DE3016775A1

DE3016775A1 - Temperaturnachweisschaltung

Info

Publication number: DE3016775A1
Application number: DE19803016775
Authority: DE
Inventors: Yasuo Ohashi; Keizo Yamamura
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1980-04-30
Publication date: 1980-11-20
Also published as: IT1128886B; JPS55154430A; JPS5845654B2; HK91986A; GB2049195A; IT8067677A0; DE3016775C2; GB2049195B

Description

OMRON TATEISI ... P 975-DE

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturnachweisschaltung mit einem temperaturempfindlichen Widerstand und drei mit dem temperaturempfindlichen Widerstand verbundenen Leitungsdrähten, und richtet sich insbesondere auf eine verbesserte Temperaturnachweisschaltung zur Lieferung eines genauen Temperaturnachweises unabhängig von der Länge der drei Leitungsdrähte.

Es ist eine Temperaturnachweisschaltung bekannt, welche einen dreidrähtigen Temperatursensor umfaßt, der aus 0 einem temperaturempfindlichen Widerstand und drei mit dem Widerstand so verbundenen Leitungsdrähten besteht, daß der Einfluß des Eigenwiderstandes der drei Leitungsdrähte vermieden ist. Fig. 1 zeigt eine solche bekannte Temperaturnachweisschaltung, welche eine Temperatursensoreinheit 14 und die ihr zugeordnete Schaltung 15 umfaßt. Die Einheit 14 ist mit der Schaltung 15 über drei Anschlüsse 1,2 und 3 lösbar verbunden. Die drei Leitungsdrähte 11, 12 und 13," die gleichen Eigenwiderstand r_e haben, sind an dem einen Ende mit dem Anschluß 1, 2 bzw. 3 und am anderen Ende mit dem temperaturempfindliehen Widerstand 10 verbunden. Der Anschluß 1 ist mit einer Referenzspannungsquelle 5 verbunden. Der Anschluß 2 ist mit einer Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand 22 und einem veränderbaren Widerstand 23, verbunden. Der veränderbare Widerstand 23 dient zum Einstellen einer · Nachweistemperatur. Der Anschluß 3 ist mit dem positiven Eingang eines Komperators 4 und einem Widerstand 21 verbunden, der einen dem Widerstand 22 gleichen Widerstandswert hat. Der gemeinsame Punkt 6 der Widerstände 22 und ist mit dem negativen Eingang des Komperators 4 verbunden.

Wenn die betreffenden Widerstände der Schaltung 15 so

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eingerichtet sind, daß ein durch den Leitungsdraht 12
fließender Strom ±2 gleich einem durch den Leitungsdraht 13 fließenden Strom i-| ist, dann ist der über dem Draht

12 entstehende Spannungsabfall gleich demjenigen am Draht 13,so daß der Eigenwiderstand der Leitungsdrähte 12 und

13 ohne Einfluß auf die Arbeitsweise der Schaltung der
Fig. 1 ist. Durch Vergleich einer am Anschluß 3 erscheinenden Spannung v-j mit einer am gemeinsamen Punkt 6 erscheinenden Spannung ν 2 stellt der Komparator 4 fest,

daß der Eigenwiderstandswert R_x des Widerstands 10 gleich einem mit dem veränderbaren Widerstand 23 eingestellten Widerstandswert ist, d.h., daß die durch den Widerstand abgefühlte Temperatur gleich der mit dem Widerstand 23 eingestellten Temperatur ist.

Für ein zufriedenstellendes Arbeiten der Schaltung
ist es jedoch notwendig, daß der veränderbare Widerstand 23 exakt auf einen gewünschten Wert eingestellt werden
kann. Allgemein findet man, daß ein veränderbarer Widerstand, der verschiedene Bedingungen wie niedrige Kosten, Genauigkeit, Linearität usw. gleichzeitig erfüllt, einen verhältnismäßig niedrigen Widerstandswert hat. Wenn dementsprechend ein solcher Widerstand mit niedrigem Widerstandswert als Widerstand 23 verwendet wird, also eine
maximale Änderung (beispielsweise 20 Ohm) des Widerstandswerts des veränderbaren Widerstands 23 kleiner als eine maximale Änderung (beispielsweise 200 Ohm) des Widerstandswerts des temperaturempfindlichen Widerstands 10 ist,
muß der Strom i^ (beispielsweise zehnmal) größer als der Strom ±-\ sein, damit ein Bereich, in dem die Spannung

ν-] variert, mit einem Bereich, in dem die Spannung V2
variiert, zusammenfällt. Unter solchen Bedingungen ist der Spannungsabfall über der Leitung 12 nicht gleich demjenigen über der Leitung 13, so daß der Eigen-

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widerstand r_e der einzelnen Leitungsdrähte 11, 12 und 13 die Nachweisgenauigkeit der in Fig. 1 gezeigten Schaltung beeinflußt.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Temperaturnachweisschaltung mit einem temperaturempfindlichen Widerstand und einem veränderbaren Widerstand zur Einstellung der Nachweistemperatur/ bei welcher die Maximaländerung des Widerstandswerts des veränderbaren Widerstands unabhängig von derjenigen des temperaturempfindliehen Widerstands, der eine Temperatur abgefühlt hat, ist und der Eigenwiderstandswert eines Leitungsdrahts, der durch seine Länge zwischen dem temperaturempfindlichen Widerstand und der ihm zugeordneten Schaltung bestimmt wird, die Schaltungseigenschaften der Temperaturnachweisschaltung nicht beeinflußt.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine Temperaturnachweisschaltung zu schaffen, welche drei den temperaturempfindlichen Widerstand mit der ihm zugeordneten Schaltung lösbar verbindende Leitungsdrähte und einen veränderbaren Widerstand, der einen niedrigen Widerstandswert hat, umfaßt.

