DE102019124607A1

DE102019124607A1 - Non-invasive thermometer

Info

Publication number: DE102019124607A1
Application number: DE102019124607.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Koch; Marc Schalles; Harald Bründl; Stephan Wiedemann; Peter Wiedemann; Torsten Iselt; Christian Peuker; Pavo Vrdoljak; Georg Wolf; Christian Kallweit; Markus Mornhinweg; Alfred Umkehrer
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18
Also published as: WO2021047884A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Temperatur eines Mediums (M) in einem Behältnis (2), umfassend einen Temperatursensor (5) zur Erfassung der Temperatur, und ein Verbindungselement (7), welches mit dem Behältnis (2) stoffschlüssig verbindbar (10) ist. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einer Vorrichtung (1) und einem Behältnis (2).The invention relates to a device (1) for determining and / or monitoring a temperature of a medium (M) in a container (2), comprising a temperature sensor (5) for detecting the temperature, and a connecting element (7) which connects to the container (2) cohesively connectable (10). The invention also relates to a system with a device (1) and a container (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermometer zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums in der Automatisierungstechnik, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention relates to a thermometer for determining and / or monitoring the temperature of a medium in automation technology, as well as a method for producing a device according to the invention.

Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt geworden. So gibt es Thermometer, welche zur Messung der Temperatur die Ausdehnung einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Festkörpers mit bekanntem Ausdehnungskoeffizienten heranziehen, oder auch solche, welche die elektrische Leitfähigkeit eines Materials oder eine davon abgeleitete Größe mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise den elektrischen Widerstand bei Verwendung von Widerstandselementen oder den thermoelektrischen Effekt im Falle von Thermoelementen. Dagegen wird bei Strahlungsthermometern, insb. Pyrometern, zur Bestimmung der Temperatur einer Substanz deren Wärmestrahlung ausgenutzt. Die jeweils zugrundeliegenden Messprinzipien sind jeweils in einer Vielzahl von Veröffentlichungen beschrieben worden.Thermometers have become known in the most varied of configurations from the prior art. There are thermometers that use the expansion of a liquid, a gas or a solid with a known expansion coefficient to measure the temperature, or those that relate the electrical conductivity of a material or a quantity derived from it to the temperature, such as the electrical resistance when using resistance elements or the thermoelectric effect in the case of thermocouples. In contrast, in radiation thermometers, especially pyrometers, the thermal radiation of a substance is used to determine the temperature. The respective underlying measurement principles have been described in a large number of publications.

Bei einem Temperatursensor in Form eines Widerstandselements sind unter anderem sogenannte Dünnschicht- und Dickschicht-Sensoren sowie sogenannte Heißleiter (auch als NTC-Thermistoren bezeichnet) bekannt geworden. Bei einem Dünnschicht-Sensor, insbesondere einem Resistance Temperature Detector (RTD), kommt beispielsweise ein mit Anschlussdrähten versehenes und auf ein Trägersubstrat aufgebrachtes Sensorelement zum Einsatz, wobei die Rückseite des Trägersubstrats in der Regel metallisch beschichtet ist. Als Sensorelemente werden sogenannte Widerstandselemente, welche beispielsweise durch Platinelemente gegeben sind, verwendet, die unter anderem unter den Bezeichnungen PT10, PT100, und PT1000 auch kommerziell erhältlich sind.In the case of a temperature sensor in the form of a resistance element, so-called thin-film and thick-film sensors and so-called NTC thermistors (also referred to as NTC thermistors) have become known. In the case of a thin-film sensor, in particular a Resistance Temperature Detector (RTD), a sensor element provided with connection wires and applied to a carrier substrate is used, for example, the rear side of the carrier substrate usually being coated with metal. So-called resistance elements, which are given for example by platinum elements, which are also commercially available under the names PT10, PT100, and PT1000, are used as sensor elements.

Bei Temperatursensoren in Form von Thermoelementen wiederum wird die Temperatur durch eine Thermospannung bestimmt, die zwischen den einseitig angeschlossenen Thermodrähten aus unterschiedlichen Materialien entsteht. Zur Temperaturmessung werden üblicherweise Thermoelemente nach DIN-Norm IEC584, z.B. Thermoelemente vom Typ K, J, N, S, R, B, T oder E, als Temperaturfühler eingesetzt. Aber auch andere Materialpaare, insbesondere solche mit einem messbaren Seebeck-Effekt, sind möglich.With temperature sensors in the form of thermocouples, on the other hand, the temperature is determined by a thermal voltage that is created between the thermo-wires made of different materials that are connected on one side. Thermocouples according to DIN standard IEC584, e.g. thermocouples of type K, J, N, S, R, B, T or E, are usually used as temperature sensors for temperature measurement. However, other pairs of materials, in particular those with a measurable Seebeck effect, are also possible.

