[0001] 本
发明涉及一种用于经由包围介质的表面的温度来确定介质温度的温度测量装置，该温度测量装置包括至少一个测量
传感器和至少一个参考传感器。此外，本发明涉及一种用于确定介质温度的方法。
[0002] 在工业过程测量技术中，已知温度测量装置，在该温度测量装置中一个或多个温度传感器安装在至少部分地伸入
导管或容器内部空间的保护管中。为此，必须在管或容器中设置带有温度测量装置的相关密封的开口。
[0003] 该侵入式的测量布置具有缺点：构件伸入到处理空间中，并且由此，这可能导致流动
能量损失、磨损、破裂、阻碍清洁过程以及潜在的
泄漏。此外，必要时必须在每个管开口和容器开口处考虑防爆。
[0004] 本发明的应用领域延伸到温度测量装置，在该温度测量装置中表面温度传感器放置在表面上，以便确
定位于其下或其后的介质的温度。理想地，这种传感器应当接收由表面包围的介质的温度。如果例如将温度传感器构建为电
热电偶，则可以通过测量温差
电压（thermospannung）来推断传感器的温度以及由此推断介质的温度，只要两者处于热平衡中（即，具有相同的温度）。
[0005] 从DE 198 00753 A1已知具有
测量传感器和参考传感器的非侵入式温度测量装置，在该非侵入式温度测量装置中，测量传感器与测量点连接，参考传感器保持在
环境温度下，并且利用
绝热材料将测量传感器和参考传感器间隔。
[0006] 从通常已知的
现有技术中已知的该处理方法的缺点在于：表面温度传感器在热学上不仅与表面相互作用，而且还与其环境（例如周围的空气）相互作用。因此，表面温度传感器实际上既不测量介质温度，也不测量表面温度，而是测量介于介质温度与环境温度之间的混合温度。通常，将参考温度传感器安装得远离过程（通常位于传送器头部（Transmitterkopf）中）。
[0007] 在此要考虑到，还影响传感器与传送器头部之间的机械连接的环境温度变化可能显著地降低测量
精度。因此，其通常设置有热绝缘，该热绝缘的实际作用在应用情况下通常是未知的。
[0008] 同样在过程温度变化时，远离过程的参考温度传感器只会非常缓慢地达到该参考温度传感器的新的热平衡值。这意味着对于补偿
算法而言通常若干分钟以上的延迟特性。
[0009] 从DE 87 677 B1中已知用于确定液体和粘性物质的温度的温度测量装置，该温度测量装置除了包括浸没在介质中的杆状温度感应器的尖端中的传感器之外，还包括在感应器的杆中的第二传感器。该装置具有计算单元，该计算单元具有
电子存储在该计算单元上的用于计算介质温度近似的近似公式，其中，该近似公式被储存为混合温度与两个系数的乘积之和，一个系数由混合温度与环境温度之间的差值得出并且第二个系数表示校准系数。
[0010] US 2007/0206655 A1中描述了用于确定人类体温的装置和方法，其中，装置布置在身体表面上。在此，所传授的技术教导以在一定公差内充分准确地已知测量对象的物理特性——特别是
皮肤的
接触热阻（Wärmeübergangswiderstand）为出发点。此外，假设装置正确地放置在预给定的测量点。至少为了确定表面温度，利用一维或二维传感器阵列来对待放置和接触热阻中明显的不确定性。此外，所传授的技术教导在用于表面温度和环境温度的测量点之间设置了绝热的
中间层，由于已知层厚度和所使用的材料，所以充分已知所述中间层的特性——特别是所述中间层的接触热阻。在已知的物理特性的背景下，该技术教导设置了借助已知的接触热阻根据固定表面温度和环境温度来确定体温。除了工业领域中所公开的材料的不适合性之外，特别是在>400℃的高温范围内，在工业温度测量技术领域中，确定的接触热阻通常是完全未知的。
[0011] 本发明的任务是提供用于通过包围介质的壳体壁（Gehäusewand）非侵入式地测量介质温度的温度测量装置，改善该温度测量装置的动态测量精度。
[0012] 该任务从根据
