DE4123093C2 - Elektrisches Thermometer mit druck- und korrosionsfester Meßdurchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Thermometer für die chemische Verfahrenstechnik mit einem elektrischen Temperatursensor in einem dickwandigen am vorderen Meßende verschlossenen Schutzrohr und einem elektrischen Anschlußgehäuse für die Anschlußdrähte des Temperatursensors.

Die Vorschriften für explosionsgeschützte Betriebsmittel wie insbesondere elektrische Thermometer verlangen eine sichere Trennung der elektrischen Meßkreise vom explosiven Medium. Das wird bei Thermometern durch betriebssichere Schutzrohre erreicht, welche mit bestimmten Mindestwandstärken aus ausreichend korrosionsbeständigen Materialien in geeigneter druck-, temperatur- und schwingungsfester Form hergestellt werden.

Sie bestehen aus einem dickwandigen am vorderen Ende zu einer Meßspitze verjüngten und verschlossenen Schutzrohr. Im Innern der Meßspitze ist der Temperatursensor angeordnet.

Der Temperatursensor kann als Platin-Widerstandsthermometer oder als Thermoelement ausgeführt sein. Seine elektrischen Anschlußdrähte sind durch das Glasrohr hindurch zum hinteren, offenen Ende des Rohres hinausgeführt und an den Anschlußklemmen eines elektrischen Anschlußgehäuses befestigt. Dieses Anschlußgehäuse ist gewöhnlich auf das hintere Ende des Schutzrohres mit einem geeigneten Kunstharzkleber aufgekittet.

Im eingebauten Zustand ragt die Meßspitze des Thermometers in das Reaktionsmedium hinein. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Reaktionsmedium auf den in der Meßspitze befindlichen Temperatursensor werden Wärmeleitpasten verwendet. Üblicherweise liegen in den Reaktionsgefäßen Temperaturen bis 200°C und Überdrücke bis 4 bar vor. Die Reaktionsmedien werden gewöhnlich durch die Reaktionsgefäße gepumpt. Dabei treten im Falle von flüssigen Medien Strömungsgeschwindigkeiten bis 3 m/s und bei gasförmigen Medien bis 20 m/s auf.

Aus der Deutschen Patentschrift Nr. 715 975 ist ein Thermometer bzw. ein Thermoelement bekannt, welches für die chemische Verfahrenstechnik eingesetzt wird. Dieses Thermometer weist ein Schutzrohr auf, in welchem ein elektrischer Temperatursensor angeordnet ist. Dieses Schutzrohr ragt dabei in das temperaturmäßig zu erfassende Meßmedium ein. Die Drähte des als Thermoelement ausgebildeten Temperatursensors werden dabei durch eine aus einem hohlen Metallstopfen bestehende Durchführung hindurchgeführt, welche mit aufeinandergeschichteten Packungen aus Hartgummi, Weichgummi und Gips gefüllt ist, und durch welche die Drähte des Thermoelementes isoliert hindurchgehen. Schutzrohre bestehen bei solchen bekannten Temperaturfühlern oftmals aus Metall. Dies hat den Nachteil, daß wegen der hohen spezifischen Wärmekapazität von Metallen und der hohen Wärmeleitfähigkeit Fehlmessungen entstehen. Bei ähnlichen Temperaturfühlern besteht die Hülle daher aus Glas, oder anderen Werkstoffen mit kleiner Wärmeleitfähigkeit, und kleiner spezifischer Wärmekapazität. Will man sich diesen Effekt zunutze machen, so entsteht jedoch das Problem, daß Werkstoffe wie Glas oder Keramik bruchgefährdet sind.

Die vorstehend beschriebenen Thermometer aus dem Stand der Technik weisen einen erheblichen sicherheitstechnischen Mangel auf. Das Innere des Schutzrohres ist nämlich über das offene Ende und das nur entsprechend den Umgebungsanforderungen abgedichtete Anschlußgehäuse direkt mit der Umwelt verbunden. Im Falle eines Bruches der Meßspitze oder des Schutzrohres kann deshalb das gewöhnlich sehr aggressive und/oder explosive Reaktionsmedium direkt in die Umwelt gelangen. Ein Bruch des Schutzrohres kann zum Beispiel infolge der vorbeiströmenden Medien auftreten. Solche Brüche sind zwar selten, stellen jedoch ein nach Möglichkeit zu vermeidendes Restrisiko dar.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Thermometer anzugeben, welches unter den erwähnten Betriebsbedingungen auch bei einem Bruch des Schutzrohres ein Austreten der Reaktionsmedien in die Umwelt sicher verhindert.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Thermometer mit einem elektrischen Temperatursensor in einem dickwandigen, druckfesten am vorderen Meßende verschlossenen Schutzrohr und einem elektrischen Anschlußgehäuse für die Anschlußdrähte des Temperatursensors gelöst, wobei das rückwärtige Ende des Schutzrohres einen Flansch und das Anschlußgehäuse ebenfalls einen Flansch zur Bildung einer Flanschverbindung aufweisen und das Schutzrohr durch eine zwischen die beiden Flansche eingefügte elektrische Meß­ durchführung aus Durchführungskörper und metallischen Durchgangsstiften druckfest abgedichtet ist. Das elektrische Thermometer ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr aus Glas besteht, daß der Durchführungskörper aus Glas, Keramik, Polyethylen oder Fluorkohlenstoffharz und die metallischen Durchgangsstifte aus einem korrosionsfesten Metall bestehen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Durchführungskörper der Meßdurchführung mit einem integrierten Kragen versehen ist, der zwischen den Flanschen einklemmbar ist. Zweckmäßigerweise stützt man den Durchführungskörper der Meßdurchführung zur Verbesserung der Druckfestigkeit auf der dem Meßfühler abgewandten Seite durch den Flansch des Anschlußgehäuses ab. Dies kann dadurch geschehen; daß der Innendurchmesser dieses Flansches kleiner als der Außen­ durchmesser des Körpers der Meßdurchführung ausgeführt wird, oder daß der Flansch zur Abstützung des Durchführungskörpers der Meßdurchführung mit einem diametral angeordneten Steg versehen wird.