Die Genauigkeit der Temperaturmessung hängt empfindlich von den jeweiligen thermischen Kontakten und der jeweils vorherrschenden Wärmeleitung ab. Die Wärmeströme zwischen dem Medium, dem Behältnis, in welchem sich das Mediums befindet, dem Thermometer und der Prozessumgebung spielen hier eine entscheidende Rolle. Für eine zuverlässige Temperaturbestimmung ist es wichtig, dass der jeweilige Temperatursensor und das Medium sich zumindest für eine bestimmte Zeit, welche zur Erfassung der Temperatur erforderlich ist, im Wesentlichen im thermischen Gleichgewicht befinden. Die Zeit für eine Reaktion eines Thermometers auf eine Temperaturänderung wird auch als Ansprechzeit des Thermometers bezeichnet.The accuracy of the temperature measurement depends sensitively on the respective thermal contacts and the prevailing heat conduction. The heat flows between the medium, the container in which the medium is located, the thermometer and the process environment play a decisive role here. For a reliable temperature determination it is important that the respective temperature sensor and the medium are essentially in thermal equilibrium, at least for a certain time, which is required to detect the temperature. The time it takes for a thermometer to respond to a change in temperature is also known as the thermometer's response time.

Eine hohe Messgenauigkeit lässt sich insbesondere dann erzielen, wenn der Temperatursensor in das jeweilige Medium eintaucht. So sind zahlreiche Thermometer bekannt geworden, bei denen der Temperatursensor mehr oder weniger direkt mit dem jeweiligen Medium in Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise lässt sich eine vergleichsweise gute Kopplung zwischen dem Medium und dem Temperatursensor erzielen.A high measurement accuracy can be achieved in particular when the temperature sensor is immersed in the respective medium. Numerous thermometers have become known in which the temperature sensor is more or less directly brought into contact with the respective medium. In this way, a comparatively good coupling between the medium and the temperature sensor can be achieved.

Für verschiedene Prozesse und für viele Behältnisses, insbesondere kleine Behälter oder Rohrleitungen, ist jedoch eine nicht invasive Bestimmung der Temperatur vorteilhafter. So sind ebenfalls Thermometer bekannt geworden, die von außen/innen an dem jeweiligen Behältnis, in dem sich das Medium befindet, befestigt werden können. Solche Geräte, auch Oberflächenthermometer oder Anlegefühler genannt, sind beispielsweise aus Dokumenten wie der DE102014118206A1 oder DE102015113237A1 bekannt geworden. Bei derartigen Messgeräten sind die Temperatursensoren nicht in direktem Kontakt mit dem jeweiligen Prozess. Dies erfordert, dass zur Sicherstellung einer guten thermischen Kopplung verschiedene zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden müssen. So ist beispielsweise der mechanische und damit auch der thermische Kontakt zwischen Behälter und Thermometer entscheidend für die erreichbare Messgenauigkeit. Bei unzureichendem Kontakt ist eine genaue Temperaturbestimmung nicht möglich.However, a non-invasive determination of the temperature is more advantageous for various processes and for many containers, in particular small containers or pipelines. Thermometers have also become known which can be attached from the outside / inside to the respective container in which the medium is located. Such devices, also called surface thermometers or contact sensors, are, for example, from documents such as the DE102014118206A1 or DE102015113237A1 known. In such measuring devices, the temperature sensors are not in direct contact with the respective process. This requires that various additional aspects must be taken into account in order to ensure a good thermal coupling. For example, the mechanical and thus also the thermal contact between the container and the thermometer is decisive for the achievable measurement accuracy. If there is insufficient contact, an exact temperature determination is not possible.

Als Oberflächen- oder Hautpunktthermometer werden häufig Messeinsätze mit Temperatursensoren in Form von Thermoelementen verwendet, die direkt an die Außenfläche oder Haut des Rohres oder Behälters angeschweißt werden. In solchen Fällen kann der Austausch der Thermoelemente jedoch zu einem zeitaufwändigen und kostspieligen Prozess werden, insbesondere weil ein Austausch eine vorübergehende Abschaltung des Prozesses und/oder der Anwendung erfordern kann. Um diese Nachteile zu überwinden, sind beispielsweise aus der US5382093 oder der bisher unveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 18198608.4 jeweils Ausgestaltungen entsprechender Thermometer bekannt geworden, die einen einfachen Austausch der Temperatursensoren ermöglichen.Measuring inserts with temperature sensors in the form of thermocouples, which are welded directly to the outer surface or skin of the pipe or container, are often used as surface or skin point thermometers. In such cases, however, replacing the thermocouples can become a time-consuming and costly process, particularly as replacing them may require a temporary shutdown of the process and / or application. To overcome these disadvantages, for example from the US5382093 or the previously unpublished European patent application with the file number 18198608.4 each embodiments of corresponding thermometers become known, the allow easy replacement of the temperature sensors.

Darüber hinaus sind zahlreiche, unterschiedliche Ausgestaltungen von Thermometern zur nicht invasiven Temperaturmessung bekannt geworden, wie beispielsweise in den Dokumenten US2016/0047697A1 , DE102005040699B3 , EP3230704B1 oder EP2038625B1 beschrieben.In addition, numerous different designs of thermometers for non-invasive temperature measurement have become known, for example in the documents US2016 / 0047697A1 , DE102005040699B3 , EP3230704B1 or EP2038625B1 described.

