Temperaturmessgerät mit Vergleichstemperaturbestimmung Temperature measuring device with reference temperature determination
Die Erfindung betrifft eine Mess Vorrichtung zur Bestimmung einer Messtemperatur an einer Messstelle mittels eines Thermoelements sowie ein Temperaturmessgerät zur Bestimmung einer Messtemperatur an einer Messstelle. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Messtemperatur an einer Messstelle. The invention relates to a measuring device for determining a measuring temperature at a measuring point by means of a thermocouple and a temperature measuring device for determining a measuring temperature at a measuring point. Furthermore, the invention relates to a method for determining a measuring temperature at a measuring point.
In der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen. In automation technology, field devices are often used which serve to detect and / or influence process variables. Examples of such field devices are level gauges, mass flowmeters, pressure and temperature measuring devices, etc., which detect the corresponding process variables level, flow, pressure or temperature as sensors.
Bei der industriellen Temperaturmessung kommen in vielen Einsatzgebieten In industrial temperature measurement come in many applications
Thermoelemente zum Einsatz. Ein Thermoelement liefert eine Messspannung, anhand der sich die entlang des Thermoelements auftretende Temperaturdifferenz bestimmen lässt. Um mit Hilfe dieser Temperaturdifferenz die Messtemperatur an der Spitze des Thermoelements bestimmen zu können, muss die Vergleichstemperatur an den Anschlüssen des Thermocouples used. A thermocouple provides a measurement voltage that can be used to determine the temperature difference that occurs along the thermocouple. In order to be able to determine the measuring temperature at the tip of the thermocouple with the aid of this temperature difference, the reference temperature at the terminals of the thermocouple must be determined
Thermoelements möglichst genau bekannt sein. Je genauer die Vergleichstemperatur bekannt ist, desto genauer kann die Messtemperatur bestimmt werden. Thermocouple be known as accurately as possible. The more accurately the reference temperature is known, the more accurate the measurement temperature can be determined.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Temperaturmessgerät sowie ein Verfahren zur Temperaturmessung zur Verfügung zu stellen, das mit geringem Mehraufwand eine genauere Bestimmung der Vergleichstemperatur für ein Thermoelement ermöglicht. It is therefore an object of the invention to provide a temperature measuring device and a method for measuring the temperature available, which allows a more precise determination of the comparison temperature for a thermocouple with little additional effort.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 , 7 und 18 angegebenen This object is achieved by the features specified in claims 1, 7 and 18
Merkmale. Characteristics.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Eine Messvorrichtung zur Bestimmung einer Messtemperatur an einer Messstelle mittels eines ersten Thermoelements entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung umfasst eine erste Anschlussklemme und eine zweite Anschlussklemme zum Anschluss des ersten Thermoelements, eine erste Verbindungsleitung und eine zweite Verbindungsleitung, die die erste und die zweite Anschlussklemme jeweils mit einer Auswerteelektronik verbinden, einen Bezugstemperatursensor, der außerhalb der Anschlussklemmen angeordnet ist und dazu
ausgelegt ist, eine Bezugstemperatur am Ort des Bezugstemperatursensors zu erfassen, und die Auswerteelektronik, die dazu ausgelegt ist, die Messtemperatur an der Messstelle zu bestimmen. In der zweiten Anschlussklemme ist mit der zweiten Verbindungsleitung eine zusätzliche Verbindungsleitung verbunden, die aus einem anderen Material besteht als die zweite Verbindungsleitung. Die zusätzliche Verbindungsleitung bildet zusammen mit der zweiten Verbindungsleitung ein zweites Thermoelement, das ebenfalls an die A measuring device for determining a measuring temperature at a measuring point by means of a first thermocouple according to embodiments of the invention comprises a first terminal and a second terminal for connecting the first thermocouple, a first connecting line and a second connecting line, the first and the second terminal each with a Connect the transmitter, a reference temperature sensor, which is located outside the terminals and to do so is designed to detect a reference temperature at the location of the reference temperature sensor, and the evaluation, which is designed to determine the measurement temperature at the measuring point. In the second terminal, an additional connecting line is connected to the second connecting line, which consists of a different material than the second connecting line. The additional connecting line forms, together with the second connecting line, a second thermocouple, which is also connected to the
Auswerteelektronik angeschlossen ist. Das zweite Thermoelement liefert eine zweite Messspannung, die von der zweiten Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der zweiten Anschlussklemme und der Bezugstemperatur am Ort des Bezugstemperatursensors abhängt. Die Auswerteelektronik ist dazu ausgelegt, ausgehend von einer vom ersten Thermoelement gelieferten ersten Messspannung, der vom zweiten Thermoelement gelieferten zweiten Messspannung und der vom Bezugstemperatursensor erfassten Bezugstemperatur die Messtemperatur an der Messstelle zu bestimmen. Für die Genauigkeit einer Temperaturmessung mittels eines Thermoelements ist es wichtig, die Vergleichstemperatur an den Anschlussstellen bzw. Anschlussklemmen des Evaluation is connected. The second thermocouple provides a second measurement voltage that depends on the second temperature difference between the temperature of the second terminal and the reference temperature at the location of the reference temperature sensor. The evaluation electronics are designed to determine the measurement temperature at the measurement point on the basis of a first measurement voltage supplied by the first thermocouple, the second measurement voltage supplied by the second thermocouple and the reference temperature detected by the reference temperature sensor. For the accuracy of a temperature measurement by means of a thermocouple, it is important to compare the reference temperature at the connection points or terminals of the
Thermoelements mit möglichst hoher Genauigkeit zu bestimmen. Hierzu ist in vielen Fällen ein separater Bezugstemperatursensor vorgesehen. Allerdings ist der Bezugstemperatursensor in der Regel etwas entfernt von den To determine thermocouple with the highest possible accuracy. For this purpose, a separate reference temperature sensor is provided in many cases. However, the reference temperature sensor is usually a bit away from the
Anschlussklemmen angeordnet, so dass die vom Bezugstemperatursensor ermittelte Bezugstemperatur nicht genau der Temperatur der Anschlussklemmen entspricht. Es gibt also eine zweite Temperaturdifferenz zwischen der vom Bezugstemperatursensor gemessenen Bezugstemperatur und der Temperatur der Anschlussklemmen. Um diese Temperaturdifferenz zu erfassen und die an den Anschlussklemmen herrschende Terminals arranged so that the reference temperature detected by the reference temperature sensor does not correspond exactly to the temperature of the terminals. So there is a second temperature difference between the reference temperature measured by the reference temperature sensor and the temperature of the terminals. To detect this temperature difference and the prevailing at the terminals
Vergleichstemperatur mit hoher Genauigkeit bestimmen zu können, wird das zweite Thermoelement eingesetzt. Dieses zweite Thermoelement wird gebildet, indem mit der zweiten Verbindungsleitung der zweiten Anschlussklemme eine zusätzliche To be able to determine the reference temperature with high accuracy, the second thermocouple is used. This second thermocouple is formed by an additional connection with the second connecting line of the second terminal
Verbindungsleitung verbunden wird, die aus einem anderen Material besteht als die zweite Verbindungsleitung. Dieses zweite Thermoelement erfasst die zweite Temperaturdifferenz zwischen der vom Bezugstemperatursensor erfassten Bezugstemperatur und der Connecting line is made of a different material than the second connecting line. This second thermocouple detects the second temperature difference between the reference temperature detected by the reference temperature sensor and the
Temperatur an den Anschlussklemmen. Auf diese Weise kann die an den Temperature at the terminals. In this way, the to the
Anschlussklemmen herrschende Vergleichstemperatur mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Basierend auf der genauer als bisher bekannten Vergleichstemperatur kann dann mit Hilfe des ersten Thermoelements die eigentlich interessierende Messtemperatur mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Das zweite Thermoelement erlaubt eine Bestimmung der Temperatur innerhalb der Anschlussklemmen mit sehr geringem baulichen Mehraufwand. Es ist lediglich erforderlich, eine zusätzliche Verbindungsleitung an der zweiten Verbindungsleitung anzubringen. Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Terminals prevailing comparison temperature can be determined with high accuracy. Based on the more accurate than previously known reference temperature can then be determined with high accuracy with the help of the first thermocouple actually interesting measurement temperature. The second thermocouple allows a determination of the temperature within the terminals with very little additional construction costs. It is only necessary to attach an additional connecting line to the second connecting line. The invention is based on the drawing shown in the drawing
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments explained in more detail. Show it:
Fig. 1 das Prinzip einer Temperaturmessung mittels eines Thermoelements; Fig. 2 eine Übertragungskennlinie für ein Thermoelement vom Typ K, die die am Fig. 1 shows the principle of a temperature measurement by means of a thermocouple; Fig. 2 shows a transfer characteristic for a thermocouple of type K, the am
Thermoelement anliegende Messspannung in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Messstelle und Vergleichsstelle zeigt; Thermocouple applied measuring voltage as a function of the temperature difference between the measuring point and reference junction shows;
Fig. 3 ein Temperaturmessgerät gemäß dem Stand der Technik; 3 shows a temperature measuring device according to the prior art;
Fig. 4 ein Temperaturmessgerät mit einem zweiten Thermoelement, das eine genaue Bestimmung der Vergleichstemperatur für das erste Thermoelement ermöglicht; und 4 shows a temperature measuring device with a second thermocouple, which allows an accurate determination of the comparison temperature for the first thermocouple. and
Fig. 5 eine Übersicht über die verschiedenen Temperaturen in dem in Fig. 4 gezeigten Temperaturmessgerät. 5 shows an overview of the different temperatures in the temperature measuring device shown in FIG. 4.
