DE2822893A1

DE2822893A1 - Selbstkompensierender thermoelement- anzeigekreis

Info

Publication number: DE2822893A1
Application number: DE19782822893
Authority: DE
Inventors: John Stephen Nitschke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-09
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1978-12-21
Also published as: AU511278B2; MX144952A; US4130019A; CH635679A5; GB1603061A; JPS6215818B2; AU3452978A; CA1084729A; ZA781739B; JPS545479A

Description

Dipl-liKj. W. DaMU

DipU'nq. H,J. Lipceri

•⁾ _ioi-.-nfanwu!t_e 22. Mai 1978

506C ße^isJ, Gfadbn-h -i L-Hg/K

John Stephen Nitschke Perrysburg, Ohio, USA

"Selbstkompensierender Thermoelement-Anzeigekreisⁿ

Die Erfindung betrifft einen Thermoelement-Anzeigekreis von der Art, die besonders zur Verwendung in Vielzonen-Einrichtungen, wie Glaetemper-Öfen, geeignet ist.

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In Themioelenient-Anzeigekreisen werden gewöhnlich Operationsverstärker verwendet. Ein an einen Operationsverstärker angeschlossenes Thermoelement wird ein Ausgangssignal erzeugen, das drei Komponenten umfaßt, nämlich eine Spannung, die proportional zur heißen Verbindung des Thermoelementes ist, eine Spannung, die proportional zur kalten Verbindung des Thermoelementes mit den Leitern des Anzeigekreises ist, und eine Fehlerspannung, die auf der Verlagerungsspannung des Operationsverstärkers basiert. Bisher 1st eine Heißleiter-Kompensation angewandt worden, um die Spannung zu eliminieren, die proportional zur kalten Verbindung des Thermoelementes mit den Leitern des Anzeigekreises ist. Ferner wurden bisher Verlagerungsspannungsfehler durch die Wahl von verlagerungskompenslerten Operationsverstärkern und durch periodisches Justieren verringert.

Die Verwendung einer Heißleiterkompensation für die Fehler der kalten Verbindung des Thermoelementes erfordert eine Itarechnung des Heißleiterwiderstandes in Temperatur. Die Wahl von kompensierten Operationsverstärkern und die Aufrechterhaltung, die erforderlich 1st, den Verlagerungsspannungsfehler im Operationsverstärker zu verringern, macht eine überwachung der bekannten Thermoelement-Anzeigekreise erforderlich.

Gemäß der Erfindung wird ein Bezugs-Thermoelement verwendet, um die Fehlerspannung für die kalte Verbindung zu kompensieren,

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die aus der Verbindung von Thermoelementen mit Anzeigekreis-Leitern resuMert. Die Aufbereitung des vom Bezugsthermoelement erzeugten Signals bewirkt eine positive Eliminierung aller Verlagerungsfehler, d.h., sowohl der Verlagerung des Operationsverstärkers, wie auch der- Verlagerung der anderen Elektronik des Anzeigekreises. Durch die Anwendung der Erfindung werden genaue Temperaturmessungen einfach und zuverlässig gemacht. Es sind keine Zwischenberechnungen mehr erforderlich. Desgleichen ist keine Aufrechterhaltung bzw. Nachjustierung des Kreises erforderlich.

Mehrere Thermoelemente sind über einen Isothermen Verbindungsblock an die Leiter des Anzeigekreises zur wahlweisen Verbindung an einen Operationsverstärker angeschlossen. Ein Bezugsthermoelement tastet die Temperatur des isothermen Verbindungsblockes ab und ist wahlweise über einen Bezugsverbindungs-Kompensator mit dem Operationsverstärker verbunden. Ein Computer tastet die Ausgangssignale des Operationsverstärkers ab und speichert sie. Das Ausgangssignal, das erzeugt wird, wenn das Bezugsthermoelement mit dem Operationsverstärker verbunden ist, wird von dem Ausgangssignal abgezogen, das von jedem der Thermoelement-Eingänge erzeugt wird, um auf diese Weise Signale zu erzeugen, die proportional zur Verbindungstemperatur der Thermoelemente und , frei von Kaltverbindungsfehlern, die durch den isothermen Verbindungsblöck eingebracht werden,und frei von Verlagerungsfehlern sind.

