DE2702815A1

DE2702815A1 - Temperaturmessvorrichtung

Info

Publication number: DE2702815A1
Application number: DE19772702815
Authority: DE
Inventors: Rene Presset; Michel Torregrosa
Original assignee: Crouzet SA
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1976-01-28
Filing date: 1977-01-25
Publication date: 1977-08-04
Also published as: DE2702815B2; NL7700828A; IT1075613B; GB1569720A; FR2339847B1; BE850487A; FR2339847A1; DE2702815C3; US4090151A; CH611025A5

Description

CROUZET, 128 avenue de la Republique, 75011 Paris - Prankreich

Temperaturmeßvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Temperaturmeßvorrichtung, bei der am Ausgang eines Multivibrators ein elektrisches Signal erzeugt wird, dessen Periode eine lineare Funktion einer, eine Meßsonde umgebenden Temperatur ist.

Mittels einer solchen Temperaturmeßvorrichtung kann eine Umgebungstemperatur oder eine Temperaturdifferenz gemessen werden, indem am Ausgang eines Multivibrators ein elektrisches Signal erzeugt wird, dessen Periode eine Funktion der Temperatur oder einer Temperaturdifferenz ist.

Derartige bekannte Temperaturmeßvorrichtungen bilden analoge elektrische Signale. Es ist daher notwendig, eine analognumerische Umwandlung vorzunehmen, um die Verarbeitung in der

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Form numerischer Informationen zu erleichtern.

Weiterhin muß man, um eine hohe Meßgenauigkeit zu gewährleisten, metallische Sonden verwenden, deren Preis recht hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Temperaturmeßvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Multivibrator aus einem Vergleichsverstärker besteht, dessen erster Eingang mit der Sonde verbunden ist; daß die Sonde aus wenigstens zwei wechselseitig antiparallel geschalteten halbleitenden Verbindungen besteht; und daß die anderen Komponenten der Vorrichtung, insbesondere die des mit einem Kondensator versehenen zweiten Eingangs des Vergleichsverstärkers, invariabel bleiben.

Die erfindungsgemäße Temperaturmeßvorrichtung liefert direkt die Daten in numerischer Form als Funktion einer Temperatur oder einer Temperaturdifferenz mittels weit verbreiteter, handelsüblicher halbleitender Verbindungen, die daher auch recht preiswert sind.

Unter diesen Bedingungen erhält man bekanntermaßen ein Rechtecksignal am Ausgang des VergleichsVerstärkers sowie ein vergleichbares Signal an dem Eingang des VergleichsVerstärkers, der rein Ohm'sche Komponenten enthält. Ein exponentielles Signal erhält man am Eingang des VergleichsVerstärkers, der einen Kondensator enthält. Die Periode des Ausgangssignals ist eine Funktion der Komponenten. Mittels der vorliegenden Erfindung werden eine oder mehrere dieser Komponenten als thermische Sonden genutzt.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Multivibrators;

Pig. 2 zwei Eingangs signale mit Hechteck- (S₁₇) und Exponentialform (Sg); '

Fig. 3 eine weitere Barstellung eines Eingangssignals}

Fig. 4- eine Idealisierung eines Eingangs signals der Fig. 3; und

Fig. 5 das Schaltbild des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Multivibrators.

In dem in Fig. 1 gezeigten Blockdiagramm eines an sich bekannten Multivibrators sind die Komponenten 2, 3 und 5 reine Widerstände und die Komponente 4· ein Kondensator. Das am Ausgang 8 des Vergleichsverstärkers 1 erhaltene elektrische Signal hat die Form von Rechteckimpulsen, deren Periode eine Funktion der bei den Eingängen 6 und 7 des VergleichsVerstärkers 1 aufgenommenen Eingangssignale ist. Fig. 2 zeigt zwei Eingangssignale, deren eines beim Eingang 7 (S₇) rechteckig ist und deren zweites beim Eingang 6 (S-) eine exponentielle Form hat* jeweils in Abhängigkeit vom Widerstand 2 und vom Kondensator

