DE1115066B

DE1115066B - Electric temperature controller with platinum resistance thermometer

Info

Publication number: DE1115066B
Application number: DEH36684A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Werner Heinz
Original assignee: HAAKE GE KG
Current assignee: HAAKE GE KG
Priority date: 1959-06-18
Filing date: 1959-06-18
Publication date: 1961-10-12

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. Electric temperature controller with platinum resistance thermometer The invention relates to an electrical temperature controller with a platinum resistance thermometer as a temperature sensor in a bridge or half-bridge circuit, with direct or Alternating current is fed. The bridge contains one or more adjustable comparison resistors to set the target temperature. The bridge is leveled when the temperature is the same as the target temperature at the measuring location.

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.An adjustment scale for the variable comparison resistance can therefore divided into temperature degrees. The bridge diagonal tension is, after previous Reinforcement, fed to a switching element that opens or closes a contact, if the temperature at the measuring location is higher than that caused by the setting of the reference resistance specified target temperature.

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+ . . .). Platinum as the resistance material for the thermometer is opposite to be preferred to other materials for a high-precision temperature controller, as it can be particularly resistant to aging. The temperature-resistance dependence of platinum is only a linear relationship as a first approximation. On closer inspection, the following applies: 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. Herein: Rpo means the resistance of the thermometer at temperature 0 ° C, Rp the resistance at temperature tOC, a the positive material constant, b is the negative material constant.

Der elektrische Widerstand von Platin wächst also mit steigender Temperatur schwächer als linear an. The electrical resistance of platinum therefore increases as it rises Temperature weaker than linear.

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. It is known the characteristic of resistance thermometers thereby to linearize that the temperature-dependent thermometer resistance is a fixed resistance is connected in parallel. In this way, however, only such temperature dependencies can be achieved are linearized where the material constant b in the above equation is positive, d. H. that is, where the resistance increases with increasing temperature than increases linearly. Nickel, for example, shows such behavior. This method cannot be used for platinum because of the negative constant b there. Furthermore, it leads to an undesirable loss of sensitivity because of the resistance-temperature coefficient of the thermometer decreases due to the parallel connection.

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. Since the variable comparison resistance of the bridge circuit in general linear, e.g. B. is designed as a uniformly wound sliding wire resistor, The non-linear behavior of platinum therefore requires either a non-linear temperature setting scale or a restriction to small temperature ranges.

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. The invention is based on the object of eliminating this disadvantage and to provide a platinum resistance thermometer temperature controller in which the temperature setting scale is linear over a wide temperature range, so that the comparison resistance as a step resistance with coarse and fine steps for the exact Setting can be formed in different temperature ranges.

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. This is done according to the invention in that the adaptation measure takes place on the linearly adjustable comparison resistor, namely by connecting in parallel a fixed resistor, the so-called adaptation resistor. Through the parallel connection namely, the matching resistance becomes the comparative linearly variable resistance causes the characteristic of this resistor combination to be non-linear, namely, the resistance of the combination increases as the comparison resistance increases weaker than linear. This basic characteristic also shows the Platinum resistance as a function of temperature. The characteristic of the comparison resistance is therefore adapted to that of the platinum resistance, since comparison resistance and Platinum resistance are interconnected in a bridge circuit, which is through the Control play is always adjusted to zero. Which to be impossible at first apparent linearization of the per se non-linear platinum resistance is thus achieved indirectly by adjusting the bridge.

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.The temperature setting scale of the comparison resistor can therefore be linear. Since the adjustment measure on the comparison resistor and not at the thermometer resistance occurs, then there is still no undesirable loss of sensitivity because the temperature coefficient of the platinum resistance is not affected.

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. Three exemplary embodiments serve for a more detailed explanation. In fig. 1 Rp means the platinum resistance, Rv the linearly adjustable comparison resistance, RBI and Ru *) are two fixed bridge resistors. RA is the adaptation resistance. Since this bridge circuit is used for control purposes, the diagonal voltage VD is practical always zero, so the bridge is always essentially balanced.

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.The resistance value of the resistor Rv is a linear function the position of the tapping grinder. Because RA is connected in parallel the resistance value of the combination of Rv and RA but a non-linear function the grinder position.

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.The characteristic (slider position Resistance) of the combination to the characteristic (temperature resistance) of the platinum thermometer largely adapted. This adjustment can be up to and including the square Member of the equation given. A temperature scale over which, for example a pointer that is connected to the grinder is running, so it can with good Accuracy be linear.

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. In a further embodiment of the invention, the adaptation to the characteristic of the platinum resistance up to and including the 3rd order term of the equation are made by a circuit according to Fig. II. Here, in front of the comparison resistor Rv an additional resistor RZ connected, as it is used to adapt resistance thermometers is known per se. For practical purposes, however, the adjustment is sufficient Dimensions by switching according to Fig. 1.

Die Schaltung des Temperaturreglers kann natürlich auch gemäß Abb. III erfolgen, in der die Widerstände mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. The circuit of the temperature controller can of course also be done as shown in Fig. III take place, in which the resistors are provided with the same reference numerals.

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.Furthermore, the arrangement of the comparison resistor is known per se possible, in which it forms not just one but two branches of the bridge and at its function is that of a voltage divider.

Der Anpassungswiderstand verbindet dann den Schleifer mit einem Ende des Spannungsteilers.The matching resistor then connects the wiper to one end of the voltage divider.

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. The comparison resistance is expediently used as a step resistance executed, which consists of coarse and fine stages, which have several stage switches can be interconnected. This allows the temperature setting in one large temperature range and with great accuracy.

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. The bridge diagonal tension is expediently strengthened in a transistor amplifier, as it generates very little heat loss. A heating of the components of the temperature controller, especially the bridge resistors, that would lead to an undesired hike in the setpoint temperature.

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). PATENTAN'S PR0CHE: 1. Electric temperature controller with platinum resistance thermometer in bridge or half-bridge circuit with an adjustable comparison resistance for setting the target temperature, characterized in that the characteristic of the linearly adjustable comparison resistance (RV) through parallel connection at least a fixed resistor (RA) to the characteristics of the platinum resistance thermometer (Rp) is adapted (Fig. I, III).

Claims

2. Electrical temperature controller according to claim 1, characterized in that that for further adjustment the linearly adjustable comparison resistance (Rv) in In a manner known per se, a second fixed resistor (RZ) is connected upstream and the first Fixed resistor (RA) these two resistors (RV, RZ) is connected in parallel (Fig. II). ~~~~~~~ Publications considered: ATM Bl. J 222-2 of December 1949; Publication of Hartmann & Braun AG, electrical and thermal engineering Measurements, 1950, p. 112; Zeitschrift Elektrotechnik, 40 (1958), p. 243.