СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ IN SITU КАЛИБРОВКИ ТЕРМОМЕТРА Российский патент 2020 года по МПК G01K15/00 G01K7/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу in situ калибровки и/или проверки термометра, по меньшей мере, с одним датчиком температуры и, по меньшей мере, одним эталонным элементом, состоящим, по меньшей мере, частично из материала, для которого в пределах релевантного для эксплуатации термометра температурного диапазона происходит, по меньшей мере, один фазовый переход при, по меньшей мере, одной заданной температуре фазового перехода, при котором материал пребывает в твердой фазе, а также относится к устройству для in situ калибровки термометра.

Уровень техники

Термометры используются в самых разных выполнениях. Так, существуют термометры, которые для измерения температуры используют расширение жидкости, газа ли твердого тела с известным коэффициентом расширения, или же такие, которые связывают электрическую проводимость среды с температурой, например при использовании резистивных элементов или термоэлементов. Напротив, у термометров излучения, в частности пирометров, для определения температуры вещества используется ее тепловое излучение. Соответствующие принципы измерения описаны во множестве публикаций и здесь подробно не отражены.

Калибровка и/или проверка термометра обычно проводится в калибровочных ваннах, печах или устройствах с фиксированной точкой. Она осуществляется тогда нередко с помощью сравнительного измерения в сравнительной среде с известной сравнительной температурой, т.е. при твердой характеристической температурной точке, например тройной точке и/или точке плавления материала. В качестве альтернативы Калибровка и/или проверка может проводиться также посредством эталонного термометра, содержащего платиновый элемент, преимущественно по международному стандарту ITS-90. В качестве типичной сравнительной среды нередко используется деионизированная ледяная вода в сосуде Дьюара. Эта характеристическая температурная точка используется нередко, в том числе для того, чтобы определить так называемое R₀-значение (R при Т=0°С) резистивного датчика температуры (RTD = Element für Resistance Temperature Detector) в виде платинового элемента по международному стандарту IEC60751, например для так называемого элемента Pt100.

Обычно для проведения сравнительного измерения термометр необходимо удалить из соответствующего процесса. Однако известны также устройства, которые обеспечивают in situ калибровку и/или проверку термометра, например описанная в DE 19941731 А1 миниатюризированная и интегрированная в термометр ячейка с фиксированной точкой.

Другая возможность калибровки и/или проверки термометра состоит в том, что чтобы использовать определенные характеристические температурные точки или характеристики термометра. Так, например, в ЕР 1247268 В2 описан способ in situ калибровки нескольких интегрированных датчиков температуры с помощью характеристик одного или нескольких эталонных элементов в виде вторичных датчиков температуры, которые встроены в термометр-вставку дополнительно к первичному датчику температуры. Чтобы могла произойти калибровка, соответственно используемые эталонные элементы по строению и/или применяемому материалу отличаются от первичного датчика температуры, что отражается в разных характеристиках. Однако недостаток при этом в том, что обычно также характеристики эталонных элементов подвержены эффектам старения и/или дрейфу датчика.

Во избежание подобных недостатков из DE 102010040039 А1 известны устройство и способ in situ калибровки термометра с датчиком температуры и эталонным элементом для калибровки датчика температуры, где эталонный элемент, по меньшей мере, частично состоит из ферроэлектрического материала, который в релевантном для калибровки датчика температуры температурном диапазоне испытывает фазовое превращение, пм при одной заданной температуре. Следовательно, калибровка проводится с помощью характеристической температурной точки фазового перехода ферроэлектрического материала, т.е. с помощью специфического свойства материала. В зависимости от числа эталонных элементов можно, таким образом, произвести так называемую одно- и многоточечную калибровку и/или проверку. Аналогичное, подходящее, в частности, для многоточечных калибровок устройство известно далее из не опубликованной пока немецкой патентной заявки под регистрационным номером 102015112425.4. Описанный в ней термометр включает в себя, по меньшей мере, один датчик температуры и, по меньшей мере, два контактируемых через ровно два проволочных вывода эталонных элемента, состоящих, по меньшей мере, частично из двух разных материалов, для которых соответственно в релевантном для калибровки датчика температуры температурном диапазоне возникает, по меньшей мере, один фазовый переход, по меньшей мере, второго порядка при соответственно заданной температуре фазового перехода. Ниже приведена ссылка в полном объеме на публикации DE 102010040039 А1 и 102015112425.4.

