EP3729031A1 - Thermoelement, temperaturmesssystem und verfahren zur herstellung eines thermoelements - Google Patents

Thermoelement, temperaturmesssystem und verfahren zur herstellung eines thermoelements

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EP3729031A1
EP3729031A1 EP18830360.6A EP18830360A EP3729031A1 EP 3729031 A1 EP3729031 A1 EP 3729031A1 EP 18830360 A EP18830360 A EP 18830360A EP 3729031 A1 EP3729031 A1 EP 3729031A1
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thermocouple
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insulation
temperature
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    • H01L2224/4903—Connectors having different sizes, e.g. different diameters

Definitions

  • the present invention relates to a thermocouple for measuring the temperature of a high-voltage component, comprising a metallic first conductor of a first material and a metallic second conductor of a second material, wherein the first material is different from the second material.
  • the invention further relates to a temperature measuring system with a thermocouple and to a method for producing a thermocouple.
  • thermocouple according to claim 1 the temperature measuring system according to claim 10 and the method for producing a thermocouple according to claim 11.
  • Further advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings.
  • features and details which are described in connection with the thermocouple of course, also in connection with the temperature measuring system according to the invention and the method according to the invention for producing Position of the thermocouple and in each case vice versa, so with respect to the revelation to the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or can be made.
  • thermocouples When using thermocouples, very small voltage differences in the range of a few pV / K must be measured very accurately.
  • the focus has hitherto always been on the shielding, short cable lengths, electrical insulation and / or filtering of the small measuring signals.
  • the cause lies in the asymmetry of the material pairing.
  • thermocouples of arbitrary length which can act with common-mode interference, even without shielding, to deliver a fault-free and interference-proof measuring signal.
  • an insulation of the probe tip of the thermocouple and A shielding can be omitted if the structure of the lines is electrically symmetric, that is, if the electrical resistance per length of the first line is equal to the electrical resistance per length of the second line.
  • the length of the first line is equal to the length of the second line.
  • the absolute electrical resistance of the first line is particularly preferably equal to the absolute electrical resistance of the second line.
  • temperature measurements at high-voltage level or in the case of high-frequency common-mode noise can thus be measured without interference, without additional thermal inertia or time delay.
  • the length of the measuring cable does not influence the susceptibility or the possible measuring error.
  • thermocouple is suitable for the reliable temperature measurement of a high-voltage component in the high-voltage range as well as in the high-voltage range.
  • a thermoelectric measuring device for detecting a temperature difference.
  • the thermocouple according to the invention thus differs in particular from the technical field of the pyroelectric measuring systems, which are designed to determine temperature changes.
  • the detection of the temperature difference is to be understood that is measured at the same time at two different locations and due to the measured voltage, the temperature difference between the two locations can be determined. At a known temperature of the first location thus the temperature of the second location can be determined.
  • the determination of temperature change is to be understood in such a way that it is measured at the same location at different times and only the difference of the temperature at the different times is determined, the actual temperature at the measuring location is not determined.
  • the temperature measurement of the high-voltage component is preferably to be understood as meaning a measurement of a changing temperature at a high-voltage component, in particular a measurement of a changing temperature of at least one portion of the high-voltage component.
  • the metallic first conductor may be completely or substantially entirely made of metal.
  • the metallic second conductor can be completely or essentially completely made of metal.
  • thermocouple according to the invention that the first conductor has a higher specific resistance than the second conductor and the cross-sectional area of the first conductor by the factor or essentially by the factor by which the specific resistance of the first conductor is higher than the resistivity of the second conductor is greater than the cross-sectional area of the second conductor. That is, the wire cross sections should be proportional to the resistivities. This results in two lines with the same resistance as possible per unit length. As a result, the electrical symmetry can be realized particularly reliably with the desired mechanical asymmetry. Corresponding interference-free measured values can be expected in such a system.
  • a temperature measurement system for measuring a temperature.
  • the temperature measurement system includes a thermocouple as described in detail above, an analog-to-digital converter, and a microprocessor in signal communication with the analog-to-digital converter.
  • a temperature measuring system according to the invention brings about the same advantages as have been described in detail with reference to the thermocouple according to the invention.
  • Under the microprocessor can be understood in general an electronic control and regulation unit.
  • the microprocessor is preferably arranged in an insulated manner by insulation, in particular by electrical insulation, in an electrically insulated manner from the analog-to-digital converter. That is, the insulation is arranged for electrical isolation between the microprocessor and the analog-to-digital converter.
  • thermocouple 1 shows a sectional view of a thermocouple according to an inventive embodiment
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram for a temperature measuring system according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a thermocouple 1 for measuring the temperature of a high-voltage component.
  • the thermocouple 1 has a metallic first conductor 2 made of chromium nickel and a metallic second conductor 3 made of nickel.
  • the first conductor 2 has a larger cross-sectional area than the second conductor 3.
  • the first conductor 2 and the second conductor 3 are mechanically asymmetrical to each other.
  • the first conductor 2 and the second conductor 3 are designed to be electrically symmetrical to one another by the selected metal pairing.
  • the first conductor 2 made of chromium nickel on a higher resistivity than the second conductor 3 made of nickel, wherein the cross-sectional area of the first conductor 2 for a as ideal as possible electrical symmetry by the factor or substantially by the factor by which the specific resistance of the first conductor 2 is higher than the resistivity of the second conductor 3, greater than the cross-sectional area of the second conductor 3.
  • the cross-sectional area of the first conductor 2 for a as ideal as possible electrical symmetry by the factor or substantially by the factor by which the specific resistance of the first conductor 2 is higher than the resistivity of the second conductor 3, greater than the cross-sectional area of the second conductor 3.
  • the first conductor 2 and the second conductor 3 are each configured in the form of a wire with a round cross section.
  • the first conductor 2 and the second conductor 3 are designed to be correspondingly flexible.
  • a tubular first insulation sheath 4 is configured around the first conductor 2
  • a tubular second insulation sheath 5 is configured around the second conductor 3.
  • a common third insulation jacket 6 is configured around the first conductor 2, the second conductor 3, the first insulation jacket 4 and the second insulation jacket 5.
  • the third insulation sheath 6 is in direct contact with the first insulation sheath 4 and the second insulation sheath 5, the first conductor 2 passing through the first insulation sheath 4 and the second conductor 3 passing through the second insulation sheath 5 from the third insulation sheath 5 Isolationsummantelung are spaced.
  • the first conductor 2 and the second conductor 3 are simply twisted together, including the respective insulation coating 4, 5.
  • An outer peripheral surface of the first insulation sheath 4 abuts against an outer peripheral surface of the second insulation sheath 5.
  • thermocouple 1 a method for producing the illustrated thermocouple 1 or the inventive section of the thermocouple 1 will be described below.
  • a first step S1 the first conductor 2 with the first insulation sheath 4 and the second conductor 3 with the second insulation sheath 5 are provided for this purpose.
  • a subsequent second step S2 the first conductor 2 in the first insulation sheath 4 and the second conductor 3 in the second insulation sheath 5 are twisted together. After that, the twisted conductors 2, 3, which are located in the respective insulation jacket 4, 5, are encased with the third insulation jacket 6.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of a temperature measuring system 10 for measuring a temperature on a high-voltage measurement object by means of the above-described thermocouple 1.
  • the temperature measuring system has the thermocouple 1, an analog-to-digital converter 7 and a microprocessor 9 in signal communication with the analog-to-digital converter 7.
  • the microprocessor 9 is electrically isolated from the analog-to-digital converter 7 by an insulation 8.
  • the first conductor 2 of the temperature measuring system 10 has a different electrical resistance than the second conductor 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermoelement (1) zur Temperaturmessung eines Hochspannungsbauteils, aufweisend einen metallischen ersten Leiter (2) aus einem ersten Material und einen metallischen zweiten Leiter (3) aus einem zweiten Material, wobei sich das erste Material vom zweiten Material unterscheidet, wobei der erste Leiter (2) und der zweite Leiter (3) mechanisch asymmetrisch und elektrisch symmetrisch zueinander ausgestaltet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Temperaturmesssystem (10) mit dem erfindungsgemäßen Thermoelement (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Thermoelements (1).

Description

Beschreibung
Thermoelement, Temperaturmesssystem und Verfahren zur Herstellung eines
Thermoelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermoelement zur Temperaturmessung eines Hochspannungsbauteils, aufweisend einen metallischen ersten Leiter aus einem ers- ten Material und einen metallischen zweiten Leiter aus einem zweiten Material, wobei sich das erste Material vom zweiten Material unterscheidet. Die Erfindung betrifft fer- ner ein Temperaturmesssystem mit einem Thermoelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements.
Temperaturmessungen mittels Thermoelement sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ein gattungsgemäßes Thermoelement geht beispielsweise aus der JP 2016-011880 A2 hervor.
Thermoelemente erzeugen in der Regel sehr kleine Spannungen, abhängig von der Materialpaarung in einem Bereich von ca. 6 pV/K bis ca. 42 pV/K. Für eine verbes- serte Messgenauigkeit sind Thermoelemente deshalb oft geschirmt, sodass Störun- gen dieser Spannungen und damit das Messergebnis möglichst wenig beeinflusst werden. Abschirmungen sind allerdings teuer. Außerdem ist eine solche Schirmung beispielsweise bei Zwischensteckern oft nicht durchgehend umsetzbar, wodurch wei- terhin Messfehler durch Störungen verursacht werden können.
Eine weitere Maßnahme, um der möglichen Problematik hinsichtlich der Störung der durch das Thermoelement erzeugten Spannungen Rechnung tragen zu können ist es, Messeingänge stark zu befiltern. Dies führt allerdings zu langsamen Messungen und folglich zu entsprechend trägen Vorgängen. Thermische Veränderungen an gro- ßen Massen sind verhältnismäßig träge, weshalb an solchen Messobjekten lang- same Messverfahren ausreichend sein können. Sind Messobjekte allerdings klein und haben deshalb eine kleine thermische Zeitkonstante, so muss an einem Thermo- element auch ein Fühler mit einer kleinen thermischen Trägheit verwendet werden, um die schnellen Temperaturänderungen entsprechend schnell messen zu können. In diesen Fällen ist eine zufriedenstellende Filterung kaum umsetzbar. Hierbei ist weiter zu berücksichtigen, dass je länger eine Messleitung sein muss, desto größer der Störeinfluss und somit auch der Messfehler sind.
Bei Messungen auf Flochvolt-Niveau ist die Fühlerspitze bei bekannten Thermoele- menten elektrisch isoliert. Damit ist die Fühlerspitze auch thermisch isoliert und führt zu den bereits erwähnten langsamen bzw. trägen Messungen. Liegt das Messobjekt auf hohem Potential sind Filterkondensatoren aufgrund ihrer Baugröße für mehrka- nalige Messsysteme im vorhandenen Platzangebot insbesondere bei moderner Mini- aturisierungsbauweise häufig nicht mehr möglich. Solche Messobjekte können Sam- melschienen an Umrichtersystemen oder Batterien, die mit großen und hochfrequen- ten Gleichtaktstörungen beaufschlagt sind, sein. Gleichtaktstörungen setzen einen symmetrischen Messeingang voraus, da sonst aus Gleichtaktstörungen Gegentakt- störungen werden, die sich als Messfehler auswirken können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nach- teile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Thermoelement sowie ein Temperaturmesssystem zu schaffen, mittels welchen Temperaturen und/oder sich rasch ändernde Temperaturen auch im Hoch- voltbereich auf einfache, robuste, kostengünstige und störsichere Weise gemessen werden können. Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver- fahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Thermoelements zur Verfügung zu stellen.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Thermoelement gemäß Anspruch 1 , das Temperaturmesssystem gemäß Anspruch 10 sowie das Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Thermoelement beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsge- mäßen Temperaturmesssystem sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Her- Stellung des Thermoelements und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenba- rung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Thermoelement zur Temperaturmessung eines Hochspannungsbauteils bereitgestellt. Das Thermoele- ment weist einen metallischen ersten Leiter aus einem ersten Material und einen me tallischen zweiten Leiter aus einem zweiten Material auf, wobei sich das erste Mate- rial vom zweiten Material unterscheidet. Der erste Leiter und der zweite Leiter sind erfindungsgemäß mechanisch asymmetrisch und elektrisch symmetrisch zueinander ausgestaltet.
Bei der Anwendung von Thermoelementen müssen sehr kleine Spannungsdifferen- zen im Bereich von wenigen pV/K sehr genau gemessen werden. Im gestörten Um- feld, beispielsweise in der Nähe von Zündkerzen oder Sammelschienen von Umrich- tern, hat man sich bisher stets auf die Abschirmung, kurze Leitungslängen, elektri- sche Isolation und/oder Befilterung der kleinen Messsignale konzentriert. Hierbei wurde übersehen, dass die Ursache in der Asymmetrie der Materialpaarung liegt.
Die mechanische Asymmetrie wird insbesondere dadurch erreicht, dass der erste Leiter und der zweite Leiter unterschiedlich große Querschnittsflächen aufweisen. So kann der erste Leiter beispielsweise eine Querschnittsfläche aufweisen, die zumin- dest abschnittsweise größer als die Querschnittsfläche des zweiten Leiters ist, oder anders herum. Dabei ist der Unterschied der Querschnittsflächen derart gewählt, dass sich die elektrische Symmetrie zwischen den beiden Leitern einstellt. Unter der elektrischen Symmetrie ist zu verstehen, dass der erste Leiter und der zweite Leiter jeweils den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Widerstand pro Länge auf- weisen.
Damit sind beliebig lange Thermoelemente realisierbar, die mit Gleichtaktstörungen beaufschlagt auch ohne Schirmung ein fehlerfreies und störfestes Messsignal liefern können. Bei umfangreichen Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass eine Isolierung der Fühlerspitze des Thermoelements sowie eine Schirmung entfallen können, wenn der Aufbau der Leitungen elektrisch symmet- risch erfolgt, wenn also der elektrische Widerstand pro Länge der ersten Leitung gleich dem elektrischen Widerstand pro Länge der zweiten Leitung ist. Bevorzugt ist auch die Länge der ersten Leitung gleich der Länge der zweiten Leitung. Damit ist besonders bevorzugt der absolute elektrische Widerstand der ersten Leitung gleich dem absoluten elektrischen Widerstand der zweiten Leitung.
Damit können insbesondere Temperaturmessungen auf Hochvolt-Niveau oder bei hochfrequenten Gleichtaktstörungen ohne zusätzliche thermische Trägheit bzw. zeit- liche Verzögerung störsicher gemessen werden. Die Länge der Messleitung beein- flusst dabei nicht die Störempfindlichkeit oder den etwaigen Messfehler.
Das Thermoelement ist zur zuverlässigen Temperaturmessung eines Hochspan- nungsbauteils im Hochvoltbereich sowie im Hochspannungsbereich geeignet. Unter dem Thermoelement ist insbesondere eine thermoelektrische Messvorrichtung zur Erfassung einer Temperaturdifferenz zu verstehen. Das erfindungsgemäße Thermo- element grenzt sich damit insbesondere von technischen Gebiet der pyroelektrischen Messsysteme ab, die zur Ermittlung von Temperaturänderungen ausgestaltet sind. Wobei die Erfassung der Temperaturdifferenz so zu verstehen ist, dass zur selben Zeit an zwei unterschiedlichen Orten gemessen wird und aufgrund der gemessenen Spannung die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Orten bestimmt werden kann. Bei bekannter Temperatur des ersten Ortes kann somit die Temperatur des zweiten Ortes ermittelt werden. Hingegen ist die Ermittlung von Temperaturänderung so zu verstehen, dass dazu an ein und demselben Ort zu unterschiedlichen Zeiten gemessen wird und dabei lediglich der Unterschied der Temperatur zu den unter- schiedlichen Zeiten ermittelt wird, die eigentliche Temperatur am Messort wird dabei nicht ermittelt.
Unter der Temperaturmessung des Hochspannungsbauteils ist vorzugsweise eine Messung einer sich ändernden Temperatur an einem Hochspannungsbauteil, insbe- sondere eine Messung einer sich ändernden Temperatur von wenigstens einem Ab- schnitt des Hochspannungsbauteils, zu verstehen. Der metallische erste Leiter kann vollständig oder im Wesentlichen vollständig aus Metall bestehen. Ebenso kann der metallische zweite Leiter vollständig oder im We- sentlichen vollständig aus Metall bestehen.
Gemäß einer Weiterbildung ist es bei einem erfindungsgemäßen Thermoelement möglich, dass der erste Leiter einen höheren spezifischen Widerstand als der zweite Leiter aufweist und die Querschnittsfläche des ersten Leiters um den Faktor oder im Wesentlichen um den Faktor, um welchen der spezifische Widerstand des ersten Leiters höher als der spezifische Widerstand des zweiten Leiters ist, größer als die Querschnittsfläche des zweiten Leiters ist. Das heißt, die Leitungsquerschnitte sollen proportional zu den spezifischen Widerständen sein. Daraus resultieren zwei Leitun- gen mit möglichst gleichem Widerstand pro Längeneinheit. Dadurch lässt sich die elektrische Symmetrie bei der gewünschten mechanischen Asymmetrie besonders zuverlässig realisieren. In einem solchen System können entsprechend störsichere Messwerte erwartet werden.
Ferner ist es möglich, dass bei einem Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfin- dung der erste Leiter aus Chromnickel oder Eisen besteht oder überwiegend Chrom- nickel oder Eisen aufweist und der zweite Leiter aus Nickel oder Kupfernickel besteht oder überwiegend Nickel oder Kupfernickel aufweist. Nickel und Chromnickel sowie Eisen und Kupfernickel haben sich bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Er- findung als kostengünstige und zuverlässig funktionierende Metallpaarungen heraus- gestellt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante sind bei einem Thermoelement der vorliegenden Erfindung der erste Leiter und der zweite Leiter jeweils drahtförmig aus- gestaltet. Dadurch kann das Thermoelement besonders einfach und platzsparend ausgestaltet sein. Unter einer drahtförmigen Ausgestaltung ist insbesondere eine dünne, lange und biegsame Geometrie mit einem runden Querschnitt zu verstehen.
Darüber ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, dass bei einem Thermoele- ment um den ersten Leiter zumindest abschnittsweise eine schlauchförmige erste Isolationsummantelung ausgestaltet ist und um den zweiten Leiter zumindest ab- schnittsweise eine schlauchförmige zweite Isolationsummantelung ausgestaltet ist. Dadurch kann das Thermoelement weiterhin konstruktiv einfach und platzsparend bereitgestellt werden. Die Isolationsummantelung ist vorzugsweise als elektrische Isolationsummantelung ausgestaltet. Das heißt, die Isolationsummantelung ent- spricht vorzugsweise einem elektrischen Isolator mit einer hohen mechanischen Be- lastbarkeit und einer bedeutungslos geringen elektrischen Leitfähigkeit. Die Isolation- summantelung ist bevorzugt eine Hochvolt-Isolationsummantelung. Durch die Isolati- onsummantelung kann ein Stromfluss zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter verhindert werden.
Außerdem ist es möglich, dass bei einem Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung um den ersten Leiter, den zweiten Leiter, die erste Isolationsummantelung und die zweite Isolationsummantelung zumindest abschnittsweise eine gemeinsame dritte Isolationsummantelung ausgestaltet ist. Dadurch kann der erfindungsgemäß einfache und platzsparende Aufbau besonders robust gegenüber externer Kraftein- wirkungen bereitgestellt werden. Durch die dritte Isolationsummantelung können der erste Leiter und der zweite Leiter sowie die erste Isolationsummantelung und die zweite Isolationsummantelung außerdem zuverlässig in der gewünschten Position gehalten werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Thermoelement der erste Leiter und der zweite Leiter zu- mindest abschnittsweise miteinander verdrillt sind. Dadurch kann die mechanische Struktur des Thermoelements besonders robust bereitgestellt werden. Der erste Lei- ter und der zweite Leiter sind vorzugsweise nur einfach miteinander verdrillt. Außer- dem kann das Thermoelement dadurch besonders einfach aufgebaut bereitgestellt werden.
Zudem ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Thermoelement eine Au- ßenumfangsfläche der ersten Isolationsummantelung zumindest abschnittsweise an einer Außenumfangsfläche der zweiten Isolationsummantelung anliegt. Auch dadurch kann das Thermoelement besonders kompakt und robust bereitgestellt wer- den, wodurch ein zuverlässiger Betrieb des Thermoelements gewährleistet werden kann. Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn bei einem Thermoelement gemäß der vor- liegenden Erfindung der erste Leiter, der zweite Leiter, die erste Isolationsummante- lung, die zweite Isolationsummantelung und/oder die dritte Isolationsummantelung flexibel ausgestaltet sind. Dadurch kann das Thermoelement entsprechend flexibel eingesetzt werden. Außerdem können durch die Flexibilität des Thermoelements bei äußeren Krafteinwirkungen Schäden am Thermoelement verhindert werden, indem das Thermoelement den wirkenden Kräften ausweichen kann. Dadurch kann wiede- rum ein zuverlässiger Betrieb des Thermoelements gewährleistet werden. Unter ei- nem flexiblen Bauteil ist ein bei Krafteinwirkung zumindest bis zu einem gewissen Grad elastisch verformbares Bauteil zu verstehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Temperatur- messsystem zum Messen einer Temperatur zur Verfügung gestellt. Das Temperatur- messsystem weist ein wie vorstehend im Detail beschriebenes Thermoelement, ei- nen Analog-Digital-Umsetzer und einen mit dem Analog-Digital-Umsetzer in Signal- verbindung stehenden Mikroprozessor auf. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Temperaturmesssystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Thermoelement beschrieben worden sind. Unter dem Mikroprozessor kann im Allgemeinen eine elektronische Steuer- und Regelungsein- heit verstanden werden. Für eine zuverlässige Betriebsweise des Temperaturmess- systems ist der Mikroprozessor vorzugsweise durch eine Isolierung, insbesondere durch eine elektrische Isolierung, elektrisch vom Analog-Digital-Umsetzer isoliert an- geordnet. Das heißt, die Isolierung ist für eine elektrische Isolierung zwischen dem Mikroprozessor und dem Analog-Digital-Umsetzer angeordnet.
Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Her- stellung eines wie vorstehend dargestellten Thermoelements zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen des ersten Leiters mit der ersten Isolationsummantelung,
Bereitstellen des zweiten Leiters mit der zweiten Isolationsummantelung, zumindest abschnittsweise Verdrillen des ersten Leiters, der sich innerhalb der ersten Isolationsummantelung befindet, mit dem zweiten Leiter, der sich inner- halb der zweiten Isolationsummantelung befindet, und zumindest abschnittsweise Ummanteln der verdrillten Leiter mit der dritten Iso- lationsummantelung.
Das Verfahren wird vorzugsweise automatisiert, maschinell durchgeführt. Dadurch kann das Thermoelement schnell, kostengünstig und mit hoher Qualität bereitgestellt werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgen- den Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Be- schreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, ein- schließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine Schnittansicht eines Thermoelements gemäß einer erfindungsgemä- ßen Ausführungsform, und
Figur 2 ein Ersatzschaltbild für ein erfindungsgemäßes Temperaturmesssystem.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 und 2 je- weils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch ein Thermoelement 1 zur Temperaturmessung eines Hoch- spannungsbauteils dargestellt. Das Thermoelement 1 weist einen metallischen ers- ten Leiter 2 aus Chromnickel und einen metallischen zweiten Leiter 3 aus Nickel auf. Wie in der Schnittansicht in Fig. 1 zu erkennen, weist der erste Leiter 2 eine größere Querschnittsfläche als der zweite Leiter 3 auf. Dadurch sind der erste Leiter 2 und der zweite Leiter 3 mechanisch asymmetrisch zueinander ausgestaltet. Gleichwohl sind der erste Leiter 2 und der zweite Leiter 3 durch die gewählte Metallpaarung elektrisch symmetrisch zueinander ausgestaltet. Im vorliegenden Beispiel weist der erste Leiter 2 aus Chromnickel einen höheren spezifischen Widerstand als der zweite Leiter 3 aus Nickel auf, wobei die Querschnittsfläche des ersten Leiters 2 für eine möglichst ideale elektrische Symmetrie um den Faktor oder im Wesentlichen um den Faktor, um welchen der spezifische Widerstand des ersten Leiters 2 höher als der spezifische Widerstand des zweiten Leiters 3 ist, größer als die Querschnittsfläche des zweiten Leiters 3 ist. Als weitere Metallpaarung wären Eisen für den ersten Leiter 2 und Kupfernickel für den zweiten Leiter 3 möglich.
Wie in Fig. 1 ferner zu erkennen ist, sind der erste Leiter 2 und der zweite Leiter 3 je- weils drahtförmig mit rundem Querschnitt ausgestaltet. Der erste Leiter 2 und der zweite Leiter 3 sind dadurch entsprechend flexibel ausgestaltet. Dabei ist um den ersten Leiter 2 eine schlauchförmige erste Isolationsummantelung 4 ausgestaltet und um den zweiten Leiter 3 ist eine schlauchförmige zweite Isolationsummantelung 5 ausgestaltet. Weiterhin ist um den ersten Leiter 2, den zweiten Leiter 3, die erste Iso- lationsummantelung 4 und die zweite Isolationsummantelung 5 eine gemeinsame dritte Isolationsummantelung 6 ausgestaltet. Das heißt, die dritte Isolationsummante- lung 6 befindet sich in direktem Kontakt mit der ersten Isolationsummantelung 4 und der zweiten Isolationsummantelung 5, wobei der erste Leiter 2 durch die erste Isolati- onsummantelung 4 und der zweite Leiter 3 durch die zweite Isolationsummantelung 5 von der dritten Isolationsummantelung beabstandet sind.
Der erste Leiter 2 und der zweite Leiter 3 sind einschließlich der jeweiligen Isolation- summantelung 4, 5 einfach miteinander verdrillt. Eine Außenumfangsfläche der ers- ten Isolationsummantelung 4 liegt dabei an einer Außenumfangsfläche der zweiten Isolationsummantelung 5 an.
Mit Bezug auf Fig. 1 soll anschließend ein Verfahren zur Herstellung des dargestell- ten Thermoelements 1 bzw. des erfindungsgemäßen Abschnitts des Thermoele- ments 1 beschrieben werden. In einem ersten Schritt S1 werden dazu der erste Lei- ter 2 mit der ersten Isolationsummantelung 4 und der zweite Leiter 3 mit der zweiten Isolationsummantelung 5 bereitgestellt. In einem anschließenden zweiten Schritt S2 werden der erste Leiter 2 in der ersten Isolationsummantelung 4 und der zweite Lei- ter 3 in der zweiten Isolationsummantelung 5 miteinander verdrillt. Danach werden die verdrillten Leiter 2, 3, die sich in der jeweiligen Isolationsummantelung 4, 5 befin- den, mit der dritten Isolationsummantelung 6 ummantelt. In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild eines Temperaturmesssystems 10 zum Messen ei- ner Temperatur an einem Hochvolt-Messobjekt mittels des vorstehend beschriebe- nen Thermoelements 1 dargestellt. Das Temperaturmesssystem weist dazu das Thermoelement 1 , einen Analog-Digital-Umsetzer 7 und einen mit dem Analog-Digi- tal-Umsetzer 7 in Signalverbindung stehenden Mikroprozessor 9 auf. Der Mikropro- zessor 9 ist von dem Analog-Digital-Umsetzer 7 durch eine Isolierung 8 elektrisch isoliert angeordnet. Wie in Fig. 2 zu erkennen, weist der erste Leiter 2 des Tempera- turmesssystems 10 einen anderen elektrischen Widerstand als der zweite Leiter 3 auf.
Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestal- tungsgrundsätze zu. Das heißt, die Erfindung soll nicht auf die in den Figuren darge- stellten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden.
Bezugszeichenliste Thermoelement
erster Leiter
zweiter Leiter
erste Isolationsummantelung
zweite Isolationsummantelung
dritte Isolationsummantelung
Analog-Digital-Umsetzer
Isolierung
Mikroprozessor
Temperaturmesssystem

Claims

Patentansprüche
1. Thermoelement (1 ) zur Temperaturmessung eines Hochspannungsbauteils, aufweisend einen metallischen ersten Leiter (2) aus einem ersten Material und einen metallischen zweiten Leiter (3) aus einem zweiten Material, wobei sich das erste Material vom zweiten Material unterscheidet,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Leiter (2) und der zweite Leiter (3) mechanisch asymmetrisch und elektrisch symmetrisch zueinander ausgestaltet sind.
2. Thermoelement (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Leiter (2) einen höheren spezifischen Widerstand als der zweite Leiter (3) aufweist und die Querschnittsfläche des ersten Leiters (2) um den Faktor o- der im Wesentlichen um den Faktor, um welchen der spezifische Widerstand des ersten Leiters (2) höher als der spezifische Widerstand des zweiten Leiters (3) ist, größer als die Querschnittsfläche des zweiten Leiters (3) ist.
3. Thermoelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Leiter (2) aus Chromnickel oder Eisen besteht oder überwiegend Chromnickel oder Eisen aufweist und der zweite Leiter (3) aus Nickel oder Kup- fernickel besteht oder überwiegend Nickel oder Kupfernickel aufweist.
4. Thermoelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
um den ersten Leiter (2), der insbesondere drahtförmig ausgestaltet ist, zumin- dest abschnittsweise eine schlauchförmige erste Isolationsummantelung (4) ausgestaltet ist und um den zweiten Leiter (3), der insbesondere drahtförmig ausgestaltet ist, zumindest abschnittsweise eine schlauchförmige zweite Isolati- onsummantelung (5) ausgestaltet ist.
5. Thermoelement (1 ) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass um den ersten Leiter (2), den zweiten Leiter (3), die erste Isolationsummante- lung (4) und die zweite Isolationsummantelung (5) zumindest abschnittsweise eine gemeinsame dritte Isolationsummantelung (6) ausgestaltet ist.
6. Thermoelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Leiter (2) und der zweite Leiter (3) zumindest abschnittsweise mitei- nander verdrillt sind.
7. Thermoelement (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Außenumfangsfläche der ersten Isolationsummantelung (4) zumindest ab- schnittsweise an einer Außenumfangsfläche der zweiten Isolationsummante- lung (5) anliegt.
8. Thermoelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Leiter (2), der zweite Leiter (3), die erste Isolationsummantelung (4), die zweite Isolationsummantelung (5) und/oder die dritte Isolationsummantelung (6) flexibel ausgestaltet sind.
9. Temperaturmesssystem (10) zum Messen einer Temperatur, aufweisend ein Thermoelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einen Analog-Digital- Umsetzer (7) und einen mit dem Analog-Digital-Umsetzer (7) in Signalverbin- dung stehenden Mikroprozessor (9).
10. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements (1 ) nach einem der Ansprü- che 1 bis 8, aufweisend die folgenden Schritte:
Bereitstellen des ersten Leiters (2) mit der ersten Isolationsummantelung
(4),
Bereitstellen des zweiten Leiters (3) mit der zweiten Isolationsummante- lung (5), zumindest abschnittsweise Verdrillen des ersten Leiters (2), der sich inner- halb der ersten Isolationsummantelung (4) befindet, mit dem zweiten Lei- ter (3), der sich innerhalb der zweiten Isolationsummantelung (5) befindet, und
zumindest abschnittsweise Ummanteln der verdrillten Leiter (2, 3) mit der dritten Isolationsummantelung (6).
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