DE4307916C1 - Temperature monitoring device with energy supplied by a thermocouple - Google Patents

Temperature monitoring device with energy supplied by a thermocouple

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Abstract

For monitoring the temperature and indicating overheating of the temperature of a motor vehicle exhaust gas catalyser, a thermocouple used as a sensor for high temperatures is used both for supplying energy to evaluation electronics connected downstream and as a temperature sensor element. The evaluation is carried out by means of a pulse generator used as an interrupting switch, which interrupts the thermocurrent flowing through an induction coil, a temperature evaluation signal being derived from the induced voltage surge. The pulse generator is supplied with external energy via a signal lead in at least the initial phase of the measurement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturüberwachungsvorrichtung, insbesondere Temperaturfernüberwachungsvorrichtung, mit wenigstens einem, mit einer Magnet­ spule verbundenen Thermoelement, welches sowohl zur Erzeugung einer tempera­ turabhängigen Meßgröße, die einer Anzeige zugeführt wird, als auch zur Ener­ gieversorgung einer Einrichtung vorgesehen ist, wobei die Übertragung der Meßgröße und die Energieversorgung der Einrichtung wenigstens in der Anfangs­ phase eines Meßvorgangs über ein zweipoliges Leitersystem erfolgt.The invention relates to a temperature monitoring device, in particular Remote temperature monitoring device, with at least one, with a magnet coil-connected thermocouple, which is used both to generate a tempera dependent measurement variable, which is supplied to a display, as well as to the energy gieversorgung a device is provided, the transmission of the Measured variable and the energy supply of the device at least in the beginning phase of a measuring process takes place over a two-pole conductor system.

Aus der EP-PS 123 624 ist eine Schaltvorrichtung mit zwei an vorgegebenen Bezugspunkten liegenden Thermoelementen bekannt, wobei zur Ermittlung eines Temperaturgradienten zwischen beiden Bezugspunkten eine differentielle elek­ tromotorische Kraft erzeugt wird, über die Umschaltanrichtungen betätigt wer­ den, welche selektiv den einen oder anderen Meßschaltkreis mit der Betriebs­ schaltung gemäß dem Änderungssinn der differenziellen elektromotorischen Kraft zu verbinden. Die Anwendung bezieht sich insbesondere auf Temperaturgradien­ tenmessung in einem Strahltriebwerk mit Schubumkehr, wobei der Temperaturgra­ dient strömungsabseitig der Brennkammer ermittelt wird.From EP-PS 123 624 is a switching device with two to predetermined Reference points lying thermocouples are known, wherein to determine a Temperature gradient between the two reference points a differential elec tromotoric force is generated, which is actuated via the switching devices the, which selectively one or the other measuring circuit with the operation circuit according to the sense of change of the differential electromotive force connect to. The application relates in particular to temperature gradients tenmessung in a jet engine with thrust reversal, the Temperaturgra serves downstream of the combustion chamber is determined.

Mittels einer Vielzahl von zueinander parallel geschalteten Thermoelementen wird ein Thermostrom erzeugt, welcher die Erregerspulen eines polarisierten Relais durchfließt und je nach Stromrichtung der Relaiszunge einen ersten oder einen zweiten Schaltkreis schließt, welcher über eine zweiadrige Leitung mit einer Einrichtung zur Anzeige für den Piloten verbunden wird. Using a large number of thermocouples connected in parallel a thermal current is generated, which excites the excitation coils of a polarized one Relay flows through and depending on the current direction of the relay tongue a first or closes a second circuit, which with a two-wire line is connected to a device for display to the pilot.  

Eine solchermaßen durch die thermoelektrische Kraft betriebene Meß- bzw. Anzeigevorrichtung läßt sich sinnvollerweise bei Gradientenmessungen einsetzen, sie ist jedoch bei der Ermittlung absoluter Temperaturwerte bzw. der Anzeige von Grenztemperaturen nicht ohne weiteres ein­ zusetzen, da in einem solchen Fall einer der beiden Bezugspunkte auf einem thermisch kon­ stanten Niveau anzuordnen wäre; der Aufbau eines solchen thermisch konstanten Bezugs­ punktes wäre mit erhöhtem technischen Aufwand verbunden.A measuring or display device operated in this way by the thermoelectric force can usefully be used in gradient measurements, but it is in the determination absolute temperature values or the display of limit temperatures add, because in such a case one of the two reference points on a thermally con to be ordered at a constant level; the construction of such a thermally constant reference point would be associated with increased technical effort.

Weiterhin ist aus der DE-OS 24 26 002 eine Einrichtung zum Messen und Anzeigen der Tem­ peratur eines Mediums, insbesondere des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine mittels Thermoelement bekannt; das Thermoelement ist mit dem Eingang eines Operationsverstärkers verbunden, welcher bei Erhöhung der temperaturabhängigen Spannung am Thermoelement ei­ nen Transistor ansteuert, in dessen Kollektorkreis eine Anzeigelampe geschaltet ist, welche bei Überschreiten einer vorgegebenen Thermospannung, die eine Grenztemperatur repräsentiert, zu leuchten beginnt, wobei durch ein Zeitglied ein Blinkvorgang ausgelöst wird. Die vom Ther­ moelement erzeugte Thermospannung dient als reines Sensorsignal, jedoch nicht zur Energie­ versorgung von Schalteinrichtungen.Furthermore, from DE-OS 24 26 002 a device for measuring and displaying the tem temperature of a medium, in particular the exhaust gas of an internal combustion engine Thermocouple known; the thermocouple is connected to the input of an operational amplifier connected, which when increasing the temperature-dependent voltage on the thermocouple ei NEN transistor drives, in the collector circuit an indicator lamp is switched, which at Exceeding a predetermined thermal voltage, which represents a limit temperature, begins to light up, a flashing process being triggered by a timer. The Ther Thermoelectric voltage generated by element serves as a pure sensor signal, but not for energy supply of switching devices.

