DE2710782C2 - Device for measuring temperature differences - Google Patents
Device for measuring temperature differencesInfo
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Description
— eine durch eine Ablaufsteuerung (20) zum sequentiellen Verbinden jeweils eines Therrnistornetzwerkes (10, 11) mit der Einprägespanaungsquelle ansteuerbare Schaltungsanordnung (13)- One by a sequence control (20) for sequentially connecting one thermal network in each case (10, 11) circuit arrangement controllable with the injection voltage source (13)
— eine steuerbare, an ihrem Steuereingang den durch das jeweils aktivierte Thermistornetzwerk (10, 11) fließenden Strom empfangende und in einen Ladekondensator (15) einprägende Konstantstromeinprägungseinrichtung(14),- a controllable, at its control input by the activated thermistor network (10, 11) receiving the flowing current and impressing it in a charging capacitor (15) Constant current injection device (14),
— und einen Komparator (17) umfaßt, der die am Ladekondensator (15) abfallende Spannung (Uc) mit einer Referenzspannung (Urcf) vergleicht und bei Gleichheit dieser Eingangspannungen ein Steuersignal abgibt, - and a comparator (17) which compares the voltage (U c ) dropping across the charging capacitor (15) with a reference voltage (Urcf) and emits a control signal if these input voltages are equal,
— daß die Referenzspannung (Unt) in einem festen jo Verhältnis zu der an den jeweiligen Thermistor (10, 11) angelegten Einprägespannung (Udn) steht, und daß- That the reference voltage (U n t) is in a fixed ratio to the impression voltage (Ud n ) applied to the respective thermistor (10, 11), and that
— eine die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Aufladens des Ladekondensators (15) und dem Steuersignal des !Comparators (17) messende Zeitmeßschaltung (18,19) und- The period of time between the start of charging of the charging capacitor (15) and the Timing circuit (18,19) measuring the control signal of the comparator (17) and
— eine das Ergebnis der jeweils ersten Messung bis zum Ende der jeweils zweiten Messung speichernde und die Differenz der beiden Meßergebnisse bildende Speicher- und Rechenschaltung (18) vorgesehen sind.- One the result of the first measurement in each case up to the end of the second measurement in each case storing and the difference between the two measurement results forming memory and arithmetic circuit (18) are provided.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßschaltung einen die Impulse eines Oszillators (19) abzählenden Vorwärts/Rückwärts-Zähler (18) umfaßt, und daß der Vorwärts/Rückwärts-Zähler (18) durch die Ablaufsteuerung (20) zur Bildung des zu ermittelnden Temperatur-Differenzwertes bei der Erfassung des >o ersten Temperaturmeßwertes auf Vorwärtszählbetrieb und bei Erfassung des zweiten Temperaturmeßwertes auf Rückwärtszählbetrieb schaltbar ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the timing circuit has a Up / down counter counting pulses from an oscillator (19) (18) and that the up / down counter (18) by the sequence control (20) to form the temperature difference value to be determined when recording the> o first measured temperature value on counting-up mode and when the second measured temperature value is recorded can be switched to countdown mode.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Temperaturdifferenzen gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 niedergelegten Art. boThe invention relates to a device for measuring temperature differences according to the preamble of claim 1 laid down Art. bo
Bei derartigen bekannten Vorrichtungen wird an die beiden Thermistornetzwerke gleichzeitig eine konstante Spannung angelegt, so daß durch jedes von ihnen ein durch die zugehörige Temperatur eindeutig bestimmter Strom fließt, der im Mikroamperebereich liegt. Daher ist jedem der beiden Thermistornetzwerke ein Operationsverstärker nachgeschaltet, dessen Ausgangsisgnal sich proportional zum Eingangsstrom ändert. Um die gesuchte Temperaturdifferenz zu erhalten, werden die beiden auf diese Weise vorverstärkten Signale einem differenzbildenden Glied, beispeilsweise einem Differenzverstärker mit der Verstärkung 1 zugeführt, dessen Ausgangssignal dann nochmals nachverstärkt werden muß, bevor das so erhaltene, zur gesuchten Temperaturdifferenz proportionale Analogsignal einem Anaiog/Digital-Wandler zugeführt und von dieserr in einen digitalen Meßwert umgesetzt werden kann.In such known devices, a constant is applied to the two thermistor networks at the same time Voltage is applied so that through each of them one uniquely determined by the associated temperature Current flows that is in the microampere range. Therefore, each of the two thermistor networks is an operational amplifier downstream, the output signal of which changes proportionally to the input current. To the To obtain the temperature difference sought, the two signals preamplified in this way become one difference-forming member, for example a differential amplifier with the gain 1 supplied, whose The output signal then has to be amplified again before the temperature difference thus obtained for the sought-after temperature difference proportional analog signal from an analog / digital converter can be supplied and converted by this into a digital measured value.
