eines Thermometers

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums umfassend zumindest einen Temperatursensor und zwei Referenzelemente zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur in situ Kalibrierung einer entsprechenden Vorrichtung. Die Kalibrierung von Thermometern wird heutzutage üblicherweise in Kalibrierbädern, Öfen oder Fixpunkteinrichtungen durchgeführt. Eine entsprechende Fixpunktzelle ist beispielsweise in der Patentschrift DE102004027072B3 beschrieben. Allerdings muss bei diesen Methoden üblicherweise das Thermometer aus der jeweiligen Messstelle ausgebaut werden. Um ein Thermometer dagegen im eingebauten Zustand kalibrieren zu können, ist aus der DE19941731A1 eine miniaturisierte und in ein Thermometer integrierte, mit einer Fixpunktsubstanz, z. B. einem Metall oder einer eutektischen Legierung, gefüllten Fixpunktzelle bekannt geworden. In diesem Falle ist jedoch eine zusätzliche Zelle zum Kapseln der Fixpunktsubstanz erforderlich, was die Dynamik des Sensors, insbesondere die Ansprechzeit auf eine Temperaturänderung, verschlechtert. Außerdem kann es gegebenenfalls passieren, dass die Fixpunktsubstanz aus der Zelle austritt, was zu einer Beschädigung oder sogar zu einer Zerstörung des Thermometers führen kann.

Es wäre somit wünschenswert, eine Kalibrierung und/oder Validierung eines

Thermometers im eingebauten Zustand, also in situ, durchführen zu können, bei welcher die genannten Nachteile nicht auftreten.

Im Prinzip lassen sich zur Bestimmung einer Temperatur verschiedenste physikalische und/oder chemische spezifische temperaturabhängige Materialeigenschaften ausnutzen. Dabei kann es sich entweder um eine an einem bestimmten charakteristischen

Temperaturpunkt auftretende, insbesondere abrupte, Änderung der jeweiligen

Eigenschaften oder auch um eine kontinuierliche Änderung dieser Eigenschaft in Form einer charakteristischen Kennlinie handeln. Beispielsweise stellt die Curie-Temperatur eines ferromagnetischen Materials einen charakteristischen Temperaturpunkt für dieses Material dar. In dieser Hinsicht ist aus der DE 4032092C2 ein Verfahren zur Ermittlung der Curie-Temperatur bekannt geworden, bei welchem mittels eines Differential- Scanning-Thermoanalysators eine abrupte Änderung der aufgenommenen Wärmemenge im Bereich der Curie-Temperatur festgestellt wird. In der DE19702140A1 wiederum werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der Temperatur eines rotierenden Trägerteils beschrieben mit einem Temperaturfühler, welcher einen ferro- oder paramagnetischen Werkstoff aufweist, der im jeweils interessanten

Temperaturbereich eine temperaturabhängige Änderung seiner Polarisation zeigt. Es wird also eine Kennlinie der temperaturabhängigen Polarisation zur Bestimmung der

Temperatur herangezogen.

Ein weiteres Beispiel, welches aus der DE19805184A1 bekannt geworden ist, beschreibt die Ermittlung der Temperatur eines piezoelektrischen Elements anhand seiner Kapazität. Ähnlich bezieht sich die Patentschrift DE69130843T2 auf ein Verfahren und eine

Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur eines piezoelektrischen Kristalloszillators.

Das Heranziehen bestimmter charakteristischer Temperaturpunkte oder Kennlinien eignet sich grundsätzlich auch zur Kalibrierung und/oder Validierung von Thermometern.

So ist in der EP1247268B2 beispielsweise ein Verfahren zur in situ Kalibrierung mehrerer integrierter Temperatursensoren anhand von Kennlinien eines oder mehrerer

Referenzelemente in Form von sekundären Temperatursensoren beschrieben, welche Referenzelemente in einen Thermometereinsatz zusätzlich zu einem primären

Temperatursensor eingebaut sind. Damit eine Kalibrierung erfolgen kann, unterscheiden sich die jeweils verwendeten Referenzelemente in Bezug auf den Aufbau und/oder das jeweils verwendete Material vom primären Temperatursensor, was in unterschiedlichen Kennlinienverläufen resultiert. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass üblicherweise auch die Kennlinien der Referenzelemente Alterungseffekten und/oder Sensordrift unterliegen.

Zur Vermeidung derartiger Nachteile sind aus der DE102010040039A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur in situ Kalibrierung eines Thermometers mit einem