Bei fest vorgegebenen Werten der Komponenten nimmt die Klemmenspannung des Widerstands 5 die Werte AB oder AC an. Ersetzt man den Widerstand 5 so durch eine Komponente, daß die Klemmenspannungen AB und AC sind, so wird entsprechend der Spannung beim Ausgang 8 die Funktion nicht geändert. Wenn also die anderen Komponenten fest Werte haben, ist die Periode

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des Ausgangesignals eine Funktion der Summe AB + AC. Daraus ergibt sich, daß dann, wenn die Komponente 5 ein Element ist, dessen Wert eine Funktion der Temperatur ist, auch die Periode des Ausgangssignals eine Funktion der Temperatur ist, wodurch ein numerisches Thermometer realisiert wird.

Die Komponente 5 kann eines der folgenden Elemente sein:

- Ein Wärmewiderstand; in diesem Falle ist die Variation des Widerstandswertes mit der Temperatur sehr schnell, aber nicht linear;

- Eine Widerstandssonde (aus Kupfer, Nickel, Platin ...); in diesen Falle ist die Veränderung schwächer, aber fast linear; oder

- Eine Kombination zweier halbleitender Verbindungen, die antiparallel, d.h. entgegen gerichtet, angeordnet sind.

Diese letztere Lösung besitzt den Vorteil, übliche und wenig kostspielige Komponenten zu benutzen, wie Dioden und Transistoren. Die Klemmenspannung einer von einem vorgegebenen Strom durchflossenen halbleitenden Verbindung, die einer Temperatur 0 ausgesetzt ist, besitzt die folgende Form:

U=U - k Q
(U , k sind positive Konstanten).

Diese Spannung ist stabil, und die Funktion besitzt eine sehr gute Linearität in einem weiten Temperaturbereich.

Der so beschriebene Kreis kann nicht nur zur Umwandlung

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einer Temperatur, sondern auch zur Umwandlung einer Temperaturdifferenz in ein numerisches elektrisches Signal dienen.

Hierzu benutzt man die gleichen Komponenten wie in Fig. 1, man fügt nur eine Komponente 9 in Reihe mit dem Kondensator 4- hinzu.

Die Komponente 9 ist entweder ein Widerstandselement oder eine halbleitende Verbindung ähnlich der oben erwähnten Komponente 5· In diesem Fall besitzt das Eingangssignal S' die in der Fig. 3 dargestellte Form. Man erhält einen sprunghaften Anstieg der Spannung AB, die als Ausgangssignal eine Funktion der Differenz BC liefert. Wenn AC eine Funktion der Temperatur O- einer ersten Umgebung und AC eine Funktion der Temperatur O₂ eines zweiten Milieus ist, so ist die Periode des Ausgangssignals somit eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen den zwei Umgebungen. Tatsächlich ist das Signal S' nicht linear, wie in der Fig. 4, und technisch wird die Vorrichtung der Fig. 1 gemäß dem Schaltbild der Fig. 5 realisiert.

Dem Vergleichsverstärker 1 ist ein Spannungsregler nachgeschaltet, der aus einem Stabilisatorkreis mit dem Widerstand R^₀ und zwei Zener Dioden 10 besteht, die entgegengesetzt angeordnet sind, da die Signale sowohl negativ als auch positiv sind. Die Komponenten 2 und 3 der Fig. 1, die reine Widerstände sein könnten, werden durch zwei Stromgeneratoren 3, R, und 2, Rp ersetzt, die die Aufgabe haben, eine konstante Stromversorgung der temperaturempfindlichen Komponenten"5 und 9 und des Kondensators C^, der Kapazität C zu gewährleisten. Wenn I der Absolutwert des Stromes ist; und die Komponenten 5 und § Widerstandssonden mit Werten R1 und R2 sind, beträgt die Periode des Signals

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T = 4C (R1 - H2)

Wenn die Temperaturabhängigkeit der Sonden folgende Form besitzt:

R = R₀ (1 +dl©)

und wenn R1 der Temperatur Q- und R2 der Temperatur Q₂ ausgesetzt sind, besitzt die Periode folgende Form:

T = 4C R₀OL (O₁ - G₂).

Wenn andererseits die Komponenten 5 und 9 halbleitende Verbindungen mit dem Temperaturgesetzt U - U- kQ sind, lautet die Periode des Ausgangssignals:

Zur Verbesserung der Leistungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt ein Kondensator C.., die Änderungsgeschwindigkeit zu erhöhen und so die Untergrenze der Periode des Ausgangssignals herabzudrücken.

Zur Verminderung der Abstände der Charakteristiken der beiden Sonden 5 und 9, die mittels zweier halbleitender Verbindungen realisiert werden, und im Hinblick auf ihre geringen Kosten können diese Verbindungen schließlich paarweise parallel verbunden werden.

Tatsächlich erlaubt die Zusammenstellung von zwei mal η Verbindungen, die Empfindlichkeit der Sonde auf ein a-faches zu erhöhen, also ebenso die durch den Kreis verursachten

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Fehlergrenzen zu reduzieren, indem die verschiedenen Fehler der Verbindungen nur mit η multipliziert werden.

Wenn beispielsweise die Charakteristiken der Komponenten des Schaltbildes 5 die folgenden sind:

1 - Verstärker(/A. 709 '

2 und 3 - Verstärker μ Α 741 5 und 6 - Dioden 144146

R₂ - 10 k

E .- 10 k

B₁₀ ■ - 1,1 C₁₁ - 39 pF

10 - 5,6 v,

erlaubt die Vorrichtung Temperaturdifferenzen (O₁- Op) im folgenden Bereich zu messen:

0,1°C<0₁ - O₂ <100°C
für O^9₁<12O°C,

Die Periode des Ausgangssignals der Vorrichtung wird folgendermaßen ausgedrückt:

T^₃ a- 250 χ (G₁ - Q₂) ⁰C.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer Verstärkeranordnung mit numerischer Darstellung der Meßwerte der Temperaturen oder der Temperaturdifferenz benutzt werden· Eine besonders interessante Anwendung kann das Messen von Temperaturdifferenzen zwischen dem Eingang und dem Ausgang einer Zentralheizungseinrichtung sein, wobei diese Daten an

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einen die numerische Verarbeitung ausführenden Wärmerechner

abgegeben werden.

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Claims

BOEHMERT & BOEl LMERI Ansprüche

1. Temperaturraeßvorrichtung,bei der am Ausgang eines Multivibrators ein elektrisches Signal erzeugt wird, dessen Periode eine lineare Funktion einer eine Meßsonde umgebenden Temperatur ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator aus einem Vergleichsverstärker (1) besteht, dessen erster Eingang mit der Sonde (5) verbunden ist; daß die Sonde (5) aus wenigstens zwei wechselseitig antiparallel geschalteten halbleitenden Verbindungen besteht; und daß die anderen Komponenten der Vorrichtung (2, 3, 4, 9)₇ insbesondere die des mit dem Kondensator (4) versehenen zweiten Eingangs des Vergleichsverstärkers (1), invariabel bleiben.

2. Temperaturmeßvörrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang (6) in Serie mit einer zweiten thermischen Sonde (9) liegt, so daß die Periode des Ausgangssignals (S) eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen beiden Sonden (5, 9) ist.

3- Temperaturmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang (5, 7) rein Ohm'sch ist und der zv/eite Eingang (4, 6, 9) mindestens eine mit dem Kondensator (4) verbundene Ohm'sche Komponente aufweist.

4. Teaperaturineßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) des VergleichsVerstärkers (1) einen Spannungsregler (10, R^₀) aufweist, wobei die Eingänge

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ORIGINAL INSPECTED

BOEHMLRl' & BOEFlMERT ? 7 0 ? 8 1

(6, 7) jeweils einen Stromerzeuger (2,K-; 3, E)aufweisen, die die beiden Sonden (5, 9) und den Kondensator (4-) mit einem stabilisierten Strom versorgen.

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