CN101198849A - 用于确定和/或监控温度的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或监控至少一个温度的装置，包括：第一(1)和第二温度传感器(2)；测量变送器(3)，其中测量变送器(3)具有四个端子(4.1、4.2、4.3、4.4)用于与电线(5.1、5.2、5.3、5.4、5.5)的电连接；和五条电线(5.1、5.2、5.3、5.4、5.5)；其中第一温度传感器(1)通过三条电线(5.1、5.2、5.3)与测量变送器(3)的三个端子(4.1、4.2、4.3)相连；其中三条电线(5.1、5.2、5.3)与第一温度传感器(1)和测量变送器(3)相连，使得能够通过三线制电路获得三条电线中的至少一条(5.1)的电阻值；其中第二温度传感器(2)通过两条电线(5.4、5.5)与测量变送器(3)的两个端子(4.3、4.4)相连。根据本发明，通过三线制电路获得的至少一条电线(5.1)的电阻值用于确定至少一条将第二传感器(2)与测量变送器(3)相连的电线(5.4、5.5)的电阻值。另外，本发明涉及一种相应的方法。

Description

用于确定和/或监控温度的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定和/或监控至少一个温度的装置，包括：至少一个第一温度传感器和第二温度传感器；至少一个测量变送器，其中测量变送器具有至少四个端子用于与测量变送器上的电线的电连接；和至少五条电线；其中第一温度传感器通过至少三条电线与测量变送器的至少三个端子相连；其中三条电线与第一温度传感器和测量变送器相连，使得能够通过三线制电路获得三条电线中的至少一条的电阻值；其中第二温度传感器通过至少两条电线与测量变送器的至少两个端子相连。另外，本发明涉及一种用于确定和/或监控至少一个温度的方法，其中至少一个第一温度传感器和第二温度传感器的依赖于温度的电阻被分析；并且其中第一温度传感器和第二温度传感器通过电线与测量变送器相连。温度可以例如是空间度或容器中的温度或介质的温度。
背景技术
在现有技术中，已知通过电阻元件测量温度，该电阻元件的电阻依赖于周围环境。电阻元件形成电阻温度计的温度传感器。为了在这种测量仪表的情况中足够精确地测量温度传感器的电阻和温度，需要传感器连接至少三条电线。在这种三线制电路的情况中，假设所有三条导线的电阻相等，即，假设电线的导线长度和温度相等。通过测量在电阻元件同侧上的电线的电阻，可以确定导线电阻。然后从在电阻元件相对的导线上测量的总电阻中减去这个导线电阻，以确定传感器自身的电阻。这种对于引导线的电阻的连续测量是重要的，因为导线的电阻值同样依赖于温度。
电线通常连接至测量变送器，后者合适地操作温度传感器并分析或调节测量值，或者将测量值发送至显示单元或者通过数据总线发送至上位单元。这种在根据DIN 43729的形式B的连接头中安装所需的温度头变送器通常具有六个端子：一个端子用于供电，一个端子输出变送器产生的信号，四个端子用于连接传感器。然而，有些应用要连接两个传感器，例如两个温度耦合器或两个电阻温度计。为了在三线制电路中测量两个电阻传感器(例如电阻温度计或依赖于电阻的温度变送器)，需要至少五个端子。在这种情况中，一个端子同时与两条电线相连。第五传感器端子在DIN B头变送器上的放置非常困难，因为端子变得太小而难以手动工作，或者为参数界面和以后用于供电/信号的电缆引入所剩余的空间很小。在头变送器具有四个端子的情况中，问题进一步增加，其中只可能提供的是同时连接一个三线电阻传感器和一个两线电阻传感器。这导致在两线制电阻传感器的情况中非常不精确，因为不存在有关电线的依赖于温度的电阻的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有两个温度传感器的温度测量仪表，其使得温度测量尽可能精确且具有较低的设备费用。
