DE1115066B - Elektrischer Temperaturregler mit Platin-Widerstands-Thermometer - Google Patents

Description

• Elektrischer Temperaturregler mit Platin -Widerstands -Thermometer Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Temperaturregler mit Platin-Widerstands-Thermometer als Temperaturfühler in Brücken- oder Halbbrückenschaltung, die mit Gleich- oder Wechselstrom gespeist wird. Die Brücke enthält einen oder mehrere einstellbare Vergleichswiderstände zum Einstellen der Solltemperatur. Die Brücke ist abgeglichen, wenn die Temperatur am Meßort gleich der Solltemperatur ist.
• Eine Einstellskala des variablen Vergleichswiderstandes kann also in Temperaturgraden geteilt werden. Die Brückendiagonalspannung wird, nach vorheriger Verstärkung, einem Schaltorgan zugeführt, das einen Kontakt öffnet oder schließt, wenn die Temperatur am Meßort größer ist als die durch die Einstellung des Vergleichswiderstandes vorgegebene Solltemperatur.
• Platin als Widerstandsmaterial für das Thermometer ist gegenüber anderen Werkstoffen bei einem hochgenauen Temperaturregler vorzuziehen, da es be sonders alterungsbeständig ist. Die Temperatur-Widerstands-Abhängigkeit von Platin ist nur in erster Näherung eine lineare Beziehung. Bei genauerer Betrachtung gilt: Rp=Rpo (l+at+bt2+ . . .).
• Hierin bedeutet: Rpo den Widerstand des Thermometers bei der Temperatur 0° C, Rp den Widerstand bei der Temperatur tOC, a die positive Materialkonstante, b die negative Materialkonstante.
• Der elektrische Widerstand von Platin wächst also mit steigender Temperatur schwächer als linear an.
• Es ist bekannt, die Charakteristik von Widerstandsthermometem dadurch zu linearisieren, daß dem temperaturabhängigen Thermometerwiderstand ein Festwiderstand parallel geschaltet wird. Auf diese Weise können aber nur solche Temperaturabhängigkeiten linearisiert werden, bei denen die Materialkonstante b in der vorstehenden Gleichung positiv ist, d. h. also, bei denen der Widerstand mit steigender Temperatur stärker als linear anwächst. Ein solches Verhalten zeigt beispielsweise Nickel. Dieses Verfahren kann also bei Platin wegen der dort negativen Konstante b nicht angewendet werden. Weiterhin führt es zu einem unerwünschten Empfindlichkeitsverlust, da der Widerstands-Temperatur-Koeffizient des Thermometers durch die Parallelschaltung sinkt.
• Da der variable Vergleichswiderstand der Brückenschaltung im allgemeinen linear, z. B. als gleichmäßig gewickelter Schleifdrahtwiderstand, ausgebildet ist, bedingt das nichtlineare Verhalten von Platin daher entweder eine nichtlineare Temperatur-Einstellskala oder eine Beschränkung auf kleine Temperaturbereiche.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und einen Temperaturregler mit Platin-Widerstands-Thermometer zu schaffen, bei dem die Temperatur-Einstellskala in einem großen Temperaturbereich linear ist, so daß der Vergleichswiderstand als Stufenwiderstand mit Grob- und Feinstufen für die genaue Einstellung in unterschiedlichen Temperaturbereichen ausgebildet werden kann.
• Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Anpassungsmaßnahme an dem linear einstellbaren Vergleichswiderstand erfolgt, und zwar durch Parallelschalten eines Festwiderstandes, des sogenannten Anpassungswiderstandes. Durch die Parallelschaltung des Anpassungswiderstandes zu dem linearvariablen Vergleichswiderstand wird nämlich bewirkt, daß die Charakteristik dieser Widerstandskombination nichtlinear wird, und zwar steigt der Widerstand der Kombination mit wachsendem Vergleichswiderstand schwächer als linear an. Diese grundsätzliche Charakteristik zeigt aber auch der Platinwiderstand in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Charakteristik des Vergleichswiderstandes wird mithin an die des Platinwiderstandes angepaßt, da Vergleichswiderstand und Platinwiderstand in einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, die durch das Regelspiel immer wieder auf Null abgeglichen wird. Die zunächst unmöglich zu sein scheinende Linearisierung des an sich nichtlinearen Platinwiderstandes wird somit mittelbar durch Anpassung der Brücke erreicht.
