DE1773549B2

DE1773549B2 - Einrichtung zum messen von temperaturen in stroemenden medien

Info

Publication number: DE1773549B2
Application number: DE19681773549
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 5202 Hennef Görmar
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1968-06-01
Filing date: 1968-06-01
Publication date: 1976-07-22
Also published as: FR2011888A1; GB1272476A; US3559486A; DE1773549A1; CH492966A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Temperaturen in strömenden Medien, mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, dessen eines Ende eine Befestigungsvorrichtung aufweist, und mit einem darin axial verschiebbar geführten und an dem befestigungsseitigen Gehäuseende herausragenden Tauchrohr, das an seinem freien Ende hakenförmig gekrümmt ist und einen als Thermoelement oder Halbleiter-Widerstandsthermometer ausgebildeten Temperaturfühler aufweist.

Aus der US-PS 22 34 056 ist nun eine Meßsonde des eingangs beschriebenen Aufbaues bekannt, die zum Messen der Temperatur von in Behältern stationär gehaltenen Medien dient. Hiermit ist jedoch die Temperaturmessung in strömenden Medien noch nicht

möglich.

Aus der DTPS 11 79383 hingegen ist eine kombinierte Meßeinrichtung zum Ermittein der Zustandsgrößen eines strömenden Mediums bekannt, die einen vorgegebenen Ort ermöglicht

in der Kunststoffverarbeitung sind Einrichtungen zum Messen der Temperaturverteilung in einem Querschnitt eines strömenden Mediums bekannt, bei denen ein beispielsweise zwischen einer Extruderschnecke und einem nachgeschalteten Werkzeug angeordnetes ringzylindrisches Zwischenstück verwendet wird, das entweder auf einem seinen lichten Querschnitt überspannenden Steg mehrere Temperaturmeßstellen trägt oder statt dessen mehrere radial

gerichtete, gerade oder hakenförmig gekrümmt ausgebildete und an ihrem Ende einen Temperaturfühler tragende Tauchrohre aufweist Jedoch bedingen diese Einrichtungen zum einen wegen der bei den einzelnen Maschinentypen unterschiedlichen Anschlußmaße je-

weils entsprechend unterschiedliche ZwiseheuMÜcke und zum anderen für eine einigermaßen genaue Bestimmung des Temperaturprofils, das beispielsweise bei einem Extruder Unterschiede von 30⁰C und mehr aufweisen kann, eine entsprechend große Zahl von

Meßstellen.

Es tut ferner von der Temperaturmessung in Ablaufkanälen eine Einrichtung bekannt, bei der ein am einen Ende einen Temperaturfühler aufweisendes Tauchrohr innerhalb eines Rohrstutzen verschoben und in cresem mittels einer Klemmschraube gehalten werden kann, wobei der Rohrstutzen beispielsweise mittels eines an ihm ausgebildeten Flansches an der Kanalwand fest angebracht wird. Die Anwendung dieser Einrichtung ist jedoch auf Messungen beschränkt bei denen die Medien unter relativ niedrigem Druck stehen, da die Klemmschraube zwecks Verschiebung des Tauchrohres innerhalb des Rohrstutzens gelöst und demzufolge der ganze auf dem Tauchrohr lastende Druck einzig und allein von dem die Einrichtung Bedienenden aufgenommen werden muß, so daß bei höheren Drücken die emwandtreie Verschiebbarkeit nicht mehr gewährleistet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperaturverteilung in einem bestimmten Querschnitt eines strömenden Mediums in radialer Richtung mit nur einer Meßeinrichtung bestimmen zu können, um so die tatsächlichen Stofftemperaturen an die die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens oder die Qualität des danach gefertigten Produktes bestimmende optimale Stofftemperatur durch geeignete Prozeßführung anpassen zu können.

Insbesondere eine Einrichtung zum Messen von Temperaturen in hochviskosen Medien, wie Kunststoffschmelzen bedingt, auch noch bei höheren Drücken und Temperaturen die genaue Bestimmung eines radialen Temperaturprofiles ermitteln zu müssen, müssen.

