WO2011157471A1 - Apparatus for detecting a temperature of a fluid medium - Google Patents

Apparatus for detecting a temperature of a fluid medium Download PDF

Info

Publication number
WO2011157471A1
WO2011157471A1 PCT/EP2011/056671 EP2011056671W WO2011157471A1 WO 2011157471 A1 WO2011157471 A1 WO 2011157471A1 EP 2011056671 W EP2011056671 W EP 2011056671W WO 2011157471 A1 WO2011157471 A1 WO 2011157471A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
temperature
measuring head
sensor element
fluid medium
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/056671
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johannes Schmid
Michael Piwonski
Hasan Sert
Florian Mueller
Hartmut Stetter
Arno Clauss
Marc Rosenland
Ulrich Gralka
Lothar Diehl
Sascha Klett
Markus Linck
Marc Brueck
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2011157471A1 publication Critical patent/WO2011157471A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/16Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
    • G01K1/18Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element for reducing thermal inertia
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow

Definitions

  • Temperature is an important parameter in numerous technical applications and processes which have to be detected by means of corresponding devices.
  • the temperature plays an important role in a control and / or regulation in process engineering, component protection or similar applications.
  • resistance temperature sensors or other types of temperature sensors can also be used.
  • thermocouples for example by means of thermocouples, a suitable for over 100 years
  • Temperature sensor used which are usually configured as a rod-shaped sensor and are brought into contact with the fluid medium. Through various mechanisms of heat transfer (for example, convection, heat conduction, or radiation) the sensor thermal energy is supplied to and / or dissipated by this, whereby the sensor has a temperature similar to the
  • Fluid temperature assumes. Inside the probe is usually placed a sensor, For example, a thermocouple, a resistor with negative
  • NTC Temperature coefficient
  • PTC positive temperature coefficient
  • thermophysical properties of an electrical signal associated with the temperature This is further processed in a connected electronics.
  • the temperature sensor has a fixation, by means of which the sensor can be introduced vertically into a housing of a flow tube. Furthermore, the sensor has a sensor head with a plurality of
  • an apparatus for detecting a temperature of a fluid medium which addresses the challenges described above and in particular an improved accuracy with respect to the
  • the fluid medium can rest or flow.
  • the device is designed to detect a temperature of the fluid medium, for example a liquid or a gas, in particular an exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the device comprises at least one temperature sensor which is adapted to be introduced into the fluid medium.
  • the temperature sensor for example, at least one
  • Fastening device for attachment in a tube wall of a flow tube of the fluid medium. This may be, for example, one or more threads, by means of which the temperature sensor or a part of the Temperature sensor can be screwed into the pipe wall.
  • Fastening device is preferably designed such that the attachment of the temperature sensor in the pipe wall is media-tight and / or pressure-tight.
  • the introduction can preferably be made such that the temperature sensor in
  • Substantially perpendicular to the pipe wall is introduced into the same, so with a deviation of preferably less than 20 °, in particular less than 10 ° and particularly preferably less than 5 ° to the pipe wall, for example, to an axis of the flow tube.
  • the temperature sensor may be configured, for example, as a measuring finger, which projects completely or partially into the flow of the fluid medium.
  • Temperature sensor has a sensor body and a in the fluid medium
  • the sensor body may be designed to be substantially cylindrical and into the measuring head ends, or the measuring head may be applied to the sensor body at the end facing the fluid medium.
  • At least one sensor element for detecting a temperature of the fluid medium is received in the measuring head.
  • the sensor element can be, for example, one or more of the temperature sensors described above, for example an electrical sensor element, for example a
  • Temperature measuring resistor a resistor with a negative temperature coefficient, a resistor with a positive temperature coefficient, a thermocouple
  • a plurality of sensor elements may also be accommodated, for example a plurality of sensor elements in the measuring head and / or also at other locations within the device.
  • further sensor elements can be accommodated, for example one or more sensor elements for detecting a pressure of the fluid medium.
  • Various configurations are possible.
  • the sensor element is received in the measuring head in such a way that it is at least largely decoupled thermally from the sensor body. This means that the heat transfer from the sensor element to the sensor body should be lower than within a same transmission path within the sensor body itself. Furthermore, the heat transfer from the sensor element to the sensor body can be configured such that it is less than a heat transfer from the sensor body
  • a heat transfer in one direction or in the reverse direction or bidirectional to understand.
