CN111868490A - 用于测量表面上的温度分布的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量表面上的温度分布的装置具有分别被布置为相对于彼此平行的第一多个导体和分别被布置为相对于彼此平行的第二多个导体。该装置还具有与电压源导电地连接的连接导体、和评估单元。第一多个导体中的每个导体与第二多个导体中的每个导体交叉，并且第一多个导体中的每个导体与第二多个导体中的每个导体电绝缘。第一多个导体以及第二多个导体两者中的导体的第一导体端部分别与连接导体导电连接，并且第一多个导体以及第二多个导体两者中的导体的第二导体端部均与电压测量装置导电地连接，电压测量装置被布置和设计成分别确定跨各个导体两端的电压降。评估单元被设计为，基于确定的跨各个导体两端的电压降来确定温度分布。

Description

用于测量表面上的温度分布的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量表面上的温度分布的装置和方法。
背景技术
在许多技术应用中需要确定大面积区域加热的温度曲线或局部分布。例如，为了确定能效值或测试为热桥或冷桥提供隔热的技术部件，可能需要确定使用条件下技术部件的局部解析温度分布。
在已知的装置中，为此目的必须在部件的表面处/上布置大量的单独的温度传感器。局部温度确定所需分辨率或预期分辨率越高，为此所需的温度传感器的数量越大。另外，每个所需的温度传感器必须电连接至至少两条测量线，使得测量线的数量对应于温度传感器的数量的至少两倍。
例如，如果要在边长为16厘米的正方形表面上确定温度分布，其中温度分布的测量点应被布置为以一厘米的间隔并平行于正方形表面的边缘，使得获得常规测量网格，将布置256(16x 16)个测量传感器和512(256x 2)条测量线，以确定表面上的温度分布。这带来高开支并且引起高成本。
尽管存在现有的装置和方法，因此仍需要一种用于测量表面上的温度分布的改进的装置和改进的方法，其中特别是要减少布置的复杂度(Anordnungsaufwand)。
发明内容
该技术问题通过根据权利要求1的装置和根据权利要求7的方法解决。该方法和装置的有利实施例由另外的权利要求限定。
用于测量表面上的温度分布的装置具有彼此平行布置的第一多个导体和彼此平行布置的第二多个导体。该装置还具有与电压源导电地连接的连接导体、和评估单元。在这里，第一多个导体中的每个导体与第二多个导体中的每个导体交叉，并且第一多个导体中的每个导体与第二多个导体中的每个导体电绝缘。第一多个导体和第二多个导体两者中的每个导体的第一导体端部导电连接到连接导体，并且第一多个导体和第二多个导体两者中的每个导体的第二导体端部导电地连接到电压测量装置，该电压测量装置被布置和配置为确定跨每个单独的导体两端的电压降。评估单元被配置为基于所确定的跨单独的导体两端的电压降来确定表面上的温度分布。
在该装置的变型中，第一多个导体中的每个导体可被布置为正交于第二多个导体中的每个导体。
此处的优点是，与具有单独的测量传感器和/或测量线的装置相比，减少了装置的布置的复杂性。如果所述装置被布置在表面上，例如在直表面上或在弯曲/曲形/球形表面上，则该表面将其温度传递到布置在其上的导体。导体温度的升高导致导体电阻的增加，并因此导致跨导体两端的电压降的相对增加。借助于彼此平行和/或正交布置的第一和第二多个导体的相交导体，可确定局部温度分布，其中，所确定的局部温度分布的分辨率随着所讨论的表面上导体的相交点的数量的增加而增加。温度分布由属于该装置的评估单元计算，该评估单元借助于分压计算确定表面上的温度分布或温度曲线。评估单元可具有电子数据处理装置和/或可适合于存储其确定的温度分布或温度曲线。所确定的温度分布或温度曲线可以以规则的时间间隔存储，使得还可在预定时间段内检测随时间变化或随时间改变的温度分布或温度曲线。
在特定的实施例中，第一多个导体中的导体和/或第二多个导体中的导体由纯镍或镍合金制成。纯镍的电阻具有特别高的温度系数0.006 1/℃，使得即使表面或设置在其上的导体的轻微加热也会导致导体的电阻或跨它们的电压降的可测量变化。在其他实施例中，可使用不同的导体材料，特别是具有高电(阻-)温度系数的导体材料来实现该装置。