Diese bekannte Meßvorrichtung hat den Nachteil, daß sie gegen Drifterscheinungen der verwendeten Operationsverstärker außerordentlich empfindlich ist, so daß zur Erzielung brauchbarer erfolgen oder ein sehr hoher schaltungstechnischer Aufwand zur Vermeidung bzw. Kompensation der Drifteffekte getrieben werden muß.This known measuring device has the disadvantage that it is used against drift phenomena Operational amplifier is extremely sensitive, so that to achieve more useful or a very high circuit complexity to avoid or compensate for the drift effects got to.
Dies führt neben einer Erhöhung der Kosten zu dem weiteren Nachteil einer relativ hohen Stromaufnahme der gesamten Meßanordnung, wodurch ein Batteriebetrieb wirtschaftlich uninteressant wird, da sich der Energievorrat von eine brauchbare Größe besitzenden Batterien viel zu schnell erschöpft und ein Absinken der Versorgungsspannung rasch zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führt.In addition to an increase in costs, this leads to the further disadvantage of a relatively high power consumption the entire measuring arrangement, which makes battery operation economically unattractive because the The energy supply of a usable size battery depleted far too quickly and a drop in the Supply voltage quickly leads to a falsification of the measurement results.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die einen möglichst einfachen, nur wenige aktive Bauelemente umfassenden und daher eine geringe Stromaufnahme erfordernden Aufbau besitzt und dabei gleichzeitig gegen Drift- und Störeinflüsse weitgehend unempfindlich ist.In contrast, the invention is based on the object of providing a measuring device of the type described at the outset Art to create the simplest possible, only a few active components and therefore has a low power consumption construction and at the same time against drift and Is largely insensitive to interference.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.To achieve this object, the invention provides the features summarized in claim 1.
Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine einkanalige Meßanordnung geschaffen, in der die beiden zur Messung einer Temperaturdifferenz erforderlichen Thermistornetzwerke nicht gleichzeitig, sondern nacheinander aktiviert werden, was mit Hilfe der Schalteranordnung geschieht, die von Analogschaltern z. B. MOS-Feldeffekttransistoren gebildet sein kann, die mit außerordentlich kleinen Strömen steuerbar sind. Dies ermöglicht es, beide Thermistornetzwerke parallel an ein und dieselbe Meßschaltung zu legen, wodurch sämtliche mit einem unterschiedlichen Driften der beiden Meßkanäle der bekannten Vorrichtung verbundenen Probleme vermieden werden und der bei der bekannten Meßvorrichtung zur Beseitigung dieser Probleme erforderliche Schaltungsaufwand entfällt.By these measures according to the invention, a single-channel measuring arrangement is created in which the two thermistor networks required to measure a temperature difference not at the same time, but rather are activated one after the other, which is done with the help of the switch arrangement that of analog switches z. B. MOS field effect transistors can be formed, which can be controlled with extremely small currents. This makes it possible to put both thermistor networks in parallel to one and the same measuring circuit, whereby all associated with a different drift of the two measuring channels of the known device Problems are avoided and that in the known measuring device for eliminating these There are no problems with the circuitry required.
