DE4017079A1 - Mikrowellenfester temperaturfuehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Fühler sind bekannt in einer Ausführung mit Abschirmung, die einen den Sensor mit seiner Anschlußvorrichtung lückenlos umgebende, geschlossene und meist als langgestreckte Metallhülse ausgebildete Abschirmung mit anschließender Leitungsabschirmung aufweist. Der Sensor ist somit gegen das Mikrowellenfeld abgeschirmt und unterliegt keiner Fehlerwärmung bzw. Beschädigung durch das Mikrowellenfeld oder einer unmittelbaren, hochfrequenten Fehlsignaleinkopplung.

Dem steht jedoch folgender Nachteil gegenüber: Ein Bereich der Metallhülse, meist die Spitze der langgestreckten Metallhülse, bildet eine Meßkontaktstelle, deren Wandung innen mit dem Sensor in Wärmeleitverbindung steht. Infolgedessen bildet die Abschirmung eine starke, unmittelbare thermische Ableitung des Meßwärmestromes vom Sensor. Dies verursacht einen entsprechenden Temperaturmeßfehler. Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Meßfühlers, der den Vorteil einer ausreichenden Mikrowellenunempfinldichkeit mit demjenigen einer verminderten thermischen Fehlableitung verbindet. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist bestimmt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Infolge der in den Merkmalen a) und b) angegebenen Aufteilung der Abschirmung in zwei gesonderte und durch ein wärmeisolierendes Abstandselement aneinander gesicherte Abschirmhüllen ist der Ableitungswärmestrom zunächst einmal unterbrochen und weitgehend abgeschwächt. Weiterhin ist der durch das Abstandselement gebildete und die Abschirmung unterbrechende Abstandsraum gemäß Merkmal c) so gestaltet, daß allenfalls ein äußerst geringfügiges, aperiodisches Restfeld in den Innenraum des Fühlers eindringen kann. Ein hierdurch bedingter Meßfehler kann somit genügend gering gehalten werden, allerdings nur dann, wenn eine elektrische Leitverbindung zwischen den Abschirmhüllen besteht. Dies wird durch ein Überbrückungselement gemäß Fig. d) erreicht, und zwar gemäß Merkmal e) durch ein solches von sehr geringer thermischer Leitfähigkeit, so daß wiederum kein störender thermischer Ableitungsmeßfehler entstehen kann.

Wesentliche Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche bestimmt.

Die Erfindung wird weiter anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, das einen langgestreckten, im wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebauten Meßfühler im Halb-Längsschnitt zeigt. Dabei sind in der oberen und unteren Hälfte zwei hinsichtlich einer Außenumhüllung verschiedene Ausführungen angedeutet.

Der dargestellte Temperaturfühler zur Kontakt-Temperaturmessung in Mikrowellenfeldern, insbesondere in Mikrowellenkammern, umfaßt mindestens einen Sensor (SN), eine Anschlußvorrichtung (AN), eine Leiteranordnung (LA) zur Übertragung von Meßsignalen zu einer Anzeige bzw. Auswerteeinrichtung und einer elektrisch leitenden Abschirmung (AB) für Sensor, Anschlußvorrichtung und Leiteranordnung. Letztere kann im Falle eines Widerstandssensors z. B. eine bekannte Dreileiter- oder Vierleiteranordnung sein.

Der Fühler ist bestimmt durch folgende Merkmale:

Die Abschirmung (AB) umfaßt eine wenigstens teilweise aus elektrisch und thermisch hochleitendem Material, vorzugsweise Metall, bestehende und den Sensor (SN) wenigstens teilweise umgreifende erste Abschirmhülle (AH1), eine wenigstens teilweise aus elektrisch hochleitendem Material bestehende und die Anschlußvorrichtung (AN) wenigstens teilweise umgreifende zweite Abschirmhülle (AH2). Diese Hüllen sind in der ohne weiteres ersichtlichen Weise als dünnwandige Metallhülsen ausgebildet. Das rückwärtige Ende der zweiten Abschirmhülle ist mit Innengewinde versehen, in das ein ebenfalls metallisches Anschlußrohr (ANR) mit einer Isolierauskleidung (IKL) eingeschraubt ist.