连接导体可由不同于第一多个导体和/或第二多个导体的生产材料制成，例如由铜材料制成。
在一种变型中，第一多个导体中的导体和/或第二多个导体中的导体可以是绞合导体。
这里的优点是，绞合导体可至少在一定程度上灵活地适应于不平坦的表面，例如球形或弯曲的表面。由此使得可测量/改善测量不平坦表面上的温度分布。
在一个实施例中，第一多个导体中的至少一些导体可通过介电夹层与第二多个导体中的至少一个导体电绝缘。替代或另外地，第一多个导体中的至少一些导体可通过介电导体衬套与第二多个导体中的至少一个导体电绝缘。
这里的优点是，借助于介电夹层使导体彼此的绝缘特别容易实现。替代地或附加地，已经设置有介电导体衬套的导体可被用于实现该装置。也可使用带有电绝缘漆的导体。
第一多个导体中被布置为彼此平行的导体之间的距离可至少基本上相等和/或第二多个导体中被布置为彼此平行的导体之间的距离可至少基本上相等。
在第一多个导体和/或第二多个导体中的导体之间的规律的距离的优点是，产生具有规律布置的导体相交的规律测量栅格，并且因此实现温度确定的均匀的局部分辨率。由此，例如与导体的不规律布置相比，可降低评估单元的计算复杂度。
在一个改进方案中，第一多个导体和/或第二多个导体和/或连接导体可被布置在例如织物或纺织织物结构这样的介电载体结构中，其中介电载体结构适合于被布置在具有温度分布的表面上。
此处的优点在于，进一步简化了该装置在表面处或表面上的布置。导体和/或连接导体可通过载体结构相对于彼此被固定在它们的布置中，和/或可例如通过编织方法被集成到载体结构中。因此，通过将载体结构布置/放置在表面处/表面上，可有效地进行导体和/或连接导体在表面上的布置。
载体结构尤其可以是柔性的载体结构，例如柔性的织物或纺织结构。
柔性载体结构，例如编织有导体的织物的优点在于，它可以以改善/简化的方式被布置/放置在不平坦的表面上，例如弯曲的或球形的表面上。
进一步地，第一多个导体和/或第二多个导体和/或连接导体可被介电载体结构围绕，使得它们通过介电载体结构彼此电绝缘和/或与表面电绝缘。
一种用于测量表面上的温度分布的方法，包括以下步骤：
-在表面上布置第一多个相互平行的导体；
-在表面上布置第二多个相互平行的导体，使得第一多个导体中的每个导体与第二多个导体中的每个导体交叉，并且第一多个导体中的每个导体与第二多个导体中的每个导体电绝缘；
-布置连接导体，其导电地连接到电压源；
-将第一多个导体和第二多个导体中两者的每个导体的第一导体端部导电地连接到连接导体；
-将第一多个导体和第二多个导体两者中的每个导体的第二导体端部导电地连接到电压测量装置，该电压测量装置被布置和配置为分别确定跨每个导体两端的电压降；
-采用评估单元基于所确定的电压降来确定表面上的温度分布。
在该方法的变型中，第一多个导体和第二多个导体可分别被布置成使得第一多个导体中的每个导体正交于第二多个导体中的每个导体。
在所描述的方法中，第一多个导体和/或第二多个导体和/或连接导体可被布置在例如织物或纺织织物结构这样的介电载体结构中，使得其布置通过在表面上布置载体结构来进行。此外，第一和第二多个导体中的导体到连接导体和/或到电压测量装置的导电连接可通过导体在载体结构中的布置来建立。
参考下面的附图，根据下面的描述，进一步的特征、特性、优点和可能的修改对于本领域技术人员将变得清楚。
附图说明
图1示意性地示出了用于测量表面上的温度分布的装置的示例。
图2示意性地示出了确定表面上的温度分布的示例。
具体实施方式
图1示出了用于测量表面上的温度分布的装置的示例。更精确地，图1示出了被布置为彼此平行的第一多个导体M1…M12的布置，以及同样被布置为彼此平行的第二多个导体N1…N12的布置。此外，第一多个导体M1...M12中的每个导体正交于第二多个导体N1...N12中的每个导体进行布置，从而产生规律的测量网格。在装置的其他实施例中，也可能产生不规律的测量网格。在所示的示例中，第一多个导体M1…M12和第二多个导体N1…N12的导体之间的距离分别选择为相等，使得产生的测量网格为规律测量网格。这简化了用于确定温度分布的评估单元(未示出)的计算复杂性。
在如图1所示的具有规律测量网格的装置中以及在具有不规律测量网格(未示出)的装置中，对于评估单元(未示出)而言，导体或导体交叉的布置是已知的。例如，电子评估单元可存储包含关于导体布置的信息的数据。
