DE2051904A1 - Temperature / current transmitter with a resistance thermometer - Google Patents
Temperature / current transmitter with a resistance thermometerInfo
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Description
"Temperatur/Strom-Meßumformer mit einem Widerstandsthermometer" "Temperature / current transmitter with a resistance thermometer"
Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperatur/Strom-Keßumforraer mit einem Widerstandsthermoneter, das zusammen mit einem ffegenkopplungswiderstand einen Zweig einer selbstabgleichenden Brückenschaltxing bildet, die von einer Konstantspannungsquelle gespeist ist, und bei der die an der Meßdiagonalen anstehende Spannung einem Differenzverstärker zugeführt iat, der einen Strom aussteuert, der durch den Gegenkopplungswiderstand flieSt und ein Maß für die Meßgröße ist.The invention relates to a temperature / current converter with a resistance thermometer, which, together with an external coupling resistor, forms a branch of a self-balancing Bridge switching forms that of a constant voltage source is fed, and in which the voltage applied to the measuring diagonal is fed to a differential amplifier iat, which controls a current that flows through the negative feedback resistor flows and is a measure of the measurand.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1.805.918 ist eine Schaltung für einen derartigen Meßumformer bekannt. Wie dort im einzelnen nachgewiesen ist, ist der Ausgangsstrom des Meßumformers eine lineai'e Funktion des ohmschen Widerstandes des Wideratandsthermometers. Da der Widerstand»wert eines Widerstandsthermometers, z.B· eines Platin-Widerntandsthermometers, zwar ein Maß flir die zu laesuende Temperatur, jedoch dieserFrom the German Offenlegungsschrift 1.805.918 is one Circuit for such a transmitter known. Like there is proven in detail, is the output current of the transmitter a linear function of the ohmic resistance of the Resistance thermometer. Since the resistance value of a resistance thermometer, e.g. a platinum resistance thermometer, a measure of the temperature to be read, but this one
2098187031020981870310
BAD ORiGiNALBAD ORiGiNAL
nicht proportional ist, ist der Au3g£ir>£S3tröi!i des Ke^v^roi··—"...' :■ keine lineare Funktion der zu raessendan 'Tecper&tur« ■ ΐίΐε ir« dtr_' deutschen-'Offenlegungsechrift 1.805.918 weiter ausgeführt wird,. kann diese nichtlineare Abhängigkeit vernachlässigt werdsn». vvcain der Ileßumforinor mir zur Messung inn erhall* eites ThIcIjMn Temperaturbereiches eingesetzt ist. iJoll dagegen die Tcnperatür in einem großen Bereich, z.B. 0 bis +6300C mit Flatln-Vfiderstandsthermoraetern geiüessan weisen, so kann die Iliclatlineai'ität nicht raehr vernachlässigt werden. Soll jfür diesen Bereich z.B. ein digital anzeigendes Meßgerät- an den lLe3u&- former angeschlossen werden, so muß die Nicht-lineariiät des Meßumformers durch eine zwischen Meßumformer: und An&elg&- gerät eingefügte Schaltungsanordnung mit nichtliiiearer Eemn— linie kompensiert werden. Diese Schaltungsanordnung verursacht zusätzliche Kosten und beansprucht zusätzlichen Rauac. ■is not proportional, the Au3g £ ir> £ S3tröi! i of the Ke ^ v ^ roi ·· - "... ': ■ no linear function of the too raessendan' Tecper & tur« ■ ΐίΐε ir «dtr_ 'German-' Disclosure Document 1.805 is further executed .918 ,. this non-linear dependence can werdsn neglected. "vvcain the Ileßumforinor I inn for measuring erhall * eites ThIcIjMn temperature range is used. iJoll contrast, the Tcnperatür in a wide range, for example 0 to +630 0 C with Flatln-Vfiderstandsthermoraetern . have geiüessan, the Iliclatlineai'ität can not Ræhr be neglected target jfür this area such as a digital indicating measuring device to the lLe3u & - be connected former, the non-lineariiät must the transmitter by between transmitter: and an elG & - device inserted Circuit arrangement with a non-linear Eemn— line are compensated. This circuit arrangement causes additional costs and demands additional space
Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Teiaperatur/i>tron:- Meßumformer zu schaffen» dessen Ausgangsgröße linear- Eiit der Temperatur ansteigt, d.h. bei dem die durcli die Widerstands/ Temperatur-Charakteristik des WiderstandstherKosneters bedingte Wichtlinearität durch eine einfache SchaltungsmaßDahae koöjpensiert ist.The invention is based on the object of a partial valve: - To create a measuring transducer »whose output variable is linear Temperature increases, i.e. at which the resistance / Temperature characteristics of the resistance thermometer conditional Important linearity is compensated by a simple circuit dimension Dahae is.
