DE4017877C2 - Sensor for monitoring the flow of a flowing medium - Google Patents
Sensor for monitoring the flow of a flowing mediumInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßfühler zur Durchflußüberwachung eines strömenden Mediums nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 18.The invention relates to a sensor for flow monitoring a flowing medium according to the preamble of claims 1 and 18.
Meßfühler zur Durchflußüberwachung, die als kalorimetrische Strömungswächter arbeiten, sind aus den Schriften DE 24 47 617 A1, DE 34 19 504 A1, DE-OS 20 13 483, DE-Gbm 72 45 666 und US 4 776 214 sowie den Schriften GB 601 298, DE 30 06 584 A1, DE 88 15 826 U1 und DE-AS 14 73 158 bekannt, wobei sich die vier letztgenannten Schriften auf von einer Strömung durchflossene Meßrohre beziehen.Flow monitoring sensor, which as calorimetric flow monitors work, are from the documents DE 24 47 617 A1, DE 34 19 504 A1, DE-OS 20 13 483, DE-Gbm 72 45 666 and US 4 776 214 as well the documents GB 601 298, DE 30 06 584 A1, DE 88 15 826 U1 and DE-AS 14 73 158 known, the four last-mentioned documents on measuring tubes through which a flow flows Respectively.
Strömungswächter, die aus einem in eine Wandung einschraubbaren Meßgehäuse bestehen, welches stirnseitig mit seinem geschlossenen Ende in das strömende Medium hineinragt, wobei in diesem Bereich das Meßgehäuse zu einem vorzugsweise zylindrischen Meßstift verjüngt ist, sind in der DE 32 13 902 A1 und der DE 37 13 981 A1 dargelegt. Die Funktion dieser Strömungswächter besteht im Prinzip darin, daß einerseits eine Temperaturmessung des an dem Meßstift vorbeiströmenden Mediums durch einen innerhalb des Meßstiftes mit dessen Zylinder-Innenmantel in wärmeleitenden Kontakt gebrachten Temperatursensors erfolgt. An der stirnseitigen Innenwandung des Meßstiftes sind ein weiteres Temperaturmeßelement und ein zusätzliches Heizelement so miteinander verbunden, daß diese beiden Elemente elektrisch voneinander isoliert, jedoch zusammen untereinander wie auch mit der stirnseitigen Innenwandung des Meßstiftes in wärmeleitenden Kontakt gebracht sind. Durch die zusätzliche Beheizung des zweiten Temperaturmeßelementes entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Temperatursensor. Diese Temperaturdifferenzen werden von den Temperatursensoren vorzugsweise in Form einer elektrischen Widerstandsänderung erfaßt. Das Grundkonzept der DE 32 13 902 A1 beruht darauf, daß die Temperaturdifferenzmessung koaxial innerhalb des Meßstiftes erfolgt. Insbesondere wird für den Wärmeübergang des zusätzlich beheizten Elementes die stirnseitige Fläche des Meßstiftes verwendet, während zur Temperaturmessung des vorbeiströmenden Mediums ein Teil des zylindrischen Wandungsumfanges benutzt wird. Auf diesem Prinzip basieren auch nachfolgende Schriften (DE 37 13 981 A1, DE 38 25 059 C1, EP 0 357 903 A2, EP 0 330 915 A2), die im wesentlichen die technische Ausgestaltung dieser Konzeption betreffen.Flow switch, from a measuring housing that can be screwed into a wall exist, which face with its closed end protrudes into the flowing medium, in this area the measuring housing to a preferably cylindrical measuring pin is tapered, are in DE 32 13 902 A1 and DE 37 13 981 A1. The function of these flow monitors is Principle in that on the one hand a temperature measurement on the measuring pin flowing medium through a within the Measuring pin with its cylinder inner jacket in heat-conducting Contacted temperature sensor takes place. On the front Inner wall of the measuring pin are another temperature measuring element and an additional heating element so together connected that these two elements are electrically separate from each other isolated, but together with each other as well as with the frontal inner wall of the measuring pin in heat-conducting Are brought in contact. Due to the additional heating of the second temperature measuring element creates a temperature difference between the first temperature sensor and the second temperature sensor. These temperature differences will be of the temperature sensors, preferably in the form of an electrical one Change in resistance detected. The basic concept of DE 32 13 902 A1 is based on that the temperature difference measurement is coaxial within of the measuring pin. In particular, for heat transfer of the additionally heated element the front Surface of the measuring pin used while measuring the temperature of the flowing medium part of the cylindrical wall circumference is used. On The following writings are based on this principle (DE 37 13 981 A1, DE 38 25 059 C1, EP 0 357 903 A2, EP 0 330 915 A2), which in essentially the technical design of this concept affect.
Der Nachteil dieses obengenannten auf einem koaxialen Meßsystem innerhalb eines zylindrischen Meßstiftes beruhenden Grundkonzeptes besteht darin, daß die Wärmeübergangswiderstände oder auch die die Sensoren umgebenden Wärmekapazitäten des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors unterschiedlich sein müssen, weil es kaum möglich ist, die Wärmeübergangswiderstände der Sensoren zur Gehäuseinnenwandung des Meßstiftes einander identisch zu gestalten, oder die die Temperatursensoren umgebenden Wärmekapazitäten einander anzugleichen. Unter ungünstigen Betriebsbedingungen, wie z. B. extrem schnellen Temperaturschwankungen des Mediums oder auch bei Überdeckung großer Temperaturbereiche, ergeben sich Fehlreaktionen dieser Systeme im dynamischen Temperaturübergang. Konsequenterweise ist in der Fortbildung der Grundkonzeption die Eigenmasse des Meßstiftes nahezu auf Null reduziert, was dadurch geschehen kann, daß das Meßstiftinnere durch Luft oder durch einen luftähnlichen Schaum gefüllt ist. Das Problem der unterschiedlichen Wärmeübergangswiderstände der Temperatursensoren zwischen dem Zylindermantel und dem stirnseitigen planen Meßstiftabschluß wird bei den genannten Weiterbildungen dadurch zu lösen versucht, daß dünne Wandungen für den zylindrischen Meßstift und kleine Massen für das in diesen Meßstift eingebaute Meßsystem verwendet werden. Diese Lösungen erzwingen daher ein mechanisch schwaches System, und begrenzen die Anwendung bei hohen Wechseldrücken, weil bei den genannten Lösungen insbesondere mechanische Spannungsspitzen an den stirnseitig rechtwinkligen Begrenzungsflächen des zylindrischen Meßfühlers auftreten.The disadvantage of this above on a coaxial Measuring system based within a cylindrical measuring pin The basic concept is that the Heat transfer resistances or also those surrounding the sensors Heat capacities of the first temperature sensor and the second temperature sensor must be different because it is hardly possible to change the heat transfer resistance of the Sensors for the inner wall of the measuring pin each other to be identical, or the temperature sensors to match the surrounding heat capacities. Under unfavorable operating conditions such. B. extremely fast Temperature fluctuations in the medium or large overlaps Temperature ranges, this results in incorrect reactions Systems in dynamic temperature transition. Consequently is the net weight in the training of the basic concept of the measuring pin almost reduced to zero, which thereby can happen that the measuring pin inside by air or by is filled with an air-like foam. The problem of different heat transfer resistances of the temperature sensors plan between the cylinder jacket and the front Completion of the measuring pin is in the above-mentioned further developments tried to solve that thin walls for the cylindrical Measuring pen and small masses for the in this measuring pen built-in measuring system can be used. Enforce these solutions hence a mechanically weak system, and limit the Use at high alternating pressures, because with the mentioned Solutions in particular mechanical stress peaks at the frontal rectangular boundary surfaces of the cylindrical Sensor occur.
