Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest der Temperatur, des Durchflusses, oder der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums in einem Behältnis, beispielsweise in der Automatisierungstechnik. Bei dem Behältnis handelt es sich beispielsweise um einen Behälter oder um eine Rohrleitung.

Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt geworden. 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 oder eine davon abgeleitete Größe mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise den elektrischen Widerstand bei Verwendung von Wderstandselementen oder den thermoelektrischen Effekt im Falle von 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. Bei einem Temperatursensor in Form eines Wderstandselements sind unter anderem sogenannte Dünnschicht- und Dickschicht-Sensoren sowie sogenannte Heißleiter (auch als NTC-Thermistoren bezeichnet) bekannt geworden. Bei einem Dünnschicht-Sensor, insbesondere einem Resistance Temperature Detector (RTD), kommt beispielsweise ein mit Anschlussdrähten versehenes und auf ein Trägersubstrat aufgebrachtes Sensorelement zum Einsatz, wobei die Rückseite des Trägersubstrats in der Regel metallisch beschichtet ist. Als Sensorelemente werden sogenannte Widerstandselemente, welche beispielsweise durch Platinelemente gegeben sind, verwendet, die unter anderem unter den Bezeichnungen PT10, PT100, und PT1000 auch kommerziell erhältlich sind.

Bei Temperatursensoren in Form von Thermoelementen wiederum wird die Temperatur durch eine Thermospannung bestimmt, die zwischen den einseitig angeschlossenen Thermodrähten aus unterschiedlichen Materialien entsteht. Zur Temperaturmessung werden üblicherweise Thermoelemente nach DIN-Norm IEC584, z.B. Thermoelemente vom Typ K, J, N, S, R, B, T oder E, als Temperaturfühler eingesetzt. Aber auch andere Materialpaare, insbesondere solche mit einem messbaren Seebeck-Effekt, sind möglich.

Die Genauigkeit der Temperaturmessung hängt empfindlich von den jeweiligen thermischen Kontakten und der jeweils vorherrschenden Wärmeleitung ab. Die Wärmeströme zwischen dem Medium, dem Behältnis, in welchem sich das Medium befindet, dem Thermometer und der Prozessumgebung spielen hier eine entscheidende Rolle. Für eine zuverlässige Temperaturbestimmung ist es wichtig, dass der Temperatursensor und das Medium sich zumindest für eine bestimmte Zeit, welche zur Erfassung der Temperatur erforderlich ist, im Wesentlichen im thermischen Gleichgewicht befinden. Die Zeit für eine Reaktion eines Thermometers auf eine Temperaturänderung wird auch als Ansprechzeit des Thermometers bezeichnet.

Eine hohe Messgenauigkeit lässt sich insbesondere dann erzielen, wenn der Temperatursensor in das jeweilige Medium eintaucht. So sind zahlreiche Thermometer bekannt geworden, bei denen der Temperatursensor mehr oder weniger direkt mit dem jeweiligen Medium in Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise lässt sich eine vergleichsweise gute Kopplung zwischen dem Medium und dem Temperatursensor erzielen und Temperaturgradienten zwischen der Temperatur des Mediums und der Temperatur in unmittelbarer Umgebung des Temperatursensors sind vergleichsweise gering.

Für verschiedene Prozesse und für viele Behältnisse, insbesondere kleine Behälter oder Rohrleitungen, ist jedoch eine nicht-invasive Bestimmung der Temperatur vorteilhaft. So sind ebenfalls Thermometer bekannt geworden, die an dem jeweiligen Behältnis, in dem sich das Medium befindet, befestigt werden können und bei denen der Temperatursensor nur indirekt mit dem Medium in Kontakt kommt. Solche Geräte, auch Oberflächenthermometer oder Anlegefühler genannt, sind beispielsweise in DE102014118206A1 oder DE102015113237A1 offenbart. Zur Sicherstellung einer guten thermischen Kopplung müssen dann verschiedene zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden, wie beispielsweise ein guter mechanischer und damit auch thermischer Kontakt zwischen Behälter und Thermometer. Bei unzureichendem Kontakt ist eine genaue Temperaturbestimmung nicht möglich. Eine zentrale Problematik bei der nicht-invasiven Temperaturbestimmung stellt somit generell die Wärmeableitung vom Prozess an die Umgebung dar. Diese sorgt ggf. für einen deutlich höheren Messfehler als im Falle einer direkten Einbringung des jeweiligen Temperatursensors in den Prozess.

Eine ähnliche Problematik ergibt sich beispielsweise auch für den Fall eines auf dem thermischen Messprinzips beruhenden Durchflussmessgeräts zur Bestimmung eines Durchflusses oder einer Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums in einer Rohrleitung. Derartige Feldgeräte umfassen typischerweise zumindest zwei Sensorelemente mit zumindest einem Temperatursensor und zumindest einem Heizelement oder beheizbaren Temperatursensor. Die Sensorelemente können sowohl in die jeweilige Rohrleitung eingebracht werden, als auch in oder an ein Messrohr integriert werden (nicht-invasiver Aufbau). Ausgehend von der beschriebenen Problematik der Wärmeableitung bei der Messgenauigkeit von Temperatursensoren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Temperaturbestimmung, insbesondere für Thermometer und Messgeräte zur Bestimmung eines Durchflusses oder einer Strömungsgeschwindigkeit, bereitzustellen, welche sich durch eine hohe Messgenauigkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest der Temperatur, eines Mediums in einem Behältnis, umfassend einen ersten Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur, und ein Heiz-/Kühlelement zum Heizen/Kühlen eines vorgebbaren Bereichs der Vorrichtung, in welchem Bereich sich zumindest der erste Temperatursensor befindet.

