CN106104237A - 换能器设备以及由其形成的测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换能器设备，其包括换能器壳体(100)、管(10)和温度传感器(70)。该管布置在换能器壳体的腔体内，使得在换能器壳体的壁的面向腔体的内表面(100+)与管壁的面向腔体的壳表面(10#)之间形成有中间腔室(100’)。而且，管被设计成在其内腔中引导流体(FL1)，使得管壁的面向所述内腔的内表面(10+)接触在内腔中引导的流体。温度传感器(70)通过布置在中间腔室(100’)内的温度传感器(701；702)且通过以导热的方式将温度传感器(701)联接至管壁的联接元件(712)和将温度传感器(702)联接至温度传感器(701)的联接元件(722)而形成，并且还被设计成检测测量点温度(θ1；θ2)，即，通过温度传感器(701；702)形成的第一或第二温度测量点处的温度，并且将所述温度转换成对应的温度测量信号(Θ1；Θ2)，即，表示测量点温度(01；02)的电测量信号。

Description

换能器设备以及由其形成的测量系统

技术领域

本发明涉及一种换能器设备，其适用于测量换能器设备的目标温度，以及时间变量目标温度，特别是在管的内腔中引导的流体的温度，和/或与流体接触的这种管的壁的温度。而且，本发明还涉及一种通过这种换能器设备形成的测量系统。

背景技术

所讨论的类型的换能器包括：换能器壳体，具有由壁(通常是金属壁)包住的腔体；以及管，具有由壁(通常是金属壁)包围的内腔，并且以下述方式布置在换能器壳体的腔体内：在换能器壳体的壁的面向腔体的内表面与管的壁的外表面(即，管的壁的面向腔体的外表面)之间形成有中间空间，最普遍的是填充有空气和惰性气体的中间空间。具体地，至少一个管适于至少有时在其内腔中以下述方式引导流体(例如，气体、液体或可流动扩散物的形式的流体)流动：管的壁的面向内腔的内表面与在内腔中引导的流体接触，以形成第一类型的第一界面，即，流体与固相之间的界面。

为了在相应换能器设备内在预定义测量点或参考点测量目标温度(即，相应换能器设备的温度)以及时间变量温度，这种换能器设备还包括通常两个或更多个温度传感器，在这种情况下，这两个温度传感器借助于布置在中间空间内的温度检测器形成，并因此在操作期间不与至少一个管的内腔中的流体接触，其中，至少一个温度传感器具有将其温度检测器导热地与壁连接的联接主体，例如，借助于导热粘合剂形成的联接主体。每个这种温度检测器例如可以是铂测量电阻、热敏电阻或热电偶，然而或者是借助于多个这种温度敏感的、电气的相应电子部件形成的电路。在每种情况下，温度传感器中的每个均适于将与在借助于相应温度检测器形成的温度测量位置处的温度对应的测量位置温度转换成对应的温度测量信号，即，表示特定测量位置温度的电测量信号，例如，具有取决于测量位置温度的电信号电压和/或取决于测量位置温度的电信号电流的电测量信号。例如，在这种换能器设备的情况下的目标温度可以是所测量的流体温度，即，在换能器设备的操作期间在至少一个管的内腔中引导的流体的温度，和/或管温度，即，管的与相应地位于内腔中的流体接触的壁的温度。

另外，换能器设备可连接至例如借助于至少一个微处理器形成的测量和操作电子器件，以形成例如用于测量至少一个测量变量的测量系统，该测量变量即为测量流体的温度，或者还是在相应换能器设备的至少一个管中引导的流体的密度和/或粘度。进而，在应用借助于换能器设备产生的至少两个温度测量信号的情况下，测量和操作电子器件可适于生成表示至少一个测量变量的测量值。在这种测量系统的情况下，测量和操作电子器件通常容纳在至少一个相对坚固的，特别是防冲击、防压力和/或防风雨的电子器件壳体。电子器件壳体例如可布置成从换能器系统分开并仅通过柔性线缆与其连接；然而，该电子器件壳体也可直接布置在分别与其固定的换能器壳体上。除了别的之外，在EP-A 919 793,US-A2004/0187599,US-A 2008/0127745,US-A 2011/0113896,US-A 4,768,384,US-A 5,602,346,US-A 6,047,457,US-B 7,040,179,US-B 7,549,319,WO-A 01/02816,WO-A 2009/051588,WO-A 2009/134268,WO-A 2012/018323,WO-A 2012/033504,WO-A 2012/067608或WO-A 2012/115639中分别示出了所讨论的类型的换能器设备的其他实例以及用其形成的相应测量系统。

在工业测量和自动化技术中使用的上述类型的测量系统的情况下，特定的测量和操作电子器件通常经由对应的电线也电连接至通常与相应测量系统分开布置且通常空间分布的上级电子数据处理系统，由相应的测量系统产生的且对应地借助于这些测量值信号中的至少一个承载的测量值近乎及时(例如，实时)地转发至该上级电子数据处理系统。所讨论的类型的测量系统借助于设置在上级数据处理系统内的数据传输网络还通常彼此连接和/或连接至对应的电子处理控制器，例如，连接至在位安装的程序逻辑控制器(PLC)或连接至安装在远程控制室中的处理控制计算机，其中，借助于相应测量系统产生且以适当方式数字化并被对应地编码的测量值被转发。借助于这种处理控制计算机，所传输的测量值例如在监控器上可被进一步处理并形象化为对应的测量结果和/或被转换成用于实施为致动装置的其他现场设备(诸如，磁操作阀、电动机，等等)的控制信号。由于现代测量布置也可以对应的方式被监控，并且在给定情况下，通常从这种控制计算机直接控制和/或配置，用于测量系统的操作数据经由上述数据传输网络被相等地发送，其通常关于传输物理学和/或传输逻辑混合。因此，数据处理系统通常也用于与下游数据传输网络的要求对应地调节由测量系统发送的测量值信号，例如，适当地用于数字化，并且在给定情况下转换成对应电报，和/或用于对其在位评估。为了这个目的，在与相应连接线电联接的这种数据处理系统中设置有评估电路，该评估电路预处理和/或进一步处理，以及在需要的情况下，适当地转换由相应测量系统接收的测量值。至少部分地(特别是，连续地)服务于这种工业数据处理系统中的数据传输的是现场总线，诸如FOUNDATION FIELDBUS,RACKBUS–RS 485,PROFIBUS等现场总线，或者例如还是基于ETHERNET标准的网络，以及对应的通常全面地标准化的传输协议。可替换地或者补充地，在所讨论的类型的现代测量系统的情况下，测量值也可被每电台地无线传输至特定数据处理系统。除了用于处理和转换从相应连接的测量系统发送的测量值所需的评估电路，这种上级数据处理系统通常还具有一种电源电路，该电源电路用于向所连接的测量系统供应电能并将在给定方式中由所连接的现场总线直接供给的对应供电电压提供于相应的电子器件和其所连接的电线，并用于驱动流动通过相应电子器件的电流。在这种情况下，供电电路可例如与仅一个测量系统或对应电子器件精确地关联，并且可和与对应测量系统关联(例如结合在对应的现场总线适配器)的评估电路一起容纳在公用的电子器件壳体中，例如形成为顶帽轨道模块。然而，还非常通用的是在给定情况下彼此空间远离的分开的电子器件壳体中容纳供电电路和评估电路，并用于经由外部线缆将其对应地连接在一起。

所讨论的类型的换能器尤其应用在电子振动测量系统中以用于确定测量变量，例如，在过程线路(例如，管线)中引导的流体的质量流量、密度或粘度，相应地，它们是这种测量下同的一体式部件。借助于这种换能器设备形成的这种电子振动测量系统(例如，以科里奥利质量流测量装置形式的测量系统，或科里奥利质量流测量系统)的构造和操作本身对于本领域技术人员而言是已知的，并且例如在上文提及的EP-A 919 793,US-A 2004/0187599,US-A 2008/0127745,US-A 2011/0113896,US-A 4,768,384,US-A 5,602,346,US-B 7,040,179,US-B 7,549,319,WO-A 01/02816,WO-A 2009/051588,WO-A 2009/134268,WO-A 2012/018323,WO-A 2012/033504,WO-A 2012/067608,WO-A 2012/115639,或例如也在US-A 2001/0037690,US-A 2011/0265580,US-A 2011/0146416,US-A 2011/0113896,US-A 2010/0242623,WO-A 2013/092104,WO-A 01/29519,WO-A 98/02725,WO-A 94/21999或WO-A 88/02853中详细地描述。在这种电子振动测量系统的情况下，相应的换能器设备的至少一个管特别地也适用于在操作期间至少有时测量至少一个测量变量的目的，以在填充有待测量的流体时引起振动，分别使待测量流体流过。通常，至少一个管通过作用于其上的换能器设备的至少一个机电振荡激励器(例如，借助于固定至至少一个管的永磁体以及借助与其相互作用的激励线圈形成的振荡激励器)主动激励，以执行期望振动，即，关于与相应的管有关的静置位置的机械振荡，特别地也是适于引起取决于质量流量m的流动流体摩擦力的机械振荡，和/或适于引起取决于粘度η的流动流体摩擦力的机械振荡，和/或适于引起取决于密度ρ的流动流体惯性力的机械振荡。为了记录至少一个管的机械振荡，尤其是其期望振动，在不同情况下，在这种电子测量系统中使用的换能器设备还具有至少一个振荡传感器，例如，电力学振荡传感器，其适于产生至少一个振荡信号，即，表示至少一个管的振荡运动的电测量信号，例如，具有取决于至少一个管的振荡运动的速度的电信号电压。尤其对于至少一个测量值表示在至少一个管中引导的流体的密度和粘度的情况而言，这种电子振动测量系统的测量和操作电子器件还适于使用通过换能器设备生成的至少两个温度测量信号以及至少一个振动信号例如以测量和操作电子器件基于根据振荡信号测量的期望频率(即，取决于待测量的测量值的期望振动的振动频率)确定至少一个测量值，并且为了这个目的计量地补偿期望频率对瞬时测量流体温度或至少一个管的壁内的温度分布的可能依赖性的方式生成该至少一个测量值。

