DE202004019716U1 - Temperature measurement system has a low cost thermal element sensor, e.g. a Seebeck element, that is combined with a correction element so that its characteristic curve lies within the tolerance range of a standard thermal element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Temperatur-Messsystem gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The The invention relates to a temperature measuring system according to the preamble of the patent claim 1.
Es ist bekannt, zur Temperaturmessung Thermoelemente einzusetzen, die in Abhängigkeit von der zu messenden Temperatur eine elektrische Thermospannung erzeugen, was auf dem sogenannten Seebeck-Effekt beruht. Derartige Thermoelemente bestehen aus zwei Leitern mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, die zu einem Stromkreis verbunden sind. Falls die beiden Verbindungsstellen der beiden Leiter auf unterschiedlichen Temperaturniveaus liegen, entsteht eine thermoelektrische Spannung, die ein direktes Maß für die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Verbindungsstellen ist. Derartige Thermoelemente für die Temperaturmessung sind beispielsweise in der technischen Norm IEC 60584 genormt, wobei diese Norm die Temperaturabhängigkeit der Thermospannung in Form einer Kennlinie angibt und ein zulässiges Toleranzfeld von ± 2,5 K oder ± 0,75% definiert. Die Norm IEC 60584 ist jedoch lediglich ein Beispiel von vielen technischen Normen in diesem Bereich.It is known to use for temperature measurement thermocouples, the in dependence of the temperature to be measured generate an electrical thermoelectric voltage, which is based on the so-called Seebeck effect. Such thermocouples consist of two conductors of different chemical composition, which are connected to a circuit. If the two connection points the two conductors are at different temperature levels, creates a thermoelectric voltage, which is a direct measure of the temperature difference between the two connection points. Such thermocouples for the Temperature measurement are for example in the technical standard IEC Standardized 60584, this standard being the temperature dependence indicates the thermal voltage in the form of a characteristic and a permissible tolerance field of ± 2.5 K or ± 0.75% Are defined. However, standard IEC 60584 is just one example of many technical standards in this area.
Nachteilig an den vorstehend beschriebenen bekannten Thermoelementen zur Temperaturmessung ist die Tatsache, dass ein großer Herstellungsaufwand erforderlich ist, damit die Temperaturabhängigkeit der Thermospannung möglichst exakt den vorgegebenen technischen Normen entsprechen.adversely on the above-described known thermocouples for temperature measurement is the fact that a big one Manufacturing cost is required, hence the temperature dependence the thermoelectric voltage possible exactly to the given technical standards.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Temperatur-Messsystem mit einem Thermoelement den Herstellungsaufwand zu verringern, der zur Einhaltung der vorgegebenen technischen Normen erforderlich ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Messgenauigkeit zu erhöhen, die mit einem vorgegebenen Herstellungsaufwand realisierbar ist.Of the The invention is therefore the object of a temperature measuring system with a thermocouple to reduce the manufacturing cost, the required to comply with the specified technical standards is. About that In addition, the invention is based on the object, the measurement accuracy to increase, which can be realized with a given production effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Temperatur-Messsystem gemäß Schutzanspruch 1 gelöst.These Task is solved by a temperature measuring system according to protection claim 1.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die Einhaltung der technischen Normen nicht durch eine möglichst exakte und damit aufwändige Herstellung des Thermoelements mit einer definierten Temperaturabhängigkeit der erzeugten Thermospannung zu erreichen, sondern durch ein nachgeschaltetes Korrekturglied, das die von dem Thermoelement erzeugte Thermospannung entsprechend einer sensorspezifischen Korrekturkennlinie so korrigiert, dass die vorgegebenen technischen Normen bezüglich der frei wählbaren normierten Thermoelementtypen eingehalten werden bzw. verbleibende Abweichungen nochmals reduziert werden.The Invention includes the general technical teaching, compliance the technical standards are not as exact and therefore expensive production of the thermocouple with a defined temperature dependence to achieve the generated thermoelectric voltage, but by a downstream Correction member that determines the thermoelectric voltage generated by the thermocouple corrected in accordance with a sensor-specific correction characteristic that the given technical standards regarding the freely selectable Standardized thermocouple types are respected or remaining Deviations are reduced again.
Dies ermöglicht vorteilhaft eine kostengünstige Herstellung des Thermoelements als analogem Signalgeber, bestehend aus nahezu allen beliebigen Materialien, die nur noch die metallurgischen und mechanischen Forderungen, wie thermoelektrische Zeitstabilität, Homogenität, Oxidationsbeständigkeit, erfüllen müssen, nicht jedoch thermo-elektrischen Normen entsprechen müssen, da die Sensorstreuungen der Temperaturabhängigkeit sensorspezifisch durch das nachgeschaltete Korrekturglied entsprechend der Korrekturkennlinie ausgeglichen werden.This allows advantageous an inexpensive Production of the thermocouple as an analog signal generator, consisting from almost any materials, only the metallurgical ones and mechanical requirements, such as thermoelectric time stability, homogeneity, oxidation resistance, do not meet However, thermo-electrical standards must comply because the sensor scatters the temperature dependence sensor-specific by the downstream correction element accordingly the correction characteristic are compensated.
