DE1573387C - Temperatur Meßgerat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermistor-Temperaturmeßgerät, dessen linearer Meßbereich durch einen zweiten Thermistor vergrößert ist, mit parallelgeschalteter Anzeigevorrichtung und einer Stromquelle.

Thermistoren werden üblicherweise in den verschiedensten Vorrichtungen und Geräten verwendet, mittels deren eine Temperatur abgefühlt wird, entweder unmittelbar zum Zweck der Messung der Temperatur einer Umgebung oder zum Zwecke des Vergleichs derselben mit der Temperatur in einer anderen Umgebung, oder wo eine von dem Thermistor erfaßte Temperaturänderung dazu herangezogen wird, die Messung eines anderen Parameters zu erreichen, wie z. B. die Änderung des Durchsatzes einer Strömung, die eine stärkere oder geringere Abkühlung eines Thermistors bewirkt. Insgesamt gesehen arbeiten diese Geräte in der Weise, daß der Thermistor der abzufühlenden Umgebung ausgesetzt wird und entsprechend dem elektrischen Widerstand, des Thermistors bei unterschiedlichen Temperaturen eine Ablesung erfolgt. Man kann diese beiden Gerätearten, die entweder die Temperatur direkt messen oder eine Temperaturmessung zur Messung einer anderen Größe heranziehen, mit »Thermometer« bzw. »thermisch wirkendes Meßgerät« bezeichnen.

Zum Beispiel können als nützliches Anwendungsgebiet der Erfindung Geräte, die eine Temperatur oder eine Temperaturveränderung abfühlen und sie zu einem anderen Parameter in Bezug setzen, der Messung der relativen Feuchtigkeit dienen, bei denen es bekanntermaßen erforderlich ist, die Temperatur einer nassen Thermometerkugel und einer trockenen Thermometerkugel zu messen, um hierdurch das Maß der Flüssigkeitsverdampfung und damit den hieraus folgenden Kühleffekt zu bestimmen, der dann zur Feuchtigkeitsmenge in der Luft zwecks Bestimmung der relativen Feuchtigkeit in Bezug gesetzt wird.

Die Erfindung kann zweckmäßigerweise bei Windgeschwindigkeits- oder Windrichtungsmeßgeräten angewendet werden. Dabei sind die Abkühlelemente zwecks Geschwindigkeitsmessung so angeordnet, daß sie die Kühlwirkung des Windes auf das Meßgerät feststellen. Zur Ermittlung der Windrichtung sind sie derart angeordnet, daß sie die Differenz der Kühlwirkung auf verschiedene, in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand angeordnete Fühleinrichtungen feststellen. Die Verwendung von Thermometern mit Thermistoren in derartigen Gerätetypen ist besonders insofern vorteilhaft, als die Geräte dann sehr klein sind und keinem Verschleiß unterliegen. Sie weisen auch ein Minimum an Beschränkung der Form der Meßeinrichtung auf, die ihrerseits derart ausgebildet sein kann, daß sie geringstmöglichen Strömungswiderstand bietet und in maximalem Maße dem abzufühlenden Fließmittel ausgesetzt ist.

Temperaturfühler mit Thermistoren haben Vorteile in bezug auf geringe Größe und Schnelligkeit des Ansprechens auf Temperaturänderungen, wie auch auf eine erhöhte Empfindlichkeit, verglichen mit anderen Abfühleinrichtungen, wie beispielsweise thermoelektrischen Elementen. Jedoch haben zu diesem Zweck verwendete Thermistoren keinen ausreichenden Ansprechbereich, oder ihr Ansprechen weicht so von der Linearität ab, daß der Ausgang am einen Ende des Bereichs oder am anderen Ende fehlerhaft oder ungenau ist. Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um das Ansprechen von Thermistoren zu linearisieren, jedoch ist im allgemeinen das Ergebnis eine Herabsetzung der Empfindlichkeit des Thermistors bis zu einem Punkt gewesen, bei dem er dann keinerlei Vorteil mehr gegenüber anderen Einrichtungen aufweist, die für denselben Zweck verwendbar sind.

