CH648661A5

CH648661A5 - Contact sensor for measuring the temperature of an object

Info

Publication number: CH648661A5
Application number: CH6757/80A
Authority: CH
Inventors: Kurt Schaermeli
Original assignee: Elesta Ag Elektronik Bad Ragaz
Priority date: 1980-09-09
Filing date: 1980-09-09
Publication date: 1985-03-29
Also published as: DE3038956A1; DE3038956C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Anlegefühler zur Messung der Temperatur eines Gegenstandes, insbesondere einer Rohrleitung bei einer Heizungsanlage, mit einem ein Fühlele-nent enthaltenden und eine Anlagefläche zum Anlegen an den Gegenstand aufweisenden Aufnahmeteil aus gut wärmeleitendem Material und Befestigungsmitteln zum Anbringen des Aufnahmeleiters am Gegenstand. The invention relates to a contact sensor for measuring the temperature of an object, in particular a pipe in a heating system, with a receiving element containing a feeler element and a contact surface for contacting the object and having a heat-conducting material and fastening means for attaching the recording conductor to the object.

Bei einem bekannten Anlegefühler dieser Art ist das Fühlelement in einer Aussparung an der Stirnseite eines sechskantigen Aufnahmeteils einzementiert, welcher von einem Gehäuse aufgenommen wird, das zusammen mit dem Aufnahmeteil an einer Rohrleitung montierbar ist. Die andere Stirnseite des Aufnahmeteils ragt aus dem Gehäuse heraus und besitzt eine V-förmige Anlagefläche zum Anlegen an die Rohr-5 leitung. Nach der Montage des Anlegefühlers bestehen somit zwei linienförmige Kontaktstellen zwischen der Rohrleitung und dem Aufnahmeteil. Im Verhältnis zur Masse des Aufnahmeteils ist daher die Kontaktfläche mit der Rohrleitung relativ klein. Dies hat die nachteilige Folge, dass das Fühlelenent io relativ träge anspricht und sich Messfehler ergeben. Dieser Nachteil wird noch dadurch vergrössert, dass das Aufnahmeteil mit relativ grossen Flächen am Gehäuse anliegt, so dass ein Wärmeübergang zwischen dem Aufnahme teil und dem Gehäuse stattfinden kann. Somit kann sich die Temperatur 15 des Gehäuses ebenfalls auf das Fühlelement auswirken. In a known contact sensor of this type, the sensing element is cemented in a recess on the end face of a hexagonal receiving part, which is received by a housing which can be mounted on a pipeline together with the receiving part. The other end of the receiving part protrudes from the housing and has a V-shaped contact surface for contact with the pipe 5 line. After installation of the contact sensor, there are two linear contact points between the pipeline and the receiving part. In relation to the mass of the receiving part, the contact area with the pipeline is therefore relatively small. This has the disadvantageous consequence that the sensing element responds relatively sluggishly and measurement errors result. This disadvantage is exacerbated by the fact that the receiving part rests on the housing with relatively large areas, so that heat transfer between the receiving part and the housing can take place. Thus, the temperature 15 of the housing can also affect the sensing element.

Bei einem anderen bekannten Anlegefühler wird das Fühlelement durch eine zylindrische Spule aus Nickeldraht gebildet, welche dann flachgepresst in einem Gehäuse untergebracht ist. Hier erweist sich als nachteilig, dass das Fühlele-2oment selbst relativ gross ist und daher relativ träge auf Temperaturänderungen anspricht. Weiter ist nachteilig, dass lediglich die eine Spulenhälfte mit der Rohrleitung in Kontakt kommt, währenddem die andere Spulenhälfte am Gehäuse anliegt. Es kann sich daher die Gehäusetemperatur ebenfalls 25 stark auf den Fühler auswirken. Schliesslich ist auch nachteilig, dass infolge der grossen Abmessung der Spule der Anpressdruck, mit welchem der Anlegefühler an die Rohrleitung gepresst wird, vielfach nicht zur vollständigen Auflage der Spule an der Rohrleitung ausreicht, wodurch die möglichen 30 Messfehler vergrössert werden. In another known contact sensor, the sensing element is formed by a cylindrical coil made of nickel wire, which is then pressed flat in a housing. Here it turns out to be disadvantageous that the sensor element itself is relatively large and therefore responds relatively sluggishly to changes in temperature. Another disadvantage is that only one coil half comes into contact with the pipeline, while the other coil half rests on the housing. The housing temperature can therefore also have a strong effect on the sensor. Finally, it is also disadvantageous that, due to the large size of the coil, the contact pressure with which the contact sensor is pressed against the pipeline is often not sufficient to completely support the coil on the pipeline, which increases the possible 30 measurement errors.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Anlegefühler der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der geringe Messfehler aufweist und eine höhere Ansprechgeschwindigkeit als die üblichen bekannten Anlegefühler besitzt 35 und zudem von einfacher und billiger Konstruktion ist. It is therefore an object of the present invention to provide a contact sensor of the type mentioned at the outset, which has low measurement errors and has a higher response speed than the usual known contact sensors 35 and is also of simple and inexpensive construction.

