监测温度传感器的状态的制作方法

本发明涉及一种用于确定和/或监测介质温度的装置，该装置具有两个传感器元件和电子器件。介质位于容器——例如，箱子或管道——中，并且该装置例如可以被引入容器中或附接到容器上。

背景技术：

在许多实施例中，温度计从现有技术中是已知的。有些温度计使用已知膨胀系数的液体、气体或固体的膨胀来测量温度，而其他温度计通过使用例如电阻元件或热电偶将材料的电导率与温度联系起来来测量温度。相比之下，在高温计中，物质的温度是使用其热辐射来确定的。在多种出版物中已经描述了每种情况下的基础测量技术。

具有电阻元件的温度计通常包括所谓的薄膜传感器元件或电阻温度检测器(rtd)。通常，这种传感器元件具有设置有连接导线和金属涂覆的前表面的载体衬底。背面也可以有金属涂层。例如，将以pt10、pt100和pt1000命名的市售铂元件用作传感器元件。

在许多情况下，传感器元件优选地被封装或嵌入纯陶瓷粉末中，并且连接线在导管中被引导至电子器件，例如温度变送器。

从现有技术中已知借助于电阻元件确定温度的各种测量原理。例如，可以在欧洲标准en60751中找到有关工业铂电阻温度计的详细信息。将通常为电流形式的发送信号施加到传感器元件，并且关于温度来检测和评估通常为跨传感器元件的电压下降形式的接收信号。在最简单的情况下，温度是使用所谓的两导线测量技术借助于温度相关的电阻来确定的，其中传感器元件经由两个连接导线接触。该解决方案的缺点是，连接导线的电阻作为误差进入温度确定。在三导线测量技术中，传感器元件通过三个连接导线接触。如果可以假定三个连接导线的电阻相同，则可以通过成对分接三个连接导线中每两个之间的电压下降来极大地补偿连接导线或连接线的电阻。

借助于所谓的四导线测量技术可以实现最高的测量精度。传感器元件经由四个连接导线接触，其中发送信号经由第一对连接导线施加到传感器元件，并且其中接收信号经由第二对连接导线接收。当使用四导线测量技术时，各种连接导线的线电阻中的任何潜在不对称性也可以得到补偿。

从现有技术中已知温度计的冗余设计用于提高可靠性和/或测量精度。一种可能性是可以同时使用多个温度计。然而，还已知具有至少两个温度传感器的温度计，该至少两个温度传感器可以例如布置在单个传感器头或测量插件中。如果两个温度传感器中的一个发生故障，仍然可以经由第二个温度传感器借助于相同的温度计确定温度。根据所使用的传感器元件的类型，这种温度计被称为例如“双pt100”或“双pt1000”。

在具有尤其是电阻元件形式的多个温度传感器的温度计中，每个单独的温度传感器必须借助于连接线单独接触可能是有问题的。随着温度计中温度传感器的数量增加，所需的连接线数量也相应增加，温度计的大小和电子器件的复杂性二者均增加。

取决于所使用的测量技术，要引导的连接线的数量也不同程度地增加。考虑到工业温度计测量插件的通常尺寸，尤其是用于将连接线引导至电子器件的导管的尺寸，即使在一个测量插件只有两个温度传感器的情况下，也很难实现四导线测量技术，因为在这种情况下已经必须将八个连接线引导至电子器件。在每个温度传感器到电子器件的整个距离上，必须在各种连接导线之间以及从导管提供电绝缘。

为了能够在对各个温度计的尺寸的典型要求与可达到的测量精度之间取得良好的折衷，通常根据三导线测量技术来设计具有至少两个温度传感器的温度计。在这种情况下，例如，对于具有两个温度传感器的温度计，必须将六个连接线引导至相应的电子器件。

为了减小具有两个温度传感器的装置的尺寸，从de102011084320a1中可替代地已知，以针对特定传感器元件的预定频率将高频电信号施加到每个传感器元件。然后可以从反射的测量信号中确定作为温度的函数的阻抗。这样，可以使用具有一对连接线的两个测量元件。但是，这种电子器件精密和复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是公开一种以尽可能最简单的方式提高具有至少两个温度传感器和最紧凑设计的温度计的测量精度的可能性。