Bekannt ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von zusammengesetzten Heißleiter-Einheiten, von denen jede über den gesamten Arbeitsbereich hinweg ίο einer vorbestimmten Widerstands-Temperatur-Kurve innerhalb einer gewählten Toleranz folgt. Der Schaffung des bekannten Verfahrens lag jedoch die Absicht zugrunde, ein Herstellungs- und Zusammensetzungsverfahren zu schaffen, durch das Heißleiter mit kleiner Toleranz in jeder gewünschten Anzahl hergestellt werden können, welche die gleichen oder im wesentlichen die gleichen Widerstandstemperaturmerkmale über einen gewünschten Temperaturbereich hinweg unter Einschluß ausgedehnter Bereiche aufweisen. Gemäß dem bekannten Verfahren werden jeweils mehrere ähnliche Heißleiterelemente gruppenweise zusammengefaßt, deren Widerstandswerte zusammengenommen der genannten Kurve innerhalb der genannten Toleranz an einer ersten Temperaturhöhe oder an dem einen Ende des Arbeitstemperaturbereiches bzw. an einem Punkt in dessen Nähe folgen. Danach werden aus diesen Gruppen von zusammengefaßten Elementen diejenigen Gruppen ausgewählt, deren Widerstandswerte zusammengenommen der Kurve innerhalb der genannten Toleranz an einer zweiten Temperaturhölle oder an dem anderen Ende des Arbeitstemperaturbereiches bzw. an einem Punkt in dessen Nähe folgen. Schließlich werden die letztgenannten Gruppen von Elementen elektrisch zusammengeschaltet. Sie bilden die gewünschten zusammengesetzten Heißleitereinheiten. Mit dem bekannten Verfahren soll der Widerstands-Temperatur-Charakteristik in einem weiteren Bereich einer vorgegebenen Kurve gefolgt werden, als dies mit einem einzigen Heißleiterelement erreichbar wäre.

Es ist hier ein statistisches Auswahlverfahren vorgeschlagen, bei dem rein selektiv mehrere Kollektive von untereinander ähnlichen Heißleitern verbunden oder verworfen werden.

Es ist auch eine Schaltungsanordnung zur Umformung einer Widerstandsänderung in einem Gleichstrom mit einer Wheatstonschen Brückcnschaltung bekannt, die in einem Zweig den Meßwiderstand enthält und deren Diagonalstrom das Drehspulinstrument eines selbstabgleichenden Kompensator beaufschlagt. Bei dieser bekannten Anordnung liegt in einem Zweig der Brücke mindestens ein stromabhängiger Widerstand mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten, und der Ausgangsgleichstrom des Kompensator, vorzugsweise Schwenkspulkompensators, speist die Brückenschaltung. Zweck dieser bekannten Anordnung ist es, kleinste Widerstandsänderungen in einen eingeprägten Gleichstrom umzuwandeln, der zur Betätigung eines anzeigenden und registrierenden Instrumentes für Fernmeß- sowie auch für Regelzwecke geeignet ist.

Demgegenüber besteht bei der Erfindung die Aufgabe darin, in vorbestimmbarer Weise durch eine originelle Kombination von wenigen Festwiderständen und Heißleitern mit bereits bekannten Widerstands-Temperatur-Verhalten zu einer Widerstandsanordnung zu gelangen, deren Widerstands-Tempera-

tur-Charakteristik über einen wesentlich größeren Meßbereich linear ist, als dies mit einem einzigen Thermistor zu erreichen wäre.

Die Erfindung beruht zum Teil auf der Tatsache, einen vorbestimmten elektrischen Widerstand zu dem Thermistor parallel zu schalten und dessen Wert so zu gestalten, daß es möglich wird, die Empfindlichkeit des Thermistors bei erheblicher Steigerung der Linearität um nur ungefähr 30% zu verringern, was man noch als annehmbar betrachten kann, weil dann immer noch eine wirksame und den Verhältnissen entsprechende Empfindlichkeit verbleibt.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Aufrechterhaltung einer praktisch konstanten Linearitat der Empfindlichkeit von zur Wärmefühlung verwendeten Thermistoren und der zugehörigen Kreise in Temperaturbereichen, beispielsweise 1 bis 100⁰C, während ein Bereich von 20° C mit annehmbarer Empfindlichkeit für die jetzt üblichen Therniistor-Temperaturmeßgeräte als etwa normal angesehen« wird. Es soll ermöglicht werden, eine Empfindlichkeit und Linearität des Ansprechens mit Abweichungen von 0,2% innerhalb eines Bereichs von 100° C zu erzielen und mit Abweichungen von weniger als 0,1% innerhalb eines Temperaturbereichs von 50° C.

