TW202210796A - 熱系統之電阻校準及監測技術 - Google Patents

熱系統之電阻校準及監測技術 Download PDF

Info

Publication number
TW202210796A
TW202210796A TW110112803A TW110112803A TW202210796A TW 202210796 A TW202210796 A TW 202210796A TW 110112803 A TW110112803 A TW 110112803A TW 110112803 A TW110112803 A TW 110112803A TW 202210796 A TW202210796 A TW 202210796A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
temperature
curve
resistive element
curie temperature
curves
Prior art date
Application number
TW110112803A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI800813B (zh
Inventor
大衛 Ｐ 卡爾伯特森
史蒂芬 葉斯塔德
羅傑 伯魯摩
三紅 章
傑瑞米 奧西
彼特 高斯
奧斯汀 約翰尼斯
Original Assignee
美商瓦特洛威電子製造公司
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 美商瓦特洛威電子製造公司 filed Critical 美商瓦特洛威電子製造公司
Publication of TW202210796A publication Critical patent/TW202210796A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI800813B publication Critical patent/TWI800813B/zh

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
    • G01K7/18—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 the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G01K7/183—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 the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer characterised by the use of the resistive element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G01K15/005—Calibration
    • 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
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • 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
    • 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
    • G01K7/36—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using magnetic elements, e.g. magnets, coils
    • G01K7/38—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using magnetic elements, e.g. magnets, coils the variations of temperature influencing the magnetic permeability
