PL212926B1

PL212926B1 - Temperature sensor

Info

Publication number: PL212926B1
Application number: PL385254A
Authority: PL
Inventors: Antoni Fila
Original assignee: Fila Antoni Polska Fabryka Wodomierzy I Cieplomierzy Fila
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2012-12-31
Also published as: PL385254A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik temperatury, stanowiący urządzenie dla pomiaru temperatury, zwłaszcza stanowiące wyposażenie ciepłomierza. Czujnik jest elementem systemu pomiaru strumienia ciepła w instalacjach grzewczych lub ciepłowniczych.The subject of the invention is a temperature sensor, which is a device for temperature measurement, in particular as an accessory of a heat meter. The sensor is an element of the heat flux measurement system in heating or district heating installations.

Dla wyznaczenia wielkości strumienia ciepła konieczny jest pomiar zmian temperatury płynu. Zmiany te mogą być mierzone co do wartości bezwzględnych lub wartości względnych, obrazujących jedynie wartość zmian temperatury płynu, bez pomiaru wartości bezwzględnych początkowych i końcowych temperatur mierzonych. W zależności od tego, który cel ma być realizowany, stosuje się czujniki wykrywające jedynie zmiany temperatury, lub czujniki mierzące chwilowe wartości temperatury, co pozwala na wyznaczanie jej zmian, a więc na określenie wartości strumienia ciepła.In order to determine the size of the heat flux, it is necessary to measure the fluid temperature changes. These changes can be measured as absolute values or relative values, representing only the value of the fluid temperature change, without measuring the absolute values of the initial and final measured temperatures. Depending on the target to be achieved, sensors detecting only temperature changes or sensors measuring instantaneous temperature values are used, which allows to determine its changes, and thus to determine the value of the heat flux.

W rozwiązaniach czujników, znanych ze stanu techniki, zwykle korpus czujnika stanowi element wydłużony, wewnątrz którego, na roboczym końcu, znajduje się element czuły na zmiany temperatury w postaci przetwornika. Tego rodzaju małogabarytowy przetwornik w szeregu rozwiązaniach stanowi rezystor termometryczny. Istotnym elementem tego rodzaju czujnika temperatury jest zewnętrzna osłona. W szeregu rozwiązaniach osłona wykonana jest z jednorodnego materiału o określonym stopniu przewodności. Jeżeli współczynnik przewodności materiału osłony jest niski, bezwładność pomiarowa takiego czujnika jest niska. Przy materiale osłony o wysokim współczynniku przewodności, pomiar może być zafałszowany wpływem temperatury korpusu obudowy, która może różnić się znacznie od temperatury medium podlegającego pomiarowi. Z tego względu, w szeregu rozwiązaniach wykorzystuje się osłony korpusu czujnika wykonane z dwóch rodzajów materiałów, z których jeden będący materiałem korpusu czujnika ma niski współczynnik przewodności cieplnej, zaś materiał o wysokim współczynniku przewodności cieplnej stanowi koniec roboczy czujnika temperatury i w tym roboczym końcu znajduje się element czuły, na przykład rezystor termometryczny.In the sensor solutions known from the prior art, usually the sensor body is an elongated element, inside which, at the working end, there is a temperature sensitive element in the form of a transducer. Such a small-sized transducer is a thermometric resistor in a number of solutions. An important element of this type of temperature sensor is the outer cover. In a number of solutions, the sheath is made of a homogeneous material with a specified degree of conductivity. If the conductivity of the sheath material is low, the measuring inertia of the sensor is low. With a sheath material with a high conductivity coefficient, the measurement may be distorted by the temperature of the housing body, which may differ significantly from the temperature of the medium being measured. For this reason, several solutions use sensor body covers made of two types of materials, one of which is the material of the sensor body has a low coefficient of thermal conductivity, and the material with a high coefficient of thermal conductivity is the working end of the temperature sensor and at this working end there is an element. sensitive, for example thermometric resistor.

