DE3841135C2

DE3841135C2 - Measuring element

Info

Publication number: DE3841135C2
Application number: DE19883841135
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr Hiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2008-12-08
Also published as: DE3841135A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßelement für kalo rimetrisch arbeitende Strömungswächter, welches Heizele mente und Temperaturfühlelemente aufweist, und welches aus der zwischen zwei Temperaturfühlelementen bestimmten Tem peraturdifferenz unabhängig von der Mediumstemperatur dessen Strömungszustand erfaßt.The invention relates to a measuring element for kalo Rimetric flow monitors, which Heizele elements and temperature sensing elements, and which one the temperature determined between two temperature sensing elements temperature difference regardless of the medium temperature whose flow state is detected.

Das eingangs beschriebene Meßelement wird insbesondere in kalorimetrischen Strömungswächtern angewendet, wie sie z. B. in der DE 32 13 902 A1 beschreiben sind. Die in dieser Schrift angegebene Lösung besteht im wesentlichen darin, daß der die Strömungsgeschwindigkeit des umgebenden Mediums erfassende Meßfühler in Stiftform ausgeführt ist und daß die erforder lichen Temperaturfühlelemente innerhalb dieses Stiftes in dessen Längsachse übereinander angeordnet sind. Das Temperatur fühlelement, welches die Mediumsströmungsgeschwindigkeit er faßt, ist zusätzlich durch eine Spule beheizt. Das andere Temperaturfühlelement ist unbeheizt. Das beheizte Temperatur fühlelement befindet sich zudem zusätzlich in einer Aussparung einer Aluminiumscheibe.The measuring element described at the outset is in particular in Calorimetric flow monitors applied, such as. B. are described in DE 32 13 902 A1. The one in this writing specified solution consists essentially in that the Flow velocity of the surrounding medium Sensor is designed in pen form and that the required Lichen temperature sensing elements within this pin in whose longitudinal axis are arranged one above the other. The temperature sensing element, which he the medium flow rate is also heated by a coil. The other Temperature sensing element is unheated. That heated temperature Feeling element is also located in a recess an aluminum disc.

Diese Problemlösung ist technisch durchaus realisierbar, er fordert jedoch einen erheblich Abgleichaufwand, um beide Fühlelemente aufeinander abzustimmen. Die Problematik, die sich insbesondere bei dieser Lösung ergibt, besteht darin, daß der mittlere Temperaturunterschied zwischen den beiden Temperaturfühlelementen so groß ist, daß ein vollständiger Gleichlauf der Temperaturfühlelemente bei sich ändernder Um gebungstemperatur nur durch aufwendige Selektions- und Ab gleichtechniken erreichbar ist. This problem solving is technically feasible, he however, requires a significant adjustment effort to both Matching sensing elements to each other. The problem that this solution, in particular, consists of that the mean temperature difference between the two Temperature sensing elements is so large that a complete Synchronization of the temperature sensing elements with changing Um temperature only through elaborate selection and Ab same techniques can be achieved.

In der EP 0353996 A2 ist ein Meßelement für kalorimetrisch arbeitende Strömungswächter beschrieben, das auf einem Bau elementträger zwei Temperaturmeßelemente, jedoch nur ein Heiz element trägt. In den Schriften US 4160969 und DE 36 38 137 A1 werden Bauelementeträger beschrieben, die Heizelemente und Temperaturfühlelemente auf gegenüberliegenden Seiten eines Trägers aufweisen. Die DE 35 14 491 A1 zeigt zwei Paare von je einem Heizer und einem Temperaturfühlelement, wo jedoch nur ein Heizer beheizt ist.EP 0353996 A2 describes a measuring element for calorimetric working flow switch described on a construction element carrier two temperature measuring elements, but only one heating element carries. In the documents US 4160969 and DE 36 38 137 A1 component carriers are described, the heating elements and Temperature sensing elements on opposite sides of a Have carrier. DE 35 14 491 A1 shows two pairs of one heater and one temperature sensing element each, but where only one heater is heated.

