温度传感器组件的制作方法

1.本发明总体上涉及用于工业过程的温度测量组件。具体地，本发明涉及用于非侵入式过程温度测量的温度测量组件。


背景技术：

2.温度作为过程控制的主要控制参数之一，温度的确定对于设施的安全运行是至关重要的。确保工艺介质的温度测量准确且可重复是关键的。
3.为了确定容器内介质的温度，通常，表面温度传感器被放置在容器壁的表面处来测量该表面的温度，并且分别确定壁的另一侧处的介质的温度。
4.此处待解决的问题涉及通过接触式测温法进行准确、可靠和快速响应的表面温度测量。


技术实现要素：

5.这样的非侵入式工业过程温度测量组件可以被用于在无需在容器壁的表面处穿透工艺容器壁的情况下，测量容器内的工艺流体的温度。这样的组件可以包括温度传感器、和适于将温度传感器的温度感测探针尖端定位在容器壁的外表面上的结构。当工艺流体温度改变时，容器壁温度也将改变。容器壁温度也将响应于环境条件(诸如阳光、风或雨)而改变。探针尖端周围的绝缘提供了一些保护外表面免受环境条件变化的影响。然而，在绝缘不理想的程度上，非侵入式过程温度测量的准确性受损。为了通过接触式测温法改进表面温度测量，可以使用包括温度测量传感器和参考温度传感器的测量组件，其与表面的热接触至少稍微不同。温度测量传感器通常通过以下性质来区分：其与表面的热耦合被选择为比一个或多个参考温度传感器更强，这意味着具有更低的热阻。
6.这样的组件在概念的鲁棒性方面会产生问题。非侵入式过程温度测量(non-intrusive process temperature measurement，nitm)的主要问题是温度测量装置相对于其内部热行为(即，测量装置的各个部件的热阻)、及其与其周围环境的热相互作用的可再现制造和安装。例如：热路径的耦合可以在制造中没有很好地限定，或者可以在组件的使用期间随时间而改变。这可能导致用于减小公差或增加耦合件的耐久性的大量努力和/或成本。
7.本发明的各方面涉及一种被配置为热耦合到容器壁来确定容器壁的表面温度的温度传感器组件、一种用于确定介质温度的方法、一种测量系统、以及具有如独立权利要求所述主题的温度传感器组件的用途。
8.本发明的有利修改在从属权利要求中陈述。说明书、权利要求书和附图中所公开的至少两个特征的所有组合均落入本发明的范围内。为了避免重复，根据方法所公开的特征也将根据所述系统应用并且要求保护。
9.为了实现如在本文中体现和广泛描述的这些和其他优点并且根据本发明的目的，提供了温度传感器组件，温度传感器组件被配置成热耦合到容器壁来确定容器壁的表面的
温度，其中组件包括：第一单分支热传导路径，该第一单分支热传导路径位于容器壁的表面与温度传感器组件的环境之间，具有温度测量传感器，且被配置为热耦合到容器壁的表面的第一部位从而产生第一热阻；以及第二单分支热传导路径，该第二单分支热传导路径位于容器壁的表面的第二部位与温度传感器组件的环境之间，包括参考温度传感器，被配置为热耦合到容器壁的表面从而产生第二热阻。
10.如此处所理解的，术语“容器”可以包括将介质与环境分离的任何壁，例如管、管道或槽或器皿等。
11.对于本领域技术人员而言，在本公开的上下文中，术语“单分支热传导路径”是指：从容器壁的表面的温度测量传感器或参考温度传感器所在的单分支热传导路径的前侧或尖端到外部(热储存器意义上的环境)的热传导、或者从外部到内部(在冷却过程的情况下)的热传导可以通过沿该路径的线性热阻串以良好的近似来描述。横向热流泄漏或流入仅在很小程度上发生。换言之，单分支热传导路径实质上可以是单分支热传导路径。
12.这样的单分支热传导路径例如可以至少部分地通过特别是具有矿物绝缘电缆的公知温度计杆来实现。
13.换言之，术语“单分支热传导路径”可以被理解为基本上单分支热传导路径。
14.温度测量传感器可以由商业上可获得的用于工业温度测量的测量插件(即，所谓的插件)制成。
15.具体对于高温测量，这些测量插件可以使用矿物绝缘的护套电缆电耦合，护套电缆在一个端部处装备有温敏元件，或者其内部单侧连接的导体已形成热电偶。特别是在不能使用标准电缆和绝缘材料的200℃以上的环境中，这样的测量插件具有该工业环境中所要求的鲁棒性和耐温性。
