WO2006136496A1 - Bestimmung und/oder überwachung der temperatur - Google Patents

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WO2006136496A1
WO2006136496A1 PCT/EP2006/062991 EP2006062991W WO2006136496A1 WO 2006136496 A1 WO2006136496 A1 WO 2006136496A1 EP 2006062991 W EP2006062991 W EP 2006062991W WO 2006136496 A1 WO2006136496 A1 WO 2006136496A1
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temperature sensor
electrical
temperature
lines
transmitter
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PCT/EP2006/062991
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French (fr)
Inventor
Alfred Umkehrer
Original Assignee
Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg
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Priority to US11/921,852 priority patent/US8043001B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/026—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for monitoring a plurality of temperatures, e.g. by multiplexing
    • 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
    • G01K7/20—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 in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit

Definitions

  • the invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one temperature, comprising at least a first temperature sensor and a second temperature sensor, with at least one transmitter, wherein the transmitter has at least four terminals for the electrical connection of electrical lines to the transmitter, and at least five electrical lines, wherein the first temperature sensor is connected via at least three electrical lines to at least three terminals of the transmitter, wherein the three electrical lines are connected to the first temperature sensor and the transmitter so that a value of the electrical resistance of at least one of the three electrical lines results, and wherein the second temperature sensor is connected via at least two electrical lines with at least two terminals of the transmitter.
  • the invention relates to a method for determining and / or monitoring at least one temperature, wherein the temperature-dependent electrical resistance of at least a first temperature sensor and a second temperature sensor is evaluated, and wherein the first temperature sensor and the second temperature sensor connected via electrical lines to a transmitter are.
  • the temperature may be, for example, the temperature in a room or container or the temperature of a medium.
  • the electrical supply lines are usually connected to a transmitter / transmitter, which controls the temperature sensor appropriately and evaluates or processes the measured values or transfers the measured values to a display unit or via a data bus to a higher-level unit.
  • a temperature head transmitter for installation in a connection head of the form B according to DIN 43729 usually has 6 connection terminals: one terminal for the power supply and the output signal generated by the transmitter and four terminals for the connection of the sensor.
  • two sensors are connected, e.g. two thermocouples or two resistance thermometers.
  • a fifth sensor terminal on a DIN B head transmitter is very difficult because, on the one hand, the terminals become unmanageably small or there is less space for the parameterization interface and the lateral cable entry for the supply / signal.
  • the problem is exacerbated with 4-terminal head transmitters, which only have the option of connecting a 3-wire and a 2-wire resistor sensor simultaneously. This leads to extreme inaccuracies in the 2-wire resistance sensor, as there is no information regarding the temperature-dependent resistance of the supply lines for this.
  • the object of the invention is to propose a temperature measuring device with two temperature sensors, each allowing the most accurate temperature measurement, the equipment cost is low.
  • the invention achieves the object with a device for determining and / or monitoring at least one temperature, with at least a first temperature sensor and a second temperature sensor, with at least one transmitter, wherein the transmitter has at least four terminals for the electrical connection of electrical lines to the transmitter, and having at least five electrical leads, the first temperature sensor being connected to at least three terminals of the transmitter via at least three electrical leads, the three electrical leads being connected to the first temperature sensor and the transmitter such that a value is provided via a 3-wire circuit of the electrical resistance of at least one of the three electrical lines results, and wherein the second temperature sensor is connected via at least two electrical lines with at least two terminals of the transmitter.
  • the inventive device for solving the problem provides that the via the 3-wire circuit resulting value of the electrical resistance m at least one electrical line of the determination of the value of the electrical resistance of at least one electrical line used, via which the second temperature sensor is connected to the transmitter.
  • the invention thus consists in that both temperature sensors are connected to a transmitter, wherein the resistance value, which is determined for the leads of the first temperature sensor, is used for determining the resistance value of the leads of the second temperature sensor.
  • One embodiment provides, in particular, that the first temperature sensor is only connected via three lines and that the second temperature sensor is connected to the measuring transducer only via two lines. This is the minimum number of wires that can be used to connect two temperature sensors to one transmitter.
  • the invention enables the exact temperature measurement also with the second temperature sensor, in that the values determined for the first temperature sensor are also used for the second sensor.
  • the invention thus makes it possible to measure the temperature very accurately with two temperature sensors, whereby a 3-conductor circuit is not required for both temperature sensors. This means fewer lines, fewer terminals and less control technology required.
  • the measuring device it is in principle possible to measure at least a first and a second temperature (corresponding to the two temperature sensors) or a temperature twice and thus redundantly.