Hierzu schlägt die Erfindung eine Temperaturnachweisschaltung gemäß Anspruch 1 vor. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist

Fig. 1 eine Schaltung, die eine herkömmliche Temperatur-

nachweisschaltung wiedergibt, und 30

Fig. 2 eine Schaltung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Temperaturnachweisschaltung gemäß der Erfindung wiederaibt.

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Fig. 2 zeigt als eine Ausführungsform der Erfindung eine Temperaturnachweisschaltung, bei welcher eine Dreidraht-Temperatursensoreinheit 100 mit einem ersten Leitungsdraht 111, einem zweiten Leitungsdraht 112 und einem dritten Leitungsdraht 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 Leitungsdrähte 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 Wider-, stand 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 Spannungsteilerschal tune 6 0 angeschlossen, die einen einen beweglichen Kontakt 20 3 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 V.. , eine am gemeinsamen Punkt 202 der Widerstände 32 und 3 3 erscheinende zweite Spannung V₂ und eine am beweglichen Kontakt 203 des Widerstandes 34 erscheinende dritte
Spannung V₃ summiert. Die Widerstandswerte der Widerstände

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41, 42, 43 und 44 sind identisch. Der Addierer 45 ist so eingerichtet, daß er eine Ausgangsspannung V_out gemäß folgender Gleichung

V_out = - V₁ + V₂ + V₃ (1)

erzeugt.

Der veränderbare Widerstand 37 ist zur Kompensation eines Of f sets des Verstärkers 40 und von Abwaichungen 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 Leitungsdraht 113 und die Widerstände 37 und 31 fließender Strom I-j gleich einem durch den Leitungsdraht 112 und die Widerstände 32 und 33 fließenden Strom I₂ ist. Wenn der Strom I-j gleich dem Strom I2 ist, ist ein an dem Leitungsdraht 113 entstehender Spannungsabfall R_e»I-| gleich einem am Leitungsdraht 112 entstehenden Spannungsabfall Re'¹^' so daß sich die Spannungs— abfalle über den Leitungsdrähten 113 und 112 gegenseitig wegheben und vernachläßigt werden können, da die erste Spannung V₁ und die zweite Spannung V,, wie in der ojben erwähnten Gleichung (1) gezeigt, als Eingangsspannung (-V-.J + V2) auf den Addierer 45 gegeben werden.

Bei der vorliegenden Ausfuhrungsform ist bei der Referenztemperatur der Widerstandswert des Widerstandes: 32 im wesentlichen gleich dem Widerstandswert des Widerstandes 110, und der Widerstandswert des Widerstandes 31 ist

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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 I1 und I2 in ihrer Bedeutung als Fehler der 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 V.. gleich der maximalen Änderung der dritten Spannung V^ ist, was heißt, daß eine Änderung <Λ> V^ der Spannung V. gleich einer Änderung AV^ 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 I3 eine der folgenden Gleichung genügende Spannung V3 liefert:

^vout = -V10 ⁺ V₂ + V₃₀ = 0 (2)

wobei V_out die Ausgangsspannung des Verstärkers 40 ist, V^g die Spannung V₁ darstellt, die erscheint, wenn durch den Widerstand 110 die Referenztemperatur, beispielsweise 0° C, bei der sein Widerstandswert R_x = R_Xu ist, abgefühlt wird, und V-,q die Spannung V 3 darstellt, wie' sie erscheint, wenn der veränderbare Widerstand 34 auf eine der durch den Widerstand 110 abgefühlten Referenztemperatur entsprechende Referenztemperaturstellung eingestellt ist.

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Bauteile, die in der Schaltung der Fig. 1 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 (in Ohm): 100 bei 0° C, 60 bei -100° C, 139 bei +100° C

Widerstandswert des Widerstandes 32 = 100 Ohm

31 -^ 6 Kiloohm

" 33 0 6 Kiloohm

34 = 20 Ohm (max.)

" 35 «/ 2 Kiloohm

" 36 = 500 Ohm (max.)

