CN117664373A

CN117664373A - 温度测量装置

Info

Publication number: CN117664373A
Application number: CN202311142617.2A
Authority: CN
Inventors: 蒂姆·舍雷尔; 托马斯·比尔魏勒; 斯特凡·冯·多斯科
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2023-09-05
Publication date: 2024-03-08
Also published as: US20240077365A1; EP4336158A1

Abstract

本发明涉及温度测量装置，公开了一种用于经由包围介质的表面的周围区域中的测量位置上的第一温度和第二温度确定介质的介质温度的温度测量装置，包括用于得出第一温度的第一传感器和用于得出第二温度的第二传感器以及测量值处理机构，其经由第一馈线与第一传感器连接并且经由第二馈线与第二传感器连接，并且在测量间隔中周期性地在时间中提供第一温度和第二温度作为用于确定介质温度的测量值，其中，评估机构设计用于从第一温度和第二温度的差中得出变化率并且取决于其值地提供质量特性，此外设计用于使得质量特性作为介质温度的测量精度的评估与用于介质温度的测量值一起传输至上级系统。

Description

温度测量装置

技术领域

本发明公开了一种用于经由包围介质的表面的周围区域中的测量位置上的第一温度和第二温度确定介质的介质温度的温度测量装置，其包括用于得出第一温度的第一传感器和用于得出第二温度的第二传感器以及测量值处理机构，其经由第一馈线与第一传感器连接并且经由第二馈线与第二传感器连接，并且在时间上周期性地在测量间隔中提供作为用于确定介质温度的测量值的第一温度和第二温度。

背景技术

这样的方法已经从DE 198 00 753A1中已知。在该公开文献中给出了如何能够利用带有所属传感器的温度测量装置实施非侵入式测量技术。这意味着，在DE 198 00 753A1中已经介绍了用于尤其在管中流动的液体中的非侵入式的温度测量的传感器。从传感器和外部测量的温度的热流特性dQ/dt中得出介质的待测量的温度。

Namur推荐性规范NE 107“自我监控和场设备诊断”要求温度测量装置进行自我监控并且在此列出待识别的不同类型的故障。

尤其在非侵入式温度测量中，未知的外部环境能够影响测量精度。外部环境例如是：

1.错误的安装，

2.由于错误和/或损坏的绝缘造成的环境温度的突然波动，和

3.例如由于热/冷液体或气体的冲洗造成测量温度的阶跃。

发明内容

本发明的目的在于，为非侵入式温度测量装置实现测量精度的内在评估，并且因此符合根据Namur推荐性规范NE 107的要求。

对于开头所述的温度测量装置来说该目的由此实现，即存在评估机构，评估机构设计用于从第一温度和第二温度的差中得出变化率并且根据变化率的值提供质量特性，评估机构还设计用于使得质量特性作为介质温度的测量精度的评估与用于介质温度的测量值一起传输至上级系统。

质量特性例如是质量码。本发明描述了在稳态下的第一温度和第二温度之间的差的差商与非稳态下的差商在特定程度上偏离的效果。监控差商dT/dt(t1-t2)中的偏差或变化并且作为质量特性与测量值一起传输，t2为第二温度并且t1为第一温度。在此，第一温度是邻近介质的温度，也称为下部温度。t2则是在上面的温度，也称为上部温度。这样的质量特性或者这样的质量码能够有不同的特点。第一特点是简单的1位元输出好/不好，第二特点是n位元输出，其具有基于差商的幅度的多个质量分级，另一个特点为，将这些信息作为根据DIN IEC 751的精度类别的精度的分级告知过程控制系统。

在温度测量装置的另一个设计方案中具有分析机构，分析机构设计用于记录作为时间连续的置信曲线的变化率并且将其存储在存储机构中，从其中能够根据需要为了诊断目的将置信曲线经由网络接口上传至上级系统。

因此，在上级系统中能够看到环境温度的突然的波动和介质温度中的阶跃，并且设备操作者能够相应地做出反应并且这不一定解释为测量错误。

因此，时间连续的置信曲线对应信任等级，其在整个测量序列中在稳态中在+/-0.02的范围中。在未给出稳态的范围中该差商发生偏离。因此，能基于记录时间连续的变化率的记录从置信曲线中导出置信曲线或信任等级(差商)与测量错误的相关性。

对于特别准确的温度测量来说，其优点在于，测量处理机构设计用于利用公式计算介质温度：

MT＝T1+k0×(T1-T2)+k1×d(T1-T2)/dt

并且因此改进在动态行为中的精度。

介质温度以及例如过程管中的温度在最简单的情况下利用MT＝T1+K0×(T1-T2)得出。例如，第一修正系数在用于墙体材料的实验室中以测量技术的方式得出不同的导热性和至少两种壁厚度。随后，线性插入能用于具有另外的壁厚度的过程管。