  • the at least substantial thermal decoupling can be configured such that a
  • the thermal decoupling of the sensor element from the sensor body can be done in various ways.
  • at least one insulating element arranged between the sensor element and the sensor body can be provided.
  • This insulating element can be designed in one piece or also in several parts and is designed to suppress a heat transfer between the sensor element and the sensor body.
  • the suppression can be configured by at least a factor of 2, preferably by at least a factor of 10 or even by at least a factor of 100, compared with a configuration without such an insulation element.
  • the insulation element may comprise, for example, an element with low thermal conductivity, in particular an insulation layer and / or an insulation sleeve.
  • the insulation element may also comprise one or more gaps, which may be filled with a gas (gas gap), for example an air gap and / or a gap filled with an inert gas.
  • the measuring head may be at least partially surrounded by a thermally conductive protective sleeve.
  • a protective sleeve is an element to understand that in the
  • the protective sleeve can be made for example of a thermally conductive material.
  • this may be a plastic material and / or a metallic material.
  • the protective sleeve can in particular be made thin-walled, for example with a wall thickness of less than 1 mm.
  • the wall thickness may be less than a wall thickness of a jacket of the sensor body.
  • thermally conductive materials for example, metals, in particular metal sheets, can be used, or even thermally conductive
  • Plastics such as plastics, for improving the thermal conductivity with a thermally conductive filler such as a metallic filler and / or a ceramic filler are filled.
  • a thermally conductive filler such as a metallic filler and / or a ceramic filler
  • unfolded plastics can also be used in principle, in particular if the wall thickness of the protective sleeve is made as small as possible.
  • the measuring head can in particular compared to the sensor body a smaller
  • Diameter for example, perpendicular to an axis of the temperature sensor to understand. If a non-round design is provided, then takes the place of the actual diameter, a dimension which the extension in lateral
  • Direction for example, perpendicular to the axis of the temperature sensor, characterized.
  • this may be a characteristic edge length, a diagonal or the like.
  • a shoulder may occur in which the diameter of the temperature sensor is reduced.
  • Other embodiments are possible. In this way, the thermal coupling between the sensor element and the surrounding fluid medium can be further increased.
  • the measuring head can be configured at least largely gap-free. This may mean, for example, that no gaps with a gap width of more than 500 ⁇ m, preferably no gaps of more than 100 ⁇ m, occur in this radial direction.
  • This gap-free configuration can be configured for example by a positive connection and / or by a material connection in the region of the measuring head.
  • the sensor element may be incorporated in a form-fitting manner in further elements of the measuring head, for example in a form-fitting manner in the protective sleeve and / or in a form-fitting manner in a coupling element to be described in more detail below.
  • This positive connection can be effected, for example, with the aid of a melt bead, via which the sensor element is introduced substantially without gaps into the measuring head, for example into the coupling element and / or into the protective sleeve.
  • a positive insertion can also take place, for example by a
  • the coupling element and / or the sensor element can be accommodated in the measuring head by a form fit, for example by a press fit in the protective sleeve and / or by a Positive fit and / or by at least one filler material (for example, a thermal paste and / or a liquid, for example, a liquid metal).
  • a form fit for example by a press fit in the protective sleeve and / or by a Positive fit and / or by at least one filler material (for example, a thermal paste and / or a liquid, for example, a liquid metal).
  • the sensor element can in particular be accommodated at least partially in at least one coupling element, wherein the
  • Coupling element may be configured to heat exchange between the sensor element and the fluid medium (which may include both transmission directions) compared to a heat exchange between the
  • Sensor element and the sensor body to favor. This can for example be done by a coupling element with a particularly high thermal
  • Conductivity is used at least in the radial direction, ie in the direction of immediate exchange with the fluid medium.
  • the coupling element may for example be designed as a sleeve or comprise a sleeve.
  • Coupling element may be configured in particular thermally decoupled from the sensor body, for example, the at least one optional, above-described insulation element and / or another type of insulation element of the described embodiments may be used.
  • the coupling element can also be separated from the sensor body by at least one gas gap, for example an air gap, and / or by one or more thermally insulating material layers.
