WO2010031686A1 - Temperature measurement in protected areas - Google Patents

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WO2010031686A1
WO2010031686A1 PCT/EP2009/061282 EP2009061282W WO2010031686A1 WO 2010031686 A1 WO2010031686 A1 WO 2010031686A1 EP 2009061282 W EP2009061282 W EP 2009061282W WO 2010031686 A1 WO2010031686 A1 WO 2010031686A1
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thermocouple
temperature
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PCT/EP2009/061282
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Inventor
Hanspeter Zinn
Wolfgang Lang
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Alstom Technology Ltd.
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    • 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
    • G01K7/10—Arrangements for compensating for auxiliary variables, e.g. length of lead
    • G01K7/12—Arrangements with respect to the cold junction, e.g. preventing influence of temperature of surrounding air
    • G01K7/13—Circuits for cold-junction compensation
    • 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

Definitions

  • the measuring chain of the thermocouple consists of the thermocouple 1, with thermocouple extension 12, which connects the thermocouple 7 at the cold junction 14 with a cable 7.
  • This cable 7 transmits the thermal voltage across the boundary of the explosion-proof room 3 to a signal converter 5 installed in the unprotected room 4, which converts the thermovoltage into a signal current.
  • the signal current is conducted via a further cable 7 to the input module 13 of the controller 10.
  • the analog signal stream is digitized.
  • Typical input modules or input interface are so-called I / O cards that digitize the analog signal stream for further signal processing in the controller 10.

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

Abstract

The invention relates to an arrangement for fast and reliable temperature measurements having low complexity, which permits a transparent evaluation of the safety-relevant parameters and thus facilitates a safety certification, for example, according to IEC 61508. The arrangement also makes use in explosion-proof spaces (3) possible. In order to realize such a measurement, the signal of the temperature compensation of a thermocouple measurement is transmitted separately from the measurement signal of the actual temperature measurement, and the linearization of the measurement signals and the temperature compensation calculation of the cold junction (14) of the thermocouple (1) are first carried out in the controller (10) or protection computer of the system. The invention further relates to a method for performing such a measurement.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
TEMPERATURMESSUNG IN GESCHÜTZTEN BEREICHENTEMPERATURE MEASUREMENT IN PROTECTED AREAS
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Messtechnik. Sie betrifft zuverlässige Temperaturmessungen, insbesondere Anordnungen zur Messung von Temperaturen in geschützten Zonen, speziell in explosionsgeschützten Zonen oder Räumen.The present invention relates to the field of metrology. It relates to reliable temperature measurements, in particular arrangements for measuring temperatures in protected zones, especially in explosion-proof zones or rooms.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Temperaturmessungen von sicherheitsrelevanten Prozessgrössen werden typischerweise mit Thermoelementen, auch Thermocouple genannt, gemessen. Die Ausnutzung von Thermospannung zur Temperaturmessung ist weit verbreitet. Eine genaue, zuverlässige Temperaturmessung basierend auf Thermospannungen ist jedoch nach wie vor nicht trivial. Die Temperatur der Anschlüsse des Thermoelementes, an denen die Thermospannung abgegriffen wird, beeinflusst die Messung und es ist eine Kompensation der kalten Verbindung, oft als kalte Lötstelle bezeichnet, notwendig. Dazu wird üblicherweise die Temperatur der kalten Verbindung mit einem Widerstandsthermometer gemessen. Die Thermospannung der Thermoelemente wird in der Regel in programmierbaren Transmitter linearisiert und in einen Signalstrom umgewandelt. Weiter wird die Kompensation der kalten Verbindungsstelle in dem Transmitter integriert. Bei Anwendungen in Explosionsgeschützten Räumen oder anderen geschützten Zonen dienen die Transmitter ausserdem zur galvanischen Trennung.Temperature measurements of safety-relevant process variables are typically measured with thermocouples, also called thermocouples. The utilization of thermoelectric voltage for temperature measurement is widespread. However, accurate, reliable temperature measurement based on thermovoltages is still not trivial. The temperature of the Connections of the thermocouple, where the thermoelectric voltage is tapped, affect the measurement and it is a compensation of the cold connection, often referred to as a cold solder joint, necessary. For this purpose, the temperature of the cold connection is usually measured with a resistance thermometer. The thermal voltage of the thermocouples is usually linearized in programmable transmitters and converted into a signal stream. Further, the cold junction compensation is integrated in the transmitter. For applications in explosion-proof rooms or other protected zones, the transmitters also serve for galvanic isolation.