在工业测量和自动化技术中使用的现代测量系统的情况下，尤其是在上述类型的电子振动测量系统的情况下，测量和操作电子器件通常通过一个或多个微处理器以测量和操作电子器件通过相应换能器设备的测量信号的数字取样值(例如，即从至少两个温度测量信号(相应地至少一个振荡信号)获取且设置成对应数字值形式的数字取样值)的数字化处理确定至少一个测量变量的相应测量值的方式而形成，该微处理器在给定情况下可体现为数字信号处理器(DSP)。除了温度测量信号以及至少一个振荡信号的评估以外，上述类型的电子振动测量系统的测量和操作电子器件通常还生成至少一个驱动器信号，例如，用于至少一个机电振荡激励器的谐波和/或计时驱动器信号。所述驱动器信号可例如关于电流水平和/或电压水平而被控制。

此外，除了别的之外，从上文提及的US-A 4,768,384,US-B 7,040,179或US-A2008/0127745中显而易见的是，确定所讨论的类型的换能器设备中的温度(其为测量流体温度或管温度)的具体问题在于通过两个(在给定情况下也可以是三个或更多个)温度传感器记录的测量位置温度首先在不同情况下实际上仅对应于通过相应温度检测器形成的精确的温度测量位置处的局部温度，然而相反地，实际上通常是在其他设备基准点(即，换能器设备的远离每个温度测量位置的基准点)处的局部或平均温度是感兴趣的(目标温度)，例如，即(尤其是为了确定测量流体温度的目的)至少一个管的内腔内的温度，和/或(尤其是为了校正期望频率对于至少一个管的壁内的空间温度分布的关联性的目的)实际上空间平均管温度应该用作目标温度。此外，另一个问题可能是能发生由于换能器设备内的测量流体温度的不可避免的时间变化所引起的动态热平衡过程，其也尤其归因于仅非常有限数量的温度测量位置(相应地归因于其共同的空间分离)可导致在确定测量流体温度的情况下(例如，在应用电子振动测量系统中的换能器设备的情况下，在基于至少一个管的期望振动确定在至少一个管中引导的流体的测量变量，诸如密度和/或粘度或流经至少一个管的流体的质量流量的情况下)通过所讨论类型的换能器设备形成的测量系统中的不良测量结果。此外，诸如其中所讨论的，在上述的WO-A 2009/051588中，换能器的环境温度(即，换能器壳体周围的大气温度)，相应地环境温度的时间变化，可使能够通过这种换能器设备确定测量流体温度(相应地管温度)的精确度劣化。

而且，一部分发明人的其他调查还示出了，除了上述影响之外，惊人地，还在测量温度与管环境温度之间存在温差，相应地存在其时间变化，可影响相应的温度测量信号，管环境温度即形成在换能器壳体的壁的内表面与管的壁的外表面之间的中间空间中的流体体积(因此，管周围的流体体积)的温度。根本地，每个温度传感器经由面向中间空间的相应表面以下述方式或多或少牢固地热联接至保持在中间空间中的流体体积：出现在管的内腔内的流体与管周围的流体体积之间热交换也部分地有规律地引导通过相应的温度传感器。由于这种热交换，相应地，也由于分别在每个温度传感器与形成在中间空间中的流体体积之间发生相关联的热传输过程，所以由此，相应的测量位置温度不仅取决于管温度(相应地，测量流体温度)，也由管的环境温度规律地共同确定的。此外，发明人还检测出这种热联接有时可达到以下程度：关于用于所讨论类型的测量系统(尤其用于电子振动测量系统)所期望的测量的高精度的程度而言实际上不再可忽略，分别地，相反，以例如在不同情况下通过相应的测量系统确定用于目标温度的测量值的方式，尤其也在时间常量目标温度有时与实际(相应地，真实)目标温度偏离大于0.5K的情况下，相应地忽略对于分别记录的测量位置温度的这种温度差(相应地，表示这种温度差的温度测量信号)的影响可导致非常明显的测量误差。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于改进上述类型的换能器设备，在不同情况下，即使在至少一个管的内腔外部以及在换能器壳体内布置有两个温度传感器，(与传统换能器设备相比)也能够更加精确地确定位于换能器壳体内的预定或提早固定的且从至少两个温度传感器中的每个分开的设备基准点处起支配作用的目标温度(例如，即测量流体温度和/或管温度)，相应地，能够以小于0.2K的误差确定尤其处于用于所讨论类型的换能器设备的典型工作范围(例如，在-40℃与+150℃之间)的目标温度；尤其用于下述情况，其中特定的管温度(相应地，测量流体温度)和/或特定的换能器(相应地，管)的环境温度以相对于时间不可预期的方式变化，相应地，存在于测量流体温度与管环境温度之间的温差在较宽的温度范围上波动。

为了实现这个目的，本发明涉及一种换能器设备，该换能器设备包括：换能器壳体，具有由壁(例如金属壁)包住的腔体；以及管，具有由壁(例如金属壁)包围的内腔，其中所述管以在换能器壳体的壁的面向腔体的内表面与所述管的壁的面向腔体的外表面之间形成有中间空间的方式布置在换能器壳体的腔体内，并且其中，所述管适于以所述管的壁的面向内腔的内表面接触在内腔中引导的流体以便形成第一类型的第一界面(即流体与固相之间的界面)的方式在其内腔中引导流体，特别是至少有时流动的流体，例如气体、液体或可流动分散物；以及温度传感器，其通过布置在中间空间内的第一温度检测器(例如通过铂测量电阻器、热敏电阻或热电偶形成的第一温度检测器)、通过将第一温度检测器与所述管的壁导热地联接的第一联接主体、通过布置在所述中间空间内的且与所述第一温度传感器间隔开的第二温度传感器(例如通过铂测量电阻器、热敏电阻或热电偶形成的第二温度检测器)，以及通过将所述第二温度检测器与所述第一温度检测器导热地联接的第二联接主体而形成。所述温度传感器适于记录第一测量温度，即通过所述第一温度检测器形成的第一温度测量位置处的温度，并且适于将该温度转换成第一温度信号，即，表示所述第一测量温度的第一电测量信号，例如具有取决于所述第一测量温度的电信号电压和/或取决于第一测量温度的电信号电流的第一电测量信号，并且所述温度传感器适于记录第二测量温度，即，通过所述第二温度检测器形成的第二温度测量位置处的温度，并且适于将该温度转换成第二温度测量信号，即，表示所述第二测量温度的第二电信号，例如具有取决于所述第二测量温度的电信号电压和/或取决于所述第二测量温度的电信号电流的第二电测量信号。本发明的换能器设备的换能器壳体和所述管还适于将流体(例如，具有小于1W/(m·K)的比热导率的流体，例如即，气体或惰性气体)保持在中间空间中，以便以所述管的壁的面向中间空间的外表面接触保持在中间空间中的流体，从而形成第一类型的第二界面的方式形成包围所述管的流体体积。以下述方式，温度传感器接触所述管的壁的外表面以形成第二类型的第一界面，即，两个固相之间的界面，并且所述温度传感器接触所述管周围的流体体积以形成第一类型的第三界面：第一热敏电阻R1反抗由在第二类型的第一界面与第一温度测量位置之间起支配作用的温差ΔT1引起的且总体上穿过界面并进一步流动至所述第一温度测量位置的热流动Q1；第二热敏电阻R2反抗由在所述第一温度测量位置与第二温度测量位置之间起支配作用的温差ΔT2引起的且总体上从所述第一温度测量位置流动至所述第二温度测量位置的热通量Q2；相应地，第三热敏电阻R3反抗由在所述第二温度测量位置与第一类型的第三界面之间起支配作用的温差ΔT3引起的且总体上从所述第二温度测量位置流动至所述界面且同样总体上穿过所述界面的热通量Q3。

此外，本发明还涉及一种用于测量流动流体(例如气体、液体或可流动分散物)的至少一个测量变量(例如温度、密度和/或粘度)的测量系统，该测量系统包括：测量和操作电子器件，例如通过微处理器而形成；以及本发明的上述换能器设备，用于引导流体。

