CN105829845A - 用于温度测量的测量装置和方法以及用于这种测量装置的传感器缆线 - Google Patents

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CN105829845A CN201480069760.6A CN201480069760A CN105829845A CN 105829845 A CN105829845 A CN 105829845A CN 201480069760 A CN201480069760 A CN 201480069760A CN 105829845 A CN105829845 A CN 105829845A
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Abstract

为了能够利用尽可能简单地构造的传感器缆线(4)实现温度测量，构造出测量装置(2)，其具有第一信号导体(10a)、用于将测量信号(S)馈入信号导体(4)的馈入单元(6)以及评估单元(8、8ˊ)，其被构造成用于获知和评估由于依赖于温度的第一介电常数的由温度导致的变化造成的测量信号(S)的信号传输时间的变化以及用于从所获知的信号传输时间推导出温度信号(T)。此外，第一信号导体(10a)与第二信号导体(10b)形成传感器缆线(4)，这两个信号导体(10a、10b)分别由绝缘件(16)包围，其在第一信号导体(10a)中由具有第一介电常数的第一材料(14a)制成，而在第二信号导体(10b)中由具有第二介电常数的不同于第一材料(14a)的第二材料(14b)制成。此外，馈入单元(6)被构造成用于将测量信号(S)并行馈入两个信号导体(10a、10b)中，并且评估单元(8、8ˊ)被构造成用于评估馈入两个信号导体(10a、10b)中的测量信号(S)的传输时间差(Δt)。具有评估单元(8、8ˊ)和传感器缆线(4)的测量装置(2)在用于保护尤其是车载电网内的缆线的方法中得到使用。

Description

用于温度测量的测量装置和方法以及用于这种测量装置的传感器缆线
技术领域
本发明涉及一种用于温度测量的测量装置，其具有第一信号导体、用于将测量信号馈入信号导体的馈入单元以及评估单元，其用于获知和评估由于依赖于温度的第一介电常数的由温度导致的变化造成的测量信号的信号传输时间的变化并且用于从所获知的信号传输时间推导出温度信号。本发明此外还涉及一种借助这种测量装置进行温度测量的方法以及一种用于这种测量装置的传感器缆线和评估单元。
背景技术
在WO2009/046751A1中描述了一种用于确定沿导体的温度分布的相应的方法，其中，利用耦入单元将脉冲耦入导体内并且利用测量单元测量由脉冲造成的应答脉冲，利用该应答脉冲又确定温度分配。在此，导体是电导体并且所造成的应答脉冲此外还依赖于介电常数的局部变化。
由DE102006059390A1得知了一种借助传感器缆线的测量装置。在该测量装置中设置有两个平行引导的信号导体，它们在传感器缆线的长度上在多个点处通过相应的传感器装置彼此连接。在此，各个传感器装置限定局部温度测量点并且构造成具有依赖于温度的电导率的晶片。在此，两个信号导体也可以由具有不同的热电系数的不同的材料构成。为了确定局部温度升高的位置此外还充分利用的是，由于局部温度升高导致特殊晶片的电阻以及针对测量信号的阻抗发生变化。由于晶片上的局部阻抗变化，信号分量作为电脉冲反射。通过发送脉冲和接收反射分量之间的信号传输时间可以利用电阻变化或温度变化确定晶片的位置。
从DE102006059390A1得知的传感器缆线由于需要大量单独的晶片而是比较复杂且成本很高的。
US4,372,693描述了一种用于探测温度偏差的设备，其具有第一导体、包括多个串接调温器的第二导体和电介质，该电介质在空间上布置在两个导体之间，其中，这两个导体与电介质具有特定的电容并且可以联接至电容测量仪。
此外，DE1038140描述了一种电缆线，其具有用于监控运行温度的装置，其中，缆线芯线与电报告系统连接并且具有绝缘件，该绝缘件在温度变化时其电性能发生变化。这些导体设有有吸附能力的绝缘件并且全方位地由浸渍剂包围，浸渍剂的介电常数在特定的缆线温度下在一定范围内发生变化，这种变化可用于显示和测量缆线内的温度变化的地点。
发明内容
从此出发，本发明的任务在于说明一种用于温度测量的测量装置、一种用于温度测量的方法以及一种用于这种测量装置的传感器缆线和评估单元，其中，借助简单地设计的传感器缆线能够实现可靠的温度测量。此外，应当说明一种借助测量装置或传感器缆线的保护缆线的方法。
该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的用于温度测量的测量装置以及通过根据权利要求21的借助这种测量装置进行温度测量的方法来解决。此外，该任务根据本发明通过根据权利要求14的评估单元以及通过根据权利要求15的传感器缆线来解决。有利的设计方案、改进方案和变型方案是从属权利要求的主题。在此，分别结合测量装置、评估单元、传感器缆线和方法所提到的优点和设计方案根据意义分别也适用于其他的设备和方法。
