DE2059879B2 - Thermoelektrische Sonde zur Überwachung der Strömung eines Mediums und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Thermoelektrische Sonde zur Überwachung der Strömung eines Mediums und Verfahren zu deren Herstellung

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DE2059879B2 DE19702059879 DE2059879A DE2059879B2 DE 2059879 B2 DE2059879 B2 DE 2059879B2 DE 19702059879 DE19702059879 DE 19702059879 DE 2059879 A DE2059879 A DE 2059879A DE 2059879 B2 DE2059879 B2 DE 2059879B2
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Description

Die Erfindung betrifft eine thermo-elektrische Sonde zur Überwachung der Strömung eines Mediums, bestehend aus einem Tragkörper mit einem vom Medium durchströmten inneren Hohlraum, in dem mindestens ein elektrisch beheizter Widerstandsdraht angeordnet ist, der in der Wandung des Hohlraumes befestigt ist, und einer elektrischen Schaltung zur Erfassung der Wärmeabgabe an das strömende Medium. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Sonde.
Es sind bereits sogenannte Widerstandsdraht-Anemometer zum Messen der Größe und Richtung der Geschwindigkeit von Luftströmungen bekannt, die aus einem dünnen Platindraht bestehen, der zwischen den Enden einer Metallgabel ausgespannt ist. Die Zuführungslei.ungen sind an die Gabel angeschlossen und durch den Stiel des Fühlers geführt. Wenn der dünne Draht durch einen elektrischen Strom erhitzt wird, besteht ein Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit eines am Draht vorbeigeführten strömenden Mediums und der Wärmeabgabe des Drahtes an dieses Medium. Die Beziehung zwischen der Heizstromstärke, dem Widerstand des Drahtes und der Strömungsgeschwindigkeit ist die Grundlage für die Anwendung des Widerstandsdraht-Anemometers. Zur Anzeige der Meßgröße werden üblicherweise elektrische Brückenschaltungen verwendet, die entweder auf dem Prinzip des konstanten Widerstandes des Meßfühlers oder auf
b5 dem Prinzip konstanter Stromstärke durch denselben beruhen. Bei diesen bekannten Anordnungen sind jedoch die zwischen Gabeln eingelöteten Drahtsysteme
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chung. Sie werden leicht im Gebrauch zerstört und erfahren durch die dauernden thermischen Längenänderungen Querschnittsverformungen. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wurden bereits verschiedene Halterungskonstruktionen vorgeschlagen. Diese sind jedoch vom komplizierten Aufbau und entsprechend teuer in der Herstellung, wodurch eine Massenproduktion wesentlich erschwert wird. Ferner waren der Verkleinerung der äußeren Abmessungen der Anordnungen üurch die Schwierigkeit der Herstellungsverfahren Grenzen gesetzt Die am Draht auftretenden Betriebstemperaturen von 300 bis 5000C ließen eine Halterung des Drahtes in thermoplastischem Material, dessen Schmerztemperatur bei etwa 1600C liegt, als technische U nmöglichkeit erscheinen.
Es ist auch schon aus der DE-AS 10 93 569 eine Vorrichtung zur Mengenabmessung strömender Medien nach dem Hitzdrahtverfahren bekanntgeworden, die einen Tragkörper mit einem vom Medium durchströmten und einen elektrisch beheizten Wider-Standsdraht enthaltenden inneren Hohlraum besitzt, bei welcher der spriralförmig verlegte Draht an der den Hohlraum umgebenden Wandung mit Hilfe von an der Wandung befestigten hakenförmigen Halterungsmitteln angebracht ist. Der Aufwand für die Herstellung und den Zusammenbau ist in diesem Falle trroß. Auch bei dem aus der DE-OS 15 48 913 bekanntgewordenen Hitzdrahtanemometer, der aus einem mit Mitteln zum Erzeugen von Stoßen gegen den Meßfühlerdraht versehenen Drahtträgerblock und aus einem Einsatz besteht, der den Drahtträgerblock aufnimmt und in den Gasstrom einzuführen ist, ist wie bei den Anordnungen mit in die Wandung mittelbar eingebetteten Sensoren nach der US-PS 29 53 022 und 33 74 673 der Herstellungsaufwand bzw. der für die Montage des Gerätes aufzubringende Aufwand groß.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, bei thermo-elektrischen Sonden der eingangs genannten Art den Herstellungsaufwand zu verringern. Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wandung des Hohlraums aus thermoplastischem Material besteht, in dem der Widerstandsdraht unmittelbar eingebettet ist.