16.用于温度测量传感器的电引线可以优选地位于温度计杆内，温度计杆连接用于电子电路的外壳，以基于来自温度测量传感器的信号来确定温度。温度测量传感器所在的第一单分支热传导路径的尖端可以由底座安装件固定，以将温度传感器组件安装到管道或容器。包括温度计杆的尖端、温度测量传感器和电引线的温度计杆可以是单分支热传导路径的示例。
17.根据温度传感器组件，也可以使用电缆传感器构造或两者的组合来代替护套电缆。温度计杆和/或内部导管也可以弯曲。这样的温度计杆有利地由诸如不锈钢的低热导率材料制成。
18.特别是在温度测量传感器所在的位置，粉末填充物可以被用于填充杆的体积。
19.温度计杆的尖端和/或包括温度计杆的颈管可以直接接触其表面温度待测量的管和/或容器壁的表面。温度计杆的表面到尖端的热传递阻力可以有利地通过在测量尖端处生成的表面压力来减小。这可以例如通过弹簧加载机构和/或螺杆机构和/或被配置为施加一致压力的任何机构来完成。
20.参考温度传感器可以由商业上可获得的用于工业温度测量的测量插件制成，所谓的插件如针对温度测量传感器所描述的。
21.针对参考温度传感器的电引线可以有利地具有与温度测量传感器相同的矿物绝缘护套电缆，附加地，特别是在温度计杆方面，第二单分支热传导路径可以与第一单分支热传导路径相对应地构建，使得沿着从参考温度传感器到电子器件外壳的长度的热阻、和/或
到环境的其他热耦合尽可能地相似、并且因此被清楚地限定。
22.温度测量传感器与参考温度传感器的性质的区别在于，温度测量传感器的感测元件与表面的热耦合被选择为比一个或多个参考温度传感器更强，这意味着具有更低的热阻。
23.详细地，至少一个温度测量传感器经由具有良好导热性的耦合件而被连接到容器壁上的第一测量部位，其特征在于热阻r0。
24.存在许多不同的配置来建立可再现的热耦合，其特征在于如下所述的温度测量传感器与容器壁的表面的热阻r0。
25.温度测量传感器具有针对环境的明确限定的热阻ru，该环境可以由环境温度来表征。在第一单分支热传导路径使用标准温度计杆优选地实现在颈管的内部的情况下，这些热阻与在相应的温度测量部位(例如被耦合到第一单分支热传导路径用于使用温度测量传感器来确定温度的电子器件外壳)和环境之间的温度计杆的长度近似地成比例。
26.有利地，相应的参考温度传感器可以具有针对容器表面处的第二测量部位明确限定的热阻ro_ref以及针对环境明确限定的热阻ru_ref，该环境可以由环境温度表征。在标准温度计杆的情况下，该热阻与参考温度传感器的在相应温度测量部位(例如在电子器件外壳的位置处)与环境之间的杆的长度大致成比例。
27.热阻ru和/或ru_ref还包括标准温度计杆和/或颈管的外表面与环境空气之间的传导、对流和辐射电阻。
28.这意味着，参考温度传感器可以被热耦合到容器壁的表面，使得参考温度传感器和容器壁的表面之间的热阻高于测量温度传感器和容器壁的表面之间的在它们相应部位处的热阻。
29.温度测量传感器可以被耦合到容器壁的表面，以由热阻r0表征，热阻r0小于容器壁的表面与参考温度传感器之间的热阻ro_ref。
30.有利地，考虑到第一单分支热传导路径与第二单分支热传导路径的热结构非常相似，它们被配置为具有明确限定的r0和r0_ref的差。合理地，例如参考温度传感器和温度测量传感器到容器壁表面的耦合之间的比率可以是：ro_ref/ro，其中比率大于1，或优选地在大于1至10的范围内，或更优选地在1.1至10的范围内。
31.具体地：r0_ref≠r0和/或ru_ref≠ru和/或参考传感器对环境或对表面的热阻的比率ru_ref/r0_ref被选择为与上述的ru/r0略微不同：ru_ref/r0_ref≠ru/r0。
32.在该情况下：
33.r1＝r0_ref-r0，且r2＝r1_ref可以被定义，并且补偿可以以与wo2019/063519中所建议的相同方式来执行。
34.r2/r1的有利比率可以是例如100、50、10或2。
35.存在许多配置以如下所述的可再现方式建立参考温度传感器的这种不同热耦合。
36.通常，参考温度传感器可以被配置在第二单分支热传导路径内，使得在参考温度传感器和容器壁的表面之间存在距离间隙，该距离间隙大于针对温度测量传感器的距离间隙，其中距离间隙包括空气、和/或气体、和/或固体材料。备选地或附加地，间隙的距离可以通过安装有参考温度传感器的杆与容器壁的表面之间的距离来实现。