Im Bereich der industriellen Messtechnik werden zur Temperaturmessung häufig In the field of industrial metrology, temperature measurement is common
Thermoelemente eingesetzt. In Fig. 1 ist das Messprinzip einer Temperaturmessung mittels Thermoelement schematisch gezeigt. Ein Thermoelement 100 besteht aus einem ersten Leiter 101 , der aus einem ersten Metall bzw. einer ersten Legierung besteht. Dieser ersteThermocouples used. In Fig. 1, the measuring principle of a temperature measurement by means of a thermocouple is shown schematically. A thermocouple 100 consists of a first conductor 101, which consists of a first metal or a first alloy. This first
Leiter 101 erstreckt sich von einer Vergleichsstelle 102 bis zu einer Messstelle 103, deren Temperatur Tmess bestimmt werden soll. Parallel zum ersten Leiter 101 verläuft ein zweiter Leiter 104 von der Vergleichsmessstelle 102 zur Messstelle 103. Der zweite Leiter 104 besteht aus einem zweiten Metall oder einer zweiten Legierung, das sich von dem ersten Metall oder der ersten Legierung unterscheidet. Für die Funktion des Thermoelements 100 ist es wesentlich, dass die beiden Leiter 101 , 104 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Die beiden Leiter 101 , 104 sind an einer Kontaktstelle 105 elektrisch miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise durch Verlöten oder Verschweißen der Enden der beiden Leiter 101 , 104 erfolgen. Die Kontaktstelle 105 dient als Messsonde und nimmt die Temperatur Tmess der Messstelle 103 an. Diese Temperatur Tmess soll mittels des Conductor 101 extends from a reference junction 102 to a measuring point 103 whose temperature T mess is to be determined. Parallel to the first conductor 101, a second conductor 104 extends from the comparison measuring point 102 to the measuring point 103. The second conductor 104 consists of a second metal or a second alloy, which differs from the first metal or the first alloy. For the function of the thermocouple 100, it is essential that the two conductors 101, 104 are made of different materials. The two conductors 101, 104 are electrically connected to one another at a contact point 105. This can be done, for example, by soldering or welding the ends of the two conductors 101, 104. The contact point 105 serves as a measuring probe and assumes the temperature T mess of the measuring point 103. This temperature T mess should by means of
Thermoelements 100 bestimmt werden. Die zur Kontaktstelle 105 entgegengesetzten Enden
106, 107 der beiden Leiter 101 , 104 weisen die Temperatur Tref auf, die an der Thermocouple 100 can be determined. The opposite to the contact point 105 ends 106, 107 of the two conductors 101, 104 have the temperature T ref , which at the
Vergleichsstelle 102 herrscht. Insofern befinden sich die Enden 106, 107 an der Cold junction 102 prevails. In this respect, the ends 106, 107 are at the
Vergleichsstelle 102 auf der Temperatur Tref, wohingegen sich die Kontaktstelle 105 auf der Temperatur Tmess befindet. Die Temperaturdifferenz diffi = (TmeSs - Tref) zwischen der Vergleichsstelle 102 und der Messstelle 103 ist in Fig. 1 mit eingezeichnet. Reference junction 102 at the temperature T ref , whereas the contact point 105 is at the temperature T mess . The temperature difference d i ff i = (T me S s -T ref ) between the reference junction 102 and the measuring point 103 is shown in Fig. 1 with.
Die Funktion des Thermoelements 100 beruht auf dem Seebeck-Effekt. Als Seebeck- Effekt wird das Auftreten einer Thermospannung zwischen zwei Stellen unterschiedlicher The function of the thermocouple 100 is based on the Seebeck effect. As a Seebeck effect, the occurrence of a thermal voltage between two points becomes more different
Temperatur eines Leiters bezeichnet. Infolge des Seebeck-Effekts bildet sich entlang des ersten Leiters 101 , der aus dem ersten Metall bzw. der ersten Legierung A besteht, eine Seebeck-Spannung UA aus, die in linearer Näherung wie folgt ausgedrückt werden kann: Temperature of a conductor called. As a result of the Seebeck effect, a Seebeck voltage UA forms along the first conductor 101, which consists of the first metal or the first alloy A, which can be expressed in a linear approximation as follows:
U A = SA ' (Tmess ~ Tref ) wobei SA den Seebeck-Koeffizienten bezeichnet, der üblicherweise in Mikrovolt pro Kelvin angegeben wird. Durch den Seebeck-Koeffizienten SA wird die entlang eines Leiters anliegende Temperaturdifferenz in die an den Enden des Leiters auftretende Seebeck- Spannung UA umgesetzt. Für den zweiten Leiter 104, der aus dem zweiten Metall bzw. der zweiten Legierung B besteht, erhält man in linearer Näherung eine Seebeck-Spannung UB: UA = SA '(Tmeas T ~ re f) wherein SA represents the Seebeck coefficient, which is usually expressed in microvolts per Kelvin. By the Seebeck coefficient SA, the temperature difference across a conductor is converted into the Seebeck voltage U A appearing at the ends of the conductor. For the second conductor 104, which consists of the second metal or the second alloy B, one obtains in a linear approximation a Seebeck voltage U B :
Uß = Sß · (Tmess ~ Tref ) wobei SB den Seebeck-Koeffizienten des zweiten Metalls bzw. der zweiten Legierung B bezeichnet. Die am zweiten Leiter 104 auftretende Seebeck-Spannung UB ist VSS = SSS · (Tmeas ~ T ref) wherein S B denotes the Seebeck coefficient of the second metal or of the second alloy B. The Seebeck voltage U B occurring at the second conductor 104 is
entgegengesetzt gepolt zu der am ersten Leiter 101 auftretenden Seebeck-Spannung UA. Zwischen den Enden 106, 107 der beiden Leiter 101 , 104 liegt daher eine Spannung UTC an („tc" steht für„thermocouple"). Diese Spannung UTC entspricht der Differenz der oppositely poled to the Seebeck voltage UA occurring at the first conductor 101. Between the ends 106, 107 of the two conductors 101, 104 there is therefore a voltage U TC ("tc" stands for "thermocouple"). This voltage U TC corresponds to the difference of
Thermospannungen UA und UB der beteiligten Metalle bzw. Legierungen: utc = UB - UA = (SB - SA ) - (Tmess - Tref ) Thermoelectric voltages U A and U B of the metals or alloys involved: UTC = U B - U A = (S B - S A) - (T mess - T ref)
Die an der Vergleichsstelle 102 an den Enden 106, 107 abgreifbare Spannung UTC hängt also zum einen von der Differenz der Seebeck-Koeffizienten SA und SB und zum zweiten von der Temperaturdifferenz (Tmess - Tref) ab. Allerdings weisen auch die Seebeck-Koeffizienten SA
und SB eine gewisse Temperaturabhängigkeit auf. Zur Berücksichtigung der The voltage U TC which can be tapped off at the reference junction 102 at the ends 106, 107 thus depends on the one hand on the difference of the Seebeck coefficients SA and S B and on the second on the temperature difference (T mess -T ref ). However, the Seebeck coefficients also show SA and S B has a certain temperature dependence. To take into account the
Temperaturabhängigkeit der Seebeck-Koeffizienten SA(T) und SB(T) kann die an den Leitern 101 , 104 anliegende Spannung Ute mittels des folgenden Integrals bestimmt werden: Utc = jTi (SB (T) - SA (T)) dT Temperature dependence of the Seebeck coefficients S A (T) and S B (T), the voltage Ute applied to the conductors 101, 104 can be determined by means of the following integral: U tc = j Ti (S B (T) -S A (T )) dT
Der Zusammenhang zwischen Temperaturdifferenz und Thermospannung ist also nicht vollständig linear. In Abhängigkeit von der Materialpaarung sind mehr oder minder stark ausgeprägte Nichtlinearitäten vorhanden. The relationship between temperature difference and thermoelectric voltage is therefore not completely linear. Depending on the material pairing, more or less pronounced nonlinearities are present.