Mit der Erfindung wird demgemäß eine thermo-elektrische Sonde geschaffen, die sich einfach und billig bei guter Reproduzierbarkeit ihrer charakteristischen Daten herstellen läßt, die gegen mechanische Beanspruchungen unempfindlich ist und die sich gut zum Einbau in integrierte Schaltungen eignet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines solchen Wandlers ist dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht in einer Halterung auf eine Temperatur erhitzt wird, die oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials des Tragkörpers liegt, daß der erhitzte Draht derart in den Tragkörper gedrückt wird, daß der Draht die Wandung des Hohlraumes durchschmilzt und wenigstens teilweise in den Bereich der Strömung zu liegen kommt, und daß die mechanische Spannung des Drahtes in der Haltevorrichtung so gewählt wird, daß dieser nach to erfolgter Abkühlung innerhalb des Hohlraumes gekrümmtist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt
F i g. 1 die perspektivische Ansicht einer thermo-elektrischen Sonde gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Sonde gemäß der Erfindung mit aufgesetzten Anschlußringen und einem im Schnitt angedeuteten Schrumpfschlauch,
Fig.3A. 3B, 3C, 3D Schnittzeichnungen durch die Sonde gemäß F i g. 1 welche die verschiedenen Stufen eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens veranschaulichen, und
Fig.4 die perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sonde.
Die in F i g. 1 gezeigte Sonde besteht aus einem Tragkörper 1 aus thermoplastischem Material. Als solche Materialien kommen Polyazetale, Polyakryl, Polyamid oder ein bei niedrigen Temperaturen schmelzendes Glas in Frage. Von dem im Beispiel als Röhrchen mit einem Hohlraum 3 ausgebildeten Tragkörper wird ein elektrisch beheizter Widerstandsdraht 2 gehalten, der im Beispiel aus einem mit Silber ummantelten Platindraht besteht. Dieser ist senkrecht zur Achse des Röhrchens und damit im Bereich des Hohlraums 3 senkrecht zur Strömungsrichtung eines durch diesen Hohlraum strömenden Mediums angeordnet. Der elektrisch beheizte Widerstandsdraht liegt im Beispiel mäanderförmig in einer Ebene parallel zur Achse des den Hohlraum enthaltenden, den Strömungskanal für das Medium darstellenden Röhrchens. Wie aus F i g. 1 ferner ersichtlich, ist diese Ebene gegenüber der Achse des Röhrchens exzentrisch verschoben. Auf die Einzelheiten dieser Konstruktion wird an späterer Stelle eingegangen.
Die Strömungsmessung beruht in bekannter Weise auf dem Zusammenhang zwischen der Wärmeabgabe des erhitzten Drahtes an ein vorbeiströmendes Medium und dessen Strömungsgeschwindigkeit. Weiterhin ist bekannt, daß bei konstant gehaltenem Widerstand der Strom /und bei konstant gehaltenem Widerstand R eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit ν wird. Man kann also auf diese Weise die Strömungsgeschwindigkeit ermitteln. Zur Erfassung der Größen / und R werden im allgemeinen bekannte Brückenschaltungen verwendet.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sonde besteht aus mehreren Verfahrensschritten, die anhand der F i g. 3A, bis 3D erläutert werden. Neben einem aus Polyazetal bestehenden Röhrchen von beispielsweise 6 mm Außendurchmesser und 2.5 mm Innendurchmesser sowie einer Länge von 20 mm ist in den Figuren der Zeichnung der Widerstandsdraht 2 in seiner Längsachse geschnitten dargestellt, der in einer nicht dargestellten Haltevorrichtung befestigt ist, die den Draht auch in der in F i g. 1 gezeigten Mäanderform aufnehmen kann. Vorzugsweise wird der Draht mit dem in Fig. 3A dargestellten Anfangsdurchhang versehen. Dieser Durchhang kann entweder durch die Art der Einspannung an den Endbereichen 4 und 5 des Drahtes oder durch eine zusätzliche Verspannung im mittleren Bereich 6, die auf den Draht eine nach unten gerichtete Kraft ausübt, erreicht werden.