37.备选地或附加地，与温度测量传感器与容器壁表面的耦合材料相比，通过针对参
考温度传感器或其中安装有参考温度传感器的杆使用不同的耦合材料，可以为容器壁的表面提供充分不同的热耦合。例如，将耦合材料从镍交换到钢可以提供不同的热耦合，或者将填充材料放置在参考温度传感器周围而不是放置在温度测量传感器周围可以提供不同的热耦合。但是重要的是，参考温度传感器以不同于测量温度传感器的方式热耦合到容器壁。
38.温度计杆的精加工板可以被选择为由镍制成。
39.修改容器壁的表面的温度测量传感器r0与参考温度传感器r0_ref之间的接触电阻的其他选项可以通过以下方式提供：
[0040]-围绕温度测量传感器使用盖件来改进热耦合，盖件由例如银和/或铜的高导热材料制成；
[0041]-通过使用热粘合剂来改进温度测量传感器的热耦合；
[0042]-插件处的不同的尖端设计或材料：例如：镍(ni)和不锈钢(sst)，可以作为温度计杆端部处的插塞的材料；
[0043]-在第一和第二单分支热传导路径的尖端处具有更多或更少的导热材料的不同盖件；
[0044]-围绕温度计杆内的相应感测元件的不同填充物和/或灌封物，例如氧化铝(alo)、空气等。
[0045]-对比于温度测量传感器，参考温度传感器可以：
[0046]-直接触及管道；
[0047]-可以使用特定的适配器进行耦合，适配器可以充当热敏电阻器；或者
[0048]-它可以通过例如填充有空气的间隙而被耦合到容器壁的表面。
[0049]
通过针对温度测量和参考温度测量的两个传感器布置对表面的不同接触压力，还可以有利地产生热耦合的差异，该表面可以具有相同的构造。在温度计杆的情况下，这可以通过如下的方式实现：由其自身的弹簧、和/或弹簧加载机构、和/或螺杆机构、和/或被配置为对容器壁的表面施加一致压力的任何机构对每个温度计杆进行加载。通常，每个温度计杆可以使用安装装置而被机械地耦合到容器壁，并且基本上使用单个弹簧按压到表面。
[0050]
根据一个方面，温度测量传感器对环境的热阻相对于测量传感器对容器壁表面的热阻的比率ru/r0应尽可能大，例如100、50或10。
[0051]
根据一个方面，温度传感器组件包括多个温度测量传感器和/或多个参考温度传感器。
[0052]
温度传感器组件被配置为使得温度测量传感器和参考温度传感器实质上是非热耦合的。这意味着温度测量传感器和参考温度传感器各自被配置为布置在基本上未耦合的热路径内，其中相应路径的每个尖端邻近容器壁的表面、并且相应单分支热传导路径从尖端延伸至温度传感器组件的周围环境，由此使得第一单分支热传导路径与第二单分支热传导路径绝缘或分离。
[0053]
换言之，参考温度传感器(例如被布置在相应温度计杆的内部的参考温度传感器)被配置为不具有与温度测量传感器热耦合的任何元件，并且例如利用温度计杆的尖端而被按压到表面。
[0054]
根据一个方面，第一单分支热传导路径和第二单分支热传导路径通过导热桥远离容器壁的表面热耦合，其中优选地，导热桥由高导热材料制成，例如银和/或铜和/或热管。
[0055]
优选地，导热桥位于两个单分支热传导路径的周围环境端处，以在至少两个热传导路径的周围环境端或环境端建立热传导路径的均匀热化。这意味着在该端部处可以确保所耦合的热路径的温度近似相同。对于两个单分支热传导路径产生近似相同的边界条件。
[0056]
两个单分支热传导路径之间的机械桥(即，热绝缘机械耦合)可以位于容器壁的表面附近，但也可以位于沿着相应热传导路径的其它部位，这可以支持机械稳定性。
[0057]
这样的机械桥可以由与空气不太不同的具有低热导率的材料制成：一些材料泡沫，例如聚合物、玻璃等。部分颈管和适配器结构可以利用这样的材料填充。
[0058]
多于一个的温度测量传感器和/或多于一个的参考温度传感器可以被放置在每个单分支热传导路径内以用于补偿，并且多于两个的热路径可以被构建例如用于冗余。
[0059]
表面温度可以由下式确定：
[0060]
t
表面
＝t1+a(t1-t2)+b(t2-t
环境
)+ct1+dt2+et
环境
+f(t1,t2,t
环境
)
[0061]
