DE69024184T2

DE69024184T2 - Digitale thermometereinheit mit standardgenauigkeit

Info

Publication number: DE69024184T2
Application number: DE69024184T
Authority: DE
Inventors: Horst Seperant
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1990-07-16
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2010-07-17
Also published as: US5056048A; EP0434824A1; EP0434824A4; AU6061290A; WO1991001110A1; EP0434824B1; DE69024184D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein integriertes, digitales, genormtes Präzisionsthermometer und insbesondere ein solches Thermometer, das genormte Präzisionsauslesewerte in digitaler Form bereitstellt, wobei Schaltungen verwendet werden, die alle in dem Griff des Fühlers untergebracht sind.

STAND DER TECHNIK

Bezüglich der Temperaturmessung ist für die Fachwelt gegenwärtig die IPTS-68 (International Practical Temperature Scale of 1968)-Skala maßgebend. Diese Skala legt bestimmte "Fixpunkte" fest, wie z. B. den Tripelpunkt des Wassers (0,01ºC), den Siedepunkt des Wassers (100ºC) etc., und spezifiziert dann einen Weg zum Interpolieren zwischen diesen Fixpunkten durch das Verwenden eines SPRT (Standard Platinum Resistance Thermometer = Standard- Platinwiderstands-Thermometer) zusammen mit einem Satz von Definitionsgleichungen, die das verwendet werden der Beziehung des SPRT-Widerstands gegen die SPRT-Temperatur ermöglichen, um alle anderen Temperaturen abzuleiten, die zwischen diesen Fixpunkten liegen. Vor der IPTS-68 wurde die IPTS-48 (1948) weltweit verwendet, um die Temperatur zu bestimmen. Am ersten Januar 1990 ist eine neue Skala geplant, die versuchsweise als die ITS-90 (International Temperature Scale of 1990) bezeichnet wird, um die IPTS-68 zu ersetzen. In den USA gehen alle IPTS-68 Kalibrationen auf das National Institute of Standard and Technology (NIST) zurück, das früher unter National Bureau of Standard (NBS) bekannt war.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt werden Temperaturmessungen auf sehr beschwerlichem Wege durchgeführt.
Zuerst wird ein Temperaturfühler gegen die IPTS-68 kalibriert, entweder direkt (Primärkalibrierung) durch das Verwenden von Fixpunkten und Definitionsgleichungen, oder indirekt (Sekundärkalibrierung) durch sein Vergleichen gegen ein vorher kalibriertes SPRT. Der der Kalibrierung unterzogene Temperaturfühler wird dann bezüglich seines Widerstandswertes und des Wechsels dieses Wertes im Verhältnis zur aufgebrachten Temperatur charakterisiert. Diese Information wird auf einem Kalibrierungszertifikat festgehalten. Der Fühler wurde auf diese Weise nun kalibriert.
Zweitens erhält der Benutzer nun ein Präzisionswiderstandsmeßgerät, wie z. B. ein Ohmmeter, das sein eigenes Kalibrierungszertifikat besitzt und recht teuer ist Der Fühler wird nun mit der Widerstandsmeßvorrichtung verbunden und der Widerstandswert aufgezeichnet. Dieses wird von einem Fachmann vorgenommen und erfordert erheblichen Zeitaufwand.
Drittens wird der aufgezeichnete Widerstandswert nun in die geeignete Temperaturskala (IPTS-48, IPTS-68 oder IPTS-90) und Einheiten (Grad C, F, K) umgewandelt, was langwierig und fehleranfällig ist. Oftmals wird es immer noch mit der Hand gemacht, unter Verwendung von "Nachschlagetabellen" und manuellen Interpolationen und Berechnungen.
Die US-Patentschrift 4,691,713 beschreibt ein klinisches Thermometer, das eine Analog-Digital-Schaltung verwendet. Die GB-Schrift 1,279,700 beschreibt eine Analog-Digital- Schaltung, die für die Verwendung bei der Temperaturmessung über einen weiten Temperaturbereich, der einen lebendigen Nullpunkt hat, geeignet ist. In Radio Fernsehen Elektronik, 33 (1984), Nr. 9, OST-Berlin, DDR ist ein Temperaturmeßfühler dargestellt und Journal of Physics E Scientific Instruments, Band 16 1984, Seiten 1100-1104 beschreibt ein auf einem Mikrocomputer basierendes Gerät als eine Alternative für die potentiometrische Messung des Widerstands bei der Platin-Widerstandstemperaturmessung.
Sogar mit der gegenwärtigen Stand-der-Technik-Ausstattung, bei der die Widerstandsmeßvorrichtung die erforderliche Intelligenz besitzt, um den Fühlerwiderstand direkt in Temperatureinheiten zu lesen, ist ein Minimum von zwei Fehler- bzw. Unsicherheitsquellen vorhanden, nämlich die Fühlerkalibrierungsunsicherheit und die Unsicherheit der Widerstandsmeßvorrichtung. Selbstverständlich sind diese Vorrichtungen sperrig, schwierig zu bedienen und kosten zehnmal mehr als der Fühler selbst.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, ein integriertes, digitales, genormtes Präzisionsthermometer bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, solch ein genormtes Präzisionsthermometer bereitzustellen, das einen Schritt in dem normalen Kalibrierungsverfahren einspart.