DD206176A3

DD206176A3 - Verfahren und schaltungsanordnung zur temperaturmessung

Info

Publication number: DD206176A3
Application number: DD22937281A
Authority: DD
Inventors: Dieter Dr Ing Artymiak; Peter Dr Ing Maschotta; Ralph Dipl Ing Nicolaschek
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1984-01-18
Also published as: DE3200353A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung, wodurch ermoeglicht wird, die Temperatur mit hoher Genauigkeit in einem grossen Variationsbereich zu erfassen. Dabei war es Ziel, die Ermittlung der Messwerte ohne weiteren Abgleichaufwand durchzufuehren und die auf die Messwertermittlung stoerenden Einfluesse weitestgehend zu vermeiden. Erfindungsgemaess wird an eine Reihenschaltung , bestehend aus einem Vorwiderstand, einem Endwertwiderstand, einem auf Messtemperatur und einem auf Umgebungstemperatur liegenden Messfuehler, kurzzeitig eine konstante Spannung gelegt. Die zur Messwertermittlung notwendigen Teilspannungen werden in Impulsanzahlen ueberfuehrt. Messwert und Endwert werden aufeinander normiert. Nach Entnormierung an der auf denselben Endwert normierten Fuehlerkennlinie ist der Messwert angebbar. Die Erfindung ist ueberall dort einsetzbar, wo Temperaturen genau und in grossem Variationsbereich ermittelt werden sollen, beispielsweise in der Prozessmesstechnik und der automatisierten Verfahrenstechnik. Nach Einsatz anderer geeigneter Messfuehler lassen sich auch weitere technisch-physikalische Groessen messtechnisch erfassen.

Description

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Verfahren und Schaltungsanordnung, zur Tempera-

CS türmessung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung gestattet die Messung der Temperatur mit hoher Genauigkeit in einem großen Variationsbereich. Sie ist einsetzbar überall dort, wo Temperaturen über einen Fühler, dessen Aasgangsgröße sich letztlich als elektrische Spannung darstellen läßt, erfaßbar sind und die Meßergebnisse digital verarbeitet bzw· angezeigt werden sollen. Als Beispiel seien die Einsatzgebiete in der Medizin, der Prozeßmeßtechnik bis hin zu der automatisierten Verfahrenstechnik genannt. Darüber hinaus ist durch den Einsatz geeigneter Fühler auch die hochgenaue Ermittlung von im Wertebereich stark variierenden anderen technisch-physikalischen Größen möglich und zweckmäßig·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Uach DE OS 2910608 ist ein Meßgerät für Temperaturmessungen bekannt, bei dem eine parallele Anordnung der Temperaturmeßwiderstände, an die über parallele Schalter eine Konstantstromquelle geschaltet wird, benutzt wird· Nachteile dieser Lösung sind, daß durch die parallele Anordnung Stromdifferenzen auftreten können, daß eine Koristantstromquelle erforderlich ist und daß keine selbsttätige Offset- und Driftkorrektur vorgesehen bzw·

η η s π π λ η O α .,. O ο O D Π ί

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möglich ist.

Weiterhin ist nach. DE OS 24 52 746 ein Verfahren zur Auswertung von Temperaturmessangen bekannt, bei dem in einem ersten Schritt bei kurzgeschlossenem Eingang ein am Ausgang eines AD-Wandlers auftretender Driftwert ermittelt wird, in einem zweiten. Schritt die Meßspannung eines Thermoelementes analogdigital gewandelt wird und daß in einem dritten Schritt die Brückenspannung einer Brücke mit Widerstandsthermometer und Konstantstromspeisung digitalisiert wird, wobei im zweiten und dritten Schritt eine Linearisierung erforderlich ist· lachteile sind hierbei, daß keine vollständige Offset- und Drifterfassung vorgenommen wird, daß das Widerstandsthermometer in einer Brückenschaltung arbeitet, daß eine Konstantstromquelle erforderlich ist und daß eine Linearisierung durchgeführt werden muß·

Das des weiteren in DE OS 26 17 012 beschriebene Verfahren zur Auswertung von Temperaturmess_aungen baut in seinen Grundzügen auf DE OS 24 52 746 auf und entspricht im wesentlichen der hierzu getroffenen Charakteristik*

