DD206176A3

DD206176A3 - METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR TEMPERATURE MEASUREMENT

Info

Publication number: DD206176A3
Application number: DD22937281A
Authority: DD
Inventors: Dieter Dr Ing Artymiak; Peter Dr Ing Maschotta; Ralph Dipl Ing Nicolaschek
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1984-01-18
Also published as: DE3200353A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung, wodurch ermoeglicht wird, die Temperatur mit hoher Genauigkeit in einem grossen Variationsbereich zu erfassen. Dabei war es Ziel, die Ermittlung der Messwerte ohne weiteren Abgleichaufwand durchzufuehren und die auf die Messwertermittlung stoerenden Einfluesse weitestgehend zu vermeiden. Erfindungsgemaess wird an eine Reihenschaltung , bestehend aus einem Vorwiderstand, einem Endwertwiderstand, einem auf Messtemperatur und einem auf Umgebungstemperatur liegenden Messfuehler, kurzzeitig eine konstante Spannung gelegt. Die zur Messwertermittlung notwendigen Teilspannungen werden in Impulsanzahlen ueberfuehrt. Messwert und Endwert werden aufeinander normiert. Nach Entnormierung an der auf denselben Endwert normierten Fuehlerkennlinie ist der Messwert angebbar. Die Erfindung ist ueberall dort einsetzbar, wo Temperaturen genau und in grossem Variationsbereich ermittelt werden sollen, beispielsweise in der Prozessmesstechnik und der automatisierten Verfahrenstechnik. Nach Einsatz anderer geeigneter Messfuehler lassen sich auch weitere technisch-physikalische Groessen messtechnisch erfassen.The invention relates to a method and a circuit arrangement, whereby it is possible to detect the temperature with high accuracy in a wide range of variation. The aim was to carry out the determination of the measured values without any further adjustment effort and to avoid as far as possible the influence on the measured value determination. According to the invention, a constant voltage is briefly applied to a series circuit consisting of a series resistor, a final value resistor, a measuring sensor at ambient temperature and a measuring sensor at ambient temperature. The partial voltages necessary for the determination of measured values are transferred in pulse numbers. Measured value and final value are normalized to each other. After denormalization at the normalized to the same end value sensor characteristic curve, the measured value can be specified. The invention can be used anywhere where temperatures are to be determined accurately and in a wide range of variation, for example in process measurement technology and automated process engineering. After using other suitable measuring sensors, further technical-physical quantities can be measured.

Description

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Method and circuit arrangement for tempering

CS CS türmessungdoor measurement

Field of application of the invention

Die Erfindung gestattet die Messung der Temperatur mit hoher Genauigkeit in einem großen Variationsbereich. Sie ist einsetzbar überall dort, wo Temperaturen über einen Fühler, dessen Aasgangsgröße sich letztlich als elektrische Spannung darstellen läßt, erfaßbar sind und die Meßergebnisse digital verarbeitet bzw· angezeigt werden sollen. Als Beispiel seien die Einsatzgebiete in der Medizin, der Prozeßmeßtechnik bis hin zu der automatisierten Verfahrenstechnik genannt. Darüber hinaus ist durch den Einsatz geeigneter Fühler auch die hochgenaue Ermittlung von im Wertebereich stark variierenden anderen technisch-physikalischen Größen möglich und zweckmäßig·The invention allows the measurement of the temperature with high accuracy in a wide range of variation. It can be used anywhere where temperatures can be detected via a sensor, whose initial size can be represented as electrical voltage, and the measured results are processed digitally or displayed. As an example, the application areas in medicine, the process measuring technique to the automated process engineering called. In addition, by the use of suitable sensors, the highly accurate determination of other technically-physical variables which vary greatly in value range is possible and expedient.

Characteristic of the known technical solutions

Uach DE OS 2910608 ist ein Meßgerät für Temperaturmessungen bekannt, bei dem eine parallele Anordnung der Temperaturmeßwiderstände, an die über parallele Schalter eine Konstantstromquelle geschaltet wird, benutzt wird· Nachteile dieser Lösung sind, daß durch die parallele Anordnung Stromdifferenzen auftreten können, daß eine Koristantstromquelle erforderlich ist und daß keine selbsttätige Offset- und Driftkorrektur vorgesehen bzw·Uach DE OS 2910608 a measuring device for temperature measurements is known in which a parallel arrangement of the Temperaturmeßwiderstände to which a constant current source is connected via parallel switches, is used · Disadvantages of this solution are that due to the parallel arrangement current differences can occur that a Koristantstromquelle required and that no automatic offset and drift correction is provided or

η η s π π λ η O α .,. O ο O D Π ίη η s π π λ η O α .,. O ο OD Π ί

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möglich ist.is possible.

