CN109416269A - 用于热流量测量装置的传感器、热流量测量装置以及用于制造热流量测量装置的传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热流量测量装置的传感器(10)、一种热流量测量装置以及一种用于制造这种传感器(10)的方法，其中所述传感器(10)具有传感器杯(11)，所述传感器杯(11)具有至少一个突起(15)，所述至少一个突起(15)确保了传感器元件(30)距杯底(13)的恒定的间隔，从而确保了传感器(10)与围绕所述传感器流动的介质之间的良好的温度传递。

Description

用于热流量测量装置的传感器、热流量测量装置以及用于制 造热流量测量装置的传感器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于热流量测量装置的传感器、一种具有本发明的传感器的热流量测量装置以及一种用于制造本发明的用于热流量测量装置的传感器的方法。

背景技术

长时间以来，使用热流量测量装置来确定通过管道的介质的质量流量。在这种情况下，这种装置基本上依赖于两种测量原理。

在第一种测量原理的情况下，加热流经管道的介质中的传感器使其温度保持恒定。假定诸如温度、密度和成分的介质特性保持恒定，则可以通过保持温度恒定所需的加热电流来确定介质的质量流量。在可变的介质温度的情况下，使用第二传感器用于测量介质的温度。

在第二种测量原理的情况下，以恒定的加热功率对流动介质进行加热，并且测量下游介质的温度。质量流量越高，则导致测量到的温度越低，反之亦然。同样，在这种情况下，使用传感器来监测介质的温度是有帮助的。在被加热的传感器的情况下，可重复的制造对于实现高的测量精度是很重要的。如果焊料层厚度因传感器不同而不同，则所需的加热电流也不同。为了使流量测量正确地运行，必要的是，传感器和介质之间的温度平衡要快速发生并且各个传感器之间关于该变量的波动要尽可能小。

在这种情况下，典型的传感器包括传感器杯，传感器元件被布置在该传感器杯中并且经由焊料层而结合到传感器杯。在这种情况下，期望传感器杯与传感器元件之间的焊料层的厚度均匀，以便实现高的测量精度。在钎焊技术中，解决方案是已知的，该已知的解决方案会导致较小的焊料层厚度的波动，然而并不能达到令人满意的程度，或者对热流量测量装置的传感器而言是不利的方式。因此，美国专利4,626,478公开了一种具有间隔物的对象，该间隔物确保了所述对象与基板之间的间隔。然而，提供具有这种间隔物的传感器元件是非常复杂的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于热流量测量装置的传感器、一种热流量测量装置以及一种用于制造热流量测量装置的传感器的方法，其中传感器元件与传感器杯的间隔是固定的，并且无需复杂地形成传感器元件。

该目的通过独立权利要求1中所限定的本发明的传感器、独立权利要求11中所限定的热流量测量装置以及权利要求13中所限定的用于制造本发明的传感器的方法而得以实现。

本发明的用于热流量测量装置的传感器包括：

传感器杯，其中传感器杯具有第一纵轴和侧表面以及开口端和封闭的第二端，所述第二端具有杯底，其中纵轴与第一端和第二端优选垂直地相交，并且其中杯底的面向第一端的方向的底表面是基本上平坦的；

至少一个传感器元件，其中所述传感器元件被布置在传感器杯中、传感器杯底的区域中；以及

焊料层，所述焊料层适合于将传感器元件与杯底热连接，

其中从底表面延伸出至少一个突起，所述突起适合于以限定的方式相对于底表面定位传感器元件，其中传感器元件与至少一个突起直接接触。

在一个实施例中，传感器杯具有相对于垂直于第一纵轴的横截面区域的内径，其中横截面区域包含在开口端的方向上最高的突出点，

其中突起具有与第一纵轴的间隔，其中所述间隔小于内径的值的三分之一。

在一个实施例中，至少一个突起适合于确保底表面与传感器元件之间的恒定的间隔。

在传感器的一个实施例中，突起具有接触区域，所述接触区域特别地形成环形的、多边形的或十字形的结构。

在传感器的一个实施例中，从底表面延伸出至少两个突起，其中第一突起是线突起，并且第二突起是点突起或线突起。在这种情况下，点突起具有经过严格数学考虑的几何形状，该几何形状导致对于传感器元件的零维点状支撑。当然，在考虑物理条件的情况下，支撑的点状化仅仅是实际情况的粗略简化，因此现实中存在的是二维支撑，其中该二维支撑小于传感器元件的底面的1％，特别地小于传感器元件的底面的1‰。这同等适用于线突起，因为线突起的几何形状在严格数学考虑的情况下具有一维的线形支撑表面，其中现实中存在的是二维支撑，其中该二维支撑总计小于传感器元件的底面的5％，特别地小于传感器元件的底面的5‰。

