NO167336B - Elektronisk kretsanordning. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en elektronisk kretsanordning i en type temperaturmålekrets som er basert på en platinamotstand som temperaturtølemotstand. I denne spesielle type målekretser er det foruten platinamotstanden også anordnet en referansemotstand, og målekretsen er innrettet til å påtrykke like store likestrømmer på de to motstander, som har en felles returledning. Den resulterende spennings-dif f eranse over motstandene avføles, idet spenningsdifferansen ved hjelp av i det minste en operasjonsforsterker er innrettet til å bevirke en utgangslikestrøm fra målekretsen. Denne likestrøm skal være proporsjonal med spennings-dif f eransen for å utgjøre et mål for temperaturen på platinamotstanden. I betraktning av forekommende ulinearitet i platinamotstandens temperatur/resistans-karakteristikk er det kjent slike målekretser som omfatter midler til å kompensere for denne ulinearitet.

En meget brukt og nærmest standardisert platina-temperaturføler har typebetegnelsen PT-100, og denne er av primær interesse i denne forbindelse. Kjente temperatur-målekretser for samvirke med slike platinamotstander er tilgjengelig i form av en integrert krets eller kretsbrikke, blant annet basert på et treleder-prinsipp på inngangssiden for tilknytning til henholdsvis platinamotstanden og referansemotstanden med en felles returleder som nevnt innledningsvis. Når det gjelder utgangen av målekretsen tar oppfinnelsen sikte på at den nevnte utgangslikestrøm opptrer på to utgangsklemmer, for enkel og hensiktsmessig tilpasning til de kretser eller det system som temperaturmålingen skal gå inn i.

Mer spesielt er det tidligere kjent kretser som utfører den nødvendige linearisering i forbindelse med for eksempel den nevnte platinamotstand av type PT-100, herunder løs-ninger basert på økning av den påtrykte strøm i føleren ved temperaturstigning.

Således viser US-patent 3.783.692 en målekrets hvor en platina-følemotstand inngår i en brokonfigurasjon. Linearisering av føleren oppnås ved å øke strømmen i denne ved hjelp av en spesiell strømkilde med negativ resistans. Det dreier seg her om en temmelig komplisert krets, hvor det er vanskelig å beregne komponentverdiene for tilpasning til forskjellige temperaturområder som målingene skal dekke.

US-patent 3.754.442 beskriver en målekrets innrettet til å samarbeide med forskjellige følere som har ulike ulineariteter. Føleren er innkoblet i en tilbakekoblings-sløyfe i en operasjonsforsterker. En annen operasjonsforsterker styrer en indikator og sørger for at strømmen i føleren forandrer seg avhengig av utgangsspenningen. Også her dreier det seg om en temmelig komplisert krets, blant annet på grunn av de ulike følere som den skal samarbeide med.

Europeisk patent 0 101 956 omhandler en målekrets oppbygget med en vanlig differensiell forsterker i samvirke med en klassisk strømkilde i et fireleder-måleprinsipp. Utgangsspenningen styrer strømkilden slik at strømmen i føleren øker med stigende temperatur.

US-patent 4.114.446 er i likhet med noen av de forannevnte rettet mot en forholdsvis komplisert målekrets omfattende en strømkilde og forskjellige forsterkere, som ved hjelp av flere tilbakekoblingssløyfer er innrettet til å linearisere følermotstanden.

Formålet med denne oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning ved temperaturmålekrets av den angitte art, som er basert på andre og meget enklere midler enn de kjente, for å besørge den ønskede linearisering. Dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd med en elektronisk kretsanordning i henhold til de ledsagende patentkrav.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 viser et forenklet skjema for en temperaturmålekrets basert på en utførelse av anordningen

ifølge oppfinnelsen og

figur 2 illustrerer en typisk karakteristikk for platina-

følemotstander med en ulinearitet som det ønskes kompensert for.

I skjemaet på figur 1 er det vist en platinamotstand PT og en referansemotstand RI, som begge er forbundet med en hovedkomponent i målekretsen, nemlig blokken S, som i henhold til kjent teknikk kan bestå av en integrert krets fremstilt spesielt for samvirke med denne spesielle type temperaturfølemotstand PT. Som det fremgår av figur 1 er platinamotstanden PT og referansemotstanden RI på inngangssiden av kretsen S koblet til denne gjennom de tre klemmer eller ledninger 1, 2A og 3, idet ledningene 1 og 2A utgjør inngangene på en operasjonsforsterker G som inngår i den integrerte krets S. På inngangssiden dreier det seg altså om et arrangement for utnyttelse av det såkalte treleder-måleprinsipp, som er kjent i sammenheng med målekretser for platina-følemotstander.

Kretsen S har to utganger 11, 12 for avgivelse av konstante likestrømmer, henholdsvis II og 12, innrettet til å flyte igjennom henholdsvis referansemotstanden RI og temperaturtøleren PT, med en felles returledning 3 til et fellespunkt eller jord for hele målekretsen inkludert den integrerte krets S. Disse to i prinsippet konstante likestrømmer fører til en større eller mindre inngangs-spenning inn på operasjonsforsterkeren G avhengig av den aktuelle motstandsverdi av føleren PT, bestemt av hvilken temperatur denne avføler. Den integrerte krets S er innrettet til på grunnlag av utgangen fra operasjonsforsterkeren G, via ikke viste interne strømkretser, å bevirke at en utgangskrets Y avgir en likestrøm over utgangsklemmer 4 og 5. Styrken av denne likestrøm 17 er proporsjonal med inngangsspenningen på operasjonsforsterkeren G.

Den integrerte krets S kan for eksempel være av typen XTR101 som leveres av firma Burr Brown, USA.