Zur Auswertung wird die Thermospannung Utc zwischen den Enden 106, 107 der beiden Leiter 101 und 104 gemessen. Hierzu ist in Fig. 1 ein Spannungsmessgerät 108 an die beiden Enden 106 und 107 des Thermoelements 100 angeschlossen. Diese For evaluation, the thermal voltage U tc between the ends 106, 107 of the two conductors 101 and 104 is measured. For this purpose, in FIG. 1, a voltage measuring device 108 is connected to the two ends 106 and 107 of the thermocouple 100. These
Thermospannung Utc ermöglicht einen Rückschluss auf die Temperaturdifferenz Tdiffi = (Tmess - Tref) zwischen der Messstelle 103 und der Vergleichsstelle 102. Um ausgehend von dieser Temperaturdifferenz die eigentlich interessierende Temperatur Tmess der Messstelle 103 bestimmen zu können, muss zusätzlich auch die Vergleichstemperatur Tref der Vergleichsstelle 102 bekannt sein. Diese Vergleichstemperatur Tref der Vergleichsstelle 102 wird häufig mittels eines weiteren Temperatursensors bestimmt, beispielsweise mittels eines Widerstandstemperatursensors oder RTD (Resistance Temperature Device). Thermoelectric voltage U tc allows a conclusion on the temperature difference T d i ff i = (T mess -T ref ) between the measuring point 103 and the reference junction 102. In order to determine from this temperature difference the actually interesting temperature T mess of the measuring point 103 must in addition, the comparison temperature T ref of the reference junction 102 may also be known. This comparison temperature T ref of the reference junction 102 is often determined by means of a further temperature sensor, for example by means of a resistance temperature sensor or RTD (Resistance Temperature Device).
Der Zusammenhang zwischen der entlang des Thermoelements 100 auftretenden The relationship between the occurring along the thermocouple 100
Temperaturdifferenz Tdiff1 = (Tmess - Tref) und der zugehörigen Thermospannung Utc an den beiden Enden 106, 107 wird mit Hilfe einer sogenannten Übertragungskennlinie Temperature difference T diff1 = (T mess - T ref ) and the associated thermal voltage U tc at the two ends 106, 107 is determined by means of a so-called transfer characteristic
beschrieben. In Fig. 2 ist ein Beispiel einer derartigen Übertragungslinie 200 für ein described. In Fig. 2 is an example of such a transmission line 200 for a
Thermoelement vom Typ K gezeigt. Bei einem Thermoelement vom Typ K wird die Type K thermocouple shown. For a type K thermocouple, the
Materialpaarung Nickel-Chrom / Nickel (NiCr-Ni) verwendet. Der erste Leiter 101 des Thermoelements 100 besteht also aus Nickel-Chrom, während der zweite Leiter 104 aus Nickel besteht. Derartige Thermoelemente vom Typ K sind in einem Temperaturbereich von ca. 0°C bis ca. 1 100°C einsetzbar. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Diagramm ist entlang derMaterial pairing nickel-chromium / nickel (NiCr-Ni) used. The first conductor 101 of the thermocouple 100 thus consists of nickel-chromium, while the second conductor 104 consists of nickel. Such thermocouples type K can be used in a temperature range of about 0 ° C to about 1 100 ° C. In the diagram shown in Fig. 2 is along the
Rechtsachse die am Thermoelement anliegende Temperaturdifferenz Tdiff1 aufgetragen, und entlang der Hochachse ist die am Thermoelement abgreifbare Thermospannung Utc aufgetragen. Anhand von Fig. 2 ist erkennbar, dass zwischen der Temperaturdifferenz Tdiffi und der zugehörigen Thermospannung Utc im Wesentlichen ein linearer Zusammenhang besteht, wobei beispielsweise an der Stelle 201 Abweichungen von dem linearen Right axis applied to the thermocouple temperature difference T diff1 , and along the vertical axis of the thermocouple tapped thermoelectric voltage U tc is applied. It can be seen from FIG. 2 that there is essentially a linear relationship between the temperature difference T d i ff i and the associated thermal voltage U tc , where, for example, deviations from the linear one occur at the point 201
Zusammenhang zu erkennen sind. Um innerhalb eines Messgeräts die an einem
Thermoelement anliegende Thermospannung Utc möglichst genau auswerten zu können, wird die Übertragungskennlinie 200 mittels eines Polynoms 6ten, 7ten oder noch höheren Grades möglichst exakt nachgebildet, um auf diese Weise ausgehend von der Context are to be recognized. To within a measuring device at a Thermocouple applied thermoelectric voltage U tc to be able to evaluate as accurately as possible, the transfer characteristic 200 by means of a polynomial 6th, 7th or even higher degree as closely as possible imitated in order in this way, starting from the
Thermospannung Utc eine möglichst genaue Bestimmung der Temperaturdifferenz Tdiffi zwischen der Messtemperatur Tmess an der Messstelle 103 und der Vergleichstemperatur Tre an der Vergleichsstelle 102 zu ermöglichen. Thermoelectric voltage U tc to allow the most accurate determination of the temperature difference T d i ff i between the measuring temperature T mess at the measuring point 103 and the reference temperature T re at the reference junction 102.
Um daraus die Temperatur Tmess der Messstelle zu berechnen, muss zusätzlich die In order to calculate the temperature T mess of the measuring point, the
Temperatur Tre der Vergleichsstelle bekannt sein. Diese Vergleichstemperatur Tre kann beispielsweise mittels eines zusätzlichen an der Vergleichsstelle 102 angebrachten Temperature T re the reference point be known. This comparison temperature T re can, for example, by means of an additional attached to the reference junction 102
Temperatursensors gemessen werden, beispielsweise mit Hilfe eines Temperature sensor can be measured, for example by means of a
Widerstandstemperatursensors (RTD, Resistance Temperatur Device). Die so ermittelte Vergleichstemperatur Tre kann dann mit Hilfe der in Fig. 2 gezeigten Übertragungskennlinie 200 in eine entsprechende Referenzspannung Uref umgesetzt werden. Dies ist in Fig. 2 durch die Pfeile 202 veranschaulicht. Die so erhaltene Referenzspannung Uref entspricht der Vergleichstemperatur Tref, die an der Vergleichsstelle 102 herrscht. Die Referenzspannung Uref ist in Fig. 2 durch den Doppelpfeil 203 dargestellt. Resistance temperature sensor (RTD, Resistance Temperature Device). The thus determined comparison temperature T re can then be converted into a corresponding reference voltage U re f with the aid of the transfer characteristic curve 200 shown in FIG. This is illustrated in FIG. 2 by the arrows 202. The reference voltage U re f thus obtained corresponds to the comparison temperature T re f which prevails at the reference junction 102. The reference voltage U re f is shown in Fig. 2 by the double arrow 203.
Als nächstes wird nun zu dieser Referenzspannung Uref die am Thermoelement abgreifbare Thermospannung Utc hinzu addiert, die durch den Doppelpfeil 204 dargestellt ist. Als Ergebnis erhält man die summierte Spannung (Uref + Utc), die als nächstes mit Hilfe der Übertragungskennlinie 200 wieder in eine zugehörige Temperatur zurückübersetzt wird. Dies ist in Fig. 2 durch die Pfeile 205 veranschaulicht. Da die Referenzspannung Utc der Next, the thermal voltage U tc which can be tapped off at the thermocouple is added to this reference voltage U re f, which is represented by the double arrow 204. As a result one obtains the summed voltage (U re f + U tc ), which is next translated back into an associated temperature with the aid of the transfer characteristic 200. This is illustrated in Fig. 2 by the arrows 205. Since the reference voltage U tc of
Vergleichstemperatur Tref entspricht und die Thermospannung Utc der Differenztemperatur Tdiffi = (Tmess - Tref), entspricht die summierte Spannung (Uref + Utc) der Messtemperatur Tmess an der Messstelle 103. Als Ergebnis der durch die Pfeile 205 dargestellten Umsetzung erhält man daher die gewünschte Messtemperatur Tmess- Für die in Fig. 2 gezeigte Comparison temperature T re f and the thermal voltage U tc of the differential temperature T di ffi = (T mess - Tref), the summed voltage (U re f + U tc ) corresponds to the measurement temperature T mess at the measuring point 103. As a result of the arrows 205 shown implementation therefore obtains the desired measurement temperature T mess - For those shown in Fig. 2
Vorgehensweise ist typisch, dass die Vergleichstemperatur Tref zuerst in eine entsprechende Referenzspannung Uref umgesetzt wird und dass die Temperaturauswertung auf eine Spannungsaddition zurückgeführt wird. The procedure is typically that the reference temperature T re f is first converted into a corresponding reference voltage U re f and that the temperature evaluation is attributed to a voltage addition.
