CN116105876A - 用于温度计的耦合适配器 - Google Patents

Abstract

用于温度计的耦合适配器，本发明涉及一种用于包括温度传感器(5)的测量插入件(3)的耦合适配器(9)，该测量插入件(3)用于确定并且/或者监测介质(M)的温度(T)，所述测量插入件(3)能够被引入到用于容纳所述测量插入件(3)的保护管(2)中。所述耦合适配器(9)包括：基体(10)，所述基体(10)具有钻孔，所述钻孔的直径适配于所述测量插入件(3)的外径；以及耦合元件(11)，所述耦合元件(11)布置在所述基体(10)的外表面上，所述耦合元件(11)被实施并且/或者被定尺寸为以便用于：在所述测量插入件(3)被引入到所述保护管(2)中的状态下，将所述测量插入件(3)固定在所述保护管(2)的内部。本发明还涉及一种包括这样的耦合适配器(9)的设备(1)，所述设备(1)用于确定并且/或者监测介质(M)的温度(T)。

Description

用于温度计的耦合适配器

技术领域

本发明涉及一种用于测量插入件的耦合适配器，该测量插入件用于确定并且/或者监测容器或管道中的介质的温度，该测量插入件能够被引入到用于容纳该测量插入件的保护管中。该保护管至少部分地伸入到容器或管道的内部容积中，并且该测量插入件包括伸长管和温度传感器，该温度传感器布置在该管的端部区域内。例如，该温度传感器包括具有电阻元件的热电偶。本发明进一步涉及一种包括这样的耦合适配器的设备，该设备尤其是温度计，用于确定并且/或者监测容器或管道中的介质的温度。

背景技术

从现有技术中已知以各种各样的设计存在的温度计。例如，有些温度计利用具有已知膨胀系数的液体、气体或固体的膨胀来测量温度。例如，在使用电阻元件或热电偶时，其它温度计将材料的电导率与温度相关联。另一方面，高温计使用物质的热辐射来确定其温度。相应的基本测量原理均已在大量出版物中进行了描述。

呈电阻元件或所谓的薄膜传感器的形式的温度传感器，特别地是，电阻温度检测器(RTD)，例如使用传感器元件，该传感器元件设置有连接线并且被施加到载体基板，因此该载体基板的背面通常涂有金属涂层。所使用的传感器元件是所谓的电阻器元件，其例如由铂元件提供，其也可作为PT10、PT100和PT1000元件商购获得。

反过来，在热电偶的情况下，温度是通过在一端处连接起来的并且由不同材料组成的热电偶丝之间产生的热电压而确定的。对于温度测量，通常使用符合DIN标准IES584的热电偶，例如将K、J、N、S、R、B、T或E型热电偶用作温度传感器。但是，其它材料对，尤其是具有可测量的塞贝克(Seebeck)效应的材料对，也是可能的。

通常，温度传感器被布置在测量插入件中，该测量插入件进而经由呈温度计套管(thermowell)形式的保护管与介质接触，该保护管与流体物理接触。

一方面，这样的温度计套管承受高负载，特别是当它们暴露于流动的介质中时，该流动的介质会导致不同的机械力作用在保护管上，例如剪切力或由相干涡旋脱落引起的力，这样的相干涡旋脱落会导致涡致振动(VIV)。流体动力学中的涡旋脱落被称为“卡门涡街(Kármán vortex street)”，是指由物体周围的介质流动的不稳定分离而引起的、在交替方向上的重复的旋转涡流模式，从而导致所述物体振动。振动的频率越接近介质流动所围绕的物体的固有频率，物体振动得就越剧烈。

此外，温度计的测量精度高度依赖于相应介质、过程环境和/或温度计之间的热耦合。以这种方式，占主导地位的热流起着决定性的作用。对温度的可靠确定要求温度计和介质在至少用以确定温度所需的一段时间内处于热平衡。因此，至少在这段时间内，温度计的温度和介质的温度在理想情况下应该基本上相同。温度计对温度变化的反应，即所谓的温度计响应时间，在这里起着决定性的作用，尤其是在介质的温度大致连续地变化的情况下更是如此。这样，常常与包括温度计套管的温度计相关的另一个问题与响应时间有关。