Erfindungsgemäß sind der erste Temperatursensor und das Heiz-/Kühlelement derart angeordnet, dass im an/in dem Behältnis angeordneten Zustand der Vorrichtung ein Abstand des ersten Temperatursensors von einem Zentrum des Behältnisses kleiner ist als ein Abstand des Heiz-/Kühlelements von dem Zentrum. Das Heiz-/Kühlelement ist also näher zur Umgebung angeordnet als der Temperatursensor. Bei dem Behältnis handelt es sich beispielsweise um einen Behälter oder um eine Rohrleitung. Das Zentrum kann je nach Ausgestaltung des Behälters entweder ein Mittelpunkt des Behältnisses, beispielsweise bei einem Behälter, oder eine zentrale Achse in dem Behältnis, beispielsweise bei einer Rohrleitung, sein.

Die Vorrichtung kann optional weiterhin über eine Elektronik, beispielsweise einen Transmitter, verfügen. Alternativ kann die Elektronik auch eine separate, mit der Vorrichtung verbindbare, Komponente sein. Möglich ist insbesondere auch eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer 4-20mA Elektronik bzw. einem 4-20mA-Transmitter. Die Vorrichtung kann entsprechend auch als Zwei-Leiter- Feldgerät ausgeführt werden.

Außerdem kann die Vorrichtung je nach Ausgestaltung auch noch weitere Komponenten, beispielsweise Befestigungsmittel zur Befestigung einzelner Komponenten an einer Wandung des Behältnisses, oder im Falle eines invasiven Thermometers ein Schutzrohr, umfassen. Möglich ist insbesondere auch eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Mittels des Heiz-/Kühlelements können die Effekte einer Wärmeleitung zwischen Medium und Umgebung, also einem entstehenden Temperaturgradienten abgeschwächt oder minimiert werden. Ein Temperaturgradient entsteht immer dann, wenn die Temperatur des Mediums sich von der Temperatur der Umgebung der Vorrichtung, insbesondere des ersten Temperatursensors, unterscheidet. Je größer der Unterschied dieser beiden Temperaturen, je steiler ist der Temperaturgradient und je größer ist der resultierende Messfehler. Mittels des Heiz-/Kühlelements kann ein im Bereich des Temperatursensors auftretender Temperaturgradient ausgeglichen werden. Die Vermeidung von sogenannten Wärmeableitfehlern ist ein grundsätzliches Bestreben im Bereich der industriellen Temperaturbestimmung, unabhängig davon, ob jeweils ein Thermometer oder ein Durchflussmessgerät verwendet wird. Im Falle von invasiven Thermometern ist in diesem Zusammenhang vielfach von der sogenannten minimalen Eintauchtiefe in den jeweiligen Prozess die Rede, welche üblicherweise mindestens das Zehnfache des Thermometerdurchmessers betragen sollte. Bei einem beispielsweise durch die Verwendung eines Schutzrohrs verschlechterten thermischen Kontakt sollte die minimale Eintauchtiefe sogar mehr als das Zehnfache des Thermometerdurchmessers betragen. Im Falle von Blockkalibratoren beträgt die minimale Eintauchtiefe üblicherweise das fünfzehnfache des Durchmessers des zur Kalibration verwendeten Referenzthermometers. Im Falle einer nicht-invasiven Temperaturbestimmung müssen dagegen andere Maßnahmen zur Gewährleistung einer homogenen Temperierung des jeweiligen Sensorelements ergriffen werden. Dies ist allerdings aufgrund des sehr inhomogenen Wärmeeintrags bei einer derartigen Messung deutlich komplexer als im Falle einer invasiven Temperaturbestimmung.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es sich sowohl um eine invasiv als auch um eine nicht-invasiv arbeitende Vorrichtung handeln. Bei einer invasiven Vorrichtung, bei welcher der erste Temperatursensor in das Medium eintaucht, ist das Heiz-/Kühlelement vorzugsweise in einem vorgebbaren Abstand zum ersten Temperatursensor angeordnet und dessen Position weist eine geringere Distanz bzw. einen geringeren Abstand zu einer Wandung des Behältnisses auf. Bei einer nicht-invasiven Vorrichtung ist der erste Temperatursensor vorzugsweise in einem an dem Behältnis befestigten Zustand der Vorrichtung zwischen dem Behältnis und dem Heiz-/Kühlelement angeordnet, und der erste Temperatursensor ist vorzugsweise an der Wandung des Behältnisses angeordnet.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem ersten Temperatursensor um ein Widerstandselement, ein Thermoelement oder einen Heißleiter handelt.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Heiz-/Kühlelement um ein Widerstandselement, ein Peltier-Element, ein Folien-Heizelement oder ein induktives Heizelement handelt.

