DE4440936C2 - Vorrichtung zur indirekten Messung von Temperaturänderungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur indirekten Messung von Temperaturänderungen in einem Medium mit einem fluidgefüllten Behälter und einem, vom Fluid im Behälter druckbeaufschlagten Drucksensor.

Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Buch "Sensors and Transducers - A Guide for Technicians" von J. A. Sinclair, Seiten 74 und 75 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen indirekten Temperaturmesser, der aus einer fluidgefüllten Kapsel als Behälter besteht, die über eine Kapillare mit einem Drucksensor verbunden ist. Entsprechend dem proportionalen Zusammenhang zwischen Temperatur, Druck und Volumen führen Temperaturänderungen in dem die Kapsel umgebenden Medium zu einer Druckerhöhung in der volumenkonstanten Kapsel, die von dem Drucksensor detektiert wird. Die Druckänderung ist dann entsprechend der vorgenommenen Kalibrierung das direkte Maß für die eingetretene Tempera­ turänderung. Derartige Vorrichtungen werden wegen ihrer Einfachheit und trotzdem gewährleisteten Zuverlässigkeit oft als Grenzwertgeber in selbsttätig arbeitenden Überwachungseinrichtungen, beispielsweise Sprinkleranlagen in Lagergebäuden, eingesetzt. Aufgrund der heute zu Verfügung stehenden hochsensiblen Halbleitersensoren ist eine Druckmessung wesentlich genauer als eine Volumenmessung, wie sie bei Volumenthermometern durchgeführt wird. Der druckabhängige Temperatursensor kann als "Druckthermometer" bezeichnet werden.

Aus der DE-PS 708 914 ist ein Ausdehnungsthermometer für Fernmessungen bekannt, bei dem der Temperaturfühler mit einer druckempfindlichen, mit einer Anzeige verbundenen Messfeder durch eine Kapillarleitung verbunden ist. Alle Komponenten sind mit einem flüssigen oder gasförmigen Ausdehnungsmedium gefüllt. Zur Kompensation von Messfehlern aufgrund von Volumenänderungen in der Messfeder und in der Kapillarleitung weist das bekannte Ausdehnungs­ thermometer einen zusätzlichen Ausdehnungskörper auf, der den Temperatur­ fühler vollständig umgibt und dadurch das Volumen des Temperaturfühlers gegenüber den Volumina der Messfeder und der Kapillarleitung stark vergrößert. Das beschriebene Ausdehnungsthermometer arbeitet rein mechanisch-hydraulisch und kann seine Genauigkeitswirkung nur in einem direkt durch seine Anmessungen begrenzten Messbereich entfalten. Der DE 41 24 142 A1 ist ein Temperaturmessgerät mit einem Messfühler und einem damit verbundenen Kapillarrohr zu entnehmen, das mit einem Messgas unter hohem Druck gefüllt ist. Auftretende Druckänderungen im Messgas werden zur Erzielung einer hohen Messgenauigkeit mittels eines Drucksensors gemessen, der ein der auftretenden Druckänderung proportionales elektrisches Signal erzeugt. Das beschriebene Temperaturmessgerät berücksichtigt keine Kompensation des Temperatur­ einflusses der Kapillare. In der DE 24 44 777 B1 wird ein Gasthermometer mit einem gasgefüllten Messfühler beschrieben, der über eine Membran mit einem gasgefüllten Leitungssystem verbunden ist, und einem Druckmessgerät, das die zum auftretenden Gasdruck analoge Temperatur anzeigt. Das bekannte Gasthermometer weist zur hochgenauen Temperaturanzeige in einem großen Temperaturbereich im Leitungssystem einen geschlossenen Gaskreislauf auf, in dem zur Einstellung des hinter der Membran herrschenden Drucks ein Verdichter und eine Drosselstelle vorgesehen sind. Das beschriebene Gasthermometer ist Teil einer analogen Regeleinrichtung. Der Druck wird nur indirekt durch ein einfaches Manometer im Sekundärsystem angezeigt. Aus dem DE-GM 74 20 472 ist ein Temperaturfühler für ein Heizkörperthermostatventil mit einer mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllten Kapillarröhre bekannt, die in einem Gehäuse an eine Membran angeschlossen ist. Durch die Membran wird ein vorspannbarer Betätigungsstift verschoben. Temperaturbedingte Druckänderungen im Tempe­ raturfühler werden über die Membran auf den Betätigungsstift übertragen, dessen Stellung den Ventilöffnungsgrad bestimmt. Der beschriebene Temperaturfühler berücksichtigt keine Kompensation des Temperatureinflusses der Kapillare.

