DE102010030075A1 - Device for detecting a temperature of a fluid medium - Google Patents

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DE102010030075A1
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DE201010030075
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Inventor
Johannes Schmid
Michael Piwonski
Hasan Sert
Florian Mueller
Hartmut Stetter
Arno Clauss
Marc Rosenland
Ulrich Gralka
Lothar Diehl
Sascha Klett
Markus Linck
Marc Brueck
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (110) zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums vorgeschlagen. Diese umfasst mindestens einen Temperaturfühler (114), welcher eingerichtet ist, um in das fluide Medium eingebracht zu werden. Der Temperaturfühler (114) weist einen Fühlerkörper (124) und einen in das fluide Medium hineinragenden Messkopf (128) auf. In dem Messkopf (128) ist mindestens ein Sensorelement (130) zur Erfassung einer Temperatur aufgenommen. Das Sensorelement (130) ist derart in dem Messkopf (128) aufgenommen, dass dieses zumindest weitgehend thermisch von dem Fühlerkörper (124) entkoppelt ist.A device (110) for detecting a temperature of a fluid medium is proposed. This comprises at least one temperature sensor (114), which is set up to be introduced into the fluid medium. The temperature sensor (114) has a sensor body (124) and a measuring head (128) projecting into the fluid medium. At least one sensor element (130) for detecting a temperature is accommodated in the measuring head (128). The sensor element (130) is received in the measuring head (128) such that it is at least largely thermally decoupled from the sensor body (124).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Temperatur ist eine wichtige Messgröße in zahlreichen technischen Anwendungen und Prozessen, welche mittels entsprechender Vorrichtungen erfasst werden muss. Beispielsweise spielt die Temperatur bei einer Steuerung und/oder Regelung in der Verfahrenstechnik, beim Bauteilschutz oder bei ähnlichen Anwendungen eine wichtige Rolle. Dementsprechend sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Sensoren zur Erfassung einer Temperatur fluider Medien, wie beispielsweise Gasen oder Flüssigkeiten, bekannt. Exemplarisch kann diesbezüglich auf Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 96–105 verwiesen werden. Die dort dargestellten Messprinzipien zur Erfassung der Temperatur sind grundsätzlich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Insbesondere kann eine elektrische Temperaturmessung erfolgen, beispielsweise mittels Thermoelementen, die den Seebeck-Effekt ausnutzen. Alternativ oder zusätzlich können auch Widerstands-Temperaturfühler oder andere Arten von Temperaturfühlern eingesetzt werden.Temperature is an important measure in many technical applications and processes, which must be detected by means of appropriate devices. For example, the temperature plays an important role in a control and / or regulation in process engineering, component protection or similar applications. Accordingly, the prior art discloses numerous sensors for detecting a temperature of fluid media, such as gases or liquids. In this regard, reference may be made in this regard to Robert Bosch GmbH: Sensors in motor vehicles, Edition 2007, pages 96-105. The measurement principles described there for detecting the temperature can in principle also be used in the context of the present invention. In particular, an electrical temperature measurement can take place, for example by means of thermocouples, which exploit the Seebeck effect. Alternatively or additionally, resistance temperature sensors or other types of temperature sensors can also be used.

Obwohl die Temperaturmessung, insbesondere die elektrische Temperaturmessung, beispielsweise mittels Thermoelementen, seit über 100 Jahren ein geeignetes Messprinzip zur Erfassung von Temperaturen bietet, bleibt die individuelle Messanforderung technischer Anwendungen in vielen Fällen eine große Herausforderung, insbesondere bezüglich der Messgenauigkeit, der Messdynamik, der Temperaturobergrenzen und/oder der Langzeitstabilität.Although the temperature measurement, in particular the electrical temperature measurement, for example by means of thermocouples, has provided a suitable measuring principle for the detection of temperatures for over 100 years, the individual measurement requirement of technical applications remains in many cases a great challenge, in particular with regard to the measurement accuracy, the measurement dynamics, the upper temperature limits and / or long-term stability.

Zur Messung der Temperatur von strömenden fluiden Medien werden häufig Temperaturfühler eingesetzt, welche zumeist als stabförmig ausgeführte Fühler ausgestaltet sind und mit dem fluiden Medium in Kontakt gebracht werden. Durch verschiedene Mechanismen der Wärmeübertragung (beispielsweise Konvektion, Wärmeleitung, oder Strahlung) wird dem Fühler thermische Energie zugeführt und/oder von diesem abgeführt, wodurch der Fühler eine Temperatur ähnlich der Fluidtemperatur annimmt. Innerhalb des Fühlers ist in der Regel ein Sensor platziert, beispielsweise ein Thermoelement, ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC), ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), ein Widerstand oder ähnliches. Der Sensor erzeugt aufgrund seiner thermophysikalischen Eigenschaften ein der Temperatur zugeordnetes elektrisches Signal. Dieses wird in einer angeschlossenen Elektronik weiterverarbeitet.For measuring the temperature of flowing fluid media temperature sensors are often used, which are usually configured as a rod-shaped sensor and are brought into contact with the fluid medium. Through various mechanisms of heat transfer (for example, convection, heat conduction, or radiation) thermal energy is supplied to the sensor and / or dissipated therefrom, whereby the sensor assumes a temperature similar to the fluid temperature. Within the probe, a sensor is typically placed, such as a thermocouple, a negative temperature coefficient (NTC) resistor, a positive temperature coefficient (PTC) resistor, a resistor, or the like. Due to its thermophysical properties, the sensor generates an electrical signal associated with the temperature. This is further processed in a connected electronics.

Aus US 2007/0195857 A1 sind ein Temperatursensor und ein Verfahren zur Herstellung desselben bekannt. Der Temperatursensor weist eine Fixierung auf, mittels derer der Sensor senkrecht in ein Gehäuse eines Strömungsrohrs eingebracht werden kann. Weiterhin weist der Sensor einen Sensorkopf mit einer Vielzahl von rotationssymmetrisch um eine Sensorachse angeordneten Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche des Sensorkopfs zum Zweck einer Verbesserung eines Wärmeübertrags zwischen dem Temperatursensor und dem fluiden Medium auf.Out US 2007/0195857 A1 For example, a temperature sensor and a method of manufacturing the same are known. The temperature sensor has a fixation, by means of which the sensor can be introduced vertically into a housing of a flow tube. Furthermore, the sensor has a sensor head with a multiplicity of ribs arranged rotationally symmetrically about a sensor axis for enlarging the surface of the sensor head for the purpose of improving a heat transfer between the temperature sensor and the fluid medium.

Trotz der aus dem Stand der Technik bekannten Verbesserungen von Temperaturfühlern hinsichtlich deren Genauigkeit besteht weiterhin ein Optimierungsbedarf dieser Temperaturfühler, insbesondere hinsichtlich ihrer Genauigkeit sowie ihrer Dynamik, beispielsweise bei schnellen Temperaturwechseln.Despite the known from the prior art improvements of temperature sensors in terms of their accuracy, there is still a need for optimization of these temperature sensors, in particular with regard to their accuracy and their dynamics, for example in rapid temperature changes.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die oben beschriebenen Herausforderungen adressiert und insbesondere eine verbesserte Genauigkeit hinsichtlich der Temperaturmessung und eine verbesserte Dynamik bietet. Das fluide Medium kann ruhen oder auch strömen. Im Folgenden wird, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, angenommen, dass es sich um ein strömendes fluides Medium handelt.Accordingly, an apparatus for detecting a temperature of a fluid medium is proposed, which addresses the challenges described above and in particular provides improved accuracy in terms of temperature measurement and improved dynamics. The fluid medium can rest or flow. Hereinafter, without limitation of other possible embodiments, it is assumed that it is a flowing fluid medium.

Die Vorrichtung ist eingerichtet zur Erfassung einer Temperatur des fluiden Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases, insbesondere eines Abgases einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Temperaturfühler, welcher eingerichtet ist, um in das fluide Mediums eingebracht zu werden. Zu diesem Zweck kann der Temperaturfühler beispielsweise mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung in einer Rohrwandung eines Strömungsrohrs des fluiden Mediums aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere Gewinde handeln, mittels derer der Temperaturfühler oder ein Teil des Temperaturfühlers in die Rohrwandung eingeschraubt werden kann. Die Befestigungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Befestigung des Temperaturfühlers in der Rohrwandung mediendicht und/oder druckdicht erfolgt. Die Einbringung kann vorzugsweise derart erfolgen, dass der Temperaturfühler im Wesentlichen senkrecht zur Rohrwand in dieselbe eingebracht wird, also mit einer Abweichung von vorzugsweise weniger als 20°, insbesondere weniger als 10° und besonders bevorzugt weniger als 5° zur Rohrwand, beispielsweise zu einer Achse des Strömungsrohrs.The device is designed to detect a temperature of the fluid medium, for example a liquid or a gas, in particular an exhaust gas of an internal combustion engine. The device comprises at least one temperature sensor which is adapted to be introduced into the fluid medium. For this purpose, the temperature sensor may for example have at least one fastening device for fastening in a tube wall of a flow tube of the fluid medium. This may be, for example, one or more threads, by means of which the temperature sensor or a part of the temperature sensor can be screwed into the pipe wall. The fastening device is preferably designed such that the attachment of the temperature sensor in the pipe wall is media-tight and / or pressure-tight. The introduction can preferably take place in such a way that the temperature sensor is introduced substantially perpendicularly to the tube wall, ie with a deviation of preferably less than 20 °, in particular less than 10 ° and particularly preferably less than 5 ° to the tube wall, for example to an axis of the flow tube.

Der Temperaturfühler kann beispielsweise als Messfinger ausgestaltet sein, welcher ganz oder teilweise in die Strömung des fluiden Mediums hineinragt. Der Temperaturfühler weist einen Fühlerkörper und einen in das fluide Medium hineinragenden Messkopf auf. Beispielsweise kann der Fühlerkörper im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet sein und in den Messkopfenden, oder der Messkopf kann am dem fluiden Medium zuweisenden Ende auf den Fühlerkörper aufgebracht sein. In dem Messkopf ist mindestens ein Sensorelement zur Erfassung einer Temperatur des fluiden Mediums aufgenommen. Bei dem Sensorelement kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere der oben beschriebenen Temperatursensoren handeln, beispielsweise ein elektrisches Sensorelement, beispielsweise einen Temperaturmesswiderstand, einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, ein Thermoelement (beispielsweise ein auf dem Seebeck-Effekt basierendes Thermoelement) oder eine andere Art von Sensorelement. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Sensorelemente aufgenommen sein, beispielsweise mehrere Sensorelemente in dem Messkopf und/oder auch an anderen Stellen innerhalb der Vorrichtung. Zusätzlich zu dem mindestens einen Sensorelement zur Erfassung der Temperatur können weitere Sensorelemente aufgenommen sein, beispielsweise ein oder mehrere Sensorelemente zur Erfassung eines Drucks des fluiden Mediums. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich.The temperature sensor may be configured, for example, as a measuring finger, which projects completely or partially into the flow of the fluid medium. The temperature sensor has a Sensor body and a projecting into the fluid medium measuring head. For example, the sensor body may be designed to be substantially cylindrical and into the measuring head ends, or the measuring head may be applied to the sensor body at the end facing the fluid medium. At least one sensor element for detecting a temperature of the fluid medium is received in the measuring head. For example, the sensor element may be one or more of the temperature sensors described above, such as an electrical sensor element, such as a temperature sensing resistor, a negative temperature coefficient resistor, a positive temperature coefficient resistor, a thermocouple (eg, a Seebeck effect based thermocouple) ) or another type of sensor element. Alternatively or additionally, a plurality of sensor elements may also be accommodated, for example a plurality of sensor elements in the measuring head and / or also at other locations within the device. In addition to the at least one sensor element for detecting the temperature, further sensor elements can be accommodated, for example one or more sensor elements for detecting a pressure of the fluid medium. Various configurations are possible.

Das Sensorelement ist derart in dem Messkopf aufgenommen, dass dieses zumindest weitgehend thermisch von dem Fühlerkörper entkoppelt ist. Dies bedeutet, dass der Wärmeübertrag von dem Sensorelement zum Fühlerkörper geringer sein soll, als innerhalb einer gleichen Übertragungsstrecke innerhalb des Fühlerkörpers selbst. Weiterhin kann der Wärmeübertrag vom Sensorelement zum Fühlerkörper derart ausgestaltet sein, dass dieser geringer ausfällt als ein Wärmeübertrag von dem Sensorelement zum umgebenden fluiden Medium. Unter einem Wärmeübertrag ist dabei allgemein ein Wärmeübertrag in einer Richtung oder auch in der umgekehrten Richtung oder auch bidirektional zu verstehen. Insbesondere kann die zumindest weitgehende thermische Entkopplung derart ausgestaltet sein, dass ein Wärmeübertrag in axialer Richtung, d. h. entlang einer Achse eines langgestreckten Temperaturfühlers, zumindest am Übergang zwischen dem Messkopf und dem Fühlerkörper, geringer ist als ein Wärmeübertrag in radialer Richtung, also senkrecht zur Achse des Temperaturfühlers.The sensor element is received in the measuring head in such a way that it is at least largely decoupled thermally from the sensor body. This means that the heat transfer from the sensor element to the sensor body should be smaller than within a same transmission path within the sensor body itself. Furthermore, the heat transfer from the sensor element to the sensor body can be configured such that it is less than a heat transfer from the sensor element to the surrounding fluid Medium. Under a heat transfer is generally a heat transfer in one direction or in the reverse direction or bidirectional to understand. In particular, the at least extensive thermal decoupling can be designed such that a heat transfer in the axial direction, d. H. along an axis of an elongated temperature sensor, at least at the transition between the measuring head and the sensor body, is less than a heat transfer in the radial direction, that is perpendicular to the axis of the temperature sensor.

Die thermische Entkopplung des Sensorelements von dem Fühlerkörper kann dabei auf verschiedene Weisen erfolgen. Insbesondere kann mindestens ein zwischen dem Sensorelement und dem Fühlerkörper angeordnetes Isolationselement vorgesehen sein. Dieses Isolationselement kann einteilig oder auch mehrteilig ausgestaltet sein und ist eingerichtet, um einen Wärmeübertrag zwischen dem Sensorelement und dem Fühlerkörper zu unterdrücken. Beispielsweise kann die Unterdrückung gegenüber einer Ausgestaltung ohne derartiges Isolationselement um mindestens einen Faktor 2, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10 oder sogar um mindestens einen Faktor 100 ausgestaltet sein. Das Isolationselement kann beispielsweise ein Element mit geringer thermischer Leitfähigkeit, insbesondere eine Isolationsschicht und/oder eine Isolationshülse umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Isolationselement auch einen oder mehrere Spalte umfassen, welche mit einem Gas gefüllt sein können (Gasspalt), beispielsweise einen Luftspalt und/oder einen mit einem Schutzgas gefüllten Spalt.The thermal decoupling of the sensor element from the sensor body can be done in various ways. In particular, at least one insulating element arranged between the sensor element and the sensor body can be provided. This insulating element can be designed in one piece or also in several parts and is designed to suppress a heat transfer between the sensor element and the sensor body. By way of example, the suppression can be configured by at least a factor of 2, preferably by at least a factor of 10 or even by at least a factor of 100, compared with a configuration without such an insulation element. The insulation element may comprise, for example, an element with low thermal conductivity, in particular an insulation layer and / or an insulation sleeve. Alternatively or additionally, the insulation element may also comprise one or more gaps, which may be filled with a gas (gas gap), for example an air gap and / or a gap filled with an inert gas.

