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Anlege fühler zur Messung der Temperatur eines
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Gegenstandes
Anlegefühler zur Messung der Temperatur
eines Gegenstandes Die Erfindung betrifft einen Anlegefühler zur Messung der Temperatur
eines Gegenstandes, insbesondere einer Rohrleitung bei einer Heizungsanlage, mit
einem ein Fühlelement enthaltenden und eine Anlagefläche zum Anlegen an den Gegenstand
aufweisenden Aufnahmenteil aus gut wärmeleitendem Material und Befestigungsmitteln
zum @mbringen des Aufnahmenteils am Gegenstand.
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Bei einem bekannten Anlegefüh@er diese Art ist das Fühlelement in
einer Aussparung an der ti:' @seite eines sechskantigen Aufnahmenteils einzementiert,
welcher von einem Gehäuse aufgenommen wird, das zusammen mit dem Aufnahmeteil an
einer Rohrleitung montierbar ist. Die andere Stirnseite des Aufnahmeteils ragt zur
dem Gehäuse heraus und besitzt eine V-förmige Anlageflache @n A@ @ge@ @ @ o@@rleitung.
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Nach der Montage des Anleg@l le@@ bestehen @@@i@ zwei linienförmige
Kontaktstellen zwischen @@ @g und den Aufnahmeteil. Im Verhältnis @ @@ des @ @a
m t ils i t
daher die Kontaktfläche mit der Rohrleitung relativ
klein.
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Dies hat die nachteilige Folge, dass das Fühlelement relativ träge
anspricht und sich Messfehler ergeben. Dieser Nachteil wird noch dadurch vergrössert,
dass das Aufnahmeteil mit relativ grossen Flächen am Gehäuse anliegt, so dass ein
Wärmeübergang zwischen dem Aufnahmeteil und dem Gehäuse stattfinden kann. Somit
kann sich die Temperatur des Gehäuses ebenfalls auf das Fühlelement auswirken.
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Bei einem anderen bekannten Anlegefühler wird das Fühlelement durch
eine zylindrische Spule aus Nickeldraht gebildet, welche dann flachgepresst in einem
Gehäuse untergebracht ist. Hier erweist sich als nachteilig, dass das Fühlelement
selbst relativ gross ist und daher relativ träge auf Temperaturänderungen anspricht.
Weiter ist nachteilig, dass lediglich die eine Spulenhälfte mit der Rohrleitung
in Kontakt kommt, währenddem die andere Spulenhälfte am Gehäuse anliegt. Es kann
sich daher die Gehäusetemperatur ebenfalls stark auf den Fühler auswirken. Schliesslich
ist auch nachteilig, dass infolge der grossen Abmessung der Spule der Anpressdruck,
mit welchem der Anlegefühler an die Rohr leitung gepresst wird, vielfach nicht zur
vollständigen Auflage der Spule an der Rohrleitung ausreicht, wodurch die möglichen
Messfehler vergrössert werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Anlegefühler
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der geringe Messfehler aufweist und eine
höhere Ansprechgeschwindigkeit als die üblichen bekannten Anlegefühler besitzt und
zudem von einfacher und billiger Konstruktion ist.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass
das Fühlelement ein Miniaturfühler ist, dass das Aufnahmeteil das Miniaturfühlelement
praktisch allseitig umschliesst und thermisch isoliert von den Befestigungsmitteln
angeordnet ist.
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Dadurch dass das Fühlelement ein Miniaturfühlelement ist, kann es
in einem relativ kleinen Aufnahmeteil untergebracht werden.
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Infolgedessen ist die Kontaktfläche mit der Rohrleitung im Verhältnis
zur Masse des Aufnahmeteils relativ gross. Das Aufnahmeteil kann daher die Temperatur
der Rohrleitung rasch annehmen. Da das Aufnahmeteil das Fühlelement praktisch allseitig
umschliesst, wird auch dieses rasch auf die Rohrleitungstemperatur gebracht. Der
Anlegefühler spricht daher rasch an.
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Da das Aufnahmeteil thermisch isoliert von den Befestigungsmitteln
angeordnet ist, vermag die Temperatur der Befestigungsmittel, also beispielsweise
des Gehäuses, mit welchem die Befestigung an der Rohrleitung erfolgt, die Messgenauigkeit
praktisch nicht zu beeinträchtigen.
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Das Miniaturfühlelement ist vorteilhaft ein Halbleiterfühlelement.
Halbleiterfühlelemente haben eine relativ lineare Temperaturcharakteristik und sehr
kleine Abmessungen.
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Vorteilhaft ist das Halbleiterfühlelement ein Siliziumfühlelement
Solche Siliziumfühlelemente sind relativ billig und besitzen eine günstige Temperatur/Widerstand-Charakteristik.
Es ist aber auch möglich, als Miniaturfühlelement ein Metallfilmfühlelement zu verwenden.
Wenn der Widerstand beispielsweise durch eine dünne Metallschicht auf einem Stück
Keramik gebildet wird, können die gewünschten Widerstandswerte erreicht werden,
ohne dass wie bisher eine relativ grosse Spule mit vielen Windungen ausdünnem Draht
notwendig ist.
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Das Aufnahmeteil besitzt vorteilhaft die Form eines Rohrstücks.
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Dies macht es möglich, das Aufnahmeteil z.B. aus einem Leichtmetall-Rohrprofil
herzustellen. Das Rohrstück kann vielkantig sein und von den Kanten her nach innen
geneigte Seitenflächen aufweisen. Wenn die Seitenflächen die gleiche Breite aufweisen,
ist es gleichgültig, welche Seitenfläche an der Rohrleitung anliegt. Ein besonders
einfaches Profil zur Herstellung des Aufnahmeteils ist dann möglich, wenn das als
Rohrstück ausgebildete Aufnahmeteil vielkantig ist. Zweckmässigerweise wird das
Aufnahmeteil in einer Aussparung am Boden des Gehäuses angeordnet. Dank der Aufnahme
im Gehäuse ist das Aufnahmeteil vor Beschädigung geschützt. Von besonderem Vorteil
ist, wenn zur thermischen Isolation das Aufnahmeteil lediglich mit einem geringen
Teil seiner Oberfläche an dem Gehäuse anliegt. Dadurch wird ein Wärmeübergang von
und zum Gehäuse' erschwert, so dass der Fühler eine günstige Ansprechzeit besitzt.
Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vorgesehen, dass der
Grund der Aussparung im Gehäuse nach aussen gewölbt ist. In diesem Falle kann das
Aufnahmeteil lediglich in der Mitte am Grund der Aussparung anliegen. Wenn das Aufnahmeteil
ferner noch um einen geringen Betrag aus dem Gehäuse vorsteht, wird erreicht, dass
das Aufnahmeteil bei der Befestigung des Anlege fühlers sicher auf der ganzen Länge
an der Rohrleitung anliegt. Da das Aufnahmeteil klein ist, ist auch die an der Rohrleitung
aufliegende Fläche klein. Es genügt daher schon ein relativ geringer Anpressdruck,
um einen möglichst guten Kontakt der ganzen Anlagefläche mit der Rohrleitung zu
erzeugen, so dass der Wärmeübergang zwischen Rohrleitung und Aufnahmeteil optimal
ist.
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Mit Vorteil wird der Anlegefühler so ausgebildet, dass die Anschluss
leiter des Halbleiterfühlers zu je einer Rohrniete führen, mit welchen die Anschlussklemmen
im Gehäuse befestigt
sind. Dabei ist es möglich, die Anschlussleiter
zusammen mit den Anschlüssen eines Kondensators in den Rohrnieten zu verlöten, so
dass die Fertigungskosten niedrig gehalten werden können.
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Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf
die Zeichnung beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch den Anlegefühler,
wobei der Schnitt teilweise durch die Symmetrieachse und teilweise durch eine der
beiden Klemmen gelegt ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Anlegefühler im Bereich
des Kondensators, Fig. 3a eine Seitenansicht eines Halbleiterfühlelements, Fig.
3b eine Ansicht des Halbleiterfühlelements von oben, Fig. 4 eine perspektivische
Darstellung des Aufnahmeteils, in welchen das Halbleiterfühlelement in einem Kunststoffschlauch
untergebracht ist.
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Wie Fig. 1 und 2 zeigen besitzt der Anlegefühler 10 ein der Befestigung
an der Rohrleitung dienendes Gehäuse 11, das vorteilhaft aus Kunststoff besteht
und einen Unterteil 13 und einen mit Schnappverschlüssen 15 versehenen Deckel 17
aufweist. Die Schnappverschlüsse 15 können in entsprechende Oeffnungen 19 einrasten.
Die Befestigung des Anlegefühlers 10 erfolgt beispielsweise mit einem Stahlband
21, das um die nicht eingezeichnete Rohrleitung geschlungen wird und durch eine
Spannbride 23 gespannt werden kann. Auch die Spannbride 23 ist innerhalb des Gehäuses
11 untergebracht. Weitere Einzelheiten über diese
Befestigungsart
finden sich in der Patentanmeldung Nr.
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vom gleichen Tage. Sie sind jedoch zum Verständnis der vorliegenden
Erfindung nicht erforderlich.
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Der als Miniaturfühlelement 25 ausgebildete Sensor, wie es in den
Figuren 3a und 3b abgebildet ist, ist ein Halbleiterfühler, z.B. ein sogenannter
Silicon-Sensor, wie er von der Firma Texas Instruments Corporation unter der Bezeichnung
TSF 102 vertrieben wird. Es könnte aber z.B. auch ein MetalLfiImfühlelement Verwendung
finden. Das Fühlelement ist in einem mit einem Giessharz gefüllten Kunststoffschlauch
27 (Fig. 4) angeordnet, der seinerseits passend im Innern eines Rohrstücks 29 aus
Leichtmetall angeordnet ist. Als Leichtmetall kann beispielsweise Aluminium oder
eine Aluminiumlegierung verwendet werden. Es wäre aber auch möglich, ein anderes
gut wärmeleitendes Material,z.B. Kupfer, zu verwenden. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel
in Fig. 4 ist das Rohrstück 29 vielkantig.
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Statt z.B. rechteckigen Querschnitt kann es aber auch quadratischen
Querschnitt haben, in welchem Falle alle Seitenflächen die gleiche Breite aufweisen
würden. Denkbar wäre jedoch auch z.B. ein dreikantiger Querschnitt. Das Rohrstück
29 weist von den Kanten 31 her nach innen geneigte oder gewölbte Seitenflächen 32
auf. Damit wird zweierlei erreicht. Einmal ist die Wölbung ungefähr der Wölbung
der Rohrleitung angepasst, so dass ein guter Wärmeübergang von der Rohr leitung
zum Aufnahmeteil 29 erfolgen kann. Des weiteren wird durch die gewölbten Seitenflächen
32 erreicht, dass das Aufnahmeteil 29, wenn es sich in der Aussparung 35 des Gehäuses
befindet, nur mit den Seitenkanten 31 am Gehäuse anliegt, so dass der Wärmeübergang
zwischen Aufnahmeteil und Gehäuse schlecht ist. Es ist somit eine relativ gute thermische
Isolation vom Gehäuse vorhanden. Dies trägt zu einem schnellen Ansprechen des Fühlelementes
25 auf Temperaturänderungen in der Rohrleitung und zur Verkleinerung der möglichen
Messfehler bei.
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Die Gehäusetemperatur hat wenig Einfluss auf das Fühlelement, was
dazu beiträgt, die Messfehler klein zu halten. Damit das Aufnahmeteil 29 mit lediglich
einem geringen Teil seiner Oberfläche an dem Gehäuse 11 anliegt, ist weiter vorgesehen,
dass der Grund 36 der Aussparung 35 nach aussen gewölbt ist. Wie Figur 1 zeigt,
steht das Aufnahmeteil 29 ausserdem um einen geringen Betrag aus dem Gehäuse 11
nach aussen vor. Bei der Befestigung des Anlegefühlers liegt daher das Aufnahmeteil
29 immer sicher auf seiner ganzen Länge auf der Rohrleitung an, denn es wird durch
die Wölbung 37 immer ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Enden gegen die Rohrleitung
gepresst.
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Die Anschluss leiter 39 des Halbleiterfühlers 25 führen zu den Rohrnieten
41, mit welchen die Anschlussklemmen 43 am Gehäuseunterteil 13 befestigt sind. Vorteilhaft
sind die Anschlussleiter 39 zusammen mit den Anschlüssen 45 eines Kondensators 46
in den Rohrnieten 41 verlötet. Die Aussparung 47, durch welche die Anschlussleiter
39 zur Rohrniete 41 führen, ist mit einem isolierenden Giessharz 49 vergossen.