该目的通过一种用于确定和/或监测温度的装置来实现，该装置包括第一温度传感器、第二温度传感器和电子器件。电子器件被配置为将电流形式的至少一个电发送信号施加到第一温度传感器和/或第二温度传感器，并且从第一温度传感器和/或第二温度传感器分接出电压形式的至少一个电接收信号。根据本发明的装置还包括至少六个连接线，用于与第一温度传感器和第二温度传感器进行接触，尤其是电接触，其中，连接线被布置和配置为使得第一温度传感器和第二温度传感器串联连接并且可以对其施加发送信号，并且可以从第一温度传感器分接出第一接收信号和/或可以从第二温度传感器分接出第二接收信号。

至少一个温度传感器，尤其是两个温度传感器，优选地是电阻元件，例如铂元件。例如，电子器件还是温度变送器。

根据本发明的温度计可以例如用作温度测量插件，其中，连接线在导管中被引导，该导管可以进而与相应的介质直接接触。导管可以至少部分地填充有绝缘材料，例如，陶瓷粉末。

但是，也可以附加地提供一种保护管，该保护管可以与介质接触并且在保护管中布置至少两个温度传感器以及至少一部分连接导线。

根据本发明的装置通过减少被引导至电子器件的连接线的数量来实现节省空间的紧凑设计。两个温度传感器借助于至少六个连接线中的至少一个来连接，使得在至少六个连接线中，仅至少五个连接线被引导至电子器件。由于两个温度传感器的串联连接，并且由于可以从每个温度传感器单独地分接出接收信号，因此尽管其设计紧凑，但使用根据本发明的装置仍可以以简单的方式实现高测量精度。同时，可以确保装置的可靠性。如果两个温度传感器中的一个发生故障，则可以使用三导线测量技术通过另一个正常工作的传感器来继续确定和/或监测温度。

如果第一连接线从电子器件延伸到第一温度传感器，第二连接线从第一温度传感器延伸到第二温度传感器，并且第三连接线从第二温度传感器延伸到电子器件，则这是有利的。这样，可以以简单的方式实现两个温度传感器的串联连接。

如果第四连接线从第一温度传感器延伸到电子器件，第五连接线从第二温度传感器延伸到电子器件，则这也是有利的。

如果第六连接线将电子器件连接到第二连接线，则这也是有利的。

在该实施例中，即使仅将五个连接线布线到电子器件，也可以根据四导线测量技术有利地操作两个温度传感器。在两个温度传感器中的一个发生故障的情况下，仍然可以根据三导线测量技术来操作其余正常工作的温度传感器。例如，可以在第四连接线和第六连接线之间从第一温度传感器分接出第一接收信号，并且可以在第五连接线和第六连接线之间从第二温度传感器分接出第二接收信号。

根据本发明的装置的优选实施例包括电子器件，该电子器件具有用于从第一温度传感器分接出第一接收信号的第一电压确定单元和用于从第二温度传感器分接出第二接收信号的第二电压确定单元。

在这种情况下，如果第一电压确定单元被配置为在第四连接线和第六连接线之间分接出第一接收信号，其中第二电压确定单元被配置为在第五连接线和第六连接线之间分接出第二接收信号，则这是有利的。

根据本发明的装置的优选实施例包括具有单个电流产生单元和至少一个开关元件的电子器件，该电流产生单元用于产生发送信号。

然后，例如在开关元件的第一开关位置中，发送信号可以被施加到第一温度传感器，而在开关元件的第二开关位置中，发送信号可以被施加到第二温度传感器。此外，优选地设置开关元件的第三开关位置，在该第三开关位置中，发送信号可以被施加到两个温度传感器。

