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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zu Messen der Temperatur von
Fluiden nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Vorbekannt
ist aus der
DE 101
12 139 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung
eines Temperatursensors. Die Überwachung
erfolgt dabei durch die Verwendung eines zweiten Temperatursensors, wobei
die Unterschiede der beiden Temperatursignale ausgewertet und spezifische
Fehlerzustände
erkannt werden. Eine Korrektur des Temperatursignals hinsichtlich
seiner Dynamik erfolgt nicht.
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Weiterhin
vorbekannt ist aus der
DE
101 08 181 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur eines
Temperatursignals. Es erfolgt auf Basis der Betriebsbedingung der
Brennkraftmaschine eine Korrektur des vom Sensor gemessenen Temperatursignals
hinsichtlich seines Ansprechverhaltens. Bei dem dargestellten Verfahren
erfolgt keine Korrektur gemäß eines
symmetrischen Aufbaus von zwei Thermosensoren.
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Aus
der
DD 287 574 A5 ist
ein Präzisionsthermoelement
zur Temperaturmessung vorbekannt, bei dem der Grundkörper des
Thermoelements aus Quarzglas oder Keramik besteht, in dem zwei Kapillarlöcher zur Aufnahme
der aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Thermodrähte angeordnet
sind. Eine Korrektur des ermittelten Temperatursignals erfolgt mit
diesem Thermoelement nicht.
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Vorbekannt
ist aus dem Artikel „Fehlerbetrachtung
bei der Messung von Gastemperaturen" aus MTZ 3/2003 Jahrgang 64 ein Modell
des Wärmeflusses
an einem Temperaturfühler.
Es werden verschiedene Einflussgrößen auf die Messdynamik des
Temperaturfühlers
wie thermischer Wiederstand, konvektiver Wärmeübergang sowie der Einfluss
der Strahlungswärme
des umgebenden Rohres betrachtet. Bei dem dargestellten Verfahren
erfolgt keine Korrektur gemäß einem
symmetrischen Aufbau von zwei Thermosensoren.
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Vorbekannt
ist aus dem Artikel von Cambray „Measuring Thermocouple Time
Constants: A New Method" aus "Combustion Science
and Technic" 1986
Volume 45 Seite 221–224
Verlag – Gordon
and Breach Science Publishers Inc. Great Britain – ein Verfahren
zur Bestimmung der Zeitkonstanten von Thermosensoren. Bei dem gezeigten
Verfahren wird davon ausgegangen, dass bei Verwendung von zwei Thermosensoren
das Verhältnis
von deren Zeitkonstanten zueinander unabhängig von sich ändernden
Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur und Geschwindigkeit) ist.
Es werden die Zeitkonstanten der Thermosensoren bei gleichen Temperaturwerten
T1 = T2 und unterschiedlichen
zeitlichen Änderungswerten
dT1 ungleich dT2 betrachtet.
Das Verhältnis
dieser Zeitkonstanten wird aus dem Quotienten der zeitlichen Änderung
bestimmt. Die Zeitkonstanten der jeweiligen Sensoren sind jedoch
im Allgemeinen komplexer abhängig
von den Umgebungsbedingungen, wie z. B. der Strömungsgeschwindigkeit, so dass
der dargestellte vereinfachte Produktansatz für τ, bei dem sich die Koeffizienten
a, b und c jeweils nur langsam mit den Umgebungsbedingungen ändern, ein
ungenaues Messergebnis hervorruft. Um sicherzustellen, dass sich
die aufwändig
zu beschreibenden, umgebungsabhängig ändernden
Wärmeübergänge durch
die Anwendung zweier Sensoren herausgerechnet werden können, bedarf
es der erfindungsgemäßen Weiterbildung.
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Des
weiteren ist das verwendete Verfahren der Aufnahme von Messwerten,
bei denen sich gleiche Temperaturwerte T1 =
T2 und unterschiedliche zeitliche Änderungswerte
dT1 ungleich dT2 einstellen,
aufwändig.
