BRPI0612504A2

BRPI0612504A2 - aparelho para determinar e/ou monitorar temperatura

Info

Publication number: BRPI0612504A2
Application number: BRPI0612504-2A
Authority: BR
Inventors: Alfred Umkehrer
Original assignee: Endress & Hauser Wetzer Gmbh
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2010-11-23
Also published as: RU2008102083A; EP1893960A1; DE102005029045A1; US8043001B2; RU2380666C2; WO2006136496A1; CN101198849A; US20100061422A1

Abstract

APARELHO PARA DETERMINAR E/OU MONITORAR TEMPERATURA. A invenção refere-se a um aparelho para determinar e/ou monitorar pelo menos uma temperatura incluindo:um primeiro (1) e segundo (2) sensores de temperatura; um transmissor de medição (3); em que o transmissor de medição (3) possui quatro terminais (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) para conexão elétrica das linhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5); e cinco linhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5); em que o primeiro sensor de temperatura (1) é conectado com os três terminais (4.1, 4.2, 4.3) do transmissor de medição (3) através das três linhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3); em que as três linhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3) são conectadas ao primeiro sensor de temperatura (1) e com o transmissor de medição (3) em tal maneira que, através do circuito de 3-linhas, um valor da resistência elétrica de pelo menos uma das três linhas (5.1) pode ser obtido; e em que o segundo sensor de temperatura (2) é conectado com dois terminais (4.3, 4.4) do transmissor de medição (3) por meio de duas linhas elétricas (5.4, 5.5). A invenção inclui que o valor da resistência elétrica de pelo menos uma linha elétrica (5.1) obtido por meio de circuito de 3-linhas serve para determinar o valor da resistência elétrica de pelo menos uma linha elétrica (5.4, 5.5), através do que o segundo sensor de temperatura (2) é conectado ao transmissor de medição (3). Adicionalmente, a invenção refere-se a um processo correspondente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO PARA DETERMINAR E/OU MONITORAR TEMPERATURA".

A presente invenção refere-se a um aparelho para determinare/ou monitorar pelo menos uma temperatura incluindo: pelo menos um pri-meiro sensor de temperatura e um segundo sensor de temperatura; pelomenos um transmissor de medição; em que o transmissor de medição pos-sui pelo menos quatro terminais para conexão elétrica de linhas elétricas aotransmissor de medição; e pelo menos cinco linhas elétricas; em que o pri-meiro sensor de temperatura é conectado através de pelo menos três linhaselétricas com pelo menos três terminais do transmissor de medição; em queas três linhas elétricas são conectadas em tal maneira que, com o primeirosensor de temperatura e transmissor de medição, através de um circuito detrês linhas, um valor da resistência elétrica de pelo menos uma das três li-nhas pode ser obtido; e em que o segundo sensor de temperatura é conec-tado através de pelo menos duas linhas elétricas com pelo menos dois ter-minais do transmissor de medição. Adicionalmente, a invenção refere-se aum processo para determinar e/ou monitorar pelo menos uma temperatura,em que a resistência elétrica dependente da temperatura de pelo menos umprimeiro sensor de temperatura e um segundo sensor de temperatura é ava-liada; e em que o primeiro sensor de temperatura e o segundo sensor detemperatura são conectados com um transmissor de medição através daslinhas elétricas. A temperatura pode ser, por exemplo, a temperatura emum espaço ou a temperatura em um recipiente ou a temperatura de ummeio.

No estado da técnica, é conhecido medir uma temperatura pormeio de um elemento de resistência, cuja resistência elétrica depende datemperatura predominante nos seus vizinhos. O elemento de resistênciaforma, assim, o sensor de temperatura de um termômetro de resistência. Emordem, no caso de tais dispositivos de medição, para determinar de modosuficientemente exato a resistência do sensor de temperatura e,com isso, atemperatura, um sistema de ligação do sensor com pelo menos três linhaselétricas/ conexões é necessário. No caso de tal circuito de 3 fios, é admitidoque as resistências elétricas de todas as 3 linhas sejam iguais, isto é, iguaisextensões de linha e igual temperatura dos fios de conexão. Pela mediçãoda resistência das linhas localizadas no mesmo lado do elemento de resis-tência, a resistência da linha pode ser determinada. Esta resistência da linhaé então subtraída da resistência total medida através das linhas que ficamuma oposta a outra no elemento de resistência, a fim de determinar a resis-tência do sensor em si. Esta medição contínua da resistência elétrica daslinhas de conexão é importante , uma vez que o valor de resistência das li-nhas é igualmente dependente da temperatura.