Ein neuartiger Weg, der die Abkehr von dem eingangs beschriebenen asymmetrischen Meßverfahren darstellt, ist in der DE 35 14 491 A1 dargelegt. Die in dieser Schrift angegebene Lösung zeigt, daß es zur Erreichung einer schnellen elektrischen Reaktion eines Strömungswächters darauf ankommt, die Meßsysteme des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors elektrisch und mechanisch symmetrisch anzuordnen. Die mechanische symmetrische Anordnung wird nach der DE 35 14 491 A1 dadurch verwirklicht, daß der Meßfühler aus einem homogenen, einstückigen Meßteil- Material hergestellt ist, dessen zylindrischer Querschnitt an seinem Schraubteil in einem rechteckförmigen Querschnitt an seinem Stirnteil übergeht, und daß von der Schraubseite her zwei gleich tiefe und außenwandungsnahe stirnseitig die Wandung nicht durchbrechende zylindrische Sackbohrungen im Meßfühler angebracht sind.A new way of moving away from the one described above represents asymmetrical measurement method in DE 35 14 491 A1. The solution given in this document shows that it is to achieve rapid electrical Reaction of a flow switch depends on the measuring systems of the first Temperature sensor and the second temperature sensor to be arranged electrically and mechanically symmetrically. The mechanical symmetrical arrangement is realized according to DE 35 14 491 A1 in that the sensor from a homogeneous, one-piece measuring part Material is made whose cylindrical cross section on its screw part in a rectangular cross section merges at its front part, and that from the screw side forth two equally deep and near the outer wall cylindrical blind holes not breaking through the wall are attached in the sensor.
In der weiteren Fortbildung dieses Grundkonzeptes ist in der DE 40 03 638 A1 eine Lösung beschrieben, die die mechanisch konstruktiven Vorzüge der DE 32 13 902 A1 mit den elektrischen und funktionstechnischen Vorzügen der DE 35 14 491 A1 verbindet. Die konstruktiven Nachteile der in der letztgenannten Schrift angegebenen technischen Lösung bestehen darin, die mechanische Symmetrie zu gewährleisten, weil für die Anbringung von Sackbohrungen in einem homogenen Stahlkörper unter Gewährleistung völlig symmetrischer Wandungsdicken bezogen auf die in diese Sackbohrungen eingebrachten Meßsysteme höchste mechanische Präzision erforderlich ist. Diese Präzision ist zwar zu erreichen, erhöht jedoch die Herstellungskosten nicht unerheblich.In the further training of this basic concept is in DE 40 03 638 A1 described a solution that the mechanically constructive Advantages of DE 32 13 902 A1 with the electrical and functional advantages of the DE 35 14 491 A1 connects. The constructive disadvantages of in technical solution specified in the latter document consist of ensuring the mechanical symmetry, because for the drilling of blind holes in a homogeneous Steel body ensuring completely symmetrical Wall thicknesses based on those in these blind holes introduced measuring systems highest mechanical precision is required. This precision can be achieved however, increases the manufacturing costs not insignificantly.
Die wesentlichen konstruktiven Merkmale eines Meßfühlers nach der DE 40 03 638 A1 bestehen darin, daß für den Meßfühler ein in eine Wandung einschraubbares Meßgehäuse verwendet wird, welches einen einteilig stirnseitig in die Strömung hineinragenden zylindrischen Meßstift aufweist, der stirnseitig zu dem strömenden Medium hin geschlossen ist, und daß die Innenwandung des Zylinders mit zwei einander gegenüberliegenden Meßelementen, die mit der Innenwandung des zylindrischen Meßstiftes elektrisch isoliert, aber wärmeleitend verbunden sind, einander innerhalb dieses Zylinders bezüglich seiner Längsachse gegenüberliegen, wobei die Temperaturmeßelemente und das Heizelement in wärmeleitenden Kontakt mit einem vorzugsweise metallischen Träger gebracht sind, der federnd zusammengedrückt in den Innenraum des Meßzylinders einsteckbar ist und nach Entspannen des Trägers die Meß- und Heizelemente zusammen mit dem Träger wärmeleitend an die Innenwandung des Meßzylinders gepreßt sind. Diese so beschriebene technische Lösung gewährleistet zwei wesentliche Funktionen eines Strömungswächters in der oben beschriebenen Formgebung als zylindrischer Meßstift eines Meßgehäuses: Aufgrund der gewählten Konstruktion sind grundsätzlich die Wärmeübergangswiderstände der Sensoren und/oder der Heizelemente des Meßsystems zur Zylinderinnenwandung des Meßstiftes und die diese Elemente umgebenden Wärmekapazitäten einander gleich. Die Wandungsstärke des zylindrischen Meßstiftes geht nicht entscheidend in die Reakionsgeschwindigkeit des gesamten Meßsystems ein. Ferner können mechanische Spannungen an dem Übergang von der zylindrischen Wandung in die plane stirnseitige Fläche vermieden werden dadurch, daß die Wandungsstärke in diesem Bereich erhöht und die Radien abgerundet werden können, weil die Masse in diesem Teil nicht funktionell mit dem Gesamtsystem zusammenhängt. Es ist sogar möglich, den Meßstift mit einem Gießharz zu füllen, ohne daß die Meßreaktion entscheidend beeinträchtigt wird. In diesem Fall wird jedoch die elektrische Spannung entschieden reduziert, so daß ein aufwendiger elektrischer Spannungsverstärker erforderlich ist. Was die weitere Ausbildung dieser Technik betrifft, wird auf die obengenannte Schrift verwiesen.The essential design features of a sensor according to the DE 40 03 638 A1 consist in that for the sensor a screwable into a wall Measuring housing is used, which is a one-piece end cylindrical measuring pin protruding into the flow has, which is closed towards the end of the flowing medium and that the inner wall of the cylinder with two opposite measuring elements, with the Electrically insulated inner wall of the cylindrical measuring pin, but are thermally connected to each other within oppose this cylinder with respect to its longitudinal axis, the temperature measuring elements and the heating element in thermally conductive contact are brought with a preferably metallic carrier, the resiliently compressed into the interior of the measuring cylinder is insertable and after relaxing the Carrier the measuring and heating elements together with the carrier pressed heat-conducting to the inner wall of the measuring cylinder are. This technical solution as described guarantees two essential functions of a flow switch in the Shape described above as a cylindrical measuring pin of a measuring housing: due to the chosen construction are basically the heat transfer resistances of the Sensors and / or the heating elements of the measuring system for Cylinder inner wall of the measuring pin and these elements surrounding heat capacities equal to each other. The wall thickness the cylindrical measuring pin is not decisive in the reaction rate of the whole Measuring system. Mechanical stresses can also occur the transition from the cylindrical wall to the plane front face can be avoided in that the Wall thickness in this area increases and the radii can be rounded off because of the mass in this part not functionally related to the overall system. It it is even possible to close the measuring pin with a casting resin fill without significantly affecting the measurement reaction becomes. In this case, however, the electrical Tension decidedly reduced, so that an elaborate electrical voltage amplifier is required. What the further training of this technique concerns referenced above.