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, solch ein genormtes Präzisionsthermometer bereitzustellen, das die Temperatur direkt in digitaler Form darstellt.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, solch ein genormtes Präzisionsthermometer bereitzustellen, bei dem die Temperatur in digitaler Form vollständig korrigiert, kompensiert, kalibriert und skaliert auf die geeigneten Temperatureinheiten ist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, solch ein genormtes Präzisionsthermometer bereitzustellen, das wenig oder kein Wissen des Bedieners verlangt.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, solch ein genormtes Präzisionsthermometer bereitzustellen, das erheblich billiger, schneller und viel kompakter ist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, solch ein genormtes Präzisionsthermometer bereitzustellen, das nicht den Kalibrierungsschritt unter Einbeziehung eines Präzisions-Ohmmeters erfordert.
Diese Erfindung ergibt sich aus der Ausführung, daß ein vollständig integriertes, digitales, genormtes Präzisionsthermometer, das eine vollständig korrigierte, kalibrierte, kompensierte, skalierte und mit geeigneten Einheiten versehene, die internationalen Temperaturnormen einhaltende, digitale Darstellung der erfaßten Temperatur bereitstellt, mit einem Mikrocomputer und einem Analog- Digital-Umsetzer erreicht werden kann, die alle in dem Griff eines Temperaturfühlers untergebracht und mit einem temperaturerfassenden Element in der Spitze der Fühlerscheide verbunden sind.
Demzufolge sieht die Erfindung ein elektrisches Thermometer vor, das ein Scheide aufweist, die ein temperaturerfassendes Element, einen Griff, der physikalisch mit der Scheide und dem Gehäuse verbunden ist, und einen Analog-Digital-Umsetzer umfaßt, der auf das temperaturerfassende Element für das Umwandeln eines analogen Signals, das repräsentativ ist für den Widerstand des erfassenden Elements, in ein Digitalsignal, das repräsentativ ist für den Widerstand des erfassenden Elements, anspricht und das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Thermometer ein genormtes Präzisionsthermometer ist, daß der Analog-Digital-Umsetzer eine Pufferschaltung zum Korrigieren des digitalen Signals einschließt und daß das Thermometer einen Mikrocomputer einschließt, der auf das digitale Signal, das den Widerstand des erfassenden Elements für die Umwandlung in eine genormte Temperaturskala darstellt, anspricht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel schließt der Analog-Digital-Umsetzer einen Zweirampenumsetzer bzw. Dual- Slope-Integrierer und eine Einrichtung zum Bestimmen der Zeitdauer des Dual-Slope-Ausgangssignals ein. Der Analog- Digital-Umsetzer kann ebenso eine Pufferschaltung einschießen, die Einrichtungen zum Messen eines Signals an einer ratiometrischen Schaltung zum Kompensieren der Stromänderungen durch das temperaturerfassende Element aufweist. Die Pufferschaltung kann ebenso Einrichtungen zum Messen des Signals an den Klemmen und Leitern einschließen, die die Thermometerschaltung und das temperaturerfassende Element verbinden, um parasitäre, thermoelektrische Fehler in den Klemmen und Leitern zu bestimmen. Die Pufferschaltung kann ebenso Einrichtungen zum Messen des Signals aufweisen, das die Umgebungstemperatur der genormten Thermometerschaltung in dem Griff zum Bestimmen der Themperaturabweichung darstellt. Der Mikrocomputer kann Einrichtungen einschließen, die ermöglichen, daß der Analog-Digital-Umsetzer mit der Dual-Siope-Periode bzw. Zeitdauer beginnt. Der Mikrocomputer kann ebenso Einrichtungen zum Linearisieren des Ausgangssignals des Analog-Digital-Umsetzers, Einrichtungen zum Kalibrieren des Analog-Digital-Umsetzers für Null und vollen Meßbereich, und Einrichtungen einschließen, die auf das Signal, das die Umgebungstemperatur zum Korrigieren für die Null und volle Abweichung des Analog-Digital-Umsetzers darstellt, ansprechen. Der Mikrocomputer kann ebenso Einrichtungen zum Speichern des Korrekturkoeffizienten für das temperaturerfassende Element und Einrichtungen zum Speichern der Identifizierung oder Adresse des integrierten, digitalen, genormten Präzisionsthermometers einschließen.
Das temperaturerfassende Element kann ein Platindraht sein und der Griff kann ungefähr in einem Bereich von zwei bis acht Inch Länge und dreiviertel Inch bis drei Inch Breite liegen. Der Mikrocomputer kann eine digitale Kommunikationsschnittstelle einschließen, die einen digitalen Schnittstellen-Verbinder einschließt. Der digitale Schnittstellen-Verbinder kann ein RS-232C- Verbinder sein und der Mikrocomputer kann Einrichtungen zum Umwandeln der erfaßten Temperatur in eine von einer Anzahl von vorbestimmten Temperatureinheiten einschließen.

OFFENBARUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, bei denen:
Fig. 1 einen seitlichen schematischen Aufriß in aufgebrochener Darstellung eines integrierten, digitalen, genormten Präzisionsthermometers entsprechend dieser Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Thermometerschaltung der Fig. 1 ist;
Fig. 3 ein Blockdiagramm des Analog-Digital-Umsetzers der Fig. 2 ist;
Fig. 4 ein Blockdiagramm des Mikrocomputers der Fig. 2 ist;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm der Pufferschaltung der Fig. 3 ist;
Fig. 6 ein Diagramm ist, das das zeitliche Abstimmen der Signale und Schalter in den Fig. 4 bzw. 5 darstellt;
Fig. 7 ein Flußdiagramm darstellt, das das Programmieren und die Funktion des Mikrocomputers der Fig. 4 verdeutlicht;
Fig. 8 ein Graph ist, der den Linearitätsfehler und die Kompensation des Analog-Digital-Umsetzers verdeutlicht; und
Fig. 9 ein Graph ist, der den Linearitätsfehler und die Kompensation des temperaturerfassenden Elements verdeutlicht.
In der Fig. 1 ist ein integriertes, genormtes, digitales Präzisionsthermometer 10, das einen Griff 12 und eine Scheide 14 einschließt, gezeigt. Ein temperaturerfassendes Element 16, das z. B. ein Platindraht sein kann, wie er in einem Standard-Platinwiderstands-Thermometer verwendet wird, wird mittels vier Drähten 18, 20, 22 und 24 verbunden, die mit der integrierten, digitalen, genormten Thermometerschaltung 26 verbunden sind, die vollständig innerhalb des Griffes 12 untergebracht ist. Die Schaltung 26 schließt einen Mikrocomputer 28, einen A/D-Umsetzer 30, eine Stromversorgung 32 und einen Schnittstellen-Verbinder 34 ein, an dem eine digitale Darstellung der erfaßten Temperatur, vollständig korrigiert, kalibriert, kompensiert und skaliert und in geeignete Temperatureinheiten, die den internationalen Temperaturnormen entsprechen, bereitgestellt wird. Der Verbinder 34 kann mit einem passenden Verbinder 36 verbunden werden, der ein Kabel 38 und einen digitalen Schnittstellen-Verbinder 40 aufweist, der Kommunikationssignale entsprechend den Standard- Schnittstellenprotokollen, wie z. B. RS-232C, für Verbindungen mit einer Anzeige 42, bereitstellt.
Die integrierte, digitale, genormte Thermometerschaltung 26 ist detaillierter in der Fig. 2 dargestellt, zusammen mit einem Sensor 16, wobei ersichtlich ist, daß die Stromversorgung 32 eine von außen zugeführte Leistung empfängt, die auf einen A/D-Umsetzer 30 und einen Mikrocomputer 28 aufgeteilt wird. Der Mikrocomputer 28 liefert digitale Daten an den Schnittstellen-Verbinder 34.
Der Analog-Digital-Umsetzer 30 schließt einen Puffer 50, Fig. 3, ein, der ein Signal vom temperaturerfassenden Element 16 empfängt, das den Widerstand des Elements 16 darstellt, der dann wieder eine Funktion der Temperatur ist, der das Element 16 unterworfen worden ist. Vom Puffer 50 wird das Signal dem Integrierer 52 zugeführt, der ein Dual-Slope-Integrierer ist. Auf ein Signal von der A/D- Logik 54 beginnt der Integrierer 52 am Punkt 56 eine Rampenfunktion zu integrieren, deren Neigung von der Größe des Signals vom Puffer 50 abhängt. Je größer die Amplitude des Signals ist, desto steiler ist die Neigung der Rampe 58. Nach einer vorbestimmten Zeit, am Punkt 60, unter Steuerung der A/D-Logik 54, stoppt der Integrierer 52 den Integrationsvorgang und die Rampenfunktion wird umgekehrt.