As linhas de conexão elétrica são usualmente conectadas a umtransmissor de medição, que opera o sensor de temperatura apropriadamen-te e avalia ou condiciona os valores medidos ou transmite os valores medi-dos à um unidade de exibição ou por meio de um barramento de dados àuma unidade superordenada. Tal transmissor principal de temperatura parainstalação em uma cabeça de conexão da Forma B de acordo com DIN43729 tem usualmente 6 terminais de conexão: um terminal para a fonte decorrente e o sinal de saída produzido pelo transmissor e quatro terminaispara conexão do sensor. Existem, todapor meio de, algumas aplicações, emque dois sensores são conectados, por exemplo, dois termopares ou doistermômetros de resistência. Para a medição de dois sensores de resistência(por exemplo, termômetros de resistência ou transdutores de posição de-pendente de resistência) em cada caso, um circuito de 3 linhas, pelo menos5 terminais são requeridos. Um terminal é, em tal caso, conectado simulta-neamente com dois fios conectores. A colocação de um quinto terminal desensor em um transmissor principal DIN B é muito difícil, uma vez que, porum lado, os terminais tornam-se muito pequenos para trabalho manual oumenos espaço permanece para uma interface de para- medição e entradade cabo lateral para fonte de força/sinal. O problema aumenta no caso dostransmissores principais com 4 terminais, em cujo caso, a única possibilida-de oferecida é para conexão simultânea de sensor de resistência de 3- fios eum de 2 -fios. Isto conduz a extremas imprecisões no caso do sensor deresistência de 2 -linhas, uma vez que, para isto, nenhuma informação estápresente concernente à resistência dependente da temperatura das linhasde conexão.

Um objetivo da invenção é proporcionar um dispositivo de medi-ção de temperatura tendo dois sensores de temperatura, que permitem, emcada caso, uma medição da temperatura que é tão acurada quanto possíveltal sendo acoplado com reduzida complexidade do aparelho.

A invenção atinge o objetivo com um aparelho para determinare/ou monitorar pelo menos uma temperatura, o aparelho incluindo:pelo me-nos um primeiro sensor de temperatura e um segundo sensor de temperatu-ra; pelo menos um transmissor de medição; em que o transmissor de medi-ção tem pelo menos quatro terminais para conexão elétrica de linhas elétri-cas ao transmissor de medição; e pelo menos cinco linhas elétricas; em queo primeiro sensor de temperatura é conectado com pelo menos três termi-nais do transmissor de medição através de pelo menos três linhas elétricas;em que as três linhas elétricas são conectadas ao primeiro sensor de tempe-ratura e ao transmissor de medição em tal maneira que, através de um cir-cuito de 3 linhas, um valor da resistência elétrica de pelo menos uma dastrês linhas elétricas pode ser obtido; e em que o segundo sensor de tempe-ratura é conectado a pelo menos dois terminais do transmissor de mediçãoatravés de pelo menos duas linhas elétricas.

