CN102798482A - 用于接触式温度计的温度感应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于过程测量技术的接触式温度计的温度感应器，其带有套管、带有至少一个布置在套管的过程侧的端部中的热传感器元件且带有至少一个电气连接器件，其中，电气连接器件利用第一联接侧与热传感器元件相连接且在套管中至少延伸直至套管的评估侧的端部，使得热传感器元件经由电气连接器件的第二联接侧可电气接触。一种温度感应器，其具有简单的且成本有利的设计，使得温度感应器例如也可被使用在批量应用中、尤其在这样的应用中，其处于相对低的温度范围中，由此来实现，即电气连接器件通过带有导体电路的电路板(连接电路板)来形成。

Description

用于接触式温度计的温度感应器
技术领域
本发明涉及一种用于过程测量技术(Prozessmesstechnik)的接触式温度计的温度感应器，其带有套管、带有至少一个布置在套管的过程侧的端部中的热传感器元件且带有至少一个电气连接器件，其中，电气连接器件利用第一联接侧与热传感器元件相连接且在套管中至少延伸直至套管的评估侧的端部，使得热传感器元件经由电气连接器件的第二联接侧可电气接触。
背景技术
这样的温度感应器长久以来从实践中已知，其中，这种类型的温度感应器直接地或间接地与其温度要被确定的介质相接触。接触式温度计当前即被观察到区别于仅探测由介质发出的热辐射的这样的温度计。温度感应器的套管围绕热传感器元件，其中，热传感器元件通常布置在套管的封闭的端部的附近。热传感器元件经常固定在带有导热的介质(例如带有导热的糊状物或导热良好的胶)的套管中。套管相应地在其过程侧的端部处封闭且对该过程屏蔽热传感器元件。然而，这种类型的温度感应器也经常被用作在另外的保护管中的应用，其中，保护管那么伸入该过程中且持久地朝向环境屏蔽该过程。温度感应器那么以其套管被引入附加的保护管中。套管的评估侧的另一端部同样大多在壳体中终止，在那里实现测量信号的评估或者再处理。
热传感器元件通常是随温度变化的电阻或是热电偶，其可从套管之外经由电气连接器件电气接触。在紧凑的模块化的构造中，壳体可以是触头，在其中在外界与传感器元件之间的电气连接间接地经由电气连接器件来建立。然而，触头也可具有发射器，其具有将来自传感器元件的信号转换成标准化的信号、过滤且直线化该信号且使其可供上一级的过程监控使用的任务。
电气的连接器件通常实现在热传感器元件与处于套管之外的接口之间的至少两个导电的路径。在将热传感器元件实施为随温度变化的电阻的情况中，热敏电阻被加载以电压或电流且相应地确定产生的电流或者产生的电压，并且经由由此得出的电阻值推导出温度。在电气连接器件以两个导电的路径的最简单的实现方案中，变化的导线电阻不可被补偿，因此经常偏爱实现方案，在其中电气连接器件具有三个或甚至四个电气线路作为参考电阻。
由现有技术已知的温度感应器是相对较贵的，这一方面在于相对复杂的制造、而另一方面还在于加工的材料自身。由现有技术已知的温度感应器经常具有电气连接器件在套管中的矿物隔绝部(Mineralisolierung)。在此，电气连接器件例如支承在矿物粉末或者陶瓷粉末中且温度感应器必须在热传感器元件的装配之后经受热处理，由此矿物粉末或者陶瓷粉末干燥且固化。除了带有矿物隔绝部的电气连接器件较贵之外，其在制造过程中操作也复杂，因此必须注意在安装热传感器元件时矿物粉末保持获得，这在若干毫米下到直至几分之一毫米的套管直径的情况中是困难的且实际上不能达到自动化。
发明内容
本发明的目的是说明一种温度感应器，其具有简单的且成本有利的设计，使得温度感应器也可使用在批量应用中，尤其在这样的应用中，其处于相对较低的温度范围中，例如直至300℃。
