DE102021127942B4 - Temperature sensor and flow meter - Google Patents
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Abstract
Temperatursensor zur Bestimmung einer Temperatur eines Mediums, mit einem Gehäusekörper (2) und einem Gehäusekopf (3), in welchem ein Temperaturfühler (10) angeordnet ist,wobei das Innere des Gehäusekörpers (2) als Bohrung (4) ausgebildet ist, welche sich bis in den Gehäusekopf (3) erstreckt,und wobei der Temperaturfühler (10) zur elektrischen Kontaktierung mit wenigstens zwei Litzen (11) verbunden ist und die Litzen (11) durch die Bohrung (4) vom Gehäusekopf (3) durch den Gehäusekörper (2) geführt sind,wobei in die Bohrung (4) ein längsgestreckter Kunststoffträger (20) eingeführt ist, durch den die Litzen (11) geführt sind und an dessen dem Gehäusekopf (3) zugewandten Ende der Temperaturfühler (10) angeordnet ist,wobei der Kunststoffträger (20) an dem vom Gehäusekopf (3) entgegengesetzten Ende mit dem Gehäusekörper (2) verbunden ist und eine definierte Vorspannung auf den Temperaturfühler (10) erzeugt und wobei der Kunststoffträger (20) eine schulterartige Verbreiterung (21) aufweist und die Gehäusewandung des Temperatursensors (1) zwei gegenüberliegende schlitzartige Ausnehmungen (5) aufweist, wobei die schulterartige Verbreiterung (21) des Kunststoffträgers (20) jeweils in die schlitzartigen Ausnehmungen (5) eingreift.Temperature sensor for determining the temperature of a medium, having a housing body (2) and a housing head (3) in which a temperature sensor (10) is arranged, the interior of the housing body (2) being designed as a bore (4) which extends to extends into the housing head (3), and wherein the temperature sensor (10) is connected to at least two strands (11) for electrical contact and the strands (11) pass through the bore (4) from the housing head (3) through the housing body (2) are guided, with an elongate plastic support (20) being introduced into the bore (4), through which the strands (11) are guided and on the end of which facing the housing head (3) the temperature sensor (10) is arranged, the plastic support ( 20) is connected to the housing body (2) at the end opposite the housing head (3) and generates a defined preload on the temperature sensor (10) and the plastic carrier (20) has a shoulder-like widening (21) and the housing wall of the temperature sensor ( 1) has two opposite slit-like recesses (5), the shoulder-like widening (21) of the plastic carrier (20) engaging in each case in the slit-like recesses (5).
Description
Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Durchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.The invention relates to a temperature sensor according to the preamble of
Messgeräte der Prozessmesstechnik werden in der Automatisierungstechnik dazu eingesetzt, die Eigenschaften eines Fluids, bspw. hinsichtlich Druck, Temperatur, Durchfluss, Füllstand zu überwachen. Zur Messung des Durchflusses sind seit vielen Jahren magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt. Die Funktionsweise dieser Messgeräte beruht auf dem Prinzip der magnetischen Induktion. Hierbei wird die Durchflussmenge des Mediums durch ein Messrohr unter Zuhilfenahme eines Magnetfeldes sowie zweier Messelektroden bestimmt. Das Magnetfeld durchdringt bei der Messung das Messrohr und gleichzeitig das durch das Messrohr fließende Medium. Wird ein elektrisch leitendes Medium von einem Magnetfeld senkrecht zu dessen Durchflussrichtung durchdrungen, werden die Ladungsträger im Magnetfeld senkrecht zur Durchflussrichtung und senkrecht zum Magnetfeld abgelenkt. Dabei wird eine induzierte Spannung zwischen den beiden Messelektroden induziert. Wenn diese induzierte Spannung über die Messelektroden abgegriffen wird, kann diese als Maß für die Durchflussmenge zur weiteren Auswertung herangezogen werden.Process measurement technology measuring devices are used in automation technology to monitor the properties of a fluid, for example with regard to pressure, temperature, flow rate and fill level. Magnetic-inductive flow measuring devices have been known for many years for measuring the flow. The functionality of these measuring devices is based on the principle of magnetic induction. Here, the flow rate of the medium is determined through a measuring tube with the help of a magnetic field and two measuring electrodes. During the measurement, the magnetic field penetrates the measuring tube and at the same time the medium flowing through the measuring tube. If an electrically conductive medium is penetrated by a magnetic field perpendicular to its flow direction, the charge carriers in the magnetic field are deflected perpendicular to the flow direction and perpendicular to the magnetic field. In this case, an induced voltage is induced between the two measuring electrodes. If this induced voltage is picked up via the measuring electrodes, it can be used as a measure of the flow rate for further evaluation.