  • the coupling element may comprise a material having one or more of the following properties: a material having a density less than the average density of the materials of the sensor body in an area of the sensor body adjacent to the measuring head; a material with a lower specific heat capacity than the average specific heat capacity of the materials of the sensor body in an area adjacent to the sensor head
  • the coupling element may in particular be selected from one or more of the following coupling elements: one the sensor element at least partially
  • a ceramic material in particular a ceramic material with high thermal conductivity and / or high thermal diffusivity
  • a sleeve at least partially surrounding the sensor element made of a plastic material in particular a plastic material with high thermal conductivity
  • a sleeve at least partially surrounding the sensor element made of a metallic material such as an iron material, an aluminum material or a copper material
  • Sensor element at least partially enclosing the melted bead, in particular a melted bead of a plastic material and / or a melted bead of a metallic material and / or a melted bead of a glass material (wherein the melted bead in all cases can also be part of the sensor element itself); a filling material in a space between the melted bead, in particular a melted bead of a plastic material and / or a melted bead of a metallic material and / or a melted bead of a glass material (wherein the melted bead in all cases can also be part of the sensor element itself); a filling material in a space between the
  • the surface facing the fluid medium for example a flow of the fluid medium, can have at least one turbulator element.
  • a turbulator element is to be understood as meaning an element which is set up in order to be introduced into a flow of the fluid medium
  • Temperature sensor an envelope from a laminar flow to a turbulent one
  • the turbulator element may comprise a microstructure which comprises a plurality of structural elements, that is, elevations or depressions in the surface.
  • the structural depth of the structural elements that is to say a maximum elevation or minimum depression of the structural elements, can not be 50 ⁇ m exceed, more preferably 10 ⁇ .
  • Structural elements may in particular be 0.5 to 5 ⁇ m, preferably 1 to 2 ⁇ m.
  • the turbulator element may be configured in various ways to provide a turbulent flow and / or an early transition from a laminar flow
  • the turbulator element may be selected from: elevations, wherein at least one of the elevations is impinged by the fluid medium in such a way that the elevation acts as a turbulator element; Wells, wherein at least one of the wells is flowed by the fluid medium in such a way that the depression acts as a turbulator element.
  • the turbulator element may for example be selected from: a wire, in particular a tripwire, preferably a
  • Wire basket with multiple tripping wires which can for example completely or partially enclose the measuring head; a needle, in particular a conical (blunt or pointed) or rounded tapered needle, in particular a plurality of needle-shaped or pointed elevations; a wedge-shaped
  • elongated elevation that is a survey with a sharp, extending into the fluid medium into the edge, which is overflowed by the fluid medium, in particular a plurality of substantially axially parallel aligned wedge-shaped elevations; an elongated recess, in particular a groove or groove with a rounded and / or angular profile; a point-shaped elevation, in particular a survey with a round or angular cross-section, in particular a plurality of punctiform elevations; a punctiform depression, in particular a depression with a round or angular cross-section, in particular a plurality of punctiform depressions or a golf ball pattern; a grid with several intersecting elevations; a grid having a plurality of intersecting recesses; a honeycomb pattern; a knurl, in particular a knurl with paraxial grooves, a right knurl, a left knurl, a left-right knurl or a cross knurl; a
  • the turbulator element may comprise a grid having at least two, preferably a plurality of, mutually crossing elongated structural elements.
  • a first type of structural elements may be provided, which in one direction
  • the measuring head may in particular have a substantially rounded shape. Alternatively or additionally, however, the measuring head can also have a
  • the turbulator element can be arranged, for example, in the region of the rounding off. It can in particular a plurality of several
  • Turbulator elements may be arranged with a symmetry to an axis of the temperature sensor. For example, this may be an N-count
  • Rotational symmetry act around the axis of the temperature sensor.
  • Turbulator element may be configured in particular as an interrupted turbulator element and comprise a plurality of structural elements.
  • the structural elements can in particular be arranged such that the inflowing fluid medium experiences a repeated stall at the structural elements.