Ausgehend von den bekannten Meßeinrichtungen wird die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe 2ur Durchführung von Messungen in hochviskosen Schmelzen durch die Kombination der Merkmale, daß

a) das Tauchrohr gegen Drehbewegungen relativ zum Gehäuse gesichert und über ein Gewinde mit einer Einstellvorrichtung verbunden ist, die am anderen Gehäuseende drehbar, jedoch axial unverschieblich angeordnet ist

b) daß das im wesentlichen kreiszylindrische Tauchrohr auf seiner Außenfläche mit einer oder auch mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten

Längsnuten versehen ist, in die eine an der Gehäuseinnenwand angeordnete Nase eingreift

c) daß das Tauchrohr aus zwei unter Verwendung eines Zwischenstückes geringer Wärmeleitfähigkeit verbundenen Teilen besteht und s

d) daß das Tauchrohr Un Bereich des befestigungsseitigen Gehäuseendes gegenüber dem Gehäuse im Durchmesser verringert ist und dort in einer aus c^:nem Material geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellten Buchse mit geringen Spiel geführt ist,

gelöst

Die Ausbildung der beispielsweise mittels eines am Gehäuse vorgesehenen Außengewindes oder Bajonettverschlusses an der Wand des Strönrangskanals befestigten Einrichtung gewährleistet daß das Tauchrohr auch bei hohen Drücken, die beispielsweise bei der Kunststoffverarbeitung in Schneckenpressen bis zu 400 at und mehr betragen können, leicht und feinfühlig durch einiäuirca ύ iri\zsz;-,rz.is ud un»cnnjifiLoiui)c verschoben werden kann. Die etwa als Handrad ausgebildete Einstellvorrichtung ist dabei mittels geeigneter Formschlußverbindungen gegen eine axiale Verschiebung relativ zum Gehäuse gesichert, beispielsweise in der Weise, daß in das Gehäuse senkrecht zu dessen Längsachse eingesetzte Rundstifte tangential in eine an der Einstellvorrichtung ausgebildete Ringnut von halbkreisförmigem Querschnitt eingreifen oder daß eine von der Einstellvorrichtung und dem Gehäuse gemeinsam gebildete Ringnut kreisförmigen Quer Schnitts mit Kugeln gefüllt ist die über eine beispielsweise mit einer Schraube verschließbare im Gehäuse vorgesehene radiale Bohrung eingebracht werden. Zweckmäßigerweise sollte dabei die beispielsweise mittels eines Gewindes oder auch mittels eines in eine Steuerkurve eingreifenden Nase vorgenommene Verbindung zwischen dem Tauchrohr und der Emstellvor richtung so ausgelegt sein, daß das Verbindungselement eine selbsthemmende Wirkung besitzt so daß eine zusätzliche Sicherung der Einstellvorrichtung gegen unbeabsichtigtes Verdrehen infolge der auf das Tauchrohr ausgeübten Druckkräfte sich erübrigt

Für die einwandfreie Funktion der Einrichtung ist es von erheblicher Bedeutung, daß das Tauchrohr mit möglichst kleinem Spiel geführt wird, um so einerseits eine exakte leichtgängige Verschiebung und andererseits eine sichere Abdichtung gegenüber dem Medium, dessen Temperatur gemessen werden soll — im nachfolgenden kurz als »Betriebsmedium« bezeichnet — zu ermöglichen, wobei der letzteren Forderung um so leichter genügt werden kann, je höher die Zähigkeit des Betriebsmediums ist. Sofern die Einrichtung auch bei höheren Temperaturen Anwendung finden soll muß bei der Auswahl der Materialien für die ineinandergleitenden Teile zudem beachtet werden, daß deren Wärmeausdehnung nicht zu unterschiedlich ist um ein Verklemmen odeir Verkanten des Tauchrohies infolge zu großer Spieländerung zu vermeiden. Außerdem ist von dem Material dieser Teile wie auch gegebenenfalls der übrigen Teile zu fordern, daß sie zum einen, je nach den auftretenden Drücken und Temperaturen, eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen und daß sie sich zum anderen, soweit sie mit dem Betriebsmedium in Berührung kommen oder kommen könnten, gegenüber diesem neutral verhalten.