在本发明的范围内，可以想到具有至少两个——优选地三个——开关位置的单个开关元件以及分别具有至少两个开关位置的至少两个开关元件二者。

如果至少一个开关元件被布置和配置为使得可以借助于开关元件在第一连接线和第六连接线之间和/或在第三连接线和第六连接线之间建立电连接，则这是有利的。

电子器件例如可以被配置为使得其可以基于在每个不同的开关位置中接收到的接收信号来检测两个温度传感器中的一个是否有故障。电子器件和/或至少一个开关元件也可以被配置为使得可以借助于电子器件来激活开关元件，即，可以借助于电子器件来调节各种开关位置。

在两个温度传感器中的一个发生故障的情况下，可以通过适当地激活开关元件，利用相应正常工作的传感器继续确定和/或监测温度。在这种情况下，可以确保至少可以根据三导线测量技术找到温度。例如，如果在开关位置中的一个中不再接收到接收信号，则可以推断出相应激活的温度传感器出现故障。

在根据本发明的装置的替代的优选实施例中，电子器件具有第一和第二电流产生单元。两个电流产生单元都用于产生至少一个发送信号。

在这种情况下，如果第一电流产生单元和第二电流产生单元串联连接并且借助于第七连接线彼此连接，则这是有利的。

如果第六连接线将第二连接线和第七连接线彼此连接，则这也是有利的。在这种情况下，两个电流产生单元位于第六连接线和第七连接线的接合点的相对侧。

在两个温度传感器都正常工作的情况下，如果借助于两个电流产生单元分别产生基本上相同的电流，则该实施例中的第六连接线有利地保持无电流。

在根据本发明的装置的一个实施例中，第一电流产生单元和第一电压确定单元被布置在第一电子器件单元中，其中第二电流产生单元和第二电压确定单元被布置在第二电子器件单元中。

在根据本发明的装置的替代实施例中，第一电流产生单元和第二电流产生单元以及第一电压确定单元和第二电压确定单元一起被布置在同一电子器件中。

在特别优选的实施例中，根据本发明的装置包括第八连接线，该第八连接线从第二连接线延伸至电子器件。在该实施例中，总共至少六个连接线被引导至电子器件。然而，对于具有第八连接线的实施例，可以有利地确保，在两个温度传感器中的一个发生故障的情况下，可以始终根据四导线测量技术来操作装置，从而导致进一步提高了装置可达到的测量精度。如果两个温度传感器中的一个发生故障，这也适用。

对于该实施例，有利的是，第一电压确定单元被配置为在第四连接线和第八连接线之间分接出第一接收信号，其中第二电压确定单元被配置为在第五连接线与第八连接线之间分接出第二接收信号。在两个温度传感器都正常工作的情况下，第七连接线如先前描述的示例性实施例中一样保持无电流。

附图说明

参考以下附图更详细地解释本发明。附图示出：

图1示出了根据现有技术的、根据(a)两导线测量技术；(b)三导线测量技术；和(c)四导线测量技术的具有两个温度传感器的温度计的示意图，

图2示出了根据本发明的具有被引导至电子器件的五个连接线的温度计的示意图，

图3示出了根据本发明的具有被引导至电子器件的五个连接线和单个电流产生单元的温度计的示意图，

图4示出了根据本发明的具有被引导至电子器件的五个连接线和(a)被布置在公共电子器件中以及(b)被布置在两个电子器件单元中的两个电流产生单元的温度计的示意图，以及

图5示出了根据本发明的具有被引导至电子器件的六个连接线的温度计的示意图。

在下面的描述中，相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的温度计1的各种示意图。图1a示出了具有保护管2和电子器件4的温度计1，尤其是温度变送器。也将在每种情况下保护管2的面向介质5的部分区域称为传感器头3。传感器头3的内部空间填充有填充剂，尤其是电绝缘填充剂6，尤其是水泥。

此外，第一温度传感器7和第二温度传感器8布置在传感器头3的内部，并且每个温度传感器分别经由两个连接线9a、9b和9c、9d电接触，其被引导到电子器件4。其他实施例可以包括例如用于引导连接线9a-9d的导管。温度传感器7和8例如是电阻元件，尤其是在结构上相同的电阻元件。