已经提出了许多不同的解决方案来缩短响应时间并提高包括温度计套管的温度计的测量精度。通常，保护管的管壁被做得尽可能得薄。另一种方法涉及改进测量插入件和温度计套管之间的接触。在这个背景下，例如DE102013114140A1或DE102014101968A1描述了使用附加弹簧元件来改进保护管和测量插入件之间的接触。DE102018111167A1进而建议在测量插入件和温度计套管之间放置耦合单元。WO2014/158393A1公开了一种实心插入件，该实心插入件被构造用以以可移除的方式将温度探头支撑于温度计套管内，并且被构造用以在温度计套管和探头之间提供热接触。

发明内容

基于已知的解决方案，本发明的一个目的是提供一种具有改进的性能的测量插入件，用于与温度计套管一起使用。

该目的通过根据权利要求1所述的测量插入件以及通过根据权利要求13所述的温度计来实现。

关于耦合适配器，本发明的目的通过用于包括温度传感器的测量插入件的耦合适配器来完成，该测量插入件用于确定并且/或者监测介质的温度，该测量插入件能够被引入到用于容纳该测量插入件的保护管中。该测量插入件包括伸长管和温度传感器，该温度传感器布置在该测量插入件的端部区域内。例如，该伸长管还可以包括用于与该温度传感器建立电连接的连接线。此外，该伸长管可以填充有填充材料。

根据本发明，耦合适配器包括：基体，该基体具有钻孔，该钻孔的直径适配于测量插入件的外径；和耦合元件，该耦合元件布置在该基体的外表面上，该耦合元件被实施并且/或者被定尺寸为以便用于：在该测量插入件被引入到保护管中的状态下，将该测量插入件固定在该保护管的内部。

优选地是，耦合适配器布置在测量插入件或伸长管的放置有温度传感器的所述端部区域中。因此，当将测量插入件与耦合适配器一起引入到保护管中时，耦合元件用于增强测量插入件的机械稳定性。耦合元件进一步用于降低对温度计的机械振动的敏感性。通过耦合适配器，减小了测量插入件的外壁与保护管的内壁之间的间隙。

在一个优选实施例中，基体和/或耦合元件至少部分地由导热材料构成。在没有耦合适配器的情况下，测量插入件的壁和保护管的管壁之间的间隙通常被空气填充，而空气是不良的热导体。耦合适配器至少部分地减小或最小化该间隙。通过提供至少部分地由金属材料构成的耦合适配器，可以实现增进的响应时间和改进的热传递，从而导致提高的测量精度。

耦合适配器还可以具有某些尺寸或几何形状，对这些尺寸或几何形状进行选择，以便改进热传递、机械稳定性并且/或者减少振动。

一个实施例包括的是，耦合适配器的耦合元件包括第一部件和第二部件，该第一部件是至少部分刚性的，而该第二部件至少部分是弹性的。此外，这两个部件还可以具有不同的热导率和/或热膨胀系数。刚性部件用于机械稳定，而第二部件改进测量插入件在保护管内部的装配。因此，提供由两个部件制成的耦合适配器的耦合元件改进了测量插入件在保护管内部的装配性能。

在一个实施例中，耦合元件包括至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件。该弹性的并且/或者可变形的元件可以是前述实施例的第二部件，或可以是耦合元件的任何其它元件或部件。

在这方面，有利的是，所述至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件特别是金属网状物或金属泡沫。

进一步有利的是，所述至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件特别是金属弹簧元件。

耦合元件还可以包括特别是金属网状物或金属泡沫以及特别是金属弹簧元件。

关于弹簧元件，有利的是，实施弹簧元件，使得该弹簧元件的弹簧行程垂直于测量插入件的纵向轴线。

进一步有利的是，弹簧元件包括多个向外弯曲的杆件和至少一个环形连接元件，所述多个杆件连接到所述至少一个环形连接元件，特别地是，其中所述杆件围绕所述连接元件的周围均匀地分布。