Während das obengenannte System sowohl elektrisch wie mechanisch alle technischen Anforderungen erfüllt, ist es erforderlich, zur Senkung der Produktionskosten technische Systeme aufzuzeigen, die eine einfache Fertigung und eine Qualitätskontrolle im Vorfeld der endgültigen Fühlerherstellung zulassen.While the above system is both electric and mechanically it meets all technical requirements required to reduce production costs technical Show systems that are easy to manufacture and one Quality control in advance of the final sensor production allow.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Weiterbildung des symmetrischen Systems zur vereinfachten Produktion des Meßsystems anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Meßfühler mit den Merkmalen nach den Patentansprüchen 1 und 18 gelöst. Die vorzugsweise auf einer Folie aufgebrachten Funktionselemente sind auf ein Rohr aufgeklebt, in der Weise, daß die Temperaturmeßelemente und ein Heizelement sich bezüglich der Senkrechten zur Rohrachse auf diesem Zylinder gegenüberliegend befinden. Dieser so mit einer Folie umwickelte Zylinder, nachfolgend Meßkörper genannt, soll einen Außendurchmesser aufweisen, der geringfügig kleiner ist als der Innnendurchmesser des zylindrischen Meßstiftes des Meßfühlers. Für eine sichere Fertigungstechnik ist eine Durchmesserdifferenz von 0,1 mm völlig ausreichend. Der Spalt, der sich zwischen dem zylindrischen Meßkörper und dem Innendurchmesser des Meßstiftes bildet, wird zum Zwecke der Wärmekopplung mit einem Medium gefüllt, das die Wärmeleitung gewährleistet. Neben der üblichen Wärmeleitpaste sind auch pulverförmige Granulate hoher Leitfähigkeit möglich, wie sie z. B. durch Aluminiumoxidkeramik oder Titandioxid realisierbar sind. Dieses pulverförmige Wärmeleitmedium weist gegenüber Wärmepaste den erheblichen Vorteil auf, daß die beim Einbringen des Meßkörpers aufgrund der geringen Durchmesserdifferenz des Meßkörpers und des Innendurchmessers des Meßstiftes auftretenden Reibungswiderstände und Blasenbildungen verringert sind. Die pulverförmigen Granulate, die mit einem äußerst kleinen Korndurchmesser ausgeführt sein können, haben eine schmierende Eigenschaft, so daß ein einfaches Einschieben des Meßkörpers in den inneren Teil des Meßstiftes möglich ist. Wird der Meßfühler bei diesem Einsetzvorgang gleichzeitig einer Vibration ausgesetzt, erfolgt eine Verdichtung des feinkörnigen Wärmeleitpulvers. Eine Wärmenachbehandlung des Gesamtsystems, die zum Sintern oder Schmelzen des Wärmeleitmediums führt, ist auch möglich. Überschüssiges Pulver kann nach dem Einsatzvorgang abgesaugt werden. Ein entscheidender Vorteil bei der Anwendung eines Wärmeleitpulvers besteht darin, daß ein in dieser Weise ausgestalteter Meßfühler auch hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, weil bei starkem Temperaturwechsel nicht die Gefahr besteht, daß die Viskosität einer Wärmeleitpaste im zeitlichen Verlauf den linearen Längen- und Querschnittsdehnungen nicht mehr folgen kann. Neben einem pulverförmigen Wärmeleitmedium kann auch ein flüssiges Medium eingesetzt werden, z. B. Silikonöl. Aufgrund des geringen Spaltes zwischen dem Außendurchmesser des Meßkörpers und dem Innendurchmesser des Meßzylinders wird dieses Silikonöl aufgrund der Kapillarwirkung vollschlüssig in den Spalt gesaugt. Wird zudem in den Innenraum des Meßkörpers ein Hartschaumkern, vorzugsweise mit geschlossenen Poren, eingepreßt, so ist auf Dauer gewährleistet, daß das flüssige oder viskose Wärmeleitmedium nicht entweichen kann. Zur Zentrierung und Abdichtung des sich zwischen dem Außendurchmesser des Meßkörpers und dem Innendurchmesser des Meßstiftes bildenden Spaltes kann entweder an dem Meßkörper selbst oder am Boden des Zylinders ein dichtender Zentrierring, vorzugsweise ein O-Ring, angeordnet sein, der die exakte Zentrierung des Meßkörpers an seinem stirnseitigen, dem Meßstift zugewandten Teil gewährleistet. Die Funktionselemente des Meßkörpers bestehen aus einem ersten Temperatursensor und einem zweiten Temperatursensor, der wärmeleitend mit einem Heizelement gekoppelt ist. Die Temperatursensoren bestehen vorzugsweise aus einem Metall, dessen elektrischer Widerstand einen näherungsweise linearen Temperaturkoeffizienten aufweist, z. B. aus Nickel. Das Heizelement kann hingegen aus Konstantan, das einen nahe Null liegenden Widerstandskoeffizienten aufweist, gefertigt sein. Diese Widerstände können durch unterschiedliche Techniken, wie sie z. B. seit langem aus der Herstellung von Dehnungsmeßwiderständen (DMS) bekannt sind, realisiert werden. Eine Technik besteht darin, daß eine Metallfläche, die auf eine Polyimidfolie geklebt ist, in der Weise fotografisch belichtet und anschließend geätzt wird, daß sich mäanderförmige Widerstandsbahnen ergeben. Die Funktionselemente des Meßkörpers können auf einer solchen Folie in der Weise angeordnet sein, daß die Folie die doppelte Länge des Umfanges des Meßkörpers aufweist. Auf einer Hälfte sind je ein Temperatursensor und bezogen auf den Umfang des Meßkörpers um 180° versetzt ein zweiter Temperatursensor mit einem zusätzlichen innerhalb dieses Temperatursensor mäanderförmig ausgebildeten Heizelementes aufgebracht. Die Anschlüsse der Funktionselemente sind so aus der Folie ausgeschnitten, daß nach Zusammenrollen der ersten Hälfte dieser so geätzten Folie zwei Streifenleitungen entstehen, die die Anschlußführungen der Funktionselemente tragen, die jeweils gegenüberliegend auf der Rohrwandung zum Steckeranschluß hinführen. Dieses so ausgebildete Foliensystem wird auf den Meßkörper aufgeklebt und der nicht mit Meßelementen versehene Teil der Folie noch einmal zum Zwecke der elektrischen Isolation um den Meßkörper gewickelt, so daß die Funktionselemente von dieser Folie nach dem Umwicklungsvorgang abgedeckt sind. In der Regel erübrigt sich bei diesem Umwicklungsvorgang eine Zwischenfügung eines wärmeleitenden Mediums, weil der Wärmeübergangswiderstand der dünnen Folie (Dicke ca. 50 Mikrometer) vernachlässigt werden kann. Von größerer Bedeutung ist bei diesem Vorgehen jedoch die sichere mechanische Haftung der Folie auf den Funktionselementen, was durch die Einbringung eines zusätzlichen Klebers oder durch Verschweißen sichergestellt werden kann.The object of the invention is therefore a further education of the symmetrical system for simplified production of the Specify measuring system. According to the invention, this object is achieved by a sensor with the features according to claims 1 and 18. The preferably on Functional elements applied to a film are on a tube glued in such a way that the temperature measuring elements and a heating element with respect to the perpendicular to the pipe axis are on the opposite side of this cylinder. This cylinder wrapped with a film, below Called measuring body, should have an outer diameter, which is slightly smaller than the inside diameter of the cylindrical measuring pin of the sensor. For a safe Manufacturing technology is a diameter difference of 0.1 mm completely adequate. The gap between the cylindrical measuring body and the inner diameter of the measuring pin is used for the purpose of heat coupling filled with a medium that ensures heat conduction. In addition to the usual thermal grease, they are also powdered Granules of high conductivity possible, as z. B. by Alumina ceramics or titanium dioxide can be realized. This powdery heat conducting medium faces Heat paste has the significant advantage that when inserting of the measuring body due to the small diameter difference of the measuring body and the inner diameter of the Measuring pin occurring frictional resistances and bubbles are reduced. The powdered granules with an extremely small Grain diameter can have a lubricating property, making it a simple one Insert the measuring body into the inner part of the measuring pin is possible. If the sensor is used during this insertion process exposed to vibration at the same time Compression of the fine-grained heat conducting powder. A post heat treatment of the overall system used for sintering or melting of the heat conducting medium is also possible. Excess powder can be suctioned off after the operation. A crucial one Advantage when using a Thermally conductive powder is that a sensors designed in this way are also high Temperatures can be exposed because of strong temperature changes there is no risk that the viscosity a thermal paste over time linear linear and cross-sectional strains no longer can follow. In addition to a powder A liquid medium can also be used as the heat-conducting medium be, e.g. B. silicone oil. Because of the small gap between the outer diameter of the measuring body and the inside diameter of the measuring cylinder this silicone oil completely due to the capillary action sucked into the gap. Will also be in the interior a hard foam core of the measuring body, preferably with closed pores, pressed in, so it is guaranteed in the long run, that the liquid or viscous heat transfer medium cannot escape. For centering and sealing the between the outside diameter of the measuring body and the The inside diameter of the gap forming the measuring pin can either on the measuring body itself or on the bottom of the cylinder a sealing centering ring, preferably an O-ring, arranged be the exact centering of the measuring body on its frontal part facing the measuring pin guaranteed. The functional elements of the measuring body consist of a first temperature sensor and a second temperature sensor, the thermally conductive with a Heating element is coupled. The temperature sensors exist preferably made of a metal, the electrical resistance of which has approximately linear temperature coefficients, e.g. B. made of nickel. The heating element, however, can Constantan, which has a near zero resistance coefficient has to be made. These resistors can through different techniques, such as. B. since long from the production of strain gauges (DMS) are known to be realized. There is a technique in that a metal surface that is on a polyimide film is glued, photographically exposed in the manner and then it is etched that there are meandering resistance tracks surrender. The functional elements the measuring body can on such a film in the Be arranged so that the film is twice the length of Has circumference of the measuring body. Are on a half One temperature sensor each and based on the scope of the Measuring body offset by 180 °, a second temperature sensor with an additional inside this temperature sensor meandering heating element applied. The connections of the functional elements are made of Cut out the film that after rolling up the first Half of this foil etched in this way two strip lines arise, the connection guides of the functional elements wear, each opposite lead the pipe wall to the plug connection. This thus designed film system is on the measuring body glued on and the one not provided with measuring elements Part of the slide again for the purpose of electrical Insulation wrapped around the measuring body so that the Functional elements of this film after the wrapping process are covered. Usually there is no need for an intermediate insertion of this heat-conducting medium because of the heat transfer resistance neglected the thin film (thickness about 50 microns) can be. Of greater importance is at this procedure, however, the secure mechanical liability the film on the functional elements, which is caused by the insertion an additional glue or through Welding can be ensured.
