DE102019134019A1

DE102019134019A1 - In situ calibration of a thermometer

Info

Publication number: DE102019134019A1
Application number: DE102019134019.5A
Authority: DE
Inventors: Dieter Schmidt
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers mit zumindest einem Temperatursensor (7) und zumindest einem Referenzelement (8), welches Referenzelement (8) zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material innerhalb des für den Betrieb des Thermometers (1) relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur (TPh) stattfindet, bei welchem Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt und ein entsprechendes Verfahren. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung (1) ein Kommunikationsmodul (11) auf, welches dazu ausgestaltet ist, mit einer übergeordneten Einheit (14), insbesondere einer Prozesssteuerung, welche Einheit (14) zur Steuerung eines Prozesses dient, in welchem die Vorrichtung (1) einsetzbar ist, zu kommunizieren, und zumindest eine Aussage über einen Betriebszustand, insbesondere eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors (7) an die übergeordnete Einheit (14) zu übertragen, und/oder zumindest eine Aussage über einen Prozesszustand, insbesondere über ein Wartungs- und/oder Kalibrier-Intervall, von der übergeordneten Einheit (14) zu empfangen.The present invention relates to a device (1) for in situ calibration and / or validation of a thermometer with at least one temperature sensor (7) and at least one reference element (8), which reference element (8) consists at least partially of a material for which material within of the temperature range relevant for the operation of the thermometer (1) at least one phase transition takes place at at least one predetermined phase transition temperature (TPh), at which phase transition the material remains in the solid phase and a corresponding method. According to the invention, the device (1) has a communication module (11) which is designed to have a higher-level unit (14), in particular a process controller, which unit (14) is used to control a process in which the device (1) can be used is to communicate, and to transmit at least one statement about an operating state, in particular a calibration and / or validation of the temperature sensor (7) to the higher-level unit (14), and / or at least one statement about a process state, in particular about a maintenance and / or calibration interval to be received by the higher-level unit (14).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers mit zumindest einem Temperatursensor und zumindest einem Referenzelement, welches Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material innerhalb des für den Betrieb des Thermometers relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt bei welchem Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt.The invention relates to a device for the in situ calibration and / or validation of a thermometer with at least one temperature sensor and at least one reference element, which reference element consists at least partially of a material, for which material there is at least one phase transition within the temperature range relevant to the operation of the thermometer occurs at at least one predetermined phase transition temperature at which phase transition the material remains in the solid phase.

Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen verfügbar. So gibt es Thermometer, welche zur Messung der Temperatur die Ausdehnung einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Festkörpers mit bekanntem Ausdehnungskoeffizienten heranziehen, oder auch solche, welche die elektrische Leitfähigkeit eines Materials mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise bei Verwendung von Widerstandselementen oder Thermoelementen. Dagegen wird bei Strahlungsthermometern, insb. Pyrometern, zur Bestimmung der Temperatur einer Substanz deren Wärmestrahlung ausgenutzt. Die jeweils zugrundeliegenden Messprinzipien sind jeweils in einer Vielzahl von Veröffentlichungen beschrieben worden und werden entsprechend hier nicht im Einzelnen detailliert wiedergegeben.Thermometers are available in a wide variety of designs. There are thermometers which use the expansion of a liquid, a gas or a solid with a known expansion coefficient to measure the temperature, or there are also those which relate the electrical conductivity of a material to the temperature, such as when using resistance elements or thermocouples . In contrast, in radiation thermometers, especially pyrometers, the thermal radiation of a substance is used to determine the temperature. The respective underlying measurement principles have been described in a large number of publications and are accordingly not reproduced in detail here.

Die Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers wird üblicherweise in Kalibrierbädern, Öfen oder Fixpunkteinrichtungen durchgeführt. Sie erfolgt dann häufig anhand einer Vergleichsmessung in einem Vergleichsmedium mit einer bekannten Vergleichstemperatur, d.h. bei einem festen charakteristischen Temperaturpunkt, wie beispielsweise dem Tripel- und/oder Schmelzpunkt eines Materials. Alternativ kann eine Kalibrierung und/oder Validierung auch mittels eines Referenzthermometers, beispielsweise umfassend ein Platin-Element, durchgeführt werden, vorzugsweise anhand des internationalen Standards ITS-90.The calibration and / or validation of a thermometer is usually carried out in calibration baths, ovens or fixed point devices. It is then often based on a comparative measurement in a comparative medium with a known comparative temperature, i.e. at a fixed characteristic temperature point, such as the triple and / or melting point of a material. Alternatively, calibration and / or validation can also be carried out using a reference thermometer, for example comprising a platinum element, preferably using the international ITS-90 standard.

Als typisches Vergleichsmedium wird häufig deionisiertes Eiswasser in einem Dewar-Gefäß eingesetzt. Dieser charakteristische Temperaturpunkt wird unter anderem häufig genutzt, um den sogenannten Ro-Wert (R bei T=0°C) eines Widerstandstemperatursensors (RTD- Element für Resistance Temperature Detector) in Form eines Platinelements nach dem internationalen Standard IEC60751 zu bestimmen, wie beispielsweise für ein sogenanntes Pt100 Element.Deionized ice water in a Dewar vessel is often used as a typical comparison medium. This characteristic temperature point is often used, among other things, to determine the so-called Ro value (R at T = 0 ° C) of a resistance temperature sensor (RTD element for Resistance Temperature Detector) in the form of a platinum element according to the international standard IEC60751, such as for a so-called Pt100 element.

Üblicherweise muss ein Thermometer zur Durchführung einer Vergleichsmessung aus dem jeweiligen Prozess entfernt werden. Es sind jedoch auch Vorrichtungen bekannt geworden, die eine in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers ermöglichen, wie beispielsweise die in der DE 19941731 A1 beschriebene, miniaturisierte und in ein Thermometer integrierte Fixpunktzelle.Usually a thermometer has to be removed from the respective process in order to carry out a comparative measurement. However, devices have also become known which enable in situ calibration and / or validation of a thermometer, such as, for example, that in FIG DE 19941731 A1 described, miniaturized and integrated in a thermometer fixed point cell.