  • An embodiment of the device according to the invention comprises at least one microprocessor for controlling the terminals and / or for evaluating or monitoring the at least one temperature via the first temperature sensor and / or the second temperature sensor.
  • Two temperature sensors allow a redundant measurement or monitoring of a temperature and the measurement of two different temperatures, each prevailing at the location where the two temperature sensors are located.
  • An embodiment of the device according to the invention provides that the microprocessor is configured such that it determines the value of the electrical resistance determined for the 3-conductor circuit for the calculation of the values of the electrical resistance of the electrical lines via which the second temperature sensor is connected to the measuring transducer , used.
  • the controlling microprocessor or microcontroller is thus designed such that it also uses the resistance determined for the leads of the first temperature sensor for determining the resistance value of the leads of the second temperature sensor.
  • An embodiment of the device according to the invention includes that the five electrical lines are arranged such that acts on them substantially the same temperature.
  • the five supply lines are preferably configured in this way and arranged to have substantially the same temperature at each of them.
  • An associated embodiment of the device according to the invention includes that the electrical lines are arranged in at least one protective tube. The lines are so close to each other.
  • An embodiment of the device according to the invention provides that at least two of the electrical resistances of the five electrical lines have a known relationship to each other. If the ratio of the resistance values is known, the respective other value can be determined or calculated from a value measured via a corresponding circuit. For example, for the 3-wire circuit, it is generally assumed that all three lines have the same resistance. However, it is also possible to use other relations which likewise must be known for the calculation.
  • This embodiment thus relates both to known ratios of the resistance values to one another within the lines of a temperature sensor and to the ratios of the resistances between the lines of the individual temperature sensors. The known conditions can be generated for example by a corresponding design of the lines.
  • An embodiment of the device according to the invention includes that the electrical resistances of the three electrical lines of the first temperature sensor and the electrical resistances of the two electrical lines of the second temperature sensor have a known relationship to one another. If the ratio of the resistance values to one another is known, the resistance value of the two other electrical lines can be determined or calculated in particular via the value determined using the 3-conductor circuit.
  • an embodiment of the device according to the invention provides that the five electrical lines are designed such that they have substantially the same electrical resistance.
  • the value determined with the 3-conductor circuit can be used directly for the evaluation of the measured value of the second temperature sensor.
  • the five conduits are made of the same material, have the same length, and are preferably all at the same location, i. arranged close to each other.
  • An embodiment of the device according to the invention provides that at least the first temperature sensor is a temperature measuring resistor.
  • An embodiment of the device according to the invention includes that at least one electrical line of the three electrical lines, via which the first temperature sensor is connected to the transmitter, and at least one electrical line of the two electrical lines, via which the second temperature sensor connected to the transmitter, are connected to the same terminal of the transmitter.
  • This embodiment provides that virtually both temperature sensors are connected via at least one common terminal to the transmitter. Thus, only four terminals are required for the five electrical lines, with the invention still a very accurate temperature measurement with both temperature sensors is possible.
  • the invention solves the problem with a method for determining and / or monitoring at least one temperature, wherein the temperature-dependent electrical resistance of at least a first temperature sensor and a second temperature sensor is evaluated, and wherein the first temperature sensor and the second temperature sensor connected via electrical lines to a transmitter are.
  • the method according to the invention provides that the value of the electrical resistance of the electrical leads connected to the first temperature sensor is determined via the first temperature sensor, and that the determined value of the electrical resistance for determining the values of the electrical resistance of the electrical sensor connected to the second temperature sensor Lines is used.
  • the invention thus consists in determining the electrical resistance of the lines of a temperature sensor, i. is measured. This resistance is then used to determine the resistance of the lines of the second temperature sensor.
  • the above described in the device embodiments apply to the method accordingly. In particular, it is thus also advantageous in the method if the ratios of the resistance values to one another are known.
  • Fig. 1 a schematic representation of the shading of the device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a further schematic representation of the device according to the invention.
  • the temperature measurement is carried out here with two temperature sensors 1, 2, each of which is a temperature measuring resistor. That is, for the temperature measurement is used that the electrical resistance is dependent on the temperature.
  • the first temperature sensor 1 is connected via three lines 5.1, 5.2 and 5.3 with three terminals 4.1, 4.2 and 4.3 of the transmitter 3.
  • the transmitter 3 measures, for example, the resistance, which results from the three conductors 5.1, 5.2 and 5.3 and the temperature measuring resistor 1 and determines from this the temperature or sets at a Change in the resistance value determines that the temperature has changed.