Andere Einsatzmöglichkeiten solcher Druckthermometer sind die Aufnahme von hochgenauen Messwertreihen in Langzeitversuchen oder die Untersuchung kalorimetrischer Vorgänge. Klimarelevante Temperaturmessungen in stark gedämpften Systemen, wie beispielsweise im Erdboden, in der Tiefsee oder in den oberflächennahen Schichten von Schelf- oder Gletschereis, können der Erstellung von Trendanalysen bei globalen Klimaänderungen dienen. Bei derartigen Einsätzen ist besonders die hohe Genauigkeit der Messergebnisse von aus­ schlaggebender Bedeutung. Es ergeben sich deshalb für die Verwendung des Druckthermometers mehrere Probleme. Zum einen muss gewährleistet sein, dass sich die temperaturbedingte Druckänderung in der Verbindungskapillare zwischen Kapsel und Drucksensor nicht verfälschend auf das Messergebnis auswirkt. Messwertbeeinflussende Wärmequellen, wie beispielsweise die Stromversorgung des Drucksensors, dürfen ebenfalls keinen Einfluss haben. Zum anderen muss der Messbereich des Drucksensors den auftretenden Druckänderungen angepasst sein. Da schon geringe Druckänderungen den Messbereich hochempfindlicher Drucksensoren voll ausnutzen, könnten Temperaturänderungen nur in einem eng begrenzten Bereich erfasst werden. Es ist aber nicht von vornherein auszuschließen, dass die zu erfassenden Temperaturänderungen im Laufe der Langzeit-Messreihe den engen Messbereich des Drucksensors überschreiten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik ist daher darin zu sehen, ein Druckthermometer der genannten Art so weiterzubilden, dass es zuverlässig unter den schwierigsten Einsatzumständen über längere Zeiträume hinweg hochpräzise Messwertreihen in einem großen, nicht genau vorherbestimmbaren und den einfachen Erfassungsbereich des Sensors überschreitenden Messwertbereich liefert. Es soll dabei ortsfest angeordnet, jedoch einfach in seiner Handhabung und kostengünstig in seinem Einsatz sein.

Hierfür sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, dass die Vorrichtung in einem gasdicht abgeschlossenen Gefäß angeordnet ist, das Gefäß im Bereich des Behälters mit einem Fluid und oberhalb des Behälters mit einem Gas gefüllt ist, der Behälter ein Ventil aufweist und dass das Ventil und der Drucksensor im Bereich der Gasfüllung angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Druckthermometer ist damit trotz einfachem Aufbau und unkomplizierter Handhabung durch die erreichten Vorteile in ganz besonderer Weise für den eingangs näher beschriebenen Einsatzfall geeignet. Es ist durch die Unterbringung in einem geschlossenen Gefäß sicher geschützt gegen mecha­ nische Einflüsse der äußeren Umgebung, die zu einer Beschädigung des Thermometers führen könnten. Der äußere Luftdruck hat keinen Einfluss auf die Messwertnahme. Dieses Gefäß enthält im unteren Bereich, in dem der Behälter angeordnet ist, ebenfalls ein Fluid, das wie das im Behälter ein guter Wärmeleiter ist. Oberhalb des Behälters ist das Gefäß mit Gas geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt, wodurch eine Wärmeleitung von störenden Wärmequellen in das Behälterinnere erschwert wird. In diesem Bereich sind alle zusätzlichen Elemente des Thermometers angeordnet, die eine Wärmeentwicklung aufweisen können. Es ist dies zum einen der Drucksensor, aber auch das erfindungsgemäß vorgesehene Ventil am Behälter. Dieses Ventil erfüllt mehrere Funktionen. Es dient dem Befüllen und Entleeren des Behälters mit dem Fluid. Dadurch kann das Thermometer unter Wiederverwendung des Behälters dem jeweiligen Einsatzfall angepasst werden. Eine größere Bedeutung hat das Ventil jedoch für die Ausweitung des Messbereichs, in dem das Thermometer tätig werden kann. Wie bereits erwähnt, kann schon durch eine äußerst geringe Temperaturänderung der Messbereich des verwendeten Drucksensors über- oder unterschritten werden. In einem solchen Fall kann durch ein Öffnen des Ventils eine geringe Menge des Behälterfluids abgegeben oder aufgenommen und so eine Rückstellung des Ausschlags auf den Ausgangspunkt erreicht werden. Damit steht wieder der volle Messbereich zur Verfügung, die Veränderung des Anfangswertes wird entsprechend registriert. Dieser Vorgang lässt sich aufgrund der äußerst geringen Ausgleichsmengen oft wiederholen. Das Druckthermometer weist damit eine sägezahnförmige Kennlinie in einem großen Messbereich auf. Durch diese Maßnahme ist der Messbereich der Anordnung ein Vielfaches des Messbereichs des verwendeten Drucksensors.

