DE2248083B2 - Electrical temperature measuring circuit - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Temperaturmeßschaltung, mit einer aus Brückenwiderständen aufgebauten Brückerschaltung, einem Widerstandsthermometer in einem Brückenzweig, einer Spannungsquelle mit nachgeschaltetem Trennverstärkei zur Speisung der Brückenschaltung und einem der Brückendiagona- so len nachgeschalteten Brückenausgangsverstärker, wobei eine dem Ausgangssignal des Brückenausgangsverstärkers linear proportionale Linearisierungsspannung zu der Speisespannung der Brückenschaltung addiert oder davon subtrahiert ist.The invention relates to an electrical temperature measuring circuit, with a bridge circuit made up of bridge resistors, a resistance thermometer in a bridge branch, a voltage source with a downstream isolating amplifier for supply the bridge circuit and one of the bridge output amplifiers connected downstream of the bridge diagonals, wherein a linearization voltage linearly proportional to the output signal of the bridge output amplifier is added to or subtracted from the supply voltage of the bridge circuit.
Bei der elektrischen Temperaturmessung mit Hilfe der eingangs beschriebenen Temperaturmeßschaitung werden als Widerstandsthermometer vor allem solche aus Platin oder Nickel verwendet. Nun ändert sich der elektrische Widerstand von Widerstandsthermometern innerhalb gewisser Grenzen zwar eindeutig mit der Temperatur, der Widerstand ändert sich jedoch nicht linear mit der Temperatur. Das nichtlineare Verhalten von Widerstandsthermometern, auch von solchen aus Platin oder Nickel, ist aus mehreren Gründen nachteilig. h5 Zunächst ist nachteilig, daß als Anzeige- und/oder Registriergeräte in Verbindung mit elektrischen Temperaturmeßschaltungen der eingangs beschriebenen Art nicht ohne weiteres solche verwendet werden können, die zur Spannungs- bzw. Strommessung ohnehin zur Verfügung stehen; es bedarf vielmehr einer besonderen Eichung bzw. Skalierung. Von besonderem Nachteil ist, daß man in einer üblichen Temperaturmeßschaitung mit einer Brückenschaltung eine Temperatiirdifferenz nicht mittels zweier Widerstandsthermometer direkt bestimmen kann, weil aus einer Widerstandsdifferenz allein nicht eindeutig auf eine bestimmte Temperaturdifferenz geschlossen werden kann; bei einer linearen Zuordnung von Widerstand und Temperatur wäre die Bestimmung einer Temperaturdifferenz unmittelbar aus einer Widerstandsdifferenz möglich. Schließlich wird die nichtlineare Zuordnung von Temperatur und Widerstand besonders bei der digitalen Anzeige, Registrierung und/oder »Weiterverarbeitung« von mit Widerstandsthermometern gemessenen Temperaturen als äußerst störend empfunden. Man hat folglich bereits eine Vielzahl von elektrischen Temperaturmeßschaltungen entwickelt, in denen auf unterschiedlichste Weise die Zuordnung von Temperatur und Widerstand linearisiert worden ist. Zu den diesbezüglichen Maßnahmen gehört die Verwendung von außerhalb der Meßstelle befindlichen unveränderlichen Widerständen (ATM-Blatt 1222 - 2, Dezember 1949), die Verwendung von zwei Widerstandsthermometern mit nichtlinearem, aber entgegengesetztem Verhalten, z. B. die Verwendung eines Widerstandsthermometers aus Platin und eines Widerstandsthermometers aus Nickel (ATM-Blatt V 212-5, September 1965),die Verwendung von Dioden-Funktions-Generatoren, Computern und Digital-Umsetzer (messen + prüfen, Dezember 1969, Seite 893), die Verwendung von Nachbildungsschaltungen (ATM-BlattV 212 - 5, September 1965) die Verwendung einer Analog-Rechenschaltung (Dipl.-Ing. G. Krause »Temperatur-Meßwertverstärkung mit exakter 'Linearisierung'« in Elektronik Journal, Seiten 48—52). Allen zuvor angesprochenen bekannten Maßnahmen zur LinearisierungderZuordnungTemperatur— Widerstand ist jedoch gemeinsam, daß sie relativ aufwendig sind.For electrical temperature measurement with the help of the temperature measurement circuit described at the beginning Resistance thermometers made of platinum or nickel are mainly used. Now that changes electrical resistance of resistance thermometers within certain limits clearly with the Temperature, but resistance does not change linearly with temperature. The non-linear behavior resistance