Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers mit zumindest einem Temperatursensor und zumindest einem Referenzelement, welches Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material innerhalb des für den Betrieb des Thermometers relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt bei welchem Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt.

Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen verfügbar. So gibt es

Thermometer, welche zur Messung der Temperatur die Ausdehnung einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Festkörpers mit bekanntem Ausdehnungskoeffizienten heranziehen, oder auch solche, welche die elektrische Leitfähigkeit eines Materials mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise bei Verwendung von Widerstandselementen oder Thermoelementen. Dagegen wird bei

Strahlungsthermometern, insb. Pyrometern, zur Bestimmung der Temperatur einer Substanz deren Wärmestrahlung ausgenutzt. Die jeweils zugrundeliegenden

Messprinzipien sind jeweils in einer Vielzahl von Veröffentlichungen beschrieben worden und werden entsprechend hier nicht im Einzelnen detailliert wiedergegeben.

Die Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers wird üblicherweise in Kalibrierbädern, Öfen oder Fixpunkteinrichtungen durchgeführt. Sie erfolgt dann häufig anhand einer Vergleichsmessung in einem Vergleichsmedium mit einer bekannten Vergleichstemperatur, d.h. bei einem festen charakteristischen Temperaturpunkt, wie beispielsweise dem Tripel- und/oder Schmelzpunkt eines Materials. Alternativ kann eine Kalibrierung und/oder Validierung auch mittels eines Referenzthermometers, beispielsweise umfassend ein Platin-Element, durchgeführt werden, vorzugsweise anhand des internationalen Standards ITS-90.

Als typisches Vergleichsmedium wird häufig deionisiertes Eiswasser in einem Dewar- Gefäß eingesetzt. Dieser charakteristische Temperaturpunkt wird unter anderem häufig genutzt, um den sogenannten Ro-Wert (R bei T=0°C) eines

Widerstandstemperatursensors (RTD- Element für Resistance Temperature Detector) in Form eines Platinelements nach dem internationalen Standard IEC60751 zu bestimmen, wie beispielsweise für ein sogenanntes Pt100 Element.

Üblicherweise muss ein Thermometer zur Durchführung einer Vergleichsmessung aus dem jeweiligen Prozess entfernt werden. Es sind jedoch auch Vorrichtungen bekannt geworden, die eine in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers ermöglichen, wie beispielsweise die in der DE 19941731 A1 beschriebene, miniaturisierte und in ein Thermometer integrierte Fixpunktzelle.

Eine weitere Möglichkeit zur Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers besteht darin, bestimmte charakteristischer Temperaturpunkte oder Kennlinien des jeweiligen Thermometers heranzuziehen. 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. Eine ähnliche, insbesondere für Mehrpunkt-Kalibrierungen geeignete

Vorrichtung, ist ferner aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 1020151 12425.4 bekannt geworden. Das dort beschriebene

Thermometer umfasst zumindest einen Temperatursensor und zumindest zwei über genau zwei Anschlussdrähte kontaktierte Referenzelemente, welche zumindest teilweise aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, für welche Materialien jeweils im zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei jeweils einer vorgegebenen

Phasenübergangstemperatur auftritt. Auf die DE102010040039A1 sowie auf die

Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 1020151 12425.4 wird im Folgenden

vollumfänglich Bezug genommen. Üblicherweise wird eine Vergleichsmessung zur Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers stets gesondert vom jeweiligen Prozess durchgeführt. Die jeweils zur Kalibrierung aufgenommenen Messwerte können gegebenenfalls in einem

Kalibrierprotokoll festgehalten werden. Eine gesonderte Vergleichsmessung erfordert nachteilig jedoch stets mehrere Arbeitsschritte. Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein besonders einfaches Verfahren zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß Anspruch 10.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers mit zumindest einem Temperatursensor und zumindest einem Referenzelement, welches Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material innerhalb des für den Betrieb des Thermometers relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt, bei welchem Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt. Der Temperatursensor (Primärsensor) wird also mit Hilfe eines Sekundärsensors (Referenzelement) kalibriert und/oder validiert. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Thermometer entsprechend einer oder mehrerer der möglichen Ausgestaltungen gemäß der Offenlegungsschrift DE102010040039A1 oder der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 1020151 12425.4 handeln. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

