DE8210659U1

DE8210659U1 - MEASURING PROBE

Info

Publication number: DE8210659U1
Application number: DE19828210659
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1982-08-26

Description

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Dr. Eckart Hiss
Gerhardstraßs H9
2300 Kiel 1Dr. Eckart Hiss
Gerhardstrasse H9
2300 Kiel 1

MeßfühlerProbe

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßfühler zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in einem strömenden Medium, gefertigt aus einem metallischen, in eine Wandung einschraubbaren Meßgehäuse, welches stirnseitig in die Strömung hineinragende Meßstifte aufweist, dessen Funktion auf einer Differenztemperaturmessung beruht, wobei ein Temperaturmeßelement die Mediumstemperatur , das andere Element die Temperatur des durch eine Wärmequelle aufgeheizten Mediums mißt und bei welchem die Meßelemente mit Wärmequelle innerhalb der Meßstifte angeordnet sind.The invention relates to a sensor for the electrical detection of heat losses in a flowing medium, made of a metallic measuring housing that can be screwed into a wall has measuring pins projecting into the flow at the front, the function of which is based on a differential temperature measurement based, with a temperature measuring element the medium temperature, the other element the Measures the temperature of the medium heated by a heat source and in which the measuring elements are included Heat source are arranged within the measuring pins.

Die Eingangs beschriebenen Meßfühler werden u.A. auch in sogenannten kalorimetrischen Strömungswächtern an gewendet, wie sie z.B. in der Patentschrift P2462911.6 oder in der Anmeldung P2629051.7-52 aufgezeigt sind. Alle solche bekannten Lösungen der Wärmetransportmessung gehen davon aus, daß die für dieses Meßprinzip erforderliche Differenztemperaturmessung auch die Anwendung von zwei einzelnen Meßstiften, zumindest aber eine thermische Trennung der beiden Meßsysteme durch eine Zwischenwand mit großem Wärmewiderstand notwendig sei. Durch diese Systemtrennung soll verhindert werden, und dies ist sehr einleuchtend, daß eine Verfälschung der Vergleichstemperatur durch Wärmeübertritt aus dem beheizten System auftritt. Diese Auffassung führt konsequent dazu, daß zwei Meßstifte gleicher Wärmekapazite in das Strömende Medium eingebracht werden. Ein Stift wird zusätzlich beheizt. Um nun einen Wärmeübergang am Ort der Stiftbefestigung am Meßgehäuse zu unterbinde werden die Stifte in einem Kunststoffteil geringer Wärmeleitfähigkeit befestigt. Dieser Kunststoffteil istThe sensors described at the beginning are, among other things, also used in so-called calorimetric flow monitors, as for example in the patent specification P2462911.6 or are shown in the application P2629051.7-52. All such known solutions for heat transport measurement assume that the differential temperature measurement required for this measuring principle also supports the application of two individual measuring pins, but at least a thermal separation of the two measuring systems an intermediate wall with high thermal resistance is necessary. This system separation is intended to prevent and this is very evident that a falsification of the reference temperature by heat transfer from the heated system occurs. This view consequently leads to the fact that two measuring pins have the same heat capacity be introduced into the flowing medium. A pen is also heated. To now a heat transfer to prevent at the location of the pin attachment on the measuring housing, the pins in a plastic part are smaller Thermal conductivity attached. This plastic part is

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seinerseits mit dem Meßgehäuse fest verbunden. Herstellungstechnisch ist dieses Vorgehen sehr aufwendig. Insbesondere die Bohrung von zwei stirnseitigen Löchern in dem Kunststoffteil des Meßgehäuses verbietet eine einfache Automatenfertigung. Durch die Anwendung von Kunststoff zur Systemtrennung ergeben sich zusätzlich thermische und mechanische Stabilitätsprobleme.in turn firmly connected to the measuring housing. In terms of production, this procedure is very complex. In particular, the drilling of two end holes in the plastic part of the measuring housing forbids a simple machine production. The use of plastic for system separation results in additional thermal and mechanical stability problems.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Lösung des aufgezeigten Problems anzugeben, die eine einfache mechanische Fertigung zuläßt, es erlaubt, sehr kleine Meßfühler zu bauen und die thermische und mechanische Stabilität gewährleistet .The object of the invention was therefore to provide a solution to the problem identified, which is a simple mechanical Manufacturing allows it to build very small sensors and ensures thermal and mechanical stability .