Eine weitere Möglichkeit zur Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers besteht darin, bestimmte charakteristischer Temperaturpunkte oder Kennlinien des jeweiligen Thermometers heranzuziehen. So ist in der EP1247268B2 beispielsweise ein Verfahren zur in situ Kalibrierung mehrerer integrierter Temperatursensoren anhand von Kennlinien eines oder mehrerer Referenzelemente in Form von sekundären Temperatursensoren beschrieben, welche Referenzelemente in einen Thermometereinsatz zusätzlich zu einem primären Temperatursensor eingebaut sind. Damit eine Kalibrierung erfolgen kann, unterscheiden sich die jeweils verwendeten Referenzelemente in Bezug auf den Aufbau und/oder das jeweils verwendete Material vom primären Temperatursensor, was in unterschiedlichen Kennlinienverläufen resultiert. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass üblicherweise auch die Kennlinien der Referenzelemente Alterungseffekten und/oder Sensordrift unterliegen.Another possibility for calibrating and / or validating a thermometer is to use certain characteristic temperature points or characteristics of the respective thermometer. So is in the EP1247268B2 For example, a method for in situ calibration of several integrated temperature sensors using characteristic curves of one or more reference elements in the form of secondary temperature sensors is described, which reference elements are built into a thermometer insert in addition to a primary temperature sensor. So that a calibration can take place, the reference elements used in each case differ from the primary temperature sensor with regard to the structure and / or the material used in each case, which results in different characteristic curves. The disadvantage here, however, is that the characteristic curves of the reference elements are usually also subject to aging effects and / or sensor drift.

Zur Vermeidung derartiger Nachteile sind aus der DE102010040039A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur in situ Kalibrierung eines Thermometers mit einem Temperatursensor und einem Referenzelement zur Kalibrierung des Temperatursensors bekannt geworden, bei welcher das Referenzelement wenigstens teilweise aus einem ferroelektrischen Material besteht, welches im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich eine Phasenumwandlung bei zumindest einer vorgegebenen Temperatur erfährt. To avoid such disadvantages are from DE102010040039A1 a device and a method for in situ calibration of a thermometer with a temperature sensor and a reference element for calibrating the temperature sensor have become known, in which the reference element consists at least partially of a ferroelectric material which, in the temperature range relevant to the calibration of the temperature sensor, undergoes a phase transformation with at least one predetermined Temperature experiences.

Die Kalibrierung wird also anhand des charakteristischen Temperaturpunkts eines Phasenübergangs eines ferroelektrischen Materials, also anhand einer materialspezifischen Eigenschaft vorgenommen. Je nach Anzahl der verbauten Referenzelemente kann auf diese Weise sowohl eine sogenannte 1-Punkt- als auch eine Mehrpunkt- Kalibrierung und/oder Validierung vorgenommen werden. Eine ähnliche, insbesondere für Mehrpunkt-Kalibrierungen geeignete Vorrichtung, ist ferner aus der DE102015112425A1 bekannt geworden. Das dort beschriebene Thermometer umfasst zumindest einen Temperatursensor und zumindest zwei über genau zwei Anschlussdrähte kontaktierte Referenzelemente, welche zumindest teilweise aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, für welche Materialien jeweils im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei jeweils einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt. Auf die DE102010040039A1 und DE102015112425A1 wird im Folgenden vollumfänglich Bezug genommen.The calibration is therefore carried out on the basis of the characteristic temperature point of a phase transition of a ferroelectric material, that is to say on the basis of a material-specific property. Depending on the number of reference elements installed, both a so-called 1-point and a multi-point calibration and / or validation can be carried out in this way. A similar device, particularly suitable for multi-point calibrations, is also from FIG DE102015112425A1 known. The thermometer described there comprises at least one temperature sensor and at least two reference elements contacted via exactly two connecting wires, which at least partially consist of two different materials, for which materials at least one phase transition of at least second order occurs at a given phase transition temperature in each case in the temperature range relevant to the calibration of the temperature sensor . On the DE102010040039A1 and DE102015112425A1 is referred to in full in the following.

Zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors ist es erforderlich, dass die Phasenübergangstemperatur des Referenzelements im fortlaufenden Prozess durchlaufen wird. Es sind also spezielle Prozessvoraussetzungen notwendig, um eine Kalibration und/oder Validierung des Temperatursensors zu ermöglichen. Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich derartiger Vorrichtung zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung von Temperatursensoren zu erweitern.For in situ calibration and / or validation of the temperature sensor, it is necessary that the phase transition temperature of the reference element is passed through in the ongoing process. Special process requirements are therefore necessary to enable calibration and / or validation of the temperature sensor. The present invention is therefore based on the object of expanding the area of application of such a device for in situ calibration and / or validation of temperature sensors.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 7.This object is achieved by the device according to claim 1 and by the method according to claim 7.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers mit zumindest einem Temperatursensor und zumindest einem Referenzelement, welches Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material innerhalb des für den Betrieb des Thermometers relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur stattfindet, bei welchem Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung ferner ein Kommunikationsmodul auf, welches dazu ausgestaltet ist, mit einer übergeordneten Einheit, insbesondere einer Prozesssteuerung, welche Einheit zur Steuerung eines Prozesses dient, in welchem die Vorrichtung einsetzbar ist, zu kommunizieren, und zumindest eine Aussage über einen Betriebszustand, insbesondere eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors an die übergeordnete Einheit zu übertragen, und/oder zumindest eine Aussage über einen Prozesszustand, insbesondere über ein Wartungs- und/oder Kalibrier-Intervall, von der übergeordneten Einheit zu empfangen.With regard to the device, the object on which the invention is based is achieved by a device for in situ calibration and / or validation of a thermometer with at least one temperature sensor and at least one reference element, which reference element consists at least partially of a material, for which material within the for operation of the temperature range relevant to the thermometer, at least one phase transition takes place at at least one predetermined phase transition temperature, at which phase transition the material remains in the solid phase. According to the invention, the device also has a communication module which is designed to communicate with a higher-level unit, in particular a process controller, which unit is used to control a process in which the device can be used, and at least one statement about an operating state, in particular to transmit a calibration and / or validation of the temperature sensor to the superordinate unit, and / or to receive at least a statement about a process status, in particular about a maintenance and / or calibration interval, from the superordinate unit.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers mit zumindest einem Temperatursensor und zumindest einem Referenzelement, welches Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material innerhalb des für den Betrieb des Thermometers relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt, bei welchem Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt. Der Temperatursensor (Primärsensor) wird also mit Hilfe eines Sekundärsensors (Referenzelement) kalibriert und/oder validiert. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Thermometer entsprechend einer oder mehrerer der möglichen Ausgestaltungen gemäß der Offenlegungsschrift DE102010040039A1 oder der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE102015112425A1 handeln.The device according to the invention is used for the in situ calibration and / or validation of a thermometer with at least one temperature sensor and at least one reference element, which reference element consists at least partially of a material, for which material at least one phase transition in at least one within the temperature range relevant to the operation of the thermometer predetermined phase transition temperature occurs, at which phase transition the material remains in the solid phase. The temperature sensor (primary sensor) is thus calibrated and / or validated with the aid of a secondary sensor (reference element). This can be, for example, a thermometer corresponding to one or more of the possible configurations according to the laid-open specification DE102010040039A1 or the previously unpublished German patent application with the file number DE102015112425A1 act.

