WO2001011326A1 - Verfahren der bezugsmessungen der temperaturen und temperaturdifferenzen, asymmetrischer und asymmetrisches relatives element für die ausübung des verfahrens - Google Patents

Verfahren der bezugsmessungen der temperaturen und temperaturdifferenzen, asymmetrischer und asymmetrisches relatives element für die ausübung des verfahrens Download PDF

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WO2001011326A1
WO2001011326A1 PCT/CZ2000/000056 CZ0000056W WO0111326A1 WO 2001011326 A1 WO2001011326 A1 WO 2001011326A1 CZ 0000056 W CZ0000056 W CZ 0000056W WO 0111326 A1 WO0111326 A1 WO 0111326A1
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temperature
pair
resistors
sensors
resistor
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PCT/CZ2000/000056
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Inventor
Zdeněk ŘEZNÍČEK
Original Assignee
Reznicek Zdenek
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/22—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for trimming
    • H01C17/232—Adjusting the temperature coefficient; Adjusting value of resistance by adjusting temperature coefficient of resistance

Definitions

  • the technical solution relates to the process of reference measurements of temperatures and temperature differences, the asymmetrical temperature sensor and the asymmetrical reference element for the practice of the process of reference temperature measurements, especially for all areas that require a presentation of the measurement results in a defined analog or digital form for the systems of regulation , Automation or display.
  • State of the art to date relates to the process of reference measurements of temperatures and temperature differences, the asymmetrical temperature sensor and the asymmetrical reference element for the practice of the process of reference temperature measurements, especially for all areas that require a presentation of the measurement results in a defined analog or digital form for the systems of regulation , Automation or display.
  • REPLACEMENT BLADE (RULE 26) - Necessity to use pure materials and sophisticated technologies to achieve a stable and defined temperature coefficient of resistance TCR of the sensor resistor
  • the method is loaded from the principle of mathematical calculation with a random relative error, which is given by the sum of the relative errors in the temperature measurement of each of the two measuring channels.
  • the measurement is physically loaded with the error of the measuring resistor, which is caused by the self-heating of the individual measuring resistor in dependence on the power consumption used.
  • the ability to differentiate the method of measuring a difference between two measuring points with two independent temperature channels is always determined by the sum of the inaccuracies of each of the individual measuring channels, and is therefore the smallest (the worst) in the range of small temperature differences.
  • the essence of the reference method of measuring a point is that a serially connected first pair of resistors of the resistor sensors, which correspond in temperature coefficients but differ asymmetrically with the values of the resistance, in the measuring point with the measured temperature t1 is housed at the same time.
  • the reference temperature tv is chosen so that it would be approximately the same as the presumed temperature of the measuring point.
  • a new pair of the resistors which are again connected in series but independent of temperature, and their values of the resistors individually with the values of the resistors of the first pair, are accommodated for the first pair the temperature resistance sensors are coincident at the reference temperature, and is closed anti-parallel with the first pair.
  • a suitable voltage Uin is supplied to the common outer conductors of the antiparallel combination of both pairs of the series-connected resistors. Between the outer conductor and the middle conductor common to all resistors, both of which are the resistors of the temperature-independent pair with a smaller resistance, this is done with a voltmeter
  • Reference temperature tv is calculated.
  • the actual temperature of the measuring point is subsequently determined so that the deviation ⁇ t of the temperature of the measuring point from that
  • the deviation ⁇ t of the temperature of the measuring point from the previously defined reference temperature tv is determined by using this constant in such a case according to the rule:
  • the essence for measuring the temperature difference between two measured points is that the first serially closed pair with the temperature resistor sensors which correspond to the temperature coefficient but are asymmetrically different from the values of the resistors is placed in the first measuring point.
  • the second pair of the series-closed temperature resistance sensors is accommodated and closed in antiparallel with the first pair of temperature resistance sensors, which have properties that are equivalent at any temperature.
  • a suitable supply voltage Uin At the common outer conductor of the antiparallel combination of both pairs of temperature resistance sensors a suitable supply voltage Uin.
  • the voltage output signal Uout between the outer conductor and the middle conductor, which is common to all temperature resistor sensors, both of which lead to the temperature resistor with a smaller value of the resistance, which is from the second pair, that is to say is housed in the second measuring point, is measured , subsequently the relative quotient of the voltage output signal Uout to the supply voltage Uin is determined, from which according to the Regeis
  • the asymmetrical temperature sensor for carrying out the reference measurement of the temperatures of one point and the differences between two measurement points contains a pair of resistance temperature resistors with the corresponding temperature coefficient of Resistor TCR but with asymmetrically different resistance values, which are accommodated in the technological cycle on a single carrier insulation substrate with at least three contacts for the connection of three conductors.
  • areas are prepared on both resistors for their individual replication, that is, for carrying out a change in their common asymmetry. It is advantageous if the resistance temperature resistors are connected in series.
  • This formation ensures a better match of the temperature coefficients of the resistor TCR, lower variability of the common quotient of the values of the resistors, and better match of the temperature of each of the pair of temperature-dependent resistors against one another for the accommodation of the sensor in a real measuring station.
  • the asymmetrical reference element for the method of reference measurement of the temperatures of a point contains a pair of temperature-independent resistors with a matching zero temperature coefficient of resistance TCR but with asymmetrically different values of resistance, which in one and the same technological cycle on a single carrier insulation substrate with at least three contacts for Connection of the conductors are housed.
  • areas are prepared on both resistors for their individual replication, that is, for carrying out a change in their common asymmetry. It is advantageous if the temperature-independent resistors are connected in series.
  • This formation ensures better correspondence and nullity of the temperature coefficients of the resistor TCR, lower variability of the common quotient of the values of the resistors, and better correspondence of the temperature of each of the pair of temperature-dependent resistors to one another for accommodating the sensor in a real measuring station.
  • the main advantage of the invention is the relativity of the way of measuring the temperature and the temperature differences with a definite certainty in the case of small differences in the measured temperature and the reference temperature, possibly the temperatures followed, when measuring their difference. Above all, this brings the possibility of very precise and sensitive measurements, even very small ones Temperature differences without high demands on the calibration, calibration and pairing of the temperature sensors.
  • Another major advantage is the possibility of simply adjusting the slope of the output characteristic of the asymmetrical temperature sensor, which is a simple compensation with a very high yield of the always existing variability of the basic properties of the materials, especially the temperature coefficient of the functional layer.
  • the level of the useful voltage signal to be processed always moves around the ideal half of the supply voltage used, which increases its resistance to interference and increases the electromagnetic
  • the number of circuit elements is reduced to a minimum, so the price drops like the opposite sensors, including the transducer and measuring systems.
  • a clear signaling directly in the level of the signal and to a large extent the identifiability of every gross disturbance of the circuit directly from the level of the signal is ensured.
  • the system is unstable and very easy to change at any time to change the process conditions by simply replacing the asymmetrical reference element.
  • the asymmetrical temperature sensor we endure with a converter, the previous need to replace the converter drops, just as the need for its production and storage in a wide range of temperature ranges.
  • FIG 1 shows the schematic arrangement for the procedure of the reference measurement of the
  • Figure 2 shows the schematic arrangement for the procedure for measuring the difference in temperature between two measuring points
  • Figure 3 shows the implementation of an asymmetrical temperature sensor that is printed on a flat substrate
  • Figure 4 shows an implementation of an asymmetrical temperature sensor that is wound on a roll-shaped substrate
  • Figure 5 shows an implementation of an asymmetrical reference element that is printed on a flat substrate
  • Figure 6 shows an implementation of an asymmetrical reference element that is wound on a roller-shaped substrate
  • Figure 7 shows a favorable multiple arrangement of the common topology of the asymmetrical temperature sensors and the asymmetrical reference elements.
  • a series-connected pair DI of the standard (ideal) temperature resistance sensors eg R1000 and 2 eg R100 with a corresponding standardized coefficient of resistance TCR 38650 ppm [1 / ° C] or an asymmetrical temperature sensor 7, which contains such two temperature resistor sensors 1 and 2.