Раскрытие изобретения

Обычно сравнительное измерение для калибровки и/или проверки термометра проводится всегда отдельно от соответствующего процесса. Записанные для калибровки измеренные значения могут быть, при необходимости, зафиксированы в протоколе калибровки. Однако как недостаток отдельное сравнительное измерение всегда требует нескольких рабочих шагов. Исходя из приведенного уровня техники в основе изобретения лежит задача создания особенно простого способа in situ калибровки и/или проверки термометра.

Эта задача решается посредством способа по п. 1 формулы изобретения и посредством подходящего для осуществления способа устройства по п. 10 формулы изобретения.

Предложенный способ служит для in situ калибровки и/или проверки термометра по меньшей мере, с одним датчиком температуры и, по меньшей мере, одним эталонным элементом, состоящим, по меньшей мере, частично состоит из материала, для которого в пределах релевантного для эксплуатации термометра температурного диапазона возникает, по меньшей мере, один фазовый переход при, по меньшей мере, одной заданной температуре фазового перехода, при котором материал пребывает в твердой фазе. Датчик температуры (первичный датчик) калибруется и/или проверяется, следовательно, с помощью вторичного датчика (эталонный элемент). При этом речь может идти, например, о термометре в соответствии с одним или несколькими из возможных выполнений по DE 102010040039 А1 или 102015112425.4.

Способ включает в себя, по меньшей мере, следующие этапы:

- обнаружение и/или запись, по меньшей мере, одного полученного датчиком температуры измеренного значения, в частности в качестве функции времени;

- обнаружение и/или запись, по меньшей мере, одной характеристической физической или химической эталонной величины эталонного элемента, в частности в качестве функции времени;

- обнаружение произошедшего фазового перехода с помощью, в частности, скачкообразного изменения эталонной величины;

- определение момента фазового перехода, в который он произошел;

- определение температуры датчика по полученному им измеренному значению в момент измерения, имеющий кратчайшее временнóе расстояние до момента фазового перехода и

- сравнение температуры датчика с температурой фазового перехода и/или определение, возможно, имеющегося отклонения между температурой датчика и температурой фазового перехода.

В случае, если отклонение, определяемое для калибровки и/или проверки с помощью сравнения температуры датчика и температуры фазового перехода, превышает задаваемое предельное значение, можно произвести регулировку характеристики сенсорного элемента. Этого можно достичь, например, за счет создания правила вычисления, преимущественно для корректировки характеристики, при котором, в том числе, сдвиг, подъем, кривизна и/или другой релевантный для характеристики соответствующего термометра параметр можно согласовать или изменить. В случае, если сравниваются несколько температур фазового перехода с разными температурами датчика, т.е. в случае многоточечной калибровки и/или проверки, можно, кроме того, можно согласовать или изменить более одного параметра характеристики датчика с помощью соответствующих отклонений отдельных температур датчика от соответствующих температур фазового перехода.

В принципе, калибровка и/или проверка может быть инициирована, с одной стороны, автоматически. Однако может быть создано и/или выдано, например, также сообщение о наличии отклонения. Следует указать на то, что для осуществляемых вследствие обнаруженного отклонения этапов имеется много различных возможностей, которые все вместе подпадают под данное изобретение.

Далее следует указать на то, что имеющееся отклонение между температурой, измеренной датчиком температуры, и температурой фазового перехода вызвано не исключительно самим датчиком температуры. Напротив, речь идет о вызванном всем термометром общем отклонении, в которое могут входить, помимо влияний сенсорного элемента, также влияния за счет контактирований, присоединительных проводов или одного или нескольких компонентов внутри электронного блока. Кроме того, роль могут играть также влияния окружения термометра.