Die Kalibrierung und/oder Validierung erfolgt anhand eines Vergleichs der mittels des Temperatursensors erfassten Sensortemperatur und der Phasenübergangstemperatur. Überschreitet eine Abweichung dieser beiden Temperaturen einen vorgebbaren Grenzwert, kann beispielsweise eine Justierung einer Kennlinie des Temperatursensors vorgenommen werden. Dies kann beispielsweise durch Bereitstellen einer Rechenvorschrift, vorzugsweise für eine Kennlinien-Korrektur, erreicht werden, bei welcher unter anderem ein Offset, eine Steigung, eine Krümmung, und/oder ein für die Kennlinie des jeweiligen Thermometers anderer relevanter Parameter angepasst bzw. geändert werden kann/können. Im Falle, dass mehrere Phasenübergangstemperaturen mit unterschiedlichen Sensortemperaturen verglichen werden, also im Falle eine Mehrpunkt-Kalibrierung und/oder - Validierung, kann darüber hinaus mehr als ein Parameter einer Sensorkennlinie anhand der jeweiligen Abweichungen der einzelnen Sensortemperaturen von den jeweiligen Phasenübergangstemperaturen angepasst bzw. geändert werden.The calibration and / or validation takes place on the basis of a comparison of the sensor temperature recorded by means of the temperature sensor and the phase transition temperature. If a deviation between these two temperatures exceeds a predeterminable limit value, a characteristic curve of the temperature sensor can be adjusted, for example. This can be achieved, for example, by providing a computation rule, preferably for a characteristic curve correction, in which, among other things, an offset, a slope, a curvature, and / or another parameter relevant to the characteristic curve of the respective thermometer can be adapted or changed /can. In the event that several phase transition temperatures are compared with different sensor temperatures, i.e. in the case of a multi-point calibration and / or validation, more than one parameter of a sensor characteristic can be adjusted or changed based on the respective deviations of the individual sensor temperatures from the respective phase transition temperatures .

Ein Phasenübergang, bei welchem das jeweilige Material in der festen Phase verbleibt, ist insbesondere ein Phasenübergang von der ferromagnetischen in die paramagnetische Phase oder umgekehrt, von der ferroelektrischen in die paraelektrische Phase oder umgekehrt, oder auch von einem Normalmetall zu einem Supraleiter oder umgekehrt.A phase transition in which the respective material remains in the solid phase is in particular a phase transition from the ferromagnetic to the paramagnetic phase or vice versa, from the ferroelectric to the paraelectric phase or vice versa, or from a normal metal to a superconductor or vice versa.

Bei einem Phasenübergang in einem Material, welches Material in der festen Phase verbleibt, handelt es sich beispielsweise nach der Ehrenfestklassifikation um einen Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung. Im Unterschied zu einem Phasenübergang erster Ordnung wird keine oder nur eine vernachlässigbare Menge latenter Wärme während des Phasenübergangs frei. Wenn keine oder nur eine vernachlässigbare Menge an latenter Wärme frei wird, kann - grundsätzlich und unabhängig von der gewählten Klassifikation für Phasenübergänge - unter anderem vorteilhaft gewährleistet werden, dass die mittels des Temperatursensors gemessene Temperatur zum Zeitpunkt des Auftretens eines Phasenübergangs, nicht, insbesondere nicht durch frei werdende latente Wärme, verfälscht wird.A phase transition in a material which material remains in the solid phase is, for example, according to the Ehrenfest classification, a phase transition of at least the second order. In contrast to a first-order phase transition, no or only a negligible amount of latent heat is released during the phase transition. If no or only a negligible amount of latent heat is released, it can be ensured - in principle and regardless of the selected classification for phase transitions - among other things advantageously that the temperature measured by the temperature sensor at the time of the occurrence of a phase transition does not, in particular not through released latent heat is falsified.

In einer weiteren, heute deutlich gebräuchlicheren Klassifizierung von Phasenübergängen wird lediglich zwischen diskontinuierlichen (1. Ordnung) und kontinuierlichen (2. Ordnung) Phasenübergängen unterschieden [s. z. B. Lexikon der Physik, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin, Band 4 unter dem Stichwort „Phasenübergänge und andere kritische Phänomene‟]. Another classification of phase transitions, which is much more common today, only distinguishes between discontinuous (1st order) and continuous (2nd order) phase transitions [see, for example, Lexikon der Physik, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin, volume 4th under the heading “phase transitions and other critical phenomena”].

Nach dieser Klassifikation wiederum lassen sich beispielsweise verschiedenen ferroelektrischen Materialien sowohl Phasenübergänge 1. als auch 2. Ordnung zuordnen, wobei in beiden Fällen das jeweilige Material, für das ein Phasenübergang stattfindet, während des Phasenübergangs in der festen Phase verbleibt.According to this classification, for example, different ferroelectric materials and phase transitions can be identified 1 . as well as 2nd order, whereby in both cases the respective material for which a phase transition takes place remains in the solid phase during the phase transition.

Das Verbleiben in der festen Phase ist unabhängig von der gewählten Klassifikation eines Phasenübergangs für die vorliegende Erfindung entscheidend. Weiterhin ist es grundsätzlich von Vorteil, wenn beim Auftreten des Phasenübergangs keine oder nur eine vernachlässigbare Menge an latenter Wärme frei wird.Remaining in the solid phase is crucial for the present invention, regardless of the chosen classification of a phase transition. Furthermore, it is fundamentally advantageous if no or only a negligible amount of latent heat is released when the phase transition occurs.