An diesem Punkt wird eine zweite vorbestimmte Rampe 62 ausgebildet. Wenn diese Rampe am Punkt 64 Null erreicht, stoppt der Integrierer 52 den Integrationavorgang. Das Dual-Siope-Signal 66 wird der Integrierer-Folgestufe 68 zugeführt, bei der die Neigungen der beiden Rampen 58 und 62 mit einem Faktor von 100:1 so vergrößert werden, wie nur zur Darstellung durch die gestrichelten Rampen 58a und 62a angezeigt wird. Die vergrößerte Steilheit dieser zwei Rampen vergrößert die Sicherheit der Ermittlung des Nulldurchgangspunktes 64. Das Ausgangssignal von der Integrierer-Folgestufe 68 wird einem Vergleicher 70 zugeführt, der ein Umsetzungsende (EOC = End-Of- Conversion)-Signal bereitstellt, wenn der Nulldurchgang bei 64 auftritt. Dieses Signal wird zur A/D-Logik 54 zurückgeführt. Wenn die A/D-Logik 54 das EOC-Signal empfängt, überträgt sie das Signal sofort zum Mikrocomputer 28 zurück. In Erwiderung darauf sendet der Mikrocomputer das Rücksetz-Signal zur A/D-Logik 54, die den Integrierer 52, die Integrierer-Folgestufe 68 und den Vergleicher 70 zurücksetzt und den Puffer 50 auf Null setzt. Beim Empfang des nächsten Fortschaltungs-Signals vom Mikrocomputer 28 signalisiert die A/D-Logik dem Integrierer 52 und dem Puffer 50, mit der Dual-Slope-Funktion nochmals von neuem zu beginnen. Das dritte Eingangssignal zur A/D-Logik 54, das als Referenztemperatur bezeichnet ist, weist den Puffer 50 an, entweder die Temperatur am temperaturerfassenden Element 16, oder Signale, die die Umgebungstemperatur im Griff 12 darstellen, in dem die Schaltung 30 angeordnet ist, oder ein Signal, das den parasitären, thermoelektrischen Fehler an den Klemmen und Leitern des temperaturerfassenden Elements 16 darstellt, zu erfassen. Das EOC-Signal 72, das Rücksetzsignal 74, das Fortschaltungssignal 76 und das Bezugstemperatursignal 78 werden mittels eines Mikrocomputers 28 bereitgestellt, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, der einen Mikroprozessor 80, ein RAM 82, ein ROM 84 und ein elektrisch löschbares ROM 86 (EEROM) einschließt. Der Mikroprozessor 80 ermöglicht dem Zähler 88 mit dem Zählen zu beginnen, wenn das Fortschaltungssignal 76 von dem A/D-Logik-Treiber 90 ausgelöst wird. Der Zähler wird durch ein Signal vom Treiber 90 beim Empfang des EOC-Signals 72 gestoppt. Der Zähler 88 weist eine Kapazität von 1000000 Bits auf und zählt mit einer Geschwindigkeit von 11000000 Bits pro Sekunde. Somit kann der Zähler 88 während der Dual-Slope- Periode eine Anzahl von 1000000 anhäufen. Das EEROM 86 speichert die Koeffizienten zum Vornehmen der A/D- Kalibrierung für Null und "vollen Meßbereich" (Endausschlag), für A/D-Selbstkorrektur für Linearität und für die charakteristische Korrektur eines Platindrahts oder anderen temperaturerfassenden Elementes. Falls mehr als ein Thermometer 10 gleichzeitig verwendet wird, kann das EEROM 86 ebenso eine Identität oder Adresse speichern, mittels der dieses besondere Thermometer 10 von einem Hauptsystem aus adressiert werden kann.