在另一个实施例中，耦合元件还包括填充材料，该填充材料尤其是至少部分地包含碳的粉末，特别是石墨粉末，或是糊剂。优选地是，可以将粉末或糊剂添加到特别是金属网状物或金属泡沫中，或添加到弹簧元件中。粉末或糊剂用于填充耦合元件的区域中的其余间隙。如果耦合元件包括至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件，则可以在保持弹性的同时填充间隙。

耦合元件可以以可拆卸的方式或以固定的方式连接到耦合适配器的基体。优选地是，耦合元件通过压入配合和/或形状配合连接的方式紧固到基体。例如，耦合元件可以通过钎焊或焊料连接的方式紧固到基体。

然而，也有利的是，耦合元件和/或基体包括紧固装置，该紧固装置用于将耦合元件紧固到基体并且/或者将基体紧固到测量插入件。优选地是，耦合元件可以包括至少一个环形元件，所述至少一个环形元件的内径对应于基体的外径。基体进而可以包括与基体的纵向轴线平行且具有减小的直径的至少一个分段，耦合元件可以布置在所述至少一个分段中。基体在与其纵向轴线平行的外壁中尤其具有至少一个肩部，该肩部用于将耦合元件紧固在基体上。基体还可以包括紧固装置，该紧固装置用于将该基体以固定的方式或以可拆卸的方式紧固到测量插入件。

一个实施例包括的是，基体具有带内部钻孔的筒形形状，该内部钻孔的钻孔直径对应于测量插入件的外径。

应当注意，现有的测量插入件也可以加装如上所述的耦合适配器，例如通过将这样的耦合适配器紧固到测量插入件。还需要注意的是，可以将所描述的实施例任意地相互组合。

本发明的目的还通过包括根据本发明的耦合适配器的设备来实现，该设备用于确定并且/或者监测容器或管道中的介质的温度。

温度计还可以包括测量变换器，该测量变换器可以与测量插入件一起布置，或者与测量插入件分开布置。该换能器优选用于至少处理由测量插入件确定的介质温度。

附图说明

在下文中，将基于图1至图5中呈现的图更详细地解释本发明。

图1示出了根据现有技术的包括测量插入件和保护管的温度计，

图2示出了具有耦合元件的耦合适配器的第一实施例，该耦合元件包括呈泡沫形式的弹性的并且/或者可变形的元件，

图3示出了具有耦合元件的耦合适配器的第二实施例，该耦合元件包括呈弹簧元件形式的弹性的并且/或者可变形的元件，

图4示出了弹簧元件的几个优选实施例，以及

图5示出了具有包括弹簧元件和网状物的耦合元件的实施例。

在这些图中，相同的元件总是被提供相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了用于确定容器V中的介质M的温度T的现有技术温度计1的示意图，该温度计1包括保护管2、测量插入件3和电子器件4。测量插入件3插入到保护管2中并且包括伸长管3a，在该伸长管3a中布置有温度传感器5，该温度传感器5在这里呈电阻元件的形式。温度传感器5经由连接线6与电子器件4电接触并且电连接到该电子器件4。在其它实施例中，电子器件4也可以与测量插入件3和保护管2分开布置。此外，温度传感器5不一定必需是电阻元件，或者所使用的连接线6的数量不一定必需是两根。相反，可以取决于所应用的测量原理来使用不同数量的连接线6。

为了改进热接触，常常将弹簧元件7布置在保护管2的内部，并且/或者在温度计套管2的内部容积V中提供糊剂8。然而，这样只能实现不充分的机械稳定性和热接触。通常，温度计套管2的内壁与测量插入件3的外壁之间的空气间隙未被充分地最小化。这导致温度计3的响应时间更长、机械稳定性更低并且对振动有一定的敏感性。

