DE102021104758A1

DE102021104758A1 - Temperature measuring device for measuring the temperature of a cylindrical body

Info

Publication number: DE102021104758A1
Application number: DE102021104758.7A
Authority: DE
Inventors: Patrick Sonntag
Original assignee: SONTEC SENSORBAU GmbH
Current assignee: SONTEC SENSORBAU GmbH
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-01

Abstract

Temperaturmessvorrichtung (10) zur Messung der Temperatur eines zylindrischen Körpers (12), mit einer als Folie ausgebildeten flexiblen Leiterplatte (14), die dazu ausgebildet ist, sich an eine Außenfläche (18) des zylindrischen Körpers (12),anzuschmiegen, wobei die flexible Leiterplatte eine Kontaktfläche (16) zum Kontaktieren der Außenfläche bildet, mindestens einem auf der flexiblen Leiterplatte angeordneten elektrischen Temperatursensorchip (20), einer Schnittstelle (24) zum elektrischen Kontaktieren des Temperatursensorchips, von der Leiterplatte getragene elektrische Leiterbahnen (22), die den Temperatursensorchip mit der Schnittstelle verbinden und sich parallel zu der Kontaktfläche erstrecken, und mindestens eine erste thermische Isolierung (26), die zumindest teilweise neben der Kontaktfläche (16) oder der Kontaktfläche (16) gegenüberliegend angeordnet ist und eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 0,05 W/m*K aufweist.Temperature measuring device (10) for measuring the temperature of a cylindrical body (12), with a flexible printed circuit board (14) designed as a film, which is designed to nestle against an outer surface (18) of the cylindrical body (12), the flexible printed circuit board forms a contact surface (16) for contacting the outer surface, at least one electrical temperature sensor chip (20) arranged on the flexible printed circuit board, an interface (24) for making electrical contact with the temperature sensor chip, electrical conductor tracks (22) carried by the printed circuit board and connecting the temperature sensor chip with of the interface and extend parallel to the contact surface, and at least one first thermal insulation (26) which is arranged at least partially next to the contact surface (16) or opposite the contact surface (16) and a thermal conductivity of at most 0.05 W/m *K has.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines zylindrischen Körpers, wie zum Beispiel eines Rohres.The invention relates to a device for measuring the temperature of a cylindrical body, such as a pipe.

Die Messung der Temperatur von Rohrleitungen ist insbesondere bei Rohren von Bedeutung, mit denen ein Fluid mit besonders hohen oder besonders niedrigen Temperaturen transportiert wird oder deren Temperatur gesteuert oder überwacht werden muss. Typische Anwendungsbereiche sind industrielle Arbeits- oder Fertigungsprozesse.The measurement of the temperature of pipelines is particularly important for pipes that transport a fluid with particularly high or particularly low temperatures or whose temperature must be controlled or monitored. Typical areas of application are industrial work or manufacturing processes.

Regelmäßig wird die Temperatur der Rohroberfläche gemessen, aber für den Prozess relevant ist die nicht bekannte Temperatur des im Rohr befindlichen Fluides. Besonders störend sind zur Ermittlung einer genügend genauen Temperatur des Fluides:

i. die Wärmeableitungen innerhalb einer Temperaturmessvorrichtung zwischen der Oberfläche des zu messenden Rohres und der Umgebung
ii. und auch die Wärmeableitungen zwischen der von der Temperaturmessvorrichtung bedeckten Teilfläche des Rohres und der nicht bedeckten Rohrabschnitte, welche einer direkten Wärmefortleitung in die Umgebung unterliegen.

The temperature of the pipe surface is measured regularly, but the unknown temperature of the fluid in the pipe is relevant for the process. The following are particularly disruptive when determining a sufficiently precise temperature of the fluid:

i. the heat dissipation within a temperature measuring device between the surface of the pipe to be measured and the environment
ii. and also the heat dissipation between the partial area of the pipe covered by the temperature measuring device and the uncovered pipe sections, which are subject to direct heat conduction into the environment.

Zur Temperaturmessung werden üblicherweise Temperatursensorchips, NTC-Sensoren oder PTCSensoren (z.B. Platinsensoren), aber auch Temperaturhalbleitersensoren (temperaturabhängiger Widerstand, aber auch aktiv mit digitaler Schnittstelle zum Auslesen der Temperatur mittels eines Mikroprozessors) eingesetzt, die einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweisen. Durch Messen des elektrischen Widerstands kann so die Temperatur der Rohrleitung gemessen werden. Der NTC-Sensor wird typischerweise außen an der Rohrleitung angebracht. Die zur Messung des elektrischen Widerstands erforderlichen elektrischen Leitungen werden meist in Radialrichtung nach außen von der Rohrleitung fortgeführt. Eine solche Temperaturmessvorrichtung ist beispielweise in DE 10 2005 040 699 B3 beschrieben.Temperature sensor chips, NTC sensors or PTC sensors (e.g. platinum sensors) are usually used to measure temperature, but also temperature semiconductor sensors (temperature-dependent resistance, but also active with a digital interface for reading out the temperature using a microprocessor), which have a temperature-dependent electrical resistance. The temperature of the pipeline can thus be measured by measuring the electrical resistance. The NTC sensor is typically attached to the outside of the pipeline. The electrical lines required to measure the electrical resistance are usually continued in the radial direction outwards from the pipeline. Such a temperature measuring device is, for example, in DE 10 2005 040 699 B3 described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine platzsparende Temperaturmessvorrichtung bereitzustellen, die eine Messung der Temperatur eines zylindrischen Körpers mit hoher Genauigkeit ermöglicht.The object of the invention is to provide a space-saving temperature measuring device that enables the temperature of a cylindrical body to be measured with high accuracy.

Die erfindungsgemäße Temperaturmessvorrichtung wird definiert durch die Merkmale von Patentanspruch 1.The temperature measuring device according to the invention is defined by the features of patent claim 1.

Demnach weist die Temperaturmessvorrichtung eine als Folie ausgebildete flexible Leiterplatte auf, die dazu ausgebildet ist, sich an eine Außenfläche des zylindrischen Körpers anzuschmiegen, wobei die flexible Leiterplatte eine Kontaktfläche zum Kontaktieren der Außenfläche bildet. Auf der flexiblen Leiterplatte ist mindestens ein elektrischer Temperatursensorchip, z.B. in Form eines Thermistors oder eines SMD-Chips, angeordnet. Eine elektrische Schnittstelle ist zum elektrischen Kontaktieren des Temperatursensorchips vorgesehen. Die flexible Leiterplatte trägt elektrische Leiterbahnen, die den Temperatursensorchip mit der Schnittstelle verbinden und sich im Wesentlichen parallel zu der Kontaktfläche erstrecken. Mindestens eine erste thermische Isolierung ist vorgesehen, die zumindest im mit dem zylindrischen Körper verbundenen Zustand zumindest teilweise auf der der Kontaktfläche gegenüberliegenden Seite der flexiblen Leiterplatte angeordnet ist und eine Wärmeleitfähigkeit von maximal 0,05 W/m*K bei 40°C (nach EN ISO 12667) aufweist, bevorzugt maximal 0,03 W/m*K bei 25°C und besonders bevorzugt maximal 0,02 W/m*K bei 25 °C. Die thermische Isolierung kann als Isolierkörper oder als Isoliermaterial, zum Beispiel in pastöser Form, ausgebildet sein.Accordingly, the temperature measuring device has a flexible printed circuit board designed as a film, which is designed to cling to an outer surface of the cylindrical body, the flexible printed circuit board forming a contact surface for contacting the outer surface. At least one electrical temperature sensor chip, e.g. in the form of a thermistor or an SMD chip, is arranged on the flexible printed circuit board. An electrical interface is provided for electrically contacting the temperature sensor chip. The flexible printed circuit board carries electrical traces that connect the temperature sensor chip to the interface and extend essentially parallel to the contact area. At least one first thermal insulation is provided, which is at least partially arranged on the side of the flexible printed circuit board opposite the contact surface when it is connected to the cylindrical body and has a maximum thermal conductivity of 0.05 W/m*K at 40°C (according to EN ISO 12667), preferably at most 0.03 W/m*K at 25°C and particularly preferably at most 0.02 W/m*K at 25°C. The thermal insulation can be designed as an insulating body or as an insulating material, for example in pasty form.

