CN107209064B

CN107209064B - 温度探针

Info

Publication number: CN107209064B
Application number: CN201580069290.8A
Authority: CN
Inventors: 阿尔弗雷德·乌姆克雷尔; 帕沃·弗尔多利亚克; 哈拉尔德·布林德尔; 托马斯·黑勒
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: EP3237862B1; WO2016102195A1; RU2657367C1; US11221257B2; EP3237862A1; US20180106684A1; DE102014119593A1; CN107209064A

Abstract

本发明涉及一种温度探针(10)，包括随温度变化的测量元件(ME)，该测量元件(ME)可以经由至少第一连接线(1)和至少第二连接线(2)被接触，第一连接线(1)具有第一区段(T1)和第二区段(T2)，并且第一区段(T1)和第二区段(T2)由不同的材料构成。

Description

温度探针

技术领域

本发明涉及一种温度探针、温度计以及用于操作温度计的方法，还涉及该温度探针、温度计及方法的使用。

背景技术

从现有技术中，专利文献DE 69733138 T2已知自检温度传感器。在该专利文献中，提供了具有第一热偶和第二热偶自检传感器，其特征在于：阻抗元件形式的随温度变化的元件具有第一端和第二端，其中第一热偶与第一端耦合，第二热偶与第二端耦合，并且热电偶与第一端和第二端之间的随温度变化的元件耦合。

在过程自动化中，温度计用于测量过程介质的温度。实际上，传感器元件经由多个串联热电阻(保护管、耦合器、测量插入物保护管、测量插入护套、传感器周围的粉末或铸件)来与过程介质分离开。基于经验值，以其几何长度来选择保护管，使得在传感器和过程介质之间获得完全的热平衡。

如果温度计对于完全的热平衡来说太短(注释：正确的长度取决于多个因素，诸如过程温度和环境温度之间的差异，温度计材料的导热性，测量插入物和保护管之间的耦合器，过程介质的导热性，过程介质的流量)，则在传感器最后几厘米的末端存在相对较强的温度梯度。

在文献中，存在用于确定等距温度传感器的正确过程值的方法(Klaus Irrgang，Lothar Michalowsky：Temperaturmesspraxis，ISBN-13：978380272204(“Practicaltemperature measurement(实际温度测量)”)。实际上，这在传感器设计方面以及其信号分析方面都是很耗成本的。由此，可再生性能的温度计的结构是非常有挑战的。

除了在几何上设计得太短的温度计，实际上，还存在下述温度计，其在最初安装进行正确的测量，但是例如如果在保护管上形成过程介质的沉积层，或者如果测量插入物和保护管之间的热耦合器退化，则在之后不再能够测量正确的过程温度。

发明内容

下面的发明能够简单实施(在传感器结构上，以及信号分析上)电阻温度计的相关诊断，以确定在传感器的末端区域是否存在热平衡，或者是否存在指向上述测量问题之一的“可疑”温度梯度：在4线电路的电阻传感器中，将四条连接线(所有的这些都位于传感器附近)中的一条的一片连接电缆替换成不同材料(参见附图1)，以便在连接电缆1和2之间，一旦沿“红线”产生温度梯度，则可以使用塞贝克效应(Seebeck effect)来测量热电势。差异的正确测量需要知道该点的温度；然而，如果选择温度EMF是相对恒定的一对材料，则足够使用电阻传感器ME的温度，以近似检测差异温度。在传感器末端的整个区域(沿线a-b定位)，如果建立了热平衡，则热电势是零，并且不再需要热电偶的评价。

原则上，显然，可以以相似方式替换最右边的电线，但是理想地，以其长度的一半的方式替换。这样，甚至可以进行有关耗散误差多高的相对精确的“预测”，并且确定“真实的过程温度”。

通过另外地安装的热电偶来确定沿其中定位测量元件的浸入体的温度梯度(热耗散误差)。热电偶集成在测量元件的一个或多个连接电缆中。

本发明可以在已知的测量元件和温度计中实施，由于高度适用的K型热电偶的腿部已经被用作连接电缆。可以经由变送器(测量变换器)的第二通道或经由简单的万用表进行差异温度的测量。可以将装置描述中的特定功能，例如DTM或温度计的固件用于执行温度梯度的监测，和/或确定温度差异的测量值是否表明“测量问题”(其中，使用另外的值，诸如测量元件的测量值，RTD，有关保护管的信息，环境温度，以及有关过程介质的信息)。

