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Referenzstelle für eine Einrichtung zum Messen von
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Temperaturen unter Verwendung einer von einem Thermoelement gebildeten
Meßsonde Die Erfindung bezieht sich auf eine Referenastelle f.r eine Einrichtung
zum Messen von Temperaturen unter Verwendung einer von einem Thermoelemnt gebildeten
Meßsonde, welches (Thermoelement) zwei Schenkel aufweist, von denen jeder von einem
ersten Leiter aus einer. ersten Metall und einem zweiten Leiter aus einem zweiten,
von ersten unterschiedlichen Metall und einer Verbindungsstelle zwischen den beiden
eLtern gebildet ist, wobei eine Verbindungsstelle die Meßsonde und die andere Verbindungsstelle
Teil der Referenzstelle ist, die ein zur Korrektur des Meßorgehnisses dienendes
temperaturabhängiges Korrekturelement aufweist.
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Die Messung von Temperaturen unter Verwendung von Thermoelementen
ist bekannt. Die hierbei erzeugte Thermospannung wird in der Regel gegen den Bezugspunkt
"0°C" eines Schenkels des Thermoelementes bzw. des dieses Thermoelement bildenden
Thermo-Leiterpaares angegeben. Um die Temperatur mit dem anderen Schenkel messen
zu kennen, gibt es in wesentlichen drei Möglichkeiten: Der als Bezugspunkt dienende
Schenkel (Referenzschenkel oder Referenzstelle) wird auf 0°C gehalten; der Referenzschenke@
wird mit hilfe eines Thernostaten konstant auf einer anderen Temperatur, beispielsweise
auf 60°C gehalten und die unter Verwendung der Thermospannung erzeugte optische
Temperatur-Anzeige wird entsprechend korrigiert, z.B. um 600 vorgestellt; die Temperatur
des Referenzschenkels bzw. der Referenzstelle wird gemessen und die optische Temperatur-Anzeige
wird durch ein zusätzliches Verfahren automatisch korrigiert, und zwar beispielsweise
in der Weise, daß die Temperatur-Anzeige jeweils entsprechend der an der Referenzstelle
gemessenen
Temperatur vorgestellt wird. HierfUr ist an der Referenzstelle
ein temperaturabhängiges Korrekturelement erforderlich.
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Die letztbeschriebene Methode wird insbesondere bi transportablen
Temperatur-Meßeinrichtungen angewandt. Das Hauptproblem bei dieser Methode liegt
darin, den nötigen statischen und vorallem auch dynamischen Gleichlauf im Temperaturgang
der zwei unterschiedlichen Temperatursensoren (Verbindungsstelle und temperaturabhängiges
Korrekturelement) bei der Referenzstelle zu erreichcn. Allen bisher hierzu vorgeschlagenen
Lösungswegen haftet der grundsätzliche Nachteil an, daß zwar ein statischer Gleichlauf
einigermaßen erzielt werden kann, ein dynamischer @ Gleichlauf, d.h. ein Gleichlauf
bei schnellen Temperaturänderungen nicht gewährleistet ist. Wird ein und dasselbe
Temperatur-Meßgerät in zeitlicher Folge aufeinander in Umgebungen mit unterschiedlicher
Temperatur verwendet, so ist bisher eine korrekte Temperatur-Anzeige nur dann möglich,
wenn sich dieses Gerbt bzw. die elektrischen Komponenten des Gerätes hinsichtlich
ihrer Eigentemperatur an die Umgebungstemperatur angeglichen haben, so daß vor jedes
Temperatur-Messung eine nicht unerhebliche Wartezeit eingehalten werden muß Hierdurch
ist eine schnelle Messung in Umgebungen unterschiedlicher Temperatur nicht möglich.
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Außerdem ist auch der Abgleich der Referenzstelle bzw. des dort zur
Korrektur des Meßergebnisses torgesehenen tenperaturabhängigen Korrekturelementes
bei der Herstellung problematisch und schwierig. Wird die erforderliche Wartezeit
vor jeder Temperatur-Messung nicht eingehalten bzw. ist ein einwandfreier Abgleich
bei der Herstellung des Gerätes nicht gewährleistet, io geht der entsprechende Fehler
voll in das Meßergebnis ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe tugrunde, eine Referenzstelle für
eine Einrichtung zum Messen von Temperaturen unter Verwendung eines Thermoelementes
aufzuzeigen, die die geschilderten Nachteile vermeidet und vor allem auch den erforderlichen
dynamischen Gleichlauf sicherstellt, so daß eine Einrichtung rum Messen von Temperaturen
btw. ein
Temperatur-Meßgerät in schneller zeitlicher Folge, d.h.