Фазовый переход, при котором соответствующий материал пребывает в твердой фазе, является, в частности, фазовым переходом из ферромагнитной фазы в парамагнитную или наоборот, из ферроэлектрической фазы в параэлектрическую или наоборот, или также из нормального металла в сверхпроводник или наоборот.

У фазового перехода в материале, который пребывает в твердой фазе, речь идет, например, по классификации Эренфеста о фазовом переходе, по меньшей мере, второго порядка. В отличие от фазового перехода первого порядка, во время этого фазового перехода не высвобождается или высвобождается лишь пренебрежимо малое количество скрытой теплоты. Когда не высвобождается или высвобождается лишь пренебрежимо малое количество скрытой теплоты, можно, в принципе, и независимо от выбранной классификации фазовых переходов предпочтительно обеспечить, в том числе, чтобы температура, измеренная датчиком температуры, в момент возникновения фазового перехода не искажалась, в частности не искажалась высвобожденной скрытой теплотой.

В другой, сегодня гораздо более распространенной классификации фазовых переходов различают лишь периодические (1-го порядка) и непрерывные (2-го порядка) фазовые переходы (см., например, Lexikon der Physik, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin, т. 4, ключевое слово „Phasenübergänge und andere kritische Phänomene). По этой классификации, различным ферроэлектрическим материалам присваиваются фазовые переходы 1-го и 2-го порядков, причем в обоих случаях соответствующий материал, для которого происходит фазовый переход, пребывает во время него в твердой фазе.

Пребывание в твердой фазе независимо от выбранной классификации фазовых переходов является решающим для изобретения. Далее, в принципе, предпочтительно, если при возникновении фазового перехода не высвобождается или высвобождается лишь пренебрежимо малое количество скрытой теплоты. В принципе, фазовый переход сопровождается специфического свойства материала, например изменением кристаллической структуры, или изменением, по меньшей мере, одного магнитного, электрического или диэлектрического свойства. Согласно изобретению, специфические для материала изменения соответствующего эталонного элемента известны и могут быть привлечены для калибровки и/или проверки датчика температуры. При этом могут быть интегрированы один или несколько эталонных элементов, причем каждый эталонный элемент может иметь один или несколько фазовых переходов. Каждый фазовый переход происходит при определенном характеристическом фиксированном и долговременно стабильном значении температуры, так что для калибровки и/или проверки датчика температуры посредством эталонного элемента, в принципе, не приходится учитывать никакого дрейфа и/или никаких эффектов старения.

Согласно одному варианту, у материала речь идет о ферроэлектрическом, ферромагнитном или о сверхпроводящем материале.

В другом варианте, по меньшей мере, одна характеристическая физическая или химическая величина задана кристаллической структурой, объемом, диэлектрическим, электрическим или магнитным свойством соответствующего материала.

В одном варианте температура датчика определяется с помощью сравнения, по меньшей мере, одного полученного от датчика температуры измеренного значения с характеристикой датчика температуры.

Датчик температуры образован, например, резистивным элементом или термоэлементом.

Согласно другому варианту, по имеющемуся отклонению между температурой датчика и температурой фазового перехода можно сделать вывод об изменении характеристики датчика температуры. Изменение характеристики датчика температуры может быть вызвано, например, эффектами его старения или же, по меньшей мере, частичным отделением контактов и т.п. Химические реакции внутри термометра, механические напряжения в зоне сенсорного элемента и/или проволочных выводов или же изменение характеристик, по меньшей мере, одного расположенного внутри электронного блока, в частности электронного, компонента также могут привести к изменению измеренной характеристики датчика температуры.

Согласно одному особенно предпочтительному варианту, для определения имеющегося отклонения между температурой датчика и температурой фазового перехода учитывается модель динамического теплового потока. При этом речь идет, в частности, о модели, которая учитывает неоднородное и/или динамическое распространения тепла внутри термометра, т.е. в месте датчика температуры и/или в месте эталонного элемента. Также могут быть учтены эффекты теплоотвода, которые могут быть вызваны изменениями окружающей температуры. Учитывать модель динамического теплового потока предпочтительно, в частности, в том случае, когда термометр подвержен воздействию, по меньшей мере, временного и/или частично динамического и/или неоднородного термического окружения, например при использовании в протекающей среде или при переменной окружающей температуре термометра.