Nachfolgend muss in dem dargestellten Verfahren für Zeitpunkte,
in denen T1 ungleich T2 ist
das Verhältnis der
Zeitkonstanten als Funktion von T1 und T2 aufgenommen werden. Für eine hinreichend genaue anschließende Messung
der Fluidtemperatur muss eine entsprechende Vielzahl an Messwerten
aufgenommen und als Kennfeld abgelegt oder als Funktion aufbereitet
werden.
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Vorbekannt
ist aus der
US 3,139,752 ein
Thermoelement mit zwei Thermosensoren welche symetrisch in einem
strömenden
Fluid angeordnet sind. Es werden die beiden Thermosensoren benachbart
zeinander andeordnet, wodurch ähnliche
Wärme übergangsbedingungen
erreicht werden. Eine Anordnung der Sensoren mit einer gemeinsamen,
leitenden Oberfläche
zur Verbindung der Thermosensoren untereinander ist nicht angegeben.
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Die
DE 27 15 738 A1 zeigt
eine Verzögerungs-Kompensationsschaltung
für zwei
Thermoelemente, die beispielsweise an einer Einlassöffnung einer
Gasturbine angeordnet sind. Die Thermosensoren liegen mit der Verbindungsstelle
jeweils an der für
die Temperaturmessung genutzten Stelle an. Ausführungsformen der Vorrichtung
sind nicht gezeigt. Eine gemeinsame leitende Oberfläche der
Sensoren, die aus einem Material der Thermodrähte besteht, ist nicht angegeben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
bei der aus den Messsignalen von wenigstens zwei Temperatursensoren
ein aktueller, um die Verfälschungen
aus dem Wärmeübergang
und die innere thermische Trägheit
der Sensoren korrigierter Temperaturwert ermittelt wird.
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Diese
Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Vorrichtungen
erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
wird das Signal zweier Thermosensoren ausgewertet, die an Stellen
gleichen Temperaturniveaus bezüglich
des zu messenden Fluides angeordnet sind. Die Verfälschungen
des Messwertes durch den Wärmeübergang
und die innere thermische Trägheit
der Sensoren wird dabei in einen von den Umgebungsbedingungen abhängigen Anteil,
den Wärmeübergangskoeffizient α sowie einen
von den Umgebungsbedingungen unabhängigen Anteil, die thermische
Trägheit
des Sensors μ,
aufgespalten. Es wird dabei die Annahme getroffen, dass gleiche
Wärmeübergangskoeffizienten α vorliegen.
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Die
gemessenen Temperatursignale der zwei Thermosensoren werden nachfolgend
zu einem gegenüber
den Messwerten korrigierten Temperaturwert verrechnet, wobei die
Einflüsse
der Trägheit
des Wärmeübergangs
von dem strömenden
Fluid auf den Sensor sowie die innere thermische Trägheit des
Sensors korrigiert werden.
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Im
Gegensatz zu dem im Stand der Technik dargelegten Verfahren werden
dazu im erfindungsgemäßen Verfahren
in ihrem thermischen Widerstand unterschiedliche Thermosensoren
mit gleichen Wärmeübergängen zum
strömenden
Fluid oder in ihrem thermischen Widerstand gleiche Sensoren mit
unterschiedlichen Wärmeübergängen zum
strömenden
Fluid verwendet, so dass jeweils ein Parameter entweder die Wärmeübergangszahl
oder die thermische Trägheit
für die
Sensoren als gleich bzw. der Quotient bekannt und der jeweils andere
Parameter bei den Sensoren unterschiedlich gestaltet wird. Es ist
damit möglich,
einen korrigierten Temperaturwert zu bestimmen, ohne dass die aufwändige Bestimmung
des strömungs-
und temperaturabhängigen
Zusammenhangs des Wärmeübergangs
durch Messwertaufnahmen notwendig ist.