Das erfindungsgemäße Temperatur-Messsystem bildet hierbei vorzugsweise eine untrennbare Einheit mit dem Temperatursensor und dem nachgeschalteten Korrekturglied.The inventive temperature measuring system in this case preferably forms an inseparable unit with the temperature sensor and the downstream correction element.
Da eine Temperaturmessung mit einem Thermoelement immer eine relative Temperaturmessung ist, muss die eine Seite des Thermoelements herkömmlicherweise auf eine sogenannte Vergleichstemperatur gebracht werden. Diese Vergleichstemperatur wird üblicherweise mit einem zusätzlichen Temperatursensor gemessen. Bei der Erfindung kann diese zusätzliche Messung entfallen, wenn der zum Einsatz kommende ASIC eine interne Temperaturmessung beinhaltet, die dann als Vergleichsstellentemperatur benutzt werden kann.There a temperature measurement with a thermocouple always a relative Temperature measurement is, one side of the thermocouple conventionally be brought to a so-called reference temperature. These Comparative temperature is usually with an additional temperature sensor measured. In the invention, this additional measurement can be omitted, if the used ASIC is an internal temperature measurement contains, which are then used as reference junction temperature can.
Das erfindungsgemäße Temperatur-Messsystem weist als Temperatursensor vorzugsweise ein Thermoelement auf, das bereits vorstehend erwähnt wurde und an sich bekannt ist. Die Erfindung lässt sich jedoch in gleicher Weise auch mit anderen Typen von Temperatursensoren realisieren, wie beispielsweise temperaturabhängigen Widerständen (z.B. PTCs, NTCs). Die Erfindung ist also nicht auf Temperatur-Messsysteme beschränkt, bei denen als Temperatursensor ein Thermoelement zum Einsatz kommt, sondern umfasst auch Temperatur-Messsysteme, bei denen als Temperatursensor ein temperaturabhängiger Widerstand verwendet wird.The inventive temperature measuring system has as temperature sensor preferably a thermocouple, the already mentioned above and is known per se. However, the invention can be in the same Way to realize it with other types of temperature sensors, such as temperature-dependent Resistors (e.g. PTCs, NTCs). The invention is therefore not based on temperature measuring systems limited, where a thermocouple is used as temperature sensor, but also includes temperature measuring systems where as a temperature sensor a temperature-dependent Resistance is used.
Vorzugsweise ist zwischen dem Temperatursensor und dem Korrekturglied ein Analog/Digital-Wandler angeordnet, der die in analoger Form vorliegende Thermospannung und ggf. das Messsignal der Vergleichstemperatur in ein entsprechendes Digitalsignal umwandelt, das dann in dem digital arbeitenden Korrekturglied verarbeitet wird. Die digitale Verarbeitung des Temperaturmesssignals in dem Korrekturglied ermöglicht eine einfache Korrektur entsprechend der vorgegebenen Korrekturkennlinie.Preferably between the temperature sensor and the correction element is an analog / digital converter arranged, the present in analog form thermoelectric voltage and possibly the measurement signal of the comparison temperature in a corresponding digital signal which then processes in the digitally working correction term becomes. The digital processing of the temperature measurement signal in the correction term allows a simple correction according to the given correction characteristic.
In einer Variante der Erfindung mit einem digitalen Korrekturglied ist dem Korrekturglied ein Digital/Analog-Wandler nachgeschaltet, der das digitalisierte und korrigierte Temperaturmesssignal wieder in ein analoges Signal umwandelt, das dann in herkömmlicher Weise als Messsignal zur Verfügung steht. Beispielsweise kann das von dem Digital/Analog-Wandler erzeugte analoge Signal ein Stromsignal im Bereich von 0–20 mA oder 4–20 mA oder ein Spannungssignal im Bereich von 0–5 V oder 0–10 V ist.In a variant of the invention with a digital correction element, the correction element is followed by a digital / analog converter which converts the digitized and corrected temperature measurement signal back into an analog signal, which is then available as a measurement signal in a conventional manner stands. For example, the analog signal generated by the digital-to-analog converter may be a current signal in the range of 0-20 mA or 4-20 mA or a voltage signal in the range of 0-5 V or 0-10 V.
In einer anderen Variante der Erfindung mit einem digitalen Korrekturglied ist dem Korrekturglied dagegen ein Bustreiber nachgeschaltet, der an einen digitalen Datenbus (z.B. USB, RS242, RS485, CAN, LIN, Profi-Bus, DIN-Bus, Ethernet) anschließbar ist und eine digitale Messsignalverarbeitung der ausgegebenen Temperatur oder der korrigierten Thermospannung ermöglicht.In Another variant of the invention with a digital correction element on the other hand, the correction element is followed by a bus driver which to a digital data bus (e.g., USB, RS242, RS485, CAN, LIN, professional bus, DIN bus, Ethernet) can be connected is and a digital measurement signal processing of the output temperature or the corrected thermoelectric voltage allows.
