DE2105226A1 - Elektrische Temperaturmessschaltung - Google Patents
Elektrische TemperaturmessschaltungInfo
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- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
- G01K7/20—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
- G01K7/21—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit for modifying the output characteristic, e.g. linearising
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Description
2105226 Andrejewski & Honke Patentanwälte
, . Diplom-Ingenieur
Anwaltsakte: ^6 238/Jn= Dr _|ng Monfrecl Honke
Patentanmeldung
G-S-T Regeltechnik GmbH
4630 Bochum
Rensingstraße 47
G-S-T Regeltechnik GmbH
4630 Bochum
Rensingstraße 47
Essen, den 27. Januar I971 Kettwiger Straße 36
"Elektrische Temperaturmeßschaltung"
Die Erfindung betrifft eine elektrische Temperaturmeßschaltung, mit einer aus Brückenwiderständen aufgebauten Brückenschaltung, J
einem Widerstandsthermometer in einem Brückenzweig der Brückenschaltung, einer primären Spannungsquelle, gegebenenfalls mit
nachgeschaltetem Trennverstärker, zur Speisung der Brückenschaltung,
einem der Brückendiagonalen nachgeschalteten Meßvevstärker und einem Anzeige- und/oder Registriergerät.
Bei der elektrischen Temperaturmessung mit Hilfe der eingangs beschriebenen Temperaturmeßschaltung werden als Widerstandsthermometer
vor allem solche aus Platin oder Nickel verwendet.
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Nun ändert sich der elektrische Widerstand von Widerstandsthermometern innerhalb gewisser Grenzen zwar eindeutig mit der"
Temperatur, der Widerstand ändert sich jedoch nicht linear mit der Temperatur. Das nichtlineare Verhalten von Widerstandsthermometer^
auch von solchen aus Platin oder Nickel, ist aus mehreren Gründen nachteilig.
Zunächst ist nachteilig, daß als Anzeige- und/oder Registriergeräte
nicht ohne weiteres solche verwendet werden können, die zur Jpannungs- bzw. Strommessung ohnehin zur Verfügung stehen;
es bedarf vielmehr einer besonderen Eichung bzw. Skalierung. Von besonderem Nachteil ist, daß man in einer üblichen Temperaturmeßschaltung
rrit einer Brückenschaltung eine Temperaturdifferena
nicht mittels zweier Widerstandsthermometer direkt bestimmen kann, weil aus einer Widerstandsdifferenz allein nicht eindeutig
auf eine bestimmte Temperaturdifferenz geschlossen werden
kannj bei einer linearen Zuordnung von Widerstand und Temperatur
wäre die Bestimmung einer Tenperaturdifferenz unmittelbar
aus einer Widerstandsdifferenz möglich. Schließlich wird die nichtlineare Zuordnung von Temperatur und Widerstand besonders
bei der digitalen Anzeige, Registrierung und/oder "Weiterverarbeitung" von mit Widerstandsthermometern gemessenen Temperaturen
als äußerst störend empfunden.
Man hat folglich bereits eine Vielzahl von elektrischen Temperaturmeß
schaltungen entwickelt, in denen auf unterschiedlichste
Weise die Zuordnung von Temperatur und Widerstand linearisiert worden ist. Zum Beispiel sind folgende Maßnahmen zur Linearisierung
bekannt:
Verwendung von außerhalb der Meßstelle befindlichen unveränder-
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lichen Widerständen (ATM-Blatt I 222 - 2, Dezember 19^9), Verwendung
von zwei Widerstandstherraometern mit nichtlinearem, aber entgegengesetztem Verhalten, z.B. Verwendung eines Widerstandsthermometers
aus Platin und eines Widerstandsthermometers aus Nickel·(ATM-Blatt V 212 - 5, September 19Ö5), Verwendung
von Dioden-Punktions-Generatoren, Computern und Digital-Umsetzern (messen + prüfen, Dezember 19^9* Seite 893)* Verwendung
von Naehbildungsschaltungen (ATM-Blatt V 212 - 5, September I965), _
Verwendung einer Analog-Rechenschaltung (Dipl.-Ing. G. Klause ^
"Temperatur-Meßwertverstärkung mit exakter 'Linearisierung'" in Elektronik-Journal, 3. 48 - 52). Allen bekannten Maßnahmen
zur Linearisierung der Zuordnung Temperatur - Widerstand ist gemeinsam, daß sie relativ aufwendig sind.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine elektrische
Temperaturmeßschaltung der eingangs beschriebenen Art
mit einfachen Mitteln so auszugestalten, daß zwischen der Meßgröße "Temperatur" und der der Anzeige und/oder Registrierung
dienenden Hilfsgröße "Meßspannung oder -strom" eine lineare Abhängigkeit besteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer elektrischen Temperaturmeß
schaltung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst,
daß eine der Meßspannung der Brückendiagonalen linear proportionale Linearisierungsspannung zu der Speisespannung der Brückenschal
tung addiert oder davon subtrahiert ist. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei Widerstandsthermometern
üblicher Art, z.B. solchen aus Platin oder Nickel, die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers in interessierenden Temperaturbereichen
praktisch linear mit der Temperatur abnimmt
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(z.B. Platin) bzw. zunimmt (z.B. Nickel), und kompensiert die Abnahme bzw. Zunahme der Empfindlichkeit dadurch, daß die wirksame
Speisespannung in dem Maße vergrößert bzw. verringert wird,
wie die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers abnimmt bzw. zunimmt.