  • the first temperature sensor 1 is connected via three lines 5.1, 5.2 and 5.3 in a so-called. 3-conductor circuit to the transmitter 3. If the electrical resistance between the terminals 4.1 and 4.3 or between the terminals 4.2 and 4.3 is measured, this results in the electrical resistance of the two lines 5.1 and 5.2, which virtually make the double connection between the sensor 1 and the transmitter 3. It is assumed that these two lines 5.1 and 5.2 have the same electrical resistance. If it is also assumed that the third, simply existing line 5.3 has this resistance, then the temperature of interest from the electrical resistance of the first temperature sensor 1 can be determined below.
  • a second temperature sensor 2 serves, for example, for the redundant measurement or monitoring of the temperature. In another embodiment, he can also measure and / or monitor a second temperature.
  • the second temperature sensor 2 is connected via two lines 5.4 and 5.5 to the transmitter 3. In this case, a line 5.4 to the same terminal 4.3 as one of the three lines 5.1, 5.2 and
  • the transmitter 3 or an evaluation unit connected thereto is designed such that it determines the value of the electrical resistance via the first temperature sensor 1, which then for all Lines 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 and 5.5 is used.
  • the resistance values of the five lines 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 and 5.5 each have known ratios. The above case is the simplest constellation in which the resistance values are the same. However, with deviating but known ratios, the resistance value of the lines can also be determined according to the invention.
  • the electrical lines are arranged in a protective tube 6. Within the protective tube 6 is preferably ensured that the individual lines are always exposed to the same temperature, i. that the lines are as close to each other as possible.
  • the microprocessor 7 and / or the transmitter 3 are advantageously designed such that, for example, via a programming interface, e.g.
  • a dip switch, a digital interface or a control unit shading of the transmitter 3 according to the invention for the purpose of evaluation of the measurement signal can be switched appropriately. That For example, via a dip switch can be selected between a sound system according to the prior art and the shading according to the invention with at least two temperature sensors, in which the resistance value determined for the lines of a sensor is also used for the other sensor.
  • the temperature transmitter is usually configured via HART / Profibus PA or Fieldbus Foundation (FF) protocol (modulated on the supply line) or via a serial connection to the PC (FS232 or USB interface).

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Temperatur, mit einem ersten (1) und einem zweiten Temperatursensor (2), mit einem Messumformer (3), wobei der Messumformer (3) vier Klemmen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) zum elektrischen Anschluss von elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) aufweist, und mit fünf elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5), wobei der erste Temperatursensor (1) über drei elektrische Leitungen (5.1, 5.2, 5.3) mit drei Klemmen (4.1, 4.2, 4.3) des Messumformers (3) verbunden ist, wobei die drei elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3) derartig mit dem ersten Temperatursensor (1) und dem Messumformer (3) verbunden sind, dass sich über eine 3-Leiterschaltung ein Wert des elektrischen Widerstands mindestens einer der drei Leitungen (5.1) ergibt, und wobei der zweite Temperatursensor (2) über zwei elektrische Leitungen (5.4, 5.5) mit zwei Klemmen (4.3, 4.4) des Messumformers (3) verbunden ist. Die Erfindung beinhaltet, dass der sich über die 3-Leiterschaltung ergebende Wert des elektrischen Widerstands der mindestens einen elektrischen Leitung (5.1) der Bestimmung des Werts des elektrischen Widerstands mindestens einer elektrischen Leitung (5.4, 5.5) dient, über welche der zweite Temperatursensor (2) mit dem Messumformer (3) verbunden ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren.

Description

Beschreibung
BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG DER TEMPERATUR
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Temperatur, mit mindestens einem ersten Temperatursensor und einem zweiten Temperatursensor, mit mindestens einem Messumformer, wobei der Messumformer mindestens vier Klemmen zum elektrischen Anschluss von elektrischen Leitungen an den Messumformer aufweist, und mit mindestens fünf elektrischen Leitungen, wobei der erste Temperatursensor über mindestens drei elektrische Leitungen mit mindestens drei Klemmen des Messumformers verbunden ist, wobei die drei elektrischen Leitungen derartig mit dem ersten Temperatursensor und dem Messumformer verbunden sind, dass sich über eine 3-Leiterschaltung ein Wert des elektrischen Widerstands mindestens einer der drei elektrischen Leitungen ergibt, und wobei der zweite Temperatursensor über mindestens zwei elektrische Leitungen mit mindestens zwei Klemmen des Messumformers verbunden ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Temperatur, wobei der temperaturabhängige elektrische Widerstand mindestens eines ersten Temperatursensors und eines zweiten Temperatursensors ausgewertet wird, und wobei der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor über elektrische Leitungen mit einem Messumformer verbunden sind. Bei der Temperatur kann es sich beispielsweise um die Temperatur in einem Raum oder Behälter oder um die Temperatur eines Mediums handeln.
