WO2018127357A1 - Temperatur-grenzwertgeber - Google Patents

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WO2018127357A1
WO2018127357A1 PCT/EP2017/082040 EP2017082040W WO2018127357A1 WO 2018127357 A1 WO2018127357 A1 WO 2018127357A1 EP 2017082040 W EP2017082040 W EP 2017082040W WO 2018127357 A1 WO2018127357 A1 WO 2018127357A1
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phase transition
temperature
unit
reference element
max
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PCT/EP2017/082040
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Marc Schalles
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Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg
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    • G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
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    • 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
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    • 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
    • G01K7/34—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements
    • G01K7/343—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements the dielectric constant of which is temperature dependant

Definitions

  • the invention relates to a system for monitoring a predeterminable temperature comprising a monitoring unit and a detection unit, and to a method for monitoring a predeterminable temperature. So it's basically one
  • Temperature limit value transmitter By means of the system according to the invention can be monitored whether a predetermined temperature, such as a measuring medium, a substance or mixture of substances, or an object, such as a component, or a
  • the temperature can be determined continuously by means of a thermometer within a certain temperature range for which the thermometer is designed.
  • Thermometers are available in a wide variety of designs. Thus, there are thermometers which use the expansion of a liquid, a gas or a solid having a known coefficient of expansion for measuring the temperature, or also those which relate the electrical conductivity of a material with the temperature, such as when using resistance elements or thermocouples , In contrast, in radiation thermometers, esp. Pyrometers, to determine the temperature of a substance whose heat radiation is utilized.
  • thermometers esp. Pyrometers
  • a wide variety of physical and / or chemical specific temperature-dependent material properties can be used to determine a temperature. This can either be a change in the respective properties which occurs at a specific characteristic temperature point, in particular abrupt, or a continuous change in this property, for example in the form of a characteristic curve.
  • the Curie temperature of a ferromagnetic material is a characteristic temperature point for this material.
  • DE4032092C2 has disclosed a method for determining the Curie temperature, in which an abrupt change in the amount of heat absorbed by means of a differential scanning thermal analyzer is detected in the region of the Curie temperature.
  • DE 1977014A1 describes a device and a method for measuring the temperature of a rotating carrier part with a temperature sensor which has a ferromagnetic or paramagnetic material which is interesting in each case
  • the DE04006885A1 is concerned with the non-contact temperature measurement moving, preferably rotating body.
  • a LC combination which in an embodiment includes a ferroelectric dielectric, attached and the
  • a characteristic curve of the temperature-dependent polarization is used to determine the temperature.
  • DE102013019839A1 describes a temperature sensor with a sensor element for the passive determination of the temperature using the temperature dependence of
  • Permittivity of at least one ferroelectric material The temperature measurement takes place on the basis of transit time differences within the sensor element. From DE010258845A1 finally a temperature measuring device with a capacitive element and a dielectric material electrically contacted therein, which changes its dielectric properties with temperature, has become known.
  • thermometer properties are basically also suitable for calibration and / or validation of thermometers.
  • a device and a method for in situ calibration of a thermometer with a temperature sensor and a reference element for calibrating the temperature sensor have become known, wherein the reference element at least partially consists of a ferroelectric material, which in the relevant temperature range for the calibration of the temperature sensor
  • Phase transformation undergoes at least one predetermined temperature.
  • the calibration is thus carried out on the basis of the characteristic temperature point of a phase transition of a ferroelectric material, ie on the basis of a material-specific property.
  • a so-called 1-point and a multi-point calibration and / or validation can be carried out in this way.
  • a similar, in particular for multipoint calibrations suitable device is further from the hitherto unpublished German patent application with the file number
  • thermometer described therein comprises at least one temperature sensor and at least two reference elements contacted via exactly two connecting wires, which at least partially consist of two different materials, for which materials in each case are relevant for the calibration of the temperature sensor
  • Temperature range occurs at least one phase transition at least second order at each of a predetermined phase transition temperature.
  • DE102006031905A1 has disclosed a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium with a sensor unit, a housing and a temperature exceeding element.
  • the temperature exceeding element is mounted in or on the housing and comprises a piezoelectric element, wherein the Curie temperature of the piezoelectric element is selected such that the Curie temperature in the region of
  • Temperaturschreibschreitungselement be removed from the housing, or be configured such that the polarization of the temperature exceeding element in the installed state can be queried. This requires a special embodiment of the respective measuring device.
  • the present invention seeks to provide a simple and universally applicable way, by means of which
  • a monitoring unit comprising a reference element, which
  • Reference element consists at least partially of a material for which material at a phase transition temperature, which phase transition temperature is in the range of the predetermined temperature, at least one phase transition occurs, for which phase transition the material remains in the solid phase, and a detection unit, which is designed to Occurrence of
  • Phase transition on the basis of a, in particular abrupt, change to detect at least one characteristic of the reference element physical or chemical characteristic and to generate a message on the exceeding or falling below the predetermined temperature.
  • a temperature limit value transmitter By means of the system according to the invention can be monitored in a simple manner, whether a predetermined temperature, for example, a measuring medium, a substance or mixture of substances, or an object, such as a component, or a component has been exceeded or fallen below.
  • the predeterminable temperature is in particular one predefinable limit temperature.
  • the monitoring unit is thus preferably arranged such that they like
  • the detection unit can be arranged either together with the monitoring unit or, alternatively, be executed as a separate unit, which is used on demand. But also an integration of the detection unit in an electronic unit, such as a measuring device or in an electronic module is conceivable. Depending on the intended application, a monitoring of the predeterminable temperature can thus be carried out continuously, or the overshoot or undershoot of the predeterminable temperature can be checked as needed, for example at predeterminable times or at predeterminable time intervals.
  • the Ehrenfestklass Culture is a phase transition at least second order.
  • no or only a negligible amount of latent heat is released during the phase transition. If no or only a negligible amount of latent heat is released, it is advantageously possible, among other things, to ensure that the temperature measured by means of the temperature sensor at the time of occurrence of a phase transition does not, in particular not pass through, be independent of the selected classification for phase transitions liberated latent heat is distorted.
  • phase transitions Differentiated between phase transitions [s. z. B. Lexikon der Physik, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin, Volume 4 under the heading "phase transitions and other critical
  • a material remaining in the solid state is with regard to structural aspects of the system, in particular the
  • each reference element can have one or more phase transitions. It can therefore be monitored by means of a system and a plurality of predeterminable temperatures. For example, in the case of monitoring a determinable
  • a control signal can also be generated by means of which a safety function, for example a switch-off operation of a component or the like, is undertaken.
  • the material is a ferroelectric material, a ferromagnetic material, or a superconductor, in particular a high-temperature superconductor.
  • the at least one phase transition is accordingly a phase transition from the ferroelectric to the paraelectric state or vice versa, from the ferromagnetic state to the paramagnetic state or from the superconducting state to the normal conducting state or vice versa.
  • phase transition is fundamentally accompanied by the change of a specific material property.
  • material-specific changes for the material from which the respective reference element at least partially exists are known and can be used for monitoring the predeterminable temperature.
  • the characteristic physical or chemical characteristic is given by a dielectric, electrical or magnetic property of the material, for example by a magnetic or electrical polarization or remanence, by a capacitance or an inductance, or by a crystal structure or a Volume.
  • Capacitor element with a dielectric, wherein the dielectric of the
  • Capacitor element consists at least partially of the material, for which material at the predetermined phase transition temperature, the at least one phase transition occurs.
  • the reference element is a coil arrangement having at least one coil and a magnetically conductive body, the body consisting at least partially of the material for which material the at least one phase transition occurs at the predetermined phase transition temperature.
  • the at least one phase transition can be detected on the basis of an inductance or a variable dependent on the inductance.
  • the detection unit comprises means for detecting the change of a field emanating from the reference element, in particular an electric or magnetic field, wherein the detection unit is configured to the over- or
  • the polarization of the respective material which undergoes the phase transition may change. This is the case in particular with ferroelectric and ferromagnetic materials.
  • the means for detecting a change of the field comprise means for detecting a force or the change of a force.
  • a change in a force for example, a change in the polarization state of the respective material can be concluded in a simple manner.
  • a further embodiment includes that the detection unit and / or
  • Monitoring unit comprises means for applying a, in particular electrical, or magnetic field.
  • the means for applying the field are configured such that the field intersperses at least temporarily and at least partially at least one component of the reference element, in particular the at least one component which at least partially consists of the material for which the at least one phase transition occurs.
  • the field can be created manually, for example by a user of the system.
  • the field can also be created at predeterminable time intervals or continuously during the operation of the system.
  • the detection unit is designed to detect the overshoot or undershoot of the predeterminable temperature based on at least one hysteresis curve and / or based on a polarization.
  • At least the reference element and at least one further component of the monitoring unit and / or detection unit are at least temporarily part of an electrical resonant circuit, wherein the detection unit is configured to detect the occurrence of the phase transition of a change in a resonant frequency of the resonant circuit.
  • the system comprises a
  • Output unit which is designed to indicate the exceeding or falling below the predetermined temperature, output and / or transmitted to an external unit.
  • the output unit is associated with the detection unit, for example.
  • the system comprises a transmission unit, in particular a transmission unit comprising an RFID or a Bluetooth module, which
  • Transmission unit is configured for wireless transmission of at least the exceeding or falling below the predetermined temperature.
  • Transmission unit for example, the respective present resonance frequency to be transmitted. Likewise, based on the change of the resonance frequency a
  • Transmission property of the transmission unit for example, a transmission frequency or an excitation frequency, or excitation sensitivity, to be modified. This applies in particular to passive RFID modules.
  • An embodiment comprising a transmission unit is basically characterized by a particularly simple structural design.
