DE3637520A1 - Temperaturmesseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Temperaturmessung, insbesondere ein verbessertes Diodenthermometer und diesem zugeordnete Schaltkreise.

Elektrische Schaltungselemente haben typischerweise tempe­ raturbezogene elektrische Kenngrößen. Es ist daher möglich, ein elektrisches oder elektronisches Bauelement als Thermo­ fühler zu verwenden und davon einen Temperaturmeßwert durch Überwachung einer elektrischen Kenngröße abzuleiten, vorausgesetzt, daß eine Korrelation der elektrischen Kenn­ größe mit der Temperatur bekannt ist. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung ist allgemein als Diodenthermometer be­ kannt.

Bei einer Halbleiterdiode sind Halbleitermaterialien so angeordnet, daß sich eine elektrische Charakteristik mit sehr hoher Vorwärts-Durchlaßkennlinie und äußerst niedriger Rückwärts-Durchlaßkennlinie ergibt. Bei dem konventionellen Diodenthermometer, das mit Konstantstrom arbeitet, ist die an der Diode sich ausbildende Spannung temperaturbezogen. Konventionelle Diodenthermometer weisen mehrere Nachteile auf:

• 1) Die Diodenspannung ist selbst bei einer idealen Diode nicht genau linear temperaturbezogen;
• 2) bei gleichem Strom und gleicher Temperatur bilden ver­ schiedene Dioden unterschiedliche Spannungen aus, so daß in konventionellen Diodenthermometern eingesetzte Dioden ein­ zeln kalibriert werden müssen, wobei Abweichungen von ±50° typisch sind; und
• 3) die elektrischen Eigenschaften und damit die Kalibrie­ rung konventioneller Diodenthermometer ändern sich mit der Zeit und der thermischen Vergangenheit.

Ein bekannter Temperatur-Meßwertumformer, der einige der Probleme des Standes der Technik überwindet, ist in der US-PS 34 30 077 angegeben. Diese zeigt ein Halbleiterbau­ element mit mehr als einem Übergang, das von einem Strom mit einer Wechselkenngröße aktiviert wird. Auf diese Weise werden die Auswirkungen von Streuströmen und Rekombina­ tionsströmen verringert. Wenn der Übergang mit Vorspannung in Durchlaßrichtung betrieben wird, und zwar mit einer Vor­ wärtsspannung, die größer als etwa 0,1 V ist, ist die aus den verschiedenen Strompegeln resultierende Spannung mathe­ matisch direkt proportional der absoluten Temperatur.

Die US-PS 41 65 642 beschreibt eine monolithische CMOS-IS, die an ihrem Ausgang ein Digitalsignal entsprechend der Temperatur liefert. Diese bekannte Temperaturfühleranord­ nung ist vom bipolaren Bandabstands-Referenztyp, da sie zwei angepaßte Bipolartransistoren erfordert. Solche Tran­ sistoren müssen hinsichtlich der Flächen ihrer Übergänge, der Dotierungsdichten, der Dotierungsverläufe, der Alte­ rungsauswirkungen und der Transistortemperaturen angepaßt sein. Handelsübliche Systeme, die dieses bekannte Konzept verwenden, haben typischerweise Abweichungen zwischen den einzelnen Chips, die in Temperaturmeßwert-Änderungen von +/-5°C resultieren. Es ist also ersichtlich, daß eine Temperaturmeßeinrichtung mit höherer Genauigkeit benötigt wird.

Eine Einrichtung, bei der ein Digitalsignal so skaliert wird, daß es wahlweise Celsius- und Fahrenheit-Werten ent­ spricht, ist in der US-PS 43 70 070 beschrieben. Gemäß den Lehren dieser US-PS wird die Umsetzung von Fahrenheit in Celsius dadurch erreicht, daß vier von jeweils neun einem Saldierzähler zugeführten Zählwerten fallengelassen werden. Dies entspricht einer Multiplikation mit 5/9. Solche Zähl­ werte werden von einem Temperatur-Oszillator erhalten, der einen Impulszug mit einer Frequenz erzeugt, die auf die erfaßte Temperatur bezogen ist. Die Erinrichtung dieser US-PS geht ferner von der Linearität des Ausgangssignals eines Thermistors in bezug auf Temperatur aus.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer einfachen und kostengünstigen Temperaturmeßeinrichtung, mit der die Temperatur-Meßgenauigkeit verbessert wird, die ohne weiteres als IS hergestellt werden kann und keine Anpassung von Halbleitervorrichtungen am Fühler zur Erzielung hoher Präzision benötigt; ferner soll eine IS-Temperaturmeßein­ richtung angegeben werden, die differentielle Stromwerte zur Temperaturmessung verwendet, und ferner sollen bei der Einrichtung ganz genaue Differenzströme erzeugt werden; außerdem sollen bei der Temperaturmeßeinrichtung Auswir­ kungen von Störungen wesentlich vermindert werden; ferner soll eine CMOS-IS geschaffen werden, bei der 1/f-Rauschen erheblich verringert wird; ferner soll eine Temperaturmeß­ einrichtung angegeben werden, die einen Abintegrierer mit Dynamikdehnung verwendet; die Temperaturmeßeinrichtung soll dabei hohe Genauigkeit und Auflösung erreichen, ohne daß sie unter Anwendung von Wasserbädern geeicht werden muß; ferner soll die Hochpräzisions-Temperaturmeßeinrichtung keinen Verstärker mit exakt vorbestimmtem Verstärkungsfak­ tor benötigen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Temperaturmeßeinrichtung mit einem Halbleiter-Temperatur­ fühler, der einen Übergang zur Ausbildung einer Übergangs­ spannung an diesem aufweist. Die Übergangsspannung ent­ spricht einem durch den Fühler geleiteten Strom und ent­ spricht wenigstens teilweise der Temperatur des Fühlers. Der Strom wird von einer Stromquelle bzw. einem Generator mit einem ersten und einem zweiten Strompegel erzeugt, so daß sich die Übergangsspannung entsprechend ändert. Bei einer Ausführungsform speichert ein Spannungspegel-Speicher wenigstens zwei Übergangsspannungspegel. Diese gespeicherten Übergangsspannungspegel werden von einer Meßvorrichtung empfangen, die ein Signal entsprechend den Übergangsspan­ nungspegeln und der Temperatur des Fühlers erzeugt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Über­ gangsspannungspegel in Abtast-Haltekreisen gespeichert, die von einer Steuereinheit gesteuert werden, die eine pro­ grammierbare Einheit wie etwa ein Mikrocomputer sein kann. Die in den Abtast-Haltekreisen gespeicherten Pegel werden in ein Differenzsignal umgesetzt, das dann von einem In­ tegrierer integriert wird. Bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform führt der Integrierer eine Zweirichtungs-Inte­ gration durch. Die Integration in die eine Richtung, z. B. eine Abintegration, wird zeitlich gemessen. Dadurch erhält man ein Taktsignal, das exakt der Temperatur des Halblei­ ter-Temperaturfühlers entspricht.