Der Messkopf kann zumindest teilweise von einer thermisch leitfähigen Schutzhülse umgeben sein. Unter einer Schutzhülse ist dabei ein Element zu verstehen, welches im Wesentlichen hülsenförmig ausgestaltet ist, welches jedoch auch eine oder mehrere Öffnungen aufweisen kann und welches eine Schutzwirkung gegenüber beispielsweise mechanischen Belastungen und/oder Medieneinflüssen von außen gewährleistet. Die Schutzhülse kann beispielsweise aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein Kunststoffmaterial und/oder ein metallisches Material handeln. Die Schutzhülse kann insbesondere dünnwandig ausgestaltet sein, beispielsweise mit einer Wandstärke von weniger als 1 mm. Insbesondere kann die Wandstärke geringer sein als eine Wandstärke eines Mantels des Fühlerkörpers. Als thermisch leitfähige Materialien können beispielsweise Metalle, insbesondere Metallbleche, verwendet werden, oder auch thermisch leitfähige Kunststoffe, wie beispielsweise Kunststoffe, die zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit mit einem thermisch leitfähigen Füllstoff wie beispielsweise einem metallischen Füllstoff und/oder einem keramischen Füllstoff gefüllt sind. Auch ungefüllte Kunststoffe können jedoch grundsätzlich eingesetzt werden, insbesondere sofern die Wandstärke der Schutzhülse möglichst gering ausgestaltet wird.The measuring head may be at least partially surrounded by a thermally conductive protective sleeve. Under a protective sleeve is an element to understand, which is designed substantially sleeve-shaped, which, however, may also have one or more openings and which ensures a protective effect against, for example, mechanical loads and / or media influences from the outside. The protective sleeve can be made for example of a thermally conductive material. For example, this may be a plastic material and / or a metallic material. The protective sleeve can in particular be made thin-walled, for example with a wall thickness of less than 1 mm. In particular, the wall thickness may be less than a wall thickness of a jacket of the sensor body. As thermally conductive materials, for example, metals, in particular metal sheets may be used, or thermally conductive plastics, such as plastics, which are filled to improve the thermal conductivity with a thermally conductive filler such as a metallic filler and / or a ceramic filler. However unfolded plastics can also be used in principle, in particular if the wall thickness of the protective sleeve is made as small as possible.

Der Messkopf kann insbesondere im Vergleich zum Fühlerkörper einen geringeren Durchmesser aufweisen. Unter einem Durchmesser ist dabei im Falle einer runden Ausgestaltung des Messkopfs und/oder des Fühlerkörpers der tatsächliche Durchmesser, beispielsweise senkrecht zu einer Achse des Temperaturfühlers, zu verstehen. Ist eine nicht-runde Ausgestaltung vorgesehen, so tritt an die Stelle des tatsächlichen Durchmessers eine Abmessung, welche die Ausdehnung in lateraler Richtung, beispielsweise senkrecht zur Achse des Temperaturfühlers, charakterisiert. Beispielsweise kann es sich dabei um eine charakteristische Kantenlänge, eine Diagonale oder ähnliches handeln. Beispielsweise kann am Übergang zwischen dem Fühlerkörper und dem Messkopf eine Schulter auftreten, bei welcher der Durchmesser des Temperaturfühlers reduziert wird. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich. Auf diese Weise kann die thermische Ankopplung zwischen dem Sensorelement und dem umgebenden fluiden Medium weiter erhöht werden.The measuring head can in particular have a smaller diameter in comparison to the sensor body. In the case of a round configuration of the measuring head and / or of the sensor body, a diameter is to be understood as the actual diameter, for example perpendicular to an axis of the temperature sensor. If a non-round configuration is provided, a dimension which characterizes the extent in the lateral direction, for example perpendicular to the axis of the temperature sensor, takes the place of the actual diameter. For example, this may be a characteristic edge length, a diagonal or the like. For example, at the transition between the sensor body and the measuring head, a shoulder may occur in which the diameter of the temperature sensor is reduced. Other embodiments are possible. In this way, the thermal coupling between the sensor element and the surrounding fluid medium can be further increased.

Der Messkopf kann insbesondere im Bereich des Sensorelements in radialer Richtung zur Verbesserung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Sensorelement und dem fluiden Medium, also beispielsweise in einer Richtung senkrecht zu einer Achse des Sensorelements, zumindest weitgehend spaltfrei ausgestaltet sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass in dieser radialen Richtung keine Spalte mit einer Spaltbreite von mehr als 500 μm, vorzugsweise keine Spalte von mehr als 100 μm, auftreten. Diese spaltfreie Ausgestaltung kann beispielsweise durch einen Formschluss und/oder durch einen Stoffschluss im Bereich des Messkopfs ausgestaltet werden. Beispielsweise kann das Sensorelement formschlüssig in weitere Elemente des Messkopfs eingebracht sein, beispielsweise formschlüssig in die Schutzhülse und/oder formschlüssig in ein unten noch näher zu beschreibendes Koppelelement. Dieser Formschluss kann beispielsweise mit Hilfe einer Schmelzperle erfolgen, über welche das Sensorelement im Wesentlichen spaltfrei in den Messkopf, beispielsweise in das Koppelelement und/oder in die Schutzhülse, eingebracht wird. Verschiedene Ausführungsbeispiele werden unten näher beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine formschlüssige Einbringung erfolgen, beispielsweise indem eine Presspassung verwendet wird. So können beispielsweise das Koppelelement und/oder das Sensorelement durch einen Formschluss in dem Messkopf aufgenommen sein, beispielsweise durch eine Presspassung in der Schutzhülse und/oder durch einen Formschlusses und/oder durch mindestens ein Füllmaterial (beispielsweise eine Wärmeleitpaste und/oder eine Flüssigkeit, beispielsweise ein flüssiges Metalls).In particular in the region of the sensor element in the radial direction to improve heat exchange between the sensor element and the fluid medium, that is, for example, in a direction perpendicular to an axis of the sensor element, the measuring head can be configured at least largely gap-free. This may mean, for example, that no gaps having a gap width of more than 500 μm, preferably no gaps of more than 100 μm, occur in this radial direction. This gap-free configuration can be configured for example by a positive connection and / or by a material connection in the region of the measuring head. For example, the sensor element may be incorporated in a form-fitting manner in further elements of the measuring head, for example in a form-fitting manner in the protective sleeve and / or in a form-fitting manner in a coupling element to be described in more detail below. This positive connection can be effected, for example, with the aid of a melt bead, via which the sensor element is introduced substantially without gaps into the measuring head, for example into the coupling element and / or into the protective sleeve. Various embodiments will be described in more detail below. Alternatively or additionally, a positive insertion can also take place, for example by using a press fit. Thus, for example, the coupling element and / or the sensor element can be accommodated by a positive fit in the measuring head, for example by a press fit in the protective sleeve and / or by a positive connection and / or by at least one filler material (for example, a thermal grease and / or a liquid, for example a liquid metal).

Wie oben bereits mehrfach erwähnt, kann das Sensorelement insbesondere zumindest teilweise in mindestens einem Koppelelement aufgenommen sein, wobei das Koppelelement ausgestaltet sein kann, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Sensorelement und dem fluiden Medium (was beide Übertragungsrichtungen umschließen kann) im Vergleich zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Sensorelement und dem Fühlerkörper zu begünstigen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Koppelelement mit besonders hoher thermischer Leitfähigkeit zumindest in radialer Richtung, also in Richtung des unmittelbaren Austauschs mit dem fluiden Medium, verwendet wird. Das Koppelelement kann beispielsweise als Hülse ausgestaltet sein oder eine Hülse umfassen. Das Koppelelement kann insbesondere von dem Fühlerkörper thermisch entkoppelt ausgestaltet sein, wobei beispielsweise das mindestens eine optionale, oben beschriebene Isolationselement und/oder eine andere Art von Isolationselement der beschriebenen Ausgestaltungen verwendet werden können. So kann beispielsweise auch das Koppelelement durch mindestens einen Gasspalt, beispielsweise einen Luftspalt, und/oder durch eine oder mehrere thermisch isolierende Materialschichten von dem Fühlerkörper getrennt sein.As already mentioned several times above, the sensor element can in particular be accommodated at least partially in at least one coupling element, wherein the coupling element can be designed to effect a heat exchange between the sensor element and the fluid medium (which can surround both directions of transmission) compared to a heat exchange between the sensor element Sensor element and the sensor body to favor. This can be done, for example, by using a coupling element with a particularly high thermal conductivity at least in the radial direction, that is to say in the direction of immediate exchange with the fluid medium. The coupling element may for example be designed as a sleeve or comprise a sleeve. The coupling element may in particular be configured thermally decoupled from the sensor body, wherein, for example, the at least one optional insulation element described above and / or another type of insulation element of the described embodiments may be used. For example, the coupling element can also be separated from the sensor body by at least one gas gap, for example an air gap, and / or by one or more thermally insulating material layers.

Das Koppelelement kann insbesondere einen Werkstoff mit einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften aufweisen: einen Werkstoff mit geringerer Dichte als die durchschnittliche Dichte der Werkstoffe des Fühlerkörpers in einem an den Messkopf angrenzenden Bereich des Fühlerkörpers; einen Werkstoff mit geringerer spezifischer Wärmekapazität als die durchschnittliche spezifische Wärmekapazität der Werkstoffe des Fühlerkörpers in einem an den Messkopf angrenzenden Bereich des Fühlerkörpers; einen Werkstoff mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als die durchschnittliche thermische Leitfähigkeit der Werkstoffe des Fühlerkörpers in einem an den Messkopf angrenzenden Bereich des Fühlerkörpers. Verschiedene andere Ausgestaltungen des Koppelelements sind möglich oder auch Kombinationen der genannten oder anderer Möglichkeiten.In particular, the coupling element may comprise a material having one or more of the following properties: a material having a density less than the average density of the materials of the sensor body in an area of the sensor body adjacent to the measuring head; a material having a lower specific heat capacity than the average specific heat capacity of the materials of the sensor body in a region of the sensor body adjacent to the measuring head; a material with a higher thermal conductivity than the average thermal conductivity of the materials of the sensor body in an adjacent to the measuring head region of the sensor body. Various other embodiments of the coupling element are possible or combinations of the above or other options.

Das Koppelelement kann insbesondere ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden Koppelelemente: einer das Sensorelement zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere einem keramischen Werkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit und/oder mit hoher Temperaturleitzahl; einer das Sensorelement zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem Kunststoffwerkstoff, insbesondere einem Kunststoffwerkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit; einer das Sensorelement zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einem Eisen-Werkstoff, einem Aluminium-Werkstoff oder einem Kupfer-Werkstoff; einer das Sensorelement zumindest teilweise umschließenden Schmelzperle, insbesondere einer Schmelzperle aus einem Kunststoffwerkstoff und/oder einer Schmelzperle aus einem metallischen Werkstoff und/oder einer Schmelzperle aus einem Glaswerkstoff (wobei die Schmelzperle in allen Fällen sinngemäß auch Teil des Sensorelements selbst sein kann); einem Füllmaterial in einem Zwischenraum zwischen dem Sensorelement und einer den Messkopf zumindest teilweise umschließenden Schutzhülse.The coupling element can in particular be selected from one or more of the following coupling elements: a sleeve at least partially enclosing the sensor element of a ceramic material, in particular a ceramic material with high thermal conductivity and / or with a high temperature code; a sleeve at least partially surrounding the sensor element made of a plastic material, in particular a plastic material with high thermal conductivity; a sleeve at least partially surrounding the sensor element of a metallic material, such as an iron material, an aluminum material or a copper material; a melting bead at least partially enclosing the sensor element, in particular a melt bead of a plastic material and / or a melt bead of a metallic material and / or a melt bead of a glass material (wherein the melt bead in all cases can also be part of the sensor element itself); a filling material in a space between the sensor element and the measuring head at least partially enclosing protective sleeve.

Um die thermische Ankopplung zu verbessern und den Wärmeübertrag zwischen dem Messkopf bzw. dem Sensorelement und dem umgebenden fluiden Medium zu verbessern, kann weiterhin die dem fluiden Medium, beispielsweise einer Strömung des fluiden Mediums zuweisende Oberfläche mindestens ein Turbulatorelement aufweisen. Unter einem Turbulatorelement ist dabei ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um bei in eine Strömung des fluiden Mediums eingebrachtem Temperaturfühler einen Umschlag von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung an der Oberfläche zu bewirken. Durch die Herbeiführung der Turbulenz wird – im Gegensatz zu herkömmlichen, laminaren Umströmungen des Temperaturfühlers – eine Durchmischung Oberflächen naher Schichten des fluiden Mediums mit von der Oberfläche entfernten Schichten des fluiden Mediums bewirkt. Hierdurch wird ein verbesserter Temperaturaustausch des fluiden Mediums mit dem Messkopf und damit mit dem Sensorelement bewirkt, was insgesamt die Anbindung und die Dynamik der Messung deutlich verbessert. Die aus US 2007/0195857 A1 bekannten Rippen, welche bei senkrechter Einbringung des dort beschriebenen Sensors in die Strömung des fluiden Mediums parallel zur Strömung des fluiden Mediums ausgerichtet sind, bewirken hingegen keine derartige Turbulenzbildung und somit keine entsprechende Durchmischung und weisen somit die beschriebenen Vorteile nicht auf.In order to improve the thermal coupling and to improve the heat transfer between the measuring head or the sensor element and the surrounding fluid medium, furthermore, the surface facing the fluid medium, for example a flow of the fluid medium, can have at least one turbulator element. Under In this case, a turbulator element is to be understood as an element which is set up in order to effect a change from a laminar flow into a turbulent flow at the surface in the case of a temperature sensor introduced into a flow of the fluid medium. By inducing turbulence, in contrast to conventional laminar flow around the temperature sensor, mixing of surfaces of near layers of the fluid medium with layers of the fluid medium removed from the surface is effected. As a result, an improved temperature exchange of the fluid medium with the measuring head and thus with the sensor element is effected, which overall significantly improves the connection and the dynamics of the measurement. From US 2007/0195857 A1 On the other hand, known ribs, which are aligned parallel to the flow of the fluid medium when the sensor described therein is introduced vertically into the flow of the fluid medium, do not cause such turbulence formation and thus no corresponding mixing and thus do not have the described advantages.

Das Turbulatorelement kann insbesondere eine Mikrostruktur umfassen, welche eine Mehrzahl von Strukturelementen umfasst, also Erhebungen oder Vertiefungen in der Oberfläche. Die Strukturtiefe der Strukturelemente, also eine maximale Erhebung bzw. minimale Vertiefung der Strukturelemente, kann vorzugsweise 50 μm nicht überschreiten, besonders bevorzugt 10 μm. Eine mittlere Strukturtiefe der Strukturelemente kann insbesondere 0,5 bis 5 μm betragen, vorzugsweise 1 bis 2 μm.In particular, the turbulator element may comprise a microstructure which comprises a plurality of structural elements, that is, elevations or depressions in the surface. The structural depth of the structural elements, that is to say a maximum elevation or minimum depression of the structural elements, can preferably not exceed 50 μm, particularly preferably 10 μm. An average structural depth of the structural elements can be in particular 0.5 to 5 μm, preferably 1 to 2 μm.