本发明通过一种用于确定和/或监控至少一个温度的装置实现该目的，该装置包括：至少一个第一温度传感器和第二温度传感器；至少一个测量变送器，其中测量变送器具有至少四个端子用于由电线电连接至测量变送器；和至少五条电线；其中第一温度传感器通过至少三条电线与测量变送器的至少三个端子相连；其中三条电线与第一温度传感器和测量变送器相连，使得能够通过三线制电路获得三条电线中的至少一条的电阻值；其中第二温度传感器通过至少两条电线与测量变送器的至少两个端子相连。
为了实现目的，在本发明的装置中，通过三线制电路获得的至少一条电线的电阻值用于确定至少一条将第二温度传感器与测量变送器相连的电线的电阻值。于是，本发明在于，两个温度传感器连接至测量变送器，其中对于第一温度传感器的引线确定的电阻值也用于确定第二温度传感器的引线的电阻值。特别地，在一个实施例中，第一温度传感器通过仅三条导线与测量变送器相连，第二温度传感器通过仅两条导线与测量变送器相连。于是，这是能够将两个温度传感器连接至测量变送器的最小导线数目。在这种情况中，本发明能够实现精确的温度测量并且具有第二温度传感器，其中对于第一温度传感器确定的值也用于第二传感器。于是，本发明使得能够利用两个温度传感器非常精确地测量每一温度，而并不是对于两个温度传感器都需要三线制电路。于是，需要较少的导线、较少的端子、以及较少的控制技术。利用测量仪表原理上可以测量至少一个第一和第二温度(对应于两个温度传感器)或者冗余地测量一个温度两次。
在本发明的一个实施例中，提供至少一个微处理器，用于控制端子和/或通过第一温度传感器和/或第二温度传感器分析和/或监控至少一个温度。两个温度传感器允许冗余测量或者监控一个温度以及测量在两个温度传感器所处位置的两个不同温度。
在本发明的装置的一个实施例中，微处理器使用利用三线制电路确定的电阻值，用于计算将第二温度传感器与测量变送器相连的电线的电阻值。于是，控制的微处理器或微控制器使用对于第一温度传感器的引线确定的电阻值，还用于确定第二温度传感器的引线的电阻值。
在本发明的装置的一个实施例中，五条电线这样设置，使得基本相同的温度作用于它们。五条引线优选地这样实现并设置，使得基本相同的温度作用于它们中的每一个。在与此相关联的本发明的装置的一个实施例中，电线设置在至少一个保护管中。于是导线尽可能彼此靠近。
在本发明的装置的一个实施例中，五条电线的电阻中的至少两个彼此具有已知比例。如果已知电阻值的比例，那么由此从在相应电路中测量的值能够确定或计算另一值。对于三线制电路，例如通常采取所有三条导线具有相同电阻。然而，也可以使用其它关系，其同样对于计算是已知的。这个实施例既关于在一个温度传感器的导线内部的电阻值彼此的已知比例，也关于在分离的温度传感器的导线之间的电阻的比例。已知的比例可以例如通过相应的导线实现方式而产生。
在本发明的装置的一个实施例中，第一温度传感器的三条电线的电阻和第二温度传感器的两条电线的电阻彼此具有已知比例。如果电阻值彼此的比例已知，那么通过利用三线制电路确定的值，可以确定或计算两个其它电线的电阻值。
在本发明的装置的一个实施例中，五条电线具有基本相同的电阻。在这个实施例中，利用三线连接确定的值可以直接用于分析第二温度传感器的测量值。优选地，五条导线由相同材料制成，具有相等的长度，并且尽可能都位于同一位置，即，彼此靠近。
在本发明的装置的一个实施例中，至少第一温度传感器是温度测量电阻器。
在本发明的装置的一个实施例中，将第一温度传感器连接至测量变送器的三条电线中的至少一条电线以及将第二温度传感器与测量变送器相连的两条电线中的至少一条电线连接至测量变送器的同一端子。根据这个实施例，两个温度传感器通过至少一个公共端子与测量变送器相连。于是，对于五条电线仅需要四个端子，而通过本发明仍然可以利用两个温度传感器获得非常精确的温度测量。