Die Anwendung eines als Rohr ausgebildeten Meßkörpers kann grundsätzlich auch für Systeme erfolgen, in denen die Strömung nicht wie in den bisher beschriebenen Systemen an einem Meßstift äußerlich vorbeiströmt, sondern durch ein Meßrohr hindurchfließt, ohne daß dies Gegenstand der Patentansprüche ist. In diesem Anwendungsfall wird der Meßkörper in derselben Weise, wie oben beschrieben, von einer mit Funktionselementen versehenen Folie umwickelt, die auf den Meßkörper aufgeklebt ist, und dieser Meßkörper wird über das Meßrohr übergeschoben, durch welches die Strömung fließt. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, daß das von der Strömung durchflossene Meßrohr sehr präzise als mechanisches Teil gefertigt werden kann, ohne einem weiteren Produktionsprozeß, der die Aufbringung von Meßelementen beinhaltet, unterworfen zu sein. Der Meßkörper seinerseits kann dem gleichen Produktionsprozeß unterworfen werden, wie er für Meßfühler für Stiftanwendungen durchgeführt wird. Dadurch ist nur ein Herstellungsverfahren für Meßkörper für zwei verschiedene Anwendungen nötig.The use of a measuring body designed as a tube can basically also be done for systems in which the flow is not as in the systems described so far flows past a measuring pin externally, but flows through a measuring tube without this being the subject of the claims. In this The measuring body is used in the same way as above described, from a film provided with functional elements wrapped, which is glued to the measuring body, and this Measuring body is pushed over the measuring tube through which the current flows. The advantage of this approach consists in the fact that the current flows through it Measuring tube manufactured very precisely as a mechanical part can be made without another production process that includes the application of measuring elements to be. The measuring body in turn can do the same Production process to be subjected as it is for Sensor for pen applications is carried out. Thereby is just a manufacturing process for measuring bodies for two different applications required.
Eine Ausbildung der Erfindung, die neben der Feststellung des Vorhandenseins einer Strömung auch ihre Richtung bestimmbar macht, kann darin bestehen, daß auf dem Meßkörper gegenüberliegend 4 Temperaturmeßelemente aufgebracht sind, die dann einen Winkelabstand von je 90° haben. Zwei gegenüberliegende Temperaturmeßelemente sind zusätzlich mit einem Heizelement gekoppelt. Die elektrischen Widerstände dieser beiden indirekt beheizten Temperaturmeßelemente werden in einer Brückenschaltung zu einer Differenzspannung verarbeitet, die bezogen auf einen mittleren Wert vorzugsweise einen positiven oder einen negativen Spannungswert liefern kann. Da der Kühleffekt einer anströmenden Strömung größer ist als der Kühleffekt einer abströmenden Strömung, kann bei richtiger Positionierung dieses zusätzlich beheizten Temperaturmeßelementes die Strömungsrichtung bzw. deren Umkehr durch einen entsprechenden Vorzeichenwechsel der ausgewerteten Differenzspannung dieser Temperaturmeßelemente abgeleitet werden. Die anderen beiden um 90° versetzten Temperaturmeßelemente dienen der Messung der Mediumstemperatur und können in Verbindung mit einem beheizten System zum Nachweis der Strömung oder der Nichtströmung verwendet werden. Durch die Anwendung moderner Herstellungstechniken für Meßwiderstände ist es auch denkbar, die Widerstände nicht auf eine Folie, sondern direkt auf das metallische Rohr des Meßkörpers aufzubringen. Dies kann in der Weise geschehen, daß nach Aufbringung einer elektrisch isolierenden aber gut wärmeleitenden Schicht, wie es aus der Technik von Leistungstransistoren bekannt ist, die Widerstände entweder als großflächige Dickschicht oder als aufgedampfte Metallschicht aufgebracht werden. Diese Schichten können bezüglich ihres thermischen Ausdehnungsverhaltens genau dem Ausdehnungskoeffizienten des verwendeten Metallträgerrohres angepaßt werden. Zur elektrischen Isolation gegenüber der inneren Wandung des Meßstiftes wird dann eine weitere Isolationsschicht auf den Meßkörper aufgebracht. Dieses System läßt sich in der Weise auslegen, daß bislang nicht erreichte Mediumstemperaturen um 150° erfaßbar werden. Bei diesem Verfahren können gleichzeitig zusätzliche Eichwiderstände mit auf den Meßträger aufgebracht werden. Diese zusätzlichen Justier- und Abgleich-Elemente müssen nicht zwingend diskrete Elemente sein, sondern sind auch in Folientechnik realisierbar.An embodiment of the invention, the in addition to determining the presence of a current also making their direction determinable can consist in the fact that on the measuring body opposite 4 temperature measuring elements are applied, which then one Have an angular distance of 90 ° each. Two opposite Temperature measuring elements are also equipped with a heating element coupled. The electrical resistances of these two indirectly heated temperature measuring elements are in one Bridge circuit processed into a differential voltage, those based on an average value, preferably one provide positive or negative voltage value can. Because the cooling effect of an incoming flow is greater than the cooling effect of an outflow, with correct positioning, this can also be done heated temperature measuring element the flow direction or their reversal by a corresponding change of sign the evaluated differential voltage derived from these temperature measuring elements will. The other two temperature measuring elements offset by 90 ° serve to measure the medium temperature and can be used in conjunction with a heated system Evidence of flow or non-flow used will. By using modern manufacturing techniques it is also conceivable for measuring resistors, the resistors not on a slide, but directly on that Apply metallic tube of the measuring body. This can happen in such a way that after application of a electrically insulating but good heat-conducting layer, like it does from the technology of power transistors the resistors are known as either large area Thick film or as a vapor-deposited metal layer can be applied. These layers can with regard to their thermal Expansion behavior exactly the expansion coefficient of the metal carrier tube used are adapted. For electrical insulation from the inner Wall of the measuring pin is then another layer of insulation applied to the measuring body. This system can be interpreted in such a way that not yet medium temperatures reached by 150 ° can be detected. This procedure can be done simultaneously additional calibration resistors with on the measuring carrier be applied. This additional adjustment and Matching elements do not have to be discrete elements, but can also be implemented using film technology.