Grundsätzlich geht ein Phasenübergang mit der Änderung einer spezifischen Materialeigenschaft einher, beispielsweise mit einer Änderung der Kristallstruktur, oder einer Änderung in zumindest einer magnetischen, elektrischen oder dielektrischen Eigenschaft. Im Falle der vorliegenden Erfindung sind die materialspezifischen Änderungen für das jeweilige Referenzelement bekannt und können für eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors herangezogen werden. Dabei können ein oder mehrere Referenzelemente integriert werden, wobei jedes Referenzelement einen oder mehrere Phasenübergänge aufweisen kann. Jeder Phasenübergang findet bei einem bestimmten charakteristischen fixen und langzeitstabilen Temperaturwert statt, so dass für eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors mittels des Referenzelements im Prinzip keine Drift und/oder keine Alterungseffekte berücksichtigt werden müssen.In principle, a phase transition is associated with a change in a specific material property, for example with a change in the crystal structure or a change in at least one magnetic, electrical or dielectric property. In the case of the present invention, the material-specific changes for the respective reference element are known and can be used for a calibration and / or validation of the temperature sensor. One or more reference elements can be integrated, each reference element having one or more phase transitions. Each phase transition takes place at a certain characteristic, fixed and long-term stable temperature value, so that in principle no drift and / or no aging effects need to be taken into account for calibration and / or validation of the temperature sensor by means of the reference element.

So handelt es sich bei dem Material beispielsweise um ein ferroelektrisches Material, um ein ferromagnetisches Material, oder um ein supraleitendes Material. Die zumindest eine charakteristische, physikalische oder chemische Größe kann dann gegeben sein durch die Kristallstruktur, das Volumen, eine dielektrische, elektrische, oder magnetische Eigenschaft des jeweiligen Materials. Der Temperatursensor ist wiederum beispielsweise durch ein Widerstandselement oder ein Thermoelement gegeben.The material is, for example, a ferroelectric material, a ferromagnetic material, or a superconducting material. The at least one characteristic, physical or chemical variable can then be given by the crystal structure, the volume, a dielectric, electrical or magnetic property of the respective material. The temperature sensor is in turn given, for example, by a resistance element or a thermocouple.

Mittels des Kommunikationsmoduls kann eine Kommunikation mit einer übergeordneten, den jeweiligen Prozess steuernden, Einheit gewährleistet werden. Auf diese Weise können Temperiervorgänge im jeweiligen Prozess derart angepasst werden, dass eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors im fortlaufenden Betrieb sichergestellt werden kann. In diesem Zusammenhang sind unterschiedlichste Möglichkeiten denkbar, die allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen. Einige besonders bevorzugte Ausgestaltungen sind im Folgenden angegeben.The communication module can be used to ensure communication with a higher-level unit that controls the respective process. In this way, temperature control processes in the respective process can be adapted in such a way that calibration and / or validation of the temperature sensor can be ensured during continuous operation. In this context, the most varied of possibilities are conceivable, all of which fall under the present invention. Some particularly preferred configurations are given below.

Beispielsweise kann die Vorrichtung über Mittel zur Temperierung zumindest des Temperatursensors und/oder des Referenzelements verfügen. Auf diese Weise kann zumindest in einem den Temperatursensor und das Referenzelement umgebenden Volumen ein Temperiervorgang ausgelöst werden, während dem die jeweilige Phasenübergangstemperatur gezielt durchlaufen wird. Dieser Vorgang kann beispielsweise von der übergeordneten Einheit veranlasst werden. Es ist aber ebenso denkbar, dass der Vorgang durch die Kommunikationseinheit oder eine Recheneinheit der Vorrichtung veranlasst wird. In letzterem Falle kann die Kommunikationseinheit beispielsweise die Durchführung eines solchen Vorgangs an die übergeordnete Einheit melden.For example, the device can have means for tempering at least the temperature sensor and / or the reference element. In this way, a temperature control process can be triggered in at least one volume surrounding the temperature sensor and the reference element, during which the respective phase transition temperature is passed through in a targeted manner. This process can, for example, be initiated by the higher-level unit. However, it is also conceivable that the process is initiated by the communication unit or a computing unit of the device. In the latter case, the communication unit can, for example, report the implementation of such a process to the higher-level unit.

So umfasst die Vorrichtung in einer Ausgestaltung eine Heiz-/Kühleinheit, insbesondere ein Peltier-Element, wobei die Heiz-/Kühleinheit dazu ausgestaltet ist, zumindest den Temperatursensor und das Referenzelement zu heizen/kühlen.Thus, in one embodiment, the device comprises a heating / cooling unit, in particular a Peltier element, the heating / cooling unit being designed to heat / cool at least the temperature sensor and the reference element.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Temperatur so ausgestaltet, dass er beheizbar ist.In a further embodiment, the temperature is configured in such a way that it can be heated.

Zur Steuerung etwaiger Temperiervorgänge ist es jedoch nicht zwingend notwendig, dass die Vorrichtung selbst über entsprechende Mittel verfügt. So beinhaltet eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung, dass die übergeordnete Einheit und/oder eine Elektronik der Vorrichtung dazu ausgestaltet ist/sind, einen Heiz- und/oder Kühlvorgang im fortlaufenden Prozess, in welchem die Vorrichtung eingesetzt ist, oder in einem vorgebbaren Teilvolumen im Bereich der Vorrichtung, insbesondere im Bereich des Temperatursensors und des Referenzelements, derart zu steuern, dass die Phasenübergangstemperatur durchlaufen wird. In diesem Falle wird der Heiz- und/oder Kühlvorgang also im fortlaufenden Prozess durch entsprechende Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen ausgelöst.In order to control any temperature control processes, however, it is not absolutely necessary that the device itself has appropriate means. Thus, a further embodiment of the device, that the superordinate unit and / or electronics of the device is / are configured for this, includes a heating and / or cooling process in the ongoing process in which the device is used, or in a predeterminable partial volume in the area of the device, in particular in the area of the temperature sensor and the reference element, to be controlled in such a way that the phase transition temperature is passed through. In this case, the heating and / or cooling process is triggered in the ongoing process by appropriate heating and / or cooling devices.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die übergeordnete Einheit und/oder eine Elektronik der Vorrichtung dazu ausgestaltet ist/sind, eine Heiz-/Kühlgeschwindigkeit des Heiz- und/oder Kühlvorgangs auf einen vorgebbaren Wert zu regeln, welcher eine zuverlässige Kalibration und/oder Validation des Temperatursensors ermöglicht. Der Erfolg einer Kalibrierung und/oder Validierung hängt unter anderem von der Geschwindigkeit, mit welcher die Phasenübergangstemperatur durchlaufen wird, bzw. die Zeitdauer, während derer die Vorrichtung, insbesondere das Referenzelement der Phasenübergangstemperatur ausgesetzt ist, ab. Weist eine Temperaturkurve als Funktion der Zeit eine zu große Steigung auf, so ist keine zuverlässige Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors möglich. Es ist somit von Vorteil, wenn eine Geschwindigkeit Temperiervorgangs geeignet gesteuert werden kann.In this context, it is advantageous if the higher-level unit and / or electronics of the device are designed to regulate a heating / cooling rate of the heating and / or cooling process to a predeterminable value, which enables reliable calibration and / or validation of the temperature sensor. The success of a calibration and / or validation depends, among other things, on the speed at which the phase transition temperature is passed through, or the period of time during which the device, in particular the reference element, is exposed to the phase transition temperature. If a temperature curve as a function of time has too great a slope, calibration and / or is not a reliable one Validation of the temperature sensor possible. It is therefore advantageous if a temperature control process speed can be appropriately controlled.