Der Erfindung liegt zum «inen, dd.e Erkenntnis Kug^unde» daß öie _ Abnahme -des', 'jÄfiderstandsgradientp^i. ,eines Wid.je^stand.stlier|i£:3i0ters bei höheren Temperaturen durch ,eine teingeraturproportiaiiale Er-The invention is based on the "inner, dd.e knowledge ball" ande "that the _ Decrease in the ',' jÄfidstandsgradientp ^ i. , one Wid.je ^ stand.stlier | i £: 3i0ters at higher temperatures
209818/0Λ1Ο209818 / 0Λ1Ο
OHlGiHALOHlGiHAL
tlwrcti uis ¥iderctaridDthermos·?tor flie-iSonüfiJi ΰtro-neö kompensiert, vrerdoji kairo. Zum anderen wird eier eine"» Ttrp€iratur/l31roiK--Mct?uT:for:::Gr aufrunde liogende Zusaimrienkons Kv.'ir.cheii Tcr:i>cra"tur und Aus/rangostrom zur teirneraturproportionalen Kcnpeiiiration der TeruiJeratiJr/V/iderr.tcnfJs-Kcnnl inic er,?v.r< Wideretandstherdoraeters herangesogen.tlwrcti uis ¥ iderctaridDthermos ·? tor fllie-iSonüfiJi ΰ tro-neö compensated, vrerdoji cairo. On the other eggs, a "?" Ttrp € iratur / l31roiK - Mct BDC: for::: Gr aufrunde liogende Zusaimrienkons Kv.'ir.cheii Tcr i> cra "structure and Off / rangostrom to teirneraturproportionalen Kcnpeiiiration the TeruiJeratiJr / V /iderr.tcnfJs-Kcnnl inic er,? vr <Wideretandstherdoraeters.
Die ErfJiidMTig geht von einem Temperatiir/Stroni-MeßuHiformer der beschriebenen Art aus und besteht darin, daß zwischenThe ErfJiidMTig is based on a Temperatiir / Stroni-MeßuHiformer described type and consists in that between
einen Schaltuugspunkt der Versorgungsdingonalen der Brückenschal tung wild die diese speisende. Konstantspannungsquelle ein Y/iderstand geschaltet ist, der mit dem Gegenkopplungwwiderstarä einen gemeinsamen Schaltungspunkt besitzt und der von dem Differensverstärker ausgesteuerte Strom über den zwischen den einen Schaltungspunkt der Versorgungsdiagonalen und die Konstar.tspannungsquelle geschalteten Widerstand fließt.a switching point of the supply dings of the bridge shell tung wild the one who dines. Constant voltage source on Y / resistance is connected to the negative feedback wwiderstarä has a common node and that of the Differential amplifier modulated current via the between the a switching point of the supply diagonal and the constant voltage source switched resistor flows.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgeffiäßen Temperatur/Stror.-Keßumformers ist anhand der Zeichnung beschrieben. |An embodiment of the temperature / current converter according to the invention is described with reference to the drawing. |
Die Zeichnung zeigt einen Temperatur/Strom-Meßunforner als Zweidraht-Meßumforiser, bei dem die für die Fühlerwiderstand.sschaltung und den Verstärker benötigte Hilfsenergie über die Signalleitungen zugeführt wird. Obwohl die Erfindung in dieser Ausführungsform besonders vorteilhaft ist, ist sie auch für Vierdraht-KeßuBifornier geeignet, bei denen die Hilfsenergie für die Briickenschaltung und den Verstärker über BusätzlichThe drawing shows a temperature / current measuring unit as Two-wire transducer in which the sensor resistor circuit and the auxiliary power required is supplied to the amplifier via the signal lines. Although the invention in this Embodiment is particularly advantageous, it is also for Four-wire KeßuBifornier suitable for which the auxiliary power for the bridge circuit and the amplifier via bus in addition
209818/0310209818/0310
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
T 205190AT 205190A
su den Signal] e.·Itnrv'cη vorgesehene Versorgungsleitungen ßofülirt, ist.see below the signal] e. Itnrv'cη provided supply lines are filled, is.