Temperatursensor und einem Referenzelement zur Kalibrierung des Temperatursensors bekannt geworden, bei welcher das Referenzelement wenigstens teilweise aus einem ferroelektrischen Material besteht, welches im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich eine Phasenumwandlung bei zumindest einer

vorgegebenen Temperatur erfährt. Die Kalibrierung wird also anhand des

charakteristischen Temperaturpunkts eines Phasenübergangs eines ferroelektrischen Materials, also anhand einer materialspezifischen Eigenschaft vorgenommen. Je nach Anzahl der verbauten Referenzelemente kann auf diese Weise sowohl eine sogenannte 1 -Punkt- als auch eine Mehrpunkt- Kalibrierung und/oder Validierung vorgenommen werden. Da die Kennlinien des jeweils verwendeten Temperatursensors in der Regel nicht, oder zumindest nicht über den gesamten damit erfassbaren Temperaturbereich, gleichmäßig und/oder linear verlaufen, kann mittels einer Mehrpunkt- Kalibrierung und/oder Validierung normalerweise ein sehr viel genauerer Abgleich der Kennlinien des Temperatursensors mit den jeweiligen Referenztemperaturen erfolgen. Auf der anderen Seite besticht eine Vorrichtung mit einem einzigen Referenzelement durch einen vergleichsweise einfacheren konstruktiven Aufbau, da beispielsweise lediglich ein Referenzelement geeignet angeordnet und kontaktiert werden muss.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und Verfahren bereitzustellen, mittels welcher/welchem auf einfache Weise eine Kalibrierung und/oder Validierung eines Temperatursensors über seinen gesamten Temperaturbereich möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder

Überwachung der Temperatur eines Mediums umfassend zumindest einen

Temperatursensor und zumindest zwei Referenzelemente zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors, wobei das erste Referenzelement zumindest teilweise aus einem ersten Material besteht, für welches erste Material im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei zumindest einer ersten vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt, wobei das zweite Referenzelement zumindest teilweise aus einem zweiten Material besteht, für welches zweite Material im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Bereich zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei zumindest einer zweiten vorgegebenen

Phasenübergangstemperatur auftritt, und wobei die zumindest zwei Referenzelemente über genau zwei Anschlussdrähte kontaktiert sind.

Die Erfindung betrifft also eine in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines

Thermometers. Ein Temperatursensor (Primärsensor) wird mit Hilfe von beispielsweise ebenfalls im Thermometereinsatz befindlichen Sekundärsensoren (Referenzelement) kalibriert und/oder validiert, ähnlich wie im Falle der DE102010040039A1 , deren

Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung vollumfänglich zuzuordnen ist.

Ein Phasenübergang zweiter Ordnung nach der Ehrenfestklassifikation beinhaltet eine Unstetigkeit in der zweiten Ableitung einer thermodynamischen Größe wie beispielsweise dem Druck, dem Volumen, der Enthalpie, oder der Entropie als Funktion beispielsweise der Temperatur. Phasenübergänge zweiter Ordnung betreffen unter anderem den Übergang von der ferromag netischen in die paramagnetische Phase oder umgekehrt, von der ferroelektrischen in die paraelektrische Phase oder auch der von einem Normalmetall zu einem Supraleiter oder umgekehrt. Üblicherweise gehen Phasenübergänge mit der Änderung einer bestimmten spezifischen Materialeigenschaft einher, beispielsweise mit einem Wechsel der Kristallstruktur, oder einem Wechsel in den magnetischen, elektrischen oder dielektrischen Eigenschaften. Diese materialspezifischen Änderungen sind für das jeweilige Referenzelement bekannt und können für eine Kalibrierung und/oder Validierung herangezogen werden. Dabei können die zumindest zwei Referenzelemente einen oder mehrere Phasenübergänge, insbesondere

Phasenübergänge in der festen Phase des jeweils verwendeten Materials, aufweisen. Jeder Phasenübergang findet bei einem bestimmten charakteristischen fixen und langzeitstabilen Temperaturwert statt, so dass für das Referenzelement im Prinzip keine Drift und/oder keine Alterungseffekte berücksichtigt werden müssen.

Die Verwendung von zumindest zwei Referenzelementen ermöglicht eine Mehrpunkt- Kalibrierung, welche auf den genauen Verlauf der Kennlinie des Temperatursensors abgestimmt ist. Vorteilhaft können die Materialien für die zumindest zwei

Referenzelemente derart gewählt werden, dass die jeweiligen

Phasenübergangstemperaturen sich voneinander unterscheiden, insbesondere in Abschnitten unterschiedlicher Steigung der Kennlinie des jeweiligen Temperatursensors liegen. Je nach Einsatzbereich und Kennlinienverlauf des jeweils verwendeten

Temperatursensors können dann beliebig viele Referenzelemente eingesetzt werden, derart, dass eine genaue Kalibrierung und/oder Validierung über den gesamten

Temperaturbereich des Temperatursensors ermöglicht wird, bzw. derart dass die jeweiligen Phasenübergangstemperaturen auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sind.

Erfindungsgemäß werden die zumindest zwei Referenzelemente über genau zwei Anschlussdrähte kontaktiert. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau der jeweiligen Vorrichtung, und damit einhergehend eine im Vergleich zu komplizierteren Aufbauten deutlich geringere Fehleranfälligkeit. Dies betrifft nicht nur den Aufbau, sondern auch die Durchführung der jeweiligen Kalibrierung und/oder Validierung, wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren noch erläutert werden wird.

Es ist von Vorteil wenn es sich zumindest bei einem der zumindest zwei, insbesondere in Form eines Festkörpers vorliegenden, Materialien um ein ferroelektrisches Material oder um ein ferromagnetisches Material handelt.

