DE102010020778A1

DE102010020778A1 - Autonomer Temperaturtransmitter

Info

Publication number: DE102010020778A1
Application number: DE102010020778A
Authority: DE
Inventors: Dr. Wetzko Manfred; Dr. Ulrich Marco; Dr. Nenninger Philipp; Dr.-Ing. Huck Ralf
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-11-24
Also published as: DE202010017968U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einem autonomen Temperaturtransmitter zum Einsatz verfahrenstechnischen Anlagen, der teilweise in ein Prozeßgefäß (20) hineinragt, in dem ein Prozeßmedium (21) eingeschlossen ist, dessen Temperatur gemessen werden soll, und dessen aus dem Prozeßgefäß (20) herausragender Teil (10) eine Elektronikkomponente (11) aufnimmt und der zur Speisung einem thermoelektrischen Wandler (32) aufweist. Der thermoelektrischer Wandler (32) ist zu seinem Schutz vor thermischer Überbeanspruchung von der Quelle der unzulässigen Betriebstemperaturen durch ein Abstandselement (36, 13) geringer Wärmeleitfähigkeit beabstandet.

Description

Die Erfindung betrifft einen autonomen Temperaturtransmitter zum Einsatz verfahrenstechnischen Anlagen.
Derartige autonome Temperaturtransmitter sind dadurch gekennzeichnet, dass Daten und Informationen drahtlos versendet werden können und die nötige Energie zur Versorgung des Feldgerätes ohne Drahtverbindung zu einer Einspeisestelle zur Verfügung steht. Während für die drahtlose Kommunikation die für sich bekannte Funknetz-Technologie zur Verfügung steht, ist die autonome Energieversorgung unter industriellen Anforderungen problematisch. Das trifft auch auf in der Industrie in großem Umfang eingesetzte Temperaturtransmitter zu. Stand der Technik ist der Einsatz von Batterien, um eine autonome Energieversorgung zu ermöglichen. Dies erfordert jedoch eine regelmäßige Überwachung. Der Austausch verbrauchter Batterien ist aufwendig und oft auch kostenintensiv und wird daher von den Betreibern nicht akzeptiert.
Darüber hinaus sind aus den DE 10 2007 051 672 A1 und DE 10 2008 038 980 A1 Einrichtungen zur Energieversorgung von Mess- und Sendeeinrichtungen bekannt, die den Energiegehalt des Mediums, dessen Temperatur gemessen werden soll, ausnutzen. Dabei wird die benötigte elektrische Energie für die Elektronik durch einen thermoelektrischen Generator (TEG) aus der Temperaturdifferenz zwischen dem Medium und der Umgebung erzeugt. Dabei kommen neben konventionellen TEGs auch Dünnschicht-TEGs, beispielsweise in Folienform, oder Mikro-TEGs zum Einsatz.
Der Einsatz der bekannten Lösungen stößt jedoch in einem industriellen Umfang schnell an ihre Grenzen. Der zur Verfügung stehende Bauraum ist begrenzt, die Funktionssicherheit muss auch in explosionsgefährdeter Umgebung oder in Gegenwart aggressiver Gase gewährleistet sein. Die bislang bekannten Konstruktionen bieten hierfür noch keine Möglichkeit. Vor allem modulare Anklemm-Lösungen, wie sie aus der WO 2008/042073 A2 bekannt sind, sind unzureichend im eigentlichen Messgerät oder Feldinstrument integriert.
Schließlich ist aus der DE 10 2007 056 150 A1 ein Sensorsystem mit einem thermoelektrischen Wandler zu seiner Speisung bekannt, der bei Einwirken eines Temperaturgefälles eine elektrische Spannung erzeugt, mit einem Trägerelement, das einen Wärmeleitkern aufweist, der den Sensor und den thermoelektrische Wandler thermisch an das die Messgröße darstellende Prozeßmedium koppelt. Die Bauform dieses Prüfmittels genügt nachteiligerweise nicht den Sicherheitsanforderungen im industriellen Bereich. Bei hohen Temperaturen des Prozeßmediums besteht die Gefahr der Zerstörung des thermoelektrischen Wandlers durch Überschreitung dessen zulässiger Betriebsparameter.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Speiseeinrichtung für einen autonomen Temperaturtransmitter mit einem thermoelektrischen Wandler anzugeben, der bei hoher Energieausbeute vor hohen Temperaturen des Prozeßmediums geschützt ist.
Die Erfindung geht aus von einem Temperaturtransmitter aus, der teilweise in ein Prozeßgefäß hineinragt, in dem ein Prozeßmedium eingeschlossen ist, dessen Temperatur gemessen werden soll, dessen aus dem Prozeßgefäß herausragender Teil eine Elektronikkomponente aufnimmt und der zur Speisung einem thermoelektrischen Wandler aufweist.
Erfindungsgemäß ist der thermoelektrische Wandler von der Quelle der unzulässigen Betriebstemperaturen durch ein Abstandselement geringer Wärmeleitfähigkeit beabstandet. Dadurch wird erreicht, dass die den zulässigen Betriebsbereich verlassenden Temperaturen auf dem Weg zum thermoelektrischen Wandler reduziert werden.
Durch verschiedene Längen und/oder Wärmeübertragungskoeffizienten des Abstandselements sind unterschiedliche Temperaturbereiche außerhalb der zulässigen Betriebstemperaturen zugänglich. Vorteilhafterweise bleibt die Bauart des Temperaturtransmitters über einen weiten Temperaturbereich des Prozeßmediums unverändert. Dies gilt gleichermaßen für Unterschreitungen wie für Überschreitungen des Bereichs der zulässigen Betriebstemperaturen.
Durch den thermische Übergangswiderstand zwischen dem Wärmeträger und dem Wandler wird der Wandler vor unzulässigen Temperaturen geschützt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazu er14forderlichen Zeichnungen zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Temperaturtransmitters mit einem thermoelektrischen Wandler
2 eine Prinzipdarstellung eines alternativen Temperaturtransmitters mit einem thermoelektrischen Wandler
In der 1 ist ein Temperaturtransmitter mit einem thermoelektrischen Wandler 32 teilweise geschnitten dargestellt. Der Temperaturtransmitter umfasst ein nach außen offenes Schutzrohr 13, das in ein Prozeßgefäß 20 hineinragt, in dem ein Prozeßmedium 21 eingeschlossen ist. Der Temperaturtransmitter umfasst ferner einen Kopf 10, in dem eine Elektronikkomponente 11 untergebracht ist. Die Elektronikkomponente 11 ist mit einem Sensor 14 verbunden, der im Inneren des Schutzrohres 13 an dessen geschlossenen Ende angeordnet ist.
Die Elektronikkomponente 11 ist von dem thermoelektrischen Wandler 32 gespeist, der über ein thermisches Leitelement 33 kopfseitig mit einem Kühlkörper 34 in thermischer Wirkverbindung stehend angeordnet ist. Die thermischen Leitelemente 33 sind vorzugsweise als für sich bekannte Wärmeleitrohre oder sogenannte Heatpipes ausgebildet und in einem Halsrohr 12 untergebracht. Dabei sind die kopfseitige Temperatur des Wandlers 32 etwa gleich der Umgebungstemperatur des Kühlkörpers 34. Der Kühlkörper 34 ist gerippt ausgebildet, von der Umgebungsluft umspült und somit an deren physikalische Größe Temperatur ankoppelt.
Die gefäßseitige Temperatur des Schutzrohres 13 ist etwa gleich der Temperatur des Prozeßmediums 21. Zum Schutz des Wandlers 32 vor unzulässigen Temperaturen ist zwischen dem Schutzrohr 13 und dem Wandler 32 ein Abstandselement 36 angeordnet. Dadurch wird vermieden, dass der Wandler 32 mit unzulässigen Temperaturen beaufschlagt wird.
In der 2 ist unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ein Temperaturtransmitter in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Temperaturtransmitter ist gefäßseitig zur Flanschmontage ausgebildet. Dabei ist das in das Prozeßgefäß 20 hineinragende Schutzrohr 13 mit einem Flansch 37 ausgetattet, der mit dem Prozeßgefäß 20 verbunden ist und dieses verschließt. Demnach ragt ein Teil des Schutzrohres 13 aus dem Prozeßgefäß 20 heraus.
Der Wandler 32 zur Speisung der nicht dargestellten Elektronikkomponente im Kopf 10 ist direkt mit dem Schutzrohr 13 verbunden. Dabei ist der Abstand zwischen dem Wandler 32 und dem Schutzrohr 13 ein Maß für die nötige Temperaturdifferenz zwischen der zulässigen gefäßseitigen Wandlertemperatur und der Prozeßtemperatur.
Kopfseitig ist der Temperaturtransmitter durch einen Kühlkörper 34 gebildet, der mit dem Wandler 32 in thermischer Wirkverbindung steht. Dabei kann ein Halsrohr 12 vorgesehen sein, in dem thermischen Leitelemente 33 gemäß 1 untergebracht sind. Bei ausreichendem Abstand zwischen dem Wandler 32 und dem Flansch 37 kann der Kühlkörper 34 auch direkt mit dem Wandler 32 verbunden sein.
Bezugszeichenliste

