CN109923379A - 热流量计的传感元件的生产方法、传感元件和流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量测量管中的介质的质量流量的热流量计的探针(10)的生产方法，所述方法具有如下步骤：将包括钎焊焊料和芯元件的探针芯引入到第一探针套筒中，所述第一探针套筒具有敞开的第一端和远离第一端面向的封闭的第二端；将钎焊焊料熔化；通过将钎焊焊料淬冷到低于固化温度的温度来固定芯元件；将热电偶施加到芯元件或已固化的钎焊焊料的接触表面。本发明还涉及根据生产方法获得的探针并且涉及包括至少一个本发明的探针的流量计。

Description

热流量计的传感元件的生产方法、传感元件和流量计

技术领域

本发明涉及：一种用于测量测量管中的液体的质量流量的热流量测量装置的探针的制造方法、探针和流量测量装置。

背景技术

热流量测量装置成为现有技术的一部分已经有很长时间了。将一个或多个探针引入到流经测量管的液体中，其中探针适合于测量液体的温度或者适合于加热液体。例如，能够将温度测量探针布置在加热探针的下游，使得温度测量探针通过被加热探针加热的液体进行加热。

对于热流量测量装置的高测量精度以及对于相同类型的不同流量测量装置之间的低测量精度波动而言重要的是所使用的探针的结构具有恒定的质量。关于液体的快速温度波动，对于探针的高灵敏度而言重要的是探针与液体的接触区域和加热或温度测量热电偶之间的低热阻。

例如DE102008015359A1的现有技术公开了一种具有探针套筒的探针，该探针套筒包含被嵌入填充材料中的热电偶。

在这种解决方案的情况下，不利之处在于，一方面，填充材料引起一系列不同探针之间关于探针和包围探针的液体之间的热传递波动，另一方面，填充材料能够是探针老化的因素，使得随着时间的推移，必须重新校准这种探针，以防止测量误差。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种探针，该探针在其制造和长时间性能方面具有改进的稳定性。

该目的通过如权利要求1中所定义的热流量测量装置的探针的制造方法、通过如权利要求8中所定义的用于热流量测量装置的探针以及如权利要求14中所定义的热流量测量装置得以实现。

在这种情况下，本发明的用于测量测量管中的液体的质量流量的热流量测量装置的探针的制造方法包括如下步骤：

将包括硬焊料和芯元件的探针芯引入到第一探针套筒中，其中第一探针套筒具有敞开的第一端和远离第一端的封闭的第二端；

将硬焊料熔化；

通过将硬焊料冷却到低于固化温度的温度来固定芯元件；

将热电偶施加到芯元件或已固化的硬焊料的接触区域。

在该方法的一个实施例中，在硬焊料固化之后，硬焊料完全包围芯元件。

在该方法的一个实施例中，芯元件具有质心、在质心的一侧上朝向第二端的第二端和在质心的另一侧上远离第二端的第一端，其中在硬焊料固化之后，芯元件的第一端至少部分地没有硬焊料。

在该方法的一个实施例中，通过机械加工制备用于施加热电偶的接触区域。

在该方法的一个实施例中，在接触区域上施加热电偶之后，将具有敞开的第三端和敞开的第四端的第二探针套筒经由敞开的第三端密封地结合到、尤其是焊接到第一端，其中第二探针套筒完全围绕探针芯的第一区域夹紧。

在该方法的一个实施例中，探针芯的第一区域在子区域中与第一探针套筒和/或第二探针套筒的所有表面间隔开，其中子区域包括探针芯的所有的第一截面，该第一截面与接触区域相交或接触。