Aus der DE-AS 23 21 900 ist eine Zweidraht-Meßanordnung zum Anschluß an eine Konstant­ spannungsquelle bekannt, die einen Meßgrößenumformer mit einem als Sensor dienenden Thermoelement enthält, der ein Gleichspannungssignal abgibt, das sich in Abhängigkeit von einer Meßgröße ändert, wobei ein Stromsteuerkreis zur Steuerung des Stroms in dem Umfor­ mer in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors vorgesehen ist; weiterhin ist ein Rückkopp­ lungswiderstand in Reihe zu dem Stromsteuerkreis der an den Sensor angeschlossen ist, vor­ gesehen ist, um ein dem Signal des Sensors entgegenwirkendes Rückkopplungssignal zu er­ zeugen und in dem Sensor ein Gleichgewicht zu erzielen, so daß sich der der Konstantspan­ nungsquelle entnommene Strom in Abhängigkeit von der Meßgröße ändert; dabei ist ein Gleichspannungswandler zwischen die Anschlüsse der Konstantspannungsquelle und den Stromsteuerkreis sowie den Umformer geschaltet; auch in dieser Schaltung dient die vom Ther­ moelement erzeugte Spannung als reines Sensorsignal.From DE-AS 23 21 900 is a two-wire measuring arrangement for connection to a constant Known voltage source that a transducer with a serving as a sensor Contains thermocouple, which emits a DC voltage signal, which is dependent on a measured variable changes, with a current control circuit for controlling the current in the converter mer depending on the signal from the sensor is provided; is still a feedback Resistor in series with the current control circuit connected to the sensor is seen to generate a feedback signal counteracting the signal from the sensor testify and achieve a balance in the sensor, so that the constant chip voltage source current changes depending on the measured variable; there is a  DC converter between the connections of the constant voltage source and the Current control circuit and the converter switched; Also in this circuit, the Ther Moelement generated voltage as a pure sensor signal.

Weiterhin ist aus der DE-OS 28 07 794 eine Anordnung von Thermoelementen zum Messen des Mittelwertes mehrerer Temperaturen in einem vorgegebenen Volumen, beispielsweise der Gastemperaturmessung im Gasring von Turbotriebwerken in Flugzeugen bekannt, wobei meh­ rere im Meßraum verteilte Thermoelemente mit ihren aus entsprechenden Thermoelement­ werkstoff bestehenden Verbindungsleitungen durch Parallelschaltung an einem gemeinsamen Meßpunkt miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsleitungen in ihrem Querschnitt so gewählt sind, daß der elektrische Widerstand zwischen dem Meßpunkt und jedem der Thermo­ elemente unabhängig von der Entfernung der Thermoelemente vom Meßpunkt übereinstimmt, so daß trotz der Zusammenschaltung Mittelungsfehler äußerst klein gehalten werden und die Genauigkeit der Messung einer mittleren Temperatur verbessert wird; der gemeinsame Meß­ punkt ist über eine Zweidraht-Leitung mit einer Auswerte-Einrichtung zur Ermittlung der mittle­ ren Temperatur, beispielsweise im Gasring am Ort der heißen Lötstellen der Thermoelemente zu ermitteln. Die Thermospannung dient dabei als Sensorsignal, nicht zur Energieversorgung einer elektrischen Schalteinrichtung.Furthermore, from DE-OS 28 07 794 an arrangement of thermocouples for measuring the average of several temperatures in a given volume, for example the Gas temperature measurement in the gas ring of turbo engines in aircraft is known, meh rere thermocouples distributed in the measuring room with their thermocouple existing connecting cables by parallel connection to a common Measuring point are connected to each other, the connecting lines in their cross section so are chosen so that the electrical resistance between the measuring point and each of the thermo elements regardless of the distance of the thermocouples from the measuring point, so that despite the interconnection averaging errors are kept extremely small and the Accuracy of measurement of an average temperature is improved; the common measurement The point is via a two-wire line with an evaluation device to determine the average ren temperature, for example in the gas ring at the location of the hot solder joints of the thermocouples to investigate. The thermal voltage serves as a sensor signal, not for energy supply an electrical switching device.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Temperaturüberwachungsvorrichtung bzw. Tempera­ turmeßvorrichtung anzugeben, bei der thermoelektrisch erzeugte Energie sowohl zur Tempera­ turwerterfassung als auch zur Energieversorgung einer anzuschließenden Einrichtung dient, wobei lediglich ein zweipoliges Übertragungskabel sowohl zur Versorgung der Schalteinrich­ tung als auch zur Übertragung der Meßgröße vorgesehen ist.The object of the invention is a temperature monitoring device or tempera Specify tower measuring device in the thermoelectrically generated energy both for tempera value acquisition as well as for the energy supply of a facility to be connected, where only a two-pin transmission cable to both supply the switching device device as well as for the transmission of the measured variable is provided.

Insbesondere soll auf einfache Weise die Temperatur eines Abgaskatalysators für Kraftfahrzeu­ ge überwacht und Überhitzung angezeigt werden.In particular, the temperature of an exhaust gas catalytic converter for motor vehicles should be simple monitored and overheating are displayed.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtung eine Schalteinrichtung mit einem Feldef­ fekttransistor ist, deren Schaltstrecke in Serie zu Thermoelement und Magnetspule geschaltet ist, daß die Magnetspule als Primärwicklung eines Überträgers ausgebildet ist, dessen Sekun­ därwicklung an eine Auswerteschaltung angeschlossen ist, die sowohl über einen Impulsgene­ rator mit dem Steuereingang des Feldeffekttransistors als auch mit einem Signalübertragungs­ anschluß der Anzeige verbunden ist. The object is achieved in that the device is a switching device with a field is a perfect transistor whose switching path is connected in series to the thermocouple and solenoid is that the magnetic coil is designed as the primary winding of a transmitter, the second dar winding is connected to an evaluation circuit, both via a pulse gene rator with the control input of the field effect transistor as well as with a signal transmission connected to the display.  