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Es ist ein Zweck der Erfindung, einen selbstkompensierenden Thermoelement-Anzeigekreis zu schaffen, der Verlagerungsfehler, die sich im Anzeigekreis ergeben, selbsttätig aufhebt.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen selbstkompensierenden Thermoelement-Anzeigekreis zu schaffen, bei dem ein Bezugsthermoeiement ein Signal entwickelt, um den Kaltverbindungsfehler zu eliminieren, der sich ergibt, wenn die Thermoelemente an die Leiter dee Anzeigekreises angeschlossen werden.

Schließlich bezweckt die Erfindung einen Thermoelement-Anzeigekreis zu schaffen, der den Fehler kompensiert, der an der Kaltverbindung des Thermoelementes mit den Leitern des Anzeigekreises entsteht, und der den Fehler beseitigt, der durch die Verlagerungscharakteristik des Operationsverstärkers und anderer Elektronik in den Anzeigekreis eingebracht wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, die nur eine einzige Figur umfaßt, in der ein Thermoelement-Anzeigekreis schematisch dargestellt 1st.

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Mehrere Thermoelemente 10 tasten die zu überwachenden Temperaturen ab. Beispielsweise können die Thermoelemente 10 in den verschiedenen Zonen eines Vielzonen-Ofens angeordnet sein, wie er zum Tempern von Glas verwendet wird. Die Thermoelemente 10 sind ihrerseits an einen isothermen Verbindungsblock 12 angeschlossen, über den die Thermoelemente mit den Leitern 14 des Anzeigekreises verbunden sind. Die Thermoelemente 10 können aus zahlreichen bekannten Paaren von verschiedenen Leitern bestehen, es können beispielsweise Chromel-Alumel-Thermoelemente sein und die Leiter 14 des Anzeigekreises bestehen wie üblich aus Kupfer, Die Leiter 14 sind mit dem Eingang eines Multiplexers verbunden.

Ein Bezugsthermoelement 18 ist in den isothermen Verbindungsblock eingebettet, um eine Spannung zu entwickeln, die der Temperatur der Kaltverbindung der Thermoelemente 10 am isothermen Verbindungsblock 12 proportional ist. Es ist klar, daß das Thermoelement 18 die gleichen verschiedenen Leiter umfaßt, wie die Thermoelemente 10. Das Bezugsthermoelement 18 1st mit einem Bezugsverbindungskompensator 20 verbunden, der einen kompensierten Anschluß (mit einer umgekehrten Polarität) des Bezugsthermostaten 18 an einen Leiter 22 des Anzeigekreises ermöglicht. Der Anzeigekreis-Leiter 22 besteht, wie auch die übrigen Anzeigekreis-Leiter 14, aus Kupfer. Der Bezugsverbindungskompensator ist ein übliches Schaltelement, das eine Spannungskompensation

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des Signals von dem Bezugsthermoelement 18 bewirkt, um den Fehler, der in der Verbindung des Thermoelementes 18 mit dem Leiter 22 des Anzeigekreises bei der Temperatur der Bezugsverbindung vorhanden ist, zu beseitigen.

Der Multiplexer 16 kann durch verschiedene bekannte Formen gebildet sein. Sein' Ausgang ist mit einem Operationsverstärker 24 verbunden, der mit einer geeigneten Rückkoppelungsschaltung 26 versehen ist, die typischerweise Präzisionswiderstände umfaßt. Der Multiplexer 16 wird wahlweise einen der Leiter 14 oder den Leiter 22 mit dem Eingang des Operationsverstärkers 24 in Abhängigkeit von einem Steuersignal verbinden, das von einem Kanalwähler 28 gegeben wird. Der Kanalwähler 28 ist ebenfalls von handelsüblicher Bauart.