随后在另一个特点中，除了差商的等式的线性项以外，还能够使用变化率。由此能够进一步改进响应时间。随后，过程管中的温度利用MT＝T1+k0×(T1-T2)+k1×d(T1-T2)/dt得出。附加地能够添加另外的修正系数偏移。

在上级过程系统中的测量值的简化的诊断方面的优点为，温度测量装置具有分类机构，该分类机构设计用于根据变化率的值为每个测量值分配精度类别。

在精度类别和分级方面例如能够根据相应的标准进行。借助于这样引入的自我诊断功能对传感器或温度测量装置的测量值和功能性进行可靠性测试。这经由对信号质量的连续监控进行。由此识别对测量值或传感器的负面影响并且能够通过状态信号将其传输至操作者，其另一方面能够利用这些状态信号更好地解释测量值。这样的设备的操作者从提高的设备可用性上获利并且例如能够在其需要时准确地进行维护。

此外，温度测量装置设计具有热耦合元件，所述热耦合元件用作为测量头并且在测量头中布置有传感器，其中，热耦合元件具有耦合面并且设计用于安装在容器或管上，其中，耦合面朝向容器的表面或者管的表面。

此外提高测量精度的是，第一传感器和第二传感器以距耦合面的不同的间距布置在热耦合元件中。

附图说明

附图示出了本发明的实施例，在此示出：

图1示出由第一温度传感器和第二温度传感器组成的传感器单元，

图2示出温度测量装置的框图，

图3示出温度测量的测量过程曲线图，

图4示出具有对应的置信曲线图的测量序列图，

图5示出修正系数的试验性确定的实例，并且

图6示出修正系数的试验性确定的另一个实例。

具体实施方式

根据图1示出了温度测量装置100的热耦合元件20。热耦合元件20设计为测量头21，在其中布置有第一传感器S1和第二传感器S2。热耦合元件20具有耦合面22并且设计用于安装在管25上。耦合面22朝向管25的表面O。

在管25中流动有介质M，其中，温度测量装置100设计用于经由包围介质M的表面O的周围区域中的测量位置MS上的第一温度T1和第二温度T2确定介质M的介质温度MT。热耦合元件20中的第一传感器S1和第二传感器S2以距耦合面22的不同的间距A1，A2布置。因此，第一传感器S1以到耦合面22具有第一间距A1的方式布置，并且第二传感器S2以到耦合面具有第二间距A2的方式布置。

图2示出了根据图1的用于确定介质M的介质温度MT的温度测量装置100。经由用于得出第一温度T1的第一传感器S1和用于得出第二温度T2的第二传感器S2能够将温度值输送给测量值处理机构10。经由第一馈线L1和第二馈线L2将测量值传递给测量值处理机构10。测量值处理机构10设计用于，在时间t上周期性地在测量间隔ti中提供作为用于确定介质温度MT的测量值的第一温度T1和第二温度T2。为了提供作为介质温度MT的测量精度的评估的质量特性QC，温度测量装置100具有评估机构11。评估机构11设计用于从第一温度T1和第二温度T2的差中得出变化率dT/dt并且根据变化率的值提供质量特性QC。此外，评估机构11设计用于，将作为介质温度MT的测量精度的评估的质量特性QC与用于介质温度MT的测量值一起传输至上级系统101。

温度测量装置100还具有分析机构12，分析机构设计用于记录作为时间连续的置信曲线TL的变化率dT/dt并且将其存放在存储机构15中。分析机构12还设计用于使得上级系统101能够根据需要为了诊断目的经由网络接口16上传置信曲线TL。

在测量值处理机构10中有利地执行公式

MT＝T1+k0×(T1-T2)+k1×d(T1-T2)/dt。

温度测量装置100还具有分类机构13，分类机构设计用于根据变化率dT/dt的值为每个测量值分配精度类别KL1，...，KL5。因此，测量值能够作为质量特性QC被添加第一精度类别KL1、第二精度类别KL2、第三精度类别KL3、第四精度类别KL4或第五精度类别KL5。

图3在上面的图中示出了参考温度30、环境温度31、介质温度MT、第一温度T1和第二温度T2。介质温度MT的温度曲线利用已经描述的由温度曲线T1，T2组成的公式得出。

此外，图3示出了具有错误值32(开尔文)的变化率33的配属的曲线。在图3中示出了从20到100度的温度阶跃的测量值曲线。因为在温度阶跃时变化率dT/dt快速改变，其能够从根据图4作为置信曲线TL示出的变化率33或错误32中得出。