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteschaltung über einen Be­ triebsspannungsanschluß des Impulsgenerators mit dem Steuereingang des Feldeffekttransi­ stors verbunden; weiterhin weist die Auswerteschaltung einen über eine Diode an die Sekun­ därwicklung des Übertragers angeschlossenen Kondensator auf.In an advantageous embodiment of the invention, the evaluation circuit is a Be drive voltage connection of the pulse generator with the control input of the field effect transi stors connected; the evaluation circuit also has a diode to the second därwick the capacitor connected to.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird über den Anschluß zur Signalübertragung dem Be­ triebsspannungseingang des Impulsgenerators über wenigstens einen vorgegebenen Zeitraum elektrische Energie zugeführt. In a preferred embodiment, the Be drive voltage input of the pulse generator over at least a predetermined period electrical energy supplied.  

Als vorteilhaft erweist es sich, daß die erfindungsgemäße Überwachungsvorrich­ tung sehr kompakt ausgeführt sein kann und auch an unzugänglichen Stellen wie beispielsweise am Abgaskatalysator eines Kraftfahrzeuges - angeordnet sein kann, wobei durch Ausnutzung der elektrischen Energie des Thermoelements gleichzeitig die Problematik einer externen Stromversorgung durch zusätzliche Verkabelung bzw. einer batteriebetriebenen Stromversorgung mit dem erforder­ lichen Batterieaustausch an unzugänglichen Stellen verhindert werden kann; ein weiterer Vorteil ist in der Möglichkeit zu sehen, die Überwachungsvorrichtung sowohl zur einfachen Temperatur-Überwachungsanzeige als auch zur Anzeige der gemessenen Temperaturwerte einzusetzen, wobei die entsprechende Modifikation durch Austausch der Grundschaltung möglich ist.It proves to be advantageous that the monitoring device according to the invention tion can be very compact and also in inaccessible places such as For example, be arranged on the exhaust gas catalytic converter of a motor vehicle can, taking advantage of the electrical energy of the thermocouple at the same time the problem of an external power supply due to additional ones Wiring or a battery powered power supply with the required battery replacement in inaccessible places can be prevented; a Another advantage is the ability to see the monitoring device both for simple temperature monitoring display and for displaying the use measured temperature values, the corresponding modification by replacing the basic circuit.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a, 1b, 2a und 2b näher erläutert.The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1a, 1b, 2a and 2b.

Fig. 1a zeigt eine Temperaturüberwachungsvorrichtung, bei der die Schaltungs­ anordnung des Temperaturgebers mit der Anzeigevorrichtung über ein Zweileiter­ system verbunden ist; die zweiadrige Leitung dient in vorgegebenen Intervallen bzw. in der Anfangsphase eines Meßintervalls zusätzlich zur Stromversorgung der Schaltungsanordnung. Fig. 1a shows a temperature monitoring device in which the circuit arrangement of the temperature sensor is connected to the display device via a two-wire system; the two-wire line additionally serves to supply power to the circuit arrangement at predetermined intervals or in the initial phase of a measurement interval.

Fig. 1b zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf einer vom Thermostrom abhängi­ gen Spannung an dem über eine Diode an die Sekundärwicklung angeschlossenen Kondensator und einem dazu parallel geschalteten Spannungsteiler. Fig. 1b shows the voltage curve over time of a voltage dependent on the thermal current at the capacitor connected via a diode to the secondary winding and a voltage divider connected in parallel therewith.

Fig. 2a zeigt eine Schaltungsanordnung, die auch zur Ermittlung und Übertra­ gung exakter Temperaturwerte dient. Fig. 2a shows a circuit arrangement which also serves to determine and transmit exact temperature values.

Fig. 2b zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf an dem über eine Diode an die Sekundärwicklung angeschlossenen Kondensator. FIG. 2b shows the time course of voltage on the connected via a diode to said secondary winding capacitor.

Gemäß Fig. 1a ist das Thermoelement 1 in Serie mit ersten Feldeffekttransi­ stor 2 und der Primärwicklung 4 eines Übertragers 3 in Serie geschaltet. Der Übertrager 3 ist in Form eines Sparübertragers ausgebildet, wobei die An­ schlüsse 6 und 7 der Wicklungen 4 und 5 jeweils mit Masse 16 verbunden sind. Sekundärwicklung 5 ist über Diode 8 mit der Parallelschaltung eines Kondensa­ tors 9 und der Serienschaltung zweier Widerstände 10 und 11 verbunden, welche einen Spannungsteiler mit Mittelabgriff 12 bilden; Mittelabgriff 12 ist mit der Steuerelektrode 13 eines weiteren Feldeffekttransistors 14 verbunden, dessen Gate-Source-Strecke zwischen dem Signalübertragungsanschluß 15 und der Masse 16 angeschlossen ist. Der Signalübertragungsanschluß 15 ist weiterhin über Diode 18 mit Anschlußpunkt 19 verbunden, der einerseits über Diode 48 mit dem Verbindungspunkt 17 zwischen Diode 8, Kondensator 9 und Widerstand 10 verbunden ist und andererseits mit einem Signalgenerator 20 zur Ansteuerung er Steuerelektrode 21 des steuerbaren Schalters 2 verbunden ist. Mittels Diode 48 wird sichergestellt, daß in der Anfangsphase eines Meßvorgangs nur der Impulsgenerator 20 über Leitung 22 mit Strom versorgt wird. Der steuerbare Schalter 2 ist als Feldeffekt-Transistor ausgebildet, wobei die Gate-Source- Strecke in Serie mit Thermoelement 1 und Primärwicklung 4 des Transformators 3 geschaltet ist.According to Fig. 1a, the thermal element 1 is connected in series with the first Feldeffekttransi stor 2 and the primary winding 4 of a transformer connected in series 3. The transformer 3 is in the form of an autotransformer, with the connections 6 and 7 to the windings 4 and 5 each connected to ground 16 . Secondary winding 5 is connected via diode 8 to the parallel connection of a capacitor 9 and the series connection of two resistors 10 and 11 , which form a voltage divider with center tap 12 ; Center tap 12 is connected to the control electrode 13 of a further field effect transistor 14 , the gate-source path of which is connected between the signal transmission connection 15 and the ground 16 . The signal transmission connection 15 is also connected via diode 18 to connection point 19 , which is connected on the one hand via diode 48 to the connection point 17 between diode 8 , capacitor 9 and resistor 10 and on the other hand is connected to a signal generator 20 for controlling the control electrode 21 of the controllable switch 2 . Diode 48 ensures that only the pulse generator 20 is supplied with current via line 22 in the initial phase of a measurement process. The controllable switch 2 is designed as a field effect transistor, the gate-source path being connected in series with the thermocouple 1 and primary winding 4 of the transformer 3 .