Im Stand der Technik ist es bekannt, eine Temperatur über ein Widerstandelement zu messen, dessen elektrischer Widerstand von der in seiner Umgebung herrschenden Temperatur abhängig ist. Das Widerstandelement bildet somit den Temperatursensor eines Widerstandsthermometers. Um bei solchen Messgeräten ausreichend exakt den Widerstand des Temperatursensors und damit die Temperatur bestimmen zu können, ist eine Anschaltung des Sensors mit mindestens 3 elektrischen Leitungen / Anschlüssen notwendig. Bei einer solchen 3-Leiterschaltung wird davon ausgegangen, dass der elektrische Widerstand aller 3 Leitungen gleich ist, d.h. gleiche Leitungslängen und gleiche Temperatur der Anschlussdrähte werden vorausgesetzt. Durch Messung des Widerstandes der Leitungen, die sich auf der gleichen Seite des Widerstandelements befinden, lässt sich der Leitungswiderstand bestimmen. Dieser Leitungswiderstand wird dann vom gemessenen Geamtwiderstand zwischen den am Widerstandselement einander gegenüberliegenden Leitungen subtrahiert, um den Widerstand des Sensors selbst zu bestimmen. Wichtig ist diese ständige Messung des elektrischen Widerstands der Zuleitungen, da der Widerstandswert der Leitungen ebenfalls temperaturabhängig ist.
Die elektrischen Zuleitungen sind üblicherweise an einem Messumformer/ Transmitter angeschlossen, welcher den Temperatursensor passend ansteuert und die gemessenen Werte auswertet oder aufbereitet bzw. die Messwerte an eine Anzeigeeinheit oder über einen Datenbus an einer übergeordnete Einheit übergibt. Ein solcher Temperaturkopftransmitter zum Einbau in einen Anschlusskopf der Form B nach DIN 43729 hat üblicherweise 6 Anschlussklemmen: je eine Klemme für die Stromversorgung und das vom Transmitter erzeugte Ausgangssignal und vier Klemmen für den Anschluss des Sensors. Es gibt jedoch einige Anwendungen, bei denen zwei Sensoren angeschlossen werden, z.B. zwei Thermoelemente oder zwei Widerstandsthermometer. Zur Messung von zwei Widerstandssensoren (z.B. Widerstandsthermometer oder widerstandsabhängiger Positionsgeber) in jeweils einer 3-Leiterschaltung werden mindestens 5 Klemmen benötigt. Eine Klemme wird dabei mit 2 Anschlussdrähten gleichzeitig belegt. Die Platzierung einer fünften Sensorklemme auf einem Kopftransmitter nach DIN B ist sehr schwierig, da zum einen die Klemmen unhandlich klein werden oder weniger Platz für Parametrierschnittstelle und seitliche Kabeleinführung für Versorgung/Signal bleibt. Das Problem verschärft sich bei Kopftransmittern mit 4 Klemmen, bei denen nur die Möglichkeit geboten ist, einen 3- und einen 2-Leiterwiderstandssensor gleichzeitig anzuschließen. Dies führt zu extremen Ungenauigkeiten beim 2-Leiterwiderstandssensor, da für diesen keine Information bzgl. des temperaturabhängigen Widerstands der Zuleitungen vorliegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Temperaturmessgerät mit zwei Temperatursensoren vorzuschlagen, die jeweils eine möglichst genaue Temperaturmessung erlauben, wobei der apparative Aufwand gering ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Temperatur, mit mindestens einem ersten Temperatursensor und einem zweiten Temperatursensor, mit mindestens einem Messumformer, wobei der Messumformer mindestens vier Klemmen zum elektrischen Anschluss von elektrischen Leitungen an den Messumformer aufweist, und mit mindestens fünf elektrischen Leitungen, wobei der erste Temperatursensor über mindestens drei elektrische Leitungen mit mindestens drei Klemmen des Messumformers verbunden ist, wobei die drei elektrischen Leitungen derartig mit dem ersten Temperatursensor und dem Messumformer verbunden sind, dass sich über eine 3-Leiterschaltung ein Wert des elektrischen Widerstands mindestens einer der drei elektrischen Leitungen ergibt, und wobei der zweite Temperatursensor über mindestens zwei elektrische Leitungen mit mindestens zwei Klemmen des Messumformers verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe sieht vor, dass der sich über die 3-Leiterschaltung ergebende Wert des elektrischen Widerstands der m indestens einen elektrischen Leitung der Bestimmung des Werts des elektrischen Widerstands mindestens einer elektrischen Leitung dient, über welche der zweite Temperatursensor mit dem Messumformer verbunden ist. Die Erfindung besteht somit darin, dass beide Temperatursensoren an einem Messumformer angeschlossen sind, wobei der Widerstandswert, der für die