Zur Zentrierung der Meßdurchführung in den beiden Flanschen kann eine die Außenseite einer der beiden Flansche berührende Zentriereinrichtung eingesetzt werden, die in einfacher Weise aus einem außen auf die Meßdurchführung aufgeschobenen Kunststoff- oder Metallring bestehen kann.

Die Meßdurchführung wird besonders korrosionsfest, wenn sie aus einem Fluorkohlenstoffharz besteht und die elektrische Verbindung durch mindestens einen axial ausgerichteten elektrisch leitenden Durchgangsstift aus korrosionsfestem Metall, vorzugsweise Tantal, geschaffen wird. Je nach Einsatzgebiet sind jedoch auch andere Materialien für die Meßdurchführung einsetzbar, wie Polyethylen oder gleichwertige Kunststoffe, Glas oder Keramik für die Durchführung und Wolfram, austenitischer Stahl, Edelmetalle oder geeignete Legierungen für die elektrischen Durchgangs­ stifte. Es müssen solche Materialien ausgewählt werden, die gegenüber den jeweiligen Reaktionsmedien beständig sind.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn der Flansch des Anschlußgehäuses aus elektrisch nicht leitendem Material besteht.

Durch das erfindungsgemäße mit der druck- und korrosions­ festen Meßdurchführung ausgerüstete Thermometer wird gegenüber den einteiligen Glasthermometern aus dem Stand der Technik eine wesentliche Steigerung der Betriebs­ sicherheit erreicht.

Die Erfindung wird nun anhand eines konkreten Ausführungs­ beispiels näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Gesamtansicht eines Glasthermometers, gemäß der Erfindung.

Fig. 2 Detailzeichnung der elektrischen Meßdurchführung.

Fig. 3 Abstützung der Meßdurchführung am Flansch des Anschlußgehäuses mit einem kleinen Innendurch­ messer.

Fig. 4 Abstützung der Meßdurchführung am Flansch des Anschlußgehäuses durch einen Steg.

Fig. 4a Ansicht gemäß IVa-IVa in Fig. 4.

Fig. 5 Meßdurchführung mit Zentrierung.

Beispiel

Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Glas­ thermometers. Es besteht aus dem dickwandigen Schutzrohr (1) aus Glas mit einer am vorderen Ende verjüngten und zugeschmolzenen Meßspitze (2). In der Meßspitze (2) befindet sich ein Platin-Widerstandsthermometer (3), das für einen besseren Wärmekontakt zur Glaswandung der Meß­ spitze in Wärmeleitpaste eingebettet ist.

Das hintere Ende des Schutzrohres ist in eine dickwandige Glashülse (4) eingeführt und im Inneren mit der Glashülse (4) verschmolzen. Die Glashülse (4) hat einen deutlich größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Schutzrohres (1). Beide Enden der Glashülse (4) sind als Glasflansch­ anschlüsse nach DIN ISO 3587 ausgebildet. Dabei dient der der Meßspitze zugewandte Flanschanschluß (5) mit einer kugelförmigen (alternativ auch pfannenförmig oder plane) Dichtfläche zur Befestigung des Thermometers an den entsprechenden Anschlußstutzen der Reaktionsgefäße, während der zweite Flanschanschluß (6) zur Verbindung des Thermometers mit dem korrespondierenden Flansch (7) am Anschlußgehäuse (8) dient. Der Flanschanschluß (7) ist im vorliegenden Beispiel aus Metall gefertigt. Beide Flansche (6) und (7) haben plane Dichtflächen. Kugel- und pfannen­ förmige Dichtflächen sind auch möglich.

Zur Abdichtung des Inneren des Thermometers gegen die Außenwelt dient die elektrische Meßdurchführung bestehend aus dem Durchführungskörper (9) mit dem integrierten Kragen (10) und paarweise axial ausgerichteten metallischen Durch­ gangsstiften (11). Aus Gründen der Korrosionsfestigkeit und Temperaturbeständigkeit sind der Durchführungskörper (9) mit Kragen (10) aus einem Fluorkohlenstoffharz und die Durch­ gangsstifte (11) aus Tantal gefertigt.