温度梯度的历史趋势记录可以提供关于测量的定性退化的信息。可以使用这种诊断(可以与其他已经可用的诊断一起)。

在温度探针的实施例中，温度探针包括随温度变化的测量元件，其可以经由至少第一连接电缆和至少第二连接电缆接触，其中，第一连接电缆具有第一和第二区段，并且其中，第一和第二区段由不同材料制成。

在温度探针的进一步实施例中，第一连接电缆的第一和第二区段形成热电偶。

在温度探针的进一步实施例中，将第二区段布置在测量元件和第一区段之间。

在温度探针的进一步实施例中，第二连接电缆由与第一连接电缆的第一区段相同的材料制成。

在温度探针的进一步实施例中，第一连接电缆经由测量元件连接到第二连接电缆。

在温度探针的进一步实施例中，第二连接电缆直接连接到第一连接电缆。

在温度探针的进一步实施例中，第一连接电缆的第一区段邻接第一连接电缆的第二区段，并且第一连接电缆的第二区段邻接第二连接电缆，优选地，在每种情况下，彼此电连接。

在温度探针的进一步实施例中，第一连接电缆和第二连接电缆沿装配件延伸到测量元件，其中，第一部分的第一连接电缆的第一区段沿该装配件运行，其中第二部分的第二区段沿该装配件运行，并且其中，第一和第二部分不重叠。

在温度探针的进一步实施例中，第二区段沿装配件位于测量元件与第一连接电缆的第一区段之间的部分延伸。

在温度探针的进一步实施例中，第二连接电缆沿装配件延伸到测量元件，或者测量元件的接触装置。

在温度探针的进一步实施例中，测量元件包括例如电线或焊接点形式的第一接触装置和第二接触装置，其中，第一和第二连接电缆连接到第一接触装置。

在温度探针的进一步实施例中，第三连接电缆连接到第二接触装置。

在温度探针的进一步实施例中，第四连接电缆连接到第二接触装置。

在温度探针的进一步实施例中，第三连接电缆由与第一连接电缆的第一区段相同的材料和/或与第二连接电缆相同的材料制成。

在温度探针的进一步实施例中，第四连接电缆由与第一连接电缆的第一区段相同的材料和/或与第二连接电缆相同的材料和/或与第三连接电缆相同的材料制成。

在温度探针的进一步实施例中，测量元件是随温度变化的电阻器，例如PT100。

在温度计的一个实施例中，温度计包括根据前面实施例之一的温度探针，另外地包括测量变换器，其(电)连接到第一连接电缆和第二连接电缆——特别地，连接到第一或第二连接电缆的近端。

在温度计的进一步实施例中，测量变换器的目的是记录第一和第二连接电缆之间的电压——特别地，记录第一和第二连接电缆的近端之间的电压。

在温度计的进一步实施例中，测量变换器连接到第三和/或第四连接电缆，优选地，连接到第三或第四连接电缆的近端。

在温度计的进一步实施例中，测量变换器还用于记录第三和第四连接电缆之间的电压。

在温度计的进一步实施例中，测量变换器还用于记录第二和第三连接电缆之间的电势。

在温度计的进一步实施例中，测量变换器还用于记录第二和第四连接电缆之间的电压。

在温度计的进一步实施例中，将参考值存储在测量变换器(例如，测量变换器的存储单元)中，用于将第一和第二连接电缆之间存在的电压与参考值比较，并且用于依靠该比较产生消息，该消息指定第一和第二连接电缆之间的电压是否已经超过参考值。

在温度计的进一步实施例中，测量变换器包括通讯接口(优选数字通讯)，其例如经由温度计可连接的现场总线，用于传递该消息，优选地、规则地或事件触发地传递该消息。

在温度计的进一步实施例中，该消息的目的是检测沿测量元件的连接电缆的行程——即装配件——的散热或散热误差。

在温度计的进一步实施例中，测量变换器用于从测量元件的测量信号确定测量值。

在温度计的进一步实施例中，测量变换器的目的还用于根据第一和第二连接电缆之间存在的电压校正测量值。

在方法的一个实施例中，用于监测根据前述实施例中的一个的温度计的方法用作监测根据前述实施例中的一个的温度探针的目的，特别地，监测具有根据前面实施例之一的温度探针的温度计。

