DE102017100266A1

DE102017100266A1 - Temperatur-Grenzwertgeber

Info

Publication number: DE102017100266A1
Application number: DE102017100266.9A
Authority: DE
Inventors: Marc Schalles
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-01-09
Publication date: 2018-07-12
Also published as: US20190353529A1; EP3566032A1; WO2018127357A1; CN110140035A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (1) zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur (T) umfassend- eine Überwachungseinheit (2) umfassend ein Referenzelement (3), welches Referenzelement (3) zumindest teilweise aus einem Material (10, 15) besteht, für welches Material (10,15) bei einer Phasenübergangstemperatur (T), welche Phasenübergangstemperatur (T)im Bereich der vorgegebenen Temperatur (T) liegt, zumindest ein Phasenübergang auftritt, für welchen Phasenübergang das Material (10, 15) in der festen Phase verbleibt, und- eine Detektionseinheit (4), welche dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement (3) charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße (G, L, Cr) zu detektieren und eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (T) zu generieren.Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Überwachungseinheit (2) und eine Detektionseinheit (4) zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System (1) sowie ein Verfahren zur Überwachung der vorgebbaren Temperatur (T) mittels eines erfindungsgemäßen Systems (1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur umfassend eine Überwachungseinheit und eine Detektionseinheit, sowie auf ein Verfahren zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur. Es handelt sich also im Prinzip um einen Temperatur- Grenzwertgeber. Mittels des erfindungsgemäßen Systems kann überwacht werden, ob eine vorgebbare Temperatur, beispielsweise eines Messmediums, eines Stoffes oder Stoffgemisches, oder eines Gegenstandes, beispielsweise eines Bauteils, oder einer Komponente, über- oder unterschritten wurde.
Die Temperatur kann mittels eines Thermometers kontinuierlich innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs, für welchen das Thermometer ausgelegt ist, bestimmt werden. Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen verfügbar. So gibt es Thermometer, welche zur Messung der Temperatur die Ausdehnung einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Festkörpers mit bekanntem Ausdehnungskoeffizienten heranziehen, oder auch solche, welche die elektrische Leitfähigkeit eines Materials mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise bei Verwendung von Widerstandselementen oder Thermoelementen. Dagegen wird bei Strahlungsthermometern, insb. Pyrometern, zur Bestimmung der Temperatur einer Substanz deren Wärmestrahlung ausgenutzt. Die jeweils zugrundeliegenden Messprinzipien sind jeweils in einer Vielzahl von Veröffentlichungen beschrieben worden und werden entsprechend hier nicht im Einzelnen detailliert wiedergegeben.
Im Prinzip lassen sich zur Bestimmung einer Temperatur verschiedenste physikalische und/oder chemische spezifische temperaturabhängige Materialeigenschaften ausnutzen. Dabei kann es sich entweder um eine an einem bestimmten charakteristischen Temperaturpunkt auftretende, insbesondere abrupte, Änderung der jeweiligen Eigenschaften oder auch um eine kontinuierliche Änderung dieser Eigenschaft, beispielsweise in Form einer charakteristischen Kennlinie, handeln. Beispielsweise stellt die Curie-Temperatur eines ferromagnetischen Materials einen charakteristischen Temperaturpunkt für dieses Material dar. In dieser Hinsicht ist aus der DE4032092C2 ein Verfahren zur Ermittlung der Curie-Temperatur bekannt geworden, bei welchem mittels eines Differential-Scanning-Thermoanalysators eine abrupte Änderung der aufgenommenen Wärmemenge im Bereich der Curie-Temperatur festgestellt wird.
In Bezug auf eine kontinuierliche Änderung einer temperaturabhängigen Eigenschaft eines Materials werden in der DE19702140A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Temperatur eines rotierenden Trägerteils beschrieben mit einem Temperaturfühler, welcher einen ferro- oder paramagnetischen Werkstoff aufweist, der im jeweils interessanten Temperaturbereich eine temperaturabhängige Änderung seiner Polarisation zeigt. Auch die DE04006885A1 beschäftigt sich mit der berührungslosen Temperaturmessung bewegter, vorzugweise rotierender Körper. An den bewegten Körper wir eine LC-Kombination, welche in einer Ausgestaltung ein ferroelektrisches Dielektrikum beinhaltet, angebracht und die temperaturabhängige Resonanzfrequenz der LC-Kombination betrachtet.
Es wird also eine Kennlinie der temperaturabhängigen Polarisation zur Bestimmung der Temperatur herangezogen.
Ein weiteres Beispiel, welches aus der DE19805184A1 bekannt geworden ist, beschreibt die Ermittlung der Temperatur eines piezoelektrischen Elements anhand seiner Kapazität. Ähnlich bezieht sich die Patentschrift DE69130843T2 auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur eines piezoelektrischen Kristalloszillators.
Die DE102013019839A1 beschreibt einen Temperatursensor mit einem Sensorelement zur passiven Bestimmung der Temperatur unter Nutzung der Temperaturabhängigkeit der Permittivität von wenigstens einem ferroelektrischen Material. Die Temperaturmessung erfolgt dabei anhand von Laufzeitdifferenzen innerhalb des Sensorelements. Aus der DE010258845A1 ist schließlich eine Temperaturmesseinrichtung mit einem kapazitiven Element und einem darin elektrisch kontaktierten dielektrischen Material, welches seine dielektrischen Eigenschaften mit der Temperatur ändert, bekannt geworden.
Entsprechende physikalische und/oder chemische spezifische temperaturabhängige Materialeigenschaften eignen sich grundsätzlich auch zur Kalibrierung und/oder Validierung von Thermometern. Beispielsweise sind aus der DE102010040039A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur in situ Kalibrierung eines Thermometers mit einem Temperatursensor und einem Referenzelement zur Kalibrierung des Temperatursensors bekannt geworden, bei welcher das Referenzelement wenigstens teilweise aus einem ferroelektrischen Material besteht, welches im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich eine Phasenumwandlung bei zumindest einer vorgegebenen Temperatur erfährt. Die Kalibrierung wird also anhand des charakteristischen Temperaturpunkts eines Phasenübergangs eines ferroelektrischen Materials, also anhand einer materialspezifischen Eigenschaft vorgenommen. Je nach Anzahl der verbauten Referenzelemente kann auf diese Weise sowohl eine sogenannte 1-Punkt- als auch eine Mehrpunkt- Kalibrierung und/oder Validierung vorgenommen werden. Eine ähnliche, insbesondere für Mehrpunkt-Kalibrierungen geeignete Vorrichtung, ist ferner aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102015112425.4 bekannt geworden. Das dort beschriebene Thermometer umfasst zumindest einen Temperatursensor und zumindest zwei über genau zwei Anschlussdrähte kontaktierte Referenzelemente, welche zumindest teilweise aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, für welche Materialien jeweils im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei jeweils einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt. Auf die DE102010040039A1 sowie auf die Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102015112425.4 wird im Folgenden vollumfänglich Bezug genommen.
Neben einer kontinuierlichen Temperaturbestimmung gibt es viele Bereiche, in denen gewährleistet werden muss, dass eine bestimmte Temperatur nicht über- oder unterschritten wird. In dieser Hinsicht ist beispielsweise aus der DE102006031905A1 eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums mit einer Sensoreinheit, einem Gehäuse und einem Temperaturüberschreitungselement bekannt geworden. Das Temperaturüberschreitungselement wird in oder an dem Gehäuse angebracht und umfasst ein piezoelektrisches Element, wobei die Curie-Temperatur des piezoelektrischen Elements derartig gewählt ist, dass die Curie-Temperatur im Bereich einer Überwachungstemperatur der Vorrichtung liegt. Um herauszufinden, ob die Überwachungstemperatur überschritten wird, muss jedoch nachteilig das Temperaturüberschreitungselement vom Gehäuse entfernt werden, oder aber derart ausgestaltet werden, dass die Polarisation des Temperaturüberschreitungselement im eingebauten Zustand abfragbar ist. Dies erfordert eine spezielle Ausgestaltung des jeweiligen Messgeräts.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und universell einsetzbare Möglichkeit anzugeben, mittels welcher sich Temperaturgrenzwerte auf einfache Weise überwachen lassen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das System gemäß Anspruch 1, durch die Überwachungseinheit gemäß Anspruch 14, durch die Detektionseinheit gemäß Anspruch 15 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 16.
Hinsichtlich des Systems wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein System zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur umfassend

- eine Überwachungseinheit umfassend ein Referenzelement, welches Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material bei einer Phasenübergangstemperatur, welche Phasenübergangstemperatur im Bereich der vorgegebenen Temperatur liegt, zumindest ein Phasenübergang auftritt, für welchen Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt, und
- eine Detektionseinheit, welche dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße zu detektieren und eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur zu generieren.

Es handelt sich also erfindungsgemäß um einen Temperatur- Grenzwertgeber. Mittels des erfindungsgemäßen Systems kann auf einfache Art und Weise überwacht werden, ob eine vorgebbare Temperatur, beispielsweise eines Messmediums, eines Stoffes oder Stoffgemisches, oder eines Gegenstandes, beispielsweise eines Bauteils, oder einer Komponente, über- oder unterschritten wurde. Bei der vorgebbaren Temperatur handelt es sich insbesondere um eine vorgebbare Grenztemperatur. Je nach konkreter Ausgestaltung ist es vorteilhaft lediglich notwendig, die Überwachungseinheit geeignet zu positionieren, beispielsweise in unmittelbarer Umgebung zum jeweiligen Messmedium, Stoff oder Stoffgemisch, oder in unmittelbarer Umgebung des jeweiligen Gegenstandes, beispielsweise einem Bauteil, oder einer Komponente. Die Überwachungseinheit ist also vorzugsweise derart angeordnet, dass sie dergleichen Temperatur ausgesetzt ist.
Die Detektionseinheit kann entweder zusammen mit der Überwachungseinheit angeordnet werden oder alternativ als eigenständige Einheit ausgeführt werden, welche auf Bedarf eingesetzt wird. Aber auch eine Integration der Detektionseinheit in eine Elektronikeinheit, beispielsweise eines Messgeräts oder in eine elektronische Baugruppe ist denkbar. Je nach der angedachten Anwendung kann somit eine Überwachung der vorgebbaren Temperatur kontinuierlich erfolgen, oder es kann das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur auf Bedarf, beispielsweise zu vorgebbaren Zeitpunkten oder in vorgebbaren Zeitintervallen überprüft werden.
Bei einem Phasenübergang in einem Material, welches Material in der festen Phase verbleibt, handelt es sich beispielsweise nach der Ehrenfestklassifikation um einen Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung. Im Unterschied zu einem Phasenübergang erster Ordnung wird keine oder nur eine vernachlässigbare Menge latenter Wärme während des Phasenübergangs frei. Wenn keine oder nur eine vernachlässigbare Menge an latenter Wärme frei wird, kann - grundsätzlich und unabhängig von der gewählten Klassifikation für Phasenübergänge - unter anderem vorteilhaft gewährleistet werden, dass die mittels des Temperatursensors gemessene Temperatur zum Zeitpunkt des Auftretens eines Phasenübergangs, nicht, insbesondere nicht durch frei werdende latente Wärme, verfälscht wird.
In einer weiteren, heute deutlich gebräuchlicheren Klassifizierung von Phasenübergängen wird lediglich zwischen diskontinuierlichen (1. Ordnung) und kontinuierlichen (2. Ordnung) Phasenübergängen unterschieden [s. z. B. Lexikon der Physik, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin, Band 4 unter dem Stichwort „Phasenübergänge und andere kritische Phänomene]. Nach dieser Klassifikation wiederum lassen sich beispielsweise verschiedenen ferroelektrischen Materialien sowohl Phasenübergänge 1. als auch 2. Ordnung zuordnen, wobei in beiden Fällen das jeweilige Material, für das ein Phasenübergang stattfindet, während des Phasenübergangs in der festen Phase verbleibt.
Das Verbleiben in der festen Phase ist unabhängig von der gewählten Klassifikation eines Phasenübergangs für die vorliegende Erfindung bedeutend. Ein im festen Zustand verbleibendes Material ist mit Hinblick auf konstruktive Aspekte des Systems, insbesondere der Überwachungseinheit, besonders vorteilhaft.
Für das erfindungsgemäße System können ein oder mehrere Referenzelemente integriert werden, wobei jedes Referenzelement einen oder mehrere Phasenübergänge aufweisen kann. Es können also mittels eines Systems auch mehrere vorgebbare Temperaturen überwacht werden. Beispielsweise kann für den Fall des Überwachens einer bestimmbaren Maximaltemperatur bei Erreichen einer ersten vorgebbaren Temperatur eine Warnung ausgegeben werden. Diese erste Temperatur weist einen vorgebbaren Temperaturabstand zur jeweils maximal zulässigen Temperatur auf. Bei Erreichen einer zweiten vorgebbaren Temperatur, welche einen geringeren Temperaturabstand zur maximal zulässigeren Temperatur aufweist, als die erste vorgebbare Temperatur, kann dann beispielsweise eine erneute Warnung ausgegeben werden. Alternativ kann auch ein Steuersignal generiert werden, mittels welchem eine Sicherheitsfunktion, beispielsweise ein Abschaltvorgang eines Bauteils oder ähnliches, vorgenommen wird.
Da ein bestimmter Phasenübergang grundsätzlich bei einem bestimmten charakteristischen fixen und langzeitstabilen Temperaturwert stattfindet, müssen vorteilhaft im Prinzip keine Drift und/oder keine Alterungseffekte berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem Material um ein ferroelektrisches Material, um ein ferromagnetisches Material, oder um einen Supraleiter, insbesondere einen Hochtemperatur-Supraleiter. Bei dem zumindest einen Phasenübergang handelt es sich entsprechend um einen Phasenübergang vom ferroelektrischen in den paraelektrischen Zustand oder umgekehrt, vom ferromagnetischen in den paramagnetischen Zustand oder vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand oder umgekehrt.
Das Auftreten eines Phasenübergangs geht grundsätzlich mit der Änderung einer spezifischen Materialeigenschaft einher. Im Falle der vorliegenden Erfindung sind die materialspezifischen Änderungen für das Material, aus welchem das jeweilige Referenzelement zumindest teilweise besteht, bekannt und können für eine Überwachung der vorgebbaren Temperatur herangezogen werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems, ist die charakteristische physikalische oder chemische Kenngröße gegeben durch eine dielektrische, elektrische, oder magnetische Eigenschaft des Materials, beispielsweise durch eine magnetische oder elektrische Polarisation oder Remanenz, durch eine Kapazität oder eine Induktivität, oder durch eine Kristallstruktur oder ein Volumen.
Im Folgenden werden mehrere Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Überwachungseinheit und der Detektionseinheit angegeben. Es sei darauf verwiesen, dass es sich bei den genannten Ausgestaltungen keineswegs um eine abschließende Auflistung handelt, sondern vielmehr um besonders bevorzugte Ausgestaltungen für das erfindungsgemäße System. Die verschiedenen Ausgestaltungen sind ferner beliebig untereinander kombinierbar.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Referenzelement um ein Kondensatorelement mit einem Dielektrikum handelt, wobei das Dielektrikum des Kondensatorelements wenigstens teilweise aus dem Material besteht, für welches Material bei der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur der zumindest eine Phasenübergang auftritt. Für diese Ausgestaltung ist es entsprechend zweckdienlich, das Auftreten des zumindest einen Phasenübergangs anhand einer Kapazität oder einer von der Kapazität abhängigen Größe zu detektieren.
Eine alternative Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Referenzelement um eine Spulenanordnung mit zumindest einer Spule und einen magnetisch leitfähigen Körper handelt, wobei der Körper wenigstens teilweise aus dem Material besteht, für welches Material bei der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur der zumindest eine Phasenübergang auftritt. Bei dieser Ausgestaltung ist es wiederum zweckdienlich, wenn der zumindest eine Phasenübergang anhand einer Induktivität oder einer von der Induktivität abhängigen Größe zu detektieren.
In einer Ausgestaltung umfasst die Detektionseinheit Mittel zur Detektion der Änderung eines von dem Referenzelement ausgehenden Feldes, insbesondere ein elektrisches oder magnetisches Feld, wobei die Detektionseinheit dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur anhand einer Änderung des Feldes zu erkennen. Während des Phasenübergangs kann sich beispielsweise die Polarisation des jeweiligen Materials, welches den Phasenübergang durchläuft, ändern. Dies ist insbesondere bei ferroelektrischen und ferromagnetischen Materialien der Fall.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Mittel zur Detektion einer Änderung des Feldes Mittel zur Detektion einer Kraft oder der Änderung einer Kraft umfassen. Anhand einer Änderung einer Kraft kann beispielsweise auf einfache Weise auf eine Änderung des Polarisationszustandes des jeweiligen Materials geschlossen werden.
Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass die Detektionseinheit und/oder Überwachungseinheit Mittel zum Anlegen eines, insbesondere elektrischen, oder magnetischen Feldes umfasst. Vorzugsweise sind die Mittel zum Anlegen des Feldes derart ausgestaltet, dass das Feld zumindest zeitweise und zumindest teilweise zumindest eine Komponente des Referenzelements, insbesondere die zumindest eine Komponente, welche zumindest teilweise aus dem Material besteht, für welches der zumindest eine Phasenübergang auftritt, durchsetzt. Das Feld kann einerseits manuell angelegt werden, beispielsweise durch einen Benutzer des Systems. Das Feld kann aber auch in vorgebbaren Zeitabständen oder kontinuierlich während der Betriebs des Systems angelegt werden.
Für die genannte Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die Detektionseinheit dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur anhand zumindest einer Hysterese-Kurve und/oder anhand einer Polarisation zu detektieren.
In einer weiteren Ausgestaltung des Systems sind zumindest das Referenzelement und zumindest eine weitere Komponente der Überwachungseinheit und/oder Detektionseinheit zumindest zeitweise Teil eines elektrischen Schwingkreises, wobei die Detektionseinheit dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des Phasenübergangs einer Änderung einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises zu detektieren.
Unabhängig vom jeweiligen Messprinzip zur Detektion des Auftretens eines Phasenübergangs umfasst das System gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Ausgabeeinheit, welche dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur anzuzeigen, auszugeben und/oder an eine externe Einheit zu übertragen. Die Ausgabeeinheit ist beispielsweise der Detektionseinheit zugeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das System eine Übertragungseinheit, insbesondere eine Übertragungseinheit umfassend ein RFID- oder ein Bluetooth-Modul, welche Übertragungseinheit zur drahtlosen Übertragung zumindest des Über- oder Unterschreitens der vorgegebenen Temperatur ausgestaltet ist. Bei einer Detektion des Phasenübergangs anhand einer Änderung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, kann mittels der Übertragungseinheit beispielsweise die jeweils vorliegende Resonanzfrequenz übertragen werden. Ebenso kann anhand der Änderung der Resonanzfrequenz eine Übertragungseigenschaft der Übertragungseinheit, beispielsweise eine Übertragungsfrequenz oder eine Anregungsfrequenz, oder Anregungsempfindlichkeit, modifiziert werden. Dies betrifft insbesondere passive RFID-Module.
Eine Ausgestaltung umfassend eine Übertragungseinheit zeichnet sich grundsätzlich durch einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau aus.
Vorteilhaft umfasst das System ferner eine Energieversorgungseinheit zur Versorgung zumindest einer Komponente der Überwachungseinheit, der Detektionseinheit, der Ausgabeeinheit und/oder der Übertragungseinheit mittels elektrischer Energie. Das System, oder zumindest eine Komponente des Systems können also derart ausgestaltet werden, dass sie autark von einer externen Energieversorgung arbeiten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Überwachungseinheit und Detektionseinheit als separate Einheiten ausgestaltet sind. Beispielsweise kann eine mobile Detektionseinheit zur Detektion des Auftretens eines Phasenübergangs in mehreren Überwachungseinheiten verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Überwachungseinheit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System, sowie durch eine Detektionseinheit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur mittels eines erfindungsgemäßen Systems, umfassend folgende Verfahrensschritte:

- Detektion eines Phasenübergangs anhand zumindest einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße, und
- Generieren einer Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur im Falle, dass ein Phasenübergang detektiert wird.

Die in Zusammenhang mit dem System erläuterten Ausgestaltungen lassen sich mutatis mutandis auch auf die Übertragungseinheit, die Detektion und/oder das vorgeschlagene Verfahren anwenden und umgekehrt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert:

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Überwachungseinheit und Detektionseinheit, welche a) gemeinsam und b) getrennt voneinander angeordnet sind,
2 zeigt eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer charakteristischen Kenngröße sowie der Temperatur zur Illustrierung der Detektion des Phasenübergangs anhand einer Änderung der Kenngröße,
3 zeigt eine schematische Darstellung für eine Ausgestaltung des Referenzelements als (a) Kondensatorelement und (b) als Spulenanordnung,
4 illustriert die Detektion eines Phasenübergangs anhand einer Änderung der Polarisation des Materials, aus welchem das Referenzelement zumindest teilweise besteht,
5 illustriert die Detektion eines Phasenübergangs anhand einer Hysterese-Kurve, für den Fall eines (a) ferroelektrischen und (b) eines ferromagnetischen Phasenübergangs, und
6 illustriert die Detektion eines Phasenübergangs anhand der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises mit einem Referenzelement in Form einer (a) Induktivität und (b) Kapazität.

In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 sind zwei beispielhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Systems 1 in schematischer Darstellung gezeigt. Es sei darauf verwiesen, dass diese beiden möglichen Ausgestaltungen als mögliche Beispiele anzusehen sind, und viele weitere Ausgestaltungen und Anordnungen der einzelnen Komponenten denkbar sind und unter die vorliegende Erfindung fallen. Das System umfasst grundsätzlich eine Überwachungseinheit 2, welche ein Referenzelement 3 aufweist, welches zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material bei einer Phasenübergangstemperatur T_ph welche Phasenübergangstemperatur im Bereich der vorgegebenen Temperatur T_min/max liegt, zumindest ein Phasenübergang auftritt, für welchen Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt. Weiterhin umfasst das System 1 eine Detektionseinheit 4, mit welcher das Auftreten des Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement 3 charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße detektiert und eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur T_min/max generiert werden. Diese Meldung kann beispielsweise mittels einer Ausgabeeinheit 5 ausgegeben, und/oder an eine externe Einheit 7 übertragen werden.
Das Überwachungseinheit 2 und die Detektionseinheit 4 können entweder gemeinsam angeordnet werden, wie in 1a gezeigt, oder getrennt voneinander als separate Einheiten ausgestaltet werden, wie in 1b illustriert. Eine Kommunikation zwischen der Überwachungseinheit 2 und der Detektionseinheit 4 kann entsprechend sowohl drahtgebunden als auch drahtlos erfolgen.
Gemäß 1a ist die Überwachungseinheit 2 mit dem Referenzelement 3 in direktem Kontakt zur Detektionseinheit 4, welche wiederum in direktem Kontakt zu einer Ausgabeeinheit 5 ist. Mittels der Ausgabeeinheit 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur T_min/max drahtgebunden an die externe Einheit 7 übertragen. Das System 1 gemäß 1 ist im Wesentlichen in Form eines einzigen Bauteils ausgestaltet.
Dagegen erfolgt die Übertragung des Über- oder Unterschreitens der vorgebbaren Temperatur T_min/max an die externe Einheit 7 in der Ausgestaltung gemäß 1b drahtlos vermittels der Übertragungseinheit 6. Die Detektionseinheit 4 ist in dieser Ausgestaltung als eigenständige Einheit 8 ausgebildet. Diese Einheit 8 umfasst die Detektionseinheit 4, die Ausgabeeinheit 5 und die Übertragungseinheit 6. Ferner umfasst die die Einheit 8 eine Energieversorgungseinheit 9, welche die Detektionseinheit 4, die Ausgabeeinheit 5 und die Übertragungseinheit 6 mit elektrischer Energie versorgt. Die Einheit 8 ist entsprechend autark von einer Energieversorgung und kann mobil eingesetzt werden.
Das Auftreten des zumindest einen Phasenübergangs wird erfindungsgemäß anhand einer insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement 3 charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße detektiert, wie in 2 illustriert ist. Das obere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf einer zur Detektion des Phasenübergangs verwendeten charakteristischen physikalischen oder chemischen Größe G. Findet in dem Referenzelement 3 ein Phasenübergang statt, so erfolgt in dem gezeigten Beispiel eine sprunghafte Änderung der Größe G. Der Zeitpunkt, zu welchem die sprunghafte Änderung der Größe detektiert wird, ist der Phasenübergangszeitpunkt t_ph , zu welchem das Referenzelement 3 die Phasenübergangstemperatur T_ph erreicht.
Im unteren Diagramm ist die Temperatur T als Funktion der Zeit t dargestellt. Das Material, für welches der Phasenübergang auftritt, wird derart gewählt, dass die Phasenübergangstemperatur T_ph im Bereich der vorgebbaren Temperatur T_min/max , welche überwacht wird, liegt. 2 bezieht sich hierbei auf den Fall, dass die vorgebbare Temperatur T_min/max nicht überschritten werden soll. In diesem Falle bietet es sich an, das Material für das Referenzelement 3 derart zu wählen, dass T_ph < T_min/max , wobei je nach Anwendung ein geeigneter Temperaturabstand zwischen der Phasenübergangstemperatur T_ph und der vorgebbaren Temperatur T_min/max wählbar ist. Bei einem Erwärmungsvorgang des jeweiligen Messmediums, Stoffes oder Stoffgemisches, oder des jeweiligen Gegenstandes, beispielsweise eines Bauteils, oder einer Komponente wird zu einem ersten Zeitpunkt t₁ zuerst die Phasenübergangstemperatur T_ph erreicht. Über das Erreichen der Phasenübergangstemperatur T_ph wird beispielsweise eine Meldung generiert und ausgegeben. Bei einer weiteren Erwärmung würde zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ die vorgebbare Temperatur T_min/max erreicht werden. Indem ein vorgebbarer Temperaturabstand zwischen der Phasenübergangstemperatur T_ph und der vorgebbaren Temperatur T_min/max gewählt wird, kann beispielsweise gewährleistet werden, dass zwischen dem ersten t₁ und zweiten t₂ Zeitpunkt, insbesondere auch bei einer weiteren Erwärmung, genug Zeit verbleibt, um das Überschreiten der vorgebbaren Temperatur T_min/max zu vermeiden. Für den Fall, dass die vorgebbare Temperatur T_min/max nicht unterschritten werden soll, gelten analoge Überlegungen, so dass auf diesen Fall hier nicht ebenfalls detailliert eingegangen wird. Der Temperaturabstand zwischen der Phasenübergangstemperatur T_ph und der vorgebbaren Temperatur T_min/max kann beispielsweise mit Hinblick auf zu erwartende Heiz- oder Kühlraten des jeweiligen Messmediums, Stoffes oder Stoffgemisches, oder des jeweiligen Gegenstandes, beispielsweise eines Bauteils, oder einer Komponente gewählt werden. Alternativ kann das Material für das Referenzelement 3 auch derart gewählt werden, dass sich die Phasenübergangstemperatur T_ph und die vorgebbare Temperatur T_min/max im Wesentlichen entsprechen. In diesem Fall beträgt der vorgebbare Temperaturabstand im Wesentlichen null.
Einige beispielhafte, mögliche Ausgestaltungen für das Referenzelement 3 sind in 3 gezeigt. Im Falle eines ferroelektrischen Materials eignet sich beispielsweise eine Ausgestaltung des Referenzelements 3 in Form eines Kondensatorelements. Das Material 10, für welches der Phasenübergang auftritt, bildet in diesem Fall das Dielektrikum. Das Referenzelement 3 umfasst ferner zwei Elektroden 11a und 11b, welche im hier gezeigten Beispiel direkt auf zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen des Materials 10, welches als im Wesentlichen kubischer Körper ausgestaltet ist, angeordnet und mittels zwei Anschlussleitungen 11a und 11b elektrisch kontaktiert, um beispielsweise die Kapazität C des Referenzelements 3 zu detektieren und anhand einer insbesondere sprunghaften Änderung der Kapazität C zu detektieren. Für weitere Details zu dieser Ausgestaltung des Referenzelements 3 in Form eines Kondensatorelements sei auf die Offenlegungsschrift DE102010040039A1 verwiesen.
Im Falle eines Referenzelements 3 umfassend ein ferromagnetisches Material 15 bietet sich eine Ausgestaltung in Form einer Spulenanordnung an, wie beispielhaft in den Figuren Fig. 3b-3d gezeigt. Eine Möglichkeit zur Detektion eines Phasenübergangs bei einer derartigen Ausgestaltung des Referenzelements 3 besteht in der Detektion einer Änderung der Induktivität L der Anordnung. Bei einem Phasenübergang vom ferromagnetischen zum paramagnetischen Zustand ändert sich der magnetische Widerstand des Materials 15, für welches der Phasenübergang stattfindet, und folglich auch die Induktivität L der Anordnung.
In der Ausgestaltung gemäß 3b umfasst das Referenzelement 3 eine Spule 13 mit Kern 14, und einen magnetisch leitfähigen Körper 15, welcher aus dem ferromagnetischen Material besteht. Der magnetisch leitfähige Körper 15 ist derart angeordnet, dass er sich zumindest teilweise in einem von der Spule 13 mit dem Kern 14 ausgehenden magnetischen Feld B befindet, welches durch die Einzeichnung von Feldlinien illustriert ist. Bei einem Phasenübergang in dem magnetisch leitfähigen Körper 15 ändert sich das magnetische Feld B, welches beispielsweise anhand einer Änderung der Induktivität L der Anordnung detektierbar ist.
Es sei darauf verwiesen, dass die Verwendung eines Kerns 14 für die Spule 13 optional ist. Zwei mögliche Ausgestaltungen des Referenzelements 4 als Spulenanordnung ohne Kern sind entsprechend in den Figuren 3b und 3c gezeigt. In 3d ist ferner beispielhaft einerseits das magnetische Feld B₁ eingezeichnet, welches vorherrscht, wenn sich das Material 15 im ferromagnetischen Zustand befindet. Darüber hinaus ist in gestrichelten Linien das Magnetfeld B₂ , welches vorherrscht, wenn sich das Material 15 im paramagnetischen Zustand befindet, eingezeichnet.
Es sei ferner darauf verwiesen, dass das Material 15, die Spule 13 und der Kern 14 nicht zwangsläufig gemeinsam innerhalb der Detektionseinheit 4 angeordnet sein müssen. Es ist ebenso denkbar, dass die Spule 13 und/oder der Kern 14 Teil/Teile der Übertragungseinheit 6 ist/sind.
Im Falle, dass das jeweilige System 1 mehrere Referenzelemente 3 umfasst, können die verschiedenen Referenzelemente 3 jeweils baugleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorzugsweise kommen Materialien mit Phasenübergängen bei unterschiedlichen Phasenübergangstemperaturen T_ph1, T_ph2,... zum Einsatz. Beispielsweise kann zumindest eines der Referenzelemente 3 in Form eines Kondensatorelements und zumindest ein weiteres Referenzelement in Form einer Spulenanordnung ausgestaltet werden. Zur Bestimmung der Phasenübergänge der verschiedenen Referenzelemente 3 kann die Detektionseinheit 4 ferner entweder eine oder aber mehrere Messschaltungen umfassen. Beispielsweise können mehrere Referenzelemente 3 zur Detektion der jeweiligen Phasenübergänge in einen einzigen Schwingkreis integriert werden.
Zur Detektion des Auftretens des jeweiligen Phasenübergangs sind grundsätzlich vielfältige Möglichkeiten denkbar, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen. In den nachfolgenden Figuren werden einige besonders bevorzugte Ausgestaltungen erläutert. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt.
Eine Möglichkeit zur Detektion des Auftretens eines Phasenübergangs besteht in der Detektion einer Änderung der Polarisation des jeweiligen Materials 10 bzw. 15, für welches der Phasenübergang auftritt, wie anhand von 4 illustriert. Beim Auftreten eines Phasenübergangs kann sich beispielsweise die Polarisation des Materials 10 bzw. 15, für welches der Phasenübergang auftritt, ändern. Eine Änderung der Polarisation kann beispielsweise im Falle eines ferromagnetischen Materials anhand einer Änderung einer Induktivität L erkannt werden, wie in den Figuren 4b und 4c illustriert, oder im Falle eines ferroelektrischen Materials C anhand einer Änderung einer Kapazität, wie in den Figuren 4d und 4e dargestellt.
In 4a ist die Temperatur T als Funktion der Zeit t dargestellt. Zu einem ersten Zeitpunkt t₁ findet ein Phasenübergang statt, bei welchem die Polarisation des Materials 10 bzw. 15 verschwindet, wie in 4c und 4e illustriert. Vor dem Zeitpunkt t1 befand sich das Material 10 bzw. 15 im Falle der 4c im ferromagnetischen Zustand und im Falle der 4e im ferroelektrischen Zustand. Zwischen dem Zeitpunkt t₁ und einem zweiten Zeitpunkt t₂ , zu welchem erneut ein Phasenübergang auftritt, befindet sich das jeweilige Material im Falle der 4c im paramagnetischen Zustand und im Falle der 4e im paraelektrischen Zustand. Zum Zeitpunkt t₂ geht das jeweilige Material dagegen wieder in einen ferromagnetischen (4c) bzw. einen ferroelektrischen (4e) Zustand über. Im paramagnetischen bzw. im paraelektrischen Zustand verschwindet die Polarisation des jeweiligen Materials. Als Konsequenz erfährt die Kapazität C des jeweiligen Referenzelements 3 im Falle eines ferroelektrischen Materials (4d) bzw. die Induktivität L eines Referenzelements 3 mit einem ferromagnetischen Material 10 eine sprunghafte Änderung, welche auf einfache Weise detektiert werden kann.
Eine weitere Möglichkeit zur Detektion eines Phasenübergangs anhand der Polarisation besteht in der Betrachtung eines von dem Referenzelement 3 ausgehenden Feldes, beispielsweise der Remanenz des jeweiligen Materials. Ein von dem Material, welches sich anfänglich in einem ferroelektrischen oder ferromagnetischen Zustand mit hoher Polarisation befindet, wird nach einem Überschreiten der Phasenübergangstemperatur T_ph verschwinden. Ein Ausgangszustand hoher Polarisation des jeweils verwendeten ferroelektrischen oder ferromagnetischen Materials kann beispielsweise durch Anlegen eines, insbesondere externen, elektrischen oder magnetischen Feldes erzeugt werden.
In diesem Fall entspricht selbst nach einer Rückkehr in den ferromagnetischen Zustand bzw. in den ferroelektrischen Zustand die jeweils vorhandene Polarisation des jeweiligen Materials nicht mehr der jeweiligen Polarisation im Ausgangszustand, wie anhand der Figuren 4c und Fig. 4d für den Phasenübergang zum zweiten Zeitpunkt t₂ gezeigt.
In diesem Zusammenhang sind folgende Anwendungen denkbar: Ein bestimmter Gegenstand, beispielsweise elektronische Baugruppen, oder auch Lebensmittel, darf, beispielsweise während eines Transports, eine bestimmte vorgebbare Temperatur T_min/max zu keinem Zeitpunkt überschreiten. Zur Überwachung der vorgebbaren Temperatur wird eine Überwachungseinheit 2 umfassend ein Referenzelement 3 mit einem ferroelektrischen oder ferromagnetischen Material an dem jeweiligen Gegenstand oder in unmittelbarer Umgebung des jeweiligen Gegenstands angebracht. Das Referenzelement 3 kann zu Beginn beispielsweise durch Anlegen eines, insbesondere externen elektrischen oder magnetischen Feldes, welches zumindest das den Phasenübergang aufweisende Material zumindest zeitweise und/oder teilweise durchsetzt, polarisiert werden.
Für diese Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Überwachungseinheit 2 und die Detektionseinheit 4 als separate Einheiten ausgestaltet werden.
Entweder kann die Polarisation des jeweiligen Gegenstandes während des Transports mittels der Detektionseinheit 4 fortlaufend oder in vorgebbaren Zeitabständen bzw. Zeitintervallen detektiert werden. Das Auftreten kann dann anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung der Polarisation kann dann auf das Auftreten eines Phasenübergangs in dem jeweiligen Material, aus welchem das Referenzelement zumindest teilweise besteht, detektiert werden. Alternativ kann das Auftreten eines Phasenübergangs auch einmalig, insbesondere am Ende eines jeweiligen Vorgangs, beispielsweise nach einem Transport, überprüft werden. In diesem Falle können beispielsweise die Polarisationen zu Beginn, also im Ausgangszustand und am Ende verglichen werden. Sind die Polarisation am Anfang und am Ende nicht im Wesentlichen gleich, so kann darauf geschlossen werden, dass zumindest zeitweise die vorgebbare Temperatur T_min/max überschritten wurde. Für eine weitere Anwendung kann das Referenzelement 3 erneut durch Anlegen eines geeigneten Feldes polarisiert werden. Entsprechende Mittel zum Anlegen eines Feldes können beispielsweise in der Überwachungseinheit 2 oder in der Detektionseinheit 4 implementiert sein.
Ähnliche Überlegungen gelten auch für den Fall, dass eine bestimmte vorgebbare Temperatur T_min/max nicht unterschritten werden darf. Dieses Beispiel wird deshalb hier nicht im Detail erläutert.
Eine Detektion der jeweiligen Polarisation mittels einer geeignet ausgestalteten Detektionseinheit 4 kann grundsätzlich beispielsweise anhand der Remanenz erfolgen. Das Vorhandensein einer Remanenz, bzw. einer Polarisation kann dabei beispielsweise anhand einer Änderung der Kapazität oder Induktivität ermittelt werden, wie in den Figuren 4b und 4d gezeigt. Alternativ kann aber auch eine Kraftmessung oder eine Messung einer Hysterese vorgenommen werden. Dieses Beispiel ist insbesondere vorteilhaft für den Fall, dass keine kontinuierliche Temperaturüberwachung stattfinden soll, sondern das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur T_min/max zu vorgebbaren Zeitpunkten überprüft werden soll.
Im Falle, dass der zumindest eine Phasenübergang anhand einer Hysterese-Kurve detektiert wird, bietet sich beispielsweise eine Ausgestaltung des Referenzelements entsprechend einer der Ausgestaltungen aus 5 an. Bei den in 5 gezeigten Ausgestaltungen sind die Überwachungseinheit 2 und die Detektionseinheit gemeinsam angeordnet. Das Referenzelement 3 ist dabei Teil einer elektrischen Schaltung der Detektionseinheit 4.
Zur Erfassung einer Hysterese-Kurve wird die Änderung der Polarisation des jeweiligen Materials, in welchem der Phasenübergang auftritt, durch Anlegen einer zeitlich dynamischen Spannung U_dyn , erfasst. Die jeweilige Hysterese-Kurve ergibt sich durch Auftragung jeweils der Spannung U₁ in Abhängigkeit von U_dyn aufgetragen. Das Auftreten eines Phasenübergangs kann beispielsweise anhand einer Änderung des Verhältnisses der Spannungen U_dyn und U₁ detektiert werden.
Für die Ausgestaltung gemäß 5a handelt es sich bei dem Referenzelement 3 um ein Kondensatorelement mit der Kapazität C_ref , wie beispielsweise in 3a dargestellt. Entsprechend handelt es sich um einen Phasenübergang vom ferroelektrischen in den paraelektrischen Zustand oder umgekehrt. Bei der Schaltung, welche die Detektionseinheit 4 umfasst, handelt es sich um eine sogenannte Sawyer-Tower-Schaltung, welche an sich bestens aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb hier nicht detailliert beschrieben ist.
Eine elektrische Schaltung zur Detektion eines Phasenübergangs im Falle eines Referenzelements 3 in Form einer Spulenanordnung mit der Induktivität L_ref , wie beispielsweise in einer der Figuren Fig. 3b-3d gezeigt, welche jeweils ein ferromagnetisches Material umfasst, ist dagegen in 5b dargestellt. Die Kapazität C₁, sowie die Widerstände R₁ und R₂ sind jeweils auf das verwendete Referenzelement 3 angepasst.
Schließlich ist es ebenfalls möglich, das Referenzelement 3 als Teil eines Schwingkreises auszugestalten, wie anhand von 6 illustriert. In diesem Falle wird das Auftreten des Phasenübergangs beispielsweise anhand einer Änderung einer Resonanzfrequenz f₀ des Schwingkreises detektiert. Es sei darauf verwiesen, dass aber auch andere Eigenschaften des Schwingkreises, wie beispielsweise eine Dämpfung, ein Amplitudengang, oder ein Frequenzgang hinsichtlich des Auftretens eines Phasenübergangs ausgewertet werden können.
Auch für die beispielhaften Ausgestaltungen in 6 sind die Überwachungseinheit 2 und die Detektionseinheit 4 gemeinsam angeordnet, wobei das Referenzelement 3Teil des jeweiligen Schwingkreises ist, welcher jeweils in die Detektionseinheit 4 integriert ist.
Für den Fall eines als Kondensatorelement mit Kapazität C_ref ausgebildeten Referenzelements 3, wie in 6a eignet sich ein RC-Schwingkreis mit dem Widerstand R₁, welcher in Abhängigkeit des Referenzelements 3 geeignet gewählt wird. Eine Übertragungseinheit 6, welche beispielsweise ein Element eines RFID-Moduls ist, kann in diesem Fall vorteilhaft direkt in den Schwingkreis integriert werden. Der Phasenübergang wird dann anhand einer Änderung der Resonanzfrequenz f₀ des Schwingkreises detektiert, welche direkt mittels der Übertragungseinheit 6 übertragen wird.
Im Falle einer Ausgestaltung des Referenzelements 3 als Spulenanordnung mit der Induktivität L_ref , wie in 6b, eignet sich ein RCL-Schwingkreis mit dem Widerstand R₁ und der Kapazität C₁ , welche beide in Abhängigkeit vom Referenzelement 3 gewählt werden. Analog zur Ausgestaltung ist eine Übertragungseinheit 6 in den Schwingkreis integriert.
Bezugszeichenliste

1: Erfindungsgemäßes System
2: Überwachungseinheit
3: Referenzelement
4: Detektionseinheit
5: Ausgabeeinheit
6: Übertragungseinheit
7: Externe Einheit
8: Detektionseinheit, Ausgabeeinheit und Übertragungseinheit als Einheit
9: Energieversorgungseinheit
10: Ferroelektrisches Material, Dielektrikum
11a, 11b: Elektroden
12a, 12b: Anschlussleitungen
13: Spule
14: Kern
15: Magnetisch leitfähiger Körper, ferromagnetisches Material
G: charakteristische Kenngröße des Referenzelements
T: Temperatur
t: Zeit
T_Ph: Phasenübergangstemperatur
t_ph: Phasenübergangs-Zeitpunkt t_ph
T_min/max: vorgebbare Temperatur
t₁, t₂: erster, zweiter Zeitpunkt
B, B₁, B₂: Magnetfeld
C_ref: Kapazität des Referenzelements
L_ref: Induktivität des Referenzelements
U_dyn: Zeitlich dynamische Spannung
U₁: Spannung
R_1: R₂: Widerstände
C, C₁: Kapazität
L, L₁: Induktivität
P: magnetische oder elektrische Polarisation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4032092 C2 [0003]
DE 19702140 A1 [0004]
DE 04006885 A1 [0004]
DE 19805184 A1 [0006]
DE 69130843 T2 [0006]
DE 102013019839 A1 [0007]
DE 010258845 A1 [0007]
DE 102010040039 A1 [0008, 0046]
DE 102015112425 [0008]
DE 102015112425 A1 [0008]
DE 102006031905 A1 [0009]

Claims

System (1) zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur (T_min/max) umfassend - eine Überwachungseinheit (2) umfassend ein Referenzelement (3), welches Referenzelement (3) zumindest teilweise aus einem Material (10, 15) besteht, für welches Material (10,15) bei einer Phasenübergangstemperatur (T_ph), welche Phasenübergangstemperatur (T_ph)im Bereich der vorgegebenen Temperatur (T_min/max) liegt, zumindest ein Phasenübergang auftritt, für welchen Phasenübergang das Material (10, 15) in der festen Phase verbleibt, und - eine Detektionseinheit (4), welche dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement (3) charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße (G, L_ref, C_ref) zu detektieren und eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (T_min/max) zu generieren.
System (1) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Material (10,15) um ein ferroelektrisches Material, um ein ferromagnetisches Material, oder um einen Supraleiter, insbesondere einen Hochtemperatur-Supraleiter, handelt.
System (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die charakteristische physikalische oder chemische Kenngröße (G) durch eine dielektrische, elektrische (C_ref), oder magnetische (L_ref) Eigenschaft des Materials, beispielsweise durch eine magnetische oder elektrische Polarisation (P) oder Remanenz, durch eine Kapazität (C_ref), oder eine Induktivität (L_ref), oder durch eine Kristallstruktur oder ein Volumen gegeben ist.
System (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Referenzelement (3) um ein Kondensatorelement mit einem Dielektrikum (10) handelt, wobei das Dielektrikum (10) des Kondensatorelements wenigstens teilweise aus dem Material (10) besteht, für welches Material (10) bei der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur (T_Ph) der zumindest eine Phasenübergang auftritt.
System (1) nach zumindest einem Ansprüche 1-4, wobei es sich bei dem Referenzelement (3) um eine Spulenanordnung mit zumindest einer Spule (13) und einen magnetisch leitfähigen Körper (15) handelt, wobei der Körper (15) wenigstens teilweise aus dem Material (15) besteht, für welches Material (15) bei der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur (T_ph) der zumindest eine Phasenübergang auftritt.
System (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinheit (4) Mittel zur Detektion der Änderung eines von dem Referenzelement (3) ausgehenden Feldes, insbesondere ein elektrisches oder magnetisches Feld, umfasst, und wobei die Detektionseinheit (4) dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (T_min/max) anhand einer Änderung des Feldes zu erkennen.
System (1) nach Anspruch 6, wobei die Mittel zur Detektion einer Änderung des Feldes Mittel zur Detektion einer Kraft oder der Änderung einer Kraft umfassen.
System (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungseinheit (2) und/oder Detektionseinheit (4) Mittel zum Anlegen eines, insbesondere elektrischen, oder magnetischen Feldes (B) umfasst.
System (1) nach Anspruch 8, wobei die Detektionseinheit (4) dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (T_min/max) anhand zumindest einer Hysterese-Kurve und/oder anhand einer Polarisation zu detektieren.
System (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das Referenzelement (3) und zumindest eine weitere Komponente der Überwachungseinheit (2) und/oder Detektionseinheit (4) zumindest zeitweise Teil eines elektrischen Schwingkreises sind, und wobei die Detektionseinheit (4) dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des Phasenübergangs einer Änderung einer Resonanzfrequenz (f₀) des Schwingkreises zu detektieren.
System (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Ausgabeeinheit (5), welche dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur (T_min/max) anzuzeigen, auszugeben und/oder an eine externe Einheit (7) zu übertragen.
System (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Übertragungseinheit (6), insbesondere eine Übertragungseinheit (6) umfassend ein RFID- oder ein Bluetooth-Modul, welche Übertragungseinheit (6) zur drahtlosen Übertragung zumindest des Über- oder Unterschreitens der vorgegebenen Temperatur (T_min/max) ausgestaltet ist.
System (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Energieversorgungseinheit (9) zur Versorgung zumindest einer Komponente der Überwachungseinheit (2), der Detektionseinheit (4), der Ausgabeeinheit (5) und/oder der Übertragungseinheit (6) mittels elektrischer Energie vorgesehen ist.
Überwachungseinheit (2) zur Verwendung in einem System (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.
Detektionseinheit (4) zur Verwendung in einem System (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1-13.
Verfahren zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur (T_min/max) mittels eines Systems (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Detektion eines Phasenübergangs anhand zumindest einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement (3) charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße (G, Cr_ef, L_ref), und - Generieren einer Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (T_min/max) im Falle, dass ein Phasenübergang detektiert wird.