  • the system further comprises a power supply unit for supplying at least one component of the monitoring unit, the detection unit, the output unit and / or the transmission unit by means of electrical energy.
  • the system, or at least one component of the system can therefore be configured in such a way that it operates autonomously from an external energy supply. This is particularly advantageous when the
  • Monitoring unit and detection unit are designed as separate units.
  • a mobile detection unit for detecting the occurrence of a
  • Phase transition can be used in multiple monitoring units.
  • the object according to the invention is further achieved by a monitoring unit for use in a system according to the invention, as well as by a detection unit for use in a system according to the invention.
  • the object according to the invention is achieved by a method for monitoring a predeterminable temperature by means of a system according to the invention, comprising the following method steps:
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system according to the invention with a monitoring unit and detection unit, which are arranged a) together and b) separated from each other,
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the time characteristic of a characteristic parameter and of the temperature for illustrating the detection of the phase transition on the basis of a change in the parameter
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the reference element as (a) capacitor element and (b) as coil arrangement
  • FIG. 4 illustrates the detection of a phase transition based on a change in the polarization of the material of which the reference element at least partially consists.
  • FIG. 5 illustrates the detection of a phase transition by means of a hysteresis curve, in the case of (a) ferroelectric and (b) a ferromagnetic phase transition
  • FIG. 6 illustrates the detection of a phase transition based on the resonant frequency of a resonant circuit with a reference element in the form of (a) inductance and (b) capacitance.
  • the system basically comprises a monitoring unit 2, which a
  • Reference element 3 which consists at least partially of a material for which material at a phase transition temperature T P h which
  • Phase transition temperature in the range of the predetermined temperature Tmin / max at least one phase transition occurs, for which phase transition the material remains in the solid phase.
  • the system 1 comprises a detection unit 4, with which the occurrence of the phase transition on the basis of a, in particular abrupt, change detects at least one characteristic of the reference element 3 physical or chemical characteristic and generates a message about exceeding or falling below the predetermined temperature Tmin / max become. This message can, for example, by means of an output unit. 5
  • the monitoring unit 2 and the detection unit 4 can be arranged either together, as shown in Fig. 1 a, or be configured separately as separate units, as illustrated in Fig. 1 b.
  • Monitoring unit 2 and the detection unit 4 can be done both wired and wireless accordingly.
  • the monitoring unit 2 with the reference element 3 is in direct contact with the detection unit 4, which in turn is in direct contact with an output unit 5.
  • the output unit 5 By means of the output unit 5, a message about exceeding or falling below the predefinable temperature Tmin / max is transmitted to the external unit 7 in this exemplary embodiment.
  • the system 1 according to FIG. 1 is designed substantially in the form of a single component.
  • the detection unit 4 is designed as an independent unit 8 in this embodiment.
  • This unit 8 comprises the detection unit 4, the output unit 5 and the transmission unit 6.
  • the unit 8 comprises a power supply unit 9 which supplies the detection unit 4, the output unit 5 and the transmission unit 6 with electric power.
  • the unit 8 is correspondingly self-sufficient from a power supply and can be used mobile.
  • the occurrence of the at least one phase transition is achieved according to the invention by means of a particularly abrupt change of at least one for the reference element 3 characteristic physical or chemical characteristic detected, as illustrated in Fig. 2.
  • the upper diagram shows the time profile of a characteristic physical or chemical quantity G used to detect the phase transition. If a phase transition takes place in the reference element 3, an abrupt change in the size G occurs in the example shown.
  • the point in time at which the abrupt change the size is detected is the phase transition time t P h at which the reference element 3 reaches the phase transition temperature T P h.
  • the lower diagram shows the temperature T as a function of the time t.
  • the material for which the phase transition occurs is chosen such that the phase transition temperature Tph is in the range of the predeterminable temperature Tmin / max, which is monitored.
  • Fig. 2 refers to the case that the predetermined temperature Tmin / max should not be exceeded. In this case, it makes sense to choose the material for the reference element 3 such that Tph ⁇ Tmin / max, depending on the application, a suitable temperature difference between the phase transition temperature T P h and the predetermined temperature Tmin / max is selectable.
  • the phase transition temperature T P h is first reached at a first time ti.
  • phase transition temperature T P h When the phase transition temperature T P h is reached, for example, a message is generated and output. Upon further heating, the predeterminable temperature Tmin / max would be reached at a second time t2.
  • Temperature Tmin / max should not fall below analogous considerations apply, so that this case is not discussed here in detail.
  • the temperature difference between the phase transition temperature T P h and the predeterminable temperature Tmin / max can be
  • Measuring medium, substance or mixture of substances, or the respective object, such as a component, or a component can be selected.
  • the material for the reference element 3 can also be selected such that the phase transition temperature T P h and the predeterminable temperature Tmin / max substantially correspond. In this case, the predetermined temperature interval is substantially zero.
  • FIG. 1 Some exemplary, possible embodiments for the reference element 3 are shown in FIG.
  • an embodiment of the reference element 3 in the form of a capacitor element is suitable.
  • the material 10 for which the phase transition occurs forms the dielectric in this case.
  • the reference element 3 further comprises two electrodes 1 1 a and 1 1 b, which in the example shown here directly on two opposite side surfaces of the material 10, which as substantially cubic Body is arranged, arranged and electrically contacted by two leads 1 1 a and 1 1 b, for example, to detect the capacitance C of the reference element 3 and to detect a particular sudden change in the capacitance C.
  • this embodiment of the reference element 3 in the form of a capacitor element reference is made to the published patent application DE102010040039A1.
  • FIGS. 3d An embodiment in the form of a coil arrangement is suitable, as shown by way of example in FIGS. 3d shown.
  • Embodiment of the reference element 3 consists in the detection of a change in the inductance L of the arrangement. In a phase transition from ferromagnetic to paramagnetic state, the magnetic resistance of the material 15, for which the
  • the reference element 3 comprises a coil 13 with core 14, and a magnetically conductive body 15, which consists of the ferromagnetic material.
  • the magnetically conductive body 15 is arranged such that it is at least partially in a magnetic field B emanating from the coil 13 with the core 14, which is illustrated by the drawing of field lines.
  • Phase transition in the magnetically conductive body 15 changes the magnetic field B, which is detectable for example by a change in the inductance L of the arrangement.
  • FIGS. 3b and 3c Two possible embodiments of the reference element 4 as a coil arrangement without a core are shown correspondingly in FIGS. 3b and 3c.
  • FIG. 3d on the one hand, on the one hand, the magnetic field Bi is shown, which prevails when the material 15 is in the ferromagnetic state.
  • the magnetic field B2 which prevails when the material 15 is in the paramagnetic state is plotted.
  • the material 15, the coil 13 and the core 14 need not necessarily be arranged together within the detection unit 4. It is also conceivable that the coil 13 and / or the core 14 is part / parts of the transmission unit 6 is / are.
  • the different reference elements 3 can each be configured identical or different.
  • materials with phase transitions come at different
  • at least one of the reference elements 3 in the form of a capacitor element and at least one other Reference element can be configured in the form of a coil arrangement.
  • the detection unit 4 may further comprise either one or more measuring circuits.
  • One way to detect the occurrence of a phase transition is to detect a change in the polarization of the respective material 10 or 15, for which the
  • Phase transition occurs, as illustrated with reference to FIG. 4.
  • Phase transition for example, the polarization of the material 10 or 15, for which the phase transition occurs, change.
  • a change in polarization can be any change in polarization.
  • the temperature T is shown as a function of time t.
  • a phase transition takes place at which the polarization of the material 10 or 15 disappears, as illustrated in FIGS. 4c and 4e.
  • the material 10 or 15 was in the ferromagnetic state in the case of FIG. 4c and in the ferroelectric state in the case of FIG. 4e.
  • the respective material is in the paramagnetic state in the case of FIG. 4c and in the paraelectric state in the case of FIG. 4e.
  • the respective material changes again into a ferromagnetic (FIG.
  • Another possibility for detecting a phase transition based on the polarization consists in the consideration of a field emanating from the reference element 3, for example the remanence of the respective material.
  • a field emanating from the reference element 3 for example the remanence of the respective material.
  • One of the material which is initially in a high polarization ferroelectric or ferromagnetic state will disappear after exceeding the phase transition temperature T P h.
  • An initial state high polarization of the particular ferroelectric or ferromagnetic material used for example, by applying a, in particular external, electrical or
  • a particular object such as electronic assemblies, or food, may, for example, during transport, a certain predetermined temperature Tmin / max never exceed.
  • a monitoring unit 2 comprising a reference element 3 with a ferroelectric or ferromagnetic material is attached to the respective object or in the immediate vicinity of the respective object.
  • the reference element 3 can be polarized at the beginning, for example, by applying a, in particular external electrical or magnetic field, which at least partially and / or partially passes through the material having the phase transition.
  • Detection unit 4 are designed as separate units.
  • Either the polarization of the respective object during transport by means of the detection unit 4 can be detected continuously or at predeterminable time intervals or time intervals.
  • the occurrence can then be detected on the basis of a, in particular abrupt, change in the polarization can then be detected on the occurrence of a phase transition in the respective material from which the reference element at least partially.
  • the occurrence of a phase transition can also be checked once, in particular at the end of a respective process, for example after a transport. In this case, for example, the polarizations can be compared at the beginning, ie in the initial state and at the end.
  • the reference element 3 can be polarized again by applying a suitable field.
  • Corresponding means for creating a field can be implemented, for example, in the monitoring unit 2 or in the detection unit 4.
  • a detection of the respective polarization by means of a suitably designed detection unit 4 can in principle be carried out, for example, based on the remanence.