Das Turbulatorelement kann auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein, um eine turbulente Strömung und/oder einen frühzeitigen Übergang von einer laminaren Grenzschichtströmung in eine turbulente Grenzschichtströmung zu bewirken. So kann das Turbulatorelement beispielsweise ausgewählt sein aus: Erhebungen, wobei mindestens eine der Erhebungen von dem fluiden Medium derart angeströmt wird, dass die Erhebung als Turbulatorelement wirkt; Vertiefungen, wobei mindestens eine der Vertiefungen von dem fluiden Medium derart angeströmt wird, dass die Vertiefung als Turbulatorelement wirkt. Das Turbulatorelement kann beispielsweise ausgewählt sein aus: einem Draht, insbesondere einem Stolperdraht, vorzugsweise einem Drahtkorb mit mehreren Stolperdrähten, welcher beispielsweise den Messkopf vollständig oder teilweise umschließen kann; einer Nadel, insbesondere einer konisch (stumpf oder spitz) oder abgerundet zulaufenden Nadel, insbesondere einer Mehrzahl von nadelförmigen oder spitzenförmigen Erhebungen; einer keilförmigen langgestreckten Erhebung, also einer Erhebung mit einer scharfen, sich in das fluide Medium hinein erstreckenden Kante, welche von dem fluiden Medium überströmt wird, insbesondere einer Mehrzahl von im Wesentlichen achsparallel ausgerichteten keilförmigen Erhebungen; einer langgestreckten Vertiefung, insbesondere einer Nut oder Rille mit abgerundetem und/oder eckigem Profil; einer punktförmigen Erhebung, insbesondere einer Erhebung mit rundem oder eckigem Querschnitt, insbesondere einer Mehrzahl von punktförmigen Erhebungen; einer punktförmigen Vertiefung, insbesondere einer Vertiefung mit rundem oder eckigem Querschnitt, insbesondere einer Mehrzahl von punktförmigen Vertiefungen oder einem Golfballmuster; einem Gitter mit mehreren einander kreuzenden Erhebungen; einem Gitter mit mehreren einander kreuzenden Vertiefungen; einem Wabenmuster; einem Rändel, insbesondere einem Rändel mit achsparallelen Riefen, einem Rechtsrändel, einem Linksrändel, einem Links-Rechts-Rändel oder einem Kreuzrändel; einer Abrisskante, insbesondere einer Abrisskante mit einem Winkel von mindestens 30°; einer rautenförmigen Erhebung; einer rautenförmigen Vertiefung; einer Pyramide. Insbesondere kann das Turbulatorelement ein Gitter mit mindestens zwei, vorzugsweise mehreren, einander kreuzenden langgestreckten Strukturelementen umfassen. Beispielsweise kann eine erste Art von Strukturelementen vorgesehen sein, welche in einer Richtung langgestreckt ausgerichtet ist, und eine zweite Art, welche in einer zweiten Richtung ausgerichtet ist, so dass die erste und die zweite Art von Strukturelementen sich an einer Mehrzahl von Kreuzungspunkten kreuzen.The turbulator element may be configured in various ways to effect a turbulent flow and / or an early transition from a laminar boundary layer flow to a turbulent boundary layer flow. For example, the turbulator element may be selected from: elevations, wherein at least one of the elevations is impinged by the fluid medium in such a way that the elevation acts as a turbulator element; Wells, wherein at least one of the wells is flowed by the fluid medium in such a way that the depression acts as a turbulator element. The turbulator element can be selected, for example, from: a wire, in particular a tripwire, preferably a wire basket with a plurality of tripping wires, which can completely or partially surround the measuring head, for example; a needle, in particular a conically (blunt or pointed) or rounded tapered needle, in particular a plurality of needle-shaped or pointed elevations; a wedge-shaped elongate elevation, that is to say an elevation with a sharp edge extending into the fluid medium, which is overflowed by the fluid medium, in particular a plurality of wedge-shaped elevations aligned substantially axially parallel; an elongated recess, in particular a groove or groove with a rounded and / or angular profile; a point-shaped elevation, in particular a survey with a round or angular cross-section, in particular a plurality of punctiform elevations; a punctiform depression, in particular a depression with a round or angular cross-section, in particular a plurality of punctiform depressions or a golf ball pattern; a grid with several intersecting elevations; a grid having a plurality of intersecting recesses; a honeycomb pattern; a knurl, in particular a knurl with paraxial grooves, a right-hand knurl, a left-hand knurl, a left-right knurl or a knurled knurl; a tear-off edge, in particular a tear-off edge with an angle of at least 30 °; a diamond-shaped elevation; a diamond-shaped depression; a pyramid. In particular, the turbulator element may comprise a grid having at least two, preferably a plurality of, mutually crossing elongated structural elements. For example, a first type of structural elements may be provided, which is aligned in one direction elongated, and a second type, which is aligned in a second direction, so that the first and the second type of structural elements intersect at a plurality of crossing points.

Der Messkopf kann insbesondere eine im Wesentlichen abgerundete Gestalt aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Messkopf jedoch auch eine zylinderförmige und/oder gestufte Gestalt aufweisen. Ist der Messkopf im Wesentlichen abgerundet ausgestaltet, so kann das Turbulatorelement beispielsweise im Bereich der Abrundung angeordnet sein. Es kann insbesondere eine Mehrzahl mehrerer Turbulatorelemente vorgesehen sein. Beispielsweise können mehrere Turbulatorelemente mit einer Symmetrie zu einer Achse des Temperaturfühlers angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine N-zählige Rotationssymmetrie um die Achse des Temperaturfühlers handeln. Das Turbulatorelement kann insbesondere als unterbrochenes Turbulatorelement ausgestaltet sein und mehrere Strukturelemente umfassen. Die Strukturelemente können insbesondere derart angeordnet sein, dass das anströmende fluide Medium an den Strukturelementen einen wiederholten Strömungsabriss erfährt.The measuring head may in particular have a substantially rounded shape. Alternatively or additionally, however, the measuring head may also have a cylindrical and / or stepped shape. If the measuring head is substantially rounded, then the turbulator element can be arranged, for example, in the region of the rounding off. In particular, a plurality of turbulator elements may be provided. For example, a plurality of turbulator elements may be arranged with a symmetry to an axis of the temperature sensor. For example, this may be an N-fold rotational symmetry about the axis of the temperature sensor. The turbulator element can in particular be designed as an interrupted turbulator element and comprise a plurality of structural elements. The structural elements can in particular be arranged such that the inflowing fluid medium experiences a repeated stall at the structural elements.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail in the following description.

Im Einzelnen zeigen:In detail show:

1 verschiedene Einbausituationen üblicher Temperaturfühler; 1 different installation situations of common temperature sensors;

2A bis 2C Strömungsverhältnisse und thermische Verhältnisse oberhalb einer von einem fluiden Medium überströmten Oberfläche; 2A to 2C Flow conditions and thermal conditions above a surface overflowed by a fluid medium;

3 verschiedene Mechanismen eines Wärmeaustauschs im Bereich eines Temperaturfühlers; 3 various mechanisms of heat exchange in the area of a temperature sensor;

4 Wärmeaustausch eines Sensorelements eines Temperaturfühlers mit der Umgebung; 4 Heat exchange of a sensor element of a temperature sensor with the environment;

5A bis 5H verschiedene Ausgestaltungen eines Messkopfs eines erfindungsgemäßen Temperaturfühlers; 5A to 5H various embodiments of a measuring head of a temperature sensor according to the invention;

6A bis 6G verschiedene Ausgestaltungen eines Messkopfs eines Temperaturfühlers mit einem Rändel; 6A to 6G various embodiments of a measuring head of a temperature sensor with a knurl;

7 einen typischen Aufbau eines Messkopfs eines Temperaturfühlers mit einem Sensorelement; 7 a typical construction of a measuring head of a temperature sensor with a sensor element;

8A und 8B verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Temperaturfühlers; und 8A and 8B different views of an embodiment of a temperature sensor according to the invention; and

9 und 10 weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Temperaturfühlers. 9 and 10 further embodiments of a temperature sensor according to the invention.

Ausführungsbeispieleembodiments

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen 110 zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums beschrieben. Das fluide Medium kann beispielsweise ein Gas sein, welches durch ein Strömungsrohr 112 gemäß 1 strömt. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln. Dabei sind in 1 zwei verschiedene Einbausituationen eines Temperaturfühlers 114 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 in das Strömungsrohr 112 gezeigt. Mit der Bezugsziffer 116 ist dabei die Strömungsrichtung des fluiden Mediums, also die Richtung der Anströmung und/oder die Richtung des Haupt-Massentransports an fluidem Medium durch das Strömungsrohr 112, gezeigt. Dargestellt ist dabei in 1 einmal ein gewinkelt ausgestalteter Temperaturfühler 114, welcher gerade in das Strömungsrohr 112 eingebaut wird (linker Temperaturfühler 114 in 1) und ein gerade ausgestalteter Temperaturfühler 114 (rechte Darstellung), welcher an einer Krümmung des Strömungsrohrs 112 entgegen der Hauptströmungsrichtung 116 in das Strömungsrohr 112 eingebaut werden kann.In the following, various embodiments of devices 110 for detecting a temperature of a fluid medium. For example, the fluid medium may be a gas passing through a flow tube 112 according to 1 flows. For example, this may be an exhaust gas of an internal combustion engine. Here are in 1 two different installation situations of a temperature sensor 114 the device according to the invention 110 into the flow tube 112 shown. With the reference number 116 is the flow direction of the fluid medium, ie the direction of the flow and / or the direction of the main mass transport to fluid medium through the flow tube 112 , shown. It is shown in 1 once an angled designed temperature sensor 114 which is just in the flow tube 112 is installed (left temperature sensor 114 in 1 ) and a just designed temperature sensor 114 (right-hand illustration), which at a curvature of the flow tube 112 against the main flow direction 116 into the flow tube 112 can be installed.

Die Temperaturfühler 114 sind zumeist, wie in 1 dargestellt, stabförmig ausgestaltet und werden beispielsweise auf die in 1 dargestellten Weisen mit dem fluiden Medium in Kontakt gebracht. Durch verschiedene Mechanismen der Wärmeübertragung, beispielsweise Konvektion und/oder Wärmeleitung und/oder Strahlung, wird dem Temperaturfühler 114 Energie zugeführt oder Energie von diesem abgeführt, wodurch dieser eine Temperatur ähnlich der Fluidtemperatur annimmt. Innerhalb der Temperaturfühler 114 ist jeweils ein Sensorelement angeordnet (in 1 nicht erkennbar), bei welchem es sich beispielsweise um ein Thermoelement, einen NTC (Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten), einen PTC (Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten), einen gewöhnlichen thermischen Widerstand oder ein ähnliches Sensorelement handeln kann, wobei das Sensorelement aufgrund seiner thermophysikalischen Eigenschaften ein der Temperatur zugeordnetes Signal, beispielsweise ein elektrisches Signal, erzeugen kann. Dieses wird vorzugsweise in einer optional angeschlossenen Elektronik in der Regel weiterverarbeitet, welche in 1 nicht dargestellt ist und welche ebenfalls Bestandteil der Vorrichtung 110 sein kann oder welche auch als externe Elektronik ausgestaltet sein kann. Die in 1 dargestellten Einbaumöglichkeiten der Temperaturfühler 114 finden beispielsweise im Anlagenbau Verwendung. Dabei werden die Anlagen meist in quasi-stationären Betriebszuständen betrieben, und die Temperaturen ändern sich kaum, und wenn Veränderungen auftreten sollten, so finden diese vergleichsweise langsam statt. Im Gegensatz hierzu stellt die Messung der Temperatur von Abgasen, beispielsweise aus thermischen Kolben- oder Strömungsmaschinen, beispielsweise aus Gründen des Bauteilschutzes in der Regel sehr hohe Anforderungen an die Messtechnik und damit auch an die Temperaturfühler 114. Die beiden Hauptforderungen an derartige Temperaturfühler 114, beispielsweise für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik, bestehen in der Regel in einer hohen Messgenauigkeit, also einer geringen Abweichung zwischen tatsächlicher Fluidtemperatur und vom Temperaturfühler 114 angezeigter Temperatur, sowie in einer hohen Dynamik. Eine hohe Dynamik bedeutet in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, schnelle Änderungen der Gastemperatur mit dem Temperaturfühler 114 mit möglichst geringer Verzögerung und hoher Genauigkeit auflösen zu können. Zusätzlich ist in vielen Fällen eine freie Wahl der Einbauposition oder Verbauposition gewünscht. Aus montagetechnischer Sicht sind gerichtete Einbauten wie die in 1 gezeigte gebogene Ausführung unerwünscht. Meist wird ein Einbau senkrecht zu einer Rohrwandung 118 des Strömungsrohrs 112 am Einbauort in gerader Ausführung des Temperaturfühlers 114 gefordert oder gewünscht.The temperature sensors 114 are mostly, as in 1 represented, rod-shaped and are, for example, on the in 1 Illustrated manners brought into contact with the fluid medium. Through various mechanisms of heat transfer, such as convection and / or heat conduction and / or radiation, the temperature sensor 114 Energy supplied or dissipated energy from this, whereby it assumes a temperature similar to the fluid temperature. Inside the temperature sensor 114 in each case a sensor element is arranged (in 1 not detectable), which may be, for example, a thermocouple, an NTC (negative temperature coefficient resistor), a PTC (positive temperature coefficient resistor), a common thermal resistor, or a similar sensor element, the sensor element due to its thermophysical properties the temperature associated signal, such as an electrical signal can generate. This is preferably further processed in an optionally connected electronics, which in 1 not shown and which also part of the device 110 may be or which may also be configured as external electronics. In the 1 illustrated installation options of the temperature sensor 114 are used, for example, in plant construction. The plants are usually operated in quasi-stationary operating conditions, and the temperatures hardly change, and if changes should occur, they take place relatively slowly. In contrast, the measurement of the temperature of exhaust gases, for example, from thermal piston or turbomachinery, for example, for reasons of component protection usually very high demands on the measurement and thus also on the temperature sensor 114 , The two main demands of such temperature sensors 114 , For example, for use in automotive technology, usually consist in a high measurement accuracy, ie a small deviation between the actual fluid temperature and the temperature sensor 114 displayed temperature, as well as in a high dynamics. High dynamics in this context means the possibility of rapid changes in the gas temperature with the temperature sensor 114 to resolve with the least possible delay and high accuracy. In addition, in many cases a free choice of installation position or installation position is desired. From a technical point of view, directed installations such as those in 1 shown curved execution undesirable. Mostly an installation is perpendicular to a pipe wall 118 of the flow tube 112 at installation location in straight version of the temperature sensor 114 required or desired.

Ungenauigkeiten in der Temperaturmessung sowie eine geringe Dynamik führen zu einem hohen Applikationsaufwand oder sogar zum Ausschluss des Messverfahrens für bestimmte Anwendungen. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen am Temperaturfühler 114 kann erfindungsgemäß die Genauigkeit und die Dynamik gesteigert werden. Dies soll im Rahmen der nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen 110 und Temperaturfühler 114 erläutert werden.Inaccuracies in the temperature measurement and low dynamics lead to a high Application effort or even to exclude the measurement process for certain applications. By suitable design measures on the temperature sensor 114 can be increased according to the invention, the accuracy and dynamics. This is intended in the context of the embodiments of inventive devices shown below 110 and temperature sensor 114 be explained.