Gemäss der vorhegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass das Fühlelement ein Miniaturfühler ist, dass das Aufnahmeteil das Miniaturfühlelement praktisch allseitig umschliesst und thermisch isoliert von den Befestigungsmit-40 teln angeordnet ist. According to the present invention, this is achieved in that the sensing element is a miniature sensor, that the receiving part encloses the miniature sensing element practically on all sides and is arranged thermally insulated from the fastening means.

Dadurch dass das Fühlelement ein Miniaturfühlelement ist, kann es in einem relativ kleinen Aufnahmeteil untergebracht werden. Infolgedessen ist die Kontaktfläche mit der Rohrleitung im Verhältnis zur Masse des Aufnahmeteils rela-45 tiv gross. Das Aufnahmeteil kann daher die Temperatur der Rohrleitung rasch annehmen. Da das Aufnahmeteil das Fühlelement praktisch allseitig umschliesst, wird auch dieses rasch auf die Rohrleitungstemperatur gebracht. Der Anlegefühler spricht daher rasch an. Da das Aufnahmeteil thermisch so isoliert von den Befestigungsmitteln angeordnet ist, vermag die Temperatur der Befestigungsmittel, also beispielsweise des Gehäuses, mit welchem die Befestigung an der Rohrleitung erfolgt, die Messgenauigkeit praktisch nicht zu beeinträchtigen. Because the sensing element is a miniature sensing element, it can be accommodated in a relatively small receiving part. As a result, the contact area with the pipeline is relatively large in relation to the mass of the receiving part. The receiving part can therefore quickly adopt the temperature of the pipeline. Since the receiving part practically encloses the sensing element on all sides, this is also quickly brought to the pipeline temperature. The contact sensor therefore responds quickly. Since the receiving part is so thermally insulated from the fastening means, the temperature of the fastening means, that is to say, for example, of the housing with which the fastening is carried out on the pipeline, can practically not impair the measuring accuracy.

55 Das Miniaturfühlelement ist vorteilhaft ein Halbleiterfühlelement. Halbleiterfühlelemente haben eine relativ lineare Temperaturcharakteristik und sehr kleine Abmessungen. 55 The miniature sensing element is advantageously a semiconductor sensing element. Semiconductor sensing elements have a relatively linear temperature characteristic and very small dimensions.

Vorteilhaft ist das Halbleiterfühlelement ein Siliziumfühlelement. Solche Siliziumfühlelemente sind relativ billig und 60 besitzen eine günstige Temperatur/Widerstand-Charakteri-stik. Es ist aber auch möglich, als Miniaturfühlelement ein Metallfilmfühlelement zu verwenden. Wenn der Widerstand beispielsweise durch eine dünne Metallschicht auf einem Stück Keramik gebildet wird, können die gewünschten Wi-«5 derstandswerte erreicht werden, ohne dass wie bisher eine relativ grosse Spule mit vielen Windungen aus dünnem Draht notwendig ist. The semiconductor sensing element is advantageously a silicon sensing element. Such silicon sensing elements are relatively inexpensive and 60 have a favorable temperature / resistance characteristic. However, it is also possible to use a metal film sensing element as the miniature sensing element. If the resistance is formed, for example, by a thin metal layer on a piece of ceramic, the desired resistance values can be achieved without the need for a relatively large coil with many turns of thin wire, as was previously the case.

Das Aufnahmeteil besitzt vorteilhaft die Form eines The receiving part advantageously has the shape of a