Znany czujnik temperatury przedstawiono w opisie patentowym australijskim nr AU 1769470. Według tego znanego rozwiązania czujnik ma postać sztywnej rurki z nisko przewodzącego ciepło materiału, która stanowi usztywnienie korpusu czujnika. Korpus ma postać sondy i średnica tej rurki zwęża się w kierunku do roboczego końca czujnika. Ten roboczy koniec sondy czujnika stanowi końcówka wykonana z materiału o wysokiej przewodności cieplnej, wewnątrz której znajduje się element pomiarowy temperatury. Osłona korpusu czujnika połączona jest z czytnikiem wykrywanej temperatury. Jako materiał osłony według tego znanego rozwiązania stosuje się materiał termoplastyczny, zaś końcówka sondy wykonana może być z aluminium, z miedzi, ze złota lub ze srebra.A known temperature sensor is disclosed in Australian patent specification AU 1769470. According to this known solution, the sensor is in the form of a rigid tube made of low heat-conducting material, which stiffens the sensor body. The body is in the form of a probe and the diameter of the tube tapers towards the operative end of the sensor. This working end of the sensor probe is a tip made of a material with high thermal conductivity, inside which is a temperature sensing element. The cover of the sensor body is connected with the temperature sensor. The sheath material of this known solution is a thermoplastic material, and the probe tip can be made of aluminum, copper, gold or silver.

W innym znanym ze stanu techniki rozwiązaniu, pokazanym w opisie wzoru użytkowego nr DE 202004013722 przedstawiono termometr medyczny z czujnikiem pomiarowym, który umieszczany jest na skórze i który zawiera rezystor temperaturowy, którego oporność jest proporcjonalna do temperatury ciała. Grzewczy opornik dodatkowy jest dołączony do pomiarowego czujnika dla wstępnego ogrzania go do temperatury o wartości około 36,6°C.Another solution known from the state of the art, shown in the description of the utility model No. DE 202004013722, shows a medical thermometer with a measuring sensor which is placed on the skin and which contains a temperature resistor, the resistance of which is proportional to the body temperature. An additional heating resistor is connected to the measuring sensor to preheat it to a temperature of about 36.6 ° C.

Kolejne znane rozwiązanie przedstawiono w opisie patentowym nr KR2004006440. Według tego rozwiązania czujnik temperatury płyty grzewczej zostało zaprojektowane dla dokonywania pomiarów temperatury płyty grzewczej. Czujnik temperatury zawiera parę termopar, końcówkę, rurkę osłonową oraz rurkę zawierającą wewnątrz parę termopar. Termopary wykonane są z chromu i z niklu oraz posiadają biegun dodatni oraz biegun ujemny. Termopary zatopione są w tworzywie izolacyjnym. Końcówki termopar wystają na zewnątrz.Another known solution is presented in the patent description No. KR2004006440. According to this solution, the heating plate temperature sensor is designed to measure the temperature of the heating plate. The temperature sensor includes a pair of thermocouples, a tip, a sheath tube, and a tube containing a pair of thermocouples therein. Thermocouples are made of chrome and nickel and have a positive and negative pole. Thermocouples are embedded in an insulating material. The ends of the thermocouples protrude outward.

Inne znane rozwiązanie przedstawiono w opisie patentowym nr DE 1020050037 68. To znane rozwiązanie dotyczy urządzenia pomiarowego, gdzie w sąsiedztwie czujnika temperatury znajduje się zespół grzewczy. Czujnik razem z zespołem grzewczym są zanurzone w płynie, którego temperatura podlega pomiarowi. Czujnik znajduje się w korpusie i utrzymywany jest w pewnej odległości od zespołu grzewczego. Czujnik i zespół grzewczy zawierają przewody wyjściowe, które przebiegają częściowo w korpusie urządzenia. Rozwiązanie to stanowi także urządzenie dla określania temperatury wrzenia płynu, na przykład płynu hamulcowego podczas jego atestacji lub badań.Another known solution is presented in the patent specification No. DE 1020050037 68. This known solution relates to a measuring device in which a heating unit is located adjacent to the temperature sensor. The sensor together with the heating unit are immersed in the liquid, the temperature of which is measured. The sensor is located in the body and kept at a distance from the heating unit. The sensor and the heating unit include output leads which extend partially through the body of the device. This solution also provides a device for determining the boiling point of a fluid, for example a brake fluid, during its validation or testing.

Kolejne znane rozwiązania czujników temperatury przedstawiono w opisie niemieckiego wzoru użytkowego nr DE 8127650 oraz polskiego wzoru użytkowego nr Ru 44446 gdzie końcowy odcinek czujnika wyposażono w obwodowe rowki, zaś połączenie przewodu kablowego z pozostałymi elementami czujnika zrealizowano z użyciem opaski termokurczliwej.Other known solutions of temperature sensors are presented in the description of the German utility model no. DE 8127650 and the Polish utility model no. Ru 44446, where the end section of the sensor is equipped with circumferential grooves, and the connection of the cable wire with other sensor elements is made with the use of a heat-shrinkable band.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji czujnika temperatury, o zwiększonej szybkości reakcji na zmiany mierzonej temperatury i o zmniejszonej bezwładności działania.The aim of the invention is to develop a new design of the temperature sensor with an increased speed of response to changes in the measured temperature and with a reduced inertia of operation.

PL 212 926 B1PL 212 926 B1

Według wynalazku, czujnik temperatury, zawiera cylindryczny korpus, wewnątrz którego znajduje się końcówka przewodu kablowego. Przewody wyprowadzone są z kabla i połączone są z wyjściami przetwornika temperatury. Przetwornikiem temperatury może być znany rezystor termometryczny, lub inny rodzaj przetwornika. Przetwornik temperatury usytuowany jest w końcowym roboczym odcinku cylindrycznego korpusu czujnika. Ten końcowy roboczy odcinek korpusu czujnika ma wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego, zaś pozostała część korpusu czujnika ma niski współczynnik przewodnictwa cieplnego. Końcowy roboczy odcinek korpusu czujnika posiada wyprofilowane na powierzchni obwodowe pierścienie oraz pomiędzy tymi pierścieniami posiada obwodowe rowki. Na przewodzie kablowym oraz na korpusie czujnika znajduje się opaska łącząca korpus czujnika oraz przewód kablowy w jedną szczelną całość. Tę opaskę łączącą może w korzystnym wykonaniu stanowić koszulka termokurczliwa.According to the invention, the temperature sensor comprises a cylindrical body inside which a cable end is located. The cables are led out of the cable and connected to the temperature converter outputs. The temperature transducer may be a known thermometric resistor or some other type of transducer. The temperature transducer is located in the working end section of the cylindrical sensor body. This end operative section of the sensor body has a high thermal conductivity and the remainder of the sensor body has a low thermal conductivity. The final working section of the sensor body has circumferential rings profiled on the surface and circumferential grooves between these rings. On the cable conduit and on the sensor body there is a band connecting the sensor body and the cable conduit into one sealed unit. This connection band may, in a preferred embodiment, be a heat shrink tubing.

Czujnik temperatury według wynalazku charakteryzuje się tym, że na przewodzie kablowym, w obrębie korpusu czujnika, pod opaską łączącą, osadzona jest trwale dodatkowa tulejka zaciskowa o niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego.The temperature sensor according to the invention is characterized in that an additional clamping sleeve with a low thermal conductivity coefficient is permanently mounted on the cable conduit, within the sensor body, under the connecting band.

Tulejka zaciskowa w korzystnej wersji zawiera obwodowy występ, którego krawędź oparta jest na krańcowej obwodowej krawędzi korpusu czujnika.The compression sleeve in a preferred version comprises a circumferential projection, the edge of which rests on the extreme circumferential edge of the sensor body.

W górnej części korpusu czujnika wykonanej z materiału o małym współczynniku przewodnictwa cieplnego zastosowano na przewodzie kablowym tulejkę zaciskową o niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego, przez co zminimalizowano wymianę ciepła pomiędzy przetwornikiem, a otoczeniem. Dzięki temu rozwiązaniu, w otoczeniu elementu przetwarzającego uzyskano bardzo małą bezwładność termiczną, a więc szybką reakcję na zmieniającą się temperaturę medium podlegającego pomiarom temperatury. Tulejkę zaciskową wyposażono w dodatkowy obwodowy występ w postaci kołnierza, przez co zredukowano mostek cieplny na styku tulejki zaciskowej, krawędzi korpusu oraz opaski łączącej.In the upper part of the sensor body, made of a material with a low thermal conductivity coefficient, a collet with a low thermal conductivity coefficient is used on the cable conduit, which minimizes the heat exchange between the transmitter and the environment. Thanks to this solution, a very low thermal inertia was obtained in the vicinity of the processing element, and thus a quick response to the changing temperature of the medium subject to temperature measurements. The compression sleeve is equipped with an additional peripheral projection in the form of a flange, which reduces the thermal bridge at the contact point of the compression sleeve, the body edge and the connecting band.

Przedmiot wynalazku pokazany został w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym przedstawiono:The subject of the invention has been shown in the exemplary embodiments in the attached drawing, which shows:

Fig. 1 - czujnik temperatury z kołnierzem w widoku z boku,Fig. 1 - A temperature sensor with a flange in a side view,

Fig. 2 - czujnik temperatury według fig. 1 w przekroju wzdłużnym,Fig. 2 - the temperature sensor according to Fig. 1 in longitudinal section,

Fig. 3 - czujnik temperatury z gwintem zewnętrznym,Fig. 3 - temperature sensor with external thread,

Fig. 4 - czujnik temperatury według fig. 3 w przekroju wzdłużnym.Fig. 4 is a longitudinal sectional view of the temperature sensor of Fig. 3.

Jak to pokazano na załączonych rysunkach fig. 1, fig. 2, fig. 3 oraz fig. 4, czujnik temperatury ma postać wydłużonej sondy i stanowi cylindryczny korpus 1, wewnątrz którego znajduje się końcówka przewodu kablowego 2. Przewody 3 wyprowadzone są z przewodu kablowego 2 i połączone są z wyjściami przetwornika temperatury 4. Przetwornikiem temperatury 4 w tym przykładzie wykonania jest rezystor termometryczny. Nie wyklucza się użycia w tym celu innego rodzaju zamontowanego na płytce montażowej lub napawanego na tę płytkę, przetwornika w innych przykładach wykonania czujnika według wynalazku. Przetwornik temperatury 4 usytuowany jest w końcowym roboczym odcinku 5 cylindrycznego korpusu 1 czujnika. Ten końcowy roboczy odcinek 5 korpusu 1 czujnika ma wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego i w tym przykładzie wykonania został uformowany z metalu.As shown in the accompanying figures Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4, the temperature sensor has the form of an elongated probe and is a cylindrical body 1 inside which is the end of the cable wire 2. The wires 3 are led out of the cable wire. 2 and are connected to the outputs of the temperature transducer 4. The temperature transducer 4 in this embodiment is a thermometric resistor. For this purpose, it is not excluded to use a different type of transducer mounted on or welded onto a mounting plate in other embodiments of the sensor according to the invention. The temperature transducer 4 is located in the working end section 5 of the cylindrical body 1 of the sensor. This end operating section 5 of the sensor body 1 has a high thermal conductivity and in this embodiment has been formed of metal.

Pozostała część korpusu 1 czujnika ma niski współczynnik przewodnictwa cieplnego i jest uformowana z tworzywa sztucznego.The remainder of the sensor body 1 has a low thermal conductivity and is molded from plastic.

Jak to pokazano na załączonych rysunkach fig. 1, fig. 2, fig. 3 oraz fig. 4, końcowy roboczy odcinek 5 korpusu czujnika posiada wyprofilowane na powierzchni obwodowe pierścienie 6 oraz obwodowe rowki 7. Na załączonych rysunkach pokazano przykłady wykonania gdzie na końcowym odcinku korpusu czujnika uformowano trzy pierścienie 6 i dwa rowki 7. W innych przykładach wykonania liczba pierścieni i rowków może być inna.As shown in the attached drawings Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4, the service end section 5 of the sensor body has circumferential rings 6 and circumferential grooves profiled on its surface. The attached drawings show examples of embodiments where the end section of the sensor body, three rings 6 and two grooves 7 are formed. In other embodiments, the number of rings and grooves may be different.

Na przewodzie kablowym 2, w obrębie korpusu 1 czujnika, osadzona jest trwale tulejka zaciskowa 8 z kołnierzem. Tulejka 8 wykonana jest z tworzywa o niskim współczynniku przewodnictwa cieplnego.A collet 8 with a collar is permanently mounted on the cable conduit 2 within the sensor body 1. The sleeve 8 is made of a material with a low coefficient of thermal conductivity.

Tulejka zaciskowa 8 zawiera korzystnie obwodowy występ 9, którego krawędź oparta jest na krańcowej obwodowej krawędzi 10 korpusu 1 czujnika.The collet 8 preferably comprises a circumferential projection 9, the edge of which rests on the extreme circumferential edge 10 of the sensor body 1.

Na przewodzie kablowym 2, na tulejce zaciskowej 8 oraz na skrajnej części powierzchni korpusu 1 czujnika znajduje się opaska 11 łącząca tulejkę zaciskową 8, korpus 1 czujnika oraz przewód kablowy 2 w jedną szczelną całość. Tę opaskę łączącą 11 w przykładzie wykonania pokazanym na załączonym rysunku stanowi koszulka z tworzywa termokurczliwego.On the cable conduit 2, on the compression sleeve 8 and on the extreme part of the surface of the sensor body 1 there is a band 11 connecting the compression sleeve 8, the sensor body 1 and the cable conduit 2 into one sealed unit. This connecting band 11 in the embodiment shown in the accompanying drawing is a heat shrink tubing.

PL 212 926 B1PL 212 926 B1

W przykładzie wykonania pokazanym na rysunkach fig. 1 oraz fig. 2, korpus czujnika wyposażony jest w obwodowy kołnierz 12 mocujący czujnik w korpusie urządzenia przepływu płynu, którego temperatura podlega pomiarowi. Na rysunkach fig. 3 oraz fig. 4 pokazano inny przykład wykonania czujnika według wynalazku, gdzie korpus czujnika posiada zewnętrzny gwint 13, zaś obwodowy kołnierz ma postać nakrętki 14. W tej wersji wykonania czujnik przeznaczony jest do wkręcania w gwintowany otwór w korpusie urządzenia przepływu płynu.In the embodiment shown in Figures 1 and 2, the sensor body is provided with a peripheral collar 12 for securing the sensor to the body of the fluid flow device whose temperature is to be measured. Figures 3 and 4 show another embodiment of the sensor according to the invention, where the sensor body has an outer thread 13 and the circumferential flange is a nut 14. In this embodiment, the sensor is designed to be screwed into a threaded hole in the body of the fluid flow device. .

Claims

A temperature sensor comprising a cylindrical body inside which there is a cable conduit the leads of which connect to the outputs of the temperature transducer, said temperature transducer being located in a service end section of the cylindrical sensor body, where this end operative section of the sensor body has a high coefficient. of thermal conductivity, while the remaining part of the sensor body has a low coefficient of thermal conductivity, the end working section of the sensor body has circumferential rings profiled on the surface and circumferential grooves between these rings, and on the sensor body there is a connecting band in the form of a heat-shrinkable sleeve, characterized by that a collet (8) with a low coefficient of thermal conductivity is permanently mounted on the cable conduit (2) within the body (1) of the sensor.

2. The sensor according to claim The collet as claimed in claim 1, characterized in that the collet (8) comprises a circumferential protrusion (9) based on an extreme circumferential edge (10) of the sensor body (1).