用于溫度監(jiān)控的電路組件和量熱式質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于至少一個(gè)電子部件的溫度監(jiān)控的電路組件(Schaltungsanordnung)，該電子部件尤其可加載以電流且可與至少一個(gè)電壓源連接。此夕卜，本發(fā)明涉及一種帶有至少一個(gè)電子部件的量熱式質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x，該電子部件尤其可加載以電流且可與至少一個(gè)電壓源連接。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代的過程自動(dòng)化中，測(cè)量?jī)x或執(zhí)行器也可被應(yīng)用于有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域。這尤其使必要的是，所使用的部件不超過一定的電壓、電流或溫度值。
[0003]因此，例如用于運(yùn)用在爆炸保護(hù)的區(qū)域中的傳感器的電路以燃燒保護(hù)類型(Zilndschutzart) “本質(zhì)安全(Eigensicherheit) ”來實(shí)施。本質(zhì)安全在此意味著，保證在故障情況中也不出現(xiàn)不安全的狀態(tài)并且尤其不存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)設(shè)計(jì)的一定的要求在此部分地通過標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定。
[0004]由此在本質(zhì)安全的電路中出現(xiàn)的電壓和電流受限于可靠的最高值，以排除通過火花點(diǎn)火的爆炸風(fēng)險(xiǎn)?；谶@些值，可在本質(zhì)安全的電路中對(duì)于損耗功設(shè)定最高值。
[0005]附加地適用限制布置在有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域中的電子部件的表面溫度，以應(yīng)對(duì)由于熱表面的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。這同樣可通過限制損耗功率而進(jìn)行，為此要使用相關(guān)部件的熱阻抗(另外的名稱是:熱阻(Wjirmewiderstand)或?qū)嶙?Wjirmeleitwiderstand))。
[0006]對(duì)于爆炸保護(hù)，所謂的溫度等級(jí)分別以最大許可的溫度值來規(guī)定。由此對(duì)于在溫度等級(jí)T4中的分級(jí)例如允許表面溫度為最大135°C。
[0007]對(duì)于一些部件(例如量熱式質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x的加熱元件)，由于相對(duì)高的熱阻，溫度限制導(dǎo)致功率損失受限于相對(duì)小的值。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于量熱式或熱式流量測(cè)量已知不同的組件。在管路中的流體(例如液體或氣體)的流量的該類型的確定尤其適合于在流動(dòng)速度較小的情況下測(cè)量。在此，通過測(cè)量獲得的信號(hào)直接與質(zhì)量流量成比例。作為現(xiàn)有技術(shù)示例性地應(yīng)提及文件DE 102010 015 813 Al。
[0009]重要測(cè)量參數(shù)是熱流，其由被加熱的元件(作為電子部件)發(fā)出到流動(dòng)的流體處并且被流體運(yùn)走。被運(yùn)走的熱流相應(yīng)于電加熱功率。
[0010]在實(shí)踐中通常區(qū)別兩個(gè)測(cè)量方法:
在所謂的冷卻方法中，流動(dòng)的流體冷卻被引入測(cè)量管的流動(dòng)橫截面中的加熱元件，在此，在流體的溫度與加熱元件的溫度之間的溫差被保持恒定。對(duì)于產(chǎn)生恒定的溫差必需的加熱功率用于確定質(zhì)量流量。
[0011]在所謂的加熱方法中來測(cè)定從加熱元件導(dǎo)出的熱流將在布置在下游的第二傳感器處的介質(zhì)的溫度提高了多大程度。備選地，可通過加熱功率的再調(diào)節(jié)將溫度提高保持恒定，使得必需的加熱功率那么用作對(duì)于質(zhì)量流的測(cè)量參數(shù)。
[0012]測(cè)量原理即限制加熱部件。
