DE3213902A1 - Sensor - Google Patents

Sensor

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Abstract

The sensor serves the electrical measurement of heat losses in a flowing medium. It is produced from a metallic measurement housing that can be screwed into a wall. This measurement housing projects into the flow at the front side by means of a measuring pin. The function is based on differential temperature measurement. One measuring element measures the medium temperature, and another the temperature of the medium heated by an additional heat source. The measuring elements with heat source are arranged inside the measuring pins. The sensor described has only a single measuring pin, which is produced from metal and is connected to the measurement housing in a metallic way.

Description

Meßfühler Probe

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßfühler zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in einem strömenden Medium, gefertigt aus einem metallischen, in eine Wandung einschraubbaren Meßgehäuse, welches stirnseitig in die Strömung hineinragende Meßstifte aufweist, dessen Funktion auf einer Differenztemperaturmessung beruht, wobei ein Temperaturmeßelement die Mediumstemperatur , das andere Element die Temperatur des durch eine Wärmequelle aufgeheizten Mediums mißt und bei welchem die Meßelemente mit Wärmequelle innerhalb der Meßstifte angeordnet sind.The invention relates to a sensor for electrical detection of heat losses in a flowing medium, made of a metallic, A measuring housing which can be screwed into a wall and which is fed into the flow at the front has protruding measuring pins, the function of which is based on a differential temperature measurement based, with a temperature measuring element the medium temperature, the other element measures the temperature of the medium heated by a heat source and at which the measuring elements with a heat source are arranged within the measuring pins.

Die Eingangs beschriebenen Meßfühler werden u.A. auch in sogenannten kalorimetrischen Strömungswächtern an -gewendet, wie sie z.B. in der Patentschrift P2462911.6 oder in der Anmeldung P2629051.7-52 aufgezeigt sind.The sensors described at the beginning are, among other things, also in so-called calorimetric flow monitors applied, such as those in the patent P2462911.6 or in the application P2629051.7-52 are shown.

Alle solche bekannten Lösungen der Wärmetransportmessung gehen davon aus, daß die für dieses Meßprinzip erforderliche Differenztemperaturmessung auch die Anwendung von zwei einzelnen Meßstiften, zumindest aber eine thermische Trennung der beiden Meßsysteme durch eine Zwischenwand mit großem Wärmewiderstand notwendig sei. Durch diese Systemtrennung soll verhindert werden, und dies ist sehr einleuchtend, daß eine Verfälschung der Vergleichstemperatur durch Wärmeübertritt aus dem beheizten System auftritt. Diese Auffassung führt konsequent dazu, daß zwei Meßstifte gleicher Wärmekapazität in das Strömende Medium eingebracht werden. Ein Stift wird zusätzlich beheizt. Um nun einen Wärmeübergang am Ort der Stiftbefestigung am Meßgehäuse zu unterbinden, werden die Stifte in einem Kunststoffteil geringer Wärmeleitfähigkeit befestigt. Dieser Kunststoffteil ist seinerseits mit dem Meßgehäuse fest verbunden.All such known solutions for heat transport measurement are based on this from that the differential temperature measurement required for this measuring principle also the use of two individual measuring pins, but at least a thermal separation of the two measuring systems by a partition with a large thermal resistance may be. This system separation is intended to prevent, and this is very plausible, that a falsification of the comparison temperature by heat transfer from the heated System occurs. This view consequently leads to the fact that two measuring pins are the same Heat capacity can be introduced into the flowing medium. A pen is also included heated. In order now to have a heat transfer at the location of the pin attachment on the measuring housing prevent the pins in a plastic part of low thermal conductivity attached. This plastic part is in turn with the measuring housing firmly connected.

Herstellungstechnisch ist dieses Vorgehen sehr aufwendig.In terms of production, this procedure is very complex.

Insbesondere die Bohrung von zwei stirnseitigen Löchern in dem Kunststoffteil des Meßgehäuses verbietet eine einfache Automatenfertigung. Durch die Anwendung von Kunststoff zur Systemtrennung ergeben sich zusätzlich thermische und mechanische Stabilitätsprobleme.In particular, the drilling of two end-face holes in the plastic part of the measuring housing prohibits simple automatic production. Through the application of plastic for system separation result in additional thermal and mechanical Stability problems.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Lösung des aufgezeigten Problems anzugeben, die eine einfache mechanische Fertigung zuläßt, es erlaubt, sehr kleine Meßfühler zu bauen und die thermische und mechanische Stabilität gewährleistet.The object of the invention was therefore to provide a solution to the problem identified indicate that allows a simple mechanical production, it allows very small Build sensors and ensure thermal and mechanical stability.