在本发明的换能器设备的第一实施例中提供了，第一热敏电阻R1和第二热敏电阻R2满足以下条件：

$0.1<\frac{R2}{R1}<200.$

在根据本发明的换能器设备的第二实施例中提供了，第一热敏电阻R1、第二热敏电阻R2和第三热敏电阻R3满足以下条件：

$\frac{R3}{R1+R2}>1.$

在根据本发明的换能器设备的第二实施例中提供了，第一热敏电阻R1和第三热敏电阻R3满足以下条件：

$\frac{R3}{R1}>1.$

在本发明的换能器设备的第四实施例中提供了，第一热敏电阻R1小于1000K/W，并且第二热敏电阻R2小于1000K/W。

在根据本发明的换能器设备的第五实施例中提供了，第一热敏电阻R1小于30K/W，例如小于25K/W。展开这个实施例，第一联接主体至少部分地(例如主要地或完全地)由比热导率λ711大于中间空间中的流体的比热导率λF和/或大于1W/(m·K)的、且比热容cp711小于中间空间中的流体的比热容cpF和/或小于2000J/(kg·K)的材料(例如导热粘合剂)而构成，例如是以材料的比热导率λ711与中间空间中的流体的比热导率λF的比λ711/λF大于2和/或材料的比热容cp711与中间空间中的流体的比热容cpF的比cp711/cpF小于0.9的方式。可替换地或补充地，第二联接主体至少部分地(例如主要地或完全地)包括比热导率λ712小于所述第一联接主体的材料的比热导率711和/或小于10W/(m·K)的、和/或比热容cp712小于第一联接主体的材料的比热容cp711和/或小于1000J/(kg·K)的材料(例如金属)。

在本发明的换能器设备的第六实施例中提供了，第三热敏电阻R3的电阻值大于500K/W，例如大于5000K/W，和/或小于20000K/W，例如10000K/W。

在在本发明的换能器设备的第七实施例中提供了，温度传感器通过所述第一联接主体接触所述管的壁的外表面以形成第二类型的第一界面，即，两个固相之间的界面。

在本发明的换能器设备的第八实施例中提供了，温度传感器通过第三联接主体而形成，第三联接主体将第二温度检测器与形成在中间空间中的流体体积热联接，并且接触该流体体积以形成第一类型的第三界面。所述联接主体可例如通过施加在第二温度检测器的合成材料(例如，塑料)、通过施加在第二温度检测器上的编织带或带状物、相应地通过施加在第二温度检测器上的片金属而形成。展开本发明的这个实施例还提供了，第三联接主体至少部分地(例如主要地或完全地)由比热导率λ713大于中间空间中的流体的比热导率λF和/或大于1W/(m·K)的、且比热容cp713小于中间空间中的流体的比热容cpF和/或小于2000J/(kg·K)的材料构成，例如，以材料的比热导率λ713与中间空间中的流体的热导率λF的比λ713/λF大于2和/或材料的比热容cp713与中间空间中的流体的比热容cpF的比cp713/cpF小于0.9的方式。

在本发明的换能器设备的第九实施例中提供了，第一联接主体的热容C1小于200J/K，例如小于100J/K，并且第二联接主体的热容C2小于200J/K，例如小于100J/K，例如是以第一联接主体的热容C1和第二联接主体的第二热容C2满足以下条件的方式：

$\frac{1}{10}<\frac{C1}{C2}<1.$

在本发明的换能器设备的第十实施例中提供了，所述管的壁的壁厚大于0.5mm和/或小于10mm。

在本发明的换能器设备的第十一实施例中提供了，所述管的内径大于0.5mm和/或小于200mm。

在本发明的换能器设备的第十二实施例中提供了，所述管的尺寸被设定为其内径与壁厚比小于25：1和/或大于5：1，该内径与壁厚比被定义为所述管的内径与所述管的壁的壁厚的比。

在本发明的换能器设备的第十三实施例中提供了，第一温度传感器例如通过导热粘合剂、由此例如粘合地与所述管的壁的外表面连接，以通过材料的结合而形成第一联接主体。

在根据本发明的换能器设备的第十四实施例中提供了，第一联接主体例如完全通过位于所述管的壁与第一温度检测器之间的合成材料(例如环氧树脂或硅树脂)，例如是接触该壁的外表面和第一温度检测器这两者的合成材料和/或包含金属氧化物颗粒的合成材料而形成。展开本发明的这个实施例还提供了，合成材料是例如单成分或双成分硅橡胶，例如，德国温达赫86949的德路工业粘合剂股份有限公司(DELO Industrial AdhesivesGmbH&Co KGaA,86949Windach,DE)的3699。

在本发明的换能器设备的第十五实施例中，所述管至少部分地(例如主要地)为笔直的，例如是圆柱形笔直的。

在本发明的换能器设备的第十六实施例中，所述管至少部分地是弯曲的，例如具有圆弧形状。

在本发明的换能器设备的第十七实施例中提供了，所述管的壁至少部分地(例如主要地或完全地)由比热导率λ10大于10W/(m·K)且比热容cp1小于1000J/(kg·K)的材料(例如金属或合金)构成。

在本发明的换能器设备的第十八实施例中提供了，所述管的壁由金属或合金构成，例如钢、钛、锆、钽。

在本发明的换能器设备的第十九实施例中，所述管适于执行关于相关静置位置的机械振荡。

在本发明的换能器设备的第二十实施例中，所述管还适于供流体流动通过并且在这一过程中引起振动，例如是以所述管执行关于与其相关的静置位置的、适于引起取决于质量流量m的流动流体科里奥利力的机械振荡的方式，和/或以所述管执行关于与其相关的静置位置的、适于引起取决于粘度η的流体摩擦力的机械振荡的方式，和/或以所述管执行关于与其相关的静置位置的适于引起取决于密度ρ的流体惯性力的机械振荡的方式。

在本发明的换能器设备的进一步展开中，该换能器设备还包括：振荡激励器，用于激励和保持至少一个管的关于相关静置位置的机械振荡；以及振荡传感器，用于记录至少一个管的机械振荡。

在本发明的测量系统的第一实施例中，换能器设备还包括：振荡激励器，用于激励和保持至少一个管的关于相关静置位置的机械振荡；以及振荡传感器，用于记录至少一个管的机械振荡，并且测量和操作电子器件还适于生成驱动振荡激励器的激励器信号以用于激励所述管的机械振荡。展开本发明的这个实施例，振荡激励器还适于通过激励器信号而激励或保持所述管的机械振荡。而且，所述振荡传感器适于发送表示至少一个管的振荡的振荡信号，并且测量和操作电子器件适于使用第一温度测量信号和第二温度测量信号两者以及振荡信号生成流体的密度测量值，即，表示流体密度的测量值。

在本发明的测量系统的第二实施例中，测量和操作电子器件适于使用通过换能器设备生成的第一温度测量信号和通过换能器设备生成的所述第二温度测量信号这两者生成表示至少一个测量变量x的测量值。

在本发明的测量系统的第三实施例中，测量和操作电子器件适于使用通过换能器设备生成的第一温度测量信号和通过换能器设备生成的第二温度测量信号两者生成表示至少一个测量变量的测量值。

在本发明的测量系统的第四实施例中，测量和操作电子器件适于使用第一温度测量信号和第二温度测量信号两者生成至少一个温度测量值，该温度测量值表示目标温度，即，在对于测量系统预定的且固定在换能器设备内的设备基准点处的温度，例如，与第一温度传感器和第二温度传感器两者分开的和/或位于所述管内的设备基准点处的温度。展开本发明的这个实施例还提供了，设备基准点(poi)位于换能器设备内(例如，位于所述管的壁中或所述管的内腔中)，例如以温度测量值表示管温度(即所述管的壁的温度)的方式，或以温度测量值表示测量流体温度(即在内腔内引导的流体的温度)的方式。

本发明的基本思想在于，在所讨论的类型的传统测量系统中，尤其在传统的电子振动测量系统中，在确定用于特定目标温度(例如，管温度和/或测量流体温度)的测量值的情况下或在确定用于密度和/或粘度的测量值的情况下，以可用于测量或度量地处理的方式记录存在于一方面的测量流体温度或管温度与另一方面的管环境温度之间并且在与在宽温度范围上有规律地波动的温差的影响。这通过经由良好地热联接且不同强度地联接至换能器设备的管和/或不同强度地联接至围绕管的流体体积的两个温度检测器形成的温度传感器而实现，因此使得通过两个温度检测器中的第一个形成的温度测量位置的测量位置温度与通过两个温度检测器的第二个形成的温度测量位置的测量位置温度不同。已知热敏电阻与温度传感器的相应设计结构相关(因此，其提早非常精确已知的尺寸及比率)，相应地与通过温度传感器的热导过程有关，并且基于两个测量位置温度彼此的受迫偏差，则存在于测量流体温度与管环境温度之间的温差或基于此的特定目标温度(例如，管温度或测量流体温度)可被精确地确定。

附图说明

现在将基于附图中的图所示的实施例的实例更详细地解释本发明以及其他有利的实施例。在所有的图中相等的部件设置有相等的参考标号；当需要简明或者以其他方式意识到时，在后面的图中省略了已经提及的参考标号。此外，从附图的图以及从属权利要求本身中获得了其他有利的实施例或其他改进，首先特别是来自仅在本发明的各方面分别解释的组合。