Ein ferroelektrisches Material, auch Ferroelektrikum genannt, ist ein Material, welches unterhalb einer sogenannten materialspezifischen ferroelektrischen Curie-Temperatur auch ohne dass ein elektrisches Feld angelegt ist, eine elektrische Polarisation aufweisen kann. Dieses Phänomen ist entsprechend nur im Falle von Kristallstrukturen zu beobachten, bei welchen die Ausbildung einer polaren Achse möglich ist. Bei

Überschreiten der ferroelektrischen Curie-Temperatur findet ein Phasenübergang vom ferroelektrischen in den paraelektrischen Zustand, oder umgekehrt, statt, welcher mit dem Verschwinden oder der Ausbildung einer Polarisierung des jeweiligen Materials einhergeht. Bei einem solchen Phasenübergang kann dann beispielsweise ein markanter Verlauf der Dielektrizitätskonstanten als Funktion der Temperatur beobachtet werden, welcher für die Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors herangezogen werden kann. Ähnlich verhält es sich bei Verwendung eines ferromagnetischen Materials. Bei der sogenannten Curie-Temperatur findet ein Phasenübergang vom

ferromagnetischen in den paramagnetischen Zustand, oder umgekehrt statt, wobei eine Magnetisierung des jeweiligen Materials jeweils oberhalb der Curie-Temperatur verschwindet.

Erfindungsgemäß wird also eine Kalibrierung und/oder Validierung eines

Temperatursensors mittels zumindest zweier in ein Thermometer integrierter

Referenzelemente vorgeschlagen, welche jeweils zumindest eine charakteristische

Temperatur, also eine materialspezifische Fixpunkttemperatur (z.B. die Curie-Temperatur oder ferroelektrische Curie-Temperatur) aufweisen. Anhand dieser Temperaturen kann der eigentliche Temperatursensor regelmäßig rekalibriert - sprich die Abweichung seiner Anzeige von der materialspezifischen Fixpunkttemperatur - ermittelt werden. Vorteilhaft handelt es sich dabei um eine Mehrpunkt-Kalibrierung, bei welcher die jeweiligen

Phasenübergangstemperaturen auf den Kennlinienverlauf des Temperatursensors in Bezug auf die gewünschte Anwendung optimal abgestimmt werden.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also nicht eine oft nur eingeschränkt bekannte temperaturspezifische Kennlinienänderung eines Referenzelements, sondern vielmehr eine Abweichung von mehreren materialspezifischen charakteristischen

Temperaturpunkten bestimmt und ausgewertet. Auftretende Kennlinienänderungen des Temperatursensors lassen sich auf diese Weise genau, vollständig und reproduzierbarer über eine solche Mehrpunkt-Kalibrierung auch über längere Zeit detektieren und dokumentieren. Darauf aufbauend kann eine automatische Selbstvalidierung und Driftvorhersage des Temperatursensorelements erfolgen. Sowohl die konkrete

Mehrpunkt-Kalibrierung an den Fixpunkttemperaturen als auch eine gegebenenfalls davon abgeleitete Validierung und/oder Alterungsüberwachung des Thermometers bzw. des Temperatursensors können zu diesem Zweck in einer Auswerteelektronik, wie beispielsweise einem Temperaturtransmitter, implementiert werden.

Wenn das jeweilige Material zudem in Form eines Festkörpers vorliegt, ist eine besonders einfache Integration des jeweiligen Referenzelements in das Thermometer möglich, da keine separat gekapselte Zelle oder ähnliches notwendig ist. Ferner wird das

Ansprechverhalten des Temperatursensors auf Temperaturänderungen nicht beeinträchtigt.

Es kann von Vorteil sein, wenn zumindest eines der zumindest zwei Materialien mit Fremdatomen dotiert ist, insbesondere um die Phasenübergangstemperatur und/oder die Bildung von Domänen zu beeinflussen. Weiterhin kann zumindest eines der zwei Materialien bei einer charakteristischen Temperatur, welche nicht einer Phasenübergangstemperatur entspricht, eine Änderung zumindest einer materialspezifischen Eigenschaft aufweisen. Beispielsweise kann es im Falle eines ferroelektrischen Materials auch unabhängig von der ferroelektrischen Curie- Temperatur zu einem Wechsel der Kristallstruktur und damit einhergehend in den elektrischen bzw. dielektrischen oder volumetrischen Eigenschaften kommen. Bei Bariumtitanat ist dies beispielsweise auch bei Temperaturen von ca. -90° C und ca. 5° C der Fall. In einer Ausgestaltung führt zumindest ein Phasenübergang in zumindest einem der zumindest zwei Materialien zu einer Änderung der Kristallstruktur, und/oder zu einer Volumenänderung und/oder zu einer Änderung, insbesondere einer sprunghaften Änderung, der dielektrischen oder elektrischen Eigenschaften des jeweiligen Materials. Diese Eigenschaft wird dann zur Kalibrierung und/oder Validierung herangezogen.