  • the presence of a remanence or a polarization can be determined, for example, by means of a change in the capacitance or inductance, as shown in FIGS. 4b and 4d.
  • predetermined temperature Tmin / max to be checked at predetermined times.
  • an embodiment of the reference element corresponding to one of the embodiments from FIG. 5 is suitable, for example.
  • the monitoring unit 2 and the detection unit are arranged together.
  • the reference element 3 is part of an electrical circuit of the detection unit 4.
  • phase transition occurs by applying a time-dynamic voltage Udyn detected.
  • the respective hysteresis curve is obtained by applying the voltage Ui in each case as a function of Udyn.
  • the occurrence of a phase transition can be detected, for example, by means of a change in the ratio of the voltages Udyn and Ui.
  • the reference element 3 is a capacitor element with the capacitance C re f, as illustrated for example in FIG. 3 a.
  • the circuit comprising the detection unit 4 is a so-called sawyer tower circuit, which is well known in the art and therefore not described in detail here.
  • Reference element 3 in the form of a coil arrangement with the inductance L re f, such as in one of the figures Fig. 3b-Fig. 3d, which in each case comprises a ferromagnetic material, on the other hand is shown in FIG. 5b.
  • the capacitance Ci, as well as the resistors Ri and R2 are each adapted to the reference element 3 used.
  • Phase transition detected for example, based on a change in a resonant frequency fo of the resonant circuit. It should be noted, however, that other characteristics of the Resonant circuit, such as an attenuation, an amplitude response, or a frequency response can be evaluated in terms of the occurrence of a phase transition.
  • the monitoring unit 2 and the detection unit 4 are arranged together, wherein the reference element 3 is part of the respective resonant circuit, which is in each case integrated into the detection unit 4.
  • an RC resonant circuit with the resistor Ri is suitably selected as a function of the reference element 3.
  • an element of an RFID module can be advantageously integrated directly into the resonant circuit in this case.
  • the phase transition is then detected based on a change in the resonant frequency fo of the resonant circuit, which directly by means of
  • Transmission unit 6 is transmitted.
  • a transmission unit 6 is integrated into the resonant circuit.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (1) zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur (Tmin/max) umfassend eine Überwachungseinheit (2) umfassend ein Referenzelement (3), welches Referenzelement (3) zumindest teilweise aus einem Material (10,15) besteht, für welches Material (10, 15) bei einer Phasenübergangstemperatur (Tph), welche Phasenübergangstemperatur (Tph)im Bereich der vorgegebenen Temperatur (Tmin/max) liegt, zumindest ein Phasenübergang auftritt, für welchen Phasenübergang das Material (10,15) in der festen Phase verbleibt, und eine Detektionseinheit (4), welche dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement (3) charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße (G, Lref, Cref) zu detektieren und eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (Tmin/max) zu generieren. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Überwachungseinheit (2) und eine Detektionseinheit (4) zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System (1) sowie ein Verfahren zur Überwachung der vorgebbaren Temperatur (Tmin/max) mittels eines erfindungsgemäßen Systems (1).

Description

Temperatur-Grenzwertgeber
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur umfassend eine Überwachungseinheit und eine Detektionseinheit, sowie auf ein Verfahren zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur. Es handelt sich also im Prinzip um einen
Temperatur- Grenzwertgeber. Mittels des erfindungsgemäßen Systems kann überwacht werden, ob eine vorgebbare Temperatur, beispielsweise eines Messmediums, eines Stoffes oder Stoffgemisches, oder eines Gegenstandes, beispielsweise eines Bauteils, oder einer
Komponente, über- oder unterschritten wurde.
Die Temperatur kann mittels eines Thermometers kontinuierlich innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs, für welchen das Thermometer ausgelegt ist, bestimmt werden.
Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen verfügbar. So gibt es Thermometer, welche zur Messung der Temperatur die Ausdehnung einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Festkörpers mit bekanntem Ausdehnungskoeffizienten heranziehen, oder auch solche, welche die elektrische Leitfähigkeit eines Materials mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise bei Verwendung von Widerstandselementen oder Thermoelementen. Dagegen wird bei Strahlungsthermometern, insb. Pyrometern, zur Bestimmung der Temperatur einer Substanz deren Wärmestrahlung ausgenutzt. Die jeweils zugrundeliegenden Messprinzipien sind jeweils in einer Vielzahl von Veröffentlichungen beschrieben worden und werden entsprechend hier nicht im Einzelnen detailliert wiedergegeben.
Im Prinzip lassen sich zur Bestimmung einer Temperatur verschiedenste physikalische und/oder chemische spezifische temperaturabhängige Materialeigenschaften ausnutzen. Dabei kann es sich entweder um eine an einem bestimmten charakteristischen Temperaturpunkt auftretende, insbesondere abrupte, Änderung der jeweiligen Eigenschaften oder auch um eine kontinuierliche Änderung dieser Eigenschaft, beispielsweise in Form einer charakteristischen Kennlinie, handeln. Beispielsweise stellt die Curie-Temperatur eines ferromagnetischen Materials einen charakteristischen Temperaturpunkt für dieses Material dar. In dieser Hinsicht ist aus der DE4032092C2 ein Verfahren zur Ermittlung der Curie-Temperatur bekannt geworden, bei welchem mittels eines Differential-Scanning-Thermoanalysators eine abrupte Änderung der aufgenommenen Wärmemenge im Bereich der Curie-Temperatur festgestellt wird.
In Bezug auf eine kontinuierliche Änderung einer temperaturabhängigen Eigenschaft eines Materials werden in der DE19702140A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Temperatur eines rotierenden Trägerteils beschrieben mit einem Temperaturfühler, welcher einen ferro- oder paramagnetischen Werkstoff aufweist, der im jeweils interessanten
Temperaturbereich eine temperaturabhängige Änderung seiner Polarisation zeigt. Auch die DE04006885A1 beschäftigt sich mit der berührungslosen Temperaturmessung bewegter, vorzugweise rotierender Körper. An den bewegten Körper wir eine LC-Kombination, welche in einer Ausgestaltung ein ferroelektrisches Dielektrikum beinhaltet, angebracht und die
temperaturabhängige Resonanzfrequenz der LC-Kombination betrachtet.
Es wird also eine Kennlinie der temperaturabhängigen Polarisation zur Bestimmung der Temperatur herangezogen.
Ein weiteres Beispiel, welches aus der DE19805184A1 bekannt geworden ist, beschreibt die Ermittlung der Temperatur eines piezoelektrischen Elements anhand seiner Kapazität. Ähnlich bezieht sich die Patentschrift DE69130843T2 auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur eines piezoelektrischen Kristalloszillators.
Die DE102013019839A1 beschreibt einen Temperatursensor mit einem Sensorelement zur passiven Bestimmung der Temperatur unter Nutzung der Temperaturabhängigkeit der
Permittivität von wenigstens einem ferroelektrischen Material. Die Temperaturmessung erfolgt dabei anhand von Laufzeitdifferenzen innerhalb des Sensorelements. Aus der DE010258845A1 ist schließlich eine Temperaturmesseinrichtung mit einem kapazitiven Element und einem darin elektrisch kontaktierten dielektrischen Material, welches seine dielektrischen Eigenschaften mit der Temperatur ändert, bekannt geworden.
Entsprechende physikalische und/oder chemische spezifische temperaturabhängige
Materialeigenschaften eignen sich grundsätzlich auch zur Kalibrierung und/oder Validierung von Thermometern. Beispielsweise sind aus der DE102010040039A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur in situ Kalibrierung eines Thermometers mit einem Temperatursensor und einem Referenzelement zur Kalibrierung des Temperatursensors bekannt geworden, bei welcher das Referenzelement wenigstens teilweise aus einem ferroelektrischen Material besteht, welches im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich eine
Phasenumwandlung bei zumindest einer vorgegebenen Temperatur erfährt. Die Kalibrierung wird also anhand des charakteristischen Temperaturpunkts eines Phasenübergangs eines ferroelektrischen Materials, also anhand einer materialspezifischen Eigenschaft vorgenommen. Je nach Anzahl der verbauten Referenzelemente kann auf diese Weise sowohl eine sogenannte 1 -Punkt- als auch eine Mehrpunkt- Kalibrierung und/oder Validierung vorgenommen werden. Eine ähnliche, insbesondere für Mehrpunkt-Kalibrierungen geeignete Vorrichtung, ist ferner aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
1020151 12425.4 bekannt geworden. Das dort beschriebene Thermometer umfasst zumindest einen Temperatursensor und zumindest zwei über genau zwei Anschlussdrähte kontaktierte Referenzelemente, welche zumindest teilweise aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, für welche Materialien jeweils im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten
Temperaturbereich zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei jeweils einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt. Auf die DE102010040039A1 sowie auf die Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 1020151 12425.4 wird im Folgenden vollumfänglich Bezug genommen. Neben einer kontinuierlichen Temperaturbestimmung gibt es viele Bereiche, in denen
gewährleistet werden muss, dass eine bestimmte Temperatur nicht über- oder unterschritten wird. In dieser Hinsicht ist beispielsweise aus der DE102006031905A1 eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums mit einer Sensoreinheit, einem Gehäuse und einem Temperaturüberschreitungselement bekannt geworden. Das Temperaturüberschreitungselement wird in oder an dem Gehäuse angebracht und umfasst ein piezoelektrisches Element, wobei die Curie-Temperatur des piezoelektrischen Elements derartig gewählt ist, dass die Curie-Temperatur im Bereich einer
Überwachungstemperatur der Vorrichtung liegt. Um herauszufinden, ob die
Überwachungstemperatur überschritten wird, muss jedoch nachteilig das
Temperaturüberschreitungselement vom Gehäuse entfernt werden, oder aber derart ausgestaltet werden, dass die Polarisation des Temperaturüberschreitungselement im eingebauten Zustand abfragbar ist. Dies erfordert eine spezielle Ausgestaltung des jeweiligen Messgeräts.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und universell einsetzbare Möglichkeit anzugeben, mittels welcher sich
Temperaturgrenzwerte auf einfache Weise überwachen lassen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das System gemäß Anspruch 1 , durch die
Überwachungseinheit gemäß Anspruch 14, durch die Detektionseinheit gemäß Anspruch 15 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 16.
