DE102004007906A1

DE102004007906A1 - Keramisch isolierter Hochtemperatursensor

Info

Publication number: DE102004007906A1
Application number: DE102004007906A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Irrgang; Barbara Irrgang; Hartmuth Kämpf; Winfried Heinz; Klaus-Dieter SCHÄTZLER
Original assignee: Temperaturmeßtechnik Geraberg; TEMPERATURMESTECHNIK GERABERG
Current assignee: TEMPERATURMESSTECHNIK GERABERG GMBH, 98693 MARTINRODA, DE
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: DE10238628A1; DE10238628B4; DE102004007906B4

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochtemperatursensor anzugeben, der bei hohen Temperaturen bis 900 DEG C eingesetzt werden kann, hohen mechanischen und chemischen Belastungen standhält und mit geringem Fertigungsaufwand hergestellt werden kann. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass das Fassungselement aus einem Keramikkörper besteht, der im mittleren Bereich eine Verdickung aufweist, wobei der Keramikkörper oberhalb der Verdickung als Halsrohr und unterhalb der Verdickung als medienberührendes Eintauchteil ausgebildet ist und mindestens einer der Innenleiter mit einer hochtemperaturbeständigen Isolation versehen ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft einen keramisch isolierten Hochtemperatursensor nach Hauptpatent 10238628 mit einem temperaturabhängigen Messelement, einem elektrischen Anschluss und einem mit Prozessanschlussbauteilen verbindbaren Fassungselement, dessen unteres Ende in das zu messende Medium ragt und dessen oberes Ende sich auf der Anschlussseite befindet, wobei das Fassungselement rotationssymmetrisch ausgebildet ist und eine Innenbohrung aufweist, in dem Innenleiter verlaufen, die das Messelement mit dem elektrischen Anschluss verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft einen keramisch isolierten Hochtemperatursensor nach Hauptpatent 102 38 628 mit einem temperaturabhängigen Messelement, einem elektrischen Anschluss und einem mit Prozessanschlussbauteilen verbindbaren Fassungselement, dessen unteres Ende in das zu messende Medium ragt und dessen oberes Ende sich auf der Anschlussseite befindet, wobei das Fassungselement rotationssymmetrisch ausgebildet ist und eine Innenbohrung aufweist, in dem Innenleiter verlaufen, die das Messelement mit dem elektrischen Anschluss verbinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochtemperatursensor der eingangs angegebenen Art. anzugeben, der bei hohen Temperaturen bis 900 °C eingesetzt werden kann, hohen mechanische und chemischen Belastungen standhält, und mit geringem Fertigungsaufwand hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Hochtemperatursensor mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor besteht das Fassungselement aus einem einstückigem Keramikkörper, der im mittleren Bereich eine Verdickung aufweist. Oberhalb der Verdickung ist der Keramikkörper als Halsrohr ausgebildet und unterhalb der Verdickung als medienberührendes Eintauchteil. Im Inneren verlaufen Innenleitungsdrähte von denen mindestens einer mit einer hochtemperaturbeständigen Isolation versehen ist.

Diese Anordnung ermöglicht eine sehr gute thermische und elektrische Isolation, ist mit geringem Aufwand herstellbar und gewährleistet eine zuverlässige Abdichtung zum Prozessmedium auch bei hohen Temperaturen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Eintauchteil medienseitig offen ist. Damit kann eine geringe Trägheit der Messanordnung erreicht werden.

Das Messelement kann sowohl als widerstandselektrisches Schichtelement, insbesondere als Platinmesswiderstand, mit mindestens zwei Anschlusselementen als auch als Thermoelement mit koaxial angeordneten Leitern ausgeführt werden.

Ferner ist es zweckmäßig, den Messwiderstand durch drahtförmige Innenleiter mit dem elektrischen Anschluss zu verbinden und dabei die Innenleiterdrähte mit einer Isolierung aus keramischen Fasermaterial zu versehen wobei als besonders vorteilhaft ein keramisches Fasermaterial verwendet wird, welches Saffilfasern enthält.

Zum mechanischen und thermischen Schutz können der Messwiderstand und/oder die Innenleiter in einem keramischen Pulver eingebettet werden. Durch Beimengungen von sauerstoffspendenden Oxidverbindungen im keramischen Pulver kann die Lebensdauer der Messanordnung erhöht werden.