其中a、b、c、d、e是由校准定义的常数，其中该常数中的每一个可以被确定为0。关系：f(t1,t2,t
环境
)可以是可自由定义的，例如可以被确定为零的非线性函数。
[0062]
t1是使用温度测量传感器确定的温度值，并且t2是使用参考温度传感器确定的温度值，并且t
环境
是环境温度值。
[0063]
为了使用非侵入式的温度传感器组件确定容器内介质的温度，基于使用温度传感器组件确定的温度读数使用基于模型的计算，可以精确地确定容器壁表面的表面温度。
[0064]
介质可以是任何流体，包括液体和/或气体和/或散装材料或它们的任何混合物，例如气溶胶和多相流。
[0065]
基于模型的计算可以由软件工具来执行，软件工具基于由非侵入式温度传感器组件确定的容器壁的外表面温度来确定介质温度。
[0066]
温度的确定可以根据专利申请wo 2019063519a1中公开的方法进行。
[0067]
使用该温度传感器组件来确定过程温度可以成本有效地增强过程工业中使用的温度测量读数的置信度，并且可以改进过程质量。
[0068]
通过分别针对温度测量传感器和至少一个参考测量传感器的至少两个热绝缘单分支热传导路径，提供通过接触测温法进行的精确、可靠、稳定和快速响应的表面温度测量，其中温度测量传感器和至少一个参考测量传感器使用温度传感器组件而被不同地热耦合到容器表面。
[0069]
根据一个方面，提出测量传感器和参考传感器未被定位在单个热路径内，而是相应地单独地定位在两个不同的热路径内，两个热路径被热解耦。
[0070]
根据一个方面，提出第一热路径和第二热路径不同。
[0071]
根据一个方面，如果温度传感器组件被机械地耦合到容器的壁，则参考温度传感器和第一单分支热传导路径之间的热耦合小于参考传感器和测量传感器之间的热耦合。
[0072]
换言之，这意味着温度传感器组件被配置为：使得参考传感器与测量传感器之间的热耦合由第一单分支热传导路径的尖端与第二单分支热传导路径的尖端之间的热传导路径支配，其中第一单分支热传导路径和第二单分支热传导路径与容器壁的表面物理接触；和/或使得参考传感器与第一单分支热传导路径之间的热耦合如此小，使得实际上如果温度传感器组件被机械地耦合到容器壁的表面以用于确定容器壁的表面的温度，则关于经由容器壁的表面的热耦合可以忽略。
[0073]
根据一个方面，如果温度传感器组件被机械地耦合到容器的壁，则参考温度传感器和温度测量传感器之间的热耦合由第一热阻、以及容器壁的与第一和第二单分支热传导路径耦合的部分、以及第二热阻的串联连接来支配。
[0074]
至少第一热路径被绝缘，使得参考温度传感器与第一热路径的耦合小于参考温度传感器经由容器壁的表面与测量传感器的耦合。
[0075]
这意味着，温度测量传感器和参考温度传感器之间的最短热路径可以由第一热阻、第二热阻、以及两个部位之间的热阻的串联热连接来限定，其中第一单分支热传导路径的尖端和第二单分支热传导路径的尖端接触容器壁的表面。换言之，第一温度传感器和第二温度传感器主要通过第一热阻和第二热阻耦合，其中第一热阻与第二热阻的热耦合由容器壁的表面提供。
[0076]
为了例示相关的热耦合，执行示例参考温度传感器和示例温度测量传感器之间的热耦合的计算。
[0077]
通过包括温度测量传感器的两个温度计杆之间的热耦合的简化示例，来计算两个单分支热传导路径之间的热耦合。
[0078]
假设管道壁的温度在两个靠近的相邻位置或稍微远离的位置处相同，其中第一单分支热传导路径被热耦合到管道壁、并且第二单分支热传导路径被热耦合到管道壁。
[0079]
这是因为管道内的流体与管道壁的良好热耦合，以及管道壁的导热性(其可以由金属制成)，和/或管道内的流体的湍流对流状态，在这种意义上，其在壁的内侧上提供几乎完美的热边界条件。管道壁的相关部分的热阻因此基本上与第一和第二单分支热传导路径的在接触容器表面处的点的横向距离无关。因此，由比不锈钢导热性低的塑料制成的管道壁也可以被用于使用所述温度传感器组件来确定容器壁表面的温度。
[0080]
假设20cm长的温度计杆的直径为3mm。
[0081]
两个温度计杆在距离d内彼此相邻，d＝5mm。
[0082]
所得到的交互面积可以被估计为投影面积f：
[0083]
f＝3mm
×
20cm＝6.