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Rohrstücks. Dies macht es möglich, das Aufnahmefeil z.B. aus einem Leichtmetall-Rohrprofil herzustellen. Das Rohrstück kann vielkantig sein und von den Kanten her nach innen geneigte Seitenflächen aufweisen. Wenn die Seitenflächen die gleiche Breite aufweisen, ist es gleichgültig, welche Seitenfläche an der Rohrleitung anliegt. Ein besonders einfaches Profil zur Herstellung des Aufnahmeteils ist dann möglich, wenn das als Rohrstück ausgebildete Aufnahmeteil vielkantig ist. Zweckmässigerweise wird das Aufnahmeteil in einer Aussparung am Boden des Gehäuses angeordnet. Dank der Aufnahme im Gehäuse ist das Aufnahmeteil vor Beschädigung geschützt. Von besonderem Vorteil ist, wenn zur thermischen Isolation das Aufnahmeteil lediglich mit einem geringen Teil seiner Oberfläche an dem Gehäuse anliegt. Dadurch wird ein Wärmeübergang von und zum Gehäuse erschwert, so dass der Fühler eine günstige Ansprechzeit besitzt. Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vorgesehen, dass der Grund der Aussparung im Gehäuse nach aussen gewölbt ist. In diesem Fall kann das Aufnahmeteil lediglich in der Mitte am Grund der Aussparung anliegen. Wenn das Aufnahmeteil ferner noch um einen geringen Betrag aus dem Gehäuse vorsteht, wird erreicht, dass das Aufnahmeteil bei der Befestigung des Anlegefühlers sicher auf der ganzen Länge an der Rohrleitung anliegt. Da das Aufnahmeteil klein ist, ist auch die an der Rohrleitung aufliegende Fläche klein. Es genügt daher schon ein relativ geringer Anpressdruck, um einen möglichst guten Kontakt der ganzen Anlagefläche mit der Rohrleitung zu erzeugen, so dass der Wärmeübergang zwischen Rohrleitung und Aufnahmeteil optimal ist. Pipe piece. This makes it possible to e.g. to manufacture from a light metal tube profile. The tube piece can be polygonal and have side surfaces inclined inwards from the edges. If the side surfaces have the same width, it does not matter which side surface is in contact with the pipeline. A particularly simple profile for producing the receiving part is possible if the receiving part, which is designed as a tube piece, has many edges. The receiving part is expediently arranged in a recess in the bottom of the housing. Thanks to the mounting in the housing, the mounting part is protected from damage. It is particularly advantageous if, for thermal insulation, the receiving part lies only on the housing with a small part of its surface. This makes heat transfer from and to the housing more difficult, so that the sensor has a favorable response time. According to a further exemplary embodiment of the invention, it is provided that the base of the recess in the housing is curved outwards. In this case, the receiving part can only rest in the middle on the bottom of the recess. If the receiving part also protrudes from the housing by a small amount, the result is that the receiving part lies securely along the entire length of the pipeline when the contact sensor is attached. Since the receiving part is small, the area lying on the pipeline is also small. A relatively low contact pressure is therefore sufficient to produce the best possible contact between the entire contact surface and the pipeline, so that the heat transfer between the pipeline and the receiving part is optimal.

Mit Vorteil wird der Anlegefühler so ausgebildet, dass die Anschlussleiter des Halbleiterfühlers zu je einer Rohrniete führen, mit welchen die Anschlussklemmen im Gehäuse befestigt sind. Dabei ist es möglich, die Anschlussleiter zusammen mit den Anschlüssen eines Kondensators in den Rohrnieten zu verlöten, so dass die Fertigungskosten niedrig gehalten werden können. The contact sensor is advantageously designed such that the connection leads of the semiconductor sensor each lead to a tubular rivet with which the connection terminals are fastened in the housing. It is possible to solder the connection conductors together with the connections of a capacitor in the tubular rivets, so that the manufacturing costs can be kept low.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt: An embodiment of the invention will now be described with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Anlegefühler, wobei der Schnitt teilweise durch die Symmetrieachse und teilweise durch eine der beiden Klemmen gelegt ist, 1 shows a section through the contact sensor, the section being partly through the axis of symmetry and partly through one of the two terminals,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Anlegefühler im Bereich des Kondensators, 2 shows a cross section through the contact sensor in the region of the capacitor,