权利要求1所述的温度测量装置出发来解决。在权利要求9中提出了与本发明有关联的方法。分别在相关权利要求（rückbezogene Ansprüchen）中说明了本发明的有利的设计方案。
[0013] 本发明基于至少一个用于经由包围介质的表面的温度来确定介质温度的温度测量装置，该温度测量装置包括至少一个放于表面上的测量传感器和至少一个由介质间隔的参考传感器，其中，至少一个测量传感器和至少一个参考传感器与具有环境温度的共同的测量值处理部件连接。
[0014] 根据本发明，至少一个测量传感器和至少一个参考传感器以不同的间隔与同一导热元件热连接，该导热元件布置在至少一个测量传感器与共同的测量值处理部件之间。
[0015] 换言之，至少一个测量传感器和至少一个参考传感器布置在介质与共同的测量值处理部件之间的同一热传导路径上。尽管已知的现有技术教导本领域技术人员将至少一个参考传感器保持得尽可能在环境温度上或至少接近环境温度，但是以出乎意料的方式发现，该结构上成本高的布置不仅是可放弃的，而且还导致温度测量装置的不良响应特性。更确切地说，按照
分压器的类型，在要确定的介质的处理温度与共同的测量值处理部件的环境温度之间分接（anzapfen）热传导路径已足够，在该分压器的触点引出头（Abgriff）处布置有至少一个参考传感器。
[0016] 由于测量传感器和至少一个参考传感器与同一导热元件热连接，因此介质的过程温度和环境温度中的温度变化同时然而以不同的
质量对两个传感器起作用。由此，不依据可能的对容器的绝热，对任何温度变化的响应特性永久地被改善。
[0017] 在本发明的特别有利的设计方案中，不仅至少一个测量传感器而且至少一个参考传感器都被构建为用于工业温度测量的商业上通用的的测量
插件（Messeinsätze）（即所谓的插入物）。尤其是对于高温测量，该测量插件由矿物绝缘的铠装线缆（Mantelleitung）构成，该铠装线缆在一端构建有
热敏元件，或者在该铠装线缆的内置的、单侧连接的导体已经形成了热电偶。这种测量插件具有在工业环境中（特别是在200℃以上）需要的稳健性和耐热性，在该工业环境中不能使用标准缆线和绝缘材料。
[0018] 此外，根据本发明的布置导致温度测量装置的紧凑的结构形式，因为不仅至少一个测量传感器而且至少一个参考传感器都以相同的方式布置在容器上的测量点与测量值处理部件之间。
[0019] 具体地，至少一个测量传感器经由良好导热的连接（约具有热阻R0）与容器处的测量点连接。在容器处的测量点与环境之间的主要热连接路径上与容器处的测量点间隔地布置至少一个参考传感器。在此，很大程度上完全采集了作用在至少一个测量传感器上的环境影响。对于本领域技术人员而言，在本公开的范围内的术语“主要热连接路径”意味着：可以通过沿着该路径的线性相互连接的热敏
电阻采用良好近似来描述从测量点到外部（从热储的意义的环境）或者反之到内部（在冷却过程中）的热传导。侧边热流泄漏或流入仅在很小尺度内发生。
[0020] 参考传感器放置在测量值处理部件与测量传感器之间。在此，相应的参考传感器有利地具有到测量传感器的明确定义的热阻R1和到环境温度的明确定义的热阻R2。在标准
温度计插入物的情况下，该热阻与相应的温度测量点之间的插入物的长度大致成比例。在此，热阻R2还包括测量值处理部件的热阻以及测量值处理部件的外表面与环境空气之间的
对流热阻。
[0021] 总而言之，本发明与已知的现有技术之间的区别在于，至少一个参考传感器不再是如至今那样远离过程安装，其中R1 ≫ R0且R1 ≫ R2，而是以例如R1≈R0和R1 ≪ R2的方式安装。
[0022] 通过所选择的布置，在有或没有容器的绝缘的情况下，无论是恒定表面温度还是变化表面温度，都仅产生与表面的相应的实际温度的微小偏差。由于传感器布置可以有利地由诸如不锈