  • FIGS. 2A to 2C show flow conditions and thermal conditions above a surface overflowed by a fluid medium
  • Figure 3 shows various mechanisms of heat exchange in the range of a temperature sensor
  • FIGS. 5A to 5H different embodiments of a measuring head of a
  • FIG. 7 shows a typical structure of a measuring head of a temperature sensor with a sensor element
  • FIGS. 8A and 8B show different views of a device according to the invention
  • Figures 9 and 10 further embodiments of an inventive
  • the fluid medium can be, for example, a gas which flows through a flow tube 112 according to FIG.
  • this may be an exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the reference number 116 indicates the direction of flow of the fluid medium, that is to say the direction of the flow and / or the direction of the main mass transport on fluid medium through the flow tube 112.
  • FIG. 1 shows once an angled temperature sensor 114 which is currently being installed in the flow tube 112 (left temperature sensor 114 in FIG. 1) and a temperature sensor 114 (right
  • the temperature sensors 114 are usually rod-shaped, as shown in FIG. 1, and are brought into contact, for example, with the fluid medium in the manners illustrated in FIG. Through various mechanisms of heat transfer, such as convection and / or heat conduction and / or radiation, the temperature sensor 114 is supplied with energy or energy dissipated by this, whereby it assumes a temperature similar to the fluid temperature.
  • a sensor element is arranged (not visible in Figure 1), in which it is for example a thermocouple, a NTC (negative temperature coefficient resistor), a PTC (positive temperature coefficient resistor), a common thermal resistor, or a similar sensor element, which sensor element can produce a temperature associated signal, such as an electrical signal, due to its thermophysical properties.
  • thermosensor 114 This is preferably further processed in an optionally connected electronics, which is not shown in Figure 1 and which may also be part of the device 110 or which may also be configured as external electronics.
  • the installation possibilities of the temperature sensors 114 shown in FIG. 1 are used, for example, in plant construction. The plants are usually operated in quasi-stationary operating conditions, and the temperatures hardly change, and if changes should occur, they take place relatively slowly.
  • the measurement of the temperature of exhaust gases for example from thermal piston or turbomachinery, for example, for reasons of component protection usually very high demands on the measurement and thus also on the temperature sensor 114.
  • Temperature sensor 114 for example for use in motor vehicle technology, usually consist of a high measuring accuracy, that is to say a low one
  • Deviation between the actual fluid temperature and temperature indicated by the temperature sensor 114 and high dynamics.
  • High dynamics in this context means the possibility of rapid changes in the gas temperature with the temperature sensor 114 with the least possible delay and higher
  • Temperature sensor 114 the accuracy and the dynamics can be increased according to the invention. This is to be shown in the context of the following
  • inventive devices 110 and temperature sensor 114 will be explained.
  • exhaust systems due to the high temperatures, there is usually an increased energy exchange through convection and radiation between the exhaust gas
  • FIG. 3 schematically shows the installation situation of a temperature sensor 114 and the occurring energy flows. Shown here is an embodiment of a temperature sensor 114, which has a on a passage 120 with fixation 122, for example, a screw, preferably with sealing effect, performed by a tube wall 118 of a flow tube 112 sensor body 124.
  • the sensor body 124 is oriented substantially perpendicular to a tube axis 126 of the flow tube and / or substantially perpendicular to the tube wall 118.
  • the sensor body 124 opens into a rounded measuring head 128, which in this embodiment connects seamlessly to the sensor body 124 and is integrally formed therewith.
  • the measuring head 128 is configured offset from the sensor body 124.
  • a sensor element 130 is recorded for detecting the temperature of the fluid. The sensor element is shown in an enlarged view in FIG.
  • Wall temperature is usually lower than the exhaust gas temperature, heat is transported by conduction in the axial direction of the temperature sensor 114. There is also at best a radiation heat exchange between the hotter lateral surface of the
  • Temperature sensor and the colder inner wall of the flow tube 112 instead (see a) in Figure 3).
  • the environmental portion of the temperature sensor 114 typically undergoes convective cooling by the lower ambient temperature, as well as heat input by radiation exchange with the hotter outer wall of the flow tube 112 (see b) in FIG. 3). Possibly carry further, external
  • Radiation sources e.g., hot surfaces of an exhaust turbocharger, catalyst or the like
  • energy see c) in Figure 3
  • By heat conduction continues to be an energy transport in the direction of an axis 138 of the temperature sensor 114 toward the cable outlet instead.