Ziel .der Erfindung

Ss ist daher Ziel der Erfindung, ein Verfahren mit einer zugehörigen Schaltungsanordnung anzugeben, das gestattet,

die Temperatur bei Vermeidung der Nachteile bekannter Lösungen über einen weiten Wertebereich genau zu ermitteln und das Ergebnis digital anzuzeigen bzw· weiterzuverarbeiten. Dabei ist es weiterhin Ziel, die Ermittlung der Meßwerte ohne weiteren Abgleichaufwand durchzuführen sowie die auf die Meßwert ermittlung störenden Einflüsse, wie beispielsweise Offset-? Drift und Bauelementealterung, weitestgehend zu vermeiden·

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit deren Hilfe unter Verwendung an sich bekannter Baugruppen es möglich ist, :die Temperatur genau zu ermitteln·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einem von einem Mikrorechner gesteuerten Schalter eine Reihenschaltung, gebildet aus einem Vorwiderstand, einem Endwertwiderstand, einem auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler und einem auf Umgebungstemperatur liegenden Meßfühler, liegt· Die drei letztgenannten Schaltelemente sind in bekannter Weise mit einem Multipleser -verbunden, dessen Ausgang über einen Differenzverstärker auf einen Eingang eines Komparators arbei tet· Auf den anderen Eingang des Komparators arbeitet ein Integrator· Multiplexer und Integrator liegen ansteuermäßig am Mikrorechner, der des weiteren an den Ausgang des Komparators geschaltet ist· Der Mikrorechner ist mit einer Anzeige-Auswerteeinheit verbunden* Vom mikrorechnergesteuerten Schalter wird nun kurzzeitig eine für dieses Zeitintervall konstante Spannung an die Reihenschaltung gelegt· Sowohl während der Schließzeit des Schalters als auch bei geöffnetem Schalter wird vom Multiplexer nacheinander die Verbindung vom Endwertwiderstand und den beiden Meßfühlern zum Differenzverstärker hergestellt· Für jeden Pail eines durchgeschalteten Multiplexerxores wird folgende Signalverarbeitung realisiert. Von einem vom Mikrorechner vorgegebenen Zeitpunkt an beginnt der Integrator zu integrieren· Gleichzeitig beginnen Impulse in einen Zähler einzulaufen· Erreicht die Integratorspannung an dem einen Eingang des Komparators den Pegel, der aufgrund des jeweils durchgeschalteten MuItiplexertores am Ausgang des Differenzverstärkers am anderen Komparatoreingang anstehenden Spannung, so kippt der Komparator und beendet den Impulszählvorgang· Somit stehen für die Offset- und Driftspannungen bzw. die durch das Anlegen der Spannung an die Reihenschaltung über den Endwertwiderstand und die Meßfühler entstehende ΐeilspannungen jeweils entsprechende Impulsanzahlen zur Verfügung· Erfindungsgemäß entstehen je Abfragezyklus durch Sub-

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traktion der zueinander gehörenden Imp&lsanzahlen neue Impulsanzahlen, die offset- und driftbefreite Meßspannungen darstellen«, Hat der Endwertwiderstand den Endwert des gewünschten Meßbereiches und ist sein Temperaturbeiwert bekannt, so ist durch Einbeziehung der am auf Umgebungstemperatur liegenden Meßfühler anstehenden Spannung der vom auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler erreichbare Sndwiderstand als korrigierte Impulsanzahl bekannt, formiert man die einem Meßwert entsprechende Impulsanzahl auf diese dem Endwert'entsprechende korrigierte Impulsanzahl, so steht ein von weiteren Einflußgrößen befreiter normierter Meßwert zur Verfügung· Da im Mikrorechner die auf den gewünschten Meßbereichsendwert normierte Fühlerkennlinie gespeichert vorliegt, ist durch Vergleich eine Sntnormierung und Angabe des gemessenen Temperaturwertes möglich· Es ist bei Verwendung eines Spannongsnormals weiterhin möglich, den Meßfühler auf Meßtemperatur bezüglich seiner Stromklemmen 'durch einen Kurzschluß zu ersetzen und seine freigeschalteten Signalklemmen mit einem Thermoelement zu verbinden. Des weiteren ist es möglich, zwischen Bndwertwiderstand und Bezugspotential andere Meßwertaufnehmer, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, anzuordnen*.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung· Durch die am Schalter S angeschlossene Reihenschaltung, gebildet durch den Vorwiderstand Ry, den Endwertwiderstand Rg, den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Meßtemperatur Mfm in Vierieitersehaltung und den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Umgebungstemperatur Mfu, fließt aufgrund der angelegten Versorgungsspannung U kurzzeitig ein Strom· Durch den Multiplexer M, gesteuert durch den Mikrorechner MR,'werden in schneller Folge nacheinander die Teilspannungen über den Widerständen dem Differenzverstärker D, der auf dem Komparator K arbeitet, zugeführt. Dieser Zyklus wird bei geöffnetem Schalter S noch einmal wiederholt· Vom Mikrorechner MR gestartet, beginnt der Integrator I von einem Spannungspegel aus so lange zu integrieren, bis seine dem Komparator K zugeführte Ausgangsspannung den gleichen Pegel erreicht wie die Spannung, die aufgrund eines durchgeschalteten Tores des Multiplexers M am Ausgang des Differenzverstärkers D entsteht. Die Pegelgleichheit kippt den Komparator K. Dieses Kippsignal stoppt einen vom Startmoment begonnenen ZählVorgang im Mikrorechner MR· Somit steht letztlich für jede Durchschaltung des Multiplexers M, sowohl für geschlossenen als auch für geöffneten Schalter S, eine Impulsanzahl gespeichert zur Verfügung. Somit ist es möglich,- im Mikrorechner durch Subtraktion offset- und driftbefreite Meßwerte zu ermitteln«