图1示意性地示出了测量系统(特别是，适于在工业测量和自动化技术中应用的测量系统)的实施例的实例，其中，测量系统包括：换能器设备，具有换能器壳体；以及测量和操作电子器件，容纳在电子器件壳体中，这里，电子器件壳体直接固定在换能器壳体上；

图2和图3示出了适用于图1的测量系统的换能器设备的实施例的实例的不同的截面图，并且该测量系统包括管以及固定至管且与管壁接触的两个温度传感器；

图4以等效电路的方式示出了通过多个离散热阻形成的电子网络，以用于解释图2和3的换能器设备中的热通量，相应地解释换能器设备内的对应温度降；

图5示出了通过用于管温度和管环境温度(相应地，存在于其之间的温差)的相应温度传感器记录在图2和图3的换能器设备中的测量位置温度(相应地，从其导出的温度测量信号)的关联性的图表；以及

图6示出了通过多个离散热阻以等效回路的方式形成的电阻网络，并且用于解释图2和图3的包括管的换能器设备中的热通量以及对应温度降。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于测量具有测量流体温度的流动流体FL1(测量流体)(诸如气体、液体或可流动扩散物)的至少一个测量变量x(在给定情况下其可为根据时间的变量)的测量系统。测量系统用于循环地确定瞬时表示测量变量的测量值X_x。测量变量x例如可以是密度或粘度，因此，是与相应测量流体温度具有某一关联的测量变量和/或在其转换成相应测量值X_x的情况下换能器设备引起温度关联测量误差。然而，测量变量也可以是例如在对于测量系统预定的且位于换能器设备内的设备基准单(poi)处感兴趣的温度(后文也被称为目标温度)。测量系统包括：换能器设备MW，用于产生取决于至少一个测量变量的测量信号；以及测量和操作电子器件ME，其与换能器设备电连接，并且尤其是在操作期间经由连接线缆从外部和/或通过具有电能的内部能量存储器供应有电能，并且用于产生表示通过换能器设备记录的(多个)测量变量的测量值，相应地从而用于将这种测量值输出到对应于测量的输出作为测量系统的当前有效测量值。

例如通过至少一个微处理器和/或通过数字信号处理器(DSP)形成的测量和操作电子器件ME可(诸如图1所示)容纳在例如测量系统的单个(在给定情况下，也是形成腔室的)电子器件壳体200中。所述电子器件壳体200可取决于测量系统的需求而实施，例如，也是防冲击和/或防爆的和/或密封的。也在图1中以框图的形式示意性示出的，测量装置电子器件ME包括评估电路μC，其处理换能器设备MW的测量信号并且例如通过微处理器形成。在操作期间，评估电路μC生成用于待通过测量系统记录的测量变量的对应测量值。在这里所示的测量系统的情况下，通过测量和操作电子器件ME生成的测量值X_x可例如在位显示，即，直接显示在通过测量系统形成的测量点处。为了将通过测量系统产生测量值，和/或在给定情况下，测量装置内部地生成系统状态报告，例如，发出增大测量精度的信号的报告(相应地，误差)或者发出测量系统中或通过测量系统形成的测量点处的干扰的信号的警报在位可视化，也在图1中所示，测量系统可具有例如与测量和操作电子器件通信的显示和维护元件HMI，在给定情况下，也可为便携式显示和维护元件HMI，诸如位于电子器件壳体200中对应地设置于其中的窗口后面的LCD-、OLED或TFT显示器以及对应的输入键盘和/或触摸屏。以有利的方式，例如可(再)编程的(相应地，可远程确定参数的)测量和操作电子器件ME此外可被设计成使得其能够在测量系统的操作期间经由数据传输系统(例如，总线系统，诸如，FOUNDATION FIELDBUS、PROFIBUS，和/或无线电)与其上级电子数据处理系统(例如，可编程逻辑控制器(PLC)、个人电脑或工作站)交换测量和/或其他操作数据，例如当前测量值、系统诊断值、系统状态报告，或用于控制侧向系统的设定值。

例如，可通过具有数字信号处理器(DSP)的至少一个微处理器和/或微型计算机来实现测量和操作电子器件的测量和评估电路μC。例如也在图1中示意性示出的，由此待执行的程序编码以及通过测量和操作电子器件实现的用于控制相应测量系统的操作参数(例如，用于控制算法的期望值)可例如被永久地存储在测量和操作电子器件ME的非易失性数据存储器EEPROM中，并且在其启动时被加载到易失性数据存储器RAM中，例如一体形成在微型计算机中的RAM。适用于这种应用的卫星处理器可从firm Texas Instruments Inc购得，一个实例为型号TMS320VC33。

此外，测量和操作电子器件ME可被设计成可例如经由上述现场总线系统从外部能量源供给。为了这个目的，测量和操作电子器件ME可例如具有用于提供内部电源电压U_N的内部能量源电路NRG。在操作期间，通过设置在上述数据处理系统中的外部能量源经由上述现场总线系统供给能量源电路NRG。在这种情况下，测量系统可例如实现为所谓的四导体装置，在这种情况下，测量装置电子器件ME的内部能量源电路可通过第一对线路与外部能量源连接，并且测量和操作电子器件ME的内部通信电路可通过第二对线路与外部数据处理电路或外部数据传输系统连接。此外，然而，测量和操作电子器件也可实现为(诸如尤其在上述的US-B 7,200,503,US-B 7,792,646中所示)通过两导体连接能与外部电子器件数据处理系统电连接，该两导体连接例如被配置为4-20mA电流回路，并且经由其供应有电能，并且测量值可被传输至数据处理系统，对于通常情况，其中测量系统提供用于联接至现场总线或其他电子通信系统，测量和操作电子器件ME(其例如也是现场可(再)编程的和/或经由通信系统)还可具有对应的通信界面COM，例如，符合相关工业标准(诸如IEC 61158/IEC61784)的一个通信界面，以用于数据通信，例如用于将测量和/或操作数据(由此，表示特定测量变量的测量值)发送至上述可编程逻辑控制器(PLC)或发送至上级处理控制系统，和/或用于接收测量系统的设定数据。换能器设备与测量和操作电子器件的电连接可通过对应的连接线路发生，该线路例如经由电缆馈通从电子器件壳体200行进到换能器壳体100中并且至少部分地在换能器壳体100内。在这种情况下，连接线路可至少部分地实施为由电绝缘体至少部分地包围的线缆，例如为双绞线、扁平带状电缆和/或同轴电缆的形式。可替换地或补充地，连接线缆也可至少部分地通过例如柔性的(相应地，部分刚性且部分柔性的)(在给定情况下，是涂漆的)导电迹线形成；相较于此的是上述US-A 2001/0037690或WO-A 96/07081。

测量系统的换能器设备——诸如图2示意性示出，相应地从图1和图2的组合显而易见——尤其用于在操作期间引导一部分体积的相应待测量流体FL1，相应地用于供流体流过，以及用于提供相应地待通过换能器设备记录的物理测量变量的不同测量信号，尤其即用于在换能器设备内的不同测量点处起支配作用的测量位置温度。换能器设备包括换能器壳体100以及其中所容纳的管10，该管具有由壁(例如，金属壁)包围的内腔10’，其中，管10以下述方式布置在由换能器壳体的壁(例如，金属壁和/或用作外保护壳的壁)包围的换能器壳体的腔体内：换能器壳体100的壁的面向腔体的内表面100+与管10的壁的外表面10#(即，管10的壁的面向腔体的外表面)之间形成有中间空间100’。特别地，管10适于在其内腔中以下述方式引导流体FL1(相应地，其一部分体积)：管的壁的面向内腔的内表面10+由在内腔中引导的流体FL1接触以形成第一类型的第一界面II11，即，流体与固相之间的界面，借此，管温度(即，管10的壁的温度)由瞬时位于内腔中的流体FL1的测量流体温度共同确定。

而且，换能器设备科实施为振动类型的测量换能器，例如应用在形成为科里奥利质量流测量装置、形成为密度测量装置和/或形成为粘度测量装置的电子振动测量系统中，相应地作为这种测量换能器的部件。因此，管在本发明的附加实施例中还适于供流体FL1流动通过，并且在此期间引起振动；例如，以管执行关于与其关联的静置位置的机械振荡的方式，这种振荡适于引起取决于质量流量m的流动流体科里奥利力和/或取决于粘度η的摩擦力和/或取决于密度ρ的惯性力。特别对于这种情况，根据本发明的额外实施例的换能器设备还装配有：振荡激励器41，其用于激励和维持至少一个管关于相关静置位置的机械振荡；以及至少一个振荡传感器51，其用于记录至少一个管的机械振荡并用于生成表示管的振荡运动的振动测量信号s1。对于这种情况，其中换能器设备实施为振动类型的测量换能器(相应地作为其部件)，在测量和操作电子器件ME中还设置有对应的驱动电路Exc，即，用于致动换能器设备且在给定情况下也与测量和评估电路μC电连接的驱动电路，该驱动电路Exc适于提供至少一个电驱动器信号e1给在给定情况下设置在换能器设备中的振荡激励器。最后，测量和操作电子器件对于这种情况也可实施为其使有关的电路结构对应于从上述现有技术中(US-B 6,311,136)已知的测量和操作电子器件中的一个，或者对应于申请人所出售的科里奥利质量流/密度测量装置的测量变送器，例如在名称“PROMASS 83F”下，相应地描述在http://www.de.endress.com/#product/83F。

