DE4124142A1 - Temperaturmessgeraet - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Temperaturmeßgerät,
bei dem ein mit einem Gas unter hohem Druck gefülltes
Kapillarrohr verwendet wird, wobei die lineare Ausdehnung
des Gases im Kapillarrohr mit der Temperatur dem Meßprinzip
zugrunde liegt. Da ein verhältnismäßig kleines Gasvolumen
verwendet wird, ergibt sich eine recht hohe Meßgenauigkeit
über einen vergleichsweise großen Temperaturbereich. Bei
einem bekannten Temperaturmeßgerät dieser Art wird das eine
Ende des Kapillarrohres mit einer manometrischen Meßfeder
verbunden, die wiederum Änderungen des Drucks im
Kapillarrohr in eine entsprechende Drehbewegung eines
Zeigers umwandelt, der dann auf einer kreisrunden Skala die
gemessene Temperatur anzeigt. Die Temperaturanzeige erfolgt
also analog. Druckveränderungen werden mechanisch in eine
Zeigerbewegung umgewandelt. Diese bekannte Temperatur-Meß
vorrichtung hat zum einen den Nachteil, daß die gemessene
Temperatur zwar angezeigt wird, jedoch kein Signal erhalten
wird, das, wie es häufig erwünscht ist, direkt als Meßwert,
zum Beispiel in einem Regelsystem, verwendbar ist. Außerdem
weist die mechanische Anzeige nicht die für manche Messungen
erforderliche Genauigkeit auf. Die mechanischen
Übertragungselemente haben bei großen Temperatursprüngen
eine gewisse Totzeit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Temperaturmeßvorrichtung zu schaffen, die einerseits die
große Meßgenauigkeit der vorgenannten Hochdruckkapillar
rohrthermometer aufweist, andererseits aber die Nachteile
der herkömmlichen mechanischen Analoganzeige vermeidet.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Temperaturmeßvor
richtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß wird das Anzeigeende des mit
dem Meßgas unter Hochdruck gefüllten Kapillarrohrs mit einem
elektrischen, vorzugsweise piezo-resistiven Drucksensor als
Anzeigeelement verbunden, der ein dem in der Kapillare
herrschenden Gasdruck und somit der gemessenen Temperatur
proportionales elektrisches Signal erzeugt. Die
erfindungsgemäße Temperaturmeßvorrichtung weist die Vorteile
des Kapillarrohrthermometers auf, nämlich hohe
Meßgenauigkeit und einen weiten Temperaturmeßbereich, der je
nach Gasfüllung des Kapillarrohres variabel ist.
Gleichzeitig handelt es sich in vorteilhafter Weise um ein
geschlossenes System aus Gasdruckkapillarrohr und
Drucksensor einschließlich Elektronik, das direkt ein der
Temperatur proportionales elektrisches Signal abgibt. Dieses
elektrische Signal kann entweder mit einem digitalen
Anzeigeelement hochgenau angezeigt werden. Das elektrische
Signal kann aber auch direkt verarbeitet werden und zum
Beispiel an einen Meßwertschreiber weitergeleitet werden,
oder an einen Prozeßleitrechner oder an einen Regler, der
beispielsweise bei Überschreiten eines Temperaturgrenzwertes
ein Ventil schaltet, ein Alarmsignal auslöst oder
dergleichen. Die erfindungsgemäße Temperaturmeßvorrichtung
vereint folglich die Vorteile thermoelektrischer Meßfühler
mit denjenigen des Hochdruckkapillarrohrthermometers. Die in
den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen
Temperaturmeßgerätes im teilweisen Längsschnitt.