Die obengenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der lineare Temperaturbereich des ersten Thermistors höher liegt als der lineare Temperaturbereich des zweiten Thermistors und beide Bereiche sich überdecken, daß die Thermistoren thermisch gekoppelt sind und daß der zweite Thermistor in Reihe mit einem Festwiderstand geschaltet ist, dessen Wert kleiner ist als der des zweiten Thermistors in dessen linearem Bereich, daß diese Reihenschaltung, deren Widerstand in dem höheren Temperaturbereich größer ist als derjenige des ersten Thermistors, dem ersten Thermistor parallel geschaltet ist und daß die Stromquelle mit einem Anpassungswiderstand an das Netzwerk so angeschlossen ist, daß deren Innenwiderstand gleich dem Gesamtwiderstand des Netzwerkes bei einer Temperatur innerhalb des Meßbereiches ist. In dem höheren Temperaturbereich wird der Gesamtwiderstand der Schaltung im wesentlichen lediglich durch den ersten Thermistor bestimmt, da dieser in dem betreffenden Temperaturbereich einen kleineren Widerstand aufweist als die Summe der parallelgeschalteten Widerstände des zweiten Thermistors und des zweiten Widerstandes. In diesem oberen Meßbereich ergibt sich somit eine lineare Widerstands-Temperatur-Charakteristik für die gesamte Schaltung, da der aktive erste Thermistor im wesentlichen linear ist.

Beim Übergang zu dem niedrigeren Temperaturbereich erhöht sich jedoch der Widerstand des ersten Thermistors derart viel stärker als derjenige des zweiten Thermistors, daß der Gesamtwiderstand der Reihenschaltung des zweiten Festwiderstandes und des zweiten Thermistors kleiner wird als der Widerstand des ersten Thermistors. Da weiterhin in diesem unteren Temperaturbereich der Widerstand des zweiten Thermistors größer wird als derjenige des zweiten Festwiderstandes, wird der Gesamtwiderstand der Schaltung im wesentlichen durch den in diesem unteren Temperaturbereich linearen zweiten Thermistor bestimmt.

Es wird in vorteilhafter Weise durch die geschickte Kombination nur zweier Thermistoren und eines Festwiderstandes eine wesentliche, im voraus bestimmbare Linearisierung des Temperaturverhaltens eines Thermistors bzw. eine entsprechende Meßbereichserweiterung erzielt. Um hierbei die Empfindlichkeit der Anordnung zu steigern und sicherzustellen, daß der größtmögliche Betrag der Speiseenergie der Stromquelle an die Schaltung abgegeben wird, ist noch ein Anpassungswiderstand vorgesehen, durch welchen der Innenwiderstand der Stromquelle an den Außenwiderstand der Thermistor-Widerstands-Kombination bei einer innerhalb des Meßbereichs liegenden Temperatur angeglichen werden kann.

Mit der neuen Vorrichtung ist ein Verfahren zur Messung der Umgebungstemperatur geschaffen worden, mittels dessen es möglich ist, Thermistor-Temperaturschaltungen zu verwenden und trotzdem genaue Messungen innerhalb verhältnismäßig weiter Temperaturveränderungen zu erzielen. Es werden Gruppen von Thermistoren ausgewählt, die unterschiedliche, in fixen Toleranzgrenzen liegende Kennlinien aufweisen. Durch Anwendung der Erfindung und der beschriebenen Schaltungen ist es möglich, eine Linearität des Ansprechens bei Temperaturmessungen mit einer Abweichung von angenähert 0,04% in einem Bereich von 0 bis 100⁰C zu erzielen, mit einer Abweichung von ungefähr 0,02% in einem Bereich von 0 bis 50⁰C; und mit einer Abweichung von etwa 0,2% in einem Bereich von —50 bis + 15O⁰C.

Nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip ist es möglich, in einfacher Weise den Meßbereich des neuartigen Thermistor-Temperatur-Meßgerätes für niedrige Temperaturen dadurch zu erweitern, daß dem ersten Thermistor mindestens ein weiteres Paar eines in Reihe geschalteten Festwiderstandes und eines Thermistors parallel geschaltet ist und dieser Thermistor in einem Bereich noch niedrigerer Temperaturen linear ist und den Gesamtwiderstand des Netzwerkes bestimmt.

