DE3713981A1

DE3713981A1 - Waermeuebergangsmessgeraet, insbesondere stroemungswaechter

Info

Publication number: DE3713981A1
Application number: DE19873713981
Authority: DE
Inventors: Robert Buck; Gerd Marhofer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1987-04-27
Publication date: 1988-11-17
Also published as: EP0288806A2; EP0288806B1; JPS63275958A; EP0288806A3; DE3713981C2; JPH0545886B2; DE3865067D1; US4856329A

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübergangsmeßgerät, insbesondere einen Strömungswächter zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in einem strömenden Medium, mit einem vorzugsweise metallischen, kreiszylindrischen, mit einem Außengewinde versehenen Meßgerätgehäuse, mit einem ersten Tem peraturmeßelement, mit mindestens einem Heizelement und mit einem zwei ten Temperaturmeßelement.

Wärmeübergangsmeßgeräte der in Rede stehenden Art, also insbesondere kalo rimetrisch arbeitende Strömungswächter, sind seit langem und in vielen Ausführungsformen bekannt (vgl. z. B. die DE-OS 24 47 617, 26 29 051, 32 13 902 und 32 22 046). Bei diesen Wärmeübergangsmeßgeräten, im folgen den immer Strömungswächter genannt, arbeitet man mit einer Differenztempe raturmessung. Das erste Temperaturmeßelement mißt eine durch das Heizele ment und durch das strömende Medium bestimmte Temperatur, im folgenden Meßtemperatur genannt, während das zweite Temperaturmeßelement eine von dem Heizelement möglichst nicht oder in anderer Weise und durch das strömende Medium bestimmte Temperatur, im folgenden Referenztemperatur genannt, mißt. Zu Strömungswächtern der hier in Rede stehenden Art gehören also funktions notwendig das erste Temperaturmeßelement, das Heizelement und das zweite Temperaturmeßelement - sowie eine hier nicht weiter interessierende Aus werteschaltung.

Handelt es sich bei dem Medium, dessen Strömung überwacht werden soll, um ein Gas, so können die für die Funktion notwendigen Bauelemente - erstes Temperaturmeßelement, Heizelement und zweites Temperaturmeßelement - mehr oder weniger ungeschützt in den Gasstrom eingebracht werden. Soll jedoch die Strömung eines flüssigen Mediums überwacht werden, so können die für die Funktion notwendigen Bauelemente - erstes Temperaturmeßelement, Heiz element und zweites Temperaturmeßelement - nicht einfach in den Flüssig keitsstrom eingebracht werden, vielmehr ist es dann erforderlich, diese Bauelemente geschützt in einem Meßgerätgehäuse anzuordnen.

Bei einem in der Praxis bereits realisierten Strömungswächter der eingangs beschriebenen Art (vgl. die DE-OS 32 13 902) ist das Meßgerätgehäuse abge setzt ausgeführt; im dünneren Teil des Meßgerätgehäuses befindet sich das erste Temperaturmeßelement und das Heizelement, während sich das zweite Temperaturmeßelement im dickeren Teil des Meßgerätgehäuses, an seinem dem dünneren Teil zugewandten Ende, befindet. Das erste Temperaturmeßelement und das Heizelement sind in einer Aluminiumscheibe angeordnet; die Alumi niumscheibe stellt also die thermische Verbindung dar zwischen der Stirn seite des Meßgerätgehäuses und einerseits dem ersten Temperaturmeßelement und andererseits dem Heizelement. Das erste Temperaturmeßelement, das Heiz element und die Aluminiumscheibe sind mit einem thermisch gut leitenden Epoxydharz vergossen. Das zweite Temperaturmeßelement befindet sich in ei nem Abstand von ca. 1 cm von der Stirnseite des Meßgerätgehäuses entfernt, ebenfalls mit einem thermisch gut leitenden Epoxydharz vergossen. Da die Wärme des Heizelements das zweite Temperaturmeßelement nicht erreichen soll, befindet sich zwischen dem Bereich, in dem das erste Temperaturmeßelement und das Heizelement angeordnet sind, und dem Bereich, in dem das zweite Temperaturmeßelement angeordnet ist, thermisch gut isolierendes Material.