  • Sensor body 124 of the temperature sensor 114 which may also be configured as a shaft, in the direction of the position of the sensor element 130 after. There is also radiation heat exchange between the colder surface of the temperature sensor and the now hotter inner wall of the exhaust pipe instead. The protruding into the environment part of the temperature sensor 114 continues to experience a convective cooling by the lower ambient temperature and a supply of heat through
  • additional external radiation sources for example, hot surfaces of exhaust gas turbochargers, catalysts or the like
  • FIG. 4 schematically shows the energy flows in the region of the sensitive tip of the temperature sensor 114.
  • the actual sensor element 130 experiences a supply and / or dissipation of heat, which are influenced by the ambient conditions and the constructive connection of the sensor element 130 to the temperature sensor 114.
  • the incoming and outgoing energy flows are in equilibrium, and the sensor element 130 maintains a constant temperature. This usually corresponds to the temperature determined by an evaluation of the device 110. However, it is not identical to the gas temperature, which causes a system-related measurement error.
  • Energy transport of the ideally thermally decoupled from the sensor body 124 tip or the measuring head 128 of the temperature sensor 114 carries among other things a
  • the constructive design of the temperature sensor can afford the following contributions.
  • An insulating for example, a layer of material with less
  • Temperature sensor 114 in particular of the measuring head 128, and / or an improvement of the energy transport in the solid of the temperature sensor 114, in particular of the measuring head 128, for example by:
  • Boundary layer by using one or more Turbulator elements on the temperature sensor 114, in particular the measuring head 128th
  • the measures to influence the boundary layer according to C2) usually aim at two effects.
  • the envelope should turn into a turbulent boundary layer as early as possible, i. done after a short run length.
  • turbulator elements which are shown by way of example in Figures 5A to 5H and 6A to 6G and designated there by the reference numeral 144.
  • These turbulator elements 144 are respectively applied to the surface 142 of the measuring head 128 and incorporated therein and comprise various types of structural elements 146, ie elevations of the
  • FIG. 5A shows a turbulator element 144 in the form of a wire basket with tripping wires
  • FIG. 5B shows an embodiment of a turbulator element 144 in the form of protruding ribs with an additional wire basket over the rounding of the measuring head 128,
  • FIG. 5C 5D shows an exemplary embodiment with elevations which run in the form of sharp edges parallel to the axis 138 of the temperature sensor 114 and act as "trip hazards”
  • FIG. 5E shows an embodiment with demarcation edges through an angular shape of the measuring head 128,
  • FIG. 5F shows an exemplary embodiment with grooves with a round cross section or an angular cross section in an otherwise rounded measuring head 128,
  • FIG. 5G shows an exemplary embodiment with punctiform, circular depressions (golf ball pattern) in an otherwise rounded measuring head 128, and
  • FIG. 5H shows exemplary embodiment with punctiform, circular depressions (golf ball pattern) in an otherwise rounded measuring head 128, and
  • Embodiment with a grid of crossed grooves which may for example be configured as "negative" of the wire basket according to FIG 5A.
  • the structural elements 146 of the turbulator element 144 may also include, for example, diamonds, needles, pyramids, other types of tear-off edges, or generally polygonal shapes.
  • the measures with the at least one turbulator element 144 can be
  • the envelope should turn into a turbulent boundary layer as early as possible, i. done after a short run length. Serve this purpose
  • Turbulator elements 144 which may include, for example, small obstacles, depressions, surface roughness or the like.
  • the Turbulator elements 144 which may include, for example, small obstacles, depressions, surface roughness or the like.
  • Boundary layer structure as possible constantly new, since the heat transfer is particularly high. This is interrupted, for example, by appropriately Ridges, needles or other forms reached, each representing a new flow of a separate body with a corresponding boundary layer structure.
  • FIG. 2A shows the formation of a fluid-dynamic boundary layer when a surface 142 flows over in the form of a flat plate.
  • the fluid adheres to the solid wall.
  • the flow rate increases continuously to the value in the free flow. It forms a laminar boundary layer 150, which increases with increasing run length.
  • this laminar boundary layer 150 there is a
  • a laminar lower layer 154 forms, which is, however, substantially thinner than the previous laminar boundary layer.
  • the fluid-dynamic boundary layer thickness is denoted by ⁇ in FIG. 2B, whereas the thermal boundary layer thickness in FIG. 2C is designated by ⁇ ⁇ .