Der Puffer 50 ist detaillierter in der Fig. 5 dargestellt. Ein Konstantstrom-Gleichstromgenerator 100 liefert ein Milliampere über den Leiter 18 und eine Verbindungsstelle 102 zum temperaturerfassenden Element 16, das z. B. ein temperaturerfassender Widerstand oder Flachdraht 104 sein kann. Der Strom fließt über die untere Verbindungsstelle 106 ab, dann über den Referenzwiderstand 108 auf Erde. Der Puffer 50 schließt ebenso eine Vielzahl von Schaltern, wie z. B. Schalter 110, ein, der einen Eingang des Verstärkers 112 und die obere Verbindungsstelle 102 des Platindrahtes 104 verbindet. Ein Schalter 114 verbindet die untere Verbindungsstelle 106 des Platindrahtes 104 mit einer Klemme 111 des Verstärkers 112. Ein Schalter 116 verbindet den Platindraht 104 über die untere Verbindungsstelle 106 und den Leiter 20 mit der Klemme 111 des Verstärkers 112, und ein Schalter 118 verbindet die Erde mit der Klemme 111 des Verstärkers 112. Ein Schalter 220 verbindet ein temperaturerfassendes Widerstandsdiodennetzwerk 222, das aus einem Widerstand 224 und einer Diode 226 besteht, mit der gleichen Eingangsklemme 111 des Verstärkers 112. Wenn der Schalter 110 ein Signal SM empfängt, schließt sich der Schalter 110 und verbindet die Verbindungsstelle 102 mit der Klemme 111, wodurch ein Ausgangssignal vorgesehen wird, das die Spannung an dem temperaturerfassenden Element 16, der Verbindungsstelle 106, dem Leiter 20 und dem Referenzwiderstand 108 darstellt. Beim Empfang des Signals SR schließt sich der Schalter 114 und verbindet den Leiter 24, die Verbindungsstelle 106, den Leiter 20 und den Widerstand 108 mit der Klemme 111. Wenn der Schalter 116 das Signal SZ empfängt, wird die Spannung am Referenzwiderstand 108 an der Klemme 111 verfügbar. Wenn der Schalter 118 das Signal SO empfängt, wird die Erde mit der Klemme 111 verbunden. Somit hat die Spannung, die in Erwiderung auf SM entwickelt wurde, davon die entwickelte Spannung von SR, den Fehler, der durch das Einschließen des Widerstands 108 eingeführt wurde, und den parasitären, thermoelektrischen Fehler, der durch die Verbindungsstelle 106 und den Leiter 20 verursacht wurde, abgezogen, so daß ein Signal frei von diesen Fehlern dem Verstärker 112 zugeführt werden kann. Es gibt einen zweiten Vorteil, der von der Pufferschaltung 50 abgeleitet werden kann. Dies ist, daß ein Strom von einem Milliampere, der von dem Konstantstromgenerator 100 geliefert wird, über sowohl den Widerstandsdraht 104 als auch den Referenzwiderstand 108 fließt. Somit wird, falls der Strom von einem Milliampere sich leicht durch den Widerstandsdraht 104 ändern sollte, die gleiche Stromänderung durch den Widerstand 108 aufgezeigt. Da die Spannung, die mittels dieses Stromes im Widerstand 108 erzeugt wird, der Klemme 111 als eine Fehlerkorrektur für die Spannung zugeführt wird, die über den Draht 104 empfangen wird, wird jede Stromänderung automatisch im selben Verhältnis kompensiert, so daß die korrigierte Spannung aus dem Verstärker 112 die gleiche bleibt, selbst wenn sich der Strom geändert haben mag. Falls dieser Aufbau der ratiometrischen Schaltung 113 aus Widerstand 108 und Widerstandsdraht 104 nicht verwendet würde, würde eine leichte Änderung in dem Strom von einem Milliampere, z. B. van 0,01 Milliampere, eine 1%-ige Stromänderung ausmachen, die in einem 1%-igen Fehler beim Lesen resultieren würde. Dies ist unerträglich für die genormte Präzisionsanwendung dieses Instruments bzw. Gerätes, das eine Präzision verlangt bis zu einem Pegel bzw. Grad von 0,001 Grad Celsius. Das Spannungsteilersystem 222, das dem Schalter 220 zugeordnet ist, ist in dem Griff 12 angeordnet, um die Umgebungstemperatur in und um die Thermometerschaltung 26 herum zu erfassen, was auftritt bzw. der Fall ist, wenn Schalter 220 das Signal ST empfängt.
