RU2521726C1 - Резистивный датчик температуры - Google Patents

Резистивный датчик температуры Download PDF

Info

Publication number
RU2521726C1
RU2521726C1 RU2013102868/28A RU2013102868A RU2521726C1 RU 2521726 C1 RU2521726 C1 RU 2521726C1 RU 2013102868/28 A RU2013102868/28 A RU 2013102868/28A RU 2013102868 A RU2013102868 A RU 2013102868A RU 2521726 C1 RU2521726 C1 RU 2521726C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature sensor
measuring
substrate
resistive temperature
expansion
Prior art date
Application number
RU2013102868/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013102868A (ru
Inventor
Петер ЗЕЕФЕЛЬД
Рейнхард БУХНЕР
Original Assignee
Эндресс+Хаузер Ветцер Гмбх+Ко. Кг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эндресс+Хаузер Ветцер Гмбх+Ко. Кг filed Critical Эндресс+Хаузер Ветцер Гмбх+Ко. Кг
Application granted granted Critical
Publication of RU2521726C1 publication Critical patent/RU2521726C1/ru
Publication of RU2013102868A publication Critical patent/RU2013102868A/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
    • G01D3/0365—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves the undesired influence being measured using a separate sensor, which produces an influence related signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры объекта. Заявлен резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры. Первый элемент (6) датчика температуры состоит из первого измерительного участка, а второй элемент (7) датчика температуры состоит из второго измерительного участка. Причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке (1), которая претерпевает анизотропное тепловое расширение, по меньшей мере, с двумя отличающимися друг от друга направлениями (а, с) расширения. Проекция первого измерительного участка на направления (а) расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления (с) расширения. Технический результат - повышение точности измерения температуры объекта. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Изобретение относится к резистивному датчику температуры и измерительному прибору с таким резистивным датчиком температуры.
Из уровня техники известны зависимые от температуры сопротивления, устройства, включающие в себя несколько таких сопротивлений, и измерительные приборы, которые используют такие сопротивления для регистрации технологических параметров, в частности температуры.
Так, выложенная заявка ЕР 0828146 А1 раскрывает, например, самоконтролируемое устройство для измерения температуры с первым и вторым резистивными элементами, с положительным и соответственно отрицательным коэффициентами сопротивления. Оба резистивных элемента находятся в параллельных токоведущих дорожках, причем один из них включает в себя диод, позволяющий току протекать только в одном направлении. Посредством соответствующей переключательной схемы, которая периодически изменяет приложенное к токоведущим дорожкам напряжение, в частности переключает полюса, в последующем определяются сопротивления обоих резистивных элементов.
Кроме того, из полезной модели DE 202004021438 U1 известна система сенсорных элементов. Сенсорные элементы имеют при этом электрические резисторы, которые, отличаясь своими температурными коэффициентами и соединяясь термически друг с другом и с подлежащей измерению средой, интегрированы в сенсорной головке.
Из выложенной заявки DE 102006005393 А1 известен резистивный датчик температуры, который состоит из первого и второго сенсорного элемента, изготовленных, например, по тонкопленочной технологии, причем сенсорные элементы расположены в проходящих параллельно друг другу плоскостях друг над другом для обеспечения компактности конструкции резистивного датчика температуры.
Для этих устройств необходимо, однако, по причине отдельно исполненных датчиков температуры связанное с большими затратами соединение проводами, а также больше места или они, по меньшей мере, не так-то просто подходят для самоконтроля и/или самокалибровки. Кроме того, измерительные приборы, которые, например, установлены в установке системы для автоматизации процессов, не должны создавать помех для самого процесса, поэтому, а также для того, чтобы снизить затраты, например, на изготовление измерительных приборов, их стремятся все более миниатюризировать и упрощать.
В основу изобретения положена задача предложить компактное устройство для измерения температуры, которое лишено вышеназванных недостатков.
Задача согласно изобретению решается за счет резистивного датчика температуры, а также измерительного прибора с таким резистивным датчиком температуры.
В отношении резистивного датчика температуры задача решается за счет резистивного датчика температуры с первым элементом датчика температуры и вторым элементом датчика температуры, первый элемент датчика температуры которого включает в себя первый измерительный участок, а второй элемент датчика температуры включает в себя второй измерительный участок, причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке, выполненной с анизотропным термическим расширением, по меньшей мере, с двумя отличающимися друг от друга направлениями расширениями, а проекция первого измерительного участка на направления расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления расширения.
Вместо подложки может применяться также любой другой несущий элемент с анизотропным термическим расширением. За счет применения двух разных элементов датчика температуры можно обнаруживать и/или диагностировать происходящий при определенных условиях дрейф резистивного датчика температуры. Кроме того, при выходе из строя одного из элементов датчика температуры определение температуры может продолжаться также другим элементом датчика температуры. Первый и соответственно второй элемент датчика температуры может, следовательно, использоваться для дублирования второго и соответственно первого элемента датчика температуры.