Darüberhinaus werden durch die erfindungsgemäße Anordnung jedoch auch die Drifterscheinungen des verbleibenden einen Meßkanals, soweit sie überhaupt auftreten in ihrem Einfluß auf das Meßergebnis eliminiert. Dies geschieht dadurch, daß der durch das jeweils an der Einprägespannung liegende Thermistornetzwerk fließende, außerordentlich kleine, ein Maß für die Temperatur des Thermistornetzwerkes darstellende Strom direkt zur Steuerung einer steuerbaren Konstantstromeinprägungseinrichtung verwendet wird, die an ihrem Ausgang denselben Strom abgibt, der ihr am Steuereingang zugeführt wird, dabei aber, anders als der sie steuernde Thermistor, ausgangsseitig einen nahezu unendlich hohen Innenwiderstand aufweist. Dadurch wird erreicht, daß in den ihr nachgeschalteten Ladekondensator ein von der Temperatur des Thermistors abhängiger, konstanter Strom eingeprägt wird, so daß die an diesem Kondensator abfallende Spannung während des Ladevorgangs nicht nach der sonst üblichen e-Funktion, sondern linear mit der ZeitIn addition, however, the drift phenomena of the remaining one measuring channel, insofar as they occur at all in their influence on the measurement result eliminated. This is done by the fact that the thermistor network connected to the impressing voltage flowing, extremely small, representing a measure of the temperature of the thermistor network Current directly to control a controllable constant current injection device is used, which emits the same current at its output that is fed to it at the control input, but different from the it controlling thermistor, has an almost infinitely high internal resistance on the output side. Through this it is achieved that in the downstream charging capacitor one of the temperature of the thermistor dependent, constant current is impressed, so that the voltage drop across this capacitor during the charging process, not according to the usual e-function, but linearly with time
ansteigtincreases
Der dem Ladekondensator nachgeschaltete Komparator vergleicht die von Null aus ansteigende Kondensatorspannung mit einer Referenzspannung, die in einem fest vorgegebenen Verhältnis zur Einprägespannung steht, was z. B. mit Hilfe eines Spannungsteilers erreicht werden kann, der aus ausgewählten Widerständen mit einer geringen Alterungsneigung und sehr kleinem Temperatur-Widerstands-Koeffizienten (Metallschichtwiderstände) bestehtThe comparator connected downstream of the charging capacitor compares the capacitor voltage, which increases from zero with a reference voltage that has a fixed predetermined ratio to the impression voltage stands what z. B. achieved with the help of a voltage divider can be that of selected resistors with a low tendency to age and very small Temperature resistance coefficients (metal film resistances)
Bei Gleichheit seiner beiden Eingangsspannungen gibt der Komparator ein Signal ab, das eine seit dem Beginn des Ladevorgangs laufende Zeitmessung beendet; der so gewonnene, die zu messende Temperatur darstellende Zeitmeßwert, der nach Anspruch 2 vorteilhaft, aber nicht notwendig in digitaler Form z. B. dadurch gewonnen wird, daß die im auszumessenden Zeitraum auftretenden Schwingungsperioden eines hochfrequenten Quarzoszillators abgezählt werden, wird dann so lange gespeichert, bis ein entsprechender Meßwert für das zweite, auf der anderen Temperatur liegende Thermistornetzwerk für die gewünschte Differenzbildung zur Verfügung steht.If its two input voltages are the same, the comparator emits a signal that has been one since Start of the charging process, current time measurement ended; the temperature thus obtained, the temperature to be measured representative timing value, which is advantageous according to claim 2, but not necessary in digital form, for. B. is obtained in that the oscillation periods occurring in the period to be measured one high-frequency crystal oscillator are counted, is then stored until a corresponding Measured value for the second thermistor network at the other temperature for the desired one Difference formation is available.
