DE4124142C2 - Temperaturmeßgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein 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, wobei die Druckänderung mittels eines Drucksensors gemessen wird, der ein der Druckänderung proportionales elektrisches Signal erzeugt.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 90 11 257 U1 ist bereits ein Temperaturmeßgerät der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem bekannten Gasthermometer wird als Drucksensor ein Sensor mit einer Dünnfilm-Dehnungsmeßstreifenanordnung verwendet. Derartige DMS-Dünnfilm-Drucksensoren haben zum einen den Nachteil, daß sie relativ empfindlich sind gegen höhere Temperaturen. Bei Messung höherer Temperaturen, insbesondere im Bereich von mehreren 100°C ist es daher erforderlich, einen ausreichend großen Abstand des Drucksensors vom Meßpunkt zu gewährleisten. Damit muß ein entsprechend langes Kapillarrohr verwendet werden, wodurch das nicht erwünschte Totvolumen vergrößert wird. Außerdem ist aufgrund der verwendeten Metallmembran für den Dünnfilm-DMS-Drucksensor eine bestimmte Mindestbaugröße erforderlich. Aus diesem Grunde ist die Meßzelle des bekannten Drucksensors in ihren Innenabmessungen relativ groß. Diese Meßzelle stellt ein weiteres unerwünschtes Totvolumen dar. Das noch vergleichsweise große Totvolumen führt zu einem Linearitätsfehler bei der Messung, weshalb die bekannten Drucksensoren insbesondere bei Messungen über größere Temperaturbereiche nicht eingesetzt werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Temperaturmeßgerät der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß das unerwünschte Totvolumen geringer und damit eine höhere Meßgenauigkeit gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Temperaturmeßgerät der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß wird das Anzeigeende des mit dem Meßgas unter Hochdruck gefüllten Kapillarrohrs mit einem 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 Temperaturmeßgerätes gemäß der Erfindung 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, daß 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 piezo-resistiven Drucksensor 14 verbunden. Das Ende 20 des Kapillarrohres 12 endet dabei in einem Hohlraum 21, der mit der Meßseite des piezo-resistiven 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 die 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 (Einwegeventil) 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 piezo-resistiven Drucksensor 14 erstreckt unter hohem Druck und das Temperaturmeßgerät kann geeicht werden. Das Gasvolumen des Meßgases ist klein, woraus die Meßgenauigkeit resultiert. Der 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 abgewandten Ende kann der piezo-resistive 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 (4)

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, wobei die Druckänderung mittels eines Drucksensors gemessen wird, der ein der Druckänderung proportionales elektrisches Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein piezo-resistiver Drucksensor (14) ist.

2. Temperaturmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der piezo-resistive Drucksensor (14) über eine Klemmverschraubung oder Einschweiß- oder Einlötverschraubung gasdicht mit dem Kapillarrohr (12) verbunden ist.

3. Temperaturmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer auf ein Ende des piezo-resistiven Drucksensors (14) aufgeschraubten oder aufgeschweißten oder aufgelöteten Mutter (13) eine radiale Bohrung (15) angeordnet ist, die ein Rückschlagventil (17) für das Einfüllen des Meßgases aufnimmt.

4. Temperaturmeßgerät Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf das dem piezo-resistiven 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.