图1a所示的温度计根据两导线测量技术操作，该技术已在说明书的介绍部分提到，并且是现有技术中公知的。然而，为了补偿连接线9a-9d的尤其是欧姆的线电阻的影响，建议使用如图1b和1c所示的三导线或四导线测量技术。如果使用图1b所示的三导线测量技术，则如果温度计1具有两个温度传感器7和8，则已经需要六个连接线；如果使用图1c所示的四导线测量技术，则甚至需要八个连接线。这对温度计的几何设计提出了很高的要求。例如，必须确保连接线9a-9f始终彼此绝缘，并与导管绝缘。另外，市售的保护管和/或导管通常仅具有最大3mm的直径。

本发明通过提供一种温度计来解决这个问题，该温度计具有至少两个温度传感器和最可能的紧凑设计，并且可以同时实现高测量精度。特别地，可以考虑或补偿连接线的线电阻对温度确定和/或监测的影响。

根据本发明，如将参照图2至图5详细解释的那样，被引导至电子器件14的连接线19的数量减少，同时确保了高测量精度。为此，两个温度传感器17、18串联连接。尽管如此，仍然确保了可以从每个温度传感器17、18单独分接出接收信号。结果，两个温度传感器17、18中的每一个可以单独地操作，尤其是在两个温度传感器17、18中一个发生故障的情况下。

图2示出了根据本发明的实施例的第一种可能设计。第一连接线19a从电子器件14延伸到第一温度传感器17，第二连接线19b从第一温度传感器17延伸到第二温度传感器18，并且第三连接线19c从第二温度传感器18延伸回到电子器件14。以这种方式，借助于三个连接线19a-19c实现两个温度传感器17、18的串联连接。电子器件14被设计为产生可被施加到两个温度传感器17、18的发送信号is。为此，它具有例如至少一个电流产生单元[图2中未示出]。

此外，第四连接线19d从第一温度传感器17延伸到电子器件14，第五连接线19e从第二温度传感器18延伸到电子器件14，并且第六连接线19f从第二连接线19b延伸到电子器件14。电子器件14进而被配置为在第四连接线19d和第六连接线19f之间分接出第一接收信号ue1以及在第六连接线19f和第五连接线19e之间分接出第二接收信号ue2。为此，电子器件14例如具有至少一个电压确定单元[图2中未示出]。

如果两个温度传感器17或18中的一个发生故障，则温度计1仍可以经由相应剩余的正常工作的温度传感器17或18确定和/或监测温度。因此，根据本发明的温度计是故障安全的。同时，在任何情况下都确保至少使用三导线测量技术用于确定和/或监测，使得在任何情况下都可以考虑连接线19a-19f的线电阻的潜在影响。同时，与从现有技术已知的装置相比，根据图2的实施例，仅五个连接线19a和19c-19f被引导至根据本发明的电子器件14。

图3示出了本发明的另一个实施例。结合图2解释的附图标记在这里不再讨论。电子器件14具有用于产生发送信号is的电流产生单元20，以及用于从第一温度传感器17分接出第一接收信号ue1的第一电压确定单元21a和用于从第二温度传感器18分接出第二接收信号ue2的第二电压确定单元21b。

电子器件14还包括具有第一开关22a和第二开关22b的开关元件22。电子器件14也可替代地具有单个开关元件22或至少两个开关元件22。开关元件22具有至少两个开关位置。在图2中，可以基于第一开关22a的当前开关位置借助于第一开关22a在第一连接线19a和第六连接线19f之间建立或断开电连接。类似地，可以基于第二开关22b的当前开关位置借助于第二开关22b在第三连接线19c和第六连接线19f之间建立或断开电连接。