Der Zusammenhang zwischen der zu messenden Temperaturdifferenz und der gemessenen Zeitdifferenz läßt sich mathematisch durch folgende Gleichungen darstellen:The relationship between the temperature difference to be measured and the measured time difference can be represented mathematically by the following equations:
Nimmt man an, daß das eine der beiden Thermistornetzwerke sich auf der Temperatur Ti befindet, so gilt für den veränderbaren Widerstand dieses Thermistor- jo netzwerkes die GleichungIf one assumes that one of the two thermistor networks is at the temperature Ti, then the following applies the equation for the variable resistance of this thermistor network
Ri = Z)1 - M\TX (1) Ri = Z) 1 - M \ T X (1)
An diesem Widerstand wird nun die Einprägespannung Uan angelegt, so daß durch ihn der StromThe impression voltage Uan is now applied to this resistor so that the current flows through it
(2)(2)
fließt. Dieser Strom wird in unveränderter Weise durch die Konstantstromeinprägungseinrichtung dem Ladekondensator zugeführt, für dessen von Null aus ansteigende Spannung U1 zu einem beliebigen Zeitpunkt t gilt:flows. This current is fed in an unchanged manner by the constant current injection device to the charging capacitor, for whose voltage U 1 , which increases from zero at any point in time t, applies:
wobei Q(i) die zum. Zeitpunkt / auf dem Kondensator befindliche Ladung ist.where Q (i) is the for. Point in time / charge on the capacitor.
Zeigt der Komparator zum Zeitpunkt Z1 an, daß die Kondensatorspannung U1 gleich der Referenzspannung U„f ist, so gilt alsoIf the comparator indicates at time Z 1 that the capacitor voltage U 1 is equal to the reference voltage U "f , then the following applies
Löst man die Gleichung (4) nach Z1 auf und setzt für Ζ, den Wert aus Gleichung (2) ein, so erhält manSolving equation (4) for Z 1 and substituting the value from equation (2) for Ζ, one obtains
Uni ■Uni ■
un u n
(5)(5)
oder, da £/„„ und Unf zueinander streng proportional sind (Proportionalitätsfaktor ρ)or, since £ / "" and U nf are strictly proportional to each other (proportionality factor ρ )
ρ - ρ -
(6)(6)
In entsprechender Weise gilt für den auf der Temperatur T2 liegenden zweiten ThermisatorThe same applies to the second thermizer at temperature T 2
I2 =p C(Z)2-M2F2), I 2 = p C (Z) 2 -M 2 F 2 ),
(7)(7)
so daß sich für die interessierende Temperaturdifferenz A Tdie Beziehungso that for the temperature difference A T of interest there is the relationship
AT=T2-T1 = AT = T 2 -T 1 =
I
pC I.
pC
h_ M2 h_ M 2
A/, M2 A /, M 2
1 M1 / (8) 1 M 1 / (8)
ergibt.results.
Da im Hrndel ohne weiteres gepaarte Thermistoren erhältlich sind, deren Parameter M\ und M2 bzw. b\ und bi über den gesamten Meßbereich sehr genau übereinstimmen, ist die gesuchte Temperaturdifferenz zur gemessenen Zeitdifferenz t?—1\ streng proportional, wobei der Proportionalitätsfaktor \ IpCMx^2 nur von Bauelemente-Parametern abhängt, die bei geeigneter Auswahl der Bauelemente praktisch keinerlsi Driftoder Alterungserscheinungen unterworfen sind.Since paired thermistors are readily available in the Hrndel, the parameters of which M \ and M 2 or b \ and bi coincide very precisely over the entire measuring range, the temperature difference sought is strictly proportional to the measured time difference t? -1 \ , whereby the proportionality factor \ IpCMx ^ 2 depends only on component parameters which, with a suitable selection of the components, are practically not subject to any drift or aging phenomena.
