DE102011084320A1

DE102011084320A1 - Method for measuring temperature distribution using two measurement elements, involves activating each measurement element using electric signal, and emitting one measurement signal depending on temperature

Info

Publication number: DE102011084320A1
Application number: DE201110084320
Authority: DE
Inventors: Helmut Kalteis; Michael Korn
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2013-04-18

Abstract

The temperature measurement method involves activating each measurement element using an electric signal, and emitting one measurement signal depending on the temperature. The high frequency electric signal has a preset frequency, through which temperature measurement is performed at one of the two measurement elements. An impedance is determined from the measurement signal reflecting from the measurement element, where the temperature is derived from the impedance. An independent claim is included for a device for measuring temperature distribution using two measurement elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Temperaturverteilung mit mindestens zwei Messelementen, wobei jedes Messelement mit einem elektrischen Signal angesteuert wird und in Abhängigkeit der Temperatur ein Messsignal abgibt.The invention relates to a method for measuring a temperature distribution with at least two measuring elements, wherein each measuring element is driven by an electrical signal and outputs a measuring signal as a function of the temperature.

Für die Messung von Temperaturen sind verschiedenste Methoden bekannt, die aber die Temperatur nur punktuell bestimmen können. Soll eine Temperaturverteilung gemessen werden, ist eine Kombination mehrerer Einzelsensoren notwendig. Dabei werden die Einzelsensoren in einem Messkabel oder einem Schutzrohr kombiniert. Nachteilig dabei ist, dass jeder einzelne Sensor eine eigene Zuleitung zur Bestimmung des Sensorwertes zu einer Auswerteeinrichtung benötigt. Dies führt zwangsläufig dazu, dass mit einer steigenden Anzahl von Sensoren auch die Anzahl der Messleitungen zunimmt, wobei sowohl die Baugröße der Messanordnung als auch die Komplexität der Auswerteeinheit zunimmt.For the measurement of temperatures, a variety of methods are known, but the temperature can only be determined selectively. If a temperature distribution is to be measured, a combination of several individual sensors is necessary. The individual sensors are combined in a measuring cable or a protective tube. The disadvantage here is that each individual sensor requires its own supply line for determining the sensor value to an evaluation device. This inevitably means that with an increasing number of sensors and the number of test leads increases, both the size of the measuring arrangement and the complexity of the evaluation increases.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung einer Temperaturverteilung anzugeben, welche mit einer konstruktiv einfachen Messanordnung bei einer wenig komplexen Ausgestaltung der Auswerteeinheit auskommt.The invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for measuring a temperature distribution, which makes do with a structurally simple measuring arrangement with a less complex configuration of the evaluation unit.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das hochfrequente elektrische Signal eine vorgegebene Frequenz aufweist, mittels welcher eine Temperaturmessung an einem der mindestens zwei Messelemente ausgelöst wird, wobei aus dem, von dem Messelement reflektierten Messsignal eine Impedanz bestimmt wird, aus welcher die Temperatur abgeleitet wird. Durch die Beaufschlagung der Messelemente mit einem hochfrequenten Signal ist es möglich, dass die mindestens zwei Messelemente nur ein gemeinsames Leitungspaar zur Messung der Temperaturverteilung benötigen. Dadurch wird die, die Messelemente umfassende Messanordnung vereinfacht, wobei das, die Messanordnung enthaltende Messkabel einfach in die zu überwachende Umgebung, deren Temperaturverteilung ermittelt werden soll, eingelegt werden kann.According to the invention the object is achieved in that the high-frequency electrical signal has a predetermined frequency, by means of which a temperature measurement is triggered on one of the at least two measuring elements, wherein from the, reflected by the measuring element measurement signal, an impedance is determined, from which the temperature is derived , By subjecting the measuring elements with a high-frequency signal, it is possible that the at least two measuring elements only need a common pair of wires for measuring the temperature distribution. This simplifies the measuring arrangement comprising the measuring elements, wherein the measuring cable containing the measuring arrangement can be easily inserted into the environment to be monitored, whose temperature distribution is to be determined.