电子器件14优选地被配置为能够基于在两个开关22a和22b的每个不同的开关位置中接收的接收信号ue1和ue2来检测两个温度传感器17、18中的一个是否有故障。电子器件14和/或两个开关22a、22b也可以被设计为使得开关22a和22b可以借助于电子器件14来致动，即，两个开关22a和22b的开关位置(这里：断开或闭合)可以借助于电子器件14进行调节。在图3所示的装置中，可以确保，即使两个温度传感器17或18中的一个发生故障，也可以至少根据三导线测量技术来确定和/或监测介质的温度。例如，两个开关可以在可预先指定的时间点有规律地、或必要时交替地闭合，以便检查两个温度传感器17或18中的一个是否发生故障。如果例如不再能够从正在被检查的相应温度传感器17或18上分接出接收信号ue1或ue2，则可以推断出相应温度传感器17或18已经故障。然而，也可以通过许多其他方式来检测故障。例如，可以彼此比较当相应开关22a或22b闭合时在不同时间测量的接收信号ue1或ue2。在这种情况下，如果存在高于可预先指定的阈值的偏差，则可以推断出两个温度传感器17或18中的一个中发生故障。以这种方式也可以检测到两个温度传感器17或18的测量精度的恶化。

电子器件14的替代实施例在图4中示出。电子器件14包括两个电流产生单元20a和20b，它们串联电连接并且借助于第七连接线19g彼此连接。在这种情况下，第六连接线19f在第二连接线19b和第七连接线19g之间延伸，两个电流产生单元20a和20b位于第六连接线19f和第七连接线19g之间的接合点的相对侧。一方面，电子器件14可以包括两个单元14a和14b，每个单元分别具有电流产生单元20a和20b以及电压确定单元21a和21b，如图4a所示。然而，也可以想到，如图4b所示，两个电流产生单元20a和20b以及两个电压确定单元21a和21b都布置在单个或同一电子器件14中。在图4的解释范围内，不再详细讨论已经结合其他附图解释的附图标记。

在图4所示的两个变型中，两个电流产生单元20a和20b以及两个温度传感器17和18借助于第一连接线19a、第二连接线19b、第三连接线19c和第七连接线19g串联连接。如果温度传感器17和18均正常工作，则第六连接线19f在图4所示的两种配置下均保持无电流。另一方面，如果两个温度传感器17或18中的一个故障，则电流流过第六连接线19f，并且根据至少三导线测量技术借助于相应剩余的正常工作的温度传感器17或18，可以继续确定和/或监测温度。在所示的配置中，有利的是，从特殊的电路装置中自动地检测出两个温度传感器17或18中的一个的故障。

最后在图5中示出了本发明的另一个可能的实施例。这里，电子器件14也包括两个电流产生单元20a和20b以及两个电压确定单元21a和21b。应当注意，图5中的实施例也可以与先前在图2-4中示出的示例性实施例相组合。与前面的图中一样，已经解释过的附图标记不再针对图5进行详细讨论。

除了到目前为止所示的实施例之外，图5中的实施例还具有第八连接线19h，该第八连接线19h与第六连接线19f一样，从第二连接线19b延伸到电子器件14。在该实施例中，第一电压确定单元21a被设计为在第四连接线19d和第八连接线19h之间分接出第一接收信号ue1。类似地，第二电压确定单元21b被配置为在第五连接线19e和第八连接线19h之间分接出第二接收信号ue2。

如图4中所示，如果温度传感器17和18二者都完全正常工作，则第六连接线19f保持无电流。然而，如果两个温度传感器17或18中的一个故障，则电流沿着第六连接线19f流动。

第八连接线19h允许将发送信号is施加到温度传感器17和/或18，并且相应接收信号ue1和/或ue2的分接相对于在每种情况下所使用的连接线彼此完全分离。这意味着，如果两个温度传感器17和18都正常工作以及如果两个温度传感器17或18中只有一个正常工作，则有利的是可以借助于四导线测量技术来确定和/或监测温度。

附图标记列表

1温度计

2保护管

3传感器头

4电子器件

5介质

6填充剂

7温度传感器

8温度传感器

9a–9f连接线

10根据本发明的温度计

14，14a，14b电子器件或电子器件单元

17第一温度传感器

18第二温度传感器

19a–19h连接线

20、20a，20b电流产生单元

21、21a，21b电压确定单元

22、22a，22b开关元件，开关

is发送信号

ue1第一接收信号

ue2第二接收信号