In jedem Fall wird eine Form des Durchhangs angestrebt, die sich der Oberfläche des Tragkörpers 1, im Beispiel also des Röhrchens, optimal anpaßt, wie es in F i g. 3B dargestellt ist. Der elektrisch beheizte Widerstandsdraht 2, der im Beispiel aus einem mit Silber ummantelten Platindraht besteht, weist im Beispiel einen Außendurchmesser von 100 μίτι auf, während der Durchmesser der Platinseele 9 μηι beträgt. Den Enden des Widerstandsdrahtes wird nun ein elektrischer Strom zugeführt, so daß der Draht auf eine Temperatur erhitzt wird, die wesentlich über dem Schmelzpunkt, aber
unterhalb deb Verdampfungspunktes des thermoplastischen Materials liegt, aus dem der Tragkörper 1 besteht. Beispielsweise werden Temperaturen zwischen 300 und 5000C gewählt.
Anschließend werden unter Konstanthalten des diese Temperatur erzeugenden Stromes der Tragkörper 1 und der Widerstandsdraht 2 gegeneinander bewegt. Beim Auftreffen des Widerstandsdrahtes auf die Oberfläche des Röhrchens beginnt das thermoplastische Material unter dem Einfluß der hohen Temperatur des Drahtes zu schmelzen. Während dieses Schmelzvorgangi-x werden der Draht und das Röhrchen mit einem cv linierten Druck gegeneinander weiterbewegt, so daß SKh der Schmelzvorgang durch die Wandung des Röhrchens fortsetzt. Gleichzeitig erstarrt das Tragkörpermaterial hinter dem in die Wandung eindringenden Widerstandsdraht, so daß nach Beendigung der Einschmelzbewegung und nach Abschalten des Stromes der Draht fest in den Tragkörper eingeschmolzen ist und die Stellen, durch die der Draht hindurchgegangen ist, wieder zugeschmolzen sind. Der gesamte beschriebene Einschmelzvorgang ist im Beispiel auf ca. 5 see. beschränkt, der angewendete Druck während des Einschmelzvorganges ist so bemessen, daß einerseits der Widerstandsdraht nicht unter der mechanischen Beanspruchung zerreißt, daß jedoch andererseits das Tragkörpermaterial hinter dem bewegten Draht mit Sicherheit wieder erstarren kann.
In Fig. 3C ist die nach diesen Verfahrensschritten erhaltene Anordnung dargestellt. In dieser Figur ist im Schnitt auch ein Stab 10 gezeigt, der die Aufgabe hat, den eindringenden Widerstandsdraht an einer definierten Stelle innerhalb des Hohlraumes 3 zu zentrieren. Aus strömungstechnischen Gründen ergibt sich nämlich die größte Wirksamkeit des in dem Röhrchen angeordneten Widerstandsdrahtes im Zentrum des den Strömungskanal darstellenden Hohlraumes. Wegen des aus anderen Gründen gewünschten Durchhangs des Widerstandsdrahtes innerhalb des Kanals liegen die Austriltsstellen des Drahtes innerhalb der Wandung nicht in einer durch den Durchmesser des Röhrchens gehenden Ebene, sondern in einer gegenüber dieser leicht verschobenen Ebene. Dann liegt der größte Teil des mittleren Bereiches 6 des Widerstandsdrahtes 2 im Zentrum des Hohlraums 3. Die Abmessungen des Stabes 10 sind so gewählt, daß diese optimale Lage des Widerstandsdrahtes 2 innerhalb des Hohlraumes 3 gewährleistet ist.
Der Durchhang des Widerstandsdrahtes ist nicht nur wegen der leicht erhöhten wirksamen Länge des Drahtes innerhalb des Hohlraumes 3, sondern in erster Linie wegen der erhöhten mechanischen Festigkeit gegenüber den von dem strömenden Medium hervorgerufenen Beanspruchungen gewählt. Vor allen Dingen bei stoßweise fließendem Medium, beispielsweise in digitalen fluiden Systemen, hat der Widerstandsdraht 2 sehr starke mechanische Beanspruchungen auszuhalten. Ein starr aufgehängtes System würde diesen Beanspruchungen nicht oder nur kurze Zeh gewachsen sein. Zur weiteren Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Widerstandsdrahtes dienen die in F i g. 3C angedeuteten tropfenförmigen Ausbildungen der Wandung an den Austrittsstellen des Widerstandsdrahtes 2. Diese Ausgestaltung ergibt sich in vorteilhafter Weise bei dem gewählten Einschmelzverfahren zwangsläufig.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die vom Einschmelzvorgang eventuell zurückgebliebenen Rückstände des Tragkörpermaterials auf der Oberfläche des Drahtes beseitigt. Dies geschieht durch einen kurzzeitigen auf den Widerstandsdraht gegebenen StromstoO von beispielsweise 6 Amp. Dieser Stromstoß hat eine kurzzeitige Erhitzung des Drahtes und eine Verdampfung des auf dem Draht eventuell vorhandener Tragkörpermaterials zur Folge.
Schließlich geht es darum, den Widerstandsdraht vor seiner Silberummantelung zu befreien. Dieser Vorgang wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel galva-
ίο nisch ausgeführt. Zu diesem Zweck wird das Röhrcher mit einer Anordnung verbunden, die das Auffüllen de< Hohlraumes 3 mit einem Elektrolyten erlaubt. Fernei enthält diese Anordnung eine für die Elektrolyse notwendige Gegenelektrode. Im Beispiel wurde dei Widerstandsdraht der Sonde als Anode geschaltet während die zusätzliche Elektrode, die aus einer mi Zinn beschichteten Kupfer-Elektrode bestand, al; Kathode geschaltet war. Als Elektrolyt diente irr Beispiel eine 5 bis 10 prozentige Salpetersäure.
Da die entgültige Sonde hohe Fertigungstoleranzer bezüglich des Widerstandes aufweisen soll und da au; diesem Grund eine gute Reproduzierbarkeit allei Verfahrensschritte angestrebt wird, wird im vorliegenden Beispiel während der Elektrolyse intermittierenc der Widerstand des Widerstandsdrahtes gemessen. In" bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für 'Λοο sec. eir Strom von 3 mA eingeschaltet, im darauffolgender Intervall von Vioo sea der Widerstand gemessen, daraui wiederum der Elektrolysestrom eingeschaltet usw. Dei durch den zum Widerstand parallel liegenden Elektrolyten verursachte Meßfehler bleibt bei konstant gehalte ner Konzentration des Elektrolyten konstant. Es hai sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Kathode in einer Fortsetzung des Röhrchenzentrum:
angeordnet ist, so daß das Zentrum für den Elektrolysevorgang in dem mittleren Bereich 6 (Fig.3A) des Widerstandsdrahtes liegt. In diesem Fall sind nach Beendigung der Elektrolyse in denjenigen Bereicher des Widerstandsdrahtes 2, die der Wandung des Tragkörpers 1 am nächsten liegen, allmählich anwachsende Silberrückstände vorhanden, die eine weitere erhöhte mechanische Festigkeit des Widerstandsdrahtes 2 in der Nähe der Befestigungspunkte bewirken. Der intermittierende Elektrolysevorgang wird solange fortgesetzt, bis ein vorgegebener Sollwert des Drahtwiderstandes erreicht ist Bei der Festlegung dieses Widerstandes muß allerdings berücksichtigt werden, daß sich im Laufe des späteren Betriebes der Sonde der Widerstand geringfügig erhöht. Dieser Tatsache kann
so durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt Rechnung getragen werden, indem die Sonde nach der Elektrolyse und nach einem Reinigungsvorgang einem kurzzeitigem Einbrennstrom ausgesetzt wird. Die Größe dieses Stromes ist so gewählt, daß der Widerstandsdraht bis in die Nähe der Glühgrenze erhitzt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel betrug dieser Strom für den auf 10 Jim Durchmesser reduzierten Draht ca. 10OmA. Diesem Strom wurde der Draht für ca. 10 see ausgesetzt Nach dieser Behandlung stieg der Widerstand der Sonde geringfügig an.