Falls der innere Widerstand der Stromquelle relativ klein ist, so kann sie in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung als Konstantstromquelle ausgebildet und parallel zu dem Anpassungswiderstand geschaltet sein. Wenn dagegen der innere Widerstand der das Gerät speisenden Energiequelle größer ist, so wird sie in Weiterbildung der Erfindung als Konstantspannungsquelle in Reihe mit dem Anpassungswiderstand geschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Schaltbild eines typischen Thermistor-Temperaturmeßgerätes nach der Erfindung unter Verwendung einer einen konstanten Strom abgebenden Stromquelle;

F i g. 2 ist ein Schaltbild für eine abgewandelte Schaltung unter Verwendung einer Stromquelle mit konstanter Spannung;

F i g. 3 ist der Schaltplan einer weiteren abgewandelten Ausführungsform des Temperaturmeßgerätes;

F i g. 4 zeigt in Form eines Diagramms die Art und Weise, in der das Ansprechen zweier Thermistoren miteinander kombiniert ist;

F i g. 5 zeigt das Schaltbild einer weiteren abgewandelten Ausführungsform;

F i g. 6 ist die schematische Ansicht einer Doppelthermistoranordnung zur Verwendung in einer Temperatursonde;

F i g. 7 ist die schematische Ansicht einer anderen Art einer solchen Doppelthermistorkonstruktion;

5 6

Fig. 8 zeigt in ähnlicher Darstellung wie die renzE₀ von der Summe des Stromflusses durch T-I

Fig. 6 und 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem drei und durch die Serienschaltung von R-2 und T-2 ab.

Thermistoren verwendet sind. Ein dritter Thermistor T-3 und ein dritter Fest-

Die Fig. 1 und 2 zeigen Schaltpläne zweier im widerstandR-3 sind, ebenfalls zueinander in Reihe

wesentlichen gleichwertiger Ausführungsformen der 5 geschaltet, parallel zu T-I geschaltet und stellen so-

Erfindung, bei denen verschiedene Thermistoren ver- mit einen anderen, unterschiedlichen Shunt-Kreis

wendet werden, um eine optimale Linearität des An- für T-I dar. Der Thermistor T-3 ist derart geschaltet,

Sprechens in einem Temperaturbereich zu erzielen, daß er eine im wesentlichen lineare Veränderung des

der beträchtlich größer ist, als er mit einem einzigen elektrischen Widerstands in einem noch niedrigeren

Thermistor erzielbar ist. Es ist hervorzuheben, daß io Temperaturbereich, beispielsweise von 0 bis 40⁰C,

die Größe des Temperaturbereichs, über den ein aufweist. Die Schaltung kann erforderlichenfalls

lineares Ansprechen gewünscht wird, und das Maß durch Hinzufügung weiterer solcher Shunt-Zweig-

der Linearität des Ansprechens, das erzielbar ist, von leitungen vergrößert werden, wovon jede aus einem

der Anzahl der Thermistoren und von ihren jeweili- vorbestimmten Festwiderstand und einem Thermistor

gen Bereichen eines im wesentlichen linearen An- 15 besteht. Dies ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt durch

Sprechens abhängt, die in einer gegebenen Schaltung den zusätzlichen Kreis, in dem der Festwiderstand

verwendet werden. Im Hinblick darauf zeigen die R-N und der damit in Reihe geschaltete Thermistor

Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 ein Ausführungs- T-N liegt.

beispiel, bei dem drei Thermistoren, die mit T-I, Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung ist im wesent-

T-2 und T-3 bezeichnet sind, und eine Erweiterung 20 liehen die gleiche wie die in F i g. 1 dargestellte

der Schaltung ist dargestellt durch einen weiteren Schaltung; sie stellt die praktische Anwendung des

Thermistor T-N, der den höchsten in der Gesamt- Theveninschen Theorems dar, wobei die konstante

zahl der zusätzlich verwendeten Thermistoren dar- Spannungsquelle E und der damit in Reihe geschal-