ohne erforderliche Wartezeit in Umgebungen mit unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt
werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Referenzstelle der eingangs geschilderten
Art erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Verbindungsstelle der Referenzstelle
auf einem Träger aus einem Material mit sehr hohem Wärmeleitwert gebildet ist, und
da£ auf diesen Träger gegenüber der Verbindungsstelle elektrisch isoliert, jedoch
in sehr guter Wärmekopplung mit dem Träger eine einen temperaturabhängigen Widerstand
bildende Widerstandsbahn vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemäße Referenzstelle stellt nicht nur den dynamischen
Gleichlauf in hoher Genauigkeit sicher, sondern kann auch bei der Herstellung sehr
genau und präzise abgeglichen wrden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient alr3 Träger
ein plättchenförmiges Element, welches entweder durch und durch aus gut wärmeleitendem,
jedoch elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise Keramik besteht oder
aber an wenigstens einer Oberflächenseite rnit einer Schicht aus elektrisch isolierendem
Material versehen ist. In letztem Fall ist der Träger beispielsweise aus eloxiertem
Aluminium hergestellt.
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Auf diesem Träger hpw, auf dessen Oberflache aus elektrisch isolierendem
Material sind dann zwei erste Leiterbahnen aus jeweils unterschiedlichem Metall,
beispielsweise Nickel und Nickelchrom aufgebracht, die an einem Sereich einander
überdecken und dort die Verbindungsstelle des die Referenzstelle bildenden Schenkels
des Thermoelementes bilden. Eine weitere dritte Leiterbahn1 de bevorzugt auf die
gleiche Oberflächenseite deo Trägers aufgebracht ist, besteht aus einem Material,
beispielsweise aus Nickel 1000, welches (Material ) eine als Korrekturelement dienenden
temperaturabhängien Widerstand bildet. Das Aufbringen der einzelnen Leiterbahnen
erfolgt bevor7ugt durch Aufdampfen. Dadurch, daß
sämtliche Leiterbahnen
auf einem gemeinsamen Träger aus gut wärmeleitendem Material aufgebracht sind, ergibt
sich ein absoluter Gleichlauf im Temperaturgang des temperaturabhängigen Korrekturelementes
sowie des die Referenzstelle bildenden Schenkels des Thermoelementes, und zwar unabhängig
von der Masse und damit von der Wärmekapazität des Trägers.
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Nach einer der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis ist es sogar
vorteilhaft, wenn der Träger eine gewisse Masse aufweist, da hierdurch ein das Meßergebnis
verfälschender Temperaturgradient in Bersichen des Trägers wirksam verhindert wird,
wenn ein die erfindungsgemäße Referenzstelle aufweisendes Temperatur-Meßgerät in
kurzer zeitlicher Folge nacheinander in Umgebungen unterschiedlicher Temperatur
verwendet wird.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße
Referenzstelle 60 ausgebildet, daß ebenfalls auf dem Träger eine weitere Leiterbahn
vorgesehen ist, die aus dem gleichen Metall besteht, aus welchem der an die elektrische
Schaltung fahrende Leiter des als Meßsonde dienenden Schenkels gebildet ist. Diese
weitere leiterbahn ist dann seinerseits mit dem als fleßsonde dienenden Schenkel
des Thermoelementes über eine Verbindungsleitung, die wiederwn das gleiche Metall
wie die Leiterbahn aufwist, und andererseits mit einer Kupferleitung verbunden,
die an die elektrische Schaltung fahrt. Auch die auf dem Träger vorgesehene eine
Leiterbahn des Schenkels der Referenzstelle, die mit der elektrischen Schaltung
zum Auswerten der Thermospannung und zur Anzeige der Temperatur fahrt, ist aus Kupfer
hergestellt, so da sämtliche Verbindungen an die Schaltung ausschließlich aus Kupfer
bestehen und al-le Übergänge im Bereich der Anschlüsse Von einem -Metall zu einem
anderen Metall in die Referenzstelle integriert sind und an diesen Übergängen ev.
entstehende temperaturabhinglge Theraospannungen wirksam korrigiert werden können.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspräche.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Fs zeigon: Fig. 1 das Blockschaltbild einer Einrichtung zum Messen
von Temperaturen unter Verwendung eines Thermoelementes; Fig. 2 eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Referenzstelle.
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Tn den figuren ist 1 die elektrlsche Schaltung einer Einrichtung zum
Messen von Temperaturen, die im wesentlichen aus einem beispielsweise einen Gleichspannungsverstärker
sowie ein optisches Temperatur-Anseigeelement aufweisenden Schaltungsteil 2 sowie
aus einer Referenzstelle 3 bestcht, weich letztere einen Schenkel eines Thermoleiterpaares
sowie einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist, der als Korrekturelement die
jeweilige Temperatur der Referenzstelle 3 berücksichtigt und in Abhängigkeit von
dieser Temperatur die optische Temperaturanzeige derart korrigiert, daß die angezeigte
Temperatur tatsächlich der mit der Meßsonde 4 zu messenden temperatur entspricht.