На первом и соответственно втором измерительном участке может измеряться значение и/или изменение физического параметра, в данном случае температуры. Для этого настоящее изобретение предлагает использовать неодинаково расположенные измерительные участки для измерения температуры. Кроме того, в настоящем изобретении предлагается размещать измерительные участки на подложке с анизотропным, т.е. зависимым от направления, тепловым расширением. Для этого у подложки могут быть, по меньшей мере, два направления с разным тепловым расширением. Первый и второй элементы датчика температуры, состоящие из одного и того же материала, могут отличаться, однако, в отношении измерительных участков, которые находятся на подложке. Из этого следует также, что первый и второй измерительные участки отличаются друг от друга в отношении проекции на направления расширения. Измерительные участки могут, например, располагаться так, что компоненты измерительных участков отличаются друг от друга в отношении направлений, задаваемых направлениями расширения. В результате этого измерительные участки претерпевают, поэтому, именно из-за расположенной в основании подложки с анизотропным термическим расширением, также тепловое расширение и имеющееся сопротивление соответствующего измерительного участка изменяется. Кроме того, сопротивления первого и второго измерительных участков именно из-за подложки с анизотропным тепловым расширением могут изменяться в разной степени, поскольку, например, температурные коэффициенты расширения подложки в зависимости от направления отличаются друг от друга. Это может быть обусловлено тепловым расширением подложки. Подложка может, следовательно, иметь зависимый от направления коэффициент линейного расширения или зависимый от направления коэффициент объемного расширения. Степень проявления этого эффекта, т.е. теплового расширения, может зависеть при этом от материала, из которого состоит подложка. Тепловое расширение и соответственно сам по себе коэффициент теплового расширения может также зависеть от температуры.
Если одному из направлений расширения приписывают, например, первый вектор, а, например, первому измерительному участку приписывают второй вектор, то проекция второго вектора на первый вектор представлена вектором, который проходит в направлении первого вектора, вектор через основание перпендикуляра первого вектора, перпендикуляр которого ограничивается конечной точкой второго вектора. Само собой разумеется, на направления расширения могут проецироваться также несколько векторов, которые, например, описывают расположение первого и соответственно второго измерительного участка. Эта проекция или же только длина проецированного вектора может использоваться для сравнения, в результате которого определяется, отличаются ли друг от друга первый и второй измерительные участки в отношении их проекции на направления расширения.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и/или второй элементы датчика температуры состоят, по меньшей мере, из одного тонкопленочного покрытия, нанесенного на подложку. Тонкопленочное покрытие может при этом наноситься на подложку обычным известным из уровня техники методом, например методом физического и/или химического осаждения из газовой фазы. Толщина тонкопленочного слоя может при этом находиться в микрометровом диапазоне (мкм), в частности быть также меньше 1 мкм (10-6 м). Под тонкопленочным покрытием следует понимать не только покрытия, которые создаются с использованием дополняющего процесса, как, например, напыления, но и покрытия, которые являются результатом убавляющих процессов, как, например, травления.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры тонкопленочное покрытие образует тонкопленочное сопротивление. Тем самым может использоваться одно, в частности одно-единственное, в частности непрерывное тонкопленочное покрытие, на котором выделены два измерительных участка. Благодаря этому может изготавливаться компактный резистивный датчик температуры, который, к тому же, может самостоятельно калиброваться и/или контролироваться. При этом используется эффект того, что нанесенное на подложку тонкопленочное покрытие при расширении подложки также расширяется или сжимается и в результате этого изменяется электрическое сопротивление первого и второго измерительных участков.
В другом варианте осуществления резистивного датчика сопротивления первый измерительный участок состоит из первого тонкопленочного сопротивления, а второй измерительный участок - из второго тонкопленочного сопротивления, причем первое и второе тонкопленочные покрытия нанесены на разные области поверхности подложки. Первый измерительный участок может наноситься также на другом, по сравнению с вторым измерительным участком, тонкопленочном слое, в частности в разных областях поверхности подложки, Например, тонкопленочные сопротивления и относящиеся к ним измерительные участки, а также относящиеся к ним элементы датчика температуры могут наноситься на противоположные стороны подложки.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и соответственно второй измерительные участки располагаются на подложке так, что первый измерительный участок по сравнению со вторым измерительным участком из-за анизотропного теплового расширения подложки претерпевает не одинаковое тепловое расширение. Например, подложка может в одном направлении претерпевать термически обусловленное сжатие, а в другом направлении - термически обусловленное расширение. Это может сказываться в итоге вышеизложенным образом также на первом и втором измерительных участках и соответственно на нанесенном на подложку тонкопленочном покрытии.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый измерительный участок проходит, по меньшей мере, частями вдоль направления расширения на подложке, которое в сравнении с направлением расширения, вдоль которого проходит второй измерительный участок, имеет не одинаковое тепловое расширение.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры предусмотрены, по меньшей мере, первая и вторая пара электрических контактов, посредством которых могут контактировать первый и/или второй измерительные участки. Один из элементов датчика температуры может, по существу состоять из подложки, нанесенного на нее тонкопленочного покрытия, выделенного посредством тонкопленочного покрытия измерительного участка, а также контактов для установления контактов с тонкопленочным слоем. Предложенный резистивный датчик температуры может, кроме того, состоять, по меньшей мере, из двух, предпочтительно точно из двух, таких элементов датчика температуры. Первый и соответственно второй измерительный участок находится при этом между первой и соответственно второй парой контактов.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и соответственно второй измерительный участок заданы первой и соответственно второй парой электрических контактов. Расположением контактов на тонкопленочном покрытии могут выделяться измерительные участки. Так, первая пара электрических контактов, которой выделяется первый измерительный участок, может, например, располагаться на противоположных концах тонкопленочного покрытия. Точно так же на противоположных концах тонкопленочного покрытия может располагаться вторая пар контактов.