Die flexible Leiterplatte ermöglicht es, den Temperatursensorchip in engem Kontakt zu der Rohrleitung zu positionieren und den für die elektrischen Leiterbahnen erforderlichen Raum dadurch zu reduzieren, dass die elektrischen Leiterbahnen von der flexiblen Leiterplatte parallel zu der Kontaktfläche getragen werden. Bei bekannten Temperaturmessvorrichtungen sind die elektrischen Leiterbahnen zum Kontaktieren des Temperatursensorchips und zur Widerstandsmessung des Temperatursensorchips - meist in Form herkömmlicher Kabel - radial nach außen von dem zylindrischen Körper fortgeführt und nehmen dadurch einen erheblichen Platz außerhalb des zylindrischen Körpers ein. Die Erfindung ermöglicht hingegen eine eng an dem zylindrischen Körper anliegende Messvorrichtung, bei der sich die Leiterbahnen an die Temperatur der Rohrleitung anpassen und so die Wärmefortleitung minimieren. Die Wärmefortleitung wird zudem durch die außen an der flexiblen Leiterplatte angeordnete thermische Isolierung reduziert, die vorzugsweise zwischen dem Temperatursensorchip und der elektrischen Schnittstelle angeordnet ist.The flex circuit allows the temperature sensor chip to be positioned in close contact with the tubing and reduces the space required for the electrical traces by supporting the electrical traces on the flex circuit parallel to the contact pad. In known temperature measuring devices, the electrical conductor tracks for contacting the temperature sensor chip and for measuring the resistance of the temperature sensor chip—usually in the form of conventional cables—are continued radially outwards from the cylindrical body and thus take up a considerable amount of space outside the cylindrical body. The invention, on the other hand, enables a measuring device that fits snugly against the cylindrical body, in which the conductor tracks adapt to the temperature of the pipeline and thus minimize heat conduction. The conduction of heat is also reduced by the thermal insulation arranged on the outside of the flexible printed circuit board, which is preferably arranged between the temperature sensor chip and the electrical interface.

Hierzu sind der Temperatursensorchip und die elektrischen Leiterbahnen vorzugsweise auf der der Kontaktfläche gegenüber liegenden Seite der flexiblen Leiterplatte ausgebildet und zwischen der flexiblen Leiterplatte und der Isolierung angeordnet, um dadurch die Wärmeableitung weiter zu reduzieren, eine platzsparende Anordnung zu schaffen und die Messgenauigkeit zu verbessern.For this purpose, the temperature sensor chip and the electrical conductor tracks are preferably formed on the opposite side of the flexible circuit board from the contact area and are arranged between the flexible circuit board and the insulation, thereby further reducing heat dissipation, creating a space-saving arrangement and improving the measurement accuracy.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die thermische Isolierung zumindest teilweise zwischen der Schnittstelle und der flexiblen Leiterplatte angeordnet ist. Dadurch wird die elektrische Schnittstelle vor den Temperaturen des zylindrischen Körpers geschützt und eine Wärmefortleitung von der Messteile am Temperatursensorchip über die elektrische Schnittstelle vermieden.In this case, it is advantageous if the thermal insulation is arranged at least partially between the interface and the flexible printed circuit board. This protects the electrical interface from the temperatures of the cylindrical body and prevents heat from being conducted away from the measuring parts on the temperature sensor chip via the electrical interface.

Die Dicke der Leiterplatte beträgt vorzugsweise weniger als 500 µm, besonders bevorzugt weniger als 200 µm, und insbesondere weniger als 150 µm, das heißt im Wesentlichen zwischen 100 µm und 200 µm. Zum Beispiel ist eine solche Leiterplatte typischerweise aus einer ersten Polyimidfolie von 10-50 µm, einer Schicht Klebstoff von ca. 20-50 µm, einer Kupfer-Leiterbahnschicht von ca. 10-70 µm, einer weiteren Schicht Klebstoff von ca. 10-50 µm und einer darüberliegenden zweiten Polyimidfolie von ebenfalls 10-50 µm aufgebaut. Die in das Sensorbauelement einzubringende Wärme muss also nur durch eine Folienstärke von max. 50 µm hindurchgeleitet werden, bevor diese dann von der sehr gut wärmeleitenden Kupferleiterbahn an das Sensorbauelement weitergegeben werden kann. Derartige Leiterplatten können insbesondere zumindest zu einem überwiegenden Anteil Polyimid aufweisen oder aus Polyimid gefertigt sein und sind besonders flexibel und ausreichend stabil sowie temperaturbeständig.The thickness of the printed circuit board is preferably less than 500 μm, particularly preferably less than 200 μm, and in particular less than 150 μm, that is to say essentially between 100 μm and 200 μm. For example, such a circuit board typically consists of a first polyimide film of 10-50 µm, a layer of adhesive of about 20-50 µm, a layer of copper conductors of about 10-70 µm, another layer of adhesive of about 10-50 µm µm and an overlying second polyimide film of also 10-50 µm. The heat to be introduced into the sensor component only has to be conducted through a film thickness of max. 50 µm before it can then be passed on to the sensor component by the copper conductor track, which conducts heat very well. Such printed circuit boards can in particular have at least a predominant proportion of polyimide or be made of polyimide and are particularly flexible and sufficiently stable and temperature-resistant.

Die elektrischen Leiterbahnen sind bevorzugt aus einem Kupfermaterial gefertigt oder bestehend, um die Temperatur des zylindrischen Körpers an den Temperatursensorchip weiterzuleiten und eine Wärmefortleitung zu minimieren sowie die Messgenauigkeit zu erhöhen. In Verbindung mit der äußeren thermischen Isolierung wird eine Wärmefortleitung durch die flexible Leiterplatte nach außen vermieden. Vielmehr ist die Wärmeübertragung von dem zylindrischen Grundkörper auf dem Temperatursensorchip verbessert.The electrical conductor tracks are preferably made of or consist of a copper material in order to pass on the temperature of the cylindrical body to the temperature sensor chip and to minimize heat conduction and to increase the measurement accuracy. In conjunction with the external thermal insulation, heat conduction through the flexible printed circuit board to the outside is avoided. Rather, the heat transfer from the cylindrical base body to the temperature sensor chip is improved.

Die Leiterbahnen verlaufen auf der flexiblen Leiterplatte zumindest im Bereich der Kontaktfläche, d. h. in dem sich direkt an die Rohroberfläche anschmiegenden Teil der flexiblen Leiterplatte, vorzugsweise in mehreren Kurven und besonders bevorzugt mäanderförmig. Bei einer solchen Anordnung ist die Länge der Leiterbahnen zwischen dem Temperatursensorchip und der elektrischen Schnittstelle in dem sich direkt an die Rohroberfläche anschmiegenden Teil der flexiblen Leiterplatte besonders groß ausgebildet, um den Wärmeübertrag zwischen dem zylindrischen Körper und den Leiterbahnen zu erhöhen und die Wärmefortleitung der zu messenden Rohroberflächentemperatur zur störenden Umgebungstemperatur im Schnittstellenbereich zu verringern. Die Kontakt-(Löt-)flächen zum Anbringen (Auflöten) des Sensorbauteils auf die Kupferleiterbahn sind besonders groß gewählt, damit ein möglichst großer Wärmestrom von der Kupferfläche in das Sensorbauteil ermöglicht wird.The conductor tracks run on the flexible printed circuit board at least in the area of the contact surface, i. H. in the part of the flexible printed circuit board that nestles directly against the tube surface, preferably in a number of curves and particularly preferably in a meandering shape. With such an arrangement, the length of the conductor tracks between the temperature sensor chip and the electrical interface in the part of the flexible printed circuit board that nestles directly against the pipe surface is particularly large in order to increase the heat transfer between the cylindrical body and the conductor tracks and the heat conduction of the to be measured Reduce tube surface temperature to disturbing ambient temperature in the interface area. The contact (soldering) surfaces for attaching (soldering) the sensor component to the copper conductor track are selected to be particularly large, so that the greatest possible heat flow from the copper surface into the sensor component is made possible.

