CN116105877A - 用于感测温度的测量插入件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于感测温度的测量插入件(3)，该测量插入件(3)用于插入到保护管(2)中，以确定并且/或者监测容器(V)或管道中的介质(M)的温度(T)，该保护管(2)至少部分地伸入到容器(V)或管道的内部容积中，并且该测量插入件(3)包括伸长管(3a)和温度传感器(5)，该温度传感器(5)布置在测量插入件(3)的端部区域内。根据本发明，该测量插入件(3)还包括耦合元件(9)，该耦合元件(9)在布置有温度传感器(5)的所述端部区域中紧固到伸长管(3a)，所述耦合元件(9)被实施并且/或者被定尺寸为以便用于：在将测量插入件(3)引入到保护管(2)中的状态下，将测量插入件(3)固定在保护管(2)的内部。

Description

用于感测温度的测量插入件

技术领域

本发明涉及一种测量插入件，该测量插入件用于插入到保护管中，以确定并且/或者监测容器或管道中的介质的温度，该保护管至少部分地伸入到容器或管道的内部容积中，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管的端部区域内。本发明进一步涉及一种用于确定并且/或者监测容器或管道中的介质的温度的温度计，该温度计包括这样的测量插入件。例如，该温度传感器包括电阻元件制的热电偶。

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，另一些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。各自的基本测量原理均已在大量出版物中进行了描述。

例如，以电阻元件或所谓的薄膜传感器的形式存在的温度传感器，特别地是，电阻温度检测器(RTD)，使用了传感器元件，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K、J、N、S、R、B、T或E型热电偶作为温度传感器。但是，其它材料对，尤其是具有能够测量的塞贝克(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以温度计套管形式存在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，这种情况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而引起的力，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(Kármán)涡街”，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，以导致所述物体振动。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，即所谓的温度计的响应时间，在这里起着决定性的作用，尤其是在介质的温度基本连续地变化的情况下。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且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在温度计套管内，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的测量插入件以及通过根据权利要求13的温度计来实现。

关于测量插入件，本发明的主要目的通过一种测量插入件来实现，该测量插入件用于插入到保护管中，以确定并且/或者监测容器或管道中的介质的温度，该保护管至少部分地伸入到该容器或管道的内部容积中，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，该伸长管进一步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，测量插入件进一步包括耦合元件，该耦合元件在布置有温度传感器的所述端部区域中紧固到该伸长管，该耦合元件被实施并且/或者被定尺寸为以便用于，在将该测量插入件引入到该保护管中的状态下，将该测量插入件固定在该保护管的内部。

因此，耦合元件用于提高测量插入件在被引入到保护管中时的机械稳定性并且还用于降低对温度计的机械振动的敏感性。通过该耦合元件，减小了该测量插入件的外壁和该保护管的内壁之间的间隙。

在一个优选实施例中，耦合元件至少部分地由导热材料构成。在没有耦合元件的情况下，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，空气是不良的热导体。该耦合元件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元件，可以实现增进的响应时间和改进的热传递，导致测量精度提高。

耦合元件进一步可以具有特定尺寸或几何形状，对这些尺寸或几何形状进行选择，从而改进热传递、机械稳定性并且/或者减少振动。

一个实施例包括的是，耦合元件包括第一部件和第二部件，该第一部件至少部分是刚性的，而该第二部件至少部分是弹性的。此外，这两个部件可以进一步具有不同的热导率和/或热膨胀系数。该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/或者能够变形的元件。该弹性的并且/或者能够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/或者能够变形的元件特别地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/或者能够变形的元件特别地是金属弹簧元件。

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，弹簧元件被实施以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，耦合元件进一步包括填充材料，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/或者能够变形的元件，则可以在保持弹性的同时填充间隙。

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测量插入件，特别地是，其中该耦合元件通过钎焊或焊料连接的方式紧固在测量插入件上。这样，该耦合元件固定地连接到该测量插入件。

在一个实施例中，耦合元件包括紧固装置，该紧固装置用于将该耦合元件紧固到测量插入件。

在这点上，有利的是，紧固装置包括环形元件，该环形元件的内径对应于测量插入件的外径。

应当注意的，现有的测量插入件也可以加装如上所述的耦合元件，例如通过将这样的耦合元件紧固到测量插入件。还需要说明的是，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温度计来实现，该温度计包括根据本发明的测量插入件，该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。

该温度计可以进一步包括测量换能器，该测量换能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4中呈现的附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测量插入件的第一实施例，该耦合元件包括以泡沫形式存在的弹性的并且/或者能够变形的元件，

图3示出了具有耦合元件的测量插入件的第二实施例，该耦合元件包括以弹簧元件形式存在的弹性的并且/或者能够变形的元件，

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在这里以电阻元件的形式存在。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。在另一些实施例中，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条。相反，可以根据所应用的测量原理而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。

本发明通过提供耦合元件9来解决这些问题。在图2中示出了包括耦合元件9的测量插入件3的第一实施例。耦合元件9在端部区域中紧固到伸长管3a，在该端部区域中布置有温度传感器5，并且该端部区域被实施并且/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，将测量插入件3固定在保护管2的内部。这样，此外，温度计1对机械振动的敏感性也能够大大降低。

优选地是，耦合元件9至少部分地由导热材料(例如，金属)组成。这进而导致温度计1的性能改进。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所示的实施例的情况下，耦合元件9包括至少一个至少部分弹性的并且/或者能够变形的元件，该元件尤其以金属泡沫10的形式存在，其可以紧固到伸长管3a。耦合元件9可以进一步包括填充材料11，该填充材料11被填充到泡沫10中的其余间隙中。