Кроме того, контакты могут располагаться так, что, например, воображаемая соединительная линия между второй парой электрических контактов пересекает, например, воображаемую соединительную линию между первой парой контактов под углом α, причем угол α предпочтительно выбирается в зависимости от направлений расширения анизотропной подложки и предпочтительно находится в диапазоне от 20° до 160°. Например, воображаемые соединительные линии могут при этом предпочтительно совпадать с направлениями расширения подложки с анизотропным тепловым расширением.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры электрические контакты расположены на подложке так, что первый измерительный участок претерпевает отличное от второго участка тепловое расширение.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры электрические контакты предусмотрены на каждом из по существу расположенных противоположных концов, по меньшей мере, одного тонкопленочного покрытия.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры контакты находятся на одном-единственном нанесенном на подложку тонкопленочном покрытии.
В варианте осуществления датчика температуры контакты находятся на разных, в частности отделенных друг от друга, тонкопленочных покрытиях на подложке.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры первое и/или второе тонкопленочное покрытие имеет толщину от 0,5 до 10 мкм.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет толщину от 300 мкм до 2 мм.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет первое направление а расширения, в котором происходит тепловое расширение, причем подложка имеет второе направление с расширения, в котором происходит тепловое расширение.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры тепловое расширение во втором направлении с расширения меньше, чем тепловое расширение в первом направлении а расширения.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры вдоль направления а расширения подложки происходит термически обусловленное расширение, а вдоль направления с расширения подложки - термически обусловленное сжатие.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры первое и/или второе тонкопленочное покрытие претерпевает из-за теплового расширения подложки расширение вдоль направления а расширения расширение, а вдоль направления с расширения - сжатие.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры, по меньшей мере, одно тонкопленочное покрытие состоит из одного единственного материала.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры материал, из которого состоит, по меньшей мере, одно тонкопленочное покрытие, имеет по существу не изменяющиеся коэффициенты сопротивления и расширения.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка состоит из анизотропного кристаллического материала.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка состоит по существу из бета-эвкриптита, LiAlSiO4 или литий-алюминий-силиката.
В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет прямоугольную, призматическую, эллипсоидную или кругообразную форму.
В отношении измерительного прибора задача решается за счет измерительного прибора для определения температуры с резистивным датчиком температуры согласно одному из вышеописанных вариантов осуществления.
В варианте осуществления измерительного прибора первый и второй измерительные участки служат для определения температуры со стороны окружающей среды.
В варианте осуществления измерительного прибора измерения сопротивлений первого и второго измерительных участков служат для выполнения диагностической функции резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.
В варианте осуществления измерительного прибора измерительный прибор включает в себя блок регулирования/обработки данных, который служит для того, чтобы сравнивать друг с другом измеренные сопротивления первого и второго измерительных участков.
В варианте осуществления измерительного прибора измерительный прибор имеет два входа измерительных сигналов, которые служат для соединения первого элемента датчика температуры и второго элемента датчика температуры, например, с интегрированным в измерительном преобразователе блоком регулирования/обработки данных. Кроме того, задача может решаться за счет соответствующего метода изготовления и/или использования резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что с помощью первого и второго элементов датчика температуры добывается частичная информация, на основании которой может определяться технологический параметр в целом. В качестве технологического параметра может рассматриваться, например, отклонение измерительного сигнала первого элемента датчика температуры от измерительного сигнала второго элемента датчика температуры, как это учитывается, например, при калибровке.
Кроме того, резистивный датчик температуры и/или, по меньшей мере, первый и/или второй элементы датчика температуры могут выполнять функцию нагревательного элемента и/или использоваться в качестве датчика. Например, в этом случае может использоваться анизотропное расширение подложки, чтобы проводить калибровку резистивного датчика температуры. Резистивный датчик температуры может при этом выполнять также функцию нагревательного элемента теплового расходомера.
Изобретение подробнее рассматривается с использованием нижеследующих чертежей. Показывают:
фиг.1 - вид сверху на резистивный датчик температуры согласно уровню техники,
фиг.2 - вид сверху на резистивный датчик в варианте осуществления настоящего изобретения, причем подложка проявляет анизотропное тепловое расширение,
фиг.3 - резистивный датчик температуры согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, причем измерительный участок имеет меандрообразное очертание,
фиг.4 - резистивный датчик температуры в еще одном варианте осуществления изобретения, также с измерительным участком меандрообразной формы,
фиг.5 - схематическое изображение кристаллической структуры анизотропной подложки при нормальной температуре,
фиг.6 - схематическое изображение кристаллической структуры анизотропной подложки при повышенной температуре,
фиг.7 - схематическое изображение поперечного разреза варианта осуществления предлагаемого изобретения, причем тонкопленочное сопротивление окружено инертизирующим заделочным материалом и покрытием подложки,
фиг.8 схематическое изображение поперечного разреза варианта осуществления предлагаемого изобретения, причем тонкопленочное сопротивление окружено лишь инертизирующим заделочным материалом,
фиг.9 - схематическое изображение двух сенсорных элементов, которые присоединены к измерительному преобразователю,
фиг.10 - схематическое изображение сенсорного элемента со встроенным измерительным преобразователем и
фиг.11 - схематическое изображение архитектуры прибора в промышленной установке.