Hinsichtlich des Systems wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein System zur
Überwachung einer vorgebbaren Temperatur umfassend
eine Überwachungseinheit umfassend ein Referenzelement, welches
Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material bei einer Phasenübergangstemperatur, welche Phasenübergangstemperatur im Bereich der vorgegebenen Temperatur liegt, zumindest ein Phasenübergang auftritt, für welchen Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt, und eine Detektionseinheit, welche dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des
Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße zu detektieren und eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur zu generieren.
Es handelt sich also erfindungsgemäß um einen Temperatur- Grenzwertgeber. Mittels des erfindungsgemäßen Systems kann auf einfache Art und Weise überwacht werden, ob eine vorgebbare Temperatur, beispielsweise eines Messmediums, eines Stoffes oder Stoffgemisches, oder eines Gegenstandes, beispielsweise eines Bauteils, oder einer Komponente, über- oder unterschritten wurde. Bei der vorgebbaren Temperatur handelt es sich insbesondere um eine vorgebbare Grenztemperatur. Je nach konkreter Ausgestaltung ist es vorteilhaft lediglich notwendig, die Überwachungseinheit geeignet zu positionieren, beispielsweise in unmittelbarer Umgebung zum jeweiligen Messmedium, Stoff oder Stoffgemisch, oder in unmittelbarer
Umgebung des jeweiligen Gegenstandes, beispielsweise einem Bauteil, oder einer Komponente. Die Überwachungseinheit ist also vorzugsweise derart angeordnet, dass sie dergleichen
Temperatur ausgesetzt ist.
Die Detektionseinheit kann entweder zusammen mit der Überwachungseinheit angeordnet werden oder alternativ als eigenständige Einheit ausgeführt werden, welche auf Bedarf eingesetzt wird. Aber auch eine Integration der Detektionseinheit in eine Elektronikeinheit, beispielsweise eines Messgeräts oder in eine elektronische Baugruppe ist denkbar. Je nach der angedachten Anwendung kann somit eine Überwachung der vorgebbaren Temperatur kontinuierlich erfolgen, oder es kann das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur auf Bedarf, beispielsweise zu vorgebbaren Zeitpunkten oder in vorgebbaren Zeitintervallen überprüft werden.
Bei einem Phasenübergang in einem Material, welches Material in der festen Phase verbleibt, handelt es sich beispielsweise nach der Ehrenfestklassifikation um einen Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung. Im Unterschied zu einem Phasenübergang erster Ordnung wird keine oder nur eine vernachlässigbare Menge latenter Wärme während des Phasenübergangs frei. Wenn keine oder nur eine vernachlässigbare Menge an latenter Wärme frei wird, kann - grundsätzlich und unabhängig von der gewählten Klassifikation für Phasenübergänge - unter anderem vorteilhaft gewährleistet werden, dass die mittels des Temperatursensors gemessene Temperatur zum Zeitpunkt des Auftretens eines Phasenübergangs, nicht, insbesondere nicht durch frei werdende latente Wärme, verfälscht wird.
In einer weiteren, heute deutlich gebräuchlicheren Klassifizierung von Phasenübergängen wird lediglich zwischen diskontinuierlichen (1. Ordnung) und kontinuierlichen (2. Ordnung)
Phasenübergängen unterschieden [s. z. B. Lexikon der Physik, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin, Band 4 unter dem Stichwort„Phasenübergänge und andere kritische
Phänomene]. Nach dieser Klassifikation wiederum lassen sich beispielsweise verschiedenen ferroelektrischen Materialien sowohl Phasenübergänge 1. als auch 2. Ordnung zuordnen, wobei in beiden Fällen das jeweilige Material, für das ein Phasenübergang stattfindet, während des Phasenübergangs in der festen Phase verbleibt.
Das Verbleiben in der festen Phase ist unabhängig von der gewählten Klassifikation eines Phasenübergangs für die vorliegende Erfindung bedeutend. Ein im festen Zustand verbleibendes Material ist mit Hinblick auf konstruktive Aspekte des Systems, insbesondere der
Überwachungseinheit, besonders vorteilhaft. Für das erfindungsgemäße System können ein oder mehrere Referenzelemente integriert werden, wobei jedes Referenzelement einen oder mehrere Phasenübergänge aufweisen kann. Es können also mittels eines Systems auch mehrere vorgebbare Temperaturen überwacht werden. Beispielsweise kann für den Fall des Überwachens einer bestimmbaren
Maximaltemperatur bei Erreichen einer ersten vorgebbaren Temperatur eine Warnung ausgegeben werden. Diese erste Temperatur weist einen vorgebbaren Temperaturabstand zur jeweils maximal zulässigen Temperatur auf. Bei Erreichen einer zweiten vorgebbaren
Temperatur, welche einen geringeren Temperaturabstand zur maximal zulässigeren Temperatur aufweist, als die erste vorgebbare Temperatur, kann dann beispielsweise eine erneute Warnung ausgegeben werden. Alternativ kann auch ein Steuersignal generiert werden, mittels welchem eine Sicherheitsfunktion, beispielsweise ein Abschaltvorgang eines Bauteils oder ähnliches, vorgenommen wird.
Da ein bestimmter Phasenübergang grundsätzlich bei einem bestimmten charakteristischen fixen und langzeitstabilen Temperaturwert stattfindet, müssen vorteilhaft im Prinzip keine Drift und/oder keine Alterungseffekte berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem Material um ein ferroelektrisches Material, um ein ferromagnetisches Material, oder um einen Supraleiter, insbesondere einen Hochtemperatur- Supraleiter. Bei dem zumindest einen Phasenübergang handelt es sich entsprechend um einen Phasenübergang vom ferroelektrischen in den paraelektrischen Zustand oder umgekehrt, vom ferromagnetischen in den paramagnetischen Zustand oder vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand oder umgekehrt.
Das Auftreten eines Phasenübergangs geht grundsätzlich mit der Änderung einer spezifischen Materialeigenschaft einher. Im Falle der vorliegenden Erfindung sind die materialspezifischen Änderungen für das Material, aus welchem das jeweilige Referenzelement zumindest teilweise besteht, bekannt und können für eine Überwachung der vorgebbaren Temperatur herangezogen werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems, ist die charakteristische physikalische oder chemische Kenngröße gegeben durch eine dielektrische, elektrische, oder magnetische Eigenschaft des Materials, beispielsweise durch eine magnetische oder elektrische Polarisation oder Remanenz, durch eine Kapazität oder eine Induktivität, oder durch eine Kristallstruktur oder ein Volumen.
Im Folgenden werden mehrere Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Überwachungseinheit und der Detektionseinheit angegeben. Es sei darauf verwiesen, dass es sich bei den genannten Ausgestaltungen keineswegs um eine abschließende Auflistung handelt, sondern vielmehr um besonders bevorzugte Ausgestaltungen für das erfindungsgemäße System. Die verschiedenen Ausgestaltungen sind ferner beliebig untereinander kombinierbar.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Referenzelement um ein
Kondensatorelement mit einem Dielektrikum handelt, wobei das Dielektrikum des
Kondensatorelements wenigstens teilweise aus dem Material besteht, für welches Material bei der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur der zumindest eine Phasenübergang auftritt. Für diese Ausgestaltung ist es entsprechend zweckdienlich, das Auftreten des zumindest einen Phasenübergangs anhand einer Kapazität oder einer von der Kapazität abhängigen Größe zu detektieren.
Eine alternative Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Referenzelement um eine Spulenanordnung mit zumindest einer Spule und einen magnetisch leitfähigen Körper handelt, wobei der Körper wenigstens teilweise aus dem Material besteht, für welches Material bei der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur der zumindest eine Phasenübergang auftritt. Bei dieser Ausgestaltung ist es wiederum zweckdienlich, wenn der zumindest eine Phasenübergang anhand einer Induktivität oder einer von der Induktivität abhängigen Größe zu detektieren.
In einer Ausgestaltung umfasst die Detektionseinheit Mittel zur Detektion der Änderung eines von dem Referenzelement ausgehenden Feldes, insbesondere ein elektrisches oder magnetisches Feld, wobei die Detektionseinheit dazu ausgestaltet ist, das Über- oder
Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur anhand einer Änderung des Feldes zu erkennen. Während des Phasenübergangs kann sich beispielsweise die Polarisation des jeweiligen Materials, welches den Phasenübergang durchläuft, ändern. Dies ist insbesondere bei ferroelektrischen und ferromagnetischen Materialien der Fall.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Mittel zur Detektion einer Änderung des Feldes Mittel zur Detektion einer Kraft oder der Änderung einer Kraft umfassen. Anhand einer Änderung einer Kraft kann beispielsweise auf einfache Weise auf eine Änderung des Polarisationszustandes des jeweiligen Materials geschlossen werden.
Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass die Detektionseinheit und/oder
Überwachungseinheit Mittel zum Anlegen eines, insbesondere elektrischen, oder magnetischen Feldes umfasst. Vorzugsweise sind die Mittel zum Anlegen des Feldes derart ausgestaltet, dass das Feld zumindest zeitweise und zumindest teilweise zumindest eine Komponente des Referenzelements, insbesondere die zumindest eine Komponente, welche zumindest teilweise aus dem Material besteht, für welches der zumindest eine Phasenübergang auftritt, durchsetzt. Das Feld kann einerseits manuell angelegt werden, beispielsweise durch einen Benutzer des Systems. Das Feld kann aber auch in vorgebbaren Zeitabständen oder kontinuierlich während der Betriebs des Systems angelegt werden. Für die genannte Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die Detektionseinheit dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur anhand zumindest einer Hysterese-Kurve und/oder anhand einer Polarisation zu detektieren.
In einer weiteren Ausgestaltung des Systems sind zumindest das Referenzelement und zumindest eine weitere Komponente der Überwachungseinheit und/oder Detektionseinheit zumindest zeitweise Teil eines elektrischen Schwingkreises, wobei die Detektionseinheit dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des Phasenübergangs einer Änderung einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises zu detektieren.
Unabhängig vom jeweiligen Messprinzip zur Detektion des Auftretens eines Phasenübergangs umfasst das System gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine
Ausgabeeinheit, welche dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur anzuzeigen, auszugeben und/oder an eine externe Einheit zu übertragen. Die Ausgabeeinheit ist beispielsweise der Detektionseinheit zugeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das System eine Übertragungseinheit, insbesondere eine Übertragungseinheit umfassend ein RFID- oder ein Bluetooth-Modul, welche
Übertragungseinheit zur drahtlosen Übertragung zumindest des Über- oder Unterschreitens der vorgegebenen Temperatur ausgestaltet ist. Bei einer Detektion des Phasenübergangs anhand einer Änderung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, kann mittels der
Übertragungseinheit beispielsweise die jeweils vorliegende Resonanzfrequenz übertragen werden. Ebenso kann anhand der Änderung der Resonanzfrequenz eine
Übertragungseigenschaft der Übertragungseinheit, beispielsweise eine Ü bertrag ungsfrequenz oder eine Anregungsfrequenz, oder Anregungsempfindlichkeit, modifiziert werden. Dies betrifft insbesondere passive RFID-Module.
Eine Ausgestaltung umfassend eine Übertragungseinheit zeichnet sich grundsätzlich durch einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau aus.
Vorteilhaft umfasst das System ferner eine Energieversorgungseinheit zur Versorgung zumindest einer Komponente der Überwachungseinheit, der Detektionseinheit, der Ausgabeeinheit und/oder der Übertragungseinheit mittels elektrischer Energie. Das System, oder zumindest eine Komponente des Systems können also derart ausgestaltet werden, dass sie autark von einer externen Energieversorgung arbeiten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die
Überwachungseinheit und Detektionseinheit als separate Einheiten ausgestaltet sind.
Beispielsweise kann eine mobile Detektionseinheit zur Detektion des Auftretens eines
Phasenübergangs in mehreren Überwachungseinheiten verwendet werden. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Überwachungseinheit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System, sowie durch eine Detektionseinheit zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen System.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur mittels eines erfindungsgemäßen Systems, umfassend folgende Verfahrensschritte:
Detektion eines Phasenübergangs anhand zumindest einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße, und
Generieren einer Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur im Falle, dass ein Phasenübergang detektiert wird.
Die in Zusammenhang mit dem System erläuterten Ausgestaltungen lassen sich mutatis mutandis auch auf die Übertragungseinheit, die Detektion und/oder das vorgeschlagene Verfahren anwenden und umgekehrt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Überwachungseinheit und Detektionseinheit, welche a) gemeinsam und b) getrennt voneinander angeordnet sind,
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer charakteristischen Kenngröße sowie der Temperatur zur Illustrierung der Detektion des Phasenübergangs anhand einer Änderung der Kenngröße,
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung für eine Ausgestaltung des Referenzelements als (a) Kondensatorelement und (b) als Spulenanordnung,
Fig. 4 illustriert die Detektion eines Phasenübergangs anhand einer Änderung der Polarisation des Materials, aus welchem das Referenzelement zumindest teilweise besteht,
Fig. 5 illustriert die Detektion eines Phasenübergangs anhand einer Hysterese- Kurve, für den Fall eines (a) ferroelektrischen und (b) eines ferromagnetischen Phasenübergangs, und
Fig. 6 illustriert die Detektion eines Phasenübergangs anhand der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises mit einem Referenzelement in Form einer (a) Induktivität und (b) Kapazität.
In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig.1 sind zwei beispielhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Systems 1 in schematischer Darstellung gezeigt. Es sei darauf verwiesen, dass diese beiden möglichen Ausgestaltungen als mögliche Beispiele anzusehen sind, und viele weitere Ausgestaltungen und Anordnungen der einzelnen Komponenten denkbar sind und unter die vorliegende Erfindung fallen. Das System umfasst grundsätzlich eine Überwachungseinheit 2, welche ein
Referenzelement 3 aufweist, welches zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material bei einer Phasenübergangstemperatur TPh welche
Phasenübergangstemperatur im Bereich der vorgegebenen Temperatur Tmin/max liegt, zumindest ein Phasenübergang auftritt, für welchen Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt. Weiterhin umfasst das System 1 eine Detektionseinheit 4, mit welcher das Auftreten des Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement 3 charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße detektiert und eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur Tmin/max generiert werden. Diese Meldung kann beispielsweise mittels einer Ausgabeeinheit 5
ausgegeben, und/oder an eine externe Einheit 7 übertragen werden.
Das Überwachungseinheit 2 und die Detektionseinheit 4 können entweder gemeinsam angeordnet werden, wie in Fig. 1 a gezeigt, oder getrennt voneinander als separate Einheiten ausgestaltet werden, wie in Fig. 1 b illustriert. Eine Kommunikation zwischen der
Überwachungseinheit 2 und der Detektionseinheit 4 kann entsprechend sowohl drahtgebunden als auch drahtlos erfolgen.
Gemäß Fig. 1 a ist die Überwachungseinheit 2 mit dem Referenzelement 3 in direktem Kontakt zur Detektionseinheit 4, welche wiederum in direktem Kontakt zu einer Ausgabeeinheit 5 ist. Mittels der Ausgabeeinheit 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Meldung über das Überoder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur Tmin/max drahtgebunden an die externe Einheit 7 übertragen. Das System 1 gemäß Fig. 1 ist im Wesentlichen in Form eines einzigen Bauteils ausgestaltet.
Dagegen erfolgt die Übertragung des Über- oder Unterschreitens der vorgebbaren Temperatur Tmin/max an die externe Einheit 7 in der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 b drahtlos vermittels der Übertragungseinheit 6. Die Detektionseinheit 4 ist in dieser Ausgestaltung als eigenständige Einheit 8 ausgebildet. Diese Einheit 8 umfasst die Detektionseinheit 4, die Ausgabeeinheit 5 und die Übertragungseinheit 6. Ferner umfasst die die Einheit 8 eine Energieversorgungseinheit 9, welche die Detektionseinheit 4, die Ausgabeeinheit 5 und die Übertragungseinheit 6 mit elektrischer Energie versorgt. Die Einheit 8 ist entsprechend autark von einer Energieversorgung und kann mobil eingesetzt werden.
Das Auftreten des zumindest einen Phasenübergangs wird erfindungsgemäß anhand einer insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement 3 charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße detektiert, wie in Fig. 2 illustriert ist. Das obere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf einer zur Detektion des Phasenübergangs verwendeten charakteristischen physikalischen oder chemischen Größe G. Findet in dem Referenzelement 3 ein Phasenübergang statt, so erfolgt in dem gezeigten Beispiel eine sprunghafte Änderung der Größe G. Der Zeitpunkt, zu welchem die sprunghafte Änderung der Größe detektiert wird, ist der Phasenübergangszeitpunkt tPh, zu welchem das Referenzelement 3 die Phasenübergangstemperatur TPh erreicht.
Im unteren Diagramm ist die Temperatur T als Funktion der Zeit t dargestellt. Das Material, für welches der Phasenübergang auftritt, wird derart gewählt, dass die Phasenübergangstemperatur Tph im Bereich der vorgebbaren Temperatur Tmin/max, welche überwacht wird, liegt. Fig. 2 bezieht sich hierbei auf den Fall, dass die vorgebbare Temperatur Tmin/max nicht überschritten werden soll. In diesem Falle bietet es sich an, das Material für das Referenzelement 3 derart zu wählen, dass Tph < Tmin/max, wobei je nach Anwendung ein geeigneter Temperaturabstand zwischen der Phasenübergangstemperatur TPh und der vorgebbaren Temperatur Tmin/max wählbar ist. Bei einem Erwärmungsvorgang des jeweiligen Messmediums, Stoffes oder Stoffgemisches, oder des jeweiligen Gegenstandes, beispielsweise eines Bauteils, oder einer Komponente wird zu einem ersten Zeitpunkt ti zuerst die Phasenübergangstemperatur TPh erreicht. Über das
Erreichen der Phasenübergangstemperatur TPh wird beispielsweise eine Meldung generiert und ausgegeben. Bei einer weiteren Erwärmung würde zu einem zweiten Zeitpunkt t2 die vorgebbare Temperatur Tmin/max erreicht werden. Indem ein vorgebbarer Temperaturabstand zwischen der Phasenübergangstemperatur Tph und der vorgebbaren Temperatur Tmin/max gewählt wird, kann beispielsweise gewährleistet werden, dass zwischen dem ersten ti und zweiten t2 Zeitpunkt, insbesondere auch bei einer weiteren Erwärmung, genug Zeit verbleibt, um das Überschreiten der vorgebbaren Temperatur Tmin/max zu vermeiden. Für den Fall, dass die vorgebbare
Temperatur Tmin/max nicht unterschritten werden soll, gelten analoge Überlegungen, so dass auf diesen Fall hier nicht ebenfalls detailliert eingegangen wird. Der Temperaturabstand zwischen der Phasenübergangstemperatur TPh und der vorgebbaren Temperatur Tmin/max kann
beispielsweise mit Hinblick auf zu erwartende Heiz- oder Kühlraten des jeweiligen
Messmediums, Stoffes oder Stoffgemisches, oder des jeweiligen Gegenstandes, beispielsweise eines Bauteils, oder einer Komponente gewählt werden. Alternativ kann das Material für das Referenzelement 3 auch derart gewählt werden, dass sich die Phasenübergangstemperatur TPh und die vorgebbare Temperatur Tmin/max im Wesentlichen entsprechen. In diesem Fall beträgt der vorgebbare Temperaturabstand im Wesentlichen null.