Vorteilhafterweise werden für die mindestens zwei Messelemente unterschiedliche Frequenzen vorgegeben. Durch die Anregung mit unterschiedlichen Frequenzen wird sichergestellt, dass die Messelemente ihre Temperaturmessung nur bei Vorliegen der, für das jeweilige Messelement vorbestimmten Frequenz ausführen. Dadurch ist es möglich, die einzelnen Messelemente in einer zeitlichen Reihenfolge nacheinander abzufragen und deren Messergebnis auszuwerten. Das Messergebnis wird dabei auf derselben Leitung zurückgesandt, auf welcher das hochfrequente Signal dem jeweiligen Messelement zugeführt wird.Advantageously, different frequencies are predetermined for the at least two measuring elements. The excitation with different frequencies ensures that the measuring elements perform their temperature measurement only in the presence of the, for the respective measuring element predetermined frequency. This makes it possible to query the individual measuring elements in succession in a time sequence and to evaluate their measurement result. The measurement result is sent back on the same line, on which the high-frequency signal is supplied to the respective measuring element.

In einer Ausgestaltung umfasst das hochfrequente Signal einen breitbandigen Frequenzbereich. Durch die Übersendung eines kontinuierlichen breitbandigen Frequenzbereichs wird sichergestellt, dass eine Vielzahl von Messelementen, die nicht auf zwei beschränkt sind, annähernd gleichzeitig zur Bestimmung einer Temperaturverteilung herangezogen werden können, ohne dass zusätzliche Leitungen notwendig sind.In one embodiment, the high-frequency signal comprises a broadband frequency range. The transmission of a continuous broadband frequency range ensures that a large number of measuring elements, which are not limited to two, can be used almost simultaneously to determine a temperature distribution without the need for additional lines.

Alternativ umfasst das Signal diskrete Frequenzen. Bei dieser besonders einfachen Ausführungsform werden nur die Frequenzen erzeugt, welche für die Auslösung der Temperaturmessung der einzelnen Messelemente notwendig sind. Dadurch können die Messelemente gezielt angesteuert werden.Alternatively, the signal comprises discrete frequencies. In this particularly simple embodiment, only the frequencies are generated which are necessary for triggering the temperature measurement of the individual measuring elements. As a result, the measuring elements can be targeted.

In einer Variante weist das Signal eine konstante Amplitude und/oder Phase auf. Diese konstante Amplitude bzw. Phase vereinfacht die Auswertung der von den Messelementen gelieferten Messsignale und somit die Bestimmung der von den einzelnen Messelementen gemessenen Temperatur.In a variant, the signal has a constant amplitude and / or phase. This constant amplitude or phase simplifies the evaluation of the measuring signals supplied by the measuring elements and thus the determination of the temperature measured by the individual measuring elements.

Eine Weiterbildung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Temperaturverteilung mit mindestens zwei Messelementen, wobei jedes Messelement mit einem elektrischen Signal angesteuert wird und in Abhängigkeit der Temperatur ein Messsignal abgibt. Um die Abmessung der Messanordnung zu verringern, sind Mittel vorhanden, die das hochfrequente elektrische Signal mit einer vorgegebenen Frequenz abgeben, mittels welcher eine Temperaturmessung an einem der mindestens zwei Messelemente ausgelöst wird und aus dem von dem Messelement reflektierten Messsignal eine Impedanz bestimmt wird, aus welcher die Temperatur abgeleitet wird. Neben der Verringerung der Anzahl der Messleitungen wird sichergestellt, dass die Selektion der einzelnen Messelemente allein über die Anregung mit unterschiedlichen Frequenzen erfolgt, so dass jedes Messelement zu einem anderen Zeitpunkt die Temperatur messen kann und das Messergebnis an die Auswerteeinrichtung zurücksendet.A development relates to a device for measuring a temperature distribution with at least two measuring elements, wherein each measuring element is driven by an electrical signal and outputs a measuring signal as a function of the temperature. In order to reduce the size of the measuring arrangement, means are provided which emit the high-frequency electrical signal at a predetermined frequency, by means of which a temperature measurement is triggered on one of the at least two measuring elements and an impedance is determined from the measuring signal reflected by the measuring element, from which the temperature is dissipated. In addition to reducing the number of test leads, it is ensured that the selection of the individual measuring elements takes place solely via the excitation with different frequencies, so that each measuring element can measure the temperature at a different time and sends back the measurement result to the evaluation device.

Vorteilhafterweise sind mindestens zwei Messelemente parallel zueinander an einer Leitung angeordnet, welche mit einem HF-Signalgenerator verbunden ist, wobei jedem Messelement seriell ein Bandpassfilter vorgeschaltet ist und jedes Bandpassfilter eine andere Resonanzfrequenz aufweist. Da die Bandpassfilter unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen, wird sichergestellt, dass nur bei der zugeordneten Resonanzfrequenz das Bandpassfilter niederohmig wird, wodurch das Messelement in die Lage versetzt wird, die Temperaturmessung auszuführen und das Messsignal an die Auswerteeinrichtung zurück zu senden. Trifft eine andere als die Resonanzfrequenz auf das Bandpassfilter auf, so bleibt dieser Messzweig hochohmig, weshalb keine Temperaturmessung durch das jeweilige Messelement ausgeführt werden kann. Durch diese Gestaltung können eine Vielzahl von Messelementen in dieser nur einen Messleitung angeordnet werden.Advantageously, at least two measuring elements are arranged parallel to each other on a line which is connected to an RF signal generator, wherein each measuring element is serially preceded by a bandpass filter and each bandpass filter has a different resonant frequency. Since the bandpass filters have different resonance frequencies, it is ensured that only at the associated resonance frequency, the band-pass filter is low impedance, whereby the measuring element is enabled, the temperature measurement execute and send the measurement signal back to the evaluation. If a frequency other than the resonance frequency strikes the bandpass filter, then this measuring branch remains high-impedance, which is why no temperature measurement can be carried out by the respective measuring element. By this design, a plurality of measuring elements can be arranged in this only one measuring line.

In einer Ausgestaltung ist der HF-Signalgenerator Bestandteil eines Netzwerkanalyzers, insbesondere eines Impedanzanalyzers, welcher zur Auswertung der Impedanz eine Messbrücke aufweist. Zur Bestimmung der Temperaturverteilung über eine Impedanzanalyse können an sich bekannte Netzwerkanalyzer verwendet werden. Auf zusätzliche Auswerteelektroniken kann verzichtet werden.In one embodiment, the RF signal generator is part of a network analyzer, in particular an impedance analyzer, which has a measuring bridge for the evaluation of the impedance. To determine the temperature distribution via an impedance analysis, known network analyzers can be used. Additional evaluation electronics can be dispensed with.

In einer besonders einfachen Ausführungsform kann anstelle eines Netzwerkanalyzers auch ein Impedanzanalyzer verwendet werden, da dieser zur Bestimmung der durch die Messelemente bereitgestellten Impedanzen ausreichend ist. Insbesondere ist die Messbrücke innerhalb des Netzwerk- bzw. Impedanzanalyzers notwendig, um Rückschlüsse auf die angeschlossene Impedanz ziehen zu können.In a particularly simple embodiment, instead of a network analyzer, it is also possible to use an impedance analyzer since this is sufficient for determining the impedances provided by the measuring elements. In particular, the measuring bridge within the network or impedance analyzer is necessary in order to be able to draw conclusions about the connected impedance.

In einer weiteren Ausführungsform stellt der HF-Signalgenerator die Frequenz variabel ein. Ein Signalgenerator, der einen weiten Frequenzbereich überstreicht, ermöglicht in einfacher Art und Weise, die unterschiedlich große Anzahl von Messelementen, insbesondere die diesen vor geschalteten Bandpassfiltern anzusteuern und somit die Temperaturmessung einzuleiten. Vorteilhafterweise überstreicht der HF-Generator eine Frequenz von 100 MHz bis 1 GHz.In a further embodiment, the RF signal generator sets the frequency variable. A signal generator which sweeps over a wide frequency range, allows in a simple manner to control the different numbers of measuring elements, in particular the bandpass filters connected upstream of them, and thus to initiate the temperature measurement. Advantageously, the HF generator covers a frequency of 100 MHz to 1 GHz.

Ferner sind die Bandpassfilter steilflankig ausgeführt. Aufgrund der Steilflankigkeit der eingesetzten Bandpassfilter lassen sich die einzelnen von den Messelementen ausgesandten Messsignale sauber innerhalb des reflektierten Signales unterscheiden. Insbesondere bei der Verwendung von Quarzfiltern oder SAW-Filtern können durch diese Bandbreiten von wenigen Kilohertz realisiert werden. Die Bandpassfilter weisen eine möglichst geringe Temperaturabhängigkeit auf, um das Messsignal der Messelemente nicht zu verfälschen.Furthermore, the bandpass filters are designed with steep flanks. Due to the steep edge of the bandpass filter used, the individual measuring signals emitted by the measuring elements can be distinguished clearly within the reflected signal. Especially when using quartz filters or SAW filters can be realized by these bandwidths of a few kilohertz. The bandpass filters have the lowest possible temperature dependence so as not to distort the measuring signal of the measuring elements.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.The invention allows numerous embodiments. One of them will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.

Es zeigt:It shows:

1: Messanordnung für ein Temperaturmessverfahren basierend auf einer hochfrequenten Impedanzanalyse. 1 : Measurement arrangement for a temperature measurement method based on a high-frequency impedance analysis.

2: Schaltungsanordnung für das Messprinzip. 2 : Circuit arrangement for the measuring principle.

3: ein mögliches Ergebnis der Impedanzanalyse. 3 : a possible result of the impedance analysis.

4: Vergrößerung des Messergebnisses gemäß 3. 4 : Enlargement of the measurement result according to 3 ,

Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Identical features are identified by the same reference numerals.

1 zeigt eine Messanordnung für eine Messung einer Temperaturverteilung. Dabei ist eine Leitung 1, welche eine Systemimpedanz Z₀ aufweist, mit einem Impedanzanalyzer 2 verbunden. Der Impedanzanalyzer 2 weist einen variabel durchstimmbaren HF-Signalgenerator 3 auf, der über einen Innenwiderstand 4 mit der Seele 6 der als Koaxialkabel ausgebildeten Leitung 1 verbunden ist. Darüber hinaus besitzt der Impedanzanalyzer 2 eine Anzeige 5. 1 shows a measuring arrangement for a measurement of a temperature distribution. Here is a line 1 , which has a system impedance Z ₀ , with an impedance analyzer 2 connected. The impedance analyzer 2 has a variable tunable RF signal generator 3 on, which has an internal resistance 4 with the soul 6 the cable designed as a coaxial cable 1 connected is. In addition, the impedance analyzer has 2 an ad 5 ,

Die Leitung 1 weist darüber hinaus eine Ummantelung 7 auf, welche die Seele 6 des Koaxialkabels umgibt und abschirmt. An diese Leitung 1 sind mehrere Messelemente in Form von temperaturabhängigen Widerständen R₁, R₂, R₃ angeschlossen, mit welchen die Temperatur an verschiedenen Stellen gemessen werden soll. Diese temperaturabhängigen Widerstände R₁, R₂, R₃ sind parallel zueinander geschaltet und zwischen der Leitung 1 und Masse 8 angeordnet. Als Masse 8 wird eine zweite Leitung verwendet, die in 1 nicht weiter dargestellt ist.The administration 1 also has a jacket 7 on which the soul 6 of the coaxial cable surrounds and shields. To this line 1 several measuring elements in the form of temperature-dependent resistors R ₁ , R ₂ , R _{3 are} connected, with which the temperature is to be measured at various points. These temperature-dependent resistors R ₁ , R ₂ , R ₃ are connected in parallel with each other and between the line 1 and mass 8th arranged. As a mass 8th a second line is used in 1 not shown.

Zwischen jedem temperaturabhängigen Widerstand R₁, R₂, R₃ und dem Abzweig von der Leitung 1 ist ein steilflankiges Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃ in Reihe mit dem temperaturabhängigen Widerstand R₁, R₂, R₃ geschaltet. Am Ende der Leitung 1 ist ein Abschlusswiderstand 9 von 50 Ω gegen Masse 8 geschaltet. Eine solche Anordnung, die beispielsweise in einem Schutzrohr oder einem Messkabel untergebracht sein kann, wird in Feldeinrichtungen, wie z. B. großen Tanks, eingesetzt, wo mit Hilfe der Vielzahl von temperaturabhängigen Widerständen R₁, R₂, R₃ eine Temperaturverteilung in diesem Tank bestimmt wird, um aus dieser Temperaturverteilung ein Volumen des Tanks berechnen zu können. Zu diesem Zweck ist der Impedanzanalyzer 2 über eine standardisierte Schnittstelle, wie beispielsweise einen Profibus, mit einer Prozessmesstechnik in einer Schaltzentrale verbunden.Between each temperature-dependent resistor R ₁ , R ₂ , R ₃ and the branch from the line 1 is a steep-band bandpass filter BF ₁ , BF ₂ , BF _{3 connected} in series with the temperature-dependent resistor R ₁ , R ₂ , R ₃ . At the end of the line 1 is a terminator 9 of 50 Ω to ground 8th connected. Such an arrangement, which may be housed for example in a protective tube or a measuring cable is in field devices such. As large tanks, where using the plurality of temperature-dependent resistors R ₁ , R ₂ , R _3, a temperature distribution in this tank is determined in order to calculate a volume of the tank from this temperature distribution can. For this purpose, the impedance analyzer 2 Connected via a standardized interface, such as a Profibus, with a process measurement in a control center.

Der in dem Impedanzanalyzer 2 enthaltene HF-Signalgenerator 3 überstreicht einen Frequenzbereich von 100 MHz bis 1 GHz. Eine nicht weiter dargestellte Messbrücke innerhalb des Impedanzanalyzers 2 ermöglicht Rückschlüsse auf die angeschlossene Impedanz. Die bereits erläuterten Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃ sind steilflankig ausgebildet und weisen unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf. Darüber hinaus übernehmen diese Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃ die Aufgabe, eine möglichst optimale Anpassung an die Systemimpedanz Z₀ der Leitung 1 bereitzustellen.The one in the impedance analyzer 2 included RF signal generator 3 covers a frequency range from 100 MHz to 1 GHz. A measuring bridge (not shown) within the impedance analyzer 2 allows conclusions about the connected impedance. The bandpass filters BF ₁ , BF ₂ , BF ₃ already explained are steep-edged trained and have different resonance frequencies. In addition, these bandpass filters BF ₁ , BF ₂ , BF _{3 take on} the task of optimally adapting to the system impedance Z _{0 of} the line 1 provide.

2 zeigt ein Prinzipschaltbild des Messsystems. Zur Vereinfachung wurde dabei auf das Kabelsystem und den Abschlusswiderstand verzichtet. Die jeweiligen Bandpassfilter werden dabei von einer Kombination aus einer Induktivität und einer Kapazität gebildet. So entsprechen die Spule L₁ und der Kondensator C₁ dem Bandpassfilter BF₁ und die Spule L₂ und der Kondensator C₂ dem Bandpassfilter BF₂, während die Spule L₃ und der Kondensator C₃ das Bandpassfilter BF₃ bilden. Vom HF-Generator 3 wird eine hochfrequente Wechselspannung mit einer konstanten Amplitude erzeugt. Die Frequenz f der Wechselspannung ist dabei veränderbar und überstreicht einen Frequenzbereich von ca. 100 MHz bis 1 GHz. Die drei Messzweige, welche durch die temperaturabhängigen Widerstände R₁, R₂, R₃ gebildet sind und jeweils aus der Spule L_x, dem Kondensator C_x und dem temperaturabhängigen Widerstand R_x bestehen, ergeben dabei eine Gesamtimpedanz eines Messzweiges zu

2 shows a schematic diagram of the measuring system. For simplicity, the cable system and terminator were omitted. The respective bandpass filters are formed by a combination of an inductance and a capacitance. Thus, the coil L ₁ and the capacitor C ₁ correspond to the bandpass filter BF ₁ and the coil L ₂ and the capacitor C _{2 to} the bandpass filter BF ₂ , while the coil L ₃ and the capacitor C _{3 form} the bandpass filter BF ₃ . From the HF generator 3 a high-frequency alternating voltage with a constant amplitude is generated. The frequency f of the alternating voltage is variable and covers a frequency range of about 100 MHz to 1 GHz. The three measuring branches, which are formed by the temperature-dependent resistors R ₁ , R ₂ , R ₃ and each consisting of the coil L _x , the capacitor C _x and the temperature-dependent resistor R _x , thereby yielding an overall impedance of a measuring branch

Die Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃, welche auch als Saugkreise bezeichnet werden, haben dabei die Eigenschaft, bei der durch die Spule L_x und den Kondensator C_x bestimmten Resonanzfrequenz niederohmig zu werden. Wird nun ein solcher Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃ mit einer Frequenz f beaufschlagt und ist diese Frequenz f gleich der Resonanzfrequenz f₁ des Bandpassfilters BF₁ _' so ist der gesamte Messzweig L₁, C₁ und R₁ niederohmig, während die verbleibenden Messzweige L₂, C₂ und R₂ bzw. L₃, C₃ und R₃ hochohmig sind. Das bedeutet, dass keine Signale an den, an das jeweilige Bandpassfilter BF₂, BF₃ angeschlossenen temperaturabhängigen Widerstand R₂ bzw. R₃ durchgelassen werden. Diese Messzweige verhalten sich dann neutral, weshalb auch keine Temperaturmessung durchgeführt wird.The bandpass filters BF ₁ , BF ₂ , BF ₃ , which are also referred to as suction circuits, thereby have the property of becoming low-impedance at the resonance frequency determined by the coil L _x and the capacitor C _x . If such a bandpass filter BF ₁ , BF ₂ , BF _{3 is then} subjected to a frequency f and if this frequency f is equal to the resonance frequency f _{1 of} the bandpass filter BF ₁ _', then the entire measuring branch L ₁ , C ₁ and R _{1 are} low-resistance, while the remaining measuring branches L ₂ , C ₂ and R ₂ or L ₃ , C ₃ and R _{3 are} high impedance. This means that no signals are transmitted to the temperature-dependent resistor R ₂ or R ₃ connected to the respective bandpass filter BF ₂ , BF ₃ . These measuring branches then behave neutrally, which is why no temperature measurement is carried out.

Wird ein Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃ mit der ihm eigenen Resonanzfrequenz beaufschlagt, so verhält dieser sich niederohmig und die Temperaturmessung wird durchgeführt. Der Messzweig, bestehend aus L_x, C_x und R_x, erscheint mit der Impedanz IR_x im Impedanzanalyzer 2. Die im Impedanzanalyser 2 verbaute Messbrücke erlaubt nun Rückschlüsse auf die angeschlossene Impedanz IR_x, wodurch im Weiteren die, durch den temperaturabhängigen Widerstand R_x an der entsprechenden Position gemessene punktuelle Temperatur bestimmt wird. Diese Temperatur wird über die nicht weiter dargestellte standardisierte Schnittstelle an die Prozessleitzentrale gemeldet.If a bandpass filter BF ₁ , BF ₂ , BF _{3 is} acted upon by its own resonance frequency, it behaves at low impedance and the temperature measurement is carried out. The measuring branch, consisting of L _x , C _x and R _x , appears with the impedance IR _x in the impedance analyzer 2 , The in the impedance analyzer 2 built measuring bridge now allows conclusions about the connected impedance IR _x , which further determines the, measured by the temperature-dependent resistor R _x at the corresponding position point temperature. This temperature is reported via the standardized interface (not shown) to the process control center.

Betrachtet man das Schaltungsnetzwerk der 2 mit dem Impedanzanalyzer 2, so erhält man bei den unterschiedlichen Resonanzfrequenzen f₁, f₂, f₃

die Impedanzen IR₁, IR₂ und IR₃.Looking at the circuit network of 2 with the impedance analyzer 2 , so we get at the different resonance frequencies f ₁ , f ₂ , f ₃

the impedances IR ₁ , IR ₂ and IR ₃ .

Diese Impedanzen IR₁, IR₂, IR₃ sind in 3 als Messergebnis einer solchen Impedanzanalyse dargestellt. Dabei ist die Impedanz in kΩ über der Frequenz f in MHz aufgetragen. Zu beachten ist hierbei noch die Systemimpedanz IR₄, welche den Innenwiderstand des Impedanzanalyzers 2 darstellt und welche vom Messergebnis subtrahiert werden muss.These impedances IR ₁ , IR ₂ , IR ₃ are in 3 shown as the measurement result of such an impedance analysis. The impedance is plotted in kΩ over the frequency f in MHz. Note also the system impedance IR ₄ , which is the internal resistance of the impedance analyzer 2 represents and which must be subtracted from the measurement result.

Bei der Temperaturmessung, welche als Impedanzmessung ausgeführt wird, wird bei Auftreten der Frequenz f_x, welche einer der Resonanzfrequenzen eines Bandpassfilters entspricht, eine Impedanzmessung mit dem entsprechenden temperaturabhängigen Widerstand R_x durchgeführt, während Frequenzen f_x, die nicht den Resonanzfrequenzen f₁, f₂, f₃ der Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃ entsprechen, zu keiner Impedanzmessung führen, sondern im hochohmigen Bereich ein neutrales Verhalten der Messzweige gewährleisten. Aufgrund der Verwendung der steilflankigen Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃ ist es möglich, die einzelnen Impedanzen IR_x deutlich zu unterscheiden.In the temperature measurement, which is carried out as an impedance measurement, at the occurrence of the frequency f _x , which corresponds to one of the resonance frequencies of a bandpass filter, an impedance measurement is performed with the corresponding temperature-dependent resistor R _x , while frequencies f _x , not the resonant frequencies f ₁ , f ₂ , f _{3 of} the bandpass filters BF ₁ , BF ₂ , BF ₃ , lead to no impedance measurement, but ensure a neutral behavior of the measuring branches in the high-impedance range. Due to the use of steep edge bandpass filters BF ₁ , BF ₂ , BF ₃ , it is possible to clearly distinguish the individual impedances IR _x .

4 zeigt eine Vergrößerung des Messergebnisses nach 3, wobei deutlich der Unterschied von 10 Ω zwischen den Impedanzen IR₂ und IR₁ bzw. IR₃ erkennbar ist. Aufgrund der Messung der verschiedenen Impedanzen IR₁, IR₂, IR₃ wird eine Temperaturverteilung bestehend aus drei Messpunkten ermittelt, die eine zuverlässige Aussage über die Temperaturverteilung in der zu überwachenden Umgebung ermöglicht, da die einzelnen Messelemente an verschiedenen Stellen der zu untersuchenden Umgebung positioniert sind. 4 indicates an increase in the measurement result 3 , where clearly the difference of 10 Ω between the impedances IR ₂ and IR ₁ or IR ₃ can be seen. On the basis of the measurement of the different impedances IR ₁ , IR ₂ , IR ₃ , a temperature distribution consisting of three measuring points is determined, which makes possible a reliable statement about the temperature distribution in the environment to be monitored, since the individual measuring elements are positioned at different points of the environment to be examined ,

Die vorgeschlagene Lösung ist nicht auf drei temperaturabhängige Widerstände R_x begrenzt, sondern kann beliebig viele temperaturabhängige Widerstände und diesen vorgeschaltete, steilflankige Bandpassfilter BF_x enthalten. Je steilflankiger ein Filter ist, desto mehr Sensoren können in einem definierten Frequenzbereich angeordnet werden.The proposed solution is not limited to three temperature-dependent resistors R _x , but may contain any number of temperature-dependent resistors and this upstream, steep-edge bandpass filter BF _x . The more steep a filter, the more sensors can be arranged in a defined frequency range.

Um signalverfälschende Reflexionen innerhalb des Schaltungsnetzwerkes zu unterbinden, sollten die temperaturabhängigen Widerstände R₁, R₂, R₃ den gleichen Wert wie die Systemimpedanz Z₀ aufweisen. Darüber hinaus besitzen die Bandpassfilter BF₁, BF₂, BF₃ eine sehr geringe Temperaturabhängigkeit.In order to prevent signal-distorting reflections within the circuit network, the temperature-dependent resistors R ₁ , R ₂ , R _{3 should have} the same value as the system impedance Z ₀ . In addition, the bandpass filters BF ₁ , BF ₂ , BF _{3 have} a very low temperature dependence.

Aufgrund der vorgeschlagenen, einfach aufzubauenden Kabelkette, welche eine Vielzahl von temperaturabhängigen Widerständen aufweist, die zueinander beabstandet sind, vereinfacht sich die Messanordnung für eine Temperaturverteilung. Gleichzeitig kann auf eine komplexe Auswerteelektronik verzichtet werden.Due to the proposed, easy to build cable chain, which has a plurality of temperature-dependent resistors, which are spaced from each other, simplifies the measuring arrangement for a temperature distribution. At the same time can be dispensed with a complex evaluation.

Claims

Method for measuring a temperature distribution with at least two measuring elements (R ₁ , R ₂ , R ₃ ), wherein each measuring element (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) is driven by an electrical signal and outputs a measuring signal depending on the temperature, characterized in that the high-frequency electrical signal has a predetermined frequency (f ₁ , f ₂ , f ₃ ), by means of which a temperature measurement is triggered on one of the at least two measuring elements (R ₁ , R ₂ , R ₃ ), from which of the measuring element (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) reflected measurement signal (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) an impedance (IR ₁ , IR ₂ , IR ₃ ) is determined, from which the temperature is derived.

A method according to claim 1, characterized in that for the at least two measuring elements (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) different frequencies (f ₁ , f ₂ , f ₃ ) are specified.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the high-frequency signal comprises a broadband frequency range.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the signal comprises discrete frequencies.

Method according to at least one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the signal has a constant amplitude and / or phase.

Device for measuring a temperature distribution with at least two measuring elements, each measuring element (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) being driven by an electrical signal and emitting a measuring signal as a function of the temperature, characterized in that means ( 3 ) are present, which deliver the high-frequency electrical signal having a predetermined frequency (f ₁ , f ₂ , f ₃ ), by means of which a temperature measurement at one of the at least two measuring elements (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) is triggered and from the from the measuring element (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) reflected measurement signal, an impedance (IR ₁ , IR ₂ , IR ₃ ) is determined, from which the temperature is derived.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the at least two measuring elements (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) parallel to each other on a line ( 1 ) arranged with an RF signal generator ( 3 ), wherein each measuring element (R ₁ , R ₂ , R ₃ ) is serially preceded by a bandpass filter (BF ₁ , BF ₂ , BF ₃ ) and each bandpass filter (BF ₁ , BF ₂ , BF ₃ ) has a different resonant frequency (f ₁ , f ₂ , f ₃ ).

Apparatus according to claim 7, characterized in that the RF signal generator ( 3 ) Component of a network analyzer, in particular an impedance analyzer ( 2 ), which has a measuring bridge for the evaluation of the impedance (IR ₁ , IR ₂ , IR ₃ ).

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the RF signal generator ( 3 ) sets the frequency variably.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the bandpass filters (BF ₁ , BF ₂ , BF ₃ ) are designed with a sharp edge.