DE2609860A1 - Schaltungsanordnung zur messung der spannung eines thermoelementes - Google Patents

Description

• Anlage zur
• Patentanmeldung Schaltungsanordnung zur Messung der Spannung eines Thermoelementes Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung der Spannung eines Thermoelementes mit einem Verstärker mit Gegenkopplungszweig und einem Element mit temperaturabhängigem Innenwiderstand zur Kompensation der an der Kaltlötstelle auftretenden Thermcgegenspannung.
• Die an Thermoelementen meßbare Spannung ist direkt proportional der Differenz der Temperatur an der Meßstelle und der Temperatur an der Kaltlötstelle. Wenn man mit einem Thermoelement die absolute Temperatur an der Meßstelle erfassen will, muß man entweder die Temperatur der Kaltlötstelle konstant halten oder aber die sich mit der Temperatur ändernde Thermogegenspannung der Kaltlötstelle kompensieren.
• Bei einer bekannten Ausführung ist zur Kompensation der Thermogegenspannung an den dem Thermoelement abgewandten Anschluß der Kaltlötstelle die von einer Gleichspannungsquelle gespeiste Reihenschaltung wenigstens einer Halbleiterdiode mit temperaturabhängigem Innenwiderstand und eines Widerstandes angeschlossen. Bei dieser Ausführung wirkt also das Element mit temperaturabhängigem Innenwiderstand unmittelbar auf den Eingang des Verstärkers, was deshalb nachteilig ist, weil das Rauschen dieses Bauelementes dann voll verstärkt wird. Im übrigen wird bei dieser bekannten Lösung die Thermospannung über einen Widerstandsteiler geteilt, was bei empfindlichen Meßanordnungen der ohnehin schon kleinen Thermospannungen nicht zugelassen werden kann.
• Da der Temperaturkoeffizient einer Diode etwa - 2 mV pro Grad beträgt und damit um Größenordnungen größer ist als der Temperaturkoeffizient des Thermoelementes, muß der Vorwiderstand der Halbleiterdiode sehr groß sein.
• Alle diese Nachteile werden vermieden, wenn erfindungsgemäß der Gegenkopplungszweig zwei Widerstände enthält und das Element an den gemeinsamen Verbindungspunkt dieser Widerstände angeschlossen wird.
• Bei dieser erfindungsgemSßen Ausführung wirkt also das Bauelement mit temperaturabhängigem Innenwiderstand nicht unmitteibar auf den Verstärkereingang. Der Vorwiderstand dieses Bauelementes kann damit geringer gewählt werden, so daß wegen der bei kleineren Widerständen geringeren Alterung mit einer besseren Genauigkeit der Meßanordnung über einen längeren Zeitraum gerechnet werden kann. Das Rauschen dieses Bauelementes geht nur mit einem geringen Verstärkungsfaktor in das Meßergebnis ein.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand dessin der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
• Die Spannung UT des Thermoelementes 10 wird über wenigstens einen Vorwiderstand 11 an die Eingänge eines Operationsverstärkers 12 gelegt. Die Ausgangs spannung UA wird über die Gegenkopplungswiderstände 13 und 14 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers rückgekoppelt. An. den gemeinsamen Verbindungspunkt 15 dieser beiden Gegenkopplungswiderstände ist ein Element mit temperaturabhängigem Innenwiderstand angeschlossen, welches bei einer bevorzugten Ausführung durch einen Vorwiderstand 16 und einen als Diode beschalteten Transistor 17 realisiert ist. Basis und Kollektor dieses Transistors 17 sind miteinander verbunden, so daß also am Kollektor die Flusspannung der Basisemitterdiode des Transistors meßbar ist.
• Der Transistor 17 ist in unmittelbarer Nähe der Kaltlötstelle 18 des Thermoelementes 10 angeordnet, so daß die Temperatur des Transistors möglichst genau der Temperatur der Kaltlötstelle folgt.
• Durch die Kompensation der Thermogegenspannung der Kaltlötstelle soll erreicht werden, daß die Ausgangsspannung trotz sich ändernder Temperatiir an der Kaltlötstelle bei konstanter Temperatur an der Meßstelle konstant bleibt. Diesen Sachverhalt kann man auch so ausdrücken, daß die Ausgangsspannung UA größer werden muß, wenn sich die Temperatur an der Kaltlötstelle und die Temperatur an der fdeßstelle um den gleichen Betrag erhöht. Die Ausgangsspannung muß also dann trotz konstanter Thermospannung Ut wachsen. Dies läßt sich wie folgt erklären: Bei einem Ansteigen der Temperatur an der Kaltlötstelle (und gleichzeitigem Ansteigen der Temperatur an der Meßstelle, konstantes UT) nimmt die Flußspannung UF am Transistor 17 ab. Der Widerstand dieses als Diode geschalteten Transistors nimmt infolge dieses negativen Temperaturkoeffizienten ab, so daß am Verbindungspunkt 15 aus dem Rückkopplungszweig über den Widerstand 13 ein größerer Strom über den Transistor 17 abfließt. Die Spannung am Verbindungspunkt 15 sinkt.
• Gleichzeitig wird der Rückkopplungsstrom über den Widerstand 14 geringer und damit-auch das Potential am invertierenden Eingang des Operationsverstärker2. Dadurch aber wird die Ausgangsspannung UA größer.
• Bei entsprechender Dimensionierung vor allem der Widerstände 13 und 16 läßt sich auf diese Weise eine genaue Kompensation der Thermogegenspannung erreichen.
• Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist als temperaturabhängiges Element ein Transistor gewählt, weil dessen Temperaturkoeffizient weniger streut. Anstelle dieses Transistors könnte aber auch bei geeigneter Auswahl eine Diode oder ein anderes temperaturabhängiges Bauelement mit negativem Temperaturkoeffizienten treten.
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Claims (3)

1. Ansprüche Schaltungsanordnung zur Messung der Spannung eines Thermoelementes mit einem Verstärker mit Gegenkopplungszweig und einem Element mit temperaturabhängigem Innenwiderstand zur Kompensation der an der Kaltlötstelle auftretenden Thermogegenspannung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungszweig zwei Widerstände (13, 14) enthält und das Element (16, 17) an den gemeinsamen Verbindungspunkt (15) dieser Widerstände angeschlossen ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit temperaturabhängigem Widerstand eine Diode ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode durch entsprechende Beschaltung eines Transistors (17) realisiert ist.