Es ist von Vorteil, wenn zumindest ein Phasenübergang in zumindest einem der zumindest zwei Materialien mit einem Übergang von einem paramagnetischen zu einem ferromagnetischen, von einem ferromagnetischen in einen paramagnetischen, von einem ferroelektrischen zu einem paraelektrischen und/oder von einem paraelektrischen zu einem ferroelektrischen Zustand einhergeht.

Bevorzugt erfolgt der Phasenübergang, insbesondere die damit einhergehende Änderung der zumindest einen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft, gekennzeichnet durch eine diese Eigenschaft charakterisierende physikalische oder chemische Größe, des jeweiligen Materials sprungartig bei der jeweiligen Phasenübergangstemperatur. Dies äußert sich beispielsweise in einem stufenartigen Verlauf dieser Größe als Funktion der Temperatur im Bereich der Phasenübergangstemperatur. Dabei gilt es zu beachten, dass gegebenenfalls eine Hysterese der jeweiligen Größe auftritt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung sind der Temperatursensor und die zumindest zwei Referenzelemente in einem einzigen Sensorkopf angeordnet. Neben einer besonders kompakten Bauweise sind durch eine derartige Anordnung der

Temperatursensor sowie die zumindest zwei Referenzelemente im Wesentlichen derselben (Raum-) Umgebungstemperatur ausgesetzt, da der Sensorkopf Teil des Thermometers ist, der der Umgebung des Thermometers ausgesetzt ist, deren

Temperatur gemessen werden soll. Dies ist besonders hinsichtlich der bevorzugten Verwendung des Thermometers von Nutzen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung findet unter anderem Anwendung in industriellen Anlagen der Lebensmittelindustrie oder Anlagen in denen pharmazeutische Produkte hergestellt werden und/oder Sterilisationsmethoden wie Clean-In-Place, kurz CIP, oder Steam-In-Place, kurz SIP, zum Einsatz kommen. Bei den genannten Verfahren wird teilweise mit heißem Dampf oder Wasser mit einer Temperatur zwischen 120° C und 140° C sterilisiert. Dieser Prozess kann dann zum Kalibrieren des Thermometers eingesetzt werden, wenn beispielsweise zumindest ein Referenzelement aus Bariumtitanat mit einer ferroelektrischen Curie-Temperatur von 125°C eingesetzt wird.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die zumindest zwei Referenzelemente, welche insbesondere streifenförmig ausgestaltet sind, entlang einer gedachten horizontalen Achse nebeneinander in Form eines Gesamt-Referenzelements angeordnet sind, welches Gesamt-Referenzelement im Bereich zumindest einer oder im Bereich von zwei gegenüberliegenden Seitenflächen parallel zu der gedachten horizontalen Achse zumindest teilweise mit einer elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Beschichtung versehen ist/sind derart, dass die Beschichtung jedes der zumindest zwei Referenzelemente zumindest teilweise bedeckt. Bei dieser besonders kompakten Bauweise sind die zumindest zwei Referenzelemente elektrisch parallel geschaltet.

Alternativ können die zumindest zwei Referenzelemente jedoch auch in Reihe geschaltet sein.

Es ist bei dieser Ausgestaltung von Vorteil, wenn das Gesamt-Referenzelement und der Temperatursensor im Wesentlichen direkt nebeneinander oder übereinander angeordnet sind, wobei zumindest eine zumindest teilweise beschichtete erste Seitenfläche des Gesamt-Referenzelements kleiner ist als eine erste dem Gesamt-Referenzelement zugewandte und an das Gesamt-Referenzelement angrenzende Seitenfläche des Temperatursensors, wobei ein erster Anschlussdraht zur Kontaktierung des Gesamt- Referenzelements im Bereich der ersten Seitenfläche des Gesamt-Referenzelements angebracht ist, und wobei ein zweiter Anschlussdraht an der ersten Seitenfläche des Temperatursensors angebracht ist.

Alternativ ist es ebenso von Vorteil, wenn die zumindest eine zumindest teilweise beschichtete Seitenfläche des Gesamt-Referenzelements derart ausgestaltet ist, dass zumindest ein erster und ein zweiter Teilbereich beschichtet sind, welche beiden

Teilbereiche durch eine elektrisch isolierende Trennschicht voneinander isoliert sind, wobei zumindest die beiden Teilbereiche jedes der zumindest zwei Referenzelemente zumindest teilweise bedecken.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung unterscheiden sich zumindest die erste und die zweite Phasenübergangstemperatur um zumindest 1 K. Für die konkrete Ausgestaltung eines Referenzelements sind mehrere Lösungen denkbar.

Zum Beispiel kann zumindest das Gesamt-Referenzelement zumindest ein

Kondensatorelement mit zumindest zwei Dielektrika bilden, wobei jedes der zumindest zwei Dielektrika zumindest einen Phasenübergang zweiter Ordnung aufweist. Dann kann beispielsweise eine oftmals sprungartig auftretende Änderung der dielektrischen

Eigenschaften zumindest eines Referenzelements über die entsprechende Änderung seiner elektrischen Kapazität detektiert werden. Dabei kann die Messung der Kapazität nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Messprinzip vorgenommen werden.