Es ist zudem von Vorteil, wenn die Vorrichtung zumindest ein Referenzelement zur in situ Kalibrierung und/oder Validierung zumindest des ersten Temperatursensors umfasst, welches insbesondere auf einem T rägerelement befestigt ist, und welches Referenzelement zumindest teilweise aus zumindest einem Material besteht, für welches Material zumindest im zur Kalibrierung des ersten Temperatursensors relevanten Temperaturbereich zumindest ein Phasenübergang bei zumindest einer vorgegebenen Phasenübergangstemperatur auftritt, für welchen Phasenübergang das Material in der festen Phase verbleibt. In dieser Hinsicht sei auf die EP02612122B1 verwiesen, auf welche vollumfänglich Bezug genommen wird.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung sind der erste Temperatursensor und das Heiz- /Kühlelement in einem gemeinsamen Messeinsatz angeordnet. Vorzugsweise ist in diesem Fall der erste Temperatursensor in einem Endbereich des Messeinsatzes angeordnet. Das Heiz-/Kühlelement ist vorzugsweise in einem mittleren Bereich des Messeinsatzes angeordnet. Vorzugsweise befindet sich zumindest der erste Temperatursensor zwischen dem Endbereich und dem Heiz-/Kühlelement. Es sind aber auch zahlreiche andere Ausgestaltung für die Anordnung zumindest des ersten Temperatursensors und des Heiz-/Kühlelements denkbar, welche ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallen. Beispielsweise beinhaltet eine alternative Ausgestaltung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, dass der erste Temperatursensor in einem Messeinsatzangeordnet ist, und dass das Heiz-/Kühlelement außerhalb von dem Messeinsatz angeordnet, insbesondere von außen an dem Messeinsatz oder an einem Schutzrohr, in welches der Messeinsatz einbringbar ist, befestigbar, ist. Der erste Temperatursensor ist demnach in einem Messeinsatz, insbesondere einem Messeinsatz gemäß Stand der Technik, eingebracht. Das Heiz-/Kühlelement ist außerhalb von dem Messeinsatz angeordnet. Beispielsweise kann das Heiz-Kühlelement von außen auf den Messeinsatz aufgebracht sein. Es kann aber auch in ein Schutzrohr der Vorrichtung, in welches der Messeinsatz einbringbar ist eingebracht sein.

Es ist ferner von Vorteil, wenn zumindest das Heiz-Kühlelement in einem Gehäuse angeordnet ist. Bei dem Gehäuse kann es sich beispielswese um eine Manschette handeln, welche an dem Messeinsatz befestigbar ist, oder um einen weiteren Messeinsatz zur Aufnahme des Heiz-Kühlelements handeln.

In einerweiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung einen zweiten Temperatursensor, welcher in einem vorgebbaren Abstand von dem ersten Temperatursensor angeordnet ist. Der zweite Temperatursensor dient bevorzugt der

Ermittlung eines Temperaturgradienten, welcher durch Wärmeleitung vom Prozess an die Umgebung oder umgekehrt verursacht wird. Anhand einer Differenz der mittels der beiden Temperatursensoren bestimmten Temperaturen lässt sich demnach vorzugsweise ein Temperaturgradient im Bereich des ersten Temperatursensors ermitteln. Der erste und zweite Temperatursensor können gemeinsam in einem Messeinsatz, ggf. auch zusammen mit dem Heiz-/Kühlelement angeordnet sein. Es ist aber ebenfalls denkbar, dass die Temperatursensoren und/oder das Heiz-Kühlelement zumindest teilweise getrennt voneinander angeordnet sind. Im Falle, dass das Heiz-Kühlelement beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet ist, kann der zweite Temperatursensor beispielsweise auch in dem Gehäuse, in einem Messeinsatz für den ersten Temperatursensor oder separat von dem ersten Temperatursensor und dem Gehäuse angeordnet sein.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der erste Temperatursensor ein temperaturempfindliches Sensorelement, welches über zumindest eine erste und eine zweite Anschlussleitung elektrisch kontaktiert ist, umfasst, wobei die erste Anschlussleitung in einen ersten und einen zweiten Abschnitt unterteilt ist, wobei der erste dem Sensorelement zugewandte Abschnitt aus einem ersten Material besteht, und wobei der zweite dem Sensorelement abgewandte Abschnitt aus einem zweiten sich von dem ersten unterscheidenden Material besteht, wobei die zweite Anschlussleitung aus dem zweiten Material besteht, und wobei der erste Abschnitt der ersten Anschlussleitung und zumindest ein Teil der zweiten Anschlussleitung einen Differenz-Temperatursensor in Form eines Thermoelements bilden. In diesem Zusammenhang sei auf die DE102018116309A1 verwiesen, auf welche im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ebenfalls vollumfänglich Bezug genommen wird. Mit einer derartigen Ausgestaltung des Temperatursensors ist es möglich, eine Wärmeableitung im Bereich des Temperatursensors direkt und unmittelbarzu erfassen. Eine genaue Kenntnis der Wärmeableitung erhöht weiter die Messgenauigkeit der Vorrichtung.

Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausgestaltung eine Regel- /Steuereinheit zur Regelung oder Steuerung der Heiz-/Kühleinheit mittels eines einstellbaren Heiz-/Kühlsignals. Die Regel-/Steuereinheit kann beispielsweise Teil der Elektronik oder auch eine separate Komponente der Vorrichtung sein.

In einerweiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Einheit umfassend zumindest teilweise ein Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit, welches insbesondere derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass es zumindest den ersten Temperatursensor zumindest teilweise umgibt. In diesem Zusammenhang sei auf die deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE102017100267A1 verwiesen, auf welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung vollumfänglich Bezug genommen wird.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung ein Koppelelement zur Befestigung an dem Behältnis umfasst bzw. aufweist. Das Koppelelement umfasst einen Grundkörper mit einer Kontaktfläche, welche derart ausgestaltet ist, dass der Grundkörper vermittels der Kontaktfläche flächig an das Behältnis anlegbar ist, wobei der Grundkörper eine Bohrung zur Aufnahme zumindest des ersten Temperatursensors aufweist, und wobei eine Längsachse der Bohrung tangential zu der Kontaktfläche verläuft. Hinsichtlich des Koppelelements sei wiederum auf die bisher unveröffentlichte, deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102021109410.0 verwiesen. Auch auf diese Patentanmeldung wird vollumfänglich Bezug genommen.

Hinsichtlich des Koppelelements beinhaltet eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass das Heiz-/Kühlelement zumindest teilweise in das Koppelelement eingebracht bzw. integriert ist. Vorzugsweise ist das Heiz-Kühlelement in einen Bereich des Koppelelements eingebracht, welcher im an dem Behältnis angebrachten Zustand des Koppelelements eine größere Distanz zum Behältnis aufweist als der erste Temperatursensor. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend folgende Verfahrensschritte:

Erfassen einer Temperatur des Mediums mittels eines ersten Temperatursensors, und - Heizen oder Kühlen eines vorgebbaren Bereichs der Vorrichtung, in welchem

Bereich sich zumindest der erste Temperatursensor befindet mittels einer Heiz-/Kühleinheit.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Heiz-/Kühlsignal für das Heiz-/Kühlelement derart gewählt, dass ein Temperaturgradient in dem vorgebbaren Bereich minimiert wird. Insbesondere handelt es sich um einen Temperaturgradienten, welcher aufgrund unterschiedlicher Temperaturen des Mediums und der Umgebung zustande kommt. Vorzugsweise wird das Heiz-Kühlsignal derart gewählt, dass eine im Wesentlichen konstante Temperatur in dem vorgebbaren Bereich vorherrscht.

Es ist von Vorteil, wenn das Heiz-/Kühlelement mittels eines einstellbaren Heiz- /Kühlsignals geregelt oder gesteuert wird. In diesem Falle handelt es sich um ein einstellbares Heiz-Kühlsignal, welches insbesondere an die jeweiligen Gegebenheiten in der Umgebung der Vorrichtung anpassbar ist.

Es ist ferner von Vorteil, wenn das Heiz-/Kühlsignal in Abhängigkeit eines mittels des ersten und zweiten Temperatursensors oder mittels des Differenz-Temperatursensors ermittelten Differenz-Temperaturwerts eingestellt wird. Bei dem Differenz-Temperaturwert kann es sich sowohl um eine absolute oder auch um eine relative Temperaturdifferenz handeln. Es ist schließlich ebenfalls von Vorteil, wenn das Heiz-/Kühlsignal so eingestellt wird, dass der mittels des ersten und zweiten Temperatursensors oder mittels des Differenz- Temperatursensors ermittelte Differenz-Temperaturwert minimiert wird, also insbesondere gegen null geht oder im Wesentlichen null ist.

Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Thermometer oder um ein thermisches Durchflussmessgerät handeln. Im Falle eines thermischen Durchflussmessgeräts kann einerseits das Heiz-/Kühlelement auch zur Bestimmung des Durchflusses, welcher sowohl ein Volumendurchfluss also auch ein Massedurchfluss sein kann, dienen. Alternativ kann die Vorrichtung aber auch über ein zusätzliches Heizelement verfügen, welches für die Bestimmung des Durchflusses oder der Durchflussgeschwindigkeit verwendbar ist.