Detektieren und/oder Aufzeichnen zumindest eines von dem

Temperatursensor erhaltenen Messwertes, insbesondere als Funktion der Zeit

Detektieren und/oder Aufzeichnen zumindest einer charakteristischen physikalischen oder chemischen Referenzgröße des Referenzelements, insbesondere als Funktion der Zeit,

Detektieren des Stattfindens des Phasenübergangs anhand einer, insbesondere sprunghaften, Änderung der Referenzgröße,

Ermitteln eines Phasenübergangszeitpunkts, zu welchem der

Phasenübergang stattgefunden hat,

Bestimmen einer Sensortemperatur aus dem vom Temperatursensor erhaltenen Messwert zu einem Messzeitpunkt, welcher den kürzesten zeitlichen Abstand zum Phasenübergangszeitpunkt aufweist, und Vergleichen der Sensortemperatur mit der Phasenübergangstemperatur und/oder Bestimmung einer ggf. vorliegenden Abweichung zwischen der Sensortemperatur und der Phasenübergangstemperatur. Im Falle, dass die zur Kalibrierung und/oder Validierung anhand des Vergleichs der

Sensortemperatur und der Phasenübergangstemperatur bestimmte Abweichung einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, kann beispielsweise eine Justierung einer

Kennlinie des Sensorelements vorgenommen werden. Dies kann beispielsweise durch Bereitstellen einer Rechenvorschrift, vorzugsweise für eine Kennlinien-Korrektur, erreicht werden, bei welcher unter anderem ein Offset, eine Steigung, eine Krümmung, und/oder ein für die Kennlinie des jeweiligen Thermometers anderer relevanter Parameter angepasst bzw. geändert werden kann/können. Im Falle, dass mehrere

Phasenübergangstemperaturen mit unterschiedlichen Sensortemperaturen verglichen werden, also im Falle eine Mehrpunkt-Kalibrierung und/oder -Validierung, kann darüber hinaus mehr als ein Parameter einer Sensorkennlinie anhand der jeweiligen

Abweichungen der einzelnen Sensortemperaturen von den jeweiligen

Phasenübergangstemperaturen angepasst bzw. geändert werden.

Grundsätzlich kann eine Kalibrierung und/oder Validierung einerseits automatisch ausgelöst werden. Es kann beispielswiese aber auch eine Meldung über das Bestehen einer Abweichung generiert und/oder ausgegeben werden. Es sei darauf verwiesen, dass für die in Folge einer detektierten Abweichung vornehmbaren Schritte viele verschiedene Möglichkeiten denkbar sind, welche allesamt unter die vorliegende

Erfindung fallen.

Es sei ferner darauf verwiesen, dass eine vorliegende Abweichung zwischen der mittels des Temperatursensors gemessenen Sensortemperatur und der

Phasenübergangstemperatur ggf. nicht ausschließlich durch den Temperatursensor selbst verursacht wird. Vielmehr handelt es sich um eine durch das gesamte

Thermometer verursachte Gesamt-Abweichung, in welche neben Einflüssen des

Sensorelements ebenfalls Einflüsse durch Kontaktierungen, Anschlussleitungen, oder einer oder mehrerer Komponenten innerhalb der Elektronikeinheit eingehen können. Darüber hinaus können ebenfalls Einflüsse der Umgebung des Thermometers, eine Rolle spielen.

Ein Phasenübergang, bei welchem das jeweilige Material in der festen Phase verbleibt, ist insbesondere ein Phasenübergang von der ferromagnetischen in die paramagnetische Phase oder umgekehrt, von der ferroelektrischen in die paraelektrische Phase oder umgekehrt, oder auch von einem Normalmetall zu einem Supraleiter oder umgekehrt. Bei einem Phasenübergang in einem Material, welches Material in der festen Phase verbleibt, handelt es sich beispielsweise nach der Ehrenfestklassifikation um einen Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung. Im Unterschied zu einem Phasenübergang erster Ordnung wird keine oder nur eine vernachlässigbare Menge latenter Wärme während des Phasenübergangs frei. Wenn keine oder nur eine vernachlässigbare Menge an latenter Wärme frei wird, kann - grundsätzlich und unabhängig von der gewählten Klassifikation für Phasenübergänge - unter anderem vorteilhaft gewährleistet werden, dass die mittels des Temperatursensors gemessene Temperatur zum Zeitpunkt des Auftretens eines Phasenübergangs, nicht, insbesondere nicht durch frei werdende latente Wärme, verfälscht wird.