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Erfindungsgemäß müssen die
beiden Sensoren in einer Art und Weise ausgeführt sein, dass sie gleichen
Wärmeübergangszahlen
unterliegen und im Fluid dieselbe Temperatur messen, d. h. möglichst
dicht beieinander angeordnet sind. Wenn diese Bedingungen gesichert
sind, ist die nachfolgende Anordnung von der Anwendung unabhängig.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
werden in einer Ausführungsform
der Erfindung Sensoren mit unterschiedlicher innerer thermischer
Trägheit
verwendet, wobei diese strömungstechnisch äquivalent
im zu messenden Medium angeordnet sind, so dass der Wärmeübergang
vom strömenden
Fluid auf den Sensor bei beiden Sensoren unter den verschiedenen
Anström-
bzw. Temperaturbedingungen gleich verläuft. Es kann damit ein Gleichsetzen
der Signale beider Sensoren bezüglich
den von den Umgebungsbedingungen abhängigen Anteilen der Einzelsensoren
(Wärmeübergangskoeffizient α1 = α2 = α) erfolgen,
woraus sich nachfolgend die korrigierte Temperatur bei Kenntnis
der unterschiedlichen thermischen Trägheiten der Sensoren berechnen lässt. Dies
stellt eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung dar, da
insbesondere der Wärmeübergang vom
strömenden
Fluid auf den Sensor schwer zu berechnen ist, da dieser abhängig von
der Geometrie des Sensors, der Anströmlage im Fluid sowie der Geschwindigkeit
des strömenden
Fluids ist.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft
wird eine Vorrichtung genutzt, bei der in einer Ausgestaltung der
Vorrichtung die Sensoren so angeordnet sind, dass sie an Stellen gleicher
Temperatur im Fluid die Temperatur aufnehmen und gleiche Wärmeübergangszahlen α besitzen,
wobei die thermische Trägheit μ der Sensoren
unterschiedlich ist. Dies wird erreicht, indem in der äußeren Geometrie
identische Sensoren an Orten gleicher Anströmverhältnisse angeordnet werden.
Die Temperatur im Fluid kann dabei bei bekannten inneren thermischen
Trägheiten
der jeweiligen Sensoren aus den sich ergebenden aus dem Verlauf
der Sensortemperaturen berechnet werden, ohne die Wärmeübergangszahl α quantitativ
zu bestimmen. Die inneren thermischen Trägheiten μ1 und μ2 der
Thermosensoren müssen
für das
erfindungsgemäße Verfahren,
bei welchem gleiche Wärmeübergangszahlen α1 = α2 gesichert
sind, vorbestimmt werden. Eine Kalibrierung bezüglich der thermischen Trägheiten μ1 und μ2 der
Thermosensoren kann dabei bereits beim Hersteller oder unter spezifischen
Versuchssituationen erfolgen. Sie erfolgt einmalig und ist unabhängig von
der späteren
Einbaulage. Mit einmalig vorbestimmten Quotienten der μ1/μ2 der
thermischen Trägheiten μ1 und μ2 der
Thermosensoren kann eine Kalibrierung auf die spezielle Einbausituation
entfallen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung werden
gleiche Anströmverhältnisse an
den Sensoren durch deren Anordnung mit möglichst geringem räumlichen
Abstand und in symmetrischer Anordnung zur Hauptströmungsrichtung
gesichert. Zusätzlich
kann noch um beide Sensorspitzen eine Strömungsdurchmischung durch entsprechende
zusätzliche
konstruktive Merkmale erfolgen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin,
dass die Thermosensoren eine gemeinsame Oberfläche besitzen, die in Kontakt
mit dem strömenden
Medium steht. Der Vorteil dieser Ausführung gegenüber zwei getrennten Sensoren
besteht zum ersten in einer kompakteren Ausführung, zum zweiten in der Sicherung
des gemeinsamen Messortes der beiden Sensorspitzen, zum dritten
in einem geringeren Materialaufwand und zum vierten in einer verbesserten
Sicherung der Annahmen bzgl. des gleichen Wärmeübergangs an den Messspitzen
der Sensoren.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben,
sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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Anhand
von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
In den dazugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
die Vorrichtung gemäß der Erfindung
in einer Systemdarstellung,
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1a:
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
für zwei
räumlich
getrennte Sensoren in einer Systemdarstellung,
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1b:
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
für zwei
Sensoren mit gemeinsamer Oberfläche
in einer Systemdarstellung,
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2:
eine Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung im Schnitt,
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3:
den Schnitt A-A gemäß 2,
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4:
eine Darstellung der Verschaltung der Thermoschenkel und
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5 eine
weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt.
