CN113056656A - 用于确定或监测介质的物理或化学过程变量的测量探头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定或监测处于容器(3)中的介质(2)的物理或化学过程变量的测量探头(1)，其中：管状壳体部件(4)被设置用于接纳对所述过程变量敏感的至少一个测量元件(5)；过程适配器(6)被设置在所述管状壳体部件(4)的端部区域中，该过程适配器能够通过螺纹(7)旋拧到所述容器(2)的过程连接部分(8)中；用于紧固测量电子器件壳体(10)的壳体适配器(9)被设置在所述管状壳体部件(4)的相对端部区域中；在所述过程适配器(6)与所述壳体适配器(9)之间的中间区域中，所述管状部件(4)的外壁具有限定的外部轮廓(11)，该外部轮廓被设计成使扭矩能够经由所述限定的外部轮廓(11)而施加到所述管状部件(4)，以将所述过程适配器(6)旋拧到所述容器(2)的所述过程连接部分(8)中或从所述容器(2)的所述过程连接部分(8)中旋拧松开；并且优选被布置在整个周边上的平行散热片(12)形成在所述外部轮廓(11)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定或监测处于容器中的介质的物理或化学过程变量的测量探头。容器可以是罐、管道等。
背景技术
例如，填充料位测量装置、流量测量装置、压力和温度测量装置、分析测量装置等用于在自动化技术中检测过程变量。测量装置检测对应的填充料位、流速、压力、温度、分析数据的过程变量，诸如，pH值、混浊度或电导率。测量装置基本上由测量探头和至少一个电子器件单元组成，其中该测量探头具有至少一个传感器元件或至少一个测量元件，该至少一个传感器元件或至少一个测量元件供应关于过程变量的信息，该至少一个电子器件单元控制传感器元件，准备并且/或者评估由传感器元件/测量探头供应的信息，并提供过程变量的测量值。应在上述范围内理解本专利申请中所述的测量探头。当然，它也适用于本文没有明确提到的自动化技术的过程变量。
在工业领域中，测量装置经常用于过程环境中，该过程环境的温度高于电子器件单元的温敏部件或温敏零件(所谓的测量换能器)的最大允许温度。为了防止温敏部件或温敏零件被破坏(这通常导致测量装置的故障)，在例如暴露于过程的测量探头与具有所述至少一个温敏零件的电子器件单元之间设置连接部件，该连接部件的热阻足够得高，以使得传感器元件/测量探头和电子器件单元在所需程度上彼此热去耦。例如从DE 10 2012 103493 A1已知一种用于确定容器中的填料的填充料位的对应装置。
此外，应注意，当测量装置不但用于化学或制药工业还用于食品行业中时，例如由于清洁过程，测量装置经常经历快速连续的温度改变。高温度梯度至少短暂地由于快速温度改变而发生。只有在测量装置与过程之间达到热平衡后，这些温度梯度才消退。
由于不同边界条件(诸如，所需抗压强度和/或电导率)，在工业应用中，建议由在稳定性和电导率方面具有金属特性的材料生产热去耦的连接部件。但是，金属通常的高热导率主要与期望的热去耦相悖。可以想到的是通过调适连接部件的几何形状来实现高热阻并因此实现良好的热去耦。特别是，通过连接部件的横截面上的适当减小和/或长度上的适当增大，可以实现期望的高热阻。
这些解决方案的缺点在于，如果具有增大的纵向扩展的连接部件用于热去耦，那么可能很难实现测量装置的紧凑设计。横截面减小也不会如期望的那样可行，这是因为在横截面小于连接部件的预定横截面的情况下，在测量装置的工业使用点处需要的稳定性将不再得到保证。
发明内容
本发明基于提出一种紧凑测量探头的目的，该测量探头适合用于温度降低，用于在自动化技术中确定物理或化学过程变量。
该目的通过一种用于确定或监测处于容器中的介质的物理或化学过程变量的测量探头来实现，其中管状壳体部件被设置用于接纳对过程变量敏感的至少一个测量元件，其中过程适配器被设置在管状壳体部件的端部区域中，该过程适配器能够通过螺纹旋拧到容器的过程连接部分中，其中用于紧固测量电子器件壳体的壳体适配器被设置在管状壳体部件的相对端部区域中，其中在过程适配器与壳体适配器之间的中间区域中，管状部件的外壁具有限定的外部轮廓，该外部轮廓被设计成使得扭矩能够经由该限定的外部轮廓而施加到管状部件，以将过程适配器旋拧到容器的过程连接部分中或从容器的过程连接部分中旋拧松开，并且其中优选布置在整个周边上的平行散热片形成在外部轮廓中。
根据本发明，因此不需要测量探头的设计的改变。相反，所设置的并且用于旋拧拧紧和旋拧松开测量探头的壳体区域另外还设有散热片。这些散热片被设计成并且被设定尺寸，使得测量探头的稳定性以及为了旋拧拧紧和旋拧松开过程而设置的壳体区域的功能性都没有受到损害。根据本发明，提供了一种紧凑测量探头，该紧凑测量探头另外通过插入阻碍热传输的散热片而执行在测量探头所处的过程与温敏电子器件单元之间诱发温差的功能。
根据本发明的测量探头的有利发展提出以这样一种方式设计所述限定的外部轮廓，即：使得该外部轮廓具有用于接合工具的接合表面，该工具用于将测量探头旋拧到过程连接部分或从过程连接部分旋拧松开。所述限定的外部轮廓优选设计为n边驱动结构，优选设计为六边形驱动结构。在工业应用中，带有3/4"和11/2"的过程螺纹的过程适配器被广泛使用。
除了具有用于接合工具的边缘的表面之外，还提出了所述限定的外部轮廓具有基本上圆形的横截面。在此实施例中，例如或优选地是，至少一个径向孔被设置在所述限定的外部轮廓的区域中，经由该至少一个径向孔，扭矩能够通过适当工具传递到测量探头。
此外，结合根据本发明的解决方案，提出了散热片由引入到所述限定的外部轮廓中的沟槽产生。这些沟槽优选在所述限定的外部轮廓的整个周边上延伸。各个单独沟槽的穿透深度取决于所述限定的外部轮廓：虽然在具有基本上圆形的横截面的外部轮廓的情况下，穿透深度在周边上是相同的，但是在具有边缘的外部轮廓的情况下，穿透深度在周边上可以是不同的。此处，在边缘区域中的穿透深度大于在直表面区域中的穿透深度。在任何情况下，必须小心确保直径减小最大的区域中的穿透深度被设定尺寸，使得仍确保测量探头的足够稳定性。穿透深度在几毫米的范围内，例如，在具有3/4"过程螺纹的过程适配器的情况下，穿透深度在4mm到7mm之间。两个邻近散热片之间的沟槽优选具有优选带有圆角的半圆形或矩形、梯形或三角形横截面。
两个邻近散热片之间的间距优选在1mm到2mm的范围内。此处，也必须注意确保剩余稳定性足以确保：当通过接合工具引入力时，在外部轮廓的区域中不会发生变形。
用于产生散热片的沟槽优选通过车床和沟槽刀具引入到外部轮廓中。或者，可以使用铣削工艺。如果管状壳体部件作为铸件生产，则在某些情形下，散热片和沟槽已在工具中复制出来。
测量探头优选由不锈钢制成。其它合适的材料是例如铝、普通钢、合金或钛。
附图说明
参考以下附图更详细地解释本发明。如下所示：
图1以侧视图示出了根据本发明的具有11/2"过程螺纹的测量探头的侧视图；
图1a示出了根据标记A-A、穿过图1所示的测量探头截取的纵截面图；
图1b示出了根据标记B-B、穿过图1所示的测量探头截取的横截面图；
图1c示出了图1所示的测量探头的立体图；
图2以侧视图示出了根据本发明的具有3/4"过程螺纹的测量探头的侧视图；
图2a示出了根据标记A-A、穿过图2所示的测量探头截取的横截面图；
图2b示出了根据标记B-B、穿过图2所示的测量探头截取的纵截面图；
图2c示出了图2所示的测量探头的立体图；以及
图3示出了经由根据本发明的测量探头而紧固到容器的测量装置的示意图。
具体实施方式
图1以侧视图示出了根据本发明的测量探头1，在这种情况下，该测量探头具有11/2"的过程适配器6。测量探头1具有管状壳体部件4，该管状壳体部件4用于接纳对过程变量敏感的至少一个测量元件5。测量元件在图1中没有单独示出。如上所述，测量元件被设计成使得它提供关于待确定或待监测的过程变量的信息。图3示出了例如雷达填充料位测量装置。在这种情况下，测量元件5是发射和接收测量信号的天线。在TDR填充料位测量装置的情况下，测量元件5是延伸到容器2中的导电伸长探头。
参照图1，过程适配器6被设置在管状壳体部件4的端部区域中，该过程适配器能够通过螺纹7旋拧到容器2的过程连接部分8的对应螺纹中。如图3中可见，过程连接部分8可以位于容器2的盖14中的开口13中。当然，过程连接部分8也可以布置在容器2的侧壁中。在压力测量装置或极限料位测量装置的情况下，通常就是这种情况。
用于紧固测量电子器件壳体10的壳体适配器9被设置在管状壳体部件4的相对端部区域中。此处通常也提供螺纹连接。用于接纳测量电子器件壳体10的连接还可以实施为带有或不带有螺纹的焊接连接。此外，它也可以是例如用卡环固定的插塞连接。当然，上述连接技术也可以相互组合。在过程适配器6与壳体适配器9之间的中间区域中，管状部件4的外壁具有限定的外部轮廓11。此外部轮廓11被设计成使得它可以用于将扭矩施加到管状部件4，以将过程适配器6旋拧到容器2的过程连接部分8中或将过程适配器6从该容器2的过程连接部分8旋拧松开。
根据本发明，优选布置在整个周边上的平行散热片12或沟槽15被引入到外部轮廓11中。沟槽15减小了所述限定的外部轮廓的区域中的管状部件的横截面。沟槽15或散热片12防止容器2中普遍的温度不受限制地传递到温敏测量电子器件16。相反，由于中间区域中的测量探头1的直径的减小，沟槽15导致热阻增大，并因此导致几摄氏度的温度下降。
在图1a的纵截面图和图1b的横截面图中，示出了散热片12之间的沟槽15的穿透深度t以及两个邻近散热片12之间的间距a。这两个变量被设定尺寸，使得仍确保测量探头1的所需的且必要的稳定性。在图1b的横截面图中可见，沟槽15的穿透深度t可以在所述限定的外部轮廓11的周边上变化。穿透深度t终止于半径为r的圆形线上。因此，在n边形驱动结构的情况下，拐角的区域中的穿透深度t2大于直线段t1的区域中的穿透深度t1。
因为图2、图2a、图2b和图2c所示的测量探头1与对应图1中的测量探头仅在尺寸上不同，所以省略了重复描述。
附图标记列表
1 测量探头
2 容器
3 介质
4 管状壳体部件
5 测量元件
6 过程适配器
7 螺纹
8 过程连接部分
9 壳体适配器
10 测量电子器件壳体
11 外部轮廓
12 散热片
13 开口
14 盖
15 沟槽
16 测量电子器件
Claims (10)
1.一种用于确定或监测处于容器(3)中的介质(2)的物理或化学过程变量的测量探头(1)，
其中，管状壳体部件(4)被设置用于接纳对所述过程变量敏感的至少一个测量元件(5)，
其中，过程适配器(6)被设置在所述管状壳体部件(4)的端部区域中，所述过程适配器能够通过螺纹(7)旋拧到所述容器(2)的过程连接部分(8)中，
其中，用于紧固测量电子器件壳体(10)的壳体适配器(9)被设置在所述管状壳体部件(4)的相对端部区域中，
其中，在所述过程适配器(6)与所述壳体适配器(9)之间的中间区域中，所述管状部件(4)的外壁具有限定的外部轮廓(11)，所述外部轮廓(11)被设计成使得扭矩能够经由所述限定的外部轮廓(11)而施加到所述管状部件(4)，以将所述过程适配器(6)旋拧到所述容器(2)的所述过程连接部分(8)中或将所述过程适配器(6)从所述容器(2)的所述过程连接部分(8)旋拧松开，并且
其中，优选被布置在整个周边上的平行散热片(12)被引入到所述外部轮廓(11)中。
2.根据权利要求1所述的测量探头，
其中，所述限定的外部轮廓(11)被设计成使得它具有用于接合工具的接合表面，所述工具用于将所述测量探头(1)旋拧到所述容器(2)的所述过程连接部分(8)中或从所述容器(2)的所述过程连接部分(8)旋拧松开。
3.根据权利要求1或2所述的测量探头，
其中，所述限定的外部轮廓(11)被设计为n边形驱动结构，优选被设计为六边形驱动结构。
4.根据权利要求1所述的测量探头，
其中，所述限定的外部轮廓(11)具有基本上圆形的横截面。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的测量探头，
其中，在所述限定的外部轮廓的区域中，设置了至少一个径向孔(13)，经由所述至少一个径向孔(13)，扭矩能够通过适当工具传递到所述测量探头(1)。
6.根据权利要求1、2或3所述的测量探头，
其中，所述散热片(12)被引入到所述限定的外部轮廓(11)中。
7.根据前述权利要求中一项或多项所述的测量探头，
其中，所述散热片(12)的穿透深度(t)取决于所述限定的外部轮廓(11)，并且优选高达几毫米。
8.根据前述权利要求中一项或多项所述的测量探头，
其中，两个邻近散热片(12)之间的间距(a)优选在1mm与2mm之间的范围内。
9.根据前述权利要求中一项或多项所述的测量探头，
其中，两个邻近散热片(12)之间的凹陷区域优选具有优选带有圆角的半圆形或矩形、梯形或三角形横截面。
10.根据前述权利要求中一项或多项所述的测量探头，
其中，所述测量探头(1)优选由不锈钢、铝、普通钢、合金或钛制成。
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