Neben dem bereits beschriebenen Thermoelement vom Typ K existieren eine Vielzahl von weiteren standardisierten Thermoelementen, die üblicherweise mit Großbuchstaben bezeichnet werden. Aus diesen Typen von Thermoelementen kann der Anwender das für den jeweiligen Einsatzzweck geeignetste Thermoelement auswählen. Im Folgenden sind für
die gebräuchlichsten Typen von Thermoelementen die jeweiligen Materialpaarungen sowie die zugehörigen Temperaturbereiche aufgeführt: In addition to the type K thermocouple already described, there are a large number of other standardized thermocouples, which are usually referred to as capital letters. From these types of thermocouples, the user can select the most suitable thermocouple for the particular application. The following are for the most common types of thermocouples listed the respective material pairings and the associated temperature ranges:
• Typ K, Nickel-Chrom / Nickel (NiCr-Ni), Temperaturbereich 0-1 100°C; • Type K, nickel-chromium / nickel (NiCr-Ni), temperature range 0-1 100 ° C;
· Typ J, Eisen / Kupfer-Nickel (Fe-CuNi), Temperaturbereich 0-750°C; · Type J, iron / copper-nickel (Fe-CuNi), temperature range 0-750 ° C;
• Typ N, Nickel-Chrom-Silizium / Nickel-Silizium (NiCrSi-NiSi), Temperaturbereich 0- 1 100°C; • Type N, nickel-chromium-silicon / nickel-silicon (NiCrSi-NiSi), temperature range 0-100 ° C;
• Typ R, Platin 13 Rhenium / Platin (Pt13Rh-Pt), Temperaturbereich 0-1600°C; • Type R, platinum 13 rhenium / platinum (Pt13Rh-Pt), temperature range 0-1600 ° C;
• Typ S, Platin 10 Rhenium / Platin (Pt1 ORh-Pt), Temperaturbereich 0-1600°C; • Type S, platinum 10 rhenium / platinum (Pt1 ORh-Pt), temperature range 0-1600 ° C;
· Typ B, Platin 30 Rhenium / Platin 6 Rhenium (Pt30Rh-Pt6Rh), Temperaturbereich · Type B, platinum 30 rhenium / platinum 6 rhenium (Pt30Rh-Pt6Rh), temperature range
+200°C bis +1700°C; + 200 ° C to + 1700 ° C;
• Typ T, Kupfer / Kupfer-Nickel (Cu-CuNi), Temperaturbereich -185 bis +300°C; • Type T, copper / copper-nickel (Cu-CuNi), temperature range -185 to + 300 ° C;
• Typ E, Nickel-Chrom / Kupfer-Nickel (NiCr-CuNi), Temperaturbereich 0-800°C; • Type E, nickel-chromium / copper-nickel (NiCr-CuNi), temperature range 0-800 ° C;
• etc. • Etc.
Diese Auflistung ist nicht abschließend, es gibt noch eine Vielzahl anderer Thermoelemente. This list is not exhaustive, there are a variety of other thermocouples.
Bei Temperaturmessgeräten wird das Thermoelement oft über eine trennbare Verbindung, beispielsweise mittels Anschlussklemmen, mit der Auswerteelektronik verbunden. Dadurch können in Abhängigkeit vom Einsatzzweck unterschiedliche Thermoelemente an eine Auswerteelektronik angeschlossen werden. In temperature measuring devices, the thermocouple is often connected via a separable connection, for example by means of terminals, with the transmitter. As a result, different thermocouples can be connected to an evaluation depending on the purpose.
In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines derartigen Temperaturmessgeräts entsprechend dem Stand der Technik gezeigt. Das Temperaturmessgerät umfasst eine erste Anschlussklemme 300 sowie eine zweite Anschlussklemme 301 , an die ein Thermoelement 100 angeschlossen werden kann. Der erste Leiter 101 des Thermoelements 100 kann an der ersten In Fig. 3 is a block diagram of such a temperature measuring device according to the prior art. The temperature measuring device comprises a first connection terminal 300 and a second connection terminal 301, to which a thermocouple 100 can be connected. The first conductor 101 of the thermocouple 100 may be connected to the first
Anschlussklemme 300 festgeklemmt werden, und der zweite Leiter 104 kann an der zweiten Anschlussklemme 301 festgeklemmt werden. Die erste Anschlussklemme 300 ist über einen ersten Anschlusspin 302 und die zweite Anschlussklemme 301 ist über einen zweiten Anschlusspin 303 mit der Auswerteelektronik 304 verbunden. Die Auswerteelektronik 304 umfasst eine erste Messeinheit 305, die dazu ausgelegt ist, die an den beiden Anschlusspins 302, 303 abgreifbare Thermospannung Utc auszuwerten. Die ermittelte Thermospannung Utc wird anschließend der Verarbeitungseinheit 306 zugeführt. Zur Bestimmung der Messtemperatur Tmess an der Kontaktstelle 105 wird zusätzlich zu der an den Anschlusspins 302, 303 anliegenden Thermospannung Utc außerdem auch die
Vergleichstemperatur Tref an der Vergleichsstelle benötigt. Als Vergleichsstelle ist hier das Innere der beiden Anschlussklemmen 300, 301 zu sehen, denn dort erfolgt jeweils der Übergang zwischen dem jeweiligen Leiter 101 , 104 des Thermoelements 100 und dem zugehörigen Anschlusspin 302, 303 des Messgeräts. Zur korrekten Bestimmung der Messtemperatur Tmess müsste die Vergleichstemperatur Tref also innerhalb der beiden Anschlussklemmen 300, 301 bestimmt werden. Allerdings wäre die Anbringung eines zusätzlichen Temperatursensors innerhalb der Anschlussklemmen 300, 301 aufwändig und insofern auch kostspielig. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Temperaturmessgerät ist außerhalb der Anschlussklemmen 300, 301 ein Bezugstemperatursensor 307 angebracht, vorzugsweise an einer Position nahe an den Anschlussklemmen 300, 301 . Der Bezugstemperatursensor 307 kann zum Beispiel innerhalb des Gehäuses der Auswerteelektronik 304 in der Nähe der Anschlussklemmen 300, 301 angebracht sein. Beispielsweise kann der Bezugstemperatursensor 307 auf einer Platine der Auswerteelektronik in der Nähe der Anschlussklemmen 300, 301 angebracht sein. Dem Bezugstemperatursensor 307 ist eine zweite Messeinheit 308 zugeordnet, welche die vom Bezugstemperatursensor 307 bereitgestellte temperaturabhängige Größe Terminal 300 are clamped, and the second conductor 104 can be clamped to the second terminal 301. The first connection terminal 300 is connected via a first connection pin 302 and the second connection terminal 301 is connected to the evaluation electronics 304 via a second connection pin 303. The evaluation electronics 304 comprises a first measuring unit 305, which is designed to evaluate the tapped at the two connection pins 302, 303 thermoelectric voltage U tc . The determined thermal voltage U tc is then supplied to the processing unit 306. For determining the measuring temperature T mess at the contact point 105, in addition to the voltage applied to the connection pins 302, 303 thermoelectric voltage U tc also the Comparison temperature T ref required at the reference junction. As a reference point, the interior of the two terminals 300, 301 can be seen here, because there takes place in each case the transition between the respective conductor 101, 104 of the thermocouple 100 and the associated connection pin 302, 303 of the measuring device. For the correct determination of the measurement temperature T mess, the comparison temperature T ref would therefore have to be determined within the two connection terminals 300, 301. However, the attachment of an additional temperature sensor within the terminals 300, 301 would be costly and thus expensive. In the temperature measuring apparatus shown in FIG. 3, outside of the terminals 300, 301, a reference temperature sensor 307 is mounted, preferably at a position close to the terminals 300, 301. For example, the reference temperature sensor 307 may be mounted within the housing of the transmitter 304 proximate the terminals 300, 301. For example, the reference temperature sensor 307 may be mounted on a board of the transmitter near the terminals 300, 301. The reference temperature sensor 307 is assigned a second measuring unit 308, which determines the temperature-dependent variable provided by the reference temperature sensor 307
(beispielsweise den Widerstand) in eine zugehörige Bezugstemperatur T ezug umsetzt. Die zweite Messeinheit 308 stellt diese Bezugstemperatur TbeZug der Verarbeitungseinheit 306 zur Verfügung. (For example, the resistance) in an associated reference temperature T ezug converts. The second measuring unit 308 provides this reference temperature T beZ ug the processing unit 306.
