Резистивный датчик температуры



Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры
Резистивный датчик температуры

 


Владельцы патента RU 2521726:

ЭНДРЕСС+ХАУЗЕР ВЕТЦЕР ГМБХ+КО. КГ (DE)

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры объекта. Заявлен резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры. Первый элемент (6) датчика температуры состоит из первого измерительного участка, а второй элемент (7) датчика температуры состоит из второго измерительного участка. Причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке (1), которая претерпевает анизотропное тепловое расширение, по меньшей мере, с двумя отличающимися друг от друга направлениями (а, с) расширения. Проекция первого измерительного участка на направления (а) расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления (с) расширения. Технический результат - повышение точности измерения температуры объекта. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к резистивному датчику температуры и измерительному прибору с таким резистивным датчиком температуры.

Из уровня техники известны зависимые от температуры сопротивления, устройства, включающие в себя несколько таких сопротивлений, и измерительные приборы, которые используют такие сопротивления для регистрации технологических параметров, в частности температуры.

Так, выложенная заявка ЕР 0828146 А1 раскрывает, например, самоконтролируемое устройство для измерения температуры с первым и вторым резистивными элементами, с положительным и соответственно отрицательным коэффициентами сопротивления. Оба резистивных элемента находятся в параллельных токоведущих дорожках, причем один из них включает в себя диод, позволяющий току протекать только в одном направлении. Посредством соответствующей переключательной схемы, которая периодически изменяет приложенное к токоведущим дорожкам напряжение, в частности переключает полюса, в последующем определяются сопротивления обоих резистивных элементов.

Кроме того, из полезной модели DE 202004021438 U1 известна система сенсорных элементов. Сенсорные элементы имеют при этом электрические резисторы, которые, отличаясь своими температурными коэффициентами и соединяясь термически друг с другом и с подлежащей измерению средой, интегрированы в сенсорной головке.

Из выложенной заявки DE 102006005393 А1 известен резистивный датчик температуры, который состоит из первого и второго сенсорного элемента, изготовленных, например, по тонкопленочной технологии, причем сенсорные элементы расположены в проходящих параллельно друг другу плоскостях друг над другом для обеспечения компактности конструкции резистивного датчика температуры.

Для этих устройств необходимо, однако, по причине отдельно исполненных датчиков температуры связанное с большими затратами соединение проводами, а также больше места или они, по меньшей мере, не так-то просто подходят для самоконтроля и/или самокалибровки. Кроме того, измерительные приборы, которые, например, установлены в установке системы для автоматизации процессов, не должны создавать помех для самого процесса, поэтому, а также для того, чтобы снизить затраты, например, на изготовление измерительных приборов, их стремятся все более миниатюризировать и упрощать.

В основу изобретения положена задача предложить компактное устройство для измерения температуры, которое лишено вышеназванных недостатков.

Задача согласно изобретению решается за счет резистивного датчика температуры, а также измерительного прибора с таким резистивным датчиком температуры.

В отношении резистивного датчика температуры задача решается за счет резистивного датчика температуры с первым элементом датчика температуры и вторым элементом датчика температуры, первый элемент датчика температуры которого включает в себя первый измерительный участок, а второй элемент датчика температуры включает в себя второй измерительный участок, причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке, выполненной с анизотропным термическим расширением, по меньшей мере, с двумя отличающимися друг от друга направлениями расширениями, а проекция первого измерительного участка на направления расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления расширения.

Вместо подложки может применяться также любой другой несущий элемент с анизотропным термическим расширением. За счет применения двух разных элементов датчика температуры можно обнаруживать и/или диагностировать происходящий при определенных условиях дрейф резистивного датчика температуры. Кроме того, при выходе из строя одного из элементов датчика температуры определение температуры может продолжаться также другим элементом датчика температуры. Первый и соответственно второй элемент датчика температуры может, следовательно, использоваться для дублирования второго и соответственно первого элемента датчика температуры.

На первом и соответственно втором измерительном участке может измеряться значение и/или изменение физического параметра, в данном случае температуры. Для этого настоящее изобретение предлагает использовать неодинаково расположенные измерительные участки для измерения температуры. Кроме того, в настоящем изобретении предлагается размещать измерительные участки на подложке с анизотропным, т.е. зависимым от направления, тепловым расширением. Для этого у подложки могут быть, по меньшей мере, два направления с разным тепловым расширением. Первый и второй элементы датчика температуры, состоящие из одного и того же материала, могут отличаться, однако, в отношении измерительных участков, которые находятся на подложке. Из этого следует также, что первый и второй измерительные участки отличаются друг от друга в отношении проекции на направления расширения. Измерительные участки могут, например, располагаться так, что компоненты измерительных участков отличаются друг от друга в отношении направлений, задаваемых направлениями расширения. В результате этого измерительные участки претерпевают, поэтому, именно из-за расположенной в основании подложки с анизотропным термическим расширением, также тепловое расширение и имеющееся сопротивление соответствующего измерительного участка изменяется. Кроме того, сопротивления первого и второго измерительных участков именно из-за подложки с анизотропным тепловым расширением могут изменяться в разной степени, поскольку, например, температурные коэффициенты расширения подложки в зависимости от направления отличаются друг от друга. Это может быть обусловлено тепловым расширением подложки. Подложка может, следовательно, иметь зависимый от направления коэффициент линейного расширения или зависимый от направления коэффициент объемного расширения. Степень проявления этого эффекта, т.е. теплового расширения, может зависеть при этом от материала, из которого состоит подложка. Тепловое расширение и соответственно сам по себе коэффициент теплового расширения может также зависеть от температуры.