Die Lösung dieses Problems setzt die Überwindung eines Vorurteils voraus. Die Doppelstifttechnik geht still schweigend davon aus, daß das Meßsystem, bestehend aus zwei Temperaturfühlern und einem Heizelement, statisch arbeitet. Sie vernachlässigt daher die Ausbildung eines Temperaturgradienden im Strömungsfeld. Aus dieser Fehleinschätzung heraus werden auch großflächige Heizquellen, die weitgehend einen ganzen Meßstift von innen her ausfüllen, oder ganz aufheizen, angewendet. Die Lehre dieser Erfindung berücksichtigt jedoch den dynamischen Temperaturfluß. An dem stirnseitigen Ende des Meßstiftes wird ein eng begrenzter Raum aufgeheizt. Die sich in der Strömung ergebende Temperatur wird dicht an der Innen wandung im Heizbereich gemessen. Durch das in den Meßstift eingebrachte Gießharz kann natürlich eine Wärme leitung im Inneren des Meßstiftes bis zu seinem offenen Ende hin erfolgen. Der dynamische Strömungsprozeß bedingt jedoch auch hier die Ausbildung eines Temperaturgradienden. Zweifellos würde diese Temperaturänderung auch auf das in diesem Bereich an der Innenwandung an geordneten Temperaturmeßelement für die Mediumstem peratur durchgreifen. Nach der Lehre dieser Erfindung wird daher zwischen den beiden Meßelementen ein ther-^: mischer Kurzschluß durch zwischenfügen einer gut wärmeleitenden Metallscheibe eingefügt. Diese Metallscheibe ist so ausgebildet, daß sie einen guten WärmekontaktThe solution to this problem requires overcoming a prejudice. The double-pin technology tacitly assumes that the measuring system, consisting of two temperature sensors and a heating element, works statically. It therefore neglects the formation of a temperature gradient in the flow field. As a result of this misjudgment, large-area heating sources, which largely fill an entire measuring pin from the inside, or heat it up completely, are also used. However, the teaching of this invention takes into account the dynamic temperature flux. A narrowly limited space is heated at the front end of the measuring pin. The temperature resulting from the flow is measured close to the inner wall in the heating area. Due to the cast resin introduced into the measuring pin, heat can of course be conducted inside the measuring pin up to its open end. However, the dynamic flow process also requires the formation of a temperature gradient here. Undoubtedly, this temperature change would also affect the temperature measuring element for the medium temperature, which is arranged in this area on the inner wall. According to the teaching of this invention is therefore between the two measuring elements, a thermal ^Embed mixer short circuit by interposing a highly thermally conductive metal disc. This metal disk is designed so that it has good thermal contact

zur Stiftwandung aufweist. Durch Wahl der Scheibendicke ( ca. 2mm ) kann der störende Temperatureinfluß von der Stiftspitze her auf einen vernachlässigbar kleinen Betrag herabgesetzt werden. Es ist daher auch in einem einteiligen Stift eine exakte Messung der Differenztemperatur möglich. Eine gleichmäßige Reaktion des Systems wird dadurch erreicht, daß die Wärmekapazitäten der Heizseite und der Mediumstemperatur-Meßseite einander angenähert werden. Nach der Lehre dieser Erfindung kann dies dadurch erreicht werden, daß entweder der stirnseitige Temperaturfühler innerhalb des Meßstiftes zwischen Stiftwandung und Heizelement, z.B. innerhalb eines Metallplättchens verschoben wird, oder daß der Mediums Temperaturfühler von der Stiftwandung etwas abgerückt und ggf. in einen Metallzylinder gesetzt wird. Die exakten Dimensionierungen für diese Positionen hängen von den Abmessungen des Meßfühlers und insbesondere des Meßstiftes ab. Aufgrund dieser technischen Lehre ist es problemlos möglich, auch den Meßstift und das Meßgehäuse aus einem Teil zu fertigen. Wegen der rotationssymmetrischen Form ist eine einfache Automatenfertigung möglich. Durch den Wegfall von Kunststoffteilen wird die angestrebte thermische und mechanische Stabilität erreicht. Der thermische Kurzschluß dieser Meßanordnung kann auch dadurch erreicht werden, daß ein gut wärmeleitendes , in der Regel gefülltes Harz, in den Meßstift gegeben wird. Der innere Gradiendenverlauf ist dann nur von der Entfernung der beiden Temperaturmeßorte abhängig.has to the pin wall. By choosing the thickness of the pane (approx. 2mm), the disruptive influence of temperature can be avoided by the Pen tip can be reduced to a negligibly small amount. It is therefore also in a one-piece An exact measurement of the differential temperature is possible with a pen. This will result in an even response from the system achieves that the heat capacities of the heating side and the medium temperature measuring side approach each other will. According to the teaching of this invention, this can be achieved in that either the end face Temperature sensor inside the measuring pin between pin wall and heating element, e.g. inside a metal plate is moved, or that the medium temperature sensor moved away from the pin wall a little and if necessary placed in a metal cylinder. The exact dimensions for these positions depend on the dimensions of the probe and in particular of the measuring pin. Because of this technical teaching, it is problem-free possible to manufacture the measuring pin and the measuring housing from one part. Because of the rotationally symmetrical Form a simple machine production is possible. By eliminating plastic parts, the desired thermal and mechanical stability achieved. The thermal short circuit of this measuring arrangement can also can be achieved in that a highly thermally conductive, usually filled resin is placed in the measuring pin. The inner course of the gradient is then only dependent on the distance between the two temperature measurement locations.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in greater detail on the basis of an exemplary embodiment explained.

In den Meßstift (1) ist stirnseitig eine Aluminiumscheibe (2), die einen Temperaturfühler (3) enthält, eingepreßt. Die Aluminiumscheibe wird durch ein Heizelement (4) auf geheizt. Der freie Raum innerhalb des Meßstiftes (5) ist mit Gießharz aufgefüllt. In der Mitte des Stiftes ist eine weitere Aluminiumscheibe (6) eingepreßt. Sie weist einen Temperaturfühler (7) auf und besitzt eine Durch führung (8) für die Versorgungsleitungen. Der Stift ist mit einem Außengewinde (9) versehen.An aluminum disc (2) containing a temperature sensor (3) is pressed into the measuring pin (1) on the front side. The aluminum disc is heated up by a heating element (4). The free space within the measuring pin (5) is filled with resin. Another aluminum washer (6) is pressed into the middle of the pin. She knows a temperature sensor (7) and has a passage (8) for the supply lines. The pen is provided with an external thread (9).

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Eine andere Ausführung zeigt Bild 2 :Another version is shown in Figure 2:

Der Stift (1) ist fest mit dem Meßgehäuse (11) welches ein Außengewinde (12) aufweist, verbunden.Die Ausbildung des Meßsystems kann wie in Bild 1 durchgeführt werden oder auch so, daß der Vergleichsfühler für die Mediumstemperatur (7) in einen Teil des Meßgehäuses (13) an einer Stelle an gebracht ist, die noch Berührung mit dem Meßmedium hat (1¹O. Um die Bedingungen für die Gleichheit der Wärme kapazitäten des geheizten und ungeheizten Meßfühlers einzuhalten, ist an dem Meßort im Meßgehäuse (13) eine Reduzierung der Wandungsstärke vorgesehen und gleichzeitig eine Wärmeisolierung (15) gegenüber dem Meßgehäuse an gebracht. The pin (1) is firmly connected to the measuring housing (11) which has an external thread (12). The construction of the measuring system can be carried out as in Figure 1 or so that the comparison sensor for the medium temperature (7) is in one part of the measuring housing (13) is brought to a point that is still in contact with the measuring medium (1 ¹ O. To meet the conditions for the equality of heat capacities of the heated and unheated sensor, a Reduction of the wall thickness provided and at the same time brought a thermal insulation (15) against the measuring housing.

Nach Bild 3 ist das Heizsystem auch so aufgebaut, daß der flemperaturmeßfühler (16) stirnseitig,innerhalb des Meß Stiftes, in einer Aluminiumscheibe (17) eingebracht ist, die ihrerseits in den Durchlaß (18) einer Heizspule (19) mit einem Ansatz (21) gesteckt ist . Die so erzielte kompakte Bauweise gewährleistet eine sichere lokale aufheizung des Meßstiftes, bei guter Definierbarkeit der Wärmekapazität für die umströmte stirnseitige Meßregion des Meßstiftes.According to Figure 3, the heating system is also constructed in such a way that the flow temperature sensor (16) on the front side, within the measuring pin, is placed in an aluminum disc (17), which in turn is inserted into the passage (18) of a heating coil (19) is plugged with an approach (21). The compact design achieved in this way ensures safe local heating of the measuring pin, with good definability of the heat capacity for the frontal measuring region around which the flow is flowing of the measuring pin.

Claims

Dr. Eckart Hiss
Gerhardstrasse 4
2300 Kiel 1

Expectations

Sensor for the electrical detection of heat losses in a flowing medium, made of a metallic measuring housing that can be screwed into a wall, which has measuring pins protruding into the flow at the end, whose function is based on a differential temperature measurement, with one temperature measuring element measuring the medium temperature, the other element the Measures the temperature of the medium heated by an additional heat source and in which the measuring elements with the heat source are arranged within the measuring pins, characterized in that the measuring sensor has only one measuring pin.
2.

Measuring sensor according to Claim 1, characterized in that the measuring pin is metallically connected to the measuring housing.

Measuring sensor according to Claims 1 and 2, characterized in that the measuring pin and measuring housing have the same diameter.
4th

Measuring sensor according to Claims 1 to 3, characterized in that the measuring pin consists of stainless steel. 5.

Measuring sensor according to Claims 1 to 4, characterized in that that in the measuring pin from its open end a metal disc is fitted, which is about 30? the pen length lowered is and a hole for a temperature measuring element and a hole for the wire feed-through of the end face Has attached measuring elements.

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Measuring sensor according to Claims 1 to 5, characterized in that the free space of the measuring pin is filled with cast resin. 7th

Measuring sensor according to Claims 1 to 6, characterized in that the front side of the measuring pin has a metal disk which is pressed in flush.
8th.

Measuring sensor according to one or more of Claims 1 to 7, characterized in that the metal disk according to Claim 5 is designed in triplicate, in such a way that a thermal insulating layer is arranged between two metal disks.
9.

Measuring sensor according to one or more of Claims 1 to 8, characterized in that the measuring pin only has the heating element with temperature sensor, while the temperature sensor for the flow medium is placed in a part of the measuring housing.
10.

Measuring sensor according to one or more of Claims 1 to 9> characterized in that the metal disk according to claim 5 or 8 is characterized by a specific thermal conductivity equivalent layer of a filled resin is replaced.