Eine zentrale Problematik bei der nicht invasiven Temperaturbestimmung stellt die Wärmeableitung vom Prozess an die Umgebung dar. Diese sorgt für einen deutlich höheren Messfehler als im Falle einer direkten Einbringung des jeweiligen Temperatursensors in den Prozess.A central problem with non-invasive temperature determination is the dissipation of heat from the process to the environment. This ensures a significantly higher measurement error than in the case of direct introduction of the respective temperature sensor into the process.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe, ein Thermometer zur nicht invasiven Temperaturmessung bereitzustellen, welches sich durch eine hohe Messgenauigkeit auszeichnet.It is therefore the object of the invention to provide a thermometer for non-invasive temperature measurement which is characterized by a high level of measurement accuracy.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch das System nach Anspruch 12.This object is achieved by the device according to claim 1 and by the system according to claim 12.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Temperatur eines Mediums in einem Behältnis, umfassend einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur und ein Verbindungselement, welches mit dem Behältnis stoffschlüssig verbindbar ist.With regard to the device, the object on which the invention is based is achieved by a device for determining and / or monitoring a temperature of a medium in a container, comprising a temperature sensor for detecting the temperature and a connecting element which can be materially connected to the container.

Bei dem Behältnis handelt es sich beispielsweise um einen Behälter, Container oder um eine Rohrleitung. Die Vorrichtung wird von einem äußeren Bereich des Behältnisses mit dem Behältnis in thermischen Kontakt gebracht. Die Temperatur des Mediums wird demnach über eine Wandung des Behältnisses und über das Verbindungselement indirekt bestimmt.The receptacle is, for example, a container, a container or a pipeline. The device is brought into thermal contact from an outer region of the container with the container. The temperature of the medium is accordingly determined indirectly via a wall of the container and via the connecting element.

Die Vorrichtung kann optional weiterhin über eine Elektronik verfügen. Alternativ kann die Elektronik auch eine separate, mit der Vorrichtung verbindbare, Komponente sein. Dem Temperatursensor ist vorteilhaft zumindest ein Anschlussdraht zur elektrischen Kontaktierung zugeordnet, welcher beispielsweise ebenfalls zumindest abschnittsweise durch die Hülse geführt sein kann.The device can optionally also have electronics. Alternatively, the electronics can also be a separate component that can be connected to the device. The temperature sensor is advantageously assigned at least one connection wire for electrical contacting, which, for example, can also be passed through the sleeve at least in sections.

Durch die stoffschlüssige Verbindung des Verbindungselements mit der Rohrleitung kann vorteilhaft ein reproduzierbarer thermischer Kontakt zwischen der Vorrichtung und dem Behältnis gewährleistet werden. Insbesondere können Luftspalte, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheiten und/oder Geometrien des Verbindungselements und des Behältnisses, vermieden werden. Dies verbessert die Ansprechzeit eines erfindungsgemäßen Thermometers und verbessert ebenfalls die Messgenauigkeit.The material connection of the connecting element to the pipeline can advantageously ensure a reproducible thermal contact between the device and the container. In particular, air gaps, for example due to different surface properties and / or geometries of the connecting element and the container, can be avoided. This improves the response time of a thermometer according to the invention and also improves the measurement accuracy.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beinhaltet, dass die stoffschlüssige Verbindung mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere mittels eines Schweißverfahrens ohne Verwendung von Zusatzwerkstoffen, herstellbar ist. Ein Vorteil bei einer Schweißung ist unter anderem darin zu sehen, dass neben den beiden zu verschweißenden Bauteilen keine weiteren Materialen zur Herstellung der Verbindung, wie es beispielsweise beim Löten der Fall ist, erforderlich sind. So weist eine Schweißnaht keine Trennschichten aus anderen Materialien auf. Die Folge ist ein sehr guter thermischer Kontakt und eine gute Wärmeleitung von dem sich in dem Behältnis befindenden Medium zu dem Temperatursensor.One embodiment of the present invention includes that the material connection can be produced by means of a welding process, in particular by means of a welding process without the use of additional materials. One advantage of welding is, among other things, that, apart from the two components to be welded, no other materials are required to produce the connection, as is the case, for example, with soldering. A weld seam does not have any separating layers made of other materials. The result is very good thermal contact and good heat conduction from the medium in the container to the temperature sensor.

Bei dem Schweißverfahren handelt es sich um ein Fügeverfahren unter Anwendung von Wärme und/oder Druck. Bevorzugt kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bolzenschweißverfahren, bei welchem zwischen einer Stirnfläche eines Bolzens und dem jeweiligen Werkstück, hier dem Verbindungselement und dem Behältnis, ein Lichtbogen gezündet wird, zum Einsatz. Aber auch andere Schweißverfahren, insbesondere Reibschweißverfahren, bei denen mechanische Energie, insbesondere Rotationsenergie, in thermische Energie umgewandelt wird, kommen in Frage und fallen unter die vorliegende Erfindung. Reibschweißverfahren zeichnen sich beispielsweise vorteilhaft durch einen geringen Wärmeeintrag aus.The welding process is a joining process using heat and / or pressure. In the context of the present invention, a stud welding process is preferably used in which an arc is ignited between an end face of a stud and the respective workpiece, here the connecting element and the container. However, other welding processes, in particular friction welding processes, in which mechanical energy, in particular rotational energy, is converted into thermal energy, are possible and fall under the present invention. Friction welding processes are, for example, advantageously characterized by a low heat input.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass ein Endbereich des Verbindungselement zumindest teilweise einen gegenüber einem mittleren Bereich des Verbindungselement reduzierten Außendurchmesser aufweist. Eine solche Ausgestaltung des Verbindungselement ist insbesondere in Zusammenhang mit einem Bolzenschweißverfahren von Vorteil. Wird ein anderes Schweißverfahren, insbesondere ein Reibschweißverfahren, angewendet, so kann eine andersartige Ausgestaltung des Endbereichs des Verbindungselement zweckdienlicher und vorteilhafter sein.Another embodiment includes that an end region of the connecting element at least partially has an outer diameter that is reduced compared to a central region of the connecting element. Such a configuration of the connecting element is particularly advantageous in connection with a stud welding process. If another welding process, in particular a friction welding process, is used, a different configuration of the end region of the connecting element can be more expedient and advantageous.