Insbesondere ist von Bedeutung, daß in das so gewonnene Meßergebnis die absoluten Größen der Einprägespannung und der Referenzspannung nicht t>o mehr eingehen, so daß auch eine bei längerem Gebrauch langsam abfallende Batteriespannung keine störenden Einflüsse auszuüben vermag.In particular, it is important that in the measurement result obtained in this way, the absolute values of the Impression voltage and the reference voltage not t> o come in more, so that even a slowly falling battery voltage with prolonged use does not have any disturbing effects Able to exert influences.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt die einzige Figur das Blockschaltbild der Vorrichtung zur Messung von Temperaturdifferenzen,The invention is described below using an exemplary embodiment with reference to the drawing described. In this the single figure shows the block diagram of the device for measuring Temperature differences,
Bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Thermistornetzwerke 10, 11 jeweils der Reihe nach an die feste, von einer nicht dargestellten Operationsverstärkerschaltung gelieferte Einprägespannung Udn mit Hilfe einer Analogschalteranordnung 13 anlegbar, wobei eine Ablaufsteuerung 20 die Analogschalter 13 beispielsweise so betätigt, daß zuerst das der niedrigeren Temperatur ausgesetzte Thermistornetzwerk 10 und dann das der höheren Temperatur ausgesetzte Therrnistornetzwerk 11 mit der Einprägespannungsquelle verbunden wird.In the case of the FIG. 1, thermistor networks 10, 11 can be applied one after the other to the fixed impression voltage Ud n supplied by an operational amplifier circuit (not shown) with the aid of an analog switch arrangement 13, a sequence controller 20 actuating the analog switches 13, for example, so that the one exposed to the lower temperature is the first Thermistor network 10 and then the thermistor network 11 exposed to the higher temperature is connected to the impression voltage source.
Ist das Thermistornetzwerk 10 mit der Einprägespannungsquelle verbunden, so fließt durch das Thermistornetzwerk 10 ein von der betreffenden Temperatur abhängiger Strom, der nach der obigen Gleichung (2) mit kleiner werdender Temperatur fällt und mit steigender Temperatur wächst. Dieser Strom wird einer nachgeschalteten Konstantstromeinprägungseinrichtung 14 über eine Leitung 9 zugeführt und steuert diese Konstantstromeinprägungseinrichtung 14 so, daß sie für einen zwischen ihre Ausgangsklemmen geschaltetenIf the thermistor network 10 is connected to the impression voltage source, then flows through the thermistor network 10 is a current depending on the temperature in question, which according to the above equation (2) falls with decreasing temperature and increases with increasing temperature. This stream becomes one downstream constant current impressing device 14 is supplied via a line 9 and controls this Constant current impressing device 14 so that it is connected for one between its output terminals
Ladekondensator 15 einen ebenfalls die zu messende Temperatur eindeutig darstellenden, konstanten Ladestrom liefert.Charging capacitor 15 also clearly represents the temperature to be measured, constant charging current supplies.