在传感器的一个实施例中，从底表面延伸出三个点突起，这三个点突起限定了三角形。

在传感器的一个实施例中，突起从底表面延伸出至多200μm、特别地是至多150μm并且优选地是至多100μm。

在传感器的一个实施例中，突起从底表面延伸出至少20μm、特别地是至少50μm并且优选地是至少70μm。

在传感器的一个实施例中，传感器杯在杯底的区域中具有至多1.2mm、特别地是至多1mm并且优选地是至多0.8mm的壁厚。

在传感器的一个实施例中，传感器杯在杯底的区域中具有至少0.1mm、特别地是至少0.2mm并且优选地是至少0.4mm的壁厚。

在传感器的一个实施例中，传感器元件包括热敏电阻。

在传感器的一个实施例中，在不考虑所述至少一个突起的情况下，传感器杯是基本上旋转对称的。

本发明的用于测量在具有至少一个本发明的传感器的测量管中的介质的质量流量的热流量测量装置包括：

测量管，该测量管具有第二纵轴；

至少一个传感器，该至少一个传感器在测量管中；以及

电子操作电路，该电子操作电路适合于操作所述至少一个传感器。

在流量测量装置的一个实施例中，流量测量装置包括至少两个传感器，

其中电子操作电路适合于加热至少第一传感器，特别是提供这样的加热电流，

其中电子操作电路适合于通过至少第二传感器来确定介质的温度。

在这种情况下，本发明的用于制造本发明的用于测量测量管中的介质的质量流量的热流量测量装置的传感器的方法包括如下方法步骤：

产生至少一个突起，该至少一个突起从传感器杯的杯底的底表面延伸出来；

在杯底上施加焊料层；

熔融焊料层并将传感器元件压靠在突起上，其中传感器元件通过传感器元件的底面而接触突起。

在所述方法的一个实施例中，借助于模具通过形成杯底来产生突起，其中模具具有与所述突起相反的凹部。

在一个实施例中，所述方法包括通过深冲来制造传感器杯，其中传感器杯由片材形成。

因此，本发明提供了一种热流量测量装置的传感器、一种热流量测量装置以及一种用于制造用于测量测量管中的介质的质量流量的热流量测量装置的传感器的方法。

附图说明

现在将基于附图中所呈现的实施例的示例来解释本发明，附图中的图示出了如下内容：

图1利用子图1.1和子图1.2示出了传感器杯以及传感器的示意图，其中子图1.1是本发明的传感器的纵向剖开的传感器杯的示意性透视图，并且子图1.2是本发明的传感器的纵向剖面，该传感器包括传感器杯和安装上的传感器元件。

图2示出了本发明的热流量测量装置的示意性横截面。

图3是用于制造本发明的传感器的示意性工艺流程图。

具体实施方式

图1的子图1.1示出传感器杯11，该传感器杯11具有侧表面12、杯底13和底表面14，其中杯底13具有突起15，突起15从杯底13的底表面14起在传感器杯的开口端16的方向上延伸。参见图1的子图1.2，在不考虑突起的情况下，传感器杯相对于第一纵轴18是基本上旋转对称的。

图1的子图1.2示出了传感器10，其中在传感器杯11中布置有传感器元件30，该传感器元件经由焊料层20而与杯底13热连接。由突起15所确保的被限定的定位、特别地是传感器元件30与杯底13之间的均匀的间隔提供了在不同的传感器上有较小的波动的均匀的温度传递，其中传感器元件通过传感器元件底面与至少一个突起直接接触，以便减轻对传感器元件30与围绕传感器杯流动的介质之间的热传递的阻力。理想地，在这种情况下，传感器并非通过传感器元件底面的外部区域而安置在至少一个突起上。特别地，从杯底的中心区域延伸出至少一个突起15，其中至少一个突起与第一纵轴18的间隔小于底表面14的内径的三分之一。以这种方式，能够防止在传感器元件的安装期间由于在传感器元件中产生弯矩而损坏传感器元件。

在这种情况下，内径是垂直于第一纵轴的横截面区域的内径，其中所述横截面区域在开口端16的方向上接触至少一个突起的最高点。

图2示出了本发明的热流量测量装置的示意性横截面，该热流量测量装置具有测量管40、两个布置在测量管40的内腔中的本发明的传感器10以及适合于操作传感器的电子操作电路50。

例如，为了测量通过测量管40的介质的质量流量，加热流经测量管40的介质中的传感器10.1使得温度差相对于介质温度保持恒定。有用的是，使用第二传感器10.2用于测量介质的温度。将传感器10.2布置在被加热的传感器10.1的前面，或者如图2所示，将传感器10.2布置在被加热的传感器10.1的旁边，以便维持温度差。假定诸如密度或成分的介质特性保持恒定，则可以通过维持温度所需的加热电流来确定介质的质量流量。