thermometers, including those made of platinum or nickel, are disadvantageous for several reasons. h5 First of all, it is disadvantageous that as display and / or recording devices in connection with electrical temperature measuring circuits of the type described at the outset, those for voltage or current measurement cannot readily be used are available anyway; rather, a special calibration or scaling is required. Of special The disadvantage is that there is a temperature difference in a conventional temperature measurement circuit with a bridge circuit cannot determine directly using two resistance thermometers because of a difference in resistance a certain temperature difference cannot be unambiguously concluded on its own; at a linear assignment of resistance and temperature would be the determination of a temperature difference possible directly from a resistance difference. Finally, the nonlinear mapping of Temperature and resistance especially with digital display, registration and / or »further processing« from temperatures measured with resistance thermometers perceived as extremely annoying. One has consequently a large number of electrical temperature measuring circuits have already been developed, in which on the most varied Way the assignment of temperature and resistance has been linearized. To the related Measures include the use of immutable ones located outside the measuring point Resistors (ATM sheet 1222-2, December 1949), the Use of two resistance thermometers with non-linear but opposite behavior, e.g. B. the use of a platinum resistance thermometer and a nickel resistance thermometer (ATM sheet V 212-5, September 1965), the use of diode function generators, computers and digital converters (measure + test, December 1969, Page 893), the use of simulation circuits (ATM-BlattV 212-5, September 1965) the Use of an analog computing circuit (Dipl.-Ing. G. Krause »Temperature measurement value amplification with exact 'linearization' "in Elektronik Journal, pages 48-52). All of the previously mentioned known measures to linearize the assignment temperature - resistance has in common, however, that it is relative are expensive.
Um zwischen der Meßgröße »Temperatur« und der der Anzeige und/oder Registrierung dienenden Hüfsgröße »Meßspannung bzw. -strom« mit einfachen Mitteln eine lineare Abhängigkeit zu erreichen, wird bei gattungsgemäßen elektrischen Temperaturmeßschaltungen vorgesehen, daß eine dem Ausfangssignal des Brückenausgangsverstärkers linear proportionale Linearisierungsspannung zu der Speisespannung der Brückenschaltung addiert oder davon subtrahiert ist. Dabei ist man von der Erkenntnis ausgegangen, daß bei Widerstandsthermometern üblicher Art, z. B. solchen aus Platin oder Nickel, die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers in interessierenden Temperaturbereichen praktisch linear mit der Temperatur abnimmt (z. B. Platin) bzw. zunimmt (z. B. Nickel), und kompensiert die Abnahme bzw. Zunahme der Empfindlichkeit des entsprechenden Widerstandsthermometers dadurch, daß die wirksame Speisespannung in dem Maße vergrößert bzw. verringert wird, wie die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers abnimmt bzw. zunimmt.To choose between the measured variable "temperature" and the hip variable used for display and / or registration "Measuring voltage or current" to achieve a linear dependency with simple means is used in Generic electrical temperature measuring circuits provided that one of the start signal of the Bridge output amplifier linear proportional linearization voltage is added to or subtracted from the supply voltage of the bridge circuit. It is based on the knowledge that with Resistance thermometers of the usual type, e.g. B. those made of platinum or nickel, the sensitivity of the Resistance thermometers in the temperature ranges of interest are practically linear with temperature decreases (e.g. platinum) or increases (e.g. nickel) and compensates for the decrease or increase in sensitivity of the corresponding resistance thermometer in that the effective supply voltage in the Dimensions is increased or decreased as the sensitivity of the resistance thermometer decreases or increases.