Die geometrische Ausgestaltung des zumindest einen Kondensatorelements und/oder die Elektrodenanordnung sind relativ frei wählbar. Denkbar ist z.B. eine Ausführung als Plattenkondensator oder als Zylinder. Alternativ kann zumindest das Gesamt-Referenzelement als Trägersubstrat für den Temperatursensor, insbesondere für einen Temperatursensor in Form eines

Widerstandselments, dienen. Insbesondere können der Temperatursensor und zumindest eines der zumindest zwei Referenzelemente auf einem einzigen Trägersubstrat angeordnet sein. In diesem Fall werden beispielsweise mit einem Phasenübergang einhergehende Volumenänderungen detektiert, welche eine charakteristische Änderung des ohmschen Widerstandes der Widerstandsstruktur bewirken. Ein derartiges

Widerstandselement kann ferner mit einer Metallisierungsschicht auf der

Trägersubstratunterseite, versehen werden. In diesem Fall lassen sich gleichzeitig Messungen des ohmschen Widerstands sowie Messungen der Kapazität durchführen. Insbesondere kann der Temperatursensor so mit zumindest einem Referenzelement in einem Sensoraufbau vereint werden, derart, dass sie im Wesentlichen derselben (Umgebungs-)Temperatur ausgesetzt sind. Das Widerstandselement kann, beispielweise als PT100 ausgeführt, als Sensor zur Messung der Temperatur genutzt werden. Die Kapazitätsmessung des Kondensatorelements kann dann zur Bestimmung der

Phasenumwandlungstemperatur und/oder als Kalibrierreferenz für das

Widerstandselement dienen.

Im Falle, dass das Gesamt-Referenzelement aus zumindest zwei ferroelektrischen Materialien zusammengesetzt ist, kann es von Vorteil sein, wenn zumindest eine zur Polarisation des ersten und/oder zweiten Materials dienende Spannung anlegbar ist. Dafür weist die Vorrichtung entsprechende Mittel auf. Im Falle von ferroelektrischen Materialien, wie beispielsweise Bariumtitanat (BaTiOs), Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Strontium-Bismut-Tantalat (SrTi0 ₃ ) oder auch Mischungen aus den letzten beiden treten im Falle von thermisch induzierten Phasenübergängen Längenänderungen der

Gitterkonstanten auf, die wiederum gerichtete Änderungen des Volumens des Trägersubstrats bewirken und Dehnungs- und Staucheffekte der aufgetragenen

Dünnfilme bedingen. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung kann die temperaturabhängige und unter Umständen hysteretische Volumenänderung oder ein piezoelektrischer Effekt hervorgerufen werden. Außerdem kann zur Beeinflussung des Phasenübergangs bei einer Temperatur nahe der Phasenübergangstemperatur eine elektrische Spannung zum Hervorrufen von Längenänderungen in der Größenordnung von bis zu 1 %, bevorzugt bis zu 0, 1 %, der Länge des Trägersubstart angelegt werden. Mit einer derartigen angelegten Spannung lässt sich die Lage der

Phasenübergangstemperatur beeinflussen.

Hinsichtlich des Verfahrens wir die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur in situ Kalibrierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend zumindest folgende Verfahrensschritte:

Ermitteln zumindest eines Phasenübergangs-Zeitpunkts, zu welchem zumindest eine Phasenübergangstemperatur erreicht wird, zumindest eines der Referenzelemente,

Ermitteln eines mittels des Temperatursensors gemessenen Temperatur- Messwerts, welcher zu einem Mess-Zeitpunkt gemessen wurde, der den kürzesten zeitlichen Abstand zum Phasenübergangs-Zeitpunkt aufweist, - Kalibrierung des Temperatursensors anhand eines Vergleichs der zumindest einen Phasenübergangstemperatur mit dem Temperatur-Messwert.

Der Phasenübergangs-Zeitpunkt wird insbesondere anhand der mit dem jeweiligen Phasenübergang einhergehenden, insbesondere sprunghaften, Änderung, der zumindest einen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft, welche eine diese Eigenschaft charakterisierende physikalische oder chemische Größe gekennzeichnet ist, erkannt. Die jeweilige charakteristische physikalische oder chemische Größe wird beispielsweise als Funktion der Zeit aufgezeichnet, wobei sich aus dem Kurvenverlauf der exakte Zeitpunkt des Phasenübergangs bestimmen lässt.

Parallel hierzu werden die mittels des Temperatursensors gemessenen Temperatur- Messwerte ebenfalls als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Dann lässt sich direkt in einer Vor-Ort-Auswerteelektronik des Thermometers, aber auch zu einem späteren Zeitpunkt, oder auch in einer entfernten Auswerteeinheit, derjenige Temperatur-Messwert ermitteln, welcher bestmöglich dem Moment des jeweiligen Phasenübergangs und somit einer der bekannten Fixpunkttemperaturen zuordnen lässt. Dabei handelt es sich um den zu jenem Zeitpunkt gemessenen Temperatur-Messwert, welcher den kürzesten zeitlichen Abstand zum Phasenübergangs-Zeitpunkt aufweist. Dadurch, dass die zumindest zwei

Referenzelemente mittels genau zwei Anschlussdrähten kontaktiert sind, ist auch die Kontaktierung der Referenzelemente zur jeweiligen Auswerteelektronik besonders einfach realisierbar. Da jedes der zumindest zwei Referenzelemente über dieselben Anschlussdrähte kontaktiert ist, bedarf es insbesondere innerhalb der Auswerteelektronik keinerlei Mittel zur Unterscheidung zwischen den verschiedenen Referenzelementen. Durch Bestimmung der Differenz zwischen diesem Temperatur-Messwert und der jeweiligen Phasenübergangstemperatur erfolgt schließlich die Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors bzw. des Thermometers. Eine Korrektur der Kennlinie des Temperatursensors, eine Angabe der Unsicherheit der Messung oder eine Angabe einer Kennliniendrift über einen definierten Zeitraum bzw. ihrer Historie sind ebenfalls möglich. Somit ist ebenfalls eine Zustandsüberwachung des Temperatursensors bzw. des Thermometers möglich.

Es ist dabei von Vorteil, wenn der zumindest eine Phasenübergangs-Zeitpunkt anhand einer Änderung der Kristallstruktur, und/oder einer Volumenänderung und/oder einer Änderung, insbesondere einer sprunghaften Änderung, der dielektrischen oder elektrischen Eigenschaften zumindest eines der Materialien zumindest eines der Referenzelemente erkannt wird.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn die mittels des Temperatursensors ermittelten

Temperatur-Messwerte und/oder die Änderung der Kristallstruktur, und/oder die

Volumenänderung und/oder die Änderung, insbesondere sprunghafte Änderung, der dielektrischen oder elektrischen Eigenschaften des jeweiligen Materials als Funktion der Zeit aufgezeichnet werden. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass anhand eines Vergleichs der zumindest einen Phasenübergangstemperatur mit dem im Wesentlichen zeitgleich gemessenen Temperatur-Messwert erkannt wird, welches der zumindest zwei Referenzelemente einen Phasenübergang durchläuft. In diesem Fall unterscheiden sich Phasenübergangstemperaturen der zumindest zwei Referenzelemente bevorzugt um zumindest 1 K. Durch einen Vergleich der jeweiligen Temperatur-Messwerte mit den jeweiligen bekannten Phasenübergangstemperaturen kann also nachträglich bestimmt werden, welchem der zumindest zwei Referenzelemente der jeweils aufgetretene Phasenübergang zuzuordnen ist. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden der Temperatursensor und die zumindest zwei Referenzelemente im Wesentlichen derselben Umgebungstemperatur ausgesetzt. In diesem Falle ist eine sehr gute thermische Kopplung der zumindest zwei Referenzelemente erforderlich. Es versteht sich jedoch von selbst, dass im Falle schneller Temperaturänderungen verschiedene Referenzelemente zumindest vorübergehend auch unterschiedliche Temperaturen aufweisen können. In diesem Falle kann eine Auswerteelektronik beispielsweise die Temperaturgradienten als Funktion der zeit erfassen. Erreicht der Einfluss der unterschiedlichen Ansprechzeiten auf die schnelle Temperaturänderung dann die angestrebte Genauigkeit der Kalibrierung und/oder Validierung, so kann die Kalibrierung verworfen werden. Ferner können aus den aufgezeichneten Temperaturwerten als Funktion der Zeit die am besten mit der jeweiligen Phasenübergangstemperatur übereinstimmenden Werte extrahiert werden. Weichen wiederum diese zu stark von der Phasenübergangstemperatur ab, so kann auf eine mangelhafte thermische Kopplung der jeweiligen Referenzelemente geschlossen werden. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Vorrichtung geheizt oder gekühlt, um zumindest einen Phasenübergang in zumindest einem Material bei der jeweiligen Phasenübergangstemperatur zu induzieren. Das Heizen oder Kühlen des Thermometers, insbesondere des Teilbereichs des Thermometers, in dem sich der Temperatursensor und zumindest eines der zumindest zwei Referenzelemente befinden, kann dabei entweder durch ein dafür vorgesehenes Heizelement oder durch den Prozess selbst erreicht werden. Dafür kann bspw. ein CIP- oder SIP-Prozess in einer Anlage ausgenutzt werden.

Die in Zusammenhang mit der Vorrichtung erläuterten Ausgestaltungen lassen sich mutatis mutandis auch auf das vorgeschlagene Verfahren anwenden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Thermometers mit zwei separat kontaktierten Referenzelementen,

Fig. 2:drei mögliche Ausgestaltungen für ein aus fünf Referenzelementen aufgebautes Gesamt-Referenzelement, Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Thermometers mit einem Temperatursensor und einem mittels zwei Anschlussdrähten kontaktierten Gesamt-Referenzelements, und

Fig. 4 schematisch den Verlauf einer für einen Phasenübergang charakeristischen Größe eines Referenzelements sowie mittels eines Temperatursensors gemessene Temperatur- Messwerte je als Funktion der Zeit.