stellen soll. tete Festwiderstand R-I die elektrische Energiequelle

Da sich die Schaltungen, die in den Fig. 1 und 2 25 darstellen an Stelle der einen konstanten Strom abdargestellt sind, in den meisten Beziehungen entspre- gebenden Stromquelle S und des Fest-Shunt-Widerchen, werden sie gleichzeitig beschrieben, wobei die Standes i?-l in Fig. 1. In Fig. 2 wird, wie auch in Abweichungen während der Beschreibung besonders Fig. 1, die AusgangsspannungE₀ als Spannungsdifhervorgehoben werden. Der Thermistor T-I ist ge- ferenz an das Meßgerät M gelegt, und der gleichmäß F i g. 1 an eine elektrische Energiequelle ange- 3° wertige Widerstand der verschiedenen Zweigleitunschlossen, die aus einer einen konstanten Strom ab- gen, entsprechend der Thermistortemperatur, bildet gebenden Stromquelle S und einem parallel zu dieser die mit dem Bezugszeichen R_x bezeichnete Belastung. Stromquelle geschalteten Festwiderstand R-I besteht. Für manche Zwecke bringt die Verwendung einer Der erste Thermistor T-I ist also gemäß F i g. 1 par- Stromquelle konstanter Spannung Vorteile gegenüber allel zu diesem Shunt-Widerstand R-I geschaltet. An 35 der Verwendung einer Stromquelle mit konstantem diese elektrische Energiequelle ist außerdem ein Strom. Beispielsweise kann es zur Erzielung eines Meßgerät M angeschlossen, vorzugsweise ein geeig- konstanten Stroms erforderlich sein, verhältnismäßig netes Voltmeter. Der Spannungsunterschied, der die- hohe Speisespannungen zu verwenden, oder es wersem Meßgerät zugeleitet wird, ist die Ausgangsspan- den Servosysteme zur Steuerung des Stromausgangs nung des Kreises, die durch das Bezugszeichen E₀ an- 40 verwendet. In jedem Falle wird die hierzu erfordergezeigt ist. Der gleichwertige Widerstand der Ther- liehe Einrichtung komplizierter und unter Umstänmistorkreise ist der Widerstand oder die Belastung, den auch störungsanfälliger sein, als es wünschensdie an die Stromquelle angelegt wird, angedeutet wert ist. Auf der anderen Seite wird durch Verwendurch das Bezugszeichen R_x, und dies ist die Summe dung einer Stromquelle mit konstanter Spannung, wie des Widerstands der verschiedenen Zweigleitungen 45 z.B. einer Nickel-Cadmium-Batterie, zusammen mit der Schaltung, in denen die einzelnen Thermistoren dem Widerstand R-I, der abhängig von R_x einen liegen. festen Wert aufweist, eine einfache Stromquelle ge-

Die erste Zweigleitung besteht, wie bereits be- schaffen. Es ist wünschenswert, soviel wie möglich schrieben, aus dem Thermistor T-I. Parallel hierzu von der Erregerspannung aus der Quelle E als Nutzist eine zweite Zweigleitung geschaltet, die aus einem 50 signal zu erhalten, beispielsweise in Fernsteuerungs-Festwiderstand R-2 und dem Thermistor T-2 besteht. oder Fernmeßsystemen. Zur Erhaltung einer best-Der Thermistor T-I ist derart ausgewählt, daß er möglichen Messung sollte außerdem die Form des solche Charakteristiken hat, daß er innerhalb eines Spannungsausgangs E₀ eine lineare Beziehung gegenersten oder höheren Temperaturbereichs, beispiels- über dem gemessenen Parameter über den gesamten weise von 60 bis 100° C, eine im wesentlichen lineare 55 Bereich, innerhalb dessen sich dieser Parameter verVeränderung seines elektrischen Widerstands auf- ändern kann, beibehalten.

weist. Der Thermistor T-2 ist derart ausgewählt, daß In der jeweiligen Schaltung nach den F i g. 1 und 2 er innerhalb eines niedrigeren Temperaturbereichs, wird der gleichwertige Widerstand R_K durch Addition der den höheren Ansprechbereich des Thermistors der Reziprokwerte der verschiedenen Widerstands- T-I überlappt, beispielsweise innerhalb des linearen 09 Shunt-Kreise bestimmt, d.h.R-2+T-2 und R-3-\-T-3 Bereichs von 30 bis 70° C, eine im wesentlichen und T-I, um den Reziprokwert von R_x zu erhalten, lineare Veränderung des elektrischen Widerstands Denn man erhält bekanntlich durch Addition der Reaufweist. Der elektrische Festwiderstand R-2 liegt in ziprokwerte der parallelgeschalteten Widerstände Reihe mit dem Thermistor T-2, und deshalb hat der den Reziprokwert des Gesamtwiderstandes. Wenn Stromfluß durch R-2 und T-2, parallel geschaltet zu 65 die Stromquelle, wie in Fig. 1, eine solche mit kon- T-I, ebenfalls eine Auswirkung auf die Ausgangs- stanter Stromabgabe ist, so folgt, da der Strom konspannung des gesamten Kreises. Mit anderen Worten stant ist und aus der Berechnung eliminiert werden ausgedrückt hängt also die Ausgangs-Potentialdiffe- kann, durch Anwendung des Ohmschen Gesetzes,

daß die Ausgangsspannung E₀ direkt proportional dem WiderstandR_x ist. Wenn gemäß Fig. 2 die Stromquelle als eine solche mit konstanter Spannung betrachtet wird, so ist in ähnlicher Weise die Ausgangsspannung E₀ ebenfalls proportional von R_x abhängig.