In einer weiteren, heute deutlich gebräuchlicheren Klassifizierung von Phasenübergängen wird lediglich zwischen diskontinuierlichen (1. Ordnung) und kontinuierlichen (2. Ordnung) Phasenübergängen unterschieden [s. z. B. Lexikon der Physik, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg Berlin, Band 4 unter dem Stichwort„Phasenübergänge und andere kritische Phänomene]. Nach dieser Klassifikation wiederum lassen sich beispielsweise verschiedenen ferroelektrischen Materialien sowohl Phasenübergänge 1 . als auch 2. Ordnung zuordnen, wobei in beiden Fällen das jeweilige Material, für das ein

Phasenübergang stattfindet, während des Phasenübergangs in der festen Phase verbleibt.

Das Verbleiben in der festen Phase ist unabhängig von der gewählten Klassifikation eines Phasenübergangs für die vorliegende Erfindung entscheidend. Weiterhin ist es grundsätzlich von Vorteil, wenn beim Auftreten des Phasenübergangs keine oder nur eine vernachlässigbare Menge an latenter Wärme frei wird.

Grundsätzlich geht ein Phasenübergang mit der Änderung einer spezifischen

Materialeigenschaft einher, beispielsweise mit einer Änderung der Kristallstruktur, oder einer Änderung in zumindest einer magnetischen, elektrischen oder dielektrischen Eigenschaft. Im Falle der vorliegenden Erfindung sind die materialspezifischen

Änderungen für das jeweilige Referenzelement bekannt und können für eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors herangezogen werden. Dabei können ein oder mehrere Referenzelemente integriert werden, wobei jedes Referenzelement einen oder mehrere Phasenübergänge aufweisen kann. Jeder Phasenübergang findet bei einem bestimmten charakteristischen fixen und langzeitstabilen Temperaturwert statt, so dass für eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors mittels des

Referenzelements im Prinzip keine Drift und/oder keine Alterungseffekte berücksichtigt werden müssen.

Gemäß einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem Material um ein ferroelektrisches Material, um ein ferromagnetisches Material, oder um ein supraleitendes Material. Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass die zumindest eine charakteristische, physikalische oder chemische Größe durch die Kristallstruktur, das Volumen, eine dielektrische, elektrische, oder magnetische Eigenschaft des jeweiligen Materials gegeben ist.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Sensortemperatur anhand eines Vergleichs zumindest eines von dem Temperatursensor erhaltenen Messwertes mit einer Temperatursensor-Kennlinie ermittelt. Der Temperatursensor ist beispielsweise durch ein Widerstandselement oder ein Thermoelement gegeben.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass aus einer vorliegenden Abweichung zwischen der Sensortemperatur und der Phasenübergangstemperatur auf eine Änderung der Temperatursensor-Kennlinie geschlossen wird. Eine Änderung der Temperatursensor-Kennlinie kann beispielsweise durch Alterungseffekte des

Temperatursensors, oder auch durch ein zumindest teilweises Lösen von

Kontaktierungen oder ähnlichem hervorgerufen werden. Chemische Reaktionen innerhalb des Thermometers, mechanische Spannungen im Bereich des Sensorelements und/oder der Anschlussdrähte, oder auch eine Änderung von Kennlinien zumindest einer innerhalb der Elektronikeinheit angeordneten, insbesondere elektronischen, Komponenten, können ebenfalls zu einer Änderung der gemessenen Temperatursensor-Kennlinie führen.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass zur Bestimmung einer vorliegenden Abweichung zwischen der Sensortemperatur und der