钢的中等导热金属制成的柄结构包围，所以没有绝缘的情况通常是可以容忍的。这种柄结构可以由金属管适配器构成，该金属管适配器例如利用金属带固定到管上，并且另外还由所谓的“颈管（Halsrohr）”构成。然后，具有对于测量原理重要的热路径的传感器布置通常可以通过空气层，例如与颈管以及与管适配器隔离。由此，由于空气层已经起到强绝热的作用，所以有利地影响了沿着传感器的热主路径的支配性。
[0023] 结果，即使当表面温度迅速变化时，准静态温度补偿也足以计算表面温度。可有利地省去了通常可能引起严重问题的测量
信号的时间上的耗散（Ableitung）的形成，因为该耗散增强了测量噪声。
[0024] 使用对于自身已知的方法，根据测量传感器和参考传感器的测量信号对表面温度的计算，如该计算在例如DE 10 2014 019 365中所描述的那样。
[0025] 温度测量装置被证明为特别有利的，在该温度测量装置中，参考传感器比测量值处理部件至少在热学上更靠近测量传感器，使得R1 < R2。由此，在测量传感器与测量值处理部件之间的所有导热连接中，该导热连接的热阻大致与长度成比例——但特别地，对此包括但不限于上述矿物绝缘的铠装线缆——参考传感器到测量传感器的几何距离小于参考传感器到测量值处理部件的几何距离。
[0026] 出乎意料地发现如果热阻的比例R2/R1 > 10是特别有利的。由此，在测量传感器与测量值处理部件之间的所有导热连接中，该导热连接的热阻大致与长度成比例——但特别地，对此包括但不限于上述矿物绝缘的铠装线缆——参考传感器到测量传感器的几何距离显著小于参考传感器到测量值处理部件的几何距离。
[0027] 即使在热阻的比例R2/R1 > 50时，也出现了根据本发明的温度测量装置的上述优点。在此，参考传感器在几何上仅很小地与测量传感器间隔。有利地，这种布置有利于温度测量装置的小型化和紧凑结构形式。特别有利的是，将测量传感器和参考传感器安置在共同的壳体中。
[0028] 按照本发明的另外的特征，在容器处的测量点与环境之间的主要热连接路径上布置至少一个另外的参考传感器。利用每个附加的参考温度改善温度测量装置的精度。此外，附加的参考温度还可以实现诊断：绝缘是否足够、安装或环境条件是否与要求相对应、或者热路径的维度如何。
[0029] 按照本发明的另外的特征，在同一温度测量装置中，对于以任意混合的测量传感器和参考传感器而言，允许不同的传感器元件类型，例如电阻温度计（冷或热导体）、热电偶。
[0030] 按照本发明的另外的特征，可任意选择温度测量装置相对于测量表面的
角度。不仅垂直于而且平行于测量表面来布置测量布置，或者以相对于测量表面的任何其他角度来布置测量布置。由此，有利地还可在难以接近的测量
位置处使用测量点。
[0032] 对此必要的
附图示出：图1：具有至少一个矿物绝缘的铠装线缆的温度测量装置的第一实施方式；
图2：具有柄的温度测量装置的第二实施方式。
[0033] 图1中示出了具有在以截面示出的容器壁20处原理上其对于本发明重要的组成部分的温度测量装置10。温度测量装置10主要由顶部壳体15构成，在该顶部壳体15中放置有测量值处理部件16。测量传感器11经由引线13与顶部壳体15中的测量值处理部件16连接。此外，参考传感器12经由单独的引线14与顶部壳体15中的测量值处理部件16连接。
[0034] 此外，示出了用于确定介质21的温度的测量点，该介质21被封闭在容器中。为此，代表性地在测量点处示出了容器的容器壁20的局部。
[0035] 温度测量装置10在测量点处布置在容器外部——在容器壁20上方的绘图平面中，并且介质21被封闭在容器内部——在容器壁20下方的绘图平面中。
[0036] 容器可在容器壁20的外表面上具有绝
热层22，该绝热层22至少减少了容器壁20的外表面与环境之间的热流。
[0037] 为了确定介质温度，将温度测量装置10这样布置在测量点上，使得测量传感器11位于包围介质21的容器壁20的表面附近。