Das ausgegebene Temperatursignal wird beispielsweise weiter zur Steuerung oder zum Schutz von Industrieanlagen wie Kraftwerken oder chemischen Anlagen genutzt. Die Regelcomputer oder Schutzrechner erhalten die Signale über Ein- / Ausgabemodule. Die Transmitter sind passend zu den Ein- und Ausgabemodulen, die für die Weiterverarbeitung des Signals gewählt worden sind, zu konfigurieren. Weiterhin sind diese Transmitter abhängig von der verwendeten Art von Thermoelementen zu programmieren. Beide Schritte sind vor Ort am Transmitter durchzuführen und sind mögliche Fehlerquellen. Ferner sind auch nach Inbetriebnahme der Anlage Manipulationen an den Transmittern möglich, die in der Regelung und vom Schutz der Anlage nicht erkannt werden und zuFor example, the output temperature signal is further used to control or protect industrial equipment such as power plants or chemical plants. The control computers or protective computers receive the signals via input / output modules. The transmitters must be configured to match the input and output modules selected for further processing the signal. Furthermore, these transmitters are to be programmed depending on the type of thermocouples used. Both steps must be carried out on site at the transmitter and are possible sources of error. Furthermore, even after commissioning of the system manipulations of the transmitters are possible, which are not recognized in the scheme and the protection of the system and to
Fehlmessungen führen können und ein Versagen der Schutzfunktionen zur Folge haben können.Can lead to incorrect measurements and may result in a failure of the protective functions.
Kritische Temperaturen werden aus Sicherheitsüberlegungen häufig redundant gemessen. In den bekannten Transmittern ist die Kompensation der Temperatur der kalten Verbindung jedoch nur mit einer einfachen Messung realisiert. Ein Fehler dieser Messung kann also unerkannt zu einer verfälschten Ausgabe der kritischen Temperatur führen.For safety reasons, critical temperatures are often measured redundantly. In the known transmitters, however, the compensation of the temperature of the cold connection is realized only with a simple measurement. An error in this measurement can thus lead to an incorrect reading of the critical temperature.
Insbesondere bei hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit, wie sie in der IEC 61508 definiert sind und die weltweit als Basis für Spezifikationen, Entwurf und Betrieb von sicherheitstechnischen Systemen gilt (Safety Instrumented Systems, SIS) ist der Einsatz von komplexen Transmittern problematisch. Sie sind entweder sehr teuer oder ohne die geforderten Sicherheitszertifikate. Aufgrund des komplexen Aufbaus ist eine Zertifizierung ausserdem sehr schwierig und aufwendig. Weiter sind die Transmitter oft langsam mit Abtastraten von nur 0.5 Hz bis 1 Hz.Particularly in the case of high reliability requirements, as defined in IEC 61508, which is the basis worldwide for specifications, design and operation of safety-related systems (Safety Instrumented Systems, SIS), the use of complex transmitters is problematic. They are either very expensive or without the required security certificates. Due to the complex structure of a certification is also very difficult and expensive. Furthermore, the transmitters are often slow with sampling rates of only 0.5 Hz to 1 Hz.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine schnelle und zuverlässige Temperaturmessung mit niedriger Komplexität zu schaffen. Weiter soll die niedrige Komplexität eine transparente Beurteilung der sicherheitsrelevanten Parameter, d.h. der Zuverlässigkeit oder Ausfallwahrscheinlichkeit sowie der Genauigkeit, erlauben und damit eine Sicherheitszertifizierung beispielsweise nach IEC 61508 erleichtern. Ausserdem sollte eine Anwendung in explosionsgeschützten Räumen möglich sein.It is an object of the invention to provide a fast and reliable temperature measurement with low complexity. Further, the low complexity is intended to provide a transparent assessment of the safety-related parameters, i. reliability or probability of failure as well as accuracy, thereby facilitating safety certification according to IEC 61508, for example. In addition, an application in explosion-proof rooms should be possible.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist Kombination von vereinfachenden Massnahmen, die es erlauben sichere, einfache Messkette aus zuverlässigen, simplen, sicherheitstechnisch einfach zu beurteilenden Komponenten bereit zu stellen. Kern der Erfindung ist dabei eine Trennung der Übertragung des Signals der Temperaturkompensation von der Übertragung des Messsignals der eigentlichen Messung und Ausführung der Linearisierung des Messsignals und der Temperaturkompensationsrechnung in dem Regler oder Schutzrechner der Anlage. Als Regler ist im weiteren stellvertretend und ohne Einschränkung ein Kontrollrechner, eine speicherprogrammierbare Steuerung oder PLC (programmable logic Controller), die Regelung der Anlage, ein Schutzrechner der Anlage oder ähnlicher Rechner zu verstehen.The object is solved by the entirety of the features of the independent claims. An essential point of the invention is a combination of simplifying measures that make it possible to provide reliable, simple measuring chains made of reliable, simple, safety-friendly components. Core of the invention is a separation of the transmission of the signal of the temperature compensation of the transmission of the measurement signal of the actual measurement and execution of the linearization of the measurement signal and the temperature compensation calculation in the controller or protective computer of the system. As a controller is in the other representative and without limitation, a control computer, a programmable logic controller or PLC (programmable logic controller), the control of the system, a system protection computer or similar computers to understand.