本发明通过提供包括基体10和耦合元件11的耦合适配器9解决了这些问题。图2示出了在温度计套管2内部的测量插入件3的两个实施例，该测量插入件3配备有耦合适配器9，该耦合适配器9定位在测量插入件3的端部区域中，在该端部区域中布置有温度传感器5。耦合元件11被实施并且/或者被定尺寸为以便用于：当将测量插入件3插入到保护管2中时，将该测量插入件3固定在该保护管2的内部。这样，可以改进温度计1的机械稳定性，此外，温度计1对机械振动的敏感性变低了。

优选地是，耦合元件11和/或基体10至少部分地由导热材料(例如，金属)构成。这进而导致温度计1的改进的性能。特别地是，温度计1对介质M的温度T的变化的反应的响应时间显著缩短。

在图2a中所示的实施例的情况下，耦合元件11包括至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件，该至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件尤其呈附接到基体10的金属泡沫12的形式。耦合元件11还可以包括填充材料13，该填充材料13被填充到泡沫12中的其余间隙中。可替代地是，弹性的并且/或者可变形的元件尤其也可以是金属网状物。

在这里，基体10具有带有内部钻孔的总体筒形形状，该内部钻孔适配于测量插入件3的尺寸。然而，基体10的其它实施例也是可行的并且确实落入本发明的范围。例如，基体10从一个实施例到另一个实施例可以具有变化的厚度、不同的几何形状和/或不同的尺寸。

如图2b中所示，耦合元件11还可以进一步包括用于不同目的的至少两个不同的部件14，例如，一个刚性部件14a和一个弹性部件14b。优选地是，耦合元件11使得第二弹性部件14b由弹性的并且/或者可变形的元件(例如，泡沫或网状物)提供，而第一部件14a例如以刚性框架的形式存在。

用于耦合元件11的优选材料的示例是不锈钢、铜、黄铜、铝等。

图3中示出了进一步优选的实施例。在图3a的情况下，该至少部分弹性的并且/或者可变形的元件是弹簧元件15，该弹簧元件15通过形状配合连接的方式紧固到基体10。该弹簧元件15的弹簧行程a垂直于测量插入件3的纵向轴线l。

在图3b的情况下，基体10也具有带有内部钻孔的筒形形状，该内部钻孔的钻孔直径对应于测量插入件3的外径。然而，与图3a所示的实施例相比，基体10的外径沿其以及测量插入件3的纵向轴线l变化。基体10的外壁包括几个肩部16a-16d。基体10的直径d₀进一步减小到由肩部16a和16d限定的第一分段s₁中的第一减小的直径d₁并且进一步减小到由肩部16a和16d限定的第二分段s₂中的第二减小的直径d2。在肩部16b和16c之间的第二分段s₂中，弹簧元件15被夹持在或被紧固在基体10上。对于不同的应用和几何形状，通过为基体10提供具有不同直径d的几个分段s，可以为相同的耦合适配器9提供不同的弹簧元件15。

应注意，基体10还可以包括紧固装置17，该紧固装置17用于将基体10紧固到测量插入件3。在这里，紧固装置17由基体10的端部区域提供，该端部区域具有减小的壁厚，用于与测量插入件3建立压入配合或形状配合连接。

针对耦合适配器9的几个另外的实施例在图4中示出，其中该耦合适配器9包括包含弹簧元件15的耦合元件11。图4a所示的弹簧元件15包括多个向外弯曲的杆件18和两个环形连接元件19。所述杆件18被夹持并紧固在所述两个连接元件19之间，并且围绕所述连接元件19的周围均匀地分布。杆件18的数量以及它们的尺寸(例如，长度和宽度)从一个实施例到另一个实施例可以变化。例如，与在图4a的情况下相比，在图4b所示的弹簧元件15的情况下，所提供的杆件18的数量较少，但是每个杆件19的宽度较大。此外，为图4a所示的实施例设置了两个连接元件19，而图4b所示的实施例包括一个连接元件19。弹簧元件15的另一实施例在图4c中示出。在这里，设置了三个连接元件19，而在两个相邻的连接元件19之间分别设置有杆件18。