In Abgasanlagen kommt es aufgrund der hohen Temperaturen in der Regel verstärkt zu einem Energieaustausch durch Konvektion und Strahlung zwischen der Abgasanlage, dem darin verbauten Temperaturfühler 114 und der Umgebung. Die Wärmeabgabe des heißen Temperaturfühlers 114 als Messfühler an die kältere Umgebung oder im umgekehrten Fall die Wärmeaufnahme aus der heißeren Umgebung führt zu einer systembedingten Abweichung der von der Vorrichtung 110 angezeigten Temperatur von der tatsächlichen Fluidtemperatur. Ebenso führt diese Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme zu einem verzögerten Ansprechverhalten der Vorrichtung 110. Durch eine gezielte Beeinflussung des Energietransports können die Wärmeabgabe und/oder die Wärmeaufnahme an die Umgebung bzw. aus der Umgebung verringert und die Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe an das eigentliche Sensorelement erhöht werden. Hierdurch werden sowohl die Messgenauigkeit als auch die Dynamik der Temperaturmessung erhöht.In exhaust systems, due to the high temperatures, there is usually an increased energy exchange through convection and radiation between the exhaust system and the temperature sensor installed therein 114 and the environment. The heat output of the hot temperature sensor 114 as a sensor to the colder environment or in the reverse case, the heat absorption from the hotter environment leads to a systemic deviation of the device 110 displayed temperature of the actual fluid temperature. Likewise, this heat dissipation or heat absorption leads to a delayed response of the device 110 , By deliberately influencing the energy transport, the heat emission and / or the heat absorption to the environment or from the environment can be reduced and the heat absorption or heat emission to the actual sensor element can be increased. This increases both the measurement accuracy and the dynamics of the temperature measurement.

In 3 sind schematisch die Einbausituation eines Temperaturfühlers 114 und die auftretenden Energieströme dargestellt. Gezeigt ist hierbei ein Ausführungsbeispiel eines Temperaturfühlers 114, welcher einen an einer Durchführung 120 mit Fixierung 122, beispielsweise einer Verschraubung, vorzugsweise mit Dichtwirkung, durch eine Rohrwandung 118 eines Strömungsrohrs 112 durchgeführten Fühlerkörper 124 aufweist. Der Fühlerkörper 124 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zu einer Rohrachse 126 des Strömungsrohrs und/oder im Wesentlichen senkrecht zur Rohrwandung 118 ausgerichtet. Der Fühlerkörper 124 mündet in einem abgerundeten Messkopf 128, welcher in diesem Ausführungsbeispiel sich nahtlos an den Fühlerkörper 124 anschließt und einstückig mit diesem ausgebildet ist. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich, beispielsweise Ausgestaltungen, bei welchen der Messkopf 128 von dem Fühlerkörper 124 abgesetzt ausgestaltet ist. In dem Messkopf 128 ist ein Sensorelement 130 zur Erfassung der Temperatur des Fluids aufgenommen. Das Sensorelement ist in einer vergrößerten Darstellung in 4 gezeigt.In 3 are schematic the installation situation of a temperature sensor 114 and the occurring energy flows shown. Shown here is an embodiment of a temperature sensor 114 , which one at a execution 120 with fixation 122 , For example, a screw, preferably with sealing effect, through a pipe wall 118 a flow tube 112 performed sensor body 124 having. The sensor body 124 is in this embodiment substantially perpendicular to a tube axis 126 the flow tube and / or substantially perpendicular to the pipe wall 118 aligned. The sensor body 124 flows into a rounded measuring head 128 , which in this embodiment, seamlessly to the sensor body 124 connects and is integrally formed with this. However, other embodiments are possible, for example, embodiments in which the measuring head 128 from the sensor body 124 discontinued is designed. In the measuring head 128 is a sensor element 130 recorded to detect the temperature of the fluid. The sensor element is shown in an enlarged view in FIG 4 shown.

Die Energieströme, welche bei der Wärmeübertragung auftreten, sind in den 3 und 4 jeweils mit Pfeilen charakterisiert. Dabei bezeichnen die Bezugsziffern 132 Wärmeübertragungen durch Konvektion, die Bezugsziffern 134 Wärmeübertrag durch Wärmeleitung, und die Bezugsziffern 136 Wärmeübertrag durch Strahlung. Weiterhin sind in 3 verschiedene Temperaturen bezeichnet, nämlich mit TU die Temperatur der Umgebung, mit TW,a die Temperatur der Rohrwandung 118 auf der Außenseite, also der dem fluiden Medium abgewandten Seite, mit TW,i die Temperatur auf der Innenseite der Rohrwandung 118, also auf der dem fluiden Medium zugewandten Seite, mit TA die Temperatur des Abgases bzw. des fluiden Mediums, mit TK die Temperatur des Temperaturfühlers 114 im Bereich eines Kabelabgangs und mit TS die Temperatur des Temperaturfühlers 114 an dessen Spitze, im Bereich des Messkopfs 128.The energy flows that occur in the heat transfer are in the 3 and 4 each characterized by arrows. The reference numerals denote 132 Heat transfers by convection, the reference numbers 134 Heat transfer by conduction, and the reference numerals 136 Heat transfer by radiation. Furthermore, in 3 denotes different temperatures, namely with T U the temperature of the environment, with T W, a the temperature of the pipe wall 118 on the outside, ie the side facing away from the fluid medium, with T W, i the temperature on the inside of the pipe wall 118 , So on the side facing the fluid medium, with T A, the temperature of the exhaust gas or the fluid medium, with T K, the temperature of the temperature sensor 114 in the area of a cable outlet and with T S the temperature of the temperature sensor 114 at its tip, in the area of the measuring head 128 ,

Wenn die Abgastemperatur höher ist als die Sensortemperatur bzw. TS, so findet Wärmeübertragung in der Regel durch Konvektion vom Abgas in den Temperaturfühler 114 über die gesamte Außenfläche des ins Abgas ragenden Temperaturfühlers 114 statt. Im Bereich der Befestigung des Temperaturfühlers 114 in der Rohrwandung 118 hat dieser einen guten thermischen Kontakt zur Rohrwandung 118. Aufgrund von Wärmeleitung findet ein Wärmeabfluss in die Rohrwandung 118 statt. Da die Wandtemperatur in der Regel geringer als die Abgastemperatur ist, wird Wärme durch Leitung in axialer Richtung des Temperaturfühlers 114 transportiert. Es findet ebenfalls allenfalls ein Strahlungswärmeaustausch zwischen der heißeren Mantelfläche des Temperaturfühlers und der kälteren Innenwand des Strömungsrohrs 112 statt (siehe a) in 3). Der in die Umgebung ragende Teil des Temperaturfühlers 114 erfährt in der Regel eine konvektive Kühlung durch die geringere Umgebungstemperatur sowie eine Zufuhr von Wärme durch Strahlungsaustausch mit der heißeren Außenwand des Strömungsrohrs 112 (siehe b) in 3). Eventuell tragen weitere, externe Strahlungsquellen (z. B. heiße Oberflächen eines Abgas-Turboladers, ein Katalysator oder ähnliches) zusätzlich Energie ein (siehe c) in 3). Durch Wärmeleitung findet weiterhin ein Energietransport in Richtung einer Achse 138 des Temperaturfühlers 114 hin zum Kabelabgang statt.If the exhaust gas temperature is higher than the sensor temperature or T S , then heat transfer usually takes place by convection of the exhaust gas in the temperature sensor 114 over the entire outer surface of the temperature sensor protruding into the exhaust gas 114 instead of. In the area of fixing the temperature sensor 114 in the pipe wall 118 this has a good thermal contact with the pipe wall 118 , Due to heat conduction there is a heat flow into the pipe wall 118 instead of. Since the wall temperature is usually lower than the exhaust gas temperature, heat is generated by conduction in the axial direction of the temperature sensor 114 transported. There is also at most a radiation heat exchange between the hotter lateral surface of the temperature sensor and the colder inner wall of the flow tube 112 instead of (see a) in 3 ). The part of the temperature sensor protruding into the environment 114 usually experiences a convective cooling by the lower ambient temperature and a supply of heat by radiation exchange with the hotter outer wall of the flow tube 112 (see b) in 3 ). Additional external radiation sources (eg hot surfaces of an exhaust gas turbocharger, a catalytic converter or the like) may additionally carry energy (see c) in FIG 3 ). By heat conduction continues to find an energy transport in the direction of an axis 138 of the temperature sensor 114 towards the cable outlet instead.

Im Fall eines schnellen Wechsels zu kaltem Abgas findet Wärmeübertragung durch Konvektion von Temperaturfühler 114 an das fluide Medium bzw. das Abgas statt, in der Regel über die gesamte Außenfläche des ins Abgas ragenden Temperaturfühlers 114. Im Bereich der Befestigung bzw. Fixierung 122 des Temperaturfühlers 114 in der Rohrwandung 118 fließt Wärme von der noch heißen Rohrwandung 118 in den Fühlerkörper 124 des Temperaturfühlers 114, welcher auch als Schaft ausgestaltet sein kann, in Richtung der Position des Sensorelements 130 nach. Es findet ebenfalls Strahlungswärmeaustausch zwischen der kälteren Mantelfläche des Temperaturfühlers und der nun heißeren Innenwand des Abgasrohrs statt. Der in die Umgebung ragende Teil des Temperaturfühlers 114 erfährt weiterhin eine konvektive Kühlung durch die geringere Umgebungstemperatur sowie eine Zufuhr von Wärme durch Strahlungsaustausch mit der heißeren Außenwand des Strömungsrohrs 112. Eventuell tragen weitere externe Strahlungsquellen (beispielsweise heiße Oberflächen von Abgasturboladern, Katalysatoren oder ähnlichem) zusätzlich Energie ein. Durch die Wärmeleitung findet weiterhin ein Energietransport in Richtung der Achse 138 des Temperaturfühlers 114 hin zum Kabelabgang statt.In the case of a quick change to cold exhaust gas, heat transfer occurs by convection of temperature sensor 114 to the fluid medium or the exhaust gas instead, usually over the entire outer surface of the projecting into the exhaust temperature sensor 114 , In the field of attachment or fixation 122 of the temperature sensor 114 in the pipe wall 118 heat flows from the still hot pipe wall 118 into the sensor body 124 of the temperature sensor 114 , which may also be designed as a shaft, in the direction of the position of the sensor element 130 to. It also finds radiation heat exchange between the colder surface of the temperature sensor and the now hotter inner wall of the Exhaust pipe instead. The part of the temperature sensor protruding into the environment 114 further experiences convective cooling by the lower ambient temperature and a supply of heat by radiation exchange with the hotter outer wall of the flow tube 112 , Additional external radiation sources (for example, hot surfaces of exhaust gas turbochargers, catalysts or the like) may additionally carry energy. Through the heat conduction continues to find an energy transport in the direction of the axis 138 of the temperature sensor 114 towards the cable outlet instead.

In 4 sind schematisch die Energieströme im Bereich der sensitiven Spitze des Temperaturfühlers 114 dargestellt. Das eigentliche Sensorelement 130 erfährt eine Zufuhr und/oder Abfuhr von Wärme, die durch die Umgebungsbedingungen und die konstruktive Anbindung des Sensorelements 130 an den Temperaturfühler 114 beeinflusst werden. Sobald ein stationärer Zustand erreicht ist, sind die zu- und abgeführten Energieströme im Gleichgewicht, und das Sensorelement 130 hält eine konstante Temperatur. Diese entspricht in der Regel der durch eine Auswerteelektronik der Vorrichtung 110 ermittelten Temperatur. Sie ist jedoch nicht identisch mit der Gastemperatur, was einen systembedingten Messfehler bewirkt.In 4 are schematically the energy flows in the area of the sensitive tip of the temperature sensor 114 shown. The actual sensor element 130 experiences a supply and / or dissipation of heat due to the environmental conditions and the constructive connection of the sensor element 130 to the temperature sensor 114 to be influenced. Once a stationary state is reached, the incoming and outgoing energy flows are in equilibrium, and the sensor element 130 keeps a constant temperature. This usually corresponds to that by an evaluation of the device 110 determined temperature. However, it is not identical to the gas temperature, which causes a system-related measurement error.

Zur Steigerung der Messgenauigkeit und der Dynamik der Vorrichtung 110 gilt in der Regel das Prinzip, dass die Energiezufuhr zum Sensorelement 130 bzw. die Energieabfuhr vom Sensorelement 130 in radialer Richtung, also senkrecht zur Achse 138, möglichst schnell erfolgen muss, wohingegen die Energiezufuhr zum Sensorelement 130 bzw. die Energieabfuhr vom Sensorelement 130 in axialer Richtung, also parallel zur Achse 138 des Temperaturfühlers 114, möglichst unterbunden werden muss. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Sensorelement 130 eine Änderung der Temperatur möglichst schnell nachvollzieht und die Temperatur des Sensorelements 130 geringstmöglich von der Temperatur des fluiden Mediums abweicht. Die Minimierung der Energieflüsse in axialer Richtung kann beispielsweise durch eine thermische Entkopplung des Sensorelements 130 bzw. des Messkopfs 128 vom Fühlerkörper 124, beispielsweise vom Schaft des Temperaturfühlers 114, über einen Luftspalt oder einen Einsatz eines Materials mit geringer Wärmeleitfähigkeit technisch realisiert werden. Dies wird unten noch näher erläutert. In radialer Richtung hingegen ist eine gute thermische Anbindung des Sensorelements 130 an das fluide Medium und beispielsweise eine Wand des Temperaturfühlers 114 bzw. eine Minimierung von Luftspalten zu realisieren. Zur Steigerung des radialen Energietransports der im Idealfall thermisch vom Fühlerkörper 124 entkoppelten Spitze bzw. des Messkopfs 128 des Temperaturfühlers 114 trägt unter anderem eine Minimierung der Masse und der spezifischen Wärmekapazität des Systems, insbesondere des Messkopfs 128, und eine Maximierung des Wärmeübergangskoeffizienten und der zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Fläche bei.To increase the measuring accuracy and the dynamics of the device 110 In general, the principle that applies the energy supply to the sensor element 130 or the energy dissipation from the sensor element 130 in the radial direction, that is perpendicular to the axis 138 , must be as fast as possible, whereas the energy supply to the sensor element 130 or the energy dissipation from the sensor element 130 in the axial direction, ie parallel to the axis 138 of the temperature sensor 114 , must be stopped as possible. This ensures that the sensor element 130 a change in temperature reproduces as quickly as possible and the temperature of the sensor element 130 deviates as little as possible from the temperature of the fluid medium. The minimization of the energy flows in the axial direction can be achieved, for example, by a thermal decoupling of the sensor element 130 or the measuring head 128 from the sensor body 124 For example, from the shaft of the temperature sensor 114 be technically realized via an air gap or a use of a material with low thermal conductivity. This will be explained in more detail below. In the radial direction, however, is a good thermal connection of the sensor element 130 to the fluid medium and, for example, a wall of the temperature sensor 114 or to realize a minimization of air gaps. To increase the radial energy transport of the ideal thermally from the sensor body 124 decoupled tip or the measuring head 128 of the temperature sensor 114 contributes among other things to a minimization of the mass and the specific heat capacity of the system, in particular of the measuring head 128 , and maximizing the heat transfer coefficient and the area available for heat transfer.

Die konstruktive Gestaltung des Temperaturfühlers kann hierzu folgende Beiträge leisten.