Phasenübergangstemperatur ein Modell der dynamischen Wärmeströmung

berücksichtigt. Dabei handelt es sich insbesondere ein Modell, welches eine inhomogene und/oder dynamische Wärmeausbreitung innerhalb des Thermometers berücksichtigt, also am Ort des Temperatursensors und/oder am Ort des Referenzelements. Auch können Effekte einer Wärmeableitung berücksichtigt werden, welche durch Änderungen in der Umgebungstemperatur hervorgerufen werden können. Die Berücksichtigung eines Modells der dynamischen Wärmeströmung ist insbesondere vorteilhaft für den Fall, dass das Thermometer einem zumindest zeitweisen und/oder teilweisen dynamischen und /oder inhomogenen thermischen Umfeld ausgesetzt ist, beispielsweise für eine

Anwendung in einem strömenden Medium oder bei variabler Umgebungstemperatur des Thermometers.

Üblicherweise wird ein Sensorkopf, in welchem üblicherweise zumindest der

Temperatursensor angeordnet ist, zur Bestimmung und/oder Überwachung der

Temperatur eines Mediums mit dem Medium in, insbesondere in thermischen, Kontakt gebracht. Das Referenzelement kann, muss aber nicht, im selben Sensorkopf angeordnet sein. Im fortlaufenden Betrieb findet ein Wärmaustausch zwischen dem Thermometer und dem Medium statt, bis sich ein thermisches Gleichgewicht einstellt. Dann weisen der Temperatursensor und das Referenzelement, sowie das Medium im Wesentlichen die gleiche Temperatur, im Folgenden als Gleichgewichtstemperatur bezeichnet, auf. Es findet eine Wärmeausbreitung vom Medium zum Temperatursensor und zum

Referenzelement statt. Unter Wärmeausbreitung wird in diesem Zusammenhang sowohl ein Wärmefluss vom Medium zum Sensorkopf, entsprechend dem Falle, dass das Medium eine höhere Temperatur aufweist als der Sensorkopf, als auch in umgekehrter Richtung, im Falle, dass der Sensorkopf eine höhere Temperatur aufweist, verstanden.

Verschiedene Konstellationen, wie beispielsweise eine Verwendung des Thermometers in einem zumindest zeitweisen und/oder teilweisen dynamischen und /oder inhomogenen thermischen Umfeld, oder auch asymmetrische Konfigurationen und/oder geometrische Anordnungen können jedoch dazu führen, dass die am Ort des Temperatursensors und am Ort des Referenzelements vorherrschenden Temperaturen nicht zu jedem Zeitpunkt gleich sind. Der Temperatursensor und das Referenzelement sind also zu bestimmten Zeitpunkten, welche jeweils vor Zeitpunkten liegen, zu welchem sich die

Gleichgewichtstemperatur einstellt, unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt. Bei einer Änderung der Temperatur des Mediums von einer ersten Temperatur zu einer zweiten Temperatur sind der Strömungsrichtung zugewandte Elemente des Thermometers zu einem früheren Zeitpunkt der zweiten Temperatur ausgesetzt als der Strömungsrichtung des Mediums abgewandte Elemente. Es versteht sich von selbst, dass eine Vielzahl weiterer Fälle zu einem zumindest zeitweise auftretenden Temperaturunterschied zwischen der Temperatur des Temperatursensors und der Temperatur des

Referenzelements führen können.

Wenn außerhalb des thermischen Gleichgewichts der Temperatursensor mittels des Referenzelements kalibriert und/oder validiert wird, können Fehler und/oder

Messungenauigkeiten die Folge sein, da die Temperaturen im Bereich des

Temperatursensors und des Referenzelements zum Kalibrier- und/oder Validierzeitpunkt nicht identisch sind. Indem jedoch ein Modell der dynamischen Wärmeströmung verwendet wird, können solche Fehler und/oder Messungenauigkeiten vermieden werden, da ein derartiges Modell eine inhomogene Wärmeausbreitung innerhalb des Thermometers, beispielsweise, wenn das Referenzelement und der Temperatursensor zeitweise und/oder teilweise unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind, berücksichtigt. Dabei kann es sich einerseits um ein strömendes Medium mit

veränderlicher Temperatur handeln, in welchem das Thermometer eingesetzt wird. Aber auch dynamische Temperaturunterschiede aufgrund von Wärmeableitung durch eine variable Umgebungstemperatur des Thermometers, sowie thermische Kopplungseffekte aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des Thermometers und der thermischen Eigenschaften der jeweils verwendeten Materialien, können berücksichtigt werden.

