DE3016775C2 - Temperaturnachweissschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturnachweisschaltung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine bekannte Temperaturnachweisschaltung dieser Art ist in F i g. 1 wiedergegeben. Die Temperatursensoreinheit trägt das Bezugszeichen 14, die drei Anschlüsse die Bezugszeichen 1,2 und 3, der erste, zweite bzw. dritte Leiter die Bezugszeichen 11,12 bzw. 13 und der temperaturempfindliche Widerstand das Bezugszeichen 10. Die Referenzspannungsquelle ist mit 5 bezeichnet, der erste Widerstand mit 21, der zweite Widerstand mit 23 und der dritte Widerstand 22. Die an dem bzw. zwischen den Widerständen abgegriffenen Spannungen werden bei der bekannten Schaltung direkt einem Komparator 4 zugeführt, der diese beiden Spannungen auf Gleichheit miteinander vergleicht, wobei der zweite Widerstand 23 veränderbar ist, so daß die Temperatur des temperaturempfindlichen Widerstands 10, für die Gleichheit der Spannungen auftritt, veränderbar bzw. entsprechend einstellbar ist. Auf diese Weise ist das Auftreten einer bestimmten Temperatur meßbar. Eine genaue Temperaturmessung hat dabei zur Voraussetzung, daß der Einfluß der Widerstände der in der Brückenschaltung enthaltenen Leiter der Temperatursensoreinheit 14 zumindest weitgehend eliminiert ist. Dies ist für untereinander gleiche Leiterwiderstande der Temperatursensoreinheit dann der Fall, wenn der durch den temperaturempfindliehen Widerstand und den ersten Widerstand fließende Strom einerseits und der durch den zweiten und dritten Widerstand fließende Strom andererseits im abgeglichenen Zustand der Brücke einander gleich sind. Nun erweist sich aber, daß ein als zweiter Widerstand zur Einstellung der Nachweistemperatur einzusetzender veränderbarer Widerstand, der verschiedene Bedingungen wie niedrige Kosten, Genauigkeit, Linerarität usw. gleichzeitig erfüllt, wertmäßig oftmals ca. eine Größenordnung kleiner ist als der temperaturempfindliche Widerstand, so daß ein Abgleich der Brücke bei gleichen Strömen in den beiden Zweigen nicht möglich ist und sich auch nur für einen ca. eine Größenordnung größeren Strom durch ihn eine Variationsbreite der an ihm abgegriffenen Spannung ergibt, die der temperaturbedingten Variationsbreite der zwischen dem temperaturempfindlichen Widerstand und dem ersten Widerstand abgegriffenen Spannung entspricht. Bei unterschiedli-

chen Strömen in den beiden Zweigen der Brückenschaltung heben sich die Spannungsabfälle an den Leiterwiderständen aber nicht mehr weg.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Temperaturnachweisschaltung, bei welcher der Einfluß der Leiter der Temperatursensoreinheit zumindest weitgehend eliminiert ist und dabei die Variationsbreiten eines Widerstands zur Einstellung einer Nachweistemperatur i-nd des temperaturempfindlichen Widerstands unabhängig voneinander sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperaturnachweisschaltung, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist

Durch diese Ausbildung der Temperaturnachweisschaltung sind der Widerstand zur Einstellung der Nachweistempe;-<itur und der temperaturempfindliche Widerstand in ihren Eigenschaften völlig entkoppelt, da der veränderbare Widerstand zur Einstellung der Nachweistemperatur nicht mehr Teil der Brückenschaltung ist, wo der zweite Widerstand als Festwiderstand nunmehr ohne Schwierigkeiten so gewählt werden kann, daß die in den beiden Brückenzweigen fließenden Ströme von der gleichen Größenordnung bzw. für eine Referenztemperatur exakt gleich sind. Der veränderbare Widerstand zur Einstellung einer Nachweistemperatur ist nunmehr in einer zu der den temperaturempfindlichen Widerstand enthaltenden Brückenschaltung parallel geschalteten Spannungsteilerschaltung enthalten, die im übrigen immer so gewählt werden kann, daß sich für jeden gewählten veränderbaren Widerstand eine Variationsbreite der an ihm abgegriffenen Spannung ergibt, die derjenigen des temperaturempfindüchen Widerstands entspricht Insbesondere können also ohne Auswirkung auf die Kompensation der Einflüsse der Leiter der Temperatursensoreinheit als veränderbarer Widerstand auch Widerstände eingesetzt werden, die hinsichtlich ihrer Widerstandswerte größenordnungsmäßig kleiner als der temperaturempfindliche Widerstand sind.

Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt

F i g. 1 wie bereits erwähnt eine herkömmliche Temperaturnachweisschaltung, und

F i g. 2 eine Schaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Temperaturnachweisschaltung gemäß der Erfindung.

F i g. 2 zeigt als eine Ausführungsform der Erfindung eine Temperaturnachweisschaltung, bei welcher eine Dreileiter-Temperatursensoreinheit 100 mit einem ersten Leiter 111, einem zweiten Leiter 112 und einem dritten Leiter 113 sowie einem temperaturempfindlichen Widerstand 110, beispielsweise einem Platin-Widerstandselement, über einen ersten Anschluß 121, einen zweiten Anschluß 122 und einen dritten Anschluß 123 mit einer zugeordneten Schaltung 101 lösbar verbunden ist Die drei Leiter 111, 112 und 113 haben untereinander den gleichen Eigenwiderstandswert R_e und sind mit dem temperaturempfindlichen Widerstand 110, der einen Eigenwiderstandswert Rx hat, verbunden. Der erste Anschluß 121 ist mit einem Spannungsanschluß 53 verbunden, an den mittels einer Spannungsquelle 50 und einer dazu parallel liegenden Zener-Diode 51 eine Referenzspannung gelegt ist. Der Anschluß 122 ist mit einem Widerstand 32 und einem Widerstand 33 verbunden. Der Anschluß 123 ist mit einem einen beweglichen Kontakt 201 aufweisenden veränderbaren Widerstand 37 und einem Widerstand 31 verbunden. Zwischen dem Anschluß 53 und einem Anschluß 54 ist eine Spannungsteilerschaltung GO angeschlossen, die einen einen beweglichen Kontakt 203 aufweisenden veränderbaren Widerstand 34 zum Einstellen einer Temperatur, einen Widerstand 35 und einen veränderbaren Widerstand 36 enthält.

Ein mit einer Spannungsquelle 55 verbundener Verstärker 40, Eingangswiderstände 41, 42 und 43 sowie ein Rückkopplungswiderstand 44 bilden einen Addierer 45, der eine am beweglichen Kontakt 201 erscheinende erste Spannung Vi, eine am gemeinsamen Punkt 202 der Widerstände 32 und 33 erscheinende zweite Spannung V₂ und eine am beweglichen Kontakt 203 des Widerstandes 34 erscheinende dritte Spannung V3 summiert Die Widerstandswerte der Widerstände 41,42, 43 und 44 sind identisch. Der Addierer 45 ist so eingerichtet, daß er eine Ausgangsspanung V_ou, gemäß folgender Gleichung

V₀₁₁₁ --Vi+ V₂ + V₃ (1)

erzeugt

Der veränderbare Widerstand 37 ist zur Kompensation eines Offsets des Verstärkers 40 und von Abweichungen der Spannungsquelle oder der Widerstände vorgesehen. Daher muß, nachdem der veränderbare Widerstand 37 beim Zusammensetzen der Schaltung 101 einmal eingestellt worden ist, dieser nicht für jeden Temperaturnachweis erneut eingestellt werden.

Die einzelnen Widerstandswerte der Widerstände 31, 32 und 33 werden so bestimmt, daß, wenn der Widerstand 110 eine Referenztemperatur abfühlt, ein durch den Widerstand 110, den Leiter 113 und die Widerstände 37 und 31 fließender Strom /1 gleich einem durch den Leiter 112 und die Widerstände 32 und 33 fließenden Strom I₂ ist. Wenn der Strom /1 gleich dem Strom I₂ ist, ist ein an dem Leiter 113 entstehender Spannungsabfall R_c- /1 gleich einem am Leiter 112 entstehenden Spannungsabfall R_c- I₂, so daß sich die Spannungsabfälle über den Leitern 113 und 112 gegenseitig wegheben und vernachlässigt werden können, da die erste Spannung Vi und die zweite Spannung V₂, wie in der oben erwähnten Gleichung (1) gezeigt, als Eingangsspannung (— V, + V₂) auf den Addierer 45 gegeben werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist bei der Referenztemperatur der Widerstandswert des Widerstandes 32 im wesentlichen gleich dem Widerstandswert des Widerstandes 110, und der Widerstandswert des Widerstandes 31 ist im wesentlichen gleich dem Widerstandswert des Widerstandes 33. Ferner sind die Widerstandswerte der Widerstände 31 und 33 viel größer als die Widerstandswerte der Widerstände 110 und 32. Dementsprechend ist, selbst wenn die durch den Widerstand 110 abgefühlte Temperatur über einen bestimmten