Allen genannten technischen Lösungen ist, wie eingangs aufge zeigt, ein großer Temperaturunterschied zwischen den Tempera turfühlelementen gemeinsam.All the technical solutions mentioned are as stated at the beginning shows a large temperature difference between the tempera sensor elements together.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Lösung anzugeben, die es erlaubt, die mittlere Temperaturdifferenz der Tempe raturfühlelemente bei gleichzeitiger Erhaltung des Absolut wertes der Temperaturdifferenz für die Strömungszustände des Mediums möglichst gering zu halten und noch verbleibende Kennliniendifferenzen auszugleichen. Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erreicht durch ein Meßelement mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1. Die mittlere Temperaturdifferenz der Temperaturfühlelemente läßt sich damit in einfacher Weise dadurch herabsetzen, daß im Gegensatz zu üblichen Lösungen auch das Temperaturfühlelement, welches üblicherweise aus schließlich die Mediumstemperatur erfaßt, zusätzlich beheizt ist. Dies geschieht in der Weise, daß auf einem Streifen eines Epoxid-Platinenbasismaterials zwei Dickschicht-, im einfachsten Fall SMD-Widerstände in der Längsachse dieses Streifens übereinander angeordnet sind. Leiterbahnzüge ver binden beide Widerstände, entweder in Parallel- oder in Serien schaltung. Der Abstand dieser beiden Widerstände ist so ge wählt, daß eine hinreichende Wärmeentkopplung vorliegt. The object of the invention was therefore to provide a solution which allows the mean temperature difference of the tempe rature sensing elements while maintaining the absolute value of the temperature difference for the flow conditions to keep the medium as low as possible and any remaining Compensate for differences in characteristics. The solution of the posed Task is achieved by a measuring element with the features according to claim 1. The mean temperature difference of Temperature sensing elements can thus be easily by reducing that, in contrast to conventional solutions also the temperature sensing element, which is usually made of finally the medium temperature recorded, additionally heated is. This is done in such a way that on a strip an epoxy board base material two thick-film, in simplest case SMD resistors in the longitudinal axis of this Stripes are arranged one above the other. Conductor tracks ver bind both resistors, either in parallel or in series circuit. The distance between these two resistors is so ge selects that there is sufficient heat decoupling.

Auf der nicht bestückten Platinenseite sind dann im Zentrum dieser Widerstände Temperaturfühlelemente, vornehmlich Siliziumsensoren, aufgelötet oder aufgeklebt. Diese Wider stände bilden für die nachfolgende Auswerteelektronik eine Halbbrücke.On the blank side of the board are then in the center of these resistances, temperature sensing elements, primarily Silicon sensors, soldered or glued. This contradiction stands form a for the subsequent evaluation electronics Half bridge.

Zur Kalibrierung ist es möglich, eine steigende Umgebungs temperatur dadurch zu simulieren, daß der Heizstrom für beide Sensoren erhöht wird. Bildet sich eine Differenz spannung an den beiden Sensoren heraus, so liegt eine effektive Kennliniendifferenz vor. Die Temperaturdifferenz an den Fühlelementen wird dann, je nach Vorzeichen dieser Differenz, dadurch minimalisiert, daß der Widerstand eines der beiden Heizwiderstände z. B. durch Lasertrimmen herab gesetzt wird.For calibration it is possible to find a rising environment temperature by simulating that the heating current for both sensors is increased. A difference is formed voltage at the two sensors, there is one effective characteristic curve difference. The temperature difference on the sensing elements, depending on their sign, this Difference, minimized in that the resistance of a of the two heating resistors z. B. by laser trimming is set.

Nach diesem Vorgehen ergibt sich in der gewählten Anordnung ein bezüglich der Umwelttemperaturänderungen unempfindliches Meßelement. Dieses Meßelement ist jedoch in dieser Form für die Erfassung von Strömungszuständen unbrauchbar, weil die durch den Abgleich erzeugte elektrische Symmetrie sich auch dem Medium gegenüber symmetrisch verhält.This procedure results in the chosen arrangement an insensitive to environmental temperature changes Measuring element. However, this measuring element is in this form for the detection of flow states unusable because of the electrical symmetry generated by the adjustment itself behaves symmetrically towards the medium.

Für einen Strömungswächter muß daher durch den Einbau des Meßelementes in ein Gehäuse ein asymmetrischer Zustand be züglich des anströmenden Mediums hergestellt werden. Dies geschieht in der Weise, daß das Meßelement in einen Metall zylinder, der einteilig gefertigt und stirnseitig geschlossen ist, eingebaut ist. Im Bereich des in Strömungszustand erfas senden Teils des Meßelements (2, 3) ist die Wandungsdicke dünner, als in dem anderen Teil (4, 5). Durch diese Maßnahme ergibt sich für den stirnseitigen Teil des Fühlers (2, 3) ein erhöhter Wärmeabtransport durch das Medium. For a flow switch, an asymmetrical state must therefore be produced with respect to the inflowing medium by installing the measuring element in a housing. This is done in such a way that the measuring element is installed in a metal cylinder which is made in one piece and is closed at the end. In the area of the part of the measuring element ( 2 , 3 ) which is detected in the flow state, the wall thickness is thinner than in the other part ( 4 , 5 ). This measure results in increased heat dissipation through the medium for the front part of the sensor ( 2 , 3 ).

Die im Bereich (4, 5) durch die Querschnittserweiterung (11) erhöhte Systemträgheit wird durch eine stirnseitig im Zylinder eingefügte Aluminium- oder Kupferscheibe (9), die gleichzeitig als Zentrierung für den Fühlelemente träger dient, ausgeglichen. Die Scheibe kann auch dadurch ersetzt werden, daß das Meßgehäuse stirnseitig eine massive Rundkuppe (14) aufweist. Um Spitzentemperaturen innerhalb des Systems zu vermeiden und gleichzeitig den Wärmeübergang zur Außenwandung zu gewährleisten, ist der Zylinderinnenraum (13) mit Mineral angereichertem Gieß harz aufgefüllt.The increased system inertia in the area ( 4 , 5 ) due to the cross-sectional widening ( 11 ) is compensated for by an aluminum or copper disc ( 9 ) inserted into the cylinder at the end, which also serves as a centering for the sensing elements. The disk can also be replaced in that the measuring housing has a massive round tip ( 14 ) on the end face. In order to avoid peak temperatures within the system and at the same time to ensure heat transfer to the outer wall, the cylinder interior ( 13 ) is filled with mineral-enriched casting resin.

Anhand eines nur schematisch dargestellten Ausführungsbei spiels wird die Erfindung näher erläutert.Using an only schematically illustrated embodiment game, the invention is explained in more detail.

Der aus Epoxid-Platinenbasismaterial gefertigte Bauele menteträger (1) weist entlang seiner längeren Mittenachse zwei parallel geschaltete Heizwiderstände (2, 4) auf. Die Leiterbahnen (6) sind an den Anschlußteil (8) herausge führt. Auf der noch nicht bestückten Seite der Basisplatine sind Temperaturfühlelemente (3, 5) aufgebracht. Die Anschlüsse der Fühlelemente sind ebenfalls an den Anschlußteil (8) her ausgeführt. Das Meßelement (1) ist in einen Zylinder (10) eingebracht. Dieser Zylinder weist stirnseitig eine Aluminium scheibe (9) auf, die eine Mittenbohrung zur Aufnahme der Basisplatine aufweist. Schematisch ist angedeutet, daß die Aluminiumscheibe auch durch eine massiv ausgeführte Rund kuppe (14) ersetzt werden kann. Im Bereich des Temperatur fühlelementes (5) ist der Durchmesser des Meßgehäuses er weitert (11), wobei die Erweiterung gleichzeitig zu einer Erhöhung der Wanddicke führt. Für eine weitere Zentrierung am offenen Ende des Meßstiftes (10) sorgt eine Aluminiumscheibe (12). Der Innenraum des Meßstiftes ist mit Gießharz (13) auf gefüllt.The component carrier made of epoxy circuit board base material ( 1 ) has two heating resistors ( 2 , 4 ) connected in parallel along its longer central axis. The conductor tracks ( 6 ) on the connecting part ( 8 ) leads out. Temperature sensing elements ( 3 , 5 ) are applied to the side of the base board that has not yet been equipped. The connections of the sensing elements are also carried out on the connecting part ( 8 ). The measuring element ( 1 ) is placed in a cylinder ( 10 ). This cylinder has an aluminum disc ( 9 ) on the end face, which has a center hole for receiving the base plate. It is indicated schematically that the aluminum disc can also be replaced by a solid round tip ( 14 ). In the area of the temperature sensing element ( 5 ), the diameter of the measuring housing is widened ( 11 ), the widening simultaneously leading to an increase in the wall thickness. An aluminum disc ( 12 ) ensures further centering at the open end of the measuring pin ( 10 ). The interior of the measuring pin is filled with casting resin ( 13 ).

Claims

1. Measuring element for calorimetric flow monitors, which has heating elements and temperature sensing elements, and which detects the flow state of a medium from the temperature difference determined between two temperature sensing elements, regardless of the medium temperature, characterized in that on one side of an elongated and flat component carrier ( 1 ) two interconnected heating resistors ( 2 , 4 ) along the component carrier longitudinal axis are arranged one behind the other, and that two temperature sensing elements ( 3 , 5 ) are positioned in the center of these heating elements on the carrier side not occupied by them.

2. Measuring element according to claim 1, characterized in that the Heating resistors have the same resistance value and are commercially available SMD resistors.

3. Measuring element according to claim 2, characterized in that the Resistance value of a heating resistor by adjustment in the Way is reduced that the temperature difference at the two temperature measuring elements even with changing order ambient temperature is constant.

4. Measuring element according to one of claims 1 to 3, characterized records that the component carrier from commercially available Epoxy board base material is made.

5. calorimetric flow monitor with a measuring element according to one of claims 1 to 4, in which the measuring element is inserted into a thin-walled stainless steel or plastic cylinder ( 10 ).

6. Flow monitor according to claim 5, characterized in that the component carrier is centered by an aluminum disc ( 9 ).

7. Flow switch according to claim 5 or 6, characterized in that the thin-walled cylinder in the area of a heating / tem perature sensor element pair ( 4 , 5 ) has a diameter expansion while increasing the wall thickness.

8. Flow monitor according to one of claims 5 to 7, characterized characterized in that the remaining interior of the cylinder is filled up with a resin and / or mineral mixture.