NL8400755A

NL8400755A - Calibratie-waarschuwingsinrichting.

Info

Publication number: NL8400755A
Application number: NL8400755A
Authority: NL
Original assignee: Johnson Matthey Plc
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1984-10-01
Also published as: SE8401350L; IE840590L; IE55085B1; GB8306764D0; PT78231A; US4721942A; FR2542446A1; SE8401350D0; ES8503154A1; YU43784A; CH656459A5; IN162343B; ES530489A0; PT78231B; BE899124A; CA1217950A; IT1175445B; DE3408960A1; KR840009019A; IT8419961A0

Description

Λ __ t -1- 23815/JF/ts

Korte aanduiding: Calibratie-waarschuwingsinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een calibratie-waarschuwings-inrichting voor gebruik met een elektrische sensor.

5 Deze uitvinding betreft een inrichting voor gebruik met een meet- of referentieinrichting, waarbij de inrichting voorziet in een calibratie-waarschuwing in responsie op verlengd gebruik van de inrichting. De uitvinding is primair bedoeld voor gebruik met een thermokoppel, dat bij hoge of constante temperaturen werkt.

10 Gevonden is, dat wanneer een thermokoppel is geïnstalleerd in bij voorbeeld een oven, het elektrische uitgangssignaal met betrekking tot de temperatuur geleidelijk zal verlopen van een in het ttegin gecalibreerde conditie, afhankelijk van de tijdsduur, gedurende welke het element is blootgesteld aan verhoogde temperaturen en de hoogte van die temperaturen. In 15 het verleden is vervanging van thermokoppels uitgevoerd op regelmatige tijdsintervallen vrijelijk gebaseerd op voorgaande ervaring of in geval van een oven, wanneer een materiaalcharge was geruïneerd vanwege het feit, dat het thermokoppel buiten warmtebehandelingstemperatuurgrenzen was verlopen. Het is bekend een thermokoppelcalibratiewaarschuwing te verkrijgen van een 20 met een aantal thermokoppels gekoppelde computer door het programmeren van de computer om een digitale calibratietelling voor elk thermokoppel op te bouwen, gebaseerd op een aantal verwarmingskringlopen, waaraan het thermokoppel is onderworpen en de maximale in elke kringloop bereikte temperatuur. Een nadeel van dit bekende systeem is dat, ofschoon het kan 25 voorzien in een gedefinieerde werkwijze voor het voorspellen van een vooraf bepaald calibratieverloop, dit het gebruik vereist van een computer en koppelschakelingen. Het is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een calibratie-waarschuT dngsinrichting, die betrekkelijk eenvoudig is en geschikter voor gebruik met een e*kel thermokoppel.

30 Volgens één aspect van deze uitvinding wordt daartoe voorzien in een inrichting van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft, dat deze een met een analoge aanstuurschakeling gekoppelde analoge aangeef inrichting omvat, welke schakeling zodanig op het uitgangssignaal van de sensor aanspreekt, dat de door de aangeefinrichting verschafte uitle-35 zing een functie van zowel het uitgangssignaal van de sensor, als verstreken tijd is.

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt voorzien in een calibratie-waarschuwingsinrichting voor gebruik met een sensor of elek- 8400755 -2- s238l5/JF/ts ο trische referentieinriohting, die het kenmerk heeft, dat deze een met een analoge aanstuurschakeling gekoppelde aangeefinrichting omvat, die is ingericht om te voorzien in een meteruitlezing, die een functie is van zowel de temperatuur waarop de sensor of referentieinriohting werkt,al$ de totale tijd 5 dat de sensor of referentieinriohting is gebruikt.

De uitvinding zal nu als voorbeeld worden beschreven onder verwijzing naar de bijbehorende tekening, waarin:

Fig. 1 een schakelschema is van een waarschuwingsmodule, die afzonderlijk kan zijn en is bedoeld voor verbinding met het thermokoppel ge-durende de werk-levensduur ervan of permanent kan zijn opgenomen in bijvoorbeeld een verbindingsklem aan het thermokoppeleinde; en fig. 2 een schakelschema is van een waarschuwingsmodule voor gebruik met een thermokoppel, die op in hoofdzaak constante temperatuur werkt. Verwijzend naar fig. 1 heeft de module een buffer 1 met een ver-15 ster kings factor 1 en een hoge ingangsimpedantie, die. is gekoppeld met een enkel hoge temperatuur-thermokoppel 2 en een 'versterkerketen' 3,4,5 met zowel lineaire als exponentiële versterkings- of verzwakkingskarakteristie-ken voor het opwekken van een uitgangsstroom Iq, die afhankelijk is van de thermo-gekoppelde spanning V_ volgens de betrekking on t bVm 1 20 I = ae T.

o

Deze stroom wordt toegevoerd aan een bekende verstreken-tijdmeter of-indicator 6, zoals het type met een druppel elektrolyt, die twee kolommen kwik in een glazen buis scheidt. Dergelijke meters zijn betrekkelijk goedkoop en compact. Terwijl gelijkstroom passeert van de ene kolom kwik naar 25 de andere via de elektrolyt, bewegen kwikionen van de ene kolom naar de andere, waardoor de elektrolytdruppel langs de buis beweegt evenredig met de totale elektrische lading, die is overgedragen sinds de meter was geïnstalleerd.