Ein temperaturabhängige= r Widerstand 1, s.B. ein Platin-Widerstands tborrfloriittter, ist i:a Reihe mit einem. Gegenkopplung;:;-widerstand 2 geschaltet. Mo Reihenschaltung der Widerstände und 2 bildet einen Zweig einer Brückenschaltung, deren restliche Zweige aus Widerständen 5 "bis 5 bestehen. Pie Dchaltungspunkte 6 und.7 bilden die Versorgungsdiagonale, die Schal tungs>~ W punkte 8 und 9 die Lleßdiagonale der Brückenschaltung. In dem Versorgungsstromkreis der Brückensehaltung 1 bis 9 liegen'zwei Widerstände 10 und 11. Als Versorgungsspannungoq.uelD e füB*die Brückencchal.tung dient eine Zenerdiode 12, welche eine konstante Spannung U abgibt. Diese Spannung dient gleichzeitig zur V-ersorgung eines Differenzverstärkers 15 mit Hilfsenergie. Der Ausgang des Differenzverstärkers 13 ist.mit der Basis eines Transistors 14 verbunden, der als steuerbarer Widerstand betrieben wird. Dieser Transistor 14 bestimmt die Höhe des Ausgangijstromes I des Meßumformers. Ein Widerstand 15 dient als Vorwiderstand für die Zenerdiode 12. Mit 16 ist die eine Anschlußklemme des Temperatur/Strom-Itießumforraex's bezeichnet. Von hier aus fließt der Ausgangsstrom I des Meßumformers bis zu einem Schaltungspunkt 17, wo er sich in zwei Teilströme aufteilt, von denen der größere über den Transistor 14 und der kleinere über den Widerstand 15 fließt. ·■·■'■,A temperature-dependent = r resistor 1, sB a platinum resistor tborrfloriittter, is i: a series with a. Negative feedback;:; - resistor 2 switched. The series connection of the resistors and 2 forms a branch of a bridge circuit, the remaining branches of which consist of resistors 5 "to 5. Pie Dcircuit points 6 and 7 form the supply diagonal, the circuit> ~ W points 8 and 9 the line diagonal of the bridge circuit The supply circuit of the bridge connection 1 to 9 are two resistors 10 and 11. A Zener diode 12, which emits a constant voltage U, serves as the supply voltage for the bridge circuit. This voltage is also used to supply a differential amplifier 15 with auxiliary power The output of the differential amplifier 13 is connected to the base of a transistor 14, which is operated as a controllable resistor. This transistor 14 determines the level of the output current I. A resistor 15 serves as a series resistor for the Zener diode 12. With 16 the a connection terminal of the temperature / current flow forraex, from where the output current flows m I of the measuring transducer up to a circuit point 17, where it is divided into two partial currents, of which the larger one flows through the transistor 14 and the smaller one through the resistor 15. · ■ · ■ '■,
Die für das Verständnis der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Meßumformers erforderlichen Tel!ströme, die durch die einzelnenFor understanding the mode of action of the invention Transmitter required tel! Currents through the individual
2Q$81Ö/O3102Q $ 81Ö / O310
^ 2ÜS1904^ 2ÜS1904