Einige beispielhafte, mögliche Ausgestaltungen für das Referenzelement 3 sind in Fig. 3 gezeigt. Im Falle eines ferroelektrischen Materials eignet sich beispielsweise eine Ausgestaltung des Referenzelements 3 in Form eines Kondensatorelements. Das Material 10, für welches der Phasenübergang auftritt, bildet in diesem Fall das Dielektrikum. Das Referenzelement 3 umfasst ferner zwei Elektroden 1 1 a und 1 1 b, welche im hier gezeigten Beispiel direkt auf zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen des Materials 10, welches als im Wesentlichen kubischer Körper ausgestaltet ist, angeordnet und mittels zwei Anschlussleitungen 1 1 a und 1 1 b elektrisch kontaktiert, um beispielsweise die Kapazität C des Referenzelements 3 zu detektieren und anhand einer insbesondere sprunghaften Änderung der Kapazität C zu detektieren. Für weitere Details zu dieser Ausgestaltung des Referenzelements 3 in Form eines Kondensatorelements sei auf die Offenlegungsschrift DE102010040039A1 verwiesen.
Im Falle eines Referenzelements 3 umfassend ein ferromagnetisches Material 15 bietet sich eine Ausgestaltung in Form einer Spulenanordnung an, wie beispielhaft in den Figuren Fig. 3b-Fig. 3d gezeigt. Eine Möglichkeit zur Detektion eines Phasenübergangs bei einer derartigen
Ausgestaltung des Referenzelements 3 besteht in der Detektion einer Änderung der Induktivität L der Anordnung. Bei einem Phasenübergang vom ferromagnetischen zum paramagnetischen Zustand ändert sich der magnetische Widerstand des Materials 15, für welches der
Phasenübergang stattfindet, und folglich auch die Induktivität L der Anordnung.
In der Ausgestaltung gemäß Fig. 3b umfasst das Referenzelement 3 eine Spule 13 mit Kern 14, und einen magnetisch leitfähigen Körper 15, welcher aus dem ferromagnetischen Material besteht. Der magnetisch leitfähige Körper 15 ist derart angeordnet, dass er sich zumindest teilweise in einem von der Spule 13 mit dem Kern 14 ausgehenden magnetischen Feld B befindet, welches durch die Einzeichnung von Feldlinien illustriert ist. Bei einem
Phasenübergang in dem magnetisch leitfähigen Körper 15 ändert sich das magnetische Feld B, welches beispielsweise anhand einer Änderung der Induktivität L der Anordnung detektierbar ist.
Es sei darauf verwiesen, dass die Verwendung eines Kerns 14 für die Spule 13 optional ist. Zwei mögliche Ausgestaltungen des Referenzelements 4 als Spulenanordnung ohne Kern sind entsprechend in den Figuren Fig. 3b und Fig. 3c gezeigt. In Fig. 3d ist ferner beispielhaft einerseits das magnetische Feld Bi eingezeichnet, welches vorherrscht, wenn sich das Material 15 im ferromagnetischen Zustand befindet. Darüber hinaus ist in gestrichelten Linien das Magnetfeld B2, welches vorherrscht, wenn sich das Material 15 im paramagnetischen Zustand befindet, eingezeichnet.
Es sei ferner darauf verwiesen, dass das Material 15, die Spule 13 und der Kern 14 nicht zwangsläufig gemeinsam innerhalb der Detektionseinheit 4 angeordnet sein müssen. Es ist ebenso denkbar, dass die Spule 13 und/oder der Kern 14 Teil/Teile der Übertragungseinheit 6 ist/sind.
Im Falle, dass das jeweilige System 1 mehrere Referenzelemente 3 umfasst, können die verschiedenen Referenzelemente 3 jeweils baugleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorzugsweise kommen Materialien mit Phasenübergängen bei unterschiedlichen
Phasenübergangstemperaturen TPM , TPh2, .. zum Einsatz. Beispielsweise kann zumindest eines der Referenzelemente 3 in Form eines Kondensatorelements und zumindest ein weiteres Referenzelement in Form einer Spulenanordnung ausgestaltet werden. Zur Bestimmung der Phasenübergänge der verschiedenen Referenzelemente 3 kann die Detektionseinheit 4 ferner entweder eine oder aber mehrere Messschaltungen umfassen. Beispielsweise können mehrere Referenzelemente 3 zur Detektion der jeweiligen Phasenübergänge in einen einzigen
Schwingkreis integriert werden.
Zur Detektion des Auftretens des jeweiligen Phasenübergangs sind grundsätzlich vielfältige Möglichkeiten denkbar, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen. In den nachfolgenden Figuren werden einige besonders bevorzugte Ausgestaltungen erläutert. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt.
Eine Möglichkeit zur Detektion des Auftretens eines Phasenübergangs besteht in der Detektion einer Änderung der Polarisation des jeweiligen Materials 10 bzw. 15, für welches der
Phasenübergang auftritt, wie anhand von Fig. 4 illustriert. Beim Auftreten eines
Phasenübergangs kann sich beispielsweise die Polarisation des Materials 10 bzw. 15, für welches der Phasenübergang auftritt, ändern. Eine Änderung der Polarisation kann
beispielsweise im Falle eines ferromagnetischen Materials anhand einer Änderung einer Induktivität L erkannt werden, wie in den Figuren Fig. 4b und Fig. 4c illustriert, oder im Falle eines ferroelektrischen Materials C anhand einer Änderung einer Kapazität, wie in den Figuren Fig. 4d und Fig. 4e dargestellt.
In Fig. 4a ist die Temperatur T als Funktion der Zeit t dargestellt. Zu einem ersten Zeitpunkt ti findet ein Phasenübergang statt, bei welchem die Polarisation des Materials 10 bzw. 15 verschwindet, wie in Fig. 4c und Fig. 4e illustriert. Vor dem Zeitpunkt t1 befand sich das Material 10 bzw. 15 im Falle der Fig. 4c im ferromagnetischen Zustand und im Falle der Fig. 4e im ferroelektrischen Zustand. Zwischen dem Zeitpunkt ti und einem zweiten Zeitpunkt t2, zu welchem erneut ein Phasenübergang auftritt, befindet sich das jeweilige Material im Falle der Fig. 4c im paramagnetischen Zustand und im Falle der Fig. 4e im paraelektrischen Zustand. Zum Zeitpunkt t2 geht das jeweilige Material dagegen wieder in einen ferromagnetischen (Fig.4c) bzw. einen ferroelektrischen (Fig. 4e) Zustand über. Im paramagnetischen bzw. im paraelektrischen Zustand verschwindet die Polarisation des jeweiligen Materials. Als Konsequenz erfährt die Kapazität C des jeweiligen Referenzelements 3 im Falle eines ferroelektrischen Materials (Fig. 4d) bzw. die Induktivität L eines Referenzelements 3 mit einem ferromagnetischen Material 10 eine sprunghafte Änderung, welche auf einfache Weise detektiert werden kann.
Eine weitere Möglichkeit zur Detektion eines Phasenübergangs anhand der Polarisation besteht in der Betrachtung eines von dem Referenzelement 3 ausgehenden Feldes, beispielsweise der Remanenz des jeweiligen Materials. Ein von dem Material, welches sich anfänglich in einem ferroelektrischen oder ferromagnetischen Zustand mit hoher Polarisation befindet, wird nach einem Überschreiten der Phasenübergangstemperatur TPh verschwinden. Ein Ausgangszustand hoher Polarisation des jeweils verwendeten ferroelektrischen oder ferromagnetischen Materials kann beispielsweise durch Anlegen eines, insbesondere externen, elektrischen oder
magnetischen Feldes erzeugt werden.
In diesem Fall entspricht selbst nach einer Rückkehr in den ferromagnetischen Zustand bzw. in den ferroelektrischen Zustand die jeweils vorhandene Polarisation des jeweiligen Materials nicht mehr der jeweiligen Polarisation im Ausgangszustand, wie anhand der Figuren Fig. 4c und Fig. 4d für den Phasenübergang zum zweiten Zeitpunkt t2 gezeigt.
In diesem Zusammenhang sind folgende Anwendungen denkbar: Ein bestimmter Gegenstand, beispielsweise elektronische Baugruppen, oder auch Lebensmittel, darf, beispielsweise während eines Transports, eine bestimmte vorgebbare Temperatur Tmin/max zu keinem Zeitpunkt überschreiten. Zur Überwachung der vorgebbaren Temperatur wird eine Überwachungseinheit 2 umfassend ein Referenzelement 3 mit einem ferroelektrischen oder ferromagnetischen Material an dem jeweiligen Gegenstand oder in unmittelbarer Umgebung des jeweiligen Gegenstands angebracht. Das Referenzelement 3 kann zu Beginn beispielsweise durch Anlegen eines, insbesondere externen elektrischen oder magnetischen Feldes, welches zumindest das den Phasenübergang aufweisende Material zumindest zeitweise und/oder teilweise durchsetzt, polarisiert werden.
