DE19610885A1

DE19610885A1 - Wärmeübergangsmeßgerät

Info

Publication number: DE19610885A1
Application number: DE1996110885
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl Ing Wind
Original assignee: Individual
Current assignee: Afm-Sensorik De GmbH
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: DE19610885B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübergangsmeßgerät mit einem von einem strömenden Meßfluid beaufschlagbaren Meßkopf, der einen über eine wärmeleitende Trennwand druckdicht gegenüber dem Meßfluid abgedichteten Innenraum und einen im Innenraum angeordneten, in thermischem Kontakt mit der Trennwand ste henden, mindestens ein Heizelement und ein Temperaturmeß element enthaltenden kalorimetrischen Sensor aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung ei nes solchen Wärmeübergangsmeßgeräts.

Wärmeübergangsmeßgeräte dieser Art werden vor allem als Strömungswächter zur elektrischen Erfassung von Wärmever lusten in strömenden Medien, als Füllstandssonden oder als Phasendetektoren zur Überwachung des Wechsels von Dampf- und Flüssigkeitszuständen eingesetzt. Sie arbeiten nach dem ka lorimetrischen Prinzip, bei welchem Temperaturänderungen aufgrund eines definierten Wärmeeintrags bestimmt und com putergestützt ausgewertet werden. Bei bekannten Wärmeüber gangsmeßgeräten läßt vor allem die Herstellung des Meßkopfes mit einer reproduzierbar ansprechenden wärmeübertragenden Trennwand zu wünschen übrig.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeübergangsmeßgerät sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu entwickeln, dessen Meßkopf einfach herstell bar ist und besonders gute und reproduzierbare Wärmeüber tragungseigenschaften aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 11 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteil hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung er geben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Trennwand als vorgefertigte dünnwandige Scheibe mit de finierter Wandstärke ausgebildet ist, deren Außenrand umlau fend mit einem Öffnungsrand eines am Meßkopf angeordneten Rohransatzes materialschlüssig verbunden ist. Die dünnwandi ge Scheibe kann dabei am Rohransatz beispielsweise durch La serschweißen angeschweißt oder angelötet werden. Sie besteht zweckmäßig aus Metall, vorzugsweise aus dem gleichen Edel stahl wie das Rohrstück des Meßkopfs.

Die dünnwandige Scheibe, die zweckmäßig eine Wandstärke von 0,3 bis 0,5 mm aufweist, kann hinsichtlich ihrer Wandstärke sehr genau dimensioniert werden, so daß man bei der Herstel lung der Wärmeübergangsmeßgeräte reproduzierbare Wärmeüber gangseigenschaften erhält. Dies gilt umso mehr, als auch die Anbringung des kalorimetrischen Sensors an der vorgefertig ten Scheibe leichter möglich ist als im Inneren eines Meß kopfes. Dementsprechend ist es von Vorteil, wenn die vorge fertigte dünnwandige Scheibe zunächst mit dem kalorimetri schen Sensor wärmeleitend verbunden wird und erst anschlie ßend die auf diese Weise konfektionierte Scheibe unter Bil dung der Trennwand auf den freien Öffnungsrand des Rohran satzes mit nach dem Inneren des Meßkopfes weisendem Sensor druckdicht angeschweißt wird.

Der kalorimetrische Sensor kann dabei beispielsweise in Dickschichttechnik oder Dünnfilmtechnik vorgefertigt und auf die Scheibe wärmeleitend aufgeklebt werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, den Sensor in Dünnfilmtechnik unmittelbar auf die metallische Scheibe aufzubringen.

Der Sensor weist zweckmäßig einen Keramikträger mit zwei im Abstand voneinander und von dem Temperaturmeßelement ange ordneten Widerstandsheizelementen auf. Als Temperaturmeßele ment kann ein temperaturabhängiger Widerstand (NTC oder PTC) verwendet werden, der an eine externe Meßbrücke angeschlos sen werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Meßkopf ein den Rohransatz tragendes, mit einem Außenge winde versehenes rotationssymmetrisches Gehäuseteil auf weist, das in eine Gewindebohrung eines flüssigkeitsdurch strömten Rohres druckdicht eingeschraubt werden kann. Im In nenraum des Gehäuseteils kann im Abstand von der Trennwand ein Anschlußstück angeordnet werden, das mit dem Heizelement und dem Temperaturmeßelement des Sensors galvanisch verbun den ist und an dem ein nach außen geführtes Anschlußkabel angeschlossen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich nung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längs schnitt durch ein Wärmeübergangsmeßgerät.

Das in der Zeichnung dargestellte Wärmeübergangsmeßgerät ist als Strömungswächter zur elektrischen Erfassung von Wärme verlusten in strömenden Medien, als Füllstandssonde oder als Phasendetektor zur Wasserdampferkennung bestimmt. Es besteht aus einem Meßkopf 10 mit einem rotationssymmetrischen Gehäu seteil 12 und einem stirnseitig über das Gehäuseteil 12 über stehenden Rohransatz 14, einer den Rohransatz 14 stirnseitig verschließenden dünnwandigen Trennwand 16 und einem auf der Innenseite der Trennwand 16 in wärmeleitender Verbindung mit dieser angeordneten kalorimetrischen Sensor 18. Die Trenn wand 16 ist als vorgefertigte dünnwandige Metallscheibe mit einer definierten Wandstärke von etwa 0,4 mm ausgebildet, die mit dem Sensor 18 bestückt wird, bevor sie an den Öff nungsrand 20 des Rohransatzes 14 angeschweißt wird. Der Sen sor 18 umfaßt einen Keramikträger 22, mindestens ein auf dem Keramikträger angeordnetes Widerstands-Heizelement 24 und ein Temperaturmeßelement 26. Das Heizelement 24 und das Tem peraturmeßelement 26 sind über die Drähte 28 mit einem im Innenraum 30 des Gehäuseteils 12 angeordneten Anschlußstück 32 verbunden, an welchem seinerseits ein nach außen geführ tes Kabel 34 angeschlossen ist. Der Meßkopf 10 weist im Be reich seines Gehäuseteils 12 ein Außengewinde 36 auf, mit dem es in eine entsprechende Gewindebohrung eines mit dem Meßfluid in Richtung des Pfeils 38 durchströmten Rohres 40 flüssigkeitsdicht einsetzbar ist. Der Meßkopf 10 ist über das Kabel 34 an ein externes Steuer- und Auswertegerät 42 anschließbar.

Claims

1. Wärmeübergangsmeßgerät mit einem von einem strömenden Meßfluid (38) beaufschlagbaren Meßkopf (10), der einen über eine wärmeleitende Trennwand (16) druckdicht gegen über dem Meßfluid abgedichteten Innenraum (30) und einen im Innenraum (30) in thermischem Kontakt mit der Trenn wand (16) stehenden, mindestens ein Heizelement (24) und ein Temperaturmeßelement (26) enthaltenden kalorimetri schen Sensor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (16) als vorgefertigte dünnwandige Scheibe mit definierter Wandstärke ausgebildet ist, die mit einem Öffnungsrand (20) eines am Meßkopf (10) angeordneten Rohransatzes (14) materialschlüssig verbunden ist.

2. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die dünnwandige Scheibe (16) am Rohransatz (14) angeschweißt oder angelötet ist.

3. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandige Scheibe (16) aus Me tall besteht.

4. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandige Scheibe (16) mittels einer Laserschweißnaht mit dem Rohransatz (14) verbunden ist.

5. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte dünnwandi ge Scheibe (16) mit dem Sensor (18) bestückt ist.

6. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandige Scheibe (16) und der Rohransatz (14) des Meßkopfs (10) aus dem glei chen Metall, vorzugsweise aus Edelstahl bestehen.

7. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen mit der dünnwandigen Scheibe (14) flächig wärmeleitend verbunde nen, vorzugsweise verklebten, mit dem Heizelement und dem Temperaturmeßelement bestückten Keramikträger (22) aufweist.

8. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Keramikträger (22) zwei im Abstand voneinander und von dem Temperaturmeßelement (26) ange ordnete Widerstandsheizelemente (24) trägt.

9. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (10) ein den Rohransatz (14) tragendes, mit einem Außengewinde (36) versehenes rotationssymmetrisches Gehäuseteil (12) auf weist.

10. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (30) des Meß kopfs (10) im Abstand von der Trennwand (16) ein An schlußstück (32) angeordnet ist, das mit dem Sensor (18) galvanisch verbunden ist und an dem ein nach außen ge führtes Anschlußkabel (36) angeschlossen ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines aus einem Meßkopf (10) und einem mit einer Trennwand (16) des Meßkopfs (10) wärmeleitend verbundenen kalorimetrischen Sensor (18) bestehenden Wärmeübergangsmeßgeräts, dadurch gekenn zeichnet, daß eine dünnwandige, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehende Scheibe (16) mit de finierter Wandstärke einseitig mit dem Sensor (18) wär meleitend verbunden wird, und daß anschließend die auf diese Weise konfektionierte Scheibe unter Bildung der Trennwand (16) auf einen freien Öffnungsrand (20) eines Rohransatzes (14) des Meßkopfs (10) mit nach dem Innen raum weisendem Sensor (18) druckdicht angeschweißt, an gelötet oder angeklebt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) mittels eines Laserstrahls am Rohran satz (14) angeschweißt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß der in Dickschichttechnik oder Dünnfilmtechnik vorgefertigte Sensor (18) auf die vorgefertigte Scheibe (16) aufgeklebt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß der Sensor (18) in Dünnfilmtechnik unmittelbar auf die Scheibe (16) aufgebracht wird.