DE102008064360B3

DE102008064360B3 - Anordnung von Sensorelementen zur Temperaturmessung

Info

Publication number: DE102008064360B3
Application number: DE102008064360A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Marks
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2028-12-23
Also published as: CN101865736A; US20100158073A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Sensorelementen (11, 12) zur Temperaturmessung in automatisierungstechnischen Anlagen, die gemeinsam mit dem zu messenden Medium gekoppelt in einem Sensorkopf (10) integriert sind. Die Sensorelemente (11, 12) unterscheiden sich bei gleichen elektrischen Eigenschaften in mindestens einer physikalischen, nicht-elektrischen Eigenschaft. Dies kann erreicht werden durch bauliche Maßnahmen am Sensorkopf (10) wie auch durch eine bestimmte Beschaffenheit des Sensorelements (11, 12) selbst. Diese kann in unterschiedlichen Füllstoffen (13, 14) bestehen, in die die Sensorelemente (11, 12) eingebettet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Sensorelementen zur Temperaturmessung in automatisierungstechnischen Anlagen.
Es ist allgemein bekannt, dass die Sensorelemente zur Temperaturmessung im Ergebnis von Alterung einer gewissen Drift ihrer Umsetzungskennlinie der physikalischen Größe Temperatur in eine elektrische Größe unterliegen. Zur Erkennung der Veränderungen des Sensorelements ist es aus der DE 102 49 411 B3 bekannt, die Messanordnung redundant mit einer ersten und einer zweiten Erfassungseinrichtung auszuführen, die derart eingerichtet sind, dass sich die Erfassungssignale derselben Messgröße voneinander unterscheiden, und die Messwerte der Sensorelemente miteinander zu vergleichen. Hierzu wird vorgeschlagen, gleiche Widerstandstemperatursensoren mit unterschiedlichen Vorschaltwiderständen zu beschalten.
Aus der DE 10 2004 035 014 A1 ist bekannt, dass der Gleichtaktfehler beispielsweise infolge Wassereintritt bei Anordnungen mit mehreren Platin-Widerstandselementen unterschiedlichen Nennwiderstands jedoch sonst gleicher Kennliniencharakteristik mit positivem Temperaturkoeffizienten zu einer schlechten, zum Teil unmöglichen Detektierbarkeit eines absoluten Temperaturmessfehlers durch Vergleich der gemessenen Einzeltemperaturen führt. Es wird vorgeschlagen, dass alle Sensorelemente einer Anordnung von mehreren Sensorelementen temperaturabhängige elektrische Impedanzen aufweisen, die sich im Temperaturkoeffizienten unterscheiden und thermisch miteinander und mit dem zu messenden Medium gekoppelt in einem Sensorkopf integriert sind.
In der EP 0828 146 A1 ist eine Temperaturmessanordnung mit zwei Sensorwiderständen beschrieben, deren erster Sensorwiderstand einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist und deren zweiter Sensorwiderstand einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und in einer Reihenschaltung mit einem Vorwiderstand und einer Diode dem ersten Sensorwiderstand parallelgeschaltet ist. Durch Wechsel der Polarität einer an die Temperaturmessanordnung angelegten Gleichspannung wird der ordnungsgemäße Zustand der Sensorwiderstände überwacht.
Aus der DE 42 06 540 A1 ist eine Vorrichtung zur Temperaturmessung mit mindestens zwei Temperaturfühlern bekannt, die in verschiedene Materialien eingebettet sind, um eine selbstständige Eichung beim Durchlaufen einer Referenztemperatur zu bewirken.
Die bekannten technischen Lösungen zur Erkennung von unerwünschten Veränderungen an den Sensorwiderständen bedingen elektrisch in bestimmter Weise unterschiedliche Sensorwiderstände und sind zusätzlichen, über die Messaufgabe hinausgehenden materiellen Aufwand und komplexe Algorithmen zur Durchführung und Auswertung von Überwachungen sowie die Kompensation von Sekundäreffekten aus der bestimmungsgemäßen Unterschiedlichkeit gekennzeichnet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine für sich bekannte Anordnung von mindestens zwei Sensorelementen zur Temperaturmessung dahingehend zu verbessern, dass unerwünschte Veränderungen an den Sensorwiderständen im wesentlichen ohne weiteren apparativen Aufwand erkannt werden.
Dabei gilt der zuverlässigen Erkennung von Drift durch Eintritt von Prozessmedium in das an sich gekapselte Sensorgehäuse durch Leckage o. ä. besonderes Augenmerk.
Die Erfindung geht von einer für sich bekannten Anordnung von mindestens zwei Sensorelementen zur Temperaturmessung aus, die gemeinsam mit dem zu messenden Medium gekoppelt in einem Sensorkopf integriert sind.
Erfindungsgemäß unterscheiden sich die Sensorelemente bei gleichen elektrischen Eigenschaften in mindestens einer physikalischen, nicht-elektrischen Eigenschaft. Dies kann erreicht werden durch bauliche Maßnahmen am Sensorkopf wie auch durch eine bestimmte Beschaffenheit des Sensorelements selbst. Insbesondere aber nicht abschließend betrifft die physikalische Eigenschaft die Oberflächenbeschaffenheit der Sensorelemente, die Dichte des Sensorkörpers, die Form sowie die Art der Befüllung des Sensorkopfes, der Passivierung der Sensorelemente oder des Trägermaterials. Dies kann ferner erreicht werden durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien, die sich im Hinblick auf das zu erkennende Phänomen unterschiedlich verhalten.
Jedenfalls unterscheiden sich die Sensorelemente in mindestens einer Eigenschaft, die bei der Dimensionierung der elektrischen Schaltung der Sensorelemente unberücksichtigt bleibt.
Während des bestimmunggemäßen Gebrauchs der Messanordnung unterliegen die Sensorelemente derselben thermischen wie elektrischen Beanspruchung und verhalten sich innerhalb eines zulässigen Toleranzbandes im wesentlichen gleich.
Ein unerwünschter und zu detektierender medialer Angriff auf die Sensorelemente hinterlässt im Hinblick auf die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften unterschiedliche Wirkungen, die zu unterscheidbaren Messwerten beziehungsweise Messwertveränderungen führen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der einzigen Figur ist in teilweise geschnittener Darstellung die Messspitze eines Sensorkopfes 10 gezeigt, der mit zwei Sensorelementen 11 und 12 bestückt ist, die gemeinsam mit dem zu messenden Medium gekoppelt in dem Sensorkopf 10 integriert sind. Bei dem Medium, dessen Temperatur zu bestimmen ist, handelt es sich um eine leitfähige Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser.
Die Sensorelementen 11 und 12 sind jeweils in unterschiedlichen Füllstoffen 13 und 14 eingebettet, die sich im Hinblick auf ihre Porösität unterscheiden. Im einzelnen sind der Füllstoff 13 schwammartig und der Füllstoff 14 oberflächendicht ausgebildet.
Bei einem Bruch des Sensorkopfes 10 dringt das umgebende Wasser in den Sensorkopf 10 ein und zu den Sensorelementen 11 und 12 vor. Dabei leistet der schwammartige Füllstoff 13 einen geringeren Widerstand als der oberflächendichte Füllstoff 14. Im Ergebnis wird das Sensorelement 11 intensiver vom eindringenden Wasser benetzt als das Sensorelementen 12. Der mediale Angriff des eindringenden Wassers auf die Sensorelementen 11 und 12 hinterlässt unterschiedliche Wirkungen, die zu unterscheidbaren Messwerten beziehungsweise Messwertveränderungen führen.
Durch die unterschiedliche Intensität der Benetzung der Sensorelemente 11 und 12 wird es zwar auch zu einem Gleichtaktfehler kommen aber im Wesentlichen zu messtechnisch unterscheidbaren Nebenschlüssen, deren Differenz als Drift zu bewerten ist.

10: Sensorkopf
11, 12: Sensorelement
13, 14: Füllstoff

Claims

Anordnung von mindestens zwei Sensorelementen (11, 12) zur Temperaturmessung in automatisierungstechnischen Anlagen, die gemeinsam mit dem zu messenden Medium gekoppelt in einem Sensorkopf (10) integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sensorelemente (11, 12) bei gleichen elektrischen Eigenschaften zur Erkennung von unerwünschten Veränderungen in mindestens einer physikalischen, nicht-elektrischen Eigenschaft unterscheiden und sich dadurch im Hinblick auf die zu erkennende Veränderung unterschiedlich verhalten.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sensorelemente (11, 12) in ihrer Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sensorelemente (11, 12) in der Dichte des Sensorkörpers unterscheiden.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (11, 12) in einem Sensorkopf (10) untergebracht sind, durch dessen Formgebung die Sensorelemente (11, 12) unterschiedlich beansprucht sind.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (11, 12) in dem Sensorkopf (10) in verschiedenen Füllstoffen (13, 14) eingebettet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (11, 12) in dem Sensorkopf (10) verschiedene Passivierungen aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (11, 12) in dem Sensorkopf (10) auf verschiedenen Trägermaterialien angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (11, 12) unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind, die sich im Hinblick auf das zu erkennende Phänomen unterschiedlich verhalten.