  • TCR 38650 ppm [1 / ° C]
  • an asymmetrical temperature sensor 7 which contains such two temperature resistor sensors 1 and 2.
  • Both pairs DI of the temperature resistor sensors and D3 of the temperature-independent resistors are connected antiparallel together in such a way that the free ends of the resistors 2 and 5 are connected together with the conductor Vin +, the free ends of the resistors 1 and 6 are connected together with the conductor Vin-, and lastly the common ends of the resistors and 2 through the conductor Vout with the common ends of the resistors_5 and 6.
  • VTCR 4 x TCR (1-k) / (1 + k)
  • Measuring point MB1 from the reference temperature tv is checked, so:
  • the procedure is such that the pair D1 of the temperature resistor sensors and 2 at the measuring point MB1 on the left side of the table are placed in a PE bag and immersed together in a container with driving ice.
  • the value of the voltage Uout is measured, which will obviously be 0.5 V. It is calculated:
  • Both pairs DI and D2 are connected antiparallel together so that the free ends of the resistors 2 and 3 are connected together with the conductor Vin +, the free ends of the resistors 1 and 4 are connected together with the conductor Vin-, and lastly the common end of the resistors 1 and 2 through the conductor Vout with the common ends of the resistors 3 and 4.
  • the pair of sensors DI When measuring the temperature difference between the air temperature and the drift ice temperature, the pair of sensors DI are placed on the left side of the table in a PE bag and immersed together in a container with drift ice. The value of the voltage Uout is measured, which will obviously be 0.5220 V. And below according to the rule:
  • the procedure is such that the pair Dl of sensors 1 and 2 are placed in a PE sack in a vessel with boiling water and the pair D2 of sensors 3 and 4 are placed in a PE sack is placed in a container with floating ice.
  • the value of the voltage Uout is measured, which will obviously be 0.44 V.
  • the asymmetrical temperature sensor 7 contains a pair of series-connected temperature resistors 1 and 2, or 3 and 4 with a matching coefficient of resistance TCR, but with different values of resistors Rvt and Rmt, in the same technological cycle on a single common one Carrier insulation substrate S with at least three contacts K for connecting the outer conductors were formed. These contacts are covered with a functional layer JM made of platinum, with the temperature quotient TCR. The values of the resistances of the temperature resistors can be changed over at points T.
  • VTCR 4 x TCR x (ba) / (b + a).
  • a wound asymmetrical temperature sensor 7 the winding H of which is carried out with an asymmetrically localized branch 10 made of Pt wire on a ceramic roller body substrate S. Its asymmetry k is reproduced by changing the branch 10 of the winding.
  • VTCR 4 x TCR x (n1-n2) / (n1 + n2) is given.
  • the asymmetrical reference element 8 contains a pair of series-connected temperature-independent resistance resistors 5 and 6, according to the different resistances Rvt and Rmt, which in one and the same technological cycle are connected to a common carrier insulation substrate S with at least three contacts K for switching on the outer conductor are housed.
  • the contacts K are covered with a temperature-independent functional layer 12.
  • the values of the resistors can be changed at the T positions.
  • a wound asymmetrical reference element 8 is shown in FIG.
  • This asymmetrical reference element 8 contains a pair of the wound, series-connected, temperature-independent resistance resistors 5 and 6 with different values of the resistances Rvt and Rmt, which in a common technological cycle on a single common carrier - a ceramic tube S with three contacts for the Activation of the outer conductor at the end and at the branch 10 of the winding 11 . are accommodated.
  • Its asymmetry k is due to the changeover of the branch 10 and the winding 11 . recreated.
  • the multiple arrangement of the topologies of the matching asymmetrical temperature sensors 7 or of the asymmetrical reference elements 8 is shown in FIG. They are housed in bulk on a single substrate S, depending on the type of pressure for the functional resistance layer 11 . which is dependent on the temperature or the paste used for the functional resistance layer 12, which is independent of the temperature.
  • the invention can be used in the entire range of measurements and temperature regulation, where the temperature resistance sensors have been used until now.
  • the object of the invention is mainly in the regulation of technological processes, in the measurement of heat consumption, and in the applications, the measurement of temperature and temperature differences for the Conveying the measurements of other non-electrical variables, e.g. to be used as measuring devices for flow, etc.

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Abstract

Das Wesen der Bezugsmessung der Temperatur besteht darin, das erste Paar (D1) der seriell geschalteten Temperaturresistorensensoren (1) und (2) mit einem übereinstimmenden Temperaturbeiwert des Widerstandes TCR, aber mit asymmetrisch unterschiedlichen Werten der Widerstände Rvt1 und Rmt1 in den Messpunkt (MB1) mit der gemessenen Temperatur t1 gleichzeitig untergebracht werden, die Bezugstemperatur tv so gewählt wird, damit diese ungefähr dieselbe, als die zu erwartende Temperatur t0 des Messpunktes (MB1) wäre, beliebig am besten aber entfernt von dem Messpunkt (MB1) wird das Paar (D3) der seriell geschalteten temperaturunabhängigen Resistoren (5) und (6), deren Widerstandswerte Rv und Rm einzeln übereinstimmend sind mit den Werten der Widerstände Rvt und Rmt des ersten Paares (D1) der Temperaturresistorensensoren (1) und (2) bei der Bezugstemperatur tv, das erste Paar (D1) der Temperaturresistorensensoren (1) und (2) wird antiparallel mit dem Paar (D3) der temperaturunabhängigen Resistoren (5), (6) durchgeschaltet, an die äußeren Leiter (Vin+) und (Vin-) der beiden Paare (D1) und (D3) wird die Speisespannung Uin gelegt, zwischen dem äußeren Leiter (Vin-) und allen Resistoren (1), (2), (5) und (6) gemeinsamen mittlerem Leiter (Vout), die gemeinsam zu dem temperaturunabhängigen Resistor (6) mit dem Widerstandswert Rm führen.

Description

Verfahren der Bezugsmessungen der Temperaturen und Temperaturdifferenzen, asymmetrischer und asymmetrisches relatives Element für die Ausübung des Verfahrens.
Gebiet der Technik.
Die technische Lösung betrifft das Verfahren der Bezugsmessungen der Temperaturen und der Temperaturdifferenzen, des asymmetrischen Temperatursensors und des asymetrischen Bezugselementes für die Ausübung des Verfahrens der Bezugstemperaturmessungen, besonders für alle Gebiete, die eine Presentation der Meßergebnisse n einer definierten Analog oder Digitalform für die Systeme der Regulation, Automatisation oder Darstellung verlangen. Bisheriger Zustand der Technik Für die
Messung der Temperatur eines Punktes gibt es Methoden, die an der Ausnutzung der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes immer eines einzigen Resistors des Temperatursensors basieren, wobei bis zu dieser Zeit Resistoren des Sensors mit exakt definierten Abhängigkeit ihres Widerstandes an der Temperatur definiert wird, verwendet werden. In der Regel wird der Widerstandswert solches Resistors durch den Widerstand bei der Ausgangstemperatur 0° C, und durch den Koeffizienten der Temperaturabhängigkeit TCR dieses Widerstandes definiert, der dann die Steilheit der Ausgangskennlinie festlegt. In der Praxis werden meistens Sensoren Pt100, Ni1000, und ähnliche aus reinen Materialien und mit dem ausgebautem Wert des Widerstandes bei der Ausgangstemperatur. Das Signal solchen Sensoren wird dann mit Hilfe der Meßwertumwandlers, gewöhnlicherweise an ein der standarden elektrischen Signale überführt (0 - 5 V, 0 - 10 V, 4 - 20 mA, 0 - 20 mA usw.), deren Ausgangssignal zu Maßtragendem Maßstab der aufgenommenen Temperatur wird. Nachteil dieser bekannten Lösung ist
- Notwendigkeit des Einsteilens des Ausgangswertes des Sensorresistors in einer physikalischen Temperatur (in der Regel 0 °C), wobei in der Regel so vorgegangen ist, daß der wirkliche Wert des Temperaturkoeffizientendes Widerstandes in Meßkalibrationsbädern, und der wirkliche Wert des Widerstandes bei einer bekannten Temperatur bestimmt wird, durch die Berechnung wird ein neuer Widerstandswert bei derselben Temperatur, an diesen wird der Widerstandswert aufgebaut, und danach wird der wirkliche, erreichte Wert bei der Ausgangs und der Endtemperatur des Meßbereiches, für den der Sensor bestimmt wird (in der Praxis gewähnlicherweise 0° C und + 100° C) kontrolliert.