Die thermische Isolierung ist vorteilhafterweise flexibel und/oder kompressibel ausgebildet und vorzugsweise aus einem geschäumten Kautschuk (z.B. EPDM, PUR, Silikon, FPM) gebildet. Dadurch kann die Temperaturmessvorrichtung in Verbindung mit der flexiblen Leiterplatte besonders gut an die Außenform des zylindrischen Körpers angepasst werden und beispielsweise um den zylindrischen Körper herum gelegt werden.The thermal insulation is advantageously designed to be flexible and/or compressible and is preferably formed from a foamed rubber (e.g. EPDM, PUR, silicone, FPM). As a result, the temperature measuring device, in conjunction with the flexible printed circuit board, can be adapted particularly well to the outer shape of the cylindrical body and can be placed around the cylindrical body, for example.

Die thermische Isolierung kann aus EPDM-Dämmschaum z.B. mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,04 W/m*K und einer Temperaturbeständigkeit bis 150°C bestehen oder diesen aufweisen. Dieses Material ist flexibel und ermöglicht ein gutes Anschmiegen an den zylindrischen Körper.The thermal insulation can consist of or have EPDM insulating foam, e.g. with a thermal conductivity of 0.04 W/m*K and a temperature resistance of up to 150°C. This material is flexible and allows a good clinging to the cylindrical body.

Die thermische Isolierung kann aus PIR-Hartschaum z.B. mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,023-0,026 W/m*K und einer Temperaturbeständigkeit bis 200°C bestehen oder diesen aufweisen.The thermal insulation can consist of PIR rigid foam, e.g. with a thermal conductivity of 0.023-0.026 W/m*K and a temperature resistance of up to 200°C or have this.

Die thermische Isolierung kann aus einer Aerogelmatte zum Beispiel in Form einer mit einem Aerogel gefüllten Glasfasermatte z.B. mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,018 W/m*K und einer Temperaturbeständigkeit bis 600°C bestehen oder diese aufweisen.The thermal insulation can consist of an airgel mat, for example in the form of a glass fiber mat filled with an aerogel, e.g. with a thermal conductivity of 0.018 W/m*K and a temperature resistance of up to 600°C, or can have this.

Die thermische Isolierung kann aus einem Vakuumpanel (VIP) z.B. mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,004 W/m*K und einer Temperaturbeständigkeit bis 100-130°C bestehen oder dieses aufweisen.The thermal insulation can consist of or have a vacuum panel (VIP), e.g. with a thermal conductivity of 0.004 W/m*K and a temperature resistance of up to 100-130°C.

Alternativ kann die thermische Isolierung aus evakuierter Kieselsäure gefertigt sein, um eine besonders gute Isolierwirkung zu erzielen. Kieselsäure lässt sich gut an vorgegebene Formen anpassen, um die Form der Isolierung an die Form des zu messenden zylindrischen Körpers anzupassen.Alternatively, the thermal insulation can be made from evacuated silica in order to achieve a particularly good insulating effect. Silica conforms well to given shapes to match the shape of the insulation to the shape of the cylindrical body being measured.

Alternativ kann die Isolierung besonders vorteilhaft durch eine Isolierpaste ausgeführt werden. Die Isolierpaste besteht z.B. aus Silikonöl als Hochtemperaturbinder mit einem hohen Füllgrad an Glashohlkugeln mit einem Durchmesser von 15 - 65 µm, vorzugsweise ca. 65µm. Die Wärmeleitfähigkeit der Glashohlkugeln ist sehr niedrig und typischerweise 0,05 W/m*K. Der Vorteil einer Isolierpaste liegt in der Möglichkeit, auch kleinste Sensoranordnungen auf einer Leiterplatte direkt um das elektronische Sensorbauteil elektrisch und thermisch zu isolieren. Diese Isolierung ist erfindungsgemäß vorzugsweise oder ausschließlich auf der rohrabgewandten Seite der Leiterplatte aufzubringen.Alternatively, the insulation can be carried out particularly advantageously using an insulating paste. The insulating paste consists, for example, of silicone oil as a high-temperature binder with a high degree of filling of hollow glass spheres with a diameter of 15 - 65 µm, preferably approx. 65 µm. The thermal conductivity of the hollow glass spheres is very low and typically 0.05 W/m*K. The advantage of an insulating paste lies in the possibility of electrically and thermally insulating even the smallest sensor arrangements on a printed circuit board directly around the electronic sensor component. According to the invention, this insulation is preferably or exclusively to be applied to the side of the printed circuit board facing away from the tube.

Ein weiterer Vorteil der nicht aushärtenden Isolierpaste ist auch, dass die Isolierung keine mechanischen Spannungen auf die Sensoranordnung auf der Leiterplatte aufbringen kann. Wäre als Bindemittel z.B. ein aushärtender Epoxykleber genutzt, so wären die empfindlichen Sensorbauteile nach der Aushärtung mechanisch fest eingespannt. Im Laufe der Lebensdauer des Sensors würden somit viele durch Temperaturzyklen induzierte Mikrobewegungen auf das Sensorbauteil auf der Leiterplatte wirken. Die Folge kann ein Abreißen der Lötverbindung des Bauteils sein, was die Lebensdauererwartung des Sensors erheblich reduziert.Another advantage of the non-hardening insulating paste is that the insulation cannot apply any mechanical stress to the sensor arrangement on the printed circuit board. If, for example, a hardening epoxy adhesive were used as a binding agent, the sensitive sensor components would be mechanically clamped after hardening. In the course of the sensor's service life, many micro-movements induced by temperature cycles would thus act on the sensor component on the printed circuit board. This can result in the soldered connection of the component tearing off, which significantly reduces the expected service life of the sensor.

Ein weiterer Vorteil dieser Isolierpaste ist die hohe elektrische, thermische Isolierwirkung, bei Reduktion der Permeabilität. Die Glasshohlkugel ist aus anorganischem Glas, welches verhindert, dass Moleküle in den inneren Hohlraum eindiffundieren können, die Permeabilität ist sehr gering. Im vorliegenden Einsatzfall bedeutet dies, dass gasförmiges Wasser sich nur sehr schlecht in der Isolierpaste bewegen kann und auch bei Taupunktunterschreitungen sich kein flüssiges Wasser in dieser bildet. Durch die geringe Permeabilität werden auch korrosive und andere Stoffe vom Sensorbauteil ferngehalten, was die Lebensdauer weiterhin erhöht. Durch den Einsatz von evakuierten Glashohlkugeln lässt sich die thermische Isolierwirkung von der beschriebenen Paste noch wesentlich verbessern. Wie in DE 10 2007 002 904 A1 beschrieben, weisen solche Glashohlkugeln eine maximale Wärmeleitfähigkeit von bis zu 0,02 W/m*K auf.Another advantage of this insulating paste is the high electrical, thermal insulating effect with reduced permeability. The hollow glass sphere is made of inorganic glass, which prevents molecules from diffusing into the inner cavity, the permeability is very low. In the present application, this means that gaseous water can only move very poorly in the insulating paste and no liquid water forms in it even if the dew point is not reached. Due to the low permeability, corrosive and other substances are kept away from the sensor component, which further increases the service life. The use of evacuated hollow glass spheres allows the thermal insulating effect of the paste described to be significantly improved. As in DE 10 2007 002 904 A1 described, such hollow glass spheres have a maximum thermal conductivity of up to 0.02 W/m*K.

Alternativ kann die Isolierpaste mit Aerogel-Partikeln mit einer Größe von 100 nm bis 100 µm und wässrigen Bindern hergestellt werden.Alternatively, the insulating paste can be made with airgel particles with a size of 100 nm to 100 µm and aqueous binders.

Alternativ kann die Isolierung vorteilhafterweise aus einer sehr weichen kautschukartigen silikonbasiereten Vergussmasse mittels Füllung von Glashohlkugeln angefertigt werden.Alternatively, the insulation can advantageously be made from a very soft rubber-like silicone-based potting compound by filling hollow glass spheres.

