PL202245B1 - Urządzenie do pomiaru temperatury czynnika przepływającego przez kanał - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do pomiaru temperatury czynnika przep lywaj acego przez kana l, zawie- rajace czujnik temperaturowy, znamienne tym, ze zawiera korpus (14) czujnika z kilkoma po- d luznymi odcinkami czujnikowymi (12), przy czym odcinki czujnikowe wchodz a w kana l (30), za s czujnik temperaturowy (15) jest umieszczo- ny na korpusie (14) czujnika i styka si e z nim termicznie. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru temperatury czynnika przepływającego przez kanał.

Może tutaj chodzić na przykład o urządzenie do pomiaru temperatury nagrzanego lub nagrzewanego powietrza, prowadzonego przez kanał. Istotne jest, aby w czynniku, ulegającym zawirowaniu, a zatem nie wykazują cym stał ego rozkł adu temperatur, mierzyć temperaturę , która w zasadzie nie podlega wpływom ani miejsc szczególnie gorących, ani miejsc szczególnie zimnych. W wielu bowiem przypadkach czynnik płynie przez kanał, mając na przekroju albo stały, albo zmienny profil temperaturowy. Przy umieszczaniu czujnika temperaturowego w kanale nie można dokładnie przewidzieć, czy nie wybrało się miejsca najmniej korzystnego z punktu widzenia pomiaru.

W ramach stanu techniki podejmowano częściowo próby otrzymania równomiernego względnie płaskiego pomiaru temperatury poprzez umieszczenie w kanale większej, a nawet dużej liczby czujników temperaturowych. Rozwiązanie to pociąga za sobą znaczne nakłady.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia do pomiaru temperatury czynnika w kanale, które to urządzenie z jednej strony umożliwi niezawodny pomiar temperatury, z drugiej zaś będzie wymagało jedynie ograniczonych nakładów w zakresie zastosowania czujników temperaturowych.

Urządzenie do pomiaru temperatury czynnika przepływającego przez kanał, zawierające czujnik temperaturowy, odznacza się według wynalazku tym, że zawiera korpus czujnika z kilkoma podłużnymi odcinkami czujnikowymi, przy czym odcinki czujnikowe wchodzą w kanał, zaś czujnik temperaturowy jest umieszczony na korpusie czujnika i styka się z nim termicznie.

Korzystnie odcinki czujnikowe sięgają przez cały przekrój kanału.

Korzystnie odcinki czujnikowe są proste i/lub równoległe, korzystnie znajdują się w jednakowym odstępie względem siebie, zwłaszcza biegną tylko w jednym kierunku.

Korzystnie odcinki czujnikowe mają kształt prętów, zwłaszcza o zaokrąglonym lub okrągłym przekroju.

Korzystnie odstęp odcinków czujnikowych względem siebie jest taki, że wolne przestrzenie pomiędzy dwoma sąsiednimi odcinkami czujnikowymi są w przybliżeniu rzędu wymiaru odcinków czujnikowych w kierunku poprzecznym do kierunku przepływu czynnika.

Korzystnie przekrój przepływu czynnika przez odcinki czujnikowe jest w przybliżeniu tak duży, jak czołowa powierzchnia odcinków czujnikowych w kanale.

Korzystnie wymiar odcinków czujnikowych w kierunku przepływu czynnika jest w przybliżeniu tak duży, jak w kierunku do niego poprzecznym.

Korzystnie korpus czujnika ma z jednej strony podstawę, z której wychodzą odcinki czujnikowe, przy czym korzystnie podstawa co najwyżej nieznacznie wchodzi w kanał.

Korzystnie odcinki czujnikowe są połączone w całość z podstawą, przy czym korzystnie cały korpus czujnika stanowi jeden element.

Korzystnie czujnik temperaturowy jest umieszczony na podstawie, korzystnie w przybliżeniu w ś rodku podstawy w odniesieniu do szerokoś ci kanał u wzglę dnie przekroju kanał u, przy czym zwłaszcza czujnik temperaturowy jest umieszczony na podstawie poza kanałem.

Korzystnie urządzenie, zwłaszcza podstawa, jest połączone z układem grzejnym, zawierającym zwłaszcza wymiennik ciepła, wchodzący w kanał.

Korzystnie korpus czujnika jest umieszczony w kierunku przepływu czynnika za układem grzejnym.

Korzystnie czujnik temperaturowy jest wbudowany w element grzejny, korzystnie w postaci elementu grubowarstwowego.