Обычно для определения и/или контроля температуры среды, в частности, в термический контакт со средой приводится сенсорная головка, в которой обычно расположен, по меньшей мере, датчик температуры. Эталонный элемент может быть расположен, однако необязательно, в той же сенсорной головке. В непрерывном режиме происходит теплообмен между термометром и средой, пока не установится термическое равновесие. Тогда датчик температуры, эталонный элемент и среда имеют, в основном, одинаковую температуру, называемую ниже равновесной температурой. Происходит распространение тепла от среды к датчику температуры и к эталонному элементу. Под распространением тепла в этой связи следует понимать как тепловой поток от среды к сенсорной головке в соответствии с тем случаем, когда среда имеет более высокую температуру, чем сенсорная головка, так и в обратном направлении в случае, когда более высокую температуру имеет сенсорная головка. Однако различные ситуации, например использование термометра, по меньшей мере, во временном и/или частично динамическом и/или неоднородном термическом окружении, или же асимметричные конфигурации и/или геометрические расположения могут привести к тому, что температуры, господствующие в месте датчика температуры и в месте эталонного элемента, не в каждый момент одинаковы. Следовательно, датчик температуры и эталонный элемент в определенные моменты, лежащие соответственно перед моментами, в которые устанавливается равновесная температура, подвержены разным температурам. При изменении температуры среды с первой температуры на вторую обращенные к направлению течения среды элементы термометра подвержены в более ранний момент второй температуре, чем обращенные от направления течения среды элементы. Разумеется, большое число других случаев могут привести к, по меньшей мере, временно возникающему отличию между температурой датчика и температурой эталонного элемента.

Если вне термического равновесия датчик температуры калибруется и/или проверяется посредством эталонного элемента, то следствием могут быть ошибки и/или неточности измерений, поскольку температуры в зоне датчик температуры и эталонного элемента в момент калибровки и/или проверки не идентичны. Однако, используя модель динамического теплового потока, можно избежать таких ошибок и/или неточностей измерений, поскольку подобная модель учитывает неоднородное распространение тепла внутри термометра, например, когда эталонный элемент и датчик температуры временно и/или частично подвержены разным температурам. При этом, с одной стороны, речь может идти о протекающей среде с изменяемой температурой, в которую помещается термометр. Однако могут быть учтены также динамические отличия температур вследствие теплоотвода за счет переменной окружающей температуры термометра, а также термические эффекты связи вследствие геометрического выполнения термометра и термических свойств соответственно применяемых материалов.

Модель динамического теплового потока исходит преимущественно из физических и/или химических величин, которые являются, в частности, специфическими для соответствующего строения или соответствующего расположения и соответствующей геометрии датчика, а также для соответственно применяемых материалов или устройства, в частности его термофизических свойств и вытекающих из них процессов теплопереноса. Далее значение могут иметь величины, касающиеся среды или окружающих условий, такие как скорость течения, плотность и/или вязкость или же термическая связь датчика с окружением.

Предпочтительно, если с помощью модели динамического теплового потока определяется поправочный коэффициент Δt_dyn времени, после которого эталонный элемент и датчик температуры достигают одинаковой температуры, причем для определения имеющегося отклонения между температурой датчика и температурой фазового перехода учитывается поправочный коэффициент Δt_dyn времени. Следовательно, температура датчика не определяется непосредственно по полученному им измеренному значению в момент измерения, который имеет кратчайшее временнóе расстояние до момента фазового перехода, и сравнивается с температурой фазового перехода. Напротив, сначала к моменту измерения прибавляется/из момента измерения или из момента фазового перехода вычитается поправочный коэффициент Δt_dyn времени.