Bei thermischen Durchflussmessgeräten kann der Durchfluss oder auch die Durchflussgeschwindigkeit im Prinzip auf zwei unterschiedliche Arten bestimmt werden. Gemäß einem ersten Messprinzip wird ein Sensorelement derart beheizt, dass seine Temperatur im Wesentlichen konstant bleibt. Bei bekannten, und zumindest zeitweise konstanten Mediumseigenschaften, wie der Mediumstemperatur, dessen Dichte oder auch Zusammensetzung, kann anhand der zum Halten der Temperatur auf den konstanten Wert notwendigen Heizleistung der Massedurchfluss des Mediums durch die Rohrleitung ermittelt werden. Unter der Mediumstemperatur sei dabei jene Temperatur verstanden, welche das Medium ohne einen zusätzlichen Wärmeeintrag eines Heizelements aufweist. Bei dem zweiten Messprinzip wird dagegen das Heizelement mit konstanter Heizleistung betrieben und die Temperatur des Mediums stromabwärts des Heizelements gemessen. In diesem Falle gibt die gemessene Temperatur des Mediums Aufschluss über den Massedurchfluss. Darüber hinaus sind aber auch noch andere Messprinzipien bekannt geworden, beispielsweise sogenannte transiente Verfahren, bei welchen die Heizleistung oder die Temperatur moduliert werden. Es sei darauf verwiesen, dass die in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Ausgestaltungen sich mutatis mutandis auch auf das erfindungsgemäße Verfahren anwenden lassen und umgekehrt.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : ein Thermometer zur (a) nicht invasiven Temperaturmessung, (b) eine schematische Darstellung der auftretenden Wärmeableitung, und ein Thermometer zur (c) invasiven Temperaturmessung gemäß Stand der Technik; Fig. 2: bevorzugte Ausgestaltungen für ein Thermometer gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem ersten Temperatursensor und einem Heiz-/Kühlelement, wobei (a) der erste Temperatursensor und das Heiz-/Kühlelement gemeinsam in einem Messeinsatz und (b) getrennt voneinander angeordnet sind;

Fig. 3: bevorzugte Ausgestaltungen für ein erfindungsgemäßes Thermometer mit zwei Temperatursensoren, wobei (a) der erste Temperatursensor und das Heiz-/Kühlelement gemeinsam in einem Messeinsatz und (b) getrennt voneinander angeordnet sind; Fig. 4: beispielhafte Ausgestaltung eines Thermometers mit einem Differenz- Temperatursensor zur Bestimmung des Wärmestroms; und

Fig. 5: bevorzugte Ausgestaltungen für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines thermischen Durchflussmessgeräts.

In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.

Die Ausgestaltungen aus den verschiedenen Figuren sind ferner beliebig miteinander kombinierbar. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf Thermometer. Auf andere Arten von Feldgeräten, wie thermische Durchflussmessgeräte, lassen sich die jeweiligen Überlegungen ohne Weiteres übertragen.

In Fig.1a ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 gemäß Stand der Technik zur Erfassung der Temperatur T eines Mediums M in einem Behältnis 2 in Form einer Rohrleitung gezeigt. Vorliegend ragt das Thermometer 1 nicht in die Rohrleitung 2 hinein, sondern ist vielmehr zur nicht invasiven Temperaturbestimmung von außen auf eine Wandung W der Rohrleitung 2 aufgesetzt. Das Thermometer 1 umfasst einen Messeinsatz 4 und eine Elektronik 7. Der Messeinsatz umfasst einen Temperatursensor 6, welcher im vorliegenden Fall durch ein temperatursensitives Element in Form eines Widerstandselements gegeben ist. Der Temperatursensor 5 ist über die Anschlussleitungen 4 elektrisch kontaktiert und mit der Elektronik 7 verbunden. Während das gezeigte Thermometer 1 in kompakter Bauweise mit integrierter Elektronik 7 ausgeführt ist, kann bei anderen Thermometern 1 die

Elektronik 7 auch separat von dem Messeinsatz 4 angeordnet sein. Auch muss es sich bei dem Temperatursensor 6 nicht notwendigerweise um ein Widerstandselement handeln und die Anzahl der verwendeten Anschlussleitungen 4 muss nicht notwendigerweise zwei betragen. Vielmehr kann die Anzahl der Anschlussleitungen 4 je nach angewendetem Messprinzip und verwendetem Temperatursensor 6 passend gewählt werden.

Wie bereits dargelegt, hängt die Messgenauigkeit eines solchen Thermometers 1 in hohem Maße von den Wärmeleitungseffekten und möglicherweise vorhandenen Temperaturgradienten DT zwischen dem Medium M und einer Umgebung des Thermometers 1 ab. Das Auftreten derartiger Temperaturgradienten AT(d) ist beispielhaft in Fig. 1b in Abhängigkeit der Distanz d vom Medium M illustriert.

Das Medium M hat die Temperatur TM, die für die durchgeführte Betrachtung größer ist als die Umgebungstemperatur Tu. Ein Teil der Wärme des Mediums M wird über die Behälterwandung W abgeführt, so dass die im Bereich der Wandung W des Behältnisses 2 erfasste Temperatur Twgeringer ist als die Temperatur des Mediums TM. Auch zwischen der Wandung Wund dem Thermometer 1 findet typischerweise ein Wärmeverlust statt, welcher sich bis zur Elektronik 7 fortsetzt. So ist die mittels eines Anlegefühlers 1 erfasste Temperatur T üblicherweise geringer als die wirkliche Temperatur des Mediums TM.

