CN109073474A - 温度确定装置及其校准和确定介质温度的方法 - Google Patents

温度确定装置及其校准和确定介质温度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定介质温度(9)(TMED)的温度确定装置(19)，包括布置在表面(1)的周围环境(6)中用于测量周围环境温度(8)(TU)的周围环境温度传感器(7)，以及用于测量介于介质温度(9)(TMED)和周围环境温度(8)(TU)之间的混合温度(3)(TM)的位于介质周围的表面(1)上的表面温度传感器(4)，以及具有被电子存储在计算单元(10)上的近似公式(16)的计算单元(10)，其中近似公式(16)提供介质温度近似(11)(TMEDN)并且被存储作为混合温度(3)(TM)和两个因子乘积的和，从混合温度(3)(TM)和周围环境温度(8)(TU)的差异得到第一因子，以及由被除数与商的比率得到第二因子，在此，被除数来自校准介质温度(13)(TMEDKAL)和校准混合温度(15)(TMKAL)之间的差异，以及除数来自校准混合温度(15)(TMKAL)和校准周围环境温度(14)(TUKAL)之间的差异。本发明还涉及一种用于校准(12)温度确定装置(1)的方法和一种用于确定介质温度(9)(TMDE)的方法。

Description

温度确定装置及其校准和确定介质温度的方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过包围介质的表面的温度来确定介质温度的温度确定装置，包括布置在表面的周围环境中用于测量周围环境温度的周围环境温度传感器，以及用于测量介于介质温度和周围环境温度之间的混合温度的位于表面上的表面温度传感器。本发明还涉及一种用于校准温度确定装置的方法和一种用于确定介质温度的方法。
背景技术
本发明的应用领域延伸到温度确定装置，其中表面温度传感器位于表面上，以确定位于下面或后面的介质的温度。
理想情况下，这种传感器获取由表面包围的介质的温度。如果温度传感器例如被构造为热电偶，那么可以通过测量热电压而推断出传感器的温度并且由此推断出介质的温度，只要这两者都处于热平衡，即具有相同的温度。
从众所周知的现有技术中已知的过程方式的不利之处是，表面温度传感器不仅与表面热交互，而且与其周围环境(例如周围空气)热交互。因此在实践中，表面温度传感器不测量介质的温度，也不测量表面的温度，而是测量介质的温度和周围环境温度之间的混合温度。
从DD 87677 B1中已知温度确定装置，用于确定液态和粘性物质的温度，其除了埋入介质中的棒状的温度感测器的尖部中的传感器外还包括在感测器的杆中的第二传感器。该装置具有计算单元，计算单元具有用于计算介质温度近似的被电子存储在其上的近似公式，其中近似公式作为混合温度和两个因子乘积的和，从混合温度和周围环境温度的差异得到一个因子，以及第二因子表示校准因子。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过包围介质的壳壁对介质温度进行非侵入式测量的方法、一种温度确定装置以及一种用于校准和运行温度确定装置的方法，其中尽可能简单避免通过周围环境温度的影响所引起的系统测量误差。
在根据权利要求1的温度确定装置的基础上实现该目的。在权利要求3和5中给出与本发明相关的方法。分别在从属权利要求中给出了本发明的有利的构造方案。
本发明包括的技术教导是，除了表面温度传感器之外，温度确定装置还包括周围环境温度传感器，周围环境温度传感器测量包围表面的介质，例如空气，的周围环境温度，
其中，设置了计算单元，计算单元具有被电子存储在其上的近似公式，其中该近似公式提供了介质温度的近似值，并且存储为通过表面温度传感器所测量的混合温度与两个因子乘积的和，其中，第一因子是混合温度和周围环境温度之间的差异，并且第二因子是被除数与商的比率，其中所述被除数是从先前存储的校准介质温度与同样先前存储的校准混合温度的差异得到的，并且所述除数是从所述校准混合温度与先前存储的校准周围环境温度的差异得到的。
该技术解决方案的核心思想是基于表面温度传感器所测量和提供的混合温度对应于通过周围环境温度歪曲的介质温度。在第一近似中，例如基于泰勒展开的第一阶，通过周围环境温度造成的实际介质温度的歪曲或偏差是线性的。根据本发明，表征该线性关系的温度状况存储在计算单元上，温度状况由三个彼此热连接的温度组成，其以校准混合温度、校准周围环境温度和校准介质温度为形式。
这些温度可以例如在校准过程期间记录，或者借助于已知的工艺参数和/或已知的材料特性通过数值模拟计算。周围环境温度对表面温度传感器的混合温度的影响在此还取决于表面传感器的壳体的存在和形状以及例如热容量以及包围介质的表面(材料、壁厚等)和介质本身的构造方案。
根据本发明的所设置的电子存储的近似公式被构造成使得满足以下基本标准：
第一标准规定，当混合温度与周围环境温度相对应时，待计算的介质温度近似值与测得的周围环境温度准确对应。不同地，如果介质温度偏离周围环境温度，则作为混合温度形成这两个温度之间的值，而不是与周围环境温度精确对应的温度。
第二标准规定，当同时所测量的混合温度精确对应于校准混合温度并且所测量的周围环境温度精确对应于校准周围环境温度时，待计算的介质温度近似也准确对应于校准介质温度。这根据近似公式的定义通过在这种情况中使得方程的所有部分都缩短或减小直到校准介质温度来求解。