Der Signalübertragungsanschluß 15 ist nach außen über Leitung 22 mit einer als Leuchte ausgebildeten Anzeige 23 und über Schalter 27 mit dem Anschluß 26 einer Gleichspannungsversorgungsquelle 25 verbunden, deren anderer Anschluß mit der Masse 16 verbunden ist.The signal transmission connection 15 is connected to the outside via line 22 with a display 23 designed as a lamp and via switch 27 to the connection 26 of a DC voltage supply source 25 , the other connection of which is connected to ground 16 .

Anhand der Fig. 1a und 1b wird nachstehend der Funktionsablauf erläutert.The functional sequence is explained below with reference to FIGS. 1a and 1b.

Fig. 1b zeigt den zeitlichen Verlauf der Kondensatorspannung U über der Zeit­ achse, welche mit t bezeichnet ist. Fig. 1b shows the time course of the capacitor voltage U over the time axis, which is denoted by t.

Durch Schließen des Schalters 27 wird die Spannungsquelle 25 über Anzeige 23 und Diode 18 mit dem Impulsgenerator 20 verbunden, wobei dieser über Betriebs­ spannungsanschluß 24 mit Strom versorgt wird. Gleichzeitig erzeugt Impulsge­ nerator 20 eine Impulsfolge, welche über Ausgang 28 dem Steuereingang 21 des als Feldeffekttransistor 2 ausgebildeten steuerbaren Schalters zugeführt wird. Als Folge wird der bei Erwärmung von Thermoelement 1 erzeugte und über den ersten Feldeffekttransistor 2 der Primärwicklung 4 des Übertragers 3 zuge­ führte Thermostrom entlang der Schaltstrecke des Feldeffekttransistors 2 un­ terbrochen, wobei der hierdurch in der Sekundärspule 5 induzierte Spannungs­ stoß über Diode 8 den Kondensator 9 auflädt, wobei eine eventuelle Entladung über die Sekundärwicklung 5 durch die Diode 8 verhindert wird. Die Entladung über die Widerstände 10 und 11 erzeugt am Verbindungspunkt 12 ein ausreichend hohes Potential, um den als steuerbaren Schalter dienenden weiteren Feld­ effekttransistor 14 so durchzusteuern, so daß der Spannungsabfall entlang der Drain-Source-Strecke dieses Feldeffekttransistors nahezu Null wird und der Strom von Spannungsquelle 25 über die als Anzeige 23 dienende Leuchte sowie die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors 14 fließen kann, wobei die Lampe in Betrieb gesetzt wird. Gleichzeitig dient das am Kondensator 9 aufge­ baute Potential U über Diode 48 zur Stromversorgung des Impulsgenerators 20, so daß der Quasi-Kurzschluß des weiteren Feldeffekttransistors 14 auf dessen Funktions­ weise im Hinblick auf die Spannungsversorgung aus Spannungsquelle 25 keinerlei Auswirkung mehr hat. Dies bedeutet, daß die Spannungsversorgung des Impulsge­ nerators 20 völlig abgekoppelt von der Spannungsquelle 25 erfolgt, so daß nach der Speisung des Impulsgenerators 20 über Leitung 22 durch Spannungsquelle 25 in der Meßphase aufgrund des induzierten Spannungsstoßes 11 bei erhitztem Thermoelement 1 die Stromversorgung des Impulsgenerators 20 allein durch die erzeugte Thermoenergie erfolgt, während Leitung 22 vollständig zur Signalüber­ tragung zur Verfügung steht. Das Tastverhältnis (Impulsdauer zu Periodendauer) des Impulsgenerators 20 ist einstellbar und liegt im Bereich von 1 zu 3 bis 1 zu 10. An die Phase des induzierten Spannungsstoßes 11 schließt sich die Entladungsphase III an, die bis zur Erzeugung eines neuen Spannungsstoßes II dauert.By closing the switch 27 , the voltage source 25 is connected via the display 23 and diode 18 to the pulse generator 20 , which is supplied with current via the operating voltage connection 24 . At the same time, pulse generator 20 generates a pulse train which is fed via output 28 to the control input 21 of the controllable switch designed as a field effect transistor 2 . As a result, the thermal current generated when the thermocouple 1 is heated and supplied via the first field effect transistor 2 to the primary winding 4 of the transformer 3 is interrupted along the switching path of the field effect transistor 2 , the voltage induced thereby in the secondary coil 5 colliding with the capacitor 9 via diode 8 charges, a possible discharge via the secondary winding 5 being prevented by the diode 8 . The discharge across the resistors 10 and 11 generates a sufficiently high potential at the connection point 12 to control the further field effect transistor 14 serving as a controllable switch so that the voltage drop along the drain-source path of this field effect transistor becomes almost zero and the current of Voltage source 25 can flow via the lamp serving as display 23 and the drain-source path of field-effect transistor 14 , the lamp being put into operation. At the same time, the potential built up on the capacitor 9 is used via diode 48 to supply the pulse generator 20 with power, so that the quasi-short circuit of the further field-effect transistor 14 has no effect on its function with regard to the voltage supply from the voltage source 25 . This means that the voltage supply to the pulse generator 20 is completely decoupled from the voltage source 25 , so that after the supply of the pulse generator 20 via line 22 through voltage source 25 in the measuring phase due to the induced voltage surge 11 when the thermocouple 1 is heated, the power supply to the pulse generator 20 alone by the thermal energy generated, while line 22 is fully available for signal transmission. The pulse duty factor (pulse duration to period duration) of the pulse generator 20 is adjustable and is in the range from 1 to 3 to 1 to 10. The phase of the induced voltage surge 11 is followed by the discharge phase III, which lasts until a new voltage surge II is generated.