Ein ganz besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Druckthermometers ist seine extreme Linearität und Auflösung bei der Erfassung relativer Temperaturände­ rungen. Messgeräte zur Erfassung der absoluten Temperatur sind an die Genauigkeit primärer Standards gebunden, die thermodynamische Fixpunkte definieren, beispielsweise Tripel-, Schmelz- oder Erstarrungspunkte bestimmter Stoffe. Diese Fixpunkte werden derzeit mit einer Genauigkeit von +/-0,0001 K angegeben. Zwischen den Fixpunkten wird mit Interpolationsformeln gearbeitet. Damit erreichen Messgeräte bei der absoluten Temperaturmessung selbst bei hohem Aufwand nur eine Genauigkeit von ca. 10^-3. Es gibt aber eine Reihe von Fällen, bei denen es nicht auf die absolute Temperatur, sondern nur auf relative Temperaturänderungen ankommt. Insbesondere gilt dies für die bereits angesprochenen Gebiete der Klimaforschung und Reaktionskinetik. Gerade bei sehr kleinen zu messenden Temperaturänderungen spielt deren relative Erfassung eine große Rolle, da die durchzuführende Kalibrierung mit relativ instabilen Referenzgeräten der Absolutmessung durchgeführt werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung können z. B. klimarelevante Tempe­ raturmessungen mit einer bisher nicht erreichten Genauigkeit von < 10^-6 K durchgeführt werden. Ziel solcher Messungen ist es, aus einem stark gedämpften und phasenverschobenen Temperatursignal Aussagen über einen repräsentativen lokalen Temperaturgradienten abzuleiten. Das Temperatursignal wird beispiels­ weise in den oberflächennahen Schichten von Schelf- und Gletschereis aufgenommen, die eine Dämpfung und Phasenverschiebung von Temperatur­ signalen der Oberfläche bewirken. Dabei ist es wichtig, Temperaturänderungen, die auf tages- oder jahreszeitlichen Schwankungen beruhen, von solchen zu trennen, die durch langfristige Klimaänderungen hervorgerufen werden, deren Erforschung die Temperaturmessungen dienen sollen. Langfristige Temperatur­ änderungen erreichen mit einer wesentlich geringeren Amplitudendämpfung, aber mit einer größeren Phasenverschiebung eine vorgegebene Messtiefe als tages- oder jahreszeitlich bedingte. Beispielsweise erreicht eine jahreszeitlich bedingte Amplitude der Temperatur von 30 K im Eis eine Tiefe von 35 m nach 2 Jahren mit einer Amplitude von 10^-4 K. Bei einer gleichförmigen, langperiodischen, klimatisch bedingten Temperaturänderung von 1 K in 100 Jahren wird die Oberflächenampli­ tude in 35 m Tiefe nur auf 1/3 des Ausgangswerts bei einer Phasenverschiebung von 20 Jahren gedämpft, d. h. in einer einjährigen Beobachtungszeit ist mit einer Gesamttemperaturänderung von 10^-3 K zu rechnen. Diese liegt eine Zehnerpotenz oberhalb der jahreszeitlich bedingten Schwankungen. Bei einer täglichen Messwertnahme ist also mit einer Änderung von 10^-6 K zu rechnen. Bisher mit Pt- Widerstandsthermometern und Digitalvoltmetern durchgeführte Profilmessungen im Eis erreichten eine Temperaturauflösung von höchsten 0,005 K, wobei die absolute Genauigkeit um eine Größenordnung niedriger anzusetzen ist.

Die extreme Genauigkeit des erfindungsgemäßen Druckthermometers wird durch die direkte Relation zwischen Temperatur- und Druckänderung bewirkt. Schwankungsräume, die eine Ungenauigkeit bedingen würden, beispielsweise eine Volumenkompensation durch innere Erwärmung bei Ausdehnungsthermome­ tern, existieren nicht. Den direkten Zusammenhang gewährleistet unter anderem das Material des Behälters. Es darf keine Volumenänderung in seinem Inneren zulassen. Deshalb ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn der Behälter aus einem Material besteht, das einen äußerst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausweist. Künstlich gealtertes Quarzglas beispielsweise ist besonders temperaturstabil und weist über eine lange Standzeit konstante Abmaße auf.

