DE1282321B

DE1282321B - Messbruecke zur Temperaturbestimmung mittels eines Widerstandsthermometers

Info

Publication number: DE1282321B
Application number: DEE29272A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Johann Schwarzer
Original assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Current assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date: 1964-05-13
Filing date: 1965-05-11
Publication date: 1968-11-07

Description

Meßbrücke zur Temperaturbestimmung mittels eines Widerstandsthermometers Bei Temperaturmessungen mit Widerstandsthermometern wird die gesetzmäßige Anderung des ohmschen Widerstandes von Metallen mit der Temperatur ausgenutzt. Die Abhängigkeit des Widerstandes des Widerstandsthermometers wird experimentell bestimmt. Bei der praktischen Temperaturmessung wird der Widerstandswert des Thermometers gemessen und auf Grund des experimentell bestimmten Zusammenhanges von Widerstand und Temperatur auf die Temperatur an der Meßstelle geschlossen.
Hierzu verwendet man algebraische Gleichungen oder Diagramme (Tabellen).
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, durch eine in die Widerstandsmeßbrücke eingebaute oder angeschlossene, den Temperaturgang des Widerstandes des Thermometers nachbildende Schaltung zu bewirken, daß bei Brückenabgleich, der durch einen Nullindikator angezeigt werden kann, durch die Einstellanzeige der Temperaturwert direkt angezeigt wird.
Die F i g. 1 der Zeichnung zeigt grundsätzlich eine Meßbrücke mit einer Nachbildung des Temperaturganges des Widerstandes R, des Thermometers, während F i g. 2 eine erfindungsgemäße Nachbild ungsschalt ung, angeschlossen an eine Meßbrücke, zeigt. Der Nullindikator ist mit G, die Spannungsquelle mit U und die festen Brückenwiderstände mit R, und R2 bezeichnet.
Die elektrische Nachbildung soll es ermöglichen, daß zwischen Bedienungseinrichtung und dem durch diese zu verstellenden Schaltelement der Meßbrücke an Stelle von Kurvensteuerungen od. dgl. nur proportionale mechanische Ubersetzungen verwendet werden.
Es ist nun schon bekannt. bei einem elektrischen Temperaturregler mit Platin-Widerstands-Thermometer in Brücken- oder Halbbrückenschaltung mit einem einstellbaren, zum Einstellen der Solltemperast uhr dienenden Vergleichswiderstand die Charakteristik des linear einstellbaren Yergleichswiderstandes durch Parallelschaltung mindestens eines Festwiderstandes an die Charakteristik des Platin-Widerstands-Thermometers anzupassen. Diese Nachbildung mittels eines festen Parallel widerstandes stellt jedoch nur eine Näherungslösung dar.
Die Erfindung ermöglicht mittels einer linear einstellbaren Nachbildungsschaltung eine vollkommen exakte Anpassung an Meßwiderstände, deren Temperaturabhängigkeit durch eine Gleichung von der Form: R, = R0(1 + lt - AtBt2) (R, Widerstandswert bei der Temperatur t "C, Ro Widerstandswert bei 00C, t Temperatur in "C, A bzw. B Materialkonstanten > 0) gegeben ist. Eine derartige Temperatur-Widerstands-Kennlinie haben Widerstände aus Platin für den Bereich 0 bis + 630,5" C (festgelegt durch die 9. Generalkonferenz für Maß und Gewicht im Jahre 1948).
Gegenstand der Erfindung ist eine abgleichbare Meßschaltung (Meßbrücke) zur Temperaturbestimmung mittels eines Widerstandsthermometers (z. B.
Platinthermometers) und einer dessen Temperatur-Widerstands-Chrakteristik nachbildenden Schaltung, mit der Besonderheit, daß diese Schaltung zwei unter Aufrechthaltung ihres Summenwertes gegenläufig veränderbare parallelgeschaltete Widerstandszweige mit linearer Einstellung aufweist. Dabei kann der eine veränderbare Widerstand durch den Widerstand zwischen dem Abgriff und der einen Endklemme eines linearen Potentiometers Rp (Fig.2) gebildet sein und die Unveränderlichkeit der Summe aus diesem Widerstand und dem anderen veränderbaren Widerstand dadurch erzielt sein, daß letzterer den Teil des Potentiometers umfaßt, der zwischen dem Abgriff und der anderen Endklemme liegt. Natürlich ist es prinzipiell möglich, mit einem Potentiometer allein das Auslangen zu finden, von dem gegebenenfalls nur ein Teilbereich für den Abgriff verwendet wird, doch kann man selbstverständlich nicht verwendete Bereiche auch durch gesonderte Festwiderstände ersetzen. In Fig 2 ist R, ein solcher Festwiderstand. Zur. Einstellung des Anfangswertes kann, wie ebenfalls Fig 2 zeigt, ein (zweiter) solcher Festwiderstand Re in Reihe mit der Parallelschaltung der beiden gegenläufig zu verändernden Widerstände liegen.
Die Eignung der beschriebenen Schaltung für den angegebenen Zweck ergibt sich aus der folgenden Ableitung: Für die abgeglichene Wheatstone-Brücke gilt, wenn das Brückenverhältnis mit k = R2Rt und der Widerstand der Nachbildung mit W bezeichnet wird: Rt = k W für alle Werte des Potentiometer-Verstellweges (Verstellwinkels) a und der Temperatur t in den dafür vorgegebenen Bereichen. Es soll nun dabei gelten a = C t. Die Ubersetzung c des Antriebes zur Anamax zeige der Schleiferverstellung ist dabei durch c = tmax festgelegt.
Der Widerstand W der Nachbildung errechnet sich aus der Schaltung in F i g. 2 wie folgt: Für Platinwiserstände gilt nun, wie gesagt, im Bereich 0 ... +630,5°C: Rt = R0 (1+At-Bt2) (A,B>0).
Mit 5 = a/c erhält man bei Brückengleichgewicht: Der Potentiometerwiderstand R kann noch gewählt werden. Durch Koeffizientenvergleich erhält man: A amax R0 k = R0 # # = # # A # tmax, c Rp Rp R0 R0 Re = # = #, k A # tmax wobei A > B tmax vorauszusetzen ist.
Die vorstehende Ableitung zeigt, daß die Erfindung es tatsächlich gestattet, die Temperatur z. B. an einem seine Umdrehungszahl bzw. den Verstellweg linear bzw. digital anzeigenden Einstellknopf eines linearen Potentiometers abzulesen bzw. es z. B. bei selbstabgleichenden Meßbrücken zu erreichen, daß der Drehwinkel des Stellmotors direkt proportional der Meßtemperatur ist. Die Exaktheit dieser Nachbildung beruht darauf, daß sich der obenstehende Ausdruck für den Widerstand W wegen der Konstanz der im Nenner stehenden Widerstandssumme Rp Rp a # + Ra + Rp - a#=Ra+Rp=konst. amax amax zu einer quadratischen Form vereinfacht, was bei der Anordnung nach dem Stand der Technik nicht zutrifft, weil hier nur einer der beiden parallelgeschalteten Widerstände verändert wird.