Die anhand Fig. 1a beschriebene Anordnung läßt im wesentlichen lediglich die Überwachung einer kritischen Temperatur zu, d. h. daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes die Anzeigevorrichtung anspricht, während sie un­ terhalb dieses Wertes kein Signal ausgibt. Um nun jedoch auch eine kontinuier­ liche Temperaturüberwachung mittels Temperaturanzeige durchführen zu können, wird gemäß Fig. 2a die Überwachungsvorrichtung mit der Auswertemöglichkeit einer exakten Temperaturangabe dargestellt. Zwecks besserer Unterscheidung gegenüber Fig. 1a führen in Fig. 2a alle Bauelemente Bezugsziffern, deren Wert über 100 liegt, wobei die aus Fig. 1a bekannten Bauelemente eine um den Wert 100 angehobene Bezugsziffer aufweisen.The arrangement described with reference to FIG. 1 a essentially only allows the monitoring of a critical temperature, ie that the display device responds when a predetermined threshold value is exceeded while it does not emit a signal below this value. However, in order to be able to carry out continuous temperature monitoring by means of a temperature display, the monitoring device is shown in FIG. 2a with the possibility of evaluating an exact temperature. In order to distinguish better from FIG. 1a, all components have reference numbers in FIG. 2a whose value is above 100, the components known from FIG. 1a having a reference number raised by the value 100.

Nach Fig. 2a ist das Thermoelement 101 mit einem Verbindungspunkt 131 verbun­ den, welcher einerseits über Widerstand 132 mit Masse 116 verbunden ist und andererseits, wie bereits anhand Fig. 1a erläutert mit der Drain-Source- Strecke des als steuerbaren Schalter ausgebildeten Feldeffekttransistors 102 an die Primärwicklung 104 des Transformators 103 angeschlossen ist, so daß bei Erwärmung des Thermoelements 101 über Feldeffekttransistor 102 ein Thermostrom durch die Primärwicklung 104 fließt. Gleichzeitig ist Verbindungspunkt 131 mit einer der beiden, die Drain-Source-Strecke bildenden Elektroden eines zweiten Feldeffekttransistors 133 verbunden, dessen Steuereingang 134 ebenso wie der Steuereingang 121 des Feldeffekttransistors 102 mit dem Ausgang 128 des Im­ pulsgenerators 120 verbunden ist. Der Ausgang des Impulsgenerators weist zwei gegeneinander invertierte Signal-Ausgänge 128, 129 auf, von denen der erste Signal-Ausgang 128 mit dem Steuereingang 121 des Feldeffekttransistors 102 verbunden ist und dessen zweiter Signal-Ausgang 129 mit dem Steuereingang 134 des zweiten Feldeffekttransistors 133 verbunden ist. Die andere Elektrode des zweiten Feldeffekttransistors 133 ist mit dem Eingang 136 eines Operationsverstär­ kers 135 verbunden, welcher zwecks Spannungsversorgung über Anschluß 137 zu dem im Sekundärkreis des Übertragers 103 geschalteten Kondensators 109 paral­ lel geschaltet ist. Der Kondensator 109 befindet sich in einer Reihenschaltung aus Sekundärspule 105 des Übertragers 103 und Diode 108, wobei der Übertrager ebenfalls als Sparübertrager ausgebildet ist und Punkt 107 der Sekundärwick­ lung auf dem Potential von Masse 116 liegt. Die zur Spannungsversorgung des Operationsverstärkers 135 vorgesehene Verbindung 117 ist ebenfalls über An­ schluß 147 zur Spannungsversorgung des Differenzverstärkers 140 vorgesehen, dessen erster Eingang 141 mit dem Ausgang 139 des Operationsverstärkers 135 verbunden ist und dessen zweiter Eingang 142 an einen Verbindungspunkt 143 angeschlossen ist, der sich zwischen einem mit Masse 116 verbundenen Wider­ stand 144 und einer zur Schaltstrecke des dritten Feldeffekttransistors 114 führenden Leitung befinden. Der Ausgang 145 des Differenzverstärkers 140 ist mit dem Eingang 113 des dritten Feldeffekttransistors 114 verbunden, dessen Schalt­ strecke zwischen dem Verbindungspunkt 143 und Signalübertragungsanschluß 115 angeschlossen ist. Signalübertragungsanschluß 115 ist über Diode 118 und Ver­ bindungspunkt 119 mit dem Impulsgenerator 120 so verbunden, daß über Signal­ leitung 122 der Impulsgenerator 120 in der Anfangsphase eines Meßvorgangs mit Strom versorgt werden kann. Zwischen den Verbindungspunkten 117 und 119 ist eine Diode 148 zugeschaltet, daß die aus der induzierten Spannung der Sekun­ därwicklung 105 aufgebaute Kondensatorspannung U am Kondensator 109 vom Ver­ bindungspunkt 117 aus gesehen in Richtung Impulsgenerator 120 leitend geschal­ tet ist, d. h. daß die Anodenseite der Diode 148 mit dem Verbindungspunkt 117 verbunden ist. Mittels Diode 148 wird sichergestellt, daß in der Anfangsphase eines Meßvorganges nur der Impulsgenerator 120 über Leitung 122 mit Strom versorgt wird. Der Signalübertragungsanschluß 115 ist nach außen über Lei­ tung 122 mit Anzeige 150 verbunden, welche beispielsweise ein Milliampereme­ ter 123 zur Anzeige aufweist.According to FIG. 2a, the thermocouple 101 is connected to a connection point 131-jointed, which is on the one hand connected via resistor 132 to ground 116, and on the other hand, as already explained with reference Fig. 1a explained with the drain-source path of the field effect transistor 102 configured as a controllable switch to the primary winding 104 of the transformer 103 is connected, so that when the thermocouple 101 is heated, a thermal current flows through the primary winding 104 via field effect transistor 102 . At the same time, connection point 131 is connected to one of the two electrodes, which form the drain-source path, of a second field effect transistor 133 , the control input 134 of which , like the control input 121 of the field effect transistor 102, is connected to the output 128 of the pulse generator 120 . The output of the pulse generator has two mutually inverted signal outputs 128 , 129 , of which the first signal output 128 is connected to the control input 121 of the field effect transistor 102 and the second signal output 129 of which is connected to the control input 134 of the second field effect transistor 133 . The other electrode of the second field effect transistor 133 is kers connected to the input 136 of a Operationsverstär 135, which for the purpose of power supply is connected across terminal 137 paral lel to the connected in the secondary circuit of the transformer 103 capacitor 109th The capacitor 109 is located in a series circuit consisting of the secondary coil 105 of the transformer 103 and diode 108 , the transformer also being an autotransformer and point 107 of the secondary winding being at the potential of ground 116 . The connection 117 provided for the voltage supply of the operational amplifier 135 is also provided at the connection 147 for the voltage supply of the differential amplifier 140 , the first input 141 of which is connected to the output 139 of the operational amplifier 135 and the second input 142 of which is connected to a connection point 143 which is between a connected to ground 116 was against 144 and a line leading to the switching path of the third field effect transistor 114 . The output 145 of the differential amplifier 140 is connected to the input 113 of the third field effect transistor 114 , the switching path between the connection point 143 and signal transmission terminal 115 is connected. Signal transmission terminal 115 is connected via diode 118 and connection point 119 to the pulse generator 120 in such a way that the signal generator 122 can supply the pulse generator 120 with current in the initial phase of a measurement process. Between the connection points 117 and 119 , a diode 148 is switched in that the capacitor voltage U built up from the induced voltage of the secondary winding 105 on the capacitor 109 is seen from the connection point 117 in the direction of the pulse generator 120 , that is, the anode side of the diode 148 is connected to the connection point 117 . Diode 148 ensures that only the pulse generator 120 is supplied with current via line 122 in the initial phase of a measurement process. The signal transmission terminal 115 is connected externally via line 122 to display 150 , which has, for example, a milliampereme ter 123 for display.