Если одному из направлений расширения приписывают, например, первый вектор, а, например, первому измерительному участку приписывают второй вектор, то проекция второго вектора на первый вектор представлена вектором, который проходит в направлении первого вектора, вектор через основание перпендикуляра первого вектора, перпендикуляр которого ограничивается конечной точкой второго вектора. Само собой разумеется, на направления расширения могут проецироваться также несколько векторов, которые, например, описывают расположение первого и соответственно второго измерительного участка. Эта проекция или же только длина проецированного вектора может использоваться для сравнения, в результате которого определяется, отличаются ли друг от друга первый и второй измерительные участки в отношении их проекции на направления расширения.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и/или второй элементы датчика температуры состоят, по меньшей мере, из одного тонкопленочного покрытия, нанесенного на подложку. Тонкопленочное покрытие может при этом наноситься на подложку обычным известным из уровня техники методом, например методом физического и/или химического осаждения из газовой фазы. Толщина тонкопленочного слоя может при этом находиться в микрометровом диапазоне (мкм), в частности быть также меньше 1 мкм (10-6 м). Под тонкопленочным покрытием следует понимать не только покрытия, которые создаются с использованием дополняющего процесса, как, например, напыления, но и покрытия, которые являются результатом убавляющих процессов, как, например, травления.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры тонкопленочное покрытие образует тонкопленочное сопротивление. Тем самым может использоваться одно, в частности одно-единственное, в частности непрерывное тонкопленочное покрытие, на котором выделены два измерительных участка. Благодаря этому может изготавливаться компактный резистивный датчик температуры, который, к тому же, может самостоятельно калиброваться и/или контролироваться. При этом используется эффект того, что нанесенное на подложку тонкопленочное покрытие при расширении подложки также расширяется или сжимается и в результате этого изменяется электрическое сопротивление первого и второго измерительных участков.

В другом варианте осуществления резистивного датчика сопротивления первый измерительный участок состоит из первого тонкопленочного сопротивления, а второй измерительный участок - из второго тонкопленочного сопротивления, причем первое и второе тонкопленочные покрытия нанесены на разные области поверхности подложки. Первый измерительный участок может наноситься также на другом, по сравнению с вторым измерительным участком, тонкопленочном слое, в частности в разных областях поверхности подложки, Например, тонкопленочные сопротивления и относящиеся к ним измерительные участки, а также относящиеся к ним элементы датчика температуры могут наноситься на противоположные стороны подложки.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и соответственно второй измерительные участки располагаются на подложке так, что первый измерительный участок по сравнению со вторым измерительным участком из-за анизотропного теплового расширения подложки претерпевает не одинаковое тепловое расширение. Например, подложка может в одном направлении претерпевать термически обусловленное сжатие, а в другом направлении - термически обусловленное расширение. Это может сказываться в итоге вышеизложенным образом также на первом и втором измерительных участках и соответственно на нанесенном на подложку тонкопленочном покрытии.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый измерительный участок проходит, по меньшей мере, частями вдоль направления расширения на подложке, которое в сравнении с направлением расширения, вдоль которого проходит второй измерительный участок, имеет не одинаковое тепловое расширение.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры предусмотрены, по меньшей мере, первая и вторая пара электрических контактов, посредством которых могут контактировать первый и/или второй измерительные участки. Один из элементов датчика температуры может, по существу состоять из подложки, нанесенного на нее тонкопленочного покрытия, выделенного посредством тонкопленочного покрытия измерительного участка, а также контактов для установления контактов с тонкопленочным слоем. Предложенный резистивный датчик температуры может, кроме того, состоять, по меньшей мере, из двух, предпочтительно точно из двух, таких элементов датчика температуры. Первый и соответственно второй измерительный участок находится при этом между первой и соответственно второй парой контактов.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первый и соответственно второй измерительный участок заданы первой и соответственно второй парой электрических контактов. Расположением контактов на тонкопленочном покрытии могут выделяться измерительные участки. Так, первая пара электрических контактов, которой выделяется первый измерительный участок, может, например, располагаться на противоположных концах тонкопленочного покрытия. Точно так же на противоположных концах тонкопленочного покрытия может располагаться вторая пар контактов.