本发明的换能器设备的管10可实现为至少部分笔直的且因此部分(中空)柱形的，例如即圆柱形的，和/或至少部分弯曲的，例如即弯曲成圆弧形状的形式。在这里所示的实施例的实例中，主要的(相应地完全的)笔直管(因此形成有该管的换能器设备)还适于被插入到引导流体的过程线路(例如，形成为刚性管线的过程线路)的进程中。特别地，换能器设备还适于与过程线路(例如，金属管线形式的过程线路)可释放地连接。为了这个目的，在换能器设备的入口侧上设置有第一连接凸缘13以用于将管连接至供应流体FL1的过程线路的线路区段，并且在换能器设备的出口侧上设置有第二连接凸缘以用于将管连接至排出流体的过程线路的线路区段。连接凸缘13、14在这种情况下(诸如在所讨论类型的换能器设备的情况下非常常用)也可终端一体地形成在换能器壳体100中，即，实施为换能器壳体的一体式部件。

在本发明的额外实施例中，还提供了，管壁至少部分地——例如，主要地或完全地——由比热导率λ10大于10W/(m·K)且比热容cp10小于1000J/(kg·K)的材料制成。如已经指出的，壁可例如由金属或金属合金(例如，即钛、锆或钽，相应地其对应合金，例如钢或镍基合金)。而且，提供了根据本发明的额外实施例的管壁具有大于0.5mm的壁厚s和/或大于0.5mm的内径。可替换地或补充地，管的尺寸被确定为其内径与壁厚比D/s小于25：1，内径与壁厚比D/s被定义为管的内径D与管壁的壁厚s的比。在本发明的额外实施例中，还提供了壁厚小于10mm和/或内径D小于200mm，相应地，管的尺寸被设定为内径与壁厚比D/s大于5：1。

为了记录换能器设备内起支配作用的测量位置温度以及为了将其转换成特定温度测量信号，本发明的换能器设备还包括——诸如图1和图2所示——温度传感器70。温度传感器70——也在图2所示——通过布置在中间空间100’内的第一温度检测器701且通过类似地布置在中间空间100’内的第二温度检测器702而形成，这两个温度检测器被定位成使得温度检测器701和温度检测器702——也在图3中所示——相对于管(相应地其笔直管区段)的纵轴线L彼此径向地间隔开。为了这个目的——诸如从图2和图3的结合中显而易见的——这两个温度检测器701、702也可定位成在与纵向轴线L垂直地延伸的同一管半径上彼此间隔开。为了在温度检测器701与管壁之间提供导热连接的目的，温度传感器还包括第一联接主体711，该第一联接主体将温度检测器701与管壁导热地联接。此外，温度检测器701和温度检测器702通过温度传感器的第二联接主体712彼此导热地联接。此外，每个温度检测器701、702可通过合适材料的同样良好导热的结合连接，例如，通过粘合连接或焊料或焊接连接，和/或通过嵌入相应的联接主体711或712中而与相应的相关联接主体711或712连接。

本发明的换能器设备的温度传感器适于将第一测量位置温度(即，通过温度检测器701形成的第一温度测量位置处的温度)转换成第一温度测量信号θ1，即，表示测量位置温度的第一电测量信号，以及将第二测量位置温度(即，通过温度检测器702形成的第二温度测量位置处的温度)转换成第二温度测量信号θ2，即，表示测量位置温度的第二电测量信号。两个温度检测器701、702中的每个可例如通过铂测量电阻、热敏电阻或热偶形成。因此，每个温度测量信号θ1、θ2例如可实施为使得其具有取决于相应测量位置温度的电信号电压和/或取决于测量位置温度的电信号电流。此外，根据本发明的额外实施例的测量和操作电子器件ME适于应用通过换能器设备生成的第一温度测量信号θ1以及通过换能器设备生成的第二温度测量信号θ2生成至少一个测量值X_x。

为了实现管壁与温度传感器70之间的机械固定和耐久的且良好导热的连接的目的，其根据本发明的额外实施例通过材料的结合，例如，即粘合，或通过锡焊、钎焊和焊接连接而与管10的壁的外表面10#连接。用于制造管10与温度传感器70之间的这种材料结合连接的可以是导热粘合剂，因此是例如基于环氧树脂或基于硅树脂，例如，即硅弹性体或单成分或双成分硅橡胶，诸如尤其由德国温达赫86949的德路工业粘合剂股份有限公司所出售的名为3699。应用于连接温度传感器70和管10的合成材料可用于实现使尽可能良好的导热性与金属氧化物颗粒混合的目的。而且，还能够以下述方式制造——部分地或完全地——由合成材料制造第一联接主体711：例如，位于温度检测器701与壁之间，相应地接触壁的外表面10#以及温度检测器701的单块塑料模制部分(在给定情况下为单片模制部分)用作第一联接主体711，相应地整个第一联接主体711由合成材料构成——例如应用在管10的壁上的一个或多个层中，并因此位于管壁与第一温度检测器701之间。与联接主体711相同，联接主体712可由合成材料或金属构成。而且，在这种情况下，两个联接主体711、712可通过对应地选择实际用于其相应制造的材料直接实施为使得第二联接主体712的材料的比热导率λ712小于第一联接主体711的材料的比热导率λ711，和/或第二联接主体712的材料的比热容cp712小于第一联接主体711的材料的比热容cp711。在本发明的另一实施例中，第二联接主体712至少部分地由合成材料制成，相应地通过对应地位于温度检测器701与温度检测器702之间的塑料体形成。此外，第二联接主体712可通过材料结合，例如，即粘合地或通过焊接、锡焊或钎焊连接而与温度检测器701连接。在本发明的一个额外的实施例中，第一联接主体712至少部分地(例如，主要地或完全地)由比热导率λ712小于10W/(m·K)和/或比热容cp712小于1000J/(kg·K)的材料，例如，即合成材料或塑料、陶瓷以及金属构成。

如图2和图3分别示意性地示出的，温度检测器701热联接至管，其中，第一联接主体711接触管壁的外表面10#以形成第二类型的第一界面II21，即，两个固相之间的界面，并且温度检测器702从更远处热联接至管，其中，第二联接主体712接触第一联接主体711以形成第二类型的第二界面II22。在这种情况下，两个界面II21,II22中的每个均具有与相应联接主体711和712的构造的特定形式相关的(由此由其预定的)相应表面积。因此——如图4中基于用于通过离散热电阻形成的电阻网络的等效电路的简化地所示——与第一温度测量位置导热地连接的第一热敏电阻R1(R1＝ΔT1/Q1)——这里，原则上由热传导确定——反抗由于在第二类型的界面II21与第一温度测量位置之间起支配作用的温差ΔT1而导致的、同样地总体上穿过界面II21并且进一步流动到第一温度测量位置上的热通量Q1，并且与第二温度测量位置导热地连接的第二热敏电阻R2(R2＝ΔT2/Q2)——这里，同样原则上由热传导确定——反抗由于在第二类型的界面II22(相应地在此形成的第一温度测量位置)与第二温度测量位置之间起支配作用的温差ΔT2而导致的、同样地总体上穿过界面II22并且进一步流动至第二温度测量位置的热通量Q2。

为了实现检测器701与管壁的尽可能良好的热联接，相应地另外实现温度检测器702与温度检测器701的尽可能良好的热联接，根据本发明的额外实施例的每个热敏电阻R1和R2、相应地每个温度传感器70的尺寸被设定为每个热敏电阻R1和R2均小于1000K/W。而且至少热敏电阻R1，相应地温度传感器70的尺寸也被设定为热敏电阻R1小于30K/W，特别是小于25K/W。此外，为了实现使温度传感器70——以及假定在图4所示的以等效电路图为基础的(静态)计算模型的情况下——仅具有相对较小的(因此可以忽略的)热惰性，相应地两个测量位置温度的每个均尽可能快速地遵循管温度的变化，或相反地，两个测量位置温度中的每个不取决于或至多以较小的程度取决于管温度的变化速率，即，管温度根据时间变化的速率，根据本发明的额外实施例还提供了将每个联接主体711和712构造成使得在各种情况下联接主体711和联接主体712两者具有小于2000J/K的热容C1和C2；这还以有利的方式使得第一联接主体712的热容C1和第二联接主体712的热容C2满足条件和/或至少联接主体711具有小于200J/(kg·K)，然而尽可能地，也小于100J/(kg·K)的比热容。由于通常期望用于所讨论类型的温度传感器的紧凑结构以及通常使用的、即良好导热的材料，所以以下述方式在温度传感器70的热电阻与热容之间还存在紧密关系：比热容——因此，也是上述的热容C1和C2——越低，则所选的特定热敏电阻越低。因此，通过以前述方式确定联接主体711和712的热敏电阻R1、R2的尺寸，由此可以同时实现温度传感器70在整体上具有相对于管温度相对较低的热惯性，相应地，两个测量位置温度中的每个——诸如期望的——可以快速遵循管温度的可能变化，相应地相反地，两个测量位置温度中的每个都不取决于或至多在仅以较小程度取决于管温度的变化率，即，管温度根据时间变化的速度。

