DE4203733A1 - Intelligentes temperaturmesssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur genauen Messung von Temperaturen und Temperaturdifferenzen mit einer automatischen Kontrolle der Genauigkeit und der Erkennung eines eventuellen Fehlers/Defektes und des Fehlerortes.

Meßsysteme der eingangs genannten Art bestehen im allgemeinen aus Meßfühlern, Meßketten und den Steuer- und Auswertungsanlagen. Als Meßfühler werden am häufig­ sten Thermoelemente oder Meßwiderstände bzw. ihre Kombi­ nation benutzt. Die Steuer- und Auswertungsanlagen be­ stehen allgemein aus frei programmierbaren Mikrorechner­ systemen zur Informationsverarbeitung, Analog-Digi­ tal-Umsetzern und Indikations- und Registrieranlagen.

Die Nachteile dieser Meßsysteme bestehen darin, daß sie nicht gleichzeitig mit der Messung in jedem Meßzyklus den systematischen Fehler der Temperaturmessungen und/oder der Messung von Temperaturdifferenzen automa­ tisch kontrollieren und einen Fehler im Meßsystem nicht automatisch erkennen und lokalisieren.

Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung in der Beseitigung dieser Nachteile und der Entwicklung einer verbesserten Temperaturmeßeinrichtung mit gleich­ zeitiger Fehlererkennung.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vergleichsenden der Meßthermoelemente und ein Kom­ pensationsmeßwiderstand in einer Isothermdose angeord­ net; im Meßkreis der Meßwiderstände ein Umschaltkontakt mit einem Widerstand zur Messung des Isolationswider­ standes des Meßsystems vorgesehen und am Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers eine Serienkombination eines Schließerkontaktes und eines Lastwiderstandes zur Gewinnung der Schleifenwiderstände der Meßketten paral­ lel angeschlossen ist, wobei die Meßwiderstände, die Meßthermoelemente, der Kompensationsmeßwiderstand, das Widerstandsnormal und der Widerstand durch einen Meß­ stellenumschalter an den Eingang des Analog-Digital-Um­ setzers einer frei programmierbaren Anlage angeschlos­ sen sind, die die Informationen zur Kontrolle der Größe eines zufälligen und eines systematischen Meßfehlers und zur Erkennung und Lokalisierung eines Defektes im Meßsystem verarbeitet.

Das erfindungsgemäße Temperaturmeßsystem gestattet mehrfache Messungen der Temperaturen und der Temperatur­ differenzen mit Hilfe zweier unabhängiger, physikali­ scher Methoden und ermöglicht mittels des Analog-Digi­ tal-Umsetzers für die Spannungsmessung die Messung der Schleifenwiderstände der Meßketten und des Isolationswi­ derstandes des Meßsystems. Redundante und diverse Messungen und die Art der Schaltung im vorgeschlagenen Meßsystem ermöglichen die automatische Kontrolle der Größe eines zufälligen Fehlers und des Vorhandenseins eines systematischen Fehlers bei der Temperaturmessung und bei der Messung der Temperaturdifferenz in jedem Meßzyklus. Die Art der Messung der Schleifenwiderstände der Meßketten und des Isolationswiderstandes des Meßsy­ stems ermöglicht die Identifikation des Vorhandenseins eines Fehlers und den Fehlerort innerhalb des Meßsy­ stems.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeich­ nung zeigt den schaltungstechnischen Aufbau des erfin­ dungsgemäßen Temperaturmeßsystems.

Das erfindungsgemäße Temperaturmeßsystem besteht aus den kombinierten Temperaturfühlern 1, der Isothermdose 5, dem Umschaltkontakt 7, dem Offnerkontakt 8, der Stromquelle 9, dem Widerstandsnormal 10, dem Widerstand 11, dem Meßstellenumschalter 12, dem Schließerkontakt 13, dem Lastwiderstand 14, dem Analog-Digital-Umsetzer 15, dem Steuerelement 16, einer frei programmierbaren Anlage für die Verarbeitung der Informationen 17 und der Indikations- und Registrieranlage 18.

Jeder kombinierte Temperaturfühler 1, dessen Anzahl im Meßsystem beliebig sein kann, besteht aus zwei Meßwider­ ständen 2, zwei Speisethermoelementen 4 und einem Meßthermoelement 3.

Die Isothermdose 5 enthält die Vergleichsenden der Meßthermoelemente 3, der Speisethermoelemente 4 und den Kompensationsmeßwiderstand 6.

Die Meßwiderstände 2 werden von der Stromquelle 9 gespeist. An den Meßstellenumschalter 12 sind aus jedem kombinierten Temperaturfühler 1 Meßwiderstände 2 und ein Meßthermoelement 3 angeschlossen. Weiter sind an den Meßstellenumschalter 12 der Kompensationsmeßwider­ stand 6, das Widerstandsnormal 10 und der Widerstand 11 angeschlossen. Der Öffnerkontakt 8 dient zur Messung parasitärer Thermospannungen an den Meßketten der Meßwiderstände 2. Der Umschaltkontakt 7 und der Wider­ stand 11 dienen zur Messung des Isolationswiderstandes des Meßsystems. Das Widerstandsnormal 10 dient zur Messung des Speisestroms. Der Schließerkontakt 13 und der Lastwiderstand 14 dienen zur Messung der Schleifen­ widerstände der Meßketten. Der Umschaltkontakt 7, der Öffnerkontakt 8 und der Schließerkontakt 13 werden von einer frei programmierbaren Anlage für die Verarbeitung der Informationen 17 mittels des Steuerelements 16 betätigt.