Der Operationsverstärker ist mit einer Signalaufbereitungseinrichtung oder einem Computer 30 verbunden. Der Computer 30 umfaßt Einrichtungen zum überführen des Ausgangssignals des Operationgsverstärkers 24 in eine digitale Form zum Speichern und Behandeln in dem Computer. Der Kanalwähler 28 wird vom Computer 30 gesteuert. Bei dem Computer 30 handelt es sich um einen handelsüblichen Computer.

Der Ausgang des Computers 30 ist ein Steuersignal, beispielsweise zum Steuern der Kraftzufuhr zu den verschiedenen Ofenzonen,

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deren Temperaturen durch die Thermoelemente 10 abgetastet werden.

Der in der Zeichnung schematisch dargestellte Kreis arbeitet in folgender Weise:

Die Thermoelemente 10 sind wahlweise durch den Multiplexer in Abhängigkeit von den Steuersignalen des Kanalswählers 28, der seinerseits vom Computer 30 gesteuert ist, mit dem Operatioxs verstärker 24 verbunden. Der Computer 30 tatet das Ausgangsspannungsniveau ab und speichert es, das vom Operationsverstärker 24 entwickelt wird, wenn die verschiedenen Thermoelemente mit dem Eingang des Operationsverstärkers 24 verbunden sind. Für Jedes Thermoelement 10 ist die abgetastete und im Computer 30 gespeicherte Spannung aufgebaut aus drei Komponenten: einer Spannung, die der Temperatur der heißen Verbindung des Thermoelementes proportional ist (beispielsweise die Temperatur der durch das Thermoelement überwachten Ofenzone), minus der Spannung, die durch das Thermoelement bei der Temperatur des isothermen Verbindungsblockes 12 entwickelt wird, plus der Verlagerungsspannung der Ablesekreiselektronik (insbesondere der Verlagerungsspannung des Operationsverstärkers 24, die ebenfalls die Verlagerungsspannung des Multiplexers 16 umfaßt). Das Bezugsthermoelement 18 erzeugt eine Spannung am Leiter 22, die durch den Bezugsverbindungskompensator 20 für den Kaltverbindungsfehler korrigiert ist,

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der der Verblndungs des Thermoelementes 18 mit dem Anzeigekreis-Leiter 22 innewohnt. Der Bezugsverbindungskompensator 20 kehrt ferner die Polarität der Spannung um, die durch das Bezugsthermoelement bei der Temperatur des isothermen Verbindungsblockes 12 erzeugt wird. Wenn die Spannung am Leiter 22 wahlweise durch das Kommando des Kanalswählters 28 zum Multiplexer 16 mit dem Operatiendverstärker 24 verbunden ist, ist die abgetastete und vom Computer 30 gespeicherte Spannung aus den folgenden Komponenten aufgebaut: der Spannung ( mit einer negativen Polarität), die durch die Verbindung des Bezugsthermoelementes bei der Temperatur des isothermen Verbindungsblockes 12 entwickelt wird^plus derselben Verlagerungsspannung, auf die in Verbindung mit dem Thermoelement 10 Bezug genommen wurde. Dieses Signal wird abgezogen von Jedem abgetasteten, gespeicherten Signal, das von den Thermoelementen 10 erzeugt vird. Die Differenzen sind ein genauer Indikator der Temperatur an den entsprechenden Thermoelementverbindungen 10, frei von Kaltverbindungsfehlern, die vom iothermen Verbindungsblock 12 eingebracht werden,und frei von allen Verlagerungsspannungen der Anzeigekreis-Elektronik. Diese Signale können ihrerseits mit Bezugssignalen verglichen werden, um eine Kraftsteuerung zu den Ofenzonen oder eine andere gewünschte Steuerung zu bewirken.

