DE102013204470A1 - Heat transfer meter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Wärmeübergangsmessgerät mit einem von einem strömenden Messfluid (38) beaufschlagbaren Messkopf (10), der einen über eine wärmeleitende Trennwand (16) druckdicht gegenüber dem Messfluid abgedichteten Innenraum (30) und einen im Innenraum angeordneten, in thermischem Kontakt mit der Trennwand stehenden, mindestens ein Heizelement (24) und ein Temperaturmesselement (26) enthaltenden, kalorimetrischen Sensor (18) aufweist. Um die Trennwand mit dem Messkopf verbinden zu können, ohne dass dabei die Gefahr einer Beeinträchtigung der Funktion des Sensors besteht, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Trennwand als zylindrischer Topf (16) ausgebildet ist, der mit einem Öffnungsrand (20) eines am Messkopf (10) angeordneten Rohransatzes (14) materialschlüssig verbunden ist.The invention relates to a heat transfer measuring device with a measuring head (10) which can be acted upon by a flowing measuring fluid (38), which has an interior (30) which is pressure-tightly sealed from the measuring fluid via a heat-conducting partition (16) and an interior (30) arranged in the interior and in thermal contact with the partition standing calorimetric sensor (18) containing at least one heating element (24) and one temperature measuring element (26). In order to be able to connect the partition to the measuring head without the risk of impairing the function of the sensor, it is proposed according to the invention that the partition is designed as a cylindrical pot (16) with an opening edge (20) on the measuring head (10) arranged pipe extension (14) is materially connected.
Description
Die Erfindung betrifft ein Wärmeübergangsmessgerät mit einem von einem strömenden Messfluid beaufschlagbaren Messkopf, der einen über eine wärmeleitende Trennwand druckdicht gegenüber dem Messfluid abgedichteten Innenraum und einen im Innenraum angeordneten, in thermischem Kontakt mit der Trennwand stehenden, mindestens ein Heizelement und ein Temperaturmesselement enthaltenden, kalorimetrischen Sensor aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmeübergangsmessgeräts.The invention relates to a heat transfer meter with a can be acted upon by a flowing measuring fluid measuring head, a pressure-tightly sealed against the measuring fluid via a heat-conducting partition interior and arranged in the interior, in thermal contact with the partition wall, at least one heating element and a temperature measuring element containing calorimetric sensor having. The invention further relates to a method for producing such a heat transfer meter.
Wärmeübergangsmessgeräte dieser Art werden vor allem als Strömungswächter zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in strömenden Medien, als Füllstandssensoren oder als Phasendetektoren zur Überwachung des Wechsels von Dampf- und Flüssigkeitszuständen eingesetzt. Sie arbeiten nach dem kalorimetrischen Prinzip, bei welchem Temperaturänderungen aufgrund eines definierten Wärmeeintrags bestimmt und computergestützt ausgewertet werden. Bei bekannten Wärmeübergangsmessgeräten lässt vor allem die Herstellung des Messkopfes mit einer reproduzierbar ansprechenden wärmeübertragenden Trennwand zu wünschen übrig.Heat transfer meters of this type are used primarily as flow monitors for the electrical detection of heat losses in flowing media, as level sensors or as phase detectors for monitoring the change of vapor and liquid states. They work according to the calorimetric principle, in which temperature changes due to a defined heat input are determined and evaluated computer-aided. In known heat transfer gauges, above all, the production of the measuring head with a reproducibly responsive heat-transferring partition leaves much to be desired.
Weiter ist ein Messfühler zur Durchflussüberwachung eines strömenden Mediums bekannt (
Bei einer weiteren Messvorrichtung zur Bestimmung des Durchflusses eines strömenden Mediums (
Bei einer weiteren Messvorrichtung der eingangs genannten Art (
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeübergangsmessgerät der eingangs angegebenen Art sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu entwickeln, bei dem die Trennwand mit dem Messkopf verbunden werden kann, ohne dass dabei die Gefahr einer Beeinträchtigung der Funktion des Sensors besteht.Proceeding from this, the present invention seeks to develop a heat transfer meter of the type described above and a method for its production, in which the partition can be connected to the measuring head, without causing the risk of impairment of the function of the sensor.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 14 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.To solve this problem, the feature combinations specified in
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Ebene, in der die Verbindung der Trennwand mit dem Messkopf erfolgt, so gewählt werden sollte, dass bei einem Laserschweißvorgang kein Laserlicht auf den Sensor trifft. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Trennwand als zylindrischer Topf ausgebildet ist, der mit einem Öffnungsrand eines am Messkopf angeordneten Rohransatzes materialschlüssig verbunden ist. Die Ausbildung der Trennwand als Topf weist den weiteren Vorteil auf, dass der Sensor mit hoher geometrischer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auf der Trennwand angeordnet werden kann, wenn der Sensor ein Substrat aufweist, das aufgrund seiner Geometrie passgenau in den Topf eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann das Substrat eine Quadrat- oder Rechteckform aufweisen, was im Falle eines Keramikplättchens als Substrat mit großer Genauigkeit zu erzielen ist. Die Diagonale des Substrats soll dann genau dem Innendurchmesser des Topfes entsprechen, so dass das Substrat derart montiert werden kann, dass seine vier Ecken gerade an der Innenwandung des Topfes anstoßen. Andere Grundformen des Substrats die eine präzise Anordnung auf dem Topfboden erlauben und mit der erforderlichen Genauigkeit herstellbar sind, also allgemein vorzugsweise ein Vieleck, sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Die geometrisch genaue, reproduzierbare Anordnung des Sensors ist von großer Wichtigkeit, da schon geringe Lageverschiebungen des Sensors zu einer Abweichung der gemessenen Werte führen. Bei den bekannten Messköpfen führte dies zu einer hohen Serienstreuung.The invention is based on the idea that the plane in which the connection of the dividing wall to the measuring head takes place should be selected such that no laser light strikes the sensor during a laser welding process. According to the invention, it is therefore provided that the partition wall is designed as a cylindrical pot, which is materially connected to an opening edge of a tube attachment arranged on the measuring head. The design of the partition as a pot has the further advantage that the sensor can be arranged with high geometric accuracy and reproducibility on the partition when the sensor has a substrate that can be accurately used due to its geometry in the pot. For example, the substrate may have a square or rectangular shape, which can be achieved with great accuracy in the case of a ceramic chip as a substrate. The diagonal of the substrate should then correspond exactly to the inner diameter of the pot, so that the substrate can be mounted such that its four corners just abut the inner wall of the pot. Other basic forms of the substrate which allow a precise arrangement on the bottom of the pot and can be produced with the required accuracy, ie generally preferably a polygon, are of course also possible. The geometrically accurate, reproducible arrangement of the sensor is of great importance, since even slight displacements of the position of the sensor lead to a deviation of the measured values. In the case of the known measuring heads, this led to a high production spread.