Noch eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Aussage über die Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors um eine Aussage darüber handelt, ob die Kalibrierung und/oder Validierung erfolgreich durchgeführt worden ist. Auf diese Weise kann eine Rückmeldung über die jeweilige Kalibrierung und/oder Validierung erfolgen.Another embodiment includes that the statement about the calibration and / or validation of the temperature sensor is a statement about whether the calibration and / or validation has been carried out successfully. In this way, feedback about the respective calibration and / or validation can take place.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers mit zumindest einem Temperatursensor und zumindest einem Referenzelement, welches Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material innerhalb des für den Betrieb des Thermometers relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur stattfindet, bei welchem Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

- Durchführen einer Kalibration und/oder Validierung des Temperatursensors beim Durchlaufen der Phasenübergangstemperatur, und
- Übertragen zumindest eine Aussage über einen Betriebszustand, insbesondere eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors, an eine übergeordnete Einheit, insbesondere eine Prozesssteuerung, welche Einheit zur Steuerung eines Prozesses dient, in welchem die Vorrichtung einsetzbar ist, und/oder Empfangen zumindest einer Aussage über einen Prozesszustand, insbesondere über ein Wartungs- und/oder Kalibrier-Intervall, von der übergeordneten Einheit.

The object on which the invention is based is also achieved by a method for in situ calibration and / or validation of a thermometer with at least one temperature sensor and at least one reference element, which reference element consists at least partially of a material, for which material is within the range for operating the thermometer relevant temperature range takes place at least one phase transition at at least one predetermined phase transition temperature, at which phase transition the material remains in the solid phase. The procedure comprises the following procedural steps:

- Carrying out a calibration and / or validation of the temperature sensor when passing through the phase transition temperature, and
- Transmitting at least one statement about an operating state, in particular a calibration and / or validation of the temperature sensor, to a higher-level unit, in particular a process controller, which unit is used to control a process in which the device can be used, and / or receiving at least one statement via a process status, in particular via a maintenance and / or calibration interval, from the higher-level unit.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass ein Heiz- und/oder Kühlvorgang im fortlaufenden Prozess, in welchem die Vorrichtung eingesetzt ist, derart gesteuert wird, dass die Phasenübergangstemperatur durchlaufen wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein im fortlaufenden Betrieb stattfindender Temperiervorgang ein Temperaturintervall umfasst, welches die vorgebbare Phasenübergangstemperatur beinhaltet.One embodiment of the method includes that a heating and / or cooling process in the ongoing process in which the device is used is controlled in such a way that the phase transition temperature is passed through. This is particularly advantageous when a temperature control process that takes place in continuous operation comprises a temperature interval which contains the predefinable phase transition temperature.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass die übergeordnete Einheit dazu ausgestaltet ist, eine Temperiereinrichtung, welche in dem Prozess, in welchem die Vorrichtung eingesetzt ist, in Abhängigkeit der Aussage, welche von dem Kommunikationsmodul übertragen wird, zu steuern. Bei der Temperiereinrichtung handelt es sich insbesondere um eine Heizeinheit, eine Kühleinheit und/oder um eine Pumpe.A further embodiment includes that the superordinate unit is designed to control a temperature control device, which is used in the process in which the device is used, depending on the information transmitted by the communication module. The temperature control device is in particular a heating unit, a cooling unit and / or a pump.

Noch eine Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass ein vorgebbares Teilvolumen im Bereich der Vorrichtung, insbesondere im Bereich des Temperatursensors und des Referenzelements, derart geheizt/gekühlt wird, dass die Phasenübergangstemperatur durchlaufen wird.Another embodiment of the method includes that a predeterminable partial volume in the area of the device, in particular in the area of the temperature sensor and the reference element, is heated / cooled in such a way that the phase transition temperature is passed through.

In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung Mittel aufweist, mittels welchen das vorgebbare Teilvolumen geheizt/gekühlt wird, und wobei die übergeordnete Einheit oder eine Elektronik der Vorrichtung dazu ausgestaltet ist/sind, die Mittel der Vorrichtung in Abhängigkeit der Aussage, welche von dem Kommunikationsmodul übertragen wird, zu steuern.In this regard, it is advantageous if the device has means by means of which the predeterminable partial volume is heated / cooled, and the higher-level unit or electronics of the device are configured for this purpose, the means of the device depending on the statement which is transmitted by the communication module to control.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass der fortlaufende Prozess unterbrochen wird, bis eine Kalibration und/oder Validierung des Temperatursensors erfolgreich durchgeführt werden konnte.Another embodiment of the method includes that the ongoing process is interrupted until a calibration and / or validation of the temperature sensor could be carried out successfully.

Noch eine Ausgestaltung beinhaltet, dass eine Heiz-/Kühlgeschwindigkeit des Heiz- und/oder Kühlvorgangs im fortlaufenden Prozess oder beim Heizen/Kühlen des vorgebbaren Teilvolumens auf einen vorgebbaren Wert geregelt wird, welcher eine zuverlässige Kalibration und/oder Validation des Temperatursensors, bzw. des Thermometers, ermöglicht.Another embodiment includes that a heating / cooling speed of the heating and / or cooling process in the ongoing process or when heating / cooling the predeterminable partial volume is regulated to a predefinable value, which ensures reliable calibration and / or validation of the temperature sensor or the Thermometer, made possible.