用于温度测量的测量装置包括具有第一信号导体的传感器缆线，在运行时，借助馈入部位将测量信号馈入第一信号导体中。优选布置有两个信号导体，测量信号对称地馈入这两个信号导体中。补充地，测量装置还包括评估单元，其在所馈入的测量信号至少经过传感器缆线的一部分路段之后评估所馈入的测量信号。根据本发明，第一信号导体被由具有依赖于温度的第一介电常数的第一材料制成的作为电介质的绝缘件包围，评估单元被构造成用于获知和评估由于介电常数的由温度导致的变化造成的测量信号的信号传输时间的变化并且被构造成用于从所获知的信号传输时间推导出温度信号。
利用测量装置，为了测量温度而充分利用如下知识，即，一定的绝缘体材料表现出随着温度变化的介电常数。在此，随着温度变化的介电常数也必然地导致线路电容随着温度变化。此外，测量装置从如下知识出发，即，测量信号的传输时间主要也通过电介质确定。具体而言，传输时间与介电常数的方根的倒数成正比。随着温度升高，介电常数增大，测量信号的传输时间相应地减少。
现在，在用于温度测量的测量装置中充分利用这一效果。在此，从信号传输时间相对于期望的传输时间或参考传输时间的变化推导出介电常数的变化。参考传输时间例如针对给定的缆线长度在室温下预定。在此，如果检测到与期望的信号传输时间的偏差在150ps/100m缆线长度的范围内，那么优选已经推断出温度变化。
为了能够实现尽可能简单和可靠地评估测量信号，传感器缆线具有第二信号导体，其带有由不同于第一材料的第二材料制成的绝缘件。第二材料相应也具有不同于第一介电常数的第二介电常数。补充的是，馈入单元被构造成用于将测量信号并行馈入到两个信号导体中，并且此外，评估单元被构造成用于评估馈入两个信号导体中的测量信号的传输时间差。第二信号导体因而在一定程度上形成参考导体，在参考导体内，测量信号基于不同的材料选择而以另一信号速度传播。这在温度变化时导致两个信号导体之间的传输时间差的变化，其由评估单元评估并将其转化成相应的温度信号。为了测量传输时间差以及由此获知温度，评估单元按照适当方式包括相应的电路或电子设备。在此，针对评估和转化成温度信号，在评估单元内例如存储有或者通过算法形成针对两个信号导体的参数。从测得的传输时间差推导出温度变化的值或绝对温度值。
传感器缆线按照需要方式尤其是不仅包括两个信号导体，而是按照适当方式还包括其他的导体、芯线或线路，然而它们对所应用的测量原理而言首先是不重要的。尤其是在将传感器缆线用于附加的功能时，按照有意义的方式相应将其他的传递元件整合到传感器缆线内，或者传感器缆线与一定数量的其他缆线组成缆线束或缆线复合件。
为了仅在特定的地点或在沿传感器缆线的特定的子区段上执行温度测量，也就是说，用于地点选择性(ortsselektiv)的温度测量，第一信号导体按照适当方式仅以部分区段具有由第一材料制成的绝缘件，而此外则具有由第二材料制成的绝缘件。这尤其也理解为如下实施方案，即，第一材料首先以区段形式施布到第一信号导体上，随后沿整个第一信号导体施加由第二材料制成的绝缘件，也就是说，也施加在已施加有第一材料的区段上。相应的传感器缆线此外还特别适用于作为例如在车辆的车载电网内的温度传感器、缆线束的一部分或者也在车辆的特定的组件上。
替选或附加地，在传感器缆线的有利的设计方案中，传感器缆线的缆线护套或传感器缆线的芯线的芯线护套具有沿传感器缆线延伸的导电区段，其是第一信号线路。例如在优选的方法中，为此，在制造缆线护套或芯线护套期间按照适当方式添加导电添加剂，以便将导电区段构造为信号导体。替选地，缆线护套以条带挤压法(Streifenextrusionsverfahren)由两种不同的材料制成。缆线护套的其余的部分由第一材料制成，其相应作为绝缘件包围信号导体。通过温度传感器作为缆线的实施方案，温度传感器尤其是横向于纵向方向特别小地构建，因而优选使用或建造在仅提供有很小的空间的部位上。
这种缆线状的温度传感器例如有利地使用在排气系统中，尤其是车辆的催化器中。在此按照常规方式使用的热电偶通常较贵，此外，其测量结果不利地依赖于存在的温度下降；缆线状的温度传感器受原理限定而不具有这些缺点。
为了确保传感器缆线的很高的敏感度，优选以如下方式选择第一材料，即，其介电常数针对每10°K的温度差，变化至少1％，并且优选至少5％。
基于与缆线电容的关联性，介电常数的变化与电容变化成比例。因而整体上也以如下方式选择第一材料，即，电容每10°K变化至少1％，并且优选至少5％。为了测量电容，传感器缆线放入调温水浴中。因此，在这种例如针对具有PVC绝缘件的信号导体的电容测量中表现出每10°K大致15％的电容升高。因而优选将PVC用作第一材料。
在此，这两个信号导体按照适当方式形成彼此绞绕的导体对，由此，基于对称化实现尽可能无干扰的信号传递，此外也获得各个信号导体的尽可能相等的导体长度。另一优点在于，通过绞绕，两个信号导体均匀地暴露于待测量的温度。为了广泛的屏蔽，导体对优选被屏蔽层以及随后被共同的缆线护套包围。替选地还存在如下可能性，即，信号导体与其他的数据线或电源线一起在共同的保护护套或缆线护套内以及必要时也在共同的屏蔽件内优选作为绞绕的导体对引导。