Zuleitungen des ersten Temperatursensors bestimmt wird, für die Bestimmung des Widerstandswert der Zuleitungen des zweiten Temperatursensors verwendet wird. Eine Ausgestaltung sieht insbesondere vor, dass der erste Temperatursensor nur über 3 Leitungen und dass der zweite Temperatursensor nur über 2 Leitungen mit dem Messumformer verbunden ist. Dies ist somit die minimale Anzahl an Leitungen, mit denen zwei Temperatursensoren an einen Messumformer angeschlossen werden können. Dabei ermöglicht die Erfindung die genaue Temperaturmessung auch mit dem zweiten Temperatursensor, indem die für den ersten Temperatursensor bestimmen Werte auch für den zweiten Sensor verwendet werden. Die Erfindung erlaubt es somit, mit zwei Temperatursensoren die Temperatur jeweils sehr genau zu messen, wobei nicht für beide Temperatursensoren eine 3-Leiterschaltung erforderlich ist. Es sind somit weniger Leitungen, weniger Klemmen und weniger An- steuerungstechnik erforderlich. Mit der Messvorrichtung ist es prinzipiell möglich, zumindest eine erste und eine zweite Temperatur (entsprechend den beiden Temperatursensoren) oder eine Temperatur zweifach und somit redundant zu messen.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass mind estens ein Mikroprozessor zur Ansteuerung der Klemmen und/oder zur Auswertung bzw. zur Überwachung der mindestens einen Temperatur über den ersten Temperatursensor und/oder den zweiten Temperatursensor vorgesehen ist. Zwei Temperatursensoren erlauben eine redundante Messung bzw. Überwachung einer Temperatur und die Messung von zwei unterschiedlichen Temperaturen, die jeweils an dem Ort herrschen, an welchem sich die beiden Temperatursensoren befinden.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Mikroprozessor derartig ausgestaltet ist, dass er den mit der 3-Leiterschaltung bestimmten Wert des elektrischen Widerstands für die Berechnung der Werte des elektrischen Widerstand der elektrischen Leitungen, über welche der zweite Temperatursensor mit dem Messumformer verbunden ist, verwendet. Der steuernde Mikroprozessor oder Mi- krocontroller ist also derartig ausgestaltet, dass er den für die Zuleitungen des ersten Temperatursensors bestimmten Widerstands wert auch für die Bestimmung des Widerstandswerts der Zuleitungen des zweiten Temperatursensors verwendet.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die fünf elektrischen Leitungen derartig angeordnet sind, dass auf sie im Wesentlichen die gleiche Temperatur wirkt. Die fünf Zuleitungen sind vorzugsweise derartig ausgestaltet und angeordnet, dass auf sie im Wesentlichen jeweils die gleiche Temperatur einwirkt. Eine damit verbundene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die elektrischen Leitungen in mindestens einem Schutzrohr angeordnet sind. Die Leitungen liegen also möglichst nahe beieinander.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass mindestens zwei der elektrischen Widerstände der fünf elektrischen Leitungen ein bekanntes Verhältnis zueinander haben. Ist das Verhältnis der Widerstandswerte bekannt, so kann daraus aus einem über eine entsprechende Schaltung gemessenen Wert der jeweils andere Wert bestimmt bzw. berechnet werden. Für die 3-Leiterschaltung wird beispielsweise im Allgemeinen angenommen, dass alle drei Leitungen den gleichen Widerstand haben. Es lassen sich jedoch auch andere Relationen verwenden, die ebenfalls für die Berechnung jeweils bekannt sein müssen. Diese Ausgestaltung bezieht sich somit sowohl auf bekannte Verhältnisse der Widerstandswerte zueinander innerhalb der Leitungen eines Temperatursensors, als auch auf die Verhältnisse der Widerstände zwischen den Leitungen der einzelnen Temperatursensoren. Die bekannten Verhältnisse lassen sich beispielsweise durch eine entsprechende Ausgestaltung der Leitungen erzeugen.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die elektrischen Widerstände der drei elektrischen Leitungen des ersten Temperatursensors und die elektrischen Widerstände der zwei elektrischen Leitungen des zweiten Temperatursensors ein bekanntes Verhältnis zueinander haben. Ist das Verhältnis der Widerstandswerte zueinander bekannt, so lässt sich darüber über den mit der 3-Leiterschaltung bestimmten Wert der Widerstandwert der zwei anderen elektrischen Leitungen bestimmen bzw. insbesondere berechnen.