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K19/00—Testing or calibrating calorimeters
    • 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
    • G01K2007/163—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 provided with specially adapted connectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

一種對包含具有一居禮溫度之一材料的一電阻式元件校準溫度的方法係包括：產生出在等溫條件下之該電阻式元件的一標準電阻-溫度(R-T)曲線，用以識別該R-T曲線的值及在該居禮溫度下的一反曲點；產生出該電阻式元件歷經一操作時段的操作R-T曲線；比較該標準R-T曲線與該等操作R-T曲線；以及在該居禮溫度下調整該等操作曲線至該標準R-T曲線，用以校準該電阻式元件的溫度。

Description

熱系統之電阻校準及監測技術
本申請案主張於2020年4月8日申請之美國臨時申請案第63/007,272號的優先權及利益。上述申請案的揭露內容係以參照方式併入本文中。
本揭露內容係有關於溫度量測技術，且更具體是關於基於電阻的量測來校準一電阻式加熱器的溫度。
本節中的陳述僅提供與本揭露內容有關之背景資訊，且可不構成先前技術。
在所屬技術領域中已知，使用電阻式加熱器的電阻量測來計算溫度，而非使用一分立溫度感測器；或是除了使用一分立溫度感測器之外，也使用電阻式加熱器的電阻量測來計算溫度。然而，在該電阻式加熱器內之加熱元件的電阻，通常隨著時間或在製造期間偏移，造成所計算溫度與實際溫度間有誤差。
多種校準技術可被運用來補償這些電阻變化，且訂正至一更準確的溫度，包括使用多個熱偶來比較所計算溫度與所量測溫度，然後將適當的訂正施用至電阻計算。雖然稍微有效，但這些校準技術有其複雜度及準確度上的缺點。
本揭露內容係處理有關於加熱/電阻式元件隨著時間之電阻之校準的這些問題、還有關於加熱/電阻式元件之控制的其他問題。
本節提供本揭露內容之一大致簡要說明，並非是其完整範圍或其所有特徵之全面揭露。
一般而言，本揭露內容在使用一電阻式加熱器(或感測器、或其他電阻式元件)時，使用一電阻-溫度(R-T)曲線上在居禮溫度的反曲點/區域，其提供了可被使用於校準的一已知溫度信號。如以下更詳細地說明，此反曲點或校準R-T曲線可被使用於多種目的，包括但不限於：預測一加熱器的剩餘壽命；沿著一加熱器(或感測器、或其他電阻式元件)的長度量測溫度輪廓；識別一加熱系統的熱損失來改良系統的模型化及控制；改良加熱元件與製程間之熱路徑的識別來改良系統模型化及控制；減少校準熱系統的成本；加熱系統自我校準；就經組合之雙線式電阻及熱偶電力接腳(TCPP)之熱系統增加精準度；雙線式熱偶接合部系統(包括具有溫度感測電阻式/引線線材的其他熱系統)；以及針對隨著時間變化之感測系統的現場再校準。據此，用語「電力引線」應被解釋為意指一電力接腳、一引線線材、或為了提供電力給一電阻式元件而對其可操作地連接的其他傳導元件。
亦應理解的是，本文之教示可單獨地或與其他校準技術組合地被應用，不論是否已知或本文之發明內容的一部分，而仍然在本揭露內容的範圍內。
在一形式中，提供一種校準具有帶一居禮溫度之材料的電阻式元件之溫度的方法。該方法包含：產生出在等溫條件下該電阻式元件的一標準電阻-溫度(R-T)曲線，以識別出R-T曲線的值及居禮溫度的一反曲點；產生出該電阻式元件歷經一操作時段的操作R-T曲線；比較該標準R-T曲線與該操作R-T曲線；以及就居禮溫度調整(偏補及增益兩者)該等操作曲線至該標準R-T曲線。
在一形式中，該電阻式元件係在一加熱器中，但該電阻式元件亦可為一感測器，諸如一熱偶還有其他電阻式元件。在另一形式中，該電阻式元件係在一接合部處耦接至一電力引線，該電力引線為不同於該電阻式元件之材料的一材料，使得在該接合部點處判定一第二校準溫度。
在另一形式中，當電阻式元件電氣式耦接至具有不同的材料及一熱偶接合部點的電力引線時，其中至少一電力引線連接至該電阻式元件，達成一多點校準。此方法包含：產生出在等溫條件下該電阻式元件的一標準電阻-溫度(R-T)曲線，以識別該R-T曲線的值及在居禮溫度的一反曲點；產生出該電阻式元件歷經一操作時段的操作R-T曲線；比較該標準R-T曲線與該操作R-T曲線；在居禮溫度下調整該等操作曲線至該標準R-T曲線；計算在該接合部處的一溫度；以及基於該調整步驟及該接合部處的該溫度，來計算該電阻式元件之一修改溫度。