Für diese Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Überwachungseinheit 2 und die
Detektionseinheit 4 als separate Einheiten ausgestaltet werden.
Entweder kann die Polarisation des jeweiligen Gegenstandes während des Transports mittels der Detektionseinheit 4 fortlaufend oder in vorgebbaren Zeitabständen bzw. Zeitintervallen detektiert werden. Das Auftreten kann dann anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung der Polarisation kann dann auf das Auftreten eines Phasenübergangs in dem jeweiligen Material, aus welchem das Referenzelement zumindest teilweise besteht, detektiert werden. Alternativ kann das Auftreten eines Phasenübergangs auch einmalig, insbesondere am Ende eines jeweiligen Vorgangs, beispielsweise nach einem Transport, überprüft werden. In diesem Falle können beispielsweise die Polarisationen zu Beginn, also im Ausgangszustand und am Ende verglichen werden. Sind die Polarisation am Anfang und am Ende nicht im Wesentlichen gleich, so kann darauf geschlossen werden, dass zumindest zeitweise die vorgebbare Temperatur Tmin/max überschritten wurde. Für eine weitere Anwendung kann das Referenzelement 3 erneut durch Anlegen eines geeigneten Feldes polarisiert werden. Entsprechende Mittel zum Anlegen eines Feldes können beispielsweise in der Überwachungseinheit 2 oder in der Detektionseinheit 4 implementiert sein.
Ähnliche Überlegungen gelten auch für den Fall, dass eine bestimmte vorgebbare Temperatur Tmin/max nicht unterschritten werden darf. Dieses Beispiel wird deshalb hier nicht im Detail erläutert. Eine Detektion der jeweiligen Polarisation mittels einer geeignet ausgestalteten Detektionseinheit 4 kann grundsätzlich beispielsweise anhand der Remanenz erfolgen. Das Vorhandensein einer Remanenz, bzw. einer Polarisation kann dabei beispielsweise anhand einer Änderung der Kapazität oder Induktivität ermittelt werden, wie in den Figuren Fig. 4b und Fig. 4d gezeigt.
Alternativ kann aber auch eine Kraftmessung oder eine Messung einer Hysterese vorgenommen werden. Dieses Beispiel ist insbesondere vorteilhaft für den Fall, dass keine kontinuierliche Temperaturüberwachung stattfinden soll, sondern das Über- oder Unterschreiten der
vorgebbaren Temperatur Tmin/max zu vorgebbaren Zeitpunkten überprüft werden soll.
Im Falle, dass der zumindest eine Phasenübergang anhand einer Hysterese-Kurve detektiert wird, bietet sich beispielsweise eine Ausgestaltung des Referenzelements entsprechend einer der Ausgestaltungen aus Fig. 5 an. Bei den in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltungen sind die Überwachungseinheit 2 und die Detektionseinheit gemeinsam angeordnet. Das Referenzelement 3 ist dabei Teil einer elektrischen Schaltung der Detektionseinheit 4.
Zur Erfassung einer Hysterese-Kurve wird die Änderung der Polarisation des jeweiligen
Materials, in welchem der Phasenübergang auftritt, durch Anlegen einer zeitlich dynamischen Spannung Udyn, erfasst. Die jeweilige Hysterese-Kurve ergibt sich durch Auftrag ung jeweils der Spannung Ui in Abhängigkeit von Udyn aufgetragen. Das Auftreten eines Phasenübergangs kann beispielsweise anhand einer Änderung des Verhältnisses der Spannungen Udyn und Ui detektiert werden.
Für die Ausgestaltung gemäß Fig. 5a handelt es sich bei dem Referenzelement 3 um ein Kondensatorelement mit der Kapazität Cref, wie beispielsweise in Fig. 3a dargestellt.
Entsprechend handelt es sich um einen Phasenübergang vom ferroelektrischen in den paraelektrischen Zustand oder umgekehrt. Bei der Schaltung, welche die Detektionseinheit 4 umfasst, handelt es sich um eine sogenannte Sawyer-Tower-Schaltung, welche an sich bestens aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb hier nicht detailliert beschrieben ist.
Eine elektrische Schaltung zur Detektion eines Phasenübergangs im Falle eines
Referenzelements 3 in Form einer Spulenanordnung mit der Induktivität Lref, wie beispielsweise in einer der Figuren Fig. 3b-Fig. 3d gezeigt, welche jeweils ein ferromagnetisches Material umfasst, ist dagegen in Fig. 5b dargestellt. Die Kapazität Ci, sowie die Widerstände Ri und R2 sind jeweils auf das verwendete Referenzelement 3 angepasst.
Schließlich ist es ebenfalls möglich, das Referenzelement 3 als Teil eines Schwingkreises auszugestalten, wie anhand von Fig. 6 illustriert. In diesem Falle wird das Auftreten des
Phasenübergangs beispielsweise anhand einer Änderung einer Resonanzfrequenz fo des Schwingkreises detektiert. Es sei darauf verwiesen, dass aber auch andere Eigenschaften des Schwingkreises, wie beispielsweise eine Dämpfung, ein Amplitudengang, oder ein Frequenzgang hinsichtlich des Auftretens eines Phasenübergangs ausgewertet werden können.
Auch für die beispielhaften Ausgestaltungen in Fig. 6 sind die Überwachungseinheit 2 und die Detektionseinheit 4 gemeinsam angeordnet, wobei das Referenzelement 3Teil des jeweiligen Schwingkreises ist, welcher jeweils in die Detektionseinheit 4 integriert ist.
Für den Fall eines als Kondensatorelement mit Kapazität Cref ausgebildeten Referenzelements 3, wie in Fig. 6a eignet sich ein RC-Schwingkreis mit dem Widerstand Ri , welcher in Abhängigkeit des Referenzelements 3 geeignet gewählt wird. Eine Übertragungseinheit 6, welche
beispielsweise ein Element eines RFID-Moduls ist, kann in diesem Fall vorteilhaft direkt in den Schwingkreis integriert werden. Der Phasenübergang wird dann anhand einer Änderung der Resonanzfrequenz fo des Schwingkreises detektiert, welche direkt mittels der
Übertragungseinheit 6 übertragen wird.
Im Falle einer Ausgestaltung des Referenzelements 3 als Spulenanordnung mit der Induktivität Lref, wie in Fig. 6b, eignet sich ein RCL-Schwingkreis mit dem Widerstand Ri und der Kapazität Ci , welche beide in Abhängigkeit vom Referenzelement 3 gewählt werden. Analog zur
Ausgestaltung ist eine Übertragungseinheit 6 in den Schwingkreis integriert.
Bezugszeichenliste
1 Erfindungsgemäßes System
2 Überwachungseinheit
3 Referenzelement
4 Detektionseinheit
5 Ausgabeeinheit
6 Übertragungseinheit
7 Externe Einheit
8 Detektionseinheit, Ausgabeeinheit und Übertragungseinheit als Einheit
9 Energieversorgungseinheit
10 Ferroelektrisches Material, Dielektrikum
1 1 a,1 1 b Elektroden
12a, 12b Anschlussleitungen
13 Spule
14 Kern
15 Magnetisch leitfähiger Körper, ferromagnetisches Material
G charakteristische Kenngröße des Referenzelements
T Temperatur
t Zeit
Tph Phasenübergangstemperatur
tPh Phasenübergangs-Zeitpunkt tPh
I min/max vorgebbare Temperatur
ti, t2 erster, zweiter Zeitpunkt
B, Bi, B2 Magnetfeld
Cref Kapazität des Referenzelements
Lref Induktivität des Referenzelements
Udyn Zeitlich dynamische Spannung
Ui Spannung
Ri, R2 Widerstände
C, Ci Kapazität
L, Li Induktivität
P magnetische oder elektrische Polarisation

Claims

Patentansprüche
1. System (1 ) zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur (Tmin/max)
umfassend
eine Überwachungseinheit (2) umfassend ein Referenzelement (3), welches
Referenzelement (3) zumindest teilweise aus einem Material (10,15) besteht, für welches Material (10, 15) bei einer Phasenübergangstemperatur (TPh), welche Phasenübergangstemperatur (TPh)im Bereich der vorgegebenen Temperatur (Tmin/max) liegt, zumindest ein Phasenübergang auftritt, für welchen Phasenübergang das Material (10,15) in der festen Phase verbleibt, und
eine Detektionseinheit (4), welche dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des
Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement (3) charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße (G, Lref, Cref) zu detektieren und eine Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (Tmin/max) zu generieren.
2. System (1 ) nach Anspruch 1 ,
wobei es sich bei dem Material (10,15) um ein ferroelektrisches Material, um ein ferromagnetisches Material, oder um einen Supraleiter, insbesondere einen
Hochtemperatur-Supraleiter, handelt.
3. System (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die charakteristische physikalische oder chemische Kenngröße (G) durch eine dielektrische, elektrische (Cref), oder magnetische (Lref) Eigenschaft des Materials, beispielsweise durch eine magnetische oder elektrische Polarisation (P) oder Remanenz, durch eine Kapazität (Cref), oder eine Induktivität (Lref), oder durch eine Kristallstruktur oder ein Volumen gegeben ist.
4. System (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei es sich bei dem Referenzelement (3) um ein Kondensatorelement mit einem Dielektrikum (10) handelt, wobei das Dielektrikum (10) des Kondensatorelements wenigstens teilweise aus dem Material (10) besteht, für welches Material (10) bei der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur (Tpn) der zumindest eine Phasenübergang auftritt.