×
10
－4
m2。
[0084]
经由填充有非对流空气的间隙距离d得到的温度计杆之间的热耦合传导率c_betweenpaths可以被计算为：
[0085]
c_betweenpaths＝c_air*f/d
[0086]
＝24mw/(k*m)*f/d
[0087]
＝1.44*10-5
w*m/k/5mm
[0088]
＝approx 3,14*10-3
w/k
[0089]
其中空气的导热率c_air＝0.0262w/mk，其可以从－50℃下的约0.02变化到+400℃下的0.05。
[0090]
这是参考温度传感器和第一单分支热传导路径之间的热耦合的上限估计，因为它没有考虑参考温度传感器与温度计杆的外壳的内部热耦合。
[0091]
可以计算安装在温度计杆内部的两个温度传感器之间的热耦合：
[0092]
相应温度计杆的尖端的接触面积a大约为a＝(1.5mm)2*π。
[0093]
接触压力f为10n，导致压力p为1.41*10
+6
pa。
[0094]
金属-金属导热率c为：
[0095]
c＝(approx.)104w/(m2*k)[不锈钢-sst界面]。该值c可以根据相关压力，从例如bergman等人的fundamentals of heat and mass transfer的2011年第7版第118页表3.1容易地导出。
[0096]
产生接触电导率c_contact为：
[0097]
c_contact＝c*a
[0098]
＝7,07*10-2
w/k。
[0099]
因此，在该典型示例中，热接触传导率c比热耦合传导率c_betweenpaths大：
[0100]
c_betweenpaths《c_contact。
[0101]
增加两个热接触传导率导致两个温度传感器之间的热耦合的估计。
[0102]
根据一个方面，第一单分支热传导路径和/或第二单分支热传导路径由低导热材料绝缘，以减少第一单分支热传导路径和第二单分支热传导路径之间的热耦合。
[0103]
这样的低导热材料包括绝热材料和/或气体。有利地，将相应的单分支热传导路径与低导热材料耦合使得能够以根据由技术环境引起的特定需要来改进和/或适配容器壁的表面温度的确定的方式，来耦合温度测量传感器和参考温度传感器。
[0104]
根据一个方面，第一单分支热传导路径和/或第二单分支热传导路径被安装在颈管内部，以减少第一单分支热传导路径和第二单分支热传导路径之间的热耦合；和/或减少第一单分支热传导路径和/或第二单分支热传导路径与温度传感器组件的环境的热耦合。第一单分支热传导路径和第二单分支热传导路径的热解耦可以改进通过使用温度传感器组件而进行的容器壁的表面温度的确定。
[0105]
根据一个方面，第一单分支热传导路径或第二单分支热传导路径被安装在第二管内部，其中第二管基本上同心地安装在颈管内部；并且优选地，第二管被排空来减小第一单分支热传导路径与第二单分支热传导路径之间的热耦合。
[0106]
换言之，温度传感器组件可以包括内圆筒和外圆筒，即，分别包括第二管和颈管，其中优选地，测量传感器被安装在颈管的在第二管和颈管之间的环形空间中。参考传感器可以被安装在第二管的内部，其中环形空间或内部圆筒形空间或两者以不同的形式被排空或绝热。备选地，参考传感器被安装在颈管的环形空间中，而测量传感器被安装在第二管的内部。
[0107]
这可以改进第一单分支热传导路径和第二单分支热传导路径之间的热绝缘。
[0108]
根据一个方面，第一单分支热传导路径和/或第二单分支热传导路径被配置为：对容器壁的表面与第一单分支热接触路径和/或第二单分支热传导路径的表面接触进行弹簧加载。被弹簧加载的表面接触有利地能够将相应的单分支热传导路径的热耦合适于特定需要，并且特别是改进热耦合。
[0109]
根据一个方面，温度测量传感器通过插塞而被热耦合到容器的壁的表面，插塞包括用于将测量传感器热耦合到容器的壁的表面的第一装置，第一装置包括用于改进测量传感器和容器的壁的表面之间的热耦合的高导热材料，并且其中第一装置被放置在测量传感器和容器的壁的表面之间。
[0110]
根据一个方面，参考温度传感器通过空间间隙、和/或通过用于将参考传感器热耦合到容器的壁的表面的第二装置而被耦合到容器的壁的表面，第二装置包括用于使得参考传感器至少部分地与容器的壁的表面热解耦的低导热材料，并且其中第二装置位于参考温
度传感器和容器的壁的表面之间。
[0111]
这样的空间间隙可以在没有机械接触的情况下将参考温度传感器耦合到容器壁的表面，以限定热接触电阻r0_ref。
[0112]