Neben der Durchflussmessung kann es notwendig sein, auch die Temperatur des durchfließenden Mediums zu erfassen, um Temperatureinflüsse zu kompensieren. Die Temperatur hat bekannterweise einen zum Teil erheblichen Einfluss auf die physikalisch-chemische Beschaffenheit des Mediums, was wiederum einen Einfluss auf das Messergebnis haben kann. Ist die Temperatur des Mediums bekannt, können entsprechende Korrekturfaktoren ermittelt werden, die die Messergebnisse bei unterschiedlichen Temperaturzuständen vergleichbar machen.In addition to measuring the flow, it may also be necessary to record the temperature of the medium flowing through in order to compensate for temperature influences. It is well known that the temperature sometimes has a considerable influence on the physico-chemical properties of the medium, which in turn can have an influence on the measurement result. If the temperature of the medium is known, corresponding correction factors can be determined, which make the measurement results comparable with different temperature conditions.
Aus dem deutschen Patent
Ferner ist aus der
Aus der
Des Weiteren werden Temperaturfühler zur thermischen Anbindung zumeist in das Gehäuse des Temperatursensors eingelötet oder eingeklebt. Hierfür ist beim Löten eine vergleichsweise teure Metallisierung des Temperaturelementes und eine Kupferbeschichtung der Innenseite des Temperatursensorgehäuses notwendig. Auch das Einkleben stellt sich insbesondere bei den genannten kleinen Bauformen als sehr aufwendig dar.Furthermore, temperature sensors are usually soldered or glued into the housing of the temperature sensor for thermal connection. For this purpose, a comparatively expensive metallization of the temperature element and a copper coating of the inside of the temperature sensor housing are required during soldering. Gluing is also very time-consuming, especially with the small designs mentioned.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Temperatursensor vorzuschlagen, der einfach und preisgünstig herstellbar ist und bei dem darüber hinaus auch bei kleinen Gehäuseformen der Temperaturfühler sicher und dauerhaft mit dem Sensorgehäuse thermisch gekoppelt ist.The object of the invention is to propose a temperature sensor that can be produced easily and inexpensively and in which the temperature sensor is thermally coupled securely and permanently to the sensor housing even with small housing shapes.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Temperatursensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by a temperature sensor having the features of
Zunächst ist in die Bohrung, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein längsgestreckter Kunststoffträger eingeführt, durch den die Litzen geführt sind und an dessen dem Gehäusekopf zugewandten Ende der Temperaturfühler angeordnet ist, wobei der Kunststoffträger an dem vom Gehäusekopf entgegengesetzten Ende mit dem Gehäusekörper verbunden und fixiert ist. Vorteilhafterweise ist diese Verbindung dergestalt, dass der Kunststoffträger unter Vorspannung in die Bohrung eingeführt ist, vorzugsweise mittels einer auf den Gehäusekörper aufgeschraubten Mutter.As is known from the prior art, an elongate plastic carrier is first inserted into the bore, through which the strands are guided and the temperature sensor is arranged on the end of which facing the housing head, the plastic carrier being connected to the housing body at the end opposite the housing head and is fixed. Advantageously, this connection is such that the plastic support is introduced into the bore under pretension, preferably by means of a nut screwed onto the housing body.