在该方法的一个实施例中，记录第一和第二连接电缆之间的电压。

在该方法的一个实施例中，将第一和第二连接电缆之间记录的电势与参考值比较，例如与参考电势比较。

在应用的一个实施例中，根据前面实施例中的至少一个的温度探针、温度计或方法用于确定散热或散热误差。

附图说明

基于附图对本发明进行更详细的解释。所示的为：

图1：温度探针的实施例的示意图。

图2：温度探针的另一个实施例的示意图，其例如以保护管的形式布置在诸如浸入体的套管中。

具体实施方式

图1表示以四线技术或四点测量操作的温度探针。为此目的，提供第一、第二、第三和第四连接电缆。此连接电缆沿装配件延伸到测量元件ME。第一连接电缆具有沿装配件的第一部分延伸的第一区段T1，以及沿装配件的邻接部分延伸的第二区段T2。第一区段由第一材料制成，第二区段由另一种不同的材料制成。选择成对的材料使得产生作为点a和b之间的温度差异的结果的热电效应，实际上，点a和b之间应当存在这种温度差异。在点a，第一连接电缆的第一区段连接到第二区段。在点b，将第二区段连接到第二连接电缆和/或测量元件的接触装置。

测量元件的另一个接触装置(例如，存在随温度变化的电阻器)连接到第三和第四连接电缆。连接电缆形成不同的测量通道，第一连接电缆或第一和第二连接电缆端之间的热电势可以经由这些测量通道分流。此外，可以在第二和第三连接电缆之间提供另一个测量通道，以分流使用测量元件的与温度对应的测量信号。

由于在装配件的不同高度布置第一连接点a和第二连接点b，可以确定温度差异(即，位于点a的高度和位于点b的高度之间的温度梯度)。

附图2图示例如在测量插入物中使用的温度探针。这种测量插入物直接地浸在过程介质中，或者放置在保护管中，保护管保护测量插入物免受要确定温度的过程介质的影响。

测量插入物包括套管H(例如，金属的)，其中布置填充剂V(例如，陶瓷材料的铸件)。填充材料V又用于埋入温度探针——特别地，用于埋入测量元件ME和连接电缆1、2。

测量元件目前经由两个连接电缆1、2连接。可替选地，可以选择布置三个或四个连接电缆，如图1所示。

根据附图2，第一连接电缆1具有经由连接点a连接到第二区段的第一区段。此处的第一区段和第二区段制成的材料不同。第二区段经由连接点b连接到测量元件。第二连接电缆2也连接到测量元件(ME)。由此，第一连接电缆1经由测量元件连接到第二连接电缆2。如最初提及的，作为连接点a和b的不同材料对的结果，出现热电势。这种热电势可以在连接电缆1、2之间分流，并且用于检测散热误差。

在此，选择连接点a和b之间的区段使得在安装状态，其位于容器的腔中，该腔中还存在过程介质。在此，温度探针与其套管一起直接地暴露于过程介质，或者通过保护管保护。优选地，连接点之间的区段显著短于连接电缆的剩余区段，例如，a和b之间的区段小于连接电缆1的总长度T1、T2的一半，优选地，小于三分之一、或五分之一、或六分之一、或七分之一、或八分之一。

Claims

1.一种温度探针(10)，包括：随温度变化的测量元件(ME)，所述测量元件能够经由第一连接电缆(1)和至少第二连接电缆(2)被接触，

其中，所述第一连接电缆(1)具有第一区段(T1)和第二区段(T2)，

其中，所述第二区段(T2)布置在所述测量元件(ME)和所述第一区段(T1)之间，

其中，所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)沿装配件延伸到所述测量元件(ME)，

其中，第一连接电缆具有沿装配件的第一部分延伸的第一区段(T1)，以及沿装配件的邻接部分延伸的第二区段(T2)，

其中，所述第一区段(T1)和所述第二区段(T2)由不同材料制成，并且，

其中，所述第一连接电缆(1)的所述第一区段(T1)和所述第二区段(T2)形成热电偶。

2.根据权利要求1所述的温度探针(10)，

其中，所述第二连接电缆(2)由与所述第一连接电缆(1)的所述第一区段(T1)相同的材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的温度探针(10)，

其中，所述第一连接电缆(1)经由所述测量元件(ME)连接到所述第二连接电缆(2)。

4.根据权利要求1或2所述的温度探针(10)，

其中，所述第二连接电缆(2)直接连接到所述第一连接电缆(1)。

5.根据权利要求1或2所述的温度探针(10)，

其中，所述第一连接电缆(1)的所述第一区段(T1)邻接所述第一连接电缆(1)的所述第二区段(T2)，并且所述第一连接电缆(1)的所述第二区段(T2)邻接所述第二连接电缆(2)，在每种情况下，彼此电连接。