为了在温度差很小时就已经获得两个信号导体之间的尽可能大的传输时间差，两种材料的介电常数的温度依赖性在此优选相差至少2倍，并且尤其是至少4倍或者至少10倍。这理解为在例如10°K或50°K的预定的温度区间内，与另一种材料相比，一种材料的介电常数的平均百分比变化强了所给出的倍数。这两个介电常数优选在此已经在室温下例如相差至少1.3或1.5倍(例如在50Hz时测得)。在此按照适当方式，针对第二材料选择如下材料，其介电常数优选不依赖于温度或几乎不依赖于温度。这理解为介电常数至少平均(例如在最高为80℃的室温的温度范围内)每10°K变化小于1％。具有其介电常数的很小的温度依赖性的绝缘材料尤其是聚丙烯。又在水浴中测得的电容的测试已经表明，电容在20℃至70℃的温度范围内仅升高约3.5％，因而仅存在每10°K，0.7％的变化。因而，每10°K变化约15％的PVC具有约20倍的更高的温度依赖性。
根据符合目的的设计方案，传感器缆线此外还包括至少一个优选由电阻合金制成的电阻导体，并且评估单元此外还被构造成用于评估电阻导体的电阻以及用于据此推导出第二温度信号。通过该电阻导体可以提高测量精度。电阻合金在此理解为金属合金，其与纯铜导体相比尤其是表现出明显更高的电阻，例如高至少10倍或100倍。电阻合金尤其是理解为根据DIN17471的合金或电阻丝。
电阻导体的电阻在此同样表现出温度依赖性，从而通过附加地整合电阻导体而在传感器缆线内整合有独立的第二路径来进行温度测量。与在第一路径中相同地，在第二路径内也不需要分散的传感器元件，而是在简单的设计方案中充分利用信号导体自身的物理特性。基于不同的物理的温度依赖性，即，一方面介电常数的依赖性和此外电阻合金的电阻的温度依赖性，因而可以在提高的可靠性和冗余的评估的意义下评估两个得到的温度信号。补充地，此外还基于不同的物理原因(一方面针对测量信号的传输时间的变化以及另一方面针对电阻的变化)得到可以有针对性地评估的附加信息。
相应地，评估单元也被构造成用于比较和评估两个温度信号，并且尤其是判定是否仅存在传感器缆线的局部热部位或均匀变热。基于信号影响的不同的基本原理，信号以不同方式变化。通过比较变化可以识别局部的高温或热部位(热点)。为了比较在此尤其是使用相应评估信号的算法。
在有利的设计方案中，评估单元被构造成用于评估测量信号的所传送的信号分量。在此，馈入单元和评估单元尤其是布置在传感器缆线的不同的端部上。这种传送测量的优点尤其是在于，基于通常很小的吸收损耗和反射损耗，所传送的信号分量具有与其相比较高的信号强度，并且因而可以特别简单且准确地测量。因而，温度测量是特别稳定的。
在利用测量装置进行温度测量的适当的方法中，尤其是以如下方式执行传送测量，即，测量信号在传感器缆线的一个端部上耦入，并且在另一端部上由评估单元接收，评估单元为此尤其是具有相应的接头。在此，测量信号基于依赖于温度的第一介电常数依赖于温度地以不同的速度经过两个信号导体；产生的传输时间差在测量信号的两个分量到达时利用评估单元来确定。
为了尤其是在传送测量时确保在传输时间差方面适当的时间分辨率并且相应准确地确定传输时间差，在该方法的优选的设计方案中，在测量信号通过两个信号导体的其中一个到达评估单元时，脉冲计数器被激活，该脉冲计数器在测量信号通过两个信号导体的其中另一个到达时被接触激活，并且为了确定传输时间差而评估脉冲计数器。这种脉冲计数法在该方法应用在车辆的车载电网内时是特别适用的，其中，约1m至50m的缆线长度尤其是常见的。这种缆线长度尤其是导致约0.8ps至40ps的时间差，针对这种时间差，常规的测量方法是不合适的。
在脉冲计数法中，在测量信号通过两个信号导体的其中一个到达时，脉冲计数器被激活。脉冲计数器在相同的时间段内反复生成计数脉冲，计数并存储计数脉冲的数量，直至第二测量信号通过另一信号导体到达。
时间分辨率在此尤其是通过计数脉冲的频率确定，频率相应很高地选择，例如在100MHz至10GHz的范围内并且对应于约0.1ps至10ps的时间段。对被计数的计数脉冲的数量的评估得到测量信号通过两个信号导体的两条路径之间的时间差并且基于依赖于温度的第一介电常数相应得到传感器缆线的温度。
测量信号优选以本身由车辆领域所公知的镜像对称的信号对传递。换而言之：分别耦入其中一个信号导体内的两个信号分量的其中一个相对于另一信号分量反转。以这种方式特别高效地避免由于沿传感器缆线的干扰导致的错误测量。上面描述的利用脉冲计数器的评估在这种测量信号中也可以以特别简单且廉价的方式借助标准化的半导体结构元件实现。与比较大规模的且高成本的用于利用脉冲或时域反射法(英语：timedomainreflectometry，简称TDR)实现类似的温度测量的实验室结构不同地，相应构造的测量装置按照有利方式廉价地制造，并且可在批量产品中节省空间地建造。为了尤其是在上面提到的短的时间差中获得可靠的测量，测量信号尤其是在作为矩形信号的设计方案中有利地具有尽可能大的斜度。然而，正弦测量信号同样也是合适的，其基于特别窄的频谱确保了其他信号的特别小的干扰。
在符合目的的设计方案中，评估单元补充或替选地被构造成用于评估测量信号的反射信号分量。优选从对反射信号分量的评估推断出局部热部位的位置。为此评估在反射部位上反射的反射信号分量的传输时间，传输时间通过由于局部有限的、由温度导致的介电常数变化引起的局部的阻抗变化引起。