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die fünf elektrischen Leitungen derartig ausgestaltet sind, dass sie im Wesentlichen den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann der mit der 3-Leiterschaltung bestimmte Wert direkt für die Auswertung des Messwertes des zweiten Temperatursensors verwendet werden. Vorzugsweise bestehen die fünf Leitungen somit aus dem gleichen Material, weisen gleiche Länge auf und sind möglichst alle am gleichen Ort, d.h. nahe beieinander angeordnet.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass es sich zumindest bei dem ersten Temperatursensor um einen Temperaturmesswiderstand handelt.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass zumindest eine elektrische Leitung der drei elektrischen Leitungen, über welche der erste Temperatursensor mit dem Messumformer verbunden ist, und zumindest eine elektrische Leitung der zwei elektrischen Leitungen, über welche der zweite Temperatursensor mit dem Messumformer verbunden ist, mit der gleichen Klemme des Messumformers verbunden sind. Diese Ausgestaltung sieht vor, dass quasi beide Temperatursensoren über zumindest eine gemeinsame Klemme mit dem Messumformer verbunden sind. Somit sind für die fünf elektrischen Leitungen nur vier Klemmen erforderlich, wobei durch der Erfindung immer noch eine sehr genaue Temperaturmessung mit beiden Temperatursensoren möglich ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Temperatur, wobei der temperaturabhängige elektrische Widerstand mindestens eines ersten Temperatursensors und eines zweiten Temperatursensors ausgewertet wird, und wobei der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor über elektrische Leitungen mit einem Messumformer verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass über den ersten Temperatursensor der Wert des elektrischen Widerstands der mit dem ersten Temperatursensor verbundenen elektrischen Leitungen bestimmt wird, und dass der bestimmte Wert des elektrischen Widerstands für die Bestimmung der Werte des elektrischen Widerstands der mit dem zweiten Temperatursensor verbundenen elektrischen Leitungen verwendet wird. Die Erfindung besteht somit darin, dass der elektrische Widerstandswert der Leitungen eines Temperatursensors bestimmt, d.h. gemessen wird. Dieser Widerstandswert wird dann für die Bestimmung des Widerstandswertes der Leitungen des zweiten Temperatursensors verwendet. Die oben bei der Vorrichtung geschilderten Ausgestaltungen gelten beim Verfahren entsprechend. Insbesondere ist es somit auch beim Verfahren vorteilhaft, wenn die Verhältnisse der Widerstandswerte zueinander bekannt sind.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung der Verschattung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
Fig. 2: eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 verdeutlicht schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung zumindest einer Temperatur. Die Temperaturmessung wird hier mit zwei Temperatursensoren 1, 2 durchgeführt, wobei es sich jeweils um einen Temperaturmesswiderstand handelt. D.h. für die Temperaturmessung wird ausgenutzt, dass der elektrische Widerstand abhängig von der Temperatur ist. Der erste Temperatursensor 1 ist über drei Leitungen 5.1, 5.2 und 5.3 mit drei Klemmen 4.1, 4.2 und 4.3 des Messumformers 3 verbunden. Der Messumformer 3 misst beispielsweise den Widerstand, welcher sich aus den drei Leitern 5.1, 5.2 und 5.3 und dem Temperaturmesswiderstand 1 ergibt und bestimmt daraus die Temperatur bzw. stellt bei einer Änderung des Widerstandswerts fest, dass sich die Temperatur geändert hat.
Problematisch ist, dass sich auch die Widerstandwerte der zum Anschluss erforderlichen Leitungen mit der Temperatur ändern. Daher ist der erste Temperatursensor 1 über drei Leitungen 5.1, 5.2 und 5.3 in einer sog. 3-Leiterschaltung mit dem Messumformer 3 verbunden. Wird der elektrische Widerstand zwischen den Klemmen 4.1 und 4.3 bzw. zwischen den Klemmen 4.2 und 4.3 gemessen, so ergibt sich daraus der elektrische Widerstand der beiden Leitungen 5.1 und 5.2, die quasi die doppelte Verbindung zwischen Sensor 1 und Messumformer 3 herstellen. Dabei wird vorausgesetzt, dass diese beiden Leitungen 5.1 und 5.2 den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen. Wird weiterhin angenommen, dass auch die dritte, einfach vorhandene Leitung 5.3 diesen Widerstand aufweist, so lässt sich im Folgenden die interessierende Temperatur aus dem elektrischen Widerstand des ersten Temperatursensors 1 bestimmen.