O aparelho da invenção provê, para atingir o objetivo, que o va-lor da resistência elétrica de pelo menos uma linha elétrica obtida através docircuito de 3 linhas serve para determinar o valor da resistência elétrica depelo menos uma linha elétrica, através da qual o segundo sensor de tempe-ratura é conectado com ao transmissor de medição. A invenção apóia-se,assim, no fato que ambos os sensores de temperatura são conectados a umtransmissor de medição, com o valor de resistência determinado para aslinhas de conexão do primeiro sensor de temperatura usado, também, paradeterminar a resistência das linhas de conexão do segundo sensor de tem-peratura. Uma concretização provê, especialmente, que o primeiro sensor detemperatura é conectado ao transmissor de medição através de apenas 3linhas e que o segundo sensor de temperatura é conectado ao transmissorde medição através de apenas 2 linhas. Isto é, com o número mínimo delinhas os dois sensores de temperatura podem ser conectados a um trans-missor de medição. Em tal caso, a invenção possibilita medição de tempera-tura acurada também com o segundo sensor de temperatura, em que os va-lores determinados para o primeiro sensor de temperatura são usados tam-bém para o segundo sensor. A invenção permite, assim, que a temperaturaseja medida muito acuradamente com cada um dos dois sensores de tempe-ratura, sem que seja requerida uma conexão de 3 linhas para ambos ossensores de temperatura. Assim, as linhas de febre requerem terminais defebre e menos circuitos de operação. É, em princípio, possível medir com oaparelho de medição pelo menos uma primeira e segunda temperatura ( cor-respondente aos dois sensores de temperaturas ) ou uma temperatura duasvezes e, assim, redundantemente.

Uma concretização do aparelho da invenção inclui pelo menosum microprocessador provido para controlar os terminais e/ou avaliação e/oumonitoração de pelo menos uma temperatura através primeiro sensor detemperatura e/ou segundo sensor de temperatura. Dois sensores de tempe-ratura permitem uma medição ou monitoração redundante de uma tempera-tura ou a medição de duas temperaturas diferentes pela reignição nos locaisdos dois sensores de temperatura.

Uma concretização do aparelho da invenção provê que o micro-processador é incorporado em tal modo que ele utiliza o valor da resistênciaelétrica determinada com o circuito de 3 linhas para calcular o valor da resis-tência elétrica das linhas elétricas, através do que o segundo sensor de tem-peratura é conectado ao transmissor de medição. O microprocessador con-trolador ou o microcontrolador é assim concretizado em tal maneira que eleutiliza também o valor de resistência determinado para as linhas de conexãodo primeiro sensor de temperatura para determinar o valor de resistênciadas linhas de conexão do segundo sensor de temperatura.

Uma concretização do aparelho da invenção inclui que as cincolinhas elétricas são dispostas em tal maneira que essencialmente a mesmatemperaturas atua sobre as mesmas. As cinco linhas de conexão são depreferência concretizadas e dispostas em tal maneira que essencialmente amesma temperatura atua sobre cada uma das mesmas. Uma concretizaçãodo aparelho da invenção associada com a mesma inclui que as linhas elétri-cas sejam dispostas pelo menos em um tubo protetor. As linhas assim ficamtão próximas quanto possíveis uma da outra.

Uma concretização do aparelho da invenção provê que pelo me-nos duas das resistências elétricas das cinco linhas elétricas têm uma rela-ção mútua conhecida. Se a relação dos valores da resistência for conhecida,então, na base daquela relação, a medição de um valor em um circuito cor-respondente torna possível a determinação ou o cálculo do outro valor. Parao circuito de 3 linhas,por exemplo, é admitido em geral que todas as três li-nhas tenham a mesma resistência. Todapor meio de, também outras rela-ções podem ser usadas, sendo igualmente necessário que elas sejam co-nhecidas em cada caso, para o cálculo. Esta concretização assim formula-setanto sobre relações conhecidas dos valores da resistência entre si dentrodas linhas de um sensor de temperatura quanto sobre relações das resistên-cias entre as linhas dos sensores de temperatura separados. As relaçõesconhecidas podem ser produzidas, por exemplo, por correspondente concre-tização das linhas.

Uma concretização do aparelho da invenção inclui que as resis-tências elétricas das três linhas elétricas do primeiro sensor de temperaturae as resistências elétricas das duas linhas elétricas do segundo sensor detemperatura têm uma relação mútua conhecida . Se a relação dos valores deresistência entre si for conhecida, então, deste modo, através do valor de-terminado com o circuito de 3-linhas, o valor de resistência das duas outraslinhas elétricas pode ser determinado ou especialmente, calculado.

