DE3230124A1

DE3230124A1 - Verfahren zur schnellen, belastungsarmen temperaturmessung

Info

Publication number: DE3230124A1
Application number: DE19823230124
Authority: DE
Inventors: Joachim Prof. Dipl.-Ing. 2120 Lüneburg Goerth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-13
Filing date: 1982-08-13
Publication date: 1984-02-16

Description

Verfahren zur schnellen, belastungsarmen Temperaturmessung
Die erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen elektrischen Messung insbesondere von Temperaturen, das zusätzlich die thermische Belastung, z.B. die Abkühlung des Meßobjektes durch den Meßwertaufnehmer, klein hält.
Meßverfahren zur Temperaturmessung mit Meßwertaufnehmer arbeiten nach dem Stande der Technik so, daß der Meßwertaufnehmer, im folgenden Sensor genannt, durch das Meßobjekt erwärmt wird. Dies geschieht in der Regel nach exponentiellem Zeitverlauf nach KIG.l, Kurve a.
Solche Verfahren haben daher zwei Probleme: Zum ersten soll der Sensor die Temperatur des Meßobjektes erreichen. Dazu wird, je nach geforderter Meßgenauigkeit, eine Zeit von wenigstens etwa 5 Zeitkonstanten benötigt. Deshalb sind solche Verfahren prinzipiell langsam. Bekannte Flaßnahmen zur Minderung dieses Problems sind erstens die Verwendung eines Sensors mit kleiner Wärmekapazität, d. h. mit kleiner Zeitkonstanten, und zweitens die rechnerische Expolation von einigen Anfangswerten auf den Endwert, die mit Hilfe eines Mikrorechners z.B. bereits nach 1 bis 2 Zeitkonstanten abgeschlossen sein kann.
Das zweite Problem ist die thermische Belastung des Meßobjektes durch den Sensor und dadurch bedingte Meßfehler. Hier sind ebenfalls Sensoren mit kleiner Wärmekapazität als Abhilfe bekannt.
Der rrfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Meßzeit und thermische Belastung klein zu halten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Energie zur Erwärmung des Sensors nicht, wie es dem Stand der Technik entspricht, dem Meßobjekt, sondern einer Hilfsenergiequelle entnommen wird, die den Sensor auf die zu messende Temperatur aufheizt. Die restliche Meßanordnug hat dann die Aufgabe, die Gleichheit von Sensortemperatur und Temperatur des Meßobjektes festzustellen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Meßverfahrens liegen insbesondere darin, daß der Sensor durch die Hilfsenergiequelle sehr schnell auf die Temperatur des Meßobjektes gebracht werden kann und darin, daß die thermische Belastungs des Meßobjektes nur noch durch den Vergleich Sensortemperatur - Temperatur des Meßobjektes hervorgerufen wird.
An Hand von Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutert.
FIG.1 zeigt drei Verläufe der Temperatur des Sensors über der Zeit FIG.2 zeigt eine analog arbeitende Meßanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Fig.3 zeigt eine digital arbeitende Meßanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Kurve a aus FIG.1 zeigt den zeitlichen Verlauf des Temperaturanstiegs des Sensors, wie er einem Verfahren nach dem Stande der Technik entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren unterteilt die Zeit durch einen Takt in Zeitschritte 1, 2, 3 usw.
Während des Zeitschrittes 1 wird der Sensor aus der Hilfsenergieclielle geheizt. Während des folgenden Zeitschrittes 2 wird nicht geheizt. Ist die Sensortemperatur am Ende des Zeitschrittes 2 größer als am Ende des Zeitschrittes 1, so hatte der Sensor die Temperatur des Meßobjektes noch nicht erreicht, und es muß in einem weiteren Zeitschritt 3 erneut geheizt und nach einem Zeitschritt 4 erneut verglichen werden usw. Dies wird so lange durchgeführt, bis der Vergleich der Sensortemperaturen am Anfang und Ende eines Zeitschittes ohne Heizung die Gleichheit der Temperaturen im Rahmen einer vorzugebenden Genauigkeitsschwelle ergibt.