Dieses Vorgehen bringt jedoch Nachteile mit sich, denn der Bezugstemperatursensor 307 ermittelt eine Bezugstemperatur TbeZug, die sich mehr oder weniger stark von der eigentlichen Vergleichstemperatur Tref innerhalb der Anschlussklemmen 300, 301 unterscheidet. Diese Temperaturdifferenz zwischen der gemessenen Bezugstemperatur Tbezug und der tatsächlichen Vergleichstemperatur Tref am Ort der Anschlussklemmen 300, 301 geht als Fehler in die Messung der Messtemperatur Tmess ein. However, this approach has disadvantages, because the reference temperature sensor 307 determines a reference temperature T beZ ug, which differs more or less strongly from the actual reference temperature T ref within the terminals 300, 301. This temperature difference between the measured reference temperature T reference and the actual reference temperature T ref at the location of the terminals 300, 301 enters as an error in the measurement of the measurement temperature T mess .
Dieser Temperaturunterschied zwischen der Bezugstemperatur T ezug am Ort des This temperature difference between the reference temperature T ezug at the place of
Bezugstemperatursensors 307 und der eigentlichen Vergleichstemperatur Tref innerhalb derReference temperature sensor 307 and the actual reference temperature T ref within the
Anschlussklemmen 300, 301 wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Eine Rolle spielt beispielsweise die Eigenerwärmung der Auswerteelektronik 304 während des laufenden Betriebs. Darüber hinaus hängt die vom Bezugstemperatursensor 307 gemessene Terminals 300, 301 are influenced by various factors. A role, for example, plays the self-heating of the evaluation 304 during operation. In addition, that measured by the reference temperature sensor 307 depends
Temperatur auch vom Wärmeeintrag durch benachbarte Geräte ab. Infolge der Temperature also from the heat input by neighboring devices. As a result of
Wärmeabgabe von Nachbargeräten kann es zu einer zusätzlichen Aufwärmung des Heat emission from neighboring devices can lead to an additional warming of the
Bezugstemperatursensors 307 kommen. Weitere zu berücksichtigende Einflussfaktoren sind
die Lage der Anschlussklemmen 300, 301 sowie die thermische Kopplung zwischen den Anschlussklemmen 300, 301 und dem Bezugstemperatursensor 307. Insgesamt kann die Temperaturdifferenz Tdiff2 zwischen der vom Bezugstemperatursensor 307 gemessenen Bezugstemperatur TbeZug und der am Ort der Anschlussklemmen 300, 301 herrschenden Vergleichstemperatur Tref bis zu einige Grad Celsius betragen und somit einen erheblichen Messfehler erzeugen. Infolge der ungenauen Bestimmung der Vergleichstemperatur Tref ist dann auch die Messtemperatur Tmess mit einer Messungenauigkeit von einigen Grad Celsius behaftet, was für viele Messungen inakzeptabel ist. Wenn man diesen durch die ungenaue Bestimmung der Vergleichstemperatur Tref verursachten Messfehler nicht in Kauf nehmen möchte, müsste man den Reference temperature sensor 307 come. Other influential factors to consider are Overall, the temperature difference T d iff2 between the measured by the reference temperature sensor 307 reference temperature T beZ ug and the prevailing at the location of the terminals 300, 301 comparison temperature can be the thermal coupling between the terminals 300, 301 and the reference temperature sensor 307 T ref up to a few degrees Celsius and thus generate a significant measurement error. As a result of the inaccurate determination of the comparison temperature T ref , the measurement temperature T mess is then also subject to a measurement inaccuracy of a few degrees Celsius, which is unacceptable for many measurements. If one does not want to accept this measurement error caused by the inaccurate determination of the reference temperature T ref , one would have to use the
Bezugstemperatursensor 307 in die Anschlussklemmen 300, 301 einbauen. Dies würde aber bedeuten, dass man keine Standard-Anschlussklemmen mehr verwenden könnte, sondern teure Sonderanfertigungen verwenden müsste. Ein weiterer Ansatz zur Verringerung des vom Bezugstemperatursensor 307 verursachten Messfehlers wäre es, die Größe dieses Messfehlers rechnerisch aus den Betriebsparametern zu bestimmen und dann rechnerisch zu kompensieren. Hier ist jedoch zu beachten, dass die in Fig. 3 gezeigte Auswerteelektronik 304 in einer Vielzahl von höchst unterschiedlichen Einsatzszenarien verwendet wird. Install reference temperature sensor 307 in terminals 300, 301. However, this would mean that you could no longer use standard terminals, but would have to use expensive custom-made. Another approach to reducing the measurement error caused by the reference temperature sensor 307 would be to computationally determine the magnitude of this measurement error from the operating parameters and then computationally compensate. However, it should be noted here that the evaluation electronics 304 shown in FIG. 3 is used in a multiplicity of very different application scenarios.
Temperaturmessgeräte sind in einer Vielzahl von unterschiedlichen Gehäusevarianten erhältlich, beispielsweise als Kopftransmitter, in einem DIN-Railgehäuse oder in einem runden Metallgehäuse, das auch als„Feldgehäuse" bezeichnet wird. Je nach Temperature gauges are available in a variety of different housing designs, such as head transmitters, DIN rail housings or round metal enclosures, also referred to as "field enclosures"
Ausführungsvariante und Gehäusetyp unterscheidet sich beispielsweise auch die thermische Kopplung zu Nachbargeräten. Eine rechnerische Kompensation der Temperaturdifferenz zwischen TbeZug und Tref ist daher eher wenig erfolgversprechend. Design variant and housing type differs, for example, the thermal coupling to neighboring devices. A computational compensation of the temperature difference between T be ug and T re f is therefore rather unsuccessful.
Zur Ermittlung der Temperaturdifferenz zwischen der vom Bezugstemperatursensor 307 erfassten Bezugstemperatur TbeZug und der eigentlichen Vergleichstemperatur Tref wird vorgeschlagen, diese zweite Temperaturdifferenz Τά^2 = (Tref - TbeZug) mit Hilfe eines zusätzlichen zweiten Thermoelements zu erfassen, das ohne großen baulichen In order to determine the temperature difference between the reference temperature T beg detected by the reference temperature sensor 307 and the actual reference temperature T re f, it is proposed to detect this second temperature difference Τ ά ^ 2 = (T re f -T T ug) by means of an additional second thermocouple. that without great structural
Mehraufwand in eine der Anschlussklemmen 300, 301 integriert werden kann. Eine entsprechende schaltungstechnische Lösung ist in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4 sind Extra expense in one of the terminals 300, 301 can be integrated. A corresponding circuitry solution is shown in Fig. 4. In Fig. 4 are
Merkmale, die gleich oder ähnlich zu den bereits in Fig. 3 gezeigten Merkmalen sind, mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 3 versehen, so dass nachfolgend in erster Linie auf die Unterschiede eingegangen wird und im Übrigen auf die Beschreibung von Fig. 3 Bezug genommen wird.