Uma concretização do aparelho da invenção provê que as cincolinhas elétricas são levadas a ter essencialmente a mesma resistência elétri-ca. Nesta concretização, o valor determinado com a conexão de 3 linhaspode então ser usado diretamente para avaliação do valor medido do se-gundo sensor de temperatura. De preferência, as cinco linhas são assim domesmo material, possuem mesmo comprimento e são dispostas tanto quan-to possível todas no mesmo local, isto é, próximas uma da outra.

Uma concretização do aparelho da invenção provê que pelo me-nos o primeiro sensor de temperatura seja um resistor de medição de tempe-ratura.

Uma concretização do aparelho da invenção inclui que pelo me-nos uma linha elétrica das três linhas elétricas, através da qual o primeirosensor de temperatura é conectado ao transmissor de medição e pelo me-nos uma linha elétrica das duas linhas elétricas, através da qual o segundosensor de temperatura é conectado ao transmissor de medição , são conec-tadas ao mesmo terminal do transmissor de medição. Esta concretizaçãoprovê que,ambos os sensores de temperatura são conectados com aotransmissor de medição através de pelo menos um terminal comum. Conse-qüentemente, apenas quatro terminais são requeridos para as cinco linhaselétricas,com, não obstante, uma medição de temperatura muito acuradacom dois sensores de temperatura sendo possível por meio da invenção.

A invenção atinge o objetivo com um processo para determinare/ou monitorar pelo menos uma temperatura, em que a resistências elétricadependente da temperatura de pelo menos um primeiro sensor de tempera-tura e um segundo sensor de temperaturas é avaliada e em que o primeirosensor de temperatura e segundo sensor de temperatura são conectadoscom um transmissor de medição por meio de linhas elétricas.

O processo da invenção provê que, através do primeiro sensorde temperatura, o valor da resistência elétrica das linhas elétricas conecta-das ao primeiro sensor de temperatura é determinado e que o valor determi-nado da resistência elétrica é aplicado para determinar os valores da resis-tência elétrica das linhas elétricas conectadas ao segundo sensor de tempe-ratura. A invenção reside em que o valor de resistência elétrica das linhas deum sensor de temperatura é determinado, isto é, medido. Este valor de re-sistência é então aplicado para determinar o valor de resistência das linhasdo segundo sensor de temperatura. As concretizações descritas acima parao aparelho mantêm-se correspondentemente para o processo. Especialmen-te, é, assim, também vantajoso no caso do processo, quando as relaçõesdos valores de resistência são mutuamente conhecidas.

A invenção será a seguir explicada em maiores detalhes na basedos desenhos anexos, cujas figuras mostram o seguinte:

Figura 1a-desenho esquemático do circuito do aparelho da in-venção; e

Figura 2a-outro desenho esquemático do aparelho da invenção.

A Figura 1 mostra esquematicamente o aparelho da invençãopara medir e/ou monitorar pelo menos uma temperatura. A medição da tem-peratura é realizada aqui com dois sensores de temperatura 1,2 cada qualsendo um resistor de medição de temperatura. I.e. usar o aparelho para me-dição da temperatura mostra o fato que a resistência elétrica depende datemperatura. O primeiro sensor de temperatura 1 é conectado por meio detrês linhas ou fios, 5.1, 5.2, 5.3 com três terminais 4.1, 4.2, 4.3. O transmis-sor de medição 3 mede, por exemplo, a resistência resultante das três linhas5.1, 5.2, 5.3 e do resistor de medição da temperatura 1 e determina daí atemperatura ou determina no caso de uma mudança do valor de resistência,que a temperatura tem mudado.