Фиг.1 показывает резистивный датчик температуры согласно уровню техники. При этом на подложку 1 нанесен тонкопленочный слой 2, соединения с которым устанавливаются через контакты 31. Контактами 31 на тонкопленочном слое 2 выделяется измерительный участок. Измерительный участок при этом находится между контактами 31. Измерительный участок имеет так называемое тонкопленочное сопротивление. Измерительный участок и так называемое тонкопленочное сопротивление подвержены при этом тепловому расширению расположенной под ними подложки 1.
Тонкопленочное сопротивление является по существу сопротивлением, которое, например, используется в интегрированных схемах и состоит из тонкого слоя обладающего сопротивлением материала. Для создания тонкопленочных сопротивлений могут применяться различные обладающие сопротивлением материалы. Свойства таких тонкопленочных сопротивлений характеризуются рядом параметров, к которым относятся сопротивление, отклонение сопротивления от номинальной величины и температурные коэффициенты сопротивления (TCR) (показатель изменения сопротивления при изменении температуры).
Показанное на фиг.1 сопротивление измеряется методом четырех проводов, т.е. между двумя из соединительных проводов 5 протекает ток, в то время как между двумя другими соединительными проводами 5 лишь снимается напряжение, следовательно, по существу, тока в них нет.
Применяемая в варианте осуществления согласно фиг.1 подложка 1 имеет изотропное тепловое расширение, поэтому при изменении температуры расширение материала происходит независимо от пространственной ориентации.
Фиг.2 показывает резистивный датчик 10 температуры согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Резистивный датчик 10 температуры служит при этом для измерения температуры и имеет тонкопленочное покрытие 2 толщиной от 0,5 до 10 мкм из проводящих металлических, или содержащих переходные металлы, или углеродсодержащих, или содержащих углеродные нанотрубки материалов, которые нанесены на плоскую подложку-носитель 1 толщиной от 300 микрон до 2 мм, причем подложка-носитель 1 имеет анизотропные тепловые коэффициенты расширения, причем анизотропная поверхность подложки имеет основное направление а, при котором происходит усиленное тепловое расширение в направлении а', а в перпендикулярном к а направлении с, которое находится в той же самой плоскости, в направлении с' при нагревании происходит сжатие или же лишь небольшое тепловое расширение в сравнении с направлением а, в результате чего сплошное тонкопленочное покрытие в направлении а' претерпевает расширение, а в направлении с' - уменьшение размера.
Резистивный датчик температуры 10 может, кроме того, включать в себя один или несколько тонкопленочных элементов, например, из того же самого покрывающего материала 2 с таким же самым тепловым коэффициентом сопротивления, которые нанесены соответственно в направлении а и в направлении с на ту же самую подложку-носитель 1. Показанное на фиг.2 тонкопленочное покрытие 2 контактирует на расположенных напротив друг друга концах в направлениях а и с с двумя или несколькими электрическими присоединительными элементами в форме электрических контактов 6, 7. Посредством образованных таким образом измерительных путей благодаря наличию контактов 6 на разных участках покрытия анизотропной подложки 1 на одном и том же материале 2 покрытия с одинаковыми тепловыми коэффициентами расширения измерения сопротивления могут использоваться для метрологической оценки разницы измерений. Используемая для этой цели подложка 1 может состоять из анизотропного кристаллического материала, например из анизотропного кристаллического β-эвкриптита, LiAlSiO4, литий-алюминий-силиката. Подложка для этой цели может также иметь прямоугольную, призматическую, эллипсоидную или кругообразную плоскую форму. Так, на фиг.3 показана подложка по существу кругообразной формы, а на фиг.4 - по существу квадратной формы. Как правило, подложка-носитель 1 может состоять, по меньшей мере, из одного анизотропного материала, который, по меньшей мере, в основном направлении проявляет отрицательное тепловое расширение. В частности, проводящие полоски 72 плоской формы могут быть охвачены подложкой 1, как это показано на фиг.7 и 8, U-образно, причем подложка-носитель выходит за пределы граней проводящих полосок 72. Проводящая полоска(и) может(гут) также, см. фиг.7, быть полностью окружена(ы) анизотропным материалом 71 подложки, причем охватывающая проводящую полоску 72 нижняя часть 71 подложки-носителя покрыта дополнительной плоской частью 3 подложки, которая имеет такое же анизотропное ориентирование, как и нижний материал нижней части 71. С другой стороны, проводящая полоска 2 может быть, как показано на фиг.8, просто «закрыта» заделочным материалом.
Кроме того, проводящими полосками 2, 32, 42 могут быть обеспечены обе поверхности анизотропной подложки-носителя.
Как показано на фиг.3 и 4, покрытие может состоять из меандрообразных, закругленно изогнутых проводящих полосок 32, 42. Проводящие полоски 32, 42 могут иметь прямоугольное поперечное сечение или овально закругленное поперечное сечение.
Резистивный датчик температуры 10 может состоять из нескольких слоев, причем многослойная, сэндвичеобразная конструкция с плоскими частями состоит из анизотропной подложки-носителя 1 и проводящих тонкослойных покрытий 2, которые охвачены инертизирующим диэлектрически изолирующим заделочным материалом 4.
Фиг.5 и 6 показывают схематическое изображение кристаллической структуры материала, из которого состоит подложка 1. Подложка 1 имеет при этом два основных направления расширения, вдоль которых подложка 1 при изменении температуры претерпевает изменение длин. В направлении а подложка претерпевает расширение, в то время как в направлении с она претерпевает сжатие. Это показано отрезками а' и с' на фиг.6. Сопоставимое расширение, поэтому, претерпевает также нанесенное на подложку тонкопленочное покрытие 2, в ответ на это в зависимости от местоположения, соответственно расположению соответствующего измерительного участка, изменяется электрическое сопротивление тонкопленочного покрытия 2.