形成在换能器壳体100的壁的内表面100+与管10的壁的外表面10#之间的中间空间100’还——诸如在所讨论类型的换能器设备的情况下非常普遍，诸如图2和图3表示，在不同情况下，通过点划线所示——填充有流体FL2，例如其具有小于1W/(m·K)的比热导率λF，以用于形成管10周围的流体体积。中间空间100’中的流体FL2(相应地，形成有该流体的流体体积)具有的流体温度，在下文中被称为管的环境温度在给定情况下，流体温度也是根据时间可变，并且其有时至少从测量流体温度偏离多于1K(开尔文)，特别是有时至少偏离多于5K。因此，根据本发明的额外实施例，换能器壳体和管适于以下述方式将流体FL2保持在中间空间100’中：管壁的面向中间空间100’的外表面10+接触中间空间中的流体FL2以形成第一类型的第二界面II12，因此，管热联接至形成于中间空间100’中的流体体积。用作流体FL2的可以是例如空气或惰性气体，诸如氮气或稀有气体，例如氦气。由此，温度传感器70的面向中间空间100’的外表面接触的流体FL2以形成第一类型的第三界面II13(流体与固相之间的界面)，温度传感器70以下述方式热联接至形成于中间空间100’中的流体体积——在图2和图3中示意性示出的：与第一温度测量位置导热地连接的第三热敏电阻R3(R3＝ΔT3/Q3)——这里，即通过热传导确定并且也通过在界面II13出现的热通量(对流)确定的第三热敏电阻——反抗由于在第一类型的界面II13与第一温度测量位置之间起支配作用的温差ΔT3而导致的热通量Q3，即，总体上从第一温度测量位置流动至界面II13、同样地总体上穿过界面II13的热通量Q3。热敏电阻R3的尺寸被有利地设定为使其小于20000K/W，特别是小于10000K/W。与热联接至管10相比，为了实现温度传感器70与形成于中间空间100’中的流体体积的较弱的热联接，尤其是为了实现用其记录的测量位置温度和尽可能免于管的环境温度的——在给定情况下，也是在空间上不同地——快速时间变化，相应地，温度传感器相对于管的环境温度具有比相对于管温度尽可能更大的热惯性，根据本发明的额外实施例的温度传感器70被实施为使得热敏电阻R3大于500K/W，特别地大于5000K/W。

一方面，为了能够尽可能简化地提早确定热敏电阻R3，然而另一方面也为了构建热敏电阻R3，使其在一批(相应地，一系列)所讨论类型的工业制造的换能器设备内的特定实例从换能器设备到换能器设备具有尽可能小地分散，因此换能器设备整体上是良好地可再生的，根据本发明的额外实施例的温度传感器70——在这种情况下，如图2和图3中用点划线示意性示出的——还包括第三联接主体713，该第三联接主体将其温度检测器702与形成于中间空间中的流体体积热联接，并且接触流体体积以形成第一类型的第三界面II13。根据本发明的其他实施例的联接主体713至少部分地(特别是，即主要地或完全地)由比热导率λ723大于中间空间中的流体FL2的比热导率λF和/或大于0.1W/(m·K)的、并且比热容cp723小于中间空间中的流体FL2的比热容cpF和/或小于2000J/(kg·K)的材料构成。以有利的方式，联接主体713的材料被选择为与中间空间中的流体匹配，使得其材料的比热导率λ723与中间空间中的流体FL2的热导率λF的比λ723/λF大于0.2，和/或其材料的比热容cp723与中间空间中的流体FL2的热容cpF的比cp723/cpF小于1.5)。联接主体713可——例如，完全地——通过施加在温度传感器70的第二温度检测器702上的合成材料，例如环氧树脂或硅树脂，例如也是与金属氧化物颗粒混合的合成材料形成。可替换地或补充地，在给定的情况下，联接主体713也可完全通过施加至温度检测器702的纺织带或带状物(例如，玻璃纤维纺织带或带状物)，相应地，通过施加至温度检测器702的片金属(例如，不锈钢的片金属带)形成。

一方面，为了给温度传感器70提供相对于管温度根据时间的变化尽可能小的热惯性，而另一方面为了实现温度传感器70与具有尽可能紧凑的结构的管壁尽可能良好的热联接，根据本发明的额外实施例的第一联接主体711至少部分地——例如，主要地或完全地——由比热导率λ711大于中间空间中的流体FL2的比热导率λF和/或大于1W/(m·K)的材料，例如，即导热粘合剂制成。以有利的方式，在这种情况下，联接主体711的材料还被选择为使得联接主体711的材料的比热导率λ711与中间空间中的流体FL2的热导率λF的比λ711/λF大于2，和/或联接主体711的材料的比热容cp711与中间空间中的流体FL2的热容cpF的比cp711/cpF小于1.5，特别是以比热容cp711小于中间空间中的流体的比热容cpF的方式。

由于一方面温度传感器70与管壁，以及另一方面与其周围的流体体积——具有或不具有联接主体713——的热联接，一方面通过管温度与管环境温度之间存在的温差相应地通过测量流体温度与管环境温度之间存在的温差另一方面然而在不同情况下通过上述热敏电阻R1、R2和R3的实际值(相应地，由于其导致的电阻比)，来确定每个测量位置温度在假定以图4所示的等效电路图为基础的计算模型，其中通过热敏电阻R2的热通量Q2对应于通过热敏电阻R1的热通量Q1并且通过热敏电阻R3的热通量Q3对应于通过热敏电阻R2的热通量Q2，因此，Q3＝Q2＝Q1的情况下，首先可以导出测量位置温度和测量位置温度分别在换能器设备内基本上固定的温度分布的情况下尤其近似满足以下条件中的一个：

相应地，根据这些条件，测量位置温度取决于测量流体温度以及测量流体温度相应地管环境温度而且，这还导致与由温度测量信号θ1,θ2表示的两个测量位置温度的温差对应的测量位置温差至少近似地与前述管温度与环境温度的温差ΔT‘成比例，根据图5中图像化示出的关系所示：

相应地，相反，管温度可根据以下关系从两个测量位置温度确定：

已知热敏电阻R1,R2,R3、相应地热敏电阻比R1/R2，由此，例如温差ΔT’、相应地管温度可基于两个测量位置温度相应地其测量位置温差ΔT12直接计算。

前述热敏电阻R1,R2和R3中的每个——诸如已经提及的——在不同情况下确定地且完全地由材料特性(诸如，比热导率λ)以及相应的联接主体(相应地，管壁)的尺寸(诸如，对于相应通过的热通量有效的相应联接主体的特定长度L_th以及对于热通量有效的相应联接主体的特定截面面积的表面积A_th，例如，由此界面II21的表面积)限定，和/或通过管10的壁、相应地中间空间100’中的流体FL2的对应材料特性限定，因此已经单独通过提早至少近似已知的且在较长操作时间框架上基本不可变的参数限定。由此，热敏电阻R1,R2,R3中的每个均可以通过这些参数(λ,A_th,L_th)，例如通过实验测量和/或通过计算，而提早足够精确地确定。例如，基于如下已知的关系：

$Rth=\frac{\mathrm{\&Delta;}T}{Q}=\frac{L_{eff}}{\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;A_{eff}}---\left(7\right)$

共同确定热敏电阻R1、相应地R2的热导电阻——即，表示与由于热导过程所产生的热通量有关的温度降的热导电阻——可被量化，例如即，以K/W(开尔文每瓦)的单位计算。在已知实际上用于制造温度传感器的材料的材料特性以及上述通过温度传感器形成的界面II13,II21的实际形状尺寸的前提下，相应地共同确定热敏电阻R1,R2,R3的用于上述热传递电阻的电阻值可被充分精确地确定，或被充分精确地提早确定。可替换地或补充地，例如也可通过在相应换能器设备上执行的校准测量来实验地确定分别对应于热敏电阻比R1/R2的热敏电阻R1,R2,R3。

而且考虑到由管10的壁表示并且引起界面II11(第一类型的第一界面)与界面II12(第一类型的第二界面)之间的温差ΔT10的额外热敏电阻，即——基于与图4相比对应地补充的等效电路图如图6所示的——反抗也在第一类型的界面II11与第一类型的界面II12之间的管壁内流动的热通量Q1的第四热敏电阻R4，测量位置温差ΔT12与存在于测量流体温度与管环境温度之间的温差ΔT”的关联性，相应地相反地，也测量位置温差ΔT12与存在于测量流体温度与管环境温度之间的温差ΔT”的关联性可用公式表示且在不同情况下以对应的公式的形式表达：

相应地

而且，由管壁表示的这种热敏电阻R4基本上可提早充分精确地量化，即基于管的材料特性，例如，其比热导率λ10，相应地及比热容cp10，以及其尺寸，特别是其壁厚s而计算，这例如基于从与图6所示的等效电路图对应的前述关系(7)的变化的一个公式：