Nach Durchführung dieses Einbrennvorganges tritt während der weiteren Lebensdauer der Sonde keine nennenswerte Änderung des Widerstandes mehr auf. Wird die durch den späteren Einbrennvorgang hervorgerufene Widerstandsänderung des Drahtes während des Elektrolyseverfahrens von vornherein berücksichtigt lassen sich sehr gleichmäßige Fertigungstoleranzen für den Widerstand dieses Elementes erreichen.
Nach Durchführung dieses Einbrennvorganges tritt während der weiteren Lebensdauer der Sonde keine nennenswerte Änderung des Widerstandes mehr auf. Wird die durch den späteren Einbrennvorgang hervorgerufene Widerstandsänderung des Drahtes während des Elektrolyseverfahrens von vornherein berücksichtigt, lassen sich sehr gleichmäßige Fertigungstoleranzen für den Widerstand dieses Elementes erreichen.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß an Stelle des elektrolytischen Abtrageverfahrens der Silberummantclung auch beliebige andere Verfahren zum chemischen oder andersartigen Abbau des Silbers verwendet werden können. Ferner lassen sich an Stelle der Silberummantelung beliebige andere Metalle oder Metallegierungen verwenden, die eine gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
In einem zusätzlichen Verfahrensschritt kann entweder vor dem Abtragen der Ummantelung des Widerstandsdrahtcs oder nach diesem Verfahrensschritt eine äußere Kapselung der Sonde vorgenommen werden. In besonders vorteilhafter Weise läßt sich diese Kapselung durch Anbringen eines Schrumpfschlauches 11 gemäß F i g. 2. z. B. aus Polykarbonat oder Tetrafluoräthyl, erreichen. Besonders vorteilhaft ist die Anbringung des Schrumpfschlauches vor der Elektrolyse, da in diesem Fall die außerhalb des Hohlraumes liegenden Teile des Widcrstandsarahtes gegen mechanische Beanspruchungen geschützt sind. Durch die Elastizität des Schrumpfschlauches ist die gesamte Oberfläche der Sonde gegen unerwünschte äußere Einflüsse geschützt. Selbstverstandlich sind auch andere Schutzmaßnahmen, wie z. B. Lackieren, anwendbar.
Für die Verbindung der Enden des Widerstandsdrahics 2 mit einer äußeren elektrischen Schaltung werden in vorteilhafter Weise auf de.n Tragkörper Anschlußelementc angebracht. Diese können, wenn der Tragkörper in Form eines Röhrchens ausgeführt ist, als Ringe auf die Enden des Röhrchens aufgepreßt sein. Als Material für diese Ringe wird vorzugsweise Gold oder ein anderes gut leitendes und korrosionsbeständiges Material verwendet.
Es ist jedoch auch möglich, die Enden des Widerstandsdrahtes an bestimmten Stellen des Tragkörpers thermisch einzuformen. so daß diese Stellen unmittelbar die Funktion der Kontakte für eine nachgeordnete elektrische Schaltungsanordnung übernehmen.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Ringe vor dem Abtragen der Ummantelung des Widerstandsdrahtes und vor dem Aufbringen des Schrumpfschlauches zu befestigen. In diesem Fall können die Enden des Widerstandsdrahtes zwischen den Messingringen und dem Schrumpfschlauch eingeklemmt werden. Im Falle einer Silberummantelung des Widerstandsdrahtes ergibt diese Befestigungsart eine besonders zuverlässige und dauerhafte Verbindung.
Zur Erhöhung des Signals bei gegebenen Kanalabmessungen kann der Widerstandsdraht in einer Reihenschaltung mehrfach durch den Kanalquerschnitt gelegt werden, wie in F i g. 1 angedeutet, wobei nur die im Kanal liegenden Zonen des von der Ummantelung befreiten Widerstandsdrahtes dem strömenden Medium ausgesetzt sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel betrug die Mäanderlänge, gemessen in Richtung der Röhrchenachse 10 mm, während die Länge des Röhrchcns selbst 20 mm betrug. Die mehrfache Anordnung des Drahtes in Strömungsrichtung kann wenigstens bei bestimmten Geschwindigkeiten des strömenden Mediums dazu führen, daß beim Durchgang des strömenden Mediums durch die Drahireihcn Nachlaufturbulenzen angeregt werden, die den Wärmeübergang zwischen dem strömenden Medium und dem Widerstandsdraht erhöhen.
Eine nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 hergestellte Sonde weist beispielsweise einen Röhrchendurchmesser von 2,5 mm, eine Röhrchenlänge von 20 mm und einen aus Platin bestehenden Widerslandsdraht von 10 μηι Durchmesser, sowie einen Widerstand von 25 Ohm auf. Der Widerstandsdraht wird sechsfach durch den Hohlraum oder Strömungskanal geführt.
Bei dem in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Tragkörper 1 nicht als Röhrchen, sondern als »Schiffchen« ausgebildet, er hat quaderförmige Gestalt. Dabei ist der Strömungskanal durch den inneren Hohlraum des mit einem Boden versehenen Tragkörpers gebildet. Das strömende Medium tritt beispielsweise an der durch den Pfeil A in F i g. 4 bezeichneten Stelle ein, während es nach Umlenkung am Boden an der durch den Pfeil B bezeichneten Stelle aus der Sonde austritt. Eintritts- und Austrittsöffnung des Hohlraumes sind hierbei in ein und derselben Wand des Tragkörpers angeordnet. Es ist auch möglich, Eintritts- und Austrittsöffnungen in der Längsachse des Tragkörpers anzuordnen. In diesem Fall müßte auch die Oberseite des in Fig. 4 gezeigten Tragkörpers mit einer Abdeckung versehen sein.
Der besondere Vorteil des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß während des Einschmelzens des Widerstandsdrahtes 2 in die Wand des Tragkörpers 1 die mittleren, später im Strömungskanai liegenden Teile des Widerstandsdrahtes nicht mit dem Material des Tragkörpers in Berührung kommen. Demgemäß bilden sich keine Rückstände von Tragkörpermaterial an diesen Teilen des Widerstandsdrahtes. Auf den im zuvor beschriebenen Verfahren erwähnten Verfahrensschritt des Verglühens solcher Rückstände kann daher in diesem Fall verzichtet werden.
Die Art der Einspannung des Widerstandsdrahtes in der thermoplastischen Wand ergab in gründlichen Untersuchungen über die Stabilität der Sondenwiderstände über längere Zeiträume derart genau reproduzierbare Widerstände, daß auf ein bisher notwendig gewesenes häufiges Nacheichen der Messchaltung verzichtet werden kann. Ferner kann wegen der zeitlichen Konstanz des Widerstandes in den meisten technischen Anwendungen sogar auf die bisher üblichen Brückenschaltungen verzichtet werden.
Die beschri?bene Technik des Einschmelzens des Widerstandsdrahtes in einen thermoplastischen Tragkörper stellt somit eine Lösung dar, welche die bisherigen Lösungsversuche, wie Aufhängung an federnden Spanen u. dgl., an Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des Eigenverhaltens wesentlich übertrifft.
Abschließend sei erwähnt, daß sich die beschriebene Anordnung leicht in integrierte Schaltungen einbeziehen läßt, da der thermoplastische Tragkörper leicht zur Befestigung in einer gedruckten Schaltung ausgebildet werden kann oder mit einer solchen Anordnung zusätzlich versehen werden kann.
In einer derartigen Anordnung läßt sich die beschriebene Sonde zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten, oder bei vorgegebenem Durchmesser des Strömungskanals zur Messung der Durchflußmenge verwenden. Außerdem ist eine rein digitale Anwendung
der Sonde möglich, und zwar beispielsweise zum Überwachen von Löchern in blatt- oder streifenförmig gen Aufzeichnungsträgern, sowie zum Erfassen von Endanschlägen, beispielsweise bei automatischen Werkzeugmaschinen.
Wegen der geringen Wärmekapazität des extrem dünnen Widerstandsdrahtes läßt sich eine unerwartet hohe Abtastfrequenz erreichen. In einem bevorzugten
10
Ausführungsbeispiel wurden bis zu 500 Abtastungen pro Sekunde vorgenommen.
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Elementes besteht darin, daß die als passives elektrisches Element zu betrachtende Sonde ein starke und gut zu verarbeitendes Meßsignal liefert. Desv. ogen können an die Sonde angeschlossene Meßschaltungen einfach und billig aufgebaut sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

Patentansprüche:
1. Thermo-elektrische Sonde zur Überwachung der Strömung eines Mediums, bestehend aus einem Tragkörper mit einem vom Medium durchströmten inneren Hohlraum, in dem mindestens ein elektrisch beheizter Widerstandsdraht angeordnet ist der in der Wandung des Hohlraumes befestigt ist, und einer elektrischen Schaltung zur Erfassung der Wärmeabgabe an das strömende Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Hohlraums aus thermoplastischem Material besteht, in dem der Widerstandsdraht (2) unmittelbar eingebettet ist.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (2) mehrfach durch den Hohlraum (3) geführt ist
3. Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (2) mäanderförmig ausgebildet ist
4. Sonde nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser des Widerstandsdrahtes (2) im Hohlraum (3) kleiner ist als 30 μιη.
5. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandsdraht
(2) ein mit Silber ummantelter Platindraht vorgesehen ist. >
6. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (1) als Röhrchen ausgebildet ist.
7. Sonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Röhrchens kleiner ist also mm.
8. Sonde nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Tragkörper (1) angeordneten Anschlüsse (12) als elektrisch leitende Ringe ausgebildet sind, die mit den Enden des Widerstandsdrahtes verbunden sind.
9. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (I) annähernd quaderförmig ausgebildet ist (F i g. 4).
10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Eintritts- und Austrittsöffnung (A bzw. B) des Hohlraumes in ein und derselben Wand des Tragkörpers (1) angeordnet sind(F i g. 4).
11. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Eintritts- und Austrittsöffnung (A bzw. B) des Hohlraumes auf in der Richtung der Längsachse des Tragkörpers (1) einander gegenüberliegenden Wänden des Tragkörpers (t) angeordnet sind.
12. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (1) mit einem Schutzüberzug versehen ist.
13. Sonde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ats Schutzüberzug ein bezüglich des Röhrchens koaxial verlaufender Schrumpfschlauch (11) von außen über den Tragkörper gezogen ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer thermo-elektrischen Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (2) in einer· Halterung auf eine Temperatur erhitzt wird, die oberhalb der Schmelztemperatur des thermo-plastischen Materials des Tragkörpers (1) liegt, daß der erhitzte Draht derart in den Tragkörper (1) gedrückt wird, daß der Draht die Wandung des Hohlraumes
(3) durchschmilzt und wenigstens teilweise in den
mechanische Spannung des Drahtes in der Haltevorrichtung so gewählt wird, daß dieser nach erfolgter Abkühlung innerhalb des Hohlraumes (i) gekrümmt ist
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß der Widerstandsdraht (2) nach dem Einschmelzvorgang im Bereich des Hohlraumes (3) auf chemischen oder elektrochemischem Wege auf einen Teil seines ursprünglichen Durchmessers reduziert wird, wobei der Hohlraum (3) als Reaktionsraum dient
16. Verfahren nach Anspruch 15 zur Herstellung einer Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die mit dem Widerstandsdraht (2) zu verbindenden Ringe auf das Röhrchen in axialer Richtung aufgepreßt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Elektrolyseverfahren dem als erste Elektrode geschalteten Widerstandsdraht (2) eine Gegenelektrode gegenübergestellt wird, die im zentralen Bereich des Strömungskanals (3) und in einer bestimmten, bezüglich des Strömungskanals axialen Entfernung vom Widerstandsdraht angeordnet ist
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Ummantelung <Ies Widerstandsdrahtes Silber verwendet wird, daß die Gegenelektrode aus mit Zinn überzogenem Kupfer besteht, daß der Widerstandsdraht als Anode und die Gegenelektrode als Kathode geschaltet sind und daß als Elektrolyt Salpetersäure verwendet wird.
DE19702059879 1969-12-24 1970-12-05 Thermoelektrische Sonde zur Überwachung der Strömung eines Mediums und Verfahren zu deren Herstellung Withdrawn DE2059879B2 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2947856A1 (de) * 1979-11-28 1981-07-23 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Vorrichtung zur messung der masse eines stroemenden mediums
US4523461A (en) * 1983-05-02 1985-06-18 Air Sensors, Inc. Hot wire anemometer
DE4228474A1 (de) * 1992-08-27 1994-03-03 Draegerwerk Ag Verfahren zum Einbringen eines Kontaktdrahtes in ein Sensorgehäuse

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2552017A (en) * 1947-04-26 1951-05-08 Wright Aeronautical Corp Flowmeter

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