CN114430802A

CN114430802A - 温度计

Info

Publication number: CN114430802A
Application number: CN202080063614.8A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·科赫; 马克·沙勒思; 哈拉尔德·布林德尔; 斯特凡·维德曼; 皮特·维德曼; 托尔斯滕·伊泽尔特; 克里斯蒂安·普克; 帕沃·弗尔多利亚克; 格奥尔格·沃尔夫; 克里斯蒂安·卡尔魏特; 马库斯·莫宁韦格; 阿尔弗雷德·乌姆克雷尔
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-05-03
Also published as: DE102019124606A1; WO2021047883A1; EP4028736A1; US20220341794A1

Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或监测容器(2)中的介质(M)的温度(T)的装置(1)，包括：测量插入件，该测量插入件具有用于检测所述温度(T)的温度传感器(5)；保护管(3)，所述温度传感器(5)布置在该保护管中；以及导热的模制成型件(8)，该模制成型件布置在所述保护管(3)中并围绕所述测量插入件(4)的至少多个段，特别是还在所述温度传感器的背对过程的区域中围绕。

Description

温度计

技术领域

本发明涉及一种用于在自动化技术中确定和/或监测介质的温度的温度计，以及一种用于生产本发明的设备的方法。

背景技术

在现有技术的各种实施例中，温度计是已知的。因此，存在用于测量温度的温度计，该温度计利用具有已知热膨胀系数的液体、气体或固体的膨胀或者如下这样的，其将材料的电导率或由此衍生的变量与温度相关联，诸如：例如，在应用电阻元件的情况下的电阻或在热电偶的情况下的热电效应。相反，在辐射温度计(特别是高温计)的情况下，为了确定物质的温度，利用了它的热辐射。这些测量装置的测量原理在大量公开文件中都有描述。

在尤其是电阻元件形式的温度传感器的情况下，已知所谓的薄膜和厚膜传感器以及所谓的NTC热敏电阻器。在薄膜传感器的情况下，特别地是使用电阻温度检测器(RTD)传感器元件，例如，配备有连接线并涂敷在基板上的传感器元件，其中支撑基板的后面通常被金属涂覆。用作传感器元件的是所谓的电阻元件，其例如基于铂元件并且也可以在商业上尤其以名称PT10、PT100和PT1000等获得。

在热电偶形式的温度传感器的情况下，温度则由热电压确定，该热电压出现在不同材料制成的单侧连接的热电偶线之间。对于温度测量，通常将DIN标准IEC584的热电偶用作温度检测器，例如K、J、N、S、R、B、T或E型热电偶。然而，其它材料对(特别是具有可测量塞贝克效应的材料对)也是可能的。

温度传感器通常是测量插入件的一部分，该测量插入件例如被引入到浸入体或保护管中，以进入介质中。然而，温度计的类似实施例对于非侵入式温度测量也是已知的。在这种情况下，温度传感器经由介质所在的容器的器壁与介质接触，并适当地是被固定到容器的器壁。

对于可靠的温度确定，重要的是温度传感器和介质彼此基本处于热平衡，至少在记录温度所需的特定时间内是这样。温度计对温度变化的反应时间也称为温度计的响应时间。

在这种情况下，温度计的测量精度敏感地取决于热接触和主导的热传导。特别是在这种情况下，介质、介质所在的容器、温度计的部件和过程环境之间的热量流动起着决定性的作用。在借助于浸入体进行侵入式温度测量的情况下，向环境的热量排放例如随着浸入体长度的减小而起到越来越大的作用。来自过程的热量经由保护管不仅传递到温度传感器，而且传递到环境中。在非侵入式温度测量的情况下，这种不希望的热量排放对环境的影响甚至更大，这是因为在这种情况下，温度传感器不直接被介质包围。

发明内容

因此，本发明的目的在于提高温度计的测量精度。

该目的通过如权利要求1中限定的设备来实现。本发明的用于确定和/或监测容器(特别是容纳器或管道)中的介质的温度的设备包括：测量插入件，该测量插入件具有用于记录温度的温度传感器；以及保护管，温度传感器布置在该保护管中。此外，该设备包括导热的成型件，该成型件布置在保护管中并且至少部分地围绕测量插入件，特别是在温度传感器的远离过程的区域中围绕。

成型件用于从过程到温度传感器的热传导，以及温度计内的热分布。特别地是，成型件用于确保在围绕温度传感器的可预定体积中的基本均匀的温度分布。以这种方式，在温度传感器的区域中有利地是出现了由于向环境的热量排放而显着减小的温度梯度。围绕温度传感器的区域被基本上均匀加热。与导热膏相比，本发明的成型件有利地是提供可再现的、基本上时间恒定的热接触。