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In 1 ist
als Beispiel für
die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Abgaskanal 1 einer
nicht gezeigten Brennkraftmaschine dargestellt. Innerhalb des Abgaskanals 1 strömt ein Fluid 2,
hier beispielhaft die heißen
Abgase einer Brennkraftmaschine mit einer Temperatur T. Innerhalb
des Abgaskanals 1 befindet sich ein schematisch dargestellter
Beruhigungsraum 3, in welchem Thermosensoren 4, 5 angeordnet sind.
Der Beruhigungsraum 3 dient dazu, sicher zu stellen, dass
beide Sensoren unter nahezu identischen Anströmbedingungen mit heißen Abgasen
beaufschlagt werden. Die Thermosensoren 4, 5 befinden
sich dabei in einer selben Zone des Abgaskanals 1. Der
Beruhigungsraum 3 stellt dabei beispielhaft eine Variante
dar, wie für
beide Sensoren möglichst
identische Anströmverhältnisse
gesichert werden. Die Thermosensoren 4, 5 müssen dabei
auch bei einer Anordnung im Beruhigungsraum 3 eine identische äußere Geometrie
aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
sind nicht davon abhängig,
dass die Sensoren in einem Beruhigungsraum 3 angeordnet
sind.
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Dieser
stellt eine mögliche
Ausgestaltung dar, um gleiche äußere Bedingungen
der Anströmung
zu erfüllen.
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In 1a ist
eine Variante der Vorrichtung für
zwei räumlich
getrennte Thermosensoren 4 und 5 in einem von
einem heißen
Fluid 2 durchströmten
Abgaskanal 1 dargestellt. Innerhalb des Abgaskanals 1 befinden sich
beispielhaft zwei einzelne Thermosensoren 4 und 5 mit
unterschiedlichen thermischen Trägheiten μ1 und μ2,
deren Messspitzen nahe aneinander angebracht sind. Durch die gleiche
Geometrie an der Messspitze, die relativ zur Strömung gleiche Einbauweise und
die enge Anordnung erfüllt
der Messaufbau näherungsweise
die in der Theorie getroffenen Annahmen. Zusätzlich kann durch konstruktive
Maßnahmen – z.B. einen
Käfig 10 – die Zone
um die Sensorspitzen beeinflusst werden, um die Annahme α1 = α2 besser
zu gewährleisten.
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In 1b ist
eine integrierte Lösung
des Verfahrens dargestellt. Hier besitzen die beiden Thermosensoren 4 und 5 eine
identische Oberfläche 11,
die mit zu dem funktionstechnischen Aufbau der Thermosensoren gehört. Durch
die hier möglich
gewordene, noch engere Anordnung der beiden sensitiven Messspitzen
und geeignete Materialwahl sind die getroffenen Annahmen noch besser
erfüllt,
als im ersten Fall.
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An
den Thermosensoren 4 und 5 bestehen Wärmeübergänge zu dem
strömenden
Fluid 2, die in den Figuren mit α1 = α2 bezeichnet
sind. Die inneren thermischen Trägheiten
der jeweiligen Thermosensoren 4 und 5 sind in
den Figuren mit μ1 und μ2 bezeichnet. Über Datenleitungen 6 sind
die Thermosensoren 4 und 5 mit einer nicht dargestellten
Auswerteeinheit, beispielsweise einem Steuergerät oder einem Prüfstandsrechner, verbunden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird nachfolgend anhand der dargestellten Vorrichtung beschrieben.