De versterkings betrekking Iq = ae^T wordt verkregen door eerst 30 de uitgangsspanning van de buffer 1 met een factor b in een lineaire versterker 3 te versterken. De versterkte spanning bV^, toe te voeren aan een

versterker 4 met een exponentiële karakteristiek om een uitgangssignaal bV

e T te leveren en daarna het signaal opnieuw te versterken om te voorzien in een uitgangsstroom Iq = ae^T via een ballastweerstand 7 en de ver-35 streken-tijdindicator 6. De ballastweerstand 7 dient om elke geringe variatie in de impedantie van de verstreken-tijdindicator tot een onbeduidend niveau te verminderen.

Het zal worden ingezien, dat de uitgangsstroom I exponentieel 8400755 m ^ ^ -3- 23815/JF/ts met V^ toeneemt, zodat de snelheid, waarmee de indicatoruitlezing verandert een functie is van de verloopsnelheid in de thermokoppelcalibratie, waarbij een dergelijk verloop groter is bij betrekkelijk hoge temperaturen.

De constanten a en b kunnen worden veranderd door het veranderen 5 van de waarde van de weerstand 7 of de versterkingsfactor van de versterkers om te passen bij de verloopkarakteristieken van het thermokoppeltype, zodat de indicator 6 het einde van de schaal ervan bereikt, wanneer wordt geoordeeld, dat het thermokoppel vervangen of opnieuw gecalibreerd moet worden.

^ Andere inrichtingen voor het bepalen van en/of het aanspreken op de totale hoeveelheid lading, die in een gegeven tijd passeert door de weerstand 7 kan worden gebruikt in plaats van of naast de indicator 6. Een inrichting van dit type of indicator 6 zou zo kunnen zijn of zo gemodificeerd kunnen worden, dat visuele en/of hoorbare waarschuwingen worden gegeven, ^ wanneer een vooraf bepaalde waarde van de lading, die passeert door de weerstand 7 is bereikt.

C-MOS operationele versterkers verdienen de voorkeur om te verzekeren, dat stroomverbruik uit de batterijen zodanig is, dat een nuttige levens- ^ duur van ten minste één jaar wordt verschaft. Voorbeelden van geschikte ^ inrichtingen zijn een ICL 7611 DCPA en een TCL 251, welke beide de vereiste hoge ingangsimpedantie ( > 10 ohm) hebben en instelbare ruststromen,die instelbaar zi jn op minder dan 10 jiA.

De onderhavige uitvinding is eveneens toepasbaar op zogenaamde "profilerende" thermokoppels, die in hoofdzaak worden gebruikt in de half-geleiderindustrie, waar nauwkeurige temperatuurmeting essentieel is en die in het algemeen werken met een enkele vooraf bepaalde temperatuur.

Voor dergelijke thermokoppels zou één van de lineaire versterkingstrappen en de experimenttrap kunnen worden geëlimineerd ten koste van het verkrijgen van een redelijk nauwkeurige waarschuwing alleen binnen een smalle 3° temperatuurband van de ingestelde temperatuur, kenmerkend op + 25 °C. De waarschuwingsmodule wordt in deze toepassing verbonden met één van de thermokoppels, bevattende het profilerende thermokoppel.

In het bovenstaande is verwezen naar eên exponentiële vergelijking, maar het zal worden begrepen, dat andere vergelijkingen, bijvoorbeeld een 35 veelterm van de algemene vorm I = f(t_) of I =f(T,t_) kan worden toegepast; o o o o waarbij tg de verstreken tijd is en T de temperatuur, waarop het thermokoppel gedurende die tijd werkt.

Fig. 2 is een schakelschema van een waarschuwingsmodule voor gebruik met een thermokoppel, dat bij een in hoofdzaak constante temperatuur 8400755 -4- 23815/JF/ts wérkt. De schakelingseomponent-referentieaanduidingen zijn genomen uit de "Radio Spares Catalogue" en specifieke waarden zijn als voorbeeld gegeven. De module van fig. 2 bevat een verstreken tijd-indicator ÖA, die zoals in het geval van de waarschuwingsmodule van fig. 1 een kwikmeter 5 of -indicator kan zijn.

De schakeling van fig. 2 is in essentie een voorinstelbare klok en wordt werkzaam gemaakt, wanneer een ingangssignaal van een thermokoppel 2A (referentiej TLCICP) laat zeggen 2mV overschrijdt. Het thermokoppel is zoals getoond in schakeling verbonden met een voedingsbron P, een 10 versterker 3 ( een laagstroom C-MOS versterker), een transistor 4A

( referentie 2 N3705) een programmeerbare stroombron 7A ( referentie LM 33^Z) en instelstroomweerstanden R1 en R2 als aangegeven.

De versterker 3A werkt in de "open-lus"-modus en heeft derhalve een hoge versterkingskarakteristiek. Wanneer een spanning van groter dan 15 2 mV wordt aangelegd aan de ingangsklemmen van de versterker 3A komt de versterker in de verzadiging en schakelt transistor 4A in de geleiding,

De toevoer wordt dan gevoed aan de kwikindicator 6A en de stroom wordt begrensd door de programmeerbare stroombron 7A en geschikt ingesteld door instelstroomweerstanden R1 en R2.

20 Zoals hiervoor aangegeven kan de indicator 6 zo worden gemodifi ceerd, dat zichtbare en/of hoorbare waarschuwingen worden gegeven. Hiertoe kan een subschakeling zijn opgenomen, die een uitleesbare inrichting opwekt.

De uitleesbare inrichting kan een LED-,een LCD- of een elektrochromatische weergeving zijn. Alternatief kan de subschakeling een hoorbaar alarm initiëren. 25 Samenvattend heeft deze uitvinding betrekking op een inrichting voor gebruik met een meet- of referentieinrichting, waarbij de inrichting een calibratiewaarschuwing verschaft in responsie op verlengd gebruik van de inrichting. De uitvinding is in hoofdzaak bedoeld voor het gebruik met een thermokoppel, dat bij hoge of constante temperaturen werkt.

30 Specifieker verschaft de uitvinding een calibratie-waarschuwings- inrichting voor gebruik met een elektrische sensor, omvattende een analoge aangeefinrichting, die is gekoppeld met een analoge aanstuurschakeling, welke schakeling zodanig aanspreekt op het uitgangssignaal van de sensor, dat de door de aangeefinrichting verschafte uitlezing een functie is van 35 zowel het-sensoruitgangssignaal ,als verstreken tijd.

8400755

Claims

1. Calibratie-waarschuwingsinrichting voor gebruik met een elektrische sensor, met het kenmerk, dat deze een met een analoge aanstuurschakeling 5 gekoppelde analoge aangeefinrichting omvat, welke schakeling .zodanig op het uitgangssignaal van de sensor aanspreekt, dat de door de aangeefinrichting verschafte uifclezing een functie van zowel het uitgangssignaal van de sensor, als verstreken tijd is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektri-10 sche sensor een thermokoppel is.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een met het thermokoppel gekoppelde buffer en een versterker voor het afhankelijk van de thermo-gekoppelde spanning opwekken van een uitgangssignaal .

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de versterker lineaire en exponentiële versterkingskarakteristieken heeft voor het opwekken van een uitgangsstroom I , die in overeenstemming met de betrekking bV 0 IQ = ae T afhankelijk is van de thermo-gekoppelde spanning V^,, waarbij a en b constanten zijn.

5. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aangeefinrichting een kwikmeter is.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een voor-instelbare klokschakeling, die werkzaam is wanneer een ingangssignaal van de elektrische sensor een vooraf bepaalde waarde over- 25 schrijdt.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de elektrische sensor een thermokoppel is.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of conclusie 7, met het kenmerk, dat de schakeling is voorzien van een versterker met een hoge versterkings- 30 factor, die is gekoppeld met een zender, die werkzaam is na verzadiging van de versterker en een orgaan voor het begrenzen van de aan de aangeefinrichting gelegde stroom.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het orgaan voor het begrenzen van de stroom een programmeerbare stroombron en daarbij 35 behorende instelweerstanden omvat.

10. Calibratie-waarschuwingsinrichting voor gebruik met een sensor of elektrische referentieinrichting, met het kenmerk, dat deze een met een analoge aanstuurschakeling gekoppelde aangeefinrichting omvat, die is ingericht om te voorzien in een meteruitlezing, die een functie is van zowel 8400755 _6_ 23815/JF/ts de temperatuur waarop de sensor of referentieinrichting werkt,als de totale tijd dat de sensor of referentieinrichting is gebruikt.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de meteruit-lezing in de vorm van een visuele weergeving is.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat deze een een LED-,LCI>of een elektrochromatische weergeving bezittende subschake-ling bevat.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de subschake-ling een hoorbare-alarmeenheid bevat. 10 Eindhoven, maart 1984, 8400755