该设计方案基于如下思考，即，仅局部的且因而不均匀的介电常数变化导致阻抗阶跃(Impedanzsprung)，由此至少一部分测量信号在该变化的阻抗上反射和退回。在此，最后还评估测量信号的分量的信号传输时间的变化。如果没有信号分量被退回，那么参考值或比较值在该实施变型方案中是在缺少阻抗阶跃时无穷大的信号传输时间。如果不存在局部热部位，评估单元在正常状态下不测量反射信号分量。结合信号传输时间确定局部热部位的位置。
优选还补充地设置的是，通过反射测量也获知温度值。温度的大小可以从反射大小来确定。
按照符合目的的方式，除了评估反射信号分量之外还评估未反射的测量信号(即未反射的分量)的正常的信号传输时间的变化。通过该措施获得关于局部热部位的附加信息。原则上可以不同于利用电阻导体进行测量而利用对反射信号分量的评估识别局部热部位的位置。
反射测量按照原则上公知的TDR原理实现。在此重要的是，基于局部热部位充分利用介电常数的变化。针对这种反射测量，在最简单的设计方案中，传感器缆线构造成具有电介质的单芯线路，即，其具有由第一材料制成的绝缘件。因此，这种单芯线路已经限定了针对测量装置的，选择性地针对反射测量或者针对评估非反射的原始的测量信号的信号传输时间的变化的适当的传感器缆线。这种单芯线路优选结合评估单元的适当的设计方案不仅用于反射测量而且也用于评估测量信号的非反射的分量的信号传输时间。
在此，这种传感器缆线优选除了具有第一信号导体之外还具有用于反射信号分量的回路导体，其例如实施为填充导体(Beilaufleiter)、填充金属丝或绞合线或者也实施为屏蔽件。传感器缆线在替选的设计方案中构造有两个第一信号导体，它们分别具有由相同的材料制成的相同的绝缘件，其中，这两个信号导体优选按照双绞线方式彼此绞绕。由此提高反射的效果并进而提高测量装置的灵敏度。
反射测量与非反射的测量信号的传输时间测量的组合的特别的优点在于，基于相同的物理效应，即，介电常数的依赖于温度的变化可以实现温度测量以及同时可以实现局部热部位的依赖于地点的分辨。
在优选的变型方案中，测量装置被构造成用于使用在车辆的车载电网内并且传感器缆线的两个信号导体中的至少一个建立起能量源与消耗器之间的电连接，用以传递电功率。因而，这两个信号导体的至少其中一个满足双重功能，其方式是，利用该信号导体一方面出于能量供应的目的传递电功率，另一方面出于确定传感器缆线的温度的目的传递测量信号。以这种方式可以实现以特别紧凑的结构形式测量能量供应缆线的温度。
在适当的改进方案中，传感器缆线是组成缆线束的缆线复合件的子缆线，从而利用传感器缆线也可以测量整个缆线束的温度，尤其是不必安装具有附属的线路的温度传感器作为附加的元件。
传感器缆线优选连接布置在车辆中的能量源，例如电池、高压蓄能器或发电机和消耗器，例如传感器、照明装置、功率分配器或电动驱动装置。然而至少也可想到的是，在适当的变型方案中，传感器缆线在电动或混合动力车辆中将车辆的消耗器或蓄能器与插座连接，其尤其是仅暂时连接在相对于车辆外部的能量源上。外部能量源例如是充电站并且利用传感器缆线可基于充电电流测量温度升高。
尤其是在车辆领域内，可利用传感器缆线传递的电功率通常通过直流电压或具有仅很小的例如最高60Hz频率的交流电压实现。反之，测量信号按照适当方式是与其相比高频的带有例如至少1kHz频率的信号，由此避免干扰能量传递。测量信号例如是周期性的矩形信号，其具有对应于频率的周期和合适的短的持续时间(例如约10ps)。由此按照有利方式确保的是，测量信号和能量供应的频谱不会或仅以可忽略的方式重叠并因而不会产生相互影响。
为了利用评估单元可逆地断开由传感器缆线所建立的电连接，测量装置按照适当方式具有保险装置，评估单元依赖于温度测量地操控保险装置。由此，按照有利方式实现针对电连接和尤其是连接在其上的消耗器以及能量源的保险机构。在温度与特定的预定的额定温度不同时，按照适当方式触发保险装置并中断连接，从而不会进一步传递电功率，并且防止损坏传感器缆线、可能在周围的缆线以及可能连接的组件。在此，保险装置优选是集成电路形式的廉价的半导体保险装置。按照适当方式，保险装置整合到评估单元内，由此，该系统总体上是特别紧凑的。
通过使用这种保险机构此外还附加地得到如下优点，即，在待传递的电功率方面可以制造出具有与基于常见的保险附加件(Sicherheitszugabe)所需的横截面相比更小的横截面的传感器缆线。于是，过强的负荷不是通过横截面的相应的设计来应对，而是通过运行时中断连接来应对。由此，尤其是可以在车辆制造中有利地节省成本、重量和结构空间。
为了尤其是实现连贯地监控传感器缆线的温度，温度测量优选实时地进行，以便获知传感器缆线的瞬时温度。这种在线测量可以实现在运行时伴随潜在变化的环境条件的特别可靠的温度监控。这在车辆领域内是特别有利的，这是因为在此，车辆的最不同的运行模式通常导致车载电网以及尤其是整合在其内的传感器缆线的不断变换的负荷。
测量装置的上述的设计方案尤其是结合在车辆的车载电网内的使用不仅在批量产品的日常运行时是有利的，而且也在样车和研发阶段中是有利的。通过尤其是也在多样的实施方案中相应使用测量装置或传感器缆线，在研发时已经可以检测和测量车载电网的实际负荷，并且尤其是在缆线引导和横截面设计方面可以以简单方式基于真实的温度数据实现优化，代替动用模拟和/或使用带来相应的成本和结构空间需求的附加的常规传感器。因而，测量装置和/或传感器缆线按照有利方式尤其是在车辆中用于支持车载电网的设计。在符合目的的改进方案中，在样车上执行的测量在批量产品中用作参考或校准测量。