  • A) Thermische Entkopplung des Sensorelements 130 vom Fühlerkörper 128, beispielsweise durch – Luftspaltisolierung und/oder – ein Isolierelement, beispielsweise eine Materialschicht mit geringer Wärmeleitfähigkeit und/oder – eine geringe Wandstärke der das Sensorelement 130 umgebenden Schutzhülse 140; und/oder
  • B) Minimierung der Masse und/oder spezifischen Wärmekapazität des Temperaturfühlers 114, insbesondere des Messkopfs 128, und/oder eine Verbesserung des Energietransports im Feststoff des Temperaturfühlers 114, insbesondere des Messkopfs 128, beispielsweise durch: – Verringerung der Abmessungen des Sensorelements 130 und/oder des Temperaturfühlers 114 im Bereich des Einbauorts des Sensorelements 130 und/oder – Einsatz von Werkstoffen im Nahbereich des Sensorelements mit geringer Dichte und/oder geringer spezifischer Wärmekapazität, jedoch mit hoher Wärmeleitfähigkeit; und/oder
  • C) Maximierung des Wärmeübergangs zwischen dem Sensorelement 130 und dem fluiden Medium, beispielsweise durch Verbesserung der thermischen Ankopplung an das fluide Medium, durch Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten und/oder durch Erhöhung einer Oberfläche 142 des Temperaturfühlers 114 im Bereich des Messkopfs 128, beispielsweise durch: C1) Vergrößerung der zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Oberfläche 132, wie beispielsweise in US 2007/0195857 A1 beschrieben, und/oder C2) Vergrößerung des Wärmeübergangskoeffizienten durch Störung des Aufbaus einer laminaren hydrodynamischen und thermischen Grenzschicht durch Verwendung eines oder mehrerer Turbulatorelemente auf dem Temperaturfühler 114, insbesondere dem Messkopf 128.
The constructive design of the temperature sensor can afford the following contributions.
  • A) Thermal decoupling of the sensor element 130 from the sensor body 128 , For example by - air gap insulation and / or - an insulating element, for example, a material layer with low thermal conductivity and / or - a small wall thickness of the sensor element 130 surrounding protective sleeve 140 ; and or
  • B) Minimization of the mass and / or specific heat capacity of the temperature sensor 114 , in particular the measuring head 128 , and / or an improvement of the energy transport in the solid of the temperature sensor 114 , in particular the measuring head 128 by, for example: - reducing the dimensions of the sensor element 130 and / or the temperature sensor 114 in the region of the installation location of the sensor element 130 and / or - use of materials in the vicinity of the sensor element with low density and / or low specific heat capacity, but with high thermal conductivity; and or
  • C) maximizing the heat transfer between the sensor element 130 and the fluid medium, for example by improving the thermal coupling to the fluid medium, by increasing the heat transfer coefficient and / or by increasing a surface 142 of the temperature sensor 114 in the area of the measuring head 128 , for example by: C1) enlargement of the surface available for heat transfer 132 , such as in US 2007/0195857 A1 described, and / or C2) increase the heat transfer coefficient by disrupting the structure of a laminar hydrodynamic and thermal boundary layer by using one or more turbulator elements on the temperature sensor 114 , in particular the measuring head 128 ,

Die Maßnahmen zur Grenzschichtbeeinflussung gemäß C2) zielen dabei in der Regel auf zwei Effekte ab. Zum einen soll der Umschlag in eine turbulente Grenzschicht möglichst früh, d. h. nach kurzer Lauflänge erfolgen. Hierzu dienen Turbulatorelemente, welche exemplarisch in den 5A bis 5H und 6A bis 6G gezeigt sind und dort mit der Bezugsziffer 144 bezeichnet sind. Diese Turbulatorelemente 144 sind jeweils auf die Oberfläche 142 des Messkopfs 128 aufgebracht bzw. in diese eingebracht und umfassen verschiedene Arten von Strukturelementen 146, also Erhebungen von der Oberfläche 142 und/oder Vertiefungen in der Oberfläche 142. Beispielsweise zeigt 5A ein Turbulatorelement 144 in Form eines Drahtkorbs mit Stolperdrähten, 5B ein Ausführungsbeispiel eines Turbulatorelements 144 in Form von vorstehenden Rippen mit einem zusätzlichen Drahtkorb über die Rundung des Messkopfs 128, 5C ein Ausführungsbeispiel mit einer Mehrzahl von nadelförmigen Strukturelementen 146, 5D ein Ausführungsbeispiel mit Erhöhungen, die in Form scharfer Kanten parallel zur Achse 138 des Temperaturfühlers 114 verlaufen und als ”Stolperfallen” wirken, 5E ein Ausführungsbeispiel mit Abrisskanten durch eckige Form des Messkopfs 128, 5F ein Ausführungsbeispiel mit Rillen mit rundem Querschnitt oder eckigem Querschnitt in einem ansonsten abgerundeten Messkopf 128, 5G ein Ausführungsbeispiel mit punktförmigen, kreisrunden Vertiefungen (Golfball-Muster) in einem ansonsten abgerundeten Messkopf 128, und 5H ein Ausführungsbeispiel mit einem Gitter von gekreuzten Nuten, welches beispielsweise auch als ”negativ” des Drahtkorbs gemäß 5A ausgestaltet sein kann. Alternativ oder zusätzlich können die Strukturelemente 146 des Turbulatorelements 144 auch beispielsweise Rauten, Nadeln, Pyramiden, andere Arten von Abrisskanten oder allgemein eckige Formen umfassen.The measures to influence the boundary layer according to C2) usually aim at two effects. On the one hand, the transfer to a turbulent boundary layer should take place as early as possible, ie after a short run. Serve turbulator elements, which are exemplified in the 5A to 5H and 6A to 6G are shown and there with the reference number 144 are designated. These turbulator elements 144 are each on the surface 142 of the measuring head 128 applied or incorporated into and include various types of structural elements 146 So elevations from the surface 142 and / or depressions in the surface 142 , For example, shows 5A a turbulator element 144 in the form of a wire basket with tripping wires, 5B an embodiment of a turbulator element 144 in the form of protruding ribs with an additional wire basket over the rounding of the measuring head 128 . 5C an embodiment with a plurality of needle-shaped structural elements 146 . 5D an embodiment with elevations, in the form of sharp edges parallel to the axis 138 of the temperature sensor 114 run and act as "stumbling blocks", 5E an embodiment with demolition edges by angular shape of the measuring head 128 . 5F an embodiment with grooves with a round cross-section or polygonal cross-section in an otherwise rounded measuring head 128 . 5G an embodiment with punctiform, circular depressions (golf ball pattern) in an otherwise rounded measuring head 128 , and 5H an embodiment with a grid of crossed grooves, which, for example, as "negative" of the wire basket according to 5A can be designed. Alternatively or additionally, the structural elements 146 of the turbulator element 144 also include, for example, diamonds, needles, pyramids, other types of tear-off edges or generally angular shapes.

Die Maßnahmen mit dem mindestens einen Turbulatorelement 144 können beispielsweise in die Vorrichtungen 110 gemäß den 1, 3 und 4 integriert werden. Die Maßnahmen zur Grenzschichtbeeinflussung zielen dabei in der Regel auf zwei Effekte ab. Zum einen soll der Umschlag in eine turbulente Grenzschicht möglichst früh, d. h. nach kurzer Lauflänge erfolgen. Hierzu dienen die Turbulatorelemente 144, welche beispielsweise kleine Hindernisse, Vertiefungen, Oberflächenrauigkeiten oder ähnliches umfassen können. Zum anderen soll der Grenzschichtaufbau möglichst ständig neu erfolgen, da der Wärmeübergang hierbei besonders hoch ist. Dies wird beispielsweise durch entsprechend unterbrochene Rippen, Nadeln oder sonstige Formen erreicht, die jeweils eine erneute Anströmung eines separaten Körpers mit entsprechendem Grenzschichtaufbau darstellen.The measures with the at least one turbulator element 144 For example, in the devices 110 according to the 1 . 3 and 4 to get integrated. The measures to influence the boundary layer usually aim at two effects. On the one hand, the transfer to a turbulent boundary layer should take place as early as possible, ie after a short run. The turbulator elements serve this purpose 144 which may include, for example, small obstacles, depressions, surface roughness or the like. On the other hand, the boundary layer structure should be repeated as constantly as possible, since the heat transfer here is particularly high. This is achieved, for example, by correspondingly interrupted ribs, needles or other forms, each representing a new flow of a separate body with a corresponding boundary layer structure.

Das Prinzip der Grenzschichtbeeinflussung ist in den 2A bis 2C erläutert. 2A zeigt dabei die Ausbildung einer fluiddynamischen Grenzschicht bei Überströmung einer Oberfläche 142 in Form einer ebenen Platte. An der festen Wand haftet das Fluid. Mit zunehmender Lauflänge, beginnend an einer Platten-Vorderkante 148, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit kontinuierlich bis auf den Wert in der freien Anströmung zu. Es bildet sich eine laminare Grenzschicht 150 aus, die mit zunehmender Lauflänge anwächst. Innerhalb dieser laminaren Grenzschicht 150 herrscht eine Schichtenströmung vor, d. h. es findet – im Gegensatz zur meist turbulenten Außenströmung – kein Queraustausch an Impuls und Energie mit Richtung senkrecht zur Oberfläche 142 statt. Bei Erreichen einer kritischen Lauflänge Nkrit findet ein Umschlag des Grenzschichtzustands statt. Es bildet sich eine turbulente Grenzschicht 152 aus, die weiter anwächst. Innerhalb dieser ist ein Austausch von Impuls, Masse und Energie quer zur Hauptströmungsrichtung 116 aufgrund der turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten möglich. Im Nahbereich der Oberfläche 142 bildet sich eine laminare Unterschicht 154, die jedoch wesentlich dünner als die bisherige laminare Grenzschicht ist.The principle of the boundary layer influencing is in the 2A to 2C explained. 2A shows the formation of a fluid-dynamic boundary layer at overflow of a surface 142 in the form of a flat plate. The fluid adheres to the solid wall. With increasing run length, starting at a plate leading edge 148 , the flow rate increases continuously up to the value in the free flow. It forms a laminar boundary layer 150 out, which increases with increasing run length. Within this laminar boundary layer 150 a layer flow prevails, ie it finds - in contrast to the mostly turbulent outside flow - no cross-exchange of momentum and energy with direction perpendicular to the surface 142 instead of. Upon reaching a critical run length N crit , an envelope of the boundary layer state takes place. It forms a turbulent boundary layer 152 out, which continues to grow. Within this is an exchange of momentum, mass and energy transverse to the main flow direction 116 due to the turbulent fluctuation speeds possible. In the vicinity of the surface 142 a laminar lower layer forms 154 , which, however, is much thinner than the previous laminar boundary layer.

Analog zur fluiddynamischen Grenzschicht bildet sich, wie in 2C dargestellt und in 2B der fluiddynamischen Grenzschicht gegenübergestellt, eine thermische Grenzschicht aus. Für diese gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie für die in 2B dargestellte fluiddynamische Grenzschicht. Innerhalb der laminaren Grenzschicht findet Wärmeübertragung lediglich durch Wärmeleitung durch die Schichten in Richtung der Wand statt. Die fluiddynamische Grenzschichtdicke ist in 2B mit δ bezeichnet, wohingegen die thermische Grenzschichtdicke in 2C mit δT bezeichnet ist. Die Kernströmung ist jeweils mit der Bezugsziffer 156 bezeichnet. Je dicker die Grenzschicht anwächst, desto kleiner wird der übertragbare Wärmestrom. Mit dem Umschlag in eine turbulente Grenzschicht setzt ein Anstieg des übertragenen Wärmestroms ein, da die laminare Unterschicht dünner als die laminare Grenzschicht ist und da durch die turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten ständig fluides Medium mit höherer Temperatur in die Nähe der Wand befördert wird.Analogous to the fluid dynamic boundary layer forms, as in 2C represented and in 2 B The fluid dynamic boundary layer faced, a thermal boundary layer. For these the same laws apply as for in 2 B illustrated fluid dynamic boundary layer. Within the laminar boundary layer heat transfer takes place only by heat conduction through the layers in the direction of the wall. The fluid dynamic boundary layer thickness is in 2 B denoted by δ, whereas the thermal boundary layer thickness in 2C denoted by δ T. The core flow is indicated by the reference numeral 156 designated. The thicker the boundary layer grows, the smaller the transferable heat flow. With the transition into a turbulent boundary layer, an increase in the transferred heat flux sets in, since the laminar underlayer is thinner than the laminar boundary layer and because the turbulent fluctuation rates constantly move fluid medium at a higher temperature into the vicinity of the wall.

Die in den 5A bis 5H dargestellten Ausgestaltungen von Turbulatorelementen 144 auf der Oberfläche 142 des Temperaturfühlers 114, insbesondere im Bereich des Messkopfs 128, bewirken somit einen früheren Umschlag in eine turbulente Grenzschicht und einen ständig neuen Aufbau der Grenzschicht. Hierdurch wird der Wärmeübergang besonders hoch ausgestaltet. Die Temperaturfühler 114 werden vorzugsweise derart eingesetzt, dass die Strömungsrichtung 116 des fluiden Mediums quer zu mindestens einer Kante eines Turbulatorelements 144 verläuft. Dies ist bei sämtlichen der in den 5A bis 5H gezeigten Ausführungsbeispiele gegeben. Weiterhin bewirken die Turbulatorelemente 144, wie aus US 2007/0195857 A1 bekannt, zusätzlich eine Vergrößerung der für den Wärmeübertrag zur Verfügung stehenden Oberfläche, zusätzlich zur Steigerung des Wärmeübergangskoeffizienten durch Beeinflussung des Grenzschichtaufbaus gemäß der 2A bis 2C. Die hier dargestellten Möglichkeiten zur Formgebung der Oberfläche 142 entsprechen teilweise den im großtechnischen Maßstab eingesetzten Mustern zur Steigerung des Wärmeübergangs bei stationär betriebenen Wärmeüberträgern, beispielsweise im Anlagenbau, bei Klimaanlagen oder ähnlichem. Diese wurden jedoch bisher lediglich zur Steigerung des Wirkungsgrads von Wärmeüberträgern, nicht jedoch zur Steigerung der Dynamik und/oder der Messgenauigkeit bei Temperaturfühlern eingesetzt. Eine Übersicht weiterer Formgebungsmöglichkeiten der Turbulatorelemente 144 findet sich beispielsweise bei Ralph L. Webb: ”Principles of Enhanced Heat Transfer”, John Wiley & Sons, Inc., 1992, S. 231, 241 und 248 .The in the 5A to 5H illustrated embodiments of turbulator elements 144 on the surface 142 of the temperature sensor 114 , in particular in the region of the measuring head 128 , thus causing an earlier transition into a turbulent boundary layer and a constantly new structure of the boundary layer. As a result, the heat transfer is designed to be particularly high. The temperature sensors 114 are preferably used such that the flow direction 116 the fluid medium across at least one edge of a turbulator element 144 runs. This is in all of the in the 5A to 5H given embodiments shown. Furthermore, the turbulator elements cause 144 , like out US 2007/0195857 A1 in addition, an enlargement of the surface available for the heat transfer, in addition to increasing the heat transfer coefficient by influencing the boundary layer structure according to the 2A to 2C , The options presented here for shaping the surface 142 correspond in part to the patterns used on an industrial scale to increase the Heat transfer in stationarily operated heat exchangers, for example in plant construction, air conditioning or the like. However, these have hitherto been used only to increase the efficiency of heat exchangers, but not to increase the dynamics and / or the measurement accuracy of temperature sensors. An overview of further shaping possibilities of the turbulator elements 144 can be found, for example Ralph L. Webb: Principles of Enhanced Heat Transfer, John Wiley & Sons, Inc., 1992, pp. 231, 241 and 248 ,