Также предпочтительно, если с помощью модели динамического теплового потока определяется поправочный коэффициент ΔТ_dyn температуры, который имеет место в определяемый момент между эталонным элементом и датчиком температуры, причем для определения имеющегося отклонения между температурой датчика и температурой фазового перехода учитывается поправочный коэффициент ΔТ_dyn температуры. Следовательно, температура датчика не определяется непосредственно по полученному им измеренному значению в момент измерения, который имеет кратчайшее временнóе расстояние до момента фазового перехода, и сравнивается с температурой фазового перехода. Напротив, сначала к измеренному значению, выявленной по нему температуре датчика или температуре фазового перехода прибавляется/из измеренного значения, из выявленной по нему температуры датчика или температуры фазового перехода вычитается поправочный коэффициент ΔТ_dyn температуры. Следовательно, у поправочного коэффициента ΔТ_dyn температуры обычно речь идет о значении температуры. В случае, если поправочный коэффициент температуры прибавляется к полученному датчиком измеренному значению/вычитается из полученного датчиком измеренного значения, речь может идти также о значении с другой единицей, например об электрическом токе или электрическом напряжении.

Посредством обоих, названных последними вариантов, касающихся определения поправочного коэффициента Δt_dyn времени и поправочного коэффициента ΔТ_dyn температуры, учитываются, следовательно, эффекты скорости изменения температуры, описывающей соответственно господствующее термическое окружение термометра. В случае постоянных скоростей изменения температуры, в частности, имеющееся отклонение между температурой датчика и температурой фазового перехода в определяемый момент пропорционально скорости изменения температуры.

В другом варианте у модели динамического теплового потока речь идет о параметрической модели. Модель подходит преимущественно для того, чтобы указать значение поправочного коэффициента Δt_dyn времени или поправочного коэффициента ΔТ_dyn температуры. Используемые в параметрической модели параметры необязательно должны соответствовать физическим и/или химическим величинам.

Параметры определяются, например, методом оценки. Такие методы оценки достаточно известны из уровня техники и поэтому здесь подробно не поясняются. Оценка значения параметра может осуществляться, например, с помощью определенного изменения входной величины, в частности входной величины, представляющей тепловой поток в окружении термометра, поток среды или температуру или скорость изменения температуры, в частности температуру среды, и посредством, по меньшей мере, одного значения, измеренного датчиком температуры. Определение параметров соответствующего процесса, если соответствующая входная величина достаточно известна, также возможно.

Задача изобретения решается далее посредством устройства для in situ калибровки и/или проверки термометра, включающего в себя, по меньшей мере, один датчик температуры, по меньшей мере, один эталонный элемент, состоящий, по меньшей мере, частично из материала, для которого в пределах релевантного для эксплуатации термометра температурного диапазона возникает, по меньшей мере, один фазовый переход, по меньшей мере, второго порядка при, по меньшей мере, одной заданной температуре фазового перехода, и электронный блок, выполненный с возможностью осуществления, по меньшей мере, одного варианта предложенного способа.

Следует указать на то, что описанные в связи со способом варианты с известными оговорками применимы также к предложенному устройству.

Краткое описание чертежей

Изобретение более подробно поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковые элементы устройства обозначены соответственно одной и той же ссылочной позицией. На чертежах изображают:

фиг. 1 - схематично термометр с датчиком температуры и отдельно контактирующим эталонным элементом для определения и/или контроля температуры протекающей среды в соответствии с уровнем техники;

фиг. 2 - иллюстрация первого варианта способа;