Die beiden Flanschanschlüsse (6) und (7) mit dem dazwischen befindlichen Kragen (10) der Meßdurchführung werden durch einen genormten Verbindungsflansch (12) zusammengehalten. Im vorliegenden Fall übernimmt der Kragen (10) auch die Funktion einer Dichtung.

Die Anschlußdrähte (13) des Widerstandsthermometers sind von der Meßspitze nach hinten durch das Schutzrohr hindurchgeführt und mit der Meßdurchführung elektrisch verbunden. Auf der anderen Seite der Meßdurchführung führen entsprechende elektrische Verbindungsleitungen von den Durchgangsstiften zu den Anschlußklemmen (14) im Anschluß­ gehäuse.

Fig. 2 zeigt eine Detailzeichnung der Meßdurchführung. Sie besteht aus dem Durchführungskörper (9) mit angearbeitetem Kragen (10) und zwei elektrisch leitenden Durchgangsstiften (11). Der Kragen (10) übernimmt die Funktion des sonst notwendigen Dichtungsrings für die Flanschverbindung (6) und (7). Zur Optimierung der Dichtungseigenschaften ist der Kragen (10) mit einer Ringwulst (15) versehen.

Im konkreten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Kragen (10) endständig ausgeführt. Ohne Beeinträchtigung der Funktion kann der Kragen (10) natürlich auch an einer beliebigen Stelle längs des Durchführungskörpers (9) angeordnet werden. Ebenso ist es nicht erforderlich, die Dichtflächen der Flanschverbindung (6) und (7) plan auszuführen. Auch kugelförmige Dichtflächen sind möglich.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Meßdurchführung mit einer besonders druckfesten Abstützung der Durchführung für den Fall eines Bruches des Glasrohres. Die Abstützung wird durch einen Innendurchmesser des hinteren Flansches (7) erreicht, der kleiner als der Außendurchmesser des Körpers der Meßdurchführung ist. Bei der Ausführungsform der Meß­ durchführung von Fig. 4 wird die drucksichere Abstützung durch einen diametral angeordneten Steg (16) bewirkt. Fig. 4a zeigt die Anordnung dieses Steges in der Ansicht IVa gemäß Fig. 4.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 5 wird die zwischen die beiden Flansche (6) und (7) eingeklemmte Meßdurchführung durch einen außen auf die Durchführung aufgeschobenen Zentrierring (17) relativ zu den Flanschen zentriert. Dabei greift der Mantel des Zentrierringes formschlüssig über die Außenseite des Flansches (6) des Schutzrohres und schafft dadurch die koaxiale Ausrichtung von Meßdurchführung und Flansch.

Claims (8)

1. Elektrisches Thermometer für die chemische Verfahrens­ technik mit einem elektrischen Temperatursensor (3) in einem dickwandigen, druckfesten am vorderen Meßende verschlossenen Schutzrohr (1) und einem elektrischen Anschlußgehäuse (8) für die Anschlußdrähte (13) des Temperatursensors, wobei das rückwärtige Ende des Schutzrohres (1) einen Flansch (6) und das Anschlußgehäuse (8) ebenfalls einen Flansch (7) zur Bildung einer Flanschverbindung aufweisen und das Schutzrohr durch eine zwischen die beiden Flansche (6, 7) eingefügte elektrische Meßdurchführung aus Durch­ führungskörper (9) und metallischen Durchgangsstiften (11) druckfest abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schutzrohr aus Glas besteht,
daß der Durchführungskörper (9) aus Glas, Keramik, Polyethylen oder Fluorkohlenstoffharz und die metallischen Durchgangsstifte (11) aus einem korrosionsfesten Metall bestehen.

2. Elektrisches Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchführungskörper (9) aus Fluorkohlen­ stoffharz und die metallischen Durchgangsstifte (11) aus Tantal bestehen.

3. Elektrisches Thermometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchführungskörper (9) mit einem integrierten Kragen (10) versehen ist, dem zwischen den Flanschen (6, 7) einklemmbar ist.

4. Elektrisches Thermometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchführungskörper (9) auf der dem Meßfühler abgewandten Seite durch den Flansch (7) des Anschluß­ gehäuses abgestützt ist.

5. Elektrisches Thermometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Flansches (7) des Anschlußgehäuses kleiner ist, als der Außendurchmesser des Durchführungskörpers (9) der Meßdurchführung.

6. Elektrisches Thermometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchführungskörper (9) zwischen den beiden Flanschen (6, 7) eingeklemmt ist und eine die Außenseite eines der beiden Flansche berührende Zentrier­ einrichtung (17) besitzt.

7. Elektrisches Thermometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung aus einem außen auf die Meßdurchführung aufgeschobenen Kunststoff- oder Metallring besteht.

8. Elektrisches Thermometer nach wenigstens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (7) des Anschlußgehäuses aus elektrisch nicht leitendem Material besteht.