Das erfindungsgemäße Temperaturmeßgerät weist in an sich
bekannter Weise einen Meßfühler 10 auf, der in das Medium
eingebracht wird, dessen Temperatur bestimmt werden soll. An
den Meßfühler schließt sich das Kapillarrohr 12 an, das das
Meßgas, beispielsweise Helium, enthält, und zwar unter einem
hohen Druck, beispielsweise in der Größenordnung von
200 bar. Das dem Meßfühler 10 zugewandte Ende des Kapillarrohres
12 ist von einer Schutzfeder 11 umgeben. Das andere Ende des
Kapillarrohres 20 ist mechanisch mit einem vorzugsweise
piezo-resistiven Drucksensor 14 verbunden. Das Ende 20 des
Kapillarrohres 12 endet dabei in einem Hohlraum 21, der mit
der Meßseite des Drucksensors 14 in Verbindung steht, wobei
aber dieser Hohlraum 21 gegen die Außenluft gasdicht
verschlossen ist. Zur Befestigung ist das Ende 20 des
Kapillarrohres von mehreren Klemmscheiben 24 umgeben, die in
der axialen Bohrung der Mutter 13 aufgenommen sind, und eine
Überwurfmutter 23 wird auf das Außengewinde der Mutter 13
geschraubt. Durch die zusammengepreßten Klemmscheiben wird
das Ende 20 des Kapillarrohres somit in der Mutter 13
gasdicht befestigt. Sämtliche vorgenannten Schraub- und
Preßverbindungen werden nach der Montage gasdicht
verschweißt bzw. verlötet. Die Innenbohrung 22 des
Kapillarrohres 12, die das Meßgas enthält, ist dabei in
Richtung auf den Hohlraum 21 hin offen. Der Drucksensor 14
weist an seinem Meßende ein Außengewinde 16 auf, auf das
eine Mutter 13 mit Innengewinde aufgeschraubt ist. In dieser
Mutter 13 befindet sich eine radiale Bohrung 15, in die ein
Rückschlagventil 17 (Einwegventil) eingesetzt ist. Vor der
Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Temperaturmeßgerätes
wird das Meßgas über das Rückschlagventil 17 eingefüllt. Da
es sich um ein Einwegventil handelt, ist ein Ausströmen des
Gases aus dem Hohlraum 21 nicht möglich. Zusätzlich wird die
Einfüllbohrung nach dem Befüllen zugeschweißt bzw.
zugelötet. Nach dem Einfüllen befindet sich das Meßgas im
Inneren 22 des Kapillarrohres, in dem Hohlraum 21, der sich
bis zu einem Meßelement in den Drucksensor 14
erstreckt unter hohem Druck und das erfindungsgemäße
Temperaturmeßgerät kann geeicht werden. Das Gasvolumen des
Meßgases ist klein, woraus die Meßgenauigkeit resultiert.
Der vorzugsweise piezo-resistive Drucksensor 14 erzeugt ein
elektrisches Signal, das zum Beispiel zu einer digitalen
Anzeige geleitet werden kann oder weiterverarbeitet werden
kann. An seinem dem Kapillarrohr 12 abgewanden Ende kann der
Drucksensor 14 zum Beispiel über einen Gerätestecker 18 und
ein elektrisches Anschlußkabel 19 mit einem Anzeigegerät
oder dergleichen verbunden werden. Ein besonderer Vorteil
des erfindungsgemäßen Temperaturmeßgerätes besteht darin,
daß auch große Temperatursprünge quasi sofort ohne Totzeit
angezeigt werden bzw. gemessen werden, was in vielen
Anwendungsfällen (zum Beispiel Schaltung eines Ventils,
Auslösung eines Alarms) von besonderer Bedeutung ist.
Claims (5)
1. Temperaturmeßgerät mit einem Meßfühler, einem mit diesem
verbundenen Kapillarrohr, das ein geringes Volumen eines
Meßgases unter hohem Druck enthält, wobei die vom
Meßfühler gemessene Temperaturänderung eine proportionale
Druckänderung des Meßgases bewirkt und diese
Druckänderung gemessen und gegebenenfalls angezeigt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druckänderung mittels
eines Drucksensors (14) gemessen wird, der ein der
Druckänderung proportionales elektrisches Signal erzeugt.
2. Temperaturmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein piezo-resistiver oder
piezo-elektrischer oder kapazitiver oder DMS-Drucksensor
(14) verwendet wird.
3. Temperaturmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (14) über
eine Klemmverschraubung oder Einschweiß- bzw.
Einlötverschraubung (13, 23, 24) gasdicht mit dem
Kapillarrohr (12) verbunden ist.
4. Temperaturmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in einer auf ein Ende des
Drucksensors (14) aufgeschraubten oder aufgeschweißten
oder aufgelöteten Mutter (13) eine radiale Bohrung (15)
angeordnet ist, die ein Rückschlagventil für das
Einfüllen des Meßgases aufnimmt.
5. Temperaturmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß auf das dem Drucksensor (14)
abgewandte Ende der Mutter (13) eine Überwurfmutter (23)
aufschraubbar oder aufschweißbar oder auflötbar ist,
mittels derer und mittels das drucksensorseitige Ende des
Kapillarrohres (12) umgebenden Klemmscheiben (24) das
Kapillarrohr (12) in der Axialbohrung der Mutter (13)
festlegbar ist.
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