Die Dynamik des Wärmeübergangs
wird dabei in zwei Anteile aufgespalten. Diese sind zum einen der Wärmeübergang α1 und α2 vom
strömenden
Fluid 2 auf die Oberfläche
der Thermosensoren 4 und 5, die maßgeblich
von der Geometrie der Sensoren und den Anströmverhältnissen beeinflusst sind.
Zum anderen ist eine weitere Einflussgröße der Messdynamik die innere
thermische Trägheit μ1, μ2 der
Thermosensoren 4 und 5. Die Dynamik des Wärmeübergangs
vom strö menden
Fluid 2 an die Thermosensoren 4 und 5 wird
vereinfacht mit den Gleichungen 1 und 2 zu μ1 T1' = α1 (θ – T1) (Gl.
1) μ2 T2' = α2 (θ – T2) (Gl.
2)beschrieben. Dabei sind T die
Temperaturen an den Messspitzen, T' die zeitlichen Temperaturgradienten
an der Messspitze dT/dt, und θ ist
die Temperatur des Fluides 2, die in der Folge gleich der
korrigierten Temperatur gesetzt wird.
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Für zwei unter
gleichen Anströmbedingungen
und in Zonen gleicher Temperatur angeordnete Thermosensoren
4 und
5 kann
davon ausgegangen werden, dass die Wärmeübergangszahlen α
1 und α
2 identisch sind.
Beide Gleichungen können
damit unter der Bedingung α
1 = α
2 gleichgesetzt werden, woraus sich nach Umstellen
der Gleichungen nach der rechnerisch korrigierten Temperatur Θ diese zu
ergibt.
Gleichung 3 kann dabei auch geschrieben werden als
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Es
werden dabei Thermosensoren 4 und 5 verwendet,
die unterschiedliche innere thermische Trägheiten μ1 und μ2 aufweisen.
Durch die gezielte Verwendung von Thermosensoren 4 und 5,
die gleiche Wärmeübergänge α1 und α2 jedoch
unterschiedliche innere thermische Trägheiten μ1 und μ2 aufweisen,
wird eine Bestimmung der korrigierten Temperatur θ möglich.
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Die
Anordnung der Thermosensoren 4 und 5 in 1a stellt
hierbei jedoch nur eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung
dar, um gleiche Wärmeübergangszahlen
zu sichern. Jegliche weitere Gestaltungen, die gleiche Wärmeübergangszahlen
sichern, erfüllen
hierbei den erfindungsgemäßen Gedanken
ebenfalls.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Thermosensoren 4 und 5 einer
gemeinsamen Oberfläche 11,
welche im zu messenden Fluid 2 angeordnet ist, zugeordnet
sein. In der 2 ist eine derart bevorzugte
Ausführungsform
im Schnitt dargestellt, wobei der Schnitt der in 3 dargestellten
Linie B-B entspricht. Die Thermosensoren 4 und 5 sind
dabei in einem nichtleitenden Grundkörper 7 angeordnet
und werden aus wenigstens drei hochtemperaturfesten und unterschiedliche
thermische Trägheit
aufweisenden Thermodrähten 8, 9, 12 und 13 gebildet,
wobei die Thermodrähte 8, 9, 12 und 13 mit
einer die Oberfläche 11 der
Thermosensoren 4 und 5 bildenden elektrisch leitenden
Schicht verbunden sind. Diese Schicht muss aus einem der verwendeten
Thermomaterialien bestehen oder zumindest einem solchen in thermoelektrischer
Hinsicht sehr ähnlich
sein. Die Thermodrähte 8, 9, 12 und 13 sind
schaltungstechnisch derart angeordnet, dass die Thermospannungen,
die zwischen den Komponenten einer Materialpaarung aufgrund der
Temperaturgradienten in den Thermoleitungen entstehen, ermittelt
werden können.