作为后者的标准，该方程是线性构造的，因此描述了混合温度与介质温度的偏差以及混合温度和周围环境温度之间的差异之间的线性关系。在此有利的是对热相对复杂的系统进行特别简单的建模，该建模实际上借助于测量的混合温度和周围环境温度提供了关于介质温度的非常准确的预测。表征线性方程的比例因子取决于在此所使用的材料的热特性和其合并的类型，并且可以例如通过校准来确定，或者在充分已知特性的情况下通过模拟来确定。
因此，这个近似公式也用于在两个已知状态之间进行线性插值或在它们之外线性外推，其中，第一状态是其中该混合温度位于周围环境温度和校准混合温度之间的状态，并且第二状态是其中该混合温度小于周围环境温度或大于校准混合温度的状态。
本发明的一个优选实施方式规定，近似公式被存储为TMEDN＝TM+(TM-TU)*((TOKAL-TMKAL)/(TMKAL-TUKAL))，其中介质温度近似TMEDN，混合温度TM，周围环境温度TU，校准介质温度TMEDKAL，校准混合温度TMKAL和校准周围环境温度TUKAL。上述三个标准分别通过该方程满足。
根据涉及本发明的方法，介质的温度由以下方式确定：该介质温度和周围环境温度之间的混合温度被测量，并且另外，周围环境温度被测量，并且接下来用于介质温度的近似值被计算，其中用于计算近似值的近似公式基于先前描述的线性关系，并且是周围环境温度传感器的校准周围环境温度、校准介质温度，以及表面传感器的校准混合温度的基础。有利地，在此如上所述来存储近似公式。
为了校准温度确定装置，根据本发明提出一种方法，其中在介质温度与周围环境温度不同的校准情况下，校准混合温度由表面传感器记录。然后该校准混合温度的量取决于表面传感器的壳体的存在、形状和例如热容量以及其它热相关方面。在另外的两个步骤中，校准混合温度和校准周围环境温度被记录，并且还通过提供与周围环境温度无关的，即未被歪曲的，值的测量仪精确地测量校准介质温度。通过了解校准混合温度、校准周围环境温度和校准介质温度，存储如上所述被定义的近似公式。
在本发明的一个优选实施方式中，校准介质温度是无接触地并且特别是借助于红外线温度计在对包围介质的表面的周围环境具有热隔离的情况下被测量的。由此尤其可以在不受周围环境温度影响的情况下检测介质温度。
附图说明
下面将结合本发明的优选实施例的描述借助于附图更详细地描述改进本发明的其它措施。图示：
图1示出了根据本发明的温度确定装置的示意图，
图2示出了根据本发明的用于校准和运行温度确定装置的示意图，
图3示出了所测量的温度和所计算的温度的图形表示。
具体实施方式
根据图1，根据本发明的温度确定装置19包括安装在管2的表面1上、具有混合温度3的表面温度传感器4，该表面温度传感器由壳体5包围。壳体5又在其周围环境6中被空气包围。在壳体5的附近布置有周围环境温度传感器7，该周围环境温度传感器测量布置在那里的空气的周围环境温度8。介质温度9和表面1的温度高于周围空气的周围环境温度8。由此得到了布置在壳体5中的表面温度传感器4的混合温度3，混合温度位于介质温度9和周围环境温度8之间。
计算单元10与表面温度传感器4和周围环境温度传感器7连接，并且计算介质温度近似11，介质温度近似与周围环境温度8和所测量的混合温度3的差异线性相关。比例因子在此取决于校准值，校准值先前例如通过校准12或通过数值模拟来限定。
根据图2，温度确定装置的校准12通过以下方式被执行一次，即，校准介质温度13通过未示出的红外线温度计被记录，校准周围环境温度14通过周围环境温度传感器7被记录，并且校准混合温度15通过介质温度传感器4被记录，并且被电子存储在计算单元10中，并且被用于限定近似公式16。
接着在能够被任意频繁地重复的步骤中，在测量步骤17中测量周围环境温度8和混合温度3，并且在第二步骤18中通过计算单元10在使用近似公式16的情况下计算介质温度近似11。因此与校准12相比，需要一次测量，并且因此不太需要测量仪器。
图3在关于时间t具有在摄氏度中的温度T的坐标系中，示出了所测量的周围环境温度8(点划线)的图形表示，所测量的混合温度3(实线)的图形表示，利用根据本发明的方法所计算的介质温度近似11(点线)的图形表示和实际存在的介质温度9(虚线)的图形表示。首先一方面可以看到周围环境温度8对混合温度3的影响以及通过所述方法对该影响的非常精确的补偿。这首先通过介质温度9和介质温度近似11几乎彼此重合而可见。偏差首先涉及高频振荡，高频振荡可以例如通过表面温度传感器4、环境温度传感器7的惯性或通过表面传感器4或其壳体5的热容来解释。
本发明不限于先前描述的实施例，而是其实也能够设想对其进行的修改，该修改被所附的权利要求一同包括。也例如能够考虑的是，设置一个以上的表面温度传感器或者一个以上的周围环境温度传感器，或者表面传感器不被壳体包围。
附图标记单
1 表面
2 管
3 混合温度(TM)
4 表面温度传感器
5 壳体
6 周围环境
7 周围环境温度传感器
8 周围环境温度(TU)
9 介质温度(TMED)
10 计算单元
11 介质温度近似(TMEDN)
12 校准
13 校准介质温度(TMEDKAL)
14 校准周围环境温度(TUKAL)
15 校准混合温度(TMKAL)
16 近似公式
17 测量步骤
18 第二步骤
19 温度确定装置