Ähnliche Probleme können sich auch für invasiv arbeitende Vorrichtungen 1 zur Temperaturbestimmung ergeben, wie bei der in Fig. 1c skizzierten, welche im Gegensatz zu dem in Fig. 1a gezeigten Thermometer 1 zusätzlich ein optionales, in das Medium M hineinragendes Schutzrohr 3 zur Aufnahme des Messeinsatzes 4 aufweist.

Um diesen Problematiken geeignet zu begegnen, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung zusätzlich ein Heiz-Kühlelement 8 integriert. Zwei bevorzugte Ausgestaltungen für ein erfindungsgemäßes Thermometer 1 ist in Fig. 2 illustriert. Zusätzlich zu dem in Fig. 1a gezeigten Thermometer 1 umfasst das Thermometer 1 gemäß Fig. 2a zusätzlich ein oberhalb des Temperatursensors 6 angeordnetes Heiz-/Kühlelement 8, welches für das gezeigte Beispiel ebenfalls über zwei Anschlussleitungen 9 kontaktiert ist.

Der erste Temperatursensor 6 weist damit einen ersten Abstand di von einem Zentrum Z in Form einer zentralen Achse (Längsachse durch die Rohrleitung 2 durch einen Mittelpunkt von deren, hier kreisförmigen, Querschnittsfläche), welcher geringer ist als ein Abstand d2 des Heiz-/Kühlelements von dem Zentrum Z. Auf diese Weise kann mittels des Heiz-Kühlelements 8 ein vorgebbarer Bereich B der Vorrichtung 1 , in welchem sich zumindest der erste Temperatursensor 6 befindet geeignet geheizt/gekühlt werden, derart dass ein Temperaturgradient DT in diesem Bereich B reduziert oder eliminiert werden kann. Bei der in Fig. 2b dargestellten Ausführung ist im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß Fig. 2a das Heiz-/Kühlelement außerhalb des Messeinsatzes 4 angeordnet. Hier ist das Heiz-/Kühlelement 8 in ein Gehäuse 18a in Form einer Manschette, welches um den Messeinsatz 4 herum befestigbar ist, angeordnet und umgibt somit den Messeinsatz 4. Auch hier ist ein Abstand d2 des Heiz-/Kühlelements 8 vom Zentrum Z größer als ein Abstand di vom ersten Temperatursensor 6 vom Zentrum. Alternativ kann das Heiz- Kühlelement 8 beispielsweise auch an einer Innenwandung des Schutzrohrs 3 befestigt oder auch auf ganz andere Weise angeordnet sein. Die Heiz-/Kühleinheit 8 kann über dieselbe Elektronik ? wie der erste Temperatursensor 6 oder eine separate Elektronik [nicht dargestellt] kontaktiert sein.

Es sei darauf verwiesen, dass neben den hier dargestellten Ausgestaltungen auch andere Ausgestaltungen der Vorrichtung 1 sowie relative Anordnungen der Vorrichtung 1 zu dem Behältnis 2 möglich sind und unter die Erfindung fallen. Insbesondere kann eine Längsachse des Vorrichtung 1 , insbesondere des Messeinsatzes 3, auch in einem anderen Winkel als 90°, insbesondere parallel, zur Wandung des Behältnisses 2 oder Längsachse durch das Behältnis 2 ausgerichtet sein.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 umfasst die Vorrichtung 1 zusätzlich einen zweiten Temperatursensor 10, welcher ebenfalls beispielhaft über zwei Anschlussleitungen 11 kontaktiert ist, und welcher oberhalb von und in einem vorgebbaren Abstand d _ß zu dem ersten Temperatursensor 6 angeordnet ist, also im an dem Behältnis angeordneten Zustand der Vorrichtung 1 einen größeren Abstand zum Zentrum Z aufweist als der erste Temperatursensor 6. Für die in Fig. 3a gezeigte beispielhafte Ausgestaltung, bei welcher beide Temperatursensoren 6, 10 und das Heiz-/Kühlelement 8 gemeinsam in einem Messeinsatz 4 angeordnet sind, sind die Abstände des Heiz-Kühlelements 8 und des zweiten Temperatursensors 10 vom Zentrum Z im Wesentlichen gleich. In anderen Ausgestaltungen können die beiden Temperatursensoren 6, 10 und das Heiz- /Kühlelement 8 aber auch anders relativ zueinander angeordnet sein.

Bei der in Fig. 3b gezeigten Ausgestaltung sind der zweite Temperatursensor 10 und das Heiz-/Kühlelement 8 außerhalb des Messeinsatzes 4 für den ersten Temperatursensor 6 angeordnet. Für die hier gezeigte Variante befinden sich der zweite Temperatursensor 8 und das Heiz-/Kühlelement 8 ebenfalls in einem Gehäuse 18b, hier in Form eines weiteren Messeinsatzes. Alternativ ist beispielsweise auch hier eine Anordnung analog zu der Ausgestaltung gemäß Fig. 2b möglich.