测量装置在汽车领域(也就是尤其是车辆)中的上述有利的使用尤其是也理解为如下，即，测量装置相应同样在工业领域(例如在生产线、机器人和类似的机器)中通常相应有利地用在具有尤其是类似于车载电网的缆线系统的任何系统中。特别是在制造设备和机器人中，所使用的缆线长度与车辆中的缆线长度的尺寸类似，从而在这些情况下基于简化的调整的使用是特别适合的。在适当的变型方案中，测量装置相应是制造机器或制造设备的一部分并且在那里有利地用于缆线或缆线束上的温度测量，并且尤其是也用于其监控和保险。
测量装置和/或传感器缆线此外尤其是还适用于在缆线保护系统中使用，并且在用于利用这种缆线保护系统保护缆线的方法中使用。在此，测量缆线的温度并在达到缆线的预定的切断温度时中断利用缆线建立的电连接。传感器缆线具有两个信号导体，它们分别通过由不同的具有不同的依赖于温度的介电常数的材料制成的绝缘件包围。这两个信号导体在此优选彼此绞绕，尤其是绞绕成导体对。
替选地将同轴缆线用作传感器缆线。在同轴缆线中，外导体(即屏蔽件)被考虑作为第二信号路径。通常，在设有屏蔽件的传感器缆线中，屏蔽件按照适当方式同时是两个信号导体的其中一个，由此，针对传感器缆线得到特别紧凑的结构形式。尤其是结合传感器缆线像已经提到的那样有利地用作用于传递电功率的缆线，两个信号导体满足双重功能。一方面利用其中一个信号导体传递功率，另一信号导体用于屏蔽，与此同时，相同的信号导体用于温度测量。在该设计方案中，温度测量在没有附加的结构空间要求的情况下沿传感器缆线实现；仅使用本来已经存在的组件。
在适当的改进方案中，尤其是以如下方式简化传感器缆线的制造，即，两个信号导体的其中一个作为填充导体引入传感器缆线中。填充导体在此尤其是理解为如下导体，该导体在缆线制造时作为屏蔽件或接地件附加地引入缆线的其余导体中并且可以在端部侧相应地连接。填充导体例如构造为金属丝、绞合线、编织物或带，并且以纵向导入的方式或者螺旋形地引入。填充导体有利地满足双重功能，即，首先满足作为填充导体的原本设置的功能(例如用于接地)以及作为信号导体的附加的功能。
在优选的改进方案中，补充地还将由电阻合金构成的电阻导体整合到传感器缆线内。按照适当方式在此整合有两个电阻导体，它们与两个信号导体一起优选形成共同的绞线复合件并且尤其是按照四绞线的方式，优选按照星绞四线的方式彼此绞绕。在此，这两个信号导体形成第一导体对，两个电阻导体形成第二导体对。
附图说明
以下结合附图详细阐述本发明的实施例。这些附图部件以明显简化的图示示出：
图1示出测量装置的极其简化的图示；
图2示出测量装置的简化的电路技术图示；
图3示出传感器缆线的横截面图；
图4示出传感器缆线的变型方案；
图5示出传感器缆线的另一变型方案；
图6示出传感器缆线的另一变型方案；以及
图7示出在其内整合有测量装置的车载电网。
在图中，作用相同的部件以相同的附图标记示出。
具体实施方案
图1示出的用于温度测量的测量装置2包括传感器缆线4、馈入单元6以及评估单元8、8'。测量装置2一般用于在传感器缆线4的区域内优选局部分辨地进行温度变化的温度测量或者测量绝对温度。在该实施例中，在馈入单元6这侧示出评估单元8的部件8'，其被构造成用于检测反射信号分量R。
通过馈入单元6将测量信号S馈入传感器缆线4，测量信号最终在经过传感器缆线4之后被评估单元8评估。
测量信号S例如是数字信号，其中，在限定的时间段内馈入信号脉冲P(参考图2)。
图2示出一个实施变型方案，其中，传感器缆线4具有第一信号导体10a以及第二信号导体10b，它们按照双绞线的方式彼此绞绕成导体对，并且例如此外还被屏蔽件和/或缆线护套包围。
在替选的、图3所示的实施变型方案中，除了导体对10a、10b之外还在传感器缆线4内整合有具有绝缘电阻导体12的第二导体对。电阻导体12以及导体对10a、10b按照四绞线的方式彼此绞绕。在此，这两个信号导体10a、10b以及两个其他的电阻导体12分别彼此对角对置地按照交叉方式布置。
第一材料14a或者第二材料14b作为绝缘或电介质包围信号导体10a、10b，其中，这两种材料14a、14b在其介电常数方面有所不同。电阻导体12同样被绝缘件16包围。整个绞线复合件(即，具有相应的绝缘件14a、14b以及16的信号导体10a、10b和电阻导体12被共同的屏蔽件18和直接包围屏蔽件的缆线护套20包围。屏蔽件18可以是多层屏蔽件18，其例如具有编织物屏蔽件以及其他的膜屏蔽件。
在图2所示的实施变型方案中，测量信号S并行馈入两个信号导体10a、10b中，该测量信号作为测量信号S1、S2在两个信号导体10a、10b内传播。测量信号经过传感器缆线4直至到达评估单元8。评估单元例如包括比较器22，借助其识别出两个测量信号S1、S2之间的传输时间差Δt并将其处理成比较信号V。比较信号随后以在此未示出的方式在评估单元8内进一步处理，以便由比较信号V和利用其所代表的传输时间差Δt生成温度信号T，温度信号例如作为相对温度变化或也作为绝对温度输出。