本发明通过一种用于确定和/或监控至少一个温度的方法实现目的，其中分析至少一个第一温度传感器和第二温度传感器的依赖于温度的电阻；并且其中第一温度传感器和第二温度传感器通过电线与测量变送器相连。
在本发明的方法中，通过第一温度传感器确定与第一温度传感器相连的电线的电阻值，并且确定的电阻值被用于确定与第二温度传感器相连的电线的电阻值。于是，本发明在于，确定或测量一个温度传感器的导线的电阻值。然后这个阻值被用于确定第二温度传感器的导线的阻值。上述对于装置描述的实施例相应地适用于方法。特别地，当阻值彼此的比例已知时，方法也是具有优点的。
附图说明
现在根据附图详细解释本发明，附图中：
图1是本发明的装置的电路的示意图；和
图2是本发明的装置的另一示意图。
具体实施方式
图1示意性显示了用于测量和/或监控至少一个温度的本发明的装置。温度测量是利用两个温度传感器1、2进行的，它们各自涉及温度测量电阻器。即，温度测量利用了电阻依赖于温度的事实。第一温度传感器1通过三条导线5.1、5.2和5.3与测量变送器3的三个端子4.1、4.2和4.3相连。测量变送器3例如测量由三条导线5.1、5.2和5.3和温度测量电阻器1得到的电阻，并由此确定温度，或者在阻值改变的情况中确定温度已经改变。
有问题的是，连接所需的导线的阻值也随温度改变。于是，第一温度传感器1通过所谓的三线制电路中的三条导线5.1、5.2、5.3与测量变送器相连。如果端子4.1和4.3之间或者端子4.2和4.3之间的电阻被测量，可以从这些测量结果获得导线5.1和5.2的电阻，其形成传感器1和测量变送器3之间的双重连接。在这种情况中，假定这两条导线5.1和5.2具有相同的电阻。如果另外假定单独存在的第三导线5.3具有这个电阻，那么可从第一温度传感器1的电阻确定感兴趣的温度。
第二温度传感器2例如用于温度的冗余测量或监控。在另一实施例中，它可以测量和/或监控第二温度。第二温度传感器2通过两条导线5.4和5.5连接至测量变送器3。在这种情况中，与三条导线5.1、5.2、5.3中之一(在这里示出的情况中，是导线5.3)一样，导线5.4连接至同一端子4.3。第二导线5.5连接至第四端子4.4。以这种方式，五条导线5.1、5.2、5.3、5.4和5.5可以仅连接至四个端子4.1、4.2、4.3、4.4。为了通过第二温度传感器2精确测量温度，假定两条导线5.4和5.5具有与前三条导线5.1、5.2、5.3相同的电阻。因此，足以确定仅一条导线的电阻并将这个值应用于所有导线。或者，五条导线具有其它已知的电阻比例。假定所有应用的导线5.1、5.2、5.3、5.4和5.5具有相同电阻和相同电阻特性，特别是依赖于温度的电阻特性，这可以通过令导线由相同材料制成且具有基本相等的长度(由于示意图的原因，图1的导线没有显示这种相等)而实现。另外，必须保证基本相同的温度作用于导线5.1、5.2、5.3、5.4和5.5，即，导线5.1、5.2、5.3、5.4和5.5例如处于同一位置，例如在同一测量管中彼此相邻。为了实现本发明的连接，测量变送器3或与其相连的分析单元通过第一温度传感器1确定电阻值，然后该电阻值用于所有导线5.1、5.2、5.3、5.4和5.5。在另一实施例中，五条导线5.1、5.2、5.3、5.4和5.5的阻值具有已知的比例。以上情况是最简单的构造，其中阻值彼此相等。然而，利用与此不同但是已知的比例，也可以根据本发明确定导线的阻值。
在图2中，电线设置在保护管6中。在保护管6内，在这种情况中优选地保证每一导线总是处于相同温度下，即，导线尽可能彼此靠近。微处理器7在一个实施例中是测量变送器3的元件，其控制各个端子或由测量变送器3向端子并因而向导线施加的信号。微处理器7从已经对于电线确定的电阻出发，测量温度传感器1和2的电阻。微处理器7和/或测量变送器3具有优点地这样实施，使得本发明测量变送器3的布线可以例如通过编程接口(例如，DIP开关、数字接口或服务单元)适当改变，用于分析测量信号。即，例如通过DIP开关，可以在根据现有技术的布线和本发明的具有至少两个变送器的布线之间作出选择，在本发明的布线中，对于一个传感器的导线确定的阻值还用于另一传感器。温度变送器的构造通常通过HART/Profibus PA或Fieldbus Foundation(FF)协议(在供电导线上被调制)或者通过到PC的串行连接(FS232或USB接口)而实现。