Ein zweiter Temperatursensor 2 dient beispielsweise der redundanten Messung bzw. Überwachung der Temperatur. Er kann in einer anderen Ausgestaltung auch eine zweite Temperatur messen und/oder überwachen. Der zweite Temperatursensor 2 wird über zwei Leitungen 5.4 und 5.5 an den Messumformer 3 angeschlossen. Dabei wird eine Leitung 5.4 an die gleiche Klemme 4.3 wie eine der drei Leitungen 5.1, 5.2 und
5.3 bzw. im hier dargestellten Fall 5.3 angeschlossen. Die zweite Leitung 5.5 wird an die vierte Klemme 4.4 angeschlossen. Somit lassen sich fünf Leitungen 5.1, 5.2, 5.3,
5.4 und 5.5 an nur vier Klemmen 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 anschließen. Für die genaue Messung der Temperatur über den zweiten Temperatursensor 2 wird vorausgesetzt, dass auch die beiden Leitungen 5.4 und 5.5 den gleichen Widerstand wie die ersten drei Leitungen 5.1, 5.2 und 5.3 aufweisen. Daher ist es ausreichend, den elektrischen Widerstand nur von einer Leitung zu bestimmen und diesen Wert für alle Leitungen zu verwenden. Alternativ weisen die fünf Leitungen ein anderes, jedoch bekanntes Widerstandsverhältnis auf. Die Voraussetzung, dass alle verwendeten Leitungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 und 5.5 den gleichen elektrischen Widerstand und das gleiche Verhalten des Widerstandes insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen, lässt sich dadurch realisieren, dass die Leitungen aus dem gleichen Material und im Wesentlichen die gleiche Länge - die Skizze ist hier nicht maßstabsgerecht, sondern für die Übersichtlichkeit überzeichnet - aufweisen. Weiterhin muss sichergestellt werden, dass auf die Leitungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 und 5.5 im Wesentlichen die gleiche Temperatur einwirkt, d.h. die Leitungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 und 5.5 befinden sich beispielsweise am gleichen Ort, z.B. nah beieinander im gleichen Messrohr. Für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Verbindung ist der Messumformer 3 oder eine damit verbundene Auswerteeinheit derartig ausgestaltet, dass sie über den ersten Temperatursensor 1 den Wert des elektrischen Widerstands bestimmt, welcher dann für alle Leitungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 und 5.5 verwendet wird. In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Widerstandswerte der fünf Leitungen 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 und 5.5 jeweils bekannte Verhältnisse auf. Der obige Fall ist die einfachste Konstellation, in welcher die Widerstands werte jeweils gleich sind. Mit davon abweichenden, jedoch bekannten Verhältnissen lässt sich jedoch auch entsprechend der Erfindung der Widerstandswert der Leitungen bestimmen.
In der Fig. 2 sind die elektrischen Leitungen in einem Schutzrohr 6 angeordnet. Innerhalb des Schutzrohres 6 wird dabei vorzugsweise sichergestellt, dass die einzelnen Leitungen stets der gleichen Temperatur ausgesetzt sind, d.h. dass sich die Leitungen möglichst nah beieinander befinden. Der Mikroprozessor 7, welcher in einer Ausgestaltung ein Bestandteil des Messumformers 3 ist, steuert die einzelnen Klemmen bzw. die Signale, welche vom Messumformer 3 an die Klemmen und somit an die Leitungen angelegt werden. Der Mikroprozessor 7 misst somit die elektrischen Widerstände der Temperatursensoren 1 und 2, ausgehend vom elektrischen Widerstand, welcher für die elektrischen Leitungen bestimmt worden ist. Der Mikroprozessor 7 und/oder der Messumformer 3 sind vorteilhafterweise derartig ausgestaltet, dass beispielsweise über eine Programmierschnittstelle, z.B. ein Dipschalter, eine digitale Schnittstelle oder eine Bedieneinheit die erfindungsgemäße Beschattung des Messumformers 3 für den Zweck der Auswertung der Messsignal passend umgeschaltet werden kann. D.h. beispielsweise über einen Dipschalter lässt sich wählen zwischen einer Beschallung gemäß dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Beschattung mit mindestens zwei Temperatursensoren, in welcher der für die Leitungen des einen Sensors bestimmt Widerstandswert auch für den anderen Sensor verwendet wird. Die Konfiguration eines Temperaturtransmitters erfolgt üblicherweise über HART/Profibus PA oder Fieldbus Foundation (FF)-Protokoll (moduliert auf der Versorgungsleitung) oder über eine serielle Verbindung zum PC (FS232 oder USB-Schnittstelle).