Die Meßsonde 4 ist im wesentlichen von einem weiteren Thernoschenkelpatr bzw. der
Verbindungsstelle zweier Leiter aus unterschiedlicher Metall gebildet und bildet
zusammen ir.it der Verbindungsstelle des Thermoleiterpaares in der Referenzstelle
3 das Thermoelement der Temperatur-Meßeinrichtung.
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Bei der dargestellten Ausführungsform besteht ein Leiter des Thermoleiterpaares
in jedem Schenkel (Referenzstelle 3 und Meßsonde 4) aus Nickel und der andere Leiter
aus Nickel-Chrom. Die Meßsonde 4 ist über einen Thermostecker 5 mit der elektrischen
Schaltung 1 verbunden, wobei die von dem Thermostecker 5 in die elektrische Schaltung
1 führenden Leitungen aus den. gleichen Material, nämlich aus wickel bzw.
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aus Nickel-Chrom bestehen, wie die beiden, die Meßsonde 4 bildenden
Leiterpaare.
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Die Fig. 2 zeigt in Einzeldarstellung die Referenzstelle 3 des Temperaturmeßgerätes.
Diese Referenzstelle besteht aus einem flachen, plättchenartigen Träger 6 aus einem
zumindest an einer Oberflächenseite elcktrisch isolierendem Material r t sohr hohe:n
Wärmeleitwert, beispielsweise aus Keramik oder eloxiertem Aluminium. Auf die erwähnte
Oberflächenseite des Trägers 6 ist eine erste, im wesentlichen streifenförmige Leiterbahn
7 aus Nickel aufgebracht bzw. aufgedampft.
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Weiterhin ist auf die gleiche Oberflächenseite des Trägers 6 eine
weitere Leiterbahn 8 aus Nickel-Chrom aufgebracht bzw.
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aufgedampft, wobei die Leiterbahn 8 zwei Schenkel 8'und 8" bildet,
von denen der Schenkel 8" parallel uncl im Abstand zur leiterbahn 7 verlauft und
der Schenkel 8' nich senkrecht xur Leiterbahn 7 erstreckt und mit seinem vom Schenkel
8' entfernt liegenden nde das eine Ende der Leiterbahn 7 überlappt und dort die
Verbindungsstelle 9 der Referenzstelle 3 bildet.
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An das der Verbindungsstelle 9 entfernt liegende rnde der Leiterbahn
7 ist eine aus Nickel bestehende Verbindungsleitung 10 angeschlossen, die über den
Thermostecker 5 an den ebenfalls aus Nickel bestehenden Leiter der Meßsonde 4 führt.
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Das der Schenkel 8' entfernt liegende EnRe des Schenkels 8 ist mit
einer aus Kupfer bestehenden Verbindungsleitung 11 verbunden, die zum Anschluß der
Referenzstelle 3 an dan df'n Gleichspannungsverstärker aufweisenden Teil 2 der elektrischen
Schaltung 1 dient. In dem zwischen der Leiterbahn 7 und den beiden Schenkeln 8'
und 8" der Leiterbahn 8 umschlossenen Raum ist auf der gleichen Oberflächenseite
des Trägers 6 eine weitere, streifenförmige Leiterbahn 12 aufgebracht bzw.
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aufgedampft, die aus Nickel-Chrom besteht und deren eines Ende mit
einer Verbindungsleitung 13 aus Nickel-Chrom und deren anderes Ende mit einer Verbindungsleitung
14 aus tupfer verbunden ist. Die Verbindungsleitung 13 führt titer den Thermostecker
5 zu dem aus Nickel-Chrom bestehenden Leiter der Meßsonde 4. Die Verbindungsleitung
14 aus Kupfer dient zum Anschluß des von der Meßsonde 4 gebildeten Schenkels an
den Teil 2 der elektrischen Schaltung 1, Durch die Anordnung der Leiterbahn 12 auf
dem Trager 6 ist nicht nur der die
Referenzstelle 3 bildende Schenkel,
sondern auch der die Meßsonde 4 bildende Schenkel des Thermoelementes ausschließlich
über Kupferleitungen mit der übrigen elektrischen Schaltung verbunden, wobei die
jeweiligen Übergangsstellen zwischen der aus Nickel-Chrom bestehenden Leiterbahn
8 und der zugehörigen Verbindungsleitung 11 sowie zwischen der ebenfalls aus Nickel-Chrom
bestehenden Leiterbahn 12 und der zugehörigen Verbindungsleitung 14 die gleiche
Temperatur wie der Träger 6 aufweisen und hier auftretende, von der Temperatur abhängige
Thermospannungen in besonders einfacher Weise kompensiert bzw. bei der Temperaturanzeige
berücksichtigt werden können.