進一步的適用範圍將根據本文所提供的說明而變得顯易可見。應理解，說明及特定範例係意圖僅供例示之目的，而不意圖限制本揭露內容之範圍。
以下說明本質上僅為範例性質，並非意欲限制本揭露內容、應用或用途。應理解，在所有圖式中，對應參考數字指示類似或對應部件及特徵。
居禮溫度或居禮點，在物理及材料科學中已知為在溫度高過它則特定材料失去其永久磁性質的該溫度。如圖1所示，居禮溫度已顯示可在一些材料之電阻溫度(R-T)特性上創造一反曲點，該等材料包括例如鎳、鐵、鈷及一些其等之合金。
參看圖2，反曲點可藉由量測電阻之隨著溫度變化的比率(或在跨越反曲點時隨著時間變化的比率)或dR/dT，來更清晰地識別。本案發明人已發現，該反曲點大部分保持不受由於製造程序及使用時間所造成之電阻偏移的影響。換言之，不管操作環境/約束及加熱器/熱系統的實體建構，該反曲點大致保持在相同溫度。因此，藉由在使用一電阻式加熱器(或感測器、或其他電阻式元件)時識別反曲點，其提供可用於校準的一已知溫度信號。如本文所說明，本案發明人之此原理發明係可應用於多種狀情況，以更容易且更準確地判定位在及沿著電阻式元件之溫度，用以校準熱模型、自我校準一電阻式元件、預估一電阻式元件的壽命，以及控制給一熱系統的電力，還有其他用途。
現在參看圖3，使用居禮溫度來校準一R-T一標準R-T曲線或在等溫條件下所產生者的一範例，係針對一電阻式元件，連同具有誤差的一實際量測或操作R-T曲線來示出。因為居禮溫度的反曲點不會變化，所以該操作R-T曲線可如所示在居禮溫度下被偏補或向上偏移至該標準R-T曲線，以便於校準該電阻式元件的R-T曲線。
如圖4所示，R-T曲線的此偏移減少了電阻量測的誤差，且因此根據本揭露內容的原理，該電阻式元件之在一溫度範圍內的電阻可容易且準確地校準。
參看回圖3，該操作R-T曲線係大致比該標準R-T曲線更「平坦」。此發生是因為該電阻式元件的端點相較於該電阻式元件的中間係在一較低溫度，且因此由於此溫度差異，較平坦的曲線指示整體電阻式元件的一平均溫度。隨著具有反曲點之該R-T曲線的偏移，本揭露內容的教示可被應用來判定沿著該電阻式元件之一長度的一溫度輪廓。在一範例中，應注意，關於校準R-T曲線，電阻在較低溫度下係實際上低於所計算電阻，而校準電阻在較高溫度下係大致循著標準R-T曲線但稍微較高。更具體的範例及測試在以下更詳細地被說明。
測試/計算
參看圖5及6，測試係在一管狀加熱器20上進行，該管狀加熱器具有含有71個線圈的一電阻線、位於該加熱器20之中心的一內部熱偶、及如所展示且標記之TC1至TC4之附接至該加熱器20之護套22的四(4)個額外熱偶。沿著該加熱器20之長度的溫度輪廓係展示於圖6中，在0-600°C的一溫度範圍內，其中可觀察到，溫度增加時，熱損失發生在該加熱器20的端點處。
現在參看圖7，兩個電阻式元件被測試，一個在等溫條件下被測試，如上方虛線曲線所示；以及一個在大氣環境下被測試，如下方虛線曲線所示。該大氣曲線已針對偏補及增益調整以允許曲線的比較。最後，下方實線曲線施用等溫電阻資料至所量測的溫度輪廓。因此，該下方虛線曲線及該實線曲線的曲率相似性係指示了校準技術的功效，因此減少由如下所述之曲線之「平坦度」引起的誤差。
一般而言，與一等溫R-T曲線相比下之所量測R-T曲線的「平坦度」，係可提供有關沿著電阻式元件之長度之溫度輪廓的校準資訊。如本文所使用者，用語「較平坦」應被解釋為意謂具有較不顯著之反曲點或區域，或者具有一相對一致之斜率的一曲線。用語「較平坦」不應將解釋為意謂更接近一笛卡爾平面上的水平。舉例而言，曲線愈平坦，在電阻式元件的端點處可能發生的熱損失愈多。藉由在居禮溫度偏補等溫R-T曲線，可以補償這些損失，相似於由於製造變異及電阻式元件之電阻隨著時間而偏移所造成的損失。
參看圖8A-8C及9，更詳細地例示使用模擬資料就沿著電阻式元件之長度的溫度輪廓來校準的此原理。圖8A-8C展示下列各者之電阻式元件、利用如上所述之分立熱偶的多數個溫度量測：具有在兩個端點處的大氣損失(圖8A)、具有在一個端點處的大氣損失(圖8B)、及具有一等溫溫度輪廓(圖8C)。對應的R-T曲線係展示於圖9，其中曲線A代表在兩個端點處的大氣損失，曲線B代表在一個端點處的大氣損失，以及曲線C代表等溫情況。如圖所示，在曲線C的等溫情況下，當電阻式元件之較多部分同時達到溫度時，電阻較高且反曲點更顯著。在較大熱損失的情況下，在此範例中是在端點部分，反曲點較不顯著(「較平坦」)。