In der Handhabung und Wartung wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn erfindungsgemäß das Fluid im Gefäß identisch mit dem im Behälter ist. Die Art des Fluids ist entsprechend den Umgebungsbedingungen auszuwählen; es darf beispielsweise bei tiefen Temperaturen nicht gefrieren. Die temperaturabhängig eintretende Druckänderung wird wesentlich durch den Wärmeausdehnungs­ koeffizienten und die Kompressibilität des verwendeten Fluids festgelegt. Deshalb ist es günstig, wenn nach der Erfindung das gewählte Fluid eine Flüssigkeit ist, die im betrachteten Temperaturbereich einen hohen Volumenausdehnungskoeffi­ zienten aufweist. Dieser sollte zudem noch möglichst linear sein. Die gute Wämeleitfähigkeit von Flüssigkeiten und ihre geringe Kompressibilität sind allgemein bekannt. Derartige Eigenschaften können vorteilhaft ausgenutzt werden, wenn die eingesetzte Flüssigkeit erfindungsgemäß Silikonöl ist. Es verfügt über einen niedrigen Verfestigungspunkt, was für Messungen bei geringen Temperaturen wichtig ist, und ist chemisch äußerst inaktiv.

Um die hochgenauen Messwerte nicht zu verfälschen, ist zu gewährleisten, dass nur äußere Temperaturänderungen den Fluidbehälter erreichen. Wärmeerzeugen­ de Vorrichtungsteile der Messvorrichtung nach der Erfindung sind daher mit einem Gas umgeben, das erfindungsgemäß eine geringe Temperaturleitfähigkeit aufweist. Dieses Gas ist entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung trockener Stickstoff, der alle für Langzeitversuche unter den gegebenen Bedingungen notwendigen Eigenschaften eines inerten Gases aufweist.

Das Ventil am Behälter dient der Füllung des Behälters und der Messbereichs­ erweiterung. Es kann in verschiedener Weise wirken. Möglich ist ein in beiden Richtungen arbeitendes Ventil, über das sowohl bei innerem Druckanstieg Fluid ablassbar, als auch bei einer Druckabsenkung aufgrund von Temperaturabfall wieder zuführbar ist. Dieser reversible Füllprozess kann beispielsweise über eine Kapillare oder einen Vorratsbehälter oberhalb des Ventils erfolgen. Wird die Kapillare in das Fluid im Gefäß zurückgeführt, sind nahezu beliebig viele Vorgänge möglich. Bei einem stetig zunehmenden Temperatur- und damit Druckanstieg kann über das Ventil auch ausschließlich Fluid abgelassen werden, das dann dem Gefäßfluid zufließt. Ein automatisch wirkendes Ventil erfordert eine selbsttätige Registrierung des Umschaltzeitpunkts und eine sehr zuverlässige Bauform des Ventils selbst. Deshalb ist es gemäß einer weiteren Erfindungsausgestaltung besonders vorteilhaft, wenn das Ventil fernsteuerbar ist. Auf diese Weise hat die Überwachung einen optimalen Zugriff auf das Ventil und den Umstellmodus. Um sicherzustellen, dass keine Stufe des Messbereichs übersprungen wird, ist es günstig, den Ausschlag des Drucksensors durch Öffnen des Ventils jeweils dann auf Null einzustellen, wenn er sich im Endbereich seiner Skala, jedoch nicht am Anschlag befindet. Der erreichte Endwert vor der Umstellung ist dann der neue Ausgangswert für die nächste Messung. Die Häufigkeit der Rückstellung ist abhängig von der sich einstellenden Druckdifferenz und von der Empfindlichkeit des Drucksensors.

Alle Drucksensoren mit einer ausreichend hohen Genauigkeit können verwendet werden. Der Drucksensor kann beispielsweise ein piezoresistiver Druckfühler sein. Dieser weist eine homogene Silizium- Messzelle mit diffundierten Widerständen auf, die unter Druckeinwirkung ihre Widerstandswerte verändern. Es kann sich aber auch erfindungsgemäß um einen druckbeaufschlagten Quarzschwinger handeln, der hochpräzise Druckmessungen auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen garantiert. Eine Gesamt-Genauigkeit von besser als 0,01% wird durch die Verwendung eines speziellen Quarz-Resonators im Druckaufnehmer erreicht, dessen Resonanzfrequenz sich in Abhängigkeit vom beaufschlagten Druck ändert. Ähnliche Vorteile werden erreicht, wenn erfindungsgemäß ein Halbleiterdrucksensor eingesetzt wird.