Der zuvor beschriebene Strömungswächter, von dem die Erfindung ausgeht, ist einerseits thermisch relativ träge, kann andererseits nur relativ auf wendig hergestellt werden, so daß der Erfindundg die Aufgabe zugrundeliegt, einen Strömungswächter der in Rede stehenden Art anzugeben, der einerseits thermisch relativ schnell reagieren kann und der andererseits weniger auf wendig hergestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße Wärmeübergangsmeßgerät, also der erfindungsgemäße Strömungswächter, bei dem die zuvor hergeleitete und dargelegte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das erste Temperaturmeßelement, das Heizelement und das zweite Tempe raturmeßelement auf einer Seite einer elektrisch gut isolierenden, ther misch gut leitenden Trägerfolie aufgebracht sind und die Trägerfolie mit ihrer den Temperaturmeßelementen und dem Heizelement abgewandten Seite zu mindest in den Bereichen, in denen die Temperaturmeßelemente und das Heiz element aufgebracht sind, mit dem Meßgerätgehäuse in wärmeleitendem Kon takt gebracht ist. Vorzugsweise besteht dabei die Trägerfolie aus Polyimid und hat die Trägerfolie eine Dicke von ca. 50-150 µm, insbesondere von ca. 75 µ. Eine solche Trägerfolie hat einen extrem geringen thermischen Widerstand und ist elektrisch gut isolierend; die Durchgangsspannung einer solchen Trägerfolie beträgt viele tausend Volt.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Strömungswächter die funktionsnot wendigen Bauelemente - erstes Temperaturmeßelement, Heizelement und zwei tes Temperaturmeßelement - thermisch praktisch direkt auf die entsprechen den Innenflächen des Meßgerätgehäuses aufgebracht werden können, ist der erfindungsgemäße Strömungswächter thermisch ausgesprochen flink. Da es bei dem erfindungsgemäßen Strömungswächter im übrigen nicht erforderlich ist, die funktionsnotwendigen Bauelemente - erstes Temperaturmeßelement, Heiz element und zweites Temperaturmeßelement - mit einem thermisch gut leiten den Epoxydharz zu vergießen, kann der erfindungsgemäße Strömungswächter auch wesentlich weniger aufwendig hergestellt werden als der Strömungswäch ter, von dem die Erfindung ausgeht.

Im einzelnen kann nun die zuvor erläuterte wesentliche Lehre der Erfindung in unterschiedlicher Weise ausgestaltet und weitergebildet werden, was im folgenden anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen er läutert werden soll; es zeigt

Fig. 1 schematisch, einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strömungswächters,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 vergrößerter Darstellung, die Trägerfo lie des Strömungswächters nach Fig. 1 mit den darauf angeordneten funktionsnotwendigen Bauelementen,

Fig. 3 schematisch, einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strömungswächters,

Fig. 4 in gegenüber der Fig. 3 vergrößerter Darstellung, die Trägerfolie des Strömungswächters nach Fig. 3 mit den darauf angeordneten funktionsnotwendigen Bauelementen,

Fig. 5 schematisch, einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäßen Strömungswächters und

Fig. 6 in vergrößerter Darstellung, die Trägerfolie eines vierten Aus führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Strömungswächters, teilweise mit den darauf angeordneten funktionsnotwendigen Bau elementen.

Das in den Figuren dargestellte Wärmeübergangsmeßgerät ist ein Strömungs wächter zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in einem strömenden Medium und weist auf ein metallisches, kreiszylindrisches Meßgerätgehäu se 1, das teilweise (Fig. 1 und 3) bzw. ganz (Fig. 5) mit einem Außenge winde 2 versehen ist, ein erstes Temperaturmeßelement 3, ein Heizele ment 4 und ein zweites Temperaturmeßelement 5. Die in den Figuren darge stellten Strömungswächter arbeiten nach dem Prinzip der Differenztempera turmessung. Das erste Temperaturmeßelement 3 mißt eine durch das Heizele ment 4 und durch das strömende Medium bestimmte Temperatur, im folgenden Meßtemperatur genannt, während das zweite Temperaturmeßelement 5 eine von dem Heizelement 4 möglichst nicht oder in anderer Weise und durch das strömende Medium bestimmte Temperatur, im folgenden Referenztemperatur ge nannt, mißt. Zu den dargestellten Strömungswächtern gehören als funktions notwendig das erste Temperaturmeßelement 3, das Heizelement 4 und das zwei te Temperaturmeßelement 5.