Noch eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Temperatursensor um ein Widerstandselement oder um ein Thermoelement handelt.Yet another embodiment includes that the temperature sensor is a resistance element or a thermocouple.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Temperatursensor in das Verbindungselement eingebracht. Beispielswiese kann der Temperatursensor in das Verbindungselement, insbesondere im Bereich eines Innenvolumens des Verbindungselements, eingeklebt oder eingelötet sein. Das Verbindungselement wird dann mit dem Temperatursensor stoffschlüssig mit dem Behältnis verbunden.In a particularly preferred embodiment, the temperature sensor is introduced into the connecting element. For example, the temperature sensor can be glued or soldered into the connecting element, in particular in the area of an inner volume of the connecting element. The The connecting element is then cohesively connected to the container with the temperature sensor.

Es ist in dieser Hinsicht von Vorteil, wenn das Verbindungselement zumindest abschnittsweise als Schutzrohr für den Temperatursensor dient.In this regard, it is advantageous if the connecting element serves as a protective tube for the temperature sensor, at least in sections.

Eine andere besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Temperatursensor an das Verbindungselement anbringbar ist. Insbesondere kann der Temperatursensor lösbar an das Verbindungselement anbringbar sein.Another particularly preferred embodiment provides that the temperature sensor can be attached to the connecting element. In particular, the temperature sensor can be detachably attachable to the connecting element.

In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn der Temperatursensor in ein Halteelement eingebracht ist, welches, insbesondere lösbar, mit dem Verbindungsstück verbindbar ist. Mittels des Halteelements lässt sich auf besonders einfache Art und Weise eine Verbindung mit dem Verbindungselement realisieren.In this regard, it is advantageous if the temperature sensor is introduced into a holding element which, in particular, can be detachably connected to the connecting piece. A connection to the connecting element can be implemented in a particularly simple manner by means of the holding element.

Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn die Vorrichtung Befestigungsmittel zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen dem Temperatursensor und dem Verbindungsstück umfasst.It is also advantageous if the device comprises fastening means for producing a detachable connection between the temperature sensor and the connecting piece.

Bevorzugt umfassen die Befestigungsmittel zumindest zwei zueinander komplementäre Gewinde, oder ein Klemmelement. Im Falle zweier zueinander komplementärer Gewinde kann beispielsweise das Verbindungselement über ein Gewinde verfügen, während der Temperatursensor oder ggf. das Halteelement mit einem zweiten Gewinde versehen ist. Bei einem Klemmelement wiederum kann das Klemmelement beispielsweise an dem Temperatursensor oder ggf. dem Halteelement angeordnet sein.The fastening means preferably comprise at least two mutually complementary threads or a clamping element. In the case of two mutually complementary threads, for example, the connecting element can have a thread, while the temperature sensor or possibly the holding element is provided with a second thread. In the case of a clamping element, in turn, the clamping element can be arranged, for example, on the temperature sensor or possibly the holding element.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Verbindungselement um einen Schweißbolzen, einen Voll- oder Hohlzylinder, oder einen Steckverbinder handelt. Bevorzugt ist das Verbindungselement aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und/oder derart ausgestaltet, dass es mit dem Behältnis stoffschlüssig verbindbar ist.Another preferred embodiment includes that the connecting element is a welding stud, a solid or hollow cylinder, or a plug connector. The connecting element is preferably made from a metallic material and / or designed in such a way that it can be connected to the container in a materially bonded manner.

Schließlich umfasst eine Ausgestaltung, dass die Vorrichtung eine Einheit aufweist, welche ein Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit umfasst, und welche zumindest teilweise in einem Innenvolumen des Verbindungselements angeordnet ist. In diesem Zusammenhang sei auf die deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE102017100267A1 verwiesen, auf welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung vollumfänglich Bezug genommen wird.Finally, one embodiment comprises that the device has a unit which comprises a material with anisotropic thermal conductivity and which is at least partially arranged in an inner volume of the connecting element. In this context, refer to the German patent application with the file number DE102017100267A1 referenced, to which reference is made in full in the context of the present invention.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein System zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Temperatur eines Mediums in einem Behältnis umfassend ein Behältnis, in welchem sich das Medium befindet, einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur, und ein Verbindungselement, welches mit dem Behältnis stoffschlüssig verbunden ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Behältnis um einen Rohrleitungsabschnitt handeln, welcher in ein bestehendes Rohrleitungssystem einbringbar ist.The object on which the invention is based is also achieved by a system for determining and / or monitoring a temperature of a medium in a container, comprising a container in which the medium is located, a temperature sensor for detecting the temperature, and a connecting element which is connected to the container is firmly connected. For example, the container can be a pipe section which can be introduced into an existing pipe system.