Der Topfboden, der zweckmäßig eine Wandstärke von 0,3 bis 1,5 mm aufweist, kann hinsichtlich seiner Wandstärke mit den heutigen Fertigungsmöglichkeiten sehr genau dimensioniert werden, so dass man bei der Herstellung der Wärmeübergangsmessgeräte reproduzierbare Wärmeübergangseigenschalten erhält. Dies gilt umso mehr, als auch die Anbringung des kalorimetrischen Sensors an dem vorgefertigten Topf leichter möglich ist als im Inneren eines Messkopfes. Dementsprechend ist es von Vorteil, wenn der vorgefertigte Topf zunächst mit dem kalorimetrischen Sensor wärmeleitend verbunden wird und erst anschließend der auf diese Weise konfektionierte Topf unter Bildung der Trennwand auf den freien Öffnungsrand des Rohransatzes mit nach dem Inneren des Messkopfes weisendem Sensor druckdicht angeschweißt wird. The pot bottom, which expediently has a wall thickness of 0.3 to 1.5 mm, can be dimensioned very accurately in terms of its wall thickness with today's manufacturing possibilities, so that you get reproducible heat transfer own switching in the production of heat transfer meters. This is all the more so, as well as the attachment of the calorimetric sensor is easier on the prefabricated pot as in the interior of a measuring head. Accordingly, it is advantageous if the prefabricated pot is first thermally conductively connected to the calorimetric sensor and only then the thus prepared pot is welded pressure-tight to form the partition on the free opening edge of the pipe socket with pointing to the interior of the measuring head sensor.
Der kalorimetrische Sensor kann dabei beispielsweise in Dickschichttechnik oder Dünnfilmtechnik auf das Substrat aufgebracht werden und dieses auf den Topfboden wärmeleitend aufgeklebt werden.The calorimetric sensor can be applied to the substrate, for example in thick-film technology or thin-film technology, and this can be glued onto the bottom of the pot in a thermally conductive manner.
Der Sensor weist zweckmäßig einen Keramikträger mit zwei im Abstand voneinander und von dem Temperaturmesselement angeordneten Widerstandsheizelementen auf. Als Temperaturmesselement kann ein temperaturabhängiger Widerstand (NTC oder PTC) verwendet werden, der an ein Steuer- und Auswertegerät angeschlossen werden kann.The sensor expediently has a ceramic carrier with two resistance heating elements arranged at a distance from one another and from the temperature measuring element. As a temperature measuring element, a temperature-dependent resistor (NTC or PTC) can be used, which can be connected to a control and evaluation device.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Messkopf ein den Rohransatz tragendes, mit einem Außengewinde versehenes rotationssymmetrisches Gehäuseteil aufweist, das in eine Gewindebohrung eines flüssigkeitsdurchströmten Rohres druckdicht eingeschraubt werden kann. Im Innenraum des Gehäuseteils kann im Abstand von der Trennwand ein Anschlussstück angeordnet werden, das mit dem Heizelement und dem Temperaturmesselement des Sensors galvanisch verbunden ist und an dem ein nach außen geführtes Anschlusskabel angeschlossen ist.An advantageous embodiment of the invention provides that the measuring head has a pipe socket bearing, provided with an external thread rotationally symmetrical housing part which can be screwed pressure-tight into a threaded bore of a liquid-flowed pipe. In the interior of the housing part, a connection piece can be arranged at a distance from the partition wall, which is galvanically connected to the heating element and the temperature measuring element of the sensor and to which an outgoing lead cable is connected.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown schematically in the drawing. It shows:
Das in der Zeichnung dargestellte Wärmeübergangsmessgerät ist als Strömungswächter zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in strömenden Medien, als Füllstandssonde oder als Phasendetektor zur Wasserdampferkennung bestimmt. Es besteht aus einem Messkopf
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 9408085 U [0003] DE 9408085 U [0003]
- DE 3509416 A [0004] DE 3509416 A [0004]
- DE 19610885 A [0005] DE 19610885 A [0005]
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