Mit dem Integrierer ist ein Nullpunkt-Selbstkorrekturglied gekoppelt, das zur Bildung eines Bezugswerts für die Inte­ gration beiträgt. Ferner hat es die Funktion, eine etwaige Verschiebespannung der Schaltung auszugleichen. Wenn also die Übergangs-Differenzspannung Null ist, bewirkt das Null­ punkt-Selbstkorrekturglied, daß der Ausgang des Integrierers sich nicht mit der Zeit ändert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Vergleicher vorgesehen, der an entsprechenden Eingängen Signale vom Integrierer und vom Nullpunkt-Selbstkorrektur­ glied empfängt. Das Ausgangssignal des Vergleichers wird der Steuereinheit zugeführt und zeigt dieser die Dauer des Zeitmeßintervalls an. Ferner weist die Steuereinheit Ska­ liermittel für die Anzahl Taktimpulse auf, die in einem Zähler aufgelaufen sind, so daß Zählwerte entsprechend Fahrenheit- und Celsius-Meßwerten erhalten werden.

Die Genauigkeit der Temperaturmessungen wird bei sehr vor­ teilhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung dadurch ver­ bessert, daß eine Schaltanordnung vorgesehen ist, bei der kleinere Anpassungsfehler in einer Mehrzahl Stromquellen, die den Mehrpegelstrom liefern, durch Mittelung unterein­ ander reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß n solche Stromquellen vorgesehen sind, deren jede einen zuge­ hörigen Schalter hat, der z. B. von der Steuereinheit ge­ steuert wird. Wenn ein Hochpegelstrom durchgelassen werden soll, werden sämtliche n Schalter geschlossen. Wenn ein Niedrigpegelstrom durchzulassen ist, wird nur ein Schalter geschlossen, so daß zwischen den Hoch- und den Niedrigpe­ geln ein Stromverhältnis n : 1 aufrechterhalten wird. Bevor­ zugt werden verschiedene der n Schalter während des Leitens des Niedrigpegelstroms sequentiell geschlossen, so daß Fehlanpassungen hinsichtlich der Größe der von den ver­ schiedenen Stromquellen erzeugten Ströme ausgemittelt werden.

Gemäß einem Verfahrensaspekt der Erfindung wird eine Tem­ peraturmessung erreicht durch abwechselndes Leiten eines Stroms mit einem ersten und einem zweiten Strompegel durch einen Halbleiterfühler; Abtasten und Halten entsprechend erzeugter Spannung des Halbleiterfühlers; Erzeugen eines Signals, das der Differenz zwischen den jeweils erzeugten Spannungen entspricht; und Integrieren des Differenzsi­ gnals.

Gemäß einer Ausführungsform wird wenigstens ein Teil der Zeitperiode, während der die Integration stattfindet, ge­ messen zur Bildung eines Zeitmeßsignals, das der Temperatur des Fühlers entspricht. Bei einer speziellen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt dieses zeitliche Mes­ sen das Durchlassen eines Taktsignals zu einem Zähler zur Zählung von Taktimpulsen und vorheriges Laden des Zählers mit Werten, die davon abhängen, ob die Temperatur in Fahrenheit- oder Celsius-Graden zu messen ist.

Bei einer IS-Ausführungsform der Erfindung würde eine Tem­ peraturmeßeinrichtung, die eine Ablesung von Einheiten bis herunter zu 0,1° erlauben würde, einen Rechenverstärker mit genau vorbestimmtem Verstärkungsfaktor erfordern. Eine solche Präzision kann gemäß der Erfindung dadurch erhalten werden, daß identische Widerstände so geschaltet werden, daß sie sämtlich während jedes Meßzyklus für die Eingangs- und Rückkopplungsschleife benützt werden. Alternativ kann ein solches Schalten mit Kondensatoren angewandt werden. Somit werden etwaige Fehlanpassungen in ähnlicher Weise, wie dies in bezug auf die Stromquellen erläutert wurde, ausgemittelt.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden die nachteiligen Auswirkungen unterschiedlicher Arten von Rau­ schen stark verringert. Es gibt im wesentlichen drei Arten von Rauschen, die die Genauigkeit beeinträchtigen, mit der die Temperatur gemessen werden kann. Diese sind Synchron­ rauschen, weißes Rauschen und 1/f-Rauschen. Synchronrau­ schen resultiert aus der Aufnahme vom Taktgeber und allen davon angesteuerten Schaltungselementen. Zur Beseitigung von Synchronrauschen ist es wesentlich, daß der Taktgeber und seine zugehörigen synchronen Schaltungsteile die ver­ schiedenen Logikzustände so gleichzeitig wie möglich durch­ laufen. Z. B. sollte die Nullpunktkorrekturphase mit der Meßphase identisch sein. Somit wird durch das Ausgangssi­ gnal des Differenzverstärkers, der die Ausgangssignale der Abtast-Haltekreise subtraktiv kombiniert, das Synchronrau­ schen beseitigt.

Weißes Rauschen kann auf einen relativ niedrigen Pegel ver­ ringert werden, indem die Spannungsdifferenz ausreichend lang abgetastet wird. Diese Art von Rauschen muß also bei der Bestimmung der maximalen Abtastgeschwindigkeit in Betracht gezogen werden, wenn die Erfindung praktisch ein­ gesetzt wird.

Die dritte Art von Rauschen, nämlich 1/f-Rauschen, ist kom­ plexer als die beiden anderen Arten und tritt besonders in integrierten CMOS-Schaltungen gemäß der Erfindung auf. Der Beitrag von 1/f-Rauschen hängt nicht von der Dauer des Ab­ tastintervalls ab, sondern eigentlich von Q, dem Verhältnis des jeweiligen Intervalls zwischen dem Ende und dem Beginn aufeinanderfolgender Abtast-Halte-Fenster zum Gesamtzeit­ intervall, das mit dem Beginn eines ersten Abtast-Halte- Fensters und dem Ende eines zweiten solchen Fensters be­ ginnt. Mit anderen Worten hängt das 1/f-Rauschen vom Ver­ hältnis der Zeitdauer zwischen zwei Abtastungen zur Gesamt­ abtastperiode einschließlich der Zeit zwischen den beiden Abtastungen ab. Es sei z. B. angenommen, daß der Ausgangs­ wert des Abtast-Halte-Vorgangs der Mittelwert der Eingangs­ spannung während des Abtastfensters ist. Es kann gezeigt werden, daß die fundamentalere Größe, der Rauschabstand, dem Quadrat der Größe 1-Q bei kleinen Q-Werten proportional ist. Um also zu verhindern, daß der Rauschabstand um ca. 50% verschlechtert wird, muß Q kleiner als 0,25 gehalten werden. Somit muß die Abtast-Halteschaltung so ausgelegt sein, daß Q kleiner als 0,25 und bevorzugt so klein wie möglich ist, weil der Beitrag von 1/f-Rauschen zu der dif­ ferentiell abgetasteten Spannung, die den Temperaturmeßwert liefert, von der Amplitude des 1/f-Rauschens und von Q abhängt. Es ist zu beachten, daß die Amplitude des 1/f-Rauschens von einem die Erfindung realisierenden Fachmann nicht ohne weiteres unter Kontrolle gehalten werden kann.

Wenn eine Reduktion von Q auf nahezu Null das Rauschen bei der Temperaturmessung nicht ausreichend verringert, um die gewünschte Meßgenauigkeit zu erhalten, ist es jedoch bei einer bestimmten Amplitude von 1/f-Rauschen möglich, das Rauschen auf einen annehmbaren Pegel zu verringern, indem mehrere differentielle Abtastwerte der Temperatur addiert werden. Das Rauschen nimmt als der Kehrwert der Quadrat­ wurzel der zusammenaddierten Anzahl Temperatur-Abtastwerte ab. Z. B. wird durch Addition von 100 Abtastwerten das 1/f-Rauschen um einen Faktor 10 relativ zu einem einzigen differentiellen Abtastwert verringert. Eine solche Mitte­ lung ist ohne weiteres während der Aufintegration in einem Doppelflanken-Integrierer durchzuführen. Sie kann auch digital durch Mittelung der digitalisierten Endtemperaturen erreicht werden. Eine solche Mittelung reduziert praktisch jede Art von Rauschen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein dritter Abtast-Haltekreis mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden zur Speicherung der Differenzspannung, während der erste und der zweite Abtast-Haltekreis Werte für die nächste Abtastperiode speichern. Somit wird der Betriebs­ wirkungsgrad der Temperaturmeßeinrichtung verbessert.

In einem Operationszyklus einer speziellen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der erste Schritt darin, den Nullpunkt-Selbstkorrekturwert der Einrichtung zu bestimmen, um Fehler wie Rechenverstärker-Fehler und die Nichtlinearitäten verschiedener Schaltungselemente, die dazu führen, daß eine Nullsignalspannung in einem Nicht- Nullwert der Temperatur resultiert, zu korrigieren. Diese Nullpunkt-Selbstkorrektur erfolgt während einer Periode, die ein bedeutender Bruchteil eines gesamten Meßzyklus, z. B. 1/3 bis 1/2 des Gesamtzyklus, ist. Bevor die Abtast- Haltekreise die ersten Abtastwerte der Spannung bilden, muß der Integrierer, der der Einfachheit halber so ausgelegt ist, daß er nur positive Werte annimmt, initialisiert wer­ den. Dies ist erforderlich, weil der Ausgang des Differenz­ verstärkers positiv oder negativ sein könnte. Eine solche Initialisierung wird erreicht, indem der Integrierer mit einer positiven Spannung eine Aufintegration durchführt, wobei diese Spannung größer als die gesamte Ladung, die durch die im System möglicherweise erzeugten Verschiebe­ spannungen angelegt werden könnte, und wenigstens für die Dauer eines Meßzyklus stabil ist.

Nach der vorstehend genannten Initialisierung wird der niedrigere der beiden Strompegel durch den Fühler geleitet, und der erste und der zweite Abtast-Haltekreis werden in normaler Weise so abgetastet, daß Q kleiner als 0,25 ist. Während des Nullpunkt-Selbstkorrekturzyklus wird der Füh­ lerstrom nicht umgeschaltet. Der resultierende Differenz­ wert wird dann in den dritten Abtast-Haltekreis getastet, der mit dem Integrierer gekoppelt ist, bis zur nächsten Operation des ersten und des zweiten Abtast-Haltekreises. Der Zyklus wird für den Rest des Nullpunkt-Selbstkorrektur­ zyklus fortgesetzt. Bei einer analogen Ausführungsform mit Nullpunkt-Selbstkorrektur wird die dem positiven Eingang des Integrierers zugeführte Spannung justiert, bis sich der Ausgang des Integrierers nicht mit der Zeit ändert, und der Vergleicher ist so justiert, daß er bei dieser Spannung die Zustände umschaltet. Auch wird die gleiche Spannung am positiven Eingang des Integrieres sowie des Vergleichers während der Temperaturmeßperiode aufrechterhalten. Bei einer digitalen Nullpunkt-Selbstkorrekturschaltung besteht der letzte Schritt des Nullpunkt-Selbstkorrekturzyklus in der Abintegration der Bezugsspannung in üblicher Weise. Die Anzahl Taktimpulse, die während der Abintegration auftre­ ten, wird zur späteren Nutzung gespeichert.

Der nächste Schritt des Zyklus besteht in der Temperatur­ messung. Der niedrige Strompegel wird durch den Fühler ge­ schickt, und der erste Abtast-Haltekreis wird abgetastet. Anschließend wird der hohe Strom durchgeschickt, und der zweite Abtast-Haltekreis wird abgetastet, nachdem sich der Schaltstoß beruhigt hat. Der differentielle Abtastwert wird dann in den dritten Abtast-Haltekreis eingetastet, und dieser wird mit dem Integrierer gekoppelt. Der Zyklus wird für die Dauer der Aufintegration wiederholt. Da der erste und der zweite Abtast-Haltekreis schnell in ihre Endzustände geladen werden, wobei angenommen wird, daß sich die Tem­ peratur nicht sehr schnell ändert, spielt der Schaltstoß keine besondere Rolle, und die Zeit zwischen den Abtast­ vorgängen kann sehr kurz gemacht werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Dynamikbereich des Integrierers erweitert bzw. gedehnt. Der Bereich eines Auf-Ab-Integrierers ist durch das Verhältnis der maximalen daran anliegenden Spannung zur Größe des niedrigstwertigen Bits bestimmt. Beim Stand der Technik treten Schwierigkeiten bei der Konstruktion eines Integrierers mit einem Bereich von mehr als 1000 oder einer Auflösung von mehr als 10 Bits auf. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Be­ reich des Integrierers dadurch gedehnt, daß in einem Zyklus mehrfach auf- und abintegriert wird und die Gesamtanzahl Zählwerte getrennt für die Auf- und die Abintegrationsvor­ gänge gezählt wird. Dadurch wird der Dynamikbereich um ein Mehrfaches gedehnt.

Wie vorstehend ausgeführt, betrifft die Erfindung eine neue und spezielle Halbleiterthermometer-Einrichtung, bei der die Messung der erfaßten Temperatur im wesentlichen frei von den unerwünschten Eigenschaften ist, mit denen bekannte Einrichtungen behaftet sind. Dadurch liefert die Erfindung ein Temperatursignal, das nur die wahre Temperatur anzeigt, und zwar im wesentlichen frei von anderen Einflüssen, die die elektrischen Kenngrößen einer Diode beeinflussen, und außerdem steht dieses Signal in linearer Beziehung zur Tem­ peratur. Dadurch ergeben sich wesentliche Vorteile nicht nur für das Diodenthermometer selbst, sondern auch für das Herstellungsverfahren. Da ein Diodenthermometer gemäß den Prinzipien der Erfindung die Auswirkung dieser anderen Ein­ flüsse beseitigt, müssen Dioden nicht an die zugehörigen Schaltkreise angepaßt werden, und es ist auch nicht unbe­ dingt notwendig, eine Einstellung in der Schaltung zum Aus­ gleich einer bestimmten Kenngröße einer darin verwendeten Diode durchzuführen. Auch sind Schaltungsteile zur Korrek­ tur der Nichtlinearität eines konventionellen Diodenthermo­ meters unnötig. Somit sind Zuverlässigkeit, Genauigkeit und einfache Fertigungsvorgänge einige der wesentlichen Eigen­ schaften der Erfindung.

Die Erfindung eignet sich auch gut zur Herstellung in Form einer integrierten Schaltung unter Anwendung von IS-Fertigungs­ verfahren. Das heißt, daß die Erfindung industriell als IS-Chip kompaktiert werden kann, was ein weiterer gro­ ßer Vorteil der Erfindung ist. Die Prinzipien der Erfindung können aber auch auf Schaltungen angewandt werden, die nicht in Form von integrierten Schaltungen vorliegen. Durch die Erfindung wird also ein Diodenthermometer in verschie­ dener bedeutsamer Weise verbessert, wobei besonders Line­ arität, Präzision, Zuverlässigkeit, Kompaktierung und Her­ stellung zu betonen sind.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema einer Temperaturmeßeinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Schema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Strompegeln mit exakt vorbestimmtem Amplituden­ verhältnis;

Fig. 4 eine vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Stromschaltvorrichtung; und

Fig. 5A, 5B, 5C grafische Darstellungen zur Erläuterung der Dynamikdehnung eines Integrierers.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Dioden­ thermometers 10. Der bevorzugte Temperaturfühler, der im Thermometer 10 verwendet wird, ist ein Transistor 12. Es ist ersichtlich, daß der Transistor aus Halbleitermaterialien aufgebaut ist, die eine Dioden-Charakteristik liefern, und daß er für die Zwecke der Erfindung somit als Diode angesehen wird. Die Verwendung eines Transistors anstatt einer Diode wird bevorzugt, weil der Transistor eine Charakteristik aufweist, die einer idealen Diode besser angenähert ist als eine Halbleiterdiode mit zwei Anschlüssen.

Das Thermometer 10 umfaßt ferner einen dem Transistor 12 funktionsmäßig zugeordneten Eingangskreis 14. Dieser bildet eine Stromquelle für den Transistor 12 und bewirkt beim Betrieb des Thermometers eine Umschaltung zwischen zwei Strompegeln, die sich typischerweise um einen Faktor 10 unterscheiden.

Der Eingangskreis 14 umfaßt eine Spannungsversorgung 16 und einen Reihenwiderstand 18, die mit dem Transistor 12 gemäß Fig. 1 funktionsmäßig gekoppelt sind. Ein Rechenverstärker 20 ist diesen Komponenten ebenfalls in der gezeigten Weise funktionsmäßig zugeordnet.

Die Spannungsversorgung 16 steht in Wirkverbindung mit einem Frequenzteiler 22 und einem Taktgeber 24. Der Fre­ quenzteiler 22 erzeugt ein Rechteck-Ausgangssignal 26. Dieses Ausgangssignal beaufschlagt die Spannungsversorgung 16, so daß diese eine Spannung entsprechend dem Signalver­ lauf 28 erzeugt. Zur Erläuterung ist das Signal 28 ein Rechtecksignal mit der gleichen Frequenz wie das Signal 26 und schaltet zwischen Spannungspegeln V′₀ und V′₁ um.

Wenn das Spannungssignal 28 im Eingangskreis 14 angelegt wird, erfolgt ein Stromfluß durch die Kollektor-Emitter- Strecke zum Transistor 12, der zwischen Strompegeln I₀ und I₁ umschaltet. Der Stromverlauf, der somit die gleiche Frequenz wie die Signale 26 und 28 hat, ist mit 30 bezeich­ net.

Infolge des Betriebs des Eingangskreises 14 ist ein Span­ nungssignal, das am Verbindungspunkt zwischen dem Ausgang des Rechenverstärkers 20 und dem Emitter des Transistors 12 erscheint, ein Signal 32, das zwischen Spannungspegeln V₀ und V₁ umschaltet. Da für die Ableitung der Temperaturmes­ sung gerade die Spannungsdifferenz interessiert, wird die­ ser Parameter zweckmäßig mit Δ V bezeichnet.

Das Signal Δ V ist dem absoluten Temperaturmeßwert propor­ tional und repräsentiert diesen daher. Der übrige Teil der Schaltung ist ein spezieller Analog-Digital-Umsetzer (ADU), der die Temperaturmessung auf spezielle Weise präsentieren kann.

Das Δ V-Signal 32 wird dem ADU 34 zugeführt. Insbesondere wird das Signal 32 als Eingangssignal einer Stufe 36 zuge­ führt, die ein zweifacher Abtast-Haltekreis mit einem Dif­ ferenzverstärker ist. Die beiden Abtast-Haltekreise sind mit 36 a und 36 b bezeichnet, und der Differenzverstärker ist mit 36 c bezeichnet. Im Betrieb dient der eine Abtast-Halte­ kreis der Aufnahme von V₁ und der andere der Aufnahme von V₀. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 36 c ist die Differenz V₁-V₀.

Ein Auf-Ab-Integrierer 38 ist mit der Stufe 36 über einen zweipoligen Schalter 40 gekoppelt. Wenn der Schalter 40 die Stellung gemäß der Zeichnung hat, wird das Signal Δ V von der Stufe 36 dem Auf-Ab-Integrierer 38 zugeführt. Wenn der Schalter 40 in die Strichlinienstellung betätigt ist, ist anstelle des Signals von der Stufe 36 eine Bezugsspannungs­ quelle 42 mit dem Auf-Ab-Integrierer 38 gekoppelt. Die Bezugsspannung ist eine konstante Größe V _ref .

Der Schalter 40 wird von einer Steuerlogik 44 gesteuert. Damit ist der Eingang zum Integrierer 38 zu jedem gegebenen Zeitpunkt entweder das Ausgangssignal Δ V der Stufe 36 oder die Spannung V _ref der Bezugsspannungsquelle 42 in Abhängigkeit von der Stellung, in die der Schalter 40 von der Steu­ erlogik 44 gebracht wird. In dieser Hinsicht kann der Schalter 40 irgendein geeigneter Schalter, entweder ein elektromechanischer oder ein elektronischer Schalter und bevorzugt letzterer, sein. Der Integrierer 38 spricht auf die ihm zugeführten Eingangssignale in noch zu erläuternder Weise an. Ferner wird auch noch ein Nullpunkt-Selbstkorrek­ turglied 46 beschrieben, das dem Integrierer 38 zugeordnet ist.

Das Ausgangssignal des Integrierers 38 wird als Eingangs­ signal einem Vergleicher 48 zugeführt. Das Ausgangssignal des Vergleichers 48 wird an die Steuerlogik 44 geführt. Diese empfängt außerdem das Taktsignal vom Taktgeber 24.

Die Steuerlogik 44 ist funktionsmäßig mit einem Zähler 50 gekoppelt. Speicher- und Flüssigkristallanzeige-Ansteuer­ glieder 52 sind dem Zähler 50 und der Steuerlogik 44 funk­ tionsmäßig zugeordnet zur Bildung eines Speichers von vom Zähler 50 erhaltenen Meßwerten. Der Zähler 50 liefert die Temperaturmeßwerte. Bei der gezeigten Ausführungsform die­ nen die Speicher- und Flüssigkristallanzeige-Ansteuerglieder 52 der Ansteuerung einer Sichtanzeige (nicht gezeigt). Es ist jedoch zu beachten, daß der die erfaßte Temperatur bezeichnende Meßwert für jeden gewünschten speziellen Zweck einschließlich Anzeige- und/oder Regelfunktionszwecke ver­ wendbar ist.

Nachstehend wird nun das allgemein erläuterte Diodenther­ mometer im einzelnen beschrieben.

Der Zweck der Stufe 36 ist die Lieferung eines Ausgangs­ signals Δ V. Das Nullpunkt-Selbstkorrekturglied 46 soll eine Kalibrierung zum Ausgleich der nichtidealen Kenngrößen der elektronischen Vorrichtung bewirken, so daß eine Betä­ tigung erfolgt, wenn die Ausgangsspannung Δ V der Stufe 36 Null ist und der Schalter 40 die Stellung hat, in der der Ausgang der Stufe 36 mit dem Integrierer 38 gekoppelt ist, so daß das Ausgangssignal des Integrierers 38 konstant ist. D. h. mit anderen Worten, daß bei Δ V = 0 (I₁ = I₂) das Nullpunkt-Selbstkorrekturglied das Ausgangssignal des Inte­ grierers 38 unveränderlich macht.

Auf diese Weise bildet der Strom I₁ entsprechend dem Span­ nungspegel V₁ des Signalverlaufs 32 einen Bezugswert. Die Umschaltung des Transistorstroms von I₁ zu I₀ bewirkt eine Änderung des Spannungssignals von V₁ zu V₀.

Die Steuerlogik 44 steuert die beiden Abtast-Haltekreise 36 a und 36 b so an, daß bei einem Transistorstrom I₁ die Spannung V₁ von beiden Kreisen 36 a und 36 b abgetastet wird. Infolgedessen ist das Ausgangssignal des Differenzverstär­ kers 36 c Null. Zu diesem Zeitpunkt wird das Nullpunkt- Selbstkorrekturglied 46 wie oben beschrieben aktiviert.

Wenn nun der Spannungsverlauf 32 von V₁ zu V₀ umschaltet, wird das Signal V₁ im Abtast-Haltekreis 36 b gehalten, während der Abtast-Haltekreis 36 a den V₀-Pegel abtastet und speichert. Dadurch wird das Ausgangssignal Δ V des Diffe­ renzverstärkers 36 c gleich V₁-V₀. Zur Implementierung dieser Betriebsart kann eine konventionelle Schaltungsaus­ legung verwendet werden. Es ist zu beachten, daß hier nur ein Verfahren zur Ausbildung eines Bezugspunkts beschrieben wird und andere Verfahren je nach der gegebenen Implemen­ tierung geeignet sein können. Der Analog-Digital-Umsetzer 34 digitalisiert das Signal Δ V.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem das V₁-V₀-Signal am Ausgang der Stufe 36 erscheint, wird es sofort im Integrierer 38 inte­ griert. Dieser Vorgang wird zweckmäßig als Aufintegration bezeichnet. Die Integrationszeit wird von der Steuerlogik 44 in noch zu erläuternder Weise bestimmt.

Die Aufintegration erfolgt während des Zeitintervalls, das durch die Steuerlogik 44 bestimmt ist, und am Ende dieses Zeitintervalls aktiviert die Steuerlogik 44 den Schalter 40 in die Strichlinienstellung. Zum gleichen Zeitpunkt hat das Ausgangssignal des Integrierers 38 einen Pegel, der der Größe des V₁-V₀-Signals proportional ist und der daher für die erfaßte Temperatur repräsentativ ist.

Durch nunmehrige Integration in Gegenrichtung (Abintegra­ tion) und Messen des Zeitintervalls, das bis zur Rückkehr zum Null-Bezugspunkt erforderlich ist, bezeichnet diese Zeitintervallmessung die Temperatur.

Die angegebene Schaltung bietet eine zweckmäßige Möglich­ keit zum Erhalt der Temperaturmessung auf einer gewünschten Temperaturskala, und zwar entweder Celsius oder Fahrenheit. Da die durch das Δ V-Signal gegebene Temperaturmessung die erfaßte Temperatur als Absoluttemperatur (also in °K) repräsentiert, erfordert die Darstellung der Temperatur auf der Fahrenheit- oder der Celsius-Skala wenigstens die Ein­ schaltung einer Temperaturverschiebung. Im Fall von Fah­ renheit-Graden ist außerdem eine Skalenfaktor-Umwandlung erforderlich.

Der Steuerlogik 44 ist ein Wählschalter 54 zugeordnet, der zur Wahl der Messung entweder entsprechend der Fahrenheit- oder der Celsius-Skala betätigbar ist. Die Steuerlogik 44 enthält Speicherwerte des geeigneten Abweichungsfaktors für jede dieser beiden Skalen. Die Steuerlogik arbeitet so, daß die Abweichung in den Zähler 50 als Voreingabe vor der Abintegration eingeführt wird.

Die Analog-Digital-Umsetzung des Ausgangssignals des Inte­ grierers umfaßt Steuerlogik-Auftastimpulse vom Taktgeber 24 zum Zähler 50 während der Abintegration. Da die Zeitdauer der Abintegration für die erfaßte Temperatur repräsentativ ist, ist die Anzahl Zählwerte, die während dieses Zeitin­ tervalls vom Zähler 50 gezählt wird, repräsentativ für die Temperatur.

Zum Erhalt eines Meßzählwerts derart, daß die gezählten Impulse dem korrekten Skalenfaktor entsprechen, wird die Dauer, während der die Aufintegration durchgeführt wird, von der Steuerlogik 44 gesteuert. Insbesondere für Messungen entsprechend der Fahrenheit-Skala kann die Aufintegra­ tion während einer bestimmten Anzahl Taktimpulse erfolgen, z. B. während N₁ Taktimpulsen, so daß während der Abinte­ gration die eigentliche Anzahl Taktimpulse N _F , die vom Zäh­ ler 50 gezählt wird, nach Addition zur vorher eingegebenen Abweichung für diese Temperaturskala dazu führt, daß die vom Zähler 50 gelieferte Messung als Grad Fahrenheit aus­ gegeben wird.

Im Fall der Celsius-Skala kann die Aufintegration gleicher­ maßen für die Dauer einer vorbestimmten Anzahl Taktimpulse, z. B. N₂, stattfinden, so daß während der Abintegration die vom Zähler 50 gezählte Anzahl Taktimpulse N _c nach Addition mit der vorher eingegebenen Abweichung für diese Skala die Temperatur in °C ergibt.