Der Wärmeübergangskoeffizient bei einem umströmten Körper hängt also, wie oben erläutert, sowohl von der Geometrie und Oberflächenstruktur des Körpers als auch von den Umströmungsbedingungen ab. Die Turbulatorelemente 144 in den dargestellten Ausführungsbeispielen sind vorzugsweise als Mikrostruktur aufgebaut und weisen vorzugsweise eine Profiltiefe, d. h. eine maximale Tiefe bzw. Höhe der Strukturelemente 146, von höchstens 10 μm, insbesondere 1 bis 2 μm, auf. Insofern kann eine künstliche Oberflächenrauigkeit durch die Turbulatorelemente 144 mit den Strukturelementen 146 in Form einer Mikrostruktur bereitgestellt werden, welche für eine ständige Störung der hydrodynamischen und thermischen Grenzschichten sorgt. Dies führt aufgrund des hierdurch erhöhten Impuls- und Energieaustausches zu einer Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten. Die künstlichen Oberflächenrauigkeiten in Form der Turbulatorelemente 144 zeichnen sich dadurch aus, dass ihre charakteristische Höhe klein ist im Vergleich zu den restlichen Abmessungen des Temperaturfühlers 114, insbesondere des Messkopfs 128. So können die typischen Breiten der Strukturelemente 146 und/oder deren Höhen beispielsweise um mindestens einen Faktor 10, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 100 und sogar um mindestens einen Faktor 1000 kleiner sein als der Durchmesser des Messkopfs 128 senkrecht zur Achse 138 des Temperaturfühlers 114. Zudem kann die Rauigkeit durch eine geeignete Gestaltung der Strukturelemente 146 sowohl von der Oberfläche 142 nach außen (z. B. in Form der Stolperdrähte bzw. Nadeln gemäß den Ausführungsbeispielen in den 5A bis 5D) als auch nach innen (z. B. in Form der Nuten, Dellen, Rillen oder ähnlichem, beispielsweise gemäß den Ausführungsbeispielen in den 5F bis 5H) gerichtet sein.The heat transfer coefficient in a body flowing around, therefore, as explained above, depends both on the geometry and surface structure of the body as well as the Umströmungsbedingungen. The turbulator elements 144 in the illustrated embodiments are preferably constructed as a microstructure and preferably have a tread depth, ie a maximum depth or height of the structural elements 146 , of at most 10 μm, in particular 1 to 2 μm. In this respect, an artificial surface roughness by the turbulator elements 144 with the structural elements 146 be provided in the form of a microstructure, which ensures a permanent disturbance of the hydrodynamic and thermal boundary layers. This leads to an increase in the heat transfer coefficient due to the thus increased pulse and energy exchange. The artificial surface roughness in the form of turbulator elements 144 are characterized by the fact that their characteristic height is small compared to the remaining dimensions of the temperature sensor 114 , in particular the measuring head 128 , So can the typical widths of the structural elements 146 and / or their heights, for example, by at least a factor of 10, preferably by at least a factor of 100 and even by at least a factor of 1000 be smaller than the diameter of the measuring head 128 perpendicular to the axis 138 of the temperature sensor 114 , In addition, the roughness by a suitable design of the structural elements 146 both from the surface 142 to the outside (eg in the form of the trip wires or needles according to the embodiments in FIGS 5A to 5D ) as well as inwardly (eg in the form of grooves, dents, grooves or the like, for example according to the embodiments in the 5F to 5H ).

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turbulatorelements 144 im Bereich eines Messkopfs 128 eines Temperaturfühlers 114 ist in 6A dargestellt. Hierbei umfasst das Turbulatorelement 144 ein Rändel 158. Unter einem Rändel ist dabei eine Profilstruktur zu verstehen, welche eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Rillen aufweist. Dabei sollte mindestens eine Gruppe von Rillen eine Querkomponente senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 116 des fluiden Mediums aufweisen. Ausgestaltungen dieser Rändel sind in den 6B bis 6F gezeigt. So zeigt 6B ein Rändel mit achsparallelen Riefen, welche vorzugsweise vollständig senkrecht zur Strömungsrichtung 116 des fluiden Mediums ausgerichtet werden. Ein Querschnitt durch die Riefen ist in 6G gezeigt. Dabei bezeichnet der Buchstabe t genormte Teilungen, welche beispielsweise bei 0,5, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2 oder 1,6 mm liegen können. d1 bezeichnet dabei einen Nennungsdurchmesser, und d2 einen Ausgangsdurchmesser. Bei dem Rändel gemäß 6B kann beispielsweise gelten: d2 = d1 – 0,5·t.A further embodiment of a turbulator element according to the invention 144 in the area of a measuring head 128 a temperature sensor 114 is in 6A shown. Hereby, the turbulator element comprises 144 a knurl 158 , Under a knurl is to understand a profile structure having a plurality of parallel grooves. At least one group of grooves should have a transverse component perpendicular to the main flow direction 116 having the fluid medium. Embodiments of these knurls are in the 6B to 6F shown. So shows 6B a knurl with axially parallel grooves, which preferably completely perpendicular to the flow direction 116 be aligned of the fluid medium. A cross section through the grooves is in 6G shown. The letter t denotes standardized divisions, which may be, for example, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 or 1.6 mm. d 1 denotes a nominal diameter, and d 2 an initial diameter. In the knurl according to 6B For example, d 2 = d 1 - 0.5 · t.

6C zeigt ein so genanntes Rechtsrändel. Der Winkel α zwischen der Achse 138 und den Riefen kann beispielsweise von 10 bis 50°, vorzugsweise von 20 bis 40° und insbesondere 30° betragen, und es kann gelten: d2 = d1 – 0,5·t. Entsprechendes gilt auch für ein in 6D dargestelltes so genanntes Linksrändel. In 6E ist ein so genanntes Links-Rechts-Rändel dargestellt, für welches der Winkel α ebenfalls von 10 bis 50°, insbesondere von 20 bis 40 und besonders bevorzugt 30° betragen kann. Für ein erhöhtes Links-Rechts-Rändel kann beispielsweise gelten: d2 = d1 – 0,67·t, und für ein vertieftes Links-Rechts-Rändel d2 = d1 – 0,33·t. 6C shows a so-called right knurl. The angle α between the axis 138 and the grooves may for example be from 10 to 50 °, preferably from 20 to 40 ° and in particular 30 °, and it may be: d 2 = d 1 - 0.5 · t. The same applies to a in 6D represented so-called left-hand knurl. In 6E is a so-called left-right knurl shown, for which the angle α may also be from 10 to 50 °, in particular from 20 to 40 and particularly preferably 30 °. For an increased left-right knurl, for example: d 2 = d 1 - 0.67 · t, and for a recessed left-right knurl d 2 = d 1 - 0.33 · t.

In 6F ist schließlich ein so genanntes Kreuzrändel dargestellt, mit einer Mehrzahl von zur Achse 138 parallelen Riefen und einer Mehrzahl von senkrecht zur Achse 138 verlaufenden Riefen. Für ein erhöhtes Kreuzrändel kann beispielsweise gelten: d2 = d1 – 0,67·t und für ein vertieftes Kreuzrändel d2 = d1 – 0,33·t. Die Riefen können beispielsweise einen Riefenwinkel β aufweisen, der ebenfalls in 6G dargestellt ist. Dieser Riefenwinkel kann beispielsweise 70° bis 110° betragen, insbesondere 80° bis 100° und besonders bevorzugt 90°. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. In jedem Fall der in den 6B bis 6F dargestellten Turbulatorelemente 144 in Form der Rändel 158 sind jeweils Komponenten senkrecht zur Strömungsrichtung 116 des fluiden Mediums gegeben. Insbesondere im Fall eines Links-Rechts-Rändels gemäß 6E oder auch im Falle eines Kreuzrändels gemäß 6F sind die Rauigkeiten auch senkrecht oder unter einem Winkel zur Anströmung gerichtet.In 6F Finally, a so-called Kreuzrändel is shown, with a plurality of to the axis 138 parallel grooves and a plurality of perpendicular to the axis 138 running grooves. For an increased cross knurl, for example, d 2 = d 1 - 0.67 · t and for a recessed cross knurl d 2 = d 1 - 0.33 · t. The grooves may have, for example, a groove angle β, which is also in 6G is shown. This groove angle can be, for example, 70 ° to 110 °, in particular 80 ° to 100 ° and particularly preferably 90 °. However, other embodiments are possible in principle. In any case, in the 6B to 6F illustrated turbulator elements 144 in the form of the knurl 158 are each components perpendicular to the flow direction 116 of the fluid medium. Especially in the case of a left-right knurl according to 6E or in the case of a cross knurl according to 6F the roughness are also directed perpendicular or at an angle to the flow.

Wie oben dargestellt, sind die Konzepte A), B) und C) unabhängig voneinander oder auch in beliebiger Kombination A-B, A-C, B-C oder A-B-C realisierbar. Somit sind die in den 5A bis 6G dargestellten Ausgestaltungen mit Turbulatorelementen 144, welche Realisierungsmöglichkeiten des Konzepts C) darstellen, auch mit den – im Übrigen auch unabhängig von A) realisierbaren – Konzepten B) und/oder C) kombinierbar. Ausführungsbeispiele der Konzepte B) und/oder C) sollen im Folgenden kurz beschrieben werden. Zu diesem Zweck soll anhand einer schematischen Darstellung in 7 ein typischer Aufbau eines Temperaturfühlers 114 gemäß dem Stand der Technik kurz erläutert werden. Der Temperaturfühler 114 weist wiederum einen Fühlerkörper 124 auf, welcher in diesem Fall übergangslos in einen Messkopf 128 mit einem Sensorelement 130 übergeht. Das Sensorelement 130 ist in diesem Fall beispielsweise als Thermoelement ausgestaltet und entsteht durch die Verbindung zweier metallischer Leiter 160 aus unterschiedlichen Werkstoffen, welche an einer Messstelle 162, die das eigentliche Sensorelement 130 bildet, miteinander verbunden werden. Die verbundenen Leiter 160 (Thermoleiter) werden auch als Thermoelement bezeichnet. Die Verbindung der als Thermoleitungen wirkenden metallischen Leiter 160 wird beispielsweise durch ein Verschweißen und/oder Verlöten erzeugt. Die Metallkombinationen der metallischen Leiter 160 für Thermoleitungen sind in der Regel genormt, so dass verschiedene Thermoelementtypen aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die Größe des Durchmessers der Thermoleitungen 160 korreliert mit den Kosten und in der Regel mit der Lebensdauer des Thermoelements.As shown above, the concepts A), B) and C) are independent of each other or in any combination AB, AC, BC or ABC feasible. Thus, in the 5A to 6G illustrated embodiments with turbulator elements 144 , which represent realization possibilities of the concept C), can also be combined with the concepts B) and / or C) which, incidentally, can also be implemented independently of A). Embodiments of the concepts B) and / or C) will be briefly described below. For this purpose, based on a schematic representation in 7 one typical structure of a temperature sensor 114 will be briefly explained according to the prior art. The temperature sensor 114 again has a sensor body 124 on, which in this case seamlessly into a measuring head 128 with a sensor element 130 passes. The sensor element 130 is designed in this case, for example, as a thermocouple and is created by the connection of two metallic conductors 160 from different materials, which at a measuring point 162 that is the actual sensor element 130 forms, be joined together. The connected conductors 160 (Thermal conductor) are also referred to as a thermocouple. The connection of the metallic conductors acting as thermoelectric cables 160 is generated for example by welding and / or soldering. The metal combinations of metallic conductors 160 for thermal lines are usually standardized, so that different types of thermocouples from the prior art are known. The size of the diameter of the thermowires 160 correlates with the cost and usually with the life of the thermocouple.

Der in 7 dargestellte typische Temperaturfühler 114 ist ein so genanntes Mantelthermoelement. Die Thermoleitungen 160 sind in der Regel in eine keramische Isolierpackung 164 eingebettet, beispielsweise aus MgO und/oder Al2O3. Nach außen ist das elektrisch isolierte Thermoelement durch einen Mantel 166 mit einem Mantelmaterial, beispielsweise Edelstahl und/oder Keramik, vor der Umgebung geschützt. Mantelthermoelemente wie der in 7 exemplarisch dargestellte Temperaturfühler 114 mit metallischem Mantel werden üblicherweise aus einer so genannten mineralisch isolierten Leitung (MIL) gefertigt, die in nahezu beliebigen Werkstoffkombinationen hinsichtlich der Thermoleitungen 160, des Isoliermaterials der Isolierpackung 164 und des Mantelmaterials des Mantels 166 sowie in unterschiedlich definierten Abmessungen, insbesondere hinsichtlich Durchmesser, Manteldicke, Dicke der Thermoleitungen 160 oder ähnlichen Abmessungen, als Endlosware bezogen werden können. Dabei ist in der Regel zu beachten, dass die maximale Einsatztemperatur des Mantelthermoelements vom Mantel und Leitungsdurchmesser sowie vom Isolationswiderstand des mineralischen Isolators abhängig ist. Beim Konfektionieren wird die MIL abgelängt und an einem Ende mineralisches Isoliermaterial abgetragen, um die eigentlichen Thermoleitungen 160 freizulegen. Die freigelegten Drähte werden zur Messstelle verschweißt, und das fehlende Isoliermaterial wird wieder aufgefüllt und verdichtet. Anschließend wird das Mantelrohr des Mantels 166 am gleichen Ende verschlossen, beispielsweise durch Schweißen. Am anderen Ende, also an dem dem Messkopf 128 gegenüberliegenden Ende des Temperaturfühlers 114, wird ein Stück des Mantelrohrs entfernt, um die Thermoleitungen 160 als Anschlussdrähte freizulegen, beispielsweise für einen Stecker, Crimps oder ähnliches.The in 7 illustrated typical temperature sensor 114 is a so-called coat thermocouple. The thermoelectric cables 160 are usually in a ceramic insulating package 164 embedded, for example from MgO and / or Al 2 O 3 . To the outside is the electrically insulated thermocouple through a jacket 166 with a jacket material, such as stainless steel and / or ceramic, protected from the environment. Sheath thermocouples like the one in 7 exemplary temperature sensors 114 with metallic sheath are usually made of a so-called mineral insulated line (MIL), which in almost any material combinations with regard to the thermoelectric cables 160 , the insulating material of the insulating package 164 and the jacket material of the jacket 166 as well as in different defined dimensions, in particular with regard to diameter, jacket thickness, thickness of the thermoelectric lines 160 or similar dimensions, can be obtained as an endless product. As a rule, it should be noted that the maximum operating temperature of the jacket thermocouple depends on the jacket and cable diameter as well as the insulation resistance of the mineral insulator. When assembling the MIL is cut to length and removed at one end mineral insulating material to the actual thermoelectric lines 160 expose. The exposed wires are welded to the measuring point, and the missing insulating material is refilled and compacted. Subsequently, the jacket tube of the jacket 166 closed at the same end, for example by welding. At the other end, ie at the measuring head 128 opposite end of the temperature sensor 114 , a piece of the jacket tube is removed to the thermal lines 160 expose as connecting wires, for example, for a plug, crimps or the like.

Die oben beschriebenen Konzepte A) bis C) zur Verbesserung der thermischen Ausgestaltung des Temperaturfühlers 114 lassen sich, einzeln, in beliebiger Paarkombination oder insgesamt, grundsätzlich auch auf Temperaturfühler 114 mit Thermoelementen analog zur Ausgestaltung gemäß 7 übertragen, bei welchen das eigentliche Sensorelement 130 durch eine Verbindungsstelle zwischen mindestens zwei metallischen Leitern 160 und/oder Thermoleitungen gebildet wird. So lassen sich beispielsweise die Gestaltungen der Oberfläche 142 im Bereich des Messkopfs 128 durch Verwendung eines oder mehrerer Turbulatorelemente 144 auf diese Ausgestaltung übertragen. Alternativ oder zusätzlich lassen sich auch die Konzepte A) und/oder B) auf dieses Konzept der Temperaturfühler 114 übertragen. Dies soll im Folgenden exemplarisch gezeigt werden.The above-described concepts A) to C) for improving the thermal design of the temperature sensor 114 can be individually, in any pair combination or in total, also on temperature sensor 114 with thermocouples analogous to the embodiment according to 7 transferred, in which the actual sensor element 130 by a junction between at least two metallic conductors 160 and / or thermoelectric lines is formed. Thus, for example, the designs of the surface 142 in the area of the measuring head 128 by using one or more turbulator elements 144 transferred to this embodiment. Alternatively or additionally, concepts A) and / or B) can also be based on this concept of temperature sensors 114 transfer. This will be shown below by way of example.