In Fig.1 ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 , bzw. eines

Thermometereinsatzes gezeigt, in welchem ein Temperatursensor 2 sowie zwei

Referenzelemente 3a und 3b angeordnet sind. Bei dem Temperatursensor 2 kann es sich beispielsweise um ein Widerstandselement handeln, während die zwei Referenzelemente 3a, 3b beispielsweise jeweils durch ein Kondensatorelement gegeben sein können. In diesem Beispiel ist der Temperatursensor 2 mittels zweier

Anschlussdrähte 4 kontaktiert, beispielsweise zur Beaufschlagung des

Temperatursensors mit einem elektrischen Strom und zum Abgreifen einer

Messspannung. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch die sogenannte Vier- Leiter-Technik angewendet werden kann. Im hier gezeigten Beispiel ist ferner das erste Referenzelement 3a über zwei Anschlussdrähte 4a und das zweite Referenzelement 3b über die Anschlussdrähte 4b kontaktiert. Der Temperatursensor 2 sowie die beiden Referenzelemente 3,3a sind gemeinsam in einem, beispielsweise einen Teil eines Schutzrohres bildenden, Sensorkopf 1 a angeordnet und mittels eines elektrisch isolierenden Materials 5 in dessen Spitze fixiert. Somit sind der Temperatursensor 2 sowie die beiden Referenzelemente 3a, 3b weitgehend der gleichen Umgebungstemperatur ausgesetzt. Auf diese Weise können dynamische und/oder statische Messfehler minimiert werden.

In Fig. 1 nicht gezeigt ist ein ebenfalls integrierbarer Temperaturtransmitter, welcher beispielsweise am Sensorkopf 1 a angebracht sein kann, und welcher zum Erzeugen von Temperatur-Messwerten des Temperatursensors 2 und/oder Referenzsignalen der Referenzelemente 3a, 3b, welches Referenzsignal im Falle eines als

Kondensatorelements ausgestalteten Referenzelements beispielsweise die Kapazität sein kann, dienen kann. Ein solcher Temperaturtransmitter kann beispielsweise auch eine Auswerteelektronik 6 enthalten. Es kann sowohl eine separate Auswerteelektronik 6 für den Temperatursensor 2 sowie für jedes Referenzelement 3a, 3b implementiert werden, oder auch eine einzige gemeinsame Auswerteelektronik 6 verwendet werden. Der

Sensorkopf 1 a, bzw. das Schutzrohr kann ferner über einen Prozessanschluss verfügen, über den es bspw. an einen Behälter wie ein Rohr oder einen Tank angeschlossen werden kann. In Fig. 2a ist schematisch ein Gesamt-Referenzelement 7 gezeigt, welches aus fünf entlang der horizontalen Achse L nebeneinander angeordneter streifenförmiger

Referenzelemente 3a, 3b,3c,3d, 3e besteht, welche jeweils über zwei Anschlussdrähte 4a,4b,4c,4d,4e kontaktiert sind. Aus dieser schematischen Darstellung wird der hohe konstruktive Aufwand einer solchen Vorrichtung direkt deutlich.

Um ein derartiges Gesamtreferenz-Element 7 mittels genau zwei Anschlussdrähten 4c und 4d zu kontaktieren, kann das Gesamt-Referenzelement 7 von zumindest einer Seitenfläche Α,Α' parallel zur horizontalen Achse L zumindest teilweise mit einer elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Beschichtung 8,8' versehen ist. Eine solche Variante für ein Gesamt-Referenzelement 7 ist in Fig. 2b gezeigt, wobei das Gesamt-Referenzelement hier jeweils auf den zwei sich gegenüberliegenden

Seitenflächen A und A' mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung 8,8' versehen ist. An jede dieser Beschichtungen 8,8' ist dann ein Anschlussdraht 4c, 4d zur Kontaktierung des Gesamt-Referenzelements 7 angebracht. Es versteht sich von selbst, dass eine entsprechende Seitenfläche Α,Α' auch nur teilweise beschichtet sein kann. Jedoch sollte die Beschichtung 9,9' jedes der Referenzelemente 3a,3b,3c,3d,3e zumindest teilweise bedecken.

Eine weitere Möglichkeit, ein Gesamt-Referenzelement 7 derart auszugestalten, dass es mittels genau zwei Anschlussdrähten 4c,4d kontaktiert werden kann, ist schließlich in Fig. 2c dargestellt. In diesem Falle sind ein erster Teilbereich 9 und ein zweiter Teilbereich 9' der Seitenfläche A jeweils mit einer elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen Beschichtung beschichtet. Diese beiden Teilbereiche 9,9' sind durch eine zwischen Ihnen verlaufende Trennschicht 10 isoliert. In diesem Falle können beide Anschlussdrähte 4c,4d von der Seitenfläche A aus kontaktiert werden. Unabhängig von der genauen geometrischen Aufteilung der Seitenfläche A in zwei beschichtete Teilbereiche 9,9' und eine Trennschicht 10 sollte gewährleistet sein, dass jeder Teilbereich 9,9' sowie die Trennschicht jedes der Referenzelemente 3a,3b,3c,3d,3e zumindest teilweise bedeckt. Anstelle einer Trennschicht 10 kann ein der Trennschicht entsprechender Teilbereich der Seitenfläche A auch unbeschichtet bleiben.