Da die Skalenfaktoren der Celsius- und Fahrenheit-Skalen ein Verhältnis von 5 : 9 haben, ist das Verhältnis der jewei­ ligen Zahlen N₂ und N₁ dementsprechend. Die von der Steuer­ logik 44 zur Steuerung der entsprechenden Perioden der Auf­ integriervorgänge festgelegten Zeitintervalle können durch Zählen von Taktimpulsen erhalten werden. Die Steuerung des Schalters 40 und der Voreingabe und Aufsteuerung von Impulsen zum Zähler 50 erfolgen ebenfalls mit konventionellen Schaltkreisen der Steuerlogik.

Das Nullpunkt-Selbstkorrekturglied 46 ist eine konventio­ nelle Schaltung, die dem Rechenverstärker des Integrierers 38 zugeordnet ist, um die Auswirkung von Verschiebungen sowohl in den Abtast-Haltekreisen als auch im Integrierer im wesentlichen zu beseitigen. Da unter der Anfangsbedin­ gung Δ V = 0 der Ausgang des Integrierers 38 den Bezugspe­ gel hat und während der Abintegration die Rückkehr zu diesem Pegel zur Unterbrechung des Zählers 50 erfaßt wird, enthält das Nullpunkt-Selbstkorrekturglied einen Speicher, in dem dieser Bezugswert gespeichert ist und auf dem Be­ zugseingangswert zum Vergleicher 48 gehalten wird. Ferner ist dem Integrierer ein Rückstellelement 56 zugeordnet, das unmittelbar vor dem Beginn einer Digitalisierungsoperation von der Steuerlogik kurzzeitig aktiviert wird, um die Rück­ stellung des Integrierers zu gewährleisten.

Wenn der Meßzählwert in den Speicher- und Flüssigkristall­ anzeige-Ansteuergliedern 52 gespeichert ist, kann die Mes­ sung mit dem gleichen Vorgang wiederholt werden. Die Steuerlogik kann bestimmen, wie häufig die Temperaturmessung aktualisiert werden soll. Wenn die Temperatur aktuali­ siert werden soll, wird der Zähler rückgesetzt und das vor­ genannte Verfahren wiederholt.

Das folgende Operationsprinzip zeigt, wie durch die Erfin­ dung die Auswirkungen diverser, von der Temperatur ver­ schiedener äußerer Einflüsse beseitigt werden.

Bei einem Strom I₁ gilt

mit

K = Boltzmann-Konstante, T = Temperatur (°K), e = Größe der Ladung eines Elektrons, c = eine Größe, die abhängig ist von der Träger­ beweglichkeit, der Dotierung usw. sowie von Einzelheiten des jeweiligen Halbleiters, und V _g = die Bandabstand-Spannung.

Bei einem Strom I₀ gilt:

bei derselben Temperatur.

V₁ und V₀ sind die jeweiligen Spannungen an der Diode:

V₁-V₀ = Δ V,

und

Sämtliche Einzelheiten einer bestimmten Vorrichtung (mit Ausnahme des Restwiderstands des Halbleiters) einschließ­ lich vieler Alterungseffekte heben sich in der Division auf.

Wie ersichtlich, ist die Meßgröße Δ V eine Funktion des Verhältnisses I₁/I₀ und ist linear bei der Absoluttemperatur. Zusätzlich heben sich die Charakteristiken irgendeines speziellen Transistors bzw. einer Diode auf, und dadurch ist es möglich, daß die Vorrichtungen ohne besondere Maß­ nahmen für die Eichung von Fühlern und Schaltkreisen her­ gestellt werden können. Da sich bestimmte Parameter mit dem Alter ändern, werden durch die Erfindung sogar viele Alte­ rungseffekte beseitigt, die sonst auftreten würden. Es er­ gibt sich also eine erhebliche Verbesserung von Dioden­ thermometern.

Fig. 2 ist ein Schaltschema einer weiteren Ausführungsform, die eine andere Anordnung von Bauelementen gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 aufweist. Entsprechende Ele­ mente in beiden Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 2 zeigt einen dritten Abtast-Haltekreis 36 d, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 36 c gekoppelt ist. Wie bereits beschrieben, wird während der Messung der Temperatur der Niedrigpegelstrom durch den Transistor 12, also den Temperaturfühler, geschickt. Bei dieser Ausführungsform wird der Abtast-Haltekreis 36 d ge­ tastet, dann wird der Hochstrompegel durch den Fühler ge­ schickt und der Abtast-Haltekreis 36 a getastet. Dann wird der Differenzverstärker 36 c getastet, und das Ausgangssi­ gnal des Abtast-Haltekreises 36 d wird dem Auf-Ab- Integrierer 38 zugeführt. Die schnelle Ladecharakteristik der Abtast-Haltekreise 36 a und 36 b macht eine zeitliche Ver­ längerung zwischen den Abtastvorgängen unnötig.

Fig. 2 zeigt ferner, daß die Bezugsspannungsquelle 42 mit den Abtast-Haltekreisen 36 a und 36 b unter Steuerung durch die Steuerlogik 44 koppelbar ist. Somit wird die Initiali­ sierung des Auf-Ab-Integrierers wenigstens zum Teil dadurch erreicht, daß die Bezugsspannung als eine von den Abtast- Haltekreisen abgetastete Spannung angelegt wird.

Fig. 3 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer speziellen Ausführungsform eines Stromumschaltteils der Erfindung. Bauelemente, die bereits beschriebenen entspre­ chen, sind gleich bezeichnet. Eine Schaltanordnung aus im wesentlichen zehn Widerständen 60-69 und zehn diesen je­ weils zugeordneten Schaltern 70-79 ist zwischen die Span­ nungsquelle 16 und die Kombination aus Transistor 12 und Rechenverstärker 20 geschaltet. Wenn ein Hochpegelstrom durch den Temperaturfühler-Transistor (12) geschickt werden soll, sind sämtliche Schalter 70-79 geschlossen. Wenn ein Niedrigpegelstrom durchgeschickt werden soll, sind nicht alle diese Schalter geschlossen. Bei der vorliegenden Aus­ führungsform, bei der ein Verhältnis von 10 : 1 zwischen dem Hoch- und dem Niedrigpegelstrom gewünscht wird, ist nur ein solcher Schalter, z. B. der Schalter 70, während des Lei­ tens des Niedrigpegelstroms geschlossen.

Gemäß der Erfindung wird ein genau vorbestimmtes Stromver­ hältnis von 10 : 1 dadurch erhalten, daß während der Niedrig­ pegel-Leitung nacheinander Schalter 70-79 geschlossen werden. Auf diese Weise werden die Fehlanpassungen zwischen den verschiedenen Schaltern 70-79 und Widerständen 60-69 ausgemittelt. Selbstverständlich kann bei der praktischen Anwendung der Erfindung irgendein anderes Verhältnis (n : 1) angewandt werden.