Dadurch werden folgende drei vorteilhafte Funktionen erfüllt:
- - der Kunststoffträger fungiert als Halteelement für die Litzen, so dass diese geführt und fixiert sind und sich dadurch auch eine Zugentlastung realisieren lässt;
- - der Kunststoffträger stellt eine Einführhilfe dar, so dass das Einführen der Litzen zusammen mit dem Temperaturfühler vor allem bei sehr kleinen Bohrungen von bspw. 1,5 - 2,5 mm erheblich erleichtert wird;
- - der Kunststoffträger wirkt als Niederhalter, da er durch eine gewisse Elastizität des Kunststoffmaterials und durch die Verschraubung eine dauerhafte Vorspannung auf das Temperaturelement erzeugt und somit garantiert wird, dass das Temperaturelement auch über Temperaturwechsel auf den Boden der Bohrung im Gehäusekopf drückt und eine dauerhafte thermische Kopplung sichergestellt ist.
- - the plastic support acts as a holding element for the strands, so that they are guided and fixed and strain relief can also be implemented as a result;
- - The plastic carrier represents an insertion aid, so that the insertion of the strands together with the temperature sensor is made considerably easier, especially in the case of very small bores of, for example, 1.5 - 2.5 mm;
- - The plastic carrier acts as a hold-down device, since it creates a permanent preload on the temperature element due to a certain elasticity of the plastic material and the screw connection, thus guaranteeing that the temperature element also presses against the bottom of the bore in the housing head due to temperature changes and permanent thermal coupling is ensured.
Der Kunststoffträger ist vorteilhafterweise aus einem Hochtemperatur-Kunststoff ausgeführt und als Spritzgussteil hergestellt. Mögliche konkrete Werkstoffe wären bspw. PEEK, PPS, PA6T oder PPSU.The plastic carrier is advantageously made from a high-temperature plastic and is produced as an injection molded part. Possible concrete materials would be, for example, PEEK, PPS, PA6T or PPSU.
Erfindungsgemäß weist der Kunststoffträger eine schulterartige Verbreiterung und gleichzeitig die Gehäusewandung des Temperatursensors zwei gegenüberliegende schlitzartige Ausnehmungen auf. Hierdurch kann auf einfache Weise definierte Ausrichtung sowie eine Verdrehsicherung des Kunststoffträger realisiert werden und andererseits dient die Verbreiterung als Schulter für den Anpressdruck der Mutter.According to the invention, the plastic carrier has a shoulder-like widening and, at the same time, the housing wall of the temperature sensor has two opposite slot-like recesses. In this way, a defined alignment and an anti-twist protection for the plastic carrier can be implemented in a simple manner, and on the other hand, the widening serves as a shoulder for the contact pressure of the nut.
Weiterhin weist der Kunststoffträger im Bereich der schlitzartigen Ausnehmungen vorteilhafterweise eine weitere, etwas über dem Außendurchmesser des Gehäusekörpers liegende Verbreiterung auf. Die Mutter furcht sich dann beim Aufschrauben in diese weitere Verbreiterung des Kunststoffträgers ein, wodurch eine Gewindesicherung für den zuverlässigen Betrieb unter Schock und Vibrationen realisiert wird.Furthermore, in the area of the slit-like recesses, the plastic carrier advantageously has a further broadening that lies somewhat above the outer diameter of the housing body. When screwing on, the nut then digs into this further widening of the plastic carrier, which means that a thread lock is implemented for reliable operation under shock and vibration.
Eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Temperatursensors ist, diesen als Elektrode in einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät einzusetzen. Das Gehäuse des Temperatursensors bildet dann die für die Durchflussmessung notwendigen Messelektroden, über die die durch die Strömung des Mediums im Magnetfeld induzierte Spannung abgegriffen wird.An advantageous application of the temperature sensor according to the invention is to use it as an electrode in a magneto-inductive flowmeter. The housing of the temperature sensor then forms the measuring electrodes required for flow measurement, via which the voltage induced in the magnetic field by the flow of the medium is tapped.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings.
Es zeigen schematisch:
-
1 einen erfindungsgemäßen Temperatursensor; -
2a ein erstes Schnittbild eines erfindungsgemäßen Temperatursensors; -
2b ein zweites Schnittbild eines erfindungsgemäßen Temperatursensors; -
3 einen erfindungsgemäßen Temperatursensor in Explosionsdarstellung; -
4 eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Temperatursensors.