在使用具有两个绝缘电阻导体12的图3所示的传感器缆线4中，补充的是，测量信号S也通过馈入单元6耦入电阻导体12内，并相应由评估单元8评估。相应构造的评估单元8因而具有至少一个和在根据图3的传感器缆线的情况下具有两个用于电阻导体12的信号输入端以及用于两个信号导体10a、10b的两个信号输入端。通过电阻测量获知相应的电阻导体12的电阻并且由所获知的电阻值同样推导出温度信号T。
最后，评估单元8'还检测和评估另一信号，即反射信号分量R。测量信号S的这种反射信号分量R出现在局部热部位24的情况下，如图1箭头所示。局部热部位24在此理解为如下，在该部位中存在与其余的传感器缆线4相比明显较高的温度。
图4以透视图示出传感器缆线4的变型方案的一个区段，其中，第二信号导体10b实施为绞合导体并被绝缘件16包围，该绝缘件沿径向方向分为两个子绝缘件16'、16"。第一信号导体10a在此作为带状的填充导体布置在两个子绝缘件16'、16"之间并且以纵向进入的方式引入。这两个子绝缘件16'、16"由两种不同的材料14a、14b制成，在此尤其是以如下方式制成，即，内子绝缘件16'由第二材料14b制成，外子绝缘件16"由具有依赖于温度的介电常数的第一材料14a制成。
图5同样以透视图示出传感器缆线4的另一变型方案的一个区段。在该变型方案中，第一信号线路10a的绝缘件16仅在区段A上由第一材料14a制成，而在其他情况下由第二材料14b制成，其也用于制造第二信号导体的绝缘件16。以这种方式构造出局部温度传感器，其能够实现地点选择性的温度测量。此外，两个信号导体10a、10b在此此外附加地还由共同的缆线护套20包围。
图6以横截面图示出传感器缆线4的另一变型方案。在此，传感器缆线4包括中心引导的线路25，其具有多根芯线25'。在此，其中一根芯线25'又包括第二信号导体10b，其由由第二材料14b制成的绝缘件16制成。线路25被缆线护套20包围，其中，环段状的区段实施成导电区段E。在此处所示的变型方案中，为此在制造缆线护套20期间按照适当方式添加导电添加剂，以便将导电区段E构造为第一信号导体10a。替选地，外护套20在条带挤压法中为此由两种不同的材料制成。缆线护套20的剩余的部分在此由第一材料14a制成，其相应作为绝缘件16包围第一信号导体10a。
利用测量装置2总地能够实现如下不同的测量和评估并且优选也执行：
a)测量和评估第一信号导体10a内由于温度升高引起的信号传输时间的变化：
在此，第一信号导体10a由作为电介质的第一材料14a包围，其表现出明显的温度依赖性。第一材料14a尤其是通过PVC护套形成。近似构造为基准导体的第二信号导体10b不是强制需要的。信号传输时间的变化也可以完全通过与期望值比较来获知。为此，评估单元8以及馈入单元6彼此在馈入测量信号S方面同步，由此评估单元8可以与期望的信号传输时间相比获知信号传输时间中的差别。
b)在使用具有第一信号导体10a和第二信号导体10b的传感器缆线4情况下获知测量信号S1、S2之间的传输时间差Δt：
利用根据图2的该测量结构，通过两个信号S1、S2的求差能够实现简化的测量，由此总体改进了可靠性且提高了精度。
在a)、b)两种情况下，由变化的信号传输时间推导出温度变化。然而，在此不能够明确地实现沿整个传感器缆线4的均匀的温度升高和仅局部的热部位24之间的区分。这两种变型方案a)、b)基于两种在温度变化的情况下的介电常数的改变。
c)检测和评估由于局部热部位24引起的反射信号分量R：
在局部热部位24的情况下，如前述那样，这导致阻抗的提高，从而在该热部位24上得到反射信号分量R。在此，该反射信号分量例如在根据图3的传感器缆线4中耦入屏蔽件18内，该屏蔽件在这种情况下因此在一定程度上考虑作为回路导体。为此，评估单元8'具有另一回路导体接头，在这种情况下，屏蔽件18连接在该回路导体接头上。评估单元8'检验在该回路导体接头上是否存在信号，并将其识别为反射信号分量R。评估单元8'获知信号传输时间，即，馈入测量信号S和检测反射信号分量R之间的信号传输时间。评估单元8'从反射分量信号R的信号传输时间推导出局部热部位24的位置。评估单元8的部件8'不必强制性地与评估单元8分开。馈入单元6以及评估单元8、8'原则上也可以定位在设备内并且定位在一部位上。传感器缆线4例如在这种情况下按照环线方式铺设。
d)借助电阻导体12补充地测量温度：
测量信号S也补充地馈入电阻导体12中，评估单元8获知电阻导体12的电阻值，其同样依赖于温度。
通过不同的测量原理a)至d)的不同组合可以得到不同的信息：
利用根据a)、b)的测量原理可以推导出平均相对温度变化或者也可以推导出传感器缆线4的平均绝对温度。
通过测量原理b)可以空间分辨地确定局部热部位24的位置。
通过测量原理a)/b)和c)的组合，利用同时进行空间分辨能够实现温度测量。
利用测量原理d)提供独立的第二测量路径，用以获知传感器缆线区域内的平均温度变化或者也获知平均绝对温度。
通过原理a)/b)和d)的组合可以补充地区分温度提高是否仅归因于传感器缆线4的局部热部位24或均匀变热。
利用所有三个基本测量原理a)/b)、c)以及d)的组合可以确定是否仅存在局部热部位24，并且此外还可以空间分辨地识别出局部热部位。
因而，通过在此所描述的测量装置2总地能够实现廉价且非常高效的测量装置2，借助利用相对简单地设计的传感器缆线4来进行温度测量。
在此，根据第一实施变型方案，测量装置2用于缆线的温度监控。为此，传感器缆线，至少各个绝缘的导体10a、10b以及必要时电阻导体12与其他的电源线、数据线或流体线路等一起整合在共同的保护护套内。因而，通过这项措施可以在不允许的、局部的温度应力方面监控缆线。此外，测量装置2优选也用于能源技术中，以便例如尤其是在高压缆线中识别局部导致线路温度升高的损坏。此外，测量装置通常也在过程技术中用于机器、组件等的温度监控，以便例如识别和测量温度分层。此外，测量装置2优选也在电路板技术中用于监控温度。总而言之，传感器缆线4的特征在于，在整个长度上构造出温度敏感的传感器，并且不在缆线内安装独立的单独传感器。
图7示意性地示出未进一步示出的车辆的车载电网26的一个片段。测量装置2整合到车载电网26内，以便实现缆线保护系统。传感器缆线4首先用于将能量源28的电功率传递至消耗器30。传递尤其是利用两个信号导体10a、10b的至少其中一个来实现。在此处所示的应用示例中，能量源28是车辆的高压蓄能器，用于给电动驱动机供电；因而，车辆尤其是电动车辆或混合动力车辆。在此，消耗器30是功率分配器，其将由能量源提供的电功率分配到未进一步示出的其他消耗器上。
为了保护电连接，尤其是以防过热，测量装置2包括保险装置32，利用保险装置可以中断连接。如果在传感器缆线4内或上测量到特定的温度升高，那么就进行这种中断。为了测量和监控温度，测量装置2在此被构造成用于借助传送技术来进行温度测量；馈入单元6和评估单元8为此布置在传感器缆线4的不同的端部上。
馈入单元6生成测量信号S，其利用两个信号导体10、10b来传送。根据沿着传感器缆线4的温度的不同，在传播中出现两个分量之间的传输时间差Δt，其由评估单元8利用脉冲计数法测量并且用于获知温度。为此，评估单元8包括相应的脉冲计数器34。如果温度例如由于特别高的电流而超过预定的切断温度，那么接通保险装置32，并且中断由传感器缆线4建立的连接，以便防止由于进一步的变热损坏传感器缆线4以及尤其是还有其周围环境。
附图标记列表
2测量装置
4传感器缆线
6馈入单元
8、8'评估单元
10a第一信号导体
10b第二信号导体
12电阻导体
14a第一材料
14b第二材料
16绝缘件
16'、16"子绝缘件
18屏蔽件
20缆线护套
22比较器
24热部位
25线路
26车载电网
28能量源
30消耗器
32保险装置
34脉冲计数器
A区段
E导电区段
S测量信号
P脉冲
Δt传输时间差
V比较信号
T温度信号
R反射信号分量
S1第一信号导体内的测量信号
S2第二信号导体内的测量信号。

Claims (23)

1.一种用于温度测量的测量装置(2)，所述测量装置具有第一信号导体(10a)、用于将测量信号(S)馈入信号导体(4)的馈入单元(6)以及评估单元(8、8')，所述评估单元被构造成用于获知和评估由于依赖于温度的第一介电常数的由温度导致的变化造成的测量信号(S)的信号传输时间的变化以及用于从所获知的信号传输时间推导出温度信号(T)，
其特征在于，
-所述第一信号导体(10a)与第二信号导体(10b)形成传感器缆线(4)，这两个信号导体(10a、10b)分别由绝缘件(16)包围，所述绝缘件在所述第一信号导体(10a)中由具有第一介电常数的第一材料(14a)制成，而在所述第二信号导体(10b)中由具有第二介电常数的不同于所述第一材料(14a)的第二材料(14b)制成，以及
-所述馈入单元(6)被构造成用于将测量信号(S)并行馈入所述两个信号导体(10a、10b)中，并且所述评估单元(8、8')被构造成用于评估馈入所述两个信号导体(10a、10b)中的测量信号(S)的传输时间差(Δt)。
2.根据前一权利要求所述的测量装置，
其特征在于，
所述第一信号导体(10a)仅以部分区段具有由所述第一材料(14a)制成的绝缘件(16)，而此外则具有由所述第二材料(14b)制成的绝缘件(16)，用于进行地点选择性的温度测量。
3.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述第一材料(14a)被选择成使得所述依赖于温度的第一介电常数针对每10°K的温度差，变化至少1％，并且优选至少5％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述第一介电常数与所述第二介电常数相比表现出更强的，尤其是强至少2倍，优选强至少4倍的温度依赖性。
5.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述传感器缆线(4)附加地具有至少一个电阻导体(12)，所述至少一个电阻导体尤其是由电阻合金制成，并且所述评估单元(8、8')被构造成用于评估所述电阻导体(12)的电阻以及用于由此推导出第二温度信号。
6.根据权利要求5所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述评估单元(8、8')被构造成用于比较和评估两个温度信号(T)，并且尤其是判定是否仅存在所述传感器缆线(4)的局部热部位(24)或均匀变热。