Im einzelnen ist im Stand der Technik vorgesehen, daß in Reihe zu der Spannungsquelle, die die Speisespannung der Brückenschaltung liefert, ein Linearisierungswiderstand liegt und durch den Linearisierungswiderstand ein dem Ausgangssignal des Brükkenausgangsverstärkers proportionaler HilfsstromSpecifically, it is provided in the prior art that in series with the voltage source that the Supply voltage of the bridge circuit supplies, a linearization resistor is located and through the linearization resistor an auxiliary current proportional to the output signal of the bridge output amplifier
fließt. Das ist konkret in der Weise realisiert, daß dein Brückenausgangsverstärker ein Leistungstransistor nachgeschaltet ist und im Basis-Emitter-Kreis des Leistungstransistors der Ausgang des Brückenausgangsverstärkers sowie im Kollektor-Emi'ter-Kreis des Leistungstransistors ein Anzeige- uml'uder Registriergerät, eine weitere Spannungsquelle und der Linearisierungswiderstand geschaltet sind, wobei zweckmäßigerweise zwei Linearisierungswiderstände in Reihe geschaltet sind und mittels eines Umschalters die Linearisiepingsspannung zu der Speisespannung addierbar oder davon subtrahierbar ist, so daß die gleiche Temperaturmeßschaltung sowohl für Widerstandsthermometer mit abnehmender Empfindlichkeit (z. B. Platin) als auch für Widerstandsthermometer mit zunehmender Empfindlichkeit (z. B. Nickel) eingesetzt werden kann. Im übrigen besteht bei einer Ausführungsform mit nichtkompensierter Brückenschaltung die Möglichkeit, den Linearisierungswiderstand so zu dimensionieren, daß neben dem Linearitätsfehler des Widi.rstandsthermometers auch der Linearitätsfehfer der ßrückenschaltung kompensiert wird. — Diese bekannte elektrische Temperaturmeßschaltung hat sich in funktioneller Hinsicht außerordentlich bewährt, weil auf einfache und zuverlässige Weise eine lineare Abhängigkeit zwischen Temperatur und Meßspannung erreicht werden kann. Ein gewisser Nachteil besteht aber darin, daß für die Einstellung der Brückenspeisespannung eine besondere, »hochliegende« Spannungsquelle notwendig ist, so daß die Brückenspeisespannung nicht in an sich wünschenswerter und üblicher Weise mittels Zenerdiode oder dergleichen erzeugt werden kann. Weiter hat der erläuterte Aufbau der bekannten Temperaturmeßschaltung zur Folge, daß nicht ohne weiteres ein Übergang auf andere Meßbereiche unter Erhaltung der linearen Abhängigkeit zwischen Temperatur und Meßspannung bzw. -strom möglich ist.flows. This is specifically realized in such a way that your Bridge output amplifier is followed by a power transistor and in the base-emitter circuit of the Power transistor the output of the bridge output amplifier and in the collector-emitter circuit of the Power transistor a display reverser recording device, a further voltage source and the linearization resistor are connected, expediently two linearization resistors are connected in series and the Linearizing voltage can be added to or subtracted from the supply voltage, so that the same Temperature measuring circuit for resistance thermometers with decreasing sensitivity (e.g. platinum) as well as for resistance thermometers with increasing sensitivity (e.g. nickel). In addition, in an embodiment with a non-compensated bridge circuit, there is the possibility of to dimension the linearization resistor so that in addition to the linearity error of the resistance thermometer also the linearity error of the back circuit is compensated. - This well-known electric Temperature measuring circuit has proven to be extremely effective in functional terms, because it is simple and reliable way a linear dependence between temperature and measuring voltage can be achieved. A certain disadvantage, however, is that a special, "High" voltage source is necessary so that the bridge supply voltage is not in itself more desirable and can usually be generated by means of a Zener diode or the like. Next has the The explained structure of the known temperature measuring circuit means that a transition is not easily made to other measuring ranges while maintaining the linear relationship between temperature and measuring voltage or current is possible.
Im übrigen ist eine elektrische Temperaturmeßschallung anderer Gattung bekannt (vgl. DT-OS 22 08 852), bei der bei konstanter Brückenspeisespannung eine Linearisierung durch eine positive Rückkopplung erfolgt. Diese bekannte Temperaturmeüschaltung ist verhältnismäßig aufwendig und erlaubt gleichfalls nicht ohne weiteres einen Wechsel der Meßbereiche.In addition, there is an electrical temperature measurement sound of another type known (see. DT-OS 22 08 852), in which a constant bridge supply voltage Linearization takes place through positive feedback. This known temperature measuring circuit is relatively expensive and likewise does not allow a change of the measuring ranges without further ado.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Temperaturmeßschaltung der eingangs beschriebenen Gattung in schaltungstechnischer Hinsicht zu vereinfachen.The invention is based on the object of providing an electrical temperature measuring circuit of the initially introduced to simplify the type described in terms of circuitry.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Trennverstärker als Summierverstärker geschaltet ist, an dessen Eingang die Linearisierungsspannung geschaltet ist, daß ein einziger Linearisierungswiderstand vorgesehen ist, der, wenn mehrere Meßbereiche vorgesehen sind, allen Meßbereichen geineinsam ist, und daß durch den Linearisierungswiderstand ein dem Ausgangssignal des Brückenausgangsverstärkers proportionaler Hilfsstrom fließt.According to the invention, this object is achieved in that the isolating amplifier is connected as a summing amplifier is, at the input of which the linearization voltage is connected, that a single linearization resistor is provided which, if several measuring areas are provided, all measuring areas together is, and that the output signal of the bridge output amplifier through the linearization resistor proportional auxiliary current flows.