Die Lösung dieses Problems setzt die Überwindung eines Vorurteils voraus. Die Doppelstifttechnik geht still -schweigend davon aus, daß das Meßsystem, bestehend aus zwei Temperaturfühlern und einem Heizelement, statisch arbeitet. Sie vernachlässigt daher die Ausbildung eines Temperaturgradienden im Strömungsfeld. Aus dieser Fehleinschätzung heraus werden auch großflächige Heizquellen, die weitgehend einen ganzen Meßstift von innen her ausfüllen, oder ganz aufheizen, angewendet. Die Lehre dieser Erfindung berücksichtigt jedoch den dynamischen Temperaturfluß. An dem stirnseitigen Ende des Meßstiftes wird ein eng begrenzter Raum aufgeheizt. Die sich in der Strömung ergebende Temperatur wird dicht an der Innen -wandung im Heizbereich gemessen. Durch das in den Meßstift eingebrachte Gießharz kann natürlich eine Wärme -leitung im Inneren des Meßstiftes bis zu seinem offenen Ende hin erfolgen. Der dynamische Strömungsprozeß bedingt jedoch auch hier die Ausbildung eines Temperaturgradienden. Zweifellos würde diese Temperaturänderung auch auf das in diesem Bereich an der Innenwandung an geordneten Temperaturmeßelement für die Mediumstem -peratur durchgreifen. Nach der Lehre dieser Erfindung wird daher zwischen den beiden Meßelementen ein her mischer Kurzschluß durch zwischenfügen einer gut wärmeleitenden Metallscheibe eingefügt. Diese Metallscheibe ist so ausgebildet, daß sie einen guten Wärmekontakt zur Stiftwandung aufweist. Durch Wahl der Scheibendicke ( ca. 2mm ) kann der störende Temperatureinfluß von der Stiftspitze her auf einen vernachlässigbar kleinen Betrag herabgesetzt werden. Es ist daher auch in einem einteiligen Stift eine exakte Messung der Differenztemperatur möglich. Eine gleichmäßige Reaktion des Systems wird dadurch erreicht, daß die Wärmekapazitäten der Heizseite und der Mediumstemperatur-Meßseite einander angenähert werden. Nach der Lehre dieser Erfindung kann dies dadurch erreicht werden, daß entweder der stirnseitige Temperaturfühler innerhalb des Meßstiftes zwischen Stiftwandung und Heizelement, z.B. innerhalb eines Metallplättchens verschoben wird, oder daß der Mediums -Temperaturfühler von der Stiftwandung etwas abgerückt und ggf. in einen Metallzylinder gesetzt wird. Die exakten Dimensionierungen für diese Positionen hängen von den Abmessungen des Meßfühlers und insbesondere des Meßstiftes ab. Aufgrund dieser technischen Lehre ist es problemlos möglich, auch den Meßstift und das Meßgehäuse aus einem Teil zu fertigen. Wegen der rotationssymmetrischen Form ist eine einfache Automatenfertigung möglich. Durch den Wegfall von Kunststoffteilen wird die angestrebte thermische und mechanische Stabilität erreicht.The solution to this problem implies overcoming a prejudice in advance. The double-pin technique tacitly assumes that the measuring system, consisting of two temperature sensors and a heating element, works statically. she therefore neglects the formation of a temperature gradient in the flow field. This misjudgment also results in large-scale heating sources, which are largely fill a whole measuring pen from the inside, or heat it up completely, applied. However, the teaching of this invention takes into account the dynamic temperature flux. A narrowly limited space is heated at the front end of the measuring pin. The resulting temperature in the flow is close to the inner wall of the Heating area measured. The casting resin introduced into the measuring pin can of course heat conduction inside the measuring pin up to its open end. However, the dynamic flow process also requires the formation of a temperature gradient here. Undoubtedly, this temperature change would also affect that in this area at the Reach through the inner wall of the ordered temperature measuring element for the medium temperature. According to the teaching of this invention is therefore a between the two measuring elements her mixer short circuit by inserting a metal disc with good thermal conductivity inserted. This metal disk is designed so that it has good thermal contact to the Has pin wall. By choosing the thickness of the pane (approx. 2mm), the disturbing Influence of temperature from the pen tip to a negligibly small amount be reduced. It is therefore an exact measurement even in a one-piece pen the differential temperature possible. This will result in an even response from the system achieved that the heat capacities of the heating side and the medium temperature measuring side be brought closer to each other. According to the teaching of this invention, this can thereby be achieved that either the temperature sensor on the front side is inside the measuring pin moved between the pin wall and the heating element, e.g. within a metal plate or that the medium temperature sensor has moved away from the wall of the pin and if necessary placed in a metal cylinder. The exact dimensions for these positions depend on the dimensions of the probe and in particular of the Measuring pin off. Because of this technical teaching it is easily possible, too to manufacture the measuring pin and the measuring housing from one part. Because of the rotationally symmetrical Form a simple machine production is possible. By eliminating plastic parts the desired thermal and mechanical stability is achieved.

