DE202013103059U1

DE202013103059U1 - Thermoelektrisches Temperaturmessmodul zur Messung der Temperatur in einer Rohrleitung mit Doppelmessstelle

Info

Publication number: DE202013103059U1
Application number: DE202013103059U
Authority: DE
Original assignee: Temperaturmesstechnik Geraberg GmbH
Current assignee: Temperaturmesstechnik Geraberg GmbH
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2013-09-27
Anticipated expiration: 2023-07-11

Abstract

Thermoelektrisches Temperaturmessmodul zur Messung der Temperatur von in einer Rohrleitung (8) strömender Gase und Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Verbindungsstelle der Rohrleitung (8) eine Messanordnung angeordnet ist, welche eine thermoelektrische Temperaturmessstelle (2) enthält, die aus zwei metallischen Halbringen unterschiedlichen Materials besteht, welche an diametral gegenüberliegenden Stellen verbunden sind und jeweils ein Anschlusselement (3) aufweisen, welches ein Anschlusspad (3.2) enthält, das mit einer Anschlussleitung (3.1) verbindbar ist, die aus dem gleichen Material wie der damit verbundene Halbring besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Temperaturmessmodul zur Messung der Temperatur von in einer Rohrleitung strömender Gase und Flüssigkeiten.
Im Lebensmittel- und im Pharmaziebereich ist eine Vielzahl von Messstellen vorhanden, die die Mediumstemperatur durch die Rohrwandung hindurch messen. Dies wird erzielt durch aufwendige Anlegetemperaturfühler mit angefedertem Messstück und aufwendiger Sensorkonfiguration. Bei Anlegefühlern wird die Wärmeübertragung zwischen Prüfkörper und Messfühler nur über eine bestimmte Fläche, die sogenannte Anlagefläche, übertragen.
Temperaturfühler, die in ein Messmedium ragen, sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Beispielsweise ist in DE 102 36 036 A1 ein Hochtemperatursensor beschrieben, der ein Schutzrohr und einen Prozessanschluss aufweist, wobei ein das Messelement enthaltendes Schutzrohrteil in das Medium hineinragt und ein äußeres Schutzrohrteil die äußeren Anschlussleitungen aufnimmt. Das Medium, dessen Temperatur ermittelt werden soll, befindet sich beispielsweise in einer Rohrleitung. Der elektrische Anschluss ist die Koppelstelle der im Gehäuse verlaufenden Innenleitungen mit den äußeren Anschlussleitungen. Bevorzugtes Einsatzgebiet ist die Verwendung in Temperaturmessstellen mit erhöhten mechanischen und thermischen Belastungen, die z. B. in Abgaskanälen von Verbrennungsmotoren auftreten. Nachteilig ist dabei, dass diese Temperaturfühler in engen Rohrleitungen nicht eingesetzt werden können.
Für Messungen an engen Rohren werden Anlegefühler verwendet, die aber einen höheren Messfehler verursachen. Zur Verringerung des Messfehlers bei Anlegefühlern ist aus DE 102 27 454 A1 ein Temperaturfühler bekannt, bei dem in einem Anlegeteil ein Temperatursensor angeordnet ist. Der Fühler weist ein Anlegeteil mit einer Vertiefung auf, die mit einer Wärmeleitfolie überspannt ist, wobei in einem von der Vertiefung und der sie überspannenden Wärmeleitfolie liegendem Bereich eine Wärmeleitpaste mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist. Generell ist bei Anlegefühlern jedoch ein hoher statisch-thermischer Fehler nicht zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmessvorrichtung zur Messung der Temperatur von in einer Rohrleitung strömender Gase und Flüssigkeiten zu schaffen, die eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht und die für den Einsatz im Lebensmittel- und Pharmaziebereich geeignet ist. Die Temperaturmessvorrichtung soll molchfähig sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Temperaturmessmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
An einer Verbindungsstelle der Rohrleitung ist eine Messanordnung angeordnet, welche eine thermoelektrische Temperaturmessstelle enthält. Die Messstelle besteht aus zwei metallischen Halbringen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Diese Halbringe stellen die sogenannten Thermomessschenkel eines Thermopaares dar und sind an zwei Stellen miteinander verbunden. Die Verbindungsstellen bilden eine Messstelle. Sie verfügen jeweils über einen Anschlusspfad und eine Anschlussstelle, an der eine Thermo- oder Ausgleichsleitung angeschlossen ist, welche aus dem gleichen Material wie der damit verbundene Halbring besteht.
Die beiden Messstellen sind strömungstechnisch so ausgebildet, dass ein optimaler Wärmeübergang erreicht wird und der Strömungswiderstand der Rohrleitung nicht beeinflusst wird.
Vorteilhafterweise dienen als metallische Bauteile zwei identische Ringhälften unterschiedlichen Materials, welche zu einem vollständigen Ring miteinander verschweißt sind, wobei die beiden Schweißstellen die Messstelle bilden und das thermoelektrische Signal aus der Parallelschaltung der beiden Messstellen gebildet wird.
Je kleiner der Durchmesser wird, umso kritischer ist die Temperaturmessung mittels Anlegetemperaturfühler. Daher treten insbesondere bei kleinen Durchmessern hohe Fehler mit diesen Anlegetemperaturfühlern auf. Demgegenüber können mit der vorliegenden Dichtung sowohl Kosten gespart werden, da die Dichtungen deutlich kostengünstiger herstellbar sind, als auch eine wesentlich höhere Messgenauigkeit erreicht werden. Ursache für die hohe Messgenauigkeit ist, dass die beiden gegenüberliegenden Schweißverbindung zwischen den beiden metallischen Ringhälften direkt mit dem Medium in Kontakt stehen. Vorteilhaft ist ferner, dass die Messstellen nicht nur direkt mit dem Medium in Kontakt stehen, sondern dass diese zweifach ausgebildet sind und dadurch eine doppelte Wirkung für die Messung bewirken. Die beiden Schweißstellen entsprechen einer zweifachen Anzahl von Schweißpunkten für Einzelelemente, die in ihrer Wirkung einer Zusammenschaltung zweier thermoelektrischer Elemente entsprechen.
Es ist auch möglich, dass beide flachen Ringhälften durch thermoelektrische Pasten ersetzt werden, wobei die thermoelektrischen Pasten auf eine isolierte Unterlage aufgebracht und mit einer Isolierschicht versehen sind. Das Aufbringen erfolgt gemäß den technologischen Vorschriften für das Aufbringen metallischer Pasten, beispielsweise durch Einbrennen. Damit lassen sich besonders geringe Bauhöhen kostengünstig realisieren.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Ringhälften Einschnitte aufweisen. Damit kann eine thermische Entkopplung erreicht werden und/oder symmetrische Zuleitungswiderstände zu den Thermomessstellen realisiert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Innenseiten der Halbringe strömungsbeeinflussende Oberflächenelemente aufweisen und/oder im Bereich der Verbindungsstelle mit einer abgebogenen Lasche versehen sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein zweiteiliges Ringthermoelement,
2 die Draufsicht und einen Schnitt durch ein zweiteiliges Ringthermoelement mit Biegelasche und
3 die Anordnung des Ringthermoelements in einer Rohrleitung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt die Draufsicht auf die Messanordnung ohne Isolationsschicht. Die Messanordnung wird von einem symmetrisch aufgebauten zweiteiligen Ringthermoelement gebildet. Die beiden spiegelsymmetrischen Ringhälften bestehen aus unterschiedlichen Thermomaterialien. Die beiden Ringhälften bilden einen ersten Thermomessschenkel 2.1 und einen zweiten Thermomessschenkel 2.2. Sie sind über zwei als Schweißstellen ausgebildete Verbindungsstellen elektrisch verbunden, welche die Thermomessstellen 1.1 und 1.2 darstellen. An den Thermomessschenkeln 2.1 und 2.2 sind elektrische Anschlussstellen 5 angebracht, die als Löt-, Schweiß-, Steck- oder Klemmstelle ausgebildet sein kann. In der hier dargestellten Ausführung ist ein Steckanschluss 5.1 dargestellt.
Zur thermischen Entkopplung sind die Thermomessschenkel 2.1 und 2.2 mit Freischnitten 4.1 und 4.2 versehen. Ein an der Thermomessstelle 1.1 angebrachter Freischnitt 4.1 dient der Verminderung der Wärmeübertragung von der Thermomessstelle 1. Ein Teil des Freischnitts 4.2 dient dazu, symmetrische Zuleitungswiderstände zu den jeweiligen Thermomessstellen zu erzeugen.
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs an den Thermomessstellen 1.1 und 1.2 können zacken-, wellen- oder zahnförmige Ausgestaltungen an den dem Messmedium M zugewandten Flächen der Thermomessschenkel 2.1 und 2.2 angebracht sein. Bei der hier dargestellten Ausführung wird eine Verbesserung des Wärmeübergangs durch einen Überstand 3 der Thermomaterialien an den Thermomessstellen 1.1 und 1.2 erzielt.
2 zeigt die Draufsicht auf ein Ringthermoelement und einen Längsschnitt durch die Anordnung. Daraus ist ersichtlich, dass an den Thermomessschenkeln 2.1 und 2.2 umgebogene Laschen 6 angebracht sind. Die Laschen 6 ragen in den Rohrinnenraum. Die jeweiligen Schweißstellen, welche die Thermomessstellen 1.1 und 1.2 bilden, befinden sich mittig an den Laschen 6. An den Thermomessschenkeln 2.1 und 2.2 sind elektrische Anschlussstellen 5 angebracht, die hier als Lötpad 5.2 ausgebildet sind.
3 zeigt eine Einbausituation. Die mit einer Isolationsschicht 7 umgebene Messanordnung befindet sich zwischen den Flanschansätzen 9 der Rohrleitung 8. Um den Wärmeübergang vom Medium M zum Ringthermoelement zu verbessern ohne den Strömungsdurchmesser zu beeinflussen, sind hierbei die Enden der Rohrleitung 8, welche den Übergang zum Flanschansatz 9 bilden, an der Messstelle mit Abrundungen 10 versehen.
Bezugszeichenliste

1.1: erste Thermomessstelle
1.2: zweite Thermomessstelle
2.1: erster Thermomessschenkel
2.2: zweiter Thermomessschenkel
3: Überstand
4.1: Freischnitt an der Schweißstelle
4.2: Freischnitt im Ring
5: elektrische Anschlussstelle
5.1: Steckanschluss
5.2: Lötpad
6: Lasche
7: Isolationsschicht
8: Rohrleitung
9: Flanschansatz
10: Abrundung
M: Messmedium

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10236036 A1 [0003]
DE 10227454 A1 [0004]

Claims

Thermoelektrisches Temperaturmessmodul zur Messung der Temperatur von in einer Rohrleitung (8) strömender Gase und Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Verbindungsstelle der Rohrleitung (8) eine Messanordnung angeordnet ist, welche eine thermoelektrische Temperaturmessstelle (2) enthält, die aus zwei metallischen Halbringen unterschiedlichen Materials besteht, welche an diametral gegenüberliegenden Stellen verbunden sind und jeweils ein Anschlusselement (3) aufweisen, welches ein Anschlusspad (3.2) enthält, das mit einer Anschlussleitung (3.1) verbindbar ist, die aus dem gleichen Material wie der damit verbundene Halbring besteht.
Thermoelektrisches Temperaturmessmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Halbringe mittels Schweißstellen verbunden sind.
Thermoelektrisches Temperaturmessmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhälften Einschnitte aufweisen.
Thermoelektrisches Temperaturmessmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte so ausgebildet sind, dass der elektrische Leitungswiderstand der beiden Verbindungsstellen gleich ist.
Thermoelektrisches Temperaturmessmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten der Halbringe strömungsbeeinflussende Oberflächenelemente aufweisen.
Thermoelektrisches Temperaturmessmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Halbringe im Bereich der Verbindungsstelle mit einer abgebogenen Lasche (6) versehen ist.
Thermoelektrisches Temperaturmessmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhälften aus thermoelektrischen Pasten bestehen, die auf einer isolierten Unterlage aufgebracht und mit einer Isolierschicht versehen sind.