Кроме того, контакты могут располагаться так, что, например, воображаемая соединительная линия между второй парой электрических контактов пересекает, например, воображаемую соединительную линию между первой парой контактов под углом α, причем угол α предпочтительно выбирается в зависимости от направлений расширения анизотропной подложки и предпочтительно находится в диапазоне от 20° до 160°. Например, воображаемые соединительные линии могут при этом предпочтительно совпадать с направлениями расширения подложки с анизотропным тепловым расширением.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры электрические контакты расположены на подложке так, что первый измерительный участок претерпевает отличное от второго участка тепловое расширение.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры электрические контакты предусмотрены на каждом из по существу расположенных противоположных концов, по меньшей мере, одного тонкопленочного покрытия.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры контакты находятся на одном-единственном нанесенном на подложку тонкопленочном покрытии.

В варианте осуществления датчика температуры контакты находятся на разных, в частности отделенных друг от друга, тонкопленочных покрытиях на подложке.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первое и/или второе тонкопленочное покрытие имеет толщину от 0,5 до 10 мкм.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет толщину от 300 мкм до 2 мм.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет первое направление а расширения, в котором происходит тепловое расширение, причем подложка имеет второе направление с расширения, в котором происходит тепловое расширение.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры тепловое расширение во втором направлении с расширения меньше, чем тепловое расширение в первом направлении а расширения.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры вдоль направления а расширения подложки происходит термически обусловленное расширение, а вдоль направления с расширения подложки - термически обусловленное сжатие.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры первое и/или второе тонкопленочное покрытие претерпевает из-за теплового расширения подложки расширение вдоль направления а расширения расширение, а вдоль направления с расширения - сжатие.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры, по меньшей мере, одно тонкопленочное покрытие состоит из одного единственного материала.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры материал, из которого состоит, по меньшей мере, одно тонкопленочное покрытие, имеет по существу не изменяющиеся коэффициенты сопротивления и расширения.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка состоит из анизотропного кристаллического материала.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка состоит по существу из бета-эвкриптита, LiAlSiO4 или литий-алюминий-силиката.

В варианте осуществления резистивного датчика температуры подложка имеет прямоугольную, призматическую, эллипсоидную или кругообразную форму.

В отношении измерительного прибора задача решается за счет измерительного прибора для определения температуры с резистивным датчиком температуры согласно одному из вышеописанных вариантов осуществления.

В варианте осуществления измерительного прибора первый и второй измерительные участки служат для определения температуры со стороны окружающей среды.

В варианте осуществления измерительного прибора измерения сопротивлений первого и второго измерительных участков служат для выполнения диагностической функции резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.

В варианте осуществления измерительного прибора измерительный прибор включает в себя блок регулирования/обработки данных, который служит для того, чтобы сравнивать друг с другом измеренные сопротивления первого и второго измерительных участков.

В варианте осуществления измерительного прибора измерительный прибор имеет два входа измерительных сигналов, которые служат для соединения первого элемента датчика температуры и второго элемента датчика температуры, например, с интегрированным в измерительном преобразователе блоком регулирования/обработки данных. Кроме того, задача может решаться за счет соответствующего метода изготовления и/или использования резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что с помощью первого и второго элементов датчика температуры добывается частичная информация, на основании которой может определяться технологический параметр в целом. В качестве технологического параметра может рассматриваться, например, отклонение измерительного сигнала первого элемента датчика температуры от измерительного сигнала второго элемента датчика температуры, как это учитывается, например, при калибровке.

Кроме того, резистивный датчик температуры и/или, по меньшей мере, первый и/или второй элементы датчика температуры могут выполнять функцию нагревательного элемента и/или использоваться в качестве датчика. Например, в этом случае может использоваться анизотропное расширение подложки, чтобы проводить калибровку резистивного датчика температуры. Резистивный датчик температуры может при этом выполнять также функцию нагревательного элемента теплового расходомера.

Изобретение подробнее рассматривается с использованием нижеследующих чертежей. Показывают:

фиг.1 - вид сверху на резистивный датчик температуры согласно уровню техники,

фиг.2 - вид сверху на резистивный датчик в варианте осуществления настоящего изобретения, причем подложка проявляет анизотропное тепловое расширение,

фиг.3 - резистивный датчик температуры согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, причем измерительный участок имеет меандрообразное очертание,

фиг.4 - резистивный датчик температуры в еще одном варианте осуществления изобретения, также с измерительным участком меандрообразной формы,

фиг.5 - схематическое изображение кристаллической структуры анизотропной подложки при нормальной температуре,

фиг.6 - схематическое изображение кристаллической структуры анизотропной подложки при повышенной температуре,

фиг.7 - схематическое изображение поперечного разреза варианта осуществления предлагаемого изобретения, причем тонкопленочное сопротивление окружено инертизирующим заделочным материалом и покрытием подложки,

фиг.8 схематическое изображение поперечного разреза варианта осуществления предлагаемого изобретения, причем тонкопленочное сопротивление окружено лишь инертизирующим заделочным материалом,

фиг.9 - схематическое изображение двух сенсорных элементов, которые присоединены к измерительному преобразователю,

фиг.10 - схематическое изображение сенсорного элемента со встроенным измерительным преобразователем и

фиг.11 - схематическое изображение архитектуры прибора в промышленной установке.