Problemático é que,também, os valores de resistências das li-nhas requeridas para conexão muda com a temperatura. Portanto, o primei-ro sensor de temperatura 1 é conectado ao transmissor de medição por meiode três linhas 5.1, 5.2, 5.3 em um chamado circuito de 3 fios. Se a resistên-cia elétrica entre os terminais 4.1 e 4.3, respectivamente, entre os terminais4.2 e 4.3, for medida,pode ser obtida destas medições a resistência elétricadas linhas 5.1 e 5.2, que formam, quase,a conexão dobrada entre o sensor 1e o transmissor de medição 3. Em tal caso, é admitido que estas duas linhas5.1 e 5.2 têm a mesma resistência elétrica. Se for ainda admitido que tam-bém a terceira, singularmente presente linha 5.3 tiver esta resistência, entãoa temperatura procurada pode ser determinada da resistência elétrica doprimeiro sensor de temperatura 1.

Um segundo sensor de temperatura 2 serve, por exemplo, paraa medição redundante, ou monitoração da temperatura. Pode-se em umaoutra concretização também medir e/ou monitorar uma segunda temperatu-ra. O sensor de segunda temperatura 2 é conectado ao transmissor de me-dição 3 por meio de duas linhas 5.4 e 5.5. Em tal caso, uma linha 5.4 é co-nectada ao mesmo terminal 4.3 como uma das três linhas 5.1, 5.2, 5.3, nocaso mostrado aqui, linha 5.3. A segunda linha 5.5 é conectada ao quartoterminal 4.4. Deste modo, as cinco linhas 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5 podem serconectadas a apenas quatro terminais 4.1, 4.2, 4.3, 4.4. Para uma mediçãoacurada da temperatura por meio do segundo sensor de temperatura 2, éadmitido que também as duas linhas 5.4 e 5.5 têm as mesmas resistênciasque as primeiras três linhas 5.1, 5.2, 5.3. Portanto, é suficiente determinar aresistência elétrica de apenas uma linha e aplicar este valor para todas aslinhas. Alternativamente, as cinco linhas têm uma outra, todapor meio deconhecida, relação de resistência. A pressuposição de que todas as linhasaplicadas 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5 têm a mesma resistência elétrica e o mes-mo comportamento da resistência, especialmente como uma função da tem-peratura , pode ser implementada por ter as linhas que sejam do mesmomaterial e essencialmente de igual extensão ( as linhas da Figura 1 nãomostram esta igualdade, devido à natureza esquemática do desenho). Adi-cionalmente, deve ser assegurado que essencialmente a mesma temperatu-ra atua nas linhas 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5, isto é, as linhas 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e5.5 são localizadas, por exemplo, na mesma área, por exemplo ao lado deum outro no mesmo tubo de medição. Para colocar a conexão da invençãoem prática, o transmissor de medição 3 ou uma unidade de avaliação conec-tada à mesma é concretizado em tal maneira que determina através do pri-meiro sensor de temperatura 1 o valor da resistência elétrica, que é entãousado para todas as linhas 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5. Em uma outra concretiza-ção, os valores da resistência das cinco linhas 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5 têm emcada caso inter-relações conhecidas. O caso acima é a configuração maissimples, em que os valores de resistência são iguais um do outro. Com asrelações despor meio dendo daí, porém conhecidas, os valores de resistên-cia das linhas podem, todapor meio de, de acordo com a invenção, tambémser determinados.

Na Figura 2, as linhas elétricas são dispostas em um tubo prote-tor 6. Dentro do tubo protetor 6, é em tal caso, de preferência, asseguradoque as linhas individuais estão sempre expostas à mesma temperatura, istoé, as linhas são situadas tão próximas quanto possíveis umas às outras. Omicroprocessador 7, que em uma concretização, é um componente dotransmissor de medição 3, controla os terminais individuais ou em outraspalavras, os sinais aplicados pelo transmissor de medição 3 aos terminais e,assim, às linhas. O microprocessador 7 assim mede as resistências elétricasdos sensores de temperatura 1 e 2, partindo da resistência elétrica que temsido determinada para as linhas elétricas. O microprocessador 7 e/ou otransmissor de medição 3 são vantajosamente concretizados em tal maneiraque a conexão da invenção para transmissor de medição 3 pode ser apro-priadamente mudada, por exemplo, por meio de uma interface de programa-ção, por exemplo uma chave DIP, uma interface digital ou uma unidade deserviço, para o propósito de avaliar o sinal de medição. Isto é, por exemplo,por meio de uma chave DIP, a escolha pode ser feita entre uma conexão deacordo com o estado da técnica e a conexão da invenção com pelo menosdois sensores de temperatura, em que o valor de resistência determinadopara as linhas de um sensor é usado também para o outro sensor. A confi-guração de um transmissor de temperatura é efetuada usualmente por meiode HART/Profibus PA ou protocolo de Fieldbus Foundation (FF) (moduladona linha de fornecimento de força) ou por meio de uma conexão em série aum PC (FS232 ou interface de USB ).