现在，图4示出了具有参考温度40、环境温度41、错误值43和置信曲线TL(信任等级)的完整的测量曲线。介质温度MT根据由第一温度T1和第二温度T2组成的公式得出。

置信曲线TL能够分为修正区间KI1，...，KI4。因此，例如标记第一修正区间KI1为大约从7:40到8:10的测量时间段，第二修正区间KI2为9:40到9:45的时间范围，第三修正区间KI3为12:00到12:45的时间范围并且第四修正区间KI4为14:30到15:20的时间范围。

修正区间KI1，...，KI4现在能够以软件技术的方式被评估或者为设备操作者甚至作为信号曲线示出。这意味着，每当评估这样的修正区间KI1，...，KI4或者为设备操作者显示的时候，操作者知晓待确定的测量值，即介质温度MT不必必须无错地进行测量，因为有可能存在高变化率dT/dt。附加地，能够为用于介质温度MT得出的测量值得出和给出精度类别KL1，...，KL5形式的质量特性QC，其也由修正区间KI1，...，KI4中的置信曲线TL的曲线走向得出和给出。

图5示出了材料表50和修正系数曲线51。在用于得出介质温度MT的公式中使用的修正系数K0，K1试验性地在实验室的实验中得出。因此，根据不同的材料，例如不锈钢、铅、青铜、黄铜、镁、铝和铜以及其配属的导热值，得出测量中的温度并且利用公式的计算值确定关于导热值的修正系数。

在图6中借助于在壁厚度表60中导出的不同的壁厚度得出修正系数。因此，例如能够以测量技术的方式利用介质M的实际测量的测量值和用于不同的壁厚度，例如1mm、1.6mm、2mm、3.6mm和5.6mm的公式的计算出的测量值得出修正系数曲线61。

得出的修正系数集成在公式中，该修正系数以实验性的方式在实验室中得出，以便改进测量精度或测量值确定。

Claims

1.一种温度测量装置(100)，用于在测量位置(MS)处从第一温度(T1)和第二温度(T2)确定介质(M)的介质温度(MT)，所述测量位置在包围所述介质(M)的表面(O)的周围区域中，所述温度测量装置包括用于得出所述第一温度(T1)的第一传感器(S1)、用于得出所述第二温度(T2)的第二传感器(S2)以及测量值处理机构(10)，所述测量值处理机构经由第一馈线(L1)与所述第一传感器(S1)连接并且所述测量值处理机构经由第二馈线(L2)与所述第二传感器(S2)连接，并且所述测量值处理机构在时间(t)上周期性地在测量间隔(ti)中提供作为用于确定所述介质温度(MT)的测量值的所述第一温度(T1)和所述第二温度(T2)，

其特征在于，

设有评估机构(11)，所述评估机构设计用于从所述第一温度(T1)与所述第二温度(T2)之间的差得出变化率(dT/dt)并且根据所述变化率的值提供质量特性(QC)，所述评估机构还设计用于将作为所述介质温度(MT)的测量精度的评估的所述质量特性(QC)与所述介质温度(MT)的所述测量值一起传输至上级系统(101)。

2.根据权利要求1所述的温度测量装置(100)，还具有分析机构(12)，所述分析机构设计用于将所述变化率(dT/dt)作为时间连续的置信曲线(TL)记录并且存储在存储机构(15)中，为了诊断目的根据需要能够将所述置信曲线(TL)从所述存储机构经由网络接口(16)上传至上级系统(101)。

3.根据权利要求1或2所述的温度测量装置(100)，其中，所述测量值处理机构(10)还设计用于利用公式：

MT＝T1+k0×(T1-T2)+k1×d(T1-T2)/dt来计算所述介质温度(MT)，从而改进在动态行为中的精度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的温度测量装置(100)，还具有分类机构(13)，所述分类机构设计用于根据所述变化率(dT/dt)的值为每个测量值分配精度类别(KL1，...，KL5)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的温度测量装置(100)，具有热耦合元件(20)，所述热耦合元件用作为测量头(21)，并且在所述测量头中布置有传感器(S1，S2)，其中，所述热耦合元件(20)具有耦合面(22)并且所述热耦合元件设计用于安装在容器或管(25)上，其中，所述耦合面(22)朝向所述容器的表面(O)或所述管(25)的表面(O)。

6.根据权利要求5所述的温度测量装置(100)，其中，所述第一传感器(S1)和所述第二传感器(S2)以距所述耦合面(22)的不同的间距(A1，A2)布置在所述热耦合元件(20)中。