用于就地校准温度计的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于就地校准温度计的设备，其中该设备具有用于确定温度（T）的温度传感器（S）；其中设置了用于校准温度传感器（S）的基准元件（K）；其中基准元件（K）至少部分地包括铁电材料（D），铁电材料（D）在关于校准温度传感器（S）的温度范围中在至少一个预定温度（TPh）下经历相变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于就地校准温度计的设备，其中该设备具有用于确定温度的温度传感器。另外，本专利技术涉及一种用于就地校准温度计的方法。
技术介绍
目前，温度计的校准通常在校准池、炉或固定点系统中进行。例如，DE102004027072B3中描述了相应的固定点单元。在该情形中，待校准的温度计的测量偏差在预定温度值，也称为固定温度值，下被确定。温度计被从测量点拆装，被插到校准系统并且为此目的而进行校准。然而，这种类型的校准由于需要温度计的移除而复杂化。因此，从现有技术已知在安装状态下校准温度计。这种固定点单元，在温度计中微型化且集成在温度计中，从德国专利公开DE19941731A1已知。在这种情形中，建议将待校准的温度传感器插接到位于测量部件中的单元内；该单元填充有固定点物质，最常见的是金属或共晶合金。当固定点物质被带到熔化或凝固温度时，温度计测量该熔点温度。可随后将测量的熔点温度与储存的熔点温度进行比较。在该情形中，需要额外的单元来封装固定点物质是一个缺点。这样，温度计的动力学，即对温度变化的响应时间变得糟糕。此外，在某些情况中，固定点物质可从单元离开且如此会破坏温度计。用于确定铁电材料的居里温度的方法从专利DE4032092C2是已知的，在该专利中，居里温度区域中热吸收的突然变化不能够通过使用差示扫描热分析仪测量加以检测，并且因此，提供用于施加磁场的额外设备。德国专利公开DE19805184A1描述了用于确定压电元件的温度的方法。在这种情形中，压电元件的温度经由压电元件的电容来确定。另外，DE102005029464B4涉及压电补偿对集成半导体电路的影响。DE102004003853B4涉及在半导体衬底中的集成电路布置和用于补偿半导体衬底中的机械应力部件对集成到半导体衬底上的电路布置的参数精度和参数稳定性的负面影响的概念。最后，DE69130843T2涉及用于确定压电晶体振荡器的温度的方法和设备。德国专利公开DE19954164A1描述了用于测量作用在机械部件的表面上的机械加载的传感器。就地校准多个集成温度传感器的另一方式从专利EP1247268B2变得已知。为此，除主温度传感器之外，以温度传感器的形式的一个或多个基准元件被安装在温度计部件中。这些基准元件通常在构造或使用的材料方面与主温度传感器不同，且因此，与主温度传感器相比具有不同的老化效应和特征曲线漂移。因此，例如已知为NTC/PTC电阻器的半导体用作与主PtlOO电阻传感器并行的基准元件。这些布置的明显缺点是仅具有不同的特征曲线或老化特性的传感器可用作基准。这些必须仍旧是更确切地已知的或者由于老化发生的特征曲线变化应小于待监测的主温度传感器的特征曲线变化。尤其是，在宽温度范围中已经是长期非常稳定的电阻温度计的校准/验证的情形中，这至今还远远没有达到。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是使得在长期内稳定地校准或验证温度传感器成为可能。该目的通过本专利技术通过提供用于校准温度传感器的基准元件来实现；其中基准元件至少部分地包括铁电材料，该铁电材料在关于温度传感器的校准的温度范围内在至少一个预定温度下经历相变。因此，本专利技术涉及就地校准温度计，其中温度传感器(主传感器)利用例如同样位于温度计部件中的次传感器(基准元件)的辅助来校准或验证。基准元件的相变和至少一个物理性能的相关变化随后可用于校准温度传感器。在该情形中，基准元件至少部分地为铁电材料，其具有一个或多个相变，尤其是在固态下，在关于校准的温度范围中。这些相变在长期内稳定的已知的、固定且预定温度值下发生。如果这些相变温度中的一个，尤其是居里温度，被超过，使得相变开始，则铁电材料的独特曲线，尤其是介电常数随温度变化而升高且该曲线可用于校准。铁电材料的极化在从铁电状态到在居里温度下出现的顺电状态的相变中消失。因此至少部分地构成基准元件的该材料随后为顺电的。至少部分地构成基准元件的材料从顺电状态到铁电状态的相变自然地也可用于校准或验证温度传感器。铁电材料，也称为铁电体，为具有电气极化的材料，甚至在没有施加电场的情况下，尤其是居里温度以下具有电气极化的材料。该极化归因于铁电材料的晶体结构。如果电容器元件利用这种铁电材料构造，则介电特性的典型的通常突然的变化能够通过其电容的相应变化来检测到。如专利DE4035952C1中描述的，例如用于温度的连续测量的介电常数随温度的连续变化在该情形中没有考虑。只有准不连续的(几乎突变的)物理，即优选地用作电容器元件的电介质的铁电材料的相变下的电气变化或介电变化可被记录并评估。例如，钛酸钡、错钛酸铅、钽酸银秘(strontium bismuth tantalate)等为已知的铁电材料。这种铁电材料的其它示例从现有技术是已知的。如果电容器元件用作基准元件，则在该情形中电容器元件的电容的测量可利用从现有技术已知的电容测量原理来进行。电容和包括电容器元件的电极布置的形式同样是相对自由地可选择的。选择包括，例如作为平板电容器或作为圆柱体的实施方式。可替代地，铁电材料也可用作基板，电阻结构利用薄膜技术例如施加在基板上。