在该方法的一个实施例中，通过焊料层或烧结层将热电偶放置在接触区域上。

本发明的用于测量测量管中的液体的质量流量的热流量测量装置的探针包括：

第一探针套筒，具有敞开的第一端和封闭的第二端；

探针芯，该探针芯至少部分地填充第一探针套筒，其中该探针芯具有硬焊料和芯元件；

热电偶，该热电偶与探针芯热耦合，其中该热电偶适合于增加或记录探针芯的温度；

其中通过将硬焊料熔化在第一探针套筒中而形成探针芯。

在探针的一个实施例中，探针芯包括第一纵向轴线、与第一探针套筒机械连接的侧表面、质心以及在质心的另一侧上的远离探针芯的第二端的接触区域，

其中将热电偶通过焊料层或烧结层放置在接触区域上，

具中接触区域是芯元件和/或硬焊料的区域。

在探针的一个实施例中，探针芯包括第一区域，该第一区域在轴向方向上从第一探针套筒向外突出，其中第一区域包含接触区域。

在探针的一个实施例中，第一区域被第二探针套筒包围，该第二探针套筒具有敞开的第三端和敞开的第四端，将该第二探针套筒经由第三端密封地结合到、尤其是焊接到第一探针套筒的敞开的第一端，

其中第一区域在子区域中与第一探针套筒和/或第二探针套筒的所有表面间隔开，其中子区域包括探针芯的所有的第一截面，该第一截面与接触区域相交或者包括接触区域的第一截面。

在探针的一个实施例中，第一探针套筒包括不锈钢；并且芯元件包括铜或银；其中硬焊料的熔化温度低于芯元件的熔化温度。通常，硬焊料的熔化温度低于1000度。通常，硬焊料的熔化温度大于400度。

在探针的一个实施例中，硬焊料包括银或铜，其中硬焊料能够具有至少一种其它组分，该其它组分选自以下列表：钯、镍、锡、金、铟。

本发明的用于测量测量管中的液体的质量流量的并且具有至少一个本发明的探针的热流量测量装置包括：

具有第二纵向轴线的测量管；其中将所述至少一个探针引入到测量管中；

电子操作电路，该电子操作电路适合于操作所述至少一个探针。

在流量测量装置的一个实施例中，热流量测量装置包括至少两个探针，

其中电子操作电路适合于加热至少第一探针，

其中电子操作电路适合于通过至少第二探针来确定液体的温度。

附图说明

现在将基于附图中示出的实施例的示例来描述本发明，附图中的图如下：

图1是制造本发明的探针的示意性工艺流程图。

图2a)至图2c)是本发明的探针在不同制造阶段中的截面。

图3是图2c)中所示的制造阶段的放大且未按比例绘制的视图。

图4是本发明的探针的实施例的示意性示例。

图5是具有两个本发明的探针的热流量测量装置的示意性前视图。

具体实施方式

图1示出了用于制造本发明的探针10的工艺流程100的实施例的形式。

在第一步骤101中，将包括芯元件18和硬焊料19的探针芯13插入到第一探针套筒11中，其中芯元件18包括铜或银，并且其中第一探针套筒11由不锈钢形成，并且其中第一探针套筒11具有敞开的第一端21和远离第一端的封闭的第二端22。

在第二步骤102中，将硬焊料19熔化，使得硬焊料19的液体材料收集在芯元件18和第一探针套筒11向下至第一探针套筒11的封闭的第二端22之间的中间区域中，。当硬焊料19是液体时，分别在硬焊料18和第一探针套筒11之间的交界面中，以及在硬焊料18和芯元件18之间的交界面中产生金属间连接层，在所述金属间连接层中，硬焊料19的材料分别与第一探针套筒11的材料以及芯元件18的材料混合，具体视情况而定。

在第三步骤103中，将探针芯13冷却到低于硬焊料19的固化温度的温度。由于金属间连接层的形成，探针芯13和第一探针套筒11之间的接触在探针芯固化后保持。

在第四步骤104中，通过焊料层或烧结层将热电偶放置在探针芯13的接触区域14上。

在第五步骤105中，将具有敞开的第三端23和敞开的第四端24的第二探针套筒12经由敞开的第三端密封地结合到、特别是焊接到第一探针套筒的敞开的第一端21，其中第二探针套筒12完全围绕探针芯13的第一区域夹紧，其中探针芯在第一区域的子区域16中与第一探针套筒11和/或第二探针套筒12的所有表面间隔开。

图2示出了本发明的探针10在不同制造阶段中的截面。

图2a)示出了在一个阶段中的探针10的截面，在该阶段中，第一探针套筒11包含由芯元件18和硬焊料19组成的探针芯13，其中该图能够代表在液态或固化状态的硬焊料。第一探针套筒11具有敞开的第一端21和封闭的第二端22。在这种情况下，芯元件18包括适合于容纳热电偶31的接触区域14。

图2b)示出了在一个阶段的探针10的截面，在该阶段中，在硬焊料19固化和冷却之后，通过焊料层或烧结层32将热电偶31放置在芯元件18的接触区域14上。

图2c)示出了具有第二探针套筒12的准备好的探针10的截面，其中第二探针套筒12经由第二探针套筒的第三端23结合到、特别是焊接到第一探针套筒11的第一端21。

图3示出了图2c)中所示的准备好的探针10的截面的放大视图，其中表示图是水平未按比例绘制的，以便更好地显示细节。

将热电偶31通过焊料层或烧结层32保持在芯元件18的接触区域14上。芯元件18具有质心17，并且在这种情况下，在子区域16中以与第二探针套筒12的所有表面间隔开的方式实现。芯元件18在子区域16中与第二探针套筒或者与第一探针套筒和第二探针套筒的间隔导致温度在探针芯13中的均匀分布。以这种方式，在将探针10作为加热元件应用的情况下，确保了向划点区域中的液体的均匀散热。相反，在将探针作为温度传感器应用的情况下，确保了热电偶31与液体温度的均匀负荷。

图4a)至图4c)示出了本发明的探针的三种实施例形式的示意性截面，其中出于简明的目的，未示出第二探针套筒。图4a)示出了图2a)至图2d)和图3中所示的实施例形式。图4b)示出了接触区域14相对于第一纵向轴线15倾斜的实施例形式。图4c)示出了接触区域14垂直于纵向轴线15的实施例形式。图4a)和图4b)中所示的实施例形式在给定热电偶31的情况下能够制造薄探针。

图5示出了本发明的热流量测量装置40的示意性前视图，测量装置40具有测量管42、被布置在测量管42的管腔中的两个本发明的探针10，以及壳体41，壳体41具有适合于操作探针10的电子操作电路。

例如，为了测量流经测量管42的液体的质量流量，将流经测量管42的液体中的探针10.1以相对于介质温度的温度差保持恒定的方式进行加热。有利地是，使用第二探针10.2来测量液体的温度，并且第二探针10.2被布置在加热的探针10.1之前或者如图2中所示，被布置在加热的探针10.1旁边，以便保持温差。假设诸如密度或组分的介质特性保持恒定，则能够通过保持温度所需的加热电流来确定液体的质量流量。

也能够在流动方向上一个接一个地布置探针10，其中第一上游探针加热流过的液体并且因此加热第二下游探针。在这种情况下，第一探针的用于维持温度差所需的加热功率与液体的流速成反比。

附图标记列表

10 探针

10.1 第一探针

10.2 第二探针

11 第一探针套筒

12 第二探针套筒

13 探针芯

14 接触区域

15 第一纵向轴线

16 子区域

17 质心

18 芯元件

19 硬焊料

21 第一端

22 第二端

23 第三端

24 第四端

31 热电偶

32 焊料层/烧结层

34 间隔

40 热流量测量装置

41 壳体

42 测量管

100 用于制造本发明的探针的方法

101 将包括芯元件和硬焊料的探针芯引入到第一探针套筒中

102 将硬焊料熔化

103 将硬焊料冷却到低于固化温度

104 将热电偶通过焊料层或烧结层安装到接触区域上

105 将第二探针套筒附接到第一探针套筒上

Claims (15)

1.一种用于测量测量管中的液体的质量流量的热流量测量装置的探针的制造方法，其中所述方法包括以下步骤：

将包括硬焊料(19)和芯元件(18)的探针芯(13)引入到第一探针套筒(11)中，其中所述第一探针套筒(11)具有敞开的第一端(21)和远离所述第一端的封闭的第二端(22)；

将所述硬焊料(19)熔化；

通过将所述硬焊料(19)冷却到低于固化温度的温度来固定所述芯元件；

将热电偶(31)施加到所述芯元件(18)或已固化的所述硬焊料(19)的接触区域(14)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述硬焊料(19)固化之后，所述硬焊料完全包围所述芯元件(18)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述芯元件(18)具有质心(17)、在所述质心的一侧上朝向所述第二端(22)的第二端和在所述质心(17)的另一侧上远离所述第二端的第一端，其中在所述硬焊料固化之后，所述芯元件的所述第一端至少部分地没有所述硬焊料(19)。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中通过机械加工制备所述接触区域(14)，所述接触区域(14)用于施加所述热电偶。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中在将热电偶(31)施加到所述接触区域(14)上之后，将具有敞开的第三端(23)和敞开的第四端(24)的第二探针套筒(12)经由所述敞开的第三端(23)密封地结合到、特别是焊接到所述第一端(21)，其中所述第二探针套筒(12)完全围绕所述探针芯(13)的第一区域夹紧。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述探针芯的所述第一区域(13)在子区域(16)中与所述第一探针套筒(11)和/或所述第二探针套筒(12)的所有表面间隔开，其中所述子区域包括所述探针芯(13)的所有的第一截面，所述第一截面与所述接触区域(14)相交或接触所述接触区域(14)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中将所述热电偶(31)通过焊料或烧结层(32)放置在所述接触区域(14)上。

8.一种通过前述权利要求中的一项所述的方法生产的用于测量测量管中的液体的质量流量的热流量测量装置的探针(10)，所述探针包括：

第一探针套筒(11)，所述第一探针套筒(11)具有敞开的第一端(21)和封闭的第二端(22)；

探针芯(13)，所述探针芯(13)至少部分地填充所述第一探针套筒(11)，其中所述探针芯具有硬焊料(19)和芯元件(18)；

热电偶(31)，所述热电偶(31)与所述探针芯(13)热耦合，其中所述热电偶适合于增加或记录所述探针芯的温度；

其特征在于：

通过将所述硬焊料(19)熔化在所述第一探针套筒中而形成所述探针芯(13)。

9.根据权利要求8所述的探针(10)，其中所述探针芯(13)包括第一纵向轴线(15)、与所述第一探针套筒(11)机械连接的侧表面、质心和在所述质心的另一侧上的远离所述探针芯(13)的所述第二端(22)的接触区域(14)，其中将所述热电偶(31)通过焊料层或烧结层(32)放置到所述接触区域(14)上，其中所述接触区域是所述芯元件和/或所述硬焊料的区域。

10.根据权利要求8或9所述的探针，其中所述探针芯(13)包括第一区域，所述第一区域在轴向方向上从所述第一探针套筒(11)向外突出，其中所述第一区域包含所述接触区域(14)。

11.根据权利要求10所述的探针(10)，其中所述第一区域被第二探针套筒(12)包围，所述第二探针套筒(12)具有敞开的第三端(23)和敞开的第四端(24)，将所述第二探针套筒(12)经由所述第三端(23)密封地结合到、特别是焊接到所述第一探针套筒(11)的所述敞开的第一端，其中所述第一区域在子区域中与所述第一探针套筒(11)和/或所述第二探针套筒(12)的所有表面间隔开，其中所述子区域包括所述探针芯(13)的所有的第一截面，所述第一截面与所述接触区域(14)相交或者包括所述接触区域(14)。

12.根据权利要求8至11中的一项所述的探针(10)，其中所述第一探针套筒(11)包括不锈钢；并且其中所述芯元件(13)的热导率大于100W/(m*K)，其中所述芯元件包括以下列表中的至少一种：铜、银、铝、镍、铟、金、锡，并且其中所述硬焊料的熔化温度低于所述芯元件的熔化温度。

13.根据权利要求12中的一项所述的探针(10)，其中所述硬焊料包括银或铜。

14.一种热流量测量装置(40)，所述热流量测量装置(40)用于测量测量管中的液体的质量流量并且具有至少一个探针(10)，尤其是根据前述权利要求9-13中的一项所述的探针，其中所述热流量测量装置包括：

具有第二纵向轴线的测量管；

其中将所述至少一个探针(10)引入到所述测量管中；

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探针(10)。

15.根据权利要求14所述的热流量测量装置(40)，其中所述热流量测量装置包括至少两个探针(10)，其中所述电子操作电路适合于加热至少第一探针(10.1)，其中所述电子操作电路适合于通过至少第二探针(10.2)来确定所述液体的温度。