DE3239416A1

DE3239416A1 - Widerstandsthermometer fuer fluide medien

Info

Publication number: DE3239416A1
Application number: DE19823239416
Authority: DE
Inventors: Hartmut 6412 Gersfeld Heun; Peter 6400 Fulda Klasmeier
Original assignee: Juchheim & Co M K GmbH
Current assignee: Juchheim & Co M K GmbH
Priority date: 1982-10-25
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1984-04-26
Also published as: DK486683A; FR2535048A1; DK486683D0; FR2535048B1; SE8305283L; SE8305283D0

Description

19. Oktober 1982 122/15

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Firma

M.K. Ouchheim GmbH & Co,

Moltkestraße 13 - 31

D-6400 Fulda

" Widerstandsthermometer für fluide Medien "

Die Erfindung betrifft ein Widerstandsthermometer für fluide Medien, insbesondere ein Eintauchthermometer für Wärmemengenzähler, mit einem temperaturabhängigen Meßwiderstand, der einschließlich seiner mindestens einen Zuleitung in einem metallischen Aufnahmerohr angeordnet ist, das gleichzeitig zur Befestigung dient.

Bei bekannten Widerstandsthermometern der vorstehend beschriebenen Art ist das Aufnahmerohr geschlossen ausgebildet, d.h. es ist entweder einstückig mit einem Boden in Form einer Halbkugel ausgebildet, oder in den Boden ist ein metallischer Verschlußstopfen eingelötet. Derartige Aufnahmerohre werden infolgedessen auch als Schutz-

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rohre oder Schutzhülsen bezeichnet. In vielen Fällen wird das vollständige Widerstandsthermometer noch in ein weiteres geschlossenes Schutzrohr eingebaut, das dann seinerseits mit dem fluiden Medium in Berührung steht, dessen Temperatur gemessen werden soll.

Bei den bekannten Widerstandsthermometern ist der Wärmeübergang von dem zu messenden Medium auf den Meßwiderstand problematisch, und zwar ist der sich bis zu einem Beharrungszustand ausbildende Temperaturgradient je nach der Zahl der Wärmeübergangsflächen beträchtlich. Infolgedessen besitzen die bekannten Widerstandsthermometer eine unzulässig große Zeitkonstante. Es ist zwar bekannt, den Wärmeübergang durch die Verwendung von -Wärmeleitpaste zu verbessern, jedoch erfordert deren Verarbeitung ein sehr sorgfältiges und vorsichtiges Montieren. Bedingt durch die Zähigkeit der aus einer Kunststoffmasse bestehenden Wärmeleitpaste ist nämlich nicht immer gewährleistet, daß der Meßwiderstand dicht umschlossen wird. Dadurch kommt es zu inhomogenen Gefügen im Bereich des Meßwiderstandes und damit zur Ausbildung eines erheblichen Temperaturgradienten. Damit verbundene Fehlmessungen sind störend und unzulässig.

Bei der Wärmemengenmessung werden vorzugsweise Widerstandsthermometer verwendet, mit denen die Vor- und Rücklauftemperatur gemessen wird. Aus der festgestellten Temperaturdifferenz und der getrennt hiervon gemessenen Durchflußmenge kann alsdann durch Multiplikation die Wärmemenge ermittelt werden. Eine genaue Erfassung der Wärmemenge

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setzt jedoch eine große Ansprechempfindlichkeit des Thermometers voraus, d.h. ein genaues Erfassen von Temperaturschwankungen. Bei den heute üblichen Widerstandsthermometern wird auch für Wärmezähler Wärmeleitpaste verwendet, die sich zwischen dem Meßwiderstand und dem Schutzrohr befindet. Die Zeitkonstanten derartiger Widerstandsthermometer liegen bei 10 Sekunden und darüber, so daß eine beträchtliche Wassermenge an dem Widerstandsthermometer vorbei geströmt sein kann, ehe dieses die geänderte Temperatur erfaßt. Es liegt auf der Hand, daß die entsprechende Wärmemenge bei der Zählung nicht erfaßt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Widerstandsthermometer der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das eine wesentlich kürzere Zeitkonstante aufweist bzw. bei dem der Meßwiderstand sehr viel schneller der Temperatur des zu messenden Mediums folgt und bei dem Herstellung bzw. Montage stark vereinfacht sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß

a) das Aufnahmerohr an seinem freien Ende offen ist,

b) der Meßwiderstand wärmeleitend in einen den Rohrquerschnitt weitgehend ausfüllenden Isolierkörper eingebettet ist,

c) der Isolierkörper auf seiner Außenfläche mit einer lötbaren Beschichtung versehen ist, und daß

d) der Isolierkörper in das offene Ende des Aufnahmerohres, dessen Verschluß bildend, eingelötet ist.