Фиг.1 показывает резистивный датчик температуры согласно уровню техники. При этом на подложку 1 нанесен тонкопленочный слой 2, соединения с которым устанавливаются через контакты 31. Контактами 31 на тонкопленочном слое 2 выделяется измерительный участок. Измерительный участок при этом находится между контактами 31. Измерительный участок имеет так называемое тонкопленочное сопротивление. Измерительный участок и так называемое тонкопленочное сопротивление подвержены при этом тепловому расширению расположенной под ними подложки 1.

Тонкопленочное сопротивление является по существу сопротивлением, которое, например, используется в интегрированных схемах и состоит из тонкого слоя обладающего сопротивлением материала. Для создания тонкопленочных сопротивлений могут применяться различные обладающие сопротивлением материалы. Свойства таких тонкопленочных сопротивлений характеризуются рядом параметров, к которым относятся сопротивление, отклонение сопротивления от номинальной величины и температурные коэффициенты сопротивления (TCR) (показатель изменения сопротивления при изменении температуры).

Показанное на фиг.1 сопротивление измеряется методом четырех проводов, т.е. между двумя из соединительных проводов 5 протекает ток, в то время как между двумя другими соединительными проводами 5 лишь снимается напряжение, следовательно, по существу, тока в них нет.

Применяемая в варианте осуществления согласно фиг.1 подложка 1 имеет изотропное тепловое расширение, поэтому при изменении температуры расширение материала происходит независимо от пространственной ориентации.

Фиг.2 показывает резистивный датчик 10 температуры согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Резистивный датчик 10 температуры служит при этом для измерения температуры и имеет тонкопленочное покрытие 2 толщиной от 0,5 до 10 мкм из проводящих металлических, или содержащих переходные металлы, или углеродсодержащих, или содержащих углеродные нанотрубки материалов, которые нанесены на плоскую подложку-носитель 1 толщиной от 300 микрон до 2 мм, причем подложка-носитель 1 имеет анизотропные тепловые коэффициенты расширения, причем анизотропная поверхность подложки имеет основное направление а, при котором происходит усиленное тепловое расширение в направлении а', а в перпендикулярном к а направлении с, которое находится в той же самой плоскости, в направлении с' при нагревании происходит сжатие или же лишь небольшое тепловое расширение в сравнении с направлением а, в результате чего сплошное тонкопленочное покрытие в направлении а' претерпевает расширение, а в направлении с' - уменьшение размера.

Резистивный датчик температуры 10 может, кроме того, включать в себя один или несколько тонкопленочных элементов, например, из того же самого покрывающего материала 2 с таким же самым тепловым коэффициентом сопротивления, которые нанесены соответственно в направлении а и в направлении с на ту же самую подложку-носитель 1. Показанное на фиг.2 тонкопленочное покрытие 2 контактирует на расположенных напротив друг друга концах в направлениях а и с с двумя или несколькими электрическими присоединительными элементами в форме электрических контактов 6, 7. Посредством образованных таким образом измерительных путей благодаря наличию контактов 6 на разных участках покрытия анизотропной подложки 1 на одном и том же материале 2 покрытия с одинаковыми тепловыми коэффициентами расширения измерения сопротивления могут использоваться для метрологической оценки разницы измерений. Используемая для этой цели подложка 1 может состоять из анизотропного кристаллического материала, например из анизотропного кристаллического β-эвкриптита, LiAlSiO4, литий-алюминий-силиката. Подложка для этой цели может также иметь прямоугольную, призматическую, эллипсоидную или кругообразную плоскую форму. Так, на фиг.3 показана подложка по существу кругообразной формы, а на фиг.4 - по существу квадратной формы. Как правило, подложка-носитель 1 может состоять, по меньшей мере, из одного анизотропного материала, который, по меньшей мере, в основном направлении проявляет отрицательное тепловое расширение. В частности, проводящие полоски 72 плоской формы могут быть охвачены подложкой 1, как это показано на фиг.7 и 8, U-образно, причем подложка-носитель выходит за пределы граней проводящих полосок 72. Проводящая полоска(и) может(гут) также, см. фиг.7, быть полностью окружена(ы) анизотропным материалом 71 подложки, причем охватывающая проводящую полоску 72 нижняя часть 71 подложки-носителя покрыта дополнительной плоской частью 3 подложки, которая имеет такое же анизотропное ориентирование, как и нижний материал нижней части 71. С другой стороны, проводящая полоска 2 может быть, как показано на фиг.8, просто «закрыта» заделочным материалом.

Кроме того, проводящими полосками 2, 32, 42 могут быть обеспечены обе поверхности анизотропной подложки-носителя.

Как показано на фиг.3 и 4, покрытие может состоять из меандрообразных, закругленно изогнутых проводящих полосок 32, 42. Проводящие полоски 32, 42 могут иметь прямоугольное поперечное сечение или овально закругленное поперечное сечение.

Резистивный датчик температуры 10 может состоять из нескольких слоев, причем многослойная, сэндвичеобразная конструкция с плоскими частями состоит из анизотропной подложки-носителя 1 и проводящих тонкослойных покрытий 2, которые охвачены инертизирующим диэлектрически изолирующим заделочным материалом 4.