在图5中展示了另一个优选实施例。耦合适配器9布置在测量插入件3的伸长管3a的端部区域中。耦合元件11包括基体10和弹簧元件13，这类似于图3b所示实施例的情况。此外，在伸长管3a的末端处设置有网状物12。这样，耦合元件11包括网状物12和弹簧元件15。可替代地是，可以提供金属泡沫来代替网状物12。

附图标记列表

1         温度计

2         保护管

3         测量插入件

3a        伸长管

4         电子器件

5         温度传感器

6         连接线

7         弹簧元件(现有技术)

8         糊剂

9         耦合适配器

10        基体

11        耦合元件

12        呈网状物或泡沫形式的弹性的并且/或者可变形的元件

13        填充材料

14        耦合元件的两个部件14a、14b

15        呈弹簧元件形式的弹性的并且/或者可变形的元件

16        基体的外壁中的肩部16a-16d

17        紧固装置

18        弹簧元件的杆件

19        弹簧元件的连接元件

M         介质

V         容器

T         温度

a         弹簧行程

l         伸长管的纵向轴线

Claims (13)

1.一种用于测量插入件(3)的耦合适配器(9)，所述测量插入件(3)包括温度传感器(5)，所述测量插入件(3)用于确定并且/或者监测介质(M)的温度(T)，所述测量插入件(3)能够被引入到用于容纳所述测量插入件(3)的保护管(2)中，

所述耦合适配器(9)包括：

基体(10)，所述基体(10)具有钻孔，所述钻孔的直径适配于所述测量插入件(3)的外径；和耦合元件(11)，所述耦合元件(11)布置在所述基体(10)的外表面上，所述耦合元件(11)被实施并且/或者被定尺寸为以便用于：在所述测量插入件(3)被引入到所述保护管(2)中的状态下，将所述测量插入件(3)固定在所述保护管(2)的内部。

2.根据权利要求1所述的耦合适配器(9)，

其中，所述基体(10)和/或所述耦合元件(11)至少部分地由导热材料构成。

3.根据权利要求2所述的耦合适配器(9)，

其中，所述耦合元件(11)包括第一部件(13a)和第二部件(13b)，所述第一部件(13a)是至少部分刚性的，而所述第二部件(13b)至少部分是弹性的。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的耦合适配器(9)，

其中，所述耦合元件(11)包括至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件(12、15)。

5.根据权利要求4所述的耦合适配器(9)，

其中，所述至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件(12)特别是金属网状物或金属泡沫。

6.根据权利要求4或5所述的耦合适配器(9)，

其中，所述至少一个至少部分弹性的并且/或者可变形的元件(15)特别是金属弹簧元件。

7.根据权利要求6所述的耦合适配器(9)，

其中，所述弹簧元件(15)被实施为使得所述弹簧元件(15)的弹簧行程(a)垂直于所述测量插入件(3)的纵向轴线(l)。

8.根据权利要求6或7所述的耦合适配器(9)，

其中，所述弹簧元件(15)包括多个向外弯曲的杆件和至少一个环形连接元件，所述多个杆件连接到所述至少一个环形连接元件，特别地是，其中所述杆件围绕所述连接元件的周围均匀地分布。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的耦合适配器(9)，

其中，所述耦合元件(11)还包括填充材料(12)，所述填充材料(12)尤其是至少部分包含碳的粉末，特别是石墨粉，或是糊剂。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的耦合适配器(9)，

其中，所述耦合元件(11)通过压入配合和/或形状配合连接的方式紧固到所述基体(10)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的耦合适配器(9)，

其中，所述耦合元件(11)和/或所述基体(10)包括紧固装置(16、17)，所述紧固装置(16、17)用于将所述耦合元件(11)紧固到所述基体(10)并且/或者将所述基体(10)紧固到所述测量插入件(3)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的耦合适配器(9)，

其中，所述基体(10)具有带内部钻孔的筒形形状，所述内部钻孔的钻孔直径对应于所述测量插入件(3)的外径。

13.一种至少包括根据前述权利要求中的至少一项所述的耦合适配器(9)的设备(1)，所述设备(1)用于确定并且/或者监测容器(V)或管道中的介质(M)的温度(T)。

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