Um dabei einen korrigierten Temperaturwert θ zu ermitteln, werden die Thermospannungen
eines Thermopaars mit der Thermospannung des anderen Paars verglichen.
Das heißt,
dass die Thermospannungen zwischen beispielsweise dem Thermodraht 12 und den
anderen Thermodrähten 8, 9 und 13 gemessen
werden.
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Um
einen korrigierten Temperaturwert θ ermitteln zu können, sind
mindestens zwei Thermosignale notwendig. Es wird beispielsweise
die Thermospannung des Materialpaars Thermodraht 12 und 8,
sowie die Thermospannung des Materialpaars Thermodraht 12 und 9 gemessen.
Es kann, wie in 2 und 3 dargestellt,
auch noch die Thermospannung des Materialpaars Thermodraht 12 und 13 ermittelt
werden. Das dritte Signal kann zur Aufwertung der zwei Basissignale
verwendet werden. Durch die Nutzung nur eines Thermodrahts 12 zur
Ermittlung der Thermospannung gegenüber den anderen Thermodrähten 8, 9 und 13 können die übrigen Thermodrähte 12,
die zur Bildung der Materialpaarungen zwischen den Thermodrähten 12 und
den andern Thermodrähten 8, 9 und 13 dienen,
entfallen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführung,
sieht die Verwendung von zwei gleichen Thermodrähten 12 sowie zwei
unterschiedlichen Thermodrähten 8 und 9 vor.
Die gemeinsame Oberfläche 11 der
Deckschicht besteht dabei aus dem Material des Thermodrahtes 12.
Die Thermoelementverschaltung findet, wie in 4 dargestellt, über Kreuz
statt. Die sensitiven Messstellen befinden sich bei S1,
S2. Durch die Kreuzverschaltung entstehen
zwei Pärchen
von Signalen (ΔU1 und ΔU4 sowie ΔU2 und ΔU3), die jeweils äquivalente Informationen (Temperatur)
beinhalten. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass
- 1. durch Mittelwertbildung der äquivalenten
Thermospannungen (ΔU)
das weiße
Rauschen im Signal reduziert werden kann,
- 2. das System quasi redundant ist, denn sollte einer der Thermodrähte 121 oder 122 (4)
ausfallen, ist das System dennoch voll funktionstüchtig. Sollte
einer der Thermodrähte 8 und 9 ausfallen,
so ist immer noch eine Temperaturmessung ohne obige Korrektur möglich.
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Es
ist aber auch möglich,
dass jeweils ein separater Thermodraht 12 mit jeweils einem
anderen unterschiedlichen Thermodraht 8, 9 und 13 schaltungstechnisch
derart angeordnet ist, dass die Thermospannung zwischen den sich
ergebenden Materialpaarungen ermittelbar ist. Bei zusätzlich getrennter
Oberfläche 11 zwischen
den unterschiedlichen Materialpaarungen ergeben sich dann wieder
die in 1 dargestellten Thermosensoren 4 und 5.
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Die
mit den Thermodrähten 8, 9, 12 und 13 in
Kontakt stehende, elektrisch leitende Schicht der Oberfläche 11,
die beispielsweise aus Nickel besteht, wird unter Anwendung der
dafür vorgesehenen
Techniken z.B. Galvanisieren, Aufdampfen, Sputtern oder Spritzen
aufgebracht, wodurch die Verbindung der Thermoleitungen zustande
kommt und der Thermokontakt entsteht. Die Thermodrähte 8, 9, 12 und 13 sind über eine Datenleitung 6 mit
einer nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden, in der auf
Grundlage der unterschiedlich ermittelten Thermospannungen der korrigierte
Temperaturwert θ berechnet
wird.