現在參看圖10，電阻隨著溫度的一階導數、或是電阻變化隨著溫度變化(dR/dT)，係突顯具有及不具有熱端點損失的這些差異。如曲線C所示，當電阻式元件之較多部分同時達到反曲點溫度時，最大dR/dT點為較高的，且在較高溫度下非常快速地減小。如曲線B及C所示，當電阻式元件之較少部分同時達到反曲點溫度時，該最大dR/dT點為較低的，且在較高溫度下以一較慢速率減小(因為材料的其他部分仍靠近該反曲點)。值得注意，儘管有這些差異，該反曲點(或居禮溫度)對於所有三(3)個條件都保持相同，因此提供了用於在多種熱環境中校準電阻式元件電阻的一常數。
鹽浴測試
為進一步演示將居禮溫度使用於電阻校準，一系列測試係藉由將利用浸入一420°C熔鹽浴中(模擬等溫條件)之電阻式元件來進行一系列測試。該等電阻式元件部分地浸入該鹽浴中及完全地浸入該鹽浴中兩者，且針對這兩個測試條件來收集資料。
如圖11A及11B所示，電阻式元件部分地浸入鹽浴中，從該鹽浴移開且在室溫下冷卻，隨後完全地浸入該鹽浴中且在室溫下冷卻。
如圖12A-12C針對部分地浸入、及圖13A-13C針對完全地浸入進一步所示，進行了數個觀察。首先，完全浸入之測試條件的dR/dt(隨著時間變化之電阻變化，時間=「t」)幅度係為較高的。並且，在加熱斜坡調改/期間及冷卻斜坡調改/期間兩者，完全浸入之測試條件的dR/dt幅度為較高的。在加熱斜坡調改/期間及冷卻斜坡調改/期間之dR/dt幅度的此差異亦展示於圖14A及14B中。
自我校準
本揭露內容之教示的再另一應用係針對電阻式元件所配置的電力接腳使用不同材料。為了形成溫度感測或「熱偶」電力接腳而針對電力接腳使用不同材料，其係說明於標題為「具有溫度感測電力針腳之電阻式加熱器」的美國專利第10,728,956號中，其與本申請案為共同擁有，且其內容係藉由參照全文併入本文。
參看圖15A及15B，展示具有至少一由不同的一材料所製成之電力引線的電阻式元件的兩個示範性組配。電阻式元件30(其在此例中為一加熱器的一電阻線)係由一電阻材料所製成，該電阻材料在其居禮溫度下具有一可量測的反曲點，諸如，舉例來說，具有99%Ni含量的鎳201 (UNS N02201)。電力引線40為另一材料，但不同於該電阻式元件30的材料，其舉例來說可為一NiCr合金。藉由在接合部50處的溫度量測，連同鎳201在居禮溫度下的反曲點，可提供一多點校準。一個校準點係來自居禮溫度的反曲點，且另一校準點來自熱偶電力引線接合部50。
有利地，本揭露內容的教示係可使用於各種目的，包括但不限於：校準一電阻式元件的電阻、補償沿著一加熱系統的熱損失、校準熱模型、多點校準、電阻式元件的壽命預測，以及電力控制，還有其他。
在本揭露內容的另一形式中，針對操作R-T曲線的部分增益訂正，係透過使用dR/dT的二階導數或d2 R/dT2 、及在其他形式的標準偏差或dR/dT之形狀的其他數學表示來被提供。一般而言，如下文更詳細地說明，該操作R-T曲線之朝到達居禮反曲點且從居禮反曲點遠離的形狀，係提供了用於增益調整的資訊。且雖然使用二階導數的一增益調整係在下文中例示且說明，但應理解的是，二階導數連同dR/dT之形狀的其他數學表示係可一起使用於偏補及增益中之任一者或兩者，而同時保持在本揭露內容的範圍內。
參看圖16A及16B，例示針對具有複數個線圈(在此範例中總共是70個線圈)的加熱器在不同功率位準下的模擬溫度分布，其中等溫溫度分布係展示於圖16A，且具有高端點損失的一條件係展示於圖16B。等溫及高端點損失條件兩者，係將使用如下所述之dR/dT之形狀的其他數學表示來進一步被分析。
首先，如圖17中所示，針對等溫條件的電阻在反曲點處為較高的，其為更顯著的。此外，針對等溫條件之R-T曲線下的面積係大於高端點損失條件之R-T曲線下的面積。
現在參看圖18，等溫條件的最大dR/dT係為較高的，且標準偏差亦為較高的。針對每一曲線計算dR/dT值的平均及標準偏差，且基於這些計算，針對等溫條件之dR/dT的標準偏差為0.0048，而針對高端點損失條件之dR/dT的標準偏差為0.0021。如進一步展示，針對等溫條件之dR/dT曲線之斜率，離開反曲點(朝向較高溫度)者係遠高於朝到達反曲點者，而針對高端點損失條件之dR/dT曲線的斜率係為相似的。據此，此差異指示應對高端點損失條件進行一正增益調整來將加熱器校準至等溫條件。換言之，此資訊驗證出，具高端點損失的加熱器經歷了較低平均溫度。