Die Temperaturmessung besteht erfindungsgemäss aus einer Messkette für das Thermoelement, einer Messkette für die Kompensationsmessung sowie einem Regler, der die Signalverarbeitung durchführt. Die Messkette des Thermoelements beinhaltet ein Thermoelement, eine kalte Verbindung des Thermoelementes zu Signalkabeln, einen Signalwandler, auch mV/mA Konverter genannt und Signalkabeln zu dem Regler der Anlage. Der mV/m A Konverter erlaubt es. dasThe temperature measurement according to the invention consists of a measuring chain for the thermocouple, a measuring chain for the compensation measurement and a Controller that performs the signal processing. The measuring chain of the thermocouple includes a thermocouple, a cold connection of the thermocouple to signal cables, a signal converter, also called mV / mA converter and signal cables to the controller of the system. The mV / m A converter allows it. the
Messkette der Kompensations- messung beinhaltet mindestens ein Widerstandsthermometer mit Messbrücke und Signalkabeln zu dem Regler.Measuring chain of the compensation measurement contains at least one resistance thermometer with measuring bridge and signal cables to the controller.
In dem Regler oder einem Eingabemodul des Reglers wird das Messsignal des Thermoelementes linearisiert. Zur Kompensation der Temperatur der kalten Verbindungsstelle wird das linearisierte Signal des Thermoelements mit Kompensationsmessung im Regler korrigiert.In the controller or an input module of the controller, the measurement signal of the thermocouple is linearized. To compensate for the temperature of the cold junction, the linearized signal of the thermocouple with compensation measurement in the controller is corrected.
Um bei sicherheitsrelevanten Messungen die Zuverlässigkeit zu erhöhen, werden Temperaturmessungen redundant ausgeführt. Kritische Prozesstemperaturen werden in der Regel dreifach redundant ausgeführt. Die erfindungsgemässe Trennung von Thermoelementmessung und Kompensationsmessung erlaubt es, ohne eine Beschränkung durch herkömmliche Transmitter, eine redundante Temperaturmessung der kalten Verbindungsstelle durchzuführen. So werden beispielsweise an der kalten Verbindungsstelle drei redundanteIn order to increase reliability in safety-relevant measurements, temperature measurements are carried out redundantly. Critical process temperatures are usually triple-redundant. The separation of thermocouple measurement and compensation measurement according to the invention makes it possible, without being limited by conventional transmitters, to perform a redundant temperature measurement of the cold junction. Thus, for example, at the cold junction three redundant
Widerstandsthermometer angeordnet und deren Temperatursignal parallel zu dem Regler übertragen. In dem Regler werden dann die drei Signale über ein Votierung geprüft, plausible Messwerte ausgewählt und ein Mittelwert gebildet. Dieser Mittelwert hat eine wesentlich höhere Zuverlässigkeit als eine Einzelmessung und wird zur Korrektur der Thermoelementmessung weiter verarbeitet.Resistance thermometer arranged and transmit their temperature signal in parallel to the controller. In the controller, the three signals are then checked via a vote, plausible measured values are selected and an average value is formed. This average has a much higher reliability than a single measurement and is further processed to correct the thermocouple measurement.
Verschiedene Votierungskriterien sind denkbar. Beispielsweise ist eine maximale Abweichung von dem Mittelwert der drei Messungen oder ein Über- oder Unterschreiten von absoluten, anlagenspezifischen Grenzwerten als Kriterium denkbar. Falls eine Messung ausfällt oder durch die Votierung ausfällt, kann ein Betrieb weiter zugelassen werden. Fallen zwei oder mehr Messungen durch die Votierung aus, so wird die Messung typischerweise als ungültig gewertet und von dem Regler eine Schutzmassnahme ausgelöst. Bei dem Ausfall einer Messung wird typischerweise ein Alarm gesendet.Different voting criteria are conceivable. For example, a maximum deviation from the average value of the three measurements or an exceeding or falling below of absolute, plant-specific limit values as a criterion is conceivable. If a measurement fails or fails as a result of the vote, operation can be continued. If two or more measurements fail due to the vote, then the measurement is typically considered invalid and of triggered the controller a protective measure. If a measurement fails, an alarm is typically sent.