根据本发明的温度感应器(在其中实现之前得出的且所指出的目的)首先且主要特征在于，电气连接器件通过电路板(Leiterplatte)(带有导体电路的连接电路板)来形成。概念“连接电路板”下面被用于电路板或电路板部段，其用于实现电气连接器件，概念“连接电路板”用于更通用的概念“电路板”的更精确的说明且因此用于澄清。电路板作为电气连接器件的根据本发明的应用(代替电气连接器件的由现有技术已知的实现方案)带来明显简化的装配的优点，其此外也可自动化，其中，当其必须满足特别的温度要求时，即使如此电路板本身相对于已知的实现方案是相对便宜的。
连接电路板须由这样的材料制成，其在相应的应用情况中温度稳定。原则上，首先然而所有已知的电路板适合用于实现根据本发明的温度感应器。除了已知的在酚醛树脂基或环氧树脂基上的电路板之外，基于特氟隆或陶瓷的使用的电路板也是可能的。电气连接器件利用连接电路板的实现是有利的，因为电路板实际上可以以任意形式以简单的方式制造且电气导线可以以任意的方式在这样的电路板上(单侧地、双侧地或在电路板的中间层中)实现。
在本发明的一优选的设计方案中设置成，热传感器元件布置在连接电路板上，尤其实现为在连接电路板上的随温度变化的电阻且在那里与导体电路电气连接(尤其焊接)。
此外，在本发明的一相当特别优选的设计方案中设置成，电气连接器件的第二联接侧与构造在电路板(接触电路板)上的接触器件相连接。概念“接触电路板”又被用于电路板或电路板区域(在其上设置有前面提及的接触器件)的澄清的说明，因此该概念同样用于澄清。本发明的该改进方案是非常重要的。由现有技术已知的接触器件大多数通过非常复杂地设计的陶瓷头来实现，其大多具有螺旋连接，以便可从外部经由电气连接器件接触传感器元件。该陶瓷头仅可用于外部的接触，然而假如其设计为发射器，其附加地也可用于信号匹配。根据本发明的温度感应器取消了这样复杂的构造且由简单的接触电路板(在其上设置有接触器件)代替它，其中，利用接触器件优选地可建立与外部的导体的螺旋连接、插拔连接或刀形端子连接(Schneidklemmverbindung)，这同样通过使用用于装备电路板的标准接触器件是可能。本发明的该设计方案克服了几十年存在的概念，即温度感应器的所有元件必须尽可能满足最大的要求。
在一优选的实施例中，连接电路板和接触电路板一件式地构造，连接电路板和接触电路板相应地那么是共同的总电路板的不同的区域。该构造的优点可观察到在于，装配减少到最小程度，即利用组合的连接电路板和接触电路板引入套管中也已提供电气连接器件的评估侧的端部的外部接触的可能性。
在根据本发明的温度感应器的一备选的且同样非常有利的设计方案中，连接电路板和接触电路板实施为分离的电路板。这带来该优点，即对于连接电路板和接触电路板可使用不同的电路板材料。该设计方案允许对于连接电路板(即至少局部暴露于中等温度的电路板)使用带有提高的温度稳定性的电路板材料，例如适合于大于300℃的温度的电路板材料，尤其由聚酰亚胺构成。
在另一有利的实施例中设置成，接触电路板由在较低的温度中长时间稳定的电路板材料构成，尤其在小于300℃、尤其小于250℃、优选地还小于230℃的温度中。这所以无危险地是可能的，因为接触电路板设置在温度感应器的背对过程的端部处且关于温度稳定性所以仅须满足明显更小的要求。优点在于，可使用比这对于提高的温度要求的情况明显更便宜的电路板材料。这另外使能够减少用于根据本发明的温度感应器的成本。
在另一设计方案中设置成，连接电路板在其平行于套管延伸的棱边处具有宽部位(Breitstelle)，其引起连接电路板在套管中间的定位。通过该宽部位，在连接电路板与套管之间的接触面此外被最小化，这简化了连接电路板推入套管中。
在另一实施例中设置成，在连接电路板上实现有一种电气组件，尤其一种用于识别套管的泄漏的电气组件，这在现有技术中的实现方案中以巨大的成本才可能。这样的电气组件可在最简单的情况中例如仅由相对而置的接触面构成，其中，为了泄漏识别在接触面之间的阻抗被评估。
在另外的优选的设计方案中，电气线路、尤其发射器电子设备直接在连接电路板和/或接触电路板上实现，优选地在接触电路板上。由于电路板设计，这以非常简单的且成本有利的方式是可能的，因为对于线路不需要单独的线路载体。此外，在这样的线路的之前描述的实现方案中，相对于任何情况在温度感应器中传统的实施方案节省了空间，这允许纤细的设计。
