DE8700387U1

DE8700387U1 - Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement

Info

Publication number: DE8700387U1
Application number: DE8700387U
Authority: DE
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1987-01-09
Filing date: 1987-01-09
Publication date: 1988-05-05

Description

Degussa Aktiengesellschaft 87 102 ET Weissfrauenstraße 9, 6000 Frankfurt am -Hain

^Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement

Beschreibung

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement, c-ts mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand und einer äußeren Stromquelle zur Vergleichsstellenkompensation versehen ist.

Die Temperaturmessung mit Thermoelementen beruht suf der unterschiedlichen Thermokraft verschiedener Metalle und Legierungen. Zwei elektrische Leiter aus verschiedenen Werkstoffen (Thermopaar) werden an einem Ende, z.B. durch Verschweißen, Verlöten oder Verschrauben leitend miteinander verbunden (Meßstelle). Wird nun die Meßstelle einer Temperatur ausgesetzt, so entsteht an den freien Enden des Thermopaers eine elektromotorische Kraft, Thermospannung genannt, die von der Temperaturdifferenz zwischen Meßstelle und den freien Enden des Thermopaars (Vergleichsstelle) abhängig ist. Die Größe dieser Thermospannung ist abhängig von der Art der Werkstoffe, aus denen das Thermopaar hergestellt ist.

Prinzipiell ist jede Temperatu"messung mit einem Thermoelement eine Differenzmessung zwischen Meßstellen- und Vergleichsstellentemperatur. Um eine definierte Auswertung der Thermospannung zu erhalten, werden die freien Enden des Thermopaares einer Bezugstemperatur ausgesetzt. Ist die Vergleichsstelle Temperaturschwankungen unterworfen, müssen die ausgeglichen werden (Vergleichsstellenkompensation).

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Im Laborbetrieb kann die Vergleichsstelle In schmelzende Eiswasser/ Bezugstemperatur 0 ⁰C/ angeordnet werden. Im Industriellen Einsatz, wo es auf eine wartungsfreie Messung ankommt, haben sich zwei Arten von Vergleichsstellenkompensation bewährt. Bei einer Vergleichsstellenkompensation mittels Vergleichsstellenkorrektoren liegt die Bezugstemperatur höher als die Umgebungstemperatur. Die Vergleichsstelle wird auf die Bezugstemperatur (z.B. 50 ⁰C) aufgeheizt und mit einem Thermostaten geregelt.

Bei elektrischen Ausgleichsschaltungen wird die Bezugstemperatur an der Vergleichsstelle nicht mit einem Thermostaten konstant gehalten, sondern es wird eine rein elektrische Korrektur der gemessenen Thermospannungen durchgeführt. Dies geschieht normalerweise mit einer Brückenschaltung aus temperaturabhängigen Widerständen, die auf die Spannungswerte der Grundwertreihen ausgelegt ist (Bezugstemperatur 0 C). Verändert sich die Temperatur in der Vergleichsstelle, so verstimmt sich die Brücke und es wird eine sogenannte Kompensationsspannung abgegeben. Diese Kompensationsspannung addiert sich zu der Thermospannung.

Es sind eine Vielzahl von Schaltungen bekannt, mit denen diese Vergleirhsstellenkorrektur durchgeführt werden kann. Solche Vergleichsstellenschaltungen müssen mit Hilfsenergie versorgt werden. Dies geschieht beispielsweise mit Batterien oder mit zwei zusätzlichen ZufOhrungsleitungen, über die Gleichspannung oder Wechselspannung von einer äußeren Stromquelle zugeleitet wird. Wird die Vergleichsstelle von der Auswerteeinheit räumlich getrennt angeordnet, werden insgesamt vier Leitungen benötigt: zwei für das Thermosignal und zwei für die Stromversorgung. Diese vier Leitungen sind aber bei angestrebter kompakter Bauweise störend.

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Es war Aufgabe der vorliegenden Neuerung, eine Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement zu entwickeln, das mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand und einer äußeren Stromquelle zur

Vergleichstellenkompensation versehen ist, das mit möglichst wenig Zuleitungen und ohne Ausgleichsleitungen auskommt.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß ein elektrischer Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands direkt an einem Schenkel des Thermoelement angeschlossen ist,, und daß die äußere Stromquelle über zwei Leitungen in Reihe mit dem elektrischen Widerstand und dem Thermoelement geschaltet ist, wobei durch Wahl der Stromstärke, Material und Größe des elektrischen Widerstands bei Temperaturveränderung an der Verglei chsstet. Ie der Spannungsabfall am elektrischen Widerstand mit umgekehrten Vorzeichen der Verminderung der Thermospannung am Thermoelement entspricht.

Das Thermoelement wird mit einem elektrischen Widerstand

mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands in Reihe geschaltet.