Według wynalazku urządzenie zawiera korpus czujnika z kilkoma podłużnymi odcinkami czujnikowymi. Odcinki czujnikowe wchodzą w kanał, przy czym mogą one rozciągać się w przybliżeniu lub całkowicie na całym kanale lub na jego całym przekroju. Czujnik temperaturowy do właściwego pomiaru temperatury i przetworzenia jej w wartość pomiarową jest umieszczony na korpusie czujnika. Układ ten jest zrealizowany z zachowaniem styku termicznego. W ten sposób zapewnia się, że czujnik temperaturowy mierzy i przekazuje dalej temperaturę korpusu czujnika z jak największą wiernością.

Odcinki czujnikowe, które mogą być rozmieszczone i zajmować co najmniej część przekroju kanału lub wchodzić w kanał, pozwalają na dokonywanie pomiaru temperatury na dużej powierzchni przekroju i przekazywanie jej dalej w drodze przewodnictwa cieplnego w korpusie czujnika z odcinkami czujnikowymi do czujnika temperaturowego. W ten sposób można osiągnąć swego rodzaju całoPL 202 245 B1 ściowy pomiar temperatury co najmniej na powierzchni przekroju kanału, a co za tym idzie, powierzchni przekroju płynącego czynnika, która jest pokryta przez odcinki czujnikowe.

Odcinki czujnikowe mogą przy tym być proste i/lub równoległe względem siebie. Korzystnie są one ustawione z zachowaniem jednakowego odstępu względem siebie. Ponadto odcinki czujnikowe mogą biec tylko w jednym kierunku, co jest korzystne zwłaszcza z punktu widzenia wytwarzania takich korpusów czujników względnie odcinków czujnikowych.

Zamiast odcinków czujnikowych, ustawionych w stałej odległości względem siebie, można w zależności od wybranego kanału lub przekroju kanału zastosować taki dobór odstępów odcinków czujnikowych, aby w miarę możliwości zachować stały profil przepływu czynnika w kanale, względnie by ten przekrój odpowiadał przekrojowi, jaki występowałby bez korpusu czujnika z odcinkami.

Alternatywnie względem biegnących tylko w jednym kierunku odcinków czujnikowych mogą one zawierać wzajemne połączenia poprzeczne. Połączenia te mogą przebiegać w zasadzie poprzecznie do wzdłużnego wymiaru odcinków, od jednego odcinka czujnikowego do drugiego, korzystnie następnego, odcinka czujnikowego. W ten sposób można utworzyć rodzaj kraty lub siatki. Szczególnie korzystne jest przy tym, jeżeli połączenia poprzeczne stanowią całość co najmniej z jednym odcinkiem czujnikowym, zwłaszcza ze wszystkimi odcinkami czujnikowymi.

Same odcinki czujnikowe mogą być wykonane na wiele różnych sposobów. Korzystne są, na przykład podłużne, palce w kształcie prętów. Ich przekrój może być zaokrąglony lub okrągły. Korzystnie przekrój jest w przybliżeniu stały wzdłuż całego wzdłużnego wymiaru odcinków czujnikowych. Zapewnia to po pierwsze w przybliżeniu jednakowy profil przepływu w kanale, a także stałe przewodzenie ciepła w odcinkach czujnikowych. Przekrój odcinków czujnikowych w kierunku przepływu czynnika może być większy niż w kierunku do niego poprzecznym. Oznacza to mniejszą powierzchnię oporu stawianego przepływającemu czynnikowi, zaś dzięki dłuższym bocznym powierzchniom zapewnia dobry odbiór ciepła względnie temperatury z płynącego czynnika.

Za pomocą odstępu odcinków czujnikowych można regulować opory przepływu, na jakie napotyka płynący czynnik. Korzystnie wolne przestrzenie pomiędzy dwoma sąsiednimi odcinkami czujnikowymi są w przybliżeniu rzędu wymiaru odcinków czujnikowych w kierunku poprzecznym do kierunku przepływu czynnika. Oznacza to, że cała powierzchnia przekroju kanału, przez którą przepływa czynnik, jest w przybliżeniu tak duża, jak powierzchnia oporu utworzona przez odcinki czujnikowe. Korzystnie można wówczas sprawić, że przekrój przepływu czynnika przez kanał względnie odcinki czujnikowe odpowiada w przybliżeniu całej czołowej powierzchni odcinków czujnikowych w kanale.

Celem utrzymania możliwie jednakowych profili przepływu w kanale odcinki czujnikowe są usytuowane we wspólnej powierzchni. Powierzchnia ta jest korzystnie poprzeczna do kierunku przepływu czynnika, w związku z czym nie odchyla go na bok kanału, chyba że byłoby to pożądane.