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Der
nichtleitende Grundkörper 7 besteht
vorzugsweise aus Keramik und ist mit Kapillarröhren zur Aufnahme der Thermodrähte 8, 9, 12 und 13 versehen.
Die Materialien der verwendeten Thermodrähte 8, 9, 12 und 13 müssen einerseits
die Bedingungen der Hochtemperaturfestigkeit erfüllen und andererseits gegenüber dem
Hauptmaterial, aus welchem auch die Oberfläche 11 der Deckschicht
besteht, eine messbare Thermospannung erzeugen. Als vorteilhaft
hat sich ergeben, dass der Thermodraht 12 aus Alumel besteht,
der die Grundlage für
die Messung der Thermospannung gegenüber den anderen Thermodrähten 8, 9 und 13 bildet. Alumel
ist der handelsübliche
Name für
eine Legierung bestehend aus Nickel und Aluminium. Als Materialpaarungen
für den
aus Alumel bestehenden Thermodraht kommt beispielsweise ein aus
Platin bestehender Thermodraht 8, ein aus Nisil bestehender
Thermodraht 9 und ein aus Chromel bestehender Thermodraht 13 in
Frage. Dabei ist Chromel der Handelsname für eine Legierung aus Nickel
und Chrom und Nisil der Handelsname für eine Legierung, die aus hauptsächlich Nickel,
Silizium und Magnesium besteht. Die erfindungsgemäße Lösung ist
aber auf keinen Fall auf die hier angeführten Materialien beschränkt. Die
Thermodrähte 8, 9, 12 und 13 können auch
andere hochfeste, leitende Materialien sein, die eine zu Messzwecken
genügend
hohe Thermospannung erzeugen.
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Eine
weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht gemäß 5 vor,
dass die beiden Thermosensoren 4 und 5 von einer
gemeinsamen thermisch leitenden Schicht umgeben sind. Die Thermosensoren 4 und 5 weisen
dabei jeweils unterschiedliche thermische Trägheiten μ1 und μ2 auf,
während
die Oberfläche 11 der
elektrisch leitenden Schicht einen Wärmeübergangskoeffizienten α = α1 = α2 aufweist.
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Der
Quotient μ1/μ2 der inneren thermischen Trägheiten μ1 und μ2 der
Thermosensoren muss für
das erfindungsgemäße Verfahren,
bei welchem gleiche Wärmeübergangszahlen α1 = α2 gesichert
sind, vorbestimmt werden. Eine Kalibrierung kann dabei bereits beim
Hersteller erfolgen. Diese erfolgt einmalig und ist unabhängig von
der späteren
Einbaulage. Mit einmalig vorbestimmten thermischen Trägheiten μ1 und μ2 der Thermosensoren
kann eine Kalibrierung auf die spezielle Einbausituation entfallen.
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- 1
- Abgaskanal
- 2
- Fluid
(strömend)
- 3
- Beruhigungsraum
- 4
- Thermosensor
- 5
- Thermosensor
- 6
- Datenleitungen
- 7
- Grundkörper
- 8
- Thermodraht
- 9
- Thermodraht
- 10
- Käfig
- 11
- Oberfläche
- 12
- Thermodraht
- 13
- Thermodraht
- α, α1, α2
- Wärmeübergangszahlen/-koeffizienten
- μ, μ1, μ2
- innere
thermische Trägheit
der Sensoren
- S1, S2, S3,
S4
- Messstellen
- T
- Temperatur
des Fluids
- T1, T2
- Messsignal
der Temperatur der jeweiligen Sensoren
- T1',
T2'
- zeitliche
Ableitungen dT1/dt und dT2/dt
der
-
- gemessenen
Temperatursignale T1, T2 zum
Messzeitpunkt
- θ
- Temperaturwert
(korrigiert)
- ΔU, ΔU1, ΔU2, ΔU3, ΔU4
- Differenz
der Thermospannung
