-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Messung einer Temperatur und eines Stroms in einem Stromführungsweg mit einem Thermoelement.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In verschiedene Mechanismen werden zunehmend Formgedächtnislegierungs-Vorrichtungen (SMA-Vorrichtungen) integriert, die üblicherweise Drähte mit kleinem Durchmesser enthalten. Die SMA-Vorrichtungen ändern üblicherweise in Ansprechen auf eine Änderung der Temperatur die Form, d. h., sie dehnen sich aus und/oder ziehen sich zusammen. Häufig ist die Änderung der Temperatur das Ergebnis des Durchgangs eines elektrischen Stroms durch die SMA-Vorrichtung. Um die richtige Funktion der SMA-Vorrichtung sicherzustellen, ist es wichtig, die Temperatur der SMA-Vorrichtung zu überwachen.
-
Es ist bekannt, zur Messung der Temperatur verschiedener Vorrichtungen ein Thermoelement zu verwenden. Das Thermoelement misst die Potentialdifferenz, d. h. die Spannung, zwischen zwei verbundenen Zuleitungen unterschiedlicher Metallverbindungen in Kontakt mit einem Objekt. Die gemessene Potentialdifferenz wird mit einer dem spezifischen Thermoelement zugeordneten Nachschlage-/Korrelationstabelle in Beziehung gesetzt, die zum Berechnen der Temperatur des Objekts verwendet wird. Allerdings stört die elektrische Urspannung, die entlang des Stromwegs anliegt [engl.: ”flowing”], wenn ein Strom durch das Objekt wie etwas eine SMA-Vorrichtung fließt, den Potentialdifferenzmesswert des Thermoelements, wodurch die Standardkorrelation zwischen der durch das Thermoelement gemessenen Potentialdifferenz und der Temperatur des Objekts ungenau gemacht wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es wird ein Verfahren zum Verwenden eines Thermoelements zum Berechnen einer Temperatur eines Drahts und eines durch den Draht fließenden Stroms offenbart. Das Thermoelement enthält wenigstens eine erste Zuleitung, die mit dem Draht gekoppelt ist, und eine zweite Zuleitung, die mit dem Draht gekoppelt ist, wobei die zweite Zuleitung um eine erste axiale Entfernung entlang einer Langsachse des Drahts axial von der ersten Zuleitung beabstandet ist. Das Verfahren enthält das Messen eines ersten Spannungsmesswerts des Thermoelements mit dem Strom bei einer ersten Polarität. Ferner enthält das Verfahren das Messen eines zweiten Spannungsmesswerts des Thermoelements mit demselben Strom mit einer zweiten Polarität. Ferner enthält das Verfahren das Mitteln des ersten Spannungsmesswerts und des zweiten Spannungsmesswerts, um einen Durchschnittsspannungsmesswert zu erhalten. Ferner enthält das Verfahren das Berechnen der Temperatur des Drahts aus dem Durchschnittsspannungsmesswert. Ferner enthält das Verfahren das Berechnen einer Differenz des ersten Spannungsmesswerts und des zweiten Spannungsmesswerts zum Erhalten einer aus dem durch den Draht fließenden Strom abgeleiteten Spannungsdifferenz; und das Berechnen des durch den Draht fließenden Stroms auf der Grundlage der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungsmesswert und dem zweiten Spannungsmesswert.
-
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen einer Temperatur eines Drahts, der einen durch den Draht fließenden Strom aufweist, mit einem Thermoelement offenbart. Das Thermoelement enthält eine erste Zuleitung und eine zweite Zuleitung. Das Verfahren enthält das Befestigen der ersten Zuleitung an dem Draht. Ferner enthält das Verfahren das Befestigen der zweiten Zuleitung an dem Draht. Ferner enthält das Verfahren das vorübergehende Unterbrechen des durch den Draht fließenden Stroms. Ferner enthält das Verfahren das Messen eines ersten Spannungsmesswerts des Thermoelements, wenn der Strom unterbrochen worden ist; und das Berechnen der Temperatur des Drahts aus dem ersten Spannungsmesswert.
-
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen eines Stroms in einem Draht, der einen Strom aufweist, der durch den Draht fließt, mit einem Thermoelement offenbart. Das Thermoelement enthält eine erste Zuleitung, die an dem Draht befestigt ist, und eine zweite Zuleitung, die an dem Draht befestigt ist. Die zweite Zuleitung ist von der ersten Zuleitung entlang einer Längsachse des Drahts axial beabstandet. Das Verfahren enthält das Messen eines Spannungsmesswerts des Thermoelements. Ferner enthält das Verfahren das Bestimmen einer Temperatur des Drahts. Ferner enthält das Verfahren das Subtrahieren eines durch die Temperatur des Drahts induzierten Anteils des Spannungsmesswerts des Thermoelements von dem Spannungsmesswert des Thermoelements, um einen durch den durch den Draht fließenden Strom induzierten Anteil des Spannungsmesswerts des Thermoelements zu erhalten; und das Berechnen des Werts des durch den Draht fließenden Stroms auf der Grundlage des durch den durch den Draht fließenden Strom induzierten Anteils des Spannungsmesswerts.
-
Dementsprechend offenbart die Erfindung ein Verfahren zum Messen einer Temperatur und/oder eines durch den Draht fließenden Stroms mit einem Thermoelement, während der Strom durch den Draht fließt, wodurch die Verwendung des Thermoelements zum Messen der Temperatur einer SMA-Vorrichtung, die durch einen elektrischen Strom geheizt wird, ermöglicht wird.
-
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Draufsicht eines an einem Draht befestigten Thermoelements in einer ersten Anordnung.
-
2 ist eine schematische Draufsicht des an dem Draht befestigten Thermoelements in einer zweiten Anordnung.
-
3 ist eine schematische Draufsicht eines alternativen an dem Draht befestigten Thermoelements in einer dritten Anordnung.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In den Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den mehreren Ansichten entsprechende Teile bezeichnen, ist ein an einem Draht 22 befestigtes Thermoelement 20 gezeigt. In 1 ist eine erste Anordnung des Thermoelements 20 gezeigt. Das Thermoelement 20 kann irgendein im Gebiet bekanntes Standardthermoelement 20 enthalten und enthält eine erste Zuleitung 24 und eine zweite Zuleitung 26. Wie bekannt ist, misst das Thermoelement 20 eine Potentialdifferenz, d. h. eine Spannung, zwischen zwei aus unterschiedlichen Metallen hergestellten Zuleitungen. Diese Potentialdifferenz kann, wie etwa durch Bezugnahme auf eine dem spezifischen verwendeten Typ des Thermoelements 20 zugeordnete standardisierte Nachschlage-/Korrelationstabelle, mit einer Temperatur korreliert werden. Somit wird der Messwert des Thermoelements 20 mit der Temperatur des Objekts in Beziehung gesetzt, wenn die zwei Zuleitungen an einem Objekt befestigt sind.
-
Der Draht 22 kann irgendeinen Typ und/oder irgendeine Größe eines Stromführungswegs, der irgendeinen gewünschten Querschnitt aufweist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, einen Draht in Federform oder ein Band mit rechteckigem Querschnitt, enthalten. Allerdings ist das hier offenbarte Verfahren besonders geeignet zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungs-Drähten (SMA-Drähten) 22 mit kleinem Durchmesser, da SMA-Drähte 22 häufig einen elektrischen Strom dadurch führen, was die Verwendung des Thermoelements 20 auf Standardart verhindert.
-
Um die durch den Draht 22 fließende elektrische Urspannung zu minimieren, werden ein Ende der ersten Zuleitung 24 und ein Ende der zweiten Zuleitung 26 in der Weise an dem Draht 22 befestigt, dass die Enden der ersten und der zweiten Zuleitung 24, 26 seitlich von einem Außenumfang des Drahts 22 beabstandet sind. Dies kann z. B. dadurch ausgeführt werden, dass die Enden der ersten und der zweiten Zuleitung 24, 26 an einer an der Außenoberfläche des Drahts 22 gebildeten Perle 28 befestigt werden. Außerdem kann dies z. B. dadurch ausgeführt werden, dass zunächst die Perle 28 an einem Ende der ersten Zuleitung 24 gebildet wird und daraufhin die Perle 28 an dem Draht 22 befestigt wird, worauf das Befestigen der zweiten Zuleitung 26 an der Perle 28 folgt. Allerdings sollte gewürdigt werden, dass die Enden der ersten und der zweiten Zuleitung 24, 26 direkt, d. h. ohne die Perlen 28, an dem Draht 22 befestigt werden können. Außerdem kann die zweite Zuleitung 26 an dem Draht 22 in einer ersten axialen Entfernung 30 von der ersten Zuleitung 24 entlang der Langsachse 31 des Drahts 22 befestigt werden. Falls das Thermoelement 20 nur zum Messen der Temperatur des Drahts 22 konfiguriert ist, kann sich die erste axiale Entfernung 30 null annähern und enthalten, d. h., das Ende der ersten Zuleitung 24 und das Ende der zweiten Zuleitung 26 sind entlang der Längsachse wie in 2 gezeigt axial ausgerichtet. Falls das Thermoelement 20 dagegen zur Messung des durch den Draht 22 fließenden Stroms konfiguriert ist, muss die erste axiale Entfernung 30 größer als null sein, d. h., das Ende der ersten Zuleitung 24 und das Ende der zweiten Zuleitung 26 müssen wie in 1 gezeigt axial voneinander beabstandet sein. Ein größerer Wert der ersten axialen Entfernung 30 kann die Genauigkeit der Strommessung verbessern.
-
Die Erfindung offenbart ein Verfahren zur Verwendung eines Thermoelements 20 zum Berechnen einer Temperatur des Drahts 22 und eines durch den Draht 22 fließenden Stroms. Die berechnete Temperatur und der Strom des Drahts 22 können für irgendeinen geeigneten Zweck, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, zum Steuern des SMA-Drahts 22, verwendet werden. Das Verfahren enthält das Messen eines ersten Spannungsmesswerts des Thermoelements 20 mit dem Strom mit einer ersten Polarität. Dementsprechend misst der Thermoelementmesswert mit dem Strom in der ersten Polarität die Potentialdifferenz zwischen der ersten Zuleitung 24 und der zweiten Zuleitung 26. Die Potentialdifferenz enthält einen ersten Anteil und einen zweiten Anteil. Der erste Anteil des Thermoelementmesswerts ist der Anteil des Thermoelementmesswerts, der durch die Temperatur des Drahts 22 induziert wird. Der zweite Anteil des Thermoelementmesswerts ist der Anteil des Thermoelementmesswerts, der durch den durch den Draht 22 fließenden Strom induziert wird.
-
Um den ersten Anteil des Thermoelementmesswerts abzutrennen, umfasst das Verfahren ferner das Umkehren der Polarität des durch den Draht 22 fließenden Stroms, d. h. das Ändern der Polarität des Stroms von der ersten Polarität zu einer zweiten Polarität, die zu der ersten Polarität entgegengesetzt ist, während derselbe Betrag des Stroms aufrechterhalten wird. Es wird angenommen, dass die Temperatur des Drahts 22 zwischen der ersten Zuleitung 24 und der zweiten Zuleitung 26 während der Polaritätsumkehr konstant bleibt. Ferner enthält das Verfahren das Messen eines zweiten Spannungsmesswerts des Thermoelements 20 mit demselben Strom bei der zweiten Polarität.
-
Ferner enthält das Verfahren das Mitteln des ersten Spannungsmesswerts und des zweiten Spannungsmesswerts, um einen Durchschnittsspannungsmesswert zu erhalten. Mit anderen Worten, der erste Spannungsmesswert und der zweite Spannungsmesswert werden miteinander summiert und die Summe des ersten Spannungsmesswerts und des zweiten Spannungsmesswerts wird durch zwei dividiert, um den Durchschnittsspannungsmesswert, d. h. das arithmetische Mittel zwischen dem ersten Spannungsmesswert und dem zweiten Spannungsmesswert, zu erhalten. Da der erste Spannungsmesswert bei der ersten Polarisation genommen wurde und der zweite Spannungsmesswert bei der zweiten, entgegengesetzten Polarität genommen wurde, hebt sich der durch den durch den Draht 22 fließenden Strom induzierte zweite Anteil des Thermoelementmesswerts beim Mitteln des ersten Spannungsmesswerts und des zweiten Spannungsmesswerts auf, sodass nur der durch die Temperatur des Drahts 22 induzierte erste Anteil des Thermoelementmesswerts verbleibt. Ferner enthält das Verfahren das Berechnen der Temperatur des Drahts 22 aus dem Durchschnittsspannungsmesswert. Der Durchschnittsspannungsmesswert kann unter Verwendung einer dem spezifischen verwendeten Thermoelement zugeordneten geeigneten Nachschlage-/Korrelationstabelle mit einer Temperatur korreliert werden.
-
Alternativ kann die Temperatur des Drahts 22 durch vorübergehendes Unterbrechen des durch den Draht 22 fließenden Stroms erhalten werden. Sofort, nachdem der durch den Draht 22 fließende Strom unterbrochen worden ist, können einer oder mehrere Spannungsmesswerte von dem Thermoelement 20 genommen werden. Falls mehrere Spannungsmesswerte genommen werden, können die mehreren Spannungsmesswerte miteinander gemittelt werden, um den ersten Spannungsmesswert zu erhalten. Die mehreren Spannungsmesswerte werden innerhalb einer Zeitdauer sofort nach der Unterbrechung des Stroms, die geeignet ist, um sicherzustellen, dass sich der Draht 22 nicht abgekühlt hat, genommen. Zum Beispiel können die mehreren Spannungsmesswerte über eine Zeitdauer genommen werden, die gleich oder größer als eine Zeitdauer von 1 Nanosekunde nach der Unterbrechung des Stroms ist. Allerdings hängt die Zeitdauer von der Größe [engl.: ”sized”] und von der Geometrie des Drahts 22 ab und kann größer oder kleiner als die oben offenbarte Zeitdauer von 1 Nanosekunde sein. Wie oben beschrieben wurde, kann die Temperatur des Drahts 22 durch Bezugnahme des ersten Spannungsmesswerts auf die dem spezifischen verwendeten Typ des Thermoelements 20 zugeordnete geeignete Nachschlage-/Korrelationstabelle berechnet werden.
-
Alternativ können nach Unterbrechung des durch den Draht 22 fließenden Stroms über eine Zeitdauer mehrere Spannungsmesswerte von dem Thermoelement 20 genommen werden. Die Zeitdauer kann ausreichen, um ein gewisses Abkühlen des Drahts 22 zuzulassen. Zum Beispiel können Spannungsmesswerte über eine Zeitdauer gleich oder kleiner als eine Zeitdauer von 1000 Sekunden genommen werden. Allerdings hängt die Zeitdauer von der Größe und Geometrie des Drahts 22 ab und kann größer oder kleiner als die oben offenbarte Zeitdauer von 1000 Sekunden sein. Die mehreren Messwerte von dem Thermoelement 20 können verwendet werden, um den ersten Spannungsmesswert des Drahts 22 bei dem Zeitpunkt, zu dem der Strom unterbrochen wurde, zu extrapolieren. Der erste Spannungsmesswert kann z. B. unter Verwendung einer am besten angepassten Kurve extrapoliert werden. Wie oben beschrieben wurde, kann die Temperatur des Drahts 22 durch Bezugnahme des ersten Spannungsmesswerts auf die dem spezifischen Typ des verwendeten Thermoelements 20 zugeordnete geeignete Nachschlage-/Korrelationstabelle berechnet werden.
-
Ferner kann die Temperatur durch Eliminieren des durch den durch den Draht 22 fließenden Strom induzierten zweiten Anteils des Thermoelementmesswerts berechnet werden. Falls der durch den Draht 22 fließende Strom bekannt ist, kann die Spannung für den zweiten Anteil des Thermoelementmesswerts unter Verwendung der folgenden Gleichungen 1 und 2 berechnet werden. Daraufhin wird die dem zweiten Anteil des Gesamtthermoelementmesswerts zugeordnete berechnete Spannung von dem Gesamtthermoelementmesswert subtrahiert, sodass nur der durch die Temperatur des Drahts 22 induzierte erste Anteil des Thermoelementmesswerts verbleibt. Die Temperatur des Drahts 22 kann durch Bezugnahme des dem ersten Anteil des Thermoelementmesswerts zugeordneten Spannungswerts auf die dem spezifischen verwendeten Typ des Thermoelements 20 zugeordnete geeignete Nachschlage-/Korrelationstabelle berechnet werden.
-
Um den durch den Draht 22 fließenden Strom zu berechnen, enthält das Verfahren das Berechnen einer Differenz des ersten Spannungsmesswerts und des zweiten Spannungsmesswerts, um eine von dem durch den Draht 22 fließenden Strom abgeleitete Spannungsdifferenz zu erhalten. Mit anderen Worten, der zweite Spannungsmesswert wird von dem ersten Spannungsmesswert subtrahiert, um die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungsmesswert und dem zweiten Spannungsmesswert zu erhalten.
-
Ferner enthält das Verfahren das Berechnen des durch den Draht 22 fließenden Stroms auf der Grundlage der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungsmesswert und dem zweiten Spannungsmesswert. Der Strom wird durch Dividieren der Spannungsdifferenz durch zwei berechnet, um die Hälfte der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungsmesswert und dem zweiten Spannungsmesswert zu erhalten. Das Berechnen der Hälfte der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungsmesswert und dem zweiten Spannungsmesswert hebt den durch die Temperatur des Drahts 22 induzierten ersten Anteil des Thermoelementmesswerts auf, sodass nur der durch den durch den Draht 22 fließenden Strom induzierte zweite Anteil des Thermoelementmesswerts verbleibt. Daraufhin wird die Hälfte der Spannungsdifferenz durch den Widerstand des Drahts 22 entlang der ersten axialen Entfernung 30 dividiert, um den Strom zu erhalten.
-
Dementsprechend kann das oben beschriebene Berechnen des durch den Draht 22 fließenden Stroms auf der Grundlage der Spannungsdifferenz das Lösen von Gleichung 1 enthalten: I = V / R (1) wobei: I der durch den Draht 22 fließende Strom ist; V die durch den durch den Draht 22 über die erste axiale Entfernung 30 fließenden Strom induzierte Spannung ist, d. h. die elektrische Urspannung wegen der Anwesenheit des Stroms ist; und R der Widerstand des Drahts 22 entlang der ersten axialen Entfernung 30 ist.
-
Ferner kann das Berechnen des durch den Draht 22 fließenden Stroms auf der Grundlage der Spannungsdifferenz das Lösen von Gleichung 2 enthalten: R = e[ L / A] (2) wobei R der Widerstand des Drahts 22 entlang der ersten axialen Entfernung 30 ist, e eine Proportionalitätskonstante für das Material des Drahts 22 ist, L die axiale Entfernung zwischen der ersten Zuleitung 24 und der zweiten Zuleitung 26 ist und A die Querschnittsfläche des Drahts 22 ist. Allerdings sollte gewürdigt werden, dass der Strom auf eine andere, hier nicht spezifisch beschriebene Art und Weise, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Bezugnahme auf eine vorgegebene Tabelle, die bekannte Ströme mit Spannungsmesswerten korreliert, berechnet werden kann.
-
Um Gleichung 2 zu lösen, müssen die erste axiale Entfernung 30 und die Querschnittsfläche des Drahts 22 bekannt sein. Dementsprechend enthält das Verfahren ferner das Messen der ersten axialen Entfernung 30 und das Berechnen der Querschnittsfläche des Drahts 22. Die erste axiale Entfernung 30 und die Querschnittsfläche des Drahts 22 können auf irgendeine geeignete Art und Weise, einschließlich der Verwendung irgendeiner geeigneten Messvorrichtung, gemessen und/oder berechnet werden.
-
Alternativ kann der Strom durch Subtrahieren des durch die Temperatur des Drahts 22 induzierten ersten Anteils des Thermoelementmesswerts von dem Gesamtthermoelementmesswert berechnet werden, um den durch den durch den Draht 22 fließenden Strom induzierten zweiten Anteil des Thermoelementmesswerts zu erhalten. Dieses alternative Verfahren zum Berechnen des durch den Draht 22 fließenden Stroms enthält das Messen eines Spannungsmesswerts des Thermoelements 20, das Bestimmen der Temperatur des Drahts 22, das Berechnen des durch die Temperatur des Drahts 22 induzierten Anteils des Spannungsmesswerts, d. h. des ersten Anteils des Thermoelementmesswerts, und das Subtrahieren der durch die Temperatur des Drahts 22 induzierten Spannung von dem gemessenen Spannungsmesswert des Thermoelements 20. Die Temperatur des Drahts 22 kann auf irgendeine geeignete Art und Weise wie etwa durch einen Sensor, z. B. durch ein Thermometer, der/das zum Erfassen der Temperatur des Drahts 22 konfiguriert ist, bestimmt werden. Falls der zum Messen der Temperatur des Drahts 22 verwendete Sensor durch den durch den Draht 22 fließenden Strom beeinflusst wird, z. B. das Thermoelement 20, kann die Temperatur des Drahts 22 gemessen werden, während der Strom in dem Draht 22 vorübergehend unterbrochen wird. Falls der zum Messen der Temperatur des Drahts 22 verwendete Sensor durch den durch den Draht 22 fließenden Strom nicht beeinflusst wird, z. B. ein Infrarotsensor, besteht keine Notwendigkeit, den durch den Draht 22 fließenden Strom zu unterbrechen, wobei die Temperatur des Drahts 22 gemessen werden kann, während der Strom durch den Draht 22 fließt. Falls darüber hinaus der durch den Draht 22 fließende Strom die Temperatur des Drahts 22 nicht wesentlich beeinflusst, d. h., wenn die resistive Erwärmung I2R vernachlässigbar ist, wie bei einem sehr niedrigen Strom oder bei einem Draht mit niedrigem Linearwiderstand, kann die Temperatur des Drahts 22 entweder vor Anlegen oder nach Unterbrechen des Stroms in dem Draht 22 gemessen werden. Die bestimmte Temperatur des Drahts 22 kann verwendet werden, um durch Bezugnahme auf die dem spezifischen verwendeten Thermoelement zugeordnete geeignete Nachschlage-/Korrelationstabelle eine korrelierte Spannung für den ersten Anteil des Thermoelementmesswerts zu berechnen. Ferner enthält das Verfahren das Subtrahieren der korrelierten Spannung für den durch die Temperatur des Drahts 22 induzierten ersten Anteil des Thermoelementmesswerts von dem Gesamtspannungsmesswert des Thermoelements 20, um den durch den durch den Draht 22 fließenden Strom induzierten zweiten Anteil des Spannungsmesswerts des Thermoelements 20 zu erhalten. Wenn der Spannungsmesswert für den zweiten Anteil des Thermoelementmesswerts erhalten wird, kann der durch den Draht 22 fließende Strom auf dieselbe Weise wie oben beschrieben unter Nutzung der Gleichungen 1 und 2 berechnet werden.
-
Alternativ kann der zweite Anteil des Thermoelementmesswerts dadurch berechnet werden, dass nach Unterbrechen des Stroms in dem Draht 22 ein Thermoelementmesswert genommen wird, um die durch die Temperatur des Drahts 22 in dem Draht 22 induzierte Spannung zu messen, und der nach Unterbrechung des Stroms in dem Draht 22 genommene Spannungsmesswert von dem Gesamtspannungsmesswert des Thermoelements 20, der vor Unterbrechung des Stroms in dem Draht 22 genommen wurde, subtrahiert wird, um den zweiten Anteil des Thermoelementmesswerts zu erhalten.
-
Anhand von 3 ist eine zweite Anordnung des Thermoelements 20 gezeigt. Die zweite Anordnung des Thermoelements 20 enthält ein Dreizuleitungsthermoelement 20, in dem das Thermoelement 20 eine erste Zuleitung 24, eine zweite Zuleitung 26 und eine dritte Zuleitung 32 enthält. Die zweite Anordnung des Thermoelements 20 enthält die erste Zuleitung 24, die zweite Zuleitung 26 und die dritte Zuleitung 32, von denen zwei jeweils eine positive Zuleitung oder eine negative Zuleitung sind, und die andere aus der ersten Zuleitung 24, der zweiten Zuleitung 26 und der dritten Zuleitung 32, die die jeweils andere der negativen Zuleitung oder der positiven Zuleitung ist. Wie gezeigt ist, sind die erste Zuleitung 24 und die dritte Zuleitung 32 positive Zuleitungen, während die zweite Zuleitung 26 eine negative Zuleitung ist. Alternativ können die erste Zuleitung 24 und die dritte Zuleitung 32 negative Zuleitungen sein, während die zweite Zuleitung 26 eine positive Zuleitung ist. Vorzugsweise ist die dritte Zuleitung 32 in der Weise an dem Draht 22 befestigt, dass die dritte Zuleitung 32 um eine zweite axiale Entfernung 34 von der zweiten Zuleitung 26 axial beabstandet ist, die zweite Zuleitung 26 axial zwischen der ersten Zuleitung 24 und der dritten Zuleitung 32 angeordnet ist und die erste axiale Entfernung 30 gleich der zweiten axialen Entfernung 34 ist. Allerdings sollte gewürdigt werden, dass die erste axiale Entfernung 30 nicht gleich der zweiten axialen Entfernung 34 zu sein braucht, solange die Differenz zwischen der ersten axialen Entfernung 30 und der zweiten axialen Entfernung 34 bei der Berechnung des Widerstands und/oder des Stroms mathematisch berücksichtigt wird.
-
Darüber hinaus kann die erste axiale Entfernung 30 oder die zweite axiale Entfernung 34 auch auf null verringert werden. Es sollte gewürdigt werden, dass dann, wenn die erste axiale Entfernung 30 auf null verringert wird, der erste Spannungsmesswert zwischen der zweiten Zuleitung 26 und der dritten Zuleitung 32 genommen werden kann und der durch die Temperatur des Drahts 22 induzierte erste Anteil des Thermoelementmesswerts durch den Thermoelementmesswert zwischen der ersten Zuleitung 24 und der zweiten Zuleitung 26 bestimmt wird. Der erste Anteil des Thermoelementmesswerts wird von dem zwischen der zweiten Zuleitung 26 und der dritten Zuleitung 32 genommenen ersten Spannungsmesswert subtrahiert, um den durch den durch den Draht fließenden Strom induzierten zweiten Anteil des Thermoelementmesswerts zu erhalten, der aus den obigen Gleichungen 1 und 2 berechnet werden kann. Falls die zweite axiale Entfernung 34 auf null verringert wird, kann der erste Spannungsmesswert zwischen der ersten Zuleitung 24 und der zweiten Zuleitung 26 genommen werden und wird der durch die Temperatur des Drahts 22 induzierte erste Anteil des Thermoelementmesswerts durch den Thermoelementmesswert zwischen der zweiten Zuleitung 26 und der dritten Zuleitung 32 bestimmt. Der erste Anteil des Thermoelementmesswerts wird von dem zwischen der ersten Zuleitung 24 und der zweiten Zuleitung 26 genommenen ersten Spannungsmesswert subtrahiert, um den durch den durch den Draht fließenden Strom induzierten zweiten Anteil des Thermoelementmesswerts zu erhalten, der aus den obigen Gleichungen 1 und 2 berechnet werden kann.
-
Die zweite Anordnung des Thermoelements 20 arbeitet ähnlich wie die erste Anordnung des Thermoelements 20. Da die zweite Anordnung des Thermoelements 20 die dritte Zuleitung 32 enthält, kann das Messen des ersten Spannungsmesswerts aber ferner als Messen des ersten Spannungsmesswerts zwischen der ersten Zuleitung 24 und der zweiten Zuleitung 26 definiert werden. Ähnlich kann das Messen des zweiten Spannungsmesswerts ferner als Messen des zweiten Spannungsmesswerts zwischen der zweiten Zuleitung 26 und der dritten Zuleitung 32 definiert werden. Dementsprechend erfordert die zweite Anordnung des Thermoelements 20 keine Umkehr der Polarität des durch den Draht 22 fließenden Stroms.
-
Alternativ ist es möglich, dass sowohl die erste Zuleitung 24 als auch die zweite Zuleitung 26 beide entweder positive oder negative Zuleitungen sind und die dritte Zuleitung 32 die andere der positiven oder der negativen Zuleitung ist. Wenn dies der Fall ist, kann der erste Spannungsmesswert zwischen der ersten Zuleitung 24 und der dritten Zuleitung 32 gemessen werden und kann der zweite Spannungsmesswert zwischen der zweiten Zuleitung 26 und der dritten Zuleitung 32 gemessen werden. Außerdem können dann, wenn sowohl die erste Zuleitung 24 als auch die zweite Zuleitung 26 beide entweder positive oder negative Zuleitungen sind und die dritte Zuleitung 32 die andere der positiven oder der negativen Zuleitung ist, die mathematischen Berechnungen der Gleichungen 1 und 2 möglicherweise angepasst werden müssen. Zum Beispiel wäre in dieser Situation die Variable L die axiale Entfernung zwischen der ersten Zuleitung 24 und der dritten Zuleitung 32, d. h. die Summe der ersten axialen Entfernung 30 und der zweiten axialen Entfernung 34. Der Fachmann auf dem Gebiet wird nun würdigen, dass für diese Situation Änderungen der mathematischen Berechnungen der Gleichungen 1 und 2 erforderlich sind.
-
Obwohl die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche zu verwirklichen.