Lista de Referência

1 ...primeiro sensor de temperatura

2...segundo sensor de temperatura

3...transmissor de medição

4.1...4.4 ...terminal

5.1...5.5 ...linha,fio elétrico

6...tubo protetor

7...microprocessador

Claims

1. Aparelho para determinar e/ ou monitorar pelo menos umatemperatura, compreendendo pelo menos um primeiro sensor de temperatu-ra (1) e um segundo sensor de temperatura (2), pelo menos um transmissorde medição (3), sendo que o transmissor de medição (3) possui pelo menosquatro terminais (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) para conexão elétrica das linhas elétricas(5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5) ao transmissor de medição (3), e pelo menos cincolinhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5), onde o primeiro sensor de temperatu-ra (1) é conectado a pelo menos três terminais (4.1, 4.2, 4.3) do transmissorde medição (3) por meio de pelo menos três linhas elétricas (5.1,5.2, 5.3),sendo que são conectadas ao primeiro sensor de temperatura (1) e aotransmissor de medição (3) em tal maneira que, por meio de um circuito de 3-linhas, um valor de resistência elétrica de pelo menos uma das três linhaselétricas (5.1) pode ser obtido, e onde o segundo sensor de temperatura (2)é conectado a pelo menos dois terminais (4.3, 4.4) do transmissor de medi-ção (3) por meio de pelo menos duas linhas elétricas (5.4,5.5), e pelo menoso primeiro sensor de temperatura (1) é um resistor de medição de tempera-tura e pelo menos uma linha elétrica (5.3) das três linhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3), através da qual o primeiro sensor de temperatura (1) é conectado aotransmissor de medição (3) e pelo menos uma linha elétrica (5.4) das duaslinhas elétricas (5.4, 5.5), através da qual o segundo sensor de temperatura(2) é conectado ao transmissor de medição, são conectadas com o mesmoterminal (4.3) do transmissor de medição (3), caracterizado pelo fato de queo valor da resistência elétrica de pelo menos uma linha elétrica (5.1) obtidopor meio do circuito de 3-linhas serve para determinar resistências elétricasde pelo menos uma linha (5.4,5.5), através do que o segundo sensor detemperatura (2) é conectado ao transmissor de medição (3), sendo providoum microprocessador (7) para controlar os terminais (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) e/oupara avaliar e/ou monitorar pelo menos uma temperatura por meio do primei-ro sensor de temperatura (1) e/ou o segundo sensor de temperatura (2),sendo que o microprocessador (7) é concretizado de tal maneira que aplica-se o valor da resistência elétrica determinada com o circuito de 3-linhas paracalcular o valor da resistência elétrica das linhas elétricas (5.4,5.5), atravésdo que o segundo sensor de temperatura (2) é conectado ao transmissor demedição, onde as cinco linhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) são dispostasem tal maneira que essencialmente a mesma temperatura atua sobre asmesmas, pelo menos duas resistências elétricas das cinco linhas elétricas(5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) têm uma relação mútua conhecida.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que as resistências elétricas das três linhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3) doprimeiro sensor de temperatura (1) e resistências elétricas das duas linhaselétricas (5.4, 5.5) do segundo sensor de temperatura (2) têm uma relaçãomútua conhecida.

3.

Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que as cinco linhas elétricas (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) são concre-tizadas em tal modo que elas têm essencialmente a mesma resistência elétrica.