Die Einbringung eines Meßkörpers in den Meßstift (oder das Aufschieben eines Meßkörpers auf ein Meßrohr) hat noch den entscheidenden Vorteil, daß die Druckstabilität gegen einen allseits wirkenden Druck auf den Meßstift oder auf das Meßrohr entschieden verbessert wird. Während geschlitzte federartige Systeme dem Druck ausweichen, hält ein als Rohr ausgebildeter Meßkörper auch hohen Drücken stand und erhöht wesentlich die Druckstabilität des Meßfühlers insgesamt. Bei dieser Druckstabilisierung spielt das in dem Rohrspalt zwischen dem Außendurchmesser des Meßkörpers und dem Innendurchmesser des Meßstiftes eingebrachte Wärmeleitmedium eine große Rolle. Während Flüssigkeiten durch besondere Ringe und Eingießtechniken daran gehindert werden müssen, aus dem Rohrspalt auszuweichen, ergibt sich eine völlig anders geartete Kraftverteilung bei einem pulverförmigen Wärmeleitmedium. Dieses bleibt bei Druckanwendung stabil und hat nicht den Hang, aus dem Spalt auszuweichen.The introduction of a measuring body into the measuring pin (or pushing on a measuring body on a measuring tube) has the decisive advantage that the pressure stability against everyone pressure acting on the measuring pin or on the measuring tube is decidedly improved. While slotted feather-like Systems evading pressure hold a pipe Measuring body also stood at high pressures and increased essentially the pressure stability of the sensor as a whole. That plays with this pressure stabilization in the pipe gap between the outer diameter of the measuring body and the inner diameter of the measuring pin Thermal medium plays a major role. During liquids through special rings and casting techniques on it must be prevented from escaping from the pipe gap, the force distribution is completely different with a powdery thermal medium. This remains stable when applying pressure and does not have the tendency to to avoid the gap.
Weitere Ausbildungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen niedergelegt. Ausgestaltungsbeispiele sind nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3, 5, 7 bis 11 und 14 bis 16 beschrieben. Die Fig. 4, 6, 12 und 13 zeigen ergänzend Meßrohrsysteme, die nicht Gegenstand der Patentansprüche sind. Further training options of the invention are laid down in the respective subclaims. Embodiment examples are described below with reference to FIGS. 1 to 3, 5, 7 to 11 and 14 to 16. FIGS. 4, 6, 12 and 13 show additional Meßrohrsysteme that are not the subject of the claims.
Der Meßfühler nach Fig. 1 und 2 besteht aus einem Meßgehäuse 1, welches in seinem dem elektrischen Anschluß abgewandten Teil eine Gehäuseverengung, den Meßstift 2, aufweist. Der Meßstift und damit das Meßgehäuse sind gegenüber dem diesen Meßstift umströmenden Medium geschlossen und einteilig aus einem homogenen Material gefertigt. Innerhalb des als Hohlkörper ausgebildeten Meßstiftes ist ein Rohr, der eigentliche Meßkörper 3, eingebracht. Der Meßkörper 3 ist z. B. vermittels von Wärmeleitpaste 4 in wärmeleitenden Kontakt mit der inneren Wandung des Meßstiftes 2 gebracht. Auf den Meßkörper 3 sind im Bereich des Meßstiftes 2 senkrecht zur Rohrachse gegenüberliegend zwei Temperaturmeßelemente 5, 6 aufgeklebt. Die elektrischen Anschlüsse der Temperaturmeßelemente sind durch Ausschnitte 8 in dem Trägerrohr zum elektrischen Anschluß des Meßfühlers 1 herausgeführt. Wird ein Temperaturmeßfühler durch erhöhten Eigenstrom beheizt, kann eine Differenztemperatur zwischen dem Temperaturmeßfühler 5 und 6 gemessen werden, auch dann, wenn der Meßkörper in den Meßstift unter Einfügung einer wärmeleitenden Verbindung zur inneren Meßstiftwandung hineingesteckt ist. Diese Differenztemperatur wird auch dann gemessen, wenn der Meßstift einem strömenden Medium ausgesetzt ist. Dabei ergibt sich eine elektrische Differenzspannung zwischen den Temperaturmeßelementen 5, 6, die abhängig ist von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums. Eine entsprechende Funktion erhält man auch, wenn statt der direkten Heizung eines Temperaturmeßelementes dieses indirekt durch eine zusätzliche Heizschleife beheizt wird. Hierbei ist vorausgesetzt, daß sowohl die Heizschleife wie das Temperaturmeßelement und die Innenwandung des Meßstiftes in einen gleichmäßigen wärmeleitenden Kontakt gebracht sind. Die Temperatur- und Heizelemente, die nachfolgend auch als Funktionselemente bezeichnet sind, können in verschiedener Weise auf das Trägerrohr aufgebracht werden. Dies zeigen die Fig. 3 und 5. In Fig. 3 sind die Funktionselemente auf das Trägerrohr geklebt und befinden sich zwischen der Innenwandung des Meßstiftes und der Außenwandung des Meßkörpers. In Fig. 5 sind die Funktionselemente innerhalb des Trägerrohrs aufgebracht, während der Meßkörper 3 und die Innenwandung des Meßstiftes 2 durch ein wärmeleitfähiges Medium wärmeleitend verbunden sind. Diese Anordnung ist besonders günstig, wenn bei hohen Druckanforderungen die Wandstärke des Meßstiftes künstlich verstärkt werden muß. Durch eine Präzisionspassung sowohl der Innenbohrung des Meßstiftes wie auch des Außendurchmessers des Meßkörpers kann eine druck- und wärmeschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Rohrkörpern erfolgen. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, daß die Funktionselemente außerhalb des eigentlichen Einbauortes aufgebracht werden können und ihre elektrische Funktion sicher überprüft werden kann. Im Falle hoher elektrischer Isolationsanforderungen, wie dies z. B. im EX-Bereich auftreten kann, ist es auch möglich, anstelle eines Metallrohres ein Keramikrohr zu verwenden. Ein Keramikrohr bietet auch dann sehr große Vorteile, wenn die Funktionselemente als Dickschichtelemente von außen auf dieses Rohr aufgebracht werden. So lassen sich sehr kostengünstige Strömungssensoren fertigen. Eine besondere Ausgestaltungsmöglichkeit zeigt Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 7a. Werden drei Funktionselemente in einem Winkel von 120° auf das Trägerrohr aufgebracht und wird jedes Temperaturmeßelement zusätzlich mit einem Heizelement gekoppelt, so ist es durch eine elektrisch durchführbare vektorielle Addition der drei Einzelspannungen, die sich an den Temperaturmeßelementen 5, 6 ergeben, möglich, die Richtung der Strömungsgeschwindigkeit senkrecht zum Meßstift des Meßfühlers in einer laminaren Strömung zu bestimmen. Geht es nur darum, zwei Strömungsrichtungen zu unterscheiden, so genügt es, die Funktionselemente so anzuordnen, daß je ein Temperaturmeßelement und ein Heizelement sich gegenüberliegend auf dem Meßkörper 3 befinden. Die Temperatur des Mediums kann dann stirnseitig an der Innenwandung des Meßstiftes ermittelt werden (Fig. 3 Bezugszeichen 6′). Diese Anordnung hat den Vorteil, auch bei turbulenter Strömung, bei der keine Unterscheidung einer Richtung mehr möglich ist, das Vorhandensein des Strömungsflusses zuu erfassen. In dieser Anordnung ist eine vektorielle Addition von Einzelspannungen nicht erforderlich, es genügen vielmehr zwei Differenzverstärker, wovon ein Verstärker die elektrische Spannungsdifferenz zwischen den Meßsystemen 5, 9 und 6, 9 bestimmt, wobei das Vorzeichen der elektrischen Spannung der Strömungsrichtung zuordenbar ist, während die Differenzspannung zwischen dem System 5, 9 und 6′ oder 6, 9 und 6′ die Strömung des Mediums darstellt.The sensor according to Fig. 1 and 2 consists of a metering housing 1, having, in its side remote from the electrical connection part has a housing constriction, the