Es sei darauf verwiesen, dass sich die in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Ausgestaltung mutatis mutandis auch auf das erfindungsgemäße System anwendbar sind und umgekehrt.It should be pointed out that the configuration described in connection with the device according to the invention can also be applied mutatis mutandis to the system according to the invention and vice versa.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

1: ein Thermometer zur nicht invasiven Temperaturmessung nach Stand der Technik;
2: mögliche Ausgestaltungen für ein erfindungsgemäßes Verbindungselement;
3: eine erste Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Thermometer mit einem in das Verbindungselement eingebrachten Temperatursensor;
4: eine zweite Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Thermometer mit einem in ein Halteelement integrierten Temperatursensor;
5: verschiedene Ausgestaltungen für ein erfindungsgemäßes Thermometer mit Befestigungsmitteln zur Befestigung des Thermometers mit dem Verbindungsstück;
6 verschiedene Ausgestaltungen für eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Thermometers mit einem in ein Halteelement integriertem Temperatursensor, und
7: eine Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Thermometer unter Verwendung einer Einheit aus einem Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit.

The invention is explained in more detail with the aid of the following figures. It shows:

1 : a thermometer for non-invasive temperature measurement according to the state of the art;
2 : possible configurations for a connecting element according to the invention;
3 : a first embodiment for a thermometer according to the invention with a temperature sensor introduced into the connecting element;
4th : a second embodiment for a thermometer according to the invention with a temperature sensor integrated in a holding element;
5 : various configurations for a thermometer according to the invention with fastening means for fastening the thermometer to the connecting piece;
6th various configurations for a further configuration of a thermometer according to the invention with a temperature sensor integrated in a holding element, and
7th : an embodiment for a thermometer according to the invention using a unit made of a material with anisotropic thermal conductivity.

In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.In the figures, the same elements are provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 gemäß Stand der Technik mit einem Messeinsatz 3 und einer Elektronik 4 gezeigt. Das Thermometer 1 dient der Erfassung der Temperatur T eines Mediums M, welches sich in einem Behältnis 2, hier in Form einer Rohrleitung, befindet. Zu diesem Zweck ragt das Thermometer 1 nicht in die Rohrleitung 2 hinein, sondern ist vielmehr zur nicht invasiven Temperaturbestimmung von außen auf eine Wandung W der Rohrleitung 2 aufgesetzt.In 1 is a schematic illustration of a thermometer 1 according to the state of the art with a measuring insert 3 and electronics 4th shown. The thermometer 1 is used to record the temperature T of a medium M. , which is in a container 2 , here in the form of a pipeline. For this purpose, the thermometer protrudes 1 not in the pipeline 2 into it, but is rather for non-invasive temperature determination from the outside on a wall W of the pipeline 2 put on.

Der Messeinsatz 3 umfasst einen Temperatursensor 5, welcher im vorliegenden Fall ein temperatursensitives Element in Form eines Widerstandselements umfasst. Der Temperatursensor 5 ist über die Anschlussleitungen 6a, 6b elektrisch kontaktiert und mit der Elektronik 4 verbunden. Während das gezeigte Thermometer 1 in kompakter Bauweise mit integrierter Elektronik 4 ausgeführt ist, kann bei anderen Thermometern 1 die Elektronik 4 auch separat von dem Messeinsatz 3 angeordnet sein. Auch muss es sich bei dem Temperatursensor 5 nicht notwendigerweise um ein Widerstandselement handeln und die Anzahl der verwendeten Anschlussleitungen 6 muss nicht notwendigerweise zwei betragen. Vielmehr kann die Anzahl der Anschlussleitungen 6 je nach angewendetem Messprinzip und verwendetem Temperatursensor 5 passend gewählt werden.The measuring insert 3 includes a temperature sensor 5 , which in the present case comprises a temperature-sensitive element in the form of a resistance element. The temperature sensor 5 is electrically contacted via the connecting lines 6a, 6b and with electronics 4th connected. While the thermometer shown 1 in a compact design with integrated electronics 4th can be done with other thermometers 1 the Electronic 4th also separately from the measuring insert 3 be arranged. It must also be with the temperature sensor 5 not necessarily a resistance element and the number of connection lines used 6th does not necessarily have to be two. Rather, the number of connection lines 6th depending on the measuring principle used and the temperature sensor used 5 be chosen appropriately.

Wie bereits dargelegt, hängt die Messgenauigkeit eines solchen nichtinvasiven Thermometers 1 in hohem Maße von den jeweiligen Materialien und, insbesondere thermischen, Kontaktierungen, insbesondere im Bereich des Temperatursensors 5 ab. Der Temperatursensor 5 steht mittelbar, d.h. über den Messeinsatz 3 und über die Wandung W, mit dem Medium M in thermischem Kontakt. Eine große Rolle spielt in diesem Zusammenhang auch eine mögliche Wärmeleitung vom Medium M an die UmgebungAs already stated, the measurement accuracy of such a non-invasive thermometer depends 1 to a large extent on the respective materials and, in particular thermal, contacts, in particular in the area of the temperature sensor 5 from. The temperature sensor 5 stands indirectly, ie via the measuring insert 3 and over the wall W, with the medium M. in thermal contact. Possible heat conduction from the medium also plays a major role in this context M. to the environment

Um diesen Problematiken geeignet zu begegnen, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verbindungselement 7 verwendet, welches stoffschlüssig mit dem jeweiligen Behältnis 2 bzw. mit einer Wandung W des Behältnisses 2 verbindbar ist. Auf diese Weise kann ein reproduzierbarer thermischer Kontakt zwischen dem Behältnis 2 und dem Thermometer 1 gewährleistet werden.In order to counter these problems in a suitable manner, a connecting element is used within the scope of the present invention 7th used, which cohesively with the respective container 2 or with a wall W of the container 2 is connectable. In this way, a reproducible thermal contact between the container 2 and the thermometer 1 guaranteed.