Det som hittil er beskrevet i tilknytning til figur 1 dreier seg således om en kjent og konvensjonell målekrets, beregnet for eksempel til bruk ved instrumentering, reguler-ingssystemer eller programmerbare logiske styringer. Utgangslikestrømmen 17 over klemmene 4 og 5 kan ved slike konvensjonelle kretser for eksempel være innrettet til å ligge i området fra 4 til 20 mA, med sikte på samvirke med andre deler eller strømkretser i slike systemer.

Det ulinearitetsproblem som fører til vanskeligheter og komplikasjoner i slike målekretser er illustrert på figur 2. Denne viser elektrisk resistans som funksjon av temperatur for en typisk platinamotstand, i form av kurven eller karakteristikken 20, som over et lengere stykke slutter seg forholdsvis nær inntil en rettlinjet, ideell karakteristikk 21, men som ved høyere temperaturer bøyer av og avviker forholdsvis meget fra den rette linje. Denne ulinearitet vil gi unøyaktigheter i temperaturmålingene, dersom det ikke tas forholdsregler for kompensering av ulineariteten ved å anordne spesielle midler i, eller forbundet med, målekretsen. Det man tar sikte på er at den likestrøm som utgjør utgangssignalet fra målekretsen skal ha en høy grad av proporsjonalitet med temperaturen på temperaturfølemot-standen over hele det temperaturområde som det er ønskelig at den aktuelle måling skal dekke.

I skjemaet på figur 1 er det med en streket omramning L vist en kretsløsning basert på foreliggende oppfinnelse, som tjener til å besørge den nødvendige linearisering på en meget enkel, men samtidig nøyaktig måte. Vesentlige kompo-nenter i kretsdelen L er to transistorer Tl og T2 innrettet til å avgi respektive likestrømmer 13 og 14 som adderer seg til de forannevnte konstante strømmer, henholdsvis II og 12, med resulterende totale likestrømmer 15 og 16 som påtrykkes henholdsvis følermotstanden PT og referansemotstanden RI. Tilleggsstrømmene 13 og 14 som leveres av transistorene Tl og T2 bestemmes av en spenning frembragt av utgangslike-strømmen 17 over klemmen 4, som bevirker et spenningsfall over den viste seriemotstand R2 med en diode D i serie med denne. Økende likestrøm 17 gir økning i strømmene 13 og 14 og tilsvarende økning i strømmene 16 og 15. Dermed vil økende temperatur på føleren PT innebære en større spenningsøkning inn på operasjonsforsterkeren G enn hva som ellers ville vært tilfelle, og den iboende ulinearitet i føleren PT blir kompensert.

Med de viste strømretninger og polariteter blir lederetningen av dioden D som vist i skjemaet, og transistorene Tl og T2 forutsettes å være PNP-transistorer. Tilleggs- eller kompensasjonsstrømmene 13 og 14 leveres fra kollektoren på de to transistorer, idet emitter/basis-spenningen på hver av transistorene bestemmer størrelsen av strømmene 13 og 14. Som det fremgår av skjemaet vil spenningsfallet over motstanden R2 og dioden D innvirke likt på emitter/basis-spenningen på begge transistorer og dermed sørge for at de resulterende totale likestrømmer som påtrykkes henholdsvis platinamotstanden PT og referansemotstanden RI hele tiden er like store. Størrelsen av tilleggs- eller kompensasjonsstrømmene 13 og 14 kan inn-stilles ved hjelp av motstandene R3 og R4 i emitterkretsen for de to transistorer. På denne måten kan kompensasjonen tilpasses etter det temperaturområdet som man skal arbeide i med følemotstanden PT.

Dioden D er satt inn for å kompensere for omgivelses-temperaturens innflytelse på transistorene Tl og T2 og dermed tilleggsstrømmene 13 og 14.

Som transistorer Tl og T2 er det hensiktsmessig å benytte transistortyper som har stor strømforsterkning ved lave kollektorstrømmer. Basert på utførelser hvor de konstante likestrømmer II og 12 fra den integrerte krets S har en nominell størrelse på 1 mA, kan tilleggstrømmene 13 og 14 i ofte forekommende anvendelser av en slik målekrets, med fordel ligge i området fra 5-150 /xA.

Claims (3)

1. Elektronisk kretsanordning i temperaturmålerkréts basert på en platinamotstand (PT) som temperaturtøle-motstand, hvor det foruten platinamotstanden er anordnet en referansemotstand (RI), og målekretsen (S) er innrettet til å påtrykke like store likestrømmer (15, 16) på de to motstander med en felles returleder (3) fra disse, og til å avføle den resulterende spenningsdifferanse (U) over motstandene, idet spenningsdifferansen ved hjelp av i det minste en operasjonsforsterker (G) er innrettet til å bevirke en utgangslikestrøm fra målekretsen (S) som er proporsjonal med spenningsdifferansen og dermed utgjør et mål for temperaturen på platinamotstanden (PT), og målekretsen (S) omfatter midler (L) til å kompensere for ulinearitet i platinamotstandens temperatur/resistans-karakteristikk, karakterisert ved at det er anordnet to transistorer (Tl, T2) hvis kollektorutgangsstrømmer (13, 14) er innrettet til å adderes til hver sin av de nevnte like store likestrømmer (16, 15) som påtrykkes platinamotstanden (Pt) respektive referansemotstanden (RI), og at transistorenes emitter/basis-spenning er innrettet til å variere i avhengighet av utgangslikestrømmen fra målekretsen (S).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det i en utgangsleder for utgangslikestrømmen er innsatt en seriemotstand (R2) som også inngår i transistorenes emitter/basiskrets for å gi den varierende emitter/basis-spenning.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at det i serie med seriemotstanden (R2) er innsatt en diode (D) som likeledes inngår i transistorenes emitter/basis-krets.