Фиг.5 и 6 показывают схематическое изображение кристаллической структуры материала, из которого состоит подложка 1. Подложка 1 имеет при этом два основных направления расширения, вдоль которых подложка 1 при изменении температуры претерпевает изменение длин. В направлении а подложка претерпевает расширение, в то время как в направлении с она претерпевает сжатие. Это показано отрезками а' и с' на фиг.6. Сопоставимое расширение, поэтому, претерпевает также нанесенное на подложку тонкопленочное покрытие 2, в ответ на это в зависимости от местоположения, соответственно расположению соответствующего измерительного участка, изменяется электрическое сопротивление тонкопленочного покрытия 2.

Фиг.9 показывает схематическое изображение двух сенсорных элементов МА1, МА2, которые, например, подключены для контроля технологического параметра к процессу, который происходит в трубопроводе или какой-либо другой емкости. Сенсорными элементами МА1, МА2 могут быть, например, соответствующие изобретению резистивные датчики 10 температуры, но могут применяться также другие датчики. Фирма Endress+Hauser является изготовителем широкого ассортимента резистивных термометров, термоэлементов и предназначенных для них защитных трубок S.

Эти датчики вставляются в защитную трубку S, которая подвержена воздействию процесса. Передаваемые от соответствующих датчиков по присоединительным проводникам K1, K2 измерительные сигналы поступают в измерительный преобразователь АЕ, который, как это представлено на фиг.9, может быть отделен от сенсорного элемента МА1 и соответственно МА2. Измерительный преобразователь АЕ имеет для этой цели два входа для измерительных сигналов, которые посредством кабелей соединены с соответствующими присоединительными элементами сенсорных элементов. Входами для измерительных сигналов могут быть 2-проводные, 3-проводные или 4-проводные присоединительные элементы, для того чтобы входы для измерительных сигналов могли лучше соответствовать съему измерительного сигнала применяемым элементом температурного датчика. Поскольку, как уже было упомянуто выше, сопротивление резистивного датчика температуры может сниматься посредством 2-, 3- или 4-проводного измерения.

Измерительным преобразователем АЕ могут обрабатываться измерительные сигналы и при необходимости выдаваться сообщения об ошибках, как, например, в случае дрейфа одного сенсорного элемента или обоих сенсорных элементов МА1, МА2. С другой стороны, измерительный сигнал, который используется для первичной обработки и/или последующей обработки, т.е. для определения значения измеряемой величины, может выбираться в зависимости от температуры.

В частности, путем так называемого согласования датчика с передающим устройством может достигаться высокая точность измерительного места, но прежде всего измерительного прибора, который состоит из сенсорных элементов МА1, МА2 и измерительного преобразователя АЕ. Для этого выход резистивного датчика 10 температуры линеаризируется. Это может осуществляться с использованием, например, уравнения Каллендар-ван-Дузена:

RT=R0(1+А·Т+В·Т2+(Т-100)·С·Т3,

где Т - температура; RT - измеренное омическое сопротивление; R0 - омическое сопротивление при 0°C. Коэффициенты А, В, С служат для согласования элемента датчика температуры и измерительного преобразователя АЕ. При этом первый набор коэффициентов А, В, С может быть предусмотрен для согласования первого элемента датчика температуры, а второй набор коэффициентов А, В', С' - для согласования второго элемента датчика температуры резистивного датчика 10 температуры. Коэффициенты могут определяться при калибровке элементов датчика температуры и соответственно резистивного датчика 10 температуры и, например, сохраняться в измерительном преобразователе АЕ.

Фиг.10 в отличие от фиг.9 показывает только лишь сенсорный элемент МА. Сенсорный элемент МА имеет встроенный измерительный преобразователь АЕ, так называемая температурная преобразующая головка. Температурной преобразующей головкой может быть, например, двухпроводной измерительный прибор, например, с двумя измерительными входами и одним аналоговым выходом А. Сенсорный элемент МА может включать в себя элемент датчика температуры, как, например, показанный на фиг.1, или два элемента датчика температуры, как, например, показанный на фиг.2 соответствующий изобретению резистивный датчик 10 температуры. В случае двух элементов датчика температуры они могут быть исполнены, например, дублирующими. Оба измерительных входа измерительного преобразователя АЕ могут, поэтому, служить для присоединения сенсорного элемента МА с соответствующим изобретению одним элементом резистивного датчика температуры, который включает в себя два элемента датчика температуры. При этом, следовательно, первый элемент датчика температуры может присоединяться к первому измерительному входу, а второй элемент датчика температуры - к второму измерительному входу. Измерительные сигналы обоих элементов датчика температуры в измерительном преобразователе АЕ могут подвергаться предварительной обработке или окончательной обработке и/или уже выполняется диагностическая функция. Так, измерительный преобразователь АЕ, т.е. температурная преобразующая головка, может надежно обнаруживать разрыв, короткое замыкание, коррозию провода, а также ошибки в соединении проводами. Кроме того, измерительным преобразователем АЕ может контролироваться рабочая область сенсорного элемента МА и окружающая температура. Кроме того, может обнаруживаться коррозия присоединительных проводов сенсорного элемента, которые служат для соединения сенсорного элемента МА с измерительным преобразователем АЕ, например, если сопротивления проводников превышают приемлемые границы. В таком случае, может, например, выдаваться соответствующее извещение об ошибке через аналоговый выход, который, например, использует 4-20 мА выходной сигнал или HART-протокол.