Fig. 4 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Stromschaltanordnung. Dabei sind mehrere Transistoren 100-109 als Stromquellen ange­ ordnet und mit ihren Kollektoren mit jeweils zugeordneten Schaltern 110-119 gekoppelt. Jeder Schalter ist mit einer Diode 120 gekoppelt, die im vorliegenden Fall die Funktion eines Temperaturfühlers hat. Ferner ist ein Transistor 123 vorgesehen, der so angeordnet ist, daß die Stromänderung durch einen Transistor 122, der den Vormagnetisierungsstrom in den Transistoren 100-109 bestimmt, minimiert wird, wäh­ rend eine jeweils unterschiedliche Anzahl Transistoren an- und abgeschaltet wird. Ein Widerstand 124 ist mit einem Ende an die Basis des Transistors 123 und den Kollektor des Transistors 122 gelegt und mit dem anderen Ende an ein Bezugspotential gekoppelt. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wurde, werden die verschiedenen Schalter während der Niedrigpegelstromleitung nacheinander geschlossen, um etwaige Fehlanpassungen auszugleichen. In dieser Beziehung ist zu beachten, daß, da sämtliche Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren identisch sind, ihre jeweiligen Leitungs­ ströme im wesentlichen gleich sind.

Das Konzept, auf dem die Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 basieren, besteht darin, daß auch dann, wenn Anstren­ gungen unternommen werden, um die Schaltungskomponenten einander anzupassen, ihre Kenngrößen trotzdem voneinander um einen geringen Betrag abweichen, z. B. um +/-Δ. Wenn jedes Element in einem aus zehn Unterzyklen bestehen­ den Zyklus einmal benützt wird, wobei in einem Unterzyklus ein Schaltungselement eingeschaltet wird, und wenn dann sämtliche Schaltungselemente eingeschaltet werden, so daß bei den Ausführungsbeispielen die zehnfache Leitung erhal­ ten wird, weicht der Mittelwert der zehn Unterzyklen von dem gewünschten Verhältnis von 10 nur um einen Faktor Δ² ab. Wenn also Δ 2% (0,02) ist, was gut inner­ halb des Standes der Technik für angepaßte Transistoren oder Widerstände liegt, wird das gewünschte Verhältnis der Stromamplituden bis zu einem Faktor Δ² oder 0,04% im vorliegenden Fall erreicht. Bei einem Stromverhältnis von 10 : 1 resultiert dies in einem Temperatur-Fehlerprozentsatz von 0,04/2,3 (Δ²/1n(10)). Bei einer Temperatur von 23°C entsprechend 300 K, der eigentlichen Skala, nach der das Thermometer funktioniert, würde dies einen Fehler von ca. 0,05°C bedeuten. Bei einer bestimmten Temperatur ist es also möglich, die Spannung vorher zu bestimmen, die durch Schalten der Ströme erhalten werden würde. Umgekehrt kann durch Messen der Spannung mit einem genau kalibrierten Integrierer die Temperatur exakt bestimmt werden, wie oben beschrieben wurde. Es ist somit beim derzeitigen Stand der Technik auf dem Gebiet der Schaltungskomponenten möglich, eine Temperaturmeßeinrichtung zu schaffen, die eine Auf­ lösung von wenigstens 1°F oder °C hat, ohne daß ein Refe­ renz-Wasserbad für die Eichung erforderlich ist.

Die Fig. 5A, 5B und 5C sind grafische Darstellungen zur Erläuterung eines Systems, durch das die Dynamikdehnung eines Integrierers um ein Mehrfaches gesteigert wird. Fig. 5A zeigt die Normalkennlinie eines Integrierers und ver­ gleicht die Integrierer-Ausgangsspannung mit der Zeit in Form von Taktzyklen. Fig. 5B zeigt die abwechselnd aufein­ anderfolgenden Auf-Ab-Integrationsvorgänge, und Fig. 5C zeigt die Kennlinie der äquivalenten Einzel-Auf-Ab-Inte­ gration von Fig. 5B.

Das allerdings nicht sehr schwerwiegende Hauptproblem bei einer Dynamikdehnung besteht darin, daß die zur Integration benötigte Zeit länger ist, so daß Streuströme im integrie­ renden Kondensator eine größere Auswirkung haben. Es sieht eigentlich so aus, als ob die Lösung dieses Problems in der Anwendung eines größeren Kondensators mit geringerem Streu­ strom liegen würde. Tatsächlich gibt es jedoch kein Pro­ blem, weil durch die abwechselnd aufeinanderfolgende Auf- Ab-Integration die Streuung reduziert wird, und zwar des­ halb, weil die mittlere Spannung am integrierenden Konden­ sator verringert wird. Es wird nicht nur die interne Streu­ ung reduziert, sondern die Linearität des Integrierers wird verbessert.

Zur Implementierung der abwechselnden Auf-Ab-Integrations­ technik ist nur erforderlich, daß man eine Methode zur Um­ schaltung von Auf- zu Ab-Integration wählt. Eine erste mög­ liche Methode verwendet einen Vergleicher, der umschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Integrierers einen vorgege­ benen Wert übersteigt. Rauschen am Vergleicher ist kein Problem, denn wenn bei einer Aufintegration diese um einen Taktzählwert kürzer ist, ist sie bei der nächsten Integra­ tion um einen Zählwert länger. Eine zweite mögliche Metho­ de, die anwendbar ist, wenn die ungefähre Größe des Signals (oder in diesem Fall des Temperaturbereichs) geschätzt werden kann, besteht im Vorherbestimmen der Anzahl Taktzyklen für jede Aufintegration sowie der Gesamtzahl Taktzyklen für jede Aufintegration. Bei beiden Verfahren werden die rich­ tigen Skalenfaktoren durch Voreinstellen der Gesamtanzahl Zählungen erhalten. Zusätzlich wird die richtige Umrechnung zwischen Fahrenheit- und Celsius-Meßskalen dadurch erreicht, daß die Gesamtanzahl Zählungen für die Aufintegration so eingestellt wird, daß sie ein Verhältnis von 9/5 zu 1 hat. Wie bereits erörtert, werden die Verschiebungen zwischen den beiden Temperaturskalen durch Voreingaben in den Zähler gesetzt.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, die als Fieberthermometer verwendet wird, kann eine Verschiebespan­ nung in der Einrichtung verwendet werden, die tatsächlich das untere Ende der Temperatur, das nicht für Anzeigezwecke verwendet wird, subtrahiert. Dies hat auch den Effekt einer Verminderung des Dynamikbereichs des Integrierers. Beson­ ders bei Verwendung des Thermometers als Fiebermeßinstru­ ment im Bereich zwischen 32°C und 42°C kann das Span­ nungsäquivalent zu 273°+32°K als Rechenverstärker-Ver­ schiebung subtrahiert werden.