Bei redundanten oder benachbart angeordneten Thermoelementen können die kalten Verbindungsstellen vorteilhaft räumlich zusammengelegt werden. Ist durch die Anordnung oder geeignete Abschirmung der Verbindungsstellen praktisch die gleiche Temperatur für die Verbindungsstellen mehrerer Thermoelemente sichergestellt, so kann die mindestens eine Kompensationsmessung im Regler zur Kompensation mehrerer Thermoelementmessungen verwendet werden. Dies erlaubt eine Reduktion der Anzahl an Kompensationsmessungen. Trotz geringer Anzahl an Kompensationsmessungen kann durch diese Anordnung die Zuverlässigkeit gegenüber herkömmlichen Transmittern, in denen jeder kalten Verbindung eines Thermoelementes eine Kompensationsmessung zugeordnet ist, erhöht werden.In the case of redundant or adjacently arranged thermocouples, the cold connection points can advantageously be spatially combined. If the arrangement or suitable shielding of the connection points ensures practically the same temperature for the connection points of several thermocouples, the at least one compensation measurement in the controller can be used to compensate for a plurality of thermocouple measurements. This allows a reduction in the number of compensation measurements. Despite the small number of compensation measurements can be increased by this arrangement, the reliability over conventional transmitters, in which each cold junction of a thermocouple is assigned a compensation measurement.
Bei Messungen in explosionsgeschützten Räumen oder Explosionsschutzzone ist in der Messkette eine galvanische Trennung vorzusehen. Diese kann beispielsweise in den Konvertern oder als separates Element in den Messleitungen vorgesehen werden.For measurements in explosion-proof rooms or explosion protection zones, galvanic isolation must be provided in the measuring chain. This can be provided, for example, in the converters or as a separate element in the test leads.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. Show it
Fig. 1 ein stark vereinfachtes Schaltbild einer Thermoelementmessung mit dreifach redundanter Temperaturmessung der Verbindungsstellen sowie der Messleitungen, der Konverter und der Regler; und Fig. 2 ein stark vereinfachtes Schaltbild von drei1 is a greatly simplified circuit diagram of a thermocouple measurement with triple redundant temperature measurement of the connection points and the test leads, the converter and the controller. and Fig. 2 is a simplified schematic diagram of three
Thermoelementmessungen mit dreifach redundanter Temperaturmessung der Verbindungsstellen sowie der Messleitungen, der Konverter und des Reglers oder Sicherheitsrechners.Thermocouple measurements with triple redundant temperature measurement of the connection points as well as the test leads, the converter and the controller or safety computer.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild mit einer Thermoelementmessung 1 und dreifach redundanter Temperaturmessung mit Widerstandsthermometern 2 der kalten Verbindungsstellen 14 dargestellt. Die Messketten des Thermoelementes 1 sowie der Widerstandsthermometer 2 sind einfach und klar aufgebaut und führen zu dem Regler 10.FIG. 1 shows a simplified circuit diagram with a thermocouple measurement 1 and triple redundant temperature measurement with resistance thermometers 2 of the cold connection points 14. The measuring chains of the thermocouple 1 and the resistance thermometer 2 are simple and clear and lead to the controller 10th
Die Messkette des Thermoelementes besteht aus dem Thermoelement 1 , mit Thermoelementverlängerung 12, die das Thermoelement 7 an der kalten Verbindungsstelle 14 mit einem Kabel 7 verbindet. Dies Kabel 7 überträgt die Thermospannung über die Grenze des explosionsgeschützten Raums 3 zu einem im ungeschützten Raum 4 installierten Signalwandler 5, der die Thermospannung in einen Signalstrom konvertiert. Der Signalstrom wird über ein weiteres Kabel 7 zu dem Eingabemodul 13 des Reglers 10 geleitet. In dem Eingabemodul 13 wird der analoge Signalstrom digitalisiert. Typische Eingabemodule oder Eingabeinterface sind sogenannte I/O- Karten, die den analogen Signalstrom für die weitere Signalverarbeitung im Regler 10 digitalisieren.The measuring chain of the thermocouple consists of the thermocouple 1, with thermocouple extension 12, which connects the thermocouple 7 at the cold junction 14 with a cable 7. This cable 7 transmits the thermal voltage across the boundary of the explosion-proof room 3 to a signal converter 5 installed in the unprotected room 4, which converts the thermovoltage into a signal current. The signal current is conducted via a further cable 7 to the input module 13 of the controller 10. In the input module 13, the analog signal stream is digitized. Typical input modules or input interface are so-called I / O cards that digitize the analog signal stream for further signal processing in the controller 10.