In Fig. 3 ist schließlich ein Thermometer 1 , bzw. ein Thermometereinsatz mit einem Gesamt-Referenzelement 7 mit zumindest einer beschichteten Seitenfläche A und einem Temperatursensor 2 in Form eines Widerstandselements gezeigt. Das Gesamt- Referenzelement 7 und der Temperatursensor 2 weisen unterschiedliche Geometrien auf und sind direkt übereinander angeordnet. Die, wie beim Beispiel der Fig. 2b beschichtete erste Seitenfläche A des Gesamt-Referenzelements 7 ist kleiner als eine erste dem Gesamt-Referenzelement zugewandte und an das Gesamt-Referenzelement angrenzende Seitenfläche B des Temperatursensors 2.

Das Gesamt-Referenzelement ist im Bereich der Seitenfläche A beschichtet und mittels eines ersten Anschlussdrahts 4c elektrisch kontaktiert. Über eine Metallisierung 1 1 sind das Gesamt-Referenzelement 7 und der Temperatursensor 2 darüber hinaus miteinander verbunden und thermisch gekoppelt, derart dass sich die Seitenfläche A' des Gesamt- Referenzelements 7 und die Seitenfläche B des Temperatursensors direkt

gegenüberliegen. Die Metallisierung kann insbesondere über einen Löt- oder

Sinterprozess hergestellt werden. Weiterhin kann die Seitenfläche A' in diesem

Ausführungsbeispiel optional ebenfalls beschichtet sein. Der zweite Anschlussdraht 4d zur Kontaktierung des Gesamt-Referenzelements ist in diesem Beispiel schließlich im Bereich der Metallisierung 1 1 an der ersten Seitenfläche B des Temperatursensors 2 angebracht. Der Temperatursensor 2 selbst ist dagegen über die an der Seitenfläche B' des Temperatursensors 2 angebrachten Anschlussdrähte 4 kontaktiert, welche in diesem Beispiel auf den Temperatursensor 2 aufgelötet sind. Zur Illustrierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 4 schematisch der Verlauf einer für einen Phasenübergang charakteristischen Größe G in einer willkürlichen Einheit zumindest eines Referenzelements 3 sowie die mittels des Temperatursensors 2 gemessenen Temperatur-Messwerte T in Kelvin je als Funktion der Zeit G(t), T(t) gezeigt. Der Phasenübergang wird beispielsweise anhand einer Änderung der Kristallstruktur, und/oder einer Volumenänderung und/oder einer Änderung, insbesondere einer sprunghaften Änderung, der dielektrischen oder elektrischen Eigenschaften zumindest eines der Materialien zumindest eines der Referenzelemente erkannt. Bei der charakteristischen Größe kann es sich dann wiederum beispielsweise im Falle eines als Kondensatorelement ausgestalteten Referenzelements um die Dielektrizitätszahl ε handeln.

Die jeweils betrachtete Größe G des jeweils betrachteten Referenzelements 3 durchläuft zum Phasenübergangs-Zeitpunkt t _ph einen Phasenübergang bei einer

Phasenübergangstemperatur T _pfl , welcher mit einer sprunghaften Änderung dieser Größe G zu diesem Zeitpunkt G(t _ph ) einhergeht. Zur Kalibrierung und/oder Validierung des

Temperatursensors 2 gilt es dann, denjenigen Temperaturmesswert T(t _ca i), welcher zu einem Mess-Zeitpunkt t _ca! gemessenen wurde, der den kürzesten zeitlichen Abstand At zum Phasenübergangs-Zeitpunkt t _P h aufweist, zu ermitteln. Aus einem Vergleich, insbesondere durch die Bildung der Differenz, der Phasenübergangstemperatur T _ph mit dem Temperatur-Messwert T(t _ca! ) kann dann die Kalibrierung und/oder Validierung vorgenommen werden.

Bezugszeichenliste

1 Thermometereinsatz

1 a Sensorkopf

2 Temperatursensor

3,3a,3b,3c,3d,3e Referenzelemente

4,4a,4b,4c,4d,4e Anshclussdrähte

5 Isolierendes Material

6 Auswerteelektronik

7 Gesamt-Referenzelement

8,8' Elektrisch leitfähige Beschichtung

9,9' erster und zweiter beschichteter Teilbereich

10 Trennschicht

1 1 Metallisierung

L Horizontale Achse

Α,Α' Seitenfläche des Gesamt-Referenzelements parallel zu L

Β,Β' Seitenfläche des Temperatursensors parallel zu L und/oder A

Sich mit einem Phasenübergang ändernde charakteristische Größe

G Temperatur

T

ph Phasenübergangstemperatur

tph Phasenübergangs-Zeitpunkt t _ph

G( Wert der charakteristischen Größe zum Zeitpunkt

tcai Mess-Zeitpunkt, welcher am nächsten zu t _ph liegt

T(t _cal ) Temperatur-Messwert zum Zeitpunkt t _ca i

Δί Zeitlicher Abstand zwischen t _Ph und tcai