图3表示了用于制造本发明的传感器10的本发明的方法100的过程。

在第一方法步骤101中，从传感器杯11的杯底13的底表面14产生至少一个突起。这是例如通过变形而进行的。传感器杯例如由片材通过深冲法而制造；

在第二方法步骤102中，将焊料层20施加到杯底13上；

在第三方法步骤103中，熔融焊料层20，并将至少一个传感器元件30压靠在至少一个突起15上；

当焊料层20随后冷却至低于其熔点时，传感器元件30具有与杯底13的固定的间隔并且传感器元件30经由焊料层20而与杯底13热连接。

附图标记列表

10 传感器

10.1 被加热的传感器

10.2 用于温度测量的传感器

11 传感器杯

12 侧表面

13 杯底

14 底表面

15 突起

15.1 点突起

16 开口端

17 封闭端

18 第一纵轴

20 焊料层

30 传感器元件

40 测量管

50 电子操作电路

Claims (15)

1.一种用于热流量测量装置的传感器，包括：

传感器杯，其中所述传感器杯(11)具有第一纵轴(18)和侧表面(12)以及开口端(16)和封闭的第二端(17)，所述第二端(17)具有杯底(13)，其中所述第一纵轴(18)与所述第一端和所述第二端优选垂直地相交，并且其中所述杯底(13)的面向所述第一端的方向的底表面(14)是基本上平坦的；

至少一个传感器元件(30)，其中所述传感器元件(30)被布置在所述传感器杯(11)中、所述杯底(13)的区域中；以及

焊料层(20)，所述焊料层(20)适合于将所述传感器元件(30)与传感器底热连接，

其特征在于

至少一个突起(15)从所述底表面(14)延伸，所述突起(15)适合于将所述传感器元件(30)相对于所述底表面(14)以限定的方式定位，

其中所述传感器元件与所述至少一个突起直接接触。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器杯具有相对于与所述第一纵轴(18)垂直的横截面区域的内径，其中所述横截面区域包含在所述开口端(16)的方向上最高的突起点，

其中所述突起(15)具有距所述第一纵轴的间隔，其中所述间隔小于所述内径的值的三分之一。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，

其中所述至少一个突起(15)适合于确保所述底表面(14)与所述传感器元件(30)之间的恒定的间隔。

4.根据前述权利要求中的一项所述的传感器，

其中所述突起(15)具有接触区域，所述接触区域特别地形成环形的、多边形的或十字形的结构。

5.根据前述权利要求中的一项所述的传感器，

其中至少两个突起(15)从所述底表面(14)延伸，其中第一突起是线突起，并且第二突起是点突起(15.1)或线突起。

6.根据前述权利要求中的一项所述的传感器，

其中从所述底表面(14)延伸出三个点突起(15.1)，所述三个点突起限定了三角形。

7.根据前述权利要求中的一项所述的传感器，

其中所述突起(15)从所述底表面(14)延伸出至多200μm、特别地是至多150μm，并且优选地是至多100μm。

8.根据前述权利要求中的一项所述的传感器，

其中所述突起(15)从所述底表面(14)延伸出至少20μm、特别地是至少50μm，并且优选地是至少70μm。

9.根据前述权利要求中的一项所述的传感器，

其中所述传感器杯(11)在所述杯底(13)的区域中具有至多1.2mm、特别地是至多1mm并且优选地是至多0.8mm的壁厚。

10.根据前述权利要求中的一项所述的传感器，

其中所述传感器杯(11)在所述杯底(13)的区域中具有至少0.1mm、特别地是至少0.2mm并且优选地是至少0.4mm的壁厚。

11.一种热流量测量装置，用于测量测量管中的介质的质量流量，所述热流量测量装置具有至少一个根据本发明的传感器、特别地是根据前述权利要求中的一项所述的传感器，

其中所述热流量测量装置包括：

测量管，所述测量管具有第二纵轴；

至少一个传感器，所述至少一个传感器在所述测量管中；以及

电子操作电路，所述电子操作电路适合于操作所述至少一个传感器(10)。

12.根据权利要求11所述的流量测量装置，

其中所述热流量测量装置包括至少两个传感器，

其中所述电子操作电路适合于加热至少第一传感器(10)，

其中所述电子操作电路适合于借助于至少第二传感器来确定所述介质的温度。

13.一种用于制造根据本发明的用于测量测量管中的介质的质量流量的热流量测量装置的传感器、特别地是根据前述权利要求1至10中的一项所述的传感器的方法，

其中所述方法包括如下的方法步骤：

产生至少一个突起(15)，所述至少一个突起(15)从传感器杯的杯底(13)的底表面(14)延伸；

将焊料层(20)施加在所述杯底(13)上；

熔融所述焊料层(20)并将传感器元件(30)压靠在所述突起(15)上。

14.根据权利要求13所述的方法，

其中通过借助于模具形成所述杯底(13)来产生所述突起(15)，其中所述模具具有与所述突起(15)相反的凹部。

15.根据权利要求13或14所述的方法，

还包括：通过深冲来制造所述传感器杯(11)，其中所述传感器杯(11)由片材形成。