Das in Fig. 4 gezeigte Temperaturmessgerät weist zwei Anschlussklemmen 300, 400 auf, an die ein Thermoelement 100 angeschlossen werden kann. Hierzu wird der erste Leiter 101 des Thermoelements 100 in der ersten Anschlussklemme 300 festgeklemmt, und der zweite Leiter 104 wird in der zweiten Anschlussklemme 400 festgeklemmt. Über den ersten Features that are the same or similar to the features already shown in Fig. 3, with the same reference numerals as in Fig. 3, so that will be discussed primarily in the first place on the differences and otherwise referred to the description of FIG. 3 reference becomes. The temperature measuring device shown in Fig. 4 has two terminals 300, 400, to which a thermocouple 100 can be connected. For this purpose, the first conductor 101 of the thermocouple 100 is clamped in the first terminal 300, and the second conductor 104 is clamped in the second terminal 400. About the first
Anschlusspin 302 und den zweiten Anschlusspin 303 sind die beiden Anschlussklemmen 300, 400 mit einer Auswerteelektronik 401 elektrisch verbunden. Zwischen den beiden Anschlusspins 302 und 303 liegt die vom Thermoelement 100 gelieferte Thermospannung Ute an, die von der Temperaturdifferenz zwischen der Messtemperatur Tmess an der Terminal pin 302 and the second terminal pin 303, the two terminals 300, 400 are electrically connected to a transmitter 401. Between the two connection pins 302 and 303 is supplied by the thermocouple 100 thermoelectric voltage Ute, on the temperature difference between the measuring temperature T mess on the
Kontaktstelle 105 und der Vergleichstemperatur Tref innerhalb der Anschlussklemmen 300, 400 bestimmt wird. Diese an den Anschlusspins 302, 303 anliegende Thermospannung Utc wird durch die erste Messeinheit 305 ausgewertet, und das Ergebnis wird der Contact point 105 and the reference temperature T ref within the terminals 300, 400 is determined. This thermal voltage U tc applied to the connection pins 302, 303 is evaluated by the first measuring unit 305, and the result becomes
Verarbeitungseinheit 402 zugeführt. Processing unit 402 supplied.
Außerdem umfasst die Auswerteelektronik den Bezugstemperatursensor 307, der dazu ausgelegt ist, eine Bezugstemperatur TbeZug zu bestimmen. Der Bezugstemperatursensor 307 ist außerhalb der beiden Anschlussklemmen 300, 400 angeordnet, vorzugsweise an einer Position nahe an den Anschlussklemmen 300, 400. Der Bezugstemperatursensor 307 kann zum Beispiel innerhalb des Gehäuses der Auswerteelektronik 401 in der Nähe der Anschlussklemmen 300, 400 angebracht sein. Beispielsweise kann der In addition, the transmitter includes the reference temperature sensor 307, which is configured to determine a reference temperature T beZ ug. The reference temperature sensor 307 is disposed outside the two terminals 300, 400, preferably at a position close to the terminals 300, 400. The reference temperature sensor 307 may be mounted within the housing of the transmitter 401 near the terminals 300, 400, for example. For example, the
Bezugstemperatursensor 307 auf einer Platine der Auswerteelektronik in der Nähe derReference temperature sensor 307 on an evaluation board near the
Anschlussklemmen 300, 400 angebracht sein. Bei dem Bezugstemperatursensor 307 kann es sich beispielsweise um einen Widerstandstemperatursensor handeln (RTD, Resistance Temperature Device). Dem Bezugstemperatursensor 307 ist die zweite Messeinheit 308 zugeordnet, welche die vom Bezugstemperatursensor 307 bereitgestellte Terminals 300, 400 attached. The reference temperature sensor 307 may, for example, be a resistance temperature sensor (RTD). The reference temperature sensor 307 is associated with the second measuring unit 308, which provides the information provided by the reference temperature sensor 307
temperaturabhängige Größe (beispielsweise den Widerstand) in die zugehörige Temperature-dependent variable (for example, the resistance) in the associated
Bezugstemperatur T ezug umsetzt und diese Bezugstemperatur der Verarbeitungseinheit 402 zur Verfügung stellt. Reference temperature T ezug converts and this reference temperature of the processing unit 402 provides.
Je nach Position des Bezugstemperatursensors 307 unterscheidet sich die gemessene Bezugstemperatur T ezug mehr oder minder stark von der innerhalb der AnschlussklemmenDepending on the position of the reference temperature sensor 307, the measured reference temperature T Zug more or less differs from that within the terminals
300, 400 herrschenden Vergleichstemperatur Tref, die man eigentlich zur Bestimmung der Messtemperatur Tmess verwenden müsste, die aber messtechnisch schwer zugänglich ist, weil man dazu die Temperatur im Inneren der Anschlussklemmen 300, 400 erfassen müsste. Zur Bestimmung der Temperaturdifferenz Tdiff2 = (Tref - TbeZug) zwischen der Temperatur am Ort des Bezugstemperatursensors 307 und der Temperatur im Inneren der
Anschlussklemme ist bei der in Fig. 4 gezeigten Lösung im Inneren der zweiten 300, 400 prevailing reference temperature T re f, which would actually have to use to determine the measurement temperature T mess , but the metrology is difficult to access, because you would need to detect the temperature inside the terminals 300, 400. For determining the temperature difference T d iff2 = (T re f - T beZ ug) between the temperature at the location of the reference temperature sensor 307 and the temperature inside the Terminal is in the solution shown in Fig. 4 in the interior of the second
Anschlussklemme 400 am zweiten Anschlusspin 303 eine zusätzliche VerbindungsleitungTerminal 400 at the second terminal pin 303 an additional connecting line
403 angebracht. Die zusätzliche Verbindungsleitung 403 ist an einer Verbindungsstelle 404 mit dem zweiten Anschlusspin 303 elektrisch verbunden. Das Material dieser zusätzlichen Verbindungsleitung 403 unterscheidet sich vom Material des zweiten Anschlusspins 303, so dass der zweite Anschlusspin 303 zusammen mit der zusätzlichen Verbindungsleitung 403 als zweites Thermoelement 405 wirkt. Die beiden Materialien sind an der Verbindungsstelle403 attached. The additional connection line 403 is electrically connected at a connection point 404 to the second connection pin 303. The material of this additional connection line 403 differs from the material of the second connection pin 303, so that the second connection pin 303 together with the additional connection line 403 acts as a second thermocouple 405. The two materials are at the junction
404 elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise kann die zusätzliche 404 electrically connected. For example, the additional
Verbindungsleitung 403 am zweiten Anschlusspin 303 angelötet oder angeschweißt sein. Connecting lead 403 may be soldered or welded to the second terminal pin 303.
Die zusätzliche Verbindungsleitung 403 wird vorzugsweise in Form eines dritten The additional connection line 403 is preferably in the form of a third
Anschlusspins 406 aus der zweiten Anschlussklemme 400 herausgeführt. Dabei bestehen die zusätzliche Verbindungsleitung 403 und der dritte Anschlusspin 406 aus demselben Material. Da sich das Material des zweiten Anschlusspins 303 vom Material der zusätzlichen Verbindungsleitung 403 und des dritten Anschlusspins 406 unterscheidet, bildet der zweite Anschlusspin 303 zusammen mit der zusätzlichen Verbindungsleitung 403 und Connection pins 406 led out of the second terminal 400. In this case, the additional connection line 403 and the third connection pin 406 are made of the same material. Since the material of the second connection pin 303 differs from the material of the additional connection line 403 and the third connection pin 406, the second connection pin 303 forms together with the additional connection line 403 and
gegebenenfalls dem dritten Anschlusspin 406 das zweite Thermoelement 405. optionally, the third terminal pin 406, the second thermocouple 405th
Dieses zweite Thermoelement 405 ist dazu ausgelegt, eine Temperaturdifferenz Tdiff2 zwischen der Temperatur am Ort des Bezugstemperatursensors 307 und der Temperatur im Inneren der zweiten Anschlussklemme 400 zu messen. Wenn sich die Temperatur T ezug am Ort des Bezugstemperatursensors 307 von der Vergleichstemperatur Tref im Inneren der zweiten Anschlussklemme 400 unterscheidet, dann entsteht zwischen den Anschlusspins 303 und 406 eine Thermospannung UtC2, die von dieser zweiten Temperaturdifferenz Tdiff2 = (Tre - T ezug) abhängt. Mit Hilfe dieses zweiten Thermoelements 405 kann also die zweite Temperaturdifferenz Tdiff2 zwischen der Temperatur im Inneren der zweiten This second thermocouple 405 is configured to measure a temperature difference T d iff2 between the temperature at the location of the reference temperature sensor 307 and the temperature inside the second terminal 400. When the temperature T ezug at the location of the reference temperature sensor 307 of the reference temperature T ref inside the second connection terminal 400 is different, then is formed between the connection pins 303 and 406, a thermal voltage U tC 2, = of this second temperature differential T d IFF2 (T re - T deduction ) depends. With the help of this second thermocouple 405 so can the second temperature difference T diff2 between the temperature in the interior of the second
Anschlussklemme 400 und der Temperatur am Ort des Bezugstemperatursensors 307 exakt gemessen werden. Dazu sind die beiden Anschlusspins 303, 406 mit einer dritten Terminal 400 and the temperature at the location of the reference temperature sensor 307 are measured accurately. For this purpose, the two connection pins 303, 406 with a third
Messeinheit 407 verbunden, die dazu ausgelegt ist, die zwischen den beiden Anschlusspins 303, 406 abgreifbare Thermospannung UtC2 auszuwerten und der Verarbeitungseinheit 402 zuzuführen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Enden der beiden Anschlusspins 303, 406 in unmittelbarer Nähe des Bezugstemperatursensors 307 angeordnet sein sollen, damit die vom Bezugstemperatursensor 307 gemessene Bezugstemperatur Tbezug genau der Measuring unit 407 is connected, which is designed to evaluate the tapped between the two connection pins 303, 406 thermo voltage U tC 2 and the processing unit 402 supply. It is important to ensure that the ends of the two connection pins 303 are to be arranged in the immediate vicinity of the reference temperature sensor 307 406 so that the temperature measured by the reference temperature sensor 307 reference temperature T respect exactly the
Temperatur an den Enden der beiden Anschlusspins 303, 406 entspricht und der Temperature at the ends of the two connection pins 303, 406 corresponds and the
Bezugstemperatursensor 307 somit die Vergleichstemperatur für das zweite ThermoelementReference temperature sensor 307 thus the comparison temperature for the second thermocouple
405 erfasst.