Wicierfttäiiae flit.·/? fm, t.-;n-j6' im d.i. ο /isiohnünc;; pir;getra£t-:ri. U.nt-^r der Y'Ji:ausso"L:-.:u:'i;, daß ülor die SoLiJ.turig^i'Uiikta 8 \n:ä 9 keu.: Strom j!u«-· bs-'v/r ab fließ1;, eine■ V()ri'."U.r;setKUfi(*} die Ein; ejnen da^ erfüllt ist, v;-r-r.ri d:i e ß-il-i.ltmvjs.^rankto 8 vvä 9 dasselbe Potert.lal bowitten, nnru an der on aber svjoh dann, -wo η π eier Difgaii;;.=?- wiclercjtarid dsß DiffereiinveL'ötärkerü 13 .sehr groß gegenüber den Brückenwiderstäiiden 1 bis 5 ifit, flio3t über die Widerstände 1 U1Jd 3 der Therr:.c;.cterstrom I. und über die V»'ider- stände 4 und 5 der Strcr" Ϊ ^. Über den Widerstand 2 fließt i der Strom I - I4., über den Y/id erstand 10 dev Strom I, + I, und über den Widerstand 11 der Strom I - (I+ + I ).Wicierfttäiiae flit. · /? fm, t .-; n-j6 'im di ο / isiohnünc ;; pir; getra £ t-: ri. U.nt- ^ r the Y'Ji: also "L: - .: u: 'i; that ülor the SoLiJ.turig ^ i'Uiikta 8 \ n: ä 9 keu .: Strom j! U« - · bs-'v / r from flow 1 ;, a ■ V () ri '. "U. r ; setKUfi (* } the one; ejnen da ^ is fulfilled, v; -rr.ri d: ie ß-il-i.ltmvjs. ^ rankto 8 vvä 9 the same Potert.lal bowitten, nnru an der on but svjoh then , -wo η π eier Difgaii ;;. =? - wiclercjtarid dsß DiffereiinveL'ötärkerü 13 .very large compared to the bridge resistances 1 to 5 ifit, flows through the resistances 1 U 1 Jd 3 of the thermal: .c; .cterstrom I. and . via the V "'ider- stands 4 and 5 of Strcr" Ϊ ^ 2 flows via the resistor the current I i -. I 4 / id arose through Y 10 dev current I + I, and through the resistor 11 the current I - (I + + I).
t ρt ρ
Bei der Brüekeiu:chaltur;£ Landelt es sich ur:i eiine selbstabgleichende Kullbriioks; die an der Moßdiagonalen 8, 9 anstehende Spannung wird von dem Differenzverstärker 12 verstärkt und steuert anschließend den durch den Transistor 14 fließenden Teil des Ausgangs strömt-.cj I des Meßumformers so auat daß - unter Berücküiehtigung- des durch den Widerstand 15 fließenden Teil des Ausgangs ströme s I - die an dein Gegenkopplungsv/iderstand 2 abfallende Spannung Ut{O -Rp. (I - I + ) im Sinne eines iJullab-· gleichs der Brückenschaltung wirkt.At the bridge: chaltur; £ Is it just: i a self-adjusting Kullbriioks; the voltage present at the measuring diagonal 8, 9 is amplified by the differential amplifier 12 and then controls the part of the output flowing through the transistor 14. c j I of the transducer so aua t that - taking into account the part of the output flowing through the resistor 15 currents s I - the voltage Ut {O -Rp falling across the negative feedback resistor 2. (I - I + ) acts in the sense of an iJull balance of the bridge circuit.
Die durch die Widerstände* 1 und 2 fließenden Ströme I. bzw. I - I+ überlagern sich und fließen anschließend als Ausgangsstrom I des Meßumformers zu einer zweiten Anschlußklemme 18. Die Schaltungsanordnung zwischen den Anschlußklemmen 16 und 18 The currents I. and I - I + flowing through the resistors * 1 and 2 are superimposed and then flow as output current I of the transducer to a second connection terminal 18. The circuit arrangement between the connection terminals 16 and 18
209818/0310209818/0310
BAD OR(QIMALBAD OR (QIMAL
2ÜS19042ÜS1904
stellt ύν-ϊ. 'am Llcßort befindlichem LeiJUKiorir'^r dar. üb-;-3· cjr..j, gestrichelt gezeichnete iVrnleitimg wird der Auij{_-:a <)£;:'.'..+..rc-.n -r des iilniJuniforniori-: eineia als Anzeigegerät die/icr.den Stror.r.i;:c;:.uT· 2U^o führt, iline' Bpannunguiiuelle 20 dient zur Versorgunr, äea MeGuaforner?' mit clektriüclicr Snorgie.represents ύν-ϊ. 'at the location located LeiJUKiorir' ^ r. about -; - 3 · cjr..j, dashed iVrnleitimg is the Auij {_-: a <) £;: '.' .. + .. rc-.n - r des iilniJuniforniori-: aia as a display device which / icr.den Stror.ri;: c;:. uT · 2U ^ o leads, iline 'voltage uiiuelle 20 serves for supply, äea MeGuaforner?' with clever snorgy.
Im folgenden wird gezeigt, daß der Therroometerütroin I. proportional mit dem Ausgangsstrom I des Meßumformer rs, der ^ ja ein Maß für die au messende Tempei-atur ist, ancteigt« FürIn the following it will be shown that the thermometer tends to be proportional to the output current I of the measuring transducer rs, which is a measure of the temperature to be measured
die ab^eglichens Brückenychaltung gilt:The following also applies to the bridge connection:
ÜH1 + UR2 " »Π5 " 1P iT5 " R5 Ü H1 + U R2 "» Π5 " 1 P iT 5" R 5
daraus fo]gt:from this it follows:
R5 R 5
UR1 + ÜR2 a UR3 I4 (1). U R1 + Ü R2 a U R3 I4 (1).
Außerdem gilt für die abgeglichene Brücke:The following also applies to the balanced bridge:
UR5 ■ DR4 .·...· .-. V U R5 ■ D R4. · ... · .-. V.
1A = 1P"* 1 A = 1 P "*
R-2 ß^ _/■R-2 ß ^ _ / ■
I = I4. fr- oder auch mit: ^- = (9\ ρ t K. ΗΛ I = I 4 . fr- or with: ^ - = (9 \ ρ t K. Η Λ
Ein Maaclienumlauf ergibt für die Spannungen:A Maaclien circulation gives for the tensions:
U Z = UR10 + UR3 + UR1 +UR2 + UR11 (3) U Z = U R10 + U R3 + U R1 + U R2 + U R11 (3)
-7-209818/OaiO-7-209818 / OaiO
20513042051304
Seist r,'.m die Gleichung (1) in die. Glcickurs/j (3). ei>;, no ergibt sich: .Let r, '. M put equation (1) into the. Glcickurs / j (3). ei>;, no results in:.
s UR1Q + ÜR3 (1 +^ +UR11 s U R1Q + U R3 (1 + ^ + U R11
oder auch löit: 1 + ?~ ~ />:?or löit: 1 +? ~ ~ /> :?
4 ' 4 '
Rio + P xt % - (I - 1I - 1J R11 fi h + R11> + 1P (Rio + R11^ - J R11 <■■>· R io + P x t% - (I - 1 I - 1 J R 11 fi h + R 11> + 1 P (R io + R 11 ^ - JR 11 <■■>
Setzt man die Gleichung (2) in Gleichung (4) ein, bo ergibt aiol:: U Z - 1I (R10 +A*3 + R11> 4C<It (R1Ö + R1i) - Ί R11Inserting equation (2) into equation (4), bo results in aiol :: U Z - 1 I (R 10 + A * 3 + R 11> 4C <I t (R 1Ö + R 1i) - Ί R 11
Löst man Gleichung (5) nach I. auf, so ergibt sich:Solving equation (5) for I., we get:
U Z + Σ R11 U Z + Σ R 11
Jt= :^-r; oder J t = : ^ - r; or
mi ti I,mi ti I,
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Kiermit ist gezeigt, 'daß/d^r fherraome terwtrom I, aus einer.·.· koruitanto.il Anteil I, .und einem dem Ausgängentrom I der. Iu t;.?- umformer«· proportionalen Anteil V? I besteht, womit die ein^p-nr.·? gestellte Forderung nach 'einem' Thermonurterstroii» der mit steigender Teriperatur ansteigt, erfüllt ist. D&b Ergebnis der Rechnung aeigt auch, daß der Thermometer strom I^. für R^1 = O konstant ist, daß also lediglich durch das Einfügen des Widerstunden 11 in die Mt?ßuraformerschaltung auf einf auu.ite Weise eine Linearisierung der 'ieraperatur/WiderstandB-Kennlinie eines » WiderstandsthGrncmeturs vorgenommen werden kann.Kiermit has shown that / d ^ r fherraome terwtrom I, from a. ·. · Koruitanto.il part I,. Iu t;.? - converter «· proportional part V? I consists of what the a ^ p-no. ·? The demand for 'a' Thermonurterstroii »which rises with increasing temperature is fulfilled. The result of the calculation also shows that the thermometer current I ^. is constant for R ^ 1 = 0, so that simply by inserting the resistance 11 into the flow shaping circuit, a linearization of the temperature / resistance characteristic curve of a resistance value can be carried out in a simple manner.