Der als Thermoelement oder Halbleiter-Wider- (·' Standsthermometer ausgebildete Temperaturfühler wird mittels eines neutralen Klebers, Kittes, Lotes od. dgl. elektrisch und gegebenenfalls auch thermisch isoliert am freien, in das Betriebsmedium hineinragende Ende des Tauchrohres dicht und auch bei höheren Temperaturen der mechanischen Beanspruchung standhaltend angeordnet wobei die isolierten elektrischen Zuleitungen durch das Tauchrohr und durch einen am anderen Ende vorgesehenen, eine entsprechende Durchbrechung aufweisenden Verschlußpfropfen oder -deckel hindurch zu einem Anzeigeinstrument geführi werden.

Eine wesentliche Voraussetzung für die axiale Verschiebbarkeit des Tauchrohres mittels der Einstellvorrichtung ist daß das Tauchrohr innerhalb des Gehäuses gegen Verdrehen gesicnert ist was etwa in der Weise geschehen kann, daß das auf einem Teil seiner Länge mit einem von der Kreisform abweichenden, beispielsweise quadratischen, Querschnitt ausgebildete Tauchrohr in einem Gehäuse, das einen dazu korrespondierenden lichten Querschnitt aufweist geführt ist

Q g

rteilhafter in; H:nb!:ck auf sine rationelle Fer*ig"n£ ist es jedoch, wenn statt dessen in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung das im wesentlichen kreiszylindrische Tauchrohr auf seiner Außenfläche mit einer, gegebenenfalls aber auch mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten Längsnuten versehen wird, in die eine an der Gehäuseinnenwand, gegebenenfalls lösbar, angeordnete Nase, beispielsweise ein Gewindestift eingreift Darüber hinaus ermöglicht es eine derartige Ausbildung aber auch, das Tauchrohr nach Herausschrauben des Gewindestiftes um bestimmte, durch den Nutenabstand festgelegte Winkel gegenüber dem Gehäuse zu verdrehen, was dann von Bedeutung ist wenn der Temperaturfühler nicht innerhalb der Achse des Tauchrohres angeordnet ist.

Vielfach wird es sich aus Gründen der mechanischen Festigkeit oder auch der chemischen Neutralität als zweckmäßig erweisen, das Tauchrohr aus Metall, beispielsweise aus Stahl, zu fertigen. Um auch in diesen Fäl'.en durch Wärmeaustausch mit der Umgebung bedingte Meßfehler möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, das Tauchrohr gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung aus zwei Teiler herzustellen, die miteinander unter Einschaltung eines Zwischenstükkes geringer Wärmeleitfähigkeit durch Kleben, Schrauben od. dgl. verbunden werden.

Ebenfalls im Sinne einer Erhöhung der Meßgenauigkeit wirkt es sich aus, wenn das Tauchrohr in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich des befestigungsseitigen Gehäuseendes im Durchmesser verringert wird und dort in einer Buchse mit geringem Spiel geführt wird. Abgesehen von der Verringerung der abgeführten Wärmemenge infolge einer Verkleinerung des wärmeleitenden Querschnittes bietet diese Maßnahme noch den weiteren Vorteil, daß damit zum einen auch die mechanische Beanspruchung des Tauchrohres auf Biegung und Druck verringert wird und zum anderen auch der für die einwandfreie Verschiebbarkeit des Tauchrohres im Gehäuse unerläßliche Ringspalt im Durchmesser kleiner wird, was an sich bereits eine verbesserte Abdichtung gewährleistet außerdem aber die Möglichkeit noch kleinerer Spaltbreiten bei gleichen, für die Verschiebung erforderlichen Kräften eröffnet. Um im letzteren Falle, d. h. bei sehr kleinem Spiel gegenüber der Buchse, unerwünschte Wärmebrükken zu vermeiden, kann die Buchse aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden.