Im folgenden ist die Funktionsschaltungsanordnung nach Fig. 2a mit Hilfe des Spannungszeitdiagramms 2b näher erläutert.In the following, the function circuit of Fig. 2a, b by means of the voltage-time diagram 2 in more detail explained.

Durch Schließen des Schalters 127 wird mittels Spannungsquelle 125 über Lei­ tung 122, Signalübertragungsanschluß 115, Diode 118, Verbindungspunkt 119 der mit Masse verbundene Impulsgenerator 120 über Betriebsspannungsanschluß 124 elektrisch versorgt, wobei die vom Impulsgenerator erzeugten Impulse gegensei­ tig invertiert direkt auf die Eingänge 121 und 134 der Feldeffekttransi­ storen 102 und 133 wirken.By closing the switch 127 by means of voltage source 125 via line 122 , signal transmission terminal 115 , diode 118 , connection point 119, the pulse generator 120 connected to ground is electrically supplied via operating voltage connection 124 , the pulses generated by the pulse generator being inverted directly to the inputs 121 and 134 the field effect transistors 102 and 133 act.

Wie Fig. 2b zu entnehmen ist, wird durch Einwirkung eines Sperrimpulses über Eingang 121 des Feldeffekttransistors 102 der die Primärwicklung 104 speisende Stromkreis unterbrochen, wobei die an Sekundärwicklung 105 auftretende Induk­ tionsspannung über Diode 108 den Kondensator 109 auflädt, wie dies anhand der mit I bezifferten Phase gemäß Fig. 2b zu erkennen ist. Die zwischen Kondensa­ tor 109 und Massepotential 116 aufgebaute Spannung U speist sowohl den ersten Operations-Verstärker 135 als auch den zweiten Verstärker 140, welcher als Differenzverstärker geschaltet ist sowie ggf. über Diode 148 Impulsgenera­ tor 120.As can be seen from FIG. 2b, the circuit feeding the primary winding 104 is interrupted by the action of a blocking pulse via input 121 of the field effect transistor 102, the induction voltage occurring at secondary winding 105 charging the capacitor 109 via diode 108 , as is shown by the number I Phase can be seen according to FIG. 2b. The voltage U built up between capacitor 109 and ground potential 116 feeds both the first operational amplifier 135 and the second amplifier 140 , which is connected as a differential amplifier and, if appropriate, via diode 148 pulse generator 120 .

Nachfolgend wird die Funktionsweise eines Meßvorganges anhand der Fig. 2a und 2b näher erläutert. Gemäß Fig. 2a wird nach Schließen des Schalters 127 Impulsgenerator 120 über Signalübertragungsanschluß 115 und Diode 118 mit Spannung versorgt, so daß eine Folge von gegenseitig invertierten Impulsen sowohl an die Steuerelektrode 121 dem Feldeffekttransistors 102 als auch an die Steuerelektrode 134 des zweiten Feldeffekttransistors 133 weitergeleitet werden. Bei Erwärmung des Thermoelements 101 fließt somit während der Impulsdauer ein Thermostrom durch die Primärwicklung 104 des Transformators 103, während die am Meßort erzeugte Thermospannung über Feldeffekttransistor 133 an den Ein­ gang 136 des Verstärkers 135 weitergeleitet wird. Bei Beendigung des Impulses aus Impulsgenerator 120 wird in der Sekundärwicklung 105 des Übertragers 103 - wie bereits anhand Fig. 1a beschrieben - ein Spannungsstoß induziert, welcher am Kondensator 109 eine Spannung Uc aufbaut (siehe Fig. 2b), die einerseits Anschlußpunkt 117 und Diode 148 zur elektrischen Versorgung des Impulsgenera­ tors 120 dient, wobei gleichzeitig die Kathode der Diode 118 positiv geschal­ tet wird, so daß aus Spannungsquelle 125 kein Strom mehr in Richtung des Ver­ bindungspunktes 119 fließen kann; andererseits wird über die am Kondensator liegende Spannung die Versorgung der Verstärker 135 und 140 sichergestellt.The mode of operation of a measuring process is explained in more detail below with reference to FIGS . 2a and 2b. Referring to FIG. 2a is powered by closing the switch 127 pulse generator 120 via the signal transmission terminal 115 and diode 118 with voltage, so that a sequence 102 are passed on by mutually inverted pulses to both the control electrode 121 of the field effect transistor and to the control electrode 134 of the second field effect transistor 133 . When the thermocouple 101 is heated, a thermal current thus flows through the primary winding 104 of the transformer 103 during the pulse duration, while the thermal voltage generated at the measuring location is passed on via field-effect transistor 133 to the input 136 of the amplifier 135 . ., A surge voltage is induced, which at the capacitor 109 a voltage Uc is built (see Fig. 2b), on the one hand the connection point 117 and diode 148 - upon termination of the pulse from pulse generator 120 in the secondary winding 105 of the transformer 103 is - as already with reference to Fig 1a described serves for the electrical supply of the pulse generator 120 , at the same time the cathode of the diode 118 is positively switched, so that no more current can flow from the voltage source 125 in the direction of the connection point 119 ; on the other hand, the supply to the amplifiers 135 and 140 is ensured via the voltage across the capacitor.

