DE2710782A1

DE2710782A1 - Temperaturmesser

Info

Publication number: DE2710782A1
Application number: DE19772710782
Authority: DE
Inventors: Hoiko Dipl Ing Chaborski
Original assignee: MITEC MODERNE INDUSTRIETECHNIK GmbH
Current assignee: Stabil Elektronik 7300 Esslingen De GmbH
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1977-03-11
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2710782C2

Description

Temperaturmesser
Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturmesser zur Messung von Temperaturdifferenzen.
Bisher wurden Temperaturdifferenzen vorwiegend analog gemessen und das erhaltene Ergebnis dann mittels eines AD-Wandlers in einen digitalen Wert umgesetzt. Hierzu mußten jedoch mehrere Operationsverstärker verwandt werden, die nicht nur den schaltungstechnischen Aufwand erhöhten, sondern auch die Störanfälligkeit. Die Reproduzierbarkeit aufgrund des Driftens der verwandten Operationsverstärker erforderte einen laufenden Nullabgleich.
Durch die Dt. Offenlegungsschrift 1 801 554 ist ein Wärmemesser bekannt geworden, der jeweils an der wärmeabgebenden Fläche temperaturabhängige Widerstände angebracht hat, die vom Strom durchflossen werden, dessen Größe ein Maß für die abgegebene Wärmemenge ist und in einem Zähler ausgewertet wird. Die temperaturabhängigen Widerstände liegen an einer der Größe der wärmeabgebenden Fläche zugeordneten Spannung. Dieser Wärmemesser soll, unabhängig von der Größe der wärmeabgebenden Fläche, immer gleich große temperaturabhängige Widerstände zur Verwendung zulassen.
Diese bekannte Anordnung benützt zur Meßfühlerstromerzeugung Wechselstrom, der bekanntlich in Abhängigkeit von den zulässigen Spannungsschwankungen bis zu + 10 % schwanken kann. Dementsprechend kann natürlich nicht von einer zuverlässigen und hohen Meßgenauigkeit gesprochen werden. Außerdem ist diese Meßanordnung vom Vorhandensein eines Wechselstromnetzes abhängig und je nach Dimension des Heizkörpers müssen jeweils verschiedene Widerstände eingesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturmesser zu schaffen, der eine einkanalige Differenzmessung erlaubt und als Meßergebnis automatisch einen digitalen Meßwert auswirft. Weiterhin soll der erfindungsgemäße Wärmemesser von einer einzigen Spannung - beispielsweise 6 V - betrieben werden können.
Die Lösung der vorstehenden Aufgaben erfolgt dadurch, daß als Geber linearisierte Thermistornetzwerke verwendet werden, deren Widerstandstemperaturabhängigkeit und Reproduzierbarkeit hochgenau und eng toleriert ist.
Weitere Maßnahmen der Erfindung sind in den Ansprüchen und der Beschreibung festgelegt und in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt das Blockschaltbild eines digitalen Temperaturkonverters.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Thermistornetzwerke 10, 11, an die jeweils die feste Referenzspannung Uref 1 i über eine Operationsverstärkerschaltung und den zugehörigen Analogschalter 13 angelegt ist, wobei die Ablaufsteuereinrichtung 20 den Analogschalter 13 einschaltet. Die nachfolgend geschaltete Konstantstromeinprägungseinrichtung 14 liefert einen der Temperatur umgekehrt proportional konstanten Ladestrom für einen Kondensator 15. Nun wird der Kondensatorentladeschalter 16 von der Ablaufsteuereinrichtung 20 aufgemacht, und es beginnt sich eine Spannung am Kondensator 15 aufzubauen, die linear mit zunehmender Zeit anwächst.
Die Kondensatorspannung wird einem Komparator 17 zugeführt.
Erreicht die Kondensatorspannung die am Komparator 17 eingestellte Referenzspannung Uref 2' so schaltet letzterer und hält den Zähler 18 an, welcher in dem Moment gestartet wurde, in dem der Kondensatorentladeschalter 16 geöffnet wurde, bzw.