gauge pin 2. The measuring pin and thus the measuring housing are closed with respect to the medium flowing around this measuring pin and are made in one piece from a homogeneous material. A tube, the actual measuring body 3 , is introduced inside the measuring pin, which is designed as a hollow body. The measuring body 3 is z. B. brought by means of thermal paste 4 in thermally conductive contact with the inner wall of the measuring pin 2 . On the measuring body 3 two temperature measuring elements 5 , 6 are glued in the area of the measuring pin 2 perpendicular to the tube axis. The electrical connections of the temperature measuring elements are led out through cutouts 8 in the support tube for the electrical connection of the sensor 1 . If a temperature sensor is heated by increased internal current, a differential temperature can be measured between the temperature sensors 5 and 6 , even if the measuring body is inserted into the measuring pin by inserting a heat-conducting connection to the inner measuring pin wall. This differential temperature is also measured when the measuring pin is exposed to a flowing medium. This results in an electrical differential voltage between the temperature measuring elements 5 , 6 , which is dependent on the flow rate of the medium. A corresponding function is also obtained if, instead of directly heating a temperature measuring element, it is indirectly heated by an additional heating loop. The prerequisite here is that both the heating loop and the temperature measuring element and the inner wall of the measuring pin are brought into uniform, heat-conducting contact. The temperature and heating elements, which are also referred to below as functional elements, can be applied to the support tube in various ways. This is shown in FIGS. 3 and 5. In FIG. 3, the functional elements are glued to the carrier tube and are located between the inner wall of the measuring pin and the outer wall of the measuring body. In Fig. 5, the functional elements are applied within the support tube, while the measuring body 3 and the inner wall of the measuring pin 2 are thermally conductively connected by a thermally conductive medium. This arrangement is particularly favorable if the wall thickness of the measuring pin has to be artificially reinforced in the case of high pressure requirements. A precision fit of both the inner bore of the measuring pin and the outer diameter of the measuring body enables a pressure and heat-tight connection between these two tubular bodies. The advantage of this technique is that the functional elements can be applied outside the actual installation location and their electrical function can be checked reliably. In the case of high electrical insulation requirements, such as. B. can occur in the EX area, it is also possible to use a ceramic tube instead of a metal tube. A ceramic tube also offers great advantages if the functional elements are applied to this tube from the outside as thick-film elements. In this way, very inexpensive flow sensors can be manufactured. A special configuration option is shown in FIG. 3 in conjunction with FIG. 7a. If three functional elements are applied to the support tube at an angle of 120 ° and each temperature measuring element is additionally coupled to a heating element, it is possible by an electrically feasible vectorial addition of the three individual voltages that result at the temperature measuring elements 5 , 6 , the direction to determine the flow velocity perpendicular to the measuring pin of the sensor in a laminar flow. If it is only a matter of distinguishing two flow directions, it is sufficient to arrange the functional elements such that a temperature measuring element and a heating element are located opposite each other on the measuring body 3 . The temperature of the medium can then be determined on the end face on the inner wall of the measuring pin ( Fig. 3 reference numeral 6 '). This arrangement has the advantage of detecting the presence of the flow flow even in the case of turbulent flow, in which it is no longer possible to distinguish between directions. In this arrangement, a vectorial addition of individual voltages is not necessary; two differential amplifiers are sufficient, one amplifier determining the electrical voltage difference between the measuring systems 5 , 9 and 6 , 9 , the sign of the electrical voltage being assignable to the direction of flow, while the differential voltage between the system 5 , 9 and 6 'or 6 , 9 and 6 ' represents the flow of the medium.
In Fig. 4 ist ergänzend ein Systemaufbau dargestellt, wie er vor allem benötigt wird, um bei kleinen Strömungsmengen die Strömungsgeschwindigkeit zu bestimmen. In diesen Fällen strömt das Medium durch ein Meßrohr 3′ hindurch. Auf dieses Meßrohr ist der eigentliche Meßkörper aufgeschoben, wobei zwischen Meßrohr und Meßkörper ein wärmeleitendes Medium 4 eingebracht ist. Der Meßkörper weist wiederum die Funktionselemente 5, 9 und 6 auf, wobei das Funktionselement 5, 9 aus einem wärmegekoppelten, aber elektrisch isolierten Meßwiderstand und einem Heizwiderstand besteht. Die Richtungsbestimmung in einem solchen Meßsystem ist bei gegenüberliegenden Funktionselementen 9, 5, 6 nicht möglich, wird jedoch dann möglich, wenn auf einer Seite des Rohres hintereinander zwei Funktionselemente 5, 9 angeordnet sind, die jeweils aus einem Heiz- und einem Temperaturmeßelement bestehen, und wo das Temperaturmeßelement 6 nach Fig. 6 senkrecht zur Strömungsrichtung auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres aufgebracht ist. FIG. 4 additionally shows a system structure, as is required above all to determine the flow velocity in the case of small flow quantities. In these cases, the medium flows through a measuring tube 3 '. The actual measuring body is pushed onto this measuring tube, a heat-conducting medium 4 being introduced between the measuring tube and the measuring body. The measuring body in turn has the functional elements 5 , 9 and 6 , the functional element 5 , 9 consisting of a heat-coupled but electrically insulated measuring resistor and a heating resistor. The determination of the direction in such a measuring system is not possible with opposite functional elements 9 , 5 , 6 , but becomes possible if two functional elements 5 , 9 are arranged one after the other on one side of the tube, each consisting of a heating and a temperature measuring element, and where the temperature measuring element 6 according to FIG. 6 is applied perpendicular to the direction of flow on the opposite side of the tube.
Die Fig. 7 und 7a zeigen auf, in welcher Weise die Funktionselemente zueinander angeordnet auf einer Isolationsschicht, vornehmlich einer Folie, aufgebracht sein können. In Fig. 7 ist gezeigt, daß die Isolierfolie die doppelte Länge des Meßkörperumfanges aufweist. Hierbei befinden sich die Funktionselemente auf einer Hälfte der Folie, während die andere Hälfte der Folie 11 während des Klebevorganges auf die Funktionselemente aufgewickelt wird. FIGS. 7 and 7a show the manner in which the functional elements relative to one another on an insulating layer, a film can be applied mainly. In Fig. 7 it is shown that the insulating film has twice the length of the circumference of the measuring body. The functional elements are located on one half of the film, while the other half of the film 11 is wound onto the functional elements during the gluing process.