Schließlich wird in einer weiteren Ausgestaltung im Falle, dass während eines Heiz-/Kühlvorgangs, welcher das Durchlaufen der Phasenübergangstemperatur beinhaltet, kein Phasenübergang detektiert wird, die Heiz-/Kühlgeschwindigkeit so geregelt wird, dass der Phasenübergang detektierbar ist. Ist eine Änderung der Temperatur als Funktion der Zeit während eines Temperiervorgangs beispielsweise zu groß oder zu gering, kann eine Hei-/Kühlgeschwindigkeit geeignet reduziert oder erhöht werden.Finally, in a further embodiment, in the event that no phase transition is detected during a heating / cooling process which includes passing through the phase transition temperature, the heating / cooling rate is regulated so that the phase transition can be detected. If a change in temperature as a function of time during a temperature control process is too great or too small, for example, a heating / cooling rate can be suitably reduced or increased.

Hinsichtlich der Vorrichtung sei darauf verwiesen, dass der Temperatursensor und das Referenzelement beispielsweise gemeinsam in einem Sensorkopf angeordnet sein können und entsprechend gemeinsam mit dem jeweiligen Medium in thermischen Kontakt gebracht werden. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann das Referenzelement auch separiert vom jeweiligen Temperatursensor angeordnet sein.With regard to the device, it should be noted that the temperature sensor and the reference element can, for example, be arranged together in a sensor head and are accordingly brought into thermal contact together with the respective medium. However, this is not absolutely necessary. Rather, the reference element can also be arranged separately from the respective temperature sensor.

Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung findet im fortlaufenden Betrieb ein Wärmaustausch zwischen dem Temperatursensor und dem Medium bzw. dem Referenzelement und dem Medium statt, bis sich jeweils ein thermisches Gleichgewicht einstellt. Dann weisen der Temperatursensor und das Referenzelement, sowie das Medium im Wesentlichen die gleiche Temperatur, im Folgenden als Gleichgewichtstemperatur bezeichnet, auf. Es findet also eine Wärmeausbreitung vom Medium zum Temperatursensor und zum Referenzelement statt. Unter einer Wärmeausbreitung wird in diesem Zusammenhang sowohl ein Wärmefluss vom Medium im Falle, dass das Medium eine höhere Temperatur aufweist als der Sensorkopf, als auch in umgekehrter Richtung, im Falle, dass der Temperatursensor und das Referenzelement eine höhere Temperatur aufweisen, verstanden. Bei Änderungen der Prozesstemperatur, d.h. der Temperatur des Mediums, im fortlaufenden Prozess, kann es jedoch dazu kommen, dass sich am Ort des Temperatursensors und/oder des Referenzelements vorrübergehend kein thermisches Gleichgewicht einstellt. Dies kann dazu führen, dass eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors nicht möglich ist. Ähnliche Überlegungen gelten für den Fall von sehr geringen zeitlichen Änderungen der Temperatur als Funktion der Zeit innerhalb eines Temperiervorgangs. Alternativ kann es auch sein, dass in einem bestimmten Prozess oder Prozessintervall die Phasenübergangstemperatur im fortlaufenden Prozess gar nicht erreicht wird. In diesem Falle muss ein Phasenübergang in dem Referenzelement gezielt herbeigeführt werden.Regardless of the specific configuration, there is an exchange of heat between the temperature sensor and the medium or the reference element and the medium in continuous operation until a thermal equilibrium is established in each case. The temperature sensor and the reference element, as well as the medium, then have essentially the same temperature, hereinafter referred to as the equilibrium temperature. It finds So there is a spread of heat from the medium to the temperature sensor and to the reference element. In this context, heat propagation is understood to mean both a heat flow from the medium in the event that the medium has a higher temperature than the sensor head and, in the opposite direction, in the case that the temperature sensor and the reference element have a higher temperature. If the process temperature, ie the temperature of the medium, changes in the ongoing process, however, it may happen that there is temporarily no thermal equilibrium at the location of the temperature sensor and / or the reference element. This can mean that calibration and / or validation of the temperature sensor is not possible. Similar considerations apply to the case of very small changes in temperature over time as a function of time within a temperature control process. Alternatively, it can also be the case that in a certain process or process interval the phase transition temperature is not even reached in the ongoing process. In this case, a phase transition must be brought about in the reference element in a targeted manner.

In allen diesen und auch weiteren Fällen kann mittels der Kommunikationseinheit Rückmeldung über etwaige Kalibrierungen und/oder Validierungen des Temperatursensors gegeben werden bzw. Kalibrier- und/oder Validiervorgänge ausgelöst werden. Damit lässt sich der Anwendungsbereich für entsprechende Vorrichtungen deutlich erweitern.In all of these and other cases, feedback about any calibrations and / or validations of the temperature sensor can be given or calibration and / or validation processes can be triggered by means of the communication unit. This allows the area of application for corresponding devices to be significantly expanded.

Es sei darauf verwiesen, dass die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen mutatis mutandis auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar sind und umgekehrt.It should be pointed out that the embodiments described in connection with the method according to the invention can also be applied mutatis mutandis to the device according to the invention and vice versa.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Elemente der Vorrichtung sind jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen. Es zeigt:

1: eine schematische Darstellung eines Thermometers mit einem Temperatursensor und einem separat kontaktierten Referenzelement zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines strömenden Mediums gemäß Stand der Technik, und
2: eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
4 eine Illustrierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

The invention is explained in more detail with reference to the following drawings. The same elements of the device are each provided with the same reference numerals. It shows:

1 : a schematic representation of a thermometer with a temperature sensor and a separately contacted reference element for determining and / or monitoring the temperature of a flowing medium according to the prior art, and
2 : a first embodiment of a device according to the invention,
3 a second embodiment of a device according to the invention, and
4th an illustration of the method according to the invention.

In den Figuren sind gleiche Elemente mit demselben Bezugszeichen versehen.In the figures, the same elements are provided with the same reference symbols.