фиг. 3 - иллюстрация второго варианта способа, учитывающего динамическую модель теплового потока.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематично изображен термометр 1 с защитной трубкой 2 и электронным блоком 3 в соответствии с уровнем техники. Обращенный к соответствующей среде 5 участок защитной трубки 2 называется также сенсорной головкой 3. Внутренний объем сенсорной головки 3 заполнен, в частности электроизолирующим, наполнителем 6, в частности цементом. Далее внутри сенсорной головки 3 расположены датчик 7 температуры и эталонный элемент 8, которые контактируют, в частности электрически, посредством соответственно проволочных выводов 9, 10 и соединены с электронным блоком 3. У датчика 7 температуры речь идет, например, о резистивном элементе или о термоэлементе. Эталонный элемент 8 состоит, по меньшей мере, частично из материала, для которого в пределах релевантного для эксплуатации термометра температурного диапазона возникает, по меньшей мере, один фазовый переход, по меньшей мере, второго порядка при, по меньшей мере, одной заданной температуре фазового перехода. Число необходимых проволочных выводов 9, 10 для контактирования эталонного элемента 8 и датчика 7 температуры может варьироваться в зависимости от применяемого принципа измерения. В данном варианте датчик 7 температуры и эталонный элемент 8 расположены внутри сенсорной головки 3 на расстоянии друг от друга. Однако они могут находиться также в непосредственном контакте между собой и могут быть, например, спаяны между собой.

Как датчик 7 температуры можно калибровать и/или проверить посредством эталонного элемента 8 предложенным способом, показано на фиг. 2. Верхняя диаграмма показывает характеристику используемой для обнаружения фазового перехода характеристической физической или химической величины G. Если в эталонном элементе 8 возникает фазовый переход, то в данном примере происходит скачкообразное изменение величины G. Моментом, в который обнаруживается скачкообразное изменение величины, является момент t_ph фазового перехода, в который эталонный элемент 8 имеет температуру T_ph фазового перехода.

На нижней диаграмме выявленная посредством датчика 7 температура Т изображена в качестве функции времени t. Для калибровки и/или проверки датчика 7 температуры с помощью эталонного элемента 8 определяется тот момент t_m измерения, который имеет кратчайшее временнóе расстояние до момента t_ph фазового перехода. Соответствующая моменту t_m измерения температура T_m датчика сравнивается с температурой T_ph фазового перехода, и в случае отклонения ΔТ = T_m(t_m) - T_ph(t_ph) выше задаваемого предельного значения термометр 1 может быть автоматически калиброван и/или проверен, и может быть создано и/или выдано сообщение о наличии отклонения.

В целях повышения точности измерения необходимо обеспечить, чтобы датчик 7 температуры и эталонный элемент 8 в идеальном случае в любой момент находились в термическом равновесии. Чтобы достичь этого, обычно принимаются различные меры, некоторые из которых приведены ниже в качестве примера.

1. Датчик 7 температуры и эталонный элемент 8 расположены в сенсорной головке 3 симметрично, в частности симметрично воображаемой оси, проходящей в продольном направлении защитной трубки 2 через ее центр.

2. Датчик 7 температуры и эталонный элемент 8, по возможности, хорошо термически связаны (например, спаяны).

3. Используемые для датчика 7 температуры и эталонного элемента 8 несущие подложки имеют, в основном, одинаковую теплопроводность.

4. Датчик 7 температуры и эталонный элемент 8 выполнены таким образом, что они имеют, в основном, одинаковую теплоемкость.

5. Наполнитель 6 и/или расположенные в зоне сенсорной головки 3 перегородки (не показаны) выполнены таким образом, что они обеспечивают изотропное и/или однородное распространение тепла внутри сенсорной головки 3.

6. Все компоненты, по меньшей мере, сенсорной головки 3 выполнены таким образом, что они имеют максимально высокую теплопроводность.

7. Проволочные выводы 9, 10 выполнены таким образом, что происходящая через них теплопроводность минимальна и преимущественно через каждый проволочный вывод 9, 10 идентична.

Однако даже при максимально тщательном изготовлении термометра 1 могут возникать различные случаи, когда датчик 7 температуры и эталонный элемент 8, по меньшей мере, временно не находятся в термическом равновесии и подвержены соответственно разным температурам. Это может привести к значительным ошибкам и/или неточностям измерений при калибровке и/или проверке датчика 7 температуры посредством эталонного элемента 8.

Чтобы устранить названные проблемы, в другом варианте способа учитывается динамическая модель теплового потока или распространения тепла (фиг. 3). При этом модель согласована соответственно со специфическим применением термометра 1 и учитывает, например, имеющийся при определенных условиях тепловой поток, температуру или же скорость изменения температуры среды 5 или окружения термометра, теплопроводность и/или теплоемкость применяемых для термометра 1 материалов или компонентов, геометрические размеры внутри термометра и/или глубину погружения термометра в соответствующую среду.