-
1 a temperature sensor according to the invention; -
2a a first sectional view of a temperature sensor according to the invention; -
2 B a second sectional image of a temperature sensor according to the invention; -
3 an exploded view of a temperature sensor according to the invention; -
4 an advantageous embodiment of the temperature sensor according to the invention.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, the same reference symbols designate the same or comparable components.
Der Temperatursensor 1 besteht im Wesentlichen aus einem metallischen Gehäuse, welches sich in einen Gehäusekörper 2 und Gehäusekopf 3 unterteilt, sowie einem in dem Gehäusekörper 2 befindlichen Kunststoffträger 20, der mittels einer Mutter 6 in dem Gehäusekörper 2 fixiert ist. Bei Verwendung des Temperatursensors in einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät befindet sich der Gehäusekörper 2 dann zumindest teilweise in der Wandung des Durchflussmessgeräts und der Gehäusekopf 3 ist galvanisch mit dem zu messenden Medium gekoppelt.The
Aus dem Kunststoffträger 20 führen zwei Litzen 11, die einen im Inneren des Temperatursensors 1 befindlichen Temperaturfühler 10 elektrisch kontaktieren.Two stranded
Die
Das Innere des Gehäusekörpers 2 wird durch eine Bohrung 4 gebildet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von nur 2,4 mm aufweist. In dieser Bohrung befindet sich ein Kunststoffträger 20, an dessen dem Gehäusekopf 3 zugewandten Ende ein Temperaturelement 10 angeordnet ist. Außerdem sind die Litzen 11 durch den Kunststoffträger 20 geführt. Das Temperaturelement 10 besteht typischerweise aus Keramik.The interior of the
Der Kunststoffträger 20 ist an dem vom Gehäusekopf 3 entgegengesetzten Ende mit dem Gehäusekörper 2 fest verbunden, derart, dass der Kunststoffträger 20 axial unbeweglich in der Bohrung eingespannt und dadurch das Temperaturelement 10 auch über Temperaturwechsel auf den Boden der Bohrung 4 im Gehäusekopf 3 drückt und damit eine dauerhafte thermische Kopplung sicherstellt. Der Kunststoffträger 10 wirkt somit als Niederhalter. Vorteilhafterweise ist diese Verbindung dergestalt, dass der Kunststoffträger 10 unter Vorspannung in die Bohrung eingeführt ist, vorzugsweise wie in den
Durch die Geometrie des Kunststoffträgers 20 wird eine planparallele Ausrichtung des Temperaturfühlers 10 auf dem Boden der Bohrung 4 im Gehäusekopf 3 garantiert. Winkelabweichungen des Temperaturfühlers 10 bei der Vormontage im Kunststoffträger 20 werden durch den Fügeprozess wie bei einem Gelenk ausgeglichen. Durch das Aufschrauben der Mutter 6 wird die Vorspannung auf den Temperaturfühler 10 generiert.The geometry of the
Zusätzlich furcht sich die Mutter 6 bei den letzten Umdrehungen in den Kunststoffträger 20 ein, was eine Gewindesicherung der Mutter 6 für den zuverlässigen Betrieb unter Schock und Vibrationen darstellt. Hierfür weist der Kunststoffträger 20, wie aus
Die spezielle T-Form des Kunststoffträgers 20 in Form einer schulterartigen Verbreiterung 21 dient für den Anpressdruck der Mutter 6. Die Wandung des Gehäusekörpers 2 weist zwei gegenüberliegende schlitzartige Ausnehmungen 5 auf (siehe
In
In
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Temperatursensortemperature sensor
- 22
- Gehäusekörpercase body
- 33
- Gehäusekopfhousing head
- 44
- Bohrungdrilling
- 55
- schlitzartige Ausnehmungslot-like recess
- 66
- MutterMother
- 1010
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 1111
- Litzestrand
- 2020
- Kunststoffträgerplastic carrier
- 2121
- schulterartige Verbreiterungshoulder-like widening
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