STach Einbeziehung der Umgebungstemperatur, ermittelt durch den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Umgebungstemperatur Mfu sowie des im Wert als auch im Temperaturbeiwert bekannten Sndwertwiderständes R₁₇ wird eine.Normierung auf den Meßbereichsendwert durchgeführt, was einer Sleminierung der weiteren Einflußgrößen entspricht·

Der so aufbereitete Meßwert wird im Mikrorechner MR.mit einer gespeicherten, auf' den selben Sndwert normierten Fühlerkennlinie, verglichen· Der diesem Meßwert entsprechende Temperaturwert wird nach Entnormierung durch die Anzeige-Ausgabeeinheit A bereitgestellt·

Claims

229372 8 Erfindungsanspruch

1· Verfahren—" r_ zur Temperaturmessung, bei dem eine durch, einen Mikrorechner gesteuerte Integration durchgeführt wird, wobei gleichzeitig Impulse gezählt werden bis ein Komparator Pegelgleichheit zwischen einer einem Meßwert entsprechenden Spannung, die aufgrund eines durch Schaltelemente kurzzeitig und während dieses ZeitIntervalls konstant fließenden Stromes entsteht, und der Integratorspannung feststellt, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wert einer Meßspannung darstellenden Impulsanzahl um die Offset und Drift darstellende Impulsanzahl vermindert wird, daß die nun dem Meßwert entsprechende Impulsanzahl auf die dem Endwert entsprechende bezüglich der Umgebungstemperatur korrigierte Impulsanzahl.normiert wird, daß dieser Quotient mit der auf den Meßbereichsendwert normierten iPühlerkennlinie verglichen wird und daß in bekannter Weise durch Entnormierung der Meßwert ausgegeben wird-

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt T, bei dem ein Mikrorechner einerseits sowohl mit einer Anzeige-Ausgabeeinheit als auch mit einem einen Strompfad zu schließenden Schalter, andererseits mit einem Multiplexer und einem Integrator verbunden ist, wobei der Multipleser über einen Differenzverstärker, der Integrator direkt an einem Komparator liegt, wobei dieser mit dem Mikrorechner verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schalter (S) und dem Bezugspotential eine Reihenschaltung, bestehend aus dem Vorwiderstand (R_TT), so-

wie, jeweils mit dem Multipleser (M) verbunden, dem Endwertwiderstand (R-g), dem auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler Mfm), dem auf Umgebungstemperatur liegenden Meßfühler (Mfu), angeordnet ist.

3« Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2 bei Verwendung eines Spannungsnormals, dadurch gekennzeichnet, daß dar Meßfühler (Mfm) bezüglich seiner Stromklemmen durch einen Kurzschluß ersetzt ist und seine freigeschalteten Signalklemmen mit einem Thermoelement verbunden sind*

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4· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Endwertwiderstand (R_n,) und dem 3ezugspotential andere Meßwertaufnehmer, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, angeordnet sind*.

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