Nun wird ein den Ladekondensator 15 zur Entladung kurzschließender Schalter 16 von der Ablaufsteuerung 20 geöffnet, und es beginnt sich eine Spannung am Ladekondensator 15 aufzubauen, die mit der Zeit linear anwächst. Die Kondensatorspannung Uc wird einem Komparator 17 zugeführt. Erreicht die Kondensatorspannung die am zweiten Eingang des Komparators 17 i<> vorgegebene Referenzspannung Urcf, so gibt der Komparator ein Schaltsignal zum Anhalten eines Zählers 18 ab, der in dem Zeitpunkt gestartet wurde, in dem der Schalter 16 zur Freigabe der Konstantstromaufladung des Ladekondensators 15 geöffnet worden war. \ -, Da hier zunächst die zu einem kleineren Ladestrom, d. h. einer längeren Ladezeit führende niedrigere Temperatur gemessen werden sollte, war durch die Ablaufsteuerung 20 der Zähler 18 in den Betriebszustand »Aufwärtszählen« geschaltet worden. ?(iA switch 16 which short-circuits the charging capacitor 15 for discharging is now opened by the sequence control 20, and a voltage begins to build up on the charging capacitor 15, which increases linearly over time. The capacitor voltage U c is fed to a comparator 17. If the capacitor voltage reaches the reference voltage U r cf specified at the second input of the comparator 17 i <>, the comparator emits a switching signal to stop a counter 18, which was started at the time when the switch 16 to enable the constant current charging of the charging capacitor 15 had been opened. \ -, Here, since the first to a smaller charging current, a longer charging time that is leading lower temperature should be measured had been switched by the flow controller 20 of the counter 18 'to the operating state count up ". ? ( i
Bei richtiger Wahl der von einem quarz-gesteuerten Oszillator 19 abgegebenen Zählertaktfrequenz, geeigneter Festlegung der Einprägespannung Uem und entsprechender Auswahl des Ladekondensators 15 sowie der Referenzspannung LVc/wird erreicht, daß im 1-, Meßergebnis jeder digitale Zählerschritt einem definierten Wert in der Dezimalskala der Temperaturmessung entspricht. So ist es beispielsweise mit handelsüblichen Bauelementen möglich, einen Temperaturwert mit ± 0,1° K Genauigkeit digital zu erhalten. J(l With the correct choice of the counter clock frequency emitted by a quartz-controlled oscillator 19, suitable definition of the impression voltage U em and appropriate selection of the charging capacitor 15 and the reference voltage LVc /, it is achieved that in the 1-, measurement result each digital counter step has a defined value in the decimal scale Temperature measurement. For example, with commercially available components it is possible to digitally obtain a temperature value with an accuracy of ± 0.1 ° K. J (l
Auf diese Weise wird aus einer Temperaturmessung eine Zeitmessung, denn es wird die Zeit gemessen, die vergeht, bis die Ladekondensatorspannung nach öffnen des Schalters 16 die dem Zweiten Eingang des Komparators 15 zugeführte Referenzspannung Urcf js erreicht hat.In this way, a temperature measurement becomes a time measurement, because the time is measured which elapses until the charging capacitor voltage has reached the reference voltage U rc f js supplied to the second input of the comparator 15 after the switch 16 has been opened.
In dem digitalen Ergebnis ist eine Konstante erhalten, die von der Größe des Ladekondensators 15 sowie von der Einprägespannung i/„n und der Referenzspannung Ure! abhängt, wobei diese Konstante proportional zur 4η Referenzspannung LWund umgekehrt proportional zur Einprägespannung UCm und außerdem noch proportional zum Widerstandswert b\ des linearisierten Thermistornetzwerkes 10 bei 0° C = 273° K ist.The digital result contains a constant that depends on the size of the charging capacitor 15 and on the impression voltage i / n and the reference voltage Ure! This constant is proportional to the 4η reference voltage LW and inversely proportional to the impression voltage U C m and also proportional to the resistance value b \ of the linearized thermistor network 10 at 0 ° C = 273 ° K.
Außerdem ist in dem digitalen Ergebnis auch der an dem Temperaturfühler 10 anliegende niedrigere Temperaturwert enthalten, der mit einem konstanten Faktor versehen ist, der seinerseits wiederum proportional zur Kapazität C sowie zur Referenzspannung Un/ und umgekehrt proportional zur Einprägespannung U^n ist. aber außerdem noch proportional zur Steigung M\ der Widcrstäridsternpcraturgeradcn des iincansjcrtcn Thermistornetzwerkes ist (s. obige Gleichung (5)).In addition, the digital result also contains the lower temperature value applied to the temperature sensor 10, which is provided with a constant factor, which in turn is proportional to the capacitance C and to the reference voltage U n / and inversely proportional to the impression voltage U ^ n . but in addition it is proportional to the slope M \ of the strong star temperature straight line of the inconsistent thermistor network (see above equation (5)).
