DE3313043A1

DE3313043A1 - Schaltungsanordnung zum erfassen einer vielzahl von sich langsam aendernden betriebstemperaturen

Info

Publication number: DE3313043A1
Application number: DE19833313043
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 8051 Langenbach Schürba
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1983-04-12
Publication date: 1984-10-18
Also published as: DE3313043C2

Description

Schaltungsanordnung zum Erfassen einer Viel-
zahl von sich langsam ändernden Betriebstemperaturen Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum Regeln von sich langsam ändernden Betriebstemperaturen im Bereich zwischen 20 OC und etwa 500 OC, wie dies beispielsweise bei Spritzgießmaschinen, Kaland-ern, Extrudern oder dergleichen der Fall ist, wird üblicherweise für jeden Meßkanal ein gesonderter Temperaturregler verwendet. Da die von gängigen Temperaturfühlern, wie beispielsweise Eisenkonstantan - Thermoelemente, gelieferten Meßsignale einen äußerst geringen Signalhub von beispielsweise 53 yV/OC aufweisen, dürfen die in den bekannten Temperaturreglern verwendeten Bauelemente nur eine äußerst geringe Temperaturdrift haben, was einen entsprechend hohen baulichen Aufwand für jeden Meßkanal bedingt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die Aufbereitung einer Vielzahl von Temperatur-Meßkanälen für einen gemeinsamen Temperaturregier ermöglicht und dabei mit einem wesentlich ge- ringeren baulichen Aufwand ohne Einbuße an Meßgenauigkeit auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, welche ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt.
Die dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt im dargestellten Beispielsfalle einen 1 5-Kanal--Temperaturmeßverstärker 10, der als strichpunktierter Schaltungsblock angedeutet ist. Die 15 Meßkanäle des Verstärkers 10 sind mit handelsüblichen Temperaturfühlern, beispielsweise Eisenkonstantan - Thermoelementen 201 bis 215 verbunden. Die Klemmen der Temperaturfühler 201 bis 215 sind auf einer Klemmenleiste 20 in unmittelbarer gegenseitiger Nachbarschaft angebracht Auf der Klemmenleiste 20 befindet sich ferner in unmittelbarer örtlicher Nähe zu den Klemmen'der Meßfühler 201 bis 215 eine Kompensationsdiode 16, welche mit einer noch näher zu erläuternden Kompensationeinrichtung 14 innerhalb des Verstärkers 10 verbunden ist. Die ersten Klemmen der Temperaturfühler 201 bis 215 sind mit den Eingängen eines CMOS-Multiplexerbausteins 115 verbunden, während die zweiten Klemmen der Temperaturfühler 201 bis 215 mit den Eingängen eines zweiten CMOS-Multiplexerbausteins 116 verbunden sind, Die beiden Bausteine 115 und 116 bilden einen Multiplexer 11, der über seine Adressiereingänge 111 bis 114 mit einem 4-Bit-Adressiersignal an- steuerbar ist. Mittels dieses 4-Bit-Adressiersignals lassen sich insgesamt 16 Meßwerteingänge M1 bis M16 jedes der Bausteine 115'und 116 anwählen. Der Ausgang jedes der beiden Bausteine 115, 116-führt zu einem Differenzverstärker 12, der somit in jeder Wählstellung der Bausteine 115, 116 (mit Ausnahme des 16. Meßkanals) mit den beiden. Klemmen des jeweils ausgewählten Temperaturfühlers 201 bis 215 verbunden ist. Die an den Klemmen des ausgewählten Temperaturfühlers auftretende Thermospannung wird von dem Differenzverstärker 12 verstärkt und einem Addierglied 19 zugeführt, das ferner mit einem Kompensationssignal vom Ausgang der Kompensationseinrichtung 14 beaufschlagt wird. Die Kompensationseinrichtung 14 umfaßt eine Konstantstromquelle, welche die Kompensationsdiode 216 speist. Da die Kompensationsdiode 16 aufgrund ihrer Anordnung auf der Klemmenleiste 20 der gleichen Temperaturdrift unterliegt wie die Klemmen der Temperaturfühler 201 bis 215, stellt das von dem Strom durch die Kompensationsdiode 216 abhängige Ausyangssignal der Kompensationseinrichtung 14 ein Maß für diese Temperaturdrift dar. Das Summensignal am Ausgang des Addiergliedes 19 i;st damit ein bezüglich der Temperaturdrift der Meßfühlerklemmen kompensiertes Meßsignal.
Zur Kalibrierung des Verlaufs der kompensierten Meßspannung in Abhängigkeit von der Temperatur weist die Kompensationseinrichtung ein Potentiometer 141 auf, mit welchem sich der Spannungswert "Null" auf den Temperaturwert 0 OC justieren läßt. Die Wirkung des Potentiometers 141 entspricht einer Parallelverschiebung der Meßkennlinie.
Da auch die Meßstrecke zwischen den Eingängen des Multiplexers 11 und dem Ausgang des Differenzverstärkers 12 von einer Temperaturdrift behaftet ist, ist eine Abgleicheinrichtung 13 vorgesehen, welche den Umstand ausnutzt, daß der 16. Meßwerteingang M16 jedes' der Bausteine 115, 116 mit dem Masseanschluß E des Verstärkers 10 verbunden ist, welcher auf die Masse der Maschine gelegt ist, deren Betriebstemperaturen mittels der Fühler 201 bis 215 erfaßt werden. Die Abgleicheinrichtung 13 ist mit-ihren'vier Adresseingängen mit den vier Adresseingängen 111 bis 114 des Multiplexers 11 verbunden und wertet die Adresse des 16. Meßkanals, d.h., der MeßwerteingängeM16 der Bausteine 115 und 116 dahingehend aus, daß jedesmal, wenn die Differenzverstärker-Eingänge über die Meßwerteingän M16 der Bausteine 115, 116 auf Masse liegen, das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 12 von der Abgleicheinrichtung 13 auf den Wert "Null" gebracht wird.
Infolge der erläuterten Wirkungsweise der Abgleicheinrichtung 13 und der Kompensationseinrichtung 14 brauchen an die Temperaturdrift der Temperaturfühler 201 bis 215, des, Multiplexers 11 und des Differenzverstärkers 12 keine besonderen Anforderungen gestellt zu werden, so daß hierfür relativ billige Bauelemente verwendet werden können.
Das kompensierte Summensignal am Ausgang des Addiergliedes 19 wird im dargestellten Beispielsfalle mit Hilfe eines Verstärkers 15 verstärkt und anschließend mittels eines Spannungs-Frequenzumsetzers 16 in ein Pulssignal umgewandelt, dessen Frequenz der Amplitude des verstärkten Summensignals proportional ist. Das Pulssignal am Ausgang des Umsetzers 16 wird mittels eines Optokopplers einer Verarbeitungseinrichtung 40, beispielsweise einem Mikroprozessor zugeführt, wo ein Vergleich mit einem Differenzsignal und die Bildung eines davon abhängigen Regelsignals erfolgt. Im Falle der Verwendung eines Mikroprozessors als Verarbeitungseinrichtung 40 erzeugt dieselbe das binäre 4-Bit-Adressiersignal für den Multiplexer 11, welches in einem Zwischenspeicher (Latch) 30 zwischengespeichert und unverzögert über Optokoppler 171 bis 174 auf die Adressiereingänge 111 bis 114 gekoppelt wird.
Zur Einstellung der Steilheit der Meßkennlinie, d.h., des Verlaufs der kompensierten Meßspannung in Abhängigkeit von der Temperatur, weist der Umsetzer 16 ein Potentiometer 161 auf. Mit dem Potentiometer 161 läßt sich die Anzahl der je Eingangsspannungseinheit erzeugten Impulse des Pulssignals am Ausgang des Umsetzers 16 einstellen.
Aus der vorstehenden Erläuterung der Funktionsweise des 15-Kanal-Temperaturmeßverstärkers 10 läßt sich ohne weiteres erkennen, daß sich bis zu 15 parallele Temperaturmeßpunkte sequentiell abfragen lassen, wobei die ausgelesenen Meßwerte derart aufbereitet sind, daß sie in einer für sämtliche Meßpunkte gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung für Regel- und Steuerungszwecke weiterverarbeitet werden können. Gegenüber hochwertigen, temperaturstabilisierten Reglern je Meßkanal stellt die Kombination aus dem Temperaturmeßverstärker 10 und einem Mikroprozessor als Verarbeitungseinrichtung eine erheblich einfachere, billigere Lösung dar, zumal, wie dargelegt,für die Temperaturstabilität der Meßfühler und der Bauteile des Meßverstärkers 1,0 keine besonderen Anforderungen erforderlich sind.