Vorzugsweise ist die Korrekturkennlinie in dem Korrekturglied einstellbar, um eine Anpassung an die sensorspezifische Messkennlinie des jeweiligen Temperatursensors zu ermöglichen. Hierzu wird vorzugsweise werksseitig die tatsächliche Messkennlinie des Temperatursensors gemessen, woraus dann die Korrekturkennlinie errechnet werden kann, die zur Korrektur erforderlich ist, damit das korrigierte Temperaturmesssignal in einem vorgegebenen Toleranzfeld der Normkennlinie liegt. Die Einstellung der Korrekturlinie erfolgt also vorzugsweise herstellerseitig im Rahmen eines vorgeschalteten Kalibriervorgangs vor dem eigentlichen Messbetrieb.Preferably the correction characteristic in the correction term is adjustable to an adaptation to the sensor-specific measuring characteristic of the respective To allow temperature sensor. For this purpose, the actual measuring characteristic of the temperature sensor is preferably factory-set from which the correction characteristic curve can then be calculated, the to correct it, so that the corrected temperature measurement signal lies in a predetermined tolerance field of the standard characteristic. The Adjustment of the correction line is thus preferably made by the manufacturer as part of an upstream calibration process before the actual Measurement mode.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Korrekturkennlinie nach der Auslieferung während des Messbetriebs an eine alterungsbedingte Änderung der sensorspezifischen Messkennlinie angepasst wird. So unterliegen Thermoelemente der Alterung aufgrund von Oxidation, Diffusion, Verunreinigung und Änderungen in der Gitterstruktur. Derartige Alterungserscheinungen wirken sich auch auf die tatsächliche Messkennlinie aus, was im laufenden Messbetrieb durch eine entsprechende Anpassung der Korrekturkennlinie kompensiert werden kann. Darüber hinaus kann die Korrekturkennlinie auch unabhängig von sensorspezifischen oder alterungsbedingten Abweichungen geändert werden, um eine Anpassung an eine andere Normkennlinie zu erreichen.It but it is also possible that the correction characteristic after delivery during the measuring operation to an aging change of the sensor-specific measuring characteristic is adjusted. So subject Thermocouples of aging due to oxidation, diffusion, contamination and changes in the grid structure. Such aging phenomena have an effect also on the actual Measuring characteristic off, which in the current measuring operation by a corresponding Adjustment of the correction characteristic can be compensated. Furthermore the correction characteristic can also be independent of sensor-specific or age-related discrepancies are changed to an adjustment to reach another standard characteristic.
Besonders vorteilhaft an der Erfindung ist die Möglichkeit, kostengünstige Materialien als Leiter des Thermoelements einzusetzen, wie beispielsweise Nickel oder wärmebeständigen Stahl.Especially advantageous to the invention is the possibility of inexpensive materials to be used as the conductor of the thermocouple, such as nickel or heat-resistant steel.
Ferner ist zu erwähnen, dass vorzugsweise der Temperatursensor, der Analog/Digital-Wandler, das Korrekturglied, der Digital/Analog-Wandler und/oder der Bustreiber in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und/oder eine untrennbare Einheit bilden.Further is to mention Preferably, the temperature sensor, the analog / digital converter, the Correction element, the digital / analog converter and / or the bus driver in a common housing are arranged and / or form an indivisible unit.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be discussed below together with the description of the preferred Embodiments of the Invention with reference to the figures explained. Show it:
Das
Blockschaltbild in
Die
in analoger Form vorliegende Thermospannung UTH wird
anschließend
einem Analog/Digital-Wandler
Das
digitalisierte Spannungssignal MDIG wird dann
einem Korrekturglied
Schließlich wird
das korrigierte Spannungssignal MKOR einem
Digital/Analog-Wandler
Das
Korrekturglied
Das
in
Eine
Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass dem Korrekturglied
Die Erfindung ist nicht auf die beiden vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.The The invention is not limited to the two previously described embodiments limited. Rather, a variety of variants and modifications is possible, the also make use of the idea of the invention and therefore fall into the scope.
Claims (9)
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---|---|---|---|---|
DE102005058136B3 (en) * | 2005-11-30 | 2007-03-08 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Process to determine temperature of thermo element whereby standard temperature is derived, resultant temperature calculated from standard plus parameter determined through calibration of reference temperature; associated device |
EP2653975B1 (en) | 2012-04-16 | 2015-12-16 | FESTO AG & Co. KG | Sensor module |
FR3029678A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-10 | Electricite De France | ETHERNET SENSOR WITH REDUCED SIZE |
-
2004
- 2004-12-07 DE DE202004019716U patent/DE202004019716U1/en not_active Expired - Lifetime
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R207 | Utility model specification |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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