Claims (10)

1.一种用于通过表面(1)的温度来确定介质温度(9)(TMED)的温度确定装置(19)，包括：
布置在所述表面(1)的周围环境(6)中用于测量周围环境温度(8)(TU)的周围环境温度传感器(7)，以及
用于测量位于介质温度(9)(TMED)和所述周围环境温度(8)(TU)之间的混合温度(3)(TM)的位于所述表面(1)上的表面温度传感器(4)，以及
具有被电子存储在计算单元(10)上以用于计算介质温度近似(11)(TMEDN)的近似公式(16)的计算单元(10)，
其中所述近似公式(16)被存储作为所述混合温度(3)(TM)和两个因子乘积的和，第一因子来自所述混合温度(3)(TM)与所述周围环境温度(8)(TU)之间的差异，以及第二因子来自被除数与商的比率，在此所述被除数来自校准介质温度(13)(TMEDKAL)与校准混合温度(15)(TMKAL)之间的差异，以及除数来自所述校准混合温度(15)(TMKAL)与校准周围环境温度(14)(TUKAL)之间的差异。
2.根据权利要求1所述的温度确定装置，
其中，所述近似公式(16)被存储为TMEDN＝TM+(TM-TU)*((TMEDKAL-TMKAL)/(TMKAL-TUKAL))。
3.一种用于运行通过包围介质的表面(1)的温度来确定介质温度(9)(TMED)的温度确定装置(19)的方法，包括方法步骤：测量在所述表面(1)的周围环境(6)中的周围环境温度(8)(TU)，并且测量位于所述介质温度(9)(TMED)与所述周围环境温度(8)(TU)之间的混合温度(3)(TM)，然后通过计算单元(10)计算介质温度近似(11)(TMEDN)作为所述混合温度(3)(TM)和两个因子乘积的和，第一因子来自所述混合温度(3)(TM)与所述周围环境温度(8)(TU)之间的差异，并且第二因子来自被除数与商的比率，在此所述被除数来自校准介质温度(13)(TMEDKAL)与校准混合温度(15)(TMKAL)之间的差异，以及除数来自所述校准混合温度(15)(TMKAL)与校准周围环境温度(14)(TUKAL)之间的差异。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中，所述介质温度近似(11)被计算为TMEDN＝TM+(TM-TU)*((TMEDKAL-TMKAL)/(TMKAL-TUKAL))。
5.一种用于校准(12)通过包围介质的表面(1)来确定介质温度(9)(TMDE)的温度确定装置(19)的方法，包括方法步骤：测量在所述表面(1)的周围环境(6)中的校准周围环境温度(14)(TUKAL)，并且测量所述介质(9)的校准介质温度(13)(TMDEKAL)，并且测量表面温度传感器(4)的位于所述校准介质温度(13)(TMEDKAL)与所述校准周围环境温度(14)(TUKAL)之间的校准混合温度(15)(TMKAL)，并且存储近似公式(16)，所述近似公式用于计算介质温度近似(11)(TMEDN)作为混合温度(3)(TM)和两个因子乘积的和，第一因子来自所述混合温度(3)(TM)与周围环境温度(8)(TU)之间的差异，并且第二因子来自被除数与商的比率，在此所述被除数来自所述校准介质温度(13)(TMEDKAL)与所述校准混合温度(15)(TMKAL)之间的差异，以及除数来自所述校准混合温度(15)(TMKAL)与所述校准周围环境温度(14)(TUKAL)之间的差异。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中所述近似公式(16)被存储为TON＝TM+(TM-TU)*((TOKAL-TMKAL)/(TMKAL-TUKAL))。
7.根据权利要求5或6所述的方法，
其中所述校准介质温度(13)(TMEDKAL)被无接触地测量。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中所述校准介质温度(13)(TMEDKAL)通过红外线温度计测量。
9.根据权利要求5或6所述的方法，
其中所述校准介质温度(13)(TMEDKAL)由至少一个其它已知的工艺参数计算。
10.根据权利要求5或6所述的方法，
其中所述校准介质温度(13)(TMEDKAL)由已知的材料特性计算。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181221

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