Фиг.9 показывает схематическое изображение двух сенсорных элементов МА1, МА2, которые, например, подключены для контроля технологического параметра к процессу, который происходит в трубопроводе или какой-либо другой емкости. Сенсорными элементами МА1, МА2 могут быть, например, соответствующие изобретению резистивные датчики 10 температуры, но могут применяться также другие датчики. Фирма Endress+Hauser является изготовителем широкого ассортимента резистивных термометров, термоэлементов и предназначенных для них защитных трубок S.
Эти датчики вставляются в защитную трубку S, которая подвержена воздействию процесса. Передаваемые от соответствующих датчиков по присоединительным проводникам K1, K2 измерительные сигналы поступают в измерительный преобразователь АЕ, который, как это представлено на фиг.9, может быть отделен от сенсорного элемента МА1 и соответственно МА2. Измерительный преобразователь АЕ имеет для этой цели два входа для измерительных сигналов, которые посредством кабелей соединены с соответствующими присоединительными элементами сенсорных элементов. Входами для измерительных сигналов могут быть 2-проводные, 3-проводные или 4-проводные присоединительные элементы, для того чтобы входы для измерительных сигналов могли лучше соответствовать съему измерительного сигнала применяемым элементом температурного датчика. Поскольку, как уже было упомянуто выше, сопротивление резистивного датчика температуры может сниматься посредством 2-, 3- или 4-проводного измерения.
Измерительным преобразователем АЕ могут обрабатываться измерительные сигналы и при необходимости выдаваться сообщения об ошибках, как, например, в случае дрейфа одного сенсорного элемента или обоих сенсорных элементов МА1, МА2. С другой стороны, измерительный сигнал, который используется для первичной обработки и/или последующей обработки, т.е. для определения значения измеряемой величины, может выбираться в зависимости от температуры.
В частности, путем так называемого согласования датчика с передающим устройством может достигаться высокая точность измерительного места, но прежде всего измерительного прибора, который состоит из сенсорных элементов МА1, МА2 и измерительного преобразователя АЕ. Для этого выход резистивного датчика 10 температуры линеаризируется. Это может осуществляться с использованием, например, уравнения Каллендар-ван-Дузена:
RT=R0(1+А·Т+В·Т2+(Т-100)·С·Т3,
где Т - температура; RT - измеренное омическое сопротивление; R0 - омическое сопротивление при 0°C. Коэффициенты А, В, С служат для согласования элемента датчика температуры и измерительного преобразователя АЕ. При этом первый набор коэффициентов А, В, С может быть предусмотрен для согласования первого элемента датчика температуры, а второй набор коэффициентов А, В', С' - для согласования второго элемента датчика температуры резистивного датчика 10 температуры. Коэффициенты могут определяться при калибровке элементов датчика температуры и соответственно резистивного датчика 10 температуры и, например, сохраняться в измерительном преобразователе АЕ.
Фиг.10 в отличие от фиг.9 показывает только лишь сенсорный элемент МА. Сенсорный элемент МА имеет встроенный измерительный преобразователь АЕ, так называемая температурная преобразующая головка. Температурной преобразующей головкой может быть, например, двухпроводной измерительный прибор, например, с двумя измерительными входами и одним аналоговым выходом А. Сенсорный элемент МА может включать в себя элемент датчика температуры, как, например, показанный на фиг.1, или два элемента датчика температуры, как, например, показанный на фиг.2 соответствующий изобретению резистивный датчик 10 температуры. В случае двух элементов датчика температуры они могут быть исполнены, например, дублирующими. Оба измерительных входа измерительного преобразователя АЕ могут, поэтому, служить для присоединения сенсорного элемента МА с соответствующим изобретению одним элементом резистивного датчика температуры, который включает в себя два элемента датчика температуры. При этом, следовательно, первый элемент датчика температуры может присоединяться к первому измерительному входу, а второй элемент датчика температуры - к второму измерительному входу. Измерительные сигналы обоих элементов датчика температуры в измерительном преобразователе АЕ могут подвергаться предварительной обработке или окончательной обработке и/или уже выполняется диагностическая функция. Так, измерительный преобразователь АЕ, т.е. температурная преобразующая головка, может надежно обнаруживать разрыв, короткое замыкание, коррозию провода, а также ошибки в соединении проводами. Кроме того, измерительным преобразователем АЕ может контролироваться рабочая область сенсорного элемента МА и окружающая температура. Кроме того, может обнаруживаться коррозия присоединительных проводов сенсорного элемента, которые служат для соединения сенсорного элемента МА с измерительным преобразователем АЕ, например, если сопротивления проводников превышают приемлемые границы. В таком случае, может, например, выдаваться соответствующее извещение об ошибке через аналоговый выход, который, например, использует 4-20 мА выходной сигнал или HART-протокол.