So kann das Sensorelement 130 insbesondere derart in dem Messkopf 128 aufgenommen sein, dass dieses zumindest weitgehend von dem Fühlerkörper 124 thermisch entkoppelt ist. Dies bedeutet, dass ein Wärmeübertrag zwischen dem Sensorelement 130 und dem umgebenden fluiden Medium durch konstruktive Ausgestaltung des Messkopfs 128 begünstigt wird, insbesondere im Vergleich zu einem Wärmeübertrag hin zum Fühlerkörper 124, welcher vorzugsweise unterdrückt wird. Dies kann beispielsweise durch eine konstruktive Designanpassung an der Messstelle 162 erfolgen. Ein Energieaustausch durch Konvektion und Strahlung und damit die Wärmeübertragung zwischen einem in der Vorrichtung 110 verbauten Sensorelement 130 und seiner Umgebung und die Höhe der auftretenden Temperaturen (insbesondere aufgrund eines Einflusses der Strahlung ab Temperaturen oberhalb von 500°C) führen zu einer systembedingten Abweichung der gemessenen Temperatur und der tatsächlich herrschenden Temperatur im Medium. Zusätzlich bewirken die Wärmeübertragung bzw. der Wärmeaustausch ein verzögertes Ansprechverhalten des Temperatursensors 130 an der Messstelle 162. Mittels der oben beschriebenen Konzepte A) bis C) oder zumindest den Konzepten A) und/oder B) lassen sich die Genauigkeit und die Dynamik steigern. So kann die Energiezufuhr zu der Messstelle 162 bzw. die Energieabfuhr von dieser Messstelle 162 in radialer Richtung, also senkrecht zur Achse 138, sehr schnell ausgestaltet werden. Dadurch wird die Temperaturänderung im gesamten Medium mit minimaler zeitlicher Verzögerung auf die Messstelle 162 übertragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Energiezufuhr zu der Messstelle 162 bzw. dem Sensorelement 130 (was gleichbedeutend sein soll) und/oder die Energieabfuhr von der Messstelle 162 in axiale Richtung, also parallel zur Achse 138, verhindert oder zumindest vermindert werden. Die Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle 162 und dem fluiden Medium bleibt dadurch möglichst gering. Diese Grundprinzipien und daraus abgeleitete Aspekte können beispielsweise in den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen realisiert werden. So ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Temperaturfühlers 114 bzw. eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 in den 8A (Teilschnittdarstellung von der Seite) und 8B (teilweise geöffnete perspektivische Darstellung) dargestellt. Wiederum handelt es sich dabei exemplarisch um ein Mantelthermoelement mit dem oben anhand der 7 beschriebenen MIL-Aufbau, mit einem Fühlerkörper 124 und einem Messkopf 128. Die Thermoleitungen sind wiederum mit der Bezugsziffer 160 bezeichnet. Das eigentliche Sensorelement 130 ist wiederum durch eine Verbindung der Leiter 160 an einer Messstelle 130, bei welcher es sich auch um einen ausgedehnteren Messbereich handeln kann, gebildet.So can the sensor element 130 especially in such a way in the measuring head 128 be included, that this at least largely from the sensor body 124 thermally decoupled. This means that a heat transfer between the sensor element 130 and the surrounding fluid medium by structural design of the measuring head 128 is favored, especially in comparison to a heat transfer to the sensor body 124 , which is preferably suppressed. This can be done, for example, by a constructive design adaptation at the measuring point 162 respectively. An energy exchange by convection and radiation and thus the heat transfer between one in the device 110 installed sensor element 130 and its surroundings and the height of the occurring temperatures (in particular due to an influence of the radiation from temperatures above 500 ° C) lead to a systemic deviation of the measured temperature and the actual prevailing temperature in the medium. In addition, the heat transfer or the heat exchange cause a delayed response of the temperature sensor 130 at the measuring point 162 , By means of the concepts A) to C) described above or at least the concepts A) and / or B), the accuracy and the dynamics can be increased. So the energy supply to the measuring point 162 or the energy dissipation from this measuring point 162 in the radial direction, that is perpendicular to the axis 138 to be designed very fast. As a result, the temperature change in the entire medium with minimal delay to the measuring point 162 transfer. Alternatively or additionally, the energy supply to the measuring point 162 or the sensor element 130 (which should be synonymous) and / or the energy dissipation from the measuring point 162 in the axial direction, ie parallel to the axis 138 , prevented or at least reduced become. The temperature difference between the measuring point 162 and the fluid medium remains as small as possible. These basic principles and aspects derived therefrom can be realized, for example, in the exemplary embodiments presented below. Such is an embodiment of a temperature sensor according to the invention 114 or a part of a device according to the invention 110 in the 8A (Partial section of the page) and 8B (partially opened perspective view) shown. Again, this is an example of a jacket thermocouple with the above based on the 7 described MIL structure, with a sensor body 124 and a measuring head 128 , The thermocouples are again with the reference numeral 160 designated. The actual sensor element 130 is in turn by connecting the ladder 160 at a measuring point 130 , which may also be a broader measuring range, is formed.

Das Sensorelement 130 ist in dieser Ausgestaltung von einem Koppelelement 168 in Form einer Keramikhülse 170 bzw. eines Keramikröhrchens umgeben. Das Koppelelement 168 ist seinerseits durch eine dünnwandige, thermisch möglichst leitfähige Schutzhülse 172 bzw. Schutzkappe umgeben, welche einen mechanischen Schutz für das Sensorelement 130 bereitstellt und den Messkopf am Fühlerkörper 124 fixiert. Die Schutzkappe kann an der Stirnfläche des Temperaturfühlers 114 geschlossen oder auch zumindest teilweise geöffnet ausgestaltet sein. Die Schutzkappe kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial mit hoher thermischer Leitfähigkeit und/oder einem metallischen Material hergestellt sein. Optional können auf der äußeren Oberfläche 142 der Schutzhülse 172 ein oder mehrere Turbulatorelemente 144 angeordnet sein, beispielsweise gemäß den oben beschriebenen Ausgestaltungen, welche in den 8A und 8B nicht dargestellt sind.The sensor element 130 is in this embodiment of a coupling element 168 in the form of a ceramic sleeve 170 or surrounded by a ceramic tube. The coupling element 168 is in turn by a thin-walled, thermally conductive as possible protective sleeve 172 Protective cap surrounded, which provides a mechanical protection for the sensor element 130 provides and the measuring head on the sensor body 124 fixed. The protective cap can be attached to the end face of the temperature sensor 114 closed or at least partially open configured. The protective cap may for example be made of a plastic material with high thermal conductivity and / or a metallic material. Optionally, on the outer surface 142 the protective sleeve 172 one or more turbulator elements 144 be arranged, for example according to the embodiments described above, which in the 8A and 8B are not shown.

Die Fertigstellung des in den 8A und 8B dargestellten Temperaturfühlers 114 unterscheidet sich von dem anhand der in 7 beschriebenen Stand der Technik wie folgt. Nach einem Ablängen der MIL wird ein Stück des Mantelrohrs 166 entfernt, und die Thermoleitungen 160 werden freigelegt. Die derart freigelegten metallischen Leiter 160 werden vorzugsweise kompaktiert und/oder zusammengepresst, beispielsweise um einen flächigen Kontakt zwischen den Leitern 160 zu erzeugen. Anschließend werden die MIL mit kompaktierter Messstelle 162 und die Schutzhülse 172 mit eingepresstem Keramikröhrchen bzw. eingepresster Keramikhülse 170, wie in den 8A und 8B gezeigt, gefügt. Zur MIL hin wird die Schutzhülse 172 mit dem Mantel 166 der MIL verbunden, beispielsweise durch ein Verschweißen.The completion of the in the 8A and 8B represented temperature sensor 114 is different from that based on the in 7 described prior art as follows. After cutting to length the MIL becomes a piece of the jacket tube 166 removed, and the thermoelectric cables 160 are exposed. The thus exposed metallic conductors 160 are preferably compacted and / or compressed, for example, a flat contact between the conductors 160 to create. Subsequently, the MIL with compact measuring point 162 and the protective sleeve 172 with pressed ceramic tube or pressed ceramic sleeve 170 as in the 8A and 8B shown, joined. MIL towards the protective sleeve 172 with the coat 166 the MIL connected, for example by welding.

Wie oben dargestellt, kann eine Stirnseite 174 des Messkopfs 128 geöffnet oder auch geschlossen ausgestaltet sein. An einer geöffneten Stirnseite 174 kann, wie in 9 als optionale Ausgestaltung dargestellt, mit Hilfe beispielsweise eines geeigneten Schweißverfahrens wie z. B. eines Laserschweißens, eine Schmelzperle 176 erzeugt werden, welche ebenfalls Bestandteil des Koppelelements 168 sein kann. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass zwischen dem Sensorelement 130 bzw. der Messstelle 162 und dem Keramikröhrchen der Keramikhülse 170 ein im Wesentlichen spaltfreier Übergang, beispielsweise in Form eines Formschlusses 178, entsteht. Es kann somit ein spaltfreier Übergang zwischen dem Sensorelement 130 und dem Koppelelement 168 und vorzugsweise auch der Schutzhülse 172 erzeugt werden. Weiterhin kann, um eine Wärmeleitfähigkeit in axialer Richtung zu vermindern, zwischen dem Sensorelement 130 und dem Fühlerkörper 124 mindestens ein Isolationselement 180 angeordnet sein. In den dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß den 8A bis 9 kann es sich hierbei beispielsweise um einen Luftspalt 182 handeln. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Arten von Isolationselementen 180 verwendet werden, beispielsweise eine oder mehrere Schichten aus einem thermisch isolierenden Material, eine oder mehrere Isolationshülsen oder ähnliches. Auf diese Weise kann ein Wärmeübertrag in axialer Richtung vermindert werden. Die Stirnseite 174 des Temperaturfühlers 114 gemäß den 8A bis 9 kann verschlossen werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise nach den vorangehend beschriebenen Verfahrensschritten die Schutzhülse 172 auf der Stirnseite 174 mit einem Deckel verschweißt werden, oder die Schutzhülse 172 kann von vorneherein als geschlossene Schutzhülse ausgestaltet werden.As shown above, an end face 174 of the measuring head 128 be open or closed designed. At an open end 174 can, as in 9 shown as an optional embodiment, using, for example, a suitable welding method such. B. a laser welding, a melted pearl 176 are generated, which also part of the coupling element 168 can be. In this way it can be achieved, for example, that between the sensor element 130 or the measuring point 162 and the ceramic tube of the ceramic sleeve 170 a substantially gap-free transition, for example in the form of a positive connection 178 , arises. It can thus be a gap-free transition between the sensor element 130 and the coupling element 168 and preferably also the protective sleeve 172 be generated. Furthermore, in order to reduce a thermal conductivity in the axial direction, between the sensor element 130 and the sensor body 124 at least one isolation element 180 be arranged. In the illustrated embodiments according to the 8A to 9 this may be, for example, an air gap 182 act. Alternatively or additionally, other types of isolation elements may be used 180 used, for example, one or more layers of a thermally insulating material, one or more insulating sleeves or the like. In this way, a heat transfer in the axial direction can be reduced. The front side 174 of the temperature sensor 114 according to the 8A to 9 can be closed. For this purpose, for example, after the process steps described above, the protective sleeve 172 on the front side 174 be welded with a lid, or the protective sleeve 172 Can be configured from the outset as a closed protective sleeve.

Beispielsweise durch das in den 8A bis 9 beschriebene Fertigungsverfahren, jedoch auch mittels anderer Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, lassen sich die oben beschriebenen Grundprinzipien A) und/oder B) konstruktiv gut umsetzen. So erfolgt eine gute Wärmeleitung in radialer Richtung, also senkrecht zur Achse 138 des Temperaturfühlers 114. Eine gute thermische Anbindung des Sensorelements 130 bzw. der Messstelle 162 zum fluiden Medium wird durch Reduzierung beispielsweise der Luftspalte in radialer Richtung auf ein Minimum erreicht. Dies wird beispielsweise in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Hilfe eines Formschlusses und/oder einer Presspassung zwischen der Schutzhülse 172 und dem Koppelelement 168 und/oder dem Sensorelement 130 erreicht, optional in Kombination mit dem oben beschriebenen optionalen Formschluss zwischen dem Koppelelement 168 und dem Sensorelement 130 über beispielsweise eine Schmelzperle oder eine andere Art von Formschluss. Zusätzlich werden optional die Masse und/oder die spezifische Wärmekapazität des Materials des Messkopfs 128 an der Messstelle 162 durch geeignete Miniaturisierung und/oder Materialauswahl verringert oder sogar minimiert. Gleichzeitig kann, alternativ oder zusätzlich, durch eine geeignete Strukturierung der Oberfläche 142 mittels des optionalen mindestens einen Turbulatorelements 144 gemäß Strategie C) der obigen Optionen sowohl die für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Fläche als auch der Wärmeübergangskoeffizient maximiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann, wie oben beschrieben, eine thermische Entkopplung in axialer Richtung erfolgen, also parallel zur Achse 138, so dass ein Wärmeübertrag zwischen Messkopf 128 und Fühlerkörper 124 zumindest im Vergleich zu einem durchgehenden Fühlerkörper 124 bei einer einstückigen Ausgestaltung gemäß 7 reduziert wird. Dies kann beispielsweise, wie in 9 dargestellt, mittels einer Luftspaltisolierung erreicht werden. Zusätzlich kann die Wandstärke der Schutzhülse 172, beispielsweise der Schutzkappe, reduziert werden, insbesondere in radialer Richtung, beispielsweise auf Wandstärken unterhalb von 1 mm, vorzugsweise auf unterhalb von 0,5 mm.For example, by the in the 8A to 9 described manufacturing method, but also by means of other embodiments of the present invention, the basic principles A) and / or B) described above can be implemented constructively well. Thus, a good heat conduction in the radial direction, ie perpendicular to the axis 138 of the temperature sensor 114 , A good thermal connection of the sensor element 130 or the measuring point 162 to the fluid medium is achieved by reducing, for example, the air gaps in the radial direction to a minimum. This is for example in the embodiments described above by means of a positive connection and / or an interference fit between the protective sleeve 172 and the coupling element 168 and / or the sensor element 130 achieved, optionally in combination with the optional positive connection between the coupling element described above 168 and the sensor element 130 about, for example, a melted pearl or another type of positive locking. In addition, optional Mass and / or the specific heat capacity of the material of the measuring head 128 at the measuring point 162 reduced or even minimized by suitable miniaturization and / or material selection. At the same time, alternatively or additionally, by a suitable structuring of the surface 142 by means of the optional at least one turbulator element 144 according to strategy C) of the above options, both the area available for heat transfer and the heat transfer coefficient can be maximized. Alternatively or additionally, as described above, a thermal decoupling in the axial direction, ie parallel to the axis 138 , allowing a heat transfer between the measuring head 128 and sensor body 124 at least compared to a continuous sensor body 124 in a one-piece embodiment according to 7 is reduced. This can, for example, as in 9 represented by means of an air gap insulation can be achieved. In addition, the wall thickness of the protective sleeve 172 , For example, the protective cap can be reduced, in particular in the radial direction, for example, to wall thicknesses below 1 mm, preferably below 0.5 mm.