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Zur Korrektur der Temperaturanzeige dient eine weitere, auf die gleiche
Oberflächenseite des Trägers 6 aufgebrachefl, z.B.
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aufgedampfte Leiterbahn 15, die einen temperaturabhängigen Widerstand
bildet und beispielsweise aus Nickel 1000 hergestellt ist. An die beiden Enden der
Leiterbahn 15 sind Verbindungsleitungen 16 und 17 aus Kupfer angeschlossen, über
die die als Korrekturelement dienende Leiterbahn 15 mit dem Teil 2 der elektrischen
Schaltung bzw. mit Ort vorhandenen elektrischen Bauelementen oder Schaltkreisen
zur Korrektur der Temperaturanzeige verbindet.
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Wie die Fig. 2 zeigt, umschließt die Leiterbahn 15 mit drei aufeinanderfolgenden
und jeweils rechtwinklig zueinander verlaufenden Schenkeln oder Abschnitten 15',
15' und 15"' außen die Leiterbahn 7 sowie die Schenkel 8' und 8" der Ieiterbahn
6, wobei an das Ende des Schenkels 15' die Verbindungsleitung 16 angeschlossen ist.
tit einem weiteren Schenkel 15"" ist die leiterbahn 15 u@ das mit der Verbindungsleitung
11 verbundene Ende des Schenkel 8" herumgeführt und erstreckt sich dann mit einer
mit einen mehrfach abgewinkelten Schenkel 15""' in n den v von der Leiterbahn 7
und den Schenkeln 8' und 8" " der Leiterbahn 8 sowie auch von der Leiterbahn 12
umschlossenen Raum, wobei die einzelnen Abschnitte des Schenkels 15""' wiederum
im wesentlichen entlang der Schenkel 8" und 8', sowie teilweise entlang der Leiterbahn
7 und eines von dieser Leiterbahn seitlich
wegführenden und senkrecht
zur Leiterbahn verlaufenden Fortsetzes 7' verläuft, und zwar in unmittelbarer Nähe
der genannten Schenkel sowie der genannten Leiterbahn und dessen @ortsatz. Der Schenkel
15""' ist dann aus dam von den Schenkeln 8' und ß" sowie von der Leiterbalin 7 und
der Leiterbahn 12 umschlossenen Raum herausgeführt bis an die in der Fig. . 2 untere
Kante 6' des Trägers 6 und dort mit der Verbindungsleitung 17 verbunden.
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Bei der in der Fig. 2 dargestellten und voranstehend beschriebenen
Ausführung der Referenzstelle 3 sind sämtliche Elemente dieser Referenzstelle auf
sehr engem Raum in unmittelbarer Nähe zueinander, d.h. sehr dicht bzw. gedrängt
angeordnet, was insbesondere auch für die Leiterbahn 15 in bezug auf die Verbindungsstelle
9 gilt, so daß eine extrem gute thermische Kopplung zwischen den einzelnen Elementen
der Referenzstelle 3 ergibt, wobei sämtliche, an den Teil 2 der elektrischen Schaltung
1 führende Verbindungsleitungen 11, 14, 16 und 17 aus Kupfer bestehen und somit
alle Übergänge von Kupfer auf ein anderes Metall, die eine temperaturabhängige Thermospannung
ergeben könnten, in die Referenzstelle 3 bzw, auf den Träger 6 verlegt sind und
somit bei der Yorre-ktur der Temperaturanzeige sehr genau und vor allem auch reproduzierbar
berücksichtigt werden können.
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Weiterhin zeigt oie Fig. 2, daß sämtliche Verbindungsleitungen 10,
11, 13, 14, 16 und 17 an der Kante 6' des Trägers f; aus der Referenzstelle 3 herausgeführt
sind, so daß sich diese Referenzstelle auch in besonders geeigneter Weise als Bauelement
zur Bestückung einer gedruckten Schaltung eignet.
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Insbesondere die den temperaturabhängigen Widerstand bildende Leiterbahn
15 wird während ihrer Herstellung auf einen vorgegebenen Wert abgeglichen, und zwar
beispielsweise dadurch, daß die effektivc Breite der Leiterbahn 15 zumindest in
einem Teil dieser Leiterbahn mit. Hilfe eines Laserstrahles oder einer anderen,
an sich bekannten Methode dem erfordorlichen Wert entsprechend reduziert wird.