第一多个导体M1…M12和第二多个导体N1…N12中的每个导体的第一导体端部导电地连接到连接导体A。连接导体A进一步导电地连接电压源S。电压源S被配置为提供至少基本恒定的电压。
在所示的示例中，导体M1…M12，N1…N12和连接导体A都是具有高电温度系数的纯镍绞合导体。此外，导体M1…M12，N1…N12分别至少基本上相同地生产。
此外，第一多个导体M1…M12和第二多个导体N1…N12中的每个导体的第二导体端部导电地连接到电压测量装置V，其中，对于每个导体，到电压电源S的电路经由电压测量装置V闭合。在所示出的示例中，为了清楚起见，仅示出了经由电压测量装置V闭合的两个电路V-M7、V-N11作为代表示例，但仅示意性地示出分别连接到导体的第二导体端部的其余导电连接。总体上，经由电压测量装置V闭合的电路的数量对应于导体M1…M12，N1…N12的总数，即在所示示例中为24个电路。
电压测量装置V被配置为分别确定并分别存储跨导体M1…M12，N1…N12之一的两端的电压降。各电压降可以例如一秒的规律重复时间间隔来确定和存储。
图2示意性地示出了使用来自图1的装置确定表面上的温度分布的示例。为此，首先将来自图1的所示的装置布置在温度分布待确定的表面O上。图2所示的表面O是平坦或平面的表面，但是所示的装置同样也适合于确定弯曲和/或不平坦表面上的温度分布。
在已将装置布置在表面O上之后，可由评估单元(未示出)基于由电压测量装置V确定的跨单独的导体M1…M12，N1…N12两端的电压降来确定其温度曲线或温度分布。
例如，如果表面O的温度均匀为20℃，则在一段时间后，该温度将被传导到导体M1...M12，N1...N12。导体M1…M12，N1…N12的取决于温度的电阻和由电压测量装置V确定的跨导体两端的电压降因此对于所有导体M1…M12，N1…N12是相同/同样的。因此，评估单元(未示出)确定表面O上存在均匀的温度分布。
另一方面，如果如图2所示，与整个表面O相比，表面的一部分H1、H2被加热(或冷却)，则该加热(或冷却)会影响第一多个导体的导体M1…M12和第二多个导体的导体N1…N12的电阻。
在所示的示例中，将表面的区域H1加热至大约60℃，并且将包围区域H1的表面的区域H2加热至大约40℃。在所示的示例中，这导致第一多个导体中的导体M6、M7和M8的加热以及第二多个导体中的导体N10、N11和N12的加热。因此，导体M7和N11比各自相邻的导体M6和M8或N10和N12(分别被加热到大约40℃)被更强烈地加热(大约60℃)。
每个导体M6、M7、M8、N10、N11和N12的加热都会增加它们的电阻，因此与跨未被加热的导体两端的电压降相比，跨导体两端的电压降相对增加，其中电压测量装置V确定跨每个单独的导体上的电压降，并将其传输到评估单元(未显示)。
评估单元(未示出)确定导体或导体所位于的表面O的温度分布。表面O的最被加热的点位于或接近具有所确定最高电阻/电压降的导体的相交点。在图2所示的示例中，这是导体M7和N11的相交点附近的被加热区域H1，导体M7和N11分别是最被加热的导体。
评估单元还基于所确定的跨每个单独的导体两端的电压降来确定表面O在导体M6和N11、导体M7和N10、导体M7和N12、导体M8和N11的相交点处或其附近，同样地相对于其余表面O被加热，然而，该加热小于导体M7和N11的相交点处的加热。
图1和2中所示的用于温度确定的12x 12导体的布置仅仅是大量布置的代表示例，其可具有任何所需数量的用于温度确定的导体。在表面上布置的导体越多，温度曲线可确定得越详细。换句话说，所确定的温度曲线的局部分辨率取决于所布置的导体的数量。
为了确定表面的绝对测量温度值，可首先在标准条件下(例如20℃的标准温度)对布置在表面上的测量装置进行校准/测量，并且可确定相对于该校准/测量的温度曲线。
在一个改进方案中，导体M1…M12，N1…N12例如可被编织成织物结构并且通过织物结构和/或通过导体绝缘而彼此绝缘。
为了确定表面的温度分布的绝对局部分布，例如可利用辅助标记，特别是光学上可识别的辅助标记，来将用于测量温度分布的装置(例如被编织成织物结构)布置在表面的预定拐角或参考点处。辅助标记可例如以光学上可识别的方式布置在织物结构上。