Bezugszeichenliste
Tabelle 1
1 Erster Temperatursensor
2 Zweiter Temperatursensor
3 Messumformer
4.1. .4.4 Klemme
5.1. .5.5 Elektrische Leitung
6 Schutzrohr
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Claims

Ansprüche
Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Temperatur, mit mindestens einem ersten Temperatursensor (1) und einem zweiten Temperatursensor (2), mit mindestens einem Messumformer (3), wobei der Messumformer (3) mindestens vier Klemmen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) zum elektrischen Anschluss von elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) an den Messumformer (3) aufweist, und mit mindestens fünf elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5), wobei der erste Temperatursensor (1) über mindestens drei elektrische Leitungen (5.1, 5.2, 5.3) mit mindestens drei Klemmen (4.1, 4.2, 4.3) des Messumformers (3) verbunden ist, wobei die drei elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3) derartig mit dem ersten Temperatursensor (1) und dem Messumformer (3) verbunden sind, dass sich über eine 3-Leiterschaltung ein Wert des elektrischen Widerstands mindestens einer der drei elektrischen Leitungen (5.1) ergibt, und wobei der zweite Temperatursensor (2) über mindestens zwei elektrische Leitungen (5.4, 5.5) mit mindestens zwei Klemmen (4.3, 4.4) des Messumformers (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der sich über die 3-Leiterschaltung ergebende Wert des elektrischen Widerstands der mindestens einen elektrischen Leitung (5.1) der Bestimmung des Werts des elektrischen Widerstands mindestens einer elektrischen Leitung (5.4, 5.5) dient, über welche der zweite Temperatursensor (2) mit dem Messumformer (3) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mikroprozessor (7) zur Ansteuerung der Klemmen (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) und/oder zur Auswertung bzw. zur Überwachung der mindestens einen Temperatur über den ersten Temperatursensor (1) und/oder den zweiten Temperatursensor (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (7) derartig ausgestaltet ist, dass er den mit der 3-Leiterschaltung bestimmten Wert des elektrischen Widerstands für die Berechnung der Werte des elektrischen Widerstand der elektrischen Leitungen (5.4, 5.5), über welche der zweite Temperatursensor (2) mit dem Messumformer (3) verbunden ist, verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fünf elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) derartig angeordnet sind, dass auf sie im Wesentlichen die gleiche Temperatur wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der elektrischen Widerstände der fünf elektrischen Leitungen (5.1, 5.
2, 5.
3, 5.
4,
5.5) ein bekanntes Verhältnis zueinander haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Widerstände der drei elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3) des ersten Temperatursensors (1) und die elektrischen Widerstände der zwei elektrischen Leitungen (5.4, 5.5) des zweiten Temperatursensors (2) ein bekanntes Verhältnis zueinander haben.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die fünf elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) derartig ausgestaltet sind, dass sie im Wesentlichen den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich zumindest bei dem ersten Temperatursensor (1) um einen Temperaturmess widerstand handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrische Leitung (5.3) der drei elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3), über welche der erste Temperatursensor (1) mit dem Messumformer (3) verbunden ist, und zumindest eine elektrische Leitung (5.4) der zwei elektrischen Leitungen (5.4, 5.5), über welche der zweite Temperatursensor (2) mit dem Messumformer (3) verbunden ist, mit der gleichen Klemme (4.3) des Messumformers (3) verbunden sind.
Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Temperatur, wobei der temperaturabhängige elektrische Widerstand mindestens eines ersten Temperatursensors (1) und eines zweiten Temperatursensors (2) ausgewertet wird, und wobei der erste Temperatursensor (1) und der zweite Temperatursensor (2) über elektrische Leitungen (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) mit einem Messumformer (3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass über den ersten Temperatursensor (1) der Wert des elektrischen Widerstands der mit dem ersten Temperatursensor (1) verbundenen elektrischen Leitungen (5.1, 5.2, 5.3) bestimmt wird, und dass der bestimmte Wert des elektrischen Widerstands für die Bestimmung der Werte des elektrischen Widerstands der mit dem zweiten Temperatursensor (2) verbundenen elektrischen Leitungen (5.4, 5.5) verwendet wird.
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