Ein Thermoelement 1 ist ein Bauteil aus zwei unterschiedlichen und an einem Ende miteinander verbundenen metallischen Leitern oder Metalldrähten. An den freien Enden der beiden miteinander verbundenen Leiter wird bei einer Temperaturdifferenz entlang der Leiter aufgrund des Seebeck- Effekts eine elektrische Spannung erzeugt. Typischerweise ist das Thermoelement durch eine längliche, einseitig offene, beispielsweise zylindrische Hülle geschützt und kann mit Hilfe dieser Hülle an einen definierten Ort gehalten bzw. montiert werden. Die Verbindungsstelle der beiden Leiter ist dabei in dem geschlossen Ende dieser Hülle positioniert. Die offenen Enden der Leiter des Thermoelementes 1 reichen typischerweise aus dem offenen Ende der Hülle hinaus. Die aus der Hülle herausreichenden Leiter des Thermoelementes 1 werden als Thermoelementverlängerung 12 bezeichnet.A thermocouple 1 is a component of two different metallic conductors or metal wires interconnected at one end. At the free ends of the two interconnected conductors an electrical voltage is generated at a temperature difference along the conductor due to the Seebeck effect. Typically, the thermocouple is protected by an elongated, unilaterally open, for example, cylindrical shell and can be held or mounted with the help of this shell at a defined location. The junction of the two conductors is positioned in the closed end of this shell. The open ends of the conductors of the thermocouple 1 typically extend beyond the open end of the sheath. The reaching out of the shell conductor of the thermocouple 1 are referred to as thermocouple extension 12.
Neben der Messkette des Thermoelementes sind drei parallele Messketten von Widerstandsthermometern 2, die die Temperatur der kalten Verbindungsstelle 14 messen, angeordnet. Die Widerstandsthermometer 2 sind mit Kabeln 7 über die Grenze des explosionsgeschützten Raums 3 an eine Widerstandsthermometer- Messbrücke 6, auch RTD- Konverter genannt, angeschlossen. Von dort wird das Messsignal weiter über Kabel 7 zu dem Eingabemodul 13 des Regler 10 übertragen.In addition to the measuring chain of the thermocouple, three parallel measuring chains of resistance thermometers 2, which measure the temperature of the cold junction 14, are arranged. The resistance thermometers 2 are connected with cables 7 over the border of the explosion-proof room 3 to a resistance thermometer measuring bridge 6, also called RTD converter. From there, the measuring signal is transmitted further via cable 7 to the input module 13 of the controller 10.
In dem Regler 10 werden die Signale der Widerstandsthermometer ausgewertet. In einer Votierung und Linearisierung 9 werden die Signale der Widerstandsthermometer- Messbrücken 6 linearisiert, ihre Plausibilität geprüft und ein Mittelwert gebildet. Parallel dazu wird das Signal des Thermoelementes in der Thermoelement- Linearisierung 8 linearisiert. Das linearisierte Thermoelement- Messsignal wird mit dem linearisierten Widerstandsthermometer- Messsignal korrigiert und als Temperatursignal 1 1 in dem Regler 10 weiter verarbeitet.In the controller 10, the signals of the resistance thermometer are evaluated. In a voting and linearization 9, the signals of the resistance thermometer measuring bridges 6 are linearized, their plausibility checked and an average value is formed. In parallel, the signal of the thermocouple in the thermocouple linearization 8 is linearized. The linearized thermocouple measurement signal is corrected with the linearized resistance thermometer measurement signal and further processed as a temperature signal 1 1 in the controller 10.
Die Eingabe von weiteren Messsignalen der Anlage, deren Verarbeitung sowie die Ausgabe von Regel- und Steuersignalen als auch die Anlage selber sind zur Vereinfachung nicht dargestellt.The input of further measurement signals of the system, their processing and the output of control and control signals and the system itself are not shown for simplicity.