Temperaturbereich variiert, eine Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes 110 viel kleiner als der Widerstandswert des Widerstandes 31, so daß die durch eine Änderung des Widerstandswertes R_x erzeugte Differenz zwischen den Strömen /, und I₂ in ihrer Bedeutung als Fehler für die Temperaturnachweisschaltung vernachlässigt werden kann.

Die Spannungsteilerschaltung 60 ist so ausgelegt, daß die der maximalen Änderung des Widerstandswertes R_x des Widerstandes 110 entsprechende maximale Änderung der ersten Spannung Vl gleich der maximalen Änderung der dritten Spannung V₃ ist, was heißt, daß eine Änderung J V_x der Spannung V, gleich einer Änderung JV₃ der Spannung V₃ gemacht werden kann. Die Widerstandswerte der Widerstände 35 und 36 werden also so bestimmt, daß der durch den Widerstand 34 fließende Strom /₃ eine der folgenden Gleichung genügende

ίο Spannung V₃ liefert:

Vom = - ViO + V₂ + V₃₀ = 0 (2)

wobei V_ou, die Ausgangsspannung des Verstärkers 40 ist, Vi₀ die Spannung Vi dargestellt, die erscheint, wenn !5 durch den Widerstand 110 die Referenztemperatur, beispielsweise 0⁰C, bei der sein Widerstandswert Rx = Rx₀ ist, abgefühlt wird, und V₃o die Spannung V₃ darstellt, wie sie erscheint, wenn der veränderbare Widerstand 34 auf eine der durch den Widerstand 110 abgefühlten Referenztemperatur entsprechende Referenztemperaturstellung eingestellt ist.

Bauteile, die in der Schaltung der F i g. 2 verwendet werden können und obige Gleichungen (1) und (2) erfüllen, sind die folgenden. Es ist zu beachten, daß die einzelnen unten aufgelisteten Widerstandswerte allein als Beispiel gedacht sind und sich die Erfindung nicht darauf beschränkt:

Widerstandswert R_x(InOhm): 100bei 0⁰C,60bei -100°C, 139bei +100⁰C

Widerstandswert des Widerstandes 32 = 100 Ohm

Widerstandswert des Widerstandes 31 «6 Kiloohm

Widerstandswert des Widerstandes 33 «6 Kiloohm

Widerstandswert des Widerstandes 34 =20 Ohm (max.)

Widerstandswert des Widerstandes 35 «2 Kiloohm

Widerstandswert des Widerstandes 36 = 500 Ohm (max.)

Wenn der Widerstand 34 auf eine einer gewünschten Nachweistemperatur f°C entsprechende Stellung eingestellt ist, gilt also die folgende Gleichung für die Spannung V₃:

V₃ = V-o + JV₃ (3)

Ferner gilt, wenn der temperaturempfindliche Widerstand 110 die Temperatur i°C abfühlt und der Widerstandswert R_x zu Rx, wird, die folgende Gleichung für die Spannung Vl:

V₁ = V₁₀ + JV, (4)

Wie oben beschrieben, ist mittels der Schaltung 60 die Änderung JV₃ gleich der Änderung JVi gemacht, so daß die obige Gleichung (1) folgendermaßen umgeschrieben werden kann:

V_oul (V₁₀ + JV₁) +V₂ + (V₃₀ + JV₃) = - V₁₀ + V₂ + V₃₀ = 0 (5)

Die Ausgangsspannung V_ou, (= 0) des Verstärkers 40 kann auf eine weitere (nicht gezeigte) geeignete zugehörige Schaltung gegeben werden, damit angezeigt wird, daß die durch den Widerstand 34 eingestellte Temperatur gleich der durch den Widerstand 110 abgefühlten Temperatur ist