Wenn der Widerstand 34 auf eine einer gewünschten Nachweistemperatur t°C entsprechende Stellung eingestellt ist, gilt also die folgende Gleichung für die Spannung V₃: 20

V₃ = V₃₀ +AV₃ ' (3)

Ferner gilt, wenn der temperaturempfindliche Widerstand 1-1-0 die Temperatur t°C abfühlt und der Widerstandswert R_x zu R-xt. ^wi^r(3·' die folgende Gleichung für die Spannung V-i :

V₁ = V₁₀ +AV₁ (4)

Wie oben beschrieben, ist mittels der Schaltung 60 die Änderung ΔV₃ gleich der Änderung ΔV₁ gemacht, so daß die obige Gleichung (1) folgendermaßen umgeschrieben werden kann:

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^vout = - (V₁₀ + AV₁) ₊ V_{2 +} (V₃₀ + AV₃)

= - V₁₀ + V₂ + V₃₀

= 0 (5)

Die Ausgangsspannung V_Qut (=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 Fig. 1 durch eine bloße Einstellung des veränderbaren Widerstands 34 einen Temperaturnachweis ergibt, der unabhängig sowohl von den Eigenwiderständen der Leitungsdrähte 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 Fig. 1 sehr stabil ist. Der veränderbare Widerstand (34) zum Einstellen einer Nachweistempe.ratur kann jeder herkömmliche veränderbare Widerstand sein, dessen Widerstandswert unter demjenigen des temperaturempfindlichen Widerstandes liegt.

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Leerseite

Claims

WILHELMS & KILIAN

PATENTANWÄLTE

OMRON TATEISI ELECTRONICS CO. Kyoto Japan

Temperaturnachweisschaltung

DR. ROLF E.WILHELMS DR. HELMUT KILIAN

OSEIBELSTRASSE 6

aOOO MÜNCHEN

7ITLCFON (0 00) «7 10 73· Tt LtX 52 O4 O7 (w.O-c!)

PATRAN'3 WjNCHfIN

P 975-DE

Priorität: 18. Mai 1979 - JAPAN - Nr. 62028/1979

PATENTANSPRÜCHE

7 1 .) Temperaturnachweisschaltung, gekennzeichnet durch eine Dreidraht-Temperatursensoreinheit (100) mit einem ersten Anschluß (121), einem zweiten Anschluß (122) und einem dritten Anschluß (123), einem temperaturempfindlichen Widerstand (110), einem zwischen dem ersten Anschluß und einem Ende des temperaturempfindlichen Widerstands angeschlossenen ersten Leistungsdraht (111), einem zwischen dem zweiten Anschluß und dem einen Ende des temperaturempfindlichen Widerstands angeschlossenen zweiten Leitungsdraht (112), und einem zwischen dem dritten

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Anschluß und dem anderen Ende des temperaturempfindlichen Widerstands abgeschlossenen dritten Leitungsdraht (113); einen ersten Spannungsanschluß (53)und einen zweiten Spannungsanschluß (54), zwischen denen eine Referenzspannung angelegt ist, wobei der erste Anschluß mit dem ersten Spannungsanschluß verbunden ist; einen zwischen dem dritten Anschluß und dem zweiten Spannungsanschluß angeschlossenen ersten Widerstand (31); einen zweiten Widerstand (32) und einen dritten Widerstand (33) , die zwischen dem zweiten Anschluß und dem zweiten Spannungsanschluß in Reihe geschaltet sind, wobei die Widerstandswerte des ersten, zweiten und dritten Widerstands so gewählt sind, daß ein durch den zweiten Leitungsdraht fließender Strom im wesentlichen gleich einem durch den dritten Leitungsdraht fließenden Strom ist; einen zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsanschluß angeschlossenen Spannungsteiler (60) mit einem beweglichen Kontakt (203); und eine summierende Verstärkungseinrichtung (45) zum Summieren einer an einer Verbindung zwischen dem dritten Anschluß und dem ersten Widerstand erscheinenden ersten Spannung (V-]) , einer an einer Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand erscheinenden zweiten Spannung (V2) und einer an dem beweglichen Kontakt des Spannungsteilers erscheinenden dritten Spannung (V3) und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wobei der Spannungsteiler so ausgelegt ist, daß eine Änderung der dritten Spannung gleich einer Änderung der dem Widerstandswert des die Temperatur abfühlenden temperaturempfindlichen Widerstands entsprechenden ersten Spannung gemacht werden kann.
2. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spannungsteiler (60) einen den beweglichen Kontakt (203) aufweisenden

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veränderbaren Widerstand (34) enthält und daß der maximale Widerstandswert des veränderbaren Widerstands kleiner als derjenige des temperaturempfindlichen Widerstands (110) ist.
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3. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der bewegliche Kontakt (203) des Spannungsteilers (60) so einstellbar ist, daß, wenn ein summierter Wert der zweiten Spannung (V^) und der dritten Spannung (V^) gleich einemWert der ersten

Spannung (V*) ist, die summierende Verstärkungseinrichtung (45) ein Ausgangssignal auf Null-Spannung erzeugt.
4. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1, da-

durch gekennzeichnet , daß der temperaturempfindliche Widerstand (110) ein Platin-Widerstandselement ist.
5. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Referenzspannung von einer mit der summierenden Verstärkungseinrichtung (45) verbundenen Spannungsquelle (55) unabhängig ist.
6. Temperaturnachweisschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Widerstand (31) 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 der erste und dritte Widerstand Widerstandswerte haben, die größer als diejenigen des temperaturempfindlichen und des zweiten Widerstands sind.