Für die Widerstandstemperaturmessung sind verschiedene Verfahren bekannt. In Fig. 1 ist als Beispiel eine Vierleitermessbrücke dargestellt. Als Alternative sind Dreileitermessbrücken ebenfalls gut geeignet. In dem Beispiel ist angenommen, dass die galvanische Trennung der Messketten in den Signalwandler 5 bzw. in die Widerstandsthermometer- Messbrücken 6 integriert ist. In Fig. 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild mit drei Thermoelementmessungen 1 und dreifach redundanter Temperaturmessung durch Widerstandsthermometer 2 der Verbindungsstellen dargestellt. Die Messketten der Thermoelemente 1 sowie der Widerstandsthermometer 2 entsprechen denen des Beispiels aus Fig. 1 und sind einfach und klar aufgebaut. Sie führen zu den Eingabemodulen 13 des Reglers 10. Anstelle von einer Thermoelementmessung 1 im Fig. 1 sind in diesem Beispiel drei Thermoelementmessungen 1 mit drei parallelen Messketten ausgeführt.For resistance temperature measurement, various methods are known. In Fig. 1, a four-wire measuring bridge is shown as an example. As an alternative, three-wire gauges are also well suited. In the example, it is assumed that the galvanic isolation of the measuring chains is integrated in the signal converter 5 or in the resistance thermometer measuring bridges 6. 2 shows a simplified circuit diagram with three thermocouple measurements 1 and 3 times redundant temperature measurement by resistance thermometer 2 of the connection points. The measuring chains of the thermocouples 1 and the resistance thermometer 2 correspond to those of the example of FIG. 1 and are simple and clear. They lead to the input modules 13 of the controller 10. Instead of a thermocouple measurement 1 in FIG. 1, three thermocouple measurements 1 with three parallel measuring chains are carried out in this example.
Die Messung und Auswertung der Temperatur der kalten Verbindungsstelle 14 erfolgt wie in dem Beispiel aus Fig. 1 durch Widerstandsthermometer 2. Im Gegensatz zu dem Beispiel aus Fig. 1 wird das linearisierte Widerstandsthermometer- Messsignal aber nicht nur für die Korrektur einer Thermoelementmessung 1 benutzt sonder für die Korrektur der linearisierten Thermoelement- Messsignale aller drei Thermoelementmessungen 1 genutzt. Die resultierenden drei Temperatursignale 1 1 werden in dem Regler 10 weiter verarbeitet.The measurement and evaluation of the temperature of the cold junction 14 is carried out as in the example of FIG. 1 by resistance thermometer 2. In contrast to the example of FIG. 1, the linearized resistance thermometer measurement signal is not only used for the correction of a thermocouple measurement 1 but for the correction of the linearized thermocouple measurement signals of all three thermocouple measurements 1 used. The resulting three temperature signals 1 1 are further processed in the controller 10.
Um die Temperatur der kalten Verbindungsstellen 14 möglichst konstant zu halten und vor allem bei Änderungen der Umgebungstemperatur im Bereich der Verbindungsstellen 14 die Messfehler zu minimieren, können die kalten Verbindungsstellen 14 zusammen mit den Widerstandsthermometern 2 in einem Gehäuse oder einer Umschliessung 15 zusammengefasst sein.In order to keep the temperature of the cold junctions 14 as constant as possible and to minimize the measurement errors, especially with changes in the ambient temperature in the region of the connection points 14, the cold junctions 14 can be combined together with the resistance thermometers 2 in a housing or enclosure 15.
Die möglichen Ausführungen der Erfindung sind nicht auf die hier dargestellten Beispiele beschränkt. Anhand der Beispiele eröffnen sich dem Fachmann eine Vielzahl von möglichen äquivalenten Lösungen. Insbesondere ist die Anzahl der Thermoelementmessung und der redundanten Temperaturmessungen der kalten Verbindungsstellen 14 nicht auf die in den Beispielen angegeben Kombinationen beschränkt. Die Temperaturmessungen der kalten Verbindungsstellen 14 kann zur Korrektur einer beliebig grossen Anzahl von Thermoelementmessung benutzt werden, solange sicher gestellt ist, dass die Temperatur der kalten Verbindungsstellen 14 praktisch gleich ist und damit korrekt gemessen wird. Weiter kann eine grossere Anzahl von redundanten Temperaturmessungen der kalten Verbindungsstellen 14 benutzt werden, um deren Zuverlässigkeit zu vergrössern.The possible embodiments of the invention are not limited to the examples presented here. Based on the examples, the person skilled in a variety of possible equivalent solutions. In particular, the number of thermocouple measurements and the redundant temperature measurements of the cold junctions 14 are not limited to the combinations given in the examples. The temperature measurements of the cold junctions 14 can be used to correct any number of thermocouple measurements as long as it is ensured that the temperature of the cold Connecting points 14 is practically the same and thus measured correctly. Further, a larger number of redundant temperature measurements of cold junctions 14 may be used to increase their reliability.
