CN108027287B - 用于校准位于自动化技术过程中的温度传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于校准位于自动化技术过程中的温度传感器(1)的方法，其中所述校准方法包括如下方法步骤：指定或确定在所述自动化技术过程中经历的温度测量范围(ΔT)；指定或确定在所述温度测量范围(ΔT)中出现的参考温度(Tref)；利用所述温度传感器(1)测定温度测量值(T)；检测温度测量值(T)在指定的时间跨度(Δt)期间是否在所述温度测量范围(ΔT)内至少大致恒定；把所述温度测量范围(ΔT)内的所述至少大致恒定的温度测量值(T)校正到所述参考温度(Tref)。

Description

用于校准位于自动化技术过程中的温度传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于校准位于自动化技术过程中的温度传感器的方法。过程中的校准也被称作就地校准。此外，本发明涉及一种适于执行所述校准方法的温度测量设备。
背景技术
温度传感器用于多样化应用中的自动化技术中。申请人生产和销售大量不同的温度传感器。通常，温度传感器被固定在容器壁(管、或管道、壁、罐壁)上，以此方式使得温度传感器的温度敏感部件与位于过程中的介质热接触，所述介质的温度将被测定或监测。
针对稳定且可靠的温度测量的一个基本问题是温度传感器的漂移(drift)。这种漂移意味着温度传感器必须在特定的时间段被校准。在此类情况下，校准之间的时间间隔在很大程度上取决于温度传感器的特定实施例以及在过程中温度传感器的使用位置处维持的条件。
为了校准的目的，通常必须拆卸温度传感器并使其与限定温度的合适校准介质(例如，冰水)接触。如果在校准介质中测量的温度传感器的温度值偏离校准介质的已知参考温度，则将测量的温度值校正为参考温度。温度传感器的拆卸带来问题，因为它经常会中断所需的过程，而且工厂停工通常与工厂操作员的成本相关。另外，在拆卸的情况下，温度传感器与容器壁之间的密封连接被打开，并且随后必须被重新创建。
从专利EP 1247268 B2已知具有许多集成温度传感器的就地校准。作为主温度传感器的补充，安装在测量插件中的是一个或多个参考温度传感器。参考温度传感器在构建和所利用的材料方面与主温度传感器有所不同。除了在已知解决方案的情况下必须应用多个温度传感器的事实，在参考温度传感器的情况下，可能发生老化效应和特性线漂移，这些与主温度传感器产生了偏离。因此，根据实施例，与作为参考温度传感器的主Pt100电阻传感器并联使用的是半导体温度传感器，所谓的NTC/PTC电阻器。为了使温度测量在已知解决方案的情况下可靠地工作，必须非常精确地知道参考温度传感器的特性线和老化特性；然而，至少参考温度传感器的特性线变化必须低于要监测的主温度传感器的情况。
从DE 10 2010 040 039A1已知具有参考元件的温度传感器。所述参考元件部分由铁电材料构成。铁电材料在特定的限定温度值(居里温度)下经历相位变换。由于相位变换，导电率突然地改变。如果已知的温度传感器在发生相位变换的温度范围内工作，则可以检测到这一点，并且在偏差的情况下将所测量的温度值校准(即校正)到特定的限定温度。从前面的描述中可以看出，已知的就地校准解决方案仅对专门制造的温度传感器起作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现就地校准任何常规温度传感器的方法。
通过包括如下方法步骤的校准方法来实现所述目的：
指定或确定在自动化技术过程中经历的温度测量范围；
指定或确定在温度测量范围中出现的参考温度；
利用温度传感器测定温度测量值；
在预定时间跨度期间检测温度测量值在温度测量范围内是否至少大致恒定；
把所述温度测量范围内的至少大致恒定的温度测量值校正到参考温度。
因此，本发明的解决方案能够通过规定仅几个参数来进行可靠的就地校准。这些最简单的变量是：
-温度范围，其出现在自动化技术的相关过程中；
-该温度范围内的参考温度；
-持续时间，在此之后可以确信温度传感器在温度范围内至少大致实现了平衡状态。
上述规定越准确，温度传感器测量的时间稳定精确度越可靠。规定来自工厂经历的过程，并通过温度传感器的控制/评估单元的输入单元进行传输。或者，所需的参数还可以至少部分从温度传感器来确定。为此，绘制温度测量值并搜索周期的变化。优选地，此确定阶段在所述过程中安装校准的温度测量设备之后发生。
当然，特别有利的是，当自动化技术的过程中反复通过指定的或确定的温度测量范围时。在几乎所有在自动化技术中执行的过程中，温度保持在几乎恒定值的时间通常是任何过程的一部分。以下是在过程自动化技术中发挥重要作用的几个示例。当然，本发明的解决方案并不限于这些提及的过程：
-由于卫生原因，工厂的反复灭菌过程(也称为SIP过程-现场灭菌)在食品工业中尤其不可或缺。法律规范控制着在必须发生灭菌的情况下的温度以及工厂必须进行灭菌的时间跨度两者。
-反复清洁过程(CIP过程-现场清洁)，在此过程中，限定温度的清洁剂流过工厂。
-反复关闭工厂，例如在工作结束之后，其中参考温度例如是空调房间空气的温度。
-工厂中的反复加热和冷却循环等。
适于执行本发明的校准方法的本发明的温度测量设备由温度传感器和控制/评估单元构成。温度传感器的温度敏感元件可以是导线形式的电阻传感器(例如铂)、薄膜传感器、厚膜传感器或导线绕组。同样地，温度传感器的温度敏感元件可以是热电偶。通常，将上述温度敏感元件嵌入灌封化合物或粉末中并固定在测量管中。此组合通常被称作测量插件。取决于温度传感器的使用位置，这些测量插件被布置在金属的保护管中并通过绝缘层与其绝缘。
控制/评估单元被实施以监测当前的温度测量值，并且实际上至少监测温度传感器的温度测量值何时处于规定的温度测量范围内并且对于预定的时间跨度至少大致恒定。如果当前测量的温度值或测量的温度值的平均值在预定时间跨度期间处于规定参考温度的公差范围之外，则发生对参考温度的校正，并且就地校准温度传感器。
附图说明
现将基于附图来更详细地解释本发明，附图如下示出：
图1位于过程中的本发明可就地校准温度测量装置的示意性表示，
图2自动化技术过程中作为时间的函数的温度的示意性表示，以及
图3描述本发明的方法的有利实施例的流程图。
具体实施方式
图1是位于过程中的本发明的可就地校准温度测量装置1的示意性表示。在所示出的情况下，温度测量装置1测定介质5的温度T，所述介质在箭头的方向上流过管线4。温度测量装置1由温度传感器2(具有温度敏感元件)和控制/评估单元3构成。在温度传感器2与介质5热接触的同时，控制/评估单元3被布置成从管线4移除并因此从实际过程中移除。介质5是任何流体介质。温度敏感元件和对应的温度传感器2的示例已在上文非排他地提及。大量的温度测量装置1由申请人生产和销售以在多样化的自动化技术应用中使用。大体来说，已知的温度传感器2与本发明相关地被称为常规温度传感器。本发明的就地校准方法适于所有的常规温度传感器2。
图2示意性地示出流过图1中所示的管线4的介质5的温度曲线。现有技术中最为人所知的是在自动化技术中应用温度传感器2的大量其他应用。在所有应用中，在必须提供关于温度T的信息的情况下，温度测量装置1的测量精确度当然也起着重要的作用。为了补偿与温度传感器2的老化或过程相关的漂移并且由此提供更高的测量精确度，本发明的方法优选地应用于反复的周期中。
图3示出了流程，其示出本发明的就地校准方法的有利实施例。在程序于点10处开始之后，在程序点20，指定以下参数或变量：
-温度测量范围ΔT，其与特定过程相关并且优选在自动化技术过程中反复地经历；
-参考温度Tref，其出现在温度测量范围ΔT中并且在给定情况下温度将被校正到该参考温度；
-时间跨度Δt，在此期间温度测量范围ΔT中的温度T应至少大致恒定。
在程序点30处，测定过程中的温度测量值T。在点40处，检查并检测温度测量范围ΔT中的温度测量值T在指定的时间跨度Δt期间是否至少大致恒定。如果满足此条件，则在程序点50处将温度测量值T校正为指定的参考温度Tref。如果此条件没有满足，则程序跳到返回程序点30的循环中。经历循环直到满足条件为止，并且在程序点50处执行校准。所述程序在程序点60处结束。
如上文所指示，参数、温度测量范围ΔT、时间跨度Δt以及参考温度Tref也可以从特定过程中确定。为此，在安装(预先校准的)温度传感器2或(预先校准的)温度测量装置1之后，在一定时间范围内确定温度T，其中多个循环重复的可能的时间长度Δt应该落在时间范围内。例如，三个参数的值通过循环重复时间长度Δt的平均来确定。