Die Isolierung kann aus einer aerogelgefüllten Fasermatte bestehen.The insulation can consist of an airgel-filled fiber mat.

Die Isolierung kann aus einem flexiblen anorganischen oder organischen Aerogel bestehen.The insulation can consist of a flexible inorganic or organic airgel.

Die Isolierung kann aus einer Kombination von hier beschriebenen Isolierkörpern oder einer Paste und einem oder mehreren Isolierkörpern bestehen.The insulation can consist of a combination of insulating bodies described here or a paste and one or more insulating bodies.

Die Isolierung kann aus einer Kombination eines nicht flexiblen Aerogels und einem flexiblen anderen Isolierkörper bestehen.The insulation can consist of a combination of a non-flexible airgel and a flexible other insulating body.

Aerogele sind Stoffe mit einer niedrigen Dichte und hoher Porösität und besitzen eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,002 - 0,05 W/m*K.Aerogels are substances with a low density and high porosity and have a very low thermal conductivity of 0.002 - 0.05 W/m*K.

Werden bei Anwendungen der Temperaturmessvorrichtung Wasserdampftaupunkte unterschritten, so ist es vorteilhaft die Aussenseiten der Isolierung mit einer Dampfbremse, oder einer Dampfsperre zu versehen, und/oder einen Werkstoff mit geringer Gasdurchlässigkeit zu verwenden, um Kondensatansammlungen im inneren des Isolierkörpers zu vermeiden.
Die Dampfbremse, -sperre kann aus einem gefüllten Polymer, oder auch aus einer dünnen Metallschicht bestehen.If water vapor dew points are not reached when the temperature measuring device is used, it is advantageous to provide the outside of the insulation with a vapor barrier or vapor barrier and/or to use a material with low gas permeability in order to avoid accumulations of condensate inside the insulating body.
The vapor barrier can consist of a filled polymer or a thin metal layer.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Temperaturmessvorrichtung bandförmig und dadurch um den zylindrischen Körper wickelbar ausgebildet. Die bandförmige Temperaturmessvorrichtung kann einfach an den zylindrischen Körper angelegt und um diesen herumgewickelt werden. Denkbar ist, dass die Temperaturmessvorrichtung mit Befestigungsmitteln, wie zum Beispiel einem Klebstoff, einem Klettverschluss oder einem Verschlussklipp ausgebildet ist. Ein solcher Wickelsensor kann in EPDM oder als Aerogelmatte ausgeführt werden.In one embodiment, the temperature measuring device is in the form of a strip and can therefore be wound around the cylindrical body. The tape-shaped temperature measuring device can be easily applied to and wrapped around the cylindrical body. It is conceivable that the temperature measuring device is designed with fastening means, such as an adhesive, a Velcro fastener or a fastener clip. Such a winding sensor can be made of EPDM or as an airgel mat.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Temperaturmessvorrichtung ein die thermische Isolierung und die flexible Leiterplatte umgebendes Gehäuse auf, wobei die elektrische Schnittstelle vorzugsweise durch eine Aussparung in einer Wand des Gehäuses nach außen ragt oder auf der Außenseite des Gehäuses als Schnittstelle ein beliebig langes elektrisches Kabel vorgesehen ist oder ein 90° zur Längsachse des Gehäuses befestigtes aufweist. Das Gehäuse kann nach Art einer Schelle ausgebildet sein, die um den zylindrischen Körper gelegt werden kann. Die Schelle kann mit einem Scharnier versehen sein. Die Schelle kann eine Verschlussvorrichtung zum Beispiel in Form eines Rastelements zum Verschließen des um den zylindrischen Körper gelegten Gehäuses versehen sein.In one embodiment, the temperature measuring device has a housing surrounding the thermal insulation and the flexible printed circuit board, with the electrical interface preferably protruding outwards through a cutout in a wall of the housing or an electrical cable of any length is provided as an interface on the outside of the housing or one fixed at 90° to the longitudinal axis of the housing. The housing can be designed in the manner of a clamp which can be placed around the cylindrical body. The clamp can be hinged. The clamp can be provided with a locking device, for example in the form of a latching element for locking the housing placed around the cylindrical body.

Das Gehäuse kann mindestens eine weiteren thermische Isolierung z.B. der zuvor beschriebenen Art mit einer thermischen Leitfähigkeit von maximal 0,05 W/m*K oder 0,04 W/m*K aufweisen. Die Isolierung kann wie oben beschrieben ausgebildet sein und dazu genutzt werden, um den Raum zwischen Gehäuse und zylindrischem Körper, der nicht von der flexiblen Leiterplatte ausgefüllt ist, auszufüllen und die Isolierwirkung zu verbessern und dadurch die Wärmefortleitung zu reduzieren.The housing can have at least one further thermal insulation, e.g. of the type described above, with a maximum thermal conductivity of 0.05 W/m*K or 0.04 W/m*K. The insulation can be designed as described above and can be used to fill the space between the housing and the cylindrical body that is not filled by the flexible printed circuit board and to improve the insulating effect and thereby reduce heat conduction.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Isolierkörper einen max. hinnehmbaren Flächenteil des Rohrabschnittes bedeckt und somit isoliert, damit die Wärmeableitung in dem zu messenden Rohrflächensegment zur Umgebungstemperatur reduziert wird.It is also advantageous if the insulating body covers a maximum acceptable area of the pipe section and thus insulates it, so that the heat dissipation in the pipe area to be measured chensegment is reduced to the ambient temperature.

Insbesondere eine Anordnung des Temperatursensorchips im Flächenschwerpunkt des zu messenden Rohrflächenteils ist vorteilhaft.In particular, an arrangement of the temperature sensor chip in the centroid of the pipe surface part to be measured is advantageous.

Eine zusätzliche Anordnung eines zweiten Temperatursensorchips am Rand des zu messenden Rohrflächenteils ermöglicht bei Korrelation zum im Flächenschwerpunkt befindlichen Sensorbauteil eine Korrektur der Wärmeableitungsfehler, welche durch die Umgebung des Rohrs hervorgerufen werden.An additional arrangement of a second temperature sensor chip at the edge of the pipe surface part to be measured enables, with correlation to the sensor component located in the center of area, a correction of the heat dissipation errors which are caused by the area around the pipe.

Das Gehäuse kann eine Aussparung für die Kontaktfläche der flexiblen Leiterplatte aufweisen und zum Anbringen an einer Außenfläche des zylindrischen Körpers ausgebildet sein. Hierzu kann die Aussparung für die Kontaktfläche in einer Bodenwand des Gehäuses ausgebildet sein. Das Gehäuse kann eine Befestigungsvorrichtung zum Anbringen und Halten des Gehäuses an dem zylindrischen Körper aufweisen. Die Befestigungsvorrichtung kann nach Art einer Klammer oder eines den zylindrischen Körper umgreifenden Clips ausgebildet sein. Insbesondere kann es dadurch ermöglicht werden, das Gehäuse mit der Temperaturmessvorrichtung von einer Seite in einer Radialrichtung in Bezug auf den zylindrischen Körper auf den zylindrischen Körper aufzustecken, ohne dabei die Rückseite des zylindrischen Körpers erreichen zu müssen.The housing may have a recess for the contact surface of the flexible circuit board and be adapted to be attached to an outer surface of the cylindrical body. For this purpose, the recess for the contact surface can be formed in a bottom wall of the housing. The housing may have a fastener for attaching and holding the housing to the cylindrical body. The fastening device can be designed in the manner of a clamp or a clip enclosing the cylindrical body. In particular, this makes it possible to plug the housing with the temperature measuring device onto the cylindrical body from one side in a radial direction in relation to the cylindrical body, without having to reach the rear side of the cylindrical body.