Die Größe des' dimensionslosen Faktors y in der Gleichung (6) läßt sich aus drei Teraperaturraeßpunkten,z.B. je einem Meßpunkt am Anfang, in der Mitte und.am Ende des Meßbereichs, ermitteln. Im folgenden ist die Temperatur am Anfang des Ivloßbereichs mit t, , in der Mitte des Meßbereichs mit tj, und am Ende des Meirbe-The size of the 'dimensionless factor y in equation (6) can be calculated from three Teraperaturraeßpunkten, for example depending on a measurement point at the beginning, in the middle und.am end of the measurement range, determined. In the following, the temperature at the beginning of the non-volatile range is indicated by t, in the middle of the measuring range by tj, and at the end of the Meirbe-
reichs mit t-,-, bezeichnet. Pur die TemOeratur in der. Mitte des Λ t + '■'+■■'■reichs marked with t -, -,. Purely the temperature in the. Middle of the Λ t + '■' + ■■ '■
A E
Meßbereichs gilt: t», = ——j——. Die diesen Temperaturen ent-AE
Measuring range applies: t », = ——j——. These temperatures
L· sprechenden Y/iderstandswerte des Widerstandstherinometers 1 sind mit R·^» R1M iuid R1E» ^ie zugehörigen Ströme, die durch das Widerstandsthermometer 1 fließen, mit I, . , I.Tr und !,„ L · speaking Y / resistance values of the resistance thermometer 1 are denoted by R · ^ »R 1M iuid R 1E » ^ the associated currents which flow through the resistance thermometer 1, with I,. , I. Tr and!, "
l/A XlU XL· l / A XlU XL
und die zugehörigen Ausgangsströme des Meßumformers I. , ί,, und I1-, bezeichnet. Da der Thermometerstrom I+. mit steigender Teo^era tür t ansteigt, wird die Nichtlinearität der Temperatur-Widerstands-Kennlinie des Widerstandsthermeneters 1 auBgeglichen. Es besteht dann eine lineare Abhängigkeit zwischen der zu messenden Temperatur t, der an dem Widerstandsthermometer abfallenden Spannung I, . R... und dem Ausgangsstrom I des Meßum-and the associated output currents of the transducer I., ί ,, and I 1 -, denoted. Since the thermometer current I + . as the temperature increases, the non-linearity of the temperature-resistance characteristic of the resistance thermometer 1 is compensated for. There is then a linear relationship between the temperature t to be measured, the voltage I, which is dropped across the resistance thermometer. R ... and the output current I of the transducer
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
formers, kxif^voiiu dieser iiuoamnitsnhango und unter Berück-.aieh uigiiJit',· dor drei obor-^criatnit-'n, TcraptsX'fi^u.Vinei'ipvnki-c erb-i>5t si οVi für den J-1C-.V.tor ·γ der 7/ortiformers, kxif ^ voiiu this iiuoamnitsnhango and under consideration- .aieh uigiiJit ', · dor three obor- ^ criatnit-'n, TcraptsX'fi ^ u.Vinei'ipvnki-c er b -i> 5t si οVi for the J- 1 C-.V.tor γ der 7 / orti
209818/0310209818/0310
BAD OBfGiNALBAD OBfGiNAL
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