ERSÄTZBLATT (REGEL 26) - Notwendigkeit der Verwendung reinen Materialien und anspruchsvollen Technologien für das Erreichen eines stabilen und definierten Temperaturkoeffizienten des Widerstandes TCR des Sensorresistors
- Praktische Unmöglichkeit der nachtraglichen Beeinflussung, also der Einstellung von TCR produziertem Sensorrezistors und demnach der Steilheit der Ausgangskennlinie
- Notwendigkeit der Klassifizierung der fertigen Sensoren in Qualifikationsklassen gemäß der erreichten Genauigkeit, wobei die Steigerung der Klassifizierungsausbeute bei der höchste Qualitatsklasse wird durch die Stufe der Mateπahenreinheit der Funktionswiderstandsschicht des Sensorresistors, durch die Reproduzierbarkeit des technologischen Prozesses, und durch die Genauigkeit des verwendeten Kalibrationsverfahrens des Ausgangswertes des Sensorresistors limitiert
- Gegenseitige Vertauschbarkeit der Sensoren ist nur Rahmen der Toleranz möglich, die durch die Genauigkeitsklasse der Qualitatsklasse gegeben wird
- Schwieπge, und nur durch Auswahl in den Ka brationstemperaturbadern realisierbare Zusammenpaarung der Sensoren für anspruchsvollere Applikationen, besonders für die Bestimmungen kleinen Temperaturdifferenzen
- Notwendigkeit des Definierens der Meßbereiche der Meßwertumwandler für das Erreichen der optimalen Genauigkeit in der verlangten Applikation, was die, so weit wie möglich, genaue Angaben über die technologischen Verfahren schon im Stadium der Projektion des Investitionsvorhabens verlangt
- Notwendigkeit der Überführung des die Temperatur charaktensierten Widerstandes an ein Strom- oder Spannungssignal, gewohnlicherweise mit einem von Null verschiedenem Anfangswert
- Steigende Ungenauigkeit und sinkende Empfindlichkeit des Meßkanals mit dem steigenden gegebenen Bereich der gemessenen Temperaturen
- Überschreiten der gemessenen Temperatur über einen Wert, des im voraus gegebenen Bereiches, fuhrt bei den Regulationssystemen immer zur Entstehung einer havaπen oder ausserordent chen Situation, die nur schwieng automatisierbar losbar ist
Für die Bestimmung einer Temperaturdifferenz zweier unabhängigen Meßplatze werden Methoden mit Widerstandssensoren der Temperatur verwendet, bei welchen zwei selbständige Analogmeßkanale verwendet werden, die immer aus einem Sensor und einem Meßwertumwandler gebildet werden, aus deren Ausgangssignalen, die an die Temperaturen jedes der gemessenen Orten berechnet werden, ihre Differenz durch die mathematische Berechnung des Unterschiedes der Gemessenen Temperaturen der einzelnen gemessenen Orten bestimmt wird. Nachteil dieser bekannten Lösung ist:
- Die Methode ist aus dem Prinzip der mathematischen Berechnung mit einem zufälligen relativen Fehler belastet wird, der durch die Summe der relativen Fehler des Temperaturmessens jedes der beiden Meßkanales gegeben wird.
- Die Ungenauigkeit der Methode wächst mit der sinkenden Differenz der Temperaturen der beiden gemessenen Orten, und bei den Temperaturdifferenzen, die mit Ungenauigkeit des
Temperaturmessens des einzelnen Temperaturkanal vergleichbar sind, ist die Bestimmung des gewünschten Wertes der Differenz durch die mathematische Berechnung mit eine relativen Fehler belästigt, der über alle Grenzen wächst, überdies mit undefinierbarem Vorzeichen der Abweichung.
- Die Ungenauigkeit der Methode wächst mit dem wachsenden, definierten Bereich, in dem sich die Temperaturenjedes der zu messenden Orten einzeln bewegen können.
- Für genauere Messungen ist es notwendig durch spezielle Auswahl zusammengepaarte Sensoren zu verwenden
- Der zufällige relative Fehler der Überführung des momentanen Widerstandwertes des Abtastresistor des Sensors ist im Prinzip immer durch die Summe der Fehler der Größen belastet, (Spannung oder Strom), die in dem einzelnen Meßkanal einerseits für die Speisung und andererseits als Signal für weitere Verarbeitung verwendet werden.
- Das Messen ist physikalisch mit dem Fehler des Meßwiderstandes belastet, die durch die Selbsterwärmung des einzelnen Meßwiderstandes in der Abhängigkeit an dem verwendeten Leistungsaufnahme entstanden ist. Dabei sinkt mit der sinkenden Leistungsaufnahme die Ebene des nützlichen Signals und demnach jede beliebige Wahl immer ein Kompromiß zwischen der Bestrebung um das Erzielen einer möglichst hohen Genauigkeit und Empfindlichkeit des Messens und der Ebene des Ausgangssignals ist.
- Die Unterscheidungsfähigkeit der Methode des Messens eines Unterschiedes zweier Meßorte mit zwei unabhängigen Temperaturkanälen ist immer durch die Summe der Ungenauigkeiten jedes der einzelnen Meßkanäle bestimmt, und ist also die kleinste (die schlimmste) im Bereich der kleinen Temperaturdifferenzen.
Die oben genannten Mangel der bekannten Verfahren der Messung der Temperaturen und der Temperaturdifferenzen werden durch das Verfahren der Bezugsmessung der Temperaturen und der Temperaturdifferenzen, durch den asymetrischen Temperatursensor und durch den asymetrischen Bezugselement gemäß der Erfindung beseitigt. Gemäß der ersten Durchführung der Erfindung besteht das Wesen des Bezugsverfahrens des Temperaturmessens eines Punktes darin, daß ein seriell verbundenes erstes Widerstandspaar der Resistorsensoren, die in den Temperaturkoeffizienten übereinstimmend, aber mit den Werten des Widerstandes asymmetrisch unterschiedlich sind, in den Meßpunkt mit der gemessenen Temperatur t1 gleichzeitig untergebracht wird. Die Bezugstemperatur tv wird so gewählt, damit sie ungefähr dieselbe, als die vorausgesetzte Temperatur des Meßpunktes wäre. Beliebig, aber ambestenstens entfernt von dem Meßpunkt (in der Nähe des Voltmeters), wird zu dem ersten Paar ein neues Paar der Resistoren untergebracht, die wieder seriell verbunden aber temperaturunabhängig sind, und deren Werte der Widerstände einzeln mit den Werten der Widerstände des ersten Paares der Temperaturresistorsensoren bei der Bezugstemperatur übereinstimmend sind, und antiparallel mit dem ersten Paar zusammen geschlossen wird. An die gemeinsamen äußeren Leiter der antiparallelen Kombination beider Paare der seriell zusammengeschlossenen Resistoren wird eine geeignete Spannung Uin zugeführt. Zwischen dem äußeren Leiter und dem, allen Resistoren gemeinsamen mittleren Leiter, die beide zu dem Resistor des temperaturunabhängigen Paares mit kleinerem Widerstand, wird mit einem Voltmeter das
Spannungsausgangssignal Uout gemessen, nachfolgend bestimmt man als Quotient das relative Verhältnis des Spannungsausgangssignals Uout zu der Speisespannung Uin, aus dem in der Regel gemäß des Regeis:
Δt= (1-2 x Uout/Uin)/(TCR x (Uout/Uin - 1/(k+1)))=t1-tv die Abweichung Δt der Temperatur des Meßpunktes von der im Voraus definierten
Bezugstemperatur tv berechnet wird. Die wirkliche Temperatur des Meßpunktes wird nachfolgend so bestimmt, daß die Abweichung Δt der Temperatur des Meßpunktes zu der
Bezugstemperatur tv zugerechnet wird.
