DD267317A1 - Verfahren zur temperaturmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung bei Einsatz von Konstantstromquellen als Temperatursensoren. Das Verfahren ist besonders geeignet zur Erfassung von Temperaturen, die in Heizungssystemen oder im Zusammenhang mit der Beheizung von Gebaeuden auftreten. Erfindungsgemaess wird ein erstes Spannungssignal erzeugt, das aus einer Impulsfolge von in der Breite modulierten Impulsen besteht. Dieses Impulssignal wird an eine temperaturabhaengige Konstantstromquelle gelegt. Die hier entstehenden Stromimpulse mit temperaturabhaengiger Amplitude erzeugen in einem Integrationsglied ein zweites Spannungssignal. Dieses zweite Spannungssignal wird mit einer passend zu waehlenden konstanten Referenzspannung verglichen. Das bei Spannungsgleichheit vorhandene aktuelle Impulsverhaeltnis wird als Mass fuer die zu ermittelnde Temperatur erfasst. Durch das Verfahren ist es moeglich, dass je Temperaturmessstelle nur ein Digitalausgang und fuer eine Summe von Temperaturmessstellen nur ein Digitaleingang eines digitalen Signalquellen- und Anzeigesystems, z. B. Mikrorechner, benoetigt werden. Dadurch lassen sich Temperaturmessungen mit wesentlich geringeren geraete- und schaltungstechnischem Aufwand als ueblich durchfuehren. Die erfindungsgemaess Schaltungsanordnung besteht aus der Serienschaltung, einer Signalquelle fuer das erste Spannungssignal (z. B. Mikrorechner), einer temperaturabhaengigen Konstantstromquelle, einem Integrator und einem Komperator, der mit einer passenden Referenzspannung beaufschlagt wird und dessen Ausgang durch eine Impulsleitung mit dem Signalquellen- und Anzeigesystem verbunden ist.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Temperaturmeßverfahren nebst Schaltungsanordnung zur Verfahrensdurchführung mit Einsatz von Konstantstromquellen als Temperatursensoren.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zur Erfassung von Temperaturen, die in Heizungssystemen oder im Zusammenhang mit der Beheizung von Gebäuden auftreten.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

in der Patent- und Fachliteratur sind eine Vielzahl von Methoden zur Temperaturmessung beschrieben. Danach ist es bekannt,

Brückenschaltungen mit temperaturabhängigen Widerständen (CH-PS 581.832, DE-OS 1.798.286) oder temperaturabhängigen Konstant-Stromquellen (DD-WP 242.090, US-PS 4.395.139) einzusetzen. Des weiteren ist bekannt, Temperaturmessungen durch Frequenzvergleich von Oszillatoren zu ermöglichen, indem eine Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit temperaturabhängiger Widerstände verändert wird (DE-PS 2.753.871, Ei¹O (AT) E 9.842, JA-OS 61-118.632). Die bekannten Temperaturmeßverfahren benötigon in der Regel jodoch beim Anschluß von Temperaturfühlern an ein digitales Auswertesystem einen Analog-Digital-Umsetzer (AT-PS 369.166, US-PS 4.505.600) und einen Analog-Multiplexer

(DE-OS 2.237.210). Dabei werden je nach Genauigkeit und Anzahl der zu untersuchenden Meßstellen eine Vielzahl von Ein- und

Ausgängen am digitalen Auswertesystem benötigt. Die Anwendung de^r Impulstechnik für die Auswertung von Temperaturmessungen (temperaturabhängige Widerstände) wird

