DE4123482C2 - Sensor für thermische Massenstrommesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor für thermische Massenstrommesser, bestehend aus einem plattenförmigen Dünnfilmwiderstand und einer stabförmigen Halterung aus einem elektrisch isolierenden Material.

In der Verfahrenstechnik werden vielfach thermische Massenstrommesser verwendet, die nach dem Prinzip des Hitzdraht- oder Heißfilmanemometers arbeiten. Ein solcher Massenstrommesser ist in der DE 35 42 788 A1 beschrieben.

Der dabei verwendete Dünnfilmwiderstand ist als Halterung mit einer stabförmigen Mehrfachkapillaren versehen, die auch die Anschlußdrähte des Widerstandes aufnimmt. Der Dünnfilmwiderstand, besteht aus einem keramischen Träger und einer dünnen Metallschicht sowie gegebenenfalls einer keramischen Abdeckplatte. Er wird nach der DE 35 42 788 A1 in einen Schlitz der Mehrfachkapillaren eingeführt und mit einem Glaslot oder einer Glasfritte befestigt.

Die Ausbildung der Einstecköffnung als Sackloch bereitet herstellungsmäßig große Schwierigkeiten. Auf die rundum erfolgende Fixierung und Berührung mit dem Verbindungsmittel soll jedoch nicht verzichtet werden. Deshalb lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Herstellung des Sackloches, in das der Dünnfilmwiderstand eingesetzt wird, zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sensor mit den Merkmalen nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorge­ sehen, die Mehrfachkapillare innerhalb des sie um­ hüllenden Rohres nicht als durchgehenden Zylinder zu gestalten, sondern sie mit einer Verjüngung oder Unterbrechung zu versehen, wobei dann zumindest über die Länge der Unterbrechung oder Verjüngung kein Kontakt mit dem Mantelrohr vorliegt. Der Vorteil dieser Variante liegt in einer kleineren wirksamen Wärmekapazität und einer verringerten parasitären Wärmeabfuhr in die Halterung. Ein Großteil der verbleibenden parasitären Wärmeströme wird auf kurzem Weg in wandnahe Bereiche, die vom Medium umströmt werden, umgeleitet. Dadurch kann eine besonders schnelle Ansprechzeit des Sensors gegenüber Änderungen der Mediums- und/oder der Heizertemperatur gewährleistet werden, denn die Neueinstellung der Temperaturvertei­ lung geschieht über die kurzen Wege zur Wärmequelle oder -senke und die kleinen beteiligten Wärmekapazi­ täten entsprechend schnell. Die Ausführung einer solchen Verjüngung kann beispielsweise in Form einer dünnen Säule oder eines Quaders erfolgen, wobei dabei die Funktion der elektrischen Isolation der Zuleitungs­ drähte bestehen bleibt. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, die elektrische Isolation anderweitig zu gewähr­ leisten und die Mehrfachkapillare vollständig zu unterbrechen, sie also aus zwei getrennten Teilen bestehen zu lassen, die jeweils für sich über eine Haftmasse mit dem Mantelrohr verbunden werden.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Halterung erhält man, wenn die Länge der Mehrfachkapillaren kürzer ist als das umschließende Rohr.

Die stabförmige Halterung besteht aus einem elektrisch isolierenden Material. Vorzugsweise wird hierfür Keramik oder Glas eingesetzt. Als Haftmasse kann eine Glasfritte oder ein Glaslot verwendet werden. Für das umschließende Rohr verwendet man vorzugsweise ein dünnwandiges Rohr aus Keramik mit dem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizient wie die Mehrfach­ kapillare.