Кроме того, в варианте осуществления согласно фиг.9 или фиг.10 на основе обоих входов измерительных сигналов может быть предусмотрена так называемая функция дублирования датчика, которая осуществляет переключение на второй элемент датчика температуры и ставит перед ним задачу передачи данных через аналоговый выход, в случае, если первый элемент датчика температуры выходит из строя. Также оба входа датчика могут служить для того, чтобы переключаться на первый и второй элемент датчика температуры, если оба элемента датчика температуры должны использоваться в разных температурных и соответственно измерительных диапазонах или предусмотрены для использования при разных температурах. Как уже было упомянуто, может предусматриваться в форме аварийного сигнала предупреждение о дрейфе, которое выдается при отклонении, превышающем заданное предельное значение.

Вместе с названными компонентами температурная преобразующая головка образует единый измерительный пункт для самых разных областей применения в промышленной сфере.

Фиг.11 показывает схематическое изображение размещения приборов в промышленной установке. Измерительный прибор ТМТ82 имеет при этом аналоговый выход А, через который он может, например, осуществлять взаимодействия посредством 4-20 мА токового сигнала и HART-протокола.

Соединительными проводами аналоговый выход А соединен с так называемым разделителем RN221N питания, который обеспечивает измерительный прибор ТМТ82 вспомогательной энергией и передает выданный измерительным прибором ТМТ82 измерительный сигнал, например, системе управления PLC процессом.

К разделителю RN221N питания могут быть также подключены другие коммуникационные интерфейсы В, Commubox, которые делают возможным взаимодействие между соединенными с разделителем RN221N питания приборами SFX100, С.

Как показано на фиг.11, к разделителю питания RN221N может подключаться Bluetooth-интерфейс так, чтобы взаимодействовать с портативным устройством SFX100, которое, например, имеет индикаторный блок А2, и могут выводиться на экран, в частности, измеренные величины или другие относящиеся к процессу данные.

Кроме того, вместо или параллельно Bluetooth-интерфейсу может присоединяться другой коммуникационный интерфейс Commubox, например, фирмы Endress+Hauser, который является, например, самозащищенным интерфейсом для измерительного преобразователя АЕ, который преобразует HART-сигналы в USB-сигналы и таким образом делает возможным взаимодействие с компьютером С. На таком компьютере С, в свою очередь, может исполняться программа диагностики процесса и/или программа технического обслуживания, как, например, программа Fieldcare фирмы Endress+Hauser. Само собой разумеется, и на этом компьютере, в частности на индикаторном блоке А1, могут показываться измеряемые величины и/или относящиеся к процессу данные.

Список ссылочных обозначений

1 - подложка-носитель

2 - материал покрытия

3 - покрытие обложки

4 - инертизирующий заделочный материал

5 - двухстороннее контактирование

6 - первая пара контактов

7 - вторая пара контактов

а - первое направление расширения

с - второе направление расширения

АЕ - измерительный преобразователь

МА1 - первый сенсорный элемент

МА2 - второй сенсорный элемент

SFX 100 - портативное устройство

8 - Bluetooth-интерфейс

Commubox - USB-интерфейс

С - компьютер

PLC - система управления процессом

RN221N - разделитель питания

A1 - первый индикационный блок

А2 - второй индикационный блок

Fieldcare - диагностирующая/обслуживающая программа

А - аналоговый выход

S - защитная трубка

72 - проводящие полоски

32 - проводящие полоски

31 - электрические контакты

42 - проводящие полоски

а', с' - изменение длин в направлении расширения а и соответственно с

10 - резистивный датчик температуры

1. Резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры, причем первый элемент (6) датчика температуры имеет первый измерительный участок и второй элемент (7) датчика температуры имеет второй измерительный участок, причем первый и второй измерительные участки находятся на подложке (1), которая претерпевает анизотропное термическое расширение, по меньшей мере, в двух отличающихся друг от друга направлениях (а, с) расширения и проекция первого измерительного участка на направления (а) расширения отличается от проекции второго измерительного участка на направления (с) расширения.

2. Резистивный датчик (10) температуры по п.1, причем первый и/или второй элемент (6, 7) датчика температуры состоит, по меньшей мере, из одного тонкопленочного покрытия (2), нанесенного на подложку (1), в частности, таким образом, что тонкопленочное покрытие (2) образует тонкопленочное сопротивление (2).

3. Резистивный датчик (10) температуры по п.1, причем первый и соответственно второй измерительные участки расположены на подложке (1) таким образом, что первый измерительный участок по сравнению с вторым измерительным участком из-за анизотропного теплового расширения подложки (1) претерпевает отличающееся тепловое расширение.