Um die hohe Genauigkeit des erfindungsgemäßen Druckthermometers sicher zu gewährleisten, ist es wichtig, dass die eintretenden Temperaturänderungen den Messbehälter direkt und unverfälscht erreichen. Es ist daher vorteilhaft, wenn entsprechend einer weiteren Erfindungsausgestaltung der Behälter von dem Gefäß in Form eines Zylinders eng umgeben ist. Der Behälter befindet sich am Boden des Zylinders. Das gesamte Gefäß ist im Durchmesser nur wenig größer als der Behälter selbst. Die ihn umgebende Fluidfüllung ist damit relativ dünn, die Wärmeleitung erfolgt schnell. Die Schutzfunktion ist weiterhin vorhanden. Ein derartig gestalteter Zylinder kann erfindungsgemäß aus Glas oder Metall bestehen. Glas ermöglicht eine gute Einsicht über das Befüllen, den Zustand des Fluids und die Funktionsfähigkeit des Ventils. Seine hohe Transparenz für Lichteinfall bewirkt eine geringe Eigenerwärmung. Metall hingegen ist besonders stabil und unempfindlich. Der Zylinder kann erfindungsgemäß besonders einfach in ein tiefes Bohrloch abgesenkt werden. Dieses muss keinen großen Querschnitt aufweisen und kann nach Einbringen der Messvorrichtung wieder verfüllt werden. Der Zylinder kann sich beim Absenken an einem Absenkseil nicht verhaken. Weiterhin ist es nach der Erfindung günstig, wenn die Mess- und Steuerleitungen der Messvorrichtung gasdicht aus dem Zylinder nach oben herausgeführt sind. Die gasdichte Durchführung verhindert ein Entweichen der Gasfüllung und ein Eindringen von beispielsweise feuchter Umgebungsluft. Über die Messleitung werden die Messwerte, beispielsweise im Tagesrhythmus, derart abgefragt, dass die Messspannung kurzfristig nur bis zur Erreichung eines stabilen Messwerts angelegt wird. Dadurch wird die störende Wärmezufuhr durch den Messstrom sehr gering gehalten. Die Steuerleitung dient der Fernsteuerung des Entlastungsventils bei Bedarf. Mit den genannten Maßnahmen sind optimale Bedingungen für einen Einsatz der Messvorrichtung an schwerzugänglichen Messorten gegeben.

Im folgenden soll anhand der Erläuterungen zu der Figur, die die Messvorrichtung gemäß der Erfindung schematisch darstellt, das Wesentliche der Erfindung noch verdeutlicht werden. Gleichzeitig wird eine Beschreibung eines möglichen Einsatzes der Vorrichtung für die Aufnahme einer Messreihe gegeben.

Die Figur zeigt eine Messvorrichtung 1, die über einen Absenkfaden 2, beispielsweise aus Kevlar, in eine Bohrung 3 in eine Eisschicht 4 eingebracht ist. Sie besteht aus einem Gefäß 5 in Form eines Zylinders, der durch eine Platte 6 an seinem oberen Rand gasdicht verschlossen ist. Atmosphärische Druckschwankun­ gen haben deshalb keinen Einfluss auf die Messungen. Im unteren Teil des zylindrischen Gefäßes 5, das im gewählten Beispiel aus Glas ist, befindet sich ein Behälter 7, der als Quarzglaskapsel ausgebildet ist. An seinem oberen Ende weist der Behälter 7 eine Kapillare 8 auf, über die er mit dem Druckaufnehmer eines Drucksensors 9 verbunden ist. Von der Kapillare 8 zweigt ein dünnes Steigrohr 10 ab, an dessen Ende ein Ventil 11 angeordnet ist. Steuerleitungen 12 zur elektronischen Fernbedienung des Ventils 11 und Messleitungen 13 sind gasdicht durch die Platte 6 nach oben aus dem zylindrischen Gefäß 5 herausgeführt. Über die Steuerleitung 12 kann der Startpunkt der Messung durch Schließen des Ventils 11 frei gewählt werden. Sollte die Messbereichsgrenze erreicht werden, kann der Drucksensor 9 durch Öffnen und Schließen des Ventils 11 wieder auf den Ausgangswert zurückgesetzt werden. In einem unteren Bereich 14 des Behälters 7 ist das zylindrische Gefäß 5 mit einem Fluid 15 (Silikonöl) gefüllt, im oberen Bereich 16 des Behälters 7 weist es eine Füllung aus trockenem Gas 17 (Stickstoff) auf. Der Behälter 7, die Kapillare 8 und das dünne Steigrohr 10 sind ebenfalls mit dem Fluid 15 (Silikonöl) gefüllt und sorgfältig entlüftet.