Szczególnie korzystnie powierzchnię stanowi płaszczyzna.

Szczególnie korzystne byłoby również dopasowanie powierzchni odcinków czujnikowych do profilu przepływu.

Korpus czujnika może mieć z jednej strony podstawę, z której wychodzą odcinki czujnikowe. Oznacza to, że korpus czujnika składa się z podstawy i wychodzących z niej odcinków czujnikowych. Sama podstawa może co najwyżej nieznacznie wchodzić w kanał. Po pierwsze nie powinna ona dodatkowo zmniejszać przekroju kanału. Po drugie lokalny przepływ czynnika obok podstawy oddziaływałby na temperaturę, której rozkład w korpusie czujnika jest w przybliżeniu równomierny, powodując tym samym fałszowanie pomiaru temperatury.

Aby osiągnąć jak najlepsze przewodzenie ciepła w odcinkach czujnikowych z podstawą, czyli wewnątrz korpusu czujnika, połączenie tych elementów jest korzystnie jednoczęściowe. Szczególnie korzystne jest wykonanie całego czujnika w postaci jednoczęściowej, co w miarę możliwości pozwala wyeliminować obszary przejściowe na warstwach granicznych lub na powierzchniach. Na materiał odcinków czujnikowych, korzystnie również materiał podstawy względnie całego korpusu czujnika, nadaje się metal o dobrym przewodnictwie cieplnym. Korzystne jest tutaj zwłaszcza aluminium lub miedź. Są one po pierwsze łatwe do przetwarzania, po drugie wykazują wyjątkowo dobre przewodnictwo cieplne. Korpusy czujników można wytwarzać na przykład za pomocą odlewania, wyciskania lub temu podobnych.

Czujnik temperaturowy może być umieszczony na podstawie. Korzystne jest przy tym zwłaszcza jego umieszczenie w przybliżeniu w środku podstawy w odniesieniu do szerokości kanału względnie przekroju kanału. Czujnik temperaturowy znajduje się wówczas w przybliżeniu w środku po4

PL 202 245 B1 wierzchni pomiędzy wszystkimi odcinkami czujnikowymi, które powodują właściwy transport ciepła z czynnika w kanale na podstawę czujnika.

Korzystne jest, jeżeli czujnik temperaturowy jest umieszczony poza kanałem. Można w ten sposób uniknąć przekłamań pomiaru wskutek lokalnych wzrostów temperatury czynnika w jednym miejscu kanału.

Możliwe jest zastosowanie opisanego powyżej urządzenia do pomiaru temperatury w kanale ze stałą ścianką. Korpus czujnika względnie całe urządzenie można zamocować na ściance lub wstawić w odpowiednie wycięcie. Zamocowanie jest wówczas proste do zrealizowania.

Ponadto, jeżeli czynnik płynący w kanale ma być celowo ogrzewany, można zastosować układ grzejny. Może on być połączony na zasadzie konstrukcji modułowych z urządzeniem, na przykład z podstawą czujnika. Trzeba wówczas jedynie zamocować na kanale jednostkę funkcyjną, która umożliwia jednoczesne nagrzewanie czynnika i pomiar jego temperatury. Układ grzejny może zawierać wymiennik ciepła. Wymiennik ten może być zbudowany podobnie do korpusu czujnika lub na zasadzie typowych wymienników ciepła. Alternatywnie względem układu grzejnego można zastosować chłodzenie czynnika w kanale. Realizuje się to analogicznie przy użyciu odpowiedniego urządzenia.

Korzystnie w opisanym powyżej module korpus czujnika, czyli urządzenie do pomiaru temperatury, jest umieszczony w kierunku przepływu czynnika za układem grzejnym. W ten sposób można mierzyć temperaturę czynnika po jego nagrzaniu i wartość tę wykorzystać jako punkt odniesienia do regulacji temperatury za pomocą układu grzejnego.

Z jednej strony moż liwe jest wykonanie czujnika temperaturowego jako elementu dyskretnego. Można zastosować czujniki temperaturowe, oparte na efekcie opornościowym. Alternatywnie czujnik temperaturowy może być wbudowany w element grzejny, na przykład element grubowarstwowy, i mocowany wraz z nim.

Celem uzyskania jak najtrwalszego połączenia o jak najlepszym przewodnictwie cieplnym czujnik temperaturowy można zamocować nierozłącznie na korpusie czujnika lub jego podstawie. Korzystne może być tutaj również zastosowanie odpowiednich past lub klejów, przewodzących ciepło.

Ogólnie rzecz biorąc, można stwierdzić, że rozmieszczony powierzchniowo, rozciągnięty korpus czujnika zapewnia powierzchniowy pomiar temperatury. Przewodzenie ciepła w odcinkach czujnikowych względnie w korpusie czujnika zapewnia w miarę możliwości równomierny rozkład temperatur wewnątrz korpusu czujnika dzięki wyrównaniu temperatury pomiędzy poszczególnymi elementami. W ten sposób w zasadzie w dowolnym miejscu korpusu czujnika moż na odczytywać temperaturę , która odpowiada temperaturze uśrednionej lub całościowej, reprezentującej przeciętną temperaturę całej powierzchni przekroju kanału. Szczególnie ciepłe lub szczególnie zimne miejsca wyrównują się pomiędzy sobą. Takie piki temperatury nie są jednakże zupełnie tracone przy pomiarze całkowitej temperatury, lecz odpowiednio do swego udziału, określonego niejako powierzchniowo za pomocą jednego lub więcej odcinków czujnikowych, wchodzą w temperaturę całkowitą. W szczególności można mierzyć przeciętną temperaturę czynnika. Wartość przeciętna może się odnosić do rozkładu czasowego i/lub miejscowego.

W przykł adzie wykonania wynalazku zaproponowano urzą dzenie do pomiaru temperatury czynnika przepływającego przez kanał. Urządzenie zawiera korpus czujnika z podstawą, z której wychodzą podłużne ramiona czujnikowe, przechodzące przez kanał na zasadzie kurtyny. Czujnik temperaturowy jest umieszczony na korpusie czujnika. Powierzchniowe rozmieszczenie ramion czujnikowych na przekroju kanału sprawia, że zachodzi swego rodzaju powierzchniowy, całościowy pomiar temperatury z jej uśrednieniem. Ta uśredniona temperatura jest odczytywana przez czujnik temperaturowy. Dzięki temu nawet wyjątkowo silne lokalne wahania temperatury czynnika nie powodują przekłamania wyniku całego pomiaru temperatury.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie z wymiennikiem ciepła oraz dwoma urządzeniami pomiarowymi w kanale, w widoku z góry, fig. 2 - ukł ad z fig. 1 w widoku z boku, oraz fig. 3 - ukł ad z fig. 1 w widoku z przodu, widziany w kierunku przepływu czynnika w kanale.

Na fig. 1 przedstawione jest schematycznie przykładowe urządzenie 11 według wynalazku do pomiaru temperatury przepływającego czynnika w kanale 30. Urządzenie 11 jest, w odniesieniu do kierunku przepływu czynnika ze strony lewej w prawą, umieszczone za układem grzejnym 20. Przed układem grzejnym umieszczone jest jeszcze jedno urządzenie 11', które w zasadzie odpowiada urządzeniu 11. Dzięki temu temperaturę czynnika w kanale 30 można mierzyć zarówno przed, jak też za

PL 202 245 B1 układem grzejnym 20. Pozwala to po pierwsze nastawiać żądaną temperaturę końcową czynnika. Ponadto na podstawie różnicy temperatur można wyznaczać zużytą energię.

Urządzenie 11 ma podłużne ramiona czujnikowe 12 w kształcie prętów o okrągłym przekroju. Wychodzą one z podstawy 13 i biegną równolegle oraz w jednakowej odległości względem siebie. Ramiona czujnikowe 12 i podstawa 13 tworzą korpus 14 czujnika. Jak widać zwłaszcza na fig. 2, podstawa 13 wchodzi w kanał 30 i jest wobec tego omywana przez czynnik u góry kanału. Możliwe jest również umieszczenie podstawy 13 poza kanałem 30 względnie na zewnątrz ścianki kanału.

Od zewnątrz poza kanałem 30 na podstawie 13 umieszczony jest czujnik temperaturowy 15. Może on być w nie przedstawiony sposób połączony z układem sterowania.

Ponadto widać, jak urządzenie 11 jest połączone odcinkiem łączącym 17 z układem grzejnym 20 względnie wymiennikiem ciepła 21 układu grzejnego. Korpus 14 czujnika względnie urządzenie 11 i wymiennik ciepła 21 względnie układ grzejny 20 stanowią dwa oddzielne elementy, zestawione ze sobą. Jest to o tyle korzystne, że łatwiej jest nimi manipulować, gdy stanowią one całość.

Alternatywnie do tej rozdzielnej konstrukcji w przypadku urządzenia 11' przed układem grzejnym 20 widać, że korpus 14 czujnika stanowi tutaj całość z wymiennikiem ciepła 21. Może to być korzystne zwłaszcza ze względów technologicznych.

Układ grzejny 20 ma na zewnętrznej stronie wymiennika ciepła 21 płaski grubowarstwowy układ grzejny 23. Tego typu grubowarstwowe układy grzejne są znane i nie wymagają tutaj bliższego objaśnienia. Za pomocą przyłącza 24 grubowarstwowy układ grzejny 23 względnie układ grzejny 20 jest połączony z układem sterowania. Konstrukcja wymiennika ciepła 21 z licznymi wystającymi ramionami czujnikowymi podobnie do zastosowanych w urządzeniu 11 i 11' jest również znana i nie wymaga tutaj bliższego objaśnienia.

Na fig. 3, ukazującej w widoku z góry urządzenie 11 względnie korpus 14 czujnika w kierunku przepływu czynnika, widać, że ramiona czujnikowe 12 zajmują około połowy przekroju kanału 30. W ten sposób, jak wspomniano uprzednio, zachowany jest po pierwsze wystarczająco duży przekrój przepływu czynnika. Po drugie zachodzi wystarczająco dobre i dokładne pokrycie powierzchni przekroju przez ramiona czujnikowe 12 dla przeprowadzenia opisanego wyżej, całościowego pomiaru temperatury.

W odmianie wynalazku możliwe jest również, jak wspomniano uprzednio, zastosowanie cieńszych i węższych ramion czujnikowych. Można także zastosować połączenia poprzeczne, aby uzyskać pokrycie na zasadzie siatki. Ponadto możliwe jest również, jak to ma miejsce przykładowo w chłodnicach samochodowych, zastosowanie falistego lub wężowatego kształtu ramion czujnikowych 12.

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do pomiaru temperatury czynnika przepływającego przez kanał, zawierające czujnik temperaturowy, znamienne tym, że zawiera korpus (14) czujnika z kilkoma podłużnymi odcinkami czujnikowymi (12), przy czym odcinki czujnikowe wchodzą w kanał (30), zaś czujnik temperaturowy (15) jest umieszczony na korpusie (14) czujnika i styka się z nim termicznie.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że odcinki czujnikowe (12) sięgają przez cały przekrój kanału (30).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że odcinki czujnikowe (12) są proste i/lub równoległe, korzystnie znajdują się w jednakowym odstępie względem siebie, zwłaszcza biegną tylko w jednym kierunku.
4. 4. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że odcinki czujnikowe (12) mają kształt prętów, zwłaszcza o zaokrąglonym lub okrągłym przekroju.
5. 5. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że odstęp odcinków czujnikowych (12) względem siebie jest taki, że wolne przestrzenie pomiędzy dwoma sąsiednimi odcinkami czujnikowymi (12) są w przybliżeniu rzędu wymiaru odcinków czujnikowych w kierunku poprzecznym do kierunku przepływu czynnika.
6. 6. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że przekrój przepływu czynnika przez odcinki czujnikowe (12) jest w przybliżeniu tak duży, jak czołowa powierzchnia odcinków czujnikowych w kanale (30).

   PL 202 245 B1
7. 7. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że wymiar odcinków czujnikowych (12) w kierunku przepływu czynnika jest w przybliżeniu tak duży, jak w kierunku do niego poprzecznym.
8. 8. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że korpus (14) czujnika ma z jednej strony podstawę (13), z której wychodzą odcinki czujnikowe (12), przy czym korzystnie podstawa (13) co najwyżej nieznacznie wchodzi w kanał (30).
9. 9. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że odcinki czujnikowe (12) są połączone w całość z podstawą (13), przy czym korzystnie cały korpus (14) czujnika stanowi jeden element.
10. 10. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że czujnik temperaturowy (15) jest umieszczony na podstawie (13), korzystnie w przybliżeniu w środku podstawy w odniesieniu do szerokości kanału względnie przekroju kanału, przy czym zwłaszcza czujnik temperaturowy (15) jest umieszczony na podstawie (13) poza kanałem (30).
11. 11. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że urządzenie (11), zwłaszcza podstawa (13), jest połączone z układem grzejnym (20), zawierającym zwłaszcza wymiennik ciepła (21), wchodzący w kanał (30).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że korpus (14) czujnika jest umieszczony w kierunku przepływu czynnika za układem grzejnym (20).
13. 13. Urządzenie według jednego z poprzednich zastrz., znamienne tym, że czujnik temperaturowy (15) jest wbudowany w element grzejny, korzystnie w postaci elementu grubowarstwowego (23).