Praktisch läßt sich die Lehre der Erfindung besonders einfach dadurch verwirklichen, daß in Reihe zu der primären Spannungsquelle ein Linearisierungswiderstand liegt und durch den Linearisierungswiderstand
ein der Meßspannung proportionaler Meßstrom fließt. Das kann z.B. in der Weise erfolgen, daß dem Meßverstärker
ein Leistungstransistor nachgeschaltet ist und im Basis-Emitter-Kreis des Leistungstransistors der Ausgang des
Meßverstärkers und im Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors das Anzeige- und/oder Registriergerät, eine sekundäre
Spannungsquelle und der Linearisierungswiderstand geschaltet sind, wobei zweckmäßigerweise zwei Linearisierungswiderstände
in Reihe geschaltet sind und mittels eines Umschalters die Linearisierungsspannung
zu der Speisespannung addierbar oder davon subtrahierbar ist, so daß die gleiche Temperaturmeßschaltung
sowohl für Widerstandsthermometer mit abnehmender Empfindlichkeit (z.B. Platin) als auch für Widerstandsthermometer mit zunehmender
Empfindlichkeit (z.B. Nickel) eingesetzt werden kann.
Im übrigen besteht bei einer Ausführungsform mit nichtkompensierter
Brückenschaltung die Möglichkeit, den Linearisierungswiderstand so zu dimensionieren, daß neben dem Linearitätsfehler
des Widerstandsthermometers auch der Linearitätsfehler der Brückenschaltung kompensiert wird.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind zusammengefaßt
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darin zu sehen, daß eine elektrische Temperaturmeßschaltung
der eingangs beschriebenen Art mit äußerst einfachen Mitteln so ausgestaltet worden ist, daß zwischen der Meßgröße "Temperatur"
und der der Anzeige und/oder Registrierung dienenden Hilfsgröße "Meßspannung oder -strom" eine lineare Abhängigkeit
besteht. Tatsächlich reicht dazu ein zusätzlicher Linearisierungswiderstand aus, während bei bekannten vergleichbaren Temperaturmeßschaltungen
ein ungleich höherer Aufwand betrieben worden ist. Gleichwohl ist mit der erfindungsgemäßen Temperaturmeßschaltung
eine für praktische Anwendungsfälle zumeist ausreichende
Genauigkeit zu erreichen, liegt nämlich der verbleibende Linearitätsfehler unter 0,1 Prozent.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert j es zeigen:
Fig. 1 eine elektrische Temperaturmeßschaltung mit einer kompensierten Brückenschaltung und
Fig. 2 eine elektrische Temperaturmeßschaltung mit einer nichtkompensierten Brückenschaltung.