附图说明
具体地，现在存在设计和改进根据本发明的温度感应器的不同的可能性。对此参照从属于专利权利要求1的专利权利要求且参照优选的实施例结合附图的描述。其中：
图1显示了根据现有技术的带有接触器件的温度感应器，
图2以透视性的图示显示了带有接触器件的根据本发明的温度感应器的第一实施例，
图3以第一侧视图显示了根据图2的根据本发明的温度感应器，
图4以另一侧视图显示了根据图2的根据本发明的温度感应器，
图5以俯视图显示了根据第一实施例的温度感应器的接触器件以及
图6以分解图示显示了带有壳体和保护管的根据本发明的温度感应器的另一实施例。
具体实施方式
在图1中示出了由现有技术已知的温度感应器1，其用于过程测量技术的接触式温度计。温度感应器1具有套管2，在它的过程侧的端部3中布置有热传感器元件，其在图1中未示出，其在图4和6中设有附图标记4。
此外，温度感应器1具有电气导线作为电气连接器件5，其中，该电气连接器件5(如在图2至4和6中的根据本发明的变体中可识别出的那样)利用第一联接侧6与热传感器元件4相连接。电气连接器件5那么在套管2中延伸直至套管2的评估侧的端部7，使得热传感器元件4原则上经由电气连接器件5的第二联接侧8可电气接触。如在图1中可识别出的那样，电气连接器件5在现有技术中由多个电气导体构成(当前由三个导体构成)，其中，这些导体中的两个与热传感器元件的接口相连接而另一导体与热传感器元件的第二端部相连接。
在根据图1的现有技术的实施例中，以导线的形式的电气连接器件5设有位于套管2中的矿物隔绝部，其尤其在建立在传感器元件与电气连接器件5之间的电气连接时是有问题的，使需要热处理且成本昂贵。
在图2、3、4和6中示出的温度感应器1中，电气连接器件5由带有导体电路9的电路板形成，其中，该形成连接器件5的电路板下面被称为连接电路板10。连接电路板10在每侧上相应具有两个导体电路9，其经由第二联接侧8(即位于套管2的评估侧的端部7附近的联接侧)可电气接触传感器元件4的触点。
特别实用的是，热传感器元件4可并且也直接布置在连接电路板10上，其中，热传感器元件4当前实现为型号PT100的随温度变化的电阻。
在温度感应器1的在图2至6中示出的实施例中特别有利的是，电气连接器件5的第二联接侧8与构造在电路板11上的接触器件12相连接，其中，该装备有接触器件12的电路板11被称为接触电路板11。在根据图2至5的实施例中，接触器件12以螺旋技术实现。螺旋连接在现有技术中也是已知的，对此再次参考示出现有技术的图1。在现有技术中，接触器件12与相当复杂地设计的陶瓷头13相关联地来构造，其中，该陶瓷头13为了装配经常还具有可相当复杂地预紧的弹簧机构；该构造虽然在许多方面是坚固的，但是其也经常对于具体的应用情况太复杂、太重且太贵。相对地，设置在接触电路板11上的接触器件12的实现非常简单且成本有利，这尤其如此，因为到处可使用标准构件。
在图6中示出的实施例中，接触器件12以插拔技术来实现，使得外部的导体可简单地被引入接触器件12中且在那里经由夹紧机构被可靠地保持。
此外，在图2至6中示出的实施例共同具有，即连接电路板10和接触电路板11实施为分离的电路板且大致上彼此垂直地布置。连接电路板10与接触电路板11之间的可靠的连接在所示出的实施例中由此来实现，即接触电路板11具有凹口14，其用于容纳连接电路板10的相应的部段。通过连接电路板10与接触电路板11的相互接合，这两个电路板互相支撑。连接电路板10中的凹口14可这样窄地来制造，使得实现轻微的过盈配合。
在示出的实施例中，连接电路板10和接触电路板11在其共同的连接部位的区域中具有相对而置的导体面15a、15b，其中，相对而置的导体面15a、15b彼此电气连接(这里焊接)，使得连接电路板10与接触电路板11之间的连接被附加地稳定。