Ausgehend von der vom Bezugstemperatursensor 307 erfassten Bezugstemperatur T ezug und der am zweiten Thermoelement 405 anliegenden Thermospannung UtC2 kann mittels der Übertragungskennlinie des zweiten Thermoelements 405 die Temperatur im Inneren der zweiten Anschlussklemme 400 bestimmt werden. Auf diese Weise erhält man die tatsächliche Vergleichstemperatur Tre im Inneren der zweiten Anschlussklemme 400. 405 recorded. Based on the reference temperature T detected by the reference temperature sensor 307 and the thermal voltage U tC 2 applied to the second thermocouple 405, the temperature inside the second terminal 400 can be determined by means of the transfer characteristic of the second thermocouple 405. In this way, one obtains the actual reference temperature T re inside the second terminal 400.
In einem zweiten Schritt wird dann ausgehend von der so ermittelten Vergleichstemperatur Tref und der am ersten Thermoelement 100 anliegenden Thermospannung Utci mittels der Übertragungskennlinie des ersten Thermoelements 100 die Temperatur Tmess an der Messstelle bestimmt. In a second step, the temperature T mess at the measuring point is determined on the basis of the thus determined comparison temperature T re f and the voltage applied to the first thermocouple 100 thermoelectric voltage U tc i by means of the transfer characteristic of the first thermocouple 100.
Insgesamt kann man also mittels einer zweistufigen Auswertung aus der Bezugstemperatur Tbezug, der vom zweiten Thermoelement 405 gelieferten zweiten Thermospannung UtC2 und der vom ersten Thermoelement 100 gelieferten ersten Thermospannung Utci die Altogether one can thus by means of a two-stage evaluation of the reference temperature Tbezug, supplied by the second thermocouple 405 second thermoelectric voltage U tC 2 and the first thermoelement 100 supplied by the first thermal voltage U tc i the
Messtemperatur Tmess an der Kontaktstelle 105 bestimmen. Determine the measurement temperature T mess at the contact point 105.
Der Vorteil der in Fig. 4 gezeigten Schaltung ist, dass sich das zweite Thermoelement 405 ohne nennenswerten zusätzlichen baulichen Mehraufwand realisieren lässt. Es ist lediglich erforderlich, am bereits vorhandenen zweiten Anschlusspin 303 eine zusätzliche The advantage of the circuit shown in FIG. 4 is that the second thermocouple 405 can be realized without significant additional construction costs. It is only necessary, at the existing second terminal pin 303 an additional
Verbindungsleitung 403 anzubringen, die aus einem anderen Material als der zweiteConnecting line 403 to be made of a different material than the second
Anschlusspin 303 besteht. Diese zusätzliche Verbindungsleitung 403 wird dann mittels eines dritten Anschlusspins 406 aus der zweiten Anschlussklemme 400 herausgeführt. Dieser dritte Anschlusspin 406 kann mit der zusätzlichen Verbindungsleitung 403 einstückig ausgebildet sein, der dritte Anschlusspin 406 kann aber auch als separater Anschlusspin ausgebildet werden, der mit der zusätzlichen Verbindungsleitung 403 elektrisch verbunden ist. Das so gebildete zweite Thermoelement 405 ist dazu geeignet, die benötigte Connection pin 303 exists. This additional connection line 403 is then led out of the second connection terminal 400 by means of a third connection pin 406. This third connection pin 406 may be integrally formed with the additional connection line 403, but the third connection pin 406 may also be formed as a separate connection pin, which is electrically connected to the additional connection line 403. The second thermocouple 405 thus formed is suitable for the required
Temperaturdifferenz zwischen der Vergleichstemperatur Tref und der außerhalb der zweiten Anschlussklemme 400 gemessenen Bezugstemperatur TbeZug exakt zu bestimmen. Wegen seiner Einfachheit kann das in Fig. 4 gezeigte zweite Thermoelement 405 problemlos in unterschiedliche Typen von Anschlussklemmen integriert werden. Temperaturtransmitter sind in der Regel in einer Vielzahl von unterschiedlichen Gehäusevarianten erhältlich. Temperature difference between the reference temperature T re f and measured outside the second terminal 400 reference temperature T beZ ug to determine exactly. Because of its simplicity, the second thermocouple 405 shown in Fig. 4 can be easily integrated into different types of terminals. Temperature transmitters are usually available in a variety of different housing variants.
Beispielsweise kann ein Temperaturtransmitter als sogenannter Kopftransmitter realisiert werden und in ein scheibenförmiges Gehäuse von ca. 4 cm Durchmesser eingebaut werden. Bei einem Kopftransmitter sind die Anschlussklemmen von außen zugänglich. For example, a temperature transmitter can be realized as a so-called head transmitter and installed in a disk-shaped housing of about 4 cm in diameter. With a head transmitter, the terminals are accessible from the outside.
Beispielsweise können die Anschlussklemmen in das Gehäuse integriert ausgebildet sein.
Darüber hinaus werden Temperaturtransmitter angeboten, die in ein DIN-Rail-Gehäuse eingebaut sind, das zur Montage an einer Hutschiene ausgelegt ist. Bei derartigen DIN-Rail- Gehäusen sind die Anschlussklemmen für ein Thermoelement in Form einer Stiftwanne ausgebildet. Auch in eine derartige Stiftwanne lässt sich ein zusätzliches zweites For example, the terminals can be formed integrated into the housing. In addition, temperature transmitters are offered, which are installed in a DIN rail housing, which is designed for mounting on a DIN rail. In such DIN rail housings, the terminals for a thermocouple in the form of a pin tray are formed. Even in such a pin tray can be an additional second
Thermoelement 405 einbringen. Eine weitere Gehäusevariante für Thermotransmitter ist ein rundes Feldgehäuse mit einem Gehäusedurchmesser von ca. 10 cm, das häufig als zweiteiliges explosionsgeschütztes Gehäuse ausgebildet ist. Bei diesem Gehäusetyp ist ein separater Anschlussraum vorgesehen, in dem die Anschlussklemmen angeordnet sind. Bei all den genannten Gehäusevarianten können die Anschlussklemmen so modifiziert werden, dass das benötigte zweite Thermoelement 405 in der Anschlussklemme ausgebildet wird. Insert thermocouple 405. Another housing variant for thermotransmitters is a round field housing with a housing diameter of about 10 cm, which is often designed as a two-part explosion-proof housing. In this type of housing, a separate connection space is provided, in which the terminals are arranged. In all the housing variants mentioned, the connection terminals can be modified such that the required second thermocouple 405 is formed in the connection terminal.