弹性的并且/或者能够变形的元件尤其也可以是金属网状物。

如图2b中所示，耦合元件9还可以进一步包括用于不同目的的至少两个不同的部件12，例如，一个刚性部件12a和一个弹性部件12b。优选地是，耦合元件9使得第二弹性部件12b由弹性的并且/或者能够变形的元件(例如，泡沫或网状物10)提供，而第一部件12a例如以刚性框架的形式存在。

用于耦合元件9的优选材料的示例是不锈钢、铜、黄铜、铝等。

图3中示出了另一个优选实施例。这里，至少部分弹性的并且/或者能够变形的元件是弹簧元件13。该弹簧元件13的弹簧行程a垂直于测量插入件3的纵向轴线l。耦合元件9进一步包括紧固装置14，该紧固装置14具有两个环形元件15，所述两个环形元件15紧固到测量插入件3，在这里是紧固到伸长管3a，所述弹簧元件13布置在所述两个环形元件15之间。

弹簧元件13的几个实施例以图4为准。图4a所示的弹簧元件13包括多个向外弯曲的杆件15和两个环形连接元件16。这些杆件15被夹持并且固定在所述两个连接元件16之间，并且围绕所述连接元件16的周围均匀地分布。杆件15的数量以及其尺寸，例如长度和宽度，可以从一个实施例到另一个实施例而变化。例如，与图4a的情况相比，在图4b所示的弹簧元件13的情况下，所提供的杆件15的数量较少，但是每个杆件15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15，而图4b所示的实施例包括一个连接元件16。弹簧元件13的另一实施例以图4c为准。在这里，设置了三个连接元件16，而在两个相邻的连接元件16之间分别设置了杆件15。

在图5中展示了另一个优选实施例。耦合元件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9包括弹簧元件13，该弹簧元件13由紧固装置14紧固，该紧固装置14以两个环形元件15的形式存在，类似于图3所示的实施例的情况。此外，在伸长管3a的末端处设置有网状物10。这样，耦合元件9包括网状物10和弹簧元件13。或者，可以提供金属泡沫来代替网状物10。

附图标记

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     耦合元件

10    以网状物或泡沫形式存在的弹性的并且/或者能够变形的元件

11    填充材料

12    耦合元件的两个部件12a、12b

13    以弹簧元件的形式存在的弹性的并且/或者能够变形的元件

14    紧固装置

15    弹簧元件的杆件

16    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)

1.一种测量插入件(3)，用于插入到保护管(2)中，以确定并且/或者监测容器(V)或管道中的介质(M)的温度(T)，所述保护管(2)至少部分地伸入到所述容器(V)或管道的内部容积中，

所述测量插入件(3)包括

伸长管(3a)，以及

温度传感器(5)，所述温度传感器(5)布置在所述测量插入件(3)的端部区域内，

其特征在于，

所述测量插入件(3)进一步包括耦合元件(9)，所述耦合元件(9)在布置有所述温度传感器(5)的所述端部区域中紧固到所述伸长管(3a)，所述耦合元件(9)被实施并且/或者被定尺寸为以便用于：在将所述测量插入件(3)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所述的测量插入件(3)，

其中，所述耦合元件(9)至少部分地由导热材料构成。

3.根据权利要求2所述的测量插入件(3)，

其中，所述耦合元件(9)包括第一部件(12a)和第二部件(12b)，所述第一部件(12a)至少部分地由刚性材料构成，而所述第二部件(12b)至少部分地由弹性材料构成。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的测量插入件(3)，

其中，所述耦合元件(9)包括至少一个至少部分弹性的并且/或者能够变形的元件(10、13)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的测量插入件(3)，

其中，所述至少一个至少部分弹性的并且/或者能够变形的元件(10)特别地是金属网状物或金属泡沫。

6.根据权利要求4或5所述的测量插入件(3)，

其中，所述至少一个至少部分弹性的并且/或者能够变形的元件(13)特别地是金属弹簧元件。

7.根据权利要求6所述的测量插入件(3)，

其中，所述弹簧元件(13)被实施为使得所述弹簧元件(13)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所述的测量插入件(3)，

其中，所述弹簧元件(13)包括多个向外弯曲的杆件(14)和至少一个环形连接元件(16)，所述多个杆件(15)连接到所述环形连接元件(16)，特别地s，其中所述杆件(15)围绕所述连接元件(16)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测量插入件(3)，

其中，所述耦合元件(9)进一步包括填充材料(11)，尤其是至少部分包含碳的粉末，特别地是石墨粉末，或者是糊剂。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的测量插入件(3)，

其中，所述耦合元件通过压入配合和/或形状配合连接的方式紧固到所述测量插入件(3)，特别地是，其中所述耦合元件(9)通过钎焊或焊料连接的方式紧固在所述测量插入件(3)上。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的测量插入件(3)，

其中，所述耦合元件(9)包括紧固装置(13)，所述紧固装置(13)用于将所述耦合元件(9)紧固到所述测量插入件(3)。

12.根据权利要求11所述的测量插入件(3)，

其中，所述紧固装置(14)包括环形元件，所述环形元件的内径对应于所述测量插入件的外径。

13.一种温度计(1)，包括如前述权利要求中的至少一项所述的测量插入件(3)，所述温度计(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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