z. B. in CH-PS 615.018 und US-PS 4.121.461 näher erläutert. Es werden hier in kurzen Zeitabständen zwei, der Tempt ratur proportionale Anzahl von gleichen Impulsen (Impulsketten) erzeugt. Bei Übereinstimmung odor geringer Differenz der Anzahl der Impulse der Impulsketten wird das Meßergebnis als konstant zur Anzeige gebracht.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung soll ein Temperaturmeßverfahren geschaffen werden, das mit geringem gerätetechnischen Aufwand und einfachen Mitteln ein zuverlässiges und hinreichend genaues Messen von Temperaturen, die z. B. in Heizungssystemtn vorhanden sind oder im Zusammenhang mit der Beheizung von Gebäuden zu erfassen sind, rr.öglich macht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend vom Erfindungsziel ergibt eich als Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Temperaturmessung nebst Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei dem eine temperaturabhängige Konstant-Stromquelle bei Anwendung der Impulstechnik so eingesetzt werden kann, daß zur Realisierung des Verfahrens je Temperaturmeßstelle nur ein Digitalausgang und für die gesamte Anzahl aller möglichen Temperaturmeßstellen nur ein Digitaleingang eines digitalen Auswerte- und Anzeigesystems erforderlich iind. Dadurch lassen sich Temperaturmessungen mit wesentlich geringerem geräte- und schaltungstechnischem Aufwand als üblich durchführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als digitales Auswerte- und Anzeigesystem ein Mikrorechner eingesetzt wird, der gleichzeitig in der Lage ist, über seine Digitalausgänge ein impulsmoduliertes erstes Spannungssignal zu erzeugen. Der Rechner erzeugt als digitale, programmierbare Signalquelle ei findungsgemäß eine Impulsfolge von in der Breite modulierten Impulsen. Als Impulsvorhältnis Ti wird der Quotient von Einschaltdauer des Impulses t, und Ausschaltdauer des Impulses t, verstanden. Das Impulsverhältnie der Impulse der von der Signalquelle erzeugten Spannungsimpuls-Folge wird beginnend von

Ti=· — = 0 In Richtung tt

Ti = — = oo kontinuierlich in einem bestimmten Zeitintervall geändert. Dieses In der vorgenannten Art modulierte erste

Spannungssignal wird an eine temperaturabhängige Konstant-Stromquelle gegeben. Diese Konstant-Stromquelle bildet aus den Spannungsimpulsen entsprechende Stromimpulse, die neben dem vorgenannten Impulsverhältnis eine temperaturabhängige Amplitude aufweisen. Die Stromimpulse werden anschließend genutzt, um durch einen Integrator (R-C-Kombination) eine zweite Spannung zu bilden, deren Größe von der Amplitudenhöhe und de.-n Impulsverhältnis der von der Konstant-Stromquelle abgegebenen Stromimpulse abhängig Ist.

Erfindungsgemäß wird dieses zweite Spannungssignal mit einer konstanten, in der Größe passend gewählten Referenzspannung in einem Komparator verglichen. Der Ausgang des Komparators gibt bei Übereinstimmung des Pegels des zweiten Spannungssignals mit uem Pegel der Referenzspannung ein Steuersignal an die digitale Signalquelle. Hier wird das zu diesem Zeitpunkt vorhandene aktuelle Impulsverhältnis als Maß für die zu ermittelnde Temperatur erfaßt. Damit ist auf einfache Weise eine genaue Temperaturmessung möglich. Die Genauigkeit und auch der Temperaturmeßbereich ist durch geeignete Wahl des Zeitintervalls, in dem das Impulsverhältnis Ti von O bis oo variiert wird, der Impulsfolgefrequenz und der Impulsamplitude variabel gestaltbar. Die Ermittlung des aktuellen Impulsverhältnisses bei Gleichheit des Pegels des zweiten Spannungssignals (Integrationsausgang) und des Referenzspannungspegels wird ebenso wie die Variation des Impulsverhältnisses und der Impulsfolgefrequenz durch eine entsprechende Gestaltung des Arbeitsprogramms des Mikrorechners als Signalquelle gawährleistet.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Temperaturmeßverfahrens besteht aus der Serienschaltung einer Signalquelle, die eino Spannungsimpulsfolge mit veränderlichem ImpulsverhSItnis erzeugt (z. B. Mikrorechner), einer temperaturabhängigen Konstant-Stromquelle, einem Integrator (z.B. R-C-Glied) und einem Komparator, der mit einer passend gewählten Referenzspannung beaufschlagt wird und dessen Ausgang durch eine Impulsleitung mit der Signalquelle in der genannten Reihenfolge verbunden ist.

Ausfuhrungsbeispiel Die erfindungsgemäße Lösung soll anhand der Darstellungen In Fig. 1 bis Fig. 4 näher erläutert werden. In Fig. 11st die Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Temperaturmeßverfahrens dargestellt und

zeigt dia serielle Anordnung der digitalen Auswerte-/Signalquelleneinheit, der temperaturabhängigen Konstantstromquello, dem Integrator (z. B. R-C-Glied) und dem Komparator, dessen Ausgang mit der Auswerte-/Signalquellen-Einhelt impulsmäßig gekoppelt ist.

Vier verschiedene Spannungs/Zeit- bzw. Strom/Zeit-Dlagramme an den Ko .teilen der einzelnen Baugruppen der

erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in Rg. 2 gezeigt.