Eine einfache und sichere Verbindung des Hochtemperatursensors mit dem Prozessmedium wird dadurch erreicht, dass der im mittleren Teil des Fassungselementes angeordnete Prozessanschluss aus einem am Keramikteil angebrachten Bund und einer metallischen Überwurfmutter besteht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
1: eine schematische Darstellungen eines Hochtemperatursensors mit einstückigen Keramikfassungselement und Widerstandsmesselement im Längsschnitt und
2: einen Längsschnitt durch eine Ausführung mit Thermoelementmessfühler.
Der in 1 dargestellte keramisch isolierte Hochtemperatursensor weist ein Messelement 1 auf, das aus einem Platin-Dünnschicht-Widerstand besteht, dessen elektrischen Anschlüsse mit den drahtförmigen Innenleitern 10 verbunden sind. In der Abbildung sind zwei Innenleiter 10 dargestellt, von denen einer mit einer als Schlauch ausgebildeten keramischen Isolation 10.1 umgeben ist.
Das Messelement 1 befindet sich in der Spitze des medienseitig als sich verjüngendes Eintauchteil 4.1 ausgebildeten Keramikkörper 4 und ist dort mit Keramikkitt oder anderen Maßnahmen gesichert. An dieser Stelle und/oder im weiteren Verlauf der Innenleiter 10 befindet sich eingerütteltes Keramikpulver 12, dem Anteile von sauerstoffabgebenden Oxiden beigemischt sind. Der Keramikformkörper 4 weist eine als Bund ausgebildete Verdickungsstelle 4.3 auf, die mit einer Überwurfmutter 5.3 gasdicht und fest mit dem Prozessmedium verbunden werden kann. Die dicke Ausbildung des Keramikformkörpers 4 ermöglicht eine wirksame thermische Isolation.
Der elektrische Anschluss befindet sich im messelementfernen Teil des Keramikteiles 4, das in diesem Bereich als Halsrohr 4.2 bildet. Der elektrische Anschluss kann beispielsweise in Form eines oberen Vergusses 13 bestehen, der die Verbindung zum nachfolgenden Anschlusskabel 14 herstellt.
In 2 ist eine Ausführungsform des keramisch isolierten Hochtemperaturfühlers dargestellt, bei der das Messelement 1 als thermoelektrisches Koaxelement ausgefiührt ist. Hierzu befindet sich mittig im Keramikkörper 4 ein koaxiales Mantelthermoelement 18. Das Eintauchteil 4.1 des Keramikkörpers 4 ist medienseitig offen. Aus dem Eintauchteil 4.1 ragt eine gehämmerten Messspitze 18.1 in das Messmedium.

1: Messelement
4: Keramikkörper
4.1: verjüngtes Eintauchteil des Keramikkörpers
4.2: Halsrohr
4.3: Verdickung
5.3: Überwurfmuter
8: vergossene Verbindungsstelle
10: Innenleiter
10.1: Isolation des Innenleiters
12: keramisches Pulver
13: oberer Verguss
14: Anschlusskabel
18: Koax-Mantelleitung
18.1: gehämmerte Spitze des Koax-Elements

Claims

Hochtemperatursensor nach Hauptpatent 102 38 628 mit einem temperaturabhängigen Messelement (1), einem elektrischen Anschluss (2) und einem mit Prozessanschlussbauteilen verbindbaren Fassungselement, dessen unteres Ende in das zu messende Medium ragt und dessen oberes Ende sich auf der Anschlussseite befindet, wobei das Fassungselement rotationssymmetrisch ausgebildet ist und eine Innenbohrung aufweist, in dem Innenleiter (10) verlaufen, die das Messelement (1) mit dem elektrischen Anschluss (2) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Fassungselement aus einem Keramikkörper (4) besteht, der im mittleren Bereich eine Verdickung (4.3) aufweist, wobei der Keramikkörper (4) oberhalb der Verdickung (4.3) als Halsrohr (4.2) und unterhalb der Verdickung (4.3) als medienberührendes Eintauchteil (4.1) ausgebildet ist und mindestens einer der Innenleiter (10) mit einer hochtemperaturbeständigen Isolation (10.1) versehen ist.
Hochtemperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintauchteil (4.1) medienseitig offen ist.
Hochtemperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (1) als widerstandselektrisches Schichtelement mit mindestens zwei Anschlusselementen ausgeführt ist.
Hochtemperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (1) als koaxial ausgeführtes Thermoelement ausgeführt ist.
Hochtemperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (1.1) durch drahtförmige Innenleiter (4) mit dem elektrischen Anschluss verbunden ist, wobei die Innenleiter (4) zumindest teilweise mit einer Isolierung aus keramischen Fasermaterial versehen sind.
Hochtemperatursensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als keramisches Fasermaterial ein Material verwendet wird, welches Saffilfasern enthält.
Hochtemperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (1) und/oder die Innenleiter (4) von einem keramischen Pulver umgeben sind.
Hochtemperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Pulver (6) Beimengungen von sauerstoffspendenden Oxidverbindungen enthält
Hochtemperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im mittleren Teil des Fassungselementes angeordnete Prozessanschluss aus einem am Keramikteil (4) angebrachten Bund (4.3) und einer Überwurfmutter (5.3) besteht.