用于热耦合的第二装置可以位于第二单分支热传导路径(例如由镍(ni)或不锈钢制成的温度计杆、和/或包括参考传感器的管)的尖端处。第二装置可以包括围绕温度计杆和/或管内部的参考传感器的感测元件的各种填充物/灌封物，例如氧化铝和/或空气。
[0113]
根据一个方面，温度传感器组件包括至少一个另外的参考传感器。使用另外的参考传感器可以改进容器壁的表面温度的确定。
[0114]
来自其它参考传感器的信号可以被用于平均或其它统计分析和信号处理。
[0115]
根据一个方面，温度测量传感器和/或参考温度传感器包括电阻温度计和/或热电偶。
[0116]
这样的电阻温度计可以是ptc热敏电阻器、和/或ptc电阻器。附加地或备选地，温度测量传感器和/或参考温度传感器可以包括用于确定容器表面的温度的任何装置。
[0117]
根据一个方面，提出了用于经由包围介质的表面上的测量点的温度来确定介质的温度的方法，方法包括如上所述的温度传感器组件，以及用于确定容器壁的介质温度的分析装置，分析装置被电连接至温度传感器组件，其中温度传感器组件的至少一个参考传感器被用于确定沿着包围介质的表面与温度传感器组件的环境之间的第一热连接路径的温度梯度，并且其中借助于沿着第一热连接路径的温度梯度，确定用于校正温度传感器组件的至少一个测量传感器的测量值的校正值。
[0118]
根据一个方面，提出了用于确定容器壁的表面温度的测量系统，该测量系统包括如上所述的温度传感器组件和用于确定容器壁的表面温度的分析装置，其中温度传感器组件被电连接至分析装置。
[0119]
提出了使用如上所述的温度传感器组件来确定容器壁的表面温度。
附图说明
[0120]
附图被包括来提供对本发明的进一步理解，并且被并入本技术并构成本技术的一部分，附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图显示：
[0121]
图1是第一和第二单分支热传导路径的热阻的示意图；
[0122]
图2是温度传感器组件的示意图；
[0123]
图3是另一温度传感器组件的示意图；
[0124]
图4是另一温度传感器组件的示意图；
[0125]
图5是配置在颈管内部的温度传感器组件的示意图；
[0126]
图6是与表面弹簧加载接触的温度传感器组件的示意图；
[0127]
图7是配置有两个颈管的温度传感器组件的示意图；
[0128]
图8是附接到管道/槽周边的温度传感器组件的示意图；以及
[0129]
图9是其中第二管被基本同中心地安装在颈管内部的温度传感器组件的示意图。
具体实施方式
[0130]
图1示意性地描绘了温度测量传感器103与容器壁的第一表面部位101之间的热阻
r0 102、以及温度测量传感器103与第一单分支热传导路径100的周围环境105之间的热阻ru 104。图1还示意性地描绘了参考温度传感器113与容器壁的第二表面部位111之间的热阻ro_ref 112、以及参考温度传感器113与第二单分支热传导路径110的周围环境115之间的热阻ru_ref 114。
[0131]
图2示意性地示出了包括第一单分支热传导路径100和第二单分支热传导路径110的温度传感器组件200。两个热传导路径100、110被布置在颈管250内，颈管250被填充有绝缘材料240，以用于将第一单分支热传导路径100和第二单分支热传导路径110相对于另一单分支热传导路径100、110分别热解耦，并且将每个单分支热传导路径相对于管250的环境热解耦。温度传感器组件200可以通过安装装置220而被热耦合到容器210的壁。
[0132]
紧邻容器壁210的表面的第一单分支传导路径100的尖端被直接机械耦合到容器210的壁的表面，其中在温度测量传感器103和容器壁210的表面之间具有热阻r0。
[0133]
用于温度测量传感器103的电引线203(例如，呈护套电缆的形式)可优选地位于标准温度计杆205内，该标准温度计杆205可优选地由诸如不锈钢之类的低导热率材料制成，并且护套电缆可以在标准温度计杆205内部矿物绝缘。
[0134]
第二单分支传导路径110的尖端通过在参考温度传感器113和容器壁210的表面之间具有热阻ro_ref的距离间隙230，而与容器壁210的表面热耦合。
[0135]
用于参考温度传感器113的电引线213(例如以护套电缆的形式)可优选地位于标准温度计杆215内，标准温度计杆215可优选地由诸如不锈钢之类的低导热率材料制成，并且护套电缆可以在温度计杆215内矿物绝缘。
[0136]