In den Fig. 8, 9 ist der Schnitt durch einen Meßfühler zur Durchflußüberwachung eines strömenden Mediums dargestellt, der aus einem in eine Wandung einschraubbaren Meßgehäuse besteht. Das Meßgehäuse 1 weist ein Gewinde auf und verjüngt sich an seinem in die Strömung hineintauchenden Ende zu einem Meßstift 2. Meßgehäuse und Meßstift sind einteilig aus einem homogenen Material, insbesondere Edelstahl, gefertigt. Im Inneren des Meßstiftes ist ein Rohrabschnitt, der Meßkörper 3, eingeschoben. Auf dessen Trägerrohr ist eine Folie gewickelt, auf die die Funktionselemente 5, 9 und 6 aufgebracht sind. Diese Folie weist die doppelte Umfanglänge des Trägerrohrs auf, wobei die Funktionselemente nur auf einer Hälfte dieser Folie aufgebracht sind. Die verbleibende Folienlänge 15 wird nochmals aufgewickelt, so daß die Funktionselemente gegenüber der Innenwandung des Stiftes 2 elektrisch isoliert sind. Die Folie ist gleichzeitig so geschnitten, daß die elektrischen Anschlüsse in Form einer Flachbandleitung 22 zum Anschluß an ein Kabel 17 herausgeführt sind. Die elektrischen Leitungen sind mit einzelnen Kontakten 14 versehen. Der Innenraum des Meßkörpers 3 ist mit Hartschaum 13 aufgefüllt. Das Anschlußkabel ist direkt vermittels einer Schelle an dem Meßkörper 3 festgeklemmt. Während zwischen der Innenwandung des Meßstiftes und der Außenwandung des Meßkörpers ein wärmeleitfähiges Medium eingefüllt ist, ist der restliche Innenraum des Meßfühlers mit Gießharz aufgefüllt.In Figs. 8, 9 of the section is represented by a sensor for monitoring flow of a flowing medium which consists of a screw in a metering housing wall. The measuring housing 1 has a thread and tapers at its end immersed in the flow to form a measuring pin 2 . Measuring housing and measuring pin are made in one piece from a homogeneous material, in particular stainless steel. A tube section, the measuring body 3 , is inserted in the interior of the measuring pin. A film is wound on its support tube, onto which the functional elements 5 , 9 and 6 are applied. This film has twice the circumferential length of the carrier tube, the functional elements being applied to only one half of this film. The remaining film length 15 is wound up again, so that the functional elements are electrically insulated from the inner wall of the pin 2 . The film is cut so that the electrical connections are led out in the form of a ribbon cable 22 for connection to a cable 17 . The electrical lines are provided with individual contacts 14 . The interior of the measuring body 3 is filled with hard foam 13 . The connecting cable is clamped directly to the measuring body 3 by means of a clamp. While a thermally conductive medium is filled between the inner wall of the measuring pin and the outer wall of the measuring body, the remaining interior of the sensor is filled with casting resin.
Eine für die Produktion günstige Ausführung eines Meßfühlerinnen- und -oberteils zeigen die Fig. 10 und 11. Ein aus einem metallischen Körper gefertigter Stecker 18 besitzt ein Außengewinde 19 zum Einschrauben in den Meßfühler. Die Anschlußstifte des Steckers 20 sind durch Isolierkörper hindurch in den Innenraum des Meßfühlers geführt. Der innere Isolierkörper des Steckers weist eine Bohrung 24 auf, in welche das Trägerrohr des Meßkörpers 3 eingesteckt ist. Die Länge des Meßkörpers ist so gewählt, daß es gerade stirnseitig mit der inneren Wandung des nicht dargestellten Meßstiftes abschließt. Im Bereich des Meßstiftes sind die auf einer Folie aufgebrachten Funktionselemente 5, 9, 6 auf das Trägerrohr aufgewickelt und festgeklebt. Jeweils um 180° versetzt, bezogen auf den Umfang des Meßkörpers, sind aus der Folie Streifen 22 ausgeschnitten, auf welchen die Anschlüsse 14 zum Stecker herausgeführt sind. Diese Streifen sind ebenfalls auf das Trägerrohr geklebt. Der innere Teil des Meßkörpers ist zumindest im Bereich des Meßstiftes mit Hartschaum 13 versehen. Der elektrische Anschluß zwischen den Kontaktstiften des Steckers 20 und den Kontakten der Funktionselemente 14 erfolgt über separate Anschlußleitungen. Wie in dieser Zeichnung nicht dargestellt ist, kann das Rohr, welches nicht elektrisch mit dem Meßfühlergehäuse verbunden ist, über einen besonderen Erdungsdraht an einen Steckerstift geführt werden. Dieser Steckerstift kann auf Minus oder auf das Vergleichspotential der Meßbrücke gelegt sein. Insbesondere dann, wenn elektrische Störimpulse über das metallische Meßgehäuse 1 auf die Funktionselemente 5, 9, 6 übertragen werden können, ist diese zusätzliche Systemerdung von besonderer Bedeutung. FIGS . 10 and 11 show an embodiment of a sensor upper part which is favorable for production . A connector 18 made of a metallic body has an external thread 19 for screwing into the sensor. The connecting pins of the plug 20 are guided through insulating bodies into the interior of the sensor. The inner insulating body of the plug has a bore 24 into which the carrier tube of the measuring body 3 is inserted. The length of the measuring body is chosen so that it just ends on the end face with the inner wall of the measuring pin, not shown. In the area of the measuring pin, the functional elements 5 , 9 , 6 applied on a film are wound onto the carrier tube and glued. In each case offset by 180 °, based on the circumference of the measuring body, strips 22 are cut out of the film, on which the connections 14 to the plug are led out. These strips are also glued to the carrier tube. The inner part of the measuring body is provided with hard foam 13 at least in the area of the measuring pin. The electrical connection between the contact pins of the plug 20 and the contacts of the functional elements 14 is made via separate connecting lines. As is not shown in this drawing, the tube, which is not electrically connected to the sensor housing, can be guided to a plug pin via a special ground wire. This connector pin can be set to minus or to the reference potential of the measuring bridge. This additional system grounding is particularly important when electrical interference pulses can be transmitted to the functional elements 5 , 9 , 6 via the metallic measuring housing 1 .
Die Kapazitäten gegenüber dem Meßkörper 3 können durch Verwendung einer geeignet dünnen Folie dabei groß gemacht werden. Eine weitere Möglichkeit, den Meßkörper 3 mit der Ausnehmung in dem Steckerteil 24 zu verbinden, besteht darin, den Meßkörper 3 so kurz zu wählen, daß es möglich ist, einen Kunststoffstab sowohl in den Meßkörper 3 einzukleben, wie auch als Verlängerung in die Ausnehmung 24 des Steckers 18 einzufügen.The capacities in relation to the measuring body 3 can be made large by using a suitably thin film. Another possibility of connecting the measuring body 3 to the recess in the plug part 24 is to select the measuring body 3 so short that it is possible to glue a plastic rod both into the measuring body 3 and as an extension into the recess 24 insert the plug 18 .
Den Fall eines von der Strömung durchflossenen Meßrohres zeigen ergänzend die Fig. 12, 13. Auf dem Meßrohr 23 sind die Funktionselemente 5, 9, 6 aufgebracht. Auf diese Funktionselemente ist ein Rohrstück 29 geschoben, welches aus einem Schrumpfschlauchabschnitt besteht und nach dem Überschieben auf die Funktionselemente geschrumpft ist. Eine verbesserte Ausführung zeigt Fig. 13. Die Funktionselemente 5, 9, 6 sind auf einen Meßkörper 3 aufgebracht. Dieser Meßkörper ist vermittels einer Wärmeleitsubstanz in wärmeleitenden Kontakt mit dem Meßrohr 23 gebracht. Diese Anordnung hat den wesentlichen Vorteil, daß die Druckfestigkeit des inneren Meßrohres 23 durch das aufgeschobene Rohr des Meßkörpers wesentlich erhöht ist. Insbesondere bei der Verwendung von Präzisionsrohren, die sehr genau ineinander passen, ist die Anwendung eines Wärmeleitmediums überflüssig und es kann ein geeigneter dünnflüssiger Kleber, z. B. ein Zyano-Kleber, verwendet werden. Der schlechte Wärmewiderstand solcher Kleber ist in diesem Fall völlig belanglos, weil der Wärmeübergangswiderstand von dünnen Schichten vernachlässigt werden kann. FIGS . 12, 13 additionally show the case of a measuring tube through which the flow flows . The functional elements 5 , 9 , 6 are applied to the measuring tube 23 . A tubular piece 29 is pushed onto these functional elements, which consists of a shrink tube section and is shrunk after being pushed onto the functional elements. An improved embodiment is shown in FIG. 13. The functional elements 5 , 9 , 6 are applied to a measuring body 3 . This measuring body is brought into heat-conducting contact with the measuring tube 23 by means of a heat-conducting substance. This arrangement has the essential advantage that the compressive strength of the inner measuring tube 23 is significantly increased by the tube of the measuring body which is pushed on. Especially when using precision tubes that fit very closely into each other, the use of a heat transfer medium is superfluous and a suitable low-viscosity adhesive, e.g. B. a Zyano adhesive can be used. The poor thermal resistance of such adhesives is completely irrelevant in this case because the thermal resistance of thin layers can be neglected.