6.根据权利要求1或2所述的温度探针(10)，

其中，所述第二区段(T2)沿所述装配件位于所述测量元件(ME)与所述第一连接电缆(1)的第一区段(T1)之间的部分延伸。

7.根据权利要求1或2所述的温度探针(10)，

其中，所述第二连接电缆(2)沿装配件延伸到所述测量元件(ME)或所述测量元件(ME)的第一接触装置(K1)和第二接触装置(K2)。

8.根据权利要求1或2所述的温度探针(10)，

其中，所述测量元件(ME)包括电线或焊接点形式的第一接触装置(K1)和第二接触装置(K2)；

其中，所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)连接到所述第一接触装置(K1)。

9.根据权利要求8所述的温度探针(10)，

其中，第三连接电缆(3)连接到所述第二接触装置(K2)。

10.根据权利要求9所述的温度探针(10)，

其中，第四连接电缆(4)连接到所述第二接触装置(K2)。

11.根据权利要求9所述的温度探针(10)，

其中，所述第三连接电缆(3)由与所述第一连接电缆(1)的所述第一区段(T1)相同的材料和/或与所述第二连接电缆(2)相同的材料制成。

12.根据权利要求10所述的温度探针(10)，

其中，所述第四连接电缆(4)由与所述第一连接电缆(1)的所述第一区段(T1)相同的材料和/或与所述第二连接电缆(2)相同的材料和/或与所述第三连接电缆(3)相同的材料制成。

13.根据权利要求1或2所述的温度探针(10)，

其中，所述测量元件是随温度变化的电阻器PT100。

14.一种具有根据权利要求1或2所述的温度探针(10)的温度计，另外地包括测量变换器，所述测量变换器电连接到所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)。

15.一种具有根据权利要求1或2所述的温度探针(10)的温度计，另外地包括测量变换器，所述测量变换器电连接到所述第一连接电缆或所述第二连接电缆的近端。

16.根据权利要求14或15所述的温度计，

其中，所述测量变换器的目的是记录所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)之间的电压。

17.根据权利要求14或15所述的温度计，

其中，所述测量变换器的目的是记录记录所述第一连接电缆和所述第二连接电缆的近端之间的电压。

18.根据权利要求14或15所述的温度计，

其中，所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)连接到所述第一接触装置(K1)；

其中，第三连接电缆(3)连接到所述第二接触装置(K2)，

其中，第四连接电缆(4)连接到所述第二接触装置(K2)，

其中，所述测量变换器还连接到所述第三连接电缆(3)和/或所述第四连接电缆(4)。

19.根据权利要求18所述的温度计，

其中，所述测量变换器还连接到所述第三连接电缆或所述第四连接电缆的近端。

20.根据权利要求18所述的温度计，

其中，所述测量变换器的目的还用于记录所述第三连接电缆(3)和所述第四连接电缆(4)之间的电压。

21.根据权利要求18所述的温度计，

其中，所述测量变换器的目的还用于记录所述第二连接电缆(2)和所述第三连接电缆(3)之间的电压。

22.根据权利要求18所述的温度计，

其中所述测量变换器的目的还用于记录所述第二连接电缆(2)和所述第四连接电缆(4)之间的电压。

23.根据权利要求14或15所述的温度计，

其中，将参考值存储在所述测量变换器中，用于将所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)之间存在的电压与所述参考值比较，并且，用于取决于所述比较产生消息，所述消息指定所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)之间的电压是否已经超过所述参考值。

24.根据权利要求23所述的温度计，

其中，所述测量变换器包括通讯接口，所述通讯接口经由所述温度计可连接到的现场总线，用于规则地或事件触发地传递所述消息。

25.根据权利要求23所述的温度计，

其中，所述消息的目的是检测沿所述测量元件(ME)的所述连接电缆的行程即所述装配件的散热或散热误差。

26.根据权利要求14或15所述的温度计，

其中，所述测量变换器用于从所述测量元件(ME)的测量信号确定测量值。

27.根据权利要求14或15所述的温度计，

其中，所述测量变换器的目的还用于根据所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)之间存在的电压校正所述测量值。

28.一种用于监测根据权利要求1或2所述的温度探针(10)的方法。

29.一种用于监测根据权利要求14或15所述的温度计的方法。

30.根据权利要求28或29所述的方法，其中，记录所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)之间的电压。

31.根据权利要求28或29所述的方法，

其中，将所述第一连接电缆(1)和所述第二连接电缆(2)之间记录的电压与参考电压比较。

32.根据权利要求1或2所述的温度探针(10)用于确定散热或散热误差的应用。

33.根据权利要求14或15所述的温度计用于确定散热或散热误差的应用。

34.根据权利要求28或29所述的方法用于确定散热或散热误差的应用。