Erfindungsgemäß werden damit am Eingang des als Summierverstärker geschalteten Trennverstärkers die Brückenspeisespannung einerseits und die — tempera- to turabhängige — Linearisierungsspannung andererseits addiert, womit eine gesonderte Spannungsquelle zur Einstellung der Brückenspeisespannung entbehrlich gemacht wird. Dabei wird die Linearisierungsspannung in besonders einfacher Weise als der Spannungsabfall bi erzeugt, den ein dem Ausgangssignal des Brückenausgangsverstärkers proportionaler Hilfsstrom an einem Linearisierungswiderstand erzeugt. Damit ergibt sich zugleich die Möglichkeit, im Bedar/sfall in außerordentlich einfacher Weise auf andere Meßbereiche überzugehen, weil dabei der Linearisierungswiderstand nicht umgeschaltet werden muß, sondern allen Meßbereichtn gemeinsam sein kann. According to the invention, the bridge feed voltage on the one hand and the temperature-dependent linearization voltage on the other hand are added at the input of the isolating amplifier connected as a summing amplifier, so that a separate voltage source for setting the bridge feed voltage is dispensed with. The linearization voltage is generated in a particularly simple manner as the voltage drop bi that an auxiliary current proportional to the output signal of the bridge output amplifier generates at a linearization resistor. This also results in the possibility of changing over to other measuring ranges in an extremely simple manner, if necessary, because the linearization resistor does not have to be switched over, but can be common to all measuring ranges.
Weiter kann dem Brückenausgangsverstärker eine Umkehrstufe nachgeschaltet und der Linearisierungswiderstand, der einerseits an den Eingang des der Spannungsquelle nachgeschalteten Suminierverstärkers angeschlossen ist, andererseits mit Hilfe eines Umschalters mit dem Ausgang des Brückenausgangsverstärkers oder mit dem Ausgang der Umkehrstufe verbindbar sein. Damit wird in einfacher Weise von einem Widerstandsthermometer von mit der Temperatur zunehmender Empfindlichkeit auf eines mit abnehmender Empfindglichkeit umgeschaltetFurthermore, the bridge output amplifier can be followed by an inverting stage and the linearization resistor, on the one hand to the input of the summing amplifier connected downstream of the voltage source is connected, on the other hand with the help of a switch to the output of the bridge output amplifier or be connectable to the output of the inverter. This is a simple matter of one Resistance thermometers from sensitivity increasing with temperature to one with decreasing sensitivity Switched sensitivity
Eine weitere Lehre der Erfindung geht dahin, den Linearisierungswiderstand so zu dimensionieren, daß neben dem Linearitätsfehler des Widerstandsthermometers auch der Linearitätsfehler der Brückenschaltung kompensiert ist. Bekanntlich besteht bei einer ßrückenschaltung genaue Proportionalität zwischen Änderungen eines der Brückenwiderstände und der Brückenausgangsspannung nur im Bereich kleiner Änderungen. Bei größeren Widerstandsänderungen führt die damit verbundene Abweichung vom Brückengleichgewicht zu Abweichungen von der Proportionalität. Dieser Linearitätsfehler der Brückenschaltung kann durch entsprechende Bemessung des Linearisierungswiderstandes zugleich mit der temperaturabhängigen Empfindlichkeitsänderung des Widerstandsthermometers kompensiert werden.Another teaching of the invention is to dimension the linearization resistor so that In addition to the linearity error of the resistance thermometer, also the linearity error of the bridge circuit is compensated. As is well known, there is a backshift exact proportionality between changes in one of the bridge resistances and the bridge output voltage only in the area of small changes. This leads to larger changes in resistance associated deviation from the bridge equilibrium to deviations from proportionality. This linearity error the bridge circuit can be made by dimensioning the linearization resistance accordingly compensated at the same time with the temperature-dependent change in sensitivity of the resistance thermometer will.
Die durch die Erfindung gegenüber der elektrischen Temperaturmeßschaltung, von der die Erfindung ausgeht, erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß die bei der bekannten Temperaturmeßschaltung notwendige zweite Spannungsquelle entfallen kann und daß man, ohne daß umständliche Umschaltungen notwendig sind, mit einem einzigen Linearisierungswiderstand für alle Meßbereiche auskommt.The by the invention versus the electrical temperature measuring circuit of which the invention assumes, achieved advantages are summarized in the fact that in the known temperature measuring circuit necessary second voltage source can be omitted and that you can do without cumbersome switchovers are necessary, get by with a single linearization resistor for all measuring ranges.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; die einzige Figur zeigt eine bevorzugte Aüsführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Temperaturmeßschaltung.In the following the invention is illustrated by means of a drawing which shows only one exemplary embodiment explained in more detail; the single figure shows a preferred embodiment of one according to the invention electrical temperature measuring circuit.