Das Modell der dynamischen Wärmeströmung geht vorzugsweise von physikalischen und/oder chemischen Größen, welche insbesondere spezifisch für den jeweiligen Aufbau bzw. die jeweilige Anordnung und die jeweilige Geometrie des Sensors, sowie für die jeweils verwendeten Materialien bzw. der Vorrichtung, insbesondere deren

thermophysikalische Eigenschaften und daraus resultierende Wärmetransportvorgänge, sind, aus. Weiterhin können Größen, welche das Medium oder die

Umgebungsbedingungen betreffen, wie die Strömungsgeschwindigkeit Dichte, und/oder Viskosität, oder auch die thermische Kopplung des Sensors an die Umgebung, von Bedeutung sein.

Es ist es von Vorteil, wenn anhand des Modells der dynamischen Wärmeströmung ein Zeit-Korrekturwert Atd _yn ermittelt wird, nach welcher das Referenzelement und der

Temperatursensor die gleiche Temperatur erreicht haben, wobei zur Bestimmung einer vorliegenden Abweichung zwischen der Sensortemperatur und der

Phasenübergangstemperatur der Zeit-Korrekturwert Atd _yn berücksichtigt wird. Die Sensortemperatur wird also nicht direkt aus einem vom Temperatursensor erhaltenen Messwert zu einem Messzeitpunkt, welcher den kürzesten zeitlichen Abstand zum

Phasenübergangszeitpunkt aufweist bestimmt und mit der Phasenübergangstemperatur verglichen. Vielmehr wird zuerst zu/von dem Messzeitpunkt oder dem

Phasenübergangszeitpunkt die Zeit-Korrekturwert Atd _yn addiert /subtrahiert. Es ist ebenso von Vorteil, wenn anhand des Modells der dynamischen Wärmeströmung ein Temperatur-Korrekturwert ATdyn ermittelt wird, welcher zu einem bestimmbaren Zeitpunkt zwischen dem Referenzelement und dem Temperatursensor vorliegt, und wobei zur Bestimmung einer vorliegenden Abweichung zwischen der Sensortemperatur und der Phasenübergangstemperatur der Temperatur-Korrekturwert ATd _yn berücksichtigt wird. Die Sensortemperatur wird also nicht direkt aus einem vom Temperatursensor erhaltenen Messwert zu einem Messzeitpunkt, welcher den kürzesten zeitlichen Abstand zum Phasenübergangszeitpunkt aufweist, bestimmt und mit der

Phasenübergangstemperatur verglichen. Vielmehr wird zuerst zu/von dem Messwert, von der daraus ermittelten Sensortemperatur oder der Phasenübergangstemperatur der Temperatur-Korrekturwert ATd _yn addiert /subtrahiert. Üblicherweise handelt es sich also bei dem Temperatur-Korrekturwert ATd _yn um einen Temperaturwert. Im Falle, dass der Temperatur-Korrekturwert allerdings zu/von dem vom Temperatursensor erhaltenen Messwert addiert/subtrahiert wird, kann es sich auch um einen Wert mit einer anderen Einheit, beispielsweise um einen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung handeln. Mittels der beiden zuletzt genannten Ausgestaltungen, betreffend die Ermittlung eines Zeit-Korrekturwerts Atd _yn oder eines Temperatur-Korrekturwerts ATd _yn , werden also Effekte einer Temperaturänderungsrate, welche das jeweils vorherrschende thermische Umfeld des Thermometers beschreibt, berücksichtigt. Im Falle konstanter

Temperaturänderungsraten ist insbesondere eine vorliegende Abweichung zwischen der Sensortemperatur und der Phasenübergangstemperatur zu einem bestimmbaren Zeitpunkt proportional zu der Temperaturänderungsrate.

In einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei dem Modell der dynamischen Wärmeströmung um ein parametrisches Modell. Das Modell ist vorzugsweisedazu geeignet, einen Wert für den Zeit-Korrekturwert Atd _yn und/oder den Temperatur- Korrekturwert ATdyn anzugeben. In dem parametrischen Modell verwendete Parameter müssen nicht notwendigerweise physikalischen und/oder chemischen Größen entsprechen.

Die Parameter werden beispielsweise mittels eines Schätzverfahrens ermittelt. Solche

Schätzverfahren sind an sich hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und werden deshalb an dieser Stelle nicht im Detail erläutert. Die Abschätzung eines Wertes für einen Parameter kann beispielswese anhand einer definierten Änderung einer Eingangsgröße, insbesondere einer eine Wärmeströmung im Umfeld des Thermometers, eine Strömung eines Mediums oder eine Temperatur oder Temperaturänderungsrate, insbesondere die Temperatur des Mediums, repräsentierenden Eingangsgröße, und mittels zumindest eines mit dem Temperatursensor gemessenen Messwerts, erfolgen. Eine Bestimmung der Parameter im jeweiligen Prozess, ist, sofern die jeweilige Eingangsgröße hinreichend bekannt ist, ebenfalls möglich.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung eines Thermometers umfassend zumindest einen Temperatursensor, ein Referenzelement, welches Referenzelement zumindest teilweise aus einem Material besteht, für welches Material innerhalb des für den Betrieb des Thermometers relevanten Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei zumindest einer vorgegebenen

Phasenübergangstemperatur auftritt, und eine Elektronikeinheit, welche Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, zumindest eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.

Es sei darauf verwiesen, dass die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen mutatis mutandis auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung anwendbar sind. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Elemente der Vorrichtung sind jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Thermometers mit einem Temperatursensor und einem separat kontaktierten Referenzelement zur Bestimmung und/oder

Überwachung der Temperatur eines strömenden Mediums gemäß Stand der Technik,

Fig. 2: eine Illustration einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 3: eine Illustration einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches ein dynamisches Modell der Wärmeströmung berücksichtigt.

In Fig.1 ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 mit einem Schutzrohr 2 und einer Elektronikeinheit 3 gemäß Stand der Technik gezeigt. Der dem jeweiligen Medium 5 zugewandte Teilbereich des Schutzrohres 2 wird auch als Sensorkopf 3 bezeichnet. Das Innenvolumen des Sensorkopfes 3 ist mit einem, insbesondere elektrisch isolierenden, Füllstoff 6, insbesondere einem Zement, gefüllt. Ferner sind im Inneren des Sensorkopfes 3 ein Temperatursensor 7 und ein Referenzelement 8 angeordnet, welche jeweils mittels zwei Anschlussdrähten, 9,10, insbesondere elektrisch, kontaktiert und mit der Elektronikeinheit 4 verbunden sind. Bei dem Temperatursensor 7 handelt es sich beispielsweise um ein Widerstandselement oder um ein Thermoelement. Das

Referenzelement 8 wiederum besteht zumindest teilweise aus einem Material, für welches Material innerhalb des für den Betrieb der Vorrichtung relevanten

Temperaturbereichs zumindest ein Phasenübergang zumindest zweiter Ordnung bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt. Die Anzahl der notwendigen Anschlussdrähte 9,10 zur Kontaktierung des Referenzelements und des Temperatursensors 7,8 kann je nach Art des angewendeten Messprinzips variieren. In der gezeigten Ausgestaltung sind der Temperatursensor 7 und das Referenzelement 8 voneinander beabstanded innerhalb des Sensorkopfes 3 angeordnet. Sie können aber ebenfalls in direktem Kontakt miteinander stehen und beispielsweise miteinander verlötet sein.

Wie der Temperatursensor 7 mittels des Referenzelements 8 anhand des

erfindungsgemäßen Verfahrens kalibriert und/oder validiert werden kann, ist in Fig. 2 illustriert. Das obere Diagramm zeigt den Verlauf einer zur Detektion des

Phasenübergangs verwendeten charakteristischen physikalischen oder chemischen Größe G. Findet in dem Referenzelement 8 ein Phasenübergang statt, so erfolgt in dem gezeigten Beispiel eine sprunghafte Änderung der Größe G. Der Zeitpunkt, zu welchem die sprunghafte Änderung der Größe detektiert wird, ist der Phasenübergangszeitpunkt t _P h, zu welchem das Referenzelement 8 die Phasenübergangstemperatur T _P h aufweist.