In 1 ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 mit einem Schutzrohr 2 und einer Elektronikeinheit 3 gemäß Stand der Technik gezeigt. Der dem jeweiligen Medium 5 zugewandte Teilbereich des Schutzrohres 2 wird auch als Sensorkopf 3 bezeichnet. Das Innenvolumen des Sensorkopfes 3 ist mit einem, insbesondere elektrisch isolierenden, Füllstoff 6, insbesondere einem Zement, gefüllt. Ferner sind im Inneren des Sensorkopfes 3 ein Temperatursensor 7 und ein Referenzelement 8 angeordnet, welche jeweils mittels zwei Anschlussdrähten, 9,10, insbesondere elektrisch, kontaktiert und mit der Elektronikeinheit 4 verbunden sind. Bei dem Temperatursensor 7 handelt es sich beispielsweise um ein Widerstandselement oder um ein Thermoelement. Das Referenzelement 8 wiederum besteht zumindest teilweise aus einem Material, für welches Material innerhalb des für den Betrieb der Vorrichtung relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt. Die Anzahl der notwendigen Anschlussdrähte 9,10 zur Kontaktierung des Referenzelements und des Temperatursensors 7,8 kann je nach Art des angewendeten Messprinzips variieren. In der gezeigten Ausgestaltung sind der Temperatursensor 7 und das Referenzelement 8 voneinander beabstanded innerhalb des Sensorkopfes 3 angeordnet. Sie können aber ebenfalls in direktem Kontakt miteinander stehen und beispielsweise miteinander verlötet sein.In 1 is a schematic illustration of a thermometer 1 with a protective tube 2 and an electronics unit 3 shown according to the prior art. The respective medium 5 facing part of the protective tube 2 is also called a sensor head 3 designated. The internal volume of the sensor head 3 is with a, in particular electrically insulating, filler 6th , in particular a cement filled. Furthermore, are inside the sensor head 3 a temperature sensor 7th and a reference element 8th arranged, which are each connected by means of two connecting wires, 9 , 10 , in particular electrical, contacted and with the electronics unit 4th are connected. With the temperature sensor 7th it is, for example, a resistance element or a thermocouple. The reference element 8th in turn consists at least partially of a material for which material at least one phase transition of at least second order occurs at at least one predetermined phase transition temperature within the temperature range relevant for the operation of the device. The number of connecting wires required 9 , 10 for contacting the reference element and the temperature sensor 7th , 8th can vary depending on the type of measurement principle used. In the embodiment shown, the temperature sensor 7th and the reference element 8th spaced from each other within the sensor head 3 arranged. However, they can also be in direct contact with one another and, for example, be soldered to one another.

2 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Thermometers 1. Das Thermometer verfügt über ein Kommunikationsmodul 11, mittels welcher eine Kommunikation mit einer übergeordneten Einheit [hier nicht dargestellt] erfolgen kann. Darüber hinaus weist das Thermometer 1 eine Heiz-/Kühleinheit 12 auf, welche ebenfalls über zwei Anschlussleitungen 13 elektrisch kontaktiert ist. Bei der Heiz-/Kühleinheit 12 handelt es sich beispielsweise um ein Peltier-Element. Alternativ oder darüber hinaus kann auch der Temperatursensor 7 so ausgestaltet sein, dass er beheizbar ist. Die Heiz-/Kühleinheit 12 und/oder der Temperatursensor 7 dienen dann dazu, ein den Temperatursensor und das Referenzelement umgebendes Volumen zu heizen derart, dass die Phasenübergangstemperatur durchlaufen wird. 2 shows a first embodiment of a thermometer according to the invention 1 . The thermometer has a communication module 11 , by means of which communication with a higher-level unit [not shown here] can take place. In addition, the thermometer points 1 a heating / cooling unit 12th on, which also has two connecting cables 13th is electrically contacted. With the heating / cooling unit 12th it is, for example, a Peltier element. Alternatively or in addition, the temperature sensor can also be used 7th be designed so that it can be heated. The heating / cooling unit 12th and / or the temperature sensor 7th then serve to heat a volume surrounding the temperature sensor and the reference element in such a way that the phase transition temperature is passed through.

Eine weitere Ausgestaltung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist in 3 dargestellt. Die Vorrichtung 1 entspricht der in 1 dargestellten Ausgestaltung, wobei sie zusätzlich ein Kommunikationsmodul 11 umfasst. Das Kommunikationsmodul 11 ist zur Kommunikation mit der übergeordneten Einheit 14 ausgestaltet, bei welcher es sich beispielsweise um eine Prozesssteuerung handelt. Die Prozesssteuerung 14 steuert einen in dem Behältnis 15 ablaufenden Prozess, welchen das Medium 5 durchläuft. Dazu kommuniziert die übergeordnete Einheit 14 nicht nur mit der Vorrichtung 1, sondern auch mit weiteren für den Prozess relevanten Komponenten, hier beispielsweise einer Heizung 16, eine Kühlung 17 und einer Pumpe 18. In dieser Ausgestaltung kann das Kommunikationsmodul 11 beispielsweise Rückmeldung über den Erfolg einer Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors 7 beim Durchlaufen der Phasenübergangstemperatur geben und in Abhängigkeit der Rückmeldung die Heizung 16, Kühlung 17 und/oder Pumpe 18 geeignet steuern.Another embodiment for a device according to the invention 1 is in 3 shown. The device 1 corresponds to the in 1 illustrated embodiment, they also have a communication module 11 includes. The communication module 11 is for communication with the higher-level unit 14th configured, which is, for example, a process control. The process control 14th controls one in the container 15th ongoing process which the medium 5 passes through. The higher-level unit communicates for this purpose 14th not just with the device 1 , but also with other components relevant to the process, here for example a heater 16 , a cooling 17th and a pump 18th . In this embodiment, the communication module 11 For example, feedback on the success of a calibration and / or validation of the temperature sensor 7th when passing through the phase transition temperature and, depending on the feedback, the heating 16 , Cooling 17th and / or pump 18th control appropriately.

