DE3213902C2

DE3213902C2 -

Info

Publication number: DE3213902C2
Application number: DE19823213902
Authority: DE
Inventors: Eckart Dr.Rer.Nat. 2300 Kiel De Hiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1987-09-24
Also published as: DE3213902A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßfühler zur Durchfluß überwachung eines strömenden Mediums, insbesondere zur Er fassung dynamischer Strömungsprozesse nach dem kalorimetrischen Prinzip, mit einem metallischen, in eine Wandung einschraub baren Meßgehäuse, welches stirnseitig einen mit seinem ge schlossenen Ende in das strömende Medium hineinragenden, aus einem metallischen Werkstoff gefertigten Meßstift aufweist, mit einem ersten innerhalb des Meßstifts und an dessen ge schlossenem Ende angeordneten ersten Temperaturmeßfühler und koaxial zum ersten Temperaturmeßfühler angeordnete und diesen aufheizende Heizspule und mit einem ebenfalls innerhalb des Meßstifts angeordneten zum ersten Temperaturmeßfühler beab standeten zweiten Temperaturmeßfühler, der mit der Außenwandung des Meßfühlers thermisch leitend verbunden ist und zur Messung der Temperatur des Mediums dient.The invention relates to a flow sensor monitoring of a flowing medium, especially for Er Detection of dynamic flow processes according to the calorimetric Principle, with a metallic screw into a wall baren measuring housing, which has a face with its ge closed end protruding into the flowing medium has a measuring pin made of a metallic material, with a first inside the measuring pin and at its ge closed end arranged first temperature sensor and arranged coaxially to the first temperature sensor and this heating coil and with a also inside the Measuring pin arranged to the first temperature sensor stood second temperature sensor, the one with the outer wall of the sensor is thermally conductively connected and for measurement the temperature of the medium.

Die eingangs beschriebenen Meßfühler werden u. a. auch in so genannten kalorimetrischen Strömungswächtern angewendet, wie sie z. B. in der Patentschrift P 24 62 911.6 oder an der Anmel dung P 26 29 051.7-52 aufgezeigt sind. 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, daß eine Ver fälschung der Vergleichstemperatur durch Wärmeübertritt aus dem beheizten in den nicht beheizten System auftritt. Diese Auffassung führt konsequent dazu, daß zwei Meßstifte gleicher Wärmekapazität in das strömende Medium eingebracht werden. Ein Stift wird zusätzlich beheizt. The sensors described above are u. a. even in that called calorimetric flow monitors applied, such as they z. B. in the patent specification P 24 62 911.6 or on the application P 26 29 051.7-52 are shown. All such known Solutions for heat transfer measurement assume that the differential temperature measurement required for this measuring principle also the use of two individual measuring pins, at least but a thermal separation of the two measuring systems by a Partition wall with high thermal resistance is necessary. By this system separation is to prevent a ver falsification of the comparison temperature by heat transfer the heated in the unheated system occurs. These Conception 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 heated.

Um nun einen Wärmeübergang am Ort der Stiftbefestigung am Meß gehäuse zu unterbinden, werden die Stifte in einem Kunststoff teil geringer Wärmeleitfähigkeit befestigt. Dieser Kunststoff teil ist seinerseits mit dem Meßgehäuse fest verbunden. Her stellungstechnisch ist dieses Vorgehen sehr aufwendig. Ins besondere die Bohrung von zwei stirnseitigen Löchern in dem Kunststoffteil des Meßgehäuses verbietet eine einfache Auto matenfertigung.To now heat transfer at the location of the pin attachment on the measuring To prevent the housing, the pins are in a plastic Partly low thermal conductivity attached. This plastic part is in turn firmly connected to the measuring housing. Here In terms of position, this procedure is very complex. Ins special the drilling of two end holes in the Plastic part of the measuring housing prohibits a simple car manufacturing.

Durch die Anwendung von Kunststoff zur Systemtrennung ergeben sich zusätzlich thermische und mechanische Stabilitätsprobleme.Resulting from the use of plastic for system separation there are also thermal and mechanical stability problems.

Es sind auch Systeme bekannt, bei denen die Temperaturdifferenz messung innerhalb eines Meßstiftes realisiert ist. In der Schrift US 40 16 758 wird es für die Funktion des Meßstifts für äußerst wichtig gehalten, daß ein Temperaturmeßelement inner halb der Heizspule angeordnet ist. In der Schrift FR 24 11 391 ist nicht geklärt, in welcher Weise die Verkettung von einem Heizelement und dem Temperaturmeßelement erfolgt.Systems are also known in which the temperature difference measurement is realized within a measuring pin. In the Document US 40 16 758 it is for the function of the measuring pin for held extremely important that a temperature measuring element inside half of the heating coil is arranged. In the publication FR 24 11 391 is not clear how the chaining of one Heating element and the temperature measuring element takes place.

In den letztgenannten Schriften bleibt ungeklärt, inwieweit sich störende Einflüsse des Heizsystems auf die Temperaturdifferenzmessung auswirken, und in welcher Weise solche Störungen be seitigt werden können.In the latter writings, it remains unclear to what extent disruptive influences of the heating system on the temperature difference measurement impact, and in what way such disorders be can be sided.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine technische Lösung zur Gewährleistung annähernd gleicher Wärmekapazitäten und ein Abgleichverfahren zur Erzielung effektiver Wärmekapazitäten für das Heiz- und das Temperatur-Meßsystem anzugeben.The object of the invention was therefore to provide a technical solution to ensure approximately the same heat capacities and a matching process to achieve effective heat capacities to be specified for the heating and temperature measuring system.

Die genannten Techniken gehen stillschweigend davon aus, daß das Meßsystem, bestehend aus zwei Temperaturfühlern und einem Heizelement, statisch arbeiten. The techniques mentioned implicitly assume that the measuring system, consisting of two temperature sensors and one Heating element, work statically.

Sie vernachlässigen daher die Ausbildung eine Temperaturgra dienten 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 Meßstifts wird ein eng begrenzter Raum aufgeheizt. Die sich in der Strömung ergebene Temperatur wird dicht an der Innen wandung im Heizbereich gemessen. Durch das in den Meßstift eingebrachte Gießharz kann natürlich eine Wärmeleitung im Inneren des Meßstiftes bis zu seinem offenen Ende hin erfol gen.They therefore neglect the formation of a temperature graph served in the flow field. Out of this misjudgment are also large-scale heating sources that largely fill the entire measuring stick from the inside, or heat up completely, applied. However, the teaching of this invention takes into account the dynamic temperature flow. At the front end of the A narrow space is heated in the measuring pen. Which temperature in the flow becomes close to the inside measured in the heating area. By that in the measuring pen Cast resin can of course conduct heat in the Success inside the measuring pin up to its open end gene.

Der dynamische Strömungsprozeß bedingt jedoch auch hier die Ausbildung eine Temperaturgradienten. Zweifellos würde diese Temperaturänderung auch auf das in diesem Bereich an der Innenwandung angeordnete Temperaturmeßelement für die Mediums temperatur durchgreifen. Nach der Lehre dieser Erfindung wird daher zwischen den beiden Meßelementen ein thermischer Kurz schluß durch Zwischenfügen einer wärmeleitenden Metallscheibe eingefügt. Diese Metallscheibe ist so ausgebildet, daß sie einen guten Wärmekontakt zur Stiftwandung aufweist. Durch Wahl der Scheibendicke (ca. 2 mm) kann der störende Temperaturein fluß von der Stiftspitze her auf einen vernachlässigbar kleinen Betrag herabgesetzt werden. Es ist daher auch einem einteiligen Stift eine exakte Messung der Differenztemperatur möglich. Eine gleichmäßige Reaktion des Systems wird dadurch erreicht, daß die Wärmekapazitäten der Heizseite und der Mediumstempe ratur-Meßseite einander angenähert werden. Nach der Lehre die ser 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-Tempe raturfühler von der Stiftwandung etwas abgerückt und ggf. in einen Metallzylinder gesetzt wird. However, the dynamic flow process also causes the here Training a temperature gradient. No doubt this would Temperature change also on that in this area Inside wall arranged temperature measuring element for the medium reach through temperature. According to the teaching of this invention therefore a thermal short between the two measuring elements finish by inserting a heat-conducting metal disc inserted. This metal disc is designed so that it has good thermal contact with the pin wall. By choice the slice thickness (approx. 2 mm) can be the disturbing temperature flow from the tip of the pen to a negligibly small one Amount will be reduced. It is therefore also a one-piece Pen an exact measurement of the differential temperature possible. A uniform reaction of the system is achieved that the heat capacities of the heating side and the medium temperature rature measurement page can be approximated. After teaching the This invention can be achieved by either the front temperature sensor inside the measuring pin between the pin wall and the heating element, e.g. B. within one Metal plate is moved, or that the medium tempe rature sensor slightly moved away from the pin wall and possibly in a metal cylinder is placed.

Die exakten Dimensionierungen für diese Positionen hängen von den Abmessungen des Meßfühlers und insbesondere des Meßstifts ab. Aufgrund dieser technischen Lehre ist es problemlos mög lich, auch den Meßstift und das Meßgehäuse aus einem Teil zu fertigen. Wegen der rotationssymmetrischen Form ist eine ein fache Automatenfertigung möglich. Durch den Wegfall von Kunst stoffteilen wird die angestrebte thermische und mechanische Stabilität erreicht. Der thermische Kurzschluß dieser Meßan ordnung kann auch dadurch erreicht werden, daß ein gut wärme leitendes, in der Regel gefülltes Harz, in den Meßstift ge geben wird. Der innere Gradientenverlauf ist dann nur von der Entfernung der beiden Temperaturmeßorte abhängig.The exact dimensions for these positions depend on the dimensions of the sensor and especially the measuring pin from. Due to this technical teaching it is possible without any problems Lich, also the measuring pin and the measuring housing from one part manufacture. Because of the rotationally symmetrical shape, one is a Automatic machine manufacturing possible. By eliminating art the desired thermal and mechanical parts Stability achieved. The thermal short circuit of this meas Order can also be achieved by warming well conductive, usually filled resin, ge in the measuring pin will give. The inner gradient is then only from Distance between the two temperature measuring locations depends.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher er läutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment purifies.

In den Meßstift (1) ist stirnseitig eine Aluminiumscheibe (2), die einen Temperaturfühler (3) enthält, eingepreßt. Die Alu miniumscheibe wird durch ein Heizelement (4) aufgeheizt. Der freie Raum innerhalb des Meßstiftes (5) ist mit Gießharz auf gefüllt. In der Mitte des Stiftes ist eine weitere Aluminium scheibe (6) eingepreßt. Sie weist einen Temperaturfühler (7) auf und besitzt eine Durchführung (8) für die Versorgungs leitungen. Der Stift ist mit einem Außengewinde (9) versehen.An aluminum disc ( 2 ) containing a temperature sensor ( 3 ) is pressed into the end of the measuring pin ( 1 ). The aluminum disc is heated by a heating element ( 4 ). The free space inside the measuring pin ( 5 ) is filled with casting resin. Another aluminum disc ( 6 ) is pressed into the center of the pin. It has a temperature sensor ( 7 ) and has a bushing ( 8 ) for the supply lines. The pin is provided with an external thread ( 9 ).

Eine andere Ausführung zeigt Bild 2:Another version is shown in Figure 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 angebracht ist, die noch Berührung mit dem Meßmedium hat (14). The pin ( 1 ) is firmly connected to the measuring housing ( 11 ), which has an external thread ( 12 ). The measuring system can be designed as shown in Figure 1 or in such a way that the comparison sensor for the medium temperature ( 7 ) is attached to a part of the measuring housing ( 13 ) at a point that is still in contact with the measuring medium ( 14 ).

Um die Bedingungen für die Gleichheit der Wärmekapazitäten des geheizten und ungeheizten Meßfühlers einzuhalten, ist an dem Meßort im Meßgehäuse (13) eine Reduzierung der Wandungs stärke vorgesehen und gleichzeitig eine Wärmeisolierung (15) gegenüber dem Meßgehäuse angebracht.In order to comply with the conditions for the equality of the heat capacities of the heated and unheated sensor, a reduction in the wall thickness is provided at the measuring location in the measuring housing ( 13 ) and at the same time heat insulation ( 15 ) is attached to the measuring housing.

Nach Bild 3 ist das Heizsystem auch so aufgebaut, daß der Tem peraturmeßfühler (16) stirnseitig, innerhalb des Meßstiftes, in einer Aluminiumscheibe (17) eingebracht ist, die ihrer seits in den Durchlaß (18) einer Heizspule (19) mit einem Ansatz (21) gesteckt ist. Die so erzielte kompakte Bauweise gewährleistet eine sichere lokale Aufheizung des Meßstifts, bei guter Definierbarkeit der Wärmekapazität für die umströmte stirnseitige Meßregion des Meßstifts.According to Figure 3, the heating system is also constructed so that the temperature sensor ( 16 ) is inserted on the front, inside the measuring pin, in an aluminum disc ( 17 ), which in turn is in the passage ( 18 ) of a heating coil ( 19 ) with a shoulder ( 21 ) is inserted. The compact design achieved in this way ensures reliable local heating of the measuring pin, with good definition of the heat capacity for the flow-around measuring region of the measuring pin on the end face.

Claims

1. Measuring sensor for flow monitoring of a flowing medium, in particular for detecting dynamic flow processes according to the calorimetric principle, with a metallic measuring housing which can be screwed into a wall and which has a measuring end made of a metallic material with its closed end protruding into the flowing medium has, with a first inside the measuring pin and at its closed end arranged first temperature sensor and a coaxial to the first temperature sensor arranged and heating this heating coil and with a likewise inside the measuring pin, spaced from the first temperature sensor second temperature sensor, which with the outer wall of the Sensor is thermally connected and used to measure the temperature of the medium, characterized in that between the front end of the measuring pin and the first temperature sensor in the measuring pin ang an ang is arranged, which is inserted with a projection ( 21 ) in the passage of the heating coil, that the first temperature sensor is arranged on the end face within a recess in the aluminum disc and that the first temperature sensor in the approximation of the heat capacity of the heated temperature measuring system and the medium temperature measuring system within the aluminum disc is movable.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the cross section of the coil ( 19 ) is smaller than the cross section of the metal disc ( 17 ).

3. Sensor according to claim 1 and 2, characterized in that between the first and second temperature sensors Filling with adapted temperature gradient curve in the measuring pin is inserted.