连接电路板10和接触电路板11的相对而置的且通过焊接彼此电气连接的导体面15a、15b在示出的温度感应器1中还用于将连接电路板10的电气导体电路9或者电气连接器件5延伸到接触电路板11上，使得以非常简单的方式还建立与接触器件12的电气连接。
在图2至6中示出的实施例中，连接电路板10由标准电路板材料制成，接触电路板11由温度稳定的材料制成，当前由高强度的、E-玻璃加强的聚酰亚胺制成。
所示出和描述的温度感应器1特别适合于在相对较低的温度范围中的应用，其例如达到直至200℃。过程温度计(例如在图6中所示，其以温度感应器在电路板的所描述的应用下实现)具有巨大的成本优点并且因此特别适合于自动化的批量生产且适合于批量应用，例如也在私人家庭的领域中，例如在采暖技术的范畴中(例如在区域供热配送站(Fernwaermeuebergabestation)中)。

Claims (12)

1. 一种用于过程测量技术的接触式温度计的温度感应器(1)，其带有套管(2)、带有至少一个布置在所述套管的过程侧的端部(3)中的热传感器元件(4)且带有至少一个电气连接器件(5)，其中，所述电气连接器件(5)利用第一联接侧(6)与所述热传感器元件(4)相连接且在所述套管(2)中至少延伸直至所述套管(2)的评估侧的端部(7)，使得所述热传感器元件(4)经由所述电气连接器件(5)的第二联接侧(8)能够电气接触，其特征在于，所述电气连接器件(5)通过带有导体电路(9)的电路板即连接电路板(10)来形成。
2. 根据权利要求1所述的温度感应器，其特征在于，所述热传感器元件(4)布置在所述连接电路板(10)上，其中，所述热传感器元件(4)尤其是随温度变化的电阻或热电偶。
3. 根据权利要求1或2所述的温度感应器，其特征在于，所述电气连接器件(5)的第二联接侧(8)与构造在电路板即接触电路板(11)上的接触器件(12)相连接。
4. 根据权利要求3所述的温度感应器，其特征在于，所述接触器件(12)在所述接触电路板上以螺旋技术、插接技术或刀形端子技术来实现。
5. 根据权利要求3或4所述的温度感应器，其特征在于，所述连接电路板和所述接触电路板一件式地来构造。
6. 根据权利要求3或4所述的温度感应器，其特征在于，所述连接电路板(10)和所述接触电路板(11)实施为分离的电路板且尤其彼此垂直地布置。
7. 根据权利要求6所述的温度感应器，其特征在于，所述接触电路板(11)具有凹口(14)用于容纳所述连接电路板(10)。
8. 根据权利要求6或7所述的温度感应器，其特征在于，所述连接电路板(10)和所述接触电路板(11)在它们共同的连接部位的区域中具有相对而置的导体面(15a, 15b)且所述相对而置的导体面(15a, 15b)彼此电气连接。
9. 根据权利要求8所述的温度感应器，其特征在于，所述连接电路板(10)和所述接触电路板(11)的相对而置的且彼此电气连接的导体面(15a, 15b)用于将所述连接电路板(10)的电气连接器件(5)延伸到所述接触电路板(11)上。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的温度感应器，其特征在于，所述连接电路板(10)由温度稳定的电路板材料构成、尤其由对于大于300℃的温度稳定的电路板材料、优选地由聚酰亚胺构成。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的温度感应器，其特征在于，所述接触电路板(11)由在温度小于300℃、尤其小于250℃、优选地小于230℃的情况下下长时间稳定的电路板材料构成，尤其由标准电路板材料如以环氧树脂浸渍的玻璃纤维毡构成。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的温度感应器，其特征在于，所述连接电路板在其平行于所述套管延伸的棱边处具有宽部位，其引起所述连接电路板在所述套管中间的定位。
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