Claims (10)

1.一种用于校准位于自动化技术过程中的温度传感器(2)的方法，其中所述校准方法包括如下方法步骤：
通过在所述过程中安装所述温度传感器(2)之后针对所述过程的至少一个循环测量所述过程的温度，从要被校准的所述温度传感器(2)确定用于在所述过程期间校准所述温度传感器(2)的至少一个变量，其中所述变量为温度测量范围(ΔT)、参考温度(Tref)和时间跨度(Δt)；
指定在反复的所述自动化技术过程中经历的所述温度测量范围(ΔT)；
指定在所述温度测量范围(ΔT)中出现的所述参考温度(Tref)；
指定所述时间跨度(Δt)，在所述时间跨度(Δt)期间温度测量值(T)在所述温度测量范围(ΔT)内至少大致恒定；
利用所述温度传感器(2)测定温度测量值(T)；
检测温度测量值(T)在所指定的时间跨度(Δt)期间是否在所述温度测量范围(ΔT)内至少大致恒定；
把所述温度测量范围(ΔT)内的所述至少大致恒定的温度测量值(T)校正到所述参考温度(Tref)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述自动化技术过程中的所述温度传感器(2)经受反复的灭菌或清洁过程，其中在限定的参考温度(Tref)下执行所述灭菌或清洁过程。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中所述自动化技术过程反复地被中断，其中在中断的持续时间期间，在所述温度传感器(2)附近存在指定的参考温度(Tref)。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，
其中所述温度传感器(2)的所述校准方法可以被启用或停用。
5.一种包括温度传感器(2)和控制/评估单元(3)的温度测量设备，用于执行根据权利要求1至4中的任一项所述的方法。
6.根据权利要求5所述的温度测量设备，
其中所述温度传感器(2)是铂电阻器，其通过灌封化合物或粉末固定在测量管中。
7.根据权利要求5所述的温度测量设备，
其中所述温度传感器(2)是薄膜传感器、厚膜传感器或绕线温度传感器，其通过灌封化合物或粉末固定在测量管中。
8.根据权利要求5所述的温度测量设备，
其中所述温度传感器(2)是热电偶，其通过灌封化合物或粉末固定在测量管中。
9.根据权利要求5所述的温度测量设备，
其中所述温度传感器具有包围保护管。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的温度测量设备，其中当所述温度传感器(2)的温度测量值(T)落在温度测量范围(ΔT)内且对指定的时间跨度(Δt)至少大致恒定时，所述控制/评估单元(3)执行当前温度测量值(T)到所述参考温度(Tref)的校正。
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