[0013]在不存在流體或者流動(dòng)太小的情況中，尤其需要保證加熱元件(其也被稱為加熱器)不加熱超過允許的溫度值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明目的在于說明一種電路組件(尤其還用于應(yīng)用在量熱式流量測(cè)量?jī)x中)，其確保以電流加載的電子部件的溫度的可靠監(jiān)控。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的電路組件(在其中實(shí)現(xiàn)之前所得出的和指出的目的)首先且主要特征在于，電子部件是至少一個(gè)惠斯通電橋(Wheatstone-BrUcke)的一部分并且設(shè)置有至少一個(gè)開關(guān)裝置，其基于惠斯通電橋的橋橫向電壓OrUckenquerspannung)對(duì)以電流加載電子部件起作用。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的電路組件中，通過電子部件的電阻值提供的關(guān)于加熱的部件本身的信息溫度用于供電的可靠切斷且因此還用于防止進(jìn)一步加熱。
[0017]通常，電路組件尤其涉及在所使用的構(gòu)件或部件的熱阻較高的情況下本質(zhì)安全地供給帶有高能量需求的傳感器電路。
[0018]惠斯通電橋或惠斯通測(cè)量電橋在現(xiàn)有技術(shù)中大多由四個(gè)電阻構(gòu)成，其聯(lián)接成閉合的環(huán)或方形。在此，電壓源布置在一對(duì)角線中而電壓測(cè)量?jī)x布置在另一對(duì)角線中。在現(xiàn)有技術(shù)中利用電壓測(cè)量?jī)x來測(cè)量橋橫向電壓。
[0019]例如由文件DE 2 403 908,DE 102 51 891 B4 或者 DE 10 2009 029 171 Al 已知惠斯通電橋應(yīng)用在熱質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x中。在那里，電橋然而用于測(cè)量加熱元件的電阻值。
[0020]在現(xiàn)有技術(shù)中，惠斯通電橋用于測(cè)量阻值或調(diào)節(jié)可變的阻抗元件。
[0021]在本發(fā)明中，惠斯通電橋用于切斷供電，以防止進(jìn)一步加熱。根據(jù)本發(fā)明的溫度監(jiān)控因此還是溫度限制的形式。
[0022]開關(guān)裝置在一設(shè)計(jì)方案中至少部分地由可控制的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件構(gòu)成。
[0023]在一設(shè)計(jì)方案中，開關(guān)裝置具有至少一個(gè)開關(guān)，其根據(jù)橋橫向電壓且因此根據(jù)電子部件的熱阻值實(shí)現(xiàn)或中斷在電子部件與電壓源之間的電連接。
[0024]在一設(shè)計(jì)方案中，關(guān)于對(duì)達(dá)到規(guī)定的電阻或溫度值的反應(yīng)設(shè)置成，開關(guān)裝置基于橋橫向電壓對(duì)在電壓源與電子部件之間的電連接起作用。通過例如產(chǎn)生電壓供應(yīng)的短路，在此尤其切斷電子部件的電壓供應(yīng)。電壓供應(yīng)的任何其它的可逆的或者必要時(shí)不可逆的中斷同樣處于本發(fā)明的范圍中。
[0025]在一設(shè)計(jì)方案中設(shè)置成，電子部件具有取決于溫度的電阻值。
[0026]根本必需的是，已知在電子部件的溫度與熱阻值之間的關(guān)聯(lián)，使得惠斯特電橋的另外三個(gè)阻抗元件可相應(yīng)地且與電子部件的極限溫度值協(xié)調(diào)地來設(shè)定大小。
[0027]如果尤其有阻抗元件串聯(lián)在電子部件與電壓源之間，則其附加地在一設(shè)計(jì)方案中還用于電流限制，以便可靠地防止火花點(diǎn)火。
[0028]一特別的設(shè)計(jì)方案在于，電子部件具有至少一個(gè)取決于溫度的電阻元件。
[0029]開關(guān)裝置在一設(shè)計(jì)方案中具有至少一個(gè)比較器和開關(guān)。在此，比較器作用于開關(guān)而開關(guān)在一開關(guān)狀態(tài)(Schaltzustand)中中斷在電壓源與電子部件之間的連接。
[0030]因此比較器通過開關(guān)可打開或閉合在電壓源與電子部件之間的連接，從而通過中斷電流尤其可通過電子部件防止超過規(guī)定的溫度值。
[0031]在一設(shè)計(jì)方案中連接的中斷由此來實(shí)現(xiàn)，即在電子部件前短接電壓源，使得沒有電流流過后置的電子部件。
[0032]在一設(shè)計(jì)方案中，開關(guān)布置在電壓源與地電勢(shì)(Massepotential)之間，由此在切換情況中將電壓源對(duì)地短接并且沒有電流流過電子部件。開關(guān)因此優(yōu)選地從電壓源出發(fā)前置于電子部件。
[0033]具體地，開關(guān)在一設(shè)計(jì)方案中尤其是由比較器控制的晶閘管(Thyristor)。
[0034]晶閘管是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件，其由四個(gè)或更多個(gè)交換摻雜的半導(dǎo)體層構(gòu)成。晶閘管是所謂的可接通的結(jié)構(gòu)元件，其在初始狀態(tài)中是不導(dǎo)電的且可通過在門電極處的小電流被接通。之后，晶閘管還在沒有門電流的情況下保持導(dǎo)電而通過低于最小電流、所謂的保持電流又被斷開。
[0035]在該設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)電子部件的熱阻值已達(dá)到極限值時(shí)，切換晶閘管。
[0036]在一設(shè)計(jì)方案中開關(guān)裝置或者在一設(shè)計(jì)方案中特別地開關(guān)或晶閘管還用于限制最大出現(xiàn)的電壓。
[0037]在帶有高功率的本質(zhì)安全的輔助能力供應(yīng)中，在一設(shè)計(jì)方案中利用電路組件實(shí)現(xiàn)快速切斷，以便在短路的情況中可靠地限制火花持續(xù)時(shí)間(Funkendauer)。
[0038]電子部件的阻值的監(jiān)控在一設(shè)計(jì)方案中由此實(shí)現(xiàn)，即惠斯特電橋的橋橫向電壓施加在比較器的兩個(gè)輸入端處。
[0039]為了電子部件可被視為不易受干擾的構(gòu)件，其僅允許最大2/3負(fù)載。同樣地來規(guī)定結(jié)構(gòu)型式。帶有在電線斷裂時(shí)免于其松開的保護(hù)的線繞的電阻例如可用作不易受干擾的部件。優(yōu)選地，與電子部件串聯(lián)的阻抗元件也實(shí)施為不易受干擾的阻抗。
[0040]為了提高電路組件的可靠性，在一設(shè)計(jì)方案中設(shè)置成，電子部件是至少一個(gè)冗余惠斯特電橋的一部分，并且設(shè)置有至少一個(gè)冗余開關(guān)裝置，其基于冗余惠斯特電橋的橋橫向電壓對(duì)以電流加載電子部件起作用。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的對(duì)于開頭所提及的量熱式質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x的另一教導(dǎo)，之前所得出的和指出的目的由此來實(shí)現(xiàn)，即電子部件是至少一個(gè)根據(jù)上述實(shí)施方案中的任一個(gè)所述的電路組件的一部分。
[0042]關(guān)于開關(guān)組件的上述設(shè)計(jì)方案和實(shí)施方案因此相應(yīng)地也適用于在量熱式質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x中的應(yīng)用。在此，電子部件尤其是測(cè)量?jī)x的加熱元件。
[0043]根據(jù)量熱式質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x，也可再一次來闡述根據(jù)本發(fā)明的電路組件。
[0044]測(cè)量?jī)x具有加熱元件，其具有取決于溫度的阻抗。根據(jù)應(yīng)用對(duì)作為電路組件的電子部件的加熱元件規(guī)定最大溫度。該極限溫度與作為極限阻抗的阻值相關(guān)聯(lián)。
[0045]從極限阻抗出發(fā)將惠斯特電橋的三個(gè)阻抗元件設(shè)計(jì)成使得在達(dá)到極限阻抗時(shí)開關(guān)裝置的比較器將開關(guān)切換成使得中斷在加熱元件與電壓源之間的連接。
[0046]通過中斷供電，不會(huì)引起進(jìn)一步的加熱且不會(huì)超過極限溫度。
[0047]由此保證電子部件不變得過熱并且不會(huì)通過電子部件弓I起爆炸。
[0048]在一設(shè)計(jì)方案中前置于電子部件的阻抗元件(其優(yōu)選地也是惠斯特電橋的一部分)附加地負(fù)責(zé)電流限制。
[0049]開關(guān)裝置的開關(guān)在一附加的或備選的設(shè)計(jì)方案中也用于電壓限制。
【附圖說明】
[0050]詳細(xì)地現(xiàn)在存在設(shè)計(jì)和改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的電路組件和根據(jù)本發(fā)明的量熱式質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x的大量可能性。對(duì)此，一方面參照從屬于權(quán)利要求1的權(quán)利要求且相應(yīng)地參照適用于權(quán)利