$R4=\frac{\mathrm{\&Delta;}T10}{Q1}\&ap;\frac{L_{eff}}{\mathrm{\&lambda;}10\&CenterDot;A_{eff}}---\left(10\right)$

在这种情况下，调查还示出了，在将壁厚s用作有效长度L_eff(s→L_eff)的情况下，则基于关联的界面II21的面积的两倍、因此，基于对于热通量Q1有效的相应关联联接主体711的截面面积的面积A_th的两倍(2·A_th→A_eff)确定电阻值是用于对于热通量Q1有效的热敏电阻R4的热导分数的非常精确的估算，因此在整体上是用于相应的热敏电阻R4的良好近似方法。

由于每个上述热敏电阻R1,R2,R3,R4、相应地从其导出的每个电阻比均是可提早确定的，即可量化的，基于通过温度传感器70记录的测量位置温度相应地分别表示这些温度的温度测量信号θ1、θ2，因此——例如，即应用等式(6)——管温度和/或测量流体温度——例如，即应用等式9——可被计算或测量。

根据本发明的额外实施例的测量和操作电子器件ME因此还通过应用第一温度测量信号θ1和第二温度测量信号θ2两者来生成至少一个目标温度测量值X_Θ，即，表示特定目标温度的测量值，例如即管温度或测量流体温度；例如这是以测量和操作电子器件ME首先基于温度测量信号θ1确定表示测量位置温度的第一测量位置温度测量值X₁并且基于温度测量信号θ2确定表示测量位置温度的第二测量位置温度测量值X₂，并且之后通过应用测量位置温度测量值X₁以及测量位置温度测量值X₂两者计算目标温度测量值X_Θ的方式。可以根据取决于测量位置温度测量值X₁,X₂以及取决于存储在测量和操作电子器件ME中的提早确定的数值常量α,β的公式确定目标温度测量值的方式，根据下面的公式进行目标温度测量值的X_Θ计算：

X_Θ＝α·X_θ1+β·X_θ2 (11)

并且因此，目标温度测量值X_Θ表示通过常量α,β的大小或从其导出的大小比α/β确定的在设备基准点(poi)处的温度。在应用基于温度测量信号确定的仅两个测量位置温度测量值的情况下，包含在上述公式中的常量α,β以有利的方式被选择为使得其满足条件α+β＝1。在这种情况下，常量α,β可被定义为使得最终设定的设备基准点从第一温度传感器71和第二温度传感器72分开，特别地其位于管内；例如，这也使得由目标温度测量值表示的目标温度对应于测量流体温度或管温度管温度尤其用于上述情况，其中换能器设备MW被实施为特别关注的振动类型的测量换能器，这尤其归因于管壁的相应材料的弹性模量以及管的空间尺寸，因此由此限定的相应的管的振荡特性也可提及地取决于管温度例如——即应用等式(6)——设备基准点可定位在第二类型的界面II21处，因此(实际上)也定位在管10的壁中，相应地，测量和操作电子器件ME可对应地适于将目标温度测量值X_Θ确定或输出为用于管温度的测量值，其中，常量α,β选择为满足以下条件：

$\mathrm{\&alpha;}=1+\frac{R1}{R2}---\left(12\right)$

以及以下条件

$\mathrm{\&beta;}=-\frac{R1}{R2}---\left(13\right)$

和/或以下条件

β＝1-α (14)。

可替换地或补充地——即，通过应用等式(9)——然而设备基准点也可定位在第一类型的界面II11处，因此(实际上)定位在管10的内腔10’中、相应地在其中引导的流体FL1内，相应地，测量和操作电子器件ME可对应地适于将目标温度测量值X_Θ确定或输出为用于测量流体温度的测量值。考虑到由管壁提供的热敏电阻R4，这可通过选择常量α,β使其满足以下条件来以简化方式实现：

$\mathrm{\&alpha;}=1+\frac{R1+R4}{R2}---\left(15\right)$

以及

$\mathrm{\&beta;}=-\frac{R1+R4}{R2}---\left(16\right)$

由于图4所示的等效电路图与等式(5)和(6)的组合，还导致——为了能够实际上根据温差ΔT1,ΔT2、相应地测量位置温度解释管温度——由其导致的热敏电阻R1和R2的尺寸基本上必须被确定为使得温差ΔT1,ΔT2、相应地测量位置温度彼此不同，因此从其导出的测量位置温差ΔT12可提及地不为零，相应地对于温差ΔT1,ΔT2保持或必须保持以下关系：

考虑到并应用上述等式(1)和(2)，因此根据本发明的额外实施例的热敏电阻R1,R2,R3,R4的尺寸被确定为使其满足以下条件：

$\frac{R2}{R1}>0---\left(17\right)$

在这种情况下，为了能够以具有正号的温差ΔT’总是由同样的正瞬时测量位置温差ΔT12表示的方式消除温度传感器的温度检测器可能的测量不准确、或由制造容差引起的测量不确定或置信区间，上面讨论的根据本发明的额外实施例的热敏电阻R1,R2的尺寸还被确定为满足以下条件：

$\frac{R2}{R1}>0,1---\left(18\right)$

此外，为了实现管温度在测量位置温度的情况下的充分影响，相应地实现测量位置温度以与测量位置温度的情况类似的度量取决于管温度，热敏电阻R1,、R2的尺寸还以有利的方式被设定为满足以下条件：

$\frac{R2}{R1}<200---\left(19\right),$

特别是满足以下条件：

$\frac{R2}{R1}<100---\left(20\right).$

相反地，为了能够确保管环境温度对于测量位置温度以及测量位置温度的影响尽可能小，相应地测量位置温度以与测量位置温度的情况类似的较小度量取决于管环境温度，根据本发明的额外实施例的热敏电阻R1、R2的尺寸还被设定为满足以下条件：

$1<\frac{R3}{R1+R2}---\left(21\right),$

特别是满足以下条件：

$1<\frac{R3}{R1}---\left(22\right).$

Claims (30)

1.一种换能器设备，包括：

-换能器壳体(100)，所述换能器壳体具有由壁，特别是金属壁，包住的腔体；

-管(10)，所述管具有由壁，特别是金属壁，包围的内腔(10’)，

--其中，所述管以在所述换能器壳体的壁的面向所述腔体的内表面(100+)与所述管的壁的面向所述腔体的外表面(10#)之间形成有中间空间(100’)的方式布置在所述换能器壳体的腔体内，并且

--其中，所述管适于以所述管的壁的面向所述内腔的内表面(10+)接触在所述内腔中引导的流体以便形成第一类型的第一界面(II11)，即流体与固相之间的界面的方式，在所述管的内腔中引导流体(FL1)，特别是至少有时流动的流体，特别是气体、液体或可流动分散物；

-以及，温度传感器(70)，所述温度传感器通过下述形成：

--布置在所述中间空间(100’)内的第一温度检测器(701)，特别是通过铂测量电阻器、热敏电阻或热电偶形成的第一温度检测器，

--将所述第一温度检测器(701)与所述管的壁导热地联接的第一联接主体(711)，

--与所述第一温度传感器(701)间隔开的且布置在所述中间空间内的第二温度传感器(702)，特别是通过铂测量电阻器、热敏电阻或热电偶形成的第二温度检测器，

--以及，将所述第二温度检测器(702)与所述第一温度检测器(701)导热地联接的第二联接主体(712)，

--其中，所述温度传感器适于记录第一测量温度即通过所述第一温度检测器形成的第一温度测量位置处的温度，并且适于将所述第一测量温度转换成第一温度信号(θ1)，即，表示所述第一测量温度的第一电测量信号，特别是具有取决于所述第一测量温度的电信号电压和/或取决于第一测量温度的电信号电流的第一电测量信号，

--并且其中，所述温度传感器适于记录第二测量温度即，通过所述第二温度检测器形成的第二温度测量位置处的温度，并且适于将所述第二测量温度转换成第二温度测量信号，即，表示所述第二测量温度的第二电信号(θ2)，特别是具有取决于所述第二测量温度的电信号电压和/或取决于所述第二测量温度的电信号电流的第二电测量信号；

-其中，所述换能器壳体和所述管适于将流体(FL2)，特别是具有小于1W/(m·K)的比热导率的流体，特别是气体或惰性气体，保持在中间空间(100’)中，以便以所述管(10)的壁的面向所述中间空间的外表面(10+)接触保持在所述中间空间(100’)中的流体(FL2)，从而形成第一类型的第二界面(II12)的方式形成包围所述管的流体体积；

-其中，以下述方式，所述温度传感器(70)接触所述管的壁的外表面(10#)以形成第二类型的第一界面(II21)，即，两个固相之间的界面，并且所述温度传感器(70)接触所述管周围的流体体积以形成第一类型的第三界面(II13)：

--第一热敏电阻R1反抗由在所述第二类型的第一界面(II21)与所述第一温度测量位置之间起支配作用的温差ΔT1引起的且总体上穿过界面(II21)并进一步流动至所述第一温度测量位置的热通量Q1，

--第二热敏电阻R2反抗由在所述第一温度测量位置与所述第二温度测量位置之间起支配作用的温差ΔT2引起的且总体上从所述第一温度测量位置流动至所述第二温度测量位置的热通量Q2，