Die Durchführung einer Messreihe zur Untersuchung der lokalen Klimaänderung kann z. B. folgendermaßen gestaltet sein: In einem Versuchsfeld werden 10 Druckthermometer zwischen 30 und 40 m Tiefe so eingebracht, dass ihr gegenseitiger Horizontalabstand etwa 10 m und ihr Vertikalabstand 1 m beträgt. Durch das Einbringen in verschiedene Tiefen kann der Verlauf der Amplitudendämpfung des Temperatursignals gemessen werden. Der relativ große Horizontalabstand gewährleistet, dass die einzelnen Sensoren das natürliche Temperaturprofil nicht verfälschen können, was der Fall sein könnte, wenn sie in einer einzigen Messkette untereinander angebracht wären. Die Löcher zum Einbringen der Sensoren werden mit Hilfe einer elektrisch beheizten Kupferkugel in das Eis geschmolzen. Da die eingebrachte Wärmeenergie wesentlich geringer ist als bei einer Heißwasserbohrung, stellt sich das Messfeld schon nach wenigen Tagen wieder auf die natürliche Temperaturverteilung ein. In dem gewählten Tiefenbereich für die Sonden wird der größte Teil des Schmelzwassers vom porösen Eis aufgenommen. Die Bohrlöcher werden nach dem Einbringen der Sensoren wieder mit Schnee gefüllt. Zum Größenvergleich der Messergebnisse wird zusätzlich die absolute Temperaturverteilung mit 8 Pt-100 Widerständen in einer Messkette ebenfalls zwischen 30 und 40 m gemessen. Da der Drucksensor bei 5 mA Stromaufnahme und 6 V Versorgungsspannung ebenfalls Wärme produziert, wird er für jede Messung (1 × pro Tag) nur für wenige Sekunden eingeschaltet. Die Kalibrierung erfolgt über ein integrierendes Digitalvoltmeter mit hoher Störspannungsunterdrückung. Sämtliche Daten werden in einer Messwerterfassung an der Eisoberfläche gesammelt und nach einer Wandlung mit einer Auflösung von 16 bit digital an einen Computer in der Messstation weitergeleitet.

Bezugszeichenliste

1

Messvorrichtung

2

Absenkfaden

3

Bohrung

4

Eisschicht

5

Gefäß

6

Platte

7

Behälter

8

Kapillare

9

Drucksensor

10

Steigrohr

11

Ventil

12

Steuerleitung

13

Messleitung

14

unterer Bereich von

5

15

Fluid

16

oberer Bereich von

5

17

Gas

Claims (14)

1. Vorrichtung zur indirekten Messung von Temperaturänderungen in einem Medium mit einem fluidgefüllten Behälter und einem, vom Fluid im Behälter druckbeaufschlagten Drucksensor, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1) in einem gasdicht abgeschlossenen Gefäß (5) angeordnet ist,
das Gefäß (5) im Bereich (14) des Behälters (7) mit einem Fluid (15) und oberhalb (16) des Behälters (7) mit einem Gas (17) gefüllt ist,
der Behälter (7) ein Ventil (11) aufweist und dass
das Ventil (11) und der Drucksensor (9) im Bereich (16) des Gases (17) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) aus einem Material besteht, das einen äußerst geringen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (15) im Gefäß (5) identisch mit dem im Behälter (7) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (15) eine Flüssigkeit ist, die einen hohen thermischen Volumenaus­ dehnungskoeffizienten aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Silikonöl ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (17) eine geringe Temperaturleitfähigkeit aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (17) trockener Stickstoff ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (11) fernsteuerbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (9) ein Differenzdrucksensor mit einem druckbeaufschlagten Quarzschwinger ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (9) ein Halbleiterdrucksensor ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) von dem Gefäß (5) in Form eines Zylinders eng umgeben ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder aus Glas oder Metall besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder in ein Bohrloch (3) absenkbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuerleitungen (12, 13) der Messvorrichtung (1) gasdicht aus dem Zylinder nach oben herausgeführt sind.