Beispielsweise verwendet man einen Platinwiderstand

für die Vergleichsstelle. Schickt man nun über

Tk..._c.i.|..nt und widerstand einen geringen Strom,

so ändert sich der Spannungsabfall am Widerstand mit veränderlicher Vergleichsstellentemperatur. Man kann nun den Strom genau so groß wählen, daß der

Spannungsabfall am Widerstand sich mit der Temperatur

um den gleichen Betrag ändert, um den sich die Thermokraft des Thermoelementes mit umgekehrten Vorzeichen ändert.

Verwendet man z.B. ein Nickelchrom-Nickelthermoelement, so ändert sich dessen Thermospannung pro Grad Celsius um rund 40 >jV. Ein Platinwiderstand mit 100 Ohm ändert seinen Widerstandswert um rund 4 XO pro Grad, d.h. also, um 0,4 0hm. Schickt man durch das Thermoelement und den Platinwiderstand einen Strom von 100 ;jA, dann ändert sich der Spannungsabfall am Widerstand um 40 }iM pro Grad Celsius und kompensiert damit die Änderung der Thermokraft des Thermoelementes. Die angestrebte Vergleichsstellenkompensation ist damit erreicht. Für genaue Messungen ist der Fehler durch den Innenwiderstand des Thermoelementes zu berücksichtigen. Ein Strom von 100 >jA über ein Thermoelement von beispielsweise 5 Ohm erzeugt einen Spannungsabfall am Thermoelement von rund 500 &mgr;&Iacgr;, ein Wert, der knapp 13 ⁰C entspricht, der sich aber mit der Temperatur nur wenig oder vorausberechenbar ändert und der in den meisten Fällen, wo es auf extreme Genauigkeit nicht ankommt, einkalibriert werden kann.

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Eine solche Kombination von Thermoelement und Widerstand erzeugt in diesem Beispiel bei 100 /JA Speisestrom eine temperaturabhängige Spannung, die die Vergleichsstellentemperatur kompensiert, und außerdem einen konstanten Spannungsabfall, einmal an den 5 Ohm des Thermoelementes und einmal an den 100 Ohm des Widerstandsthermometers. Der Spannungsabfall an diesen beiden Widerständen züsasssngsnessen ist dann rynd 1O..S mV. Dia angeschlossene elektrische Stromquelle muß also diesen Konstantspannungsbetrag kompensieren. Für die Vergleichsstellenkompensation können natürlich auch andere Widerstlnde mit positivem Temperaturkoeffizient verwendet werden, wie NickelwiderstSnde, Kupferwiderstände, Iridiumwiderstände, Halbleiter-?TC oder ähnliches.

Die Verbindung zwischen Thermoelement und elektrischem Widerstand kann fest (z.B. Lötstelle) oder lösbar sein (Steckverbindung).

Eine Ausföhrungsform kann z.B. so aussehen, daß an einem zweipoligen Stecker das Thermoelement angeschlossen ist und auf der selben Seite wie das Thermoelement der Kompensationswiderstand, während an die andere Seite des Steckers die Zuleitungen angeschlossen sind. Eine andere Ausführung kann so sein, daß das Thermoelement an der einen Seite eines Zweileitersteckers angeschlossen wird, der Vergleichsstel lenwiderstand und die Zuführungsleitungen in den Gegenstecker eingebaut sind. Wesentlich ist bei allen diesen Ausführungsformen, daß zwischen dieser Kombination aus Thermoelement und Kompensationswiderstand und der angeschlossenen Elektronik keine Ausgleichsleitung verlegt werden muß, sondern mit normaler üblicherweise Kupferleitung verkabelt werden kann. Außerdem sind zur Stromversorgung nur zwei Leitungen nötig, so daß ein Einbau der Temperaturmeßvorrichtung auch bei geringem Raumangebot problemlos möglich ist.

Die Abbildung zeigt schematisch eine neuerungsgemäße Vorrichtung in beispielhafter Ausführungsform. Der eine Schenkel eines Thermoelements (1) ist direkt mit einem elektrischen Widerstand (2) verbunden, über zwei Leitungen (4,5) ist der Widerstand (2) und das Thermoelement (1) in Reihe mit einer äußeren Stromquelle (?) verbunden.

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Claims

Degussa Aktiengeseliscnaft 87 102 ET Weißfrauenstraße 9, 6000 Frankfurt am Wain n

Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einem Thermoelement

Schutzanspruch:

Vorrichtung zur Temperaturmessung, bestehend aus einem Thermoelement, einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, Zuleitungen und einer äußeren Stromquelle, dadurch gekennzeichnet,

daß der elektrische Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands direkt an einem Schenkel des Thermoelements (1) angeschlossen ist, und daß die äußere Stromquelle (3) über zwei Leitungen (4, 5) in Reihe mit dem elektrischen Widerstand (2) und dem Thermoelement (1) geschaltet ist, wobei durch Wahl der Stromstärke, Material und Größe des elektrischen Widerstands bei Temperaturveränderung*. an der Vergleichsstelle der Spannungsabfall am elektrischen Widerstand (2) mit umgekehrten Vorzeichen der Verminderung der Thermospannung am Thermoelement (1) entspricht.