Claims

Patentansprüche : 1. Abgleichbare Meßschaltung (Meßbrücke) zur Temperaturbestimmung mittels eines Widerstandsthermometers (z. B. Platinthermometers) und einer dessen Temperatur- Widerstands- Charakteristik nachbildenden Schaltung, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß diese Schaltung zwei unter Aufrechthaltung ihres Summenwertes (in F i g. 2: Ra + R p) gegenläufig veränderbare parallelgeschaltete Widerstandszweige mit linearer Einstellung aufweist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine veränderbare Wider stand durch den Widerstand zwischen dem Abgriff und der einen Endklemme eines linearen Potentiometers (Rp) gebildet ist und daß die Unveränderlichkeit der Summe aus diesem Widerstand und dem anderen veränderbaren Widerstand dadurch erzielt ist, daß letzterer, außer einem gegebenenfalls vorgesehenen Reihen-Festwiderstand (Ra), den Teil des Potentiometers umfaßt, der zwischen dem Abgriff und der anderen Endklemme liegt.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Anfangswertes ein Festwiderstand (Re) in Reihe mit der Parallelschaltung der beiden gegenläufig zu verändernden Widerstände liegt.
4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in an sich bekannter Weise motorisch selbstabgleichend ist und daß der Drehwinkel des Stellmotors direkt proportional der Meßtemperatur ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 115 066.