[0038] 到测量传感器11的引线13至少被构建为对于自身已知的矿物绝缘的铠装线缆。这种矿物绝缘的铠装线缆的热阻在设计限制上（bauartbedingt）大致与其长度成比例。由此，测量传感器11经由已知的热阻与顶部壳体15中的测量值处理部件16连接，该顶部壳体15接收环境温度。
[0039] 在该实施方式中，将测量传感器11有利地实施为热电偶，使该热电偶的测量尖端与容器壁20接触。特别地可以设置，为测量尖端配备
银嵌体（Silbereinlage）或将测量尖端构建为银尖端。由此，有利地将热阻R0减小到最小。
[0040] 到测量传感器11的引线13的矿物绝缘的铠装线缆形成了容器壁20上的测量点与环境之间、即表面温度与环境温度之间的主要热连接路径。
[0041] 沿着该主要热连接路径，参考传感器12至少在热学上与到测量传感器11的引线13连接。例如但不是最终，参考传感器12通过胶合、
焊接，
软钎焊、夹紧或卷边接合到引线13。在此，参考传感器12可以被构建为电阻元件。
[0042] 参考传感器12与测量传感器11的几何距离小于参考传感器12与顶部壳体15中的测量值处理部件16的几何距离。由于到测量传感器11的引线13的矿物绝缘的铠装线缆的热阻的比例性，在任何情况下热阻的比例R2/R1 > 1。特别有利的是所有的热阻的比例R2/R1 > 10。在此，将参考传感器12布置得紧邻测量传感器11。
[0043] 依据使用地点处的最高温度，还可以将到参考传感器12的引线14实施为矿物绝缘的铠装线缆。
[0044] 图2中，在为相同的部件使用相同的附图标记的情况下，示出了具有在以截面示出的容器壁20处原理上其对于本发明重要的组成部分的另外的温度测量装置10。温度测量装置10主要由顶部壳体15构成，在该顶部壳体15中放置有测量值处理部件16。测量传感器11经由引线13与顶部壳体15中的测量值处理部件16连接。此外，参考传感器12经由单独的引线14与顶部壳体15中的测量值处理部件16连接。
[0045] 此外，示出了用于确定介质21的温度的测量点，该介质21被封闭在容器中。为此，代表性地在测量点处示出了容器的容器壁20的局部。
[0046] 温度测量装置10在测量点处布置在容器外部——在容器壁20上方的绘图平面中，并且介质21被封闭在容器内部——在容器壁20下方的绘图平面中。
[0047] 容器可在容器壁20的外表面上具有绝热层22，该绝热层22至少减少了容器壁20的外表面与环境之间的热流。
[0048] 与图1中所示的温度测量装置10不同，该实施方式具有单独的物理构件，该物理构件形成了容器壁20处的测量点与环境之间、即表面温度与环境温度之间的主要热连接路径，并且以下称为柄23。
[0049] 在该实施方式的有利的设计方案中，柄23被构建为用于将具有测量值处理部件16的顶部壳体15固定在容器壁20处。
[0050] 测量传感器11和参考传感器12彼此间隔地与柄23连接。在此，将测量传感器11布置为比参考传感器12更靠近容器壁20上的测量点。在此，测量传感器11布置在测量点附近。然而，可放弃强制到测量点的接触。
[0051] 从具有恒定横截面的保持不变的形状出发，柄23具有与该柄的长度成比例的热阻。参考传感器12与测量传感器11的几何距离小于参考传感器12与顶部壳体15中的测量值处理部件16的几何距离。由于柄23的热阻的比例性，在任何情况下热阻的比例R2/R1 > 1。特别有利的是所有的热阻的比例R2/R1 > 10。在此，将参考传感器12布置得紧邻测量传感器11。
[0052] 柄23可以由金属材料或也可以由陶瓷材料（例如玻璃陶瓷）构成。在陶瓷柄23的情况下，测量传感器11和参考传感器12与金属容器
电隔离。由此有利地是，可放弃测量传感器11和参考传感器12相对于柄23以及金属容器的电绝缘。
[0053] 附图标记列表10 温度测量装置
11 测量传感器
12 参考传感器
13 到测量传感器的引线
14 到参考传感器的引线
15 顶部壳体
16 测量值处理装置
20 容器壁
21 介质
22 绝缘层
23 柄
R0、R1、R2 热阻
