DE102017100433A1 - Thermal sensor for measuring a thermal transport size and method for measuring a thermal transport size - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Thermosensor (10) zur Messung einer thermischen Transportgröße (a, λ), mit einem Substrat (12) und einem ohmschen Widerstandselement (14), das eine Ausdehnung (h) von maximal 4,5 Millimeter hat. Erfindungsgemäß ist ein Thermosensorelement vorgesehen, insbesondere ein Thermoelement (32), das vom Widerstandselement (14) von zumindest zwei Seiten umgeben ist.The invention relates to a thermal sensor (10) for measuring a thermal transport quantity (a, λ), comprising a substrate (12) and an ohmic resistance element (14) having an extension (h) of not more than 4.5 millimeters. According to the invention, a thermal sensor element is provided, in particular a thermocouple (32) which is surrounded by the resistance element (14) of at least two sides.
Description
Die Erfindung betrifft einen Thermosensor zur Messung einer thermischen Transportgröße, mit (a) einem Substrat und (b) einem ohmschen Widerstandselement, das eine Ausdehnung von maximal 4,5 mm hat. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen einer thermischen Transportgröße.The invention relates to a thermal sensor for measuring a thermal transport size, comprising (a) a substrate and (b) an ohmic resistance element having a maximum extension of 4.5 mm. According to a second aspect, the invention relates to a method for measuring a thermal transport size.
Ein gattungsgemäßer Thermosensor ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung einer thermischen Transportgröße, insbesondere bei Verwendung eines kleinen Sensors, zu verbessern.The invention has for its object to improve the measurement of a thermal transport size, especially when using a small sensor.
Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Thermosensor, der ein Thermosensorelement, insbesondere ein Thermoelement, aufweist, das vom Widerstandselement von zumindest zwei Seiten umgeben ist. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Messen einer thermischen Transportgröße, mit den Schritten eines Anordnens eines derartigen Thermosensors in thermischem Kontakt mit einem Prüfling, eines Bestromens des Widerstandselements, sodass dieses einen, insbesondere konstanten, Wärmestrom abgibt, eines Aufnehmens zumindest eines Messwerts, der die Temperatur charakterisiert mittels des Thermoelements und eines Berechnens der thermischen Transportgröße aus dem zumindest einen Messwert.The invention solves the problem by a generic thermosensor having a thermal sensor element, in particular a thermocouple, which is surrounded by the resistance element of at least two sides. According to a second aspect, the invention solves the problem by a method for measuring a thermal transport quantity, comprising the steps of arranging such a thermal sensor in thermal contact with a test object, energizing the resistive element so that it emits a, in particular constant, heat flow, a pick-up at least one measured value which characterizes the temperature by means of the thermocouple and calculating the thermal transport quantity from the at least one measured value.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass der effektive Radius eine reine Sensorkonstante ist. In anderen Worten hängt der effektive Radius zumindest in sehr guter Näherung nicht von dem Material ab, dessen thermische Transportgröße gemessen werden soll. Dadurch wird eine geringere Messunsicherheit erreicht.An advantage of the invention is that the effective radius is a pure sensor constant. In other words, the effective radius does not depend, at least to a very good approximation, on the material whose thermal transport size is to be measured. As a result, a lower measurement uncertainty is achieved.
Vorteilhaft ist zudem, dass der erfindungsgemäße Thermosensor einfach herstellbar ist. So kann dieser beispielsweise in Form einer gedruckten Schaltung auf ein Substrat, beispielsweise ein Keramik- oder Kunststoff-Substrat aufgebracht werden. Dies ist in einem kostengünstigen Massenverfahren möglich.It is also advantageous that the thermal sensor according to the invention is easy to produce. For example, it can be applied in the form of a printed circuit to a substrate, for example a ceramic or plastic substrate. This is possible in a cost-effective mass method.
Vorteilhaft ist zudem, dass die thermische Transportgröße von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen bestimmt werden kann. Der Thermosensor ist daher universell einsetzbar.Another advantage is that the thermal transport size of solids, liquids and gases can be determined. The thermosensor is therefore universally applicable.
Vorteilhaft ist auch, dass das Widerstandselement - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - aus einem Material aufgebaut sein kann, dessen elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur ändert. In diesem Fall kann die Temperatur sowohl mittels des Thermoelements als auch mittels des Widerstandselements gemessen werden. Es werden so zwei Messwerte für die Temperatur erhalten. Beispielsweise kann das Widerstandselement dazu verwendet werden, um die absolute Temperatur des Prüflings zu messen, wohingegen das Thermoelement dazu verwendet wird, eine Temperaturerhöhung auf Grund des Wärmestroms zu erfassen.It is also advantageous that the resistance element - as provided according to a preferred embodiment - can be constructed of a material whose electrical resistance changes with temperature. In this case, the temperature can be measured both by means of the thermocouple and by means of the resistive element. This gives two measured values for the temperature. For example, the resistive element may be used to measure the absolute temperature of the device under test, whereas the thermocouple is used to detect a temperature increase due to the heat flow.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Substrat dasjenige Objekt verstanden, auf dem das ohmsche Widerstandselement aufgebracht ist. Vorzugsweise ist das Substrat dünn, das heißt, dass eine Ausdehnung in der Dickenrichtung höchstens 1/5, insbesondere höchstens 1/10 der Ausdehnung in die neiden senkrecht dazu verlaufenden Richtungen beträgt. Vorzugsweise hat das Substrat eine Dicke von höchstens 1 mm und/oder mindestens 10 µm.In the context of the present description, the substrate is understood to be the object on which the ohmic resistance element is applied. Preferably, the substrate is thin, that is, an extension in the thickness direction is at most 1/5, more preferably at most 1/10 of the extension in the narrow directions perpendicular thereto. Preferably, the substrate has a thickness of at most 1 mm and / or at least 10 microns.
Das ohmsche Widerstandselement ist vorzugsweise eine Struktur, insbesondere eine metallische Struktur, deren ohmscher Widerstand höchstens 100 Kiloohm, vorzugsweise höchstens 10 Kiloohm und besonders bevorzugt höchstens 1 Kiloohm beträgt. Als geeigneter Widerstand haben sich 100 Ohm herausgestellt. Vorzugsweise beträgt der ohmsche Widerstand zumindest 1 Ohm, insbesondere zumindest 10 Ohm.The ohmic resistance element is preferably a structure, in particular a metallic structure, whose ohmic resistance is at most 100 kilohms, preferably at most 10 kilohms and more preferably at most 1 kilohms. As suitable resistance, 100 ohms have been found. Preferably, the ohmic resistance is at least 1 ohm, in particular at least 10 ohms.
Die Ausdehnung des Widerstandselements wird ohne Zuleitung bestimmt. Insbesondere wird die Ausdehnung anhand des Hüllkugeldurchmessers bestimmt. Die Hüllkugel ist diejenige gedachte Kugel minimalen Durchmessers, die das Widerstandselement vollständig umgibt.The extent of the resistance element is determined without supply. In particular, the expansion is determined on the basis of the envelope ball diameter. The envelope ball is that imaginary sphere of minimum diameter that completely surrounds the resistance element.
Alternativ die Ausdehnung des Widerstandselements der Durchmesser der Wärmequellkugel, also derjenigen gedachten Kugel minimalen Durchmessers, in dem 90% des Wärmestroms abgegeben werden, wenn das Widerstandselement bestromt wird.Alternatively, the extent of the resistance element of the diameter of the heat source ball, that of the imaginary sphere of minimum diameter, in which 90% of the heat flow are discharged when the resistance element is energized.
Es ist möglich und vorteilhaft, nicht aber notwendig, dass das Widerstandselement so ausgebildet ist, dass es sich beim Bestromen so erwärmt, dass die Isothermen in der Ebene des Substrats zumindest im Wesentlichen kreisförmig sind. Unter dem Merkmal, das die Isothermen im Wesentlichen kreisförmig sind, wird insbesondere verstanden, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass die Isothermen im streng mathematischen Sinne kreisförmig sind. Insbesondere ist es möglich, dass die Isotherme, die zu denjenigen Temperaturen gehört, die nur die Hälfte der Differenz zwischen der Maximaltemperatur und der Umgebungstemperatur bedeutet, eine Abweichung von ihrem Ausgleichskreis hat, die höchstens 15% des Radius des Ausgleichskreises beträgt.It is possible and advantageous, but not necessary, for the resistance element to be designed in such a way that it heats up during energization so that the isotherms in the plane of the substrate are at least substantially circular. By the feature that the isotherms are substantially circular, it is understood, in particular, that it is possible, but not necessary, for the isotherms to be circular in the strictly mathematical sense. In particular, it is possible that the isotherm associated with those temperatures which is only half the difference between the maximum temperature and the ambient temperature has a deviation from its compensation circle which is at most 15% of the radius of the compensation circle.
Unter dem Thermosensorelement wird jedes Element verstanden, mittels dem die Temperatur, absolut oder relativ zu einer Bezugstemperatur, messbar ist. Das Thermosensorelement ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Thermoelement. Alternativ kann das Thermosensorelement auch ein Widerstandsthermometerelement sein, dessen elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Vorzugsweise ist ein solches Widerstandsthermometerelement mit einer Auswerteeinheit verbunden, die den Widerstand stromfrei misst, beispielsweise mittels einer Wheatstone-Brückenschaltung.The thermosensor element is understood to be any element by means of which the temperature, absolute or relative to a reference temperature, can be measured. The thermosensor element is a thermocouple according to a preferred embodiment. Alternatively, the thermal sensor element may also be a resistance thermometer element whose electrical resistance changes with temperature. Such a resistance thermometer element is preferably connected to an evaluation unit which measures the resistance without current, for example by means of a Wheatstone bridge circuit.
Unter dem Merkmal, dass das Thermosensorelement, insbesondere das Thermoelement, vom Widerstandselement von zumindest zwei Seiten umgeben ist, wird verstanden, dass ein gedachter Strahl vom Mittelpunkt des Thermoelements, der in der Ebene verläuft, in der sich das ohmsche Widerstandselement erstreckt, über einen Winkelbereich von zumindest 300°, vorzugsweise von zumindest 340°, auf das Widerstandselement trifft. Ideal ist, wenn das Thermoelement von allen Seiten vom Widerstandselement umgeben ist, da dann die entstehenden Isothermen in besonders guter Näherung durch Kreise zu beschreiben sind. Das wiederum bedeutet, dass die in Näherung des Widerstandselements als punktförmig eine gute Näherung darstellt und sich so eine geringe Messunsicherheit ergibt.By the feature that the thermal sensor element, in particular the thermocouple, is surrounded by the resistance element of at least two sides, it is understood that an imaginary beam extends from the center of the thermocouple, which extends in the plane in which the resistive element extends, over an angular range of at least 300 °, preferably of at least 340 °, strikes the resistive element. It is ideal if the thermocouple is surrounded on all sides by the resistive element, since then the resulting isotherms are to be described in a particularly good approximation by circles. This in turn means that in approximation of the resistive element as a punctiform represents a good approximation and thus results in a low measurement uncertainty.
Das Substrat ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend. Das ohmsche Widerstandselement ist vorzugsweise als gedruckte Schaltung als das Substrat aufgebracht. Beispielsweise kann das Widerstandselement in Dünnschichttechnik oder in Dickschichttechnik auf das Substrat aufgebracht sein. Günstig ist es, wenn das Substrat eine Folie ist. Beispielsweise kann die Folie aus Polyimid aufgebaut sein.The substrate is preferably electrically non-conductive. The resistive element is preferably applied as a printed circuit as the substrate. By way of example, the resistance element can be applied to the substrate in thin-film technology or in thick-film technology. It is favorable if the substrate is a foil. For example, the film may be constructed of polyimide.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Widerstandselement gekrümmt berandet. Hierunter ist zu verstehen, dass der äußere Rand des Widerstandselements in guter Näherung als nicht-gradlinig beschrieben werden kann. Selbstverständlich ist der Übergang zwischen einem gekrümmten Rand und einem geraden Rand dahingehend fließend, dass beispielsweise ein Kreis als aus unendlich vielen geraden Abschnitten bestehend aufgefasst werden kann. Maßgeblich ist daher nicht die Mikrostruktur des Randes, sondern dessen Makrostruktur. Der äußere Rand des Widerstandselements ist gebildet durch all diejenigen Punkte des Widerstandselements, die vom Thermoelement aus gesehen bei vorgegebenem Azimutalwinkel radial den größten Abstand haben. Nur der Klarstellung halber sei darauf hingewiesen, dass unter dem Thermoelement in diesem Sinne der Bereich verstanden wird, in dem die beiden unterschiedlichen Metalle miteinander in Kontakt stehen, und nicht der gesamte Aufbau inklusive Zuleitung.According to a preferred embodiment, the resistance element is curved curved edges. This is to be understood that the outer edge of the resistive element can be described in a good approximation as non-rectilinear. Of course, the transition between a curved edge and a straight edge is fluent in that, for example, a circle can be considered to consist of an infinite number of straight sections. The decisive factor is therefore not the microstructure of the edge but its macrostructure. The outer edge of the resistive element is formed by all those points of the resistive element which, viewed from the thermocouple, have the greatest distance radially at a given azimuthal angle. For the sake of clarity, it should be noted that the thermocouple in this sense is understood to be the region in which the two different metals are in contact with one another, and not the entire structure including the feed line.
Vorzugsweise ist das Widerstandselement zumindest im Wesentlichen ellipsenbogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig, berandet. Hierunter ist zu verstehen, dass es zwar möglich, nicht aber notwendig ist, dass das Widerstandselement im streng mathematischen Sinne ellipsenbogenförmig berandet ist. Vielmehr ist es auch möglich, dass der äußere Rand des Widerstandselements von einer idealen Ellipsenbogenform abweicht. Vorzugsweise ist die Abweichung so gering, dass durch die Annahme einer punktförmigen Wärmequelle eine Messunsicherheit bedingt wird, die höchstens 5% beträgt.Preferably, the resistance element is at least substantially elliptical arc-shaped, in particular circular arc-shaped, bounded. By this is to be understood that it is possible, but not necessary, that the resistance element is bounded in the strict mathematical sense elliptical arc. Rather, it is also possible that the outer edge of the resistive element deviates from an ideal elliptical arc shape. Preferably, the deviation is so small that the assumption of a punctiform heat source causes a measurement uncertainty which is at most 5%.
Vorzugsweise ist das Thermoelement in einem Zentrum eines Ausgleichskreises durch einen äußeren Rand des Widerstandselements angeordnet. Unter dem Merkmal, dass das Thermoelement im Zentrum angeordnet ist, ist zu verstehen, dass es zwar möglich, nicht aber notwendig ist, dass das Thermoelement im Mittelpunkt des Ausgleichskreises angeordnet ist. Es ist vielmehr auch möglich, dass das Thermoelement azentrisch angeordnet ist, wobei ein Abstand des Thermoelements in Form des geometrischen Schwerpunkts des Thermoelements vom Mittelpunkt des Ausgleichskreises höchstens das 0,15-fache des Radius des Ausgleichskreises beträgt.Preferably, the thermocouple is disposed in a center of a balance circle through an outer edge of the resistive element. By the feature that the thermocouple is located in the center, it is to be understood that while it is possible, but not necessary, that the thermocouple is located at the center of the balance circle. Rather, it is also possible that the thermocouple is arranged acentric, wherein a distance of the thermocouple in the form of the geometric center of gravity of the thermocouple from the center of the compensation circle is at most 0.15 times the radius of the compensation circle.
Vorzugsweise umgibt das Widerstandselement das Thermoelement zu zumindest 300°. So wird eine geringe Messunsicherheit erreicht.Preferably, the resistance element surrounds the thermocouple to at least 300 °. This achieves a low measurement uncertainty.
Günstig ist es, wenn das Widerstandselement zumindest einen doppelsträngigen Leiter aufweist. Durch doppelsträngige Leiter lassen sich homogene Heizleistungen erzielen, was zu einer geringen Messunsicherheit beiträgt. It is favorable if the resistance element has at least one double-stranded conductor. Double-stranded conductors allow homogenous heat outputs to be achieved, which contributes to low measurement uncertainty.
Günstig ist es, wenn das Widerstandselement zumindest zwei elektrisch getrennte Leiter aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass dies die Kontaktierung des Thermoelements erleichtert.It is favorable if the resistance element has at least two electrically separate conductors. It has been found that this facilitates the contacting of the thermocouple.
Um das Widerstandselement zur Temperaturmessung verwenden zu können, ist es günstig, wenn ein Temperaturkoeffizient bei 20°C zumindest 3,8 × 10-3 pro Kelvin beträgt, beträgt, vorzugsweise 3,9 × 10-3 Kelvin. Als besonders geeignet haben sich Nickel, Rhodium, Platin oder eine Legierung herausgestellt, die zumindest eines dieser Metalle zu zumindest 20 Gewichtsprozent enthält.In order to use the resistance element for temperature measurement, it is favorable when a temperature coefficient at 20 ° C is at least 3.8 × 10 -3 per Kelvin, is preferably 3.9 × 10 -3 Kelvin. Particularly suitable nickel, rhodium, platinum or an alloy have been found that contains at least one of these metals to at least 20 weight percent.
Das Substrat kann ein Keramiksubstrat sein. Das hat den Vorteil, dass der Temperatursensor bei hohen Temperaturen eingesetzt werden kann.The substrate may be a ceramic substrate. This has the advantage that the temperature sensor can be used at high temperatures.
Vorzugsweise hat der Prüfling in zumindest einer Dimension eine Dicke hat, die größer ist als
Erfindungsgemäß ist zudem eine Transportgrößen-Messvorrichtung zum Messen einer thermischen Transportgröße mit (a) einem erfindungsgemäßen Temperatursensor und (b) einer elektrischen Auswerteeinheit, die mit dem Widerstandselement und dem Thermoelement elektrisch kontaktiert ist, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten (i) Bestromen des Widerstandselements, sodass dieses einen, insbesondere konstanten, Wärmestrom abgibt, und (ii) Errechnen der thermischen Transportgröße anhand zumindest eines Messwerts des Thermoelements. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit zudem ausgebildet zum automatischen Berechnen der Temperatur auch aus dem elektrischen Widerstand des Widerstandselements.According to the invention is also a transport size measuring device for measuring a thermal transport size with (a) a temperature sensor according to the invention and (b) an electrical evaluation unit which is electrically contacted with the resistive element and the thermocouple, wherein the evaluation unit is adapted for automatically performing a method with the Steps (i) energizing the resistive element so that it emits a, in particular constant, heat flow, and (ii) calculating the thermal transport quantity based on at least one measured value of the thermocouple. Preferably, the evaluation unit is additionally designed for automatically calculating the temperature also from the electrical resistance of the resistance element.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte eines Berechnens des Wärmestroms Φ als das Produkt aus elektrischem Strom und elektrischer Leistung zu
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ein Berechnen der Wärmeleitfähigkeit λ und/oder einer Temperaturleitfähigkeit a anhand einer analytischen Lösung der Wärmeleitfähigkeitsgleichung für eine Punktquelle. Die erfinderische Idee ist insbesondere, dass es möglich ist, bei Verwendung einer kleinen Wärmequelle diese als Punktquelle anzunähern, ohne dass dadurch große Messfehler entstehen.Preferably, the method comprises calculating the thermal conductivity λ and / or a thermal diffusivity a based on an analytical solution of the thermal conductivity equation for a point source. The inventive idea is, in particular, that it is possible, when using a small heat source, to approximate these as a point source, without resulting in large measurement errors.
Besonders bevorzugt wird die Wärmeleitfähigkeit anhand der Formel
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Errechnen der Transportgröße in Form der Temperaturleitfähigkeit aus der Thermospannung oder dem ohmschen Widerstand des Thermosensorelements ein Bestimmen eines stationären Werts für die Thermospannung oder den ohmschen Widerstand. Aufgrund der Tatsache, dass das Widerstandselement die oben genannten Abmessungen hat, kann es mit hinreichender Näherung als punktförmig angesehen werden. Die Wärmeleitungsgleichung wird dann durch die folgende Funktion gelöst:
Diese Näherung gilt für
Es ist zu ersehen, dass dieser Term bei konstantem effektivem Radius r mit zunehmender Zeit t schnell gegen null strebt. Daraus folgt, dass nach einer kurzen Wartezeit ts ein mit hinreichender Genauigkeit stationärer Zustand eintritt. Der Index s steht für stationär. Nach einer Wartezeit twarte ≥ ts (von beispielsweise maximal 10 Minuten) wird eine stationäre Thermospannung Uth,S oder ein stationärer ohmscher Widerstand Rs oder eine stationäre Thermospannung Uth,s zumindest einmal gemessen. Aus dem Wert Uth,S oder Rs oder Uth,s wird nach Formel 3 die zugehörige Temperatur und daraus und der Umgebungstemperatur TUmgebung die stationäre Temperaturdifferenz ΔTs := ΔT(t ≥ ts) berechnet. Daraus folgt mit Formel 4 die Wärmeleitfähigkeit λ.It can be seen that with constant effective radius r, this term tends to quickly approach zero as time t increases. It follows that after a short waiting time ts a stationary state with sufficient accuracy occurs. The index s stands for stationary. After a waiting time t wait ≥ t s (for example, a maximum of 10 minutes), a stationary thermoelectric voltage U th, S or a stationary ohmic resistance R s or a stationary Thermoelectric voltage U th, s measured at least once. From the value U th, S or R s or U th, s , the associated temperature is calculated according to formula 3 and the stationary temperature difference ΔT s : = ΔT (t ≥ t s ) from this and the ambient temperature T environment . It follows from formula 4, the thermal conductivity λ.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 in Teilfigur 1a schematisch eine erfindungsgemäße Transportgrößen-Messvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Thermosensor und in Teilfigur 1b eine Querschnittsansicht durch ein Prüfling mit dem Thermosensor, -
2 den Thermosensor gemäß 1 in einer schematischen detaillierteren Ansicht, -
3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thermosensors und -
4 in der Teilfigur4a eine schematische Messkurve der vom Thermoelement gemessenen Thermospannung sowie in Teilfigur 4b ein Diagramm, in dem die errechnete Temperaturdifferenz zur Umgebung über den Kehrwert der Wurzel der Zeit ausgetragen ist. -
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thermosensors.
-
1 FIG. 1 schematically shows a transport size measuring device according to the invention with a thermosensor according to the invention and in FIG. 1b a cross-sectional view through a test specimen with the thermosensor, FIG. -
2 the thermal sensor according to1 in a schematic, more detailed view, -
3 a second embodiment of a thermal sensor according to the invention and -
4 in the subfigure4a a schematic measurement curve of the thermocouple measured thermoelectric voltage and in part 4b a diagram in which the calculated temperature difference is discharged to the environment on the reciprocal of the root of the time. -
5 shows a further embodiment of a thermal sensor according to the invention.
Der doppelsträngige Leiter
Das Thermoelement
Beim Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestromt die Auswerteeinheit
Durch das Auftragen gegen
Auflösen liefert
Die Auswerteeinheit
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren reicht es aus, wenn das ohmsche Widerstandselement mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird, der zu einem abgegebenen Wärmestrom von höchstens 1 Watt, insbesondere von 100 Milliwatt, führt.In a method according to the invention, it is sufficient if an electrical current is applied to the ohmic resistance element, which leads to a heat flow of at most 1 watt, in particular 100 milliwatts.
Die Berechnung der Temperatur T erfolgt auf Basis der Formeln, die in der
Alternativ ist es möglich, dass das gesamte Thermoelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Thermosensorthermal sensor
- 1212
- Substratsubstratum
- 1414
- Widerstandselementresistive element
- 1616
- Kabelelectric wire
- 1818
- Auswerteeinheit evaluation
- 2020
- Probenteilsample part
- 2222
- Leiterladder
- 2424
- Anschlussstreckeconnecting line
- 2626
- Kontaktpadcontact pad
- 2828
- Strang strand
- 3030
- äußerer Randouter edge
- 3232
- Thermoelementthermocouple
- 3434
- erster Schenkel first leg
- hH
- Ausdehnungexpansion
- HH
- Hüllkugelenvelope sphere
- aa
- Temperaturleitfähigkeitthermal diffusivity
- λ λ
- Wärmeleitfähigkeitthermal conductivity
- AA
- Ausgleichkreis balancing circuit
- RR
- elektrischer Widerstand des Widerstandselementselectrical resistance of the resistive element
- UthUth
- Thermospannungthermovoltage
- Δt.delta.t
- Temperaturerhöhungtemperature increase
- TuTu
- Umgebungstemperaturambient temperature
- twarte do not wait
- Wartezeit waiting period
- tEnd t end
- EndzeitEnd Time
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10146321A1 (en) * | 2001-09-20 | 2003-04-24 | Bosch Gmbh Robert | Sensor module with a sensor element which is surrounded by a heating element |
US20110249701A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | Arizant Healthcare Inc. | Constructions for zero-heat-flux, deep tissue temprature measurement devices |
DE102010018968A1 (en) | 2010-04-29 | 2011-11-03 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch d. Bundesministerium f. Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch d. Präsidenten d. Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Method for measuring a thermal transport size and transport size measuring device |
-
2017
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10146321A1 (en) * | 2001-09-20 | 2003-04-24 | Bosch Gmbh Robert | Sensor module with a sensor element which is surrounded by a heating element |
US20110249701A1 (en) * | 2010-04-07 | 2011-10-13 | Arizant Healthcare Inc. | Constructions for zero-heat-flux, deep tissue temprature measurement devices |
DE102010018968A1 (en) | 2010-04-29 | 2011-11-03 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch d. Bundesministerium f. Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch d. Präsidenten d. Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Method for measuring a thermal transport size and transport size measuring device |
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Legal Events
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R079 | Amendment of ipc main class |
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R016 | Response to examination communication | ||
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