-并且第三热敏电阻R3反抗由在所述第二温度测量位置与所述第一类型的第三界面(II13)之间起支配作用的温差ΔT3引起的且总体上从所述第二温度测量位置流动至界面(II13)且同样总体上穿过界面(II13)的热通量Q3。

2.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述第一热敏电阻R1和所述第二热敏电阻R2满足以下条件：

$0.1<\frac{R2}{R1}<200.$

3.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述第一热敏电阻R1、所述第二热敏电阻R2和所述第三热敏电阻R3满足以下条件：

$\frac{R3}{R1+R2}>1.$

4.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述第一热敏电阻R1和所述第三热敏电阻R3满足以下条件：

$\frac{R3}{R1}>1.$

5.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，

-其中，所述第一热敏电阻R1小于1000K/W，并且

-其中，所述第二热敏电阻R2小于1000K/W。

6.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述第一热敏电阻R1小于30K/W，特别是小于25K/W。

7.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述第一联接主体(711)至少部分地，特别是主要地或完全地，由比热导率λ711大于所述中间空间中的流体(FL2)的比热导率λF和/或大于1W/(m·K)的、且比热容cp711小于所述中间空间中的流体的比热容cpF和/或小于2000J/(kg·K)的材料构成，特别是由导热粘合剂构成，特别是以所述材料的比热导率λ711与所述中间空间中的流体的比热导率λF的比λ711/λF大于2和/或所述材料的比热容cp711与所述中间空间中的流体(FL2)的比热容cpF的比cp711/cpF小于0.9的方式。

8.根据权利要求7所述的换能器设备，其中，所述第二联接主体(712)至少部分地，特别是主要地或完全地，由比热导率λ712小于所述第一联接主体(711)的材料的比热导率λ711和/或小于10W/(m·K)的、和/或比热容cp712小于所述第一联接主体的材料的比热容cp711和/或小于1000J/(kg·K)的材料构成，特别是由合成材料、陶瓷、相应地金属构成。

9.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述第三热敏电阻R3的电阻值大于500K/W，特别是大于5000K/W，和/或小于20000K/W，特别是10000K/W。

10.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述温度传感器通过所述第一联接主体接触所述管的壁的外表面(10#)以形成第二类型的第一界面(II21)，即，两个固相之间的界面。

11.根据前述权利要求中的一项所述的换能器，其中，所述温度传感器通过第三联接主体(713)而形成，所述第三联接主体将所述第二温度检测器与形成在所述中间空间中的流体体积热联接并接触所述流体体积以形成所述第一类型的第三界面(II13)。

12.根据权利要求11所述的换能器设备，其中，所述第三联接主体，特别是排他地，通过应用在所述第二温度检测器上的合成材料，特别是环氧树脂或硅树脂形成，特别是通过与金属氧化物颗粒混合的合成材料形成。

13.根据权利要求11至12中的一项所述的换能器设备，其中，所述第三联接主体，特别是排他地，通过施加在所述第二温度检测器上的编织带或带状物形成，特别是通过玻璃纤维编织带或带状物形成。

14.根据权利要求11至13中的一项所述的换能器设备，其中，所述第三联接主体，特别是排他地，通过施加在所述第二温度检测器上的片金属形成，特别是通过不锈钢的片金属带形成。

15.根据权利要求11至14中的一项所述的换能器设备，其中，所述第三联接主体至少部分地，特别是主要地或完全地，由比热导率λ713大于所述中间空间中的流体的比热导率λF和/或大于1W/(m·K)的、且比热容cp713小于所述中间空间中的流体的比热容cpF和/或小于2000J/(kg·K)的材料构成，特别是以材料的比热导率λ713与所述中间空间中的流体的热导率λF的比λ713/λF大于2和/或材料的比热容cp713与所述中间空间中的流体的热容cpF的比cp713/cpF小于0.9的方式。

16.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，

-其中，所述第一联接主体的热容C1小于200J/K，特别是小于100J/K，并且

-其中，所述第二联接主体的热容C2小于200J/K，特别是小于100J/K，特别是以所述第一联接主体的热容C1和所述第二联接主体的第二热容C2满足以下条件的方式：

$\frac{1}{10}<\frac{C1}{C2}<1.$

17.根据前一权利要求所述的换能器设备，其中，所述第一联接主体的热容C1和所述第二联接主体的第二热容C2满足以下条件：

$\frac{1}{10}<\frac{C1}{C2}<1$

特别是满足以下条件：

$0.2<\frac{C1}{C2}<\mathrm{0.9.}$

18.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，

-其中，所述管的壁的壁厚s大于0.5mm和/或小于10mm，和/或

-其中，所述管的内径D大于0.5mm和/或小于200mm；和/或

-其中，所述管的尺寸被设定为其内径与壁厚比D/s小于25：1和/或大于5：1，所述内径与壁厚比被定义为所述管的内径D与所述管的壁的壁厚s的比。

19.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述温度传感器(70)，特别是通过导热粘合剂，由此特别是粘合地，与所述管的壁的外表面(10#)连接，以通过材料的结合而形成所述第一联接主体。

20.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述第一联接主体，特别是排他地，通过位于所述管的壁与所述第一温度检测器之间的合成材料，特别是环氧树脂或硅树脂形成，特别是通过接触所述壁的外表面(10#)和所述第一温度检测器这两者和/或包含金属氧化物颗粒的合成材料形成。

21.根据前一权利要求所述的换能器设备，其中，所述合成材料是硅橡胶，特别是单成分或双成分硅橡胶，特别是德国温达赫86949的德路工业粘合剂股份有限公司的DELO-3699。

22.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，

-其中，所述管至少部分地，特别是主要地，为笔直的，特别是圆柱形笔直的；和/或其中，所述管是至少部分弯曲的，特别是具有圆弧形状；和/或

-其中，所述管的壁至少部分地，特别是主要地或完全地，由比热导率λ10大于10W/(m·K)且比热容cp1小于1000J/(kg·K)的材料，特别是金属或合金构成；和/或

-其中，所述管的壁由金属、相应地合金，特别是钢、钛、锆、钽构成；和/或

-其中，所述管适于执行关于相关静置位置的机械振荡。

23.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，其中，所述管还适于供流体流动通过并且在该过程中引起振动，特别是以所述管执行关于与其相关的静置位置的、适于引起取决于质量流量m的流动流体科里奥利力的机械振荡的方式，和/或以所述管执行关于与其相关的静置位置的、适于引起取决于粘度η的流体摩擦力的机械振荡的方式，和/或以所述管执行关于与其相关的静置位置的、适于引起取决于密度ρ的流体惯性力的机械振荡的方式。

24.根据前述权利要求中的一项所述的换能器设备，还包括：

-振荡激励器(E)，用于激励和保持至少一个管的关于相关静置位置的机械振荡，以及

-振荡传感器(S1)，用于记录所述至少一个管的机械振荡。

25.一种用于测量流动流体，特别是气体、液体或可流动分散物，的至少一个测量变量，特别是温度、密度和/或粘度，的测量系统，所述测量系统包括：

-根据权利要求1至24中的一项所述的换能器设备，用于引导所述流体；以及

-测量和操作电子器件(ME)，特别是通过微处理器而形成的测量和操作电子器件。

26.根据权利要求25所述的测量系统，具有根据权利要求24所述的换能器设备，

--其中，所述测量和操作电子器件适于生成驱动所述振荡激励器(E)的激励器信号(e)以用于激励所述管的机械振荡，并且

--其中，所述振荡激励器通过所述激励器信号而适于激励、相应地保持所述管的机械振荡。

27.根据前一权利要求所述的测量系统，

-其中，所述振荡传感器(S1)适于发送表示所述至少一个管的振荡的振荡信号(s1)，并且

-其中，所述测量和操作电子器件(ME)适于使用所述第一温度测量信号和所述第二温度测量信号两者以及所述振荡信号生成所述流体的密度测量值，即，表示所述流体的密度ρ的测量值。

28.根据权利要求25至27中的一项所述的测量系统，其中，所述测量和操作电子器件(ME)适于使用通过所述换能器设备生成的所述第一温度信号(θ1)和通过所述换能器设备生成的所述第二温度信号(θ2)这两者生成表示至少一个测量变量x的测量值。

29.根据权利要求25至28所述的测量系统，其中，所述测量和操作电子器件(ME)适于使用所述第一温度测量信号(θ1)和所述第二温度测量信号(θ2)两者生成至少一个温度测量值(X_Θ)，所述温度测量值表示目标温度，即，在对于所述测量系统预定的且固定在所述换能器设备内的设备基准点(poi)，特别是与所述第一温度传感器以及与所述第二温度传感器两者分开的和/或位于所述管内的设备基准点处的温度。

30.根据前一权利要求所述的测量系统，其中，所述设备基准点(poi)位于所述换能器设备内，特别是位于所述管的壁中或所述管的内腔中，特别是以所述温度测量值(X_Θ)表示管温度，即所述管的壁的温度的方式，相应地以所述温度测量值(X_Θ)表示测量流体温度，即在所述内腔内引导的流体的温度的方式。