接著轉看圖19，針對等溫及高端點損失條件兩者取得二階導數或d2 R/dT2 ，其放大了居禮反曲點。針對等溫條件之d2 R/dT2 的最大及最小值係清楚地高於及低於針對高端點損失條件的最大及最小值，其指示出一增益調整的需要。並相似於上文所說明及例示的dR/dT情況，d2 R/dT2 曲線之朝到達反曲點及遠離反曲點的斜率，係可被使用於增益調整。
參看圖20A及20B，熱偶的使用，除了如上所述基於居禮反曲點來調整操作R-T曲線之外，還可提供額外的校準資訊。舉例而言，一第一熱偶TC1 被放置於靠近一電阻式加熱元件的最熱部分，且一第二熱偶TC2 被放置於靠近該電阻式加熱元件的最冷部分。因為來自兩熱偶的電阻信號係為相同的，且因為該第二熱偶TC2 的溫度為較低的，所以dT的值較小且dR/dT較大及相較於該第一熱偶TC1 偏移。該第二熱偶TC2 ，其反曲點係低於居禮溫度，因此指示出其是在一較冷區域中。此反曲點可隨後被使用來校準該第二熱偶TC2 。
本揭露內容的另一變化係展示於圖21，其包括一多線圈(或多區段，電阻式元件不需要呈如所示的一線圈形狀)加熱器50，其中每個線圈52、54及56係由有不同居禮溫度的不同材料所製成，因此提供了如本文教示的溫度校準。此外，每個線圈52/54/56可連接至一電力，該電力具有由與每個線圈52/54/56之材料不同的材料所製成的電力引線62、64、66，因此在每個接合部A/B/C處提供一溫度，用於額外校準目的。根據本揭露內容之原理，可使用及組合任何數量的線圈、電力引線及材料，且因此本文之例示僅為範例性，且不應被解釋成限制本揭露內容的範圍。
本揭露內容之再另一變化係展示於圖22，其為一自我校準熱偶100。該自我校準熱偶100包括一第一熱元件102，其為了增加的電阻而呈一線圈形式；以及一第二熱元件104，其由不同於該第一熱元件102的材料所製成。礦物絕緣體106包圍該熱元件102/104，且一護套108包圍該礦物絕緣體106，如同許多典型的熱偶建構。該第一熱元件102由具有高於該自我校準熱偶100之操作溫度範圍之居禮溫度的一材料所製成。根據本文之教示，此居禮溫度可隨後被使用來校準該自我校準熱偶100。亦應理解，所例示及說明之具體熱偶建構僅為範例性，且其他建構係被視為在本揭露內容之範圍內。舉例而言，可使用聚合物絕緣體以替代該礦物絕緣體106，或者可暴露熱偶接合部而非設置於該護套108內。這些及其他建構應被解釋為在本揭露內容的範圍內。
如上所述，本揭露內容之教示及居禮反曲點之使用係可被使用於數個目的。一此等目的係為量測/計算沿著一加熱器(或感測器、或其他電阻式元件)之長度的溫度輪廓，如圖23A-23F所示。在此範例中，「第一情況」係針對一高端點損失條件，且第二情況係針對一等溫溫度分布。
如以下更詳細地說明，此反曲點或校準R-T曲線可被使用於多種目的，包括但不限於：預測一加熱器的剩餘壽命；沿著一加熱器(或感測器、或其他電阻式元件)的長度量測溫度輪廓；識別一加熱系統的熱損失來改良系統的模型化及控制；改良加熱元件與製程間之熱路徑的識別來改良系統模型化及控制；減少校準熱系統的成本；加熱系統自我校準；就經組合之雙線式電阻及熱偶電力接腳(TCPP)之熱系統增加精準度；雙線式熱偶接合部系統(包括具有溫度感測電阻式/引線線材的其他熱系統)；以及針對隨著時間變化之感測系統的現場再校準。
如本文使用，用語「電阻式元件」應解釋為意謂例如用於加熱器中的電阻式元件、用於熱偶中的電阻線、或具有隨時間推移的電阻變化的任何其他電阻式元件。再者，該加熱器可採取任何數量的形式，包括如本文所示之管狀加熱器建構，連同一匣式加熱器、一纜線式加熱器、一層狀加熱器、或一可撓式加熱器、還有其他。
除非本文另外明確指出，否則指示機械/熱性質、組成百分比、尺寸及/或容差、或其他特性之所有數值，在說明本揭露內容之範圍中將被理解為由用詞「約」或「大約」修改。此修改係出於各種原因係為所欲的，包括：工業實踐；材料、製造、及裝配容差；以及測試能力。
A、B、及C中至少一者這個句型於本文中使用時，應該解釋為使用一非排他性邏輯「或」表示一邏輯(A或B或C)，並且不應該被解釋為表示「至少一A、至少一B、以及至少一C」。
本揭露內容之說明本質上僅為範例性，因此，未脫離本揭露實質內容之變化係意欲落入本揭露內容之範圍內。請勿將此等變化視為脫離本揭露內容之精神及範圍。
20:管狀加熱器,加熱器 22,108:護套 30:電阻式元件 40:電力引線 50:多線圈加熱器,接合部,熱偶電力引線接合部 52,54,56:線圈 62,64,66:電力引線 100:自我校準熱偶 102:第一熱元件 104:第二熱元件 106:礦物絕緣體 A,B,C:曲線,接合部 TC1 :第一熱偶 TC2 :第二熱偶