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Aufgrund der vorstehend angegebenen Merkmale steht der den Meßwiderstand enthaltende Isolierkörper metallisch, d.h. mittels der lötbaren Beschichtung und des Lotes gut wärmeleitend mit dem Aufnahmerohr in Verbindung, so daß Temperaturänderungen rasch auf den Meßwiderstand übertragen werden. Mindestens die äußere Stirnseite des Isolierkörpers steht außerdem mit dem zu messenden Medium in unmittelbarer Berührung, so daß auch hierdurch die Zeitkonstante weiter verkürzt wird. Hinzu kommt, daß aufgrund der angegebenen Merkmale die in der unmittelbaren Umgebung des Meßwiderstandes vorhandene Masse merklich geringer ist, so daß sich eine weitere Verkürzung der Zeitkonstanten einstellt. Auf die Verwendung von Wärmeleitpaste und die relativ komplizierten Manipulationen beim Einbau des Meßwiderstandes kann infolgedessen völlig verzichtet werden. Es ist lediglich erforderlich, den Isolierkörper mit dem eingebetteten Meßwiderstand in das zunächst noch vollständige offene Ende des Aufnahmerohres einzusetzen und alsdann den Lötvorgang auszuführen, wodurch zwischen dem offenen Ende des Aufnahmerohres und dem Isolierkörper eine zuverlässige Abdichtung erzielt wi rd.

Die Angabe, daß das Aufnahmerohr an seinem freien Ende offen ist, bezieht sich naturgemäß nur auf die geometrische Ausbildung des Aufnahmerohres selbst und ist im Gegensatz zu denjenigen Aufnahmerohren zu sehen, die vor dem Einbau des Meßwiderstandes metallisch verschlossen sind, d.h. entweder durch einen Boden in Form einer angeformten hohlen

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Halbkugel oder durch einen eingelöteten Verschlußstopfen.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der Isolierkörper auf dem größten Teil seiner Länge mittels des zwischen ihm und dem Aufnahmerohr gebildeten Zylinderspalts verlötet ist und um eine Länge L, die zwischen dem 0,1- und dem 1,0-Fachen seines Durchmessers D liegt, aus dem Aufnahmerohr herausragt. In der Praxis genügt es, wenn der Isolierkörper etwa 1 bis 1,5 mm aus dem Aufnahmerohr herausragt, wodurch ein besonders guter Wärmeübergang vom Medium an den Isolierkörper erzielt wird.

Um auch einen guten Wärmeübergang zwischen dem Isolierkörper und dem Meßwiderstand zu erzielen, ist es wiederum besonders vorteilhaft, den Meßwiderstand mittels einer Keramikmasse in den Isolierkörper einzukleben. Derartige Keramikkleber sind im Handel erhältlich und haben im Gegensatz zu Kunststoffklebern eine ausgezeichnete Wärme-1 ei tfähi gkeit.

In besonders vorteilhafter Weise besteht die lötbare Beschichtung des Isolierkörpers aus einem Metall der Gruppe Silber, Nickel und Zinn oder einer Legierung dieser Metalle. Die Beschichtung kann durch einen der üblichen Prozesse, beispielsweise durch ein galvanisches Verfahren oder durch ein Verfahren der Vakuumtechnik aufgebracht werden. Die ansonsten nicht lötfähigen keramischen Isolierkörper werden durch die genannte Beschichtung lötbar gemacht.

Widerstandsthermometer mit fest angeschlossenem Kabel müssen

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bei einem Defekt oder bei einer Neu-Beglaubigung mit dem Kabel aus der gesamten Anlage demontiert werden. Widerstandsthermometer mit Anschlußkopf erfordern vor Ort eine zusätzliche Montage des Anschlußkabels. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn das Widerstandsthermometer mit einer Steckkupplung ausgestattet ist, die eine leichte Trennung von der elektrischen Auswerteschaltung ermöglicht. Dabei ist es gemäß der weiteren Erfindung besonders vorteilhaft, wenn das dem Meßwiderstand abgekehrte Ende des Aufnahmerohres über eine Quetschverbindung mit einem aus Kunststoff bestehenden Teil einer Steckkupplung verbunden ist. Sowohl das Kunststofftei1 als auch das Aufnahmerohr können in Massen preiswert und mit den erforderlichen Toleranzen hergestellt werden.

Es ist dabei wiederum besonders vorteilhaft, wenn das die Quetschverbindung tragende Teil der Steckkupplung einen etwa zylindrischen Fortsatz aufweist, in dem eine Umfangsnut angeordnet ist, deren Grund im Querschnitt ein Vierkant umschreibt, und wenn Wandungsteile des Aufnahmerohres unter Bildung eines Vierkants in die Umfangsnut eingepreßt sind.

Durch diese geometrische Form der Quetschverbindung wird eine mechanische Verbindung der beiden Teile untereinander' erreicht, die gegenüber Zug-, Biege- und Drehkräften ausgezeichnet widerstandsfähig ist, und zwar ohne erheblichen Aufwand an Material und Lohn.

Um eine unbefugte Unterbrechung des Stromkreises zum Meßwiderstand zu unterbinden, wird die Verwendung einer

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blombierbaren Steckverbindung vorgeschlagen. Diese ist gemäß der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der in das Aufnahmerohr eingequetschte Teil der Steck-.: kupplung mit einem radialen Flanschrand und mit einem Gewinde versehen ist, daß der andere, abziehbare Teil der Steckkupplung eine Überwurfmutter mit einem komplementären Gewinde sowie mit einem radialen Flanschrand aufweist, und daß die beiden Flanschränder mit Durchbrüchen versehen sind, die bei aufgeschraubter überwurfmutter miteinander fluchten. Zum Zwecke eines Verplombens ist es dann lediglich noch erforderlich, den Plombendraht durch einen Teil der Durchbrüche hindurchzufädeln und die Plombe anzubringen.

Um den Meßwiderstand gegebenenfalls unterschiedlich tief in das zu messende Medium eintauchen zu lassen, ist es gemäß der wiederum weiteren Erfindung besonders vorteilhaft, auf dem Aufnahmerohr eine verschiebbare Verschraubung anzuordnen, die in besonders zweckmäßiger Weise als Schneidring-Verschraubung ausgebildet sein kann.

Derartige Verschraubungen sind gleichfalls im Handel er- * hältlich, beispielsweise unter der Markenbezeichnung ERMETO. Bei derartigen Verschraubungen befindet sich ein elastisch und/oder plastisch verformbarer Ring in einer Hülse, in die eine Hohlschraube hineinschraubbar ist. Das Aufnahmerohr wird durch den besagten Ring, die Hülse und die Hohlschraube hindurchgeführt. Beim Zusammenschrauben von Hülse und Hohlschraube wird der Ring, gegebenenfalls mittels Konusflächen in radialer Richtung zusammengequetscht und hält das Aufnahmerohr zuverlässig abgedichtet in jeder

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beliebigen Lage fest. In der Regel kann die Verschraubung wieder gelöst und an einer anderen Stelle des Aufnahmerohres zur Abdichtung gebracht werden. Die verschiebbare Verschraubung hat den zusätzlichen Vorteil, daß das Aufnahmerohr unmittelbar in das zu messende Medium eingesetzt werden kann, d.h. auf ein zusätzliches Schutzrohr kann vollständig verzichtet werden, wodurch die Ansprechempfindlichkeit steigt und der Bauaufwand erheblich reduziert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Einzelheiten werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines vollständigen Widerstandsthermometers,

Figur 2 den in Figur 1 bei "X'¹ gezeigten teilweisen Längsschnitt in wesentlich vergrößertem Maßstab,

Figur 3 einen teilweisen Axialschnitt durch die Steckkupplung mit dem oberen Ende, des Aufnahme

rohres, und

Figur 4 einen Querschnitt durch Figur 3 entlang der Linie IV - IV.

Figur 5 ein Diagramm mit Verglei clfkurven des Temperaturverhaltens der bisherigen und der erfindungsgemäßen Bauform. _ 12 _

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In Figur 1 ist ein Aufnahmerohr 1 dargestellt, das an seinem unteren Ende 2 einen verjüngten Querschnitt aufweist. In dieses Ende ist abgedichtet ein Isolierkörper 3 mit einem Meßwiderstand 4 eingesetzt, wobei auf Einzelheiten in Figur 2 nach näher eingegangen wird.

Auf dem Aufnahmerohr 1 befindet sich eine verschiebbare Verschraubung 5, die aus einer Hülse 6 mit Außengewinde und Sechskant 8 sowie aus einer Hohlschraube 9 mit Sechskant 10 besteht. Zwischen der Hülse 6 und der Hohlschraube befindet sich ein nicht gezeigter Ring (Schneidring), der durch das Zusammenschrauben von Hülse 6 und Hohlschraube gegen das Aufnahmerohr 1 abdichtend verspannt wird. Einzelheiten einer solchen verschiebbaren Verschraubung sind jedoch Stand der Technik, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt.

Am oberen Ende ist das Aufnahmerohr 1 durch eine Quetschverbindung 11 mit einer Steckkupplung 12 verbunden, die aus zwei aus Kunststoff bestehenden Teilen 13 und 14 besteht, die durch eine überwurfmutter 15 miteinander verbunden sind. Das Teil 14 ist dabei an ein Kabel 16 angespritzt, das entweder mit einer PVC-,oder Silikonkautschukumhüllung versehen ist. Das Kabel 16 führt zu einer nicht gezeigten Auswerteschaltung. Weitere Einzelheiten der Steckkupplung 12 sind in Figur 3 gezeigt.

Gemäß Figur 2 ist der Isolierkörper 3 mit einer etwa quaderförmigen Ausnehmung versehen, in die der Meßwiderstand 4 mittels eines keramischen Klebers 17 eingesetzt ist. Anschlußdrähte 18, von denen nur einer gezeigt ist, führen

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bis zu entsprechenden Steckerstiften 19 (Figur 3). Das untere Ende 2 des Aufnahmerohres ist durch eine kreisringförmige Fläche 20 begrenzt und damit offen. Der Isolierkörper 3 füllt den Innenquerschnitt des Endes 2 weitgehend aus und ist auf einem Teil seiner Außenfläche 21 mit einer lötbaren Beschichtung 22 überzogen. Zwischen dem Ende 2 des Aufnahmerohres 1 und dem Isolierkörper 3 befindet sich zunächst ein Zylinderspalt 23, der durch einen Lötvorgang mit Weichlot 24 ausgefüllt und damit abgedichtet wird. Auf die gezeigte Weise wird ein äußerst inniger Wärmekontakt zwischen dem Aufnahmerohr 1 und dem Isolierkörper 3 erzeugt. Die gute Wärmeübertragung zwischen dem Isolierkörper 3 und dem Meßwiderstand 4, der als Dünnschichtwiderstand ausgebildet ist, wird durch den keramischen Kleber 17 bewirkt, der auch die restlichen Kapillarspalte zwischen dem Meßwiderstand 4 und dem Isolierkörper 3 ausfüllt.

Es ist zu erkennen, daß der Isolierkörper 3 um ein Maß "L" aus dem Aufnahmerohr t herausragt, das etwa dem 0,2-fachen Wert des Durchmessers D des Isolierkörpers 3 entspricht. Die zunächst zwischen dem Aufnahmerohr 1 und dem unteren Ende des Isolierkörpers 3 bestehende Hohlkehle wird beim Lötvorgang durch gute Benetzung ausgefüllt, wobei die Verhältnisse in Figur 2 im wesentlichen maßstäblich zu werten sind. Der Isolierkörper 3 besteht aus einem gegen die fluiden Medien absolut dichten Keramikmaterial, so daß das Medium nicht bis zum Meßwiderstand 4 vordringen kann.

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Figur 3 zeigt u.a., in welcher Weise die Quetschverbindung zwischen dem oberen Ende des Aufnahmerohres 1 und der Steckkupplung 12 ausgebildet ist. Zu diesem Zweck besitzt der untere Teil 13 der Steckkupplung einen etwa zylindrischen Fortsatz 25, in dem eine Umfangsnut 26 angeordnet ist, deren Grund im Querschnitt im wesentlichen ein Vierkant umschreibt, wie dies in Figur 4 gezeigt ist. Wandungsteile des Aufnahmerohres 1 sind in die Umfangsnut 26 eingepreßt, wodurch die weiter oben beschriebene Verbindung erzeugt wird. Figur 4 zeigt noch, daß in dem zylindrischen Fortsatz insgesamt drei Steckerstifte 19 angeordnet sind, die sich gemäß Figur 3 nach oben in das aus Kunststoff bestehende Teil 13 erstrecken (dort gestrichelt dargestellt).

Figur 3 zeigt, daß das in das Aufnahmerohr 1 eingequetschte Teil 13 mit einem Flanschrand 28 und mit einem darüberliegenden Gewinde 29 versehen ist. Der andere, abziehbare Teil 14 der Steckkupplung 12 besitzt die genannte Oberwurfmutter 15 mit einem komplementären Gewinde 30 und einem radialen Flanschrand 31. Die beiden Flanschränder 28 und 31 sind mit Durchbrüchen 32 und 33 versehen, die bei aufgeschraubter Überwurfmutter miteinander fluchten. Durch diese Durchbrüche kann in der gezeichneten Stellung ein Plombendraht hindurchgeführt werden. Es empfiehlt sich, die Durchbrüche 32 und 33 in Umfangsrichtung als Langlöcher auszubilden.

Das abziehbare Teil 14 erstreckt sich entlang der gestrichelten Linie 34 bis in das Teil 13 hinein und übergreift die an dieser Stelle freiliegenden oberen Enden

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der Steckerstifte 19. Zur Herstellung des elektrischen Kontakts ist das Teil 14 mit komplementären Steckerbuchsen 35 versehen, die gleichfalls nur gestrichelt dargestellt sind. Die Dberwurfmutter 15 drückt auf eine am Teil 14 angeordnete Schulter 36. Das in das Teil 13 eindringende untere Ende des Teiles 14 ist mit einer entsprechenden Profilierung versehen, so daß das Aufstecken nur in einer ganz bestimmten relativen Lage der Steckerbuchsen 35 zu den Steckerstiften möglich ist.

In Fig„ 5 ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Temperatur T aufgetragen. Die untere Kurve zeigt das Zeitverhalten eines herkömmlichen Widerstahdsthermo-r meters und die obere Kurve das eines erfindungsgemäße Widerstandsthermometers (Kurve 38)_O Beide Kurven nähern sich asymptotisch einem Grenzwert, der der Temperatur des Wassers entspricht, in das das Widerstandsthermometer in noch kaltem Zustand plötzlich eingetaucht wurde. Es ist zu erkennen, daß der Erfindungsgegenstand sehr viel schneller in die Nähe des Grenzwertes kommt als ein Widerstandsthermometer nach dem Stand der Techni k.

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Claims

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ANSPRÜCHE:

/1. !Widerstandsthermometer für fluide Medien, insbesondere Eintauchthermometer für Wärmemengenzähler, mit einem temperaturabhängigen Meßwiderstand, der einschließlich seiner mindestens einen Zuleitung in einem metallischen Aufnahmerohr angeordnet ist, das gleichzeitig zur Befestigung dient, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Aufnahmerohr (1) an seinem freien Ende (2) offen ist,

b) der Meßwiderstand (4) wärmeleitend in einen den Rohrquerschnitt weitgehend ausfüllenden Isolierkörper (3) eingebettet ist,

c) der Isolierkörper (3) auf seiner Außenfläche (21) mit einer lötbaren Beschichtung (22) versehen ist, und daß

d) der Isolierkörper (3) in das offene Ende des Aufnahmerohres (1), dessen Verschluß bildend, eingelötet ist.
2. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (3) auf dem größten Teil seiner Länge mittels des zwischen ihm und dem Aufnahmerohr (1) gebildeten Zylinderspaltes (23) verlötet ist und um eine Länge "L", die zwischen dem 0,1- und dem 1,o-Fachen seines Durchmessers D liegt aus dem Aufnahmerohr (1) herausragt.
3. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (4) mittels einer

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Keramikmasse (17) in den Isolierkörper (3) eingeklebt ist.
4. Widerstandsthermometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (4) ein Dünnschichtwiderstand ist.
5. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lötbare Beschichtung (22) des Isolierkörpers (3) aus einem Metall der Gruppe Silber, Nickel und Zinn oder einer Legierung dieser Metalle besteht.
6. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmerohr (1) aus einer Cu-Zn-Legierung besteht und mit einer Cu-Ni-Schicht überzogen ist.
7. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Meßwiderstand (4) abgekehrte Ende des Aufnahmerohres (1) über eine Quetschverbindung (11) mit einem aus Kunststoff bestehenden Teil (13) einer Steckkupplung (12) verbunden ist.
8. Widerstandsthermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Quetschverbindung (11) tragende Teil (13) der Steckkupplung (12) einen etwa zylindrischen Fortsatz (25) aufweist, in dem eine Umfangsnut (26) angeordnet ist, deren Grund im Querschnitt ein Vierkant umschreibt, und daß Wandungsteile (27) des Aufnahmerohres (1) unter Bildung eines Vierkants in die Umfangsnut (26) eingepreßt sind.

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9. Widerstandsthermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der in das Aufnahmerohr (1) eingequetschte Teil (13) der Steckkupplung (12) mit einem radialen Flanschrand (28) und mit einem Gewinde (29) versehen ist, daß der andere, abziehbare Teil (14) der Steckkupplung (12) eine Überwurfmutter (15) mit einem komplementären Gewinde (30) sowie mit einem radialen Flanschrand (31) aufweist, und daß die beiden Flanschränder (28, 31) mit Durchbrüchen (32, 33) versehen sind, die bei aufgeschraubter Überwurfmutter (15) miteinander fluchten.
10. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Aufnahmerohr (1) eine verschiebbare Verschraubung (5) angeordnet ist.
11. Widerstandsthermometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Verschraubung (5) als Schneidring-Verschraubung ausgebildet ist.