In 2 sind verschiedene Ausgestaltungen für ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 7 dargestellt. Beispielsweise kann das Verbindungselement 7 als Schweißbolzen, hier in Form eines Vollzylinders, ausgestaltet sein (2a, 2e). Aber auch Ausgestaltungen in Form eines Hohlzylinders (2b) oder in Form von Steckverbindern (2c, 2d) sind denkbar. Es sei darüber hinaus darauf verwiesen, dass die hier gezeigten bevorzugten Ausgestaltungen für das Verbindungselement 7 lediglich beispielhaft zu verstehen sind und dass noch zahlreiche weitere Ausgestaltungen denkbar sind und unter die vorliegende Erfindung fallen.In 2 are different configurations for a connecting element according to the invention 7th shown. For example, the connecting element 7th be designed as a welding stud, here in the form of a full cylinder ( 2a , 2e) . But also designs in the form of a hollow cylinder ( 2 B) or in the form of connectors ( 2c , 2d ) are conceivable. It should also be pointed out that the preferred configurations shown here for the connecting element 7th are only to be understood as examples and that numerous other configurations are conceivable and fall under the present invention.

In einem Endbereich E weisen die Verbindungselemente 7 aus 2 jeweils abschnittsweise einen gegenüber einem mittleren Bereich des jeweiligen Verbindungselements 7 reduzierten Außendurchmesser auf. Dieser Endbereich E dient jeweils zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem jeweiligen Behältnis 2. Bei den Ausgestaltungen der Endbereiche E gemäß der Figuren 2a-2d sind die Endbereiche derart ausgestaltet, dass sie jeweils mit einer Spitze 8 mit geringem Außendurchmesser abschließen. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich besonders bevorzugt für die Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung mittels eines Bolzenschweißverfahrens. Bei der Ausgestaltung gemäß 2e ist der Endbereich E dagegen kegelstumpfförmig ausgestaltet. Eine derartige Variante eignet sich wiederum bevorzugt in Zusammenhang mit einem Reibschweißverfahren. Die Verbindungselemente aus 2a und 2e weisen ferner eine Nut 9 auf, die optional ist, und hier jeweils als Gewindefreistich dient.In one end area E. show the fasteners 7th out 2 in each case one section in relation to a central area of the respective connecting element 7th reduced outer diameter. This end area E. each serves to establish a material connection with the respective container 2 . In the design of the end areas E. according to the figures 2a-2d the end regions are designed in such a way that they each have a point 8th finish with a small outer diameter. Such a configuration is particularly suitable for the production of an integral connection by means of a stud welding process. When designing according to 2e is the end area E. in contrast, designed in the shape of a truncated cone. Such a variant is again preferably suitable in connection with a friction welding process. The fasteners off 2a and 2e also have a groove 9 which is optional and serves here as a thread undercut.

Die Befestigung des Temperatursensors 5 an oder in dem Verbindungselement 7 erfolgt jeweils in Abhängigkeit der jeweiligen Ausgestaltung des Verbindungselements 7. Im Falle eines als Hohlzylinders ausgestalteten Verbindungselements 7 (2b) kann der Temperatursensor 5 beispielsweise auf einfache Weise in ein Innenvolumen V_i des Verbindungselements 7 eingebbracht werden. Andernfalls kann er auf zahlreiche unterschiedliche Arten und Weisen an dem Verbindungselement 7 angebracht, beispielsweise darauf aufgesteckt, werden (2c, 2d). Einige bevorzugte, beispielhafte Varianten für entsprechende Thermometer 1 sind in den nachfolgenden Figuren angegeben.The fastening of the temperature sensor 5 on or in the connecting element 7th takes place depending on the respective configuration of the connecting element 7th . In the case of a connecting element designed as a hollow cylinder 7th ( 2 B) can the temperature sensor 5 for example in a simple manner in an internal volume V _i of the connecting element 7th be brought in. Otherwise, it can be attached to the connecting element in a number of different ways 7th attached, for example attached to it, ( 2c , 2d ). Some preferred, exemplary variants for corresponding thermometers 1 are given in the following figures.