应当理解，以上讨论的示例性实施例不是决定性的，并且不限制本文公开的主题。特别地，对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离本文所公开主题的条件下，他可任意地相互组合所描述的特征和/或省略各种特征。

Claims (10)

1.一种用于测量表面上的温度分布的装置，具有：
被布置为彼此平行的第一多个导体；
被布置为彼此平行的第二多个导体；
连接导体，其导电地连接到电压源；以及
评估单元；其中
所述第一多个导体中的每个导体与所述第二多个导体中的每个导体交叉，
所述第一多个导体中的每个导体与所述第二多个导体中的每个导体电绝缘，
所述第一多个导体和所述第二多个导体两者中的导体的第一导体端部分别导电地连接到所述连接导体，
所述第一多个导体和所述第二多个导体两者中的导体的第二导体端部分别连接到电压测量装置，该电压测量装置被布置和配置为分别确定跨每个导体两端的电压降；以及
所述评估单元被配置为基于所确定的跨各导体两端的电压降来确定温度分布。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述第一多个导体中的每个导体被布置为正交于所述第二多个导体中的每个导体。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，
所述第一多个导体中的导体和/或所述第二多个导体中的导体由镍或镍合金制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，
所述第一多个导体中的导体和/或所述第二多个导体中的导体是绞合导体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，
所述第一多个导体中的导体通过介电夹层与所述第二多个导体中的至少一个导体电绝缘，和/或
所述第一多个导体中的导体通过介电导体衬套与所述第二多个导体中的至少一个导体电绝缘。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，
所述第一多个导体中彼此平行布置的导体之间的距离至少基本上相等，和/或
所述第二多个导体中彼此平行布置的导体之间的距离至少基本上相等。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，
所述第一多个导体和/或所述第二多个导体和/或所述连接导体被布置在例如织物或纺织织物结构的介电载体结构中，并且其中
所述介电载体结构适合于被布置在具有温度分布的表面上。
8.一种测量表面上的温度分布的方法，包括以下步骤：
-在表面上布置第一多个相互平行的导体；
-在表面上布置第二多个相互平行的导体，使得所述第一多个导体中的每个导体与所述第二多个导体中的每个导体交叉，并且所述第一多个导体中的每个导体与所述第二多个导体中的每个导体电绝缘；
-布置连接导体，所述连接导体导电地连接到电压源；
-将所述第一多个导体和所述第二多个导体两者中的导体的第一导体端部分别导电地连接到所述连接导体；
-将所述第一多个导体和所述第二多个导体中的导体的第二导体端部分别导电地连接到电压测量装置，该电压测量装置被布置和配置为确定跨每个导体两端的电压降；
-采用评估单元基于预先确定的电压降确定表面上的温度分布。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述第一多个导体和所述第二多个导体各自被布置为使得所述第一多个导体中的每个导体正交于所述第二多个导体中的每个导体。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，
所述第一多个导体和/或所述第二多个导体和/或所述连接导体被布置在例如织物或纺织织物结构的介电载体结构中，使得其在表面上的布置通过在表面上布置所述载体结构来进行，和/或
所述第一和所述第二多个导体中的导体到所述连接导体和/或到所述电压测量装置的导电连接是通过载体结构中的导体的布置来建立的。
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