Die Materialien des ersten Anschlusspins 302 und des zweiten Anschlusspins 303 einerseits und der zusätzlichen Verbindungsleitung 403 und des dritten Anschlusspins 406 The materials of the first connection pin 302 and the second connection pin 303 on the one hand and the additional connection line 403 and the third connection pin 406
andererseits müssen so gewählt werden, dass sich ein für Messungen bei on the other hand, must be chosen so that one for measurements at
Betriebstemperatur geeignetes Thermoelement ergibt. Darüber hinaus müssen die Operating temperature suitable thermocouple results. In addition, the
Materialien so gewählt sein, dass sich die zweite Anschlussklemme 400 ohne Probleme fertigen lässt. Die Anschlusspins 302, 303 können beispielsweise aus Kupfer bestehen. In diesem Fall wird ein zweites Material benötigt, das zusammen mit Kupfer ein geeignetes Thermoelement bildet, wobei hier beispielsweise Konstantan in Frage käme. Man könnte also beispielsweise den ersten Anschlusspin 302 und den zweiten Anschlusspin 303 aus Kupfer herstellen und die zusätzliche Verbindungsleitung 403 und den dritten Anschlusspin 406 aus Konstantan fertigen. Auf diese Weise wird ein Thermoelement vom Typ T (Kupfer / Kupfer-Nickel) gebildet. Dies ist jedoch nur als Beispiel gedacht. Als zweites Thermoelement 405 könnte z. B. auch ein Thermoelement vom Typ J (Eisen / Kupfer-Nickel), vom Typ K (Nickel-Chrom / Nickel) oder vom Typ E (Nickel-Chrom / Kupfer-Nickel) verwendet werden. Letztendlich kann für das zweite Thermoelement 405 jedwelche Materialpaarung verwendet werden, mit der sich Temperaturdifferenzen bei Betriebstemperatur sinnvoll messen lassen. Materials should be chosen so that the second terminal 400 can be finished without problems. The connection pins 302, 303 may be made of copper, for example. In this case, a second material is needed, which forms a suitable thermocouple together with copper, for example, here Konstantan in question. For example, it would be possible to produce the first connection pin 302 and the second connection pin 303 from copper and manufacture the additional connection line 403 and the third connection pin 406 from constantan. In this way, a thermocouple of type T (copper / copper-nickel) is formed. This is only meant as an example. As a second thermocouple 405 z. B. also a thermocouple type J (iron / copper-nickel), type K (nickel-chromium / nickel) or type E (nickel-chromium / copper-nickel) can be used. Finally, for the second thermocouple 405 any material pairing can be used, with which temperature differences at the operating temperature can be meaningfully measured.
Zur Erfüllung unterschiedlicher Messaufgaben können an die Anschlussklemmen 300, 400 des in Fig. 4 gezeigten Temperaturmessgeräts unterschiedliche Thermoelemente 100 mit unterschiedlichen Materialpaarungen angeschlossen werden. In der Regel ist daher davon auszugehen, dass die Materialpaarung des ersten Thermoelements 100 nicht mit der Materialpaarung des zweiten Thermoelements 405 übereinstimmt. Daher wird zur To fulfill different measuring tasks, different thermocouples 100 with different material pairings can be connected to the connection terminals 300, 400 of the temperature measuring device shown in FIG. 4. In general, therefore, it can be assumed that the material pairing of the first thermocouple 100 does not match the material pairing of the second thermocouple 405. Therefore, the
Übersetzung der am ersten Thermoelement 100 anliegenden Thermospannung Utc in eine entsprechende erste Temperaturdifferenz Tdiffi eine erste Übertragungskennlinie benötigt, die zur Materialpaarung des ersten Thermoelements 100 passt. Zur Umsetzung der am
zweiten Thermoelement 405 anliegenden Thermospannung UtC2 wird dagegen eine Translation of the voltage applied to the first thermocouple 100 thermoelectric voltage U tc in a corresponding first temperature difference T d i ff i requires a first transfer characteristic that fits the material pairing of the first thermocouple 100. To implement the am second thermocouple 405 applied thermoelectric voltage U tC 2, however, a
Übertragungskennlinie benötigt, die zur Materialpaarung des zweiten Thermoelements 405 passt. Für jedes der beiden Thermoelemente 100, 405 wird also in der Regel jeweils eine separate Übertragungskennlinie benötigt. Dabei wird für das zweite Thermoelement 405 stets dieselbe Übertragungskennlinie verwendet. Transfer characteristic that matches the material pairing of the second thermocouple 405 is needed. For each of the two thermocouples 100, 405, a separate transfer characteristic is therefore generally required in each case. In this case, the same transfer characteristic is always used for the second thermocouple 405.
Die verschiedenen Temperaturen, die bei dem in Fig. 4 gezeigten Temperaturmessgerät auftreten, sind in Fig. 5 nochmals im Überblick dargestellt. In Fig. 5 ist die Bezugstemperatur T ezug zu erkennen, die am Ort des Bezugstemperatursensors 307 außerhalb der The various temperatures that occur in the temperature measuring device shown in Fig. 4, are shown in Fig. 5 again in overview. FIG. 5 shows the reference temperature T.sub.zug , which is at the location of the reference temperature sensor 307 outside of
Anschlussklemmen 300, 400 vom Bezugstemperatursensor 307 ermittelt wird. Darüber hinaus ist die Vergleichstemperatur Tref eingezeichnet, die innerhalb der Anschlussklemmen 300, 400 herrscht und die als Vergleichstemperatur für das erste Thermoelement 100 dient. Außerdem ist die Messtemperatur Tmess an der Spitze des ersten Thermoelements 100 eingezeichnet, die mittels der Temperaturmessung bestimmt werden soll. Terminals 300, 400 is determined by the reference temperature sensor 307. In addition, the comparison temperature T re f is shown, which prevails within the connection terminals 300, 400 and which serves as a comparison temperature for the first thermocouple 100. In addition, the measurement temperature T mess at the tip of the first thermocouple 100 is located, which is to be determined by means of the temperature measurement.
In Fig. 5 ist die erste Temperaturdifferenz Tdiffi = Tmess - Tref einzeichnet, die mit Hilfe des ersten Thermoelements 100 erfasst wird. Außerdem ist die zweite Temperaturdifferenz Tdiff2 = Tre - T ezug eingezeichnet, die mittels des zweiten Thermoelements 405 erfasst wird. Die Bestimmung der Messtemperatur Tmess kann beispielsweise folgendermaßen durchgeführt werden: In FIG. 5, the first temperature difference T d = T IFFI measured - T re f inscribes detected by the first thermocouple element 100. In addition, the second temperature difference T diff2 = T re -T Zzug is drawn, which is detected by means of the second thermocouple 405. The determination of the measurement temperature T mess can be carried out, for example, as follows:
Zuerst wird die vom Bezugstemperatursensor 307 gelieferte Bezugstemperatur TbeZug mit Hilfe der zum zweiten Thermoelement 405 gehörigen Übertragungskennlinie in eine zugehörige Bezugsspannung Ubezug umgesetzt. Zu dieser Bezugsspannung UbeZug wird dann die am zweiten Thermoelement 405 gelieferte Messspannung UtC2 addiert. Die so erhaltene summierte Spannung UbeZug + UtC2 wird mittels der zum zweiten Thermoelement 405 gehörigen Übertragungskennlinie in eine Temperatur übersetzt, und als Ergebnis erhält man die Vergleichstemperatur Tref. Mit Hilfe der vom zweiten Thermoelement 405 gelieferten Messspannung UtC2 kann man also von der Bezugstemperatur Tbezug ausgehend die Vergleichstemperatur Tref sehr genau bestimmen. First, the reference temperature T beZg supplied from the reference temperature sensor 307 is converted into an associated reference voltage U be train by means of the transfer characteristic associated with the second thermocouple 405. The measuring voltage U tC 2 supplied to the second thermocouple 405 is then added to this reference voltage U beZ . The summed voltage U beZμg + U tC 2 thus obtained is translated into a temperature by means of the transfer characteristic associated with the second thermocouple 405, and as a result, the comparison temperature T ref is obtained . With the aid of the measuring voltage U tC 2 supplied by the second thermocouple 405, it is thus possible to determine the reference temperature T re f very accurately from the reference temperature T reference .
Mit dieser Vergleichstemperatur Tref geht man nun in die Übertragungskennlinie zum ersten Thermoelement 100 und übersetzt die Vergleichstemperatur Tref mittels dieser Kennlinie in eine zugehörige Vergleichsspannung Uref. Zu dieser Vergleichsspannung Uref wird dann die vom ersten Thermoelement 100 gelieferte Messspannung Utc addiert, und als Ergebnis
erhält man die summierte Spannung Uref + Utc- Diese summierte Spannung Uref + Um wandelt man mittels der Übertragungskennlinie in eine zugehörige Temperatur um und erhält so die Messtemperatur Tmess- Auf diese Weise kann ausgehend von der mit hoher Genauigkeit bestimmten Vergleichstemperatur Tref die Messtemperatur Tmess bestimmt werden.
With this reference temperature T ref , one now goes into the transfer characteristic to the first thermocouple 100 and translates the comparison temperature T ref by means of this characteristic into an associated reference voltage U re f. The measuring voltage U tc supplied by the first thermoelement 100 is then added to this comparison voltage U re f, and as a result If one obtains the summed voltage U ref + U tc - This summed voltage U ref + Um is converted by means of the transfer characteristic into an associated temperature and thus obtains the measurement temperature T mess - In this way, starting from the high-precision comparison temperature T ref the measurement temperature T mess are determined.