7.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述评估单元(8、8')被构造成用于评估测量信号(S)的所传送的信号分量(S1、S2)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述评估单元(8、8')被构造成用于评估所述测量信号(S)的反射信号分量(R)。
9.根据权利要求8所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述评估单元(8、8')被构造成通过如下方式来评估所述传感器缆线(4)上的局部热部位(24)的位置，即，评估在反射部位上反射的所述反射信号分量(R)的传输时间，所述反射部位通过由于局部有限的、由温度导致的介电常数的变化造成的局部的阻抗变化引起。
10.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述测量装置被构造成用于使用在车辆的车载电网(26)内，并且所述传感器缆线(4)的两个信号导体(10a、10b)中的至少一个信号导体建立起能量源(28)与消耗器(30)之间的电连接，用以传递电功率。
11.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述测量装置具有保险装置(32)，所述保险装置用于利用所述评估单元(8、8')可逆地断开由所述传感器缆线(4)建立的电连接，其中，所述评估单元依赖于温度测量，尤其是依赖于温度信号(T)来操控所述保险装置(32)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述温度测量借助所述评估单元(8、8')连续进行。
13.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，
其特征在于，
所述温度测量实时进行，用以获知所述传感器缆线(4)的瞬时温度。
14.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)的评估单元(8、8')。
15.一种传感器缆线(4)，尤其是用于根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(2)，所述传感器缆线具有第一信号导体(10a)，所述第一信号导体由具有依赖于温度的第一介电常数的第一材料(14a)制成的绝缘件包围，
其特征在于，
还布置有第二信号导体(10b)，所述第二信号导体由不同于所述第一材料(14a)的、具有第二介电常数的第二材料(14b)制成的绝缘件(16)包围。
16.根据前一权利要求所述的传感器缆线(4)，
其特征在于，
所述传感器缆线具有由电阻合金，尤其是根据DIN17471的电阻合金制成的电阻导体(12)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的传感器缆线(4)，
其特征在于，
两个信号导体(10a、10b)以及两个电阻导体(12)形成共同的四绞线复合件，尤其是按照星绞四线的方式形成共同的四绞线复合件。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的传感器缆线(4)，
其特征在于，
所述传感器缆线具有屏蔽件(18)，所述屏蔽件同时是两个信号导体(10a、10b)中的一个信号导体。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的传感器缆线(4)，
其特征在于，
两个信号导体(10a、10b)中的一个信号导体作为填充导体引入所述传感器缆线中。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的传感器缆线(4)，
其特征在于，
所述传感器缆线(4)的缆线护套(20)或所述传感器缆线(4)的芯线(25')的芯线护套具有沿所述传感器缆线(4)延伸的导电区段(E)，所述导电区段是两个信号导体(10a、10b)中的一个信号导体。
21.一种用于借助根据权利要求1至13中任一项所述的测量装置(2)进行温度测量的方法。
22.根据前一方法权利要求所述的方法，
其特征在于，
当测量信号(M)通过两个信号导体(10a、10b)中的一个信号导体到达评估单元(8、8')时，脉冲计数器(32)被激活，所述脉冲计数器在所述测量信号(M)通过所述两个信号导体(10a、10b)中的另一个信号导体到达时被解除激活，并且为了确定传输时间差(Δt)而对所述脉冲计数器(32)进行评估。
23.根据前两个权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
为了保护缆线而测量其温度，并且在达到所述缆线的预定的切断温度时中断借助所述缆线建立起的电连接，其中，所述测量装置(2)尤其是充当缆线保护系统，并且其中，所述缆线尤其是构造成根据权利要求14至19中任一项所述的传感器缆线(4)。
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