Zur weiteren Erläuterung ist in F i g. 3 eine vereinfachte Schaltung dargestellt, bei der eine Stromquelle E konstanter Spannung und der Widerstand R-I die elektrische Energiequelle darstellen, deren Energie dem Temperaturmeßkreis zugeleitet wird, wobei das Meßgerät M die Ausgangsspannung E₀ anzeigt. Der gleichwertige Widerstand R_x der Thermistorkreise umfaßt hier den Widerstand von T-I und der Serienschaltung von T-2 und des Festwider-Standes R-2, die parallel zu Γ-1 geschaltet sind. Zum Zwecke der Betrachtung soll T-I wiederum so ausgewählt sein, daß er eine im wesentlichen lineare Veränderung des elektrischen Widerstands innerhalb des ersten, höheren Temperaturbereichs aufweist, uifd diese Abhängigkeit des elektrischen Widerstands ist in F i g. 4 über der Temperatur (in ° C) aufgetragen. Die mit T-I bezeichnete Kurve stellt die Veränderung des Widerstands des Thermistors T-I bei Temperaturveränderungen dar, und zum Zwecke der Erläuterung soll angenommen werden, daß diese Veränderung in dem mit T_c-T_d bezeichneten Bereich praktisch linear ist. In ähnlicher Weise ist der Thermistor T-2 derart ausgewählt, daß er eine im wesentlichen lineare Veränderung des Widerstands in einem niedrigeren Temperaturbereich aufweist, welcher den höheren Temperaturbereich des linearen Ansprechens des Thermistors T-I überschneidet. In F i g. 4 stellt die Kurve T-2 die Widerstandsveränderung des Thermistors T-2 bei Temperaturveränderungen dar, und diese soll als innerhalb des Bereichs T₁₁-T₁, als im wesentlichen linear angesehen werden. Es ist ersiehtlieh, daß dieser Bereich den im wesentlichen linearen Ansprechbereich von T-I überschneidet.

Der Widerstand von R-I sollte gleich sein dem Gesamtwiderstand des Netzwerkes, das aus T-I und R-2 besteht, d. h. dem Äquivalent von R_x, und zwar bei einer vorbestimmten Temperatur zwischen den Grenzen des Bereichs des Systems. Welche vorbestimmte Temperatur dies nun sein soll, hängt von verschiedenen Faktoren ab, die bei der Zusammenstellung einer speziellen Schaltung gemäß der Erfindung bestimmt werden. Meist liegt die Temperatur, bei der der Widerstand von R-I gleich dem Widerstand des Temperatur-Abfühlnetzwerkes ist, gegenüber der Mitte des Ansprechbereichs in Richtung auf die obere Grenze dieses Bereichs verschoben. Auch hängt das Maß der Verschiebung dieser Temperatur, bei der diese Gleichwertigkeit vorhanden ist, zusätzlich ab von den Unterschieden in den Temperatur-Widerstands-Charakteristiken der Thermistoren T-I und T-2, die bei einer bestimmten Schaltung verwendet werden.

Die beiden Thermistoren T-I und T-2 sind eng beieinanderliegend angeordnet, so daß sie beide gleichzeitig auf dieselbe, abzufüllende Temperatur ansprechen. Geeignete Anordnungen hierfür sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt, die weiter unten beschrieben werden. Jeder der beiden Thermistoren zeigt eine ganz bestimmte Veränderung des elektrisehen Widerstands bei einer Veränderung der abgefühlten Temperatur. Es hat sich gezeigt, daß in diesem System, in dem T-I der »aktive« Widerstand in dem höheren Bereich ist, während T-2 im unteren Bereich mehr »aktiv« ist, T-2 weniger empfindlich sein sollte; er sollte also solche Charakteristiken aufweisen, daß die seine Veränderung des Widerstands bei Temperaturveränderungen darstellende Kurve (dR/dT) eine geringere Steigung hat. Der im unteren Bereich mehr aktive Thermistor sollte weniger empfindlich sein.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Kurve für den Thermistor Γ-1 in einem höheren Temperaturbereich eine verhältnismäßig konstante Veränderung des Widerstands pro Grad Celsius aufweist. Mit anderen Worten bleibt die Steigung der Kurve innerhalb dieses höheren Temperatürbereichs, der mit T,.-T₁, bezeichnet ist, praktisch die gleiche. Bei niedrigeren Temperaturen zeigt dieser Thermistor T-I eine größere Veränderung des Widerstands bei Temperaturänderungen und wird somit ungenau, wenn er zur Messung dieser niedrigeren Temperaturen herangezogen wird. In ähnlicher Weise ist, wie die Kurve T-2 zeigt, dessen Ansprechen am besten und praktisch linear innerhalb des Bereichs T„-T_b. Es ist nochmais hervorzuheben, daß diese Bereiche sich etwas überschneiden, d. h. also, daß T₁, etwas größer ist als T_c.