4. Резистивный датчик (10) температуры по п.3, причем первый измерительный участок, по меньшей мере, частично проходит на подложке (1) вдоль направления (а) расширения, которое по сравнению с направлением (с) расширения, вдоль которого проходит второй измерительный участок, имеет отличающееся тепловое расширение.

5. Резистивный датчик температуры по п.1, причем предусмотрены, по меньшей мере, первая и вторая пары электрических контактов (6, 7), посредством которых с первым и/или вторым измерительными участками устанавливаются контакты.

6. Резистивный датчик (10) температуры по п.5, причем первый и соответственно второй измерительные участки заданы первой и соответственно второй парой электрических контактов (6, 7).

7. Резистивный датчик (10) температуры по п.6, причем электрические контакты (6, 7) расположены на подложке (1) таким образом, что первый измерительный участок по сравнению со вторым измерительным участком претерпевает отличающееся тепловое расширение.

8. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5, 6 или 7, причем электрические контакты (6, 7) предусмотрены соответственно на расположенных по существу напротив друг друга концах, по меньшей мере, одного измерительного участка, в частности, по меньшей мере, одного тонкопленочного покрытия (2).

9. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5-7, причем контакты (6, 7) прилегают к одному-единственному нанесенному на подложку (1) тонкопленочному покрытию (2).

10. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.5-7, причем контакты (6, 7) прилегают к разным, в частности отделенным друг от друга, тонкопленочным покрытиям (2) на подложке.

11. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.1-7, причем подложка (1) имеет первое направление (а) расширения, в котором происходит тепловое расширение, и второе направление (с) расширения, в котором происходит тепловое расширение.

12. Резистивный датчик (10) температуры по любому из пп.1-7, причем подложка состоит из анизотропного кристаллического материала.

13. Измерительный прибор для измерения температуры, в частности для измерения температуры окружающей среды у измерительного участка резистивным датчиком температуры по любому из предшествующих пунктов.

14. Измерительный прибор по п.13, причем измерения сопротивления первого и второго измерительных участков служат для диагностирования резистивного датчика температуры и соответственно измерительного прибора.

15. Измерительный прибор по п.13 или 14, причем измерительный прибор имеет регулирующий/обрабатывающий блок, который служит для того, чтобы сравнивать друг с другом измеренные сопротивления первого измерительного участка и второго измерительного участка.



 

Похожие патенты:
Область применения: системы измерительной техники. Сущность изобретения: предлагаются варианты изготовления серии чувствительных элементов из участков моноспирали или прямого термочувствительного провода с заданными параметрами сопротивления, осуществляют подгонку параметра пробной группы из партии готовых чувствительных элементов к номинальному значению, а затем в выбранном режиме осуществляют подгонку всей партии.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении, в технологии изготовления пленочных термометров сопротивления с температурным коэффициентом сопротивления платины.

Изобретение относиться к термометрии и может быть использовано при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для анализа жидких и газообразных сред. Заявлен способ изготовления термопреобразователя сопротивления, согласно которому после герметизации стеклянного чехла с установленным внутри термочувствительным элементом кассету повторно приближают к нагревателю и после заданной выдержки по времени, обеспечивающей размягчение стекла, удаляют кассету в исходное положение, а в вакуумную камеру подают воздух.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным измерителям уровня, и может быть использовано для контроля уровня и массового расхода компонентов топлива при заправке, расходовании и хранении в химической, космической и других областях промышленности.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры газов автотранспортных средств. Заявлен температурный датчик, содержащий термочувствительный элемент (3), периферический кожух (7) с закрытым концом (9), в котором находится термочувствительный элемент (3).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного определения температуры сахаросодержащих корнеплодов на двух различных глубинах обрабатываемого материала в процессе инфракрасной сушки.

Изобретение относится к области термометрии может быть использовано для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности труб, расположенных в местах, не позволяющих производить непосредственные замеры, например, в подземных коммуникациях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования космических аппаратов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. .