In 3 umfasst die Vorrichtung 1 ein Verbindungselement 7 wie in 2b dargestellt und einen Temperatursensor 5, welcher im Innenvolumen Vi des Verbindungselements 7 an dem Verbindungselement 7 befestigt ist. Der Temperatursensor 5 kann beispielsweise in das Verbindungselement 7 eingeklebt oder eingelötet sein. Der Temperatursensor 5 ist über die Anschlussleitungen 6 elektrisch kontaktiert, welche aus dem Verbindungselement 7 herausgeführt werden. Im Endbereich E ist eine stoffschlüssige Verbindung 10 mit einem Behältnis 2 herstellbar, wie in 3b dargestellt. Die Vorrichtung 1 kann auch Teil eines Systems 11 sein, welches die den Temperatursensor 1, das Verbindungselement 7 und ein Behältnis 2, beispielsweise in Form eines Rohrleitungsabschnitts, umfasst.In 3 comprises the device 1 a fastener 7th as in 2 B shown and a temperature sensor 5 , which in the inner volume Vi of the connecting element 7th on the connecting element 7th is attached. The temperature sensor 5 can for example in the connecting element 7th be glued in or soldered in. The temperature sensor 5 is via the connecting cables 6th electrically contacted, which from the connecting element 7th be led out. In the end area E. is a material bond 10 with a container 2 manufacturable, as in 3b shown. The device 1 can also be part of a system 11 be which the the temperature sensor 1 , the connecting element 7th and a container 2 , for example in the form of a pipe section.

Alternativ kann auch ein den Temperatursensor 5 enthaltener Messeinsatz 3 in das Innenvolumen V_i des Verbindungselements 7 eingebracht werden [hier nicht dargestellt]. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung kann bei einer Einbringung des Temperatursensors 5 in das Innenvolumen V_i des Verbindungselements 7 das Verbindungselement 7 als Schutzrohr für den Temperatursensor 5 dienen.Alternatively, the temperature sensor 5 included measuring insert 3 into the interior volume V _i of the connecting element 7th be introduced [not shown here]. Regardless of the specific configuration, when the temperature sensor is introduced 5 into the interior volume V _i of the connecting element 7th the connecting element 7th as a protective tube for the temperature sensor 5 to serve.

Bei der Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Thermometers 1 gemäß 4 ist das Verbindungselement in Form eines Vollzylinders, wie in 2a dargestellt, ausgestaltet. Der Temperatursensor 5 und die Anschlussleitungen 6 sind an einem Halteelement 12 angeordnet, welches kappenförmig ausgestaltet und an das Verbindungselement anbringbar ist. 4a zeigt ein entsprechendes Thermometer 1 und 4b zeigt dasselbe Thermometer in einem stoffschlüssig mit einem Behältnis 2 in Form einer Rohrleitung verbundenen Zustand. Wieder kann auch ein System 11 umfassend einen Temperatursensor 5, ein Verbindungselement 7 und ein Behältnis 2 bereitgestellt werden.When designing a thermometer according to the invention 1 according to 4th is the connecting element in the form of a solid cylinder, as in 2a shown, designed. The temperature sensor 5 and the connecting cables 6th are on a holding element 12th arranged, which is cap-shaped and attachable to the connecting element. 4a shows a corresponding thermometer 1 and 4b shows the same thermometer in a materially bonded with a container 2 in Shape of a pipeline connected state. Again, a system can 11 comprising a temperature sensor 5 , a fastener 7th and a container 2 to be provided.

Bei den beiden in 5 dargestellten Varianten für ein erfindungsgemäßes Thermometer 1 sind die Verbindungselemente 7 jeweils stoffschlüssig 10 mit dem Behältnis 2 verbunden. Die Vorrichtungen 1 umfassen jeweils Befestigungsmittel 13 in Form zweier zueinander komplementärer Gewinde 14, jeweils mit einem Außengewinde und einem Innengewinde. Für die Ausgestaltung gemäß 5a befindet sich im Bereich des Verbindungselements 7 das jeweilige Außengewinde, im Falle der 5b weist das Verbindungselement 7 ein Innengewinde auf.With the two in 5 shown variants for a thermometer according to the invention 1 are the connecting elements 7th each cohesively 10 with the container 2 connected. The devices 1 each include fasteners 13th in the form of two mutually complementary threads 14th , each with an external thread and an internal thread. For the design according to 5a is located in the area of the connecting element 7th the respective external thread, in the case of 5b has the connecting element 7th an internal thread.

Bei der in 6 gezeigten Vorrichtung 1 ist der Temperatursensor 1 in ein Halteelement 12 eingebracht, welches über Befestigungsmittel 13 in Form eines Klemmelements 15 verfügt (6a). Das Verbindungselement 7 ist in Form eines Steckverbinders, wie in 2d dargestellt, ausgestaltet (6b). Der Temperatursensor 5 kann mittels des Halteelements 12 lösbar an dem Verbindungselement 7 befestigt werden.At the in 6th device shown 1 is the temperature sensor 1 in a holding element 12th introduced, which via fasteners 13th in the form of a clamping element 15th has ( 6a) . The connecting element 7th is in the form of a connector, as in 2d illustrated, designed ( 6b) . The temperature sensor 5 can by means of the holding element 12th releasably on the connecting element 7th attached.

