具有冷接合点补偿的热电偶温度传感器制造技术

一种热电偶温度传感器具有：具有在接合点处连接的第一和第二导体的热电偶，以及具有第一导体和第二导体的电阻温度器件。电阻温度器件的第一导体与所述热电偶的第一导体连接。第一外部导体与热电偶的第二导体连接，其中第一外部导体被配置为电阻温度器件的电压感测导体和热电偶的电压感测导体。第二外部导体与热电偶的第一导体和电阻温度器件的第一导体连接，其中第二外部导体被配置为电阻温度器件的电流导体和热电偶的电压感测导体。第三外部导体与电阻温度器件的第二导体连接，并被配置为电阻温度器件的电流导体。

Thermocouple temperature sensor with cold junction compensation

A thermocouple temperature sensor has a thermocouple with a first and second conductor connected at a junction point, and a resistance temperature device with a first and second conductor. The first conductor of the resistance temperature device is connected to the first conductor of the thermocouple. A first external conductor is connected to a second conductor of a thermocouple, wherein the first external conductor is configured as a voltage sensing conductor of a resistance temperature device and a voltage sensing conductor of a thermocouple. The second external conductor is connected with the first conductor of the thermocouple and the first conductor of the resistance temperature device, wherein the second external conductor is configured as a current conductor of the resistance temperature device and a voltage sensing conductor of the thermocouple. The third external conductor is connected to the second conductor of the resistance temperature device and is configured as a current conductor of the resistance temperature device.

【技术实现步骤摘要】
具有冷接合点补偿的热电偶温度传感器
本文的实施例提供了一种热电偶温度传感器，其不需要用于远程安装温度变送器的专用延长电缆。
技术介绍
过程工业采用过程变量变送器来监测与化学制品、纸浆、汽油、药物、食物和其他加工厂中的例如固体、浆料、液体、蒸汽和气体的物质相关联的过程变量。过程温度变送器提供与感测到的过程温度相关的输出。温度变送器输出可以通过过程控制环路传送至控制室，或者可以将该输出传送至另一过程设备，使得可以监测并控制该过程。在一些应用中，温度变送器直接安装至包含温度传感器的温度传感器组件。在其他应用中，温度变送器远离温度传感器组件安装，以保护变送器的电子设备免受温度传感器周围环境的影响。一种类型的温度传感器是热电偶，该热电偶包括由不同材料形成、并在被称为“热”接合点的接合点处连接的两个导体。由于塞贝克效应，当自由端和热接合点之间存在温度梯度时，导体的自由端的两端产生电压。热电偶导体的自由端之间的电压的量是自由端和热接合点之间温度差的函数。因此，如果已知自由端处的温度，则自由端之间的电压可用于确定热接合点处的温度。自由端处的温度被称为参考温度。在现有技术中，热电偶导体的自由端延伸到测量自由端之间的电压的温度变送器中。变送器内的温度传感器提供自由端的参考温度。温度变送器使用该参考温度和测量电压来计算热接合点处的温度。这种结构(其中热电偶导体一直延伸到温度变送器的内部)被用于直接安装的变送器和远程安装的变送器二者。第二种温度传感器是电阻温度器件(RTD)。RTD传感器利用导体的电阻基于导体的温度而变化的事实。通过测量RTD的电阻，可以查找与该电阻电平相关联的相应温度。为测量电阻，电流通过RTD，并测量RTD两端的电压。存在RTD传感器的双线、三线和四线实施方式。在双线实施方式中，一根线与RTD的一端连接，而第二根线与RTD的另一端连接。由电流源将电流传送通过两条导线，或由电压源在两条导线两端施加电压，并对得到的电压/电流进行测量。然后得到的电流和电压的组合被用于确定RTD的电阻。然而，这种双线实施方式易于出错，原因在于通向RTD传感器的导线具有影响电压/电流源附近的测量电流/电压的固有电阻。为从测量中去除该寄生电阻，三线实施方式使用桥式电路，其使用三条导线中的两条向RTD施加电流，并使用不具有通过其的电流的第三感测导线来感测RTD一端上的电压。桥式电路被设计为抵消两条载流导线中的寄生电阻。电压感测线不具有通过其的电流，并因此不产生任何寄生电阻。在四线实施方式中，两条导线与RTD传感器的两个相应端连接，并向RTD传感器提供电流。两个附加的电压感测线也与RTD传感器的两个相应端连接。两个电压感测线不具有通过它们的电流，并因此由两个电压感测线测量的电压不包括寄生电阻。
技术实现思路
一种热电偶温度传感器具有：具有在接合点处连接的第一和第二导体的热电偶，以及具有第一导体和第二导体的电阻温度器件。电阻温度器件的第一导体与所述热电偶的第一导体连接。第一外部导体与热电偶的第二导体连接，其中第一外部导体被配置为电阻温度器件的电压感测导体和热电偶的电压感测导体。第二外部导体与热电偶的第一导体和电阻温度器件的第一导体连接，其中第二外部导体被配置为电阻温度器件的电流导体和热电偶的电压感测导体。第三外部导体与电阻温度器件的第二导体连接，并被配置为电阻温度器件的电流导体。在其他实施例中，一种热电偶容器包括：具有电阻温度器件的外部护套和位于护套中的热电偶。热电偶的外部导体被配置为传导通过电阻温度器件的电流以及传送来自热电偶的电压。在其他实施例中，提供了一种测量位于过程流体中热电偶的温度的方法。该方法包括：使用第一导体和第二导体传送电流通过电阻温度器件，并使用第二导体和第三导体测量热电偶两端的电压。基于电阻温度器件响应于电流产生的电压来确定参考温度，并使用参考温度和热电偶两端的电压来确定热电偶的温度。该
技术实现思路
和说明书摘要提供了将在具体实施方式中详细说明的简化形式的本技术的理念的选择。
技术实现思路
和说明书摘要不意图标明所请求保护主题的关键特征或基本特征，也不意图用于确定所请求保护主题的范围。附图说明图1是根据一个实施例的使用四线配置的远程安装温度测量系统的平面图。图2是使用三线配置的远程安装温度感测系统的平面图。图3是温度传感器容器的备选实施例的截面图。图4是根据一个实施例的测量温度的方法的流程图。具体实施方式使用具有远程安装的温度变送器的热电偶在需要贵重的金属热电偶延长线时可能是昂贵的。具体地，因为温度变送器包括内部温度传感器以感测热电偶导体的自由端的温度，那些自由端必须位于温度变送器内。因此，远程安装配置中的热电偶导体必须从温度变送器延伸至其上安装有温度传感器的过程管道。由于用于热电偶的金属比铜更昂贵，从温度传感器运行到远程安装的温度变送器所需的得到的延长电缆更昂贵，并需要专门的安装。此外，因为热电偶电缆只需要与热电偶温度传感器一起使用，如果RTD传感器被热电偶温度传感器替换，RTD传感器的现有铜缆也必须替换，所以与仅需替换温度传感器相比需要更多工作。本实施例提供了一种热电偶温度传感器，其不需要用于远程安装温度变送器的专用延长电缆。本实施例的温度传感器包括护套或容器，其容纳具有被设计为放置在过程管道内的接合点的热电偶和被设计为处于过程管道外的RTD传感器二者。热电偶的自由端放置在过程管道之外，并且热电偶导体中的一个与RTD传感器连接。三个外部导体然后从温度传感器容器延伸出来，其中一个导体与热电偶导体之一的自由端连接，第二外部导体与另一热电偶导体和RTD传感器连接，并且第三导体与RTD传感器的另一端连接。在一些实施例中，第四外部导体连接到与热电偶相对的RTD传感器的端。使用这些外部导体，温度变送器可以确定RTD传感器的电阻，并因此可以远程确定温度传感器护套内热电偶的自由端的参考温度。温度变送器可以使用由热电偶提供的电压和该参考温度(使用外部导体从温度传感器测量的)，来确定过程管道内在热电偶的接合点处的温度。图1提供了根据一个实施例的远程温度测量系统100的平面图，其中一些组件以横截面示出。系统100包括安装至过程管道104并通过四个外部导体108、110、112和114与温度变送器106远程连接的温度传感器容器102。外部导体108、110、112和114是长度大于1英尺的铜线，以允许相对于温度传感器容器102远程安装温度变送器106。温度传感器容器102包括具有第一部分或端115以及第二部分或端117的外侧护套116。第一部分115被设计为放置在过程管道104内的环境中，以便暴露于过程管道104中的温度。第二部分117被设计为放置在过程管道104外的环境中，以便暴露于过程管道104外的温度。第二部分117被描绘为具有比第一部分115大的半径，以使得在各种实施例中更容易观察连接。然而，在大多数实施例中，第二部分117和第一部分115将具有相同的半径，使得外侧护套116沿其长度具有恒定的半径。外侧护套116容纳由在“热”接合点124处连接、并具有两个相应自由端126和128的第一金属导体120和第二金属导体122组成的热电偶118。热接合点124被设计为位于外侧护套116的第一部分115内，以便暴露于过程管道10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电偶温度传感器，包括：热电偶，具有在接合点处连接的第一和第二导体；电阻温度器件，具有第一导体和第二导体，所述电阻温度器件的第一导体与所述热电偶的第一导体连接；第一外部导体，与热电偶的第二导体连接，其中第一外部导体被配置为电阻温度器件的电压感测导体和热电偶的电压感测导体；第二外部导体，与热电偶的第一导体和电阻温度器件的第一导体连接，其中第二外部导体被配置为电阻温度器件的电流导体和热电偶的电压感测导体；以及第三外部导体，与电阻温度器件的第二导体连接，其中第三外部导体被配置为电阻温度器件的电流导体。

【技术特征摘要】
2017.02.21 US 15/437,7061.一种热电偶温度传感器，包括：热电偶，具有在接合点处连接的第一和第二导体；电阻温度器件，具有第一导体和第二导体，所述电阻温度器件的第一导体与所述热电偶的第一导体连接；第一外部导体，与热电偶的第二导体连接，其中第一外部导体被配置为电阻温度器件的电压感测导体和热电偶的电压感测导体；第二外部导体，与热电偶的第一导体和电阻温度器件的第一导体连接，其中第二外部导体被配置为电阻温度器件的电流导体和热电偶的电压感测导体；以及第三外部导体，与电阻温度器件的第二导体连接，其中第三外部导体被配置为电阻温度器件的电流导体。2.根据权利要求1所述的热电偶温度传感器，还包括：与电阻温度器件的第二导体连接的第四外部导体，其中第四外部导体被配置为电阻温度器件的电压感测导体。3.根据权利要求1所述的热电偶温度传感器，其中第三外部导体被进一步配置为电阻温度器件的电压感测导体。4.根据权利要求1所述的热电偶温度传感器，还包括外部护套，使得热电偶和电阻温度器件均在外部护套内。5.根据权利要求4所述的热电偶温度传感器，其中，所述热电偶位于所述外部护套的一部分内，所述外部护套的一部分被配置为放置在第一温度的第一环境中，并且所述电阻温度器件位于所述外部护套的第二部分中，所述外部护套的第二部分被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·哈洛德·鲁德，阿伦·约翰·卡森，克拉伦斯·霍尔姆斯泰特，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：新型
国别省市：美国,US