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die Schaltung der F i g. 2 durch eine bloße Einstellung des veränderbaren Widerstands 34 einen Temperaturnachweis ergibt, der unabhängig sowohl von den Eigenwiderständen der Leiter der Temperatursensoreinheit 100 als auch der Differenz zwischen den maximalen Widerstandswerten der Widerstände 110 und 34 ist. Gemäß vorliegender Ausführungsform ist der Anschluß 121 mit einer unabhängigen Spannungsquelle, die von der Spannungsquelle des Addierers 45 verschieden ist, verbunden, so daß die Genauigkeit des Temperaturnachweises durch die Schaltung der F i g. 2 sehr stabil ist. Der veränderbare Widerstand (34) zum Einstellen einer Nachweistemperatur kann jeder herkömmliche veränderbare Widerstand sein, dessen Widerstandswert unter demjenigen des temperaturempfindlichen Widerstandes liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Temperaturnachweisschaltung mit einer Dreileiter-Temperatursensoreinheit, weiche drei Anschlüsse aufweist, wobei der erste Anschluß über einen ersten Leiter mit dem einen Ende eines temperaturempfindlichen Widerstands, der zweite Anschluß über einen zweiten Leiter mit dem gleichen Ende des temperaturempfindlichen Widerstands und der dritte Anschluß über einen dritten Leiter mit dem anderen Ende des temperaturempfindlichen Widerstands verbunden ist, mit einer Referenzspannungsquelle, deren einer Spannungsanschluß mit mit dem ersten Anschluß und deren zweiter Spannungsanschluß über einen ersten Widerstand mit dem dritten Anschluß verbunden ist, mit einem zweiten und einem dritten Widerstand, welche zwischen dem zweiten Spannungsanschluß und dem zweiten Anschluß in Reihe geschaltet sind, wobei eine Spannung zwischen dem zweiten und dritten Widerstand und eine weitere Spannung am ersten Widerstand abgegriffen wird und die Spannungen einem auf den Unterschied der beiden Spannungen ansprechenden Element zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Widerstand (31,37; 32; 33) so gewählt sind, daß der durch den zweiten Leiter (112) fließende Strom (I₂) und der durch den dritten Leiter (113) fließende Strom (It) im wesentlichen einander gleich sind, daß eine einen veränderbaren Widerstand (34) aufweisende Spannungsteilerschaltung (60) zwischen den Spannungsanschlüssen der Referenzspannungsquelle (50) vorgesehen ist, und daß das auf den Unterschied der beiden Spannungen ansprechende Element als summierende Verstärkungseinrichtung (45) ausgebildet ist, welche neben der zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand abgegriffenen Spannung (V₂) und der am ersten Widerstand abgegriffenen Spannung (V₁) die am veränderbaren Widerstand (34) abgegriffene Spannung erhält und die Summe aus der am veränderbaren Widerstand (34) abgegriffenen Spannung (Vi), der zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand abgegriffenen Spannung (V₂) und dem negativen der am ersten Widerstand abgegriffenen Spannung (Vi) bildet, wobei die Spannungsteilerschaltung so ausgelegt ist, daß die Variationsbreite der am veränderbaren Widerstand abgegriffenen Spannung entsprechend der durch die Widerstandsvariationsbreite des temperaturempfindlichen Widerstands (110) gegebenen Variationsbreite der am ersten Widerstand abgegriffenen Spannung gemacht werden kann.

2. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Widerstandwert des veränderbaren Widerstands (34) kleiner als derjenige des temperaturempfindlichen Widerstands (HO) ist

3. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand (34) so einstellbar ist, daß die an ihm abgegriffene Spannung (V3) zusammen mit der am ersten Widerstand (31,37) abgegriffenen Spannung (V₁ ) und der zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand (32; 33) abgegriffenen Spannung (V₂) eine Null-Ausgangsspannung an der summierenden Verstärkungseinrichtung (45) erzeugt.

4. Temperaturnachweisschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (50) von einer mit der summierenden Verstärkungseinrichtung (45) verbundenen Spannungsquelle (55) unabhängig ist.

5. Temperaturnachweisschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (3i, 37) den gleichen Widerstandswert wie der dritte Widerstand (33) hat, daß der zweite Widerstand (32) einen Widerstandswert hat, der gleich dem Widerstandswert des temperaturempfindlichen Widerstands (110) bei Referenztemperatur ist, und daß die Widerstandswerte des ersten und des dritten Widerstands größer als diejenigen des temperaturempfindlichen und des zweiten Widerstands sind.