При этом нижеследующее описание относится к случаю, когда термометр 1 используется для определения температуры протекающей среды 5. Пусть термометр 1 находится в контакте с протекающей средой 5 таким образом, что датчик 7 температуры расположен в обращенной к протекающей среде 5 зоне, а эталонный элемент 8 – в обращенной от среды 5 зоне. В этом случае при изменении температуры с первой температуры Т₁ на вторую температуру Т₂ датчик 7 достигнет второй температуры Т₂ всегда в более ранний момент, чем эталонный элемент 8.

Если в момент t_ph обнаруживается фазовый переход, то температура эталонного элемента 8 в этот момент соответствует температуре T_ph фазового перехода. Из непосредственного сравнения температуры T_ph фазового перехода с температурой T_m датчика 7 в момент t_m измерения, который имеет кратчайшее временнóе расстояние до момента t_ph фазового перехода, нельзя вывести корректную информацию о калибровке и/или проверке датчика 7 посредством эталонного элемента 8, поскольку, как сказано выше, вследствие потока среды 5 господствующая в месте эталонного элемента 8 температура отстает от температуры, господствующей в месте датчика 7.

Динамическая модель предназначена, например, для указания подходящего поправочного коэффициента, например поправочного коэффициента ΔT_dyn температуры или поправочного коэффициента времени, который учитывает влияние неоднородного теплового потока или распространения тепла внутри термометра 1, в частности внутри сенсорной головки 3. Модель применима в случае, по меньшей мере, временно и/или частично неоднородного температурного поля, которое вызвано средой (например, для использования в протекающей среде) или окружением термометра (например, теплоотводом).

Соответствующий поправочный коэффициент входит тогда в определение имеющегося отклонения между температурой T_m датчика и температурой T_ph фазового перехода: например, отклонение определяется с помощью одного из обоих уравнений ΔТ = T_mdyn(t_m - Δt_dyn) - T_ph(t_ph) или ΔТ = T_m(t_m) - ΔT_dyn - T_ph(t_ph). В качестве альтернативы поправочные коэффициенты могут быть также соответственно подходящим образом сложены.

Перечень ссылочных позиций

1 – термометр-вставка

2 – защитная трубка

3 – сенсорная головка

4 – электронный блок

5 – среда

6 – наполнитель

7 – датчик температуры

8 – эталонный элемент

9, 9а-9d – присоединительные провода эталонного элемента

10 -присоединительные провода датчика температуры

W – распространение тепла внутри сенсорной головки

T, T₁, T₂, T₃ – первая, вторая, третья температуры

T_ph – температура фазового перехода

t_ph – момент фазового перехода

t – время

Δt_dyn – поправочный коэффициент динамической модели продолжительности

ΔT_dyn – поправочный коэффициент динамической модели продолжительности

G – эталонная величина

Изобретение относится к способу in situ калибровки и/или проверки термометра (1) по меньшей мере с одним датчиком (7) температуры и по меньшей мере одним эталонным элементом (8), состоящим по меньшей мере частично из материала, для которого в пределах релевантного для эксплуатации термометра (1) температурного диапазона происходит по меньшей мере один фазовый переход при по меньшей мере одной заданной температуре (T_ph) фазового перехода, при котором материал пребывает в твердой фазе, а также к устройству для осуществления способа. Способ включает в себя следующие этапы: обнаружение и/или запись по меньшей мере одного полученного от датчика (7) температуры измеренного значения (T_m), в частности в качестве функции (T_m(t)) времени, обнаружение и/или запись по меньшей мере одной характеристической физической или химической эталонной величины (G) эталонного элемента (8), в частности в качестве функции (G(t)) времени, обнаружение произошедшего фазового перехода с помощью, в частности, скачкообразного изменения эталонной величины (G), определение момента (t_ph) фазового перехода, в который он произошел, определение температуры (T_m) датчика по полученному от него измеренному значению в момент (t_m) измерения, имеющий кратчайшее временнóе расстояние до момента (t_ph) фазового перехода, и сравнение температуры (T_m) датчика с температурой (T_ph) фазового перехода и/или определение, возможно, имеющегося отклонения (ΔT) между температурой (T_m) датчика и температурой (T_ph) фазового перехода. Технический результат – повышение точности калибровки и/или проверки термометра. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ in situ калибровки и/или проверки термометра (1) по меньшей мере с одним датчиком (7) температуры и по меньшей мере одним эталонным элементом (8), состоящим по меньшей мере частично из материала, для которого в пределах релевантного для эксплуатации термометра (1) температурного диапазона происходит по меньшей мере один фазовый переход при по меньшей мере одной заданной температуре (T_ph) фазового перехода, при котором материал пребывает в твердой фазе, включающий в себя следующие этапы:

- обнаружение и/или запись по меньшей мере одного полученного от датчика (7) температуры измеренного значения (T_m), в частности в качестве функции (T_m(t)) времени;

- обнаружение и/или запись по меньшей мере одной характеристической физической или химической эталонной величины (G) эталонного элемента (8), в частности в качестве функции (G(t)) времени;

- обнаружение произошедшего фазового перехода с помощью, в частности, скачкообразного изменения эталонной величины (G);

- определение момента (t_ph) фазового перехода, в который он произошел;

- определение температуры (T_m) датчика по полученному от него измеренному значению в момент (t_m) измерения, имеющий кратчайшее временнóе расстояние до момента (t_ph) фазового перехода, и

- сравнение температуры (T_m) датчика с температурой (T_ph) фазового перехода и/или определение, возможно, имеющегося отклонения (ΔT) между температурой (T_m) датчика и температурой (T_ph) фазового перехода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере у одного материала речь идет о ферроэлектрическом материале, ферромагнитном материале или сверхпроводящем материале.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна характеристическая физическая или химическая величина (G) задана кристаллической структурой, объемом, диэлектрическим, электрическим или магнитным свойством соответствующего материала.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что температуру определяют с помощью сравнения по меньшей мере одного полученного от датчика (7) температуры измеренного значения (T_m) в момент (t_m) измерения с характеристикой датчика температуры.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что по имеющемуся отклонению между температурой (T_m) датчика и температурой (T_ph) фазового перехода делают вывод об изменении характеристики датчика температуры.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что для определения имеющегося отклонения (ΔT) между температурой (T_m) датчика и температурой (T_ph) фазового перехода учитывают модель динамического теплового потока.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что с помощью модели динамического теплового потока определяют поправочный коэффициент (Δt_dyn) времени, после которого эталонный элемент (8) и датчик (7) температуры достигают одинаковой температуры, причем для определения имеющегося отклонения (ΔT) между температурой (T_m) датчика и температурой (T_ph) фазового перехода учитывают поправочный коэффициент (Δt_dyn) времени.

8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что с помощью модели динамического теплового потока определяют поправочный коэффициент (ΔТ_dyn) температуры, который имеет место в определяемый момент между эталонным элементом (8) и датчиком (7) температуры, причем для определения имеющегося отклонения (ΔT) между температурой (T_m) датчика и температурой (T_ph) фазового перехода учитывают поправочный коэффициент (ΔТ_dyn) температуры.

9. Способ по любому из пп. 6-8, отличающийся тем, что у модели речь идет о параметрической модели.

10. Устройство для in situ калибровки и/или проверки термометра (1), содержащее по меньшей мере один датчик температуры (7), по меньшей мере один эталонный элемент (8), состоящий по меньшей мере частично из материала, для которого в пределах релевантного для эксплуатации термометра (1) температурного диапазона возникает по меньшей мере один фазовый переход при по меньшей мере одной заданной температуре (T_ph) фазового перехода, при котором материал пребывает в твердой фазе, и электронный блок (4), выполненный с возможностью осуществления по меньшей мере одного способа по меньшей мере по любому из пп. 1-9.