DE3234145A1

DE3234145A1 - Pressure-protected and/or insulated temperature sensor with extremely small time constant

Info

Publication number: DE3234145A1
Application number: DE19823234145
Authority: DE
Inventors: Werner Prof. Dr. 2308 Preetz Kroebel
Original assignee: KROEBEL WERNER
Current assignee: Hdw-Elektronik 2300 Kiel De GmbH
Priority date: 1982-09-15
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE3234145C2

Abstract

Published without abstract.

Description

Druckgeschützter undsolierter Temperatursensor extrem kleiner Leit- Pressure-protected and insulated temperature sensor, extremely small

konstante für in situ-Messungen Insbesondere bei meereskundlichen Messungen von Parameterprofilen wie etwa der Temperatur und elektrischen Leitfähigkeit als Funktion von der Tiefe, werden bislang elektrische Widerstandsthermometer als Temperatursonden verwendet, die sowohl druckeeschützt als auch elektrisch isoliert gegen das Meerwasser ausgeführt sind. Aus Gründen hoher Präzision und Driftfreiheit werden für die elektr. Wderstandsthermometer im wesentlichen nur vilfältig erprobte Metalldrähte verwendet. Um mit ihnen eine hohe Auflösung zu erreichen, werden sie möglichst hochohmig hergestellt. Die Herstellung solcher druckgeschützten und elektrisch isolierten Temperatursonden führt indessen zu Konstruktionen, durch die die Meßzeit bis zur Einstellung des elektrischen Widerstandes auf die Meerwassertemperatur für viele Anwendungen zu lange dauert, um für Werte, die aus Temperatur, Leitfähigkeit und Druck zu berechnen sind, wie etwa der Salzgehalt, beim Fieren der Sonde den wahren Tiefenverlauf des Salzgehaltes ermitteln zu können. Außerdem bestehen derartige bekannte Thermometersonden aus mehreren Zwischenschichten zwischen Meßdraht und dem Meßmedium, die zudem noch unterschiedlicre Wärmekapazitäten haben, denen jede eine andere Zeitkonstante zuzuordnen ist. An Stellen größerer Temperaturgradienten des Meerwassers gehören daher in der Regel die momentan gemessenen Werte der Tiefe und der Leitfähigkeit wegen der zeitlich verschobenen Temperaturmessung nicht zum gleichen Meßort. Der Anmelder hat daher Temperatursensoren erdacht und realisiert, deren Zeitkonstante bis zu kleiner als im Sek. gemacht werden können. constant for in situ measurements, especially for oceanographic Measurements of parameter profiles such as temperature and electrical conductivity as a function of depth, electrical resistance thermometers have been used so far as Uses temperature probes that are both pressure-proof and electrically insulated against the sea water. For reasons of high precision and freedom from drift are used for the electr. Resistance thermometer has essentially only been tried and tested many times Metal wires used. In order to achieve high resolution with them, they will Manufactured with as high a resistance as possible. The manufacture of such pressure-proof and electrical insulated temperature probes, however, leads to constructions through which the measuring time until the electrical resistance is adjusted to the sea water temperature for Many applications take too long to look for values that consist of temperature, conductivity and pressure are to be calculated, such as the salinity, when lowering the probe to be able to determine the true depth profile of the salinity. There are also such known thermometer probes made of several intermediate layers between the measuring wire and the measuring medium, which also have different heat capacities, each of which another time constant is to be assigned. In places with larger temperature gradients of sea water therefore usually include the currently measured depth values and the conductivity due to the time-shifted temperature measurement not to the same measuring location. The applicant has therefore devised and implemented temperature sensors, whose time constant can be made smaller than in seconds.

(s. Anm. u. a. P 29 10 957.7 u. P 30 24 887.4 .(see note including P 29 10 957.7 and P 30 24 887.4.

Indessen haben diese T-Sensoren 2 Nachteile. Bei dem einen handelt es sich um Driftvorgänge des elektrischen Widerstandes, die zwar sehr langsam vor sich gehen und sich erst nach Stunden bemerkbar machen. Sie bewegen sich zwar nur im Bereich von einigen tausendstel bis hunderstel Kelvin, sind aber bei Auflösungsforderungen unter 0.001 Kelvin auflösungsbegrenzend. Zum anderen sind die Widerstandsdrähte sehr niederohmig bis zu 10 Milliohm. Diese Niederohmigkeit ist insofer der 2. Nachteil, weil er ebenfalls die mögliche Auflösungsgrenze heraufsetzt und eine wesentlich höhere Schaltungsaufwendung nötig macht. However, these T-sensors have two disadvantages. With the one acts it is about drift processes of the electrical resistance, which admittedly proceed very slowly walk away and only make yourself noticeable after hours. You just move in the range from a few thousandths to a hundredth Kelvin, but are in the case of resolution requests resolution-limiting below 0.001 Kelvin. Second are the resistance wires very low resistance up to 10 milliohms. This low resistance is the 2nd disadvantage, because he also raises the possible resolution limit and one essential makes higher circuit expenditure necessary.