Im unteren Diagramm ist die mittels des Temperatursensors 7 ermittelte

Sensortemperatur T als Funktion der Zeit t dargestellt. Zur Kalibrierung und/oder

Validierung des Temperatursensors 7 anhand des Referenzelements 8 wird derjenige Messzeitpunkt t _m ermittelt, welcher den kürzesten zeitlichen Abstand zum

Phasenübergangszeitpunkt t _Ph aufweist. Die dem Messzeitpunkt t _m entsprechende Sensortemperatur T _m wird mit der Phasenübergangstemperatur T _Ph verglichen und im Falle einer Abweichung ΔΤ= T _m (tm)-Tph(t _P h) über einen vorgebbaren Grenzwert hinaus kann das Thermometer 1 automatisch kalibriert und/oder validiert werden und/oder eine Meldung über das Bestehen einer Abweichung generiert und/oder ausgegeben werden.

Zum Zwecke einer hohen Messgenauigkeit gilt es zu gewährleisten, dass der

Temperatursensor 7 und das Referenzelement 8 im Idealfall zu jedem Zeitpunkt im thermischen Gleichgewicht sind. Um dies zu erreichen, werden üblicherweise

verschiedene Maßnahmen durchgeführt, von denen einige im Folgenden beispielhaft aufgelistet sind: 1 . Der Temperatursensor 7 und das Referenzelement 8 sind innerhalb des

Sensorkopfes 3 symmetrisch, insbesondere symmetrisch zu einer gedachten in Längsrichtung des Schutzrohres 2 durch einen Mittelpunkt des Schutzrohres 2 verlaufenden Achse, angeordnet.

2. Der Temperatursensor 7 und das Referenzelement 8 sind möglichst gut thermisch gekoppelt (z.B. verlötet).

3. Ggf. für den Temperatursensor 7 und/oder das Referenzelement verwendete Trägersubstrate weisen im Wesentlichen dieselbe thermische Leitfähigkeit auf.

4. Der Temperatursensor 7 und das Referenzelement 8 sind derart ausgestaltet, dass sie im Wesentlichen dieselbe thermische Kapazität aufweisen.

5. Der Füllstoff 6 und/oder im Bereich des Sensorkopfes 3 angeordnete Trennwände

[nicht eingezeichnet] sind derart beschaffen, dass sie eine isotrope und/oder homogene Wärmeausbreitung innerhalb des Sensorkopfes 3 gewährleisten. 6. Alle Komponenten zumindest des Sensorkopfes 3 sind derart ausgestaltet, dass sie eine möglichst hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen.

7. Die Anschlussdrähte 9,10 sind so ausgestaltet, dass eine über die

Anschlussdrähte 9,10 stattfindende Wärmeleitung minimal, und vorzugsweise über jeden Anschlussdraht 9,10 im Wesentlichen identisch ist.

Selbst bei größter Sorgfalt in Bezug auf die Herstellung eines Thermometers 1 können jedoch verschiedene Fälle auftreten, in welchen der Temperatursensor 7 und das Referenzelement 8 zumindest zeitweise nicht im thermischen Gleichgewicht und entsprechend unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind. Dies wiederum kann zu erheblichen Fehlern und/oder Messungenauigkeiten bei einer Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors 7 mittels des Referenzelements 8 führen.

Um den genannten Problematiken begegnen zu können, wird in einer weiteren

Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein dynamisches Modell der

Wärmeströmung bzw. Wärmeausbreitung berücksichtigt, wie beispielhaft in Fig. 3 illustriert. Das Modell ist dabei jeweils auf die spezifische Applikation des Thermometers 1 angepasst und berücksichtigt beispielsweise eine ggf. vorhandene Wärmeströmung, eine Temperatur oder auch eine Temperaturänderungsrate des Mediums 5 oder der Umgebung des Thermometers, die Wärmeleitfähigkeiten und/oder Wärmekapazitäten der jeweils für das Thermometer 1 verwendeten Materialien bzw. Komponenten, geometrische Abmessungen innerhalb des Thermometers, und/oder die Eintauchtiefe des Thermometers in das jeweilige Medium.