Nach Erhalt des die niedrigere Temperatur darstellenden Meßergebnisses wird dieselbe Messung mit dem Temperaturfühler im zweiten Thermistornetzwerk 11, der der höheren Temperatur ausgesetzt ist, durchgeführt, wobei nun von der Ablaufsteuerung 20 über die Analogschalteranordnung 13 die Einprägespannung Ucm an das Thermistornetzwerk 11 gelegt und düber dieselbe Konstantstromeinprägungseinrichtung 14 derselbe Ladekondensator 15 wie oben aufgeladen wird. Dieses Mal aber ist der Zähler 18 auf die Betriebsart »Abwärtszählen« geschaltetAfter receiving the measurement result representing the lower temperature, the same measurement is carried out with the temperature sensor in the second thermistor network 11, which is exposed to the higher temperature, with the impressing voltage Ucm now being applied to the thermistor network 11 by the sequence control 20 via the analog switch arrangement 13 and via the same constant current impressing device 14 the same charging capacitor 15 is charged as above. This time, however, the counter 18 is switched to the "counting down" mode
Das nach Abschluß dieses zweiten Meßvorgangs erhaltene digitale Zählergebnis beinhaltet nun nur noch einen Wert, der direkt proportional der Differenz AT der an den beiden Temperaturfühlern herrschenden verschiedenen Temperaturen ist. Die Proportionalitätskonstante hierbei ist proportional zur Referenzspannung Urcf und umgekehrt proportional zur Einprägespannung Uein, sowie proportional zur Kapazität Cund zur Steigung Λίι_2 der Widerstandstemperaturgeraden der linearisierten Thermistornetzwerke 10,11.The digital counting result obtained after completion of this second measuring process now contains only one value which is directly proportional to the difference AT between the different temperatures prevailing at the two temperature sensors. The constant of proportionality here is proportional to the reference voltage Urcf and inversely proportional to the impression voltage Uein, as well as proportional to the capacitance C and to the slope Λίι_2 of the resistance temperature line of the linearized thermistor networks 10,11.
Bei geeigneter Auswahl des Ladekondensators 15 kann die Genauigkeit des Meßwertes nur noch von Änderungen des Steigungswertes M1,? der Widerstandstemperaturgerade beeinflußt werden. Ein Driften der Spannungsversorgung hat auf die Genauigkeit des Meßergebnisses keinen Einfluß, da die Spannungen i/e,„und LW von derselben Spannungsversorgung abgeleitet, d. h. zueinander streng proportional sind und Uret im Zähler und Uein im Nenner des Ausdrucks für die Proportionaiitätskonstante stehen.With a suitable selection of the charging capacitor 15, the accuracy of the measured value can only depend on changes in the slope value M 1 ,? the resistance temperature line can be influenced. A drifting of the voltage supply has no influence on the accuracy of the measurement result, since the voltages i / e , „and LW are derived from the same voltage supply, ie are strictly proportional to each other and U re t in the numerator and U e in in the denominator of the expression for the proportionality constant stand.
Nunmehr ist ein Wert für die Temperaturdifferenz Δ Τ in digitaler Form gegeben. Es ist außerdem noch möglich, die Temperatur eines jeden der beiden Meßfühler 10, 11 auch absolut zu messen. Zu diesem Zweck ist parallel zu den linearisierten Thermistornetzwerken 10, 11 ein Metallschichtwiderstand 12 vorgesehen, dessen Wert gleich dem Widerstand der beiden gleichen linearisierten Thermistornetzwerke 10, 11 bei O0C ist. Dieser Metallschichtwiderstand 12 wird zuerst aufgrund eines von der Ablaufsteuerung 20 kommenden Steuersignals durch die Analogschalteranordnung 13 an die Einprägespannung Uem gelegt und nach dem oben beschriebenen Verfahren ein digitaler Zählwert des auf den Betriebszustand »Aufwärtszählen« geschalteten Zählers 18 erhalten. Im zweiten Meßschritt wird das Thermistornetzwerk 10 oder U über die Analogschalteranordnung 13 an llem gelegt und der Zähler 18 in den Betriebszustand »Abwärtszähien« geschaltet Das erhaltene digitale Zählergebnis ist ein Maß für die am Meßfühler tatsächlich herrschende absolute Temperatur. A value for the temperature difference Δ Τ is now given in digital form. It is also possible to measure the temperature of each of the two measuring sensors 10, 11 also in absolute terms. For this purpose, a metal film resistor 12 is provided parallel to the linearized thermistor networks 10, 11, the value of which is equal to the resistance of the two same linearized thermistor networks 10, 11 at 0 ° C. This metal film resistor 12 is first applied to the impression voltage Uem by the analog switch arrangement 13 on the basis of a control signal coming from the sequence controller 20 and a digital count value is obtained from the counter 18 switched to the "counting up" operating state according to the method described above. In the second measuring step, the thermistor network 10 or U is connected to the analog switch arrangement 13 and the counter 18 is switched to the "counting down" operating state. The digital counting result obtained is a measure of the absolute temperature actually prevailing at the sensor.
Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung kann eine beliebige Anzahl von Meßfühlern 10, 11 ... η an denselben Meßkanal angeschlossen werden, deren Temperaturdifferenzen bzw. deren absolute Temperaturen über diesen einen Kanal ermittelt werden können.With the described circuit arrangement may include any number of sensors 10, 11 ... to the same measurement channel connected η, the temperature differences or their absolute temperatures can be determined on this one channel.
Es ist wichtig, daß der durch den Meßfühler fließende Strom so gewählt wird, daß er niemals den Wert übersteigt der zu einer Eigenerwärmung des Meßfühlers führen könnte, d. h. daß die Einprägespannung t/e/n so eingesteht wird, daß für die höchste zu messende Temperatur der Meßfühlerstrom unter dem Eigenerwärmungswert bleibtIt is important that the current flowing through the sensor is chosen so that it never exceeds the value that could lead to self-heating of the sensor, i.e. that the impression voltage t / e / n is admitted so that for the highest temperature to be measured the sensor current remains below the self-heating value
Wie man der Figur entnimmt ist in die von der Ablaufsteuerung 20 zum Starteingang des Zählers 18 und zum Steuereingang des Schäkers 16 führende Leitung ein Verzögerungsglied 21 eingeschaltet, das sicherstellt daß der jeweils angesteuerte Schalter der Analogschalteranordnung 13 auch wirklich geschlossen hat bevor der Kurzschlußschalter 16 geöffent und mit der Zählung der während der Ladezeit des Ladekondensators 15 vom quarzgesteuerten Oszillator 19 abgegebenen Impulse begonnen wird.As can be seen from the figure, from the sequence control 20 to the start input of the counter 18 and leading to the control input of the teaser 16 Line switched on a delay element 21, which ensures that the respectively controlled switch of the Analog switch arrangement 13 has actually closed before the short-circuit switch 16 opened and with the count of the output from the quartz-controlled oscillator 19 during the charging time of the charging capacitor 15 Impulse is started.
Die Ablaufsteuerung 20 steht unter der Kontrolle einer übergeordneten Steuereinheit 22, die auch dafür sorgt daß das nach Beendigung einer vollständigen Temperaturdifferenzmessung am Datenausgang des Zählers 18 erscheinende digitale Meßergebnis in einen Zwischenspeicher 23 übernommen und einer weiteren Verarbeitung, beispielsweise der Darstellung durch eine Anzeigeeinheit 24 zugeführt wird.The sequence control 20 is under the control of a higher-level control unit 22, which is also responsible for this ensures that after the completion of a complete temperature difference measurement at the data output of the Counter 18 appearing digital measurement result in a Buffer 23 taken over and a further processing, for example the representation by a Display unit 24 is supplied.
Hierzu 1 Blatt ZeichnuneenFor this 1 sheet of drawings
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