Für eine einfachere Arbeit mit reellen Sensoren mit einer bestimmten Varianz der grundlegenden Eigenschaften wird mit Vorteil der Begriff der sogenannten Bezugssteilheit eingeführt, was für das erste Paar der Temperaturresistorensensoren ein Konstante ist, die Steilheit der Ausgangskennlinie bei der Bezugstemperatur darstellt, die gemäß des Regeis VTCR = (TCR/4) x (1-k)/(1+k), und nachfolgend wird mit deren Hilfe die gemeinsame Austauschbarkeit der verschiedenen Paare der Temperatursensoren beurteilt. Die Abweichung Δt der Temperatur des Meßpunktes von der im Voraus definierten Bezugstemperatur tv bestimmt man mit der Ausnutzung dieser Konstante in solchem Fall gemäß des Regeis:
Δt = (1-2 x Uout/Uin)/(4xVTCR x (k+1)(Uout/Uin-1/(k+1)/(1-k)) = t1-tv
Dabei ist die asymmetrische Unterschiedlichkeit der Werte der Resistoren in einem Paar durch den Koeffizienten der Asymmetrie k gefasst, der als gemeinsames Quotient der Werte, immer des Größeren zu dem kleineren Widerstand des entsprechenden Paares der Resistoren definiert wird, also gemäß des allgemein gültigen Regeis k = Rv/Rm = Rvt/Rmt, wo der Index "v" den Resistor mit dem größeren Wert des Widerstandes, und der Index "m" gegenseitig den Resistor mit dem kleineren Wert des Widerstandes, und der Index "t" bedeuten, und der Index "t" bedeutet, da es sich um den Resistor mit temperaturabhängigen Widerstand handelt, gegenseitig an der anderen Position fehlende Index "t" bedeutet die Temperaturunabhängigkeit des Widerstandes des entsprechenden Resistors. Die Übereinstimmung der Widerstände bei der Bezugstemperatur tv ist durch die Regel Rv = Rvt(tv) und gleichzeitig Rm = Rmt(tv) gegeben, wo tv die im Voraus definierte Bezugstemperatur bedeutet, wobei es sich bei der antiparallelen Schaltung um die so genannte Kreuzidentität handelt, was bedeutet, daß der Resistor mit dem kleinerem Wert des Widerstandes des zweiten Paares parallel zu dem Resistor mit dem größeren Wert des Widerstandes des ersten Paares und gegenseitig angeschlossen wird. Die Übereinstimmung der Temperaturkoeffizienten des Widerstandes der beiden Resistoren ist durch die Regel TCR = TCR(Rvm) = TCR(Rvt) gegeben und gilt für jede beliebige Temperatur.
Gemäß der zweiten Durchführung der Erfindung besteht das Wesen für das Messen der Temperaturdifferenz zweier gemessenen Punkte darin, daß dass erste seriell geschlossenes Paar mit den Temperaturresistorsensoren die mit Temperaturkoeffizient übereinstimmen aber mit den Werten der Widerstände asymmetrisch unterschiedlich sind, in den erste Meßpunkt untergebracht wird. In den anderen Meßpunkt wird das zweite Paar der seriell geschlossenen Temperaturresistorsensoren untergebracht und antiparallel mit dem ersten Paar der Temperaturresistorensensoren, die aequivalent bei einer beliebigen Temperatur übereinstimmende Eigenschaften haben, geschlossen wird. An die gemeinsamen äußeren Leiter der antiparallelen Kombination beider Paare der Temperaturresistorensensoren wird eine passende Speisungsspannung Uin gelegt. Mit eine Voltmeter wird das Spannungsausgangssignal Uout zwischen dem äußeren Leiter und dem mittleren Leiter, der allen Temperaturresistorensensoren gemeinsam ist, die beide zu dem Temperaturresistor mit kleinerem Wert des Widerstandes führen, der aus dem zweiten Paar ist, also in den zweiten Meßpunkt untergebracht wird, gemessen, nachfolgend wird der relative Quotient des Spannungsausgangssignals Uout zu der Speisungsspannung Uin bestimmt, aus dem gemäß des Regeis
Δt = t1-t2 = (1-2xUout/Uin)/(TCR x (Uout/Uin-1/(k+1))) = = (1-2xUout/Uin)/(4xVTCR x (k+1) x (Uout/Uin -1/(k+1))/(1-k)) die Differenz Δt der Temperatur des ersten Meßpunktes von der Temperatur des zweiten Meßpunktes, also die Differenz der Temperaturen der beiden Messpunkte berechnet wird. Dabei ist die asymmetrische Unterschiedlichkeit der Werte der Paare der Temperaturresistorensensoren durch den so genannten Koeffizient der Asymmetrie gegeben, der als der gemeinsame Quotient der Werte, immer des größeren Widerstandes zu dem kleineren Widerstand des entsprechenden Paares der Temperaturresistorensensoren definiert wird, also durch den Regel k = Rvt1/Rmt1 = Rvt2/Rmt2, wo der Index „v" den Resistor mit dem größeren Wert des Widerstandes bedeutet, im Gegenteil der Index „m" den Resistor mit dem kleineren Wert des Widerstandes bedeutet, der Index „t" bedeutet, daß es sich um einen Resistor mit temperaturabhängigem Widerstand handelt, und die Zahlindizes 1 und 2 bezeichnen den Meßpunkt, in dem das entsprechende Paar der Sensoren untergebracht ist. Die Übereinstimmung der Werte beider Paare der Temperatursensoren ist bei der übereinstimmenden Temperatur t durch die Regel Rvt1(t) = Rvt2(t), und gleichzeitig Rmt(1) = Rmt2(t) gegeben, wobei es sich bei der antiparallelen Schaltung um die so genannte Kreuzübereinstimmung handelt, was bedeutet, daß der Resistor mit dem kleinerem Wert des Widerstandes des zweiten Paares parallel dem Resistor mit dem größeren Wert des Widerstandes des ersten Paares, und umgekehrt zugeordnet ist. Die Übereinstimmung der Temperaturkoeffizienten der Widerstände beider Paare der Temperatursensoren ist wieder, mit der, für eine beliebige Temperatur geltenden Regel gegeben: TCR = TCR(Rmtl) = TCR(Rvtl) = TCR(Rmt2) = TCR(Rvt2).
Der asymmetrische Temperatursensor für die Durchführung des Bezugsmessens der Temperaturen eines Punktes und der Differenzen zweier Meßpunkte enthält ein Paar der Widerstandstemperaturresistoren mit dem übereinstimmenden Temperaturbeiwert des Widerstandes TCR aber mit asymmetrisch unterschiedlichen Werten des Widerstandes, die in dem technologischen Zyklus an einem einzigen Träger - Isolationssubstrat mit mindestens drei Kontakten für den Anschluß dreier Leiter, untergebracht sind. Durch diese Anordnung sind an beiden Resistoren Bereiche für ihr einzelnes Nachbauen vorbereitet, also für die Durchführung einer Änderung ihrer gemeinsamen Asymmetrie. Es ist günstig, wenn die Widerstandstemperaturresistoren seriell geschaltet werden. Durch diese Bildung wird eine bessere Übereinstimmung der Temperaturkoeffizienten des Widerstandes TCR, niedrigere Variabilität des gemeinsamen Quotienten der Werte der Widerstände, und bessere Übereinstimmung der Temperatur jedes, von dem Paar der temperaturabhängigen Resistoren gegeneinander für die Unterbringung des Sensors in einen reellen Meßplatz sichergestellt.