Im Folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,
2 den Schnitt gemäß der Linie II - II in 1,
3 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels nach 1,
4 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,
5 die Ansicht aus Richtung des Pfeils V in 4,
6 eine perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels im montierten Zustand,
7 einen Schnitt gemäß der Linie VII-VII in 6,
8 eine Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels,
9 einen Schnitt gemäß der Linie IX - IX in 8,
10 eine Explosionsdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels,
11 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels,
12 einen Schnitt entlang der Linie XII - XII in 11 und
13 eine Explosionsdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels.

Exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the figures. Show it:

1 a perspective view of a first embodiment,
2 the cut according to the line II - II in 1 ,
3 an exploded view of the embodiment 1 ,
4 a perspective view of a second embodiment,
5 the view from the direction of the arrow V in 4 ,
6 a perspective view of the second embodiment in the assembled state,
7 a section along the line VII-VII in 6 ,
8th a view of a third embodiment,
9 a cut along the line IX - IX in 8th ,
10 an exploded view of the third embodiment,
11 a perspective view of a fourth embodiment,
12 a cut along the line XII - XII in 11 and
13 an exploded view of the fourth embodiment.

Zunächst werden die Gemeinsamkeiten der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, bevor auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen eingegangen wird.First, the similarities between the exemplary embodiments illustrated in the figures are explained before the differences between the exemplary embodiments are discussed.

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ist eine Temperaturmessvorrichtung 10 zur Messung der Temperatur eines zylindrischen Körpers 12, bei dem es sich um eine fluidführende Rohrleitung handelt, vorgesehen. Die Temperaturmessvorrichtung 10 weist eine flexible Leiterplatte 14 (Flex-Leiterbahn) auf, die als Polyimid-Folie mit einer Dicke von ca. 100-150 µm ausgebildet ist. Die flexible Leiterplatte 14 bildet an ihrer Unterseite eine Kontaktfläche 16 zum Kontaktieren einer Außenfläche 18 des zylindrischen Körpers 12, wobei sich die Kontaktfläche 16 eng an die Außenfläche 18 anschmiegt.In all of the exemplary embodiments, a temperature measuring device 10 is provided for measuring the temperature of a cylindrical body 12, which is a fluid-carrying pipeline. The temperature measuring device 10 has a flexible printed circuit board 14 (flexible conductor track) which is designed as a polyimide film with a thickness of approximately 100-150 μm. The flexible printed circuit board 14 forms a contact surface 16 on its underside for contacting an outer surface 18 of the cylindrical body 12, the contact surface 16 fitting closely to the outer surface 18.

Ein einen Thermistor aufweisender Temperatursensorchip 20 als SMD-Chip in Form eines NTC-Sensorchips ist auf der der Kontaktfläche 16 gegenüberliegenden Seite der flexiblen Leiterplatte 14 angebracht. Der Temperatursensorchip 20 ist, bei allen Ausführungsbeispielen mit einer elektrisch isolierenden, vor Feuchtigkeit schützenden Abdeckung versehen und über elektrische Leiterbahnen 22 in Form von Kupferleitungen, die entlang der Oberfläche der flexiblen Leiterplatte 14 verlaufen, mit einer elektrischen Schnittstelle 24 verbunden. Die elektrische Schnittstelle 24 ist auf derselben Seite der flexiblen Leiterplatte 14 angeordnet, wie der Temperatursensorchip 20 und die elektrischen Leiterbahnen 22.A temperature sensor chip 20 having a thermistor as an SMD chip in the form of an NTC sensor chip is attached to the side of the flexible printed circuit board 14 opposite the contact surface 16 . In all exemplary embodiments, temperature sensor chip 20 is provided with an electrically insulating cover that protects against moisture and is connected to an electrical interface 24 via electrical conductor tracks 22 in the form of copper lines that run along the surface of flexible printed circuit board 14 . The electrical interface 24 is arranged on the same side of the flexible circuit board 14 as the temperature sensor chip 20 and the electrical conductor tracks 22.

Die elektrische Schnittstelle 24 der dargestellten Ausführungsbeispiele weist ein Steckergehäuse auf, in das ein entsprechender, zu der Schnittstelle 24 komplementärer Stecker eingesteckt werden kann, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Temperatursensorchip 20 und einem externen Messinstrument herzustellen. Die elektrische Schnittstelle kann mit einem Kabel verbunden werden, dass parallel zu der Gehäuseaußenfläche geführt wird und an dieser befestigt ist. Alternativ kann ein solches Kabel die elektrische Schnittstelle ersetzen.The electrical interface 24 of the illustrated exemplary embodiments has a plug housing into which a corresponding plug that is complementary to the interface 24 can be plugged in in order to establish an electrical connection between the temperature sensor chip 20 and an external measuring instrument. The electrical interface can be connected to a cable routed parallel to and attached to the housing exterior. Alternatively, such a cable can replace the electrical interface.

Ein erster thermischer Isolierkörper 26 mit einer Wärmeleitfähigkeit von max. etwa 0,05 W/m*K ist derart angeordnet, dass der Isolierkörper 26 die flexible Leiterplatte 14 zumindest teilweise, nämlich im Bereich der Kontaktfläche 16, nach außen hin thermisch isoliert. Zumindest wenn die Temperaturmessvorrichtung 10 zur Temperaturmessung mit dem zylindrischen Körper 12 verbunden ist, wie in den 1, 2, 6-9, 11 und 12 dargestellt, ist der erste thermische Isolierkörper 26 zumindest teilweise auf der der Kontaktfläche 16 gegenüberliegenden Seite der flexiblen Leiterplatte 14 angeordnet.A first thermal insulating body 26 with a maximum thermal conductivity of approximately 0.05 W/m*K is arranged in such a way that the insulating body 26 covers the flexible printed circuit board 14 at least partially, namely in the area of the contact surface 16, towards the outside thermally insulated. At least when the temperature measuring device 10 is connected to the cylindrical body 12 for measuring the temperature, as in FIGS 1 , 2 , 6-9 , 11 and 12 shown, the first thermal insulating body 26 is at least partially arranged on the opposite side of the contact surface 16 of the flexible printed circuit board 14 .

Bei dem ersten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel ist der thermische Isolierkörper 26 auf der der Kontaktfläche 16 gegenüberliegenden Seite der flexiblen Leiterplatte 14 angeordnet. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der thermische Isolierkörper 26 auf derselben Seite der flexiblen Leiterplatte 14 wie die Kontaktfläche 16 neben der Kontaktfläche 16 angeordnet. Dadurch gelangt der thermische Isolierkörper 26 nach dem Umwickeln der flexiblen Leiterplatte 14 um den zylindrischen Körper 12 auf die der Kontaktfläche 16 gegenüberliegende Seite eines Abschnitts der flexiblen Leiterplatte 14.In the first, third and fourth exemplary embodiment, the thermal insulating body 26 is arranged on the side of the flexible circuit board 14 opposite the contact surface 16 . In the second exemplary embodiment, the thermal insulating body 26 is arranged on the same side of the flexible circuit board 14 as the contact pad 16 next to the contact pad 16 . As a result, after the flexible printed circuit board 14 has been wrapped around the cylindrical body 12, the thermal insulating body 26 reaches the side of a section of the flexible printed circuit board 14 opposite the contact surface 16.

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen wird der die Kontaktfläche 16 aufweisende Abschnitt der flexiblen Leiterplatte 14 zusammen mit dem in diesem Abschnitt angeordneten Temperatursensorchip 20 und den in diesem Abschnitt angeordneten Abschnitten der elektrischen Leiterbahnen 22 radial nach außen thermisch abgeschirmt, insbesondere gegenüber der elektrischen Schnittstelle 24.In all of the exemplary embodiments, the section of the flexible printed circuit board 14 that has the contact surface 16 is thermally shielded radially outwards, in particular from the electrical interface 24, together with the temperature sensor chip 20 arranged in this section and the sections of the electrical conductor tracks 22 arranged in this section.

