DE102013204470B4 - Heat transfer meter - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines aus einem Messkopf (10) und einem mit einer als zylindrischer Topf (16) ausgebildeten Trennwand (16) des Messkopfs wärmeleitend verbundenen kalorimetrischen Sensor (18) bestehenden Wärmeübergangsmessgeräts, wobei der dünnwandige, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehende Topf (16), dessen Boden eine definierte Wandstärke aufweist, innen-bodenseitig mit dem Sensor (18) wärmeleitend verbunden wird, und wobei anschließend der auf diese Weise konfektionierte Topf (16) auf einen freien Öffnungsrand (20) eines Rohransatzes (14) des Messkopfs mit nach dem Innenraum (30) des Messkopfes (10) weisendem Sensor (18) druckdicht mittels eines Laserschweißverfahrens angeschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißebene derart gewählt wird, dass während des Schweißvorgangs kein Laserlicht auf den Sensor (18) trifft, und dass ein aus einem scheibenartigen Keramikkörper bestehendes Substrat (22) des Sensors (18) derart bemessen wird, dass es zumindest stellenweise, im Falle eines Vielecks mit mindestens mehreren Eckpunkten (46) des Vielecks, an der an den Topfboden anschließenden Innenwandung des Topfes anliegt, um den Sensor positionsgenau auf dem Topfboden anordnen zu können.Method for producing a heat transfer measuring device consisting of a measuring head (10) and a partition wall (16) of the measuring head with thermally conductive calorimetric sensor (18), wherein the thin-walled pot (16) is preferably made of a metallic material ), the bottom of which has a defined wall thickness, is thermally conductively connected to the sensor (18) on the inside bottom side, and then the pot (16) assembled in this way follows a free opening edge (20) of a pipe attachment (14) of the measuring head the sensor (18) is welded to the interior (30) of the measuring head (10) in a pressure-tight manner by means of a laser welding method, characterized in that the welding plane is selected such that no laser light strikes the sensor (18) during the welding operation, and that one off a disc-like ceramic body existing substrate (22) of the sensor (18) so dimensioned wi Rd that it at least in places, in the case of a polygon with at least several corners (46) of the polygon, abuts the adjoining the bottom of the pot wall of the pot to position the sensor accurately positioned on the bottom of the pot can.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Messkopf und einem mit einer Trennwand des Messkopfs wärmeleitend verbundenen kalorimetrischen Sensor bestehenden Wärmeübergangsmessgeräts, wobei ein dünnwandiger, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehender Topf, dessen Boden eine definierte Wandstärke aufweist, innen-bodenseitig mit dem Sensor wärmeleitend verbunden wird, und wobei anschließend der auf diese Weise konfektionierte Topf auf einen freien Öffnungsrand eines Rohransatzes des Messkopfs mit nach dem Innenraum weisendem Sensor druckdicht mittels eines Laserschweißverfahrens angeschweißt wird Die Erfindung betrifft weiter ein nach dem Verfahren hergestelltes Wärmeübergangsmessgerät.The invention relates to a method for producing a from a measuring head and with a partition of the measuring head thermally conductive connected calorimetric sensor heat transfer measuring device, wherein a thin-walled, preferably made of a metallic material pot whose bottom has a defined wall thickness, inside-bottom side with the sensor is thermally conductively connected, and wherein then the prefabricated in this way pot is pressure-tight welded to a free opening edge of a pipe socket of the measuring head with pointing to the interior sensor by means of a laser welding process. The invention further relates to a produced by the method 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 (
Ein gattungsgemäßes Wärmeübergangsmessgerät ist aus der
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Wärmeübergangsmessgerät der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, bei dem die Trennwand mit dem Messkopf verbunden werden kann, ohne dass dabei die Gefahr einer Beeinträchtigung der Funktion des Sensors besteht, und bei dem die Positionierung des Sensor mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit in Serie erfolgt.Proceeding from this, the present invention seeks to develop a method and a heat transfer meter of the type specified, in which the partition can be connected to the measuring head, without causing the risk of impairment of the function of the sensor, and in which the positioning the sensor with high accuracy and reproducibility in series.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.To solve this problem, the feature combinations specified in claims 1 and 3 are proposed. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
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. Weiterhin kann die Anordnung des Sensors auf einem genau bemessenen Substrat ein genaue und reproduzierbare Positionierung des Sensors ermöglichen. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Schweißebene derart gewählt wird, dass während des Schweißvorgangs kein Laserlicht auf den Sensor trifft, und dass ein aus einem scheibenartigen Keramikkörper bestehendes Substrat des Sensors derart bemessen wird, dass es zumindest stellenweise, im Falle eines Vielecks mit mindestens mehreren Eckpunkten des Vielecks, an der an den Topfboden anschließenden Innenwandung des Topfes anliegt, um den Sensor positionsgenau auf dem Topfboden anordnen zu können. Die Ausbildung der Trennwand als Topf weist den Vorteil auf, dass der Sensor mit hoher geometrischer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auf der Trennwand angeordnet werden kann, wobei das Substrat 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.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. Furthermore, the arrangement of the sensor on a precisely sized substrate can allow accurate and reproducible positioning of the sensor. According to the invention, it is therefore provided that the welding plane is selected such that no laser light strikes the sensor during the welding process, and that a substrate of the sensor consisting of a disk-like ceramic body is dimensioned such that it is at least in places, in the case of a polygon with at least several Corner points of the polygon, adjoins the adjoining the pot bottom inner wall of the pot in order to position the sensor accurately positioned on the bottom of the pot can. The formation of the partition as a pot has the advantage that the sensor with high geometric Accuracy and reproducibility can be arranged on the partition wall, the substrate can be used due to its geometry fit into 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.
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.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 Wärmeübergangseigenschaften 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 bottom of the pot, which advantageously 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 properties 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
Claims (10)
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- 2013-03-14 DE DE102013204470.4A patent/DE102013204470B4/en active Active
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