Mit dem erfindungsgemäßen Strömungswächter soll die Strömung eines flüssi gen Mediums (oder eines aggressiven Mediums) überwacht werden, so daß die für die Funktion notwendigen Bauelemente - erstes Temperaturmeßelement 3, Heizelement 4 und zweites Temperaturmeßelement 5 - nicht einfach in den Flüssigkeitsstrom eingebracht werden können, so daß die für die Funktion notwendigen Bauelemente in dem Meßgerätgehäuse 1 angeordnet sind.

Erfindungsgemäß sind das erste Temperaturmeßelement 3, das Heizelement 4 und das zweite Temperaturmeßelement 5 auf einer Seite einer elektrisch gut isolierenden, thermisch gut leitenden Trägerfolie 6 aufgebracht und ist die Trägerfolie 6 mit ihrer den Temperaturmeßelementen 3, 5 und dem Heizelement 4 abgewandten Seite - zumindest in den Bereichen, in denen die Temperaturmeßelemente 3, 5 und das Heizelement 4 aufgebracht sind - mit dem Meßgerätgehäuse 1 in wärmeleitendem Kontakt gebracht. Die Trägerfo lie 6 besteht vorzugsweise aus Polyimid und hat eine Dicke von ca. 50-150 µm, insbesondere von ca. 75 µm.

Der erfindungsgemäße Strömungswächter ist thermisch ausgesprochen flink, weil das erste Temperaturmeßelement 3, das Heizelement 4 und das zweite Temperaturmeßelement 5 thermisch praktisch direkt auf den Innenflächen des Meßgerätgehäuses 1 angebracht sind. Um nun die thermische Leitfähigkeit zwischen dem ersten Temperaturmeßelement 3, dem Heizelement 4 und dem zwei ten Temperaturmeßelement 5 einerseits sowie den Innenflächen des Meßge rätgehäuses 1 andererseits noch zu verbessern, ist in den Bereichen, in denen die Temperaturmeßelemente 3, 5 und das Heizelement 4 aufgebracht sind, zwischen der Trägerfolie 6 und dem Meßgerätgehäuse 1 Wärmeleitpaste 7 vorgesehen.

In dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Strömungswächters sind das erste Temperaturmeßelement 3 und das Heizelement 4 an der Stirnseite des Meßgerätgehäuses 1 angeordnet, während das zweite Temperaturmeßelement 5 mit Abstand von der Stirnseite 8 des Meßgerätgehäuses 1 am Zylindermantel 9 angeordnet ist. Wie die Fig. 2 zeigt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Heizelemente 4 vorgesehen und ist das erste Temperaturmeßelement 3 zwischen den beiden Heizelemen ten 4 angeordnet. Demgegenüber zeigt Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Heizelemente 4, nämlich fünf Heizelemente 4 vorgesehen sind und die Heizelemente 4 kreisförmig um das erste Temperaturmeßelement 3 herum angeordnet sind.

Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 zeigen die Fig. 3 bis 5 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strömungswächters, bei denen das erste Temperaturmeßelement 3, das Heizelement 4 und das zweite Temperaturmeßelement 5 an der Stirnseite 8 des Meßgerätgehäuses 1 angeordnet sind. Dabei ist jeweils das Heizelement 4 zwischen dem ersten Temperaturmeßelement 3 und dem zweiten Temperaturmeßelement 5 angeordnet. Es handelt sich hier um Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Strö mungswächtern, mit denen nicht nur festgestellt werden kann, ob das Me dium, dessen Strömung überwacht werden soll, auch tatsächlich strömt, vielmehr kann mit diesen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Strö mungswächter auch die Richtung der Strömung festgestellt werden.

Bei allen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erfindungs gemäßer Strömungswächter sind das erste Temperaturmeßelement 3, das Heiz element 4 bzw. die Heizelemente 4 und das zweite Temperaturmeßelement 5 als SMD-Bauelemente ausgeführt, und zwar teilweise als MELF-Bauelemente, teilweise als Chip-Bauelemente. Insoweit, als das erste Temperaturmeßele ment 3, das Heizelement 4 bzw. die Heizelemente 4 und das zweite Tempera turmeßelement 5 als Chip-Bauelemente ausgeführt sind, sind sie mit der Meßschicht bzw. mit der Heizschicht auf der Trägerfolie 6 liegend angeord net (face down).

Wesentliche Lehre der Erfindung ist, daß eine elektrisch gut isolierende, thermisch gut leitende Trägerfolie 6 vorgesehen ist, auf der das erste Temperaturmeßelement 3, das Heizelement 4 und das zweite Temperaturmeß element 5 aufgebracht sind. Folglich bietet es sich an, auf der Trägerfo lie 6 weitere Bauelemente, vorzugsweise weitere SMD-Bauelemente 10 vorzu sehen, was den Fig. 3 und 4 entnommen werden kann.

Schließlich zeigen die Figuren insoweit bevorzugte Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Strömungswächter, als einerseits die Trägerfolie 6 direkt mit einem Anschlußstecker 11 verbunden ist, als andererseits der Innenraum des Meßgerätgehäuses 1 mit einem thermisch gut isolierenden Material 12 aus gefüllt ist, vorzugsweise mit Polyurethanschaum.

Claims

1. Wärmeübergangsgerät, insbesondere Strömungswächter zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in einem strömenden Medium, mit einem vor zugsweise metallischen, kreiszylindrischen, mit einem Außengewinde ver sehenen Meßgerätgehäuse, mit einem ersten Temperaturmeßelement, mit min destens einem Heizelement und mit einem zweiten Temperaturmeßelement, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Temperaturmeß element (3), das Heizelement (4) und das zweite Temperaturmeßelement (5) auf einer Seite einer elektrisch gut isolierenden, thermisch gut leiten den Trägerfolie (6) aufgebracht sind und die Trägerfolie (6) mit ihrer den Temperaturmeßelementen (3, 5) und dem Heizelement (4) abgewandten Seite zumindest in den Bereichen, in denen die Temperaturmeßelemente (3, 5) und das Heizelement (4) aufgebracht sind, mit dem Meßgerätgehäuse (1) in wärmeleitendem Kontakt gebracht ist.

2. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie (6) aus Polyimid besteht.

3. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie (6) eine Dicke von ca. 50-150 µm, insbesondere von ca. 75 µm hat.

4. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest in den Bereichen, in denen die Temperaturmeßelemen te (3, 5) und das Heizelement (4) aufgebracht sind, zwischen der Trägerfo lie (6) und dem Meßgerätgehäuse (1) Wärmeleitpaste (7) vorgesehen ist.

5. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Temperaturmeßelement (3) und das Heizelement (4) an der Stirnseite (8) des Meßgerätgehäuses (1) sowie das zweite Temperatur meßelement (5) mit Abstand von der Stirnseite (8) des Meßgerätgehäuses (1) am Zylindermantel (9) des Meßgerätgehäuses (1) angeordnet sind.

6. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Heizelemente (4) vorgesehen sind und daß das erste Temperaturmeßelement (3) zwischen den beiden Heizelementen (4) angeordnet ist.

7. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß meh rere Heizelemente (4) vorgesehen sind und die Heizelemente (4) kreisförmig um das erste Temperaturmeßelement (3) herum angeordnet sind.

8. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Temperaturmeßelement (3), das Heizelement (4) und das zweite Temperaturmeßelement (5) an der Stirnseite (8) des Meßgerätge häuses (1) angeordnet sind.

9. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (4) zwischen den beiden Temperaturmeßelementen (3, 5) angeord net ist.

10. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Temperaturmeßelement (3), das Heizelement (4) bzw. die Heizelemente (4) und/oder das zweite Temperaturmeßelement (5) als SMD- Bauelemente ausgeführt sind.

11. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Temperaturmeßelement (3), das Heizelement (4) bzw. die Heizele mente (4) und/oder das zweite Temperaturmeßelement (5) als MELF-Bauelemente ausgeführt sind.

12. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich net, daß das erste Temperaturmeßelement (3), das Heizelement (4) bzw. die Heizelemente (4) und/oder das zweite Temperaturmeßelement (5) als Chip- Bauelemente ausgeführt sind.

13. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Temperaturmeßelement (3), das Heizelement (4) bzw. die Heizele mente (4) und/oder das zweite Temperaturmeßelement (5) mit der Meßschicht bzw. mit der Heizschicht auf der Trägerfolie (6) liegend angeordnet sind.

14. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß auf der Trägerfolie (6) weitere Bauelemente, vorzugsweise weitere SMD-Bauelemente (10) vorgesehen sind.

15. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die Trägerfolie (6) direkt mit einem Anschlußstecker (11) verbunden ist.

16. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß der Innenraum des Meßgerätgehäuses (1) mit einem ther misch gut isolierenden Material (12), vorzugsweise mit Polyurethanschaum, ausgefüllt ist.