Durch Vorsehen eines damit in Reihe geschalteten Widerstands (R-2) für T-2 kann dessen Ansprechen im Bereich T_a-T_b beträchtlich abgewandelt werden, und zwar in einem solchen Maße, daß der Widerstand in diesem Teil der Schaltung praktisch konstant bleibt, sobald eine Temperatur in der Nähe von T_b erreicht worden ist. Durch Anschluß von T-I als Shunt parallel zu dieser Reihenschaltung wird die Empfindlichkeit von T-2 in seinem wirksamen Bereich nur innerhalb annehmbarer Grenzen herabgesetzt, beispielsweise um etwa 30% oder weniger.

Wenn in dem höheren Abschnitt des Bereichs der Schaltung gearbeitet wird, bleiben der Thermistor T-I in seinem Bereich T_c-T_d und auch die Reihenschaltung von T-2 und R-2 in der Schaltung, ungeachtet der abgefühlten Temperatur, tatsächlich linear. F i g. 5 zeigt eine Schaltung bei der Messung von Temperaturdifferenzen. Ein Vergleich der Schaltung mit derjenigen nach Fig. 3 läßt erkennen, daß hier verdoppelte »Doppel-ThermistorÄ-Temperaturmeßkreise derselben Art, wie in F i g. 3 dargestellt, Vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, daß die Differenz zwischen der von dem ersten Paar von Thermistoren T-Ia und T-2 α und dem zweiten Paar von Thermistoren T-Ih und T-2b abgefühlten Temperatur an das Meßgerät M angelegt wird. Deshalb wird also der Potentialunterschied zwischen den beiden Kreisen an dem Meßgerät oder an irgendeiner sonstigen Meßschaltung, die das Meßgerät repräsentiert, zur Wirkung gebracht. Jeder dieser Kreise kann gemäß F i g. 2 erweitert werden, wenn ein größerer Meßbereich oder eine geringere Toleranz bezüglich der Linearität gewünscht wird.

Es ist auch möglich Mehrfach-Thermistoreinheiten oder -sonden zu verwenden, bei einigen Ausführungsformen als ein im übrigen homogener Thermistor, der verschiedenartige Lagen oder Schichten aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform, wie sie in F i g. 6 dargestellt ist, üben die erste und die zweite Schicht 20 bzw. 21 die Funktionen eines ersten und eines zweiten Thermistors aus. Eine solche Thermistoreinheit ist mit drei Ausgangsanschlüssen 23, 24 und 25 von der Verbindungsstelle der Schichten und

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von den gegenüberliegenden Seiten jeder Schicht versehen. Die erste Schicht 20 einer typischen Einheit ist aus etwa 32,3 % Nickeloxyd und 67,7 % Manganoxyd (Gewichtsprozent) zusammengesetzt, und ihr Widerstand bei 25° C beträgt 6000 Ohm. Die zweite Schicht 21 weist einen kleinen Anteil an Kupfer auf, wodurch ihr Widerstand auf etwa 1000 Ohm bei 25° C herabgesetzt wird. Die Bestandteile der zweiten Schicht sind 3,4°/o Kupferoxyd, 31,2% Nickeloxyd und 35,4% Manganoxyd (Gewichtsprozent). Der Temperaturkoeffizient der ersten Schicht beträgt 4,5% pro ⁰C bei 25° C, und für die zweite Schicht beträgt der Koeffizient 3,7% pro ⁰C bei 25° C. Der Nenndurchmesser jeder Schicht beträgt bei diesem zusammengesetzten Thermistor etwa 2,3 mm, und jede Schicht weist eine Dicke in der Größenordnung von etwa 0,5 mm auf.

Es ist auch noch ein anderer zweilagiger Thermistor mit Erfolg verwendet worden, der die folgende Zusammensetzung aufweist: Die den niedrigeren Widerstand aufweisende Schicht hat einen Widerstand von 10 000 Ohm bei 25⁰C und besteht aus 25% Eisenoxyd, 26,12% Nickeloxyd und 44,88% Manganoxyd (Gewichtsprozent). Die andere Schicht, die einen Widerstand von 60 000 Ohm bei 25° C aufweist, setzt sich zusammen aus 20% Eisenoxyd, 27,86% Nickeloxyd und 52,14% Manganoxyd (Gewichtsprozent).