图3示意性地图示了根据图2所示的温度传感器组件200的另一温度传感器组件200，但不同之处在于，第一单分支热传导路径的尖端(其可以是标准温度计杆205的尖端)通过插塞310被耦合到容器壁210的表面，该插塞310具有用于将温度测量传感器103热耦合到容器210的壁的表面的第一装置，该第一装置包括用于改进温度测量传感器103与容器210的壁的表面之间的热耦合来减小热阻r0 102的高导热材料，并且其中第一装置被放置在温度测量传感器103与容器210的壁的表面之间。
[0137]
图4示意性地图示了根据图3所示的温度传感器组件200的另一温度传感器组件200，但是第二单分支热传导路径110的尖端被直接热耦合到容器210的壁的表面，第二单分支热传导路径110在容器210的壁的表面附近，参考温度传感器113被直接热耦合到容器210的壁的表面。
[0138]
图5示意性地图示了根据图2所示的温度传感器组件200的另一温度传感器组件200，但是其中管250仅部分地由绝缘材料填充，主要用于固定第一单分支热传导路径100和第二单分支热传导路径110的位置。
[0139]
图6示意性地描绘了根据图5所示的温度传感器组件200的另一温度传感器组件200，但没有绝缘材料。为了将第一单分支热传导路径100和第二单分支热传导路径110机械地固定在管250内，提供了仅弱导热的耦合元件610和620。附加地，可以被形成为标准温度计杆的第一单分支热传导路径100和第二单分支热传导路径110在容器壁210的表面处分别通过第一弹簧601和第二弹簧611而被机械地耦合到相应的表面侧，以提供弹簧加载的机械接触。
[0140]
图7示意性地描绘了另一温度传感器组件200，其中第一单分支热传导路径100被
布置在颈管250内，并且第二单分支热传导路径110被布置在另一颈管250内。第一单分支热传导路径100的热耦合如图6所示配置，并且第二单分支热传导路径110的热耦合也如图6所示配置。
[0141]
图8示意性地描绘了图7所示的温度传感器组件200如何被布置在容器壁210的弯曲表面上。
[0142]
图9描绘了同心圆筒250、950的组件，其中内部圆筒950被排空用于热隔离，并且被热耦合到管道220的壁的表面。参考传感器215被布置在内圆筒950的内圆筒空间内，并且经由非导电或低导电率材料230热耦合到管道220的壁。测量传感器205被安装在内圆筒950和外圆筒250之间的环形空间中，并且被机械地和直接地或经由高导电率材料牢固地热耦合到管道220的壁。备选地，参考传感器215可以被安装在环形空间中，并且测量传感器205可以被安装在内圆筒950的内圆筒空间中。备选地，外环形空间可以被排空，或者内圆筒950和环形空间均可以被排空。

技术特征：
1.一种温度传感器组件(200)，被配置为热耦合到容器壁(210)来确定所述容器壁的表面的温度，所述组件包括：第一单分支热传导路径(100)，所述第一单分支热传导路径(100)位于所述容器壁的所述表面与所述温度传感器组件(200)的环境之间，包括温度测量传感器(103)，并且被配置为热耦合至所述容器壁(210)的所述表面的第一部位，从而产生第一热阻(102)；以及第二单分支热传导路径(110)，所述第二单分支热传导路径(110)位于所述容器壁(210)的所述表面的第二部位与所述温度传感器组件的环境之间，包括参考温度传感器(113)，并且被配置为热耦合到所述容器壁(210)的所述表面，从而产生第二热阻(112)。2.根据权利要求1所述的温度传感器组件(200)，其中如果所述温度传感器组件(200)被机械地耦合到所述容器壁(210)，则所述参考温度传感器(113)与所述第一单分支热传导路径(100)之间的热耦合小于所述参考温度传感器(113)与所述温度测量传感器(103)之间的热耦合。3.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器组件(200)，其中如果所述温度传感器组件(200)被机械地耦合至所述容器壁(210)，则所述参考温度传感器(113)与所述温度测量传感器(103)之间的所述热耦合由所述第一热阻(102)、所述容器壁(210)的与所述第一单分支热传导路径(100)和所述第二单分支热传导路径(110)耦合的部分、以及所述第二热阻(112)的串联连接支配。4.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器组件(200)，其中所述第一单分支热传导路径(100)和/或所述第二单分支热传导路径(110)由低导热材料绝缘，以减小所述第一单分支热传导路径(100)和所述第二单分支热传导路径(110)之间的热耦合。5.