Die folgende Beschreibung bezieht sich dabei auf den Fall, dass das Thermometer 1 zur Bestimmung der Temperatur eines strömenden Mediums 5 eingesetzt wird. Das

Thermometer 1 sei dabei derart mit dem strömenden Medium 5 in Kontakt, dass der Temperatursensor 7 im dem strömenden Medium 5 zugewandten Bereich angeordnet ist und das Referenzelement 8 im dem Medium 5 abgewandten Bereich. In diesem Falle wird bei einer Temperaturänderung von einer ersten Ti zu einer zweiten T2 Temperatur der Temperatursensor 7 die zweite Temperatur T2 stets zu einem früheren Zeitpunkt erreichen als das Referenzelement 8.

Wird zu einem Zeitpunkt t _P h das Stattfinden eines Phasenübergangs detektiert, entspricht die Temperatur des Referenzelements 8 zu diesem Zeitpunkt der

Phasenübergangstemperatur T _Ph . Aus einem direkten Vergleich der

Phasenübergangstemperatur T _Ph mit der Sensortemperatur T _m des Temperatursensors 7 zu einem Messzeitpunkt t _m , welcher den kürzesten zeitlichen Abstand zum

Phasenübergangszeitpunkt t _Ph aufweist, kann allerdings keine korrekte Information für eine Kalibrierung und/oder Validierung des Temperatursensors 7 mittels des

Referenzelements 8 hergeleitet werden, da, wie oben beschrieben, aufgrund der Strömung des Mediums 5 die am Ort des Referenzelements 8 vorherrschende

Temperatur der am Ort des Temperatursensors 7 vorherrschenden Temperatur nacheilt.

Das dynamische Modell ist nun beispielsweise dazu ausgestaltet, einen geeigneten Korrekturwert, beispielsweise einen Temperatur-Korrekturwert ATd _yn oder einen Zeit- Korrekturwert anzugeben, welcher Korrekturwert den Einfluss der inhomogenen

Wärmeströmung bzw. Wärmeausbreitung innerhalb des Thermometers 1 , insbesondere ₁ innerhalb des Sensorkopfes 3, berücksichtigt. Das Modell ist sowohl anwendbar für den Fall von einem zumindest zeitweise und/oder teilweise inhomogenen Temperaturfeld, welches durch ein Medium (beispielsweise für eine Anwendung in einem strömenden Medium) oder welches durch die Umgebung des Thermometers (beispielsweise

Wärmeableitung) verursacht wird.

Der jeweilige Korrekturwert fließt dann in die Bestimmung einer ggf. vorliegenden Abweichung zwischen der Sensortemperatur T _m und der Phasenübergangstemperatur T _P h ein: beispielsweise wird die Abweichung anhand einer der beiden Gleichungen ΔΤ= Tmdyn(t _m - Atdyn)-Tph(tph), oder ΔΤ= T _m (t _m )- ATdyn -Tph(tph) bestimmt. Alternativ können die Korrekturwerte auch jeweils geeignet addiert werden.

Bezugszeichenliste

1 Thermometereinsatz

2 Schutzrohr

3 Sensorkopf

4 Elektronikeinheit

5 Medium

6 Füllstoff

7 Temperatursensor

8 Referenzelement

9,9a-9d Anschlussleitungen des Referenzelements

10 Anschlussleitungen des Temperatursensors

W Wärmeausbreitung innerhalb des Sensorkopfes

T, Τι, T2, T3 erste, zweite, dritte Temperatur

Tph Phasenübergangstemperatur

tph Phasenübergangs-Zeitpunkt tph

t Zeit

Atdyn Korrekturwert des dynamischen Modells für die Zeitdauer

ATdyn Korrekturwert des dynamischen Modells für die Zeitdauer

G Referenzgröße