10: Kopf
11: Elektronikkomponente
12: Halsrohr
13: Schutzrohr
14: Sensor
20: Prozeßgefäß
21: Prozeßmedium
32: Wandler
33: thermisches Leitelement
34: Kühlkörper
36: Abstandselement
37: Flansch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007051672 A1 [0003]
DE 102008038980 A1 [0003]
WO 2008/042073 A2 [0004]
DE 102007056150 A1 [0005]

Claims

Autonomer Temperaturtransmitter, der teilweise in ein Prozeßgefäß (20) hineinragt, in dem ein Prozeßmedium (21) eingeschlossen ist, dessen Temperatur gemessen werden soll, und dessen aus dem Prozeßgefäß (20) herausragender Teil (10) eine Elektronikkomponente (11) aufnimmt und der zur Speisung einem thermoelektrischen Wandler (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrischer Wandler (32) von der Quelle der unzulässigen Betriebstemperaturen durch ein Abstandselement (36, 13) geringer Wärmeleitfähigkeit beabstandet ist.
Autonomer Temperaturtransmitter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (36) durch ein rohrförmiges Zwischenstück gebildet ist.
Autonomer Temperaturtransmitter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (36) durch den Abschnitt des Schutzrohres (13) gebildet ist, der sich zwischen dem Wandler (32) und einem Flansch (37) zum Anbau an das Prozeßgefäß (20) befindet.