Zwischen der ersten und zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) sind zwei elektrisch und thermisch in Bezug auf diese Abschirmhüllen niedriggleitende, vorzugsweise elektrisch isolierende Abstandselemente (AB1, AB2) angeordnet. Der im Beispiel im wesentlichen durch das Abstandselement (AE1) zwischen der ersten und zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) gebildete Abstandsraum (AR) weist einen Bereich (MNB) mit einer Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche auf, deren Maximalabmessungen entsprechend einem vorgegebenen Bruchteil (k1) der minimalen kritischen Wellenlänge des Mikrowellenfeldes bemessen sind.

Im Innenraum der Abstandselemene und der sich anschließenden Isolierauskleidung (IKL) befindet sich die Anschlußvorrichtung, z. B. eine einfache Lötstellenanordnung, und das sensorseitige Ende der Leitungsanordnung.

Der Abstandsraum (AR) ist durch ein elektrisches Leitelement (LEU) überbrückt, das mit der ersten und der zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) leitverbunden ist. Die elektrisch wirksame Querschnittsfläche des Überbrückungs-Leitelementes (LEU) ist entsprechend einem vorgegebenen Bruchteil (k2) der Minimal- Abstandsraumquerschnittsfläche bemessen. Der auf die minimale kritische Wellenlänge bezogene Bemessungsbruchteil (k1) der Maximalabmessungen der Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche beträgt höchstens etwa 0,2, vorzugsweise höchstens etwa 0,1. Der auf die Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche bezogene Bemessungsbruchteil (k2) der elektrisch wirksamen Querschnittsfläche des Überbrückungs-Leitelementes (LEU) beträgt höchstens etwa 0,01, vorzugsweise höchstens etwa 0,002.

Das Überbrückungs-Leitelement (LEU) ist als Dünnblech- Kontaktfederelement ausgebildet, so daß hier keine störende Wärmeableitung auftritt. Die Abstandselemente (AE1, AE2) bestehen aus höchstfrequenz-absorptionsarmem und hochtemperaturbeständigem Kunststoff, vorzugsweise einem infolge Glasfaserverstärkung formbeständigen Polyfluoräthylen oder Polyfluorchloräthylen, oder aus einer geeigneten Keramik.

Im Grenzbereich zwischen dem Abstandselement (AE1) und mindestens einer der Abschirmhüllen, im Beispiel nur der ersten derselben, sind wärmeflußdämmende Gaszellen (GZ) angeordnet. Dadurch wird wiederum die Fehlwärmeableitung vermindert.

Das Abstandselement (AB1) ist als Dichtungselement zwischen den benachbarten Abschirmhüllen (AH1, AH2) ausgebildet, so daß sich eine mediendichte, insbesondere auch für Tauchmessungen geeignete Anordnung ergibt.

Die erste Abschirmhülle (AH1) hat eine Wanddurchbrechung (WB) mit einer an einen Oberflächenabschnitt des Sensors (SN) angepaßten Schmelzflußfüllung (SF). Dadurch ergibt sich auf einfache Weise ein besonders guter Wärmeleitkontakt.

Der Fühler ist mit einer isolierenden Außenumhüllung (AU) versehen, die mindestens im Bereich einer Meßkontaktstelle (MK) an der ersten Abschirmhülle (AH1) als Dünnschichtelement ausgebildet ist. Dadurch wird der Wärmeübergang zum Sensor verbessert. Die Außenumhüllung wird besonders vorteilhaft wenigstens teilweise als auf mindestens einer der Abschirmhülle haftende Dünnbeschichtung ausgebildet. Dies ist in der unteren Hälfte der Darstellung für die erste Abschirmhülle angedeutet, während in der oberen Hälfte eine dickere Umhüllung mit der bereits erwähnten Dünnschicht-Meßkontaktstelle gezeigt ist.

Mit dem rückwärtigen Ende des Anschlußrohres (ANR) ist eine Leitungsabschirmung (LAS) verbunden.