Im fehlerfreien Betrieb des Meßsystems, bei der Mes­ sung von Temperaturen und Temperaturdifferenzen ist der Schaltzustand des Umschaltkontakts 7 des Öffnerkon­ taktes 8 und des Schließerkontaktes 13 wie in der Zeich­ nung dargestellt. Die Temperaturen und Temperaturdiffe­ renzen werden mit den Meßwiderständen 2 sowie mit den Meßthermoelementen 3 gemessen. Die Kontrolle der Größe eines zufälligen Fehlers in der Messung wird mit Hilfe der Temperaturunterschiede zwischen den Paaren der Meß­ widerstände 2, die in den einzelnen kombinierten Tempe­ raturmeßfühlern 1 angeordnet sind, realisiert. Die Kon­ trolle des systematischen Fehlers der Messung erfolgt mittels der Unterschiede bei der Messung der Temperatu­ ren und Temperaturdifferenzen mit den Meßwiderständen 2 und den Meßthermoelementen 3. Die Empfindlichkeit der Kontrolle des systematischen Fehlers der Messung hängt von der Größe des Unterschieds der Empfindlichkeiten der Meßwiderstände 2 gegenüber den Meßthermoelementen 3 in µV/°C ab. Im Fall einer sich verschlechternden Genau­ igkeit der Messung über die zulässigen Toleranzgrenzen hinaus bzw. im Fall des Verdachts eines Defekts ist es möglich, das Vordensein und den Ort des Fehlers im Meß­ systems automatisch zu identifizieren. Die Identifikati­ on des Fehlers und des Fehlerortes ist anhand des Ver­ gleichs der gemessenen Schleifenwiderstände der Meßket­ ten und des Isolationswiderstandes des Meßsystems mit den Stützwerten der Schleifenwiderstände und des Isola­ tionswiderstandes des fehlerfreien Meßsystems möglich. Der Schleifenwiderstand einer einzelnen Meßkette wird mit der zweifachen Messung des Spannungssignals aus dieser Meßkette gewonnen. Das Signal wird mit und ohne Belastung mit Hilfe des Lastwiderstandes 14 und des Schließerkontakts 13 am Eingang des Analog-Digital-Um­ setzers 15 gemessen. Der Isolationswiderstand wird aus der Größe des Spannungsabfalls am Widerstand 11 gewon­ nen, wobei die Stromquelle 9 mit dem Umschaltkontakt 7 auf den Widerstand 11 umgeschaltet ist.

In dem angegebenen Temperatursystem ist es möglich, durch die geeignete Wahl des Widerstandsnormals 10 den Einfluß des systematischen Fehlers des Analog-Digi­ tal-Umsetzers 15 auf die gemessene Temperatur durch die Meßwiderstände 2 zu eliminieren. In Falle eines Fehlers an den Meßwiderständen 2 ist es möglich, für die Prozessteuerung die Temperaturmeßwerte und die Meßwerte der Temperaturdifferenzen der Meßthermoelemente 3, die vor dem Auftreten des Fehlers mit Hilfe der Meßwider­ stände 2 kalibriert worden sind, auszunutzen. Auf diese Weise nähert sich die Genauigkeit der Messung mittels Meßthermoelemente 3 der Genauigkeit der Messung mit den Meßwiderständen 2. Im Fall eines Fehlers an den Meßwi­ derständen 2 und an den Meßthermoelementen 3 ist es möglich, für die Temperaturmessung die Speisethermoele­ mente 4 zu benutzen. Dazu ist es aber erforderlich, die Speisethermoelemente 4 an den Meßstellenumschalter 12 anzuschließen.

Claims (2)

1. Intelligentes Temperaturmeßsystem, zur Messung von Temperaturen und Temperaturdifferenzen, das eine Kombination von Meßwidertänden und Thermoelementen verwendet, die über einen Meßstellenumschalter mit einem Analog-Digital-Umsetzer verbunden sind, und eine frei programmierbare Anlage für die Verarbei­ tung der Informationen und ein Indikations- und Registriergerät enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsenden der Meßthermoelemente (3) und der Kompensationsmeßwiderstand (6) in einer Isotherm­ dose (5) angeordnet; im Meßkreis der Meßwiderstände (2) ein Umschaltkontakt (7) mit einem Widerstand (11) für die Messung des Isolationswiderstandes des Meßsystems vorgesehen und an den Eingang des Ana­ log-Digital-Umsetzers (15) parallel eine Serienkombi­ nation eines Schließerkontaktes (13) und eines Last­ widerstandes (14) für die Gewinnung der Schleifenwi­ derstände der Meßketten angeschlossen ist, wobei die Meßwiderstände (2), die Meßthermoelemente (3), der Kompensationsmeßwiderstand (6), das Widerstandsnor­ mal (10) und der Widerstand (11) über den Meßstelle­ numschalter (12) an den Eingang des Analog-Digi­ tal-Umsetzers (15) der frei programmierbaren Anlage (17) angeschlossen sind, welche die Informationen für die Größe des zufälligen und des systematischen Meßfehlers und zur Erkennung und Lokalisierung eines Defektes im Meßsystem verarbeitet.

2. Temperaturmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsmeßwiderstand (6) an eine Stromquelle (9), beziehungsweise an eine andere unabhängige Stromquelle für die Speisung der Meßwiderstände (2) angeschlossen ist.