• Die Temperatur-Einstellskala des Vergleichswiderstandes kann daher linear sein. Da die Anpassungsmaßnahme an dem Vergleichswiderstand und nicht an dem Thermometerwiderstand erfolgt, so tritt weiterhin keinerlei unerwünschter Empfindlichkeitsverlust auf, denn der Temperaturkoeffizient des Platinwiderstandes wird nicht beeinflußt.
• Zur näheren Erläuterung dienen drei Ausführungsbeispiele. In Abb. 1 bedeutet Rp den Platinwiderstand, Rv den linear einstellbaren Vergleichswiderstand, RBI und Ru*) sind zwei Brücken-Festwiderstände. RA ist der Anpassungswiderstand. Da diese Brückenschaltung für Regelzwecke dient, ist die Diagonalspannung VD praktisch immer Null, die Brücke ist also stets im wesentlichen abgeglichen.
• Der Widerstandswert des Widerstandes Rv ist eine lineare Funktion der Stellung des abgreifenden Schleifers. Durch die Parallelschaltung von RA ist der Widerstandswert der Kombination aus Rv und RA aber eine nichtlineare Funktion der Schleiferstellung.
• Durch passende Wahl von Rv und RA kann die Charakteristik (Schleiferstellung Widerstand) der Kombination an die Charakteristik (Temperatur Widerstand) des Platinthermometers weitgehend angepaßt werden. Diese Anpassung kann hier bis einschließlich des quadratischen Gliedes der angeführten Gleichung erfolgen. Eine Temperaturskala, über die beispielsweise ein Zeiger läuft, der mit dem Schleifer in Verbindung steht, kann also bei guter Genauigkeit linear sein.
• In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Anpassung an die Charakteristik des Platinwiderstandes bis einschließlich des Gliedes 3. Ordnung der Gleichung getrieben werden durch eine Schaltung gemäß Abb. II. Hier wird vor den Vergleichswiderstand Rv noch ein Zusatzwiderstand RZ geschaltet, wie es zum Anpassen von Widerstandsthermometern an sich bekannt ist. Für praktische Belange erfolgt jedoch die Anpassung in ausreichendem Maße durch Schaltung gemäß Abb. 1.
• Die Schaltung des Temperaturreglers kann natürlich auch gemäß Abb. III erfolgen, in der die Widerstände mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
• Weiterhin ist die an sich bekannte Anordnung des Vergleichswiderstandes möglich, bei der er nicht nur einen, sondern zwei Zweige der Brücke bildet und bei der seine Funktion die eines Spannungsteilers ist.
• Der Anpassungswiderstand verbindet dann den Schleifer mit einem Ende des Spannungsteilers.
• Zweckmäßigerweise wird der Vergleichswiderstand als Stufenwiderstand ausgeführt, der aus Grob- und Feinstufen besteht, die über mehrere Stufenschalter zusammengeschaltet werden können. Dadurch kann die Temperatureinstellung in einem großen Temperaturbereich und mit großer Genauigkeit erfolgen.
• Die Verstärkung der Brückendiagonalspannung erfolgt zweckmäßigerweise in einem Transistorverstärker, da dieser nur sehr wenig Verlustwärme entwickelt. Eine Erwärmung der Bauelemente des Temperaturreglers, insbesondere der Brückenwiderstände, würde nämlich zu einem unerwünschten Wandern der Solltemperatur führen.
• PATENTANs PR0CHE: 1. Elektrischer Temperaturregler mit Platin-Widerstands-Thermometer in Brücken- oder Halbbrückenschaltung mit einem einstellbaren Vergleichswiderstand zum Einstellen der Solltemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik des linear einstellbaren Vergleichswiderstandes (RV) durch Parallelschaltung mindestens eines Festwiderstandes (RA) an die Charakteristik des Platin-Widerstands-Thermometers (Rp) angepaßt ist (Abb. I, III).

Claims (1)

1. 2. Elektrischer Temperaturregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Anpassung dem linear einstellbaren Vergleichswiderstand (Rv) in an sich bekannter Weise ein zweiter Festwiderstand (RZ) vorgeschaltet und der erste Festwiderstand (RA) diesen beiden Widerständen (RV, RZ) parallel geschaltet ist (Abb. II). ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: ATM Bl. J 222-2 vom Dezember 1949; Druckschrift der Hartmann & Braun AG, Elektrische und wärmetechnische Messungen, 1950, S. 112; Zeitschrift Elektrotechnik, 40 (1958), S. 243.