Weiterhin ist nach. DE OS 24 52 746 ein Verfahren zur Auswertung von Temperaturmessangen bekannt, bei dem in einem ersten Schritt bei kurzgeschlossenem Eingang ein am Ausgang eines AD-Wandlers auftretender Driftwert ermittelt wird, in einem zweiten. Schritt die Meßspannung eines Thermoelementes analogdigital gewandelt wird und daß in einem dritten Schritt die Brückenspannung einer Brücke mit Widerstandsthermometer und Konstantstromspeisung digitalisiert wird, wobei im zweiten und dritten Schritt eine Linearisierung erforderlich ist· lachteile sind hierbei, daß keine vollständige Offset- und Drifterfassung vorgenommen wird, daß das Widerstandsthermometer in einer Brückenschaltung arbeitet, daß eine Konstantstromquelle erforderlich ist und daß eine Linearisierung durchgeführt werden muß·Furthermore, after. DE OS 24 52 746 a method for the evaluation of temperature measuring known, in which in a first step with a short-circuited input occurring at the output of an AD converter drift value is determined in a second. Step the measurement voltage of a thermocouple is converted analog-digitally and that in a third step, the bridge voltage of a bridge with resistance thermometer and constant current supply is digitized, wherein in the second and third step, a linearization is required · lachteile here that no complete offset and Drifterfassung is made that the resistance thermometer operates in a bridge circuit, that a constant current source is required and that a linearization must be carried out ·

Das des weiteren in DE OS 26 17 012 beschriebene Verfahren zur Auswertung von Temperaturmess_aungen baut in seinen Grundzügen auf DE OS 24 52 746 auf und entspricht im wesentlichen der hierzu getroffenen Charakteristik*The further in DE OS 26 17 012 method described for the evaluation of _a temperature measuring Ungen builds in its basic features to DE OS 24 52 746, and substantially corresponds to the characteristic made for this purpose *

Goal of the invention

Ss ist daher Ziel der Erfindung, ein Verfahren mit einer zugehörigen Schaltungsanordnung anzugeben, das gestattet,It is therefore an object of the invention to specify a method with an associated circuit arrangement which allows

die Temperatur bei Vermeidung der Nachteile bekannter Lösungen über einen weiten Wertebereich genau zu ermitteln und das Ergebnis digital anzuzeigen bzw· weiterzuverarbeiten. Dabei ist es weiterhin Ziel, die Ermittlung der Meßwerte ohne weiteren Abgleichaufwand durchzuführen sowie die auf die Meßwert ermittlung störenden Einflüsse, wie beispielsweise Offset-? Drift und Bauelementealterung, weitestgehend zu vermeiden·to accurately determine the temperature while avoiding the disadvantages of known solutions over a wide range of values and to display the result digitally or to process it further. It is also an objective to carry out the determination of the measured values without further adjustment effort and the influence on the measured value disturbing influences, such as offset? Drift and component aging to avoid as far as possible

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Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit deren Hilfe unter Verwendung an sich bekannter Baugruppen es möglich ist, :die Temperatur genau zu ermitteln·The invention has for its object to provide a method and a circuit arrangement, with the aid of which is known per se assemblies, it is possible: to determine the temperature accurately ·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einem von einem Mikrorechner gesteuerten Schalter eine Reihenschaltung, gebildet aus einem Vorwiderstand, einem Endwertwiderstand, einem auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler und einem auf Umgebungstemperatur liegenden Meßfühler, liegt· Die drei letztgenannten Schaltelemente sind in bekannter Weise mit einem Multipleser -verbunden, dessen Ausgang über einen Differenzverstärker auf einen Eingang eines Komparators arbei tet· Auf den anderen Eingang des Komparators arbeitet ein Integrator· Multiplexer und Integrator liegen ansteuermäßig am Mikrorechner, der des weiteren an den Ausgang des Komparators geschaltet ist· Der Mikrorechner ist mit einer Anzeige-Auswerteeinheit verbunden* Vom mikrorechnergesteuerten Schalter wird nun kurzzeitig eine für dieses Zeitintervall konstante Spannung an die Reihenschaltung gelegt· Sowohl während der Schließzeit des Schalters als auch bei geöffnetem Schalter wird vom Multiplexer nacheinander die Verbindung vom Endwertwiderstand und den beiden Meßfühlern zum Differenzverstärker hergestellt· Für jeden Pail eines durchgeschalteten Multiplexerxores wird folgende Signalverarbeitung realisiert. Von einem vom Mikrorechner vorgegebenen Zeitpunkt an beginnt der Integrator zu integrieren· Gleichzeitig beginnen Impulse in einen Zähler einzulaufen· Erreicht die Integratorspannung an dem einen Eingang des Komparators den Pegel, der aufgrund des jeweils durchgeschalteten MuItiplexertores am Ausgang des Differenzverstärkers am anderen Komparatoreingang anstehenden Spannung, so kippt der Komparator und beendet den Impulszählvorgang· Somit stehen für die Offset- und Driftspannungen bzw. die durch das Anlegen der Spannung an die Reihenschaltung über den Endwertwiderstand und die Meßfühler entstehende ΐeilspannungen jeweils entsprechende Impulsanzahlen zur Verfügung· Erfindungsgemäß entstehen je Abfragezyklus durch Sub-According to the invention the object is achieved in that at a controlled by a microcomputer switch, a series circuit formed by a series resistor, a final value resistor, a measuring temperature lying on the sensor and an ambient temperature probe, is · The last three switching elements are in a known manner with a Multiplexer connected, the output of which works via a differential amplifier to an input of a comparator. · An integrator operates on the other input of the comparator · Multiplexer and integrator are connected to the microcomputer, which is connected to the output of the comparator · The microcomputer is also connected Connected to a display evaluation unit * The microprocessor-controlled switch now briefly applies a voltage which is constant for this time interval to the series connection. The multiplexer outputs both during the closing time of the switch and when the switch is open the connection of the final value resistance and the two sensors to the differential amplifier is established one after the other · The following signal processing is implemented for each Pail of a multiplex multiplexer connected through. The integrator begins to integrate at a given time from the microcomputer. At the same time, pulses start at a counter. If the integrator voltage at the one input of the comparator reaches the level which, due to the respectively connected multiplexer gate at the output of the differential amplifier, is at the other comparator input voltage The comparator tilts and terminates the pulse counting process. Accordingly, corresponding pulse counts are available for the offset and drift voltages or for the voltage arising as a result of the voltage being applied to the series connection via the final value resistor and the sensor.