在居里温度下或具有晶体结构的相变的其它温度下出现的铁电材料的体积变化影响电阻器结构的欧姆电阻的特征变化。因此，推荐集成到温度计中的基准元件，其提供材料特征化的、固定点温度(例如，比如用作电介质的铁电材料的居里温度)。温度传感器自身可规则地利用该基准元件再校准，即可确定其信号与固定点温度的偏差。与现有技术相比，这里没有比如次传感器的基准元件的通常仅有限的、已知的、温度特有的、特征曲线变化的评估，也没有从基准元件的性能随时间变化来推论待校准的传感器的性能。出现的温度传感器的特征曲线变化相反可利用这种固定点校准直接地且清楚地更准确地并且可重复地检测和记载，而且是在长期内。在此基础上，可进行温度传感器元件的自动自验证和漂移预测。例如，比如温度变送器的评估电子器件可被实现为用于在固定点温度下温度计或温度传感器的特定一点校准以及在给定情形中源自校准的验证和老化监测。因此，例如在铁电材料的已知的、特定的、相变温度下相变时刻的准确点可由基准元件的测量电容曲线来确定。从与其并行的、待校准的温度传感器(例如，Ptioo)的连续地记录的测量值，即最佳地对应于相变时刻的温度测量值，且因此，对应于已知的固定点温度的温度测量值，可尤其是直接地通过温度计的现场评估电子器件来确定或者也在稍后的时间点，或者也在远程评估单元中进行确定。温度传感器或温度计的验证和/或校准通过确定由温度传感器测量的温度和固定点基准温度之间的差异来进行。温度传感器的特征曲线的校正、在限定的时间段内或其历史内特征曲线漂移的指定或测量的不确定性的指定同样是可能的。在该设备的实施方式中，铁电材料是固体。与现有技术相比，这提供以下优点，即不存在液体形式的固定点物质且为了收集固定点物质不需要专门的单元，并且因此温度传感器对于温度变化的响应行为也不会降级。在设备的另外实施方式中，铁电材料具有晶体结构且铁电材料的晶体结构在相变期间改变。除已经提到的居里温度之外，铁电材料的晶体结构可在其它温度下改变。在钛酸钡的情形中，例如这也在约_90°C和约5°C的温度下发生。甚至是在这些其它温度下，铁电材料的电气特性、介电特性或体积特性的变化可被检测到且用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.31 DE 102010040039.41.一种用于就地校准温度计的设备， 其中所述设备具有用于确定温度(T)的温度传感器(S)， 其特征在于， 设置有用于校准所述温度传感器(S)的基准元件(K)， 其中所述基准元件(K)至少部分地包括铁电材料(D ),所述铁电材料(D )在关于校准所述温度传感器(S)的温度范围中在至少一个预定温度(Tph)下经历相变。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料(D )为固体。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料(D)具有晶体结构；并且 所述铁电材料(D )的晶体结构在所述相变中改变。4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料(D)的体积在所述相变中改变。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料(D)具有在所述相变中改变的电气特性或介电特性。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料(D)的相变，尤其是所述电气特性或介电特性的改变，在至少一个预定温度值(Tph)下突然发生。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于， 所述基准元件(K)包括具有电介质的电容器元件，其中所述铁电材料(D)至少部分地包括所述电容器元件的电介质。8.根据前述权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料(D)用作用于温度传感器(S)的基板。9.根据前述权利要求所述的设备，其特征在于， 所述载体基板的铁电材料从铁电状态到顺电状态或者从顺电状态到铁电状态和/或在不同晶体结构之间的相变，在至少一个预定温度下发生。10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料(D)用作用于在薄膜技术或厚膜技术中制造的电阻元件的基板。11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于， 所述预定温度为相变温度；并且 所述铁电材料掺杂有杂质原子，尤其是以便影响所述相变温度和/或晶畴的形成。12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料掺杂有二价碱土离子和/或过渡金属离子，尤其是用于均匀晶畴的形成。13.根据前述权利要求所述的设备，其特征在于， 在所述铁电材料中掺杂的二价碱土离子和/或过渡金属离子少于所述铁电材料的1%。14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于， 所述铁电材料掺杂有锶、铅和/或钛酸盐，尤其是以便影响所述相变温...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·泽费尔德，莱因哈德·布彻勒，德克·鲍恩，马克·沙勒思，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔韦泽两合公司，
类型：
国别省市：