Der asymmetrische Bezugselement für das Verfahren der Bezugsmessung der Temperaturen eine Punktes enthält ein Paar der temperaturunabhängigen Resistoren mit übereinstimmendem Nulltemperaturbeiwert des Widerstandes TCR aber mit asymmetrisch unterschiedlichen Werten des Widerstandes, die in einem und demselben technologischen Zyklus an einem einzigen Träger - Isolationssubstrat mit mindestens drei Kontakten für Anschluß der Leiter untergebracht sind. Durch diese Anordnung sind an beiden Resistoren Bereiche für ihr einzelnes Nachbauen vorbereitet, also für die Durchführung einer Änderung ihrer gemeinsamen Asymmetrie. Es ist günstig, wenn die temperaturunabhängigen Resistoren seriell geschaltet werden. Durch diese Bildung wird eine bessere Übereinstimmung und Nullität der Temperaturkoeffizienten des Widerstandes TCR, niedrigere Variabilität des gemeinsamen Quotienten der Werte der Widerstände, und bessere Übereinstimmung der Temperatur jedes, von dem Paar der temperaturabhängigen Resistoren gegeneinander für die Unterbringung des Sensors in einen reellen Meßplatz sichergestellt.
Der Hauptvorteil der Erfindung ist die Bezüglichkeit der Weise der Messungen der Temperatur und der Temperaturdifferenzen mit einer eindeutiger Bestimmtheit bei kleinen Unterschieden der gemessenen Temperatur und der Bezugstemperatur, eventuell der Gefolgten Temperaturen dei dem Messen ihres Unterschiedes. Das bring vor allem die Möglichkeit sehr genauen und empfindlichen Messungen auch sehr kleinen Temperaturdifferenzen ohne hohe Ansprüche an das Eichen, die Kalibrierung und das Paaren der Temperatursensoren. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Möglichkeit eines einfachen zusätzlichen Einstellen der Steilheit der Ausgangskennlinie des asymmetrischen Temperatursensors, was eine einfache Kompensation mit sehr hohen Ausbeute der immer existierenden Variabilität der Grundeigenschaften der Materialien, besonders des Temperaturbeiwertes der Funktionsschicht. Die Ebene des zu bearbeitenden, nützlichen Spannungssignals bewegt sich immer rund um die ideale Hälfte der verwendeten Versorgungsspannung, was seine Widerstandsfähigkeit gegen die Störungen steigert und steigert die elektromagnetische
Kompatibilität de Methode des Meßverfahrens. Dazu noch, werden aus dem Prinzip der verhältnismäßigen Schaltung die meisten ungünstigen Einflüsse kompensiert, wie der reelle Widerstand der Zuführungsleiter, die Selbsterwärmung durch den eigenen Verbrauch, gerade so wie den Einfluß der Änderungen der äußeren klimatischen und technologischen Bedingungen. Wie die Art und Weise der Messung, so auch die Schaltung können mit den reellen Elementen der Zusammenstellung arbeiten, es wird also kein striktes Einhalten der theoretischen Bedingungen, wie das Einhalten der Kreuzübereinstimmung der Widerstände, der Physischen Übereinstimmung von TCR, und des Koeffizienten der Asymmetrie verlangt. Im Gegenteil kann durch die Änderung der Asymmetrie auch die Abweichung von TCR kompensiert werden usw.
Die Zahle der Schaltungselemente wird auf Minimum reduziert, sinkt also der Preis wie der gegenständigen Sensoren, so auch der Meßwertumwandler und der Meßsysteme. Dazu noch sind aus dem Prinzip der Tätigkeit der Schaltung, direkt in der Ebene des Signals eine eindeutige Signalisation, und aus großem Teil ach die Identifizierbarkeit jeder groben Störung der Schaltung direkt aus der Ebene des Signals sichergestellt. Das System ist unbelastbar und sehr einfach zu jeder Zeit an die Änderung der Prozessbedingungen durch einen einfachen Austausch des asymmetrischen Bezugselementes umstellbar. Für die Messung in vollem Bereich der genehmigten Arbeitstemperaturen des Asymmetrischen Temperaturzensors halten wir mit einem Umwandler aus, die vorige Notwendigkeit des Austausches des Umwandlers fällt ab, gerade so wie die Notwendigkeit deren Produktion und Lagerung in Breitem Sortiment der Temperaturbereiche. Eine leichte und einfache Anknüpfung an die Temperatumormale sowie an die physikalisch definierten Temperaturen. Nach der exakten Beglaubigung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes der einzelnen Resistoren des Sensors, verlangt die nachkommende Einstellung keine Temperaturbäder, was die am wenigsten produktive und zeitraubendste Operation aus dem Produktionsprozesses beseitigt. Diese Hauptvorteile bringen eine ganze Reihe schon weniger wesentlichen Vorteile, wie die Möglichkeit der Verwendung auch der Materialien mit niedriger Reinheitsstufe, Steigerung der Arbeitsproduktivität, Ersparnis der Produktions- und Betriebskosten usw., mit sich.
Die vorgelegte Erfindung wird näher erläutert werden, und zwar aufgrund der folgenden technischen Beschreibung, die in Zusammenhang mit den beigelegten Zeichnungen ausgearbeitet wurde, an welchen:
Bild 1 stellt die schematische Anordnung für das Verfahrensweise der Bezugsmessung der
Temperatur eines Punktes dar.
Bild 2 stellt die schematische Anordnung für die Verfahrensweise der Messung der Differenz der Temperaturen zweier Meßpunkte dar
Bild 3 stellt die Durchführung eines asymmetrischen Temperatursensors, der an einem flachen Substrat gedruckt wird dar
Bild 4 stellt eine Durchführung eines asymmetrischen Temperatursensors, der an einem walzformigen Substrat aufgewickelt wird, dar
Bild 5 stellt eine Durchführung eines asymmetrischen Bezugselementes, das an einem flachen Substrat gedruckt wird dar
Bild 6 stellt eine Durchführung eines asymetrischen Bezugselementes, der an einem walzformigen Substrat aufgewickelt wird, dar
Bild 7 stellt eine günstige mehrfache Anordnung der gemeinsamen Topologie der asymmetrischen Temperatursensoren und der asymmetrischen Bezugselemente dar.
Verfahren bei der Bezugsmessung der Temperaturen, wann nacheinander die Temperaturen der Luft des Treibeises und des siedenden Wassers gemessen werden ist am Bild 1 dargestellt.
In den Meßpunkt MB1 - für die Einfachheit frei in die Luft an dem linken Ende des Tisches wird ein seriell geschaltetes Paar DI der standarden (idealen) Temperaturresistorensensoren z.B. R1000 und 2 z.B. R100 mit einem übereinstimmenden genormten Koeffizient des Widerstandes TCR = 38650 ppm [1/°C] oder ein Asymmetrischer Temperatursensor 7, der solche zwei Temperaturresistorensensoren 1 und 2 enthält untergebracht werden. Ab der erwarteten Temperatur tO = ungefähr 20° C wird eine nicht zu sehr entfernte Bezugstemperatur, z.B. tv = 0°C gewählt, bei der hat der offensichtlich Temperatursensor 1 den Wert des Widerstandes Rvt = 1000 Ω und der Temperatursensor 2 den Wert Rmt = 100 Ω. Beliebig am besten aber an das rechte Ende des Tisches, also entfernt von dem Meßpunkt MB1 wird ein Paar D3 der seriell geschalteten temperaturunabhängigen Resistoren (z.B. Typ Tr191) untergebracht, die den Wert der Widerstände Rv = 1000 Ω für den Resistor 6 und Rm = 100 Ω für den Resistor 5 oder ein Asymmetrisches Element 8, der solche zwei Resistore 5 und 6 enthält. Beide Paare DI der Temperaturresistorensensoren und D3 der temperaturunabhängigen Resistoren werden antiparallel zusammen so geschaltet, daß die freien Ende der Resistoren 2 und 5 mit dem Leiter Vin+ zusammengeschaltet werden, die freien Ende der Resistoren 1 und 6 mit dem Leiter Vin- zusammengeschaltet werden, und zuletzt die gemeinsamen Ende der Resistoren und 2 durch den Leiter Vout mit den gemeinsamen Enden der Resistoren_5 und 6. Die Leiter Vin+ und Vin- werden an die Quelle der Spannung 9 zugeschaltet, an der die Spannung mit dem Wert von z.B. Uin = 1 V eingestellt wird. Jetzt mißt man mit dem Voltmeter V, der an derselben Stelle untergebracht wird wie Spannungsquelle 9, am besten an der rechten Seite des Tisches, die Spannung zwischen den Leitern Vin- und Vin+, die in dem gegebenen Fall z.B. Uout = 0,48 [V] sein wird. Der relative Quotient des Signals wird als Quotient Uout Uin = 0,48/1 = 0,48. Und nachfolgend gemäß der Regel:
Δt = (1-2 x Out/Uin) / (TCR x (Uout/Uin-1/(k+1))) = t1 - tv, wo TCR=3850 ppm=0,003850 [1/°C], k=Rv/Rm=Rvt/Rmt= 1000/100= 10 wird die Abweichung der Temperatur Δt des Meßortes an der linken Seite des Tisches von der im Voraus definierten Bezugstemperatur tv=0 [°C], also:
Δt =(1-2 x 0,48)/(0,003850 x (0,48-1/(10+1))) =
= (1-0,96)/(0,003850 x (0,48-1/11)) = = 0,04/(0,00385*(0,48-0,0909)) = 0,04/(0,00385 x
0,3891) = 0,04/0,001498 = 26,7 [°C]
Davon dann die gemessene Temperatur des Meßpunktes MBl , also die Lufttemperatur an der linken Seite des Tisches ist: t1 = tv + Δt = 0 + 26,7 = 26,7 [° C]
Aus den bekannten Werten des Koeffizienten der Asymmetrie und TCR der Platinresistoren wird Bezugssteilheit gemäß der Regel: VTCR = 4 x TCR(1-k)/(1+k) berechnet, also
VTCR = 4 x 0,003850 x (1-10)/(1+10) = - 0,0007875 und nachfolgend wird gemäß der Regel: Δt =(1-2 x Uout/Uin)/(4 x VTCR x (1+k)(Uout/Uin- 1/(k+1))/(1-k)) = t1 - tv die Richtigkeit der vorgehenden Berechnung der Abweichung Δt der Temperatur t1 des
Meßpunktes MB1 von der Bezugstemperatur tv, wird kontrolliert, also:
Δt =(1-2 x 0,48)/(-0,0007875 x ((-9)/11) x (0.48-1/11)/(-9)) = + 26,7[° C]
Bei der Messung der Temperatur des Treibeises geht man so vor, daß das Paar D1 der Temperaturresistorensensoren und 2 im Messpunkt MB1 an der linken Seite des Tisches wird in ein PE Sack gesteckt und gemeinsam in ein Gefäß mit Treibeis getaucht. Es wird der Wert der Spannung Uout gemessen, die offensichtlich 0,5 V sein wird. Es wird berechnet:
Δt = (1-2 x 0,50)/(0,003850 x (0,50 - 1/(10+1)))=(1-1)/(0,003850 x (0,5-1/11))= =0/(0,00385 x (0,50-0,0909))=0,04/(0,00385 x 0,4091)=0/0,001575=0,0 [°C]
Davon dann die gemessene Temperatur t1 des Messpunktes MBl , also des Treibeises an der linken Seite des Tisches ist: t1=tv+Δt =0+0=0 [°C]
Bei der Messung der Temperatur des siedendes Wassers geht man so vor, da= das Paar der Sensoren Dl der Temperaturresistorensensoren 1 und 2 in einem PE Sack werden in ein Gefäß mit siedendem Wasser gelegt. Es wird der Wert der Spannung Uout gemessen, der offensichtlich 0,434 V. Es wird wieder berechnet:
Δt =(1-2 x 0,434)/(0,003850 x (0,434-1/(10+1)))=(1- 0,868)/(0, 003850 x (0,434-1/11))=
=0,132/(0,00385 x (0,434-0,0909))=0, 132/(0,00385 x 0,3431)=0,132/0,001321=
=99,93 [°C]
Davon also die gemessene Temperatur des Meßpunktes MB1 , also des siedendes Wassers an der linken Seite des Tisches ist: t1=tv+Δt =0+99,93=99,93 [°C]
Verfahren bei der Messung der Differenz der Temperaturen, wann die Differenzen der Lufttemperatur und der Lufttemperatur, der Lufttemperatur und der Treibeistemperatur und der Lufttemperatur und der Temperatur des siedenden Wassers nacheinander gemessen wurden, ist am Bild 2 dargestellt.
In den Messpunkt MB1 - für die Einfachheit frei in die Luft an dem linken Ende des Tisches wird ein seriell geschaltetes Paar DI der standarden (idealen) Temperaturensensoren Λ, z.B. Pt1000 und 2, z.B. Pt100 mit einem übereinstimmenden o genormten Temperaturkoeffizient des Widerstandes TCR = 38650 ppm [1/ C] untergebracht. Beliebig am besten aber an das rechte End des Tisches, wird in das zweite
Messpunkt MB2, wieder frei in die Luft wird das zweite Paar der seriell geschalteten Temperatursensoren 3, z.B. PtlOOO und 4 z.B. Pt100, aequivalent mit dem ersten Paar die übereinstimmenden Eigenschaften haben untergebracht. Beide Paare DI und D2 werden antiparallel zusammen so geschaltet, daß die freien Ende der Resistoren 2 und 3 mit dem Leiter Vin+ zusammengeschaltet werden, die freien Ende der Resistoren 1 und 4 mit dem Leiter Vin- zusammengeschaltet werden, und zuletzt die gemeinsamen Ende der Resistoren l und 2 durch den Leiter Vout mit den gemeinsamen Enden der Resistoren 3 und 4. Die Leiter Vin+ und Vin- werden an die Quelle der Spannung 9 zugeschaltet, an der die Spannung mit dem Wert von z.B. Uin = 1 V eingestellt wird. Jetzt mißt man mit dem Voltmeter V, der an derselben Stelle untergebracht wird wie Spannungsquelle 9, am besten an der rechten Seite des Tisches, die Spannung zwischen den Leitern Vin- und Vout, die in dem gegebenen Fall z.B. Uout = 0,50 [V] sein wird. Der relative Quotient des Signals wird als Quotient Uout/Uin = 0,48/1 = 0,50 berechnet. Und nachfolgend gemäß der Regel:
Δt = (1-2 x Uout/Uin)/(TCR x (Uout/Uin - 1/(k+1)))=t1-t2 wo TCR=3850 ppm=0,003850 [1/°C], k=Rv/Rm=Rvtv/Rmtv = 1000/100=10 wird die Abweichung der Lufttemperatur des Messortes MB1 an der linken Seite des Tisches von der Lufttemperatur des Messortes MB2 an der rechten Seite des Tisches berechnet, also: Δt =(1-2*0,50)/(0,003850*(0,50-1/(10+1))) =
Δt = (1-2 x 0,50)/(0,003850 x (0,50 - 1/(10+1)))=(1- 1)/(0,003850 x (0,50-1/11))= =0/(0,00385 x (0,50-0,0909))=0/(0,00385 x 0,4091 )=0/0,001575=0,0 [°C]
Bei der Messung der Temperaturdifferenz zwischen der Lufttemperatur und der Treibeisestemperatur wird das Paar der Sensoren DI an der linken Seite des Tisches in einen PE Sack hineingelegt und gemeinsam in ein Gefäß mit Treibeis getaucht. Der Wert der Spannung Uout wird gemessen, die offensichtlich 0,5220 V sein wird. Und nachfolgend gemäß der Regel:
Δt = (1-2 x Uout/Uin)/(TCR x (Uout/Uin - 1/(k+1)))=t1-t2 wo: TCR= 3850 ppm = 0.003850 [1/°C], k=Rv/Rm=Rvtv/Rmtv=1000/100=10 wird die Abweichung der Temperatur des Messortes MB1 des Treibeises an der linken Seite des Tisches von der Lufttemperatur des Messortes MB2 an der rechten Seite des Tisches berechnet, also: Δt = (1-2 x 0,522)/(0,003850 x (0,522 - 1/(10+1)))=(1-1,044)/(0,003850 x (0,522-1/11))= -0,044/(0,00385 x (0,522-0,0909))=-0,044/(0,00385 x 0,4311)= - 0,044/ 0,00166= - 26,5 [°C]
Bei der Messung der Temperaturdifferenz zwischen der Luft und siedendem Wasser wird das Paar der Sensoren DI in einen PE Sack in ein Gefäß mit siedendem Wasser gelegt. Es wird der Wert der Spannung Uout gemessen, der offensichtlich 0,449 V sein wird. Und nachfolgend gemäß der Regel: Δt = (1-2 x Uout/Uin)/(TCR x (Uout Uin - 1/(k+1)))=t1-t2 wo: TCR= 3850 ppm = 0.003850 [1/°C], k=Rv/Rm=Rvtv/Rmtv= 1000/100= 10 wird die Abweichung der Temperatur des Messortes MB1 des siedendes Wassers an der linken Seite des Tisches von der Lufttemperatur des Messortes MB2 an der rechten seite des Tisches berechnet, also: Δt =(1-2 x 0,449)/(0,003850 x (0,449-1/(10+1)))=(1- 0,898)/(0, 003850 x (0,449-1/11))=
=0,102/(0,00385 x (0,449-0,0909))=0, 102/(0,00385 x 0,3581 )=0, 102/ 0,00138= = 73,9 [°C]
Bei der Messung der Temperaturdifferenz zwischen dem siedendem Wasser und Treibeis geht man so vor, daß das Paar Dl der Sensoren 1 und 2 in einem PE Sack in ein Gefäß mit siedendem Wasser gelegt wird und das Paar D2 der Sensoren 3 und 4 in einem PE Sack in ein Gefäß mit Treibeis gelegt wird. Der Wert der Spannung Uout wird gemessen, der offensichtlich 0,44 V sein wird. Und nachfolgend gemäß der Regel: Δt = (1-2 x Uout/Uin)/(TCR x (Uout/Uin - 1/(k+1)))=t1-t2 wo: TCR= 3850 ppm = 0.003850 [1/°C], k=Rv/Rm=Rvtv/Rmtv=1000/100=10 wird die Abweichung der Temperatur des Messortes MB1 des siedendes Wassers an der linken Seite des Tisches von der Lufttemperatur des Messortes MB2 an der rechten Seite des Tisches berechnet, also:
Δt =(1-2 x 0,434)/(0,003850 x (0,434-1/(10+1)))=(1- 0,868)/(0,003850 x (0,434-1/11))=
=0, 132/(0,00385x(0,434-0,0909))=0,132/(0,00385x0,3431 )=0, 132/0,00132 =
= 100,0 [°C] Der asymmetrische Temperatursensor 7 gemäß des Bildes 3 enthält ein Paar der seriell geschalteten Temperaturresistoren 1 und 2, oder 3 und 4 mit einem übereinstimmenden Beiwert des Widerstand TCR, aber mit verschiedenen Werten der Widerstände Rvt und Rmt, die in demselben technologischen Zyklus an einem einzigen gemeinsamen Träger - Isolationssubtrat S mit mindestens drei Kontakten K für die Anschaltung der äußeren Leiter gebildet wurden. Diese Kontakte sind mit einer Funktionsschicht JM aus Platin überdeckt, mit dem Temperaturquotient TCR. Die Werte der Widerstände der Temperaturresistoren sind an den Stellen T umstellbar. Der Koeffizient der Asymmetrie ist in diesen Fall: k = Rvt/Rmt = a/b, wo a, b die Entfernungen zwischen den Kontakten sind, die den Widerständen Rvt und Rmt entsprechen, Die Bezugssteilheit VTCR des Sensors 7 ist durch die folgende Regel gegeben: VTCR = 4 x TCR x (b-a)/(b+a).
Am Bild 4 ist ein gewickelter asymmetrischer Temperatursensor 7 dargestellt, dessen Windung H mit asymmetrisch lokalisierten Abzweigung 10 aus Pt Draht an einem keramischen Walzkörper - Substrat S durchgeführt wird. Seine Asymmetrie k wird nachgebaut durch die Umstellung der Abzweigung 10 der Wickelung. Der Koeffizient der Asymmetrie ist in diesem Fall: k = Rvt/Rmt = n2/n1, wo n1 und n2 die Zahl der Gewinde der einzelnen Teile der Wickelung H ist, und die Steilheit VTCR des Sensors 7 durch die Regel
VTCR = 4 x TCR x (n1-n2)/(n1+n2) gegeben wird.
Das asymmetrische Bezugselement 8 gemäß des Bildes 5 enthält ein Paar der seriell geschalteten temperturunabhängigen Widerstandsresistoren 5 und 6, gemäß der verschiedenen widerstände Rvt und Rmt, die in einem und demselben technologischen Zyklus an einen gemeinsamen Träger - Isolationssubstrat S mit mindestens drei Kontakten K für das Einschalten der äußeren Leiter untergebracht sind. Die Kontakte K sind mit einer temperaturunabhängigen Funktionsschicht 12 überdeckt. Die Werte der Resistore sind an den Stellen T umstellbar. Der Koeffizient der Asymmetrie ist in diesem Fall: k = Rv/Rm = a/b, wo a,b die Entfernungen zwischen den Kontakten, die den Widerständen Rv und Rm entsprechen, sind.
Am Bild 6 ist ein gewickeltes asymmetrisches Bezugselement 8 dargestellt. Dieses asymmetrisches Bezugselement 8 enthält ein Paar der gewickelten, seriell geschalteten, temperaturunabhängigen Widerstandsresistoren 5 und 6 mit verschiedenen Werten der Widerstände Rvt Und Rmt, die in einem gemeinsamen technologischen Zyklus an einem einzigen gemeinsamen Träger - einem keramischen Röhrchen S mit drei Kontakten für die Einschaltung der äußeren Leiter an die Ende und an die Abzweigung 10 der Wickelung 11. untergebracht sind. Seine Asymmetrie k wird durch die Umstellung der Abzweigung 10 und der Wickelung 11. nachgebaut. Der Koeffizient Asymmetrie ist in diesem Fall: k = Rv/Rm = n2/n1, wo n2 und n1 die Zahl der Gewinde der einzelnen Wickelung 11. sind.
An dem Bild 7 ist die mehrfache Anordnung der Topologien der Übereinstimmenden asymmetrischen Temperatursensoren 7 oder der Asymmetrischen Bezugselemente 8 dargestellt ist. Sie sind an einem einzigen Substrat S massenhaft untergebracht in der Abhängigkeit an dem Typ der für den Druck der Funktionswiderstandsschicht 11. die an der Temperatur abhängig ist oder der Funktionswiderstandsschicht 12, die an der Temperatur unabhängig ist, verwendeten Paste untergebracht sind.
Die Erfindung kann man in ganzem Bereich der Messungen und der Regulationen der Temperaturen, wo bis jetzt die Widerstandssensoren der Temperatur verwendet werden. In Hinsicht zu der hohen Empfindlichkeit und Genauigkeit der Messungen, besonders der kleinen Temperaturunterschieden, wird der Gegenstand der Erfindung vor allem bei der Regelung der technologischen Prozesse, bei den Messungen des Wärmeverbrauches, und bei den Applikationen, die Messung der Temperatur und der Temperaturdifferenzen für die Vermittlung der Messungen sonstigen nicht elektrischen Größen z.B. als Meßgeräte des Durchflusses usw. ausnutzen, geltend gemacht werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren der Bezugsmessungen der Temperaturen die d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ist, daß das erste Paar (D1) der seriell geschalteten Temperaturresistorensensoren (1) und (2) mit einem übereinstimmenden Temperaturbeiwert des Widerstandes TCR, aber mit asymmetrisch unterschiedlichen Werten der Widerstände Rvt1 und Rmt1 in das Meßpunkt (MB1) mit der gemessen Temperatur t1 gleichzeitig untergebracht werden, die Bezugstemperatur tv so gewählt wird, damit diese ungefähr dieselbe, als die zu erwartende Temperatur tO des Meßpunktes (MB1) wäre, beliebig am besten aber entfernt von dem Meßpunkt (MB1) wird das Paar (D3) der seriell geschalteten temperaturunabhängigen Resistoren (5) und (6), deren Widerstandswerte Rv und Rm einzeln übereinstimmend sind mit den Werten der Widerstände Rvt und Rmt des ersten Paares (D1) der
Temperaturresistorensensoren (1) und (2) bei der Bezugstemperatur tv, das erste Paar (D1) der Temperaturresistorensensoren (1) und (2) wird antiparallel mit dem Paar (D3) der temperaturunabhängigen Resistoren (5), (6) durchgeschaltet, an die äußeren Leiter (Vin+) und (Vin-) der beiden Paare (D1) und (D3) wird die Speisespannung Uin gelegt, zwischen dem äußeren Leiter (Vin-) und allen Resitoren (1),(2).(5) und (6) gemeinsamem mittlerem Leiter (Vout), die gemeinsam zu dem temperaturunabhängigen Resistor (6) mit dem Widerstandswert Rm führen, wird mit dem Voltmeter (V) das Spannungssignal Uout gemessen, nachfolgend wird das relative Verhältnis des Signal Uout/Uin als Quotient bestimmt, aus dem dann wird gemäß der Regel
Δt = (1-2 x Uout/Uin)/(TCR x (Uout/Uin - 1/(k+1)))=t1-tv die Abweichung Δt der Temperatur des Meßpunktes (MB1) von der im Voraus definierten Bezugstemperatur tv berechnet, die wirkliche Temperatur t1 des Meßpunktes (MB1) wird folgend so bestimmt, daß zu der Bezugstemperatur die Abweichung Δt zugerechnet wird,
- dabei ist TCR für das erste Paar (D1) der Temperaturresistorensensoren (1) und (2) der Temperaturkoeffizient des Widerstandes übereinstimmend, - k ist ein für beide Paare (D1) und (D3) übereinstimmender Koeffizient der Asymmetrie, der als Quotient Rv/Rm des größeren zu dem kleineren Widerstand des Paares (D3) der temperaturunabhängigen Resistoren (6) und (5), und gleichzeitig als Verhältnis Rtv1/Rtm2, wieder des kleineres zu dem größeren der Widerstände aus dem ersten Paar (D1) der Temperaturresistorensensoren (19 und (2) bei einer beliebigen Temperatur definiert wird
- tv ist eine im Voraus definierte Bezugstemperatur, für die es gilt, daß die entsprechenden Widerstandswerte der einzelnen Temperaturresistorensensoren bei ihr Kreuzidentisch mit den entsprechenden Widerstandswerten der temperaturunabhängigen Resistoren ist. also eine Temperatur, für die Regel gilt;
Rv = Rvt(tv) und Rm = Rm(tv)
2. Verfahren der Bezugsmessung der Temperaturdifferenzen die d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ist, daß das erste Paar (D1) der seriell geschalteten Temperaturresistorensensoren (1) und (2) mit einem übereinstimmenden Temperaturbeiwert des Widerstandes TCR, aber mit asymmetrisch unterschiedlichen Werten der Widerstände Rvt1 und Rmt1 in das Meßpunkt (MB1) gleichzeitig untergebracht wird, das zweite Paar der seriell geschalteten Temperaturresistorensensoren (3) und (4), deren Werte der Widerstände Rvt2 und Rmt2 mit den Widerstandswerten der Widerstände Rvt1 und Rmt1 des ersten Paares (D1) der Temperaturresistorensensoren (1) und (2) bei einer beliebigen Temperatur aus dem Bereich der erwarteten Temperaturen t1 und t2 der beiden Meßpunkte (MB1) und (MB2) einzeln kreuzidentisch sind, das erste Paar (D1) der Temperaturresistorensensoren (1) und (2) wird antiparallel mit dem zweiten Paar (D2) der Temperaturresistorensensoren (3), (4) zusammengeschaltet, an die gemeinsamen äußeren Leiter (Vin+) und (Vin-) der antiparallelen Verbindung der beiden Paare (D1) und (D2) wird die Speisespannung Uin zugeschaltet, zwischen dem äußern Leiter (Vin-) und dem allen Sensoren (1),(2), (3) und (4) gemeinsamen mittleren Leiter (Vout), die gemeinsam zu dem Resistor (4) mit dem Widerstandswert Rmt2 führen wird mit dem Voltmeter (V) das Spannugsignal Uout gemessen, folgend wird das relative Verhältnis des Signals Uout/Uin als Quotient bestimmt, aus dem gemäß der Regel Δt = (1-2*Uout/Uin)/(TCR*(Uout/Uin - 1/(k+1))) = t1 - 12 die Abweichung Δt der Temperatur des ersten Meßpunktes (D1) von der Temperatur des zweiten Meßpunktes (D2) die der Differenz der Temperaturen t1 - t2 der beiden Meßpunkte gleich ist - dabei ist TCR der Temperaturkoeffizient, der für alle Widerstände der Temperaturresistorensensoren (1),(2),(3) und (4) identisch ist - k ist Koeffizient der Asymmetrie definiert als Widerstandsverhältnis Rvt1/Rmt1 des ersten Paares der Temperaturresistorensensoren (1) und (2) und gleichzeitig als Verhältnis der Widerstände Rvt2/Rmt2 des zweiten Paares der Temperaturresistorensensoren (4) und (3) bei einer beliebigen Temperatur aus dem Bereich der erwarteten Temperaturen t1 und t2 der beiden Meßpunkte (MB1) und (MB2)
3. Asymmetrischer Sensor zum Verfahren gemäß der Ansprüche 1 und 2 der dadurch gekennzeichnet wird, daß er das Paar der Widerstandstemperaturresistoren (1) und (2) mit identischem Temperaturbeiwert TCR aber mit verschiedenen Widerstandswerten Rvt und Rmt beinhaltet, die in einem gleichen technologischen Zyklus an einen einzigen, gemeinsamen Träger - Isolationssubstrat (S) mit mindestens drei Kontakten (K) für das Anschalten der Leiter, untergebracht ist.
4. Asymmetrischer Temperatursensor gemäß des Anspruches 3 der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Widerstände Rvt und Rmt in dem Produktionsprozess mindestens an einer Stelle (T) umstellbar sind einschließlich der Asymmetrie, die durch den Koeffizienten "k" repräsentiert wird und der als das gemeinsame Verhältnis des größeren zu dem kleineren Rvt/Rmt der Widerstände der Temperaturresistoren (1) und (2) definiert wird,
5. Asymmetrischer Temperatursensor gemäß der Ansprüche 3 und 4 der dadurch gekennzeichnet ist daß das erste Paar der Temperaturresistorensensoren (1) und (2) seriell zusammengeschaltet ist
6. Asymmetrisches Bezugselement gemäß des Anspruches 1 das dadurch gekennzeichnet ist, daß er ein Paar der temperaturunabhängigen Resistoren (5) und (6) mit verschiedenen Werten der Widerstände Rv und Rm beinhaltet, die in einem gleichen technologischen Zyklus an einem einzigen Träger - Isolationssubstrat (S) mit mindestens drei Kontakten (K) für das Anschalten der Leiter, untergebracht ist
7. Asymmetrischer Bezugselement gemäß des Anspruches 6 der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Werte der Widerstände Rv und Rm im Produktionsprozess mindestens an einer Stelle (T) umstellbar sind, einschließlich der Asymmetrie, die durch den Koeffizient k, definiert als gegenseitiges Verhältnis des größeren zu dem kleineren Rv/Rm der Widerstände der Resistoren (5) und (6)
8. Asymmetrisches Bezugselement gemäß des Anspruches 6 und 7 das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Paar der temperaturunabhängigen Resistoren (5) und (6) seriell zusammengeschaltet ist.
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