Normalerweise ist die stabförmige Halterung noch von einem Schutzrohr umgeben, wobei zwischen Halterung und Schutzrohr ein Spalt verbleibt. Das hat den Nachteil, daß sich dieser Spalt mit Schmutz vollsetzen kann, der in dem zu messenden Medium mitgeführt wird und der zu einer Veränderung der Kennlinie des Sensors durch erhöhte Wärmeabfuhr führen kann. Es ist daher vorteilhaft, die Halterung mit einem enganliegenden Schutzrohr aus einem korrosionsfesten Material zu versehen, das mit radialen und tangentialen Schlitzen für eine leichtere Montage und zur Aufnahme von mechanischen Spannungen ausgestattet ist.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch Ausführungsformen stabförmiger Halterungen mit plattenförmigen Dünnfilmwiderständen (Fig. 1 bis 3) und Schutzrohre dazu (Fig. 4). In Fig. 1 besitzt die zylindrische stabförmige Halterung 1′ auf einer Stirnfläche ein Sackloch 3, in das der Dünnfilmwiderstand 2 mit seinen Zuleitungsdrähten 4 passend eingesteckt wird.

Der dann noch verbleibende enge Spalt zwischen Dünnfilmwiderstand 2 und der Innenseite des Sacklochs 3 wird mit einer Glasfritte oder einem Glaslot ausgefüllt.

Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Mehrfachkapillare 1, die auf der einen Stirnfläche mit einem Schlitz 5 versehen ist. In diesem Schlitz 5 wird der Dünnfilmwiderstand 2 befestigt. Über die Mehrfachkapillare 1 wird dann das dünnwandige Keramikrohr 6 gestülpt, so daß sich aus dem Schlitz 5 ein Sackloch bildet.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der stabförmigen Halterung nach Anspruch 2. Die Mehrfach­ kapillare 1 besitzt hier eine Verjüngung 11, die die Wärmekapazität der Halterung herabsetzt und parasitäre Wärmeströme zwingt, über die dünne Säule 12 und den Querschnitt des Mantelrohres zu fließen. Die Wärmeleitung über Säule und Mantelrohr ist wegen der geringen Querschnitte kleiner als bei einer massiven Ausführung der Mehrfachkapillaren. Als Folge davon wird eine drastische Verbesserung der Ansprechzeit bei schwankenden Mediumstemperaturen beobachtet. Die Säule 12 übernimmt weiterhin die elektrische Isolation zwischen den Zuleitungen 4 des Dünnfilmwider­ standes 2.

Fig. 4a zeigt ein dünnwandiges, metallenes Schutzrohr 7, das radiale Schlitze 8 und tangentiale Schlitze 9 besitzt. Anstelle der tangentialen Schlitze 9 kann auch ein Federbalg 10, Fig. 4b, vorhanden sein. Dieses Schutzrohr 7 umgibt die stabförmige Halterung 1, 6.

Claims (5)

1. Sensor für thermische Massenstrommesser, bestehend aus einem plattenförmigen Dünnfilmwiderstand (2) und einer stabförmigen Halterung aus einer zylindrischen Mehrfachkapillaren (1), die die Zuleitungen aufnimmt, und einem die Mehrfachkapillare (1) eng umschließenden Rohr (6), wobei die stabförmige Halterung aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, die eine Stirnfläche der stabförmigen Halterung mit einem dem Querschnitt des Dünnfilmwiderstands (2) angepaßten Sackloch (3) versehen ist, das durch einen in diese Stirnfläche der Mehrfachkapillaren eingebrachten Schlitz (5) und dem umschließenden Rohr (6) gebildet wird, der Dünnfilmwiderstand (2) mit einer seiner Schmalseiten zu 10 bis 60% seiner Länge in dieses Sackloch (3) passend eingesteckt und der enge Spalt zwischen Sackloch (3) und Dünnfilmwiderstand (2) mit einer Haftmasse ausgefüllt ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfachkapillare (1) mindestens eine Verjüngung (11) oder Unterbrechung aufweist, wobei mindestens über die Länge der Verjüngung oder Unterbrechung kein Kontakt der Mehrfachkapillaren (1) zum umschließenden Rohr (6) vorliegt.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Mehrfachkapillaren (1) kürzer ist als die des umschließenden Rohrs (6).

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material der Halterung aus Keramik oder Glas und die Haftmasse aus einer Glasfritte oder einem Glaslot besteht.

5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmige Halterung mit einem metallischen, eng anliegenden Schutzrohr (7) umgeben ist, das mit radialen (8) und tangentialen Schlitzen (9) oder einem Federbalg (10) versehen ist.