Кроме того, в варианте осуществления согласно фиг.9 или фиг.10 на основе обоих входов измерительных сигналов может быть предусмотрена так называемая функция дублирования датчика, которая осуществляет переключение на второй элемент датчика температуры и ставит перед ним задачу передачи данных через аналоговый выход, в случае, если первый элемент датчика температуры выходит из строя. Также оба входа датчика могут служить для того, чтобы переключаться на первый и второй элемент датчика температуры, если оба элемента датчика температуры должны использоваться в разных температурных и соответственно измерительных диапазонах или предусмотрены для использования при разных температурах. Как уже было упомянуто, может предусматриваться в форме аварийного сигнала предупреждение о дрейфе, которое выдается при отклонении, превышающем заданное предельное значение.
Вместе с названными компонентами температурная преобразующая головка образует единый измерительный пункт для самых разных областей применения в промышленной сфере.
Фиг.11 показывает схематическое изображение размещения приборов в промышленной установке. Измерительный прибор ТМТ82 имеет при этом аналоговый выход А, через который он может, например, осуществлять взаимодействия посредством 4-20 мА токового сигнала и HART-протокола.
Соединительными проводами аналоговый выход А соединен с так называемым разделителем RN221N питания, который обеспечивает измерительный прибор ТМТ82 вспомогательной энергией и передает выданный измерительным прибором ТМТ82 измерительный сигнал, например, системе управления PLC процессом.
К разделителю RN221N питания могут быть также подключены другие коммуникационные интерфейсы В, Commubox, которые делают возможным взаимодействие между соединенными с разделителем RN221N питания приборами SFX100, С.
Как показано на фиг.11, к разделителю питания RN221N может подключаться Bluetooth-интерфейс так, чтобы взаимодействовать с портативным устройством SFX100, которое, например, имеет индикаторный блок А2, и могут выводиться на экран, в частности, измеренные величины или другие относящиеся к процессу данные.
Кроме того, вместо или параллельно Bluetooth-интерфейсу может присоединяться другой коммуникационный интерфейс Commubox, например, фирмы Endress+Hauser, который является, например, самозащищенным интерфейсом для измерительного преобразователя АЕ, который преобразует HART-сигналы в USB-сигналы и таким образом делает возможным взаимодействие с компьютером С. На таком компьютере С, в свою очередь, может исполняться программа диагностики процесса и/или программа технического обслуживания, как, например, программа Fieldcare фирмы Endress+Hauser. Само собой разумеется, и на этом компьютере, в частности на индикаторном блоке А1, могут показываться измеряемые величины и/или относящиеся к процессу данные.
Список ссылочных обозначений
1 - подложка-носитель
2 - материал покрытия
3 - покрытие обложки
4 - инертизирующий заделочный материал
5 - двухстороннее контактирование
6 - первая пара контактов
7 - вторая пара контактов
а - первое направление расширения
с - второе направление расширения
АЕ - измерительный преобразователь
МА1 - первый сенсорный элемент
МА2 - второй сенсорный элемент
SFX 100 - портативное устройство
8 - Bluetooth-интерфейс
Commubox - USB-интерфейс
С - компьютер
PLC - система управления процессом
RN221N - разделитель питания
A1 - первый индикационный блок
А2 - второй индикационный блок
Fieldcare - диагностирующая/обслуживающая программа
А - аналоговый выход
S - защитная трубка
72 - проводящие полоски
32 - проводящие полоски
31 - электрические контакты
42 - проводящие полоски
а', с' - изменение длин в направлении расширения а и соответственно с
10 - резистивный датчик температуры

Claims (15)

1. Резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры, причем первый элемент (6) датчика температуры имеет первый измерительный участок и второй элемент (7) датчика температуры имеет второй измерительный участок, причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке (1), которая претерпевает анизотропное термическое расширение, по меньшей мере, в двух отличающихся друг от друга направлениях (а, с) расширения и проекция первого измерительного участка на направления (а) расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления (с) расширения.
2. Резистивный датчик (10) температуры по п.1, причем первый и/или второй элемент (6, 7) датчика температуры состоит, по меньшей мере, из одного тонкопленочного покрытия (2), нанесенного на подложку (1), в частности, таким образом, что тонкопленочное покрытие (2) образует тонкопленочное сопротивление (2).
3. Резистивный датчик (10) температуры по п.1, причем первый и соответственно второй измерительные участки расположены на подложке (1) таким образом, что первый измерительный участок по сравнению с вторым измерительным участком из-за анизотропного теплового расширения подложки (1) претерпевает отличающееся тепловое расширение.
4. Резистивный датчик (10) температуры по п.3, причем первый измерительный участок, по меньшей мере, частично проходит на подложке (1) вдоль направления (а) расширения, которое по сравнению с направлением (с) расширения, вдоль которого проходит второй измерительный участок, имеет отличающееся тепловое расширение.
5. Резистивный датчик температуры по п.1, причем предусмотрены, по меньшей мере, первая и вторая пары электрических контактов (6, 7), посредством которых с первым и/или вторым измерительными участками устанавливаются контакты.
6. Резистивный датчик (10) температуры по п.5, причем первый и соответственно второй измерительные участки заданы первой и соответственно второй парой электрических контактов (6, 7).
7. Резистивный датчик (10) температуры по п.6, причем электрические контакты (6, 7) расположены на подложке (1) таким образом, что первый измерительный участок по сравнению со вторым измерительным участком претерпевает отличающееся тепловое расширение.
8. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5, 6 или 7, причем электрические контакты (6, 7) предусмотрены соответственно на расположенных по существу напротив друг друга концах, по меньшей мере, одного измерительного участка, в частности, по меньшей мере, одного тонкопленочного покрытия (2).
9. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5-7, причем контакты (6, 7) прилегают к одному-единственному нанесенному на подложку (1) тонкопленочному покрытию (2).
10. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5-7, причем контакты (6, 7) прилегают к разным, в частности отделенным друг от друга, тонкопленочным покрытиям (2) на подложке.
11. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.1-7, причем подложка (1) имеет первое направление (а) расширения, в котором происходит тепловое расширение, и второе направление (с) расширения, в котором происходит тепловое расширение.
12. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.1-7, причем подложка состоит из анизотропного кристаллического материала.
13. Измерительный прибор для измерения температуры, в частности для измерения температуры окружающей среды у измерительного участка резистивным датчиком температуры по любому из предшествующих пунктов.
14. Измерительный прибор по п.13, причем измерения сопротивления первого и второго измерительных участков служат для диагностирования резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.
15. Измерительный прибор по п.13 или 14, причем измерительный прибор имеет регулирующий/обрабатывающий блок, который служит для того, чтобы сравнивать друг с другом измеренные сопротивления первого измерительного участка и второго измерительного участка.
RU2013102868/28A 2010-06-23 2011-05-11 Резистивный датчик температуры RU2521726C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010030442.5 2010-06-23
DE102010030442A DE102010030442A1 (de) 2010-06-23 2010-06-23 Widerstandstemperatursensor
PCT/EP2011/057637 WO2011160893A1 (de) 2010-06-23 2011-05-11 Widerstandstemperatursensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2521726C1 true RU2521726C1 (ru) 2014-07-10
RU2013102868A RU2013102868A (ru) 2014-07-27

Family

ID=44119039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013102868/28A RU2521726C1 (ru) 2010-06-23 2011-05-11 Резистивный датчик температуры

Country Status (5)

Country Link
US (2) US8777484B2 (ru)
EP (1) EP2585801B1 (ru)
DE (1) DE102010030442A1 (ru)
RU (1) RU2521726C1 (ru)
WO (1) WO2011160893A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012209746A1 (de) * 2012-06-11 2013-12-12 Ifm Electronic Gmbh Messumformer für die Automatisierungstechnik
US9464947B2 (en) * 2012-10-19 2016-10-11 Okazaki Manufacturing Company Cryogenic temperature measuring resistor element
US9559162B2 (en) 2013-06-19 2017-01-31 Globalfoundries Inc. Thermoresistance sensor structure for integrated circuits and method of making
GB2522639A (en) * 2014-01-30 2015-08-05 Nokia Technologies Oy An apparatus and associated methods for temperature sensing
CN103884912B (zh) * 2014-03-14 2016-09-07 京东方科技集团股份有限公司 一种方块电阻的测量方法
US10317295B2 (en) * 2016-09-30 2019-06-11 Rosemount Inc. Heat flux sensor
DE102018213625A1 (de) * 2018-08-13 2020-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Schaltanlagentemperaturmessung
DE102020212743A1 (de) * 2020-10-08 2022-04-14 Carl Zeiss Smt Gmbh Adaptives optisches Element für die Mikrolithographie

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2085874C1 (ru) * 1992-09-24 1997-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные системы" Способ изготовления терморезистивного преобразователя
US6118166A (en) * 1997-01-31 2000-09-12 Ricoh Company, Ltd. Thin-film microstructure sensor having a temperature-sensitive resistor to provide a large TCR with little variation
US20030185270A1 (en) * 2002-04-02 2003-10-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermosensitive flow rate detecting element and method for the manufacture thereof
DE102004035014A1 (de) * 2004-07-20 2006-02-16 Joachim Krieger Anordnung von Sensorelementen zum zuverlässigen Messen einer Temperatur

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3232787A (en) * 1961-05-08 1966-02-01 Donald C Bennett Bistable magnetic film and method for making same
US3644864A (en) * 1969-12-05 1972-02-22 Texas Instruments Inc Composite thermistor temperature sensor having step-function response
US4122719A (en) * 1977-07-08 1978-10-31 Environmental Systems Corporation System for accurate measurement of temperature
DE3022942A1 (de) * 1980-06-19 1981-12-24 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Widerstandsthermometer
JPS5948924A (ja) * 1982-09-14 1984-03-21 Nec Corp 電子線露光用位置合せマ−ク
US4901061A (en) * 1987-06-05 1990-02-13 Westinghouse Electric Corp. Instrumentation and monitoring systems employing differential temperature sensors
US4778538A (en) * 1987-07-15 1988-10-18 Westinghouse Electric Corp. Dual temperature sensing device having twin well thermowell for dual resistance temperature detectors
JPH01288744A (ja) * 1988-05-17 1989-11-21 Chino Corp 熱量検出装置
US5030849A (en) * 1989-06-30 1991-07-09 Analog Devices, Inc. Monolithic ratiometric temperature measurement circuit
US5308980A (en) * 1991-02-20 1994-05-03 Amber Engineering, Inc. Thermal mismatch accommodated infrared detector hybrid array
US5350236A (en) * 1993-03-08 1994-09-27 Micron Semiconductor, Inc. Method for repeatable temperature measurement using surface reflectivity