Die in der Figur dargestellte elektrische Temperaturmeßschaltung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer Brückenschaltung 1, die aus Brückenwiderständen 2 aufgebaut ist, einem Widerstandsthermometer 3 in einem Brückenzweig der Brückenschaltung 1, einer Spannungsquelle 4 mit nachgeschaltetem Summierverstärker 5 zur Speisung der Brückenschaltung 1, einem der Brückendiagonalen nachgeschalteten Brükkenausgangsverstärker 6 und einem Anzeigegerät 7. Um eine Linearisierung der Zuordnung Temperatur-Meßspannung bzw. -strom zu erreichen, ist eine dem Ausgangssignal des Brückenausgangsverstärkers 6 linear proportionale Linearisierungsspannung zu der Speisespannung der Brückenschaltung 1 addierbar oder davon subtrahierbar. Die Linearisierungsspannung wird zu der Speisespannung der Brückenschaltung 1 addiert, wenn die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers 3 mit steigender Temperatur abnimmt, sie wird von der Speisespannung der Brückenschaltung 1 subtrahiert, wenn die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers 3 mit zunehmender Temperatur zunimmt.The electrical temperature measuring circuit shown in the figure consists in its basic structure from a bridge circuit 1, which is made up of bridge resistors 2, a resistance thermometer 3 in a bridge branch of the bridge circuit 1, a voltage source 4 with a downstream summing amplifier 5 for feeding the bridge circuit 1, a bridge output amplifier connected downstream of the bridge diagonals 6 and a display device 7. To linearize the assignment of temperature and measuring voltage to achieve or current is one of the output signal of the bridge output amplifier 6 linearly proportional linearization voltage can be added to the supply voltage of the bridge circuit 1 or subtractable from it. The linearization voltage is added to the supply voltage of the bridge circuit 1, if the sensitivity of the resistance thermometer 3 decreases as the temperature rises, it becomes of the supply voltage of the bridge circuit 1 subtracted when the sensitivity of the resistance thermometer 3 increases with increasing temperature.
Erfindungsgemäß ist die Linearisierungsspannung auf den Eingang des Summierverstärkers 5 geschaltet. ImAccording to the invention, the linearization voltage is connected to the input of the summing amplifier 5. in the
einzelnen ist dazu ein Linearisierungswiderstand 8 vorgesehen, durch den ein dem Ausgangssignal des Brückenausgangsverstärkers 6 proportionaler Hilfsstrom fließt. Dabei ist dem Brückenausgangsverstärker 6 eine Umkehrstufe 9 nachgeschaltet und der Linearisierungswiderstand 8, der einerseits mit dem Eingang des Summierverstärkers 5 verbunden ist, andererseits mit Hilfe eines Umschalters 10 mit dem Ausgang des Brückenausgangsverstärkers 6 oder mit dem Ausgang der Umkehrstufe 9 verbindbar.a linearization resistor 8 is provided individually for this purpose, through which the output signal of the Bridge output amplifier 6 proportional auxiliary current flows. This is the bridge output amplifier 6 is followed by an inverter 9 and the linearization resistor 8, which is connected on the one hand to the input of the Summing amplifier 5 is connected, on the other hand with the help of a switch 10 to the output of the Bridge output amplifier 6 or connectable to the output of the inverter 9.
Hierzu 1 Blatt ZeichnunecnFor this 1 sheet of drawing
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722248083 DE2248083B2 (en) | 1971-02-04 | 1972-09-30 | Electrical temperature measuring circuit |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19712105226 DE2105226A1 (en) | 1971-02-04 | 1971-02-04 | Electrical temperature measuring circuit |
| DE19722248083 DE2248083B2 (en) | 1971-02-04 | 1972-09-30 | Electrical temperature measuring circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2248083A1 DE2248083A1 (en) | 1974-04-18 |
| DE2248083B2 true DE2248083B2 (en) | 1978-03-16 |
Family
ID=5857893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19722248083 Ceased DE2248083B2 (en) | 1971-02-04 | 1972-09-30 | Electrical temperature measuring circuit |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE2248083B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3231996A1 (en) * | 1982-08-27 | 1984-03-01 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg | RESISTANCE THERMOMETER |
-
1972
- 1972-09-30 DE DE19722248083 patent/DE2248083B2/en not_active Ceased
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3231996A1 (en) * | 1982-08-27 | 1984-03-01 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg | RESISTANCE THERMOMETER |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2248083A1 (en) | 1974-04-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BHV | Refusal |