取决于温度计的实施例，成型件被实施成使得：其至少部分地围绕温度传感器并且与温度计的至少一个附加部件(特别是保护管)热接触。在这种情况下，尤其是围绕温度传感器的远离过程的区域也经历减少的热损失。

有利地是，本发明的成型件还可以用于改造现有的温度计。

在有利的实施例中，成型件由铜、银、石墨、氮化硼、钢(特别是不锈钢)或包含这些材料中的至少一种的合金制成。

优选实施例规定，成型件至少部分地是管状的，特别是圆柱形的。在管状区域中，成型件进而在保护管中围绕测量插入件布置并且因此位于测量插入件与保护管之间。

另一优选实施例包括成型件为罐形。因此，成型件包括管状段和底板。这样的实施例适合用于例如非侵入式温度计的情况。在此，测量插入件位于罐形的成型件中。

在具有罐形的成型件的另一实施例中，成型件的底板具有孔，由于具有孔，因此测量插入件是可引导的。这样的实施例进而适合用于例如侵入式温度确定的情况。底板特别地是被布置在温度传感器的远离过程的那一侧。原则上，在具有孔的情况下，底板用作盖子并限制围绕温度传感器的体积，使之不受环境影响。然而，这样的实施例同样可以结合非侵入式温度计来实施。

在本发明的特别优选的实施例中，成型件至少部分地具有与保护管和/或测量插入件的几何形状对应的几何形状。特别地是，成型件的几何形状至少部分地与保护管的以下区域中的几何形状相匹配(成型件可在保护管中插入到该区域中)，并且/或者与测量插入件的以下区域中的几何形状相匹配(在该区域中，成型件围绕测量插入件)。由于这种措施，成型件可以至少部分地精确地引入并装配到保护管中。以这种方式，视情况而定，改进了成型件与保护管或测量插入件之间的热接触。

在另一实施例中，成型件包括端件，端件的外径大于在成型件的中间区域中的成型件的外径。这样的实施例对于具有可变内径的保护管特别有利，特别是对于如下这样的保护管，在这样的保护管的情况下，在可布置温度传感器的第一区域中的保护管的内径小于远离过程的第二区域中的内径。在这种情况下，端件特别地是被布置在第二区域中，并且至少部分地将第一区域与环境密封隔开。

在这方面，端件有利地是盘形的。取决于温度计的实施例，进一步有利的是，端件具有孔，测量插入件可被引导穿过该孔。

此外，有利的是，端件的几何形状至少部分地对应于保护管的在成型件可引入到的区域中的保护管的几何形状。对于具有不同直径的第一区域和第二区域的保护管，成型件的几何形状特别适配于保护管的在第一区域与第二区域之间的过渡部处的几何形状。

在附加的特别优选的实施例中，该设备还包括固定装置，以用于将成型件(特别是以可释放的方式)固定在保护管中并且/或者固定在测量插入件上。固定装置用于改进成型件与保护管和/或成型件与测量插入件之间的热接触。

有利地是，固定装置被实施和布置成使得，能够借助于固定装置将(特别是可预定的)压缩力施加在成型件上。为了在成型件上提供压缩力或施加可预定的压力，固定装置例如可实施为使得利用测量插入件本身的弹簧力。

在其它实施例中，固定装置可以包括例如弹簧、螺纹式封盖或卡口式封盖。关于固定装置，本领域技术人员已知的用于将成型件适当地固定在保护管中和/或测量插入件上的基本上所有方式都可以使用，并且落入本发明的范围内。

在优选实施例中，固定装置具有至少一个(特别是圆柱形)基体，该基体可在保护管中围绕成型件布置。基体例如可用于将可预定的压缩力传递到成型件上。

此外，在本发明的实施例中，基体可以由隔热材料制成。在这种情况下，基体还提供与环境的隔离。当成型件在温度传感器附近提供均匀的热量分布时，基体则用作与环境的附加的热隔离。

基体有利地是由塑料(特别是PEEK、PEK或PPS)形成的。

然而，在另一实施例中，基体也可以由导热材料制成。在这种情况下，例如，可以为基体选择低厚度或有利的几何形状，以便在这种情况下也实现成型件与环境的屏蔽。

另一实施例包括：固定装置具有至少一个弹簧，通过弹簧，可借助于基体供应可预定的压缩力。弹簧至少部分地围绕基体。基体被适当地实施用于供应所述的力。例如，基体在外部区域中包括肩部，弹簧可布置在该肩部上。

最后，本发明的另一实施例包括：温度传感器包括至少一个电阻元件或热电偶。

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明。附图中的图示出如下：

图1是根据现有技术的具有保护管的用于侵入式温度测量的温度计；

图2是根据现有技术的用于非侵入式温度测量的温度计；

图3是本发明的温度计的第一实施例，用于利用本发明的成型件进行非侵入式温度确定；

图4是作为示例的本发明的成型件的实施例；

图5是本发明的温度计的第二实施例，用于利用本发明的成型件进行侵入式温度确定；以及

图6是本发明的成型件，其具有固定装置的实施例。

在图中，相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1所示为根据现有技术的温度计1的示意图，该温度计用于记录介质M流过的管道2的温度T。温度计1借助于保护管3引入到管道2中。温度传感器5是测量插入件4的一部分，该测量插入件4能够以可拆卸的方式引入到保护管3中。在这种类型的组件的情况下，可实现的测量精度尤其取决于向过程的环境的热量排放W。不期望的热量排放随着保护管3进入到管道2的下沉穿透深度而增长，使得精确地是对于小直径的管道2而言，要考虑增加的测量误差。

类似的问题也出现在非侵入式温度确定的情况，如图2所示。在这种情况下，温度计1不伸入到管道2中，而是相反，温度计在外部搁置在管道2的管壁2a上。同样，在这种情况下，测量插入件3包括温度传感器5。此外，图2的温度计1示出了连接线6a、6b，温度传感器5借助于这些连接线可与电子器件7连接。虽然所示温度计1被实施成具有包括集成电子器件7的紧凑结构，但在其它温度计1的情况下，电子器件7也可以与测量插入件3分开布置。温度传感器5可以包括例如电阻元件或热电偶，并且取决于温度传感器5的实施例，所使用的连接线6的数量可以变化。同样，在这种情况下，会发生不期望的向环境的热量排放W，这会使温度计1的测量精度劣化。

为降低热量排放的负面影响，本发明的温度计包括成型件8，该成型件8布置在保护管3中并且至少部分地围绕测量插入件4。因此，成型件8至少部分地布置在测量插入件4与保护管3之间。

在图3中示出了具有本发明的成型件的本发明的设备1的第一实施例。该设备是类似于图2的温度计1的非侵入式温度计1。该实施例的成型件8是罐形的。在此处所示的实施例中被布置在成型件8的底板B的区域中的那一段中，成型件8布置在测量插入件4和保护管3的底板以及容纳器的器壁2a之间。成型件3用于对围绕温度传感器5的体积V提供优选均匀的加热，并用于防止由于向环境的热损失而在温度传感器5的区域中产生的不期望的温度梯度。

图4所示为本发明的成型件8的三个可能的优选实施例，所有这些实施例以及同样还有图3中所示的成型件可适用于侵入式温度计以及非侵入式温度计。图4a的成型件8是管状或管道形的。所示变形例具有圆形横截面区域；然而，其它横截面区域也是可能的并且落入本发明的范围内。然而，在未单独示出的附加实施例中，成型件8可以与图3中所示类似地是还具有底板B。此外，布置在该底板B中的可以是孔，测量插入件可被引导穿过该孔。然后，该孔具有直径，特别是与测量插入件4的直径相匹配且小于成型件8的外径的直径。成型件8的外径则例如至少在管状段中适配保护管3的内径。在端部区域E中，成型件8的几何形状还可以与测量插入件4和/或保护管3的几何形状相匹配。

在图4b中示出了本发明的成型件8的另一实施例。在这种情况下，成型件8同样包括圆柱形段。此外，成型件8具有端件9，其外径d₉大于成型件8的中间区域的外径d₈。端件9在所示实施例中为盘形。在这种情况下，端件9还包括可选的孔，由于具有孔，因此测量插入件3是可引导的。同样，图4c中所示的成型件8包括管状段和端件9。然而，与图4b相比，端件9适应于保护管3的几何形状，或被实施成对应于这种几何形状。

在图5中示出了本发明的设备1的实施例的另一示例。在这种情况下，与图1的温度计1类似，涉及的是用于侵入式温度确定的温度计1。温度计1包括类似于图4c的成型件8实施的成型件8。成型件8布置在保护管3中并且部分地围绕测量插入件4。保护管3具有可变的内径。在第一区域B₁中，它具有比在第二区域B₂中更小的内径。成型件8的端件9布置在保护管3的第一区域B₁与第二区域B₂之间的过渡部处，并且布置为对应于保护管在过渡部区域中的几何形状。在具有过渡部区域的情况下，端件9实际上具有盖子的功能，其将围绕温度传感器5的体积V与环境密封隔离。成型件8用于将经由保护管3流向环境的热量传导到温度传感器5。以这种方式，可以确保温度传感器5周围的均匀温度分布，并且防止向过程的环境的不期望热量排放W。

为了确保成型件9与保护管3以及测量插入件4之间的最佳可能热接触，图5的设备1包括可选地是补充的固定装置10。在此应当注意，在此所示的本发明的温度计1的所有实施例都可以可选地是使用合适的固定装置10，并且根据本发明，本领域技术人员已知的所有固定装置10都是可能的。

图5的固定装置包括：圆柱形基体11，其至少部分地在保护管3中围绕成型件8布置；以及弹簧12，其用以在成型件上施加预定的压缩力。为了传递弹簧12的压缩力，基体11包括肩部13，弹簧12布置在该肩部上。

图6中示出了这种布置的更详细视图。在图5所示的视图中，基体11还用于使成型件8与环境热隔离。为此，例如，基体11由隔热材料制成，并且布置成使得它围绕成型件的圆柱形段。

附图标记列表

1 设备

2 容器；2a容器的器壁

3 保护管

4 测量插入件

5 温度传感器

6 连接线

7 电子器件

8 成型件

9 端件

10 固定装置

11 基体

12 弹簧

13 基体的肩部

M 介质

T 温度

W 热量排放

d 直径

B₁，B₂ 区域

V 围绕温度传感器的体积

B 成型件的底板

Claims

1.一种用于确定和/或监测容器(2)中的介质(M)的温度(T)的设备(1)，包括：

测量插入件，所述测量插入件具有用于记录温度(T)的温度传感器(5)，

保护管(3)，所述温度传感器(5)布置在所述保护管中，

以及

导热的成型件(8)，所述成型件(8)布置在所述保护管(3)中并且至少部分地围绕所述测量插入件(4)，特别是在所述温度传感器的远离过程的区域中围绕。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，

其中，所述成型件(8)由铜、银、石墨、氮化硼、钢或包含这些材料中的至少一种材料的合金制成，所述钢特别是不锈钢。

3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，

其中，所述成型件(8)至少部分地是管状的，特别是圆柱形的。

4.根据前述权利要求中的至少一项所述的设备(1)，

其中，所述成型件(8)为罐形。

5.根据权利要求4所述的设备(1)，

其中，所述成型件(8)的底板(B)具有孔，由于具有孔，因此所述测量插入件(4)是可引导的。

6.根据前述权利要求中的至少一项所述的设备(1)，

其中，所述成型件(8)至少部分地具有与所述保护管(3)和/或所述测量插入件(4)的几何形状对应的几何形状。

7.根据前述权利要求中的至少一项所述的设备(1)，

其中，所述成型件(8)包括端件(9)，所述端件的外径(d₉)大于在所述成型件(8)的中间区域中的所述成型件(8)的外径(d₈)。

8.根据权利要求7所述的设备(1)，

其中，所述端件(9)为盘形。

9.根据权利要求7或8所述的设备(1)，

其中，所述端件(9)的几何形状至少部分地对应于所述保护管(3)在以下区域中的几何形状，其中所述成型件(8)能够被引入到所述区域中。

10.根据前述权利要求中的至少一项所述的设备(1)，

还包括固定装置(10)，所述固定装置(10)用于将所述成型件(8)固定在所述保护管(3)中并且/或者固定在所述测量插入件(4)上，特别是以可释放方式固定。

11.根据前述权利要求中的至少一项所述的设备(1)，

其中，所述固定装置(10)被实施和布置成使得：借助于所述固定装置(10)，能够对所述成型件(8)施加压缩力，特别是可预定的压缩力。

12.根据权利要求10或11所述的设备(1)，

其中，所述固定装置(10)具有至少一个基体(11)，所述基体能够在所述保护管(3)中围绕所述成型件(8)布置，所述基体(11)特别地是圆柱形的。

13.根据权利要求12所述的设备(1)，

其中，所述基体(11)由塑料制成，特别是PEEK、PEK或PPS。

14.根据权利要求12或13中的至少一项所述的设备(1)，

其中，所述固定装置(10)具有至少一个弹簧(12)，通过所述弹簧，能够借助于所述基体(11)提供所述可预定的压缩力。

15.根据前述权利要求中的至少一项所述的设备(1)，

其中，所述温度传感器(5)包括至少一个电阻元件或热电偶。