Beim Betrieb wird ein Fortschaltungs-Signal 120, wie dies in der Fig. 6 dargestellt ist, zur A/D-Logik 54, wie diese in der Fig. 3 dargestellt ist, gesendet. Der Integrierer 52 wird in die Lage versetzt, das Integrieren zu beginnen, ausgehend vom Punkt 56, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Der lineare Anstieg (Rampe) wird fortgeführt, bis ein zweites Fortschaltungs-Signal 122 geliefert wird. Gemäß europäischer Konvention wäre dies ein 20 Millisekunden- Intervall; gemäß US-Konvention wäre dies ein 16,67 Millisekunden-Intervall. Zur gleichen Zeit entwickelt das Signal SZ einen Impuls 125, um den Schalter 116 zu schließen und die Spannung an der Klemme 111 zu verringern. Zum Zeitpunkt 60 wird die Rampenneigung umgekehrt, und wenn die Rampe 62 schließlich die Nullinie bei 64 kreuzt, wird ein Umsetzungsende (EOC)-Impuls 124 auf Leitung 72 der A/D- Logik 54 zugeführt, die es zum Mikrocomputer 28 weiterleitet. An diesem Punkt stellt der Mikrocomputer 28 ebenso einen Impuls 126 bereit, der ein Signal SO zum Schalter 118 weiterleitet. Dies sieht einen Null-Pegel zwischen den Dual-Slope-Rampenfunktionen vor. Gleichzeitig mit dem Fortschaltungs-Signal 120 bildet das Signal SM einen Impuls 123 aus, um den Schalter 110 zu schließen und die Spannung vom Widerstandsdraht 104 mit der Klemme 111 des Verstärkers 112 zu verbinden.
Das Rücksetz-Signal 74 bildet den Impuls 127 kurz nach dem Nulldurchgang 64 aus, der den Puffer 50, den Integrierer 52, die Integrierer-Nachfolgestufe 58 und den Vergleicher 70 zurücksetzt. Dieser Kreislauf wiederholt sich selbst fortlaufend. Wenn das Signal SR zugeführt wird, schließt ein Impuls 130 den Schalter 114 periodisch und veranlaßt den Fortschaltungs-Impuls 120a damit zu beginnen, dem Integrierer 52 zu ermöglichen, mit der Rampe 58a zu beginnen, die durch die parasitäre, thermoelektrische Spannung erzwungen wird. Dieser Wert wird, nachdem er berechnet worden ist, in dem Mikrocomputer gespeichert und wiederholt herangezogen, um den Widerstandswert, der für den Platindraht 104 erfaßt worden ist, zu korrigieren. Ebenso wird, wenn das Signal ST einen Impuls 132 ausbildet, der Schalter 220 periodisch geschlossen, so daß dem Integrierer 52 ermöglicht wird, auf das Ausgangssignal der temperaturerfassenden Schaltung 222 hin einen linearen Anstieg vorzunehmen, um die momentane Umgebungstemperatur in und um die im Griff 12 befindliche Schaltung 26 herum zu ermitteln. Auf diesen Wert würde dann durch den Mikrocomputer Bezug genommen, um den Widerstands-/ Temperaturlesewert zu korrigieren. Bei 66b ist ein typischer Zwei-Rampenzyklus für den Spannungsteiler 222 gezeigt, wenn der Schalter 220 geschlossen ist.
