DE102006059390A1 - Temperature measuring device for detecting increased or decreased temperature along line or surface, has sensor device that has two interdependent object and wafer that is connected with two conductors - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Temperaturmessvorrichtung zum Erfassen einer erhöhten oder verringerten Temperatur entlang einer Linie oder einer Fläche, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The present invention relates to a temperature measuring device to capture an elevated or reduced temperature along a line or surface according to the preamble of claim 1.
Die Messung bzw. Erfassung einer Temperatur ist in vielen Bereichen der Technik üblich oder sogar erforderlich, um eine ordnungsgemäße Funktion einer Vorrichtung zu überwachen, defekte oder kritische Betriebszustände zu erkennen und Gefahren frühzeitig bekämpfen zu können. Eine Erfassung einer erhöhten Temperatur kann zur Erkennung einer Brandgefahr, eines Brandes oder eines Lecks einer Anlage, die ein warmes oder ein heißes Medium führt, dienen. Eine Erfassung einer verringerten bzw. niedrigen Temperatur kann zur Steuerung von Frostschutzmaßnahmen oder zur Erkennung eines Lecks in einer Anlage, die ein kaltes Medium führt bzw. enthält, dienen.The Measurement or detection of a temperature is in many areas the technique usual or even required to ensure proper functioning of a device to monitor recognize defective or critical operating conditions and dangers early fight to be able to. A detection of an increased Temperature can be used to detect a fire hazard, fire or a leak of a system that carries a warm or a hot medium serve. A detection of a reduced or low temperature can for controlling antifreeze measures or to detect a leak in a facility that is a cold medium leads or contains serve.
Es existiert eine Vielfalt an punktförmigen Temperatursensoren, mit denen die Temperatur an einem Punkt bzw. in einem sehr kleinen Raumbereich erfasst werden kann. Zur Erfassung der Temperatur in einem größeren Bereich, beispielsweise entlang einer Linie oder einer Fläche, kann eine Vielzahl von punktförmigen Sensoren verwendet werden. Deren Herstellung, Installation, Wartung und Auslesung ist jedoch aufwendig und mit entsprechend hohen Kosten verbunden.It exists a variety of point temperature sensors, with which the temperature at one point or in a very small one Room area can be detected. To record the temperature in a larger area, For example, along a line or a surface, a variety of punctate Sensors are used. Their manufacture, installation, maintenance And reading is expensive and with correspondingly high costs connected.
Außerdem ist die Verwendung spezieller Lichtleitfasern bekannt, die eine Temperaturüberwachung entlang einer Linie mit Raman-spektroskopischen Methoden ermöglicht. Diese Lichtleitfasern zeichnen sich jedoch nicht durch eine besonders große Robustheit aus. Außerdem sind die erforderlichen optischen Einrichtungen und die Auswertung der Messsignale äußerst komplex und erzeugen damit hohe Kosten.Besides that is the use of special optical fibers known to monitor the temperature along a line made possible by Raman spectroscopic methods. However, these optical fibers are not characterized by a particularly size Robustness. Furthermore are the required optical devices and the evaluation the measurement signals extremely complex and thus generate high costs.
Ferner ist die Erfassung von Wärmestrahlung bekannt, insbesondere durch infrarotempfindliche Kameras. Auch diese Technik ist komplex und teuer. Außerdem setzt sie eine Sichtverbindung zwischen der Kamera und der oder den zu überwachenden Flächen voraus.Further is the detection of heat radiation known, in particular by infrared-sensitive cameras. These too Technology is complex and expensive. In addition, she sets a visual connection between the camera and the area (s) to be monitored.
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte Temperaturmessvorrichtung zum Erfassen einer erhöh ten oder verringerten Temperatur entlang einer Linie oder eine Fläche zu schaffen.The Object of the present invention is an improved Temperature measuring device for detecting a raised or lowered temperature along a line or a surface to accomplish.