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерений температуры тела. Датчик температуры изготавливается из нескольких слоев, где первый слой имеет центральный нагревательный элемент, встроенный в него. Второй слой, скрепленный с первым, имеет, по меньшей мере, один первый терморезистор, встроенный в него, для измерения первого значения температуры. Третий слой имеет, по меньшей мере, один второй терморезистор, встроенный в него, отделенный от первого терморезистора, для измерения, по меньшей мере, одного второго значения температуры. Данный третий слой приспособлен находиться в контакте с кожей тела для проведения тепла, исходящего от тела, сквозь указанные слои. Разница между первым и вторым значениями температуры обозначает тепловой поток от тела. Тепло, испускаемое центральным нагревательным элементом, настраивается противоположно тепловому потоку до достижения нулевого теплового потока, где температура в, по меньшей мере, одном втором терморезисторе при нулевом тепловом потоке указывает значение температуры тела. Данные слои являются слоями ткани. Технический результат - повышение точности измерения температуры тела. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования и телеметрии космических аппаратов (КА). Многоканальное устройство для измерения температуры содержит термометры сопротивления (ТС), задающие резисторы (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), один из выводов которого подключен к общей шине, три усилителя, соединенные последовательно, схему управления (СУ), восемь многопозиционных однополюсных электронных переключателей (МОЭП). Другой вывод ГСТ подключен к полюсному выводу первого МОЭП. Позиционные выводы первого и второго МОЭП объединены попарно и подключены к ТС. Позиционные выводы третьего и четвертого МОЭП объединены попарно и через вновь введенные цепочки из двух последовательно соединенных калибровочных резисторов подключены к общей шине. Полюсные выводы второго, четвертого и пятого МОЭП объединены вместе и подключены к неинвертирующему входу первого усилителя. Также введен дополнительный ГСТ, который включен между общей шиной и полюсным выводом шестого МОЭП. Позиционные выводы шестого и седьмого МОЭП объединены попарно и подключены к ЗР. Полюсной вывод седьмого МОЭП подключен к инвертирующему входу первого усилителя. Второй усилитель выполнен с переключаемым восьмым МОЭП коэффициентом усиления. Выходы СУ соединены входами разрешения и адреса всех МОЭП. Технический результат - повышение точности данных измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения неисправности датчика температуры, используемого в устройстве формирования изображения. Согласно заявленному способу обнаруживают фактическую температуру устройства фиксации и входное напряжение. Вычисляют величину изменения фактической температуры в заданный период времени. Сравнивают обнаруженное входное напряжение и заданное напряжение. Сравнивают вычисленную величину изменения фактической температуры и величину изменения первой опорной температуры, если входное напряжение больше, чем заданное напряжение. Определяют, что датчик температуры неисправен, если величина изменения фактической температуры меньше, чем величина изменения первой опорной температуры. Сравнивают вычисленную величину изменения фактической температуры и величину изменения второй опорной температуры, если входное напряжение меньше или равно заданному напряжению. Определяют, что датчик температуры неисправен, если величина изменения фактической температуры меньше, чем величина изменения второй опорной температуры. Технический результат - повышение точности определения неисправности датчика температуры. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения температуры контактными резисторными датчиками в окружающей среде и в технологических процессах. Техническим результатом изобретения является повышение точности за счет уменьшения динамической погрешности измерения, обусловленной тепловой инерцией датчика, снижения случайной и систематической погрешностей вторичного измерительного преобразователя схемно-алгоритмическим способом. Измеритель выполнен в составе измерительного моста 1, блока преобразования и обработки 2 и источника питания 3. Измерительный мост содержит два датчика температуры и четыре образцовых резистора, соединяющих шесть вершин моста в последовательности: первая вершина, первый датчик, третья вершина, первый образцовый резистор; четвертая вершина, второй образцовый резистор, и вторая вершина, второй датчик температуры, пятая вершина, третий образцовый резистор, шестая вершина, четвертый образцовый резистор, первая вершина. Первая и вторая вершины соединены с выходами источника питания 3, а другие четыре вершины поданы на входы блока преобразования и обработки 2. При этом образцовые резисторы могут быть выполнены переменными и программно управляемыми. Блок преобразования и обработки 2 выполнен в составе четырех аналого-цифровых преобразователей 4-7 с дифференциальными входами и микропроцессора 8, входы и выходы которого подключены, соответственно, к цифровым выходам и цифровым входам каждого из аналого-цифровых преобразователей. При этом аналоговые входы аналого-цифровых преобразователей соединены последовательно в кольцо таким образом, что первый вывод входа каждого аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым выводом входа другого аналого-цифрового преобразователя и одним из четырех входов блока преобразования и обработки. Блок преобразования и обработки 2 также может быть выполнен в составе последовательно соединенных коммутатора 9, аналого-цифрового преобразователя 10 и микропроцессора 11. При этом вход и выход микропроцессора подключены, соответственно, к цифровым выходу и входу аналого-цифрового преобразователя, дифференциальный вход которого подключен к дифференциальному выходу коммутатора, четыре дифференциальных входа которого являются входами блока преобразования и обработки. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в многоканальных устройствах для измерения температур с помощью термопреобразователей сопротивления. Интерфейсный модуль контроля температур содержит термопреобразователь сопротивления 1, опорный резистор 2 и эталонные резисторы 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек первого канала контроля 5, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую группу электронных ключей (ЭК) 6 с тремя ключами - А, В, D, вторую группу ЭК 7 с четырьмя ключами - А, В, С, D, первый генератор стабильного тока 8, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами ключей А, В первой группы ЭК 6. Дополнительно введен второй канал контроля 5, представленный термопреобразователями сопротивления 1, опорными резисторами 2 и эталонными резисторами 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек, общая точка которых соединена с общей шиной питания, второй генератор стабильного тока 9, интерфейсная шина обмена 10, контроллер интерфейсов 11, схема управления 12 и последовательно соединенные инструментальный усилитель 13, первый вход которого соединен с точкой объединения выходов ключей А, В, С второй группы ЭК 7, а второй вход которого соединен с выходом ключа D второй группы ЭК 7, масштабирующий усилитель 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и буферное устройство 16. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх