CN115943294A - 用于低温应用的保护管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于装置(3)的保护管(5)，所述装置用于确定和/或监测容器(2)中的介质(M)的至少一个过程变量(T)，该保护管包括管状元件(7)，特别是圆柱形元件，该管状元件用于容纳所述装置(3)的测量插入件(4)，并且可以将所述管状元件(7)紧固到所述容器(2)，使得所述管状元件(7)至少部分地伸入到所述容器(2)的内部体积中。根据本发明，所述管状元件(7)具有入口开口(8)和出口开口(9)，该入口开口(8)和出口开口(9)位于所述管状元件(7)的相互相对的两侧上。另外，本发明涉及一种布置(1)，用于确定和/或监测容器(2)中的介质(M)的过程变量，该布置包括：装置(3)，其用于借助于测量插入件(4)来确定和/或监测过程变量，该测量插入件用于确定和/或监测所述过程变量；以及根据本发明的保护管(5)。

Description

用于低温应用的保护管

技术领域

本发明涉及一种用于装置的保护管，所述装置用于确定和/或监测安全壳中的介质的至少一个过程变量，以及一种布置，以用于确定和/或监测安全壳中的介质的过程变量，该布置包括：用于确定和/或监测过程变量的装置，该装置带有测量插入件(其用于确定和/或监测过程变量)，以及本发明的保护管。安全壳例如是容器或管线。

背景技术

例如，保护管用于引入现场设备的安全壳测量插入件，该安全壳测量插入件用于确定和/或监测介质(特别是流体)的一个或多个(特别是物理或化学)过程变量。在这种情况下，保护管通常至少部分地延伸到介质浸没体中，该介质浸没体被实施用于接纳测量插入件且例如具有能够引入测量插入件的中心孔(其可以是盲孔)。因此，保护管在原则上实现了壳体的功能。在这种情况下，保护管通常被引入容器的喷嘴或测量管的侧向端口中，该测量管能够集成到管线中。

举例来说，用于现场设备的保护管的应用涉及用于温度计的保护管，在侵入式温度确定的情况下，该保护管通常且特别地是用于保护测量插入件(包含温度传感器)免受被测量的介质的影响。尽管本发明也能够用于其它类型的现场设备，但举例来说，以下描述涉及温度测量技术。

现有技术中已知温度计具有各种各样的实施例，且在每种情况下均详细描述了它们的基本测量原理。因此，存在利用已知热膨胀系数的液体、气体或固体的膨胀来测量温度的温度计，或者将材料的导电性与温度相关(诸如例如，在应用电阻元件或热电偶的情况下)的温度计。相比而言，在辐射温度计(特别是高温计)的情况下，物质的热辐射被用于确定温度。

在所谓薄膜传感器形式的温度传感器(特别是电阻温度探测器(RTD))的情况下，例如，使用配备有连接线并施加于基板上的传感器元件，其中，基板的后表面通常涂覆有金属。在这种情况下，用作传感器元件的是商业上能够获得(例如，以PT10、PT100和PT1000的名称)的所谓的电阻元件(例如，呈铂元件的形式)。

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的单侧连接的热电偶线之间。用作用于温度测量的温度传感器通常是DIN标准IEC584的热电偶，例如，K型、J型、N型、S型、R型、B型、T型或E型热电偶。然而，也可以使用其它材料对，特别是具有能够测量的塞贝克效应的材料对。

在每种情况下，温度测量的精度敏感地取决于热接触和热传导。介质之间的热流、介质所在的安全壳、温度计、保护管和过程环境都起着决定性作用。为了可靠的温度测量，重要的是，特定的温度传感器和介质基本上处于热平衡，至少在记录温度所需的一定时间内如此。

有鉴于此，一方面，借助于保护管将温度传感器浸没在上述特定的介质中是有利的，因为以这种方式可以在介质与温度传感器之间实现相对良好的耦合。然而，取决于介质的温度范围以及介质的温度与环境温度之间的温度差，借助于测量插入件和保护管，也可能存在从介质到布置在过程之外部的部件的不期望的热传导，或者反之亦然。在这两种情况下，不期望的热传导均导致传热误差，从而随之导致显著降低了测量精度。这些问题在低温应用(因此，低温度应用)的情况下尤其重要。

发明内容

因此，本发明的目的是提高在带有保护管的现场设备的应用的情况下的测量精度。

该目的由权利要求1中限定的保护管以及权利要求11中限定的布置来实现。

关于保护管，本发明的目的通过用于装置的保护管来实现，所述装置用于确定和/或监测安全壳中的介质的至少一个过程变量，该保护管包括管状(特别是圆柱形)元件，该管状元件用于接纳所述装置的测量插入件，并且其中，管状元件能够固定到安全壳，使得管状元件至少部分地向内延伸到安全壳的内部体积中。根据本发明，管状元件包括入口开口和出口开口，其中，入口开口和出口开口被布置在管状元件的相互相对的两侧上。

优选地是，入口开口和出口开口都位于保护管区域中，当保护管延伸到安全壳中时，该保护管区域位于安全壳内。因此，介质可以通过开口进入和离开保护管的内部体积。通过介质流经保护管的内部体积的至少一部分，可以显著减少与热传导有关的影响。

安全壳例如是容器或管线。例如，在被介质流经的管线的情况下，有利的是，入口开口在保护管的管线被固定状态下面向上游，并且出口开口在保护管的管线被固定状态下面向下游。

在保护管的实施例中，入口开口和/或出口开口布置并且/或者实施成使得在测量插入件的管状元件被引入状态下，测量插入件被介质绕流。保护管内围绕测量插入件的流动导致在确定和/或监测过程变量方面的改进的测量性能。

另一实施例包括，入口开口和/或出口开口布置并且/或者实施成使得在管状元件的安全壳被固定状态下和在测量测量插入件的管状元件被引入状态下，在入口开口的区域中存在能够预先确定的滞止压力。在这种情况下，相应地是，入口开口形成介质的滞留点。该实施例在使用管线形式的安全壳的情况下特别有利。然而，在容器的情况下，也可以在入口开口的区域中出现滞止压力，例如在低温介质的情况下。

保护管的实施例包括：入口开口和/或出口开口布置在管状元件的侧向表面的区域中。

这些开口中的至少一个开口也可以布置在管状元件的端面的区域中。以这种方式，测量元件从入口开口到出口开口被绕流，该入口开口优选地是布置在管状元件的侧向表面的区域中，该出口开口布置在所述端面处。通常，在测量插入件已引入保护管中之后，上述特定的测量插入件的传感器元件布置在保护管的所述端面的区域中。通过这些措施，因此可以确保测量元件不受热传递的影响。

因此，此外，出口开口布置在管状元件的第一区域中是有利的，该管状元件的第一区域在管状元件的安全壳被固定状态下面向介质。

入口开口布置在管状元件的第二区域中同样是有利的，该管状元件的第二区域在管状元件的安全壳被固定状态下面向安全壳的壳壁。同样，可选地是提供具有多个位置的保护管，特别是处于不同部位处的位置。优选地是，在这种情况下，出口开口是距安全壳的壳壁最远的开口。

实施例包括：管状元件在端面的区域中封闭，该端面在管状元件的安全壳被固定状态下面向介质。在这种情况下，出口开口布置在管状元件的侧向表面的区域中。

然而，同样可选地是，保护管(特别是管状元件)在面向介质的端面的区域中是敞开的。在这种情况下，有利地是，出口开口布置在所述端面的区域中，该端面在管状元件的安全壳被固定状态下面向介质。

另一实施例规定，管状元件的所述端面被倒角，且特别是，当安全壳是管线或测量管时，保护管能够固定到安全壳，使得倒角在保护管的安全壳被固定状态下面向下游。这样的措施可以增加滞止压力。

最后，在实施例中，保护管进一步包括固定插入件，以用于将温度计固定在测量管的端口中，以及

-保持元件，该保持元件用于将温度计固定到固定插入件，以及

-止动件，该止动件被实施用以防止温度计相对于测量管的旋转运动；

其中，固定插入件被实施并且/或者布置成使得固定插入件能够平行于端口的纵向轴线移动。这种固定插入件用于防止不利作用的涡激振动，并且特别地是考虑到与低温度下的应用相关联的特殊问题，诸如例如，温度计的不同部件的不同热膨胀系数或热传导效应。有鉴于此，参考了尚未公布的德国专利申请No.102020109424.8，在本发明的上下文中下全面参考了该专利申请。

此外，通过用于确定和/或监测安全壳中的介质的过程变量的布置实现了本发明的目的，该布置包括：用于确定和/或监测过程变量的装置，该装置带有用于确定和/或监测过程变量的测量插入件，以及根据所描述的实施例中的至少一个实施例的本发明的保护管。

例如，该装置是具有传感器单元和电子器件的现场设备。特别涉及的是利用温度传感器(例如电阻元件或热电偶形式的温度传感器)来确定和/或监测温度的温度计。

在该布置的实施例中，保护管和/或装置被实施成使得保护管和/或装置能够固定在安全壳的接纳喷嘴或端口中。

在管线形式的安全壳的情况下，在这方面是有利的是，例如，该布置还包括用于输送介质的测量管，其中，测量管包括管线段和用于接纳装置的端口，并且其中，端口的纵向轴线与管线段的纵向轴线具有能够预先确定的角度，特别是基本上为90°的角度。例如，在这种情况下，测量管是T型件。然而，可替代地是，其它构造也可以用于测量管，诸如例如，弯管形式的实施例。

另一实施例包括：保护管能够引入到安全壳中，使得保护管的纵向轴线与假想的水平线之间的安装角度在0°至-90°之间的范围内。于是，在借助于端口引入保护管和/或装置的情况下，例如，端口的纵向轴线与假想的水平线之间的角度在0°至-90°之间的区间内。相应地是，保护管和装置被引入到安全壳中，使得在保护管和装置的安装状态下，保护管和装置的朝向介质的端部区域相对于竖直假想线最高。

最后，需要注意的是，关于本发明的保护管描述的实施例经过必要的修改后也可以适用于本发明的装置，并且反之亦然。

附图说明

现在将基于所附的附图对本发明进行更详细的解释，附图中的图如下所示：

图1示出了具有根据现有技术的保护管的温度计，

图2示出了本发明的布置的第一实施例，其具有带有封闭端的保护管，

图3示出了本发明的布置的第二实施例，其具有带有敞开端的保护管，

图4示出了本发明的布置的第三实施例，其具有带有敞开端和倒角的保护管，

图5示出了本发明的布置的第四实施例，其具有带有敞开端和倒角的保护管，以及

图6示出了本发明的保护管的温度曲线的示意图。

在附图中，相同的元件设有相同的附图标记。在不旨在限制本发明所依据的理念的一般适用性的情况下，以下描述涉及用于确定和/或监测温度的测量布置。同样，举例来说，以下描述涉及管线形式的安全壳的情况。当然，然而，本发明的保护管也可以应用于其它类型的安全壳。

具体实施方式

图1示出了用于确定和/或监测介质M的温度T的布置1，该介质位于管线2中并以流速v流经管线2。布置1包括装置3，以用于确定和/或监测温度T，并且该装置3设置为具有测量插入件4的温度计的形式，在该测量插入件中布置有温度传感器(未示出)。测量插入件4被布置在保护管5中，该保护管借助于设置在管线2上的端口6被引入管线2。

为了实现尽可能高的测量精度，例如，对于低温度或低温温度场中的应用，对应的布置通常利用隔热与环境隔离开来。尽管如此，在这种布置情况下，从环境到测量插入件可能发生不期望的热传导。在这种情况下，通常由金属构成的、用于将温度计3固定到管线2的固定装置起着决定性作用。因此，对于温度而被确定的测量值通常过高。

在低温应用的情况下，此外，由于因测量插入件的温度与介质的温度之间的较大温度差导致的介质的部分蒸发，所以可以形成气泡。气泡向上移动并聚集在端口的内部体积中。然后，端口较少地或不在被液体介质绕流，在这种情况下，在借助于测量插入件进行温度确定的情况下，它成为附加的不期望的热量输入的来源。

借助于本发明的保护管5可以消除这些问题。图2中显示了带有本发明的保护管5的布置1的第一实施例。

保护管5包括管状元件7，该管状元件具有入口开口8和出口开口9，该入口开口和出口开口被布置在管状元件7的相互相对的两侧上。在实施例的这一示例中，入口开口8相对于介质M的介质流v面向上游，而出口开口9面向下游。管状元件7在其端部e上封闭，且两个开口8、9布置在管状元件7的侧向表面ls的区域中。在这种情况下，入口开口8位于管线2的管壁附近的区域中，而出口开口9位于端面e附近的区域中。在入口开口8的区域中，存在滞止压力p，由此在保护管5内产生压差。发生强制对流，且与此相关的是通过保护管5的内部体积和测量插入件4的流动。以这种方式，从外部带入过程的热量被有效地移除。这进而导致测量精度的显著提高。

因此，通过可选的从下方安装，其中在假想水平线与端口6或保护管4的纵向轴线之间基本上呈90°角，可能出现的气泡可以上升并通过出口开口9从保护管5离开。与介质的强制对流相比，发生的蒸发过程具有更大的传热系数。因此，移除气泡实现了测量插入件的高效冷却。理想地是，因为压力和温度经由蒸汽压力曲线而彼此直接关联，所以可以基本上完全防止从环境引入的热量的不利影响。因此，在温度确定的情况中，这一措施可以进一步提高测量精度。

在图3中示出了本发明的布置1的实施例的另一示例。与图2的实施例不同，在图3的情况下，管状元件7(因此，保护管5)在端面e的区域是敞开的，且举例来说，测量插入件4延伸到保护管5之外。因此，测量插入件4被制造成比保护管5更长。因此，出口开口9位于端面e的区域中。此外，在这种情况下，保护管5具有两个入口开口8a、8b。第二入口开口8b位于在端口6的内部体积的区域中安装于管线2中的状态。这进一步减少了气泡的负面影响。

因为测量插入件4延伸到保护管5之外，所以测量插入件4特别地是在温度传感器所在的区域中被流动的介质M直接绕流。也通过这些措施，提高了本发明的布置的测量精度。

为防止涡激振动，布置1进一步包括固定插入件10。这包括至少一个开口(未示出)，以便介质M可以流经保护管5的内部体积，并通过出口开口9离开保护管5。

在图4的实施例的情况下，附加地是，端面e被倒角，其中，倒角面向下游。而且，可以在前述附图的除90°以外的角度下进行安装。举例来说，在图5中示出了这种实施例。此外，也可以实现弯头形式的布置，而不是T形式的布置。最后，还要注意的是，其它实施例也可以具有多于一个的出口开口9。

最后，图6示出了在装置3与保护管5竖直安装的情况下(诸如图4中所示)，温度曲线T随着在纵向轴线的方向上的位置x变化的示意图。图4示出了竖直线，该竖直线允许将温度曲线的区域a、b、c与布置1的对应区域相关联。区域a是端口6的区域，因此是过程连接的区域。区域b是保护管5内的区域，且区域c是面向介质M的区域，特别是测量插入件4延伸到保护管5之外所在的那个区域。

虽然在温度曲线的区域a中，热传导在过程连接中占主导，但在区域b中存在通过对流和蒸发进行的冷却。在区域c中，温度曲线几乎与确切位置x无关，且借助于温度计3测量得到的温度T基本上对应于介质M的温度。

附图标记

1             布置

2             管线

3             用于确定和/或监测过程变量的装置

4             测量插入件

5             保护管

6             端口

7             管状元件

8             入口开口

9             出口开口

10            固定插入件

M             介质

T             温度

v             流速

x             沿所述布置的竖直轴线的位置

a、b、c         所述布置的不同区域

Claims (13)

1.用于装置(3)的保护管(5)，所述装置用于确定和/或监测安全壳(2)中的介质(M)的至少一个过程变量(T)，所述保护管(5)包括：

管状元件(7)，特别是圆柱形元件，所述管状元件用于接纳所述装置(3)的测量插入件(4)，

其中，所述管状元件(7)能够固定到所述安全壳(2)，使得所述管状元件(7)至少部分地向内延伸到所述安全壳(2)的内部体积中，

其特征在于

所述管状元件(7)包括入口开口(8)和出口开口(9)，其中，所述入口开口(8)和所述出口开口(9)被布置在所述管状元件(7)的相互相对的两侧上。

2.根据权利要求1所述的保护管(5)，

其中，所述入口开口(8)和/或所述出口开口(9)被布置并且/或者实施成使得在所述测量插入件(4)的所述管状元件(7)被引入状态下，所述测量插入件(4)被所述介质(M)绕流。

3.根据权利要求1或2所述的保护管(5)，

其中，所述入口开口(8)和/或所述出口开口(9)被布置并且/或者实施成使得在所述管状元件(7)的所述安全壳(2)被固定状态下和在所述测量插入件(4)的所述管状元件(7)被引入状态下，在所述入口开口(8)的区域中存在能够预先确定的滞止压力(p)。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的保护管(5)，

其中，所述入口开口(8)和/或所述出口开口(9)被布置在所述管状元件(7)的侧向表面(ls)的区域中。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的保护管(5)，

其中，所述出口开口(9)被布置在所述管状元件(7)的第一区域中，其中，在所述管状元件(7)的所述安全壳被固定状态下，所述第一区域面向所述介质(M)。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的保护管(5)，

其中，所述入口开口(8)被布置在所述管状元件(7)的第二区域中，其中，在所述管状元件(7)的所述安全壳(2)被固定状态下，所述第二区域朝向所述安全壳(2)的壳壁。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的保护管(5)，

其中，所述管状元件(7)在端面(e)的区域中封闭，所述端面在所述管状元件(7)的所述安全壳(2)被固定状态下面向所述介质(M)。

8.根据权利要求1至6中至少一项所述的保护管(5)，

其中，所述出口开口(9)被布置在所述端面(e)的区域中，所述端面在所述管状元件(7)的所述安全壳(2)被固定状态下面向所述介质(M)。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的保护管(5)，

其中，所述管状元件(7)的所述端面(e)被倒角，且特别是，当所述安全壳(2)是管线或测量管(2)时，所述保护管(5)能够固定到所述安全壳(2)，使得所述倒角在所述保护管(5)的所述安全壳(2)被固定状态下面向下游。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的保护管(5)，

包括固定插入件(10)，所述固定插入件用于将温度计(3)固定在测量管的端口(6)中，所述固定插入件包括

-保持元件，所述保持元件用于将所述温度计(3)固定到所述固定插入件，以及

-止动件，所述止动件被实施用以防止所述温度计(3)相对于所述测量管的旋转运动；

其中，所述固定插入件(10)被实施并且/或者布置成使得所述固定插入件(10)能够平行于所述端口(6)的纵向轴线移动。

11.一种布置(1)，以用于确定和/或监测安全壳(2)中的介质(M)的过程变量，所述布置包括

装置(3)，所述装置用于确定和/或监测所述过程变量，所述装置带有用于确定和/或监测所述过程变量的测量插入件(4)，

以及根据前述权利要求中至少一项所述的保护管(5)。

12.根据权利要求11所述的布置，

其中，所述保护管(5)和/或所述装置(3)被实施成使得所述保护管(5)和/或所述装置(3)能够固定在所述安全壳(2)的接纳喷嘴(6)或端口中。

13.根据权利要求11或12所述的布置，

其中，所述保护管(5)能够引入到所述安全壳(2)中，使得所述保护管(5)的纵向轴线与假想的水平线之间的安装角度在0°至-90°之间的范围内。

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