Eine weitere geeignete Ausführungsform eines zweischichtigen Thermistors ist eine Abwandlung des ersterwähnten Thermistors, und zwar hat hier die zweite Schicht mit dem Widerstand von 1000 Ohm bei 25° C eine vergrößerte Dicke, so daß ihr Widerstand bei derselben Temperatur 12000 0hm beträgt, während alle sonstigen Einzelheiten völlig gleich bleiben.

Es ist auch möglich, eine Mehrfach-Thermistorsonde abzuändern, indem ein erster Thermistor 30 und ein zweiter Thermistor 31 verwendet werden, die auf einer gemeinsamen leitenden Platte 32 angebracht sind. Die beiden Thermistoren gemeinsame Leitung 33 geht von dieser leitenden Platte aus, und Leitungen 34 und 35 sind an die beiden Thermistoren in der in F i g. 7 dargestellten Weise angeschlossen. Vorzugsweise können die Thermistoren und ihre Tragplatte in eine geeignete Einbettungsmasse 38 eingebettet sein, wie dies schematisch durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mehrfachthermistors ist in F i g. 8 gezeigt, in der dieselben Bezugsziffern verwendet sind, um den in F i g. 7 dargestellten Elementen entsprechende Teile zu bezeichnen. Ein erster Thermistor 30, ein zweiter Thermistor 31 und ein dritter Thermistor 36 sind auf einer gemeinsamen, leitenden Platte 32 angeordnet. Eine gemeinsame Leitung 33 geht von dieser Platte aus, während die drei Thermistoren an Leitungen 34, 35 und 37 angeschlossen sind. Vorzugsweise können die Thermistoren und die Platte von einer geeigneten Umhüllungsmasse 38 umschlossen sein, die durch die gestrichelten Linien dargestellt sind. Vergleichbare Ergebnisse können erzielt werden durch Verwendung der gleichen Zusammensetzung für alle Schichten der Thermistoren, wobei jede Schicht eine in geeigneter Weise unterschiedliche Größe aufweist, oder es können, falls gewünscht, auch unterschiedliche Zusammensetzungen für jede der Schichten verwendet werden.

ίο Mit einer solchen Konstruktion ist es möglich, die »Mehrfach-ThermistorÄ-Schaltung gemäß der Erfindung mit einer zusammengebauten Thermistorsonde zu verwirklichen, wobei dann unter Aufrechterhaltung der Einfachheit des Zusammenbaus und einer geringstmöglichen Fühlergröße die genannten Vorteile der Erfindung erzielt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Thermistor-Temperaturmeßgerät, dessen linearer Meßbereich durch einen zweiten Thermistor vergrößert ist, mit parallelgeschalteter Anzeigevorrichtung und einer Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Temperaturbereich (T,.-Tj) des ersten Thermistors (T₁) höher liegt als der lineare Temperaturbereich (T₀-T¹J,) des zweiten Thermistors (T,) und beide Bereiche sich überdecken, daß die Thermistoren (T₁, T₂) thermisch gekoppelt sind und daß

der zweite Thermistor (Γ.,) in Reihe mit einem Festwiderstand (i?.,) geschaltet ist, dessen Wert kleiner ist als der des zweiten Thermistors (T₀) in dessen linearem Bereich, daß diese Reihenschaltung (R₂, T,), deren Widerstand in dem höheren Temperaturbereich größer ist als derjenige des ersten Thermistors, dem ersten Thermistor (T₁) parallel geschaltet ist und daß die StTOnIqUeIIe(S", E) mit einem Anpassungswiderstand (R₁) an das Netzwerk (R,, T₁, T₂) so angeschlossen ist, daß deren Innenwiderstand gleich dem Gesamtwiderstand des Netzwerkes bei einer Temperatur innerhalb des Meßbereiches ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Thermistor (T₁) mindestens ein weiteres Paar eines in Reihe geschalteten Festwiderstandes (R₃) und eines Thermistors (T₃) parallel geschaltet ist und dieser Thermistor in einem Bereich noch niedrigerer Temperaturen linear ist und den Gesamtwiderstand des Netzwerkes bestimmt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle als Konstantstromquelle (Sf) ausgebildet und parallel zu dem Anpassungswiderstand (R₁) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle als Konstantspannungsquelle (E) ausgebildet und in Reihe mit dem Anpassungswiderstand (,R₁) geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen