DE102018115286A1

DE102018115286A1 - Temperature calibrator

Info

Publication number: DE102018115286A1
Application number: DE102018115286.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Peuker; Marc Schalles; Pavo Vrdoljak
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-02
Also published as: WO2020001875A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalibrier-Vorrichtung (1) zur Kalibrierung zumindest einer Mess-Vorrichtung (2) zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums umfassend- einen Kalibrator-Block (7) mit zumindest einer Kavität (8) zur Aufnahme der zumindest einen zu kalibrierenden Mess-Vorrichtung (2), und- eine Heiz-/Regeleinheit (9), welche derart angeordnet und dazu ausgestaltet ist, den Kalibrator-Block (7) auf eine vorgebbare Kalibrier-Temperatur (T) zu heizen.Erfindungsgemäß ist zumindest eine thermisch leitfähige Koppeleinheit (10) vorgesehen, welche Koppeleinheit (10) derart ausgestaltet und in die Kavität (8) einbringbar ist, dass zumindest ein Teilbereich (T) eines Innenvolumens (V) der Kavität (8) zumindest teilweise von der Koppeleinheit (10) umgeben ist, und welche Koppeleinheit (10) dazu ausgestaltet ist, eine homogene Wärmeverteilung zumindest in dem Teilbereich (T) zu gewährleisten.The invention relates to a calibration device (1) for calibrating at least one measuring device (2) for determining and / or monitoring the temperature of a medium, comprising a calibrator block (7) with at least one cavity (8) for receiving the at least one measuring device (2) to be calibrated, and a heating / regulating unit (9), which is arranged and configured to heat the calibrator block (7) to a predeterminable calibration temperature (T) At least one thermally conductive coupling unit (10) is provided, which coupling unit (10) is designed and can be inserted into the cavity (8) such that at least a partial area (T) of an inner volume (V) of the cavity (8) is at least partially from the coupling unit (10) is surrounded, and which coupling unit (10) is designed to ensure homogeneous heat distribution at least in the partial area (T).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kalibrier-Vorrichtung zur Kalibrierung zumindest einer Mess-Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums. Bei der Mess-Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Thermometer, oder um eine Temperatur-Bestimmungseinheit eines thermischen Durchflussmessgeräts, oder auch um einen Temperaturschalter.The invention relates to a calibration device for calibrating at least one measuring device for determining and / or monitoring the temperature of a medium. The measuring device is, for example, a thermometer, or a temperature determination unit of a thermal flow measuring device, or a temperature switch.

Thermometer, thermische Durchflussmessgeräte und Temperaturschalter sind an sich hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich der Einfachheit halber und ohne Beschränkung der Allgemeinheit ausschließlich auf Thermometer. Die Überlegungen lassen sich jedoch sinngemäß auf thermische Durchflussmessgeräte und Temperaturschalter übertragen.Thermometers, thermal flow meters and temperature switches are known per se from the prior art. For the sake of simplicity and without restricting generality, the following description refers exclusively to thermometers. However, the considerations can be applied analogously to thermal flow meters and temperature switches.

Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt geworden. 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 oder eine davon abgeleitete Größe mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise den elektrischen Widerstand bei Verwendung von Widerstandselementen oder den thermoelektrischen Effekt im Falle von 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.Thermometers in a wide variety of configurations have become known from the prior art. There are thermometers that use the expansion of a liquid, a gas or a solid with a known expansion coefficient to measure the temperature, or those that relate the electrical conductivity of a material or a quantity derived from it to temperature, such as that electrical resistance when using resistance elements or the thermoelectric effect in the case of thermocouples. In contrast, radiation thermometers, especially pyrometers, use the thermal radiation of a substance to determine its temperature. The underlying measurement principles have been described in a large number of publications.

Bei einem Temperatursensor in Form eines sogenannten Dünnschicht-Sensors, insbesondere eines Resistance Temperature Detectors (RTD), kommt beispielsweise ein mit Anschlussdrähten versehenes und auf ein Trägersubstrat aufgebrachtes Sensorelement zum Einsatz, wobei die Rückseite des Trägersubstrats in der Regel metallisch beschichtet ist. Als Sensorelemente werden sogenannte Widerstandselemente, welche beispielsweise durch Platinelemente gegeben sind, verwendet, die unter anderem unter den Bezeichnungen PT10, PT100, und PT1000 auch kommerziell erhältlich sind.In the case of a temperature sensor in the form of a so-called thin-film sensor, in particular a resistance temperature detector (RTD), a sensor element provided with connecting wires and applied to a carrier substrate is used, for example, the rear side of the carrier substrate generally having a metallic coating. So-called resistance elements, which are given, for example, by platinum elements, are used as sensor elements, among others under the names PT10 . PT100 , and PT1000 are also commercially available.

Bei Temperatursensoren in Form von Thermoelementen wiederum wird die Temperatur durch eine Thermospannung bestimmt, die zwischen den einseitig angeschlossenen Thermodrähten aus unterschiedlichen Materialien entsteht. Zur Temperaturmessung werden üblicherweise Thermoelemente nach DIN-Norm IEC584, z.B. Thermoelemente vom Typ K, J, N, S, R, B, T oder E, als Temperaturfühler eingesetzt. Aber auch andere Materialpaare, insbesondere solche mit einem messbaren Seebeck-Effekt, sind möglich.In the case of temperature sensors in the form of thermocouples, in turn, the temperature is determined by a thermal voltage that arises from different materials between the thermal wires connected on one side. Thermocouples according to DIN standard IEC584, e.g. Type K, J, N, S, R, B, T or E thermocouples are used as temperature sensors. However, other material pairs, in particular those with a measurable Seebeck effect, are also possible.

Für viele Anwendungsbereiche ist eine Kalibrierung der Thermometer erforderlich. Unter einer Kalibrierung versteht man im Allgemeinen eine Feststellung darüber, inwieweit eine Ausgangsgröße eines Messgeräts dem wahren Wert der jeweiligen Prozessgröße entspricht.Calibration of the thermometers is required for many areas of application. A calibration is generally understood as a determination of the extent to which an output variable of a measuring device corresponds to the true value of the respective process variable.

Zur Kalibrierung von Thermometern sind aus dem Stand der Technik beispielsweise sogenannte Kalibrier-Bäder und sogenannte Block-Kalibratoren bekannt geworden. Bei diesen Kalibrationen wird üblicherweise eine vergleichende Kalibrierung durchgeführt, bei welcher ein zu kalibrierendes Thermometer hinsichtlich seiner jeweiligen Ausgangsgröße und des daraus abgeleiteten Werts für die Temperatur, mit einem Referenz-Thermometer verglichen wird. In dieser Hinsicht sei beispielsweise auf das Buch „Technische Temperaturmessung“ von Frank Bernhard, 2. Auflage, 2014, erschienen im Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Kapitel 7: Kalibrierung von Berührungsthermometern verwiesen.For the calibration of thermometers, so-called calibration baths and so-called block calibrators, for example, have become known from the prior art. In these calibrations, a comparative calibration is usually carried out, in which a thermometer to be calibrated is compared with a reference thermometer with regard to its respective output variable and the value for the temperature derived therefrom. In this regard, for example, the book "Technical Temperature Measurement" by Frank Bernhard, 2 , pad, 2014 , published by Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Kapitel 7 : Calibration of touch thermometers referenced.

Üblicherweise ist mittels Kalibrier-Bädern eine höhere Genauigkeit bezüglich der Kalibrierung erzielbar. Nachteilig bei derartigen Kalibrier-Einrichtung ist jedoch, dass die jeweils zur Kalibrierung verwendeten Flüssigkeiten teilweise verdampfen, oder auch chemische Einflüsse auf die zu kalibrierenden Thermometer haben können. Zudem sind Kalibrier-Einrichtungen in Form von Kalibrier-Bädern nur für begrenzte Temperaturbereiche verwendbar und zudem nicht mobil.Calibration baths can usually be used to achieve greater accuracy with regard to calibration. A disadvantage of such a calibration device, however, is that the liquids used for the calibration partially evaporate, or may also have chemical influences on the thermometers to be calibrated. In addition, calibration devices in the form of calibration baths can only be used for limited temperature ranges and are also not mobile.

Die genannten Nachteile von Kalibrier-Bädern können durch die Verwendung von einer Kalibrier-Einrichtung in Form von Block-Kalibratoren überwunden werden. Ein Block-Kalibrator umfasst einen Kalibrator-Block in Form eines Festkörpers, welcher mittels einer Heiz-/Regeleinheit auf eine vorgebbare Kalibrier-Temperatur heizbar ist. In dem Kalibrier-Block sind zumindest zwei Kavitäten angeordnet, welche zur Aufnahme eines Referenz-Thermometers und des zumindest einen zu kalibrierenden Thermometers dienen. Die Kavitäten sind dabei häufig in Form von Bohrungen ausgestaltet und der Kalibrator-Block aus einem wärmeleitfähigen Material, beispielsweise einem Metall oder einer Keramik, gefertigt. Es sind sowohl Block-Kalibratoren bekannt geworden, bei welchen das Referenz-Thermometer fest angeordnet ist, als auch solche, bei welchen das Referenz-Thermometer lösbar anordenbar ist. Zur Kalibrierung des zu kalibrierenden Thermometers wird dann beispielsweise eine Ausgangsgröße des Thermometers mit der von dem Referenz-Thermometer ermittelten Temperatur des Kalibrator-Blocks verglichen.The mentioned disadvantages of calibration baths can be overcome by using a calibration device in the form of block calibrators. A block calibrator comprises a calibrator block in the form of a solid body which can be heated to a predeterminable calibration temperature by means of a heating / control unit. At least two cavities are arranged in the calibration block, which are used to hold a reference thermometer and the at least one thermometer to be calibrated. The cavities are often designed in the form of bores and the calibrator block is made of a thermally conductive material, for example a metal or a ceramic. Both block calibrators in which the reference thermometer is permanently arranged and those in which the reference thermometer can be releasably arranged have become known. To calibrate the thermometer to be calibrated, an output variable of the thermometer is then used, for example, with that of the reference thermometer determined temperature of the calibrator block compared.

Nachteilig bei Kalibrier-Einrichtungen in Form von Block-Kalibratoren ist jedoch wiederum, dass diese im Vergleich zu einem Kalibrier-Bad in der Regel eine geringere Genauigkeit hinsichtlich der Kalibrierung aufweisen. Dies liegt unter anderem daran, dass eine genaue Temperaturmessung in Festkörpern schwierig ist. Insbesondere können verschiedene Messfehler auftreten, von denen im Folgenden einige beispielhaft aufgezählt werden:

- In einem Festkörper treten im Vergleich zu einer Flüssigkeit, wie sie in Kalibrier-Bädern verwendet werden, insbesondere aufgrund einer Wärmeabgabe an eine Umgebung des Kalibrier-Blocks größere stationäre und nicht-stationäre Temperaturgradienten auf.
- Die thermische Kopplung zwischen dem in der Kavität angeordneten Thermometer und dem Kalibier-Block ist unter anderem abhängig von der mechanischen Kopplung zwischen dem Kalibrier-Block und dem Thermometer; insbesondere Luftspalte zwischen dem Kalibrierblock und dem Thermometer im in der Kavität angeordneten Zustand spielen in dieser Hinsicht eine entscheidende Rolle.
- Da verschiedene zu kalibrierende Thermometer unterschiedliche konstruktive Aufbauten aufweisen, beispielsweise hinsichtlich der Anordnung des Sensorelements innerhalb des Thermometers, variiert auch die jeweilige thermische Kopplung. Somit kann es bei gleicher Temperatur des Kalibrator-Blocks zu unterschiedlichen mittels der zu kalibrierenden Thermometer bestimmten Werte für die Temperatur kommen.

A disadvantage of calibration devices in the form of block calibrators, however, is that, as a rule, these have a lower accuracy with regard to calibration than a calibration bath. One of the reasons for this is that an exact temperature measurement in solids is difficult. In particular, various measurement errors can occur, some of which are listed below as examples:

- In comparison to a liquid as used in calibration baths, larger solid and non-stationary temperature gradients occur in a solid, in particular due to heat being given off to an environment of the calibration block.
The thermal coupling between the thermometer arranged in the cavity and the calibration block depends, among other things, on the mechanical coupling between the calibration block and the thermometer; In particular, air gaps between the calibration block and the thermometer in the state arranged in the cavity play a decisive role in this regard.
- Since different thermometers to be calibrated have different structures, for example with regard to the arrangement of the sensor element within the thermometer, the respective thermal coupling also varies. Thus, at the same temperature of the calibrator block, different values for the temperature determined by means of the thermometer to be calibrated can occur.

Um eine möglichst genaue Kalibrierung des jeweils zu kalibrierenden Thermometers zu ermöglichen, ist es grundsätzlich von großer Bedeutung, dass das Referenz-Thermometer und das zu kalibrierende Thermometer jeweils der gleichen Temperatur ausgesetzt sind. Hierbei spielen unter anderem die thermischen Kontakte zwischen dem Kalibrier-Block und dem Referenz-Thermometer sowie die thermischen Kontakte zwischen dem Kalibrier-Block und dem zu kalibrierenden Thermometer eine entscheidende Rolle. Es findet zwischen dem Kalibrator-Block und dem Referenzthermometer bzw. zwischen dem Kalibrator-Block und dem zu kalibrierenden Thermometer jeweils ein Wärmeaustausch statt, bis sich jeweils ein thermisches Gleichgewicht einstellt. Erst bei Vorliegen thermischen Gleichgewichts herrscht in jeder der Kavitäten, bzw. für das Referenz-Thermometer und das zu kalibrierende Thermometer jeweils eine konstante Temperatur vor. Es ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, dass in jeder der Kavitäten, bzw. für jede der in den Kalibrator-Block eingebrachten Mess-Vorrichtungen, jeweils im Wesentlichen die gleiche Temperatur vorherrscht, dass also das Referenz-Thermometer und das zu kalibrierende Thermometer im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen. Diese Temperatur wird im Folgenden als Gleichgewichts-Temperatur bezeichnet. Bis dieses Gleichgewicht erreicht ist, findet eine Wärmeausbreitung bzw. Wärmeleitung innerhalb des Kalibrator-Blocks sowie zwischen dem Kalibrator-Block und den jeweiligen Mess-Vorrichtungen statt. Unter Wärmeausbreitung bzw. Wärmeleitung wird in diesem Zusammenhang also ein Wärmefluss mit beliebiger Richtung verstanden, insbesondere wird hierunter sowohl ein Wärmefluss vom Kalibrator-Block zu zumindest einem der Thermometer, entsprechend dem Falle, dass der Kalibrator-Block eine höhere Temperatur aufweist als das jeweilige Thermometer, als auch in umgekehrter Richtung, im Falle, dass der Kalibrator-Block eine geringere Temperatur aufweist, verstanden.In order to enable the most accurate possible calibration of the thermometer to be calibrated, it is of fundamental importance that the reference thermometer and the thermometer to be calibrated are each exposed to the same temperature. The thermal contacts between the calibration block and the reference thermometer and the thermal contacts between the calibration block and the thermometer to be calibrated play a decisive role here. A heat exchange takes place between the calibrator block and the reference thermometer or between the calibrator block and the thermometer to be calibrated, until a thermal equilibrium is established. Only when there is thermal equilibrium does a constant temperature prevail in each of the cavities, or for the reference thermometer and the thermometer to be calibrated. It is also of crucial importance that the same temperature prevails in each of the cavities or for each of the measuring devices introduced into the calibrator block, that is to say that the reference thermometer and the thermometer to be calibrated essentially have the same temperature have the same temperature. This temperature is referred to below as the equilibrium temperature. Until this equilibrium is reached, heat spreads or conducts within the calibrator block and between the calibrator block and the respective measuring devices. In this context, heat propagation or heat conduction is understood to mean a heat flow in any direction, in particular this includes both a heat flow from the calibrator block to at least one of the thermometers, in accordance with the case that the calibrator block has a higher temperature than the respective thermometer , as well as in the opposite direction, in the event that the calibrator block has a lower temperature.

Die Zeit, welche vergeht, bis sich nach einer Temperaturänderung ΔT ein thermisches Gleichgewicht einstellt, hängt grundsätzlich vom Aufbau des Block-Kalibrators, von den Wärmeleitfähigkeiten der jeweils verwendeten Materialien sowie von den thermischen Kontakten, beispielsweise zwischen dem Kalibrator-Block und dem jeweiligen Thermometer, oder zwischen der Heiz-/Regeleinheit und dem Kalibrator-Block, ab.The time that elapses until a thermal equilibrium is established after a temperature change ΔT basically depends on the structure of the block calibrator, on the thermal conductivities of the materials used in each case and on the thermal contacts, for example between the calibrator block and the respective thermometer, or between the heating / control unit and the calibrator block.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Block-Kalibrator mit erhöhter Genauigkeit hinsichtlich der Kalibrierung des jeweils zu kalibrierenden Thermometers bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide a block calibrator with increased accuracy with regard to the calibration of the thermometer to be calibrated in each case.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kalibrier-Vorrichtung zur Kalibrierung zumindest einer Mess-Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums umfassend

- einen Kalibrator-Block mit zumindest einer Kavität zur Aufnahme der zumindest einen zu kalibrierenden Mess-Vorrichtung, und
- eine Heiz-/Regeleinheit, welche derart angeordnet und dazu ausgestaltet ist, den Kalibrator-Block auf eine vorgebbare Kalibrier-Temperatur zu heizen.

This object is achieved by comprising a calibration device for calibrating at least one measuring device for determining and / or monitoring the temperature of a medium

a calibrator block with at least one cavity for receiving the at least one measuring device to be calibrated, and
- A heating / control unit, which is arranged and configured to heat the calibrator block to a predeterminable calibration temperature.

Erfindungsgemäß ist ferner zumindest eine thermisch leitfähige Koppeleinheit vorgesehen, welche Koppeleinheit derart ausgestaltet und in die Kavität einbringbar ist, dass zumindest ein Teilbereich eines Innenvolumens der Kavität zumindest teilweise von der Koppeleinheit umgeben ist, und welche Koppeleinheit dazu ausgestaltet ist, eine homogene Wärmeverteilung zumindest in dem Teilbereich zu gewährleisten.According to the invention, at least one thermally conductive coupling unit is also provided, which coupling unit is designed and can be introduced into the cavity in such a way that at least a partial area of an inner volume of the cavity is at least partially surrounded by the coupling unit, and which coupling unit is designed to provide homogeneous heat distribution at least in the To ensure partial area.

Ändert sich, insbesondere bei einer Kalibrierung, die Temperatur des Kalibrator-Blocks, so findet eine Wärmeleitung, bzw. Wärmeausbreitung, innerhalb des Kalibrator-Blocks, und, falls sich eine Mess-Vorrichtung in einer Kavität befindet, zwischen dem Kalibrator-Block und der Mess-Vorrichtung statt. Um eine möglichst genaue Kalibrierung der Mess-Vorrichtung zu gewährleisten ist es demnach von großer Bedeutung, dass die Wärme sich jeweils homogen im gesamten Kalibrator-Block und innerhalb der Kavität oder Kavitäten, in welcher/welchen die Mess-Vorrichtung/en einbringbar ist/sind, ausbreitet. Etwaige Luftspalte oder Materialübergänge stellen in diesem Zusammenhang gegebenenfalls nachteilige thermische Widerstände dar. Da Luftspalte und Materialübergänge zudem in unterschiedlichen Kavitäten unterschiedlich sein können, und darüber hinaus auch bei mehrfachem Einbringen einer Mess-Vorrichtung in dieselbe Kavität variieren können, kann nicht immer gewährleistet werden, dass mehrere in einen Kalibrator-Block eingebrachte Mess-Vorrichtungen jeweils bei gleicher Temperatur des Kalibrator-Blocks der gleichen Temperatur ausgesetzt sind, oder dass eine Mess-Vorrichtung bei aufeinander folgenden Kalibrierungen in derselben Kavität jedes Mal bei gleicher Temperatur des Kalibrator-Blocks der gleichen Temperatur ausgesetzt ist. Die erfindungsgemäße Koppeleinheit sorgt nun vorteilhaft für eine homogene Wärmeverteilung zumindest innerhalb des Teilbereichs. Sie sorgt demnach insbesondere für eine homogene Wärmeleitung und damit einhergehend für eine homogene Temperaturverteilung, insbesondere eine im Wesentlichen konstante Temperatur, zumindest in dem von der Koppeleinheit zumindest teilweise umgebenen Teilbereich. Auf diese Weise kann die Genauigkeit hinsichtlich einer Kalibrierung zumindest einer Mess-Vorrichtung deutlich erhöht werden. Zudem sind etwaige Wartezeiten, welche bis zur Einstellung eines thermischen Gleichgewichts innerhalb des Kalibrator-Blocks mit jeweils in den Kavitäten angeordneten Mess-Vorrichtungen, kürzer. If the temperature of the calibrator block changes, in particular during calibration, heat conduction or heat spreading takes place within the calibrator block and, if a measuring device is located in a cavity, between the calibrator block and the Measuring device instead. In order to ensure the most accurate possible calibration of the measuring device, it is therefore of great importance that the heat is homogeneous in the entire calibrator block and within the cavity or cavities in which the measuring device (s) can be inserted , spreads. Any air gaps or material transitions in this context may represent disadvantageous thermal resistances. Since air gaps and material transitions can also be different in different cavities and, moreover, can vary even if a measuring device is inserted into the same cavity several times, it cannot always be guaranteed that several measuring devices placed in a calibrator block are each exposed to the same temperature at the same temperature of the calibrator block, or that one measuring device is exposed to the same temperature each time at successive calibrations in the same cavity at the same temperature of the calibrator block is. The coupling unit according to the invention now advantageously ensures a homogeneous heat distribution at least within the partial area. Accordingly, it ensures, in particular, a homogeneous heat conduction and, as a result, a homogeneous temperature distribution, in particular a substantially constant temperature, at least in the partial area at least partially surrounded by the coupling unit. In this way, the accuracy with regard to calibration of at least one measuring device can be significantly increased. In addition, any waiting times, which are until the establishment of a thermal equilibrium within the calibrator block with measuring devices arranged in the cavities, are shorter.

Bei der Mess-Vorrichtung handelt es sich, wie bereits erwähnt, beispielsweise um ein Thermometer, oder um eine Temperatur-Bestimmungseinheit eines thermischen Durchflussmessgeräts, oder auch um einen Temperaturschalter. Die Mess-Vorrichtung umfasst dabei zumindest ein temperaturempfindliches Sensorelement, beispielsweise einen Temperatursensor, insbesondere in Form eines Widerstandselements oder eines Thermoelements. Die Koppeleinheit ist dabei so ausgestaltet und angeordnet, dass sie im im eingebauten Zustand der Mess-Vorrichtung das Sensorelement zumindest teilweise umgibt.As already mentioned, the measuring device is, for example, a thermometer, or a temperature determination unit of a thermal flow measuring device, or else a temperature switch. The measuring device comprises at least one temperature-sensitive sensor element, for example a temperature sensor, in particular in the form of a resistance element or a thermocouple. The coupling unit is designed and arranged such that it at least partially surrounds the sensor element when the measuring device is installed.

Die erfindungsgemäße Lösung dient dazu, die beschriebenen Probleme hinsichtlich von Block-Kalibratoren und damit einhergehend der erzielbaren Messgenauigkeit zu überwinden. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Koppeleinheit kann eine gute thermische Kopplung, also ein guter thermischer Kontakt, zwischen der Mess-Vorrichtung und dem Kalibrator-Block gewährleistet werden. Insbesondere kann je nach Ausgestaltung gewährleistet werden, dass kein Luftspalt zwischen einer Außenwandung des Messeinsatzes und einer Innenwandung des Eintauchkörpers besteht. Neben der thermischen Kopplung kann also auch eine mechanische Kopplung gewährleistet werden.The solution according to the invention serves to overcome the problems described with regard to block calibrators and, consequently, the achievable measurement accuracy. By using a coupling unit according to the invention, good thermal coupling, that is to say good thermal contact, can be ensured between the measuring device and the calibrator block. In particular, depending on the configuration, it can be ensured that there is no air gap between an outer wall of the measuring insert and an inner wall of the immersion body. In addition to thermal coupling, mechanical coupling can also be guaranteed.

Für die Ausgestaltung der Koppeleinheit sind zahlreiche Möglichkeiten denkbar, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen. Die genaue Ausgestaltung hängt dabei unter anderem von diversen Vorgaben bezüglich der Mess-Vorrichtung, also auch von der der jeweiligen geometrischen Situation, ab. Ausgewählte, besonders bevorzugte Ausgestaltungen sind nachfolgend beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die unterschiedlichen Ausgestaltungen sich jeweils auch miteinander kombinieren lassen.Numerous possibilities are conceivable for the design of the coupling unit, all of which come under the present invention. The exact design depends, among other things, on various specifications regarding the measuring device, that is to say also on the particular geometric situation. Selected, particularly preferred configurations are described below. It goes without saying that the different configurations can also be combined with one another.

In einer Ausgestaltung ist die Koppeleinheit zumindest teilweise an einer inneren Wandung der Kavität angebracht oder befestigt. Die Koppeleinheit ist somit zwischen der inneren Wandung der Kavität und der äußeren Wandung der Mess-Vorrichtung im in die Kavität eingebrachten Zustand angeordnet. In diesem Falle kann die Mess-Vorrichtung insbesondere aus der Kavität entfernt werden, ohne das Koppelelement entfernen zu müssen.In one configuration, the coupling unit is at least partially attached or fastened to an inner wall of the cavity. The coupling unit is thus arranged between the inner wall of the cavity and the outer wall of the measuring device when it is inserted into the cavity. In this case, the measuring device can in particular be removed from the cavity without having to remove the coupling element.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Koppeleinheit dazu ausgestaltet, eine mechanische und/oder thermische Kopplung zwischen dem Kalibrator-Block, insbesondere im Bereich der Kavität, und der Mess-Vorrichtung im in der Kavität angeordneten Zustand zu gewährleisten. Durch eine mechanische Kopplung können insbesondere gegebenenfalls auftretende Luftspalte reduziert oder vermieden werden. Außerdem haben etwaige thermische Widerstände aufgrund von Materialänderungen eine geringere Varianz. Temperaturunterschiede in unterschiedlichen Kavitäten, oder bei mehreren Kalibrierungen einer Mess-Vorrichtung in derselben Kavität werden damit also deutlich reduziert.In a further embodiment, the coupling unit is designed to ensure a mechanical and / or thermal coupling between the calibrator block, in particular in the region of the cavity, and the measuring device in the state arranged in the cavity. A mechanical coupling can in particular reduce or avoid air gaps that may occur. In addition, any thermal resistances due to material changes have less variance. Differences in temperature in different cavities, or in the case of several calibrations of a measuring device in the same cavity, are thus significantly reduced.

In noch einer Ausgestaltung ist die Koppeleinheit derart ausgestaltet und/oder angeordnet, dass sie im in der Kavität angeordneten Zustand der Mess-Vorrichtung die Mess-Vorrichtung zumindest teilweise umgibt, insbesondere ist die Koppeleinheit derart angeordnet, dass sie im in der Kavität angeordneten Zustand der Mess-Vorrichtung zumindest einen Teil der Mess-Vorrichtung, in welchem ein Sensorelement der Mess-Vorrichtung angeordnet ist, zumindest teilweise umgibt. Es können aber auch mehrere Koppeleinheiten vorgesehen sein, insbesondere falls die Mess-Vorrichtung mehrere an mehreren Positionen angeordnete Sensorelemente aufweist. Im Zusammenhang mit Thermometern handelt es im letztgenannten Fall um sogenannte Multipoint-Thermometer, welche an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Auch ist es möglich, dass eine einzige Koppeleinheit derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass eine Koppeleinheit mehrere Sensorelemente der Mess-Vorrichtung im in der Kavität angeordneten Zustand der Mess-Vorrichtung zumindest teilweise umgibt.In another embodiment, the coupling unit is designed and / or arranged in such a way that it at least partially surrounds the measuring device when the measuring device is arranged in the cavity, in particular the coupling unit is arranged in such a way that it is in the state in the cavity Measuring device at least partially surrounds at least part of the measuring device, in which a sensor element of the measuring device is arranged. However, several coupling units can also be provided, in particular if the measuring device has several on several Positions arranged sensor elements. In connection with thermometers, the latter case involves so-called multipoint thermometers, which are known per se from the prior art. It is also possible for a single coupling unit to be designed and / or arranged such that a coupling unit at least partially surrounds a plurality of sensor elements of the measuring device when the measuring device is arranged in the cavity.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Koppeleinheit einen Festschmierstoff, insbesondere Graphit, Bornitrid, Kupfer, oder Messing, umfasst, oder wobei die Koppeleinheit in Form eines Pulvers, in Form einer Beschichtung, oder in Form eines festen Körpers, vorzugsweise in Form einer Folie oder in Form eines rohrförmigen Körpers, insbesondere einer Hülse, ausgestaltet ist.A particularly preferred embodiment includes that the coupling unit comprises a solid lubricant, in particular graphite, boron nitride, copper or brass, or the coupling unit in the form of a powder, in the form of a coating, or in the form of a solid body, preferably in the form of a film or in the form of a tubular body, in particular a sleeve.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt geworden, sogenannte Wärmeleitpasten zur Verbesserung thermischer Kontakte zwischen zwei Gegenständen zu verwenden.It has become known from the prior art to use so-called thermal pastes to improve thermal contacts between two objects.

Diese haben jedoch den Nachteil, dass der jeweilige thermische Kontakt nicht gut reproduzierbar und die Güte des Kontakts, beispielsweise aufgrund fortschreitender Korrosion, nicht konstant ist. Festschmierstoffe bieten den Vorteil, dass sie sich leichter und vor allem präzise und reproduzierbar anordnen. Sie eignen sich insbesondere auch zum Ausgleich von Formtoleranzen. Es kann somit ein reproduzierbarer thermischer Kontakt zwischen Eintauchkörper und Messeinsatz erreicht werden.However, these have the disadvantage that the respective thermal contact cannot be reproduced well and the quality of the contact is not constant, for example due to progressive corrosion. Solid lubricants have the advantage that they can be arranged more easily and, above all, precisely and reproducibly. They are also particularly suitable for compensating shape tolerances. A reproducible thermal contact between the immersion body and the measuring insert can thus be achieved.

Bei einer Ausgestaltung der Koppeleinheit in Form eines Pulvers kann das Pulver beispielsweise in die Kavität eingebracht werden, bevor die Mess-Vorrichtung in der Kavität angeordnet wird. Im Falle einer Beschichtung kann diese wiederum beispielsweise an einer Innenwandung der Kavität angeordnet sein. Ähnliches gilt für die Ausgestaltung in Form eines festen Körpers. Der Körper kann beispielsweise derart dimensioniert sein, dass er im eingebauten Zustand der Mess-Vorrichtung in der Kavität, insbesondere passgenau, einen Zwischenraum, in welchem sich sonst ein Luftspalt ausbilden würde, angeordnet ist. Er ist also an die Dimensionierungen der Kavität und/oder der Mess-Vorrichtung angepasst.In one embodiment of the coupling unit in the form of a powder, the powder can, for example, be introduced into the cavity before the measuring device is arranged in the cavity. In the case of a coating, this can in turn be arranged on an inner wall of the cavity, for example. The same applies to the design in the form of a solid body. The body can, for example, be dimensioned such that, when the measuring device is installed, it is arranged in the cavity, in particular with an exact fit, in an intermediate space in which an air gap would otherwise form. It is therefore adapted to the dimensions of the cavity and / or the measuring device.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Kalibrier-Vorrichtung beinhaltet, dass die Koppeleinheit zumindest ein Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit umfasst. Die Wärmeleitfähigkeit der Koppeleinheit ist richtungsabhängig. Beispielsweise kann eine Wärmeleitfähigkeit in einer ersten Ebene größer sein als in einer zweiten Ebene, welche senkrecht zur ersten Ebene verläuft. Somit lässt sich die Wärmeleitung durch die Koppeleinheit durch eine, ggf. für eine bestimmte Anwendung speziell konzipierte Ausgestaltung der Koppeleinheit, vorteilhaft gezielt beeinflussen. Beispielsweise kann erreicht werden, dass infolge einer Temperaturänderung des Kalibrator-Blocks zuerst eine Umfangsverteilung der Wärme im Bereich der Koppeleinheit stattfindet, bevor eine Ausbreitung von der Koppeleinheit in ein Volumen des Teilbereichs hinein und damit zur Mess-Vorrichtung stattfindet.Another particularly preferred embodiment of the calibration device includes that the coupling unit comprises at least one material with anisotropic thermal conductivity. The thermal conductivity of the coupling unit depends on the direction. For example, a thermal conductivity can be greater in a first plane than in a second plane, which runs perpendicular to the first plane. Thus, the heat conduction through the coupling unit can advantageously be influenced in a targeted manner by a configuration of the coupling unit that may have been specially designed for a specific application. For example, it can be achieved that, as a result of a temperature change in the calibrator block, there is first a circumferential distribution of the heat in the area of the coupling unit before it propagates from the coupling unit into a volume of the partial area and thus to the measuring device.

In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn die Koppeleinheit derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass sie parallel zu zumindest einer inneren Wandung der Kavität eine höhere, insbesondere zumindest 10fach größere, insbesondere zumindest 30fach höhere, Wärmeleitfähigkeit aufweist als senkrecht zur inneren Wandung.In this regard, it is advantageous if the coupling unit is arranged and / or configured in such a way that, parallel to at least one inner wall of the cavity, it has a higher, in particular at least 10 times larger, in particular at least 30 times higher, thermal conductivity than perpendicular to the inner wall.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Koppeleinheit dazu ausgestaltet ist zu gewährleisten, dass eine Temperatur zumindest in dem Teilbereich des Innenvolumens der Kavität, welcher Teilbereich zumindest teilweise von der Koppeleinheit umgeben ist, im Wesentlichen konstant ist. Ferner sind vorteilhaft die Temperaturen in dem Teilbereich und die des Kalibrator-Blocks dann gleich.A particularly preferred embodiment includes that the coupling unit is designed to ensure that a temperature is substantially constant at least in the partial area of the inner volume of the cavity, which partial area is at least partially surrounded by the coupling unit. Furthermore, the temperatures in the partial area and those of the calibrator block are then advantageously the same.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Koppeleinheit derart ausgestaltet ist, dass sie eine, insbesondere reversible, Bewegung der Mess-Vorrichtung relativ zu der Kavität, insbesondere in axialer Richtung, ermöglicht. Üblicherweise werden für die Mess-Vorrichtung und den Kalibrator-Block zumindest teilweise unterschiedliche Materialien, insbesondere mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, verwendet. Infolge von Temperaturänderungen des Mediums kommt es dann insbesondere zu unterschiedlichen Ausdehnungen, insbesondere in Längsrichtung der Kavität. Die Koppeleinheit ist dann bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie die unterschiedlichen, insbesondere reversiblen, Ausdehnungen aufgrund von Änderungen der Temperatur, insbesondere in Längsrichtung, kompensiert. Auf diese Weise kann ein unabhängig von der Temperatur gleichbleibender thermischer Kontakt zwischen der Kavität und der Mess-Vorrichtung gewährleistet werden.A further preferred embodiment includes that the coupling unit is designed such that it enables, in particular reversible, movement of the measuring device relative to the cavity, in particular in the axial direction. Usually, different materials, in particular with different coefficients of thermal expansion, are used for the measuring device and the calibrator block. As a result of temperature changes in the medium, there are in particular different expansions, in particular in the longitudinal direction of the cavity. The coupling unit is then preferably designed such that it compensates for the different, in particular reversible, expansions due to changes in the temperature, in particular in the longitudinal direction. In this way, a constant thermal contact between the cavity and the measuring device can be ensured regardless of the temperature.

Es ist ferner von Vorteil, wenn zumindest ein Befestigungsmittel zur Befestigung der Koppeleinheit vorgesehen ist. In dieser Hinsicht kann es sich bei dem Befestigungsmittel einerseits um eine separate Komponente handeln. Es ist aber ebenso möglich, dass das Befestigungsmittel, Teil der Kalibrier-Vorrichtung und insbesondere in der Kavität angeordnet und/oder Teil der Mess-Vorrichtung ist.It is also advantageous if at least one fastening means is provided for fastening the coupling unit. In this regard, the fastener can be a separate component. However, it is also possible for the fastening means to be part of the calibration device and in particular arranged in the cavity and / or part of the measuring device.

In dieser Hinsicht sind ebenfalls verschiedene Ausgestaltungen denkbar, von denen im Folgenden einige bevorzugte Varianten angegeben werden:

Beispielsweise umfasst eine Ausgestaltung, dass eine Innenwandung der Kavität einen Absatz und/oder einen Vorsprung aufweist, der als Befestigungsmittel dient, wobei ein Innendurchmesser der Kavität entlang einer Längsachse der Kavität variabel ist.

In this regard, various configurations are also conceivable, of which some preferred variants are given below:

For example, an embodiment comprises that an inner wall of the cavity has a shoulder and / or a projection which serves as a fastening means, an inner diameter of the cavity being variable along a longitudinal axis of the cavity.

Im Falle eines Absatzes kann beispielsweise der Innendurchmesser in einem Endbereich der Kavität größer sein, als im Bereich der Öffnung, welche sich im Bereich der Oberfläche des Kalibrator-Blocks befindet. Im Falle eines Vorsprungs ist es vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser der Kavität im Bereich des Vorsprungs im Vergleich zu anderen Bereichen geringer ist. Wird die Mess-Vorrichtung aus der Kavität entfernt, wird durch diese Ausgestaltungen automatisch eine Bewegung der Koppeleinheit in axialer Richtung durch den Absatz bzw. durch den Vorsprung in der Innenwandung der Kavität verhindert.In the case of a shoulder, for example, the inner diameter in an end region of the cavity can be larger than in the region of the opening, which is located in the region of the surface of the calibrator block. In the case of a projection, it is advantageous if the inside diameter of the cavity is smaller in the region of the projection than in other regions. If the measuring device is removed from the cavity, these configurations automatically prevent the coupling unit from moving in the axial direction through the shoulder or through the projection in the inner wall of the cavity.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass sich bei dem Befestigungsmittel um eine, insbesondere mechanische, Passverbindung handelt, insbesondere wobei das Befestigungsmittel zumindest einen Sprengring oder einen Passring aufweist.A further embodiment provides that the fastening means is a, in particular mechanical, fitting connection, in particular wherein the fastening means has at least one snap ring or one fitting ring.

Ferner kann es sich bei dem Befestigungsmittel um einen Klebstoff handeln.Furthermore, the fastening means can be an adhesive.

Schließlich beinhaltet eine weitere Ausgestaltung, dass das Befestigungsmittel zumindest teilweise aus einem gesinterten Werkstoff hergestellt ist.Finally, a further embodiment includes that the fastening means is at least partially made of a sintered material.

Noch eine bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Kalibrier-Vorrichtung zumindest ein thermisch leitfähiges Koppelelement umfasst, welches Koppelelement zwischen zumindest einem Teil-Bereich der Heiz-/Regeleinheit und einem Teilbereich des Kalibrator-Blocks angeordnet ist, und welches Koppelelement dazu dient, eine homogene Wärmeverteilung zumindest in dem Teilbereich des Kalibrator-Blocks zu gewährleisten. Das Koppelelement kann analog zu der zumindest einen Koppeleinheit in zumindest einer der beschriebenen Ausführungen ausgestaltet sein. Es wird jedoch nicht in einer Kavität des Kalibrator-Blocks angeordnet, sondern ist vielmehr zwischen einem Teilbereich der Heiz-/Regeleinheit und einem Teilbereich des Kalibrator-Blocks angeordnet. Auf diese Weise gewährleistet das Koppelement eine homogene Wärmeverteilung, insbesondere von der Regel/Heizeinheit zum Kalibrator-Block.Another preferred embodiment includes that the calibration device comprises at least one thermally conductive coupling element, which coupling element is arranged between at least a partial area of the heating / control unit and a partial area of the calibrator block, and which coupling element serves to achieve a homogeneous heat distribution to ensure at least in the partial area of the calibrator block. The coupling element can be configured analogously to the at least one coupling unit in at least one of the embodiments described. However, it is not arranged in a cavity of the calibrator block, but rather is arranged between a partial area of the heating / control unit and a partial area of the calibrator block. In this way, the coupling element ensures a homogeneous heat distribution, in particular from the control / heating unit to the calibrator block.

Es sei darauf verwiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auf die beiden bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen 102018111167.3 und 102017100267.7 vollumfänglich Bezug genommen wird. Die dort in Zusammenhang mit einer Vorrichtung Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße bzw. mit einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums beschriebene Lehre lässt sich sinngemäß auch auf eine erfindungsgemäße Kalibrier-Vorrichtung übertragen.It should be noted that in the context of the present application to the two previously unpublished German patent applications with the file number 102018111167.3 and 102017100267.7 full reference is made. The teaching described there in connection with a device for determining and / or monitoring at least one process variable or with a device for determining and / or monitoring the temperature of a medium can also be applied analogously to a calibration device according to the invention.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1: ein Block-Kalibrator und zwei Mess-Vorrichtungen in Form von Thermometern gemäß Stand der Technik,
2: eine schematische Ansicht für eine Kalibrier-Vorrichtung mit einer Koppeleinheit in einer ersten Ausgestaltung,
3: eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kalibrier-Vorrichtung mit einer Koppeleinheit, bei welcher die Koppeleinheit innerhalb der Kavität des Kalibrator-Körpers befestigt ist, und
4 eine dritte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kalibrier-Vorrichtung mit einem zwischen der Heiz-/Regeleinheit und dem Kalibrator-Block angeordneten Koppelelement.

The invention is illustrated by the following drawings. It shows:

1 : a block calibrator and two measuring devices in the form of thermometers according to the prior art,
2 1 shows a schematic view for a calibration device with a coupling unit in a first embodiment,
3 : a second embodiment of a calibration device according to the invention with a coupling unit, in which the coupling unit is fastened within the cavity of the calibrator body, and
4 a third embodiment of a calibration device according to the invention with a coupling element arranged between the heating / control unit and the calibrator block.

In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, the same elements are identified by the same reference symbols.

In 1 ist eine schematische Abbildung einer Kalibrier-Vorrichtung 1 gemäß Stand der Technik gezeigt. Die Kalibrier-Vorrichtung 1 umfasst einen Kalibrator-Block 7 mit vier Kavitäten 8, in welche jeweils eine Mess-Vorrichtung 2 einbringbar ist. Bei den in 1 beispielhaft gezeigten Mess-Vorrichtungen 2 zur Bestimmung der Temperatur eines Mediums handelt es sich jeweils um ein Thermometer. Unterhalb des Kalibrator-Blocks 7 ist eine Heiz-/Regeleinheit 9 angeordnet, mittels welcher der Kalibrator-Block 7 auf eine vorgebbare Kalibier-Temperatur T_K geheizt werden kann. Es sei darauf verwiesen, dass die Heiz-Regeleinheit 7 keinesfalls notwendigerweise unterhalb des Kalibrator-Blocks 7 angeordnet sein muss. Vielmehr sind alle dem Fachmann aus dem Stand der Technik im Zusammenhang mit Block-Kalibratoren 1 bekannten Ausgestaltungen und Anordnungen für eine Heiz-/Regeleinheit 9 denkbar. Ebenso bestehen vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten für den Kalibrator-Block 7. Alle diese möglichen Ausgestaltungen fallen ebenfalls unter die vorliegende Erfindung. Es sei ferner darauf verwiesen, dass die Referenz-Mess-Vorrichtung 2' lösbar oder auch fest innerhalb einer der Kavitäten 8 der Kalibrier-Vorrichtung 1 angeordnet sein kann.In 1 is a schematic illustration of a calibration device 1 shown according to the prior art. The calibration device 1 includes a calibrator block 7 with four cavities 8th , in each of which a measuring device 2 can be introduced. In the 1 measuring devices shown as examples 2 A thermometer is used to determine the temperature of a medium. Below the calibrator block 7 is a heating / control unit 9 arranged, by means of which the calibrator block 7 to a predefinable calibration temperature T _K can be heated. It should be noted that the heating control unit 7 not necessarily below the calibrator block 7 must be arranged. Rather, all of them are skilled in the art in the context of block calibrators 1 known configurations and arrangements for a heating / control unit 9 conceivable. There are also diverse design options for the calibrator block 7 , All of these possible configurations also fall under the present invention. It should also be noted that the reference measuring device 2 ' detachable or fixed within one of the cavities 8th the calibration device 1 can be arranged.

Die Kalibrier-Vorrichtung 1 kann ferner über eine Recheneinheit [nicht gezeigt] verfügen, mittels welcher ein Vergleich einer mittels einer Referenz-Messvorrichtung 2' gemessenen Temperatur mit einer mittels der zu kalibrierenden Messvorrichtung 2 gemessenen Temperatur verglichen werden kann. Anhand des Vergleichs kann die zu kalibrierenden Mess-Vorrichtung 2 dann kalibriert werden, beispielsweise, indem ein funktionaler Zusammenhang zwischen einer Ausgangsgröße der Mess-Vorrichtung 2 anhand des Vergleichs der mittels der Mess-Vorrichtungen 2 und 2' ermittelten Temperaturen angepasst wird.The calibration device 1 can also have a computing unit [not shown], by means of which is a comparison of a reference measuring device 2 ' measured temperature with a measuring device to be calibrated 2 measured temperature can be compared. Based on the comparison, the measuring device to be calibrated 2 can then be calibrated, for example, by a functional relationship between an output variable of the measuring device 2 based on the comparison of the measuring devices 2 and 2 ' determined temperatures is adjusted.

Bei beiden gezeigten Mess-Vorrichtungen 2 und 2' handelt es sich jeweils um ein Thermometer mit einem Messeinsatz 3 bzw. 3', und einer Elektronik 4 bzw. 4' gemäß Stand der Technik. Innerhalb des Messeinsatzes 3 bzw. 3' ist ein Sensorelement 5 bzw. 5' angeordnet, welches im vorliegenden Fall jeweils ein Temperatursensor in Form eines Widerstandselements ist, der über die Anschlussleitungen 6 bzw. 6' elektrisch kontaktiert und mit der Elektronik 4 bzw. 4' verbunden ist. In anderen Ausgestaltungen kann die Elektronik 4 bzw. 4' auch separat vom Messeinsatz 3 bzw. 3'angeordnet sein. Auch muss es sich bei dem Sensorelement 5 bzw. 5' nicht notwendigerweise um ein Widerstandselement handeln, oder die Anzahl der verwendeten Anschlussleitungen 6 bzw. 6' muss nicht notwendigerweise zwei betragen. Vielmehr kann je nach angewendetem Messprinzip eine unterschiedliche Anzahl von Anschlussdrähten 6 bzw. 6' verwendet werden. Vorteilhaft ist jedoch, wenn die Referenz-Messvorrichtung 2' und die zu kalibrierende Mess-Vorrichtung 2 gleichartig ausgestaltet sind.With both measuring devices shown 2 and 2 ' each is a thermometer with a measuring insert 3 respectively. 3 ' , and electronics 4 respectively. 4 ' according to the state of the art. Within the measuring insert 3 respectively. 3 ' is a sensor element 5 respectively. 5 ' arranged, which in the present case is a temperature sensor in the form of a resistance element, which via the connecting lines 6 respectively. 6 ' electrically contacted and with the electronics 4 respectively. 4 ' connected is. In other configurations, the electronics 4 respectively. 4 ' also separately from the measuring insert 3 or 3 '. It must also be the sensor element 5 respectively. 5 ' not necessarily a resistance element, or the number of connection lines used 6 respectively. 6 ' need not necessarily be two. Rather, depending on the measuring principle used, a different number of connecting wires can be used 6 respectively. 6 ' be used. However, it is advantageous if the reference measuring device 2 ' and the measuring device to be calibrated 2 are configured in the same way.

Wie bereits dargelegt, hängt die Genauigkeit der Kalibrierung mittels eines Block-Kalibrators 1, wie in 1 illustriert, von vielen unterschiedlichen Faktoren ab. Die unterschiedlichen möglichen, bereits beschriebenen, Problematiken können durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Kalibrier-Vorrichtung 1 mit einer Koppeleinheit 10, wie ebenfalls bereits erläutert, jedoch überwunden werden.As already explained, the accuracy of the calibration depends on a block calibrator 1 , as in 1 illustrated, depending on many different factors. The different possible problems already described can be solved by using a calibration device according to the invention 1 with a coupling unit 10 , as already explained, but can be overcome.

Für die Ausgestaltung der Koppeleinheit 10 sind dabei zahlreiche Möglichkeiten denkbar, von denen nachfolgend einige bevorzugte Ausgestaltungen beispielhaft beschrieben werden. Die genaue Ausgestaltung hängt dabei unter anderem von diversen Vorgaben, insbesondere hinsichtlich der zu kalibrierenden Mess-Vorrichtung 2, also auch von der der jeweiligen geometrischen Situation, ab.For the design of the coupling unit 10 Numerous possibilities are conceivable, some of which are described below by way of example. The exact design depends, among other things, on various specifications, in particular with regard to the measuring device to be calibrated 2 , also depending on the respective geometric situation.

In 2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Kavität 8 eines Kalibrator-Blocks 7 einer Kalibrier-Vorrichtung 1 mit einer in das Innenvolumen V der Kavität 8 eingebrachten, ebenfalls schematisch dargestellten Mess-Vorrichtung 2. Die Mess-Vorrichtung 2 aus 2 ist hier exemplarisch für eine der in die Kalibrier-Vorrichtung 1 eingebrachten Mess-Vorrichtungen 2, und kann sowohl eine zu kalibrierende als auch eine Referenz-Mess-Vorrichtung 2 bzw. 2' sein. Die Kalibrier-Vorrichtung 1 umfasst eine erfindungsgemäße Koppeleinheit 10, welche im Teilbereich T des Innenvolumens V der Kavität 8 angeordnet ist, in welchem Teilbereich T sich im eingebauten Zustand der Mess-Vorrichtung 2 das Sensorelement 5 befindet. Ferner ist die Koppeleinheit 10 zwischen einer inneren Wandung der Kavität 8 und einer äußeren Wandung der Mess-Vorrichtung 2, hier des Messeinsatzes 3, angeordnet. Beispielsweise kann sie direkt an der inneren Wandung der Kavität 8 angebracht sein.In 2 is a schematic sectional view of a cavity 8th a calibrator block 7 a calibration device 1 with one in the interior volume V the cavity 8th introduced measuring device, also shown schematically 2 , The measuring device 2 out 2 is an example of one of the in the calibration device 1 introduced measuring devices 2 , and can be both a calibration device and a reference measuring device 2 respectively. 2 ' his. The calibration device 1 comprises a coupling unit according to the invention 10 which in the sub-area T of the interior volume V the cavity 8th is arranged in which section T itself in the installed state of the measuring device 2 the sensor element 5 located. Furthermore, the coupling unit 10 between an inner wall of the cavity 8th and an outer wall of the measuring device 2 , here the measuring insert 3 , arranged. For example, it can be directly on the inner wall of the cavity 8th to be appropriate.

Die Koppeleinheit 10 bewirkt eine thermische und je nach Ausgestaltung der Koppeleinheit 10 auch eine mechanische Kopplung zwischen dem Kalibrator-Block 7 und der Mess-Vorrichtung 2. Die Koppeleinheit 10 dient also der Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit innerhalb des Kalibrator-Blocks 7 bzw. zwischen dem Kalibrator-Block 7, dargestellt durch die Wandung der Kavität 8, und der Mess-Vorrichtung 2. Damit wird die Genauigkeit hinsichtlich einer Kalibrierung der zu kalibrierenden Mess-Vorrichtung deutlich erhöht.The coupling unit 10 causes a thermal and depending on the design of the coupling unit 10 also a mechanical coupling between the calibrator block 7 and the measuring device 2 , The coupling unit 10 thus serves to improve the thermal conductivity within the calibrator block 7 or between the calibrator block 7 , represented by the wall of the cavity 8th , and the measuring device 2 , This significantly increases the accuracy with regard to a calibration of the measuring device to be calibrated.

Die Koppeleinheit 10 umfasst bevorzugt einen Festschmierstoff, insbesondere Graphit, Bornitrid, Kupfer, oder Messing. Für die genaue Ausgestaltung sind verschiedene Varianten denkbar. Beispielsweise kann die Koppeleinheit 10 in Form eines Pulvers, in Form einer Beschichtung, oder als fester Körper ausgestaltet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Koppeleinheit 10 zumindest ein Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit umfasst.The coupling unit 10 preferably comprises a solid lubricant, in particular graphite, boron nitride, copper or brass. Various variants are conceivable for the precise configuration. For example, the coupling unit 10 in the form of a powder, in the form of a coating, or as a solid body. It is also possible that the coupling unit 10 comprises at least one material with anisotropic thermal conductivity.

In anderen Ausgestaltungen, wie beispielsweise den in 3 gezeigten, beiden Ausgestaltungen, ist ferner zumindest ein Befestigungsmittel 11 zur Befestigung der Koppeleinheit 10 in einer vorgebbaren Position relativ zur Kavität 8 oder zur Mess-Vorrichtung 2 vorgesehen. Auch in dieser Hinsicht sind neben den in 3 gezeigten Ausgestaltungen viele weitere Möglichkeiten denkbar und dem Fachmann geläufig, welche ebenso unter die vorliegende Erfindung fallen.In other configurations, such as that in 3 shown, two configurations is also at least one fastener 11 for fastening the coupling unit 10 in a predeterminable position relative to the cavity 8th or to the measuring device 2 intended. In this regard, in addition to the in 3 Embodiments shown many other possibilities conceivable and familiar to those skilled in the art, which also fall under the present invention.

In den beiden gezeigten Ausgestaltungen ist das Befestigungsmittel 11 jeweils Teil der Kavität 8. In anderen, hier nicht dargestellten Ausgestaltungen, kann das Befestigungsmittel 11 jedoch auch als separate Einheit, oder als Teil der Mess-Vorrichtung 2 ausgestaltet sein.In the two configurations shown, the fastening means 11 each part of the cavity 8th , In other configurations, not shown here, the fastening means 11 however, also as a separate unit or as part of the measuring device 2 be designed.

Gemäß der Ausgestaltung nach 3a weist die Innenwandung der Kavität 8 einen Absatz auf, welcher als Befestigungsmittel 11 dient. Dadurch ist der Innendurchmesser d₁ des Eintauchkörpers 2 in einem ersten Teilbereich T₁ kleiner als der Innendurchmesser d₂ in einem zweiten Teilbereich T₂ , welcher zweite Teilbereich T₂ dem Teilbereich T, in welchem die Koppeleinheit 10 angeordnet ist, entspricht. Durch den Absatz 11 wird sichergestellt, dass die Koppeleinheit 10 im Teilbereich T=T₂ fixiert wird, insbesondere bei einer axialen Bewegung der Mess-Vorrichtung 2 entlang der Längsachse L der Kavität.According to the design according to 3a shows the inner wall of the cavity 8th a paragraph, which as a fastener 11 serves. This is the inside diameter d ₁ of the immersion body 2 in a first section T ₁ smaller than the inside diameter d ₂ in a second section T ₂ . which second section T ₂ the section T , in which the coupling unit 10 is arranged, corresponds. Through the paragraph 11 ensures that the coupling unit 10 in the section T = T ₂ is fixed, especially with an axial movement of the measuring device 2 along the longitudinal axis L the cavity.

3b zeigt eine zweite mögliche Ausgestaltung des Befestigungsmittels 11': Hier weist die Innenwandung der Kavität 8 einen Vorsprung auf. Der Innendurchmesser d₃ der Kavität 8 ist im Bereich des Vorsprungs 11 gegenüber dem Innendurchmesser im restlichen Bereich der Kavität 8 verringert. In den auf beiden Seiten des Vorsprungs angeordneten Teilbereichen T1 und T2 kann dabei der Innendurchmesser gleich oder unterschiedlich sein. Auch kann der Vorsprung 11 im oberen Bereich der Kavität 8 angeordnet sein, insbesondere derart, dass er im Bereich der die Öffnung der Kavität 8 aufweisenden Oberfläche der Kalibrator-Blocks 7 angeordnet ist. Auch im Falle der 3b verhindert das Befestigungsmittel 11' insbesondere eine axiale Bewegung der Koppeleinheit 10, beispielsweise im Falle, dass die Mess-Vorrichtung 2 aus der Kavität 8 entfernt oder in Kavität 8 eingebracht wird. 3b shows a second possible embodiment of the fastener 11 ' : Here the inner wall of the cavity faces 8th a head start on. The inside diameter d ₃ the cavity 8th is in the area of the lead 11 compared to the inside diameter in the rest of the cavity 8th reduced. In the partial areas arranged on both sides of the projection T1 and T2 the inner diameter can be the same or different. The lead can also 11 in the upper part of the cavity 8th be arranged, in particular in such a way that it is in the region of the opening of the cavity 8th surface of the calibrator blocks 7 is arranged. Even in the case of 3b prevents the fastener 11 ' in particular an axial movement of the coupling unit 10 , for example in the event that the measuring device 2 out of the cavity 8th removed or in cavity 8th is introduced.

In einer weiteren Ausgestaltung, welche in 4 skizziert ist, umfasst die Kalibrier-Vorrichtung 1 ferner ein Koppelelement 10a. Das Koppelelement 10a ist zwischen der Heiz-/Regeleinheit (9) und dem Kalibrator-Block 7 angeordnet und dient dazu, eine homogene Wärmeverteilung innerhalb des Kalibrator-Blocks 7 zu gewährleisten. In der vorliegenden Ausgestaltung ist das Koppelelement 10a derart ausgestaltet, dass es entlang der gesamten Berührungsfläche zwischen dem Kalibrator-Block 7 und der Heiz-/Regeleinheit 9 angeordnet ist. Das Koppelelement muss aber nicht notwendigerweise entlang der gesamten Berührungsfläche verlaufen. Es kann sich auch entlang eines Abschnitts der Berührungsfläche oder über die Berührungsfläche zwischen der Rege-Heizeinheit 9 und dem Kalibrator-Block 7 hinaus erstrecken.In a further embodiment, which in 4 is sketched includes the calibration device 1 also a coupling element 10a , The coupling element 10a is between the heating / control unit ( 9 ) and the calibrator block 7 arranged and serves a homogeneous heat distribution within the calibrator block 7 to ensure. In the present embodiment, the coupling element 10a designed such that it is along the entire contact area between the calibrator block 7 and the heating / control unit 9 is arranged. However, the coupling element does not necessarily have to run along the entire contact area. It may also extend along a portion of the touch area or across the touch area between the rain heater 9 and the calibrator block 7 extend out.

Vorzugsweise ist das Koppelelement 10a an die jeweilige Heiz-/Regeleinheit 9 angepasst. Es versteht sich von selbst, dass für andere Ausgestaltungen der Heiz-/Regeleinheit 9 auch das Koppelelement 10a entsprechend anders ausgestaltet sein kann.The coupling element is preferably 10a to the respective heating / control unit 9 customized. It goes without saying that for other configurations of the heating / control unit 9 also the coupling element 10a can be designed differently accordingly.

In 4 sind ferner ebenfalls Koppeleinheiten in die Kavitäten 8 des Kalibrator-Blocks 7 eingebracht. Diese sind in der gezeigten Darstellung aber nicht sichtbar.In 4 are also coupling units in the cavities 8th of the calibrator block 7 brought in. However, these are not visible in the illustration shown.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kalibrier-VorrichtungCalibration device
22: Mess-VorrichtungMeasuring device
33: MesseinsatzFeeler
44: Elektronikelectronics
55: Sensorelementsensor element
66: Anschlussdrähteleads
77: Kalibrator-BlockCalibrator block
88th: Kavitätcavity
99: Regel-/HeizeinheitControl / heating unit
1010: Koppeleinheitcoupling unit
1111: Befestigungsmittel fastener
T, T₁, T₂ T, T ₁ , T ₂: Teilbereich der KavitätPart of the cavity
d₁, d₂, d₃ d ₁ , d ₂ , d ₃: Innendurchmesser der KavitätInner diameter of the cavity
LL: Längsachse der KavitätLongitudinal axis of the cavity
VV: Innenvolumen der KavitätInternal volume of the cavity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102018111167 [0038]
DE 102017100267 [0038]

Claims

Calibration device (1) for calibrating at least one measuring device (2) for determining and / or monitoring the temperature of a medium, comprising - a calibrator block (7) with at least one cavity (8) for receiving the at least one measurement to be calibrated - Device (2), and - A heating / control unit (9), which is arranged and designed to heat the calibrator block (7) to a predeterminable calibration temperature (T _K ), characterized in that at least A thermally conductive coupling unit (10) is provided, which coupling unit (10) is designed and can be inserted into the cavity (8) in such a way that at least a partial area (T) of an inner volume (V) of the cavity (8) is at least partially separated from the coupling unit ( 10) is surrounded, and which coupling unit (10) is designed to ensure homogeneous heat distribution at least in the partial area (T).

Calibration device (1) after Claim 1 , wherein the coupling unit (10) is at least partially attached or fastened to an inner wall of the cavity (8).

Calibration device (1) after Claim 1 or 2 , wherein the coupling unit (10) is designed to provide a mechanical and / or thermal coupling between the calibrator block (7), in particular in the area of the cavity (8), and the measuring device (2) in the cavity (8 ) to ensure ordered condition.

Calibration device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the coupling unit (10) is designed and / or arranged such that it at least partially surrounds the measuring device 2 when the measuring device 2 is arranged in the cavity (8) , in particular wherein the coupling unit (10) is arranged such that, in the state of the measuring device (2) arranged in the cavity (8), it has at least part of the measuring device (2) in which a sensor element (5) for measuring - Device (2) is arranged, at least partially surrounds.

Calibration device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the coupling unit (10) comprises a solid lubricant, in particular graphite, boron nitride, copper or brass, or wherein the coupling unit (10) in the form of a powder, in the form of a coating , or in the form of a solid body, preferably in the form of a film or in the form of a tubular body, in particular a sleeve.

Calibration device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the coupling unit (10) comprises at least one material with anisotropic thermal conductivity.

Calibration device (1) after Claim 6 , wherein the coupling unit (10) is arranged and / or configured such that parallel to at least one inner wall of the cavity (8) it has a higher, in particular at least 10 times larger, in particular at least 30 times higher, thermal conductivity than perpendicular to the inner wall.

Calibration device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the coupling unit (10) is designed to ensure that a temperature at least in the partial area (T) of the inner volume (V) of the cavity (8), which partial area (T ) is at least partially surrounded by the coupling unit (10), is essentially constant.

Calibration device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the coupling unit (10) is designed and / or arranged such that it moves, in particular reversibly, the measuring device (2) relative to the cavity (8), especially in the axial direction.

Calibration device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein at least one fastening means (11) is provided for fastening the coupling unit (10).

Calibration device (1) after Claim 11 , wherein an inner wall of the cavity (8) has a shoulder and / or a projection which serves as fastening means (11, 11 '), an inner diameter (d ₁ -d ₃ ) of the cavity (8) along a longitudinal axis (L) the cavity (8) is variable.

Calibration device (1) after Claim 11 , wherein the fastening means (11) is a, in particular mechanical, fitting connection, in particular wherein the fastening means (11) has at least one snap ring or one fitting ring.

Calibration device (1) after Claim 10 , wherein the fastening means (11) is an adhesive.

Calibration device (1) after Claim 11 , wherein the fastening means (11) is at least partially made of a sintered material.

Calibration device (1) according to at least one of the preceding claims, comprising at least one thermally conductive coupling element (10a), the coupling element (10a) between at least a partial area of the heating / control unit (9) and a partial area of the calibrator block (7) is arranged, and which coupling element (10a) serves to ensure a homogeneous heat distribution at least in the partial area of the calibrator block (7).