die Kapazität zur Konstantstromaufladung freigegeben wurde, und gleichzeitig die Ablaufsteuereinrichtung 20 den Zähler 18 auf Stellung "Hinaufzählen" geschaltet hat.
Bei richtiger Wahl der Zählertaktfrequenz bzw. der Frequenz des Quarzgenerators 19 und geeigneter Festlegung der Meßfühlerspannung Uref 1 und entsprechender Auswahl des Kondensators sowie der Referenzspannung Uref 2 wird im Meßergebnis erreicht, daß jeder digitale Zählschritt einem definierten Wert in der Dezimalskala der Temperaturmessung entspricht. So ist es beispielsweise mit den Elementen des derzeitigen Standes der Technik möglich, mit vorliegender Erfindung einen Temperaturwert 0 auf + 0,1° K Genauigkeit digital zu erhalten.
Auf diese Weise wird aus einer effektiven Temperaturmessung eine Zeitmessung, denn es wird die Zeit gemessen, die vergeht, bis die Kondensatorspannung nach öffnen des zugehörigen Entladeschalters 16 die Komparatorreferenzspannung Uref 2 erreicht hat.
In dem erhaltenen digitalen Ergebnis ist nun ein Konstantwert enthalten, der abhängt von der Größe des Kondensators 15 sowie der beiden Referenzspannungen Uref 1 und Uref 2' wobei der Konstantwert proportional der Spannung Uref 2 ist und umgekehrt proportional der Spannung Uref 1 und außerdem noch proportional dem Widerstandswert des linearisierten Thermistornetzwerkes 12 bei 00 C = 2730 K.
Außerdem ist in dem digitalen Ergebnis auch der an dem Temperaturfühler 10 (S1) anliegende niedrigere Temperaturwert enthalten, der wiederum proportional der Kapazität C sowie der Referenzspannung Uref 2 und umgekehrt proportional der Referenzspannung Uref 1 ist, aber außerdem noch proportional der Steigung der Widerstandstemperaturgeraden des linearisierten Thermistornetzwerkes ist.
Nach Erhalt des Meßergebnisses entsprechend der niedrigeren Temperatur wird dieselbe Messung mit einem zweiten Temperaturfühler (RMF 2) im zweiten Thermistornetzwerk 11, der der höheren Temperatur ausgesetzt ist, durchgeführt, wobei nun von der Ablaufsteuerungseinrichtung 20 über den Schalter 13 (S2) die Meßfühlerspannung Uref 1 an das Thermistornetzwerk 11 gelegt wird und über dieselbe Konstantstromeinprägung 14 derselbe Kondensator 15 wie vorbeschrieben aufgeladen wird.
Dieses Mal aber ist der Start-Stopzähler 18 auf Stellung "Hinunterzählen" geschaltet.
Nunmehr beinhaltet das digitale Zählergebnis nur noch einen Wert, der direkt proportional der Temperaturdifferenz der an den beiden Temperaturfühlern herrschenden verschiedenen Temperaturen ist. Die Proportionalitätskonstante hierbei ist proportional der Referenzspannung Uref 2 und umgekehrt proportional der Meßfühlerspannung Uref 1 sowie proportional der Kapazität C wie auch proportional der Steigung der Widerstandstemperaturgeraden der linearisierten Thermistornetzwerke 10, 11 etc.
Bei geeigneter Auswahl des Kondensators 15 kann die Genauigkeit des Meßwertes nur noch von der Änderung des Steigungswertes der Widerstandstemperaturgeraden beeinflußt werden. Ein Driften der Spannungsversorgung würde auf die Genauigkeit des Meßergebnisses keinen Einfluß haben, da ja die Spannungen Uref 1 und Uref 2 von derselben Spannungsversorgung abgeleitet werden und Uref 2 im Zähler und Uref 1 im Nenner des Ausdrucks für die Proportionalitätskonstante stehen.