Der Anmelder hat daher, seine Bemühüngen zu Temperatursensoren extrem kleiner Zeitkonstante zu kommen, bei denen die beschriebenen Nachteile fortfallen, fortgesetzt. Erfindungsgemäß hat dies zu einem neuen Sensor geführt, der nachfolgend beschrieben wird. The applicant has therefore extreme efforts on temperature sensors to come to a small time constant, in which the disadvantages described do not apply, continued. According to the invention, this has led to a new sensor, the following is described.

Ausgangspunkt ist das Ergebnis früherer Arbeiten, nach denen extrem kleine Zeitkonstanten bis herunter zu 0,1m Sek. nur mit sehr dünnen Drähten bei extrem gutem Wärmekontakt mit dem Meßmedium erreicht werden können. Um dies bei druckgeschützten Thermometerwiderständen zu erreichen, müssen die Drähte extrem dünn sein und sehr eng aber druckfrei in einer Art Hülse stecken, die extrem dünnwandig ist. Solche Hülsen gibt es indessen nicht in genügender Anpassung an Lösungen des beschriebenen Problems. Erfindungsgemäß wird daher wie folgt vorgegangen. The starting point is the result of previous work, according to which extreme small time constants down to 0.1 m sec. only with very thin wires extremely good thermal contact with the measuring medium can be achieved. To this at To achieve pressure-protected thermometer resistors, the wires must be extremely high be thin and stuck very tightly but without pressure in a kind of sleeve that is extremely thin-walled is. However, such sleeves do not exist in sufficient adaptation to solutions of the described problem. According to the invention, the procedure is therefore as follows.

Eine dünne Folie beispielsweise aus Titanblech das seewasserfest ist mit einer Blechstärke von etwa 0,01 mm wird zunächst gefaltet gemäß Fig. la. A thin sheet of titanium sheet, for example, that is seawater-proof is with a sheet thickness of about 0.01 mm is first folded according to Fig. La.

Dann wird z.B. ein möglichst harter Draht, der etwa einen 10% - 20% größeren Durchmesser hat, wie der gewählte Thermometerdraht, also bei einer Wahl eines Drahtes von 50 U 0 etwa ein möglichst harter Draht von 55-60 U .Dieser wird in die gefaltete Folie gelegt und dann die Folie zwischen einem geeigneten Material so gepreßt, daß sich durch den Draht eine Art Sicke im Titanblech bildet. Wird dann der Draht entfernt und das Blech wieder zusammen gefaltet, entsteWn rrin Querschnittsbild, das schematisch die Fig. 1b zeigt.Then, for example, a wire that is as hard as possible, which has a 10% - 20% has a larger diameter, like the selected thermometer wire, so with one choice for a wire of 50 U 0, the hardest possible wire of 55-60 U. This will be placed in the folded film and then the film between a suitable material pressed in such a way that the wire forms a kind of bead in the titanium sheet. It will then the wire removed and the sheet metal folded back together, resulting in a cross-sectional image, which shows schematically the Fig. 1b.

Für "Präzisionsmessungen muß in die entstandene "Röhre" ein Vierpolwiderstandsthermometer eingezogen oder eingelegt werden. Als eine mögliche Lösung könnten 2 um soviel dünnere Widerstandsdrähte - etwa aus isoliertem Kupferdraht - miteinander verdrillt und an den Endstücken bei E und F der Fig. 2 miteinander elektrisch auf irgendeine bekannte Weise kontaktiert werden. Dann entsteht ein Vierpol, der als 4-Pol Thermosensor dienen kann. For "precision measurements" a four-pole resistance thermometer must be placed in the resulting "tube" be drawn in or inserted. As a possible solution, 2 could be so much thinner Resistance wires - made of insulated copper wire, for example - twisted together and at the end pieces at E and F of FIG. 2 electrically to any known one with one another Way to be contacted. Then a quadrupole is created, which acts as a 4-pole thermal sensor can serve.

Die Kanten des Bleches und die Drahtenden werden am einfachsten mit einer dünnen Lackschicht abgedeckt womit der Temperatursensor seewasser- und druckfest wird.The edges of the sheet metal and the wire ends are easiest to use covered with a thin layer of lacquer which makes the temperature sensor seawater and pressure resistant will.

Nun braucht nur das Stück des Thermometerwiderstandes druckfest gemacht werden, welches als thermischer Meßwiderstand dient. D.h. jenseiz der Abgriffe bei E und F der Fig. 2 können die Drahtzuführungen wie an Fig. 3 gezeigt außerhalb des druckgeschützten Raumes liegen. Eine andere von zahl-. Now only the piece of the thermometer resistor needs to be made pressure-proof which serves as a thermal measuring resistor. I.e. jenseiz of the taps at E and F of FIG. 2, the wire feeds as shown in FIG. 3 outside the pressure-protected room. Another of numerical.

reichen möglichen Ausführungsformen zeigt die Abb. 4. In ihr geht das gefaltete Blech über den Teil hinaus, den den Widerstandsdraht enthält z.B.Fig. 4 shows a wide range of possible designs the folded sheet beyond the part containing the resistance wire e.g.

von A-B. An diesem Teilstück erfolgt die Befestigung des Ganzen. Der untere Teil enthält die Sicke D, in der der vierpolige Sensor wie oben beschrieben mit den Zuführungen I, G, H, K steckt. Die Kontaktierung liegt bei E und F de Fig. 4. Die letzten Stücke etwa ab E und F nach außen befinden sich in einem Sickenteilstück, das einen etwas größeren Durchmesser hat, weil an E und F Zusatzdrähte kontaktiert sind. Diese Teilstücke müssen indessen nicht druckgeschützt sein.from. The whole is attached to this section. Of the lower part contains the bead D, in which the four-pole sensor as described above with the leads I, G, H, K is stuck. The contact is at E and F de Fig. 4. The last pieces from about E and F to the outside are in a bead section, which has a slightly larger diameter because additional wires are in contact at E and F. are. However, these sections do not have to be pressure-protected.

An Stelle von Metallfolien bezw. Metallblechen wie z.B. Titan lassen sich auch Isoliermaterialien verwenden, in die fortdauernde Sicken eingeprägt werden können. Als geeignetes Material hat sich sehr dünn (etwa 0,01 mm dick) abgespaltener Glimmer erwiesen. Er läßt sich ebenso gut sicken wie einige harte und dünne Kunstoffolien. In diesen Fällen kämen blanke Drähte zur Anwendung. In der Anmeldung sind die wiedergegebenen Abbildungen schematisch aufzufassen und nur als Beispiel zur Beschreibung des Erfindungsgedankens gedacht. Die möglichen Realisierungen druckgeschützter Thermosensoren sind unter Wahrung der beschriebenen Erfindung zahlreich. Instead of metal foils respectively. Leave metal sheets such as titanium also use insulating materials in which permanent beads are embossed can. A very thin (about 0.01 mm thick) has been split off as a suitable material Mica proved. It can be beaded just as well as some hard and thin plastic foils. In these cases, bare wires would be used. In the registration are the reproduced Illustrations should be understood schematically and only as an example to describe the concept of the invention thought. The possible realizations of pressure-protected thermal sensors are under Keeping the invention described numerous.

Die Anwendung des Erfindungsgedanken soll nicht auf das Meer beschränkt sein. The application of the inventive concept is not intended to be limited to the sea be.

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Claims

Pressure protected and isolated temperature sensor with extremely small time constant for in situ measurements Claim 1 Pressure-protected and insulated temperature sensor of extremely small time constant for in-situ measurements, characterized in that the sensor consists of an extremely thin electrical resistance material, preferably a wire with a round cross-section, which is inserted or drawn into a bead of a protective material, which is preferably as hard as possible Wire material of a diameter is produced which is only so much larger than the intended electrical temperature-dependent sensor wire that it is pressure-protected but is in extremely good thermal contact with the measuring medium via the bead and its material.

or

Claim 2 Pressure-protected and isolated temperature sensor ....... according to claim 1, characterized in that both a thin bead material Metal foil consists of a material that is as hard or pressure-resistant as possible and has a thickness, which just withstands the expected pressure, with the sensor wire then Must have a thin layer of insulation or an extremely thin oily layer insulating material, in which case the sensor wire is preferably not insulated is used.

ci.

Claim 3 pressure-protected and insulated temperature sensor .- according to Claim 1 and 2, characterized in that the sensor wire is preferably in a known As a 4-pole, claim 4 is pressure-protected and # isolated temperature sensor ....... according to claims 1 - 3, characterized in that the holder of the thermal sensor takes place over the pressure-protecting beaded film, while the temperature-dependent Resistance wire is pressure-protected only over the part that is without the pressure protection would have a pressure influence on the measured value, so that the four-pole feed and discharge can also be completely or partially designed to be pressure-unprotected.