Fig. 3a eine Seitenansicht eines Halbleiterfühlelements, Fig. 3b eine Ansicht des Halbleiterfühlelements von oben, Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Aufnahmeteils, in welchen das Halbleiterfühlelement in einem Kunststoffschlauch untergebracht ist. 3a shows a side view of a semiconductor sensing element, FIG. 3b shows a view of the semiconductor sensing element from above, FIG. 4 shows a perspective view of the receiving part, in which the semiconductor sensing element is accommodated in a plastic tube.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, besitzt der Anlegefühler 10 ein der Befestigung an der Rohrleitung dienendes Gehäuse 11, das vorteilhaft aus Kunststoff besteht und einen Unterteil 13 und einen mit Schnappverschlüssen 15 versehenen Deckel 17 aufweist. Die Schnappverschlüsse 15 können in entsprechende Öffnungen 19 einrasten. Die Befestigung des Anlegefühlers 10 erfolgt beispielsweise mit einem Stahlband 21, das um die nicht eingezeichnete Rohrleitung geschlungen wird und durch eine Spannbride 23 gespannt werden kann. Auch die Spannbride 23 ist innerhalb des Gehäuses 11 untergebracht. Weitere Einzelheiten über diese Befestigungsart finden sich in der deutschen Patentschrift Nr. 30 38 957 vom gleichen Tage. Sie 5 sind jedoch zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. As shown in FIGS. 1 and 2, the contact sensor 10 has a housing 11 which is used for fastening to the pipeline and which advantageously consists of plastic and has a lower part 13 and a cover 17 provided with snap closures 15. The snap locks 15 can snap into corresponding openings 19. The attachment of the contact sensor 10 is carried out, for example, with a steel band 21, which is looped around the pipeline (not shown) and can be tensioned by a tensioning bracket 23. The clamping bracket 23 is also housed within the housing 11. Further details on this type of fastening can be found in German Patent No. 30 38 957 on the same day. However, they 5 are not required to understand the present invention.

Der als Miniaturfühlelement 25 ausgebildete Sensor, wie es in den Figuren 3a und 3b abgebildet ist, ist ein Halbleiterfühler, z.B. ein sogenannter Silicon-Sensor, wie er von der io Firma Texas Instruments Corporation unter der Bezeichnung TSF 102 vertrieben wird. Es könnte aber z.B. auch ein Metallfilmfühlelement Verwendung finden. Das Fühlelement ist in einem mit einem Giessharz gefüllten Kunststoffschlauch 27 (Fig. 4) angeordnet, der seinerseits passend im Innern eines 15 Rohrstücks 29 aus Leichtmetall angeordnet ist. Als Leichtmetall kann beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet werden. Es wäre aber auch möglich, ein anderes gut wärmeleitendes Material, z.B. Kupfer, zu verwenden. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist das 20 Rohrstück 29 vielkantig. Statt z.B. rechteckigen Querschnitt kann es aber auch quadratischen Querschnitt haben, in welchem Falle alle Seitenflächen die gleiche Breite aufweisen würden. Denkbar wäre jedoch auch z.B. ein dreikantiger Querschnitt. Das Rohrstück 29 weist von den Kanten 31 her 25 nach innen geneigte oder gewölbte Seitenflächen 32 auf. Damit wird zweierlei erreicht. Einmal ist die Wölbung ungefähr der Wölbung der Rohrleitung angepasst, so dass ein guter Wärmeübergang von der Rohrleitung zum Aufnahmeteil 29 erfolgen kann. Des weiteren wird durch die gewölbten Seiten-30 flächen 32 erreicht, dass das Aufnahmeteil 29, wenn es sich in der Aussparung 35 des Gehäuses befindet, nur mit den Seitenkanten 31 am Gehäuse anliegt, so dass der Wärmeübergang zwischen Aufnahmeteil und Gehäuse schlecht ist. Es ist somit eine relativ gute thermische Isolation vom Gehäuse vorhan-35 den. Dies trägt zu einem schnellen Ansprechen des Fühlelementes 25 auf Temperaturänderungen in der Rohrleitung und zur Verkleinerung der möglichen Messfehler bei. The sensor designed as a miniature sensing element 25, as shown in Figures 3a and 3b, is a semiconductor sensor, e.g. a so-called silicone sensor, as it is sold by the Texas company Corporation under the name TSF 102. However, e.g. also find a metal film sensing element. The sensing element is arranged in a plastic tube 27 (FIG. 4) filled with a casting resin, which in turn is suitably arranged in the interior of a tube piece 29 made of light metal. Aluminum or an aluminum alloy, for example, can be used as the light metal. However, it would also be possible to use another good heat-conducting material, e.g. Copper to use. In the embodiment shown in Fig. 4, the 20 pipe section 29 is polygonal. Instead of e.g. Rectangular cross-section can also have a square cross-section, in which case all side surfaces would have the same width. However, it would also be conceivable e.g. a triangular cross section. The tube piece 29 has 25 inwardly inclined or curved side surfaces 32 from the edges 31. This accomplishes two things. On the one hand, the curvature is roughly matched to the curvature of the pipeline, so that good heat transfer from the pipeline to the receiving part 29 can take place. Furthermore, the curved side surfaces 32 ensure that the receiving part 29, when it is located in the recess 35 of the housing, only rests on the housing with the side edges 31, so that the heat transfer between the receiving part and the housing is poor. There is thus a relatively good thermal insulation from the housing. This contributes to a quick response of the sensing element 25 to temperature changes in the pipeline and to a reduction in the possible measurement errors.