Wenn die Temperaturmessvorrichtung 10 an dem zylindrischen Körper 12 angebracht ist, ist der erste thermische Isolierkörper 26 derart angeordnet, dass der Temperatursensorchip 20 und die elektrischen Leiterbahnen 22 zwischen der flexiblen Leiterplatte 14 und dem ersten thermischen Isolierkörper 26 angeordnet sind. Dadurch wird ermöglicht, dass der Temperatursensorchip 20, die flexible Leiterplatte 14 und die auf ihr angeordneten elektrischen Leiterbahnen 22 die Temperatur des zylindrischen Körpers 12 aufnehmen, wobei der erste thermische Isolierkörper 26 eine Wärmefortleitung und damit einen Wärmeverlust beispielsweise über die elektrischen Leiterbahnen 22 verhindert oder zumindest reduziert.When the temperature measuring device 10 is attached to the cylindrical body 12, the first thermal insulating body 26 is arranged such that the temperature sensor chip 20 and the electrical traces 22 are arranged between the flexible circuit board 14 and the first thermal insulating body 26. This enables the temperature sensor chip 20, the flexible printed circuit board 14 and the electrical conductor tracks 22 arranged on it to record the temperature of the cylindrical body 12, with the first thermal insulating body 26 preventing or at least preventing heat from being conducted away and thus heat loss, for example via the electrical conductor tracks 22 reduced.

Die Schnittstelle 24 ist wiederum auf der der flexiblen Leiterplatte 24 und dem Temperatursensorchip 20 gegenüberliegenden Seite des ersten thermischen Isolierkörpers 26 angeordnet, so dass der erste thermische Isolierkörper 26 eine thermische Barriere zwischen der Schnittstelle 24 und der flexiblen Leiterplatte 14 sowie zwischen der Schnittstelle 24 und dem Temperatursensorchip 20 bildet. Auch dadurch werden Wärmeverluste vermieden.The interface 24 is in turn arranged on the side of the first thermal insulating body 26 opposite the flexible circuit board 24 and the temperature sensor chip 20, so that the first thermal insulating body 26 forms a thermal barrier between the interface 24 and the flexible circuit board 14 and between the interface 24 and the Temperature sensor chip 20 forms. This also avoids heat losses.

Die elektrischen Leiterbahnen 22 sind zumindest zu einem Teil mäanderförmig in Kurven verlaufend auf der Oberfläche der flexiblen Leiterplatte 14 angeordnet, nämlich im Bereich der Kontaktfläche 16, wie beispielsweise in 4 dargestellt. Dadurch wird ermöglicht, dass ein möglichst großer Anteil der elektrischen Leiterbahnen 22 möglichst nah an dem zylindrischen Körper 12 angeordnet ist, um dessen Temperatur aufzunehmen und so die Wärmefortleitung nach außen zu reduzieren. Alternativ, falls die aus Platzgründen nicht umzusetzen ist, können die elektrischen Leiterbahnen mindestens mit deutlich vergrößerten Kontaktflächen (z.B. Kupferflächen) als Wärmeübertragungsflächen rund um die Befestigungsstellen an der flexiblen Leiterplatte (Lötpads) versehen sein, damit der Kupferanteil möglichst schnell und viel Wärme in den Chip einbringen kann.The electrical conductor tracks 22 are arranged at least in part in meandering curves on the surface of the flexible printed circuit board 14, namely in the area of the contact surface 16, such as in FIG 4 shown. This makes it possible for as large a proportion of the electrical conductor tracks 22 as possible to be arranged as close as possible to the cylindrical body 12 in order to absorb its temperature and thus reduce the heat conduction to the outside. Alternatively, if this cannot be implemented for reasons of space, the electrical conductor tracks can at least be provided with significantly enlarged contact surfaces (e.g. copper surfaces) as heat transfer surfaces around the attachment points on the flexible circuit board (solder pads), so that the copper content can be absorbed into the chip as quickly and as much heat as possible can contribute.

Bei den Ausführungsbeispielen der 1 - 3, der 8 - 10 und der 11 - 13 ist die Temperaturmessvorrichtung 10 jeweils mit einem Gehäuse 28 versehen, das den ersten thermischen Isolierkörper 26 und die flexible Leiterplatte 14 umgibt. Das Gehäuse 28 weist jeweils eine Aussparung 30 in einer Wand 32 des Gehäuses 28 auf, so dass die elektrische Schnittstelle 24 durch die Aussparung 30 durch das Gehäuse 28 hindurch nach außen ragt.In the embodiments of 1 - 3 , the 8th - 10 and the 11 - 13 For example, the temperature measuring device 10 is provided with a housing 28 which surrounds the first thermal insulating body 26 and the flexible printed circuit board 14 . The housing 28 has a recess 30 in a wall 32 of the housing 28 so that the electrical interface 24 protrudes outwards through the recess 30 through the housing 28 .

Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 - 3 ist das Gehäuse 28 als Schelle ausgebildet, die um den zylindrischen Körper 12 gelegt wird. Auf einer Seite weist das Gehäuse 28 gemäß den 1 - 3 ein Scharnier 34 auf, das zwei halbschalenförmige Hälften des Gehäuses 28 schwenkbar miteinander verbindet. Auf der dem Scharnier 34 gegenüberliegenden Seite ist das Gehäuse 28 mit einer Schließvorrichtung 36 versehen. Die Schließvorrichtung 36 weist eine mit Rastvorsprüngen versehene Lasche 37 an dem dem Scharnier 34 gegenüberliegenden Ende der oberen Gehäusehalbschale auf, während die untere Gehäusehalbschale an ihrem dem Scharnier 34 gegenüberliegenden Ende mit einer Rastöffnung 40 versehen ist, durch die die Lasche 37 zum Verschließen des Gehäuses 28 hindurch gezogen werden kann. Dabei bilden die Rastvorsprünge an der Lasche 37 einen rastenden Eingriff mit der Rastöffnung 40 im verschlossenen Zustand des Gehäuses 28, wie in den 1 und 2 dargestellt ist.In the embodiment of 1 - 3 For example, the housing 28 is designed as a clamp that is placed around the cylindrical body 12. On one side, the housing 28 according to the 1 - 3 a hinge 34 which pivotally connects two half-shell halves of the housing 28 to one another. The housing 28 is provided with a locking device 36 on the side opposite the hinge 34 . The locking device 36 has a latch 37 provided with latching projections on the end of the upper housing half-shell opposite the hinge 34, while the lower housing half-shell is provided with a latching opening 40 at its end opposite the hinge 34, through which the latch 37 can be inserted to close the housing 28 can be pulled through. The locking projections on the tab 37 form a locking engagement with the locking opening 40 in the closed state of the housing 28, as shown in FIGS 1 and 2 is shown.

Das Gehäuse 28 des in den 8 - 10 dargestellten Ausführungsbeispiels ist als zylindrische Dose ausgebildet, die an ihrer Unterseite eine Aussparung 42 für die Kontaktfläche 16 der flexiblen Leiterplatte 14 aufweist. Während das Gehäuse 28 die flexible Leiterplatte 14 und den ersten thermischen Isolierkörper 26 aufnimmt, ist die Kontaktfläche 16 der flexiblen Leiterplatte 14 durch die Aussparung 42 von außen zugänglich und liegt dabei in der Ebene der Unterseite des Gehäuses 28, so dass die Kontaktfläche 16 die Außenfläche 18 des zylindrischen Körpers 12 berührt und sich an die Außenfläche 18 anschmiegt, wenn das Gehäuse 28 den zylindrischen Körper 12 wie in 9 dargestellt kontaktiert.The housing 28 of the 8th - 10 illustrated embodiment is designed as a cylindrical box having a recess 42 for the contact surface 16 of the flexible circuit board 14 on its underside. While the housing 28 accommodates the flexible printed circuit board 14 and the first thermal insulating body 26, the contact surface 16 of the flexible printed circuit board 14 is accessible from the outside through the recess 42 and lies in the plane of the underside of the housing 28, so that the contact surface 16 is the outer surface 18 of the cylindri rule body 12 touches and nestles against the outer surface 18 when the housing 28, the cylindrical body 12 as in 9 shown contacted.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 8 - 10 ist die flexible Leiterplatte 14 nach Art einer Klammer gekrümmt ausgebildet und nimmt den ersten thermischen Isolierkörper 26 zwischen ihren gegeneinander gekrümmten Enden auf. Der Temperatursensorchip 20 ist in einem topfförmigen, nach oben offenen und nach unten geschlossenen Koppelstück 27 enthalten und innerhalb des Koppelstücks 21 von einer weiteren thermischen Isolierung 21 umgeben, welche als pastöse Masse ausgebildet ist, die aus einer Füllung mit kleinen Glaskugeln besteht, die durch ein Silikonöl miteinander verbunden sind. Kontaktflächen 23 auf der Leiterplatte 14 kontaktieren als Kupferadern ausgebildete Kontaktelemente 25 eines Industriesteckers 31. Die Verbindung zwischen den Kontaktflächen 23 und den Kontaktelementen 25 erfolgt durch eine Lötstelle.In the embodiment of 8th - 10 the flexible printed circuit board 14 is curved in the manner of a clamp and accommodates the first thermal insulating body 26 between its ends which are curved in relation to one another. The temperature sensor chip 20 is contained in a pot-shaped coupling piece 27 that is open at the top and closed at the bottom and is surrounded within the coupling piece 21 by a further thermal insulation 21, which is in the form of a pasty mass consisting of a filling of small glass beads that is filled with a Silicone oil are connected to each other. Contact surfaces 23 on the printed circuit board 14 make contact with contact elements 25, designed as copper wires, of an industrial plug 31. The connection between the contact surfaces 23 and the contact elements 25 is made by a solder joint.