Der thermische Kurzschluß dieser Meßanordnung kann auch dadurch erreicht werden, daß ein gut wärmeleitendes , in der Regel gefülltes Harz, in den Meßstift gegeben wird.The thermal short-circuit of this measuring arrangement can also be achieved in this way that a good thermally conductive, usually filled resin, in the measuring pin is given.

Der innere Gradiendenverlauf ist dann nur von der Entfernung der beiden Temperaturmeßorte abhängig.The inner course of the gradient is then only based on the distance between the two Temperature measurement locations dependent.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.

In den Meßstift (1) ist stirnseitig eine Aluminiumscheibe (2), die einen Temperaturfühler (3) enthält, eingepreßt.In the measuring pin (1) is an aluminum disc (2) on the front side, which contains a temperature sensor (3).

Die Aluminiumscheibe wird durch ein Heizelement (4) auf geheizt. Der freie Raum innerhalb des Meßstiftes (5) ist mit Gießharz aufgefüllt. In der Mitte des Stiftes ist eine weitere Aluminiumscheibe (6) eingepreßt. Sie weist einen Temperaturfühler (7) auf und besitzt eine Durch -führung (8) für die Versorgungsleitungen. Der Stift ist mit einem Außenzewinde (9) versehen.The aluminum disc is heated up by a heating element (4). Of the Free space within the measuring pin (5) is filled with casting resin. In the middle Another aluminum washer (6) is pressed into the pin. It has a temperature sensor (7) and has a bushing (8) for the supply lines. The pencil is provided with an external thread (9).

Eine andere Ausführung zeigt Bild 2 Der Stift (1) ist fest mit dem Meßgehäuse (11) welches ein Außengewinde (12) aufweist, verbunden.Die Ausbildung des Meßsystems kann wie in Bild 1 durchgeführt werden oder auch so, daß der Vergleichsfühler für die Mediumstemperatur (7) in einen Teil des Meßgehäuses (13) an einer Stelle an -gebracht ist, die noch Berührung mit dem Meßmedium hat (14). Um die Bedingungen für die Gleichheit der Wärme -kapazitäten des geheizten und ungeheizten Meßfühlers einzuhalten, ist an dem Meßort im Meßgehäuse (13) eine Reduzierung der Wandungsstärke vorgesehen und gleichzeitig eine Wärmeisolierung (15) gegenüber dem Meßgehäuse an -gebracht.Figure 2 shows another version. The pin (1) is firmly attached to the Measuring housing (11) which has an external thread (12) connected. The training of the measuring system can be carried out as in Figure 1 or in such a way that the comparison sensor for the medium temperature (7) in a part of the measuring housing (13) at one point is attached, which is still in contact with the medium to be measured (14). To the conditions for the equality of the heat capacities of the heated and unheated sensor must be observed, a reduction in the wall thickness at the measuring location in the measuring housing (13) provided and at the same time a thermal insulation (15) against the measuring housing -brought.

Nach Bild 3 ist das Heizsystem auch so aufgebaut, daß der Temperaturmeßfühler (16) stirnseitig,innerhalb des Meß -stiftes, in einer Aluminiumscheibe (17) eingebracht ist, die ihrerseits in den Durchlaß (18) einer Heizspule (19) mit einem Ansatz (21) gesteckt ist . Die so erzielte kompakte Bauweise gewährleistet eine sichere lokale aufheizung des Meßstiftes, bei guter Definierbarkeit der Wärmekapazität für die umströmte stirnseitige Metregion des Meßstiftes.According to Figure 3, the heating system is also constructed in such a way that the temperature sensor (16) at the front, inside the measuring pin, placed in an aluminum disc (17) is, which in turn in the passage (18) of a heating coil (19) with an approach (21) is plugged. The compact design achieved in this way ensures a safe local heating of the measuring pin, with good definability of the heat capacity for the flow around the frontal mead region of the measuring pin.

Claims (10)

Patentansprüche C"j ~ o Meßfühler zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in einem strömenden Medium, gefertigt aus einem metalllischen, in eine Wandung einschraubbaren Meßgehäuse, welches stirnseitig in die Strömung hineinragende Meß -stifte aufweist, dessen Funktion auf einer Differenz -temperaturmessung beruht, wobei ein Temperaturmeßelement die Mediumstemperatur, das andere Element die Temperatur des durch eine zusätzliche Wärmequelle aufgeheizten Mediums mißt und bei welchem die Meßelemente mit Wärmequelle innerhalb der Meßstifte angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler ausschließlich einen Meßstift aufweist. Claims C "j ~ o sensors for the electrical detection of Heat losses in a flowing medium, made of a metallic, in a wall of screw-in measuring housing, which protrudes into the flow at the front Has measuring pins whose function is based on a differential temperature measurement, one temperature measuring element the medium temperature, the other element the temperature of the medium heated by an additional heat source and for which the measuring elements with heat source are arranged within the measuring pins thereby characterized in that the probe has only one measuring pin. 2. 2. Meßfühler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstift mit dem Meßgehäuse metallisch verbunden ist. Measuring sensor according to Claim 1, characterized in that the measuring pin is metallically connected to the measuring housing. 3. 3. Meßfühler nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, daß Meßstift und Meßgehäuse denselben Durchmesser auf -weisen. Measuring sensor according to Claims 1 and 2, characterized in that the measuring pin and measuring housing have the same diameter. 4. 4th Meßfühler nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstift aus Edelstahl besteht. Measuring sensor according to Claims 1 to 3, characterized in that the Measuring pin is made of stainless steel. 5. 5. Meßfühler nach Anspruch 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßstift von seinem offenen Ende her eine Metallscheibe eingepaßt ist, die etwa auf 30% der Stiftlänge abgesenkt ist und eine Bohrung für ein Temperaturmeßelement und eine Bohrung für die Drahtdurchführung der stirnseitig angebrachten Meßelemente aufweist. Measuring sensor according to Claims 1 to 4, characterized in that in the measuring pin from its open end is fitted with a metal disc, which is about is lowered to 30% of the pin length and a hole for a temperature measuring element and a hole for the wire feed-through for the measuring elements attached to the face having. 6.6th Meßfühler nach Anspruch 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der freie Raum des Meßstiftes gießharzaufgefüllt ist.Measuring sensor according to Claims 1 to 5, characterized in that the free space of the measuring pin is filled with cast resin. 7.7th Meßfühler nach Anspruch 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstift stirnseitig eine bündig eingepreßte Metallscheibe aufweist.Measuring sensor according to Claims 1 to 6, characterized in that the Measuring pin has a flush pressed-in metal disc on the front side. 8.8th. Meßfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe nach An -spruch 5 dreifach ausgebildet ist, in der Weise, daß zwischen zwei Metallscheiben eine thermische Isolier -schicht angeordnet ist.Measuring sensor according to one or more of Claims 1 to 7, characterized characterized in that the metal disc is designed in triplicate according to claim 5, in such a way that a thermal insulating layer between two metal disks is arranged. 9.9. Meßfühler nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstift nur das Heizelement mit Temperaturfühler aufweist, während der Temperaturfühler für das Strömungsmedium in einem Teil des Meßgehäuses eingebracht ist.Measuring sensor according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that that the measuring pin has only the heating element with temperature sensor, during the Temperature sensor for the flow medium placed in part of the measuring housing is. 10.10. Meßfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe nach An -spruch 5 oder 8 durch eine bez. der Wärmeleitfähigkeit äquivalente Schicht eines gefüllten Harzes ersetzt ist.Measuring sensor according to one or more of Claims 1 to 9, characterized characterized in that the metal disc according to claim 5 or 8 by a related Thermal conductivity equivalent layer of a filled resin is replaced.
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