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器组件(200)，其中所述第一单分支热传导路径(100)和/或所述第二单分支热传导路径(110)被安装在颈管(250)内部，以减小所述第一单分支热传导路径(100)和所述第二单分支热传导路径(110)之间的所述热耦合；和/或减少所述第一单分支热传导路径(100)和/或所述第二单分支热传导路径(110)与所述温度传感器组件(200)的环境的热耦合。6.根据权利要求5所述的温度传感器组件(200)，其中所述第一单分支热传导路径(100)或所述第二单分支热传导路径(110)被安装在第二管内部，其中所述第二管被同心地安装在所述颈管(250)内部；并且优选地，所述第二管被排空，以减小所述第一单分支热传导路径(100)和所述第二单分支热传导路径(110)之间的所述热耦合。7.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器组件(200)，其中所述第一单分支热传导路径(100)和/或所述第二单分支热传导路径(110)被配置为：对所述第一单分支热传导路径(100)和/或所述第二单分支热传导路径(110)与所述容器壁(210)的所述表面的表面接触进行弹簧加载。8.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器组件(200)，其中所述测量传感器(103)通过插塞(310)而被热耦合到所述容器壁(210)的所述表面，所述插塞包括用于将所述测量传感器(103)热耦合到所述容器壁(210)的所述表面的第一装置，所述第一装置包括用于改进所述温度测量传感器(103)和所述容器壁(210)的所述表面之间的热耦合的高导热材料，并且其中所述第一装置被放置在所述温度测量传感器(103)和所述容器壁(210)的所述表面之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器组件(200)，其中所述参考温度传感器(113)通过空间间隙(230)、和/或通过用于将所述参考温度传感器(113)热耦合到所述容器壁(210)的所述表面的第二装置而被耦合到所述容器壁(210)的所述表面，所述第二装置包括用于使得所述参考温度传感器(113)与所述容器壁(210)的所述表面至少部分地热解耦的低导热材料，并且其中所述第二装置位于所述参考温度传感器(113)与所述容器壁(210)的所述表面之间。10.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器组件(200)，包括至少一个另外的参考传感器。11.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器组件(200)，其中所述温度测量传感器(103)和/或所述参考温度传感器(113)包括电阻温度计和/或热电偶。12.一种用于经由包围介质的表面上的测量点的温度来确定介质的温度的方法，包括根据权利要求1至11中任一项所述的温度传感器组件(200)以及用于确定所述容器壁的所述介质温度的分析装置，所述分析装置被电连接至所述温度传感器组件(200)，其中所述温度传感器组件(200)的至少一个参考传感器(113)被用于确定沿着包围所述介质的表面与所述温度传感器组件(200)的环境之间的第一热连接路径(100)的温度梯度，并且其中借助于沿着所述第一热传导路径(100)的所述温度梯度，确定用于校正所述温度传感器组件(200)的至少一个温度测量传感器(103)的测量值的校正值。13.一种用于确定容器壁的表面温度的测量系统，所述测量系统包括：根据权利要求1至11中任一项所述的温度传感器组件(200)；以及用于确定所述容器壁(210)的所述表面温度的分析装置，其中所述温度传感器组件(200)被电连接到所述分析装置。14.一种根据权利要求1至11中任一项所述的温度传感器组件(200)用于确定容器壁(210)的表面温度的用途。

技术总结
提供了一种温度传感器组件，该温度传感器组件被配置为热耦合到容器壁来确定容器壁的表面温度，组件包括：第一单分支热传导路径，其位于容器壁的表面与温度传感器组件的环境之间、包括温度测量传感器、且被配置为热耦合到容器壁的表面的第一部位，从而产生第一热阻；以及第二单分支热传导路径，其位于容器壁的表面的第二部位与温度传感器组件的环境之间、包括参考温度传感器、且被配置为热耦合到容器壁的表面，从而产生第二热阻。从而产生第二热阻。从而产生第二热阻。


技术研发人员：约尔格
受保护的技术使用者：ABB瑞士股份有限公司
技术研发日：2022.07.29
技术公布日：2023/2/9