為了使本揭露內容可被良好理解，現將以範例方式且參照隨附圖式說明其不同形式，其中：
圖1為例示在一電阻對溫度(R-T)曲線上一電阻材料在居禮溫度之反曲點的一圖形；
圖2為例示在一電阻變化(dR/dT)對溫度之曲線上一電阻材料在居禮溫度之反曲點的一圖形；
圖3為例示根據本揭露內容之教示，用以校準一電阻式元件之電阻的一經偏移之R-T曲線的一圖形；
圖4為例示在圖3所示之校準之前及之後的誤差的一圖形；
圖5為根據本揭露內容之教示，用於測試之具有複數個熱偶之一電阻式加熱器的一示意側視圖；
圖6為沿著圖5之電阻式加熱器之長度就不同功率位準之模擬溫度分布的一圖形；
圖7為根據本揭露內容之測試，已使用斜率及相較於一標準R-T曲線之偏補量兩者進行校準之一操作R-T曲線的一圖形；
圖8A-8C為沿著圖5之電阻式加熱器之長度就不同功率位準、以不同的熱端點條件之模擬溫度分布的圖形；
圖9為針對圖8A-8C之不同熱端點條件所計算之R-T曲線的一圖形；
圖10為針對圖8A-8C之不同熱端點條件所計算之dR/dT曲線的一圖形；
圖11A-11B為根據本揭露內容的測試，針對部分及完全浸入兩者，於一等溫鹽浴中之一電阻式元件之隨著時間之電阻及電阻變化的圖形；
圖12A-12C為例示根據本揭露內容之測試，就部分浸入鹽浴，經歷一整個加熱循環、一加熱斜坡調改及一冷卻斜坡調改之隨時間推移之電阻變化的圖形；
圖13A-13C為例示根據本揭露內容之測試，就完全浸入鹽浴，經歷一整個加熱循環、一加熱斜坡調改及一冷卻斜坡調改之隨時間推移之電阻變化的圖形；
圖14A-14B為例示根據本揭露內容之測試，針對部分及完全浸入鹽浴，在一累計時段內及從鹽浴移開後隨著時間之電阻變化的圖形；
圖15A-15B為根據本揭露內容之教示，具有一熱偶電力接腳組配且使用一多點校準的一電阻式元件之另一形式的示意例示圖；
圖16A-16B為例示根據本揭露內容之教示，沿著具有多數個線圈之一假想加熱器之模擬溫度分布的圖形；一者具有等溫溫度分布，以及另一者具有高端點損失，亦即在兩端點處溫度較低，且在不同功率位準；
圖17為根據本揭露內容之教示，針對對應於圖16A及16B之假想加熱器之dR/dT曲線的一圖形；
圖18為根據本揭露內容之教示，dR/dT對對應於圖16A及16B之一最大導線溫度的一圖形；
圖19為根據本揭露內容之教示，對應於圖16A及16B的二階導數，d2 R/dT2 之一圖形；
圖20A為例示根據本揭露內容之教示，沿著於兩個不同位置具有熱偶的一加熱器之模擬溫度分布的一圖形；
圖20B為根據本揭露內容之教示，針對沿著圖16A及16B之假想加熱器之長度的兩個不同熱偶位置，dR/dT對導線溫度的一圖形；
圖21為依照本揭露內容之教示所建構的具有用於電阻式元件的複數個不同材料之一加熱器以及多個電力引線感測器的一示意圖；以及
圖22為依照本揭露內容之教示所建構的一自我校準熱偶的一示意圖。
本文說明之圖式係僅供例示之目的，且不意欲以任何方式限制本揭露內容之範圍。

Claims (14)

  1. 一種校準一電阻式元件之溫度的方法，該電阻式元件包含具有一居禮溫度之一材料，該方法包含： 產生出該電阻式元件在等溫條件下的一標準電阻-溫度(R-T)曲線，用以識別該R-T曲線的值以及在該居禮溫度下的一反曲點； 產生出該電阻式元件歷經一操作時段的操作R-T曲線； 比較該標準R-T曲線與該等操作R-T曲線；以及 在該居禮溫度下調整該等操作R-T曲線至該標準曲線。
  2. 如請求項1之方法，其中該電阻式元件係在一加熱器中。
  3. 如請求項1之方法，其中該電阻式元件係在一接合部處耦接至一電力引線，該電力引線係為不同於該電阻式元件之材料的一材料，以使得至少一額外校準溫度在該接合部處被判定。
  4. 如請求項3之方法，其中該電力引線係為一NiCr材料，且該電阻式元件係為具有至少99%Ni含量的一Ni材料。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包含當該等操作R-T曲線的一斜率弱於該標準R-T曲線的斜率時，施加一調整。
  6. 一種熱偶，其包含： 一第一熱元件，其由具有一居禮溫度的一電阻材料所製成；以及 一第二熱元件，其由不同於該第一熱元件的一材料所製成， 其中該第一熱元件之該居禮溫度係被使用來依照請求項1之方法校準該熱偶。