Die dann vorliegende Temperatur wird als Meßwert ausgegeben.
Kurve b aus FIG.1 entspricht diesem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Kurve c aus FIG.1 zeigt eine Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens derart, daß die Hilfsenergiequelle vom Ergebnis des Temperaturvergleichs gesteuert wird. Ist beispielsweise die Temperatur am Ende des Zeitschrittes 2 nur wenig größer als die Temperatur am Ende des Zeitschrittes 1, wird die Hilfsenergiequelle so gesteuert, daß die Temperaturerhöhung des Sensors im folgenden Zeitschritt 3 kleiner ausfällt.
FIG.2 zeigt eine Anordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die die Signale analog verarbeitet. Der Sensor 2 steht in Wärmekontakt zum Meßobjekt 1 und liefert ein der Temperatur entsprechendes elektrisches Signal an den Zwischenspeicher 5, der diesen Meßwert für einen Zeitschritt festhalten kann, und an die Vergleichsschaltung 4. Der Taktgeber 6 sorgt für die Einhaltung der Zeitschritte. Ist die Differenz zwischen den Sensortemperaturen an Anfang und Ende eines Zeitschrittes ohne Heizung kleiner als die in der Vergleichsschaltung 4 festgelegte Genauigkeitsschwelle, wird der Meßwert über einen Analogschalter 8 an den Meßwertausgang 7 freigegeben.
Der Sensor wird taktgesteuert von der Hilfsenergiequelle 3 geheizt.
Die Größe der Differenz am Ausgang der Vergleichsschaltung 4 kann, falls gewünscht, die Hilfsenergiequelle 3 steuern, so daß ein Verhalten nach Kurve c aus FIG.1 erreicht wird.
FIG.3 zeigt eine Anordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die die Signale digital verarbeitet. Sie enthält zusätzlich einen Analog-Digitalwandler 9 und, wenn die Hilfenergiequelle von der Differrenz gesteuert werden soll, einen Digital-Analogwandler 10.
Die übrigen Funktionsblöcke entsprechen sinngemäß der FIG.2, nämlich der Zwischenspeicher 5, die Differenzbildeschaltung mit Genauigkeitsschwelle 4, die Torschaltung 8 vor dem Meßwertausgang 7 , den Taktgeber 6, die Hilfsenergiequelle 3, den Sensor 2 und das Meßobjekt 1.
Der Sensor wird erfindungsgemäß zweckmäßig als temperaturabhängiger Widerstand ausgeführt, weil dann die Hilfsenergiequelle als Spannungs- oder Stromquelle für Widerstandsheizung ausgelegt sein kann.
Es ist auch möglich, Sensoren zu verwenden, die auf andere Weise geheizt werden müssen; ebenso entspricht es dem Erfindungsgedanken, den Sensor zu kühlen, wenn die Temperatur des Meßobjektes tiefer als die Temperatur des Sensors liegt, oder Heizung und Kühlung gleichzeitig vorzusehen.
Ferner ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Messung anderer Größen als der Temperatur zu verwenden, wenn die Zeitkonstante oder die Belastung des Meßobjektes durch den Sensor kritisch sind. An die Stelle der Heizung oder Kühlung tritt dann eine der zu messenden größe entsprechende Hilfsenergiequelle.

Claims

Verfahren zur schnellen, belastungsarmen Temperaturmessung Patentansprüche: (2Verfahren zur Temperaturmessung mit Hilfe eines in Wärmekontakt zum Meßobjekt stehenden Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor durch eine Hilfsenergiequelle auf die Temperatur des Meßobjektes gebracht wird.
2. Verfahren zur Temperaturmessung nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsenergiequelle durch die von der Meßanordnung gebildete Differenz der Temperaturen des Sensors an Anfang und Ende eines Zeitabschnittes gesteuert wird.
3. Verfahren nach 1. oder 2., dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Meßanordnung die analoge Verarbeitung elektrischer Signale vorsieht.
4. Verfahren nach 1. oder 2., dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Meßanordnung die digitale Verarbeitung elektrischer Signale vorsieht.
5. Verfahren nach 1. bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß nicht Temperaturen, sondern andere Größen gemessen werden.