Eine weitere Verbesserung der Meßgenauigkeit läßt sich schließlich noch dadurch erzielen, daß das Tauchrohr im Bereiche seines freien Endes hakenförmig

gekrümmt ausgebildet wird, wober die Anordnung so gewählt wird, daß der abgewinkelte Teil des Tauchrohres annähernd parallel zu den Stromlinien verläuft und der am äußersten Ende des Hakens angeordnete Temperaturfühler von dem Betriebsmedium ais erstes angeströmt wird, so daß auch bei stark ausgeprägtem Temperaturprofil sich wenigstens der Temperaturfühler und ein daran anschließender mehr oder weniger langer Teil des Hakens auf gleicher oder doch nahezu gleicher Temperatur befinden und demzufolge eine durch Wärmeleitung bedingte Verfälschung des Meßergebnisses infolge des praktisch nicht vorhandenen Temperaturgefälles vermieden wird. Dabei sollte der mit den Stromlinien zusammenfallende Bereich des Hakens um so länger ausgebildet werden, je größer die Temperaturunterschiede in dem Betriebsmedium sind, wobei als obere Grenze für die Hakenlänge zu beachten ist, daß das Tauchrohr noch durch die in der Kanalwand dafür vnrffesphpne Rohnina hinHiirrhfiihrhar coin muPt

Da die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Kanalwand mittels sich mehr oder weniger stark zusammendrückender Dichtungsringe aus dafür geeignetem Material erfolgt, wird das Tauchrohr im Bereich der Einstellvorrichtung zweckmäßigerweise mit einer die Richtung des Hakens anzeigenden Markierung versehen, um bei an der Kanalwand befestigtem bzw. in diese eingeschraubtem Gehäuse die tatsächliche Stellung des Hakens Im Strömungskanal erkennen zu können, die dann gegebenenfalls — wie vorstehend bereits erläutert — nach Lösen des in der Gehäusewand vorgesehenen Gewindestiftes durch Verdrehen de» Tauchrohres korrigiert werden kann.

Eine unbedingte Voraussetzung für reproduzierbare Messungen ist die eindeutige Zuordnung zwischen Meßstelle und Meßgröße, was einfach und dennoch sehr genau möglich ist wenn das Tauchrohr und die Einstellvorrichtung mit einer die Eintauchtiefe des Temperaturfühlers, beispielsweise nach Art einer Mikrometerschraube, anzeigenden Markierung versehen werden.

Selbstverständlich ist das Verschieben des Tauchrohres im Kanalquerschnitt insbesondere dann mit der gebotenen Vorsicht vorzunehmen, wenn der Temperaturfühler in die Nähe der Kanalwand kommt um ein Verbiegen oder eine Beschädigung des Fühlers durch gewaltsames Anpressen gegen die Kanalwand zu vermeiden. Dazu erweist es sich als zweckmäßig, die jeweils zulässigen Endstellungen des Tauchrohres, die nach dem Einbau der Meßvorrichtung leicht durch einmaliges vorsichtiges Verschieben des Tauchrohres über den ganzen Strömungsquerschnitt bestimmt werden können, der die Eintauchtiefe anzeigenden Markierung deutlich sichtbar zuzuordnen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird an Hand dieses im folgenden noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Temperaturmeßeinrichtung mit verschiebbarem hakenförmigem Tauchrohr und

Fig.2 einen Ausschnitt aus einem Strömungskana mit darin eingeschraubter, in der Ansicht dargestellte! ι emperaturmelieinrichtung:.

Gemäß F i g. 1 ist innerhalb des am einen Ende eii

Außengewinde 2 und am anderen Ende einen zun Ansetzen eines Einschraubwerkzeuges vorgesehener

Außensechskant 3 aufweisenden, im wesentliche!

zylindrischen Gehäuses 1 ein zwei Teile 4 und !

aufweisendes Tauchrohr von kreiszylindrischem Quer

schnitt angeordnet, dessen hinteres Teil 4 so bemessei ist, daß es im Gehäuse 1 mit geringem Spiel geführt is)

Über ein Außengewinde 6 ist das Teil 4 mit einer al:

Handrad ausgebildeten Einstellvorrichtung 7. die in

Gehäuse 1 drehbar, jedoch infolge der tangentJa

eingesetzten Rundstifte 8 axial unverschiebbar gelager

ist, verbunden und mittels dieser axial verschiebbar. Dai gc^c^ijcr ubitt To« -w »π L/uiciimcbser verringerte Tei