Aufgrund der Ansteuerung der Steuerelektrode 134 mittels Impulsgenerator 120 wird über Feldeffekttransistor 133 eine Impulsfolge an den Steuereingang 136 des Verstärkers 135 weitergeleitet, deren Impulsamplitude ein Maß für die am Thermoelement 101 erzeugte Thermospannung ist. Das als Impulsfolge verstärkte Signal wird vom Verstärkerausgang 139 nach Durchlaufen eines mittels Bezugs­ ziffer 152 symbolisch dargestellten Abtast-Halte-Gliedes (Sample and Hold- Glied) zum ersten Eingang 141 des Differenzverstärkers 140 weitergeleitet, dessen zweiter Eingang zwecks Stabilisierung mit dem Verbindungspunkt 143 zwischen Widerstand 144 und Feldeffekttransistor 114 verbunden ist. Über den Ausgang 145 des Differenzverstärkers verläßt das Signal in Form eines Analog- Signals den Differenzverstärker 140 und wird der Steuerelektrode 113 des Feld­ effekttransistors 114 zugeleitet, welcher zusammen mit Differenzverstärker 140 einen Spannungsstromwandler bildet. Das der Thermospannung entsprechende Stromsignal wird somit über Signalübertragungsanschluß 115 und Leitung 122 einem Signalgeber 123 in Form eines Milliamperemeters zur Auswertung des Ana­ log-Stromsignals weitergeleitet. Selbstverständlich ist es auch hier möglich, die Auswerteeinheit 123 mit einem Schwellwertschalter zu versehen, so daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes ein Signal, beispielsweise ein optisches oder akustisches Alarm-Signal ausgelöst wird, wobei jedoch parallel hierzu die Möglichkeit einer analogen Darstellung des Temperatursignals be­ steht.Due to the control of the control electrode 134 by means of the pulse generator 120 , a pulse sequence is forwarded to the control input 136 of the amplifier 135 via field effect transistor 133, the pulse amplitude of which is a measure of the thermal voltage generated at the thermocouple 101 . The signal amplified as a pulse train is passed from the amplifier output 139 after passing through a sample-and-hold element (symbolized by reference numeral 152 ) to the first input 141 of the differential amplifier 140 , the second input of which for the purpose of stabilization with the connection point 143 between the resistor 144 and field effect transistor 114 is connected. Via the output 145 of the differential amplifier, the signal in the form of an analog signal leaves the differential amplifier 140 and is fed to the control electrode 113 of the field effect transistor 114 , which together with the differential amplifier 140 forms a voltage current transformer. The current signal corresponding to the thermal voltage is thus forwarded via signal transmission connection 115 and line 122 to a signal generator 123 in the form of a milliammeter for evaluating the analog current signal. Of course, it is also possible to provide the evaluation unit 123 with a threshold switch so that a signal, for example an optical or acoustic alarm signal, is triggered when a predetermined threshold value is exceeded, but in parallel with this there is the possibility of an analog representation of the temperature signal .

Claims (9)