Claims (21)

1. Temperaturmeßeinrichtung, gekennzeichnet durch
einen Festkörper-Temperaturfühler (12) mit wenigstens einem Übergang, an dem sich aufgrund eines durch den Fest­ körper-Temperaturfühler geleiteten Stroms eine Übergangs­ spannung ausbildet, die wenigstens teilweise durch eine Temperatur des Festkörper-Temperaturfühlers bestimmt ist;
eine Stromversorgung (14), die den durch den Festkörper- Temperaturfühler (12) zu leitenden Strom erzeugt, wobei der Strom mit einem ersten und einem zweiten Strompegel gelei­ tet wird;
ein erstes und ein zweites Spannungspegel-Speicherglied (36 a, 36 b) zur Speicherung von Pegeln der Übergangsspannung entsprechend dem ersten bzw. dem zweiten Strompegel;
einen Integrierer (38), der ein in den beiden Spannungs­ pegel-Speichergliedern (36 a, 36 b) gespeichertes, den Über­ gangsspannungen entsprechendes Signal empfängt und dieses in eine erste Richtung integriert unter Bildung eines Inte­ grationssignals an seinem Ausgang, das einer Differenz zwi­ schen den Übergangsspannungen proportional ist; und
auf das Integrationssignal ansprechende Einheiten (50, 52), die ein Temperatursignal erzeugen, das die vom Tempe­ raturfühler (12) erfaßte Temperatur bezeichnet.

2. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Spannungspegel-Speicherglied ein erster bzw. ein zweiter Abtast-Haltekreis (36 a, 36 b) sind.

3. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (44) zur Steuerung des Integrierers (38) sowie des ersten und des zweiten Abtast-Haltekreises (36 a, 36 b), so daß der erste Abtast-Haltekreis (36 a) die Über­ gangsspannung speichert, wenn der Strom mit dem ersten Strompegel geleitet wird, und der zweite Abtast-Haltekreis (36 b) die Übergangsspannung speichert, wenn der Strom mit dem zweiten Strompegel geleitet wird.

4. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugsspannungsquelle (42) eine Bezugsspannung bildet, in bezug auf die Änderungen der Übergangsspannung erfaßt werden.

5. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrierer (38) so ausgelegt ist, daß er in bezug auf das Integrationssignal in eine zweite Richtung inte­ griert, und daß ferner in Glied vorgesehen ist, daß die Integration in der zweiten Richtung zeitlich bestimmt und das von der Steuereinheit (44) ansteuerbar ist.

6. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nullpunkt-Selbstkorrekturglied (46) mit dem Inte­ grierer (38) zum Ausgleich von Verschiebespannungen gekoppelt ist.

7. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Vergleicher (48) mit einem Ausgang zur Über­ tragung eines Signals zur Steuereinheit (44) vorgesehen ist, wobei das Signal auf den Integrierer (38) und das Nullpunkt-Selbstkorrekturglied (46) anspricht.

8. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinheit (44) ein Wählglied (54) vorgesehen ist und bestimmt, ob ein der Temperatur entsprechendes Si­ gnal für Fahrenheit- oder Celsius-Messung skaliert ist.

9. Temperaturmeßeinrichtung, die eine thermische Kenngröße eines Festkörperbauteils zur Messung der Temperatur nutzt, gekennzeichnet durch
Schaltmittel (60-69, 70-79; 100-109, 110-119) zum Um­ schalten eines durch das Festkörperbauteil (12; 120) gelei­ teten Stroms von einem ersten Strompegel, bei dem eine erste Spannung am Festkörperbauteil ausgebildet wird, auf einen zweiten Strompegel, bei dem eine zweite Spannung am Festkörperbauteil ausgebildet wird;
einen Integrierer (38), der eine Integration zwischen der ersten und der zweiten Spannung am Festkörperbauteil (12; 120) durchführt; und
Zeitmeßmittel zur zeitlichen Messung einer Dauer der Integration, wobei die Integrationsdauer, die von der zu messenden Temperatur abhängt, zur Bildung eines Signals entsprechend der erfaßten Temperatur genützt wird.

10. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Stromsteuermittel zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Größenverhältnisses (n : 1) zwischen dem ersten und dem zweiten Strompegel.

11. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuermittel so ausgelegt sind, daß sie ein Verhältnis von 10 : 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Strompegel aufrechterhalten, und daß eine Mehrzahl Schalter (110-119) zum Schalten entsprechender Komponenten des durch das Festkörperbauteil (120) geleiteten Stroms vorgesehen ist.

12. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuermittel ferner Folgesteuermittel (100-109) aufweisen, wodurch die Mehrzahl Schalter (110-119) sequentiell ansteuerbar ist, so daß alle Größen­ fehler der Stromkomponenten der Ströme gemittelt werden unter Erzielung einer hohen Präzision in dem 10 : 1-Verhält­ nis.

13. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrierer ein Zweirichtungs-Integrierer (38) zur Integration in einer ersten und einer zweiten Richtung ist, und daß die Zeitmeßmittel die Integration in einer vorbe­ stimmten der beiden Richtungen zeitlich messen.

14. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen mit dem Festkörperbauteil (12) gekoppelten Verstär­ ker (20) mit vorbestimmtem Verstärkungsfaktor.

15. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein zweites Speicherglied (36 a, 36 b) vorgesehen sind, die jeweils eine ausgewählte der beiden am Festkörperbauteil (12) ausgebildeten Spannungen speichern.

16. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Speicherglied (36 d) vorgesehen ist, das einen Spannungswert entsprechend einer Differenz zwischen den im ersten und zweiten Speicherglied (36 a, 36 b) gespei­ cherten Spannungen speichert.

17. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (36 d) mit dem ersten und dem zweiten Speicherglied (36 a, 36 b) gekoppelt ist zur Verbesserung der Auflösung der Temperaturmeßeinrichtung.

18. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (40) vorgesehen ist, der mit dem Verstär­ ker (36 c) gekoppelte Eingangs- und Rückkopplungselemente schaltet.

19. Temperaturmeßverfahren, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Leiten eines ersten und eines zweiten Strompegels ab­ wechselnd aufeinanderfolgend durch einen Festkörper-Tempe­ raturfühler;
Abtasten und Halten einer in dem Festkörper-Temperatur­ fühler erzeugten Spannung zu Zeitpunkten, die dem Leiten des Stroms mit dem ersten und dem zweiten Strompegel ent­ sprechen;
Erzeugen eines Meßsignals entsprechend einer Spannungs­ differenz während des Leitens des Stroms mit dem ersten und dem zweiten Pegel;
Integrieren des Meßsignals über ein vorbestimmtes Zeit­ intervall; und
zeitliches Messen wenigstens eines Teils des Integra­ tionsintervalls unter Bildung eines Meßsignals, das einer erfaßten Temperatur des Festkörper-Temperaturfühlers ent­ spricht.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das zeitliche Messen die folgenden Schritte umfaßt: Aufsteuern eines Taktsignals auf einen Zähler; und Voreingeben eines Werts in den Zähler.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrationsschritt folgende Schritte umfaßt: Aufintegrieren über einen Zeitraum, der aufgrund einer aus­ gewählten Temperaturmeßskala vorbestimmt ist; und Abintegrieren über einen Meßzeitraum, der bis zum Erhalt einer vorgewählten Integrations-Bezugsspannung dauert, wobei der Meßzeitraum eine der gemessenen Temperatur ent­ sprechende Dauer hat.