Diese Aufgabe wird durch eine Temperaturmessvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by a temperature measuring device according to claim 1 solved.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, bei einer Temperaturmessvorrichtung eine mit zwei elektrischen Leitern verbundene Sensoreinrichtung mit einer elektrischen Leitfähigkeit, die an jedem Ort der Sensoreinrichtung von der Temperatur der Sensoreinrichtung an diesem Ort abhängig ist, vorzusehen, wobei die Sensoreinrichtung mindestens zwei voneinander beabstandete Wafer bzw. Sensorkörper bzw. Einzelsensoren, insbesondere Keramiksubstrate, umfasst, die jeweils mit den beiden Leitern verbunden sind und jeweils ein formstabiles Material und eine vorbestimmte temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die geometrischen und damit auch die elektrischen Eigenschaften der Temperaturmessvorrichtung sind damit wohl definiert und werden durch eine mechanische Verformung der Temperaturmessvorrichtung nicht verändert.The The present invention is based on the idea of a temperature measuring device a sensor device connected to two electrical conductors with an electrical conductivity, at each location of the sensor device of the temperature of the sensor device dependent on this location is to provide, wherein the sensor device at least two from each other spaced wafer or sensor body or Single sensors, in particular ceramic substrates, comprises, respectively connected to the two conductors and in each case a dimensionally stable Material and a predetermined temperature-dependent electrical conductivity exhibit. The geometric and thus the electrical properties the temperature measuring device are well defined and become by a mechanical deformation of the temperature measuring device not changed.
Vorzugsweise sind beide Leiter linien-, flächen- oder gitterförmig ausgebildet und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Wafer sind vorzugsweise in vorgegebenen gegenseitigen Abständen mit den Leitern verbunden und verbinden diese jeweils im Wesentlichen senkrecht zu ihrer linien- bzw. flächenförmigen Erstreckung.Preferably Both conductors are line, face or latticed formed and arranged substantially parallel to each other. The wafers are preferably in predetermined mutual distances with connected to the ladders and connect these in each case essentially perpendicular to their line or planar extension.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die beiden Leiter unterschiedliche thermoelektrische Koeffizienten auf. Zwischen den beiden Leitern entsteht in diesem Fall eine Spannung, die von der Temperatur der beiden Leiter abhängig ist. Diese Spannung kann einfach gemessen werden, um die Temperatur der beiden Leiter zu bestimmen. Wenn der elektrische Widerstand der Sensoreinrichtung einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, wird das von den beiden Leitern abgreifbare Spannungssignal durch die Thermospannung zwischen den beiden Leitern an dem Ort bestimmt, an dem die beiden Leiter und vor allem die Sensoreinrichtung die höchste Temperatur aufweisen, da dort der Widerstand der Sensoreinrichtung am geringsten ist. Wenn der elektrische Widerstand der Sensoreinrichtung einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, wird das an den beiden Leitern abgreifbare Spannungssignal durch die Spannung zwischen den beiden Leitern bzw. die Temperatur der beiden Leiter und der Sensoreinrichtung an dem Ort dominiert, an dem die geringste Temperatur vorliegt, da dort der elektrische Widerstand der Sensoreinrichtung am geringsten ist.According to one embodiment, the two conductors have different thermoelectric coefficients. In this case, a voltage arises between the two conductors, which depends on the temperature of the two conductors. This voltage can easily be measured to the tem determine the temperature of the two conductors. If the electrical resistance of the sensor device has a negative temperature coefficient, the voltage signal which can be picked up by the two conductors is determined by the thermal voltage between the two conductors at the location at which the two conductors and above all the sensor device have the highest temperature, since there the resistance the sensor device is the lowest. If the electrical resistance of the sensor device has a positive temperature coefficient, the voltage signal which can be tapped off at the two conductors is dominated by the voltage between the two conductors or the temperature of the two conductors and the sensor device at the location where the lowest temperature is present the electrical resistance of the sensor device is lowest.
Alternativ weisen beide Leiter das gleiche elektrisch leitfähige Material auf. In diesem Fall wird nicht die Spannung, sondern der elektrische Widerstand zwischen den beiden Leitern gemessen. Im Falle eines negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands der Sensoreinrichtung wird der Widerstandsmesswert durch den Ort dominiert, an dem die Sensoreinrichtung die höchste Temperatur hat. Im Falle eines positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands der Sensoreinrichtung wird der Widerstandsmesswert durch den Ort dominiert, an dem die niedrigste Temperatur vorliegt.alternative Both conductors have the same electrically conductive material. In this Case is not the voltage, but the electrical resistance measured between the two conductors. In case of a negative temperature coefficient the electrical resistance of the sensor device becomes the resistance reading dominated by the location where the sensor device is the highest temperature Has. In the case of a positive temperature coefficient of the electric Resistance of the sensor device is the resistance reading by dominates the place where the lowest temperature is present.
Sowohl die Messung einer Thermospannung als auch die Messung eines Widerstands ist mittels einfacher, robuster und preisgünstiger elektrischer Schaltungen möglich. Durch Wahl des Vorzeichens des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands der Sensoreinrichtung ist die Temperaturmessvorrichtung für eine Überwachung hinsichtlich einer verringerten Temperatur oder für eine Überwachung hinsichtlich einer erhöhten Temperatur geeignet. Die Temperaturmessvorrichtung bietet damit ein besonders einfaches und zuverlässiges Mittel zur Steuerung von Frostschutzmaßnahmen oder Auslösung eines entsprechenden Alarms, zur Überwachung von Anlagen, die warme oder kalte Medien führen bzw. lagern, hinsichtlich Leckagen und die frühzeitige Erkennung von Brandgefahr oder Bränden.Either the measurement of a thermoelectric voltage as well as the measurement of a resistance is by means of simple, robust and inexpensive electrical circuits possible. By choice of the sign of the temperature coefficient of the electric Resistance of the sensor device is the temperature measuring device for a surveillance in terms of a reduced temperature or for monitoring in terms of increased Temperature suitable. The temperature measuring device offers it a particularly simple and reliable means of control of antifreeze measures or trip a corresponding alarm to monitor installations that lead to warm or cold media or store, in terms of leakage and the early detection of fire hazard or fires.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung jedes Wafers der Sensoreinrichtung in Form eines Keramiksubstrats. Dieses Keramiksubstrat kann ein elektrisch isolierendes Keramikmaterial enthalten und an seiner Oberfläche eine Halbleiterschicht, eine Metallschicht oder eine andere elektrisch leitfähige Schicht mit den erwähnten positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen. Das elektrisch isolierende Keramikmaterial weist bei günstigen Herstellungskosten gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Festigkeit auf, was zur Robustheit und Messwertstabilität der Temperaturmessvorrichtung maßgeblich beiträgt. Dünne amorphe oder polykristalline oder kristalline Halbleiterschichten oder andere elektrisch leitfähige Schichten können kostengünstig und mit exakt definierten elektrischen Eigenschaften hergestellt werden. Zu ihrem Schutz können sie ohne weiteres mit einer Schutzschicht, beispielsweise einer Lack- oder Kunststoffschicht bedeckt werden.Especially advantageous is the execution each wafer of the sensor device in the form of a ceramic substrate. This ceramic substrate may be an electrically insulating ceramic material included and on its surface a semiconductor layer, a metal layer or another electrically conductive layer with the mentioned have positive or negative temperature coefficients. The electrically insulating ceramic material points at favorable Production costs good mechanical properties, in particular a high strength, resulting in the robustness and measured value stability of the temperature measuring device decisively contributes. Thin amorphous or polycrystalline or crystalline semiconductor layers or others electrically conductive Layers can economical and manufactured with precisely defined electrical properties become. For their protection they readily with a protective layer, such as a Paint or plastic layer are covered.
Alternativ weisen die Keramiksubstrate selbst ein elektrisch leitfähiges Keramikmaterial mit dem erwünschten positiven oder negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands auf. Die Herstellung der Wafer der Sensoreinrichtung wird dadurch noch weiter vereinfacht. Sofern durch Lösungsmittel, Säuren, Basen oder andere äußere Einflüsse nur eine vernachlässigbare dünne Oberflächenschicht der Keramiksubstrate in ihren elektrischen Eigenschaften verändert werden kann, kann sogar auf eine Schutzschicht verzichtet werden.alternative For example, the ceramic substrates themselves have an electrically conductive ceramic material with the desired positive or negative temperature coefficient of the electric Resistance on. The production of the wafers of the sensor device is thereby further simplified. If by solvent, acids, Bases or other external influences only a negligible thin surface layer the ceramic substrates are changed in their electrical properties can, can even be dispensed with a protective layer.
Zur Abschirmung der Temperaturmessvorrichtung gegenüber elektromagnetischen Störungen weist die Temperaturmessvorrichtung optional eine elektrisch leitfähige Schirmstruktur auf, die die Leiter und die Sensoreinrichtung im Wesentlichen vollständig umschließt. Eine hervorragende Abschirmung wird auch durch eine koaxiale Anordnung der beiden Leiter oder durch ein Verdrillen zweier jeweils linienförmiger Leiter erzielt. Eine besonders kostengünstige Herstellung ist im Falle zweier in Form einer Stegleitung oder auf ähnliche Weise parallel zueinander angeordneter Leiter möglich. Besonders eine parallele Anordnung zweier im Wesentlichen linienförmiger Leiter, insbesondere in Form einer Stegleitung, aber auch eine koaxiale Anordnung ermöglicht eine Fertigung der Temperaturmessvorrichtung mit weitgehend bekannten bzw. nur geringfügig zu modifizierenden, insbesondere standardisierten, industriellen Fertigungsprozessen, die eine gleichbleibende, genau spezifizierte und hohe Qualität ermöglichen. Gleiches gilt für eine verdrillte Anordnung der Leiter und auch für eine zusätzliche Schirmstruktur. Eine Ausführung der Leiter als Streifenleiter ermöglicht ebenfalls eine sehr kostengünstige Herstellung und darüber hinaus eine starke Miniaturisierung.to Shielding the temperature measuring device against electromagnetic interference points the temperature measuring device optionally an electrically conductive screen structure which essentially completely encloses the conductors and the sensor device. A Excellent shielding is also ensured by a coaxial arrangement the two conductors or by twisting two each line-shaped conductor achieved. A particularly cost-effective Production is in the case of two in the form of a jetty or similar Way parallel to each other arranged conductor possible. Especially a parallel one Arrangement of two substantially linear conductors, in particular in the form of a web guide, but also a coaxial arrangement allows for production the temperature measuring device with well known or only slight to be modified, in particular standardized, industrial manufacturing processes, which allow a consistent, precisely specified and high quality. The same applies to a twisted arrangement of the conductors and also for an additional screen structure. An execution of Head as stripline also allows a very cost effective Manufacture and above a strong miniaturization.
Zum Erfassen einer erhöhten oder verringerten Temperatur entlang einer Fläche weist die Temperaturmessvorrichtung vorteilhaft platten- oder gitterförmige Leiter und/oder Leiter auf, die jeweils aus einer Mehrzahl von Streifenleitern bestehen.To the Capture an elevated or decreased temperature along a surface, the temperature measuring device advantageous plate or lattice-shaped conductors and / or conductors on, each consisting of a plurality of strip conductors.
Zur Erhöhung der Langzeitstabilität sowie der mechanischen Robustheit und der Beständigkeit der Temperaturmessvorrichtung gegenüber Säuren, Basen, Lösungsmitteln und/oder anderen widrigen Umwelteinflüssen ist eine Ummantelung mit einem hydrolysefesten Hochtemperaturkunststoff vorteilhaft. Sofern die Temperaturmessvorrichtung eine Schirmstruktur umfasst, ist diese vorzugsweise ebenfalls vollständig von hydrolysefestem Hochtemperaturkunststoff umschlossen.To increase the long-term stability and the mechanical robustness and the resistance of the temperature measuring device to acids, bases, solvents and / or other adverse environmental influences is a sheath with a hydrolysis resistant high temperature plastic advantageous. If the temperature measuring device comprises a screen structure, this is preferably also completely enclosed by hydrolysis-resistant high-temperature plastic.
Vorteilhaft ist ferner eine Ausführung der Temperaturmessvorrichtung, bei der mindestens einer der beiden Leiter eine konstante bzw. ortsunabhängige elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine ortsunabhängige konstante elektrische Leitfähigkeit der Leiter ist besonders dann vorteilhaft, wenn beide Leiter das gleiche Material oder hinsichtlich ihrer thermoelektrischen Eigenschaften sehr ähnliche Materialien aufweisen und der Widerstand zwischen den Leitern wie oben beschrieben gemessen wird.Advantageous is also an embodiment the temperature measuring device, wherein at least one of the two Conductor a constant or location-independent electrical conductivity having. A place independent constant electrical conductivity the conductor is particularly advantageous when both conductors are the same material or in terms of their thermoelectric properties very similar Have materials and the resistance between the conductors like is measured above.
Eine Widerstandsmesseinrichtung zum Messen des elektrischen Widerstands zwischen einem Ende oder elektrischen Anschluss des ersten Leiters und einem Ende oder elektrischen Anschluss des zweiten Leiters kann unmittelbar oder über elektrische Leitungen mit den beiden Leitern verbunden sein. Die Widerstandsmesseinrichtung kann Teil der Temperaturmessvorrichtung in dem Sinne sein, dass diese neben den beiden Leitern und den Wafern der Sensoreinrichtung nach einer der oben beschriebenen Varianten auch die mit diesen direkt oder über Leitungen verbundene Widerstandsmesseinrichtung umfasst.A Resistance measuring device for measuring the electrical resistance between an end or electrical connection of the first conductor and an end or electrical connection of the second conductor can directly or via electrical lines to be connected to the two conductors. The Resistance measuring device can be part of the temperature measuring device in the sense that these are next to the two ladders and the wafers the sensor device according to one of the variants described above also with these directly or via lines connected resistance measuring device comprises.
Bei der erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung ist aufgrund ihres Aufbaus auch ohne weiteres eine im Falle einer entlang der Temperaturmessvorrichtung konstanten Temperatur konstante, vom Ort unabhängige vorbestimmte Impedanz realisierbar. Damit eignet sich die Temperaturmessvorrichtung zur Lokalisierung eines Orts erhöhter oder verringerter Temperatur mittels eines Impulsreflex- bzw. Kabelradar-Verfahrens. Ein elektrisches Signal, vorzugsweise ein Signal mit steilen steigenden und/oder fallenden Flanken, wird an die Leiter angelegt und breitet sich entlang der Leiter aus. An einem Ort mit erhöhter bzw. verringerter Temperatur weist die Tempera turmessvorrichtung eine andere Impedanz auf als an anderen Orten. Die lokale Veränderung der Impedanz bewirkt eine Reflexion des elektrischen Signals. Das reflektierte elektrische Signal wird empfangen. Aus der Laufzeit zwischen dem Aussenden des elektrischen Signals und dem Empfangen des reflektierten elektrischen Signals kann der Abstand des Orts erhöhter oder verringerter Temperatur von dem Ort des Sendens und Empfangens bestimmt werden. Eine Einrichtung zum Senden eines elektrischen Signals und zum Empfangen eines reflektierten elektrischen Signals kann unmittelbar oder über eine Leitung mit der Temperaturmessvorrichtung verbunden sein. Sie kann in beiden Fällen Bestandteile der Temperaturmessvorrichtung sein und ermöglicht eine genaue Lokalisierung des Orts erhöhter oder verringerter Temperatur.at the temperature measuring device according to the invention is due to their structure also readily one in the case of along the temperature measuring device constant temperature constant, independent from the place predetermined impedance can be realized. Thus, the temperature measuring device is suitable to localize a place elevated or reduced temperature by means of a pulse reflex or cable radar method. An electrical signal, preferably a signal with steep rising and / or falling flanks, is applied to the ladder and spreads get out along the ladder. In a place with elevated or reduced temperature, the temperature turmessvorrichtung a different impedance than other places. The local change the impedance causes a reflection of the electrical signal. The reflected electrical signal is received. From the term between the transmission of the electrical signal and the receiving of the reflected electrical signal may be the distance of the location increased or reduced temperature determined by the location of the transmission and reception become. A device for transmitting an electrical signal and for receiving a reflected electrical signal may be direct or via a Line be connected to the temperature measuring device. she can in both cases components be the temperature measuring device and allows accurate localization of the place elevated or reduced temperature.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to the accompanying Figures closer described. Show it:
Die
Leiter
Der
erste Leiter
Vorzugsweise
und insbesondere im Falle einer verdrillten Anordnung der Leiter
Die
Anschlusselektroden
Die
elektrischen Eigenschaften des Wafers
Die
elektrischen Eigenschaften des Wafers
Die
elektrischen Eigenschaften des Wafers
Die
anhand der
Die
die elektrischen Eigenschaften der Wafer
Im
Falle der anhand der
Wenn
die Leiter
Alternativ
ist die Einrichtung
Wenn
die Leiter
Anstelle
der oben anhand der
Claims (21)
Priority Applications (1)
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DE102006059390A DE102006059390A1 (en) | 2006-12-15 | 2006-12-15 | Temperature measuring device for detecting increased or decreased temperature along line or surface, has sensor device that has two interdependent object and wafer that is connected with two conductors |
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ID=39431331
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DE102006059390A Ceased DE102006059390A1 (en) | 2006-12-15 | 2006-12-15 | Temperature measuring device for detecting increased or decreased temperature along line or surface, has sensor device that has two interdependent object and wafer that is connected with two conductors |
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