Nunmehr ist mit der Erfindung ein Wert für die Temperaturdifferenz in digitaler Form gegeben. Es ist nun außerdem noch möglich, die Temperatur eines der beiden Meßfühler 10 bzw. 11 auch absolut zu messen. Zu diesem Zweck ist als drittes linearisiertes Thermistornetzwerk 12 ein Metallschichtwiderstand Ro vorgesehen, dessen Wert dem bei OOC vorherrschenden Widerstandswert der beiden gleichen linearisierten Thermistornetzwerke 10, 11 gleich ist. Hier wird zuerst über die Ablaufsteuerung 20 und den Schalter SO die Meßfühlerspannung Uref 1 an den Widerstand Ro 12 gelegt und nach dem vorbeschriebenen Verfahren ein digitaler Zählwert des auf Stellung "Hinaufzählen" geschalteten Zählers 18 erhalten. Im zweiten Meßschritt wird der Meßfühler 10 oder 11 über die Schalter S1 bzw. S2 der Schalteinheit 13 an Uref 1 gelegt und der Zähler 18 auf Stellung "Hinunterzählen" geschaltet. Das erhaltene digitale Zählergebnis ist nun die am Meßfühler effektiv vorherrschende Temperatur.
Die Erfindung läßt praktisch eine beliebige Anzahl von Meßfühlern 10, 11, 12 .... n zu, die alle an demselben Meßkanal liegen bzw. deren Temperaturdifferenzen bzw. deren absolute Temperatur nach der Erfindung über denselben Kanal ermittelt werden können.
Der Erfindung liegt weiterhin das Prinzip zugrunde, daß der durch den Meßfühler fließende Meßstrom niemals den Wert überschreitet, der zu einer Eigenerwärmung des Meßfühlers führen könnte, d.h., die Meßfühlerspannung Uref 1 ist so eingestellt, daß für die höchste zu messende Temperatur der Meßfühlerstrom unter dem Eigenerwärmungswert bleibt.
Die Erfindung läßt sich beispielsweise als Wärmemengenzähler verwenden. Hierbei wird die Ablaufsteuerung von den Impulsen eines in das Zulaufrohr einer Heizung etc. gelegten Flügelradzählers gestartet. Der zeitliche Abstand der Flügelradimpulse ist ein Maß für die Durchflußmenge. Nach der Erfindung bietet es sich an, die Temperaturdifferenzmeßschaltung sowie die zugehörige Ablaufsteuerung mit Zähler und Quarzgenerator von einer einzigen Batterie zu betreiben. Da der zeitliche Abstand der Flügelradzählimpulse relativ groß ist, braucht man den Analogteil der Meßschaltung nur dann an die Spannungsquelle zu legen, wenn ein solcher Impuls eintrifft. Damit wird nur für kurze Zeit die Batterie merkbar belastet und die Lebensdauer der Batterie und die Funktionstüchtigkeit des Gerätes wesentlich erhöht. Die Ablaufsteuerung sowie der Zähler hingegen können in C-MOS-Technologie erstellt werden und wegen des äußerst geringen Stromverbrauchs ständig an der Batterieversorgung angeschlossen sein.
Patentansprüche: Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Temperaturmesser zur Messung von Temperaturdifferenzen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Geber linearisierte Thermistornetzwerke (10, 11, 12) verwendet werden, deren Widerstandstemperaturabhängigkeit und Reproduzierbarkeit hochgenau ist.
2. Temperaturmesser nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine beliebige Anzahl von Thermistornetzwerken (10, 11 ... n) am gleichen Meßkanal liegt.
3. Temperaturmesser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spannung des Thermistornetzwerkes (10) so eingestellt ist, daß für die höchste zu messende Temperatur der Strom des Meßfühlers unter dem Eigenerwärmungswert bleibt.
4. Temperaturmesser nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die linearisierten Thermistornetzwerke mit den nachgeschalteten Funktionselementen von einer Batterie mit Strom versorgt werden.
5. Temperaturmesser nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß eines der linearisierten Thermistornetzwerke (12) als Metallschichtwiderstand ausgebildet ist, dessen Wert dem bei 00 C vorherrschenden Widerstandswert der anderen linearisierten Thermistornetzwerke (10, 11 ... n) gleich ist.