1. Temperaturüberwachungsvorrichtung, insbesondere Temperaturfernüber­ wachungsvorrichtung, mit wenigstens einem, mit einer Magnetspule verbun­ denen Thermoelement, welches sowohl zur Erzeugung einer temperaturabhängi­ gen Meßgröße, die einer Anzeige zugeführt wird, als auch zur Energiever­ sorgung einer Einrichtung vorgesehen ist, wobei die Übertragung der Meß­ größe und die Energieversorgung der Einrichtung wenigstens in der Anfangs­ phase eines Meßvorgangs über ein zweipoliges Leitersystem erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Schalteinrichtung mit einem Feldeffekttransi­ stor (2, 102) ist, deren Schaltstrecke in Serie zu Thermoelement (1; 101) und Magnetspule (4; 104) geschaltet ist, daß die Magnetspule (4; 104) als Primärwicklung eines Übertragers (3; 103) ausgebildet ist, dessen Sekun­ därwicklung (5; 105) an eine Auswerteschaltung (30; 130) angeschlossen ist, die sowohl über einen Impulsgenerator (20; 120) mit dem Steuerein­ gang (21; 121) des Feldeffekttransistors (2; 102) als auch mit einem Si­ gnalübertragungsanschluß (15; 115) der Anzeige (23) verbunden ist.1. Temperature monitoring device, in particular remote temperature monitoring device, with at least one, with a solenoid verbun which thermocouple, which is provided both for generating a temperature-dependent measured variable, which is supplied to a display, and for energy supply to a device, the transmission of the measured variable and the energy supply of the device takes place at least in the initial phase of a measuring process via a two-pole conductor system, characterized in that the device is a switching device with a field effect transistor ( 2 , 102 ), the switching path of which is in series with the thermocouple ( 1 ; 101 ) and the magnetic coil ( 4 ; 104 ) is connected that the solenoid ( 4 ; 104 ) is designed as the primary winding of a transformer ( 3 ; 103 ), the secondary winding ( 5 ; 105 ) of which is connected to an evaluation circuit ( 30 ; 130 ), both of which a pulse generator ( 20 ; 120 ) with the control unit gang ( 21 ; 121 ) of the field effect transistor ( 2 ; 102 ) and a signal transmission connection ( 15 ; 115 ) of the display ( 23 ). 2. Temperaturüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (30; 130) über einen Betriebsspannungsanschluß (24; 124) des Impulsgenerators (20; 120) mit dem Steuereingang (21; 121) des Feld­ effekttransistors (2; 102) verbunden ist. 2. Temperature monitoring device according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit ( 30 ; 130 ) via an operating voltage connection ( 24 ; 124 ) of the pulse generator ( 20 ; 120 ) with the control input ( 21 ; 121 ) of the field effect transistor ( 2 ; 102 ) connected is. 3. Temperaturüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen über eine Diode (8; 108) an die Sekundär­ wicklung (5; 105) angeschlossenen Kondensator (9; 109) aufweist.3. Temperature monitoring device according to claim 2, characterized in that the evaluation circuit has a capacitor ( 9 ; 109 ) connected to the secondary winding ( 5 ; 105 ) via a diode ( 8 ; 108 ). 4. Temperaturüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (101) mit einer ersten Elektrode eines zweiten Feld­ effekttransistors (133) verbunden ist, dessen Steuereingang (134) mit einem Ausgang des Impulsgenerators (120) verbunden ist, und daß die zweite Elektrode des zweiten Feldeffekttransistors (133) mit einem Spannungs-Strom-Wand­ ler (149) verbunden ist, dessen Ausgang (146) mit dem Signalübertragungs­ anschluß (115) verbunden ist.4. Temperature monitoring device according to claim 3, characterized in that the thermocouple ( 101 ) is connected to a first electrode of a second field effect transistor ( 133 ), the control input ( 134 ) is connected to an output of the pulse generator ( 120 ), and that the second Electrode of the second field effect transistor ( 133 ) is connected to a voltage-current converter ( 149 ), the output ( 146 ) of which is connected to the signal transmission connection ( 115 ). 5. Temperaturüberwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (120) als Ausgang zwei gegeneinander invertierte Signal- Ausgänge (128, 129) aufweist, von denen der erste Signal-Ausgang (128) mit dem Steuereingang (121) des Feldeffekttransistors (102) verbunden ist und daß der zweite Signal-Ausgang (129) mit dem Steuereingang (134) des zwei­ ten Feldeffekttransistors (133) verbunden ist.5. Temperature monitoring device according to claim 4, characterized in that the pulse generator ( 120 ) has as an output two mutually inverted signal outputs ( 128 , 129 ), of which the first signal output ( 128 ) with the control input ( 121 ) of the field effect transistor ( 102 ) is connected and that the second signal output ( 129 ) is connected to the control input ( 134 ) of the two field effect transistor ( 133 ). 6. Temperaturüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Elektrode des zweiten Feldeffekttransistors (133) über einen Operations-Verstärker (135) mit dem Spannungs-Strom-Wand­ ler (149) verbunden ist.6. Temperature monitoring device according to claim 4 or 5, characterized in that the second electrode of the second field effect transistor ( 133 ) via an operational amplifier ( 135 ) with the voltage-current wall ler ( 149 ) is connected. 7. Temperaturüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Wandler (149) einen Dif­ ferenzverstärker (140) aufweist, dessen erster Eingang (141) mit dem zwei­ ten Feldeffekttransistor (133) verbunden ist und dessen zweiter Eingang mit einem Verbindungspunkt (143) zwischen einem an Masse (116) angeschlos­ sen Widerstand (144) und einem dritten Feldeffekttransistor (114), der an den Signalübertragungsanschluß T (115) angeschlossen ist und dessen Steuer­ elektrode (113) mit dem Ausgang (145) des Differenzverstärkers (140) ver­ bunden ist. 7. Temperature monitoring device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the voltage-current converter ( 149 ) has a dif ferential amplifier ( 140 ), the first input ( 141 ) of which is connected to the two-th field effect transistor ( 133 ) and the second input of which has a connection point ( 143 ) between a resistor ( 144 ) connected to ground ( 116 ) and a third field effect transistor ( 114 ) which is connected to the signal transmission terminal T ( 115 ) and whose control electrode ( 113 ) is connected to the output ( 145 ) of the differential amplifier ( 140 ) is connected. 8. Temperaturüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (30) eine parallel zu dem Kondensator (9) angeschlos­ sene Reihenschaltung zweier Widerstände (10, 11) aufweist, deren Verbin­ dungspunkt (12) mit dem Steuereingang (13) eines weiteren Feldeffekttran­ sistors (14) verbunden ist, dessen eine Elektrode mit dem Signalübertra­ gungsanschluß (15) und dessen andere Elektrode mit dem Massepotential (16) verbunden ist.8. A temperature monitoring device according to claim 3, characterized in that the evaluation circuit ( 30 ) has a series connection of two resistors ( 10 , 11 ) connected in parallel with the capacitor ( 9 ), the connection point ( 12 ) of which is connected to the control input ( 13 ) of a further one Field effect transistors ( 14 ) is connected, one electrode of which is connected to the signal transmission terminal ( 15 ) and the other electrode of which is connected to ground potential ( 16 ). 9. Temperaturüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß über den Signalübertragungsanschluß (15; 115) dem Impulsgenerator (20; 120) wenigstens in einer Anfangsphase der Messung elektrische Energie zuführbar ist.9. Temperature monitoring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that electrical energy can be supplied to the pulse generator ( 20 ; 120 ) at least in an initial phase of the measurement via the signal transmission connection ( 15 ; 115 ).
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