Zusätzlich oder alternativ ist es ferner auch denkbar, den ersten 6 und/oder zweiten Temperatursensor 10 so auszugestalten, dass mittels der Anschlussleitungen ein Differenz-Temperatursensor gebildet wird, wie in Fig. 4 anhand zweier möglicher Ausgestaltungen illustriert. Ein Temperatursensor 6 in Form eines auf ein Substrat 12 aufgebrachten Widerstandselements 13 dient der Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur T des Mediums M. Der Temperatursensor 6 ist mittels der beiden Anschlussleitungen 5a und 5b elektrisch kontaktiert und wird somit in der sogenannten Zweileiter-Schaltung betrieben. Im vorliegenden Falle sind beide Anschlussleitungen 5a und 5b direkt an das Widerstandselement 13 angebracht. Es sei aber an dieser Stelle darauf verwiesen, dass grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Kontaktierungen zur Verbindung des Temperatursensors 6 mit den Anschlussleitungen 5 möglich sind.

Die erste Anschlussleitung 5a ist in einen ersten I und einen zweiten Abschnitt II unterteilt. Der erste Abschnitt I besteht dabei aus einem ersten Material, und der zweite Abschnitt II sowie die zweite Anschlussleitung 5b bestehen aus einem zweiten sich vom ersten unterscheidenden Material. Auf diese Weise bilden der erste Abschnitt I der ersten Anschlussleitung 5a und zumindest ein Teil t der zweiten Anschlussleitung 5b einen ersten Differenz-Temperatursensor 14 in Form eines Thermoelements. Die beiden Materialien für den ersten Abschnitt I der ersten Anschlussleitung 5a und den zweiten Abschnitt II der ersten Anschlussleitung 5a sowie für die zweite Anschlussleitung 5b werden derart gewählt, dass aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen den Punkten a und b, und den sich entsprechend aufgrund des thermoelektrischen Effekts in den Abschnitten t ausbildenden unterschiedlichen Thermospannungen, mittels des Differenz- Temperatursensors 14 eine Thermospannung detektierbar ist. Der erste Abschnitt I der ersten Anschlussleitung 5a ist bevorzugt kurz im Vergleich zur Gesamtlänge der ersten Anschlussleitung 5a, beispielsweise liegt die Länge des ersten Abschnitts I der ersten Anschlussleitung 5a im Bereich von wenigen Millimetern oder Zentimetern. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die mittels des ersten Differenz-Temperatursensors 14 ermittelten Werte möglichst einen Temperaturgradienten DTi im Bereich des Temperatursensors 6 wiederspiegeln.

Bei dem in Fig. 4a gezeigten Beispiel sind die erste 5a und zweite Anschlussleitung 5b separat an das Wderstandselement 13 angebracht. Der erste Abschnitt I der ersten Anschlussleitung 5a und der Teil t der zweiten Anschlussleitung 5b sind also mittelbar über das Wderstandselement 13 verbunden. In einer anderen Ausgestaltung könnte der erste Abschnitt I der ersten Anschlussleitung 5a und der Teil t der zweiten Anschlussleitung 5b aber auch direkt miteinander verbunden und dann an den Temperatursensor 6 angebracht sein. In der in Fig. 4b gezeigten Ausgestaltung ist auch die zweite Anschlussleitung 5b in einen ersten III und einen zweiten Abschnitt IV unterteilt. Der erste Differenz-Temperatursensor 14 ist in diesem Fall durch die ersten Abschnitte I und III der ersten 5a und zweiten 5b Anschlussleitungen gebildet. Gemäß Fig. 4b, aber nicht notwendigerweise, sind die beiden ersten Abschnitte I und III der beiden Anschlussleitungen 4a und 4b gleich lang. Bei den zweiten Abschnitten II und IV der ersten 4a und zweiten 4b Anschlussleitungen handelt es sich in diesem Fall um, vorzugsweise gleichartig ausgestaltete, Verlängerungsdrähte. Aber auch im Falle der Ausgestaltung gemäß Fig. 4a ist es von Vorteil, wenn der zweite Abschnitt II der ersten Anschlussleitung 5a und die zweite Anschlussleitung 5b gleichartig ausgestaltet sind.

Mittels des Differenz-Temperatursensors 14 kann ein Wärmestrom W im Bereich des Temperatursensors 6 ermittelt werden, welcher in direktem Zusammenhang mit einem auftretenden Temperaturgradienten DT steht. Sowohl mittels Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zumindest einem zweiten Temperatursensor 10 als auch mit einem Differenz-Temperatursensor 14 lassen sich auftretende Temperaturgradienten im vorgebbaren Bereich B demnach unmittelbar experimentell bestimmen. In diesem Falle kann ein Heiz-/Kühlsignal für das Heiz-/Kühlelement 8 passend gesteuert werden, so dass diese Temperaturgradienten DT reduziert oder eliminiert werden. Dieses Vorgehen verbessert die Messgenauigkeit der Vorrichtung erheblich. Alternativ ist es aber auch möglich, den Temperaturgradienten anhand einer Formel oder hinterlegter Referenzkurven zu ermitteln oder abzuschätzen.

Fig. 5 betrifft schließlich zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen 1 in Form von thermischen Durchflussmessgeräten. In Fig. 5a ist ein thermisches Durchflussmessgerät 1 gezeigt, welches analog zu der Vorrichtung 1 in Form eines Thermometers aus Fig. 2 einen ersten Temperatursensor 6 mit Anschlussleitungen 5 [hier beispielhaft zwei Anschlussleitungen; die Anzahl kann von Ausgestaltung zu Ausgestaltung variieren], ein Heiz-/Kühlelement 8 mit Anschlussleitungen 9 umfasst. Darüber hinaus ist zudem eine Heizeinheit 15 vorgesehen, welcher über die Anschlussleitungen 16 elektrische kontaktiert ist. Das Heiz-/Kühlelement 8 dient zu Reduzierung bzw. Eliminierung des Einflusses von unerwünschter Wärmeleitung, während die Heizeinheit 15 zur Bestimmung des Durchflusses oder einer Durchflussgeschwindigkeit gemäß des bereits erläuterten thermischen Messprinzips ermittelbar ist. Auch wenn Fig. 5a eine nicht- invasive Ausgestaltung der Vorrichtung 1 betrifft, kann eine derartige Ausgestaltung sowohl für eine invasive als auch eine nicht-invasive Bestimmung des Durchflusses, insbesondere eines Volumen- oder Massedurchflusses, oder der Durchflussgeschwindigkeit dienen. Optional kann die Vorrichtung 1 zudem über eine thermische Isolation 16 verfügen, welche eine thermische Abschirmung der Vorrichtung 1 , zumindest des ersten Temperatursensors 6 und der Heizeinheit 15, gegenüber der Umgebung bewirkt.

Während bei der in Fig. 5a gezeigten Ausgestaltung eine Längsachse Lv der Vorrichtung 1 senkrecht zu einer Längsachse LB des Behältnisses 2 verläuft, ist im Falle von Fig. 5b die Längsachse Lv der Vorrichtung 1 parallel zur Längsachse LB des Behältnisses 2 ausgerichtet.

Auch Vorrichtungen 1 in Form von thermischen Durchflussmessgeräten können zusätzlich über einen zweiten Temperatursensor 10 oder einen Differenz-

Temperatursensor 14 verfügen. Dann ist es von Vorteil, wenn ein Heizsignal für das Heiz- /Kühlelement während der Erfassung von Messwerten zur Bestimmung des Durchflusses oder der Durchflussgeschwindigkeit konstant bleibt. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn in einem ersten Betriebsmodus ein geeignetes Heiz-/Kühlsignal für das Heiz- /Kühlelement ermittelt wird, beispielsweise in Abhängigkeit eines mittels des ersten 6 und zweiten Temperatursensors 10 oder mittels des Differenz-Temperatursensors 14 ermittelten Differenz-Temperaturwerts. In dieser Hinsicht ist es insbesondere von Vorteil, wenn während des ersten Betriebsmodus die Heizeinheit 16 unbeheizt bleibt. In einem zweiten Betriebsmodus wird dann vorzugsweise das Heiz-/Kühlsignal für das Heiz- /Kühlelement konstant gehalten.

Zusammenfassend kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht werden, dass nur wenig Wärme über den Messeinsatz 4 an die Umgebung abgeführt wird. Indem der vorgebbare Bereich B, in welchem sich zumindest der erste Temperatursensor 6 und zumindest ein Abschnitt der Anschlussleitungen 5 und ggf. das Heizelement 15 und ein Abschnitt der Anschlussleitungen 16 befinden, geeignet geheizt/gekühlt wird, insbesondere derart, dass ein Temperaturgradient DT in diesem Bereich reduziert bzw. minimiert wird, können hierdurch bedingte Messfehler aufgrund der Wärmeableitung minimiert werden.

Im Falle der Verwendung eines zweiten Temperatursensors 10 oder eines Differenz- Temperatursensors 14 kann ein einfacher Regelkreis bereitgestellt werden, mittels welchem ein Heiz-Kühlsignal für das Heiz-/Kühlelement in Abhängigkeit einer Differenztemperatur des Differenz-Temperatursensors 14 oder einer Temperaturdifferenz zwischen dem ersten 6 und zweiten Temperatursensor 10 eingestellt werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Behältnis 3 Schutzrohr

4 Messeinsatz

5 Anschlussleitungen erster Temperatursensor

6 Erster Temperatursensor

7 Elektronik 8 Heiz-/Kühlelement

9 Anschlussleitungen Heiz-/Kühlelement

10 Zweiter Temperatursensor

11 Anschlussleitungen zweiter Temperatursensor

12 Substrat 13 Widerstandselement

14 Differenz-Temperatursensor

15 Heizeinheit

16 Anschlussleitungen Heiz-/Kühlelement

17 Isolation 18 Gehäuse für Heiz-/Kühlelement; 18a in Form einer Manschette; 18b in Form eines weiteren Messeinsatzes

M Medium

T Temperatur W Wandung des Behältnisses

B vorgebbarer Bereich der Vorrichtung

Z Zentrum des Behältnisses d Abstände zwischen den Temperatursensoren, dem Heiz-/Kühlelement und dem

Zentrum DT Temperaturgradient l,ll Abschnitte der Anschlussleitungen

L Längsachse