DE102009050433B3 - Apparatus for calibration of temperature sensor i.e. thermocouple, in process technique in furnace, has gauge slide immersed in protective tube, where two measuring points of microvoltmeter are at faulty area of layer and tube, respectively - Google Patents

Apparatus for calibration of temperature sensor i.e. thermocouple, in process technique in furnace, has gauge slide immersed in protective tube, where two measuring points of microvoltmeter are at faulty area of layer and tube, respectively Download PDF

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Abstract

The apparatus has a gauge slide immersed in a metallic protective tube (2) in a ground-contact manner. A cylindrical metal rod (1) is temporarily immersed in the tube up to a contact point (3) in a ground-contact manner. An end of the rod is designed as a probe. A sheath of the rod is covered with a non-continuous insulating layer. A measuring point (4) of a microvoltmeter (5) is at a faulty area of the insulating layer, and another measuring point (9) of the microvoltmeter is at the tube. The insulating layer is designed as a grip (11) or a chain of spaced insulating beads (10). An independent claim is also included for a method for calibration of a temperature sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kalibrierung von berührenden Temperaturfühlern in der Prozesstechnik.The The invention relates to an apparatus and a method for calibration from touching temperature sensors in process engineering.

Derartige Temperaturfühler sind seit langem bekannt. So ist in der DE 23 32 015 A1 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung von Temperaturmessungen an elektrisch isolierten, metallischen Gegenständen beschrieben, bei der in dem Bereich der Temperaturmessung an den metallischen Gegenstand ein Fremdmetalldraht angelötet oder angeschweißt ist und der metallischen Gegenstand, der Fremdmetalldraht sowie die Löt- oder Schweißstelle als Thermoelement geschaltet sind.Such temperature sensors have long been known. So is in the DE 23 32 015 A1 a circuit arrangement for carrying out temperature measurements on electrically insulated, metallic objects described, in which in the range of temperature measurement to the metallic object, a foreign metal wire is soldered or welded and the metallic object, the foreign metal wire and the soldering or welding point are connected as a thermocouple.

Aus der DE 76 27 038 U ist eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung bekannt, bei der die Messstelle in der der Wärmequelle zugewandten Spitze eines hohlzylindrischen Leiters untergebracht ist.From the DE 76 27 038 U a device for temperature monitoring is known in which the measuring point is housed in the heat source facing the tip of a hollow cylindrical conductor.

Ferner ist aus der EP 1 677 087 A1 eine Anordnung mit einem Thermoelement bekannt, bei der die Thermospannung an zwei Messstellen gemessen wird und darüber hinaus und eine dritte Messung über die beiden positiven Anschlüsse oder die beiden negativen Anschlüsse erfolgt.Furthermore, from the EP 1 677 087 A1 an arrangement with a thermocouple is known in which the thermoelectric voltage is measured at two measuring points and beyond, and a third measurement via the two positive terminals or the two negative terminals.

Aus dem Fachbuch Karl Ehinger und andere: Praxis der industriellen Temperaturmessung, ABB Automation Products GmbH, Alzenau 2006, Seite 224, 225 ist die Vergleichskalibrierung bei Temperaturfühlern bekannt, wobei Temperaturfühler beispielsweise in Öfen mit konstanter Temperatur eingebracht werden und eine Vergleichstemperaturmessung mit einer getrennten Temperaturmesseinrichtung erfolgt. Ferner ist durch offensichtliche Vorbenutzung allgemein bekannt, bei in Betriebsanlagen eingebauten Temperaturfühlern zu Vergleichsmessungen den Messeinsatz gegen einen kalibrierten Messeinsatz auszutauschen.Out the textbook Karl Ehinger and others: Practice of industrial temperature measurement, ABB Automation Products GmbH, Alzenau 2006, page 224, 225 is the Comparison calibration with temperature sensors known, with temperature sensor, for example in ovens be introduced at a constant temperature and a reference temperature measurement done with a separate temperature measuring device. Further is well-known by obvious prior use, built in operating equipment temperature sensors for comparative measurements, the measuring insert against a calibrated measuring insert exchange.

Die Vergleichskalibrierung mit konstanten Wärmequellen und Vergleichstemperaturmesseinrichtungen erfordern einen hohen Aufwand an Prüf- und Kalibriergeräten, die für verschiedene Kalibriertemperaturbereiche auch mehrfach vorhanden sein müssen. Dadurch, dass größere Wärmeträgermassen für verschiedenen Fixpunkte eingeschwungen zu erwärmen sind, sind bei Vergleichskalibrierungen lange Prüfzeiten die Regel.The Comparison calibration with constant heat sources and reference temperature measuring devices require a great deal of testing and calibration, the for different Calibration temperature ranges must also be present several times. Thereby, that larger heat transfer masses for different Fixed points to warm up For comparison calibrations, long test times are the rule.

Die Vergleichskalibrierung vor Ort bedingt eine Vielzahl von kalibrierten Messeinsätzen mit verschiedenen Messeinsatzlängen und Messeinsatzrohrdurchmessern, wodurch bei der Vielfalt an konstruktiven Ausführungen von Temperaturfühlern der Prüfaufwand erheblich steigt.The On-site comparison calibration requires a variety of calibrated anvils with different measuring insert lengths and Meßinsatzrohrdurchmessern, which in the variety of constructive versions of temperature sensors the testing effort significantly increases.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise einen Temperaturfühler zu kalibrieren.Of the Invention is therefore the object of a simple way Temperature sensor too calibrate.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Darüber hinaus wird die Aufgabe durch die verfahrensgemäßen Schritte gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.According to the invention this Task with a device according to the features of claim 1 solved. About that In addition, the object is achieved by the method according to the features of claim 7. Advantageous embodiments of the invention are each referred to in the back claims specified.

Die Erfindung geht aus von einem Thermometer mit einem an der Spitze eines Messeinsatzes angeordneten Temperaturfühler, der bodenberührend in ein metallisches Schutzrohr eintaucht. Das Schutzrohr ragt mit einem Ende in einen Behälter durch eine Öffnung in einer Behälterwand. An dem anderen Ende des Schutzrohres ist ein Anschlußkopf zur Aufnahme eines Klemmenträgers angeordnet.The Invention is based on a thermometer with a tip a measuring insert arranged temperature sensor, the ground contacting in a metallic protective tube dips. The protective tube protrudes with a End into a container an opening in a container wall. At the other end of the protective tube is a connection head to Recording a terminal carrier arranged.

Erfindungsgemäß ist zur Kalibrierung des Temperaturfühlers ein im wesentlichen zylindrischer Metallstab vorgesehen, bei dem ein Stabende als Sonde ausgebildet ist und dessen Mantel mit einer unterbrochenen Isolierschicht überzogen ist. An einer der Fehlstellen ist ein erster Messpunkt eines Voltmeters angeordnet, dessen zweiter Messpunkt an dem Schutzrohr ist.According to the invention is for Calibration of the temperature sensor a substantially cylindrical metal rod is provided in which a rod end is designed as a probe and its jacket with a broken Insulating layer coated is. At one of the defects is a first measurement point of a voltmeter arranged, whose second measuring point is on the protective tube.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Metallstab aus einem genormten thermoelektrischen Werkstoff.To a further feature of the invention consists of the metal rod a standardized thermoelectric material.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Isolierschicht an dem der Sonde gegenüberliegenden Ende als Handgriff ausgebildet.To Another feature of the invention is the insulating layer on the the probe opposite End designed as a handle.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Isolierschicht als Kette beabstandeter Perlen ausgebildet.To Another feature of the invention is the insulating layer as Chain of spaced beads formed.

Erfindungsgemäß wird zur Kalibrierung des Temperaturfühlers bei entferntem Messeinsatz der Metallstab bodenberührend in das Schutzrohr eingführt und die Thermospannung zwischen dem Metallstab und dem Schutzrohr gemessen. Bei bekanntem Schutzrohrmaterial wird die tatsächliche Temperatur an der Berührungsstelle aus der bekannten Materialpaarung ermittelt und mit der gemessenen Temperatur des Temperaturfühlers verglichen. Bei unbekanntem Schutzrohrmaterial wird die Thermospannung mit einem zweiten Metallstab, der aus einem anderen genormten thermoelektrischen Werkstoff besteht, gegen das Schutzrohr gemessen und aus der Differenz der gemessenen Thermospannungen die tatsächliche Temperatur an der Berührungsstelle ermittelt.According to the invention is for Calibration of the temperature sensor with removed measuring insert the metal rod ground touching in inserted the protective tube and the thermal voltage between the metal rod and the protective tube measured. With known protective tube material, the actual Temperature at the contact point determined from the known material pairing and with the measured Temperature of the temperature sensor compared. If the thermowell material is unknown, the thermoelectric voltage is included a second metal rod made of another standardized thermoelectric Material consists, measured against the protective tube and from the difference of measured thermovoltages the actual temperature at the point of contact determined.

Hierbei wird jeweils ein Thermopaar aus dem Metallstab, der Berührungsstelle und dem Schutzrohr gebildet. Wie in der Literatur, F. Lieneweg: Handbuch Technische Temperaturmessung, Braunschweig 1976, Seite 54 dargestellt, kompensiert sich bei der Differenzbildung der thermoelektrische Einfluss des Schutzrohres, so dass die Temperatur an der Messstelle aus der Grundwertreihe der genormten Werkstoffe für die beiden Metallstäbe bei bekannter Temperatur im Anschlusskopf ermittelt werden kann.In each case, a thermocouple from the metal rod, the contact point and the protection formed tube. As shown in the literature, F. Lieneweg: Handbuch Technische Temperaturmessung, Braunschweig 1976, page 54, the thermoelectric influence of the thermowell compensates in the difference formation, so that the temperature at the measuring point from the basic value series of standardized materials for the two metal rods at a known Temperature in the connection head can be determined.

Bei Abweichungen wird die Messwertausgabe des Thermometers auf die tatsächliche Temperatur eingestellt.at Deviations will be the reading output of the thermometer to the actual Temperature set.

Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Kalibrierung mit einfachen Mitteln und geringem Zeitaufwand möglich. Dabei sind das Bereithalten und Mitführen von kalibrierten Messeinsätzen diverser Bauformen obsolet.advantageously, is the calibration according to the invention possible with simple means and low expenditure of time. Here are the ready and carry of calibrated measuring inserts various designs obsolete.

Darüber hinaus wird eine hohe Genauigkeit der Vergleichsmessung erreicht, da alle Messstellen an der Berührungsstelle am Messeinsatzende identisch sind.Furthermore a high accuracy of the comparison measurement is achieved because all Measuring points at the point of contact are identical at the end of the meter.

Schließlich verkürzen sich die Prüfzeiten, da weniger Masse eingeschwungen erwärmt werden muss.Finally, shorten the test times, since less mass has to be heated in a settled state.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:The Invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The necessary drawings show:

1 eine teilweise geschnittene Prinzipdarstellung eines Thermometers 1 a partially sectioned schematic representation of a thermometer

2 ein Prinzipschaltbild einer Vergleichsmessstelle 2 a schematic diagram of a comparison measuring point

In der 1 ist ein Thermometer für den industriellen Einsatz teilweise geschnitten in seinen erfindungswesentlichen Einzelheiten dargestellt. Durch eine Öffnung in einer fragmentarisch dargestellten Behälterwand 8 eines Behälters ragt ein Schutzrohr 2 in das Innere des Behälters hinein, in dem sich das Medium befindet, dessen Temperatur zu bestimmen ist. In das Schutzrohr 2 ist ein nicht dargestellter Messeinsatz eingetaucht, an dessen Spitze ein Temperaturfühler angeordnet ist. Die Spitze des Messeinsatzes berührt dabei mindestens den Boden des Schutzrohres 2 an der Berührungsstelle 3. Das bezogen auf den Behälter äußere Ende des des Schutzrohres 2 trägt einen Anschlußkopf 6 zur Aufnahme eines Anschlußsockels.In the 1 is a thermometer for industrial use partially shown in its essential details of the invention. Through an opening in a fragmented container wall 8th a container protrudes a protective tube 2 into the interior of the container in which there is the medium whose temperature is to be determined. Into the protective tube 2 is dipped an unillustrated measuring insert, at the top of a temperature sensor is arranged. The tip of the measuring insert touches at least the bottom of the protective tube 2 at the point of contact 3 , The relative to the container outer end of the protective tube 2 carries a connection head 6 for receiving a connection socket.

In bevorzugter Ausgestaltung des Thermometers ist der Temperaturfühler als Thermopaar ausgebildet. Alternativ kann ein Pt100-Messwiderstand vorgesehen sein.In preferred embodiment of the thermometer is the temperature sensor as Thermocouple trained. Alternatively, a Pt100 measuring resistor can be provided be.

Während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs ist der Anschlußkopf 6 hermetisch dicht verschlossen. Durch eine Verschraubung 7 sind nicht dargestellte Anschlußleitungen in das Innere des Anschlußkopfes 6 geführt und mit dem Anschlußsockel verbunden.During normal use is the connection head 6 hermetically sealed. By a screw connection 7 are not shown connecting lines in the interior of the connection head 6 guided and connected to the terminal socket.

Zur Kalibrierung des Temperaturfühlers wird anstelle des Messeinsatzes ein im wesentlichen zylindrischer Metallstab 1 in das Schutzrohr 2 bodenberührend eingeführt. Das eingeführte Stabende ist als Sonde ausgebildet und berührt das Schutzrohr 2 an der Berührungsstelle 3 im Bodenbereich. Der Mantel des Metallstabs 1 ist mit einer unterbrochenen Isolierschicht überzogen, die in Form von beabstandeten Isolierperlen 10 ausgebildet ist. An den Fehlstellen zwischen den Isolierperlen 10 ist ein erster Messpunkt 4 eines Voltmeters anschließbar, dessen zweiter Messpunkt 9 mit dem Schutzrohr 2 verbunden ist.To calibrate the temperature sensor is a substantially cylindrical metal rod instead of the measuring insert 1 in the protective tube 2 ground touching introduced. The inserted rod end is designed as a probe and touches the protective tube 2 at the point of contact 3 in the ground area. The coat of metal rod 1 is coated with a discontinuous insulating layer in the form of spaced insulating beads 10 is trained. At the defects between the insulating beads 10 is a first measuring point 4 connected to a voltmeter whose second measuring point 9 with the protective tube 2 connected is.

An dem der Sonde gegenüberliegenden Ende ist die Isolierschicht als Handgriff 11 ausgebildet.At the opposite end of the probe, the insulating layer is a handle 11 educated.

Der Metallstab 1 besteht aus einem genormten thermoelektrischen Werkstoff, vorzugsweise NiCr.The metal bar 1 consists of a standardized thermoelectric material, preferably NiCr.

Unter der Voraussetzung, dass Metallstab 1 und Schutzrohr 2 aus thermoelektrisch unterschiedlichen Materialien bestehen, wird an deren Berührungsstelle 3, an der sich auch im Messeinsatz 1 der Temperaturfühler befindet, ein unabhängiges Thermopaar bestehend aus Berührungsstelle 3, dem Metallstab 1 und dem Schutzrohr 2 gebildet.Provided that metal rod 1 and protective tube 2 consist of thermoelectrically different materials, is at the point of contact 3 , in which also in the measuring insert 1 The temperature sensor is an independent thermocouple consisting of a contact point 3 , the metal rod 1 and the protective tube 2 educated.

Am kalten Ende des Schutzrohr 2 im Anschlusskopf 6 wird die Thermospannung zwischen dem Metallstab 1 und dem Schutzrohr 2 gemessen. Dazu wird ein Mikrovoltmeter 5 an einen Messpunkt 4 am Metallstab 1 und an einen Messpunkt 9 am Schutzrohr 2 angeschlossen. Aus der gemessenen Thermospannung wird bei bekannter Materialpaarung die tatsächliche Temperatur an der Berührungsstelle 3 aus den Grundwertreihen der jeweiligen Materialpaarung der Werkstoffe des Metallstabs 1 und Schutzrohres 2 ermittelt. Bei unbekannter Materialpaarung wird die Thermospannung mit einem zweiten Metallstab 1, der aus einem anderen genormten thermoelektrischen Werkstoff, vorzugsweise Ni, besteht, gegen das Schutzrohr 2 gemessen und aus der Differenz der gemessenen Thermospannungen die tatsächliche Temperatur an der Berührungsstelle 3 ermittelt.At the cold end of the protective tube 2 in the connection head 6 becomes the thermoelectric voltage between the metal rod 1 and the protective tube 2 measured. This is a microvoltmeter 5 to a measuring point 4 on the metal bar 1 and to a measuring point 9 on the protective tube 2 connected. From the measured thermal voltage, the actual temperature at the point of contact is known for pairing 3 from the basic value series of the respective material pairing of the materials of the metal rod 1 and protective tube 2 determined. If the material pairing is unknown, the thermoelectric voltage is applied to a second metal rod 1 , which consists of another standardized thermoelectric material, preferably Ni, against the protective tube 2 measured and from the difference of the measured thermoelectric voltages the actual temperature at the point of contact 3 determined.

Dazu ist in der 2 ein Prinzipschaltbild einer Vergleichsmessstelle dargestellt. Der Metallstab 1 und das Schutzrohr 2 bilden an der Berührungsstelle 3 ein Thermoelement, dessen Thermospannung zu Kalibrierzwecken mit einem Mikrovoltmeter 5 zwischen dem Messpunkt 4 am Metallstab 1 und dem Messpunkt 9 am Schutzrohr 2 gemessen wird.This is in the 2 a schematic diagram of a comparison measuring point shown. The metal bar 1 and the protective tube 2 form at the point of contact 3 a thermocouple, its thermoelectric voltage for calibration purposes with a microvoltmeter 5 Zvi to the measuring point 4 on the metal bar 1 and the measuring point 9 on the protective tube 2 is measured.

Bei Abweichungen wird die Messwertausgabe des Thermometers auf die tatsächliche Temperatur eingestellt.at Deviations will be the reading output of the thermometer to the actual Temperature set.

11
Metallstabmetal rod
22
Schutzrohrthermowell
33
Berührungsstellecontact point
44
Messpunkt am Metallstabmeasuring point on the metal bar
55
MikrovoltmeterMicrovoltmeter
66
Anschlusskopfconnection head
77
Verschraubungscrew
88th
Behälterwandcontainer wall
99
Messpunkt am Schutzrohrmeasuring point on the protective tube
1010
Isolierperleinsulating bead
1111
Handgriffhandle

Claims (8)

Vorrichtung zur Kalibrierung von Temperaturfühlern mit einem Messeinsatz, der bodenberührend in ein metallisches Schutzrohr (2) eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass ein im wesentlichen zylindrischer Metallstab (1) temporär mindestens bodenberührend in das Schutzrohr (2) bis an die Berührungsstelle (3) eintaucht, bei dem das in das Schutzrohr (2) eintauchende Stabende als Sonde ausgebildet ist und dessen Mantel mit einer unterbrochenen Isolierschicht (10, 11) überzogen ist, wobei an einer der Fehlstellen der Isolierschicht (10, 11) ein erster Messpunkt (4) eines Voltmeters (5) angeordnet ist, dessen zweiter Messpunkt (9) an dem Schutzrohr (2) ist.Device for calibrating temperature sensors with a measuring insert which contacts the ground in a metallic protective tube ( 2 ) immersed, characterized in that a substantially cylindrical metal rod ( 1 ) temporarily at least ground contacting in the protective tube ( 2 ) to the point of contact ( 3 ) immersed, in which the in the protective tube ( 2 ) immersed rod end is designed as a probe and its jacket with a broken insulating layer ( 10 . 11 ) is coated, wherein at one of the imperfections of the insulating layer ( 10 . 11 ) a first measuring point ( 4 ) of a voltmeter ( 5 ) whose second measuring point ( 9 ) on the protective tube ( 2 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (10, 11) an dem der Sonde gegenüberliegenden Ende als Handgriff (11) ausgebildet ist.Device according to claim 1, characterized in that the insulating layer ( 10 . 11 ) at the end opposite the probe as a handle ( 11 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (10, 11) als Kette beabstandeter Isolierperlen (10) ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the insulating layer ( 10 . 11 ) as a chain of spaced insulating beads ( 10 ) is trained. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstab (1) aus einem genormten thermoelektrischen Werkstoff besteht.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the metal rod ( 1 ) consists of a standardized thermoelectric material. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstab (1) aus Nickel besteht.Device according to claim 4, characterized in that the metal rod ( 1 ) consists of nickel. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstab (1) aus einer Nickel-Chrom-Legierung besteht.Device according to claim 4, characterized in that the metal rod ( 1 ) consists of a nickel-chromium alloy. Verfahren zur Kalibrierung von Temperaturfühlern mit einem Messeinsatz, der bodenberührend in ein metallisches Schutzrohr (2) eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass bei entferntem Messeinsatz ein Metallstab (1) bodenberührend in das Schutzrohr (2) eingeführt und die Thermospannung zwischen dem Metallstab (1) und dem Schutzrohr (2) gemessen wird, aus der die tatsächliche Temperatur an der Berührungsstelle (3) aus der bekannten Materialpaarung ermittelt und mit der gemessenen Temperatur des Temperaturfühlers verglichen wird.Method for calibrating temperature sensors with a measuring insert which contacts the ground in a metallic protective tube ( 2 ) immersed, characterized in that with removed measuring insert a metal rod ( 1 ) touching the ground into the protective tube ( 2 ) and the thermal voltage between the metal rod ( 1 ) and the protective tube ( 2 ), from which the actual temperature at the point of contact ( 3 ) is determined from the known material pairing and compared with the measured temperature of the temperature sensor. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Thermospannung mit einem zweiten Metallstab (1), der aus einem anderen genormten thermoelektrischen Werkstoff besteht, gegen das Schutzrohr (2) gemessen und aus der Differenz der gemessenen Thermospannungen die tatsächliche Temperatur an der Berührungsstelle (3) ermittelt wird.A method according to claim 8, characterized in that thermoelectric voltage with a second metal rod ( 1 ), which consists of another standardized thermoelectric material, against the protective tube ( 2 ) and from the difference of the measured thermovoltages the actual temperature at the point of contact ( 3 ) is determined.
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