Claims (10)

1. Temperaturfühler zur Kontakt-Temperaturmessung in Mikrowellenfeldern, insbesondere in Mikrowellenkammern, mit mindestens einem Sensor (SN), einer Anschlußvorrichtung (AN), einer Leiteranordnung (LA) zur Übertragung von Meßsignalen zu einer Anzeige- bzw. Auswerteeinrichtung und einer elektrisch leitenden Abschirmung (AB) für Sensor, Anschlußvorrichtung und Leiteranordnung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Abschirmung (AB) umfaßt eine wenigstens teilweise aus elektrisch und thermisch hochleitendem Material, vorzugsweise Metall, bestehende und den Sensor (SN) wenigstens teilweise umgreifende erste Abschirmhülle (AH1), eine wenigstens teilsweise aus elektrisch hochleitendem Material bestehende und die Anschlußvorrichtung (AN) wenigstens teilweise umgreifende zweite Abschirmhülle (AH2);
• b) zwischen der ersten und zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) ist mindestens ein elektrisch und thermisch in Bezug auf diese Abschirmhüllen niedrigleitendes, vorzugsweise elektrisch isolierendes Abstandselement (AB1, AB2) angeordnet;
• c) der durch das Abstandselement (AB1 bzw. AB2) zwischen der ersten und zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) gebildete Abstandsraum (AR) weist einen Bereich (MNB) mit einer Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche auf, deren Maximalabmessungen entsprechend einem vorgegebenen Bruchteil (k1) der minimalen kritischen Wellenlänge des Mikrowellenfeldes bemessen sind;
• d) der Abstandsraum (AR) ist durch ein elektrisches Leitelement (LEU) überbrückt, das mit der ersten und der zweiten Abschirmhülle (AH1, AH2) leitverbunden ist;
• e) die elektrisch wirksame Querschnittsfläche des Überbrückungs-Leitelementes (LEU) ist entsprechend einem vorgegebenen Bruchteil (k2) der Minimal- Abstandsraumquerschnittsfläche bemessen.

2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die minimale kritische Wellenlänge bezogene Bemessungsbruchteil (k1) der Maximalabmessungen der Minimal- Abstandsraumquerschnittsfläche höchstens etwa 0,2 beträgt, vorzugsweise höchstens etwa 0,1.

3. Temperaturfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Minimal-Abstandsraumquerschnittsfläche bezogene Bemessungsbruchteil (k2) der elektrisch wirksamen Querschnittsfläche des Überbrückungs- Leitelementes (LEU) höchstens etwa 0,01 beträgt, vorzugsweise höchstens etwa 0,002.

4. Temperaturfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überbrückungs-Leitelement (LEU) als Dünnblech- Kontaktfederelement ausgebildet ist.

5. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (AB1, AB2) aus höchstfrequenz-absorptionsarmem und hochtemperaturbeständigem Kunststoff, vorzugsweise einem glasfaserverstärkten Polyfluoräthylen oder Polyfluorchloräthylen, oder aus einer entsprechenden Keramik besteht.

6. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Grenzbereich zwischen dem Abstandselement (AE1) und mindestens einer der Abschirmhüllen (AH1, AH2) wärmeflußdämmende Gaszellen (GZ) angeordnet sind.

7. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Abstandselemente (AE1, AE2) als Dichtungselement zwischen den benachbarten Abschirmhülle (AH1, AH2) ausgebildet ist.

8. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abschirmhülle (AH1) eine Wanddurchbrechung (WB) mit einer an einen Oberflächenabschnitt des Sensors (SN) angepaßten Schmelzflußfüllung (SF) aufweist.

9. Temperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine isolierende Außenumhüllung (AU), die mindestens im Bereich einer Meßkontaktstelle (MK) an der ersten Abschirmhülle (AH1) als Dünnschichtelement ausgebildet ist.

10. Temperaturfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumhüllung wenigstens teilweise als auf mindestens einer Abschirmhülle haftende Dünnbeschichtung ausgebildet ist.