolge ihres Auftretens in der Eingangsschaltung oder Eingangsbaugruppe. Dabei hat die Korrektur der Fehler der Klemmstellentemperaturmessung Vorrang, da diese Grundlage der weiteren Korrektur sind. Zuerst muß also Gruppe V korri­ giert werden, um den exakten Eingangsspannungswert der Klemmstellentemperatur, der dann noch mit einem Tem­ peraturfehler behaftet ist, zu erhalten. Als zweites muß die Gruppe IV korrigiert werden, um den genauen Wert der Klemmstellentemperatur zu erhalten. Die Klemmstellen­ temperatur entspricht bei richtiger Auslegung der ther­ mischen Kopplung der Bauteile auch den einzelnen Bau­ teiletemperaturen.

Nachdem die Gruppen V und VI korrigiert wurden, liegt für weitere Berechnungen der genaue Wert der Bauteile- und Klemmstellentemperatur vor. Als drittes wird Gruppe III, das sind die Vorverstärker-Unlinearität und die A/D-Wandler-Unlinearität nach der Eingangsspannung, kom­ pensiert. Danach erhält man den Wert des Eingangssignals, welcher noch mit den Fehlern aus den Gruppen I und II be­ haftet ist.

Als nächstes werden die Fehler der Gruppe II unter Zu­ hilfenahme der vorher festgestellten Klemmstellen- und Bauteiletemperatur kompensiert. Man erhält den Wert der Eingangsspannung, der noch mit dem Klemmstellen-Tempera­ turfehler behaftet ist. Als letztes wird dieser Klemm­ stellen-Temperaturfehler anhand einer abgespeicherten Kennlinie kompensiert. Danach steht der genaue Wert der Eingangsspannung, der auch an den Anschlußklemmen anliegt, zur Verfügung. Der Restfehler bewegt sich in einem Rahmen, der sich nicht mehr, jedenfalls nur noch sehr schwer messen läßt.

In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die gesamte Korrek­ tur nach der Gleichung

• Eingangsspannungswert =
  ((Eingangswert gesamt × Korrekturwert Gruppe III)
  × (Bauteiletemperatur × Korrekturwert Gruppe II))
  × (Klemmstellentemperatur × Korrekturwert Gruppe I),

nachdem zuvor die

• Bauteiletemperatur =
  (Eingangswert Klemmstellentemperatur × Korrektur­ wert Gruppe V)
  × Korrekturwert Gruppe IV

festgestellt wurde. Die Durchführung der Korrekturen nach den Gleichungen wird durch den nachgeschalteten Micro­ rechner durchgeführt. Im Hauptspeicher des Rechners wird eine Kennlinie für Gruppe I, II, III, IV und V gelegt. Bei Anwendung der Gleichungen wird der Korrekturwert der gespeicherten Kennlinie entnommen und in die Berechnung einbezogen. Nach Auswertung der Gleichungen erhält man den tatsächlichen Wert des Signals, welches am Eingang der gesamten Baugruppe anliegt.

In einem Blockschaltbild ist eine Anordnung für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung schema­ tisch dargestellt.

Über einen Präzisionstemperaturfühler 1 wird die Klemm­ stellentemperatur gemessen und dem eigenen Klemmstellen­ temperatur-A/D-Wandler 5 zugeführt. Diese Kombination hat eine bestimmte eigene Kennlinie, welche über einen Microrechner 6 linearisiert wird. Der korrigierte Wert wird als Umgebungs- bzw. Klemmstellentemperatur für weitere Berechnungen abgespeichert. Weiterhin wird die Temperatur in eine dem Thermoelement entsprechende Spannung umgerechnet. Diese Spannung wird ebenfalls ge­ speichert.

Die Thermospannung des Thermoelements wird nach Ver­ stärkung in einem Vorverstärker 2 einem A/D-Wandler 4 zugeführt. Diese Kombination hat ein Kennfeld aus Um­ gebungstemperatur und Eingangsspannung. Die Kombination wird unter Zuhilfenahme der gemessenen Temperatur in dem Microrechner 6 linearisiert. Der Microrechner 6 ist vorzugsweise ein Ein-Chip-Microrechner. Der korrigierte Wert ist der Wert der Thermospannung + Klemmstellen- Thermospannung. Nachdem man die Klemmstellen-Thermo­ spannung zu der Thermospannung addiert hat, steht der Wert der Thermospannung zur Verfügung, welcher dem tat­ sächlichen Temperaturwert an der Thermoelementespitze entspricht. Dieser Wert wird gemäß den Polynomen der IPTS 68 (80) linearisiert. Die Linearisierung wird auch im Microrechner 6 durchgeführt. Danach steht der tat­ sächlich gemessene Temperaturwert zur Verfügung, und zwar mit einem vernachlässigbar kleinen Fehler.

Die dem Microrechner 6 nachgeordnete Schaltung ist zu einem Block Microprozessor 3 mit Ausgängen und Anzeige zusammengefaßt.

Claims (6)

1. Anordnung zur digitalen Fehlerkompensation einer Ein­ gangsschaltung, die eine Klemmstelle mit integriertem Temperaturfühlerteil aufweist, dem ein Vorverstärker nachgeordnet ist, dem wiederum ein A/D-Wandler nachge­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Vorverstärker (2) ein eigener Klemmstellentempera­ tur-A/D-Wandler (5) geschaltet ist, dessen Ausgang eben­ so wie der Ausgang des dem Vorverstärker (2) nachge­ schalteten A/D-Wandlers (4) mit einem Microrechner (6) verbunden ist, dessen Speicher Kennlinien für die Tem­ peratur- und die Gerätekompensation der Bauteile der Eingangsschaltung enthält.

2. Verfahren zur digitalen Fehlerkompensation der Ein­ gangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Temperatur und vom Eingangswert abhängige Fehler in folgende Gruppen zusammengefaßt werden:

• I. Klemmstellen-Temperaturfehler
• II. Vorverstärker-Temperaturfehler,
  A/D-Wandler-Temperaturfehler
• III. Vorverstärker-Unlinearität,
  A/D-Wandler-Unlinearität
• IV. Klemmstellen-Temperaturfühler-Fehler,
  Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Temperatur­ fehler
• V. Klemmstellentemperatur-A/D-Wandler-Unlinearität,

und die Gruppen in umgekehrter Reihenfolge ihres Auf­ tretens in der Eingangsschaltung kompensiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerkompensation nach der Gleichung

• Eingangsspannungswert =
  ((Eingangswert gesamt × Korrekturwert Gruppe III)
  × (Bauteiletemperatur × Korrekturwert Gruppe II))
  × (Klemmstellentemperatur × Korrekturwert Gruppe I)

erfolgt, nachdem die

• Bauteiletemperatur =
  (Eingangswert Klemmstellentemperatur × Korrektur­ wert Gruppe V)
  × Korrekturwert Gruppe IV

bestimmt wurde.