5. System (1 ) nach zumindest einem Ansprüche 1-4,
wobei es sich bei dem Referenzelement (3) um eine Spulenanordnung mit zumindest einer Spule (13) und einen magnetisch leitfähigen Körper (15) handelt, wobei der Körper (15) wenigstens teilweise aus dem Material (15) besteht, für welches Material (15) bei der vorgegebenen Phasenübergangstemperatur (Tpn) der zumindest eine
Phasenübergang auftritt.
6. System (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinheit (4) Mittel zur Detektion der Änderung eines von dem Referenzelement (3) ausgehenden Feldes, insbesondere ein elektrisches oder magnetisches Feld, umfasst, und wobei die Detektionseinheit (4) dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (Tmin/max) anhand einer Änderung des Feldes zu erkennen.
7. System (1 ) nach Anspruch 6,
wobei die Mittel zur Detektion einer Änderung des Feldes Mittel zur Detektion einer Kraft oder der Änderung einer Kraft umfassen.
8. System (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Überwachungseinheit (2) und/oder Detektionseinheit (4) Mittel zum Anlegen eines, insbesondere elektrischen, oder magnetischen Feldes (B) umfasst.
9. System (1 ) nach Anspruch 8,
wobei die Detektionseinheit (4) dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (Tmin/max) anhand zumindest einer Hysterese-Kurve und/oder anhand einer Polarisation zu detektieren.
10. System (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest das Referenzelement (3) und zumindest eine weitere Komponente der Überwachungseinheit (2) und/oder Detektionseinheit (4) zumindest zeitweise Teil eines elektrischen Schwingkreises sind, und wobei die Detektionseinheit (4) dazu ausgestaltet ist, das Auftreten des Phasenübergangs einer Änderung einer Resonanzfrequenz (fo) des Schwingkreises zu detektieren.
1 1 . System (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
umfassend eine Ausgabeeinheit (5), welche dazu ausgestaltet ist, das Über- oder Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur (Tmin/max) anzuzeigen, auszugeben und/oder an eine externe Einheit (7) zu übertragen.
12. System (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
umfassend eine Übertragungseinheit (6), insbesondere eine Übertragungseinheit (6) umfassend ein RFID- oder ein Bluetooth-Modul, welche Übertragungseinheit (6) zur drahtlosen Übertragung zumindest des Über- oder Unterschreitens der vorgegebenen Temperatur (Tmin/max) ausgestaltet ist.
13. System (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Energieversorgungseinheit (9) zur Versorgung zumindest einer Komponente der Überwachungseinheit (2), der Detektionseinheit (4), der
Ausgabeeinheit (5) und/oder der Übertragungseinheit (6) mittels elektrischer Energie vorgesehen ist.
14. Überwachungseinheit (2) zur Verwendung in einem System (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Detektionseinheit (4) zur Verwendung in einem System (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 1-13.
16. Verfahren zur Überwachung einer vorgebbaren Temperatur (Tmin/max) mittels eines
Systems (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend folgende Verfahrensschritte:
Detektion eines Phasenübergangs anhand zumindest einer, insbesondere sprunghaften, Änderung zumindest einer für das Referenzelement (3)
charakteristischen physikalischen oder chemischen Kenngröße (G, Cref, Lref), und Generieren einer Meldung über das Über- oder Unterschreiten der vorgebbaren Temperatur (Tmin/max) im Falle, dass ein Phasenübergang detektiert wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019124588A1 (de) * 2019-09-12 2021-03-18 Biometra GmbH Temperiervorrichtung
DE102020113903B3 (de) 2020-05-25 2021-11-18 Temperaturmeßtechnik Geraberg GmbH Thermoelement zur Messung hoher Temperaturen und Verfahren zur Drifterkennung an einem Thermoelement
DE102020126774A1 (de) 2020-10-13 2022-04-14 Temperaturmeßtechnik Geraberg GmbH Mehrkanalige thermoelektrische Messvorrichtung und Verfahren zur Fehlererkennung
DE102022123631A1 (de) 2022-09-15 2024-03-21 Temperaturmeßtechnik Geraberg GmbH Thermoelektrische Mess- und Diagnosevorrichtung

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015112425A1 (de) * 2015-07-29 2017-02-02 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur in situ Kalibrierung eines Thermometers
DE102018121494A1 (de) 2018-09-04 2020-03-05 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Messeinsatz mit Zustandsüberwachung
IT202000001084A1 (it) * 2020-01-21 2021-07-21 Enea Agenzia Naz Per Le Nuove Tecnologie Lenergia E Lo Sviluppo Economico Sostenibile Indicatore di temperatura a risposta impedenziometrica integrabile in sistemi RFID HF in forma di transponder RFID con chip o chipless e metodo di realizzazione di tale indicatore di temperatura.
DE102021113198A1 (de) 2021-05-20 2022-11-24 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg In situ Temperatur Kalibration

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4006885A1 (de) 1989-04-05 1990-10-11 Siemens Ag Sensor zur beruehrungslosen messung der temperatur von bewegten koerpern, insbesondere von bremsscheiben
DE4032092C2 (de) 1990-10-10 1994-06-09 Ind Tech Res Inst DSC-Thermoanalysator und Verfahren zur Bestimmung der Curie-Temperatur eines ferromagnetischen Werkstoffs
DE19702140A1 (de) 1997-01-22 1998-07-23 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Temperatur eines rotierenden Trägers
DE69130843T2 (de) 1990-06-12 1999-06-10 Northern Telecom Ltd Piezo-elektrischer Temperaturfühler
DE19805184A1 (de) 1998-02-10 1999-08-12 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines piezoelektrischen Elements
DE10258845A1 (de) 2002-12-17 2004-01-15 Robert Bosch Gmbh Sensoreinrichtung zur Ermittlung von Temperaturen
WO2004083798A1 (en) * 2003-03-17 2004-09-30 Mems-Id Pty Ltd. Temperature sensing devices, systems and methods
WO2005116599A1 (en) * 2004-05-27 2005-12-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Recording and storing a temperature
DE102006031905A1 (de) 2006-07-07 2008-01-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße
DE102010040039A1 (de) 2010-08-31 2012-03-01 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur in situ Kalibrierung eines Thermometers
DE102013019839A1 (de) 2013-11-27 2015-05-28 Karlsruher Institut für Technologie Passiver Temperatursensor, Betrieb und Herstellung des Sensors
WO2015113086A1 (de) * 2014-02-03 2015-08-06 Seibersdorf Labor Gmbh Sensor zur detektion des einmaligen temporären überschreitens einer schwelltemperatur
DE102015112425A1 (de) 2015-07-29 2017-02-02 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur in situ Kalibrierung eines Thermometers

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD249355A1 (de) * 1986-05-16 1987-09-02 Univ Schiller Jena Supraleitendes fixpunktelement
WO2004076991A2 (en) * 2003-02-21 2004-09-10 Delphi Technologies, Inc. Pyroelectric sensor
EP2018576A2 (de) * 2006-05-09 2009-01-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Magnetsensorvorrichtung mit feldgeneratoren und -sensoren
DE102012112574A1 (de) * 2012-12-18 2014-06-18 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Sensorelement, Thermometer sowie Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur
DE102012112575A1 (de) * 2012-12-18 2014-07-03 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Sensorelement, Thermometer sowie Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4006885A1 (de) 1989-04-05 1990-10-11 Siemens Ag Sensor zur beruehrungslosen messung der temperatur von bewegten koerpern, insbesondere von bremsscheiben
DE69130843T2 (de) 1990-06-12 1999-06-10 Northern Telecom Ltd Piezo-elektrischer Temperaturfühler
DE4032092C2 (de) 1990-10-10 1994-06-09 Ind Tech Res Inst DSC-Thermoanalysator und Verfahren zur Bestimmung der Curie-Temperatur eines ferromagnetischen Werkstoffs
DE19702140A1 (de) 1997-01-22 1998-07-23 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Temperatur eines rotierenden Trägers
DE19805184A1 (de) 1998-02-10 1999-08-12 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines piezoelektrischen Elements
DE10258845A1 (de) 2002-12-17 2004-01-15 Robert Bosch Gmbh Sensoreinrichtung zur Ermittlung von Temperaturen
WO2004083798A1 (en) * 2003-03-17 2004-09-30 Mems-Id Pty Ltd. Temperature sensing devices, systems and methods
WO2005116599A1 (en) * 2004-05-27 2005-12-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Recording and storing a temperature
DE102006031905A1 (de) 2006-07-07 2008-01-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße
DE102010040039A1 (de) 2010-08-31 2012-03-01 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur in situ Kalibrierung eines Thermometers
DE102013019839A1 (de) 2013-11-27 2015-05-28 Karlsruher Institut für Technologie Passiver Temperatursensor, Betrieb und Herstellung des Sensors
WO2015113086A1 (de) * 2014-02-03 2015-08-06 Seibersdorf Labor Gmbh Sensor zur detektion des einmaligen temporären überschreitens einer schwelltemperatur
DE102015112425A1 (de) 2015-07-29 2017-02-02 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur in situ Kalibrierung eines Thermometers

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019124588A1 (de) * 2019-09-12 2021-03-18 Biometra GmbH Temperiervorrichtung
DE102020113903B3 (de) 2020-05-25 2021-11-18 Temperaturmeßtechnik Geraberg GmbH Thermoelement zur Messung hoher Temperaturen und Verfahren zur Drifterkennung an einem Thermoelement
DE102020126774A1 (de) 2020-10-13 2022-04-14 Temperaturmeßtechnik Geraberg GmbH Mehrkanalige thermoelektrische Messvorrichtung und Verfahren zur Fehlererkennung
DE102022123631A1 (de) 2022-09-15 2024-03-21 Temperaturmeßtechnik Geraberg GmbH Thermoelektrische Mess- und Diagnosevorrichtung

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