Ob bei einem Temperiervorgang, während dem die Phasenübergangstemperatur durchlaufen wird, eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors 7 erfolgreich möglich ist, hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Dieser Zusammenhang ist anhand von 4 beispielhaft für die Abhängigkeit einer Heiz-/Kühlgeschwindigkeit illustriert. Dargestellt ist jeweils die Temperatur als Funktion der Zeit für unterschiedliche Heiz-Kühlvorgänge. Die gestrichten Kurven V_min und V_max bestimmen ein Intervall an, in welchem eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors 7 erfolgreich möglich ist. Bei dem mit v1 bzw. v2 bezeichneten Heiz-/Kühlvorgang ist die Änderung der Temperatur T als Funktion der Zeit t im Bereich der Phasenübergangstemperatur T_ph zu gering bzw. zu hoch, um eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors 7 zuverlässig zu ermöglichen.Whether during a temperature control process during which the phase transition temperature is passed through, calibration and / or validation of the temperature sensor 7th successful depends on various factors. This relationship is based on 4th illustrated by way of example for the dependency of a heating / cooling speed. The temperature is shown as a function of time for different heating-cooling processes. The straightened curves V _min and V _max determine an interval in which a calibration and / or validation of the temperature sensor 7th successfully possible. In the heating / cooling process designated by v1 or v2, the change in temperature is T as a function of time t in the range of the phase transition temperature T _ph too low or too high to calibrate and / or validate the temperature sensor 7th to enable reliable.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: ThermometereinsatzThermometer insert
22: SchutzrohrProtection tube
33: SensorkopfSensor head
44th: ElektronikeinheitElectronics unit
55: Mediummedium
66th: Füllstofffiller
77th: TemperatursensorTemperature sensor
88th: ReferenzelementReference element
99: Anschlussleitungen des ReferenzelementsConnection lines of the reference element
1010: Anschlussleitungen des Temperatursensors#Connection cables of the temperature sensor #
1111: KommunikationsmodulCommunication module
1212th: Heiz-/KühleinheitHeating / cooling unit
1313th: Anschlussleitungen der Heiz-/KühleinheitConnection cables of the heating / cooling unit
1414th: Übergeordnete EinheitParent unit
1515th: Behältniscontainer
1616: Heizungheater
1717th: Kühlungcooling
1818th: Pumpe pump
TT: Temperaturtemperature
TPhTPh: PhasenübergangstemperaturPhase transition temperature
tt: Zeittime
Vmin/VmaxVmin / Vmax: Intervall für erfolgreiche Kalibrierung und/oder ValidierungInterval for successful calibration and / or validation
V1, V2V1, V2: Heiz-/KühlvorgängeHeating / cooling processes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 19941731 A1 [0005]
EP 1247268 B2 [0006]
DE 102010040039 A1 [0007, 0008, 0012]
DE 102015112425 A1 [0008, 0012]

Claims

Device (1) for in situ calibration and / or validation of a thermometer with at least one temperature sensor (7) and at least one reference element (8), which reference element (8) consists at least partially of a material for which material within the for the operation of the Thermometer (1) relevant temperature range at least one phase transition takes place at at least one predetermined phase transition temperature (T _Ph ), at which phase transition the material remains in the solid phase, characterized in that the device (1) has a communication module (11) which is designed for this purpose is to communicate with a higher-level unit (14), in particular a process control, which unit (14) is used to control a process in which the device (1) can be used, and at least one statement about an operating state, in particular a calibration and / or validation of the temperature sensor (7) to the higher-level unit (14) to transmit and / or to receive at least one statement about a process state, in particular about a maintenance and / or calibration interval, from the higher-level unit (14).

Device (1) according to Claim 1 , wherein the device (1) comprises a heating / cooling unit (12), in particular a Peltier element, and wherein the heating / cooling unit (12) is designed to include at least the temperature sensor (7) and the reference element (8) to heat / cool.

Device (1) according to Claim 1 or 2 , wherein the temperature sensor (7) is designed so that it can be heated.

Device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the superordinate unit (14) and / or electronics (4) of the device (1) is / are designed to perform a heating and / or cooling process in the ongoing process, in which the device (1) is inserted, or in a predeterminable partial volume in the area of the device (1), in particular in the area of the temperature sensor (7) and the reference element (8), to be controlled in such a way that the phase transition temperature (T _Ph ) is passed through.

Device (1) according to Claim 4 , the higher-level unit (14) and / or electronics (4) of the device (1) being / are designed to regulate a heating / cooling rate of the heating and / or cooling process to a predeterminable value, which ensures reliable calibration and / or allows the temperature sensor (7) to be validated.

Device (1) according to at least one of the preceding claims, the statement about the calibration and / or validation of the temperature sensor (7) being a statement about whether the calibration and / or validation has been carried out successfully.

A method for calibrating and / or validating a thermometer (1) with at least one temperature sensor (7) and at least one reference element (8), which reference element (8) consists at least partially of a material for which material within the range for operating the thermometer ( 1) relevant temperature range at least one phase transition takes place at at least one predetermined phase transition temperature (T _Ph ), at which phase transition the material remains in the solid phase, comprising the following process steps: Performing a calibration and / or validation of the temperature sensor (7) when passing through the phase transition temperature (T _Ph ), and - transferring at least one statement about an operating state, in particular a calibration and / or validation of the temperature sensor (7), to a higher-level unit (14), in particular a process controller, which unit (14) is used to control a process , in which the device (1) insertb ar is, and / or receiving at least one statement about a process state, in particular about a maintenance and / or calibration interval, from the higher-level unit (14).

Procedure according to Claim 7 , wherein a heating and / or cooling process in the ongoing process in which the device (1) is used is controlled in such a way that the phase transition temperature (T _Ph ) is passed through.

Procedure according to Claim 8 , the higher-level unit (14) being designed to control a temperature control device which is used in the process in which the device (1) is used, depending on the information transmitted by the communication module (11).

Procedure according to Claim 7 , wherein a predeterminable partial volume in the area of the device (1), in particular in the area of the temperature sensor (7) and the reference element (8), is heated / cooled in such a way that the phase transition temperature (T _Ph ) is passed through.

Procedure according to Claim 10 , wherein the device (1) has means (12) by means of which the predeterminable partial volume is heated / cooled, and wherein the superordinate unit (14) or electronics (4) of the device is / are designed to include the means (12) to control the device (1) as a function of the statement which is transmitted by the communication module (11).

Method according to at least one of the Claims 7 - 11 , whereby the ongoing process is interrupted until a calibration and / or validation of the temperature sensor (7) could be carried out successfully.

Method according to at least one of the Claims 7 - 12th , wherein a heating / cooling speed of the heating and / or cooling process in the ongoing process or when heating / cooling the predeterminable partial volume is regulated to a predefinable value which enables reliable calibration and / or validation of the temperature sensor (7).

Method according to at least one of the Claims 7 - 13th In the event that no phase transition is detected during a heating / cooling process which includes passing through the phase transition temperature (T _Ph ), the heating / cooling rate is regulated so that the phase transition can be detected.