Bei dem in den 11 - 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 30 für die elektrische Schnittstelle 24 in einer Oberseite des Gehäuses 28 ausgebildet, während die der Oberseite gegenüberliegende Unterseite des Gehäuses 28 gekrümmt und offen ausgebildet ist und so die Aussparung für die Kontaktfläche 16 der flexiblen Leiterplatte 14 bildet. Die Kontaktfläche 16 wird, wie in den 11 und 12 dargestellt, in den ersten thermischen Isolierkörper 26 gegen die Außenfläche 18 des zylindrischen Köpers 12 gepresst und schmiegt sich dadurch an die äußere Form des zylindrischen Körpers 12 an.At the in the 11 - 13 illustrated embodiment, the cutout 30 for the electrical interface 24 is formed in a top side of the housing 28, while the underside of the housing 28 opposite the top side is curved and open and thus forms the cutout for the contact surface 16 of the flexible printed circuit board 14. The contact surface 16 is, as in the 11 and 12 shown, pressed in the first thermal insulating body 26 against the outer surface 18 of the cylindrical body 12 and thereby nestles against the outer shape of the cylindrical body 12 to.

Die Temperaturmessvorrichtung 10 des in den 11 - 13 dargestellten Ausführungsbeispiels ist mit einer flexiblen elastischen Klammer 34 versehen, mit der das Gehäuse 28 auf die Außenfläche 18 des zylindrischen Körpers 12 aufgesteckt werden kann, so dass die Kontaktfläche 16 die Außenfläche 18 kontaktiert. Die Klammer 34 greift hierzu in Nuten des Gehäuses 28 ein, die in einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses 28 ausgebildet sind. Die Klammer 34 weist zwei gegeneinander federnde Schenkel 38 auf, die den zylindrischen Körper 12 auf der dem Gehäuse 28 gegenüberliegenden Seite umschließen und ein Abfallen des Gehäuses 28 von dem zylindrischen Körper 12 verhindern.The temperature measuring device 10 in the 11 - 13 The exemplary embodiment illustrated is provided with a flexible, elastic clip 34 with which the housing 28 can be pushed onto the outer surface 18 of the cylindrical body 12 so that the contact surface 16 contacts the outer surface 18 . For this purpose, the clamp 34 engages in grooves of the housing 28 which are formed in opposite side walls of the housing 28 . The clip 34 has two legs 38 which are resilient against one another and which enclose the cylindrical body 12 on the side opposite the housing 28 and prevent the housing 28 from falling off the cylindrical body 12 .

In dem in den 1 - 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Temperaturmessvorrichtung 10 zusätzlich zu dem ersten thermischen Isolierkörper 26 noch einen zweiten, weiteren thermischen Isolierkörper 44 auf. Der erste und der zweite thermische Isolierkörper 26, 44 sind, ähnlich wie die beiden durch das Scharnier 34 miteinander verbundenen Gehäusehälften des Gehäuses 28, als Teilschalen oder in etwa als Halbschalen ausgebildet. Im aneinander gelegten Zustand decken die beiden thermischen Isolierkörper 26, 44 einen überwiegenden Umfang und nahezu den gesamten Außenumfang des zylindrischen Körpers 12 ab.In the in the 1 - 3 In the exemplary embodiment illustrated, the temperature measuring device 10 has a second, further thermal insulating body 44 in addition to the first thermal insulating body 26 . The first and the second thermal insulating body 26, 44, like the two housing halves of the housing 28 connected to one another by the hinge 34, are designed as partial shells or approximately as half shells. In the state placed against one another, the two thermal insulating bodies 26, 44 cover a predominant extent and almost the entire outer circumference of the cylindrical body 12.

Der zweite thermische Isolierkörper 44 füllt annährend den verbleibenden, nicht von dem zylindrischen Körper 12, der flexiblen Leiterplatte 14 und dem ersten thermischen Isolierkörper 26 ausgefüllten Raum innerhalb des Gehäuses 28 aus. Die Schelle des Gehäuses 28 presst im mit dem zylindrischen Körper 12 verbundenen Zustand die beiden thermischen Isolierkörper 26, 44 aus gegenläufigen Richtungen gegen die Außenfläche 18 des zylindrischen Körpers 12.The second thermal insulating body 44 approximately fills the remaining space within the housing 28 that is not filled by the cylindrical body 12 , the flexible printed circuit board 14 and the first thermal insulating body 26 . When connected to the cylindrical body 12, the clamp of the housing 28 presses the two thermal insulating bodies 26, 44 from opposite directions against the outer surface 18 of the cylindrical body 12.

Das in den 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel weist kein Gehäuse 28 auf. Stattdessen ist die flexible Leiterplatte 14 bandförmig derart ausgebildet, dass sie um den zylindrischen Körper 12 herumgewickelt werden kann, um so an der Außenfläche 18 des zylindrischen Körpers 12 befestigt zu werden. Hierzu ist an einem ersten Ende der flexiblen Leiterplatte 14 eine erste Klebefläche 46 vorgesehen, die an die Kontaktfläche 16 angrenzt und auf derselben Seite der flexiblen Leiterplatte wie die Kontaktfläche 16 ausgebildet ist. Mit der ersten Klebefläche 46 wird die flexible Leiterplatte auf die Außenfläche 18 des zylindrischen Körpers geklebt und so um den zylindrischen Körper 12 herum gewickelt, dass der thermische Isolierkörper 26 im herumgewickelten Zustand, wie in 7 dargestellt, den Temperatursensorchip 20 und die elektrischen Leiterbahnen 22 bedeckt und in Radialrichtung zwischen der elektrischen Schnittstelle 24 und dem Temperatursensorchip 20 sowie den elektrischen Leiterbahnen 22 angeordnet ist, um dadurch eine thermische Barriere zwischen diesen Komponenten zu bilden.That in the 4 and 5 illustrated embodiment has no housing 28 on. Instead, the flexible circuit board 14 is tape-shaped such that it can be wrapped around the cylindrical body 12 so as to be attached to the outer surface 18 of the cylindrical body 12 . For this purpose, a first adhesive surface 46 is provided on a first end of the flexible printed circuit board 14 , which is adjacent to the contact surface 16 and is formed on the same side of the flexible printed circuit board as the contact surface 16 . With the first adhesive surface 46, the flexible circuit board is adhered to the outer surface 18 of the cylindrical body and wrapped around the cylindrical body 12 so that the thermal insulating body 26 in the wrapped state, as in FIG 7 1, covering the temperature sensor chip 20 and the electrical traces 22 and disposed radially between the electrical interface 24 and the temperature sensor chip 20 and the electrical traces 22 to thereby form a thermal barrier between these components.

Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass mit der flexiblen Leiterplatte 14 sowohl der Temperatursensorchip 20 als auch ein überwiegender Anteil der Gesamtlänge der elektrischen Leiterbahnen 22 im Bereich der Kontaktfläche 16 nah und eng an der Außenfläche 18 des zylindrischen Körpers 12 platziert sind und aufgrund der geringen Dicke der flexiblen Leiterplatte 14 von etwa 100-150 µm nur einen geringen Abstand zu der Außenfläche 18 aufweisen. Dadurch wird ein großflächiger Wärmeübertrag von dem zylindrischen Körper 12 auf den Temperatursensorchip 20 und die elektrischen Leiterbahnen 22 ermöglicht.All of the exemplary embodiments have in common that with the flexible printed circuit board 14, both the temperature sensor chip 20 and a predominant portion of the total length of the electrical conductor tracks 22 in the area of the contact surface 16 are placed close and tight to the outer surface 18 of the cylindrical body 12 and, due to the small thickness of the flexible circuit board 14 of about 100-150 microns have only a small distance from the outer surface 18. This enables a large-area transfer of heat from the cylindrical body 12 to the temperature sensor chip 20 and the electrical conductor tracks 22 .

Ferner ist sämtlichen Ausführungsbeispielen gemeinsam, dass die erste thermische Isolierung 26 derart zwischen einerseits dem Temperatursensorchip 20 und den an den Temperatursensorchip 20 angrenzenden Abschnitten der elektrischen Leiterbahnen 22 und andererseits der elektrischen Schnittstelle 24 angeordnet ist, dass eine thermische Barriere zwischen dem Temperatursensorchip 20 und der elektrischen Schnittstelle 24 gebildet wird und zusätzlich im direkten Kontaktbereich der Leiterplatte 14 zur Rohroberfläche oder zum Koppelstück gemäß 9 zwischen Leiterplatte 14 und Rohroberfläche der Flächeninhalt der Wärmeübertragungsfläche mindestens doppelt so groß wie der Flächeninhalt des Temperatursensorchips 20 ist. Die Länge der mäandrierenden Leiterbahnanschlüsse ist mindestens 15 Mal so groß wie die Breite der Leiterbahn 22. Dadurch wird der Effekt vermindert, dass die von dem Temperatursensorchip 20 und den elektrischen Leiterbahnen 22 aufgenommene Wärmeenergie des zylindrischen Körpers 12 über die elektrische Schnittstelle 24 und das angeschlossene Messinstrument fortgeleitet wird. Die über die elektrische Schnittstelle 24 erfolgende Wärmefortleitung ist gegenüber derjenigen der Temperaturmessvorrichtungen des Stands der Technik vernachlässigbar.Furthermore, all the exemplary embodiments have in common that the first thermal insulation 26 is installed between, on the one hand, the temperature sensor chip 20 and the parts connected to the temperature sensor chip 20 adjacent sections of the electrical conductor tracks 22 and on the other hand the electrical interface 24 is arranged so that a thermal barrier is formed between the temperature sensor chip 20 and the electrical interface 24 and additionally in the direct contact area of the printed circuit board 14 to the pipe surface or to the coupling piece 9 between the printed circuit board 14 and the tube surface, the surface area of the heat transfer surface is at least twice as large as the surface area of the temperature sensor chip 20 . The length of the meandering conductor track connections is at least 15 times the width of the conductor track 22. This reduces the effect that the thermal energy of the cylindrical body 12 absorbed by the temperature sensor chip 20 and the electrical conductor tracks 22 is transmitted via the electrical interface 24 and the connected measuring instrument is forwarded. The heat dissipation that takes place via the electrical interface 24 is negligible compared to that of the temperature measuring devices of the prior art.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102005040699 B3 [0004]
DE 102007002904 A1 [0022]

Claims

Temperature measuring device (10) for measuring the temperature of a cylindrical body (12), with a flexible printed circuit board (14) designed as a film, which is designed to nestle against an outer surface (18) of the cylindrical body (12), the flexible printed circuit board forming a contact surface (16) for contacting the outer surface, at least one electrical temperature sensor chip (20) arranged on the flexible circuit board, an interface (24) for electrically contacting the temperature sensor chip, electrical traces (22) carried by the printed circuit board connecting the temperature sensor chip to the interface and extending parallel to the contact pad, and at least one first thermal insulation (26) which is arranged at least partially next to the contact surface (16) or opposite the contact surface (16) and has a maximum thermal conductivity of 0.05 W/m*K.

temperature measuring device claim 1 , characterized in that the temperature sensor chip (20) and the electrical conductor tracks (22) on the opposite side of the contact surface (16) of the flexible printed circuit board (14) are arranged.

temperature measuring device claim 2 , characterized in that the first thermal insulation is at least partially arranged between the interface and the flexible circuit board.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the circuit board is less than 500 µm, preferably less than 200 µm, and preferably approx. 100-150 µm.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the film of the flexible circuit board having the contact surface for the cylindrical body has a thickness of at most 100 µm, preferably at most 50 µm, preferably 25 µm and in special cases less than 20 µm.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board has at least a predominant proportion of polyimide.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor tracks consist of a copper material with a thickness of less than 100 µm, preferably at most 70 µm, preferably at most 35 µm, preferably at most 18 µm.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor tracks on the printed circuit board run in a number of curves, preferably meandering, at least in the region of the contact surface.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the first thermal insulation is flexible and/or compressible and is preferably formed from an aerogel or a foamed elastomer such as EPDM, PUR or silicone.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation has a vapor barrier or vapor barrier on the outside.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation consists of a foamed elastomer with low gas permeability, such as IIR (butyl); NBR, or FPM.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the first thermal insulation is made of evacuated silica.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature measuring device is in the form of a strip and can therefore be wound around the cylindrical body.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature measuring device has a housing (28) surrounding the insulation and the flexible printed circuit board, the electrical interface protruding outwards through a first recess (30) in a wall (32) of the housing.

Temperature measuring device according to the preceding claim, characterized in that the housing is designed as a clamp which can be placed around the cylindrical body.

temperature measuring device claim 12 or 13 , characterized in that the housing has at least one further thermal insulation with a maximum thermal conductivity of 0.05 W/m*K.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further temperature sensor chip is provided, at least one of the temperature sensor chips being arranged in the centroid of the measuring surface of the flexible printed circuit board which nestles against the outer surface of the cylindrical body and is insulated on its opposite side.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a further temperature sensor chip is attached thermally decoupled by the insulation from the contact surface with the cylindrical body on a side facing away from the contact surface for measuring the ambient temperature.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further temperature sensor chip is provided, at least one of the temperature sensor chips being arranged on the edge of the measuring surface of the flexible printed circuit board which nestles against the outer surface of the cylindrical body and is insulated on its opposite side, preferably on the or in the region of the edges which are located in the longitudinal direction of the cylindrical body farthest from the center of the area of the contact surface.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing has a second recess (42) for the contact surface of the flexible circuit board and is designed for attachment to an outer surface of the cylindrical body.

Temperature measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a coupling piece (27) is coupled to the temperature sensor chip (20) and/or the flexible printed circuit board (14) in the area of the contact surface (16), which is designed to contact the outer surface (18). is.

Method for measuring the temperature of a cylindrical body with a temperature measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized by the steps: placing the temperature measuring device (10) on an outer surface (18) of the cylindrical body (12) in such a way that the contact surface (16 ) or a coupling piece (27) arranged between the contact surface (16) and the outer surface (18) contacts the outer surface (18) in the area of a heat transfer surface, measuring the temperature of the outer surface (18) with the at least one temperature sensor chip (20), wherein i ) the heat transfer surface is at least twice as large as the base area of the temperature sensor chip (20), ii) the distance between the temperature sensor chip (20) and the outer surface (18) in the area of the heat transfer surface is a maximum of 0.1 mm, iii) the electrical conductor ( 22) has a length in the area of the heat transfer surface that is at least 15 times its width, iv) the Temperature sensor chip (20) on the opposite side of the heat transfer surface of the temperature measuring device (10) has thermal insulation from the external environment with a maximum thermal conductivity of 0.1 W / m * K.