5 ist mit dem ersteren über ein aus einer Mischung einei

Duroplasten mit Asbest hergestelltes Zwischenstück 1

mittels Araldit, einem Zweikomponentenkleber au

Epoxydharzbasis, verbunden und am befestigungsseiti

gen Gehäuseende in einer aus dem gleichen Materia

hergestellten Buchse 10 geführt, die in ein mit den

Gehäuse ebenfalls durch Kleben verbundenes becher förmiges Gehäuse 11 eingesetzt und gegebenenfall:

auch mit diesem verklebt ist An dem aus dem Gehäuse 1

herausragenden Ende ist das Teil 5 hakenförmig

abgebogen und an seiner äußersten Spitze mitte!:

Araldit mit einem Thermoelement 12 versehen, dessei

isolierte Zuleitungsdrähte durch das Innere dei Tauchrohres und durch nicht gezeigte Durchbrechun

gen des am anderen Ende angeordneten Verschlußdek

kels 13 zu einem ebenfalls nicht gezeigten Anzeigein

strument geführt sind. Gleichfalls nicht dargestellt is i di«

auf dem Teil 4 angebrachte Markierung für di«

Bestimmung der Eintauchtiefe des Tauchrohres sowie

die Markierung für die Angabe der Hakenrichtung, di<

entweder ebenfalls auf dem Teil 4 oder aber auch au!

dem VerschJußdeckel 13, der dann in das Teil 4

orientiert einzusetzen ist, angebracht sein kann, so da£

man die Möglichkeit hat, den Haken gegenüber dei

Strömung des Betriebsmediums mehr oder wenigei

genau auszurichten, indem das Tauchrohr nach Leiser

des im Gehäuse 1 radial angeordneten und in die in den-

Teil 4 ausgebildeten Längsnuten 14 eingreifender

Gewindestiftes 15 um ein durch den Abstand dei

einzelnen Nuten 14 bestimmten Winkel verdreht wird.

In der F i g. 2, in der für dieselben Teile wie in F i g. 1 auch dieselben Bezugszeichen verwendet wurden, isi das in der Ansicht gezeigte Gehäuse 1 mittels des Außengewindes 2 unter Verwendung eines Dichtungs ringes 16 in die in der Kanalwand 17 dafür vorgesehene Bohrung eingeschraubt und das Taudirohr so auüge richtet, daß der Haken nnt dein an der Spitze angeordneten Thermoelement 12 strom zeigt

Hierzu 2 Blatt Zeidmungen

3 5711

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen von Temperaturen in strömenden Medien, mit einem im wesentlichen 'zylindrischen Gehäuse, dessen eines Ende eine Befestigungsvorrichtung aufweist, und mit einem darin axial verschiebbar geführten und an dem befestigungsseitigen Gehäuseende herausragenden Tauchrohr, das an seinem freien Ende hakenförmig gekrümmt ist und einen als Thermoelement oder Halbleiter-Widerstandsthermometer ausgebildeten Temperaturfühler aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale zur Durchführung von Messungen in hochviskosen Schmelzen, daß

a) das Tauchrohr (4, 5) gegen Drehbewegungen relativ zum Gehäuse (1) gesichert und über ein Gewinde (6) mit einer Einstellvorrichtung (7) verbunden ist, die am anderen Gehä<iseende drehbar, jedoch axial unverschieblich angeordnet ist,

b) daß das im wesentlichen kreiszylindrische Tauchrohr (4, 5) auf seiner Außenfläche mit einer oder auch mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten Längsnuten (14) versehen ist, in die eine an der Gehäuseinnenwand angeordnete Nase (15) eingreift,

c) daß das Tauchrohr (4, 5) aus zwei unter Verwendung eines Zwischenstückes (9) geringer Wärmeleitfähigkeit verbundenen Teilen (4, S) besteht und

d) daß das Tauchrohr (4, 5) im Bereich des befestigungsseitigen Gehäuseendes gegenüber dem Gehäuse (1) im Durchmesser verringert ist und dort in einer aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellten Buchse (10) mit geringem Spiel geführt ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (4, 5) im Bereich der Einstellvorrichtung (7) mit einer die Richtung des Hakens anzeigenden Markierung verseilen ist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (4, 5) und die Einstellvorrichtung (7) mit einer die Eintauchtiefe des Temperaturfühlers (12), beispielsweise nach Art einer Mikrometerschraube, anzeigenden Markierung versehen sind.