In 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 und eines erfindungsgemäßen Temperaturfühlers 114 gezeigt, welches eine Abwandlung der Ausgestaltung in 9 darstellt. Dementsprechend kann weitgehend auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Wiederum weist der Temperaturfühler 114 einen Fühlerkörper 124 und einen Messkopf 128 auf. Wie auch in den vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen kann der Messkopf 128 auch in diesem Ausführungsbeispiel mit einem im Vergleich zum Fühlerkörper 124 reduzierten Durchmesser ausgestaltet sein. Beispielsweise kann eine Durchmesserreduzierung auf zwei Drittel des Durchmessers des Fühlerkörpers 124 oder weniger erfolgen. Der Messkopf 128 kann wiederum von einer Schutzhülse 173 umgeben sein, welche grundsätzlich einstückig mit dem Mantel 166 des Fühlerkörpers 124 ausgebildet sein kann, welcher jedoch auch lediglich mit diesem Mantel 166 verbunden sein kann oder auf andere Weise mit dem Fühlerkörper 124 verbunden sein kann, beispielsweise analog zu den Ausgestaltungen in den 8A bis 9. Optional kann die Oberfläche 142 dieser Schutzhülse 172, insbesondere die umfangsseitige Oberfläche 142 und/oder die stirnseitige Oberfläche 142, wiederum strukturiert sein mittels eines oder mehrerer Turbulatorelemente 144. In diesem wie auch in anderen Ausführungsbeispielen können zwischen der Schutzhülse 172 und dem Fühlerkörper 124, beispielsweise dem Mantel 166, auch ein oder mehrere zusätzliche Isolatorelemente angeordnet sein. Wiederum weist der Temperaturfühler 114 mindestens ein Sensorelement 130 an einer Messstelle 162 auf, beispielsweise gemäß der Ausgestaltung in den 8A bis 9 oder gemäß anderen Ausgestaltungen. So können beispielsweise wieder NTCs, PCTs, Widerstände, Thermoelemente oder andere Arten von Sensorelementen 130 verwendet werden.In 10 is another embodiment of a device according to the invention 110 and a temperature sensor according to the invention 114 which shows a modification of the embodiment in FIG 9 represents. Accordingly, reference may largely be made to the above description. Again, the temperature sensor points 114 a sensor body 124 and a measuring head 128 on. As in the embodiments described above, the measuring head 128 also in this embodiment with a compared to the sensor body 124 be designed reduced diameter. For example, a diameter reduction to two thirds of the diameter of the sensor body 124 or less. The measuring head 128 can turn from a protective sleeve 173 be surrounded, which in principle is integral with the coat 166 of the sensor body 124 may be formed, which, however, only with this coat 166 may be connected or otherwise with the sensor body 124 may be connected, for example, analogous to the embodiments in the 8A to 9 , Optionally, the surface 142 this protective sleeve 172 , in particular the peripheral surface 142 and / or the frontal surface 142 , in turn, be structured by means of one or more turbulator elements 144 , In this as well as in other embodiments, between the protective sleeve 172 and the sensor body 124 For example, the coat 166 , Also be arranged one or more additional insulator elements. Again, the temperature sensor points 114 at least one sensor element 130 at a measuring point 162 on, for example, according to the embodiment in the 8A to 9 or according to other embodiments. For example, again NTCs, PCTs, resistors, thermocouples or other types of sensor elements 130 be used.

Um eine hohe Dynamik der Temperaturmessung zu erreichen, muss das Sensorelement 130 möglichst schnell erwärmt bzw. möglichst schnell abgekühlt werden. Die hierbei zu transportierende Energiemenge ist proportional zum Produkt aus Masse und spezifischer Wärmekapazität des abzukühlenden bzw. aufzuheizenden Bereichs. Um diesen Bereich möglichst klein zu halten, müssen dessen Abmessungen verringert werden. Zur schnellen Aufheizung bzw. Abkühlung sollte dieser Bereich des Messkopfs 128, wie auch in den vorangehenden Ausführungsbeispielen, thermisch vom Fühlerkörper 124, beispielsweise dem Schaft des Temperaturfühlers 114, entkoppelt werden. Hierdurch wird verhindert, dass Energie zum Aufheizen in den Fühlerkörper 124 abfließt und nicht zur Erwärmung zur Verfügung steht, oder, im umgekehrten Fall, Energie aus dem Fühlerkörper 124 nachfließt und die Abkühlung des Bereichs des Messkopfs 128 verzögert. Die thermische Entkopplung kann auch in dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum über ein oder mehrere Isolationselemente 180 erfolgen, beispielsweise über einen oder mehrere Luftspalte. Um eine möglichst gute thermische Ankopplung zwischen dem Sensorelement 130 und dem umgebenden fluiden Medium zu erreichen, kann ein Spalt zwischen dem Sensorelement 130 und der Schutzhülse 172 vollständig oder teilweise mit einem Füllmaterial 184 ausgefüllt werden. Bei diesem Füllmaterial 184 kann es sich beispielsweise um ein metallisches und/oder keramisches Füllmaterial und/oder ein Kunststoff-Füllmaterial handeln. Das Füllmaterial 184 kann beispielsweise in Form eines pulverförmigen Füllmaterials in den Zwischenraum eingebracht werden und/oder auf andere Weise, beispielsweise in Form eines flüssigen oder zähflüssigen Füllmaterials 184. Anschließend kann optional eine Aushärtung erfolgen. Auch thermisch leitfähige Kunststoffe, beispielsweise thermisch leitfähige Duroplaste, Elastomere oder Thermoplaste können eingesetzt werden.In order to achieve a high dynamic of the temperature measurement, the sensor element must 130 heated as quickly as possible or cooled as quickly as possible. The amount of energy to be transported is proportional to the product of mass and specific heat capacity of the area to be cooled or heated. To keep this area as small as possible, its dimensions must be reduced. For rapid heating or cooling, this area of the measuring head should be 128 , as in the previous embodiments, thermally from the sensor body 124 , For example, the shaft of the temperature sensor 114 to be decoupled. This will prevent energy from heating up in the sensor body 124 flows away and is not available for heating, or, in the opposite case, energy from the sensor body 124 flows in and the cooling of the area of the measuring head 128 delayed. The thermal decoupling can also be found in the in 10 illustrated embodiment in turn via one or more isolation elements 180 take place, for example via one or more air gaps. To achieve the best possible thermal coupling between the sensor element 130 and the surrounding fluid medium, a gap may exist between the sensor element 130 and the protective sleeve 172 completely or partially with a filling material 184 fill out. For this filling material 184 it may be, for example, a metallic and / or ceramic filler material and / or a plastic filler material. The filling material 184 For example, it may be introduced into the space in the form of a powdery filling material and / or otherwise, for example in the form of a liquid or viscous filling material 184 , Subsequently, optional hardening can take place. Also thermally conductive plastics, such as thermally conductive thermosets, elastomers or thermoplastics can be used.

Die anhand der 8A bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiele einer Umsetzung der Konzepte A) und/oder B) gemäß der obigen Beschreibung lassen sich auch mit den Ausführungsbeispielen des Konzepts C) gemäß der obigen Beschreibung kombinieren. So lassen sich die Ausführungsbeispiele einzeln oder in Kombination beispielsweise auch mit den Beispielen der Turbulatorelemente 144 gemäß den 5A bis 6G kombinieren, so dass diese Turbulatorelemente 144 optional auch beispielsweise auf den im Durchmesser verringerten Messkopf 128 gemäß den Ausführungsbeispielen gemäß den 8A bis 10 aufgebracht werden können. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise auch das Isolationselement 180 und/oder das Koppelelement 168 in die Ausführungsbeispiele gemäß den 5A bis 6G oder in andere Ausführungsbeispiele des Konzepts C) integriert werden. Verschiedene Kombinationen sind denkbar.The basis of the 8A to 10 illustrated embodiments of an implementation of the concepts A) and / or B) according to the above description can also be combined with the embodiments of the concept C) according to the above description. Thus, the embodiments can be individually or in combination, for example, with the examples of turbulator elements 144 according to the 5A to 6G combine so that these turbulator elements 144 optionally also, for example, on the diameter-reduced measuring head 128 according to the embodiments according to the 8A to 10 can be applied. Alternatively or additionally for example, the insulation element 180 and / or the coupling element 168 in the embodiments according to the 5A to 6G or in other embodiments of the concept C). Various combinations are conceivable.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2007/0195857 A1 [0004, 0017, 0042, 0047] US 2007/0195857 A1 [0004, 0017, 0042, 0047]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Ralph L. Webb: ”Principles of Enhanced Heat Transfer”, John Wiley & Sons, Inc., 1992, S. 231, 241 und 248 [0047] Ralph L. Webb: "Principles of Enhanced Heat Transfer," John Wiley & Sons, Inc., 1992, p. 231, 241, and 248 [0047]

Claims (10)

Vorrichtung (110) zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums, umfassend mindestens einen Temperaturfühler (114), wobei der Temperaturfühler (114) eingerichtet ist, um in das fluide Medium eingebracht zu werden, wobei der Temperaturfühler (114) einen Fühlerkörper (124) und einen in das fluide Medium hineinragenden Messkopf (128) umfasst, wobei in dem Messkopf (128) mindestens ein Sensorelement (130) zur Erfassung einer Temperatur aufgenommen ist, wobei das Sensorelement (130) derart in dem Messkopf (128) aufgenommen ist, dass dieses zumindest weitgehend thermisch von dem Fühlerkörper (124) entkoppelt ist.Contraption ( 110 ) for detecting a temperature of a fluid medium, comprising at least one temperature sensor ( 114 ), whereby the temperature sensor ( 114 ) is adapted to be introduced into the fluid medium, wherein the temperature sensor ( 114 ) a sensor body ( 124 ) and a projecting into the fluid medium measuring head ( 128 ), wherein in the measuring head ( 128 ) at least one sensor element ( 130 ) is recorded for detecting a temperature, wherein the sensor element ( 130 ) in the measuring head ( 128 ) that this at least largely thermally from the sensor body ( 124 ) is decoupled. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermische Entkoppelung des Sensorelements (130) von dem Fühlerkörper (124) über mindestens ein zwischen dem Sensorelement (130) und dem Fühlerkörper (124) angeordnetes Isolationselement (180) erfolgt, wobei das Isolationselement (180) eingerichtet ist, um einen Wärmeübertrag zwischen dem Sensorelement (130) und dem Fühlerkörper (124) zu unterdrücken.Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the thermal decoupling of the sensor element ( 130 ) from the sensor body ( 124 ) via at least one between the sensor element ( 130 ) and the sensor body ( 124 ) arranged isolation element ( 180 ), wherein the insulation element ( 180 ) is arranged to prevent heat transfer between the sensor element ( 130 ) and the sensor body ( 124 ) to suppress. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Isolationselement (180) ausgewählt ist aus: einem Element mit geringer thermischer Leitfähigkeit, insbesondere einer Isolationsschicht und/oder einer Isolationshülse; einem Gasspalt (182).Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the insulating element ( 180 ) is selected from: an element with low thermal conductivity, in particular an insulating layer and / or an insulating sleeve; a gas gap ( 182 ). Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messkopf (128) zumindest teilweise von einer thermisch leitfähigen Schutzhülse (172) umgeben ist.Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the measuring head ( 128 ) at least partially by a thermally conductive protective sleeve ( 172 ) is surrounded. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messkopf (128) im Vergleich zum Fühlerkörper (124) einen geringeren Durchmesser aufweist.Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the measuring head ( 128 ) compared to the sensor body ( 124 ) has a smaller diameter. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messkopf (128) im Bereich des Sensorelements (130) in radialer Richtung zumindest weitgehend spaltfrei ausgestaltet ist.Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the measuring head ( 128 ) in the region of the sensor element ( 130 ) is configured in the radial direction at least substantially free of gaps. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (130) zumindest teilweise in mindestens einem Koppelelement (168) aufgenommen ist, wobei das Koppelelement (168) ausgestaltet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Sensorelement (130) und dem fluiden Medium im Vergleich zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Sensorelement (130) und dem Fühlerkörper (124) zu begünstigen.Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 130 ) at least partially in at least one coupling element ( 168 ), wherein the coupling element ( 168 ) is configured to heat exchange between the sensor element ( 130 ) and the fluid medium compared to a heat exchange between the sensor element ( 130 ) and the sensor body ( 124 ) to favor. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Koppelelement (168) von dem Fühlerkörper (124) thermisch entkoppelt ist.Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the coupling element ( 168 ) from the sensor body ( 124 ) is thermally decoupled. Vorrichtung (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (168) mindestens einen Werkstoff mit einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften aufweist: einen Werkstoff mit geringerer Dichte als die durchschnittliche Dichte der Werkstoffe des Fühlerkörpers (124) in einem an den Messkopf (128) angrenzenden Bereich; einen Werkstoff mit geringerer spezifischer Wärmekapazität als die durchschnittliche spezifische Wärmekapazität der Werkstoffe des Fühlerkörpers (124) in einem an den Messkopf (128) angrenzenden Bereich; einen Werkstoff mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als die durchschnittliche thermische Leitfähigkeit der Werkstoffe des Fühlerkörpers (124) in einem an den Messkopf (128) angrenzenden Bereich.Contraption ( 110 ) according to one of the two preceding claims, wherein the coupling element ( 168 ) comprises at least one material having one or more of the following properties: a material of lower density than the average density of the materials of the sensor body ( 124 ) in one to the measuring head ( 128 ) adjacent area; a material with a lower specific heat capacity than the average specific heat capacity of the materials of the sensor body ( 124 ) in one to the measuring head ( 128 ) adjacent area; a material with a higher thermal conductivity than the average thermal conductivity of the materials of the sensor body ( 124 ) in one to the measuring head ( 128 ) adjacent area. Vorrichtung (110) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (168) ausgewählt ist aus: einer das Sensorelement (130) zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere einem keramischen Werkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit; einer das Sensorelement (130) zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem Kunststoffwerkstoff, insbesondere einem Kunststoffwerkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit; einer das Sensorelement (130) zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem metallischen Werkstoff; einer das Sensorelement (130) zumindest teilweise umschließenden Schmelzperle (176), insbesondere einer Schmelzperle (176) aus einem Kunststoffwerkstoff und/oder einer Schmelzperle (176) aus einem metallischen Werkstoff und/oder einer Schmelzperle (176) aus einem Glaswerkstoff; einem Füllmaterial (184) in einem Zwischenraum zwischen dem Sensorelement (130) und einer den Messkopf (128) zumindest teilweise umschließenden Schutzhülse (172).Contraption ( 110 ) according to one of the three preceding claims, wherein the coupling element ( 168 ) is selected from: one the sensor element ( 130 ) at least partially enclosing sleeve of a ceramic material, in particular a ceramic material with high thermal conductivity; one the sensor element ( 130 ) at least partially enclosing sleeve made of a plastic material, in particular a plastic material with high thermal conductivity; one the sensor element ( 130 ) at least partially enclosing sleeve of a metallic material; one the sensor element ( 130 ) at least partially enclosing melted pearl ( 176 ), in particular a melted pearl ( 176 ) made of a plastic material and / or a melted pearl ( 176 ) of a metallic material and / or a melted pearl ( 176 ) made of a glass material; a filling material ( 184 ) in a space between the sensor element ( 130 ) and a measuring head ( 128 ) at least partially enclosing protective sleeve ( 172 ).
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