Die in den Pig. dargestellte elektrische Temperaturmeßschaltung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer Brückenschaltung
1, die aus Brückenwiderständen 2 aufgebaut ist, einem Widerstandsthermometer 3 in einem Brückenzweig der Brückenschaltung
1, einer primären Spannungsquelle 4 mit naohgesohaltetem
Trennverstärker 5 zur Speisung der Brückenschaltung 1, einem
der Brückendiagonalen nachgeschalteten Meßverstärker 6 und einem
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Anzeigegerät 7·
Um eine Linearisierung der Zuordnung Temperatur - Meßspannung
bzw. .-strom zu erreichen, ist eine der Meßspannung der Brückendiagonalen linear proportionale Linearisierungsspannung zu
der Speisespannung addiert bzw. davon subtrahiert. Die Linear!- sierungsspannung ist zu der Speisespannung der Brückenschaltung
addiert, wenn die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers 3
mit steigender Temperatur abnimmt, sie ist von der Speisespannung der Brückenschaltung 1 subtrahiert, wenn die Empfindlichkeit
des Widerstandsthermometers 3 rcit zunehmender Temperatur
zunimmt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt in Reihe zu der primären Spannungsquelle 4 ein Linearisierungswiderstand 8
bzw. 9 und fließt durch den Linearisierungswiderstand 8 bzw. 9
ein der Meßspannung der Brückendiagonalen proportionaler Meßstrom. Im einzelnen ist dem Meßverstärker 6 ein Leistungstransistor
10 nachgeschaltet und sind im Basis-Emitter-Kreis des Leistungstransistors 10 der Ausgang des Meßverstärkers 6 und im
Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors 10 das Anzeigegerät 7i eine sekundäre Spannungsquelle 11 und der Linearisierungswiderstand
8 bzw. 9 geschaltet. Wie den Pig. zu entnehmen ist, sind zwei Linearisierungswiderstände 8,9 in Reihe geschaltet
und ist mittels eines Umschalters 12 die Linearisierungsspannung zu der Speisespannung addierbar oder davon subtrahierbar. Es
wird nämlich der Spannungsabfall des Linearisierungswiderstandes 8 zu der Speisespannung addiert oder der Spannungsabfall des
Linearisierungswiderstandes 9 von der Speisespannung subtrahiert.
Während die Fig. 1 eine Ausführungsform einer elektrischen Tem-
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peraturmeßschaltung mit kompensierter Brückenschaltung - zusätzlicher
Kompensationswiderstand IJ - zeigt, handelt es sich
bei der Temperaturmeßschaltung nach der Pig. 2 um eine solche mit nichtkompensierter Brückenschaltung 1. Bei der Temperaturmeßschaltung
nach Fig. 2 ist der Linearisierungswiderstand 8 bzw. 9 so dimensioniert, daß neben dem Linearitätsfehler des
Widerstandsthermometers j5 auch der Linearitätsfehler der Brückenschaltung
1 kompensiert ist.
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Claims (4)
- Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße-8-Patentansprüche :Elektrische Temperaturmeßschaltung, mit einer aus Brückenwiderständen aufgebauten Brückenschaltung, einem Widerstandsthermometer in einem Brückenzweig der Brückenschaltung, einer primären Spannungsquelle, gegebenenfalls mit nachgeschaltetem Treunverstärker, zur Speisung der Brückenschaltung, einem der Brückendiagonalen nachgeschalteten Meßverstärker und einem Anzeige- und/oder Registriergerät, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Meßspannung der Brückendiagonalen linear proportionale Linearisierungsspannung zu der Speisespannung der Brückenschaltung (l) addiert oder davon subtrahiert ist.
- 2. Temperaturmeßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu der primären Spannungsquelle (4) ein Linearisierungswiderstand (8,9) liegt und durch den Linearisierungswiderstand (8,9) ein der Meßspannung proportionaler Meßstrom fließt.
- 3. Temperaturmeßschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßverstärker (6) ein Leistungstransistor (lO) nachgeschaltet ist und im Basis-Emitter-Kreis des Leistungstransistors (lO) der Ausgang des Meßverstärkers (6) und im Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors (10) das Anzeige- und/oder Registriergerät (7)* eine sekundäre Spannungsquelle (11) und der Linearisierungswiderstand (8,9) geschaltet sind.
- 4. Temperaturmeßschaltung nach Anspruch J5, dadurch gekennzeich-209834/0402Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße-9-net, daß zwei Linearisierungswiderstände (8,9) in Reihe geschaltet sind und mittels eines Umschalters (12) die Linearisierungsspannung zu der Speisespannung addierbar oder davon subtrahierbar ist.5· Temperaturmeßschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 mit nichtkompensierter Brückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearisierungswiderstand (8,9) so dimensioniert ist, daß neben dem Linearitätsfehler des Widerstandsthermometers (5) auch der Linearitätsfehler der Brückenschaltung (l) kompensiert ist.2Ü9834/CU02
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