Die kalten Verbindungsstellen 14 müssen nicht notwendiger weise direkt am Thermoelement 1 liegen. Sie können durch die Thermoelementverlängerung 12 von heissen Zonen der Anlage weggeführt werden, oder beispielsweise zu Klemmenkästen geführt werden. Es ist beispielsweise auch möglich, die Thermoelemente durch die Thermoelementverlängerung direkt an den Signalwandler 5 anzuschliessen.The cold junctions 14 need not necessarily be directly on the thermocouple 1. They can be led away from hot zones of the system by the thermocouple extension 12, or be led, for example, to terminal boxes. It is also possible, for example, to connect the thermocouples through the thermocouple extension directly to the signal converter 5.
Weiter sind dem Fachmann eine Vielzahl geeigneter Materialen für die Kabel 7 zur Stromübertragung, wie beispielsweise Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, bekannt. Further, those skilled in a variety of suitable materials for the cables 7 for power transmission, such as copper, copper alloys, aluminum or aluminum alloys known.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
I Thermoelement 2 WiderstandsthermometerI thermocouple 2 resistance thermometer
3 Explosionsgeschützter Bereich3 Explosion-proof area
4 Ungeschützter Raum4 unprotected room
5 Signalwandler5 signal converters
6 Widerstandsthermometer- Messbrücke 7 Kabel6 Resistance thermometer measuring bridge 7 Cable
8 Thermoelement- Linearisierung8 thermocouple linearization
9 Votierung und Linearisierung9 voting and linearization
10 Regler oder Sicherheitsrechner10 controllers or safety computer
I 1 Temperatursignal 12 ThermoelementverlängerungI 1 temperature signal 12 thermocouple extension
13 Eingabemodul des Reglers13 input module of the controller
14 Kalte Lötung oder Verbindungsstelle des Thermoelements14 Cold soldering or junction of the thermocouple
15 Umschliessung der kalten Lötung oder Verbindungsstelle 15 Encapsulation of cold solder or joint

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Messanordnung für mindestens eine Temperaturmessung bestehend aus mindestens einer Messkette für mindestens ein Thermoelement (1 ), mindestens einer Messkette für eine Temperaturmessung einer kalten Verbindungsstelle (14) des mindestens einen Thermoelementes (14) und einem Regler (10), der für eine Linearisierung der Messsignale, eine Korrektur der Temperatur der kalten Verbindungsstelle (14) und eine1. Measuring arrangement for at least one temperature measurement consisting of at least one measuring chain for at least one thermocouple (1), at least one measuring chain for a temperature measurement of a cold junction (14) of the at least one thermocouple (14) and a controller (10) for a linearization the measurement signals, a correction of the temperature of the cold junction (14) and a
Auswertung der gemessen Temperatur konfiguriert ist, wobei jede Messkette für das mindestens eine Thermoelement (1 )Evaluation of the measured temperature is configured, each measuring chain for the at least one thermocouple (1)
- ein Thermoelement (1 ), einen Signalwandler (5), ein Eingabemodul (13) des Reglers (10) und Kabel (7) von dem Thermoelement (1 ) zu dem Signalwandler (5) sowie Kabel (7) von dem Signalwandler (5) zu dema thermocouple (1), a signal converter (5), an input module (13) of the regulator (10) and cable (7) from the thermocouple (1) to the signal converter (5) and cable (7) from the signal converter (5 ) to the
Eingabemodul (13) aufweist, und jede Messkette für die mindestens eine Temperaturmessung der kalten Verbindungsstelle des Thermoelementes (14),Input module (13), and each electrode for the at least one temperature measurement of the cold junction of the thermocouple (14),
- ein Widerstandsthermometer (2), eine Widerstandsthermometer- Messbrücke (6), ein Eingabemodul (13) und Kabel (7) von dem- A resistance thermometer (2), a resistance thermometer measuring bridge (6), an input module (13) and cable (7) of the
Widerstandsthermometer (2) zu der Widerstandsthermometer- Messbrücke (6) sowie Kabel (7) von der Widerstandsthermometer- Messbrücke (6) zu dem Eingabemodul (13) aufweist.Resistance thermometer (2) to the resistance thermometer measuring bridge (6) and cable (7) from the resistance thermometer measuring bridge (6) to the input module (13).
2. Messanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Widerstandsthermometer (2) zur redundanten Messung der Temperatur der kalten Verbindungsstelle des mindestens einen Thermoelements (14) angeordnet sind.2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that at least two resistance thermometers (2) for redundantly measuring the temperature of the cold junction of the at least one thermocouple (14) are arranged.
3. Messanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Widerstandsthermometer (2) zur redundanten Messung der Temperatur der kalten Verbindungsstelle des mindestens einen Thermoelements (14) angeordnet sind.3. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that at least three resistance thermometers (2) for redundant measurement the temperature of the cold junction of the at least one thermocouple (14) are arranged.
4. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kalte Verbindungsstelle (14) zwischen dem4. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cold connection point (14) between the
Thermoelement und dem Signalwandler (5) angeordnet ist und die kalte Verbindungsstelle (14) durch ein Kabel (7) zur Übertragung der Messspannung mit dem Signalwandler (5) verbunden ist.Thermocouple and the signal converter (5) is arranged and the cold connection point (14) by a cable (7) for transmitting the measuring voltage to the signal converter (5) is connected.
5. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kalte Verbindungsstelle an dem Anschluss des Signalwandlers (5) angeordnet.5. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cold connection point is arranged at the connection of the signal converter (5).
6. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Thermoelemente (1 ) mit nebeneinander angeordneten kalten Verbindungsstellen (14) aufweist, und dass das mindestens eine Widerstandsthermometer (2) zur Messung der Temperatur der kalten Verbindungsstellen (14) der mindestens zwei Thermoelementmessungen angeordnet ist.6. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises at least two thermocouples (1) with juxtaposed cold junctions (14), and that the at least one resistance thermometer (2) for measuring the temperature of the cold junctions (14 ) of the at least two thermocouple measurements is arranged.
7. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Thermoelement (1 ) in einer Explosionsschutzzone angeordnet ist.7. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one thermocouple (1) is arranged in an explosion protection zone.
8. Verfahren zur Temperaturmessung in einer Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungssignal eines Thermoelementes (1 ) in einem Signalwandler8. A method for measuring temperature in a system, characterized in that a voltage signal of a thermocouple (1) in a signal converter
(5) in einen Signalstrom umgewandelt wird, das Temperatursignal eines Widerstandsthermometers (2) zur Messung der Temperatur einer kalten Verbindungsstelle (14) des Thermoelements (1 ) von einer Widerstandsthermometer- Messbrücke (6) als Signalstrom ausgegeben wird, der Signalstrom des Signalwandlers (5) in einem Eingabemodul (13) digitalisiert wird und in einem Regler (10) der Anlage linearisiert wird, der Signalstrom der Widerstandsthermometer- Messbrücke (6) in einem Eingabemodul (13) digitalisiert wird und dem Regler (10) der Anlage linearisiert wird, und das linearisierte Temperatursignal des Thermoelements (1 ) mit dem linearisierten Temperatursignal der Temperaturmessung der kalten Verbindungsstelle (14) in dem Regler (10) der Anlage korrigiert wird, um ein Temperatursignal (1 1 ) zu erzeugen.(5) is converted into a signal current, the temperature signal of a resistance thermometer (2) for measuring the temperature of a cold junction (14) of the thermocouple (1) by a resistance thermometer measuring bridge (6) is output as a signal stream, the signal current of the signal converter (5) is digitized in an input module (13) and linearized in a controller (10) of the system, the signal current of the resistance thermometer measuring bridge (6) is digitized in an input module (13) and the controller (10) the system is linearized, and the linearized temperature signal of the thermocouple (1) with the linearized temperature signal of the temperature measurement of the cold junction (14) in the controller (10) of the system is corrected to produce a temperature signal (1 1).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das9. The method according to claim 8, characterized in that the
Temperatursignal (1 1 ) in dem Regler (10) für Regel und/ oder mindestens eine Schutzfunktion der Anlage benutzt wird.Temperature signal (1 1) in the controller (10) is used for rule and / or at least one protective function of the system.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass redundante Temperaturmessungen der kalten Verbindungsstelle (14) durchgeführt werden und eine Votierung und Mittelwertbildung der Messsignale im Regler (10) durchgeführt wird.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that redundant temperature measurements of the cold junction (14) are performed and a voting and averaging of the measurement signals in the controller (10) is performed.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturmessung der kalten Verbindungsstelle (14) zur Korrektur von mehreren Thermoelement- Temperaturmessungen im Regler (10) benutzt wird. 11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the at least one temperature measurement of the cold junction (14) for the correction of several thermocouple temperature measurements in the controller (10) is used.
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