Die Vorrichtung 1 kann schließlich zusätzlich eine Einheit 16 aufweisen, welche ein Material mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit umfasst, wie in 7 illustriert. In 7a ist ein Messeinsatz 3 mit einem hier nicht dargestellten Temperatursensor 5 und Anschlussleitungen 6 gezeigt, welcher in ein Innenvolumen V_i eines als Hohlzylinder ausgestalteten Verbindungselements 7, wie in 2a ausgestaltet, einbringbar ist (7b). Zusätzlich ist in das Innenvolumen V_i die Einheit 16 einbringbar, welche hier beispielhaft in Form einer Graphitfolie ausgestaltet ist. Die Einheit 16 dient der Wärmeumverteilung im Innenvolumen Vi des Verbindungselements 7. Durch Verwendung der Einheit 16 kann entsprechend eine homogene Temperaturverteilung im Bereich des Temperatursensor 5, welcher im in das Verbindungselement 7 eingebrachten Zustand von der Einheit 16 umgeben ist, gewährleistet werden (7c).The device 1 can finally add a unit 16 comprising a material having anisotropic thermal conductivity, as in FIG 7th illustrated. In 7a is a measuring insert 3 with a temperature sensor not shown here 5 and connecting cables 6th shown, which in an interior volume V _i a connecting element designed as a hollow cylinder 7th , as in 2a designed, can be brought in ( 7b) . In addition, is in the interior volume V _i the unit 16 can be introduced, which is configured here, for example, in the form of a graphite foil. The unit 16 serves to redistribute heat in the interior volume Vi of the connecting element 7th . By using the unit 16 can accordingly achieve a homogeneous temperature distribution in the area of the temperature sensor 5 which im in the connector 7th brought in by the unit 16 is surrounded, guaranteed ( 7c ).

Abschließend sei darauf verwiesen, dass neben den hier gezeigten Ausgestaltungen zahlreiche weitere Varianten denkbar sind und unter die vorliegende Erfindung fallen. Bei dem Behältnis 2 handelt es sich beispielsweise nicht zwingend um eine Rohrleitung. Vielmehr können auch Behälter, Container oder andere Arten von Behältnissen 2 verwendet werden. Der Temperatursensor 5 muss beispielsweise auch nicht notwendigerweise als Widerstandselement ausgestaltet sein. Vielmehr sind auch Temperatursensoren 5 in Form von Thermoelementen oder auch andere Arten von Temperatursensoren 5 denkbar. Bei allen dargestellten Varianten ist ferner auch eine Ausgestaltung als System 11 mit Vorrichtung 1 und Behältnis 2 denkbar.Finally, it should be pointed out that in addition to the configurations shown here, numerous other variants are conceivable and fall under the present invention. With the container 2 it is not necessarily a pipeline, for example. Rather, containers, containers or other types of receptacles can also be used 2 be used. The temperature sensor 5 does not necessarily have to be designed as a resistance element, for example. Rather, there are also temperature sensors 5 in the form of thermocouples or other types of temperature sensors 5 conceivable. In all of the variants shown, there is also an embodiment as a system 11 with device 1 and container 2 conceivable.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Vorrichtungcontraption
22: Behältniscontainer
33: MesseinsatzMeasuring insert
44th: Elektronikelectronics
55: TemperatursensorTemperature sensor
66th: AnschlussdrähteConnecting wires
77th: VerbindungselementConnecting element
88th: Spitzetop
99: NutGroove
1010: Stoffschlüssige VerbindungCohesive connection
1111: Systemsystem
1212th: HalteelementRetaining element
1313th: BefestigungsmittelFasteners
1414th: Gewindethread
1515th: KlemmelementClamping element
1616: Einheit unit
MM.: Mediummedium
TT: Temperaturtemperature
EE.: EndbereichEnd area
V_i V _i: InnenvolumenInternal volume

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014118206 A1 [0007]
DE 102015113237 A1 [0007]
US 5382093 [0008]
EP 18198608 [0008]
US 2016/0047697 A1 [0009]
DE 102005040699 B3 [0009]
EP 3230704 B1 [0009]
EP 2038625 B1 [0009]
DE 102017100267 A1 [0028]

Claims

Device (1) for determining and / or monitoring a temperature of a medium (M) in a container (2), comprising: a temperature sensor (5) for detecting the temperature, and a connecting element (7) which can be cohesively connected (10) to the container (2).

Device (1) according to Claim 1 , wherein the material connection (10) can be produced by means of a welding process.

Device (1) according to Claim 1 or 2 wherein an end region (E) of the connecting element (7) at least partially has an outer diameter that is reduced compared to a central region of the connecting element (7).

Device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the temperature sensor (5) comprises at least one resistance element or a thermocouple.

Device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the temperature sensor (5) is introduced into the connecting element (7).

Device (1) according to Claim 5 wherein the connecting element (7) serves at least in sections as a protective tube for the temperature sensor (5).

Device (1) according to at least one of the Claims 1 - 4th , wherein the temperature sensor (5) can be attached to the connecting element (7).

Device (1) according to Claim 7 , the temperature sensor (5) being introduced into a holding element (12) which can be connected, in particular releasably, to the connecting element (7).

Device (1) according to Claim 7 or 8th , comprising fastening means (13) for producing a detachable connection between the temperature sensor (5) and the connecting element (7).

Device (1) according to Claim 9 wherein the fastening means (13) comprise at least two mutually complementary threads (14) or a clamping element (15).

Device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the connecting element (7) is a welding stud, a solid or hollow cylinder, or a plug connector.

Device (1) according to at least one of the preceding claims, comprising a unit (16) which comprises a material with anisotropic thermal conductivity and which is at least partially arranged in an inner volume (Vi) of the connecting element (7).

System for determining and / or monitoring a temperature of a medium (M) in a container (2) comprising: a container (2) in which the medium (M) is located, a temperature sensor (5) for detecting the temperature, and a connecting element (7) which is materially connected to the container (2).