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Claims

g DipUr,g.H,j.!.i::.r,.jrt Pots-·! ■. to FrG:»kenh-,;-.lfi; -M-.chv 13' 22· Mai 1978 ßeigisch ''I'.- ■ ß αά „-» L-Hg/Κ John Stephen Nitschke Perrysburg, Ohio, USA Patentansprüche

1. )Selbstkompensierender Thermoelement-Anzeigekreis, gekennzeichnet durch ein erstes dem Abtasten einer zu überwachenden Temperatur dienendes Thermoelement (10), einen isothermen Verbindungsblock (12), über den das besagte erste Thermoelement mit Leitern (14) des Anzeigekreises verbunden ist, ein zweites dem Abtasten der Temperatur des isothermen Verbindungsblockes (12) dienendes Thermoelement (18), einen Bezugsverbindungs-Kompensator, der mit dem zweiten Thermoelement (18) verbunden ist und einem Kompensieren der Verbindung des besagten zweiten Thermoelementes mit den Leitern des Anzeigekreises dient, einen Operationsverstärker (24), Einrichtungen zum wahlweisen Verbinden des ersten (10) und

des zweiten Thermoelementes (18) mit dem Operationsverstärker (24) und durch Einrichtungen, die mit dem Ausgang des Operationsverstärkers in Verbindung stehen, um das

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ORIGINAL INSPECTED

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Signal, das entsteht, wenn das zweite Thermoelement (18) mit dem Operationsverstärker (24) verbunden ist, von dem«Signal abzuziehen, das entsteht, wenn das erste Thermoelement (10) mit dem Operationsverstärker verbunden ist, um dadurch ein Signal zu erzeugen, das der zu überwachenden Temperatur proportional ist und das sowohl um den Verbindungsfehler am besagten isothermen Verbindungsblock (12) wie auch um den Verlagerungsfehler des besagten Operationsverstärkers (24) berichtigt ist.

2. Selbstkompensierender Thermoelement-Anzeigekreis, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum wahlweisen Verbinden des ersten (10) bzw. des zweiten Thermoelementes (18) mit dem Operationsverstärker (24) durch einen Multiplexer (16) gebildet ist und daß das vom Operationsverstärker erzeugte der zu überwachenden Temperatur proportionale Signal auch um den Verlagerungsfehler des Multiplexers berichtigt ist.

3. Selbstkompensierender Thermoelement-Anzeigekreis, gekennzeichnet, durch ein dem Abtasten einer zu überwachenden Temperatur dienendes Thermoelement, einen Operationsverstärker, Einrichtungen

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zum wahlweisen Verbinden des Thermoelementes mit dem Operationsverstärker, Einrichtlangen zum Erzeugen eines Eingangs am besagten Operationsverstärkers, wodurch der Ausgang des Operationsverstärkers dessen Verlagerungsfehler widerspiegelt, und Einrichtungen zum Abziehen des den Verlagerungsfehler widerspiegelnden Ausgangs des Operationsverstärkers vom Ausgang des Operationsverstärkers, wenn das Thermoelement mit dessen Eingang verbunden ist, um dadurch ein Signal zu erzeugen, das der Temperatur an der Verbindung des Thermoelementes proportional ist und um den Verlagerungsfehler des Operationsverstärkers berichtigt ist.

4. Selbstkompensierender Thermoelement-Anzeigekreis, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Thermoelementen zum Abtasten von mehreren zu überwachenden Temperaturen vorgesehen sind, daß diese Vielzahl von Thermoelementen über den isothermen Verbindungsblock mit den Anzeigekreis-Leitern verbunden ist, daß Einrichtungen zum wahlweisen Verbinden jedes der Thermoelemente und des Bezugsthermoelementes mit dem Operationsverstärker vorgesehen sind und daß Einrichtungen mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden sind, die der Erzeugung einer Vielzahl von Signalen dienen,

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die je proportional zu den Temperaturen an den Verbindungen der einzelnen Thermoelementen sind, die sowohl um den Verbindungsfehler der Vielzahl der Thermoelemente mit dem isothermen Verbindungsblock wie auch dem Verlagerungsfehler des Operationsverstärkers berichtigt sind.

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