  7. 一種校準一電阻式元件之溫度的方法，該電阻式元件包含具有一居禮溫度之一材料，該電阻式元件係電氣式耦接至具有不同材料的電力引線以及一熱偶接合部，其中至少一電力引線係在該熱偶接合部處連接至該電阻式元件，該方法包含： 產生出該電阻式元件在等溫條件下的一標準電阻-溫度(R-T)曲線，用以識別該R-T曲線的值以及在該居禮溫度下的一反曲點； 產生出該電阻式元件歷經一操作時段的操作R-T曲線； 比較該標準R-T曲線與該等操作R-T曲線； 在居禮溫度下調整該等操作曲線至該標準R-T曲線； 計算在該接合部處的一溫度；以及 基於該調整及該接合部處的該溫度，來計算該電阻式元件的一修改溫度。
  8. 如請求項7之方法，其中該電力引線係為一NiCr材料，且該電阻式元件係為具有至少99%Ni含量的一Ni材料。
  9. 一種電阻式加熱器，其包含： 複數個區段，每個區段係界定出與一相鄰區段不同的一材料，且每個區段係由具有一居禮溫度的一電阻材料所製成；以及 複數個電力引線，其自一電源延伸，每個電力引線係連接至一區段，該等電力引線中之每一者係界定與該電力引線所連接之該區段的材料不同的一材料， 其中該等區段的該居禮溫度及該等電力引線的該等不同材料，係被使用來依照請求項7之方法來校準該電阻式加熱器。
  10. 一種校準一電阻式元件之溫度的方法，該電阻式元件包含具有一居禮溫度之一材料，該方法包含： 產生出該電阻式元件在等溫條件下的一標準電阻-溫度(R-T)曲線，用以識別該R-T曲線的值以及在該居禮溫度下的一反曲點； 產生出該電阻式元件歷經一操作時段的操作R-T曲線； 開展該等R-T曲線之形狀的數學表示；以及 基於該等數學表示，在該居禮溫度下調整該等操作R-T曲線至該標準曲線。
  11. 如請求項10之方法，其中該等數學表示為該等R-T曲線之dR/dT的二階導數。
  12. 如請求項11之方法，其中該等二階導數係被使用於增益調整。
  13. 如請求項10之方法，其中該等數學表示係在該等操作R-T曲線與該標準R-T曲線之間的標準偏差。
  14. 一種熱偶，其包含： 一第一熱元件，其由具有一居禮溫度的一電阻材料所製成；以及 一第二熱元件，其由不同於該第一熱元件的一材料所製成， 其中該第一熱元件之該居禮溫度係被使用來依照請求項10之方法校準該熱偶。
TW110112803A 2020-04-08 2021-04-08 熱偶、電阻式加熱器及校準電阻式元件之溫度的方法 TWI800813B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063007272P 2020-04-08 2020-04-08
US63/007,272 2020-04-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202210796A true TW202210796A (zh) 2022-03-16
TWI800813B TWI800813B (zh) 2023-05-01

Family

ID=75690710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110112803A TWI800813B (zh) 2020-04-08 2021-04-08 熱偶、電阻式加熱器及校準電阻式元件之溫度的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210318177A1 (zh)
EP (1) EP4133245A1 (zh)
JP (1) JP2023522174A (zh)
KR (1) KR20220164592A (zh)
CN (1) CN115943295A (zh)
TW (1) TWI800813B (zh)
WO (1) WO2021207465A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114527523A (zh) * 2022-01-11 2022-05-24 长春理工大学 一种带有实时测温功能的透镜的加工方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1275232A (en) * 1911-12-22 1918-08-13 Edison Storage Battery Co Production of finely-divided metals.