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traktion der zueinander gehörenden Imp&lsanzahlen neue Impulsanzahlen, die offset- und driftbefreite Meßspannungen darstellen«, Hat der Endwertwiderstand den Endwert des gewünschten Meßbereiches und ist sein Temperaturbeiwert bekannt, so ist durch Einbeziehung der am auf Umgebungstemperatur liegenden Meßfühler anstehenden Spannung der vom auf Meßtemperatur liegenden Meßfühler erreichbare Sndwiderstand als korrigierte Impulsanzahl bekannt, formiert man die einem Meßwert entsprechende Impulsanzahl auf diese dem Endwert'entsprechende korrigierte Impulsanzahl, so steht ein von weiteren Einflußgrößen befreiter normierter Meßwert zur Verfügung· Da im Mikrorechner die auf den gewünschten Meßbereichsendwert normierte Fühlerkennlinie gespeichert vorliegt, ist durch Vergleich eine Sntnormierung und Angabe des gemessenen Temperaturwertes möglich· Es ist bei Verwendung eines Spannongsnormals weiterhin möglich, den Meßfühler auf Meßtemperatur bezüglich seiner Stromklemmen 'durch einen Kurzschluß zu ersetzen und seine freigeschalteten Signalklemmen mit einem Thermoelement zu verbinden. Des weiteren ist es möglich, zwischen Bndwertwiderstand und Bezugspotential andere Meßwertaufnehmer, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, anzuordnen*.If the final value resistance is the final value of the desired measuring range and its temperature coefficient is known, the voltage at the measuring temperature can be reached by taking into account the voltage present at the ambient temperature sensor If the number of pulses corresponding to a measured value is formed as the corrected number of pulses corresponding to the final value, a standardized measured value freed from further influencing variables is available. Since the sensor characteristic normalized to the desired measuring range end value is stored in the microcomputer, comparison is provided It is possible to normalize and specify the measured temperature value. When using a clamping standard, it is still possible to set the sensor to the measuring temperature with regard to its current clamp to replace it with a short circuit and to connect its released signal terminals with a thermocouple. Furthermore, it is possible to arrange other transducers, for example strain gauges, between the resistance value of the resistor and the reference potential *.

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embodiment

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung zur Temperaturmessung· Durch die am Schalter S angeschlossene Reihenschaltung, gebildet durch den Vorwiderstand Ry, den Endwertwiderstand Rg, den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Meßtemperatur Mfm in Vierieitersehaltung und den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Umgebungstemperatur Mfu, fließt aufgrund der angelegten Versorgungsspannung U kurzzeitig ein Strom· Durch den Multiplexer M, gesteuert durch den Mikrorechner MR,'werden in schneller Folge nacheinander die Teilspannungen über den Widerständen dem Differenzverstärker D, der auf dem Komparator K arbeitet, zugeführt. Dieser Zyklus wird bei geöffnetem Schalter S noch einmal wiederholt· Vom Mikrorechner MR gestartet, beginnt der Integrator I von einem Spannungspegel aus so lange zu integrieren, bis seine dem Komparator K zugeführte Ausgangsspannung den gleichen Pegel erreicht wie die Spannung, die aufgrund eines durchgeschalteten Tores des Multiplexers M am Ausgang des Differenzverstärkers D entsteht. Die Pegelgleichheit kippt den Komparator K. Dieses Kippsignal stoppt einen vom Startmoment begonnenen ZählVorgang im Mikrorechner MR· Somit steht letztlich für jede Durchschaltung des Multiplexers M, sowohl für geschlossenen als auch für geöffneten Schalter S, eine Impulsanzahl gespeichert zur Verfügung. Somit ist es möglich,- im Mikrorechner durch Subtraktion offset- und driftbefreite Meßwerte zu ermitteln«The invention will be explained in more detail on an exemplary embodiment · The accompanying drawing shows the basic circuit arrangement for temperature measurement · By the series circuit connected to the switch S, formed by the series resistor Ry, the final value resistance Rg, the Pt 100 resistor as a sensor at measurement temperature Mfm in Vierieitersehaltung and the Pt 100 resistor as a sensor to ambient temperature Mfu, a current flows briefly due to the applied supply voltage U. By the multiplexer M, controlled by the microcomputer MR ', the partial voltages across the resistors to the differential amplifier D, the succession in succession the comparator K works, fed. This cycle is repeated again when the switch S is open. Starting from the microcomputer MR, the integrator I starts to integrate from a voltage level until its output voltage supplied to the comparator K reaches the same level as the voltage due to a gate of the Multiplexer M arises at the output of the differential amplifier D. The level equality tilts the comparator K. This tipping signal stops a counting process started by the starting moment in the microcomputer MR. Thus, a pulse number stored is ultimately available for each switching through of the multiplexer M, both for the closed and for the opened switch S. Thus, it is possible to: - Detect offset- and drift-free measured values in the microcomputer by subtraction «

STach Einbeziehung der Umgebungstemperatur, ermittelt durch den Pt 100-Widerstand als Meßfühler auf Umgebungstemperatur Mfu sowie des im Wert als auch im Temperaturbeiwert bekannten Sndwertwiderständes R₁₇ wird eine.Normierung auf den Meßbereichsendwert durchgeführt, was einer Sleminierung der weiteren Einflußgrößen entspricht·STach Incorporation of the ambient temperature, determined by the Pt 100 resistance as a sensor to ambient temperature Mfu and of Sndwertwiderständes R ₁₇ known in value and in the temperature coefficient ein.Normierung performed on the Meßbereichsendwert, which corresponds to a Sliemierung the other factors ·

Der so aufbereitete Meßwert wird im Mikrorechner MR.mit einer gespeicherten, auf' den selben Sndwert normierten Fühlerkennlinie, verglichen· Der diesem Meßwert entsprechende Temperaturwert wird nach Entnormierung durch die Anzeige-Ausgabeeinheit A bereitgestellt·The measured value processed in this way is compared in the microcomputer MR with a stored sensor characteristic normalized to the same value. The temperature value corresponding to this measured value is provided by the display output unit A after denormalization.

Claims

229372 8 claim for invention

Method for measuring temperature, in which an integration controlled by a microcomputer is performed, pulses being counted simultaneously until a comparator has level equality between a voltage corresponding to a measured value due to a current flowing constantly through switching elements and during this time interval is formed, and detects the integrator voltage, characterized in that the number of pulses representing the value of a measuring voltage is reduced by the number of pulses representing the offset and drift, that the pulse number corresponding to the measured value is normalized to the ambient temperature corrected pulse number corresponding to the final value This quotient is compared with the iPühlerkennlinie normalized to the Meßbereichsendwert and that in a known manner by denormalization of the measured value is output-

2. Circuit arrangement for carrying out the method according to point T, wherein a microcomputer is connected on the one hand both with a display output unit and with a current path to be closed switch, on the other hand with a multiplexer and an integrator, wherein the multipleser via a differential amplifier, the Integrator is directly connected to a comparator, which is connected to the microcomputer, characterized in that between the switch (S) and the reference potential, a series circuit consisting of the series resistor (R _TT ), so-

as, in each case connected to the multi-reader (M), the final value resistor (R-g), the measuring temperature lying on the sensor Mfm), the sensor lying at ambient temperature (Mfu), is arranged.

3 "circuit arrangement according to item 1 and 2 when using a voltage standard, characterized in that the sensor (Mfm) is replaced with respect to its power terminals by a short circuit and its unlocked signal terminals are connected to a thermocouple *

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4 · Circuit arrangement according to item 1 and 2, characterized in that between the final value resistor (R _n ,) and the 3ezugspotential other transducers, such as strain gauges are arranged *.

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