US5488226A (en) * 1994-11-18 1996-01-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Infrared imaging array based on temperature driven anisotropic optical absorption
JPH08178768A (ja) * 1994-12-20 1996-07-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 力学量センサ
US5663899A (en) * 1995-06-05 1997-09-02 Advanced Micro Devices Redundant thermocouple
US5748429A (en) 1996-09-09 1998-05-05 Honeywell Inc. Self checking temperature sensing circuit
US6473708B1 (en) * 1999-12-20 2002-10-29 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Device and method for self-verifying temperature measurement and control
US6447964B2 (en) * 2000-03-01 2002-09-10 Nikon Corporation Charged-particle-beam microlithography methods including chip-exposure sequences for reducing thermally induced lateral shift of exposure position on the substrate
US6958535B2 (en) * 2000-09-22 2005-10-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermal conductive substrate and semiconductor module using the same
DE10249411B3 (de) * 2002-10-23 2004-05-13 Honeywell B.V. Messanordnung und Verfahren zur Ermittlung einer Messgrösse wie der Temperatur
CA2416171A1 (en) * 2003-01-13 2004-07-13 Pure Technologies Ltd. Pipeline monitoring system
US7888842B2 (en) * 2004-02-13 2011-02-15 University Of Maine System Board Of Trustees Ultra-thin film electrodes and protective layer for high temperature device applications
GB2426336A (en) * 2005-05-20 2006-11-22 Transense Technologies Plc SAW based torque and temperature sensor
DE102005026243B4 (de) * 2005-06-07 2018-04-05 Snaptrack, Inc. Elektrisches Bauelement und Herstellungsverfahren
DE102006005393B4 (de) 2006-02-03 2023-05-17 Innovative Sensor Technology Ist Ag Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums
JP4898266B2 (ja) * 2006-04-12 2012-03-14 株式会社日産アーク 薄膜ポアソン比の測定方法
DE102006062750B4 (de) * 2006-09-15 2010-07-08 Infineon Technologies Ag Vorrichtung zum Erfassen einer Änderung einer physikalischen Grösse mittels einer Stromleiterstruktur
US7588368B2 (en) * 2006-12-20 2009-09-15 Cummins Inc. System for diagnosing temperature sensor operation in an exhaust gas aftertreatment system
DE102008055774B4 (de) * 2008-11-04 2013-07-25 Bundesrepublik Deutschland, vertr.d.d. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, d.vertr.d.d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Vorrichtung zum Messen einer Temperatur eines Bauteils und Vorrichtung zum Messen einer Dehnung eines Bauteils
DE102009047664B4 (de) * 2009-12-08 2017-03-02 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Messeinrichtung zur Bestimmung einer Wärmemenge
JP5595466B2 (ja) * 2012-11-08 2014-09-24 本田技研工業株式会社 温度検出回路
KR101509971B1 (ko) * 2013-11-15 2015-04-07 현대자동차주식회사 수소 탱크 온도 이상 대처 방법 및 이를 위한 안전강화장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2085874C1 (ru) * 1992-09-24 1997-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные системы" Способ изготовления терморезистивного преобразователя
US6118166A (en) * 1997-01-31 2000-09-12 Ricoh Company, Ltd. Thin-film microstructure sensor having a temperature-sensitive resistor to provide a large TCR with little variation
US20030185270A1 (en) * 2002-04-02 2003-10-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermosensitive flow rate detecting element and method for the manufacture thereof
DE102004035014A1 (de) * 2004-07-20 2006-02-16 Joachim Krieger Anordnung von Sensorelementen zum zuverlässigen Messen einer Temperatur

Also Published As

Publication number Publication date
EP2585801A1 (de) 2013-05-01
US20110317741A1 (en) 2011-12-29
WO2011160893A1 (de) 2011-12-29
DE102010030442A1 (de) 2011-12-29
US8777484B2 (en) 2014-07-15
EP2585801B1 (de) 2015-09-09
US20140321508A1 (en) 2014-10-30
RU2013102868A (ru) 2014-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2521726C1 (ru) Резистивный датчик температуры
CA3038965C (en) Heat flux sensor
CN104748889B (zh) 非侵入式温度测量组件
RU2757064C1 (ru) Датчик теплового потока с повышенным теплообменом
CA3049707C (en) Device and method for the in-situ calibration of a thermometer
CN107820565B (zh) 用于确定和/或监视介质的温度的设备
CN101809578A (zh) 温度平均现场设备补偿
EP2577245A1 (en) Process variable transmitter with thermocouple polarity detection
CA3114588C (en) Electronics housing with thermal fluid detection
JP5253222B2 (ja) 測温素子及び温度計測器
EP3586097B1 (en) Thermocouple temperature sensor with cold junction compensation
RU2380666C2 (ru) Устройство для определения и/или контроля температуры
US10809136B2 (en) Thin film sensor element for a resistance thermometer
CN108204865A (zh) 工业仪表、工控系统以及rtd 测温方法
EP4130694A1 (en) A temperature sensor assembly
US9995639B2 (en) Sensor element, thermometer as well as method for determining a temperature
JP2007333670A (ja) 熱式質量流量計
CN206583553U (zh) 工业仪表和工控系统
CN113739689B (zh) 传感器和系统
CN220602750U (zh) 薄膜型温度传感器
CN111406203B (zh) 监测温度传感器的状态
US20230314239A1 (en) Process fluid temperature estimation using improved heat flow sensor
CN207503741U (zh) Ptc陶瓷热敏电阻
RU2081400C1 (ru) Способ определения уровня жидких сред и устройство для его осуществления
KR20220032363A (ko) Mems 수소 센서 및 그를 포함한 시스템