Claims

Patentansprüche Schaltungsanordnung zum Erfassen einer Vielzahl von sich langsam ändernden Betriebstemperaturen im Bereich zwischen 20 OC und etwa 500 OC, beispielsweise von Spritzgießmaschinen, Kalander, Extrudern oder dergleichen, mit einer Vielzahl von Temperaturfühlern mit relativ geringem Signalhub pro Temperatureinheit, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Ein Multiplexer (11), welcher sequentiell die Temperaturfühler (201 bis 215) mit einem Differenzverstärker (15) verbindet und welcher von einem Taktgeber nkrementierbar ist, wobei ein spezieller Eingangskanal (M16) des Multiplexers (11) auf das Differenzpotential "Null" gelegt ist; b) eine Abgleicheinrichtung (13), welche jedesmal, wenn der Differenzverstärker (12) mit dem speziellen Eingangskanal (M16) des Multiplexers (.11) verbunden ist, die driftbehaftete Meßstrecke zwischen dem Multiplexer-Eingang und dem Differenzverstarker-Ausgang auf den Ausgangswert "Null" abgleicht, und c) eine Kompcnsationscinrichtung (14) mit einer Kom- pensationsdiode (216), welche in unmittelbarer örtlicher Nähe von den Klemmen der Temperaturfühler (201 bis 215) eingebaut und mit der gleichen Temperaturdrift wie die Temperaturfühlerklemmen behaftet ist, wobei das Ausgangssignal der Kompensationseinrichtung, welche von dem Strom durch die Kompensationsdiode (216) abhängig ist, dem Ausgangs signal des Differenzverstärkers (12) aufaddiert wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spannungs-Frequenzumsetzer (16), welchem das gegebenenfalls verstärkte, kompensierte Ausgangssignal des Differenzverstärkers (12) zugeführt wird und welcher ausgangsseitig mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (40) gekoppelt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereingänge (111 bis 114) des Multiplexers (11) über Optokoppler (17) mit einem von der Signalverarbeitungseinrichtung (40) programmierbaren Speicher (30) verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (11) aus zwei in CMOS-Technik aufgebauten integrierten Schaltkreisen besteht.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential der Kompensationseinrichtung (14) mittels eines änderbaren Widerstandes (141) einstellbar ist (Parallelverschiebung des Verlaufs der kompensierten Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Temperatur).
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor des Spannungs-Frequenzumsetzers (16) einstellbar ist (Steilheitsveränderung des Verlaufs der kompensierten Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Temperatur).