Das erste Diagramm stellt den Spannungsverlauf des ersten Spannungssignals U1, das impulsbreitenmoduliert ist, dar. Das

nächste Diagramm zeigt den zeitlichen Vtrlauf der durch die temperaturabhängige Konstantstromquelle erzeugten

Stromimpulse Ji für zwei verschiedene Temperaturen θ| und θ₂, Das dritte Diagramm stellt den zeitlichen Verlauf des zweiten Spannungssignals Ui am Ausgang des Integrators in bezug auf die unterschiedlichen Temperaturen d| und θ₂ dar. Im letzten Diagramm wird der Bezug des zweiten Spannungssignals U₂ zu der passend gewählten Referenzspannung U_tef

erläutert. Die Schnittpunkte der Spannungsgeraden U₂/! und U_M mit der Referenzspannung U„₍ ergeben auf der Abszisse zwei unterschiedliche Zeitpunkte, für die jeweils ein bestimmtes Impulsverhältnis Ti an der Ausw3rie-/Signalquellen-Einheit für das erste Spannungssignal U₁ existiert. Dieses jeweilige Impulsverhältnis T| stellt ein Maß für die zu messende Temperatur θ dar. Je höher die zu messende Temperatur ist, je eher wird der Schnittpunkt zwischen U₂ und der Referenzspannung erreicht und je kleiner ist das entsprechende Impulsverhältnis Ti. Fig.3 zoigt einen Schaltungsaufbau für sieben gleichzeitig arbeitende

Temperaturmeßstellen, die an die Parallel-Ein-Ausgabe-Einheit eines Mikrorechners angeschlossen sind. Der Mikrorechner

arbeitet hier als entsprechende Auswerte-/Signalquellen-Elnheit.

In Fig. 4 ist eine stromimpulsmodulierte Temperaturmeßschaltung dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren erprobt

worden ist.

Als Auswerte-/Signalquellen-Einheit 1 dient ein Mikrorechner mit dem System U 880, an dessen Parailel-Ein-Ausgabe-Einheit

eine Konstantstromquelle vom Typ B 511 Nm angeschlossen ist. Der Integrator 4 (bestehend aus einem R-C-Glied mit R = 11K und C «· 1 pF) erzeugt eine temperaturabhängige Meßspannung U_A, die am Meßgerät 3 erfaßbar ist. Es ergaben sich bei einem

Spannungssignal Uj am Eingang der Konstantstromquelle 2 von maximaler Amplitude von 5 V Impulsverhältnis T| «——und einer Impulsfrequenz von 1KHz folgende Meßwerte:

©, = 30^ U_Ai

S₂ = SO⁰C U,₂= 110mW.

Die Temperaturabhängigkeit beträgt 0,3 mV · K"¹. Durch Veränderung des Impulsverhältnisses Ti ließ sich V_A konstant halter.. Es konnte eine entsprechende Eichkurve durch verschiedene Meßwerte aufgestellt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Temperaturmessung bei Verwendung einer Konstant-Stromquelle als Temperatursensor, gekennzeichnet durch die Merkmale, daß

— von einer digitalen programmierbaren Signalquelle ein erstes impulsmoduliertes Spannungssignal an eine temperaturabhängige Konstant-Stromquelle gegeben wird

— die von der Konstant-Stromquelle erzeugten impulsmodulierten und in der Amplitude temperaturabhängigen Stromimpulse zu einem Integrator geführt und dort in ein zweites Spannungssignal umgeformt werden

— das zweite Spannungssignal in einem Komparator mit einer Referenzspannung verglichen wird und bei Spannungsgleichheit durch einen Spannungsimpuls am Ausgang des Komparators in der Signalquelle der aktuelle Modulationszustand des ersten Spannungssignals als Maß für die zu messende Temperatur fixiert wird.

2. Verfahren gemäß Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsmodulation des ersten Spannungssignals derart erfolgt, daß das Impulsverhältnis T₁ als Quotient der Impulseinschaltzeit t„ und der Impulsausschaltzeit t_a von 0 beginnend in einem bestimmten Zeitintervall kontinuierlich bis * verändert wird.

3. Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung, dadurch gekennzeichnet, daß eine digitale programmierbare Signalquelle, eine temperaturabhängige Konstant-Stromquelle, ein Integrator und ein Komparator in der genannten Reihenfolge seriell miteinander verbunden sind und der Komparatorausgeng mit der digitalen programmierbaren Signalquelle gekoppelt ist.