SU1275232A1 (ru) * 1983-07-22 1986-12-07 Физико-технический институт низких температур АН УССР Способ градуировки термопреобразовател
US4901257A (en) * 1987-06-12 1990-02-13 King Nutronics Corporation Temperature calibration system
FR2915053B1 (fr) * 2007-04-13 2009-07-17 Roctool Sa Procede et dispositif de chauffage de pieces tubulaires ou pleines par induction.
DE102010040039A1 (de) * 2010-08-31 2012-03-01 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur in situ Kalibrierung eines Thermometers
EP2625497B1 (en) * 2010-10-04 2020-03-04 Ricoh Company, Ltd. Electric element
US10316644B2 (en) * 2013-04-04 2019-06-11 Shell Oil Company Temperature assessment using dielectric properties of an insulated conductor heater with selected electrical insulation
US10728956B2 (en) * 2015-05-29 2020-07-28 Watlow Electric Manufacturing Company Resistive heater with temperature sensing power pins
DE102016206447B3 (de) * 2016-04-15 2017-08-10 Sirona Dental Systems Gmbh Verfahren zur Kalibrierung eines Temperaturmessgeräts eines Dentalofens und Kalibrierkörper
DE102017100264A1 (de) * 2017-01-09 2018-07-12 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur in situ Kalibrierung eines Thermometers
DE102017100268A1 (de) * 2017-01-09 2018-07-12 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur in situ Kalibrierung eines Thermometers
GB2562506A (en) * 2017-05-17 2018-11-21 Continental Automotive Gmbh Thermocouple arrangement and method for measuring
EP3646667B1 (en) * 2017-06-28 2021-07-28 Philip Morris Products S.A. Electrical heating assembly, aerosol-generating device and method for resistively heating an aerosol-forming substrate

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021207465A1 (en) 2021-10-14
KR20220164592A (ko) 2022-12-13
EP4133245A1 (en) 2023-02-15
US20210318177A1 (en) 2021-10-14
TWI800813B (zh) 2023-05-01
JP2023522174A (ja) 2023-05-29
CN115943295A (zh) 2023-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5979876B2 (ja) 温度補償された温度測定の方法及びシステム
Lavenuta Negative temperature coefficient thermistors
CN108027286B (zh) 用于温度计现场校准的方法和装置
US7647843B2 (en) Universal sensor controller for a thermal anemometer
RU2713061C1 (ru) Способ и устройство для in situ калибровки термометра
KR101704222B1 (ko) 열전대를 이용한 온도 측정 장치의 온도 드리프트 보정 방법
CN107820565B (zh) 用于确定和/或监视介质的温度的设备
US20170167938A1 (en) Fluid property sensor with heat loss compensation and operating method thereof
US20200256737A1 (en) Mineral insulated sheathed assembly with grounded and ungrounded temperature sensors
TW202210796A (zh) 熱系統之電阻校準及監測技術
CN106482752B (zh) 传感器装置和用于校准传感器装置的方法
US8305186B1 (en) Resistive temperature detector assembly
US6983223B2 (en) Detecting thermocouple failure using loop resistance
Clayton Thin-film platinum for appliance temperature control
CN108369144B (zh) 用于可靠且精确地确定介质的温度的装置和方法
JP2022503677A (ja) 温度センサの較正
Žužek et al. Determination of PRT Hysteresis in the Temperature Range from− 50 C to 300 C
Zvizdić et al. Hysteresis of thin film iprts in the range 100 c to 600 c
JP5320330B2 (ja) 接触式表面温度センサ校正器、接触式表面温度センサの校正方法及び基準温度センサの校正方法
US20230366754A1 (en) Single-point temperature calibration of resistance-based temperature measurements
JP3681476B2 (ja) 熱電対
Lopardo et al. Guide to Secondary Thermometry: Industrial Platinum Resistance Thermometers
Ulanovskii et al. Determination of the stability of cable thermocouples at the upper limit of their working temperature range
RU2269102C1 (ru) Способ определения температуры полупроводниковым терморезистором
CN114787599A (zh) 具有诊断功能的温度计