Die Gehäusetemperatur hat wenig Einfluss auf das Fühlelement,was dazu beiträgt, die Messfehler klein zu halten. Da-40 mit das Aufnahmeteil 29 mit lediglich einem geringen Teil seiner Oberfläche an dem Gehäuse 11 anliegt, ist weiter vorgesehen, dass der Grund 36 der Aussparung 35 nach aussen gewölbt ist. Wie Figur 1 zeigt, steht das Aufnahmeteil 29 ausserdem um einen geringen Betrag aus dem Gehäuse 11 nach aus-« sen vor. Bei der Befestigung des Anlegefühlers liegt daher das Aufnahmeteil 29 immer sicher auf seiner ganzen Länge auf der Rohrleitung an, denn es wird durch die Wölbung 37 immer ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Enden gegen die Rohrleitung gepresst. The housing temperature has little influence on the sensing element, which helps to keep the measurement errors small. Since the receiving part 29 lies against the housing 11 with only a small part of its surface, it is further provided that the base 36 of the recess 35 is curved outwards. As FIG. 1 shows, the receiving part 29 also protrudes outward from the housing 11 by a small amount. When attaching the contact sensor, the receiving part 29 therefore always lies securely over its entire length on the pipeline, because the arch 37 always presses against the pipeline approximately in the middle between the two ends.

50 Die Anschlussleiter 39 des Halbleiterfühlers 25 führen zu den Rohrnieten 41, mit welchen die Anschlussklemmen 43 am Gehäuseunterteil 13 befestigt sind. Vorteilhaft sind die Anschlussleiter 39 zusammen mit den Anschlüssen 45 eines Kondensators 46 in den Rohrnieten 41 verlötet. Die Aussparung 55 47, durch welche die Anschlussleiter 39 zur Rohrniete 41 führen, ist mit einem isolierenden Giessharz 49 vergossen. 50 The connecting conductors 39 of the semiconductor sensor 25 lead to the tubular rivets 41 with which the connecting terminals 43 are fastened to the lower housing part 13. The connecting conductors 39 are advantageously soldered together with the connections 45 of a capacitor 46 in the tubular rivets 41. The recess 55 47, through which the connecting conductors 39 lead to the tubular rivet 41, is cast with an insulating casting resin 49.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

648 661 PATENT CLAIMS

1. contact sensor for measuring the temperature of an object, in particular a pipeline in a heating system, with a receiving element containing a sensing element and a contact surface for contacting the receiving part made of heat-conducting material and fastening means for attaching the receiving part to the object, characterized in that the Sensor element is a miniature sensor element (25) that the receiving part (29) encloses the miniature sensor element (25) practically on all sides and is arranged thermally insulated from the fastening means.

2. clip-on sensor according to claim 1, characterized in that the miniature sensor element (25) is a semiconductor sensor element.

3. contact sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor sensing element (25) is a silicon sensing element.

4. contact sensor according to claim 1, characterized in that the sensing element (25) is a metal film sensing element.

5. contact sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the receiving part (29) has the shape of a tube piece.

6. contact sensor according to claim 5, characterized in that the pipe section (29) is polygonal and from the edges (31) inward inclined or curved side surfaces (32).

7. contact sensor according to claim 6, characterized in that all side surfaces (32) have the same width.

8. contact sensor according to one of claims 1 to 7, wherein the fastening means have a housing, characterized in that the receiving part (29) is arranged in a recess (35) at the bottom of the housing (11).

9. contact sensor according to claim 8, characterized in that for thermal insulation, the receiving part (29) abuts only a small part of its surface on the housing (11).

10. contact sensor according to claim 8 or 9, characterized in that the base (36) of the recess (35) in the housing (11) is curved outwards (37).

11. contact sensor according to one of claims 8 to 10, characterized in that the receiving part (29) protrudes from the housing (11) by a small amount.

12. Contact sensor according to one of claims 5 to 11, characterized in that the sensing element (25) is arranged in a tube or tube (27) filled with casting resin and that the tube or tube (27) fits inside the tube piece (29 ) is arranged.

13. clip-on sensor according to one of claims 8 to 13, characterized in that the connecting conductors (39) of the semiconductor sensor (25) each lead to a tubular rivet (41) with which connecting terminals (43) are fastened in the housing (11).

14. Contact sensor according to claim 13, characterized in that the connection conductors (39) of the semiconductor sensor (25) are soldered together with the connections (45) of a capacitor (46) in the tubular rivets (41).