Im Betrieb steuert der Mikrocomputer 28 zuerst den A/D- Umsetzer 52, der mit dem Fortschaltungs-Signal 76 startet, um die nächste Abtastung zu beginnen. Dann kehrt der Mikrocomputer zurück und beginnt die Signalverarbeitung für die vorhergehende Abtastung, was dem Schritt 200 entspricht.
Zuerst wird ein A/D-Umsetzer 52 für Null und vollen Meßbereich kalibriert, wie dies Schritt 202 darstellt. Dies legt den Null- und den maximalen Ablenkungswert für die Kalibrierung fest. Als nächstes korrigiert sich der A/D- Umsetzer 52 selbst für die Null- und volle Meßbereichstemperaturabweichung, wie dies Schritt 204 darstellt. Dies wird ausgeführt durch das Korrigieren der Daten unter Verwendung der gespeicherten Messung, die von dem letzten Zyklus der Betätigung des Schalters 220 im Puffer 50 erhalten wurde. Als nächstes wird der A/D- Umsetzer 52 selbst korrigiert für die Linearität, wie dies Schritt 206 darstellt. Vorzugsweise weist der A/D-Umsetzer 52 eine lineare Charakteristik 250 auf, wie dies in der Fig. 8 dargestellt ist, aber praktisch ist seine Kennlinie bzw. Charakteristik nicht linear, wie dies bei 252 in der Fig. 8 angezeigt ist. Eine mathematisch abgeleitete Korrekturfunktion 254 wird deshalb mit dem nicht linearen Ausgang 252 kombiniert, um eine resultierende ideale oder nahezu ideale Kennlinie 250 zu erhalten. Danach wird die Temperaturmessung digital gefiltert, wie dies Schritt 208 darstellt, und damit der charakteristische Korrekturkoeffizient für das erfassende Element oder den Platindraht erreicht, wie dies Schritt 210 darstellt, wie dies in der Fig. 9 gezeigt ist, bei der die idealisierte, lineare Antwortkennlinie 260 als eine gerade Linie dargestellt ist, während die wirkliche Antwort auf das temperaturerfassende Element bei 262 angezeigt wird. Der Unterschied zwischen der idealisierten und der tatsächlichen Kennlinie wird festgestellt und der Unterschied verwendet, um den korrekten Lesewert zu produzieren. Zu diesem Zeitpunkt ist ein vollständig korrigiertes, kalibriertes und kompensiertes Signal, das den erfaßten Widerstand darstellt, verfügbar. Dieser Wert wird dann einem oder mehreren der Skalierurigsabschätzungsalgorithmen 212, 214 und 216 zugeführt. Dies sind genormte Skalierungen, die die Temperaturlesewerte festlegen, wie z. B. die IPTS (International Practical Temperature Scale) von 1948, die IPTS (International Practical Temperature Scale) von 1968 oder die vorgeschlagene ITS (International Temperature Scale) von 1990. Hieraus ergibt sich, daß die Temperatur in irgendeiner der gewünschten Einheiten 218 ausgedrückt werden kann, wie z. B. Celsius, Fahrenheit oder Kelvin, und dann, wie im Schritt 219 dargestellt, für die nachfolgende Übermittlung gespeichert wird. Der Zyklus wiederholt sich selbst fortlaufend, so daß im Speicher immer die letzte erfaßte Temperatur bereit für die sofortige Übermittlung nach Nachfrage hin vorliegt.
Daß bestimmte Merkmale der Erfindung in einigen Zeichnungen dargestellt und in anderen nicht dargestellt sind, geschieht nur aus Übersichtsgründen, da jedes Merkmal mit irgendeinem oder allen der anderen Merkmale in Übereinstimmung mit der Erfindung kombiniert werden können.
Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann in den Sinn kommen und sind im Schutzbereich der folgenden Ansprüche enthalten:

Claims

1. Ein elektrisches Thermometer, das eine Scheide (14), die ein temperaturerfassendes Element (16) einschließt, und einen Griff (12) aufweist, der physikalisch mit der Scheide verbunden ist und einen Analog-Digital-Umsetzer (30) aufnimmt, der auf das temperaturerfassende Element zum Umsetzen eines analogen Signals, das den Widerstand des temperaturerfassenden Elements charakterisiert, in ein digitales Signal, das den Widerstand des erfassenden Elements charakterisiert, anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermometer ein genormtes Präzisionsthermometer ist, der Analog-Digital-Umsetzer eine Pufferschaltung (50) zum Korrigieren des digitalen Signals einschließt und das Thermometer einen Mikrocomputer (28) einschließt, der auf das digitale Signal anspricht, das den Widerstand des erfassenden Elements zur Umwandlung in eine genormte Temperaturskala charakterisiert.

2. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem der Analog- Digital-Umsetzer einen Zweirampenumsetzer (52) und Einrichtungen zum Festlegen der Zeitperiode des Zweirampenausgangssignals einschließt.

3. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem die Pufferschaltung Einrichtungen zum Messen des Signals über eine ratiometrische Schaltung zum Kompensieren der Stromänderungen über die temperaturerfassende Schaltung einschließt.

4. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem die Pufferschaltung Einrichtungen zum Messen des Signals über die Klemmen und Leiter einschließt, die die Thermometerschaltung und das temperaturerfassende Element verbinden, um den unerwünschten thermoelektrischen Fehler in den Klemmen und Leitern zu bestimmen.

5. Das Thermometer gemäß Anspruch 2, bei dem die Pufferschaltung eine Einrichtung zum Messen des Signals einschließt, das die Umgebungstemperatur an der genormten Thermometerschaltung in dem Griff zum Bestimmen der Themperaturabweichung charakterisiert.

6. Das Thermometer gemäß Anspruch 2, bei dem der Mikrocomputer Einrichtungen einschließt, die dem Analog- Digital-Umsetzer ermöglichen mit der Periode des Zweirampenverfahrens zu beginnen.

7. Das Thermometer gemäß Anspruch 2, bei dem der Mikrocomputer eine Einrichtung für das Aufsummieren auf einen Zählwert während der Periode des Zweirampenverfahrens einschließt.

8. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem der Mikrocomputer eine Koeffizienten-Speichereinrichtung für A/D-Selbstkorrektur zum Linearisieren des Ausgangssignals des Analog-Digital-Umsetzers einschließt.

9. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem der Mikrocomputer eine Einrichtung zum Kalibrieren des Analog- Digital-Umsetzers für Null und den Meßbereich einschließt.

10. Das Thermometer gemäß Anspruch 5, bei dem der Mikrocomputer eine Einrichtung einschließt, die auf das die Umgebungstemperatur darstellende Signal zum Korrigieren der Null- und Meßbereichsabweichung des Analog-Digital- Umsetzers anspricht.

11. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem der Mikrocomputer eine Einrichtung zum Speichern eines Korrekturkoeffizienten für das temperaturerfassende Element einschließt.

12. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem der Mikrocomputer Einrichtungen zum Speichern einer Identifikationsadresse des integrierten, digitalen, genormten Präzisionsthermometers einschließt.

13. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem das temperaturerfassende Element ein Platindraht ist.

14. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem der Griff etwa einen Längenbereich von zwei bis acht Inches und einen Breitenbereich von dreiviertel Inch bis drei Inches aufweist.

15. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei der Mikrocomputer eine digitale Kommunikationsschnittstelle einschließt.

16. Das Thermometer gemäß Anspruch 15, bei dem die digitale Kommunikationsschnittstelle einen digitalen Schnittstellen-Verbinder (34) einschließt.

17. Das Thermometer gemäß Anspruch 16, bei dem der digitale Schnittstellen-Verbinder einen RS-232C-Verbinder einschließt.

18. Das Thermometer gemäß Anspruch 1, bei dem der Mikrocomputer Einrichtungen zum Umwandeln der erfaßten Temperatur in eine von mehreren vorbestimmten Temperatureinheiten einschließt.