附图标记
1第一温度传感器
2第二温度传感器
3测量变送器
4.1...4.4端子
5.1...5.5电线
6保护管
7微处理器

Claims (10)

1.用于确定和/或监控至少一个温度的装置，包括：至少一个第一温度传感器(1)和第二温度传感器(2)；至少一个测量变送器(3)，其中测量变送器(3)具有至少四个端子(4.1、4.2、4.3、4.4)用于由电线(5.1、5.2、5.3、5.4、5.5)电连接至测量变送器(3)；和至少五条电线(5.1、5.2、5.3、5.4、5.5)；其中第一温度传感器(1)通过三条电线(5.1、5.2、5.3)与测量变送器(3)的至少三个端子(4.1、4.2、4.3)相连；其中三条电线(5.1、5.2、5.3)与第一温度传感器(1)和测量变送器(3)相连，使得能够通过三线制电路获得三条电线中的至少一条(5.1)的电阻值；并且其中第二温度传感器(2)通过至少两条电线(5.4、5.5)与测量变送器(3)的至少两个端子(4.3、4.4)相连，其特征在于，通过三线制电路获得的至少一条电线(5.1)的电阻值用于确定至少一条将第二传感器(2)与测量变送器(3)相连的电线(5.4、5.5)的电阻值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中提供至少一个微处理器(7)，用于控制端子(4.1、4.2、4.3、4.4)和/或用于通过第一温度传感器(1)和/或第二温度传感器(2)分析或监控至少一个温度。
3.根据权利要求2所述的装置，其中微处理器(7)使用利用三线制电路确定的电阻值，用于计算将第二温度传感器(2)与测量变送器(3)相连的电线(5.4、5.5)的电阻值。
4.根据权利要求1所述的装置，其中五条电线(5.1、5.2、5.3、5.4、5.5)这样设置，使得基本相同的温度作用于它们。
5.根据权利要求1所述的装置，其中五条电线(5.1、5.2、5.3、5.4、5.5)的电阻中的至少两个彼此具有已知比例。
6.根据权利要求1所述的装置，其中第一温度传感器(1)的三条电线(5.1、5.2、5.3)的电阻和第二温度传感器(2)的两条电线(5.4、5.5)的电阻彼此具有已知比例。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其中五条电线(5.1、5.2、5.3、5.4、5.5)具有基本相同的电阻。
8.根据权利要求1所述的装置，其中至少第一温度传感器(1)是温度测量电阻器。
9.根据权利要求1所述的装置，其中将第一温度传感器(1)连接至测量变送器(3)的三条电线(5.1、5.2、5.3)中的至少一条电线(5.3)以及将第二温度传感器(2)与测量变送器(3)相连的两条电线(5.4、5.5)中的至少一条电线(5.4)与测量变送器(3)的同一端子(4.3)相连。
10.用于确定和/或监控至少一个温度的方法，其中分析至少一个第一温度传感器(1)和第二温度传感器(2)的依赖于温度的电阻；并且其中第一温度传感器(1)和第二温度传感器(2)通过电线(5.1、5.2、5.3、5.4、5.5)与测量变送器(3)相连，其特征在于，通过第一温度传感器(1)确定与第一温度传感器(1)相连的电线(5.1、5.2、5.3)的电阻值；并且确定的电阻值被用于确定与第二温度传感器(2)相连的电线(5.4、5.5)的电阻值。
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