Eine konsequente Weiterführung des symmetrischen Meßsystems besteht darin, daß die Funktionselemente nicht wie bisher beschrieben, auf einer Zylinderwandung angeordnet sind, sondern daß die Funktionselemente auf eine Ebene abgewickelt sind. Dies eröffnet die Möglichkeit, auch die stirnseitige Innenfläche des Meßstiftes für ein symmetrisches System zu nutzen. Bei dieser technischen Lösung ist der Meßkörper 33 als ebene Fläche ausgebildet, die vorzugsweise einen Kreisquerschnitt mit einem Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser des Meßstiftes ist, aufweist. Die Realisierung eines solchen symmetrischen Meßsystems ist in den Fig. 14 und 15 dargestellt. Der Meßstift 2 des Meßgehäuses weist bei einer verstärkten Zylinderwandung, deren Dicke keinen systembedingten Einschränkungen unterliegt, stirnseitig 29 eine Wandungsdicke zwischen 0,1 und 0,7 mm auf. Auf der Innenseite dieser stirnseitigen Wandung ist ein Metallträger 33 mit einem runden Kreisquerschnitt unter Zwischenbringung eines wärmeleitenden Mediums 4 mit der stirnseitigen Fläche des Meßstiftes 2 in wärmeleitenden Kontakt gebracht. Die Funktionselemente 5, 9, 6 sind auf dem Metallträger des Meßkörpers 33 unter Zwischenbringung einer elektrisch isolierenden aber wärmeleitenden Schicht zum Innenraum des Meßstiftes weisend aufgebracht. Zur thermischen Isolierung dieses Meßsystems ist innerhalb des Meßstiftes ein wärmeisolierender Zylinder 30 eingepreßt und mit einer Feder 31, die in dem Gehäuse des Meßstiftes eingehakt ist, fixiert. Der restliche freibleibende Raum des Meßstiftes ist mit einem Harz aufgefüllt. Die elektrischen Anschlüsse 14 der Funktionselemente sind zu dem elektrischen Anschluß des Meßgehäuses herausgeführt. Die Ausbildung der Funktionselemente kann in der Weise erfolgen, wie es bereits im vorangehenden beschrieben worden ist. Insbesondere können die Funktionselemente wie in diesem Beispiel aus mäanderförmig gebildeten Nickelleitbahnen 5, 6, 9, die auf eine Polyimidfolie aufgeschweißt sind, bestehen. A consequent continuation of the symmetrical measuring system is that the functional elements are not arranged on a cylinder wall as previously described, but that the functional elements are developed on one level. This opens up the possibility of also using the end face of the measuring pin for a symmetrical system. In this technical solution, the measuring body 33 is designed as a flat surface, which preferably has a circular cross section with a diameter which is smaller than the inside diameter of the measuring pin. The implementation of such a symmetrical measuring system is shown in FIGS. 14 and 15. With a reinforced cylinder wall, the thickness of which is not subject to any system-related restrictions, the measuring pin 2 of the measuring housing 29 has a wall thickness between 0.1 and 0.7 mm on the end face. On the inside of this end wall, a metal carrier 33 with a round circular cross-section is brought into heat-conducting contact with the end face of the measuring pin 2 with the interposition of a heat-conducting medium 4 . The functional elements 5 , 9 , 6 are applied to the metal carrier of the measuring body 33 with an electrically insulating but heat-conducting layer interposed, pointing towards the interior of the measuring pin. For thermal insulation of this measuring system, a heat-insulating cylinder 30 is pressed into the measuring pin and fixed with a spring 31 which is hooked into the housing of the measuring pin. The remaining free space of the measuring pin is filled with a resin. The electrical connections 14 of the functional elements are led out to the electrical connection of the measuring housing. The functional elements can be designed in the manner described above. In particular, as in this example, the functional elements can consist of meandering nickel conductor tracks 5 , 6 , 9 , which are welded onto a polyimide film.
Räumlich sind diese Leitbahnen so ausgebildet, daß sie bezüglich eines Durchmessers der kreisrunden Isolierfolie spiegelbildlich angeordnet sind. Das Heizelement 9 ist auf einer Hälfte dieses Kreisquerschnittes mit einem Temperaturmeßelement 5 elektrisch isoliert aber wärmeleitend verbunden. Diese Anordnung ist herstellungstechnisch sehr einfach zu beherrschen und läßt auch Techniken zu, die Aufdampfverfahren benutzen. Wegen dieser einfachen geometrischen Anordnung kann der Meßkörper auch aus einer Keramikscheibe bestehen, auf die die Funktionselemente als Dickschichtwiderstände aufgebracht sind. Diese Keramikscheibe kann auch aus zwei in einer Ebene liegenden, jedoch getrennten Halbkreisflächen bestehen. In Fig. 16 ist dargestellt, daß der Meßkörper 33 auch als auf einer Seite geschlossener Zylinder ausgeführt sein kann, wobei der Zylindermantel 34 eine Wanddicke aufweist, die größer ist als die stirnseitige Zylinderfläche. Dieser einseitig geschlossene Zylinder kann entweder einteilig aus einem homogenen Werkstoff oder auch als Klebteil mit einem auf eine plane Fläche aufgeklebten zylindrischen Ring 34 gefertigt sein. Die Funktionselemente 5, 9, 6 sind entweder im Innenraum oder im Außenraum des einseitig geschlossenen Zylinders wärmeleitend auf die stirnseitige Fläche aufgebracht. Im übrigen sind alle in den vorhergehend aufgeführten Anwendungsbeispielen angegebenen Lösungen für die Aufbringung und Anordnung der Funktionselemente möglich.Spatially, these interconnects are designed such that they are arranged in mirror image with respect to a diameter of the circular insulating film. The heating element 9 is electrically insulated on a half of this circular cross section with a temperature measuring element 5 , but is conductively connected. This arrangement is very easy to master in terms of production technology and also allows techniques that use vapor deposition processes. Because of this simple geometric arrangement, the measuring body can also consist of a ceramic disk to which the functional elements are applied as thick-film resistors. This ceramic disc can also consist of two semicircular surfaces lying in one plane, but separate. In Fig. 16 it is shown that the measuring body 33 may be also designed as a closed on one side of the cylinder, the cylinder jacket 34 has a wall thickness which is greater than the end-side cylindrical surface. This cylinder closed on one side can either be made in one piece from a homogeneous material or as an adhesive part with a cylindrical ring 34 glued onto a flat surface. The functional elements 5 , 9 , 6 are applied to the end face in a heat-conducting manner either in the interior or in the exterior of the cylinder closed on one side. For the rest, all solutions for the application and arrangement of the functional elements specified in the application examples listed above are possible.
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