  • the core flow is designated by the reference numeral 156. The thicker the boundary layer grows, the smaller the transferable heat flow. With the transition into a turbulent boundary layer, an increase in the transferred heat flux sets in, since the laminar underlayer is thinner than the laminar boundary layer and because the turbulent fluctuation rates constantly convey fluid medium at a higher temperature into the vicinity of the wall.
  • the heat transfer is designed to be particularly high.
  • the temperature sensors 114 are preferably used such that the flow direction 116 of the fluid medium extends transversely to at least one edge of a turbulator element 144. This is given in all of the embodiments shown in Figures 5A to 5H.
  • the turbulator elements 144 as known from US 2007/0195857 AI, additionally increase the surface available for the heat transfer, in addition to increasing the heat transfer coefficient by influencing the boundary layer structure according to FIGS. 2A to 2C.
  • the options for shaping the surface 142 shown here correspond in part to the patterns used on an industrial scale to increase the
  • Heat transfer in stationarily operated heat exchangers for example in plant construction, air conditioning or the like.
  • these have hitherto been used only to increase the efficiency of heat exchangers, but not to increase the dynamics and / or the measurement accuracy of temperature sensors.
  • the turbulator elements 144 in the illustrated embodiments are preferably constructed as a microstructure and preferably have a tread depth, i. a maximum depth or height of the
  • Structural elements 146 of at most 10 ⁇ , in particular 1 to 2 ⁇ on.
  • an artificial surface roughness may be provided by the turbulator elements 144 having the structural members 146 in the form of a microstructure that provides for permanent disturbance of the hydrodynamic and thermal boundary layers. This leads to an increase in the heat transfer coefficient due to the thus increased pulse and energy exchange.
  • the artificial surface roughness in the form of turbulator elements 144 is characterized in that their
  • the characteristic height is small compared to the remaining dimensions of the temperature sensor 114, in particular of the measuring head 128.
  • the typical widths of the structural elements 146 and / or their heights can be, for example, around
  • the roughness by a suitable design of the structural elements 146 both from the surface 142 to the outside eg in the form of the trip wires or needles according to the
  • FIG. 6A A further exemplary embodiment of a turbulator element 144 according to the invention in the region of a measuring head 128 of a temperature sensor 114 is shown in FIG. 6A.
  • the turbulator element 144 comprises a knurl 158.
  • a knurl is to understand a profile structure having a plurality of parallel grooves.
  • at least one group of grooves should have a transverse component perpendicular to the main flow direction 116 of the fluid medium.
  • FIGS. 6B to 6F Embodiments of these knurls are shown in FIGS. 6B to 6F.
  • Figure 6B shows a knurl with axially parallel grooves, which are preferably aligned completely perpendicular to the flow direction 116 of the fluid medium.
  • FIG. 6G A cross-section through the grooves is shown in FIG. 6G.
  • the letter t denotes standardized divisions, which may be, for example, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 or 1.6 mm, di denotes a nominal diameter, and d 2 an initial diameter.
  • t standardized divisions, which may be, for example, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 or 1.6 mm
  • di denotes a nominal diameter
  • d 2 an initial diameter.
  • FIG. 6C shows a so-called right knurl.
  • FIG. 6E shows a so-called left-right knurl, for which the angle ⁇ can likewise be from 10 to 50 °, in particular from 20 to 40 and particularly preferably 30 °.
  • d 2 di-0.67 ⁇ t
  • d 2 di-0.33 ⁇ t.
  • FIG. 6F shows a so-called cross knurl, with a plurality of grooves parallel to the axis 138 and a plurality of grooves running perpendicular to the axis 138.
  • d 2 di - 0.67 ⁇ t
  • d 2 di - 0.33 ⁇ t.
  • the grooves may, for example, have a groove angle ⁇ , which is also shown in FIG. 6G.
  • This groove angle can be, for example, 70 ° to 110 °, in particular 80 ° to 100 ° and particularly preferably 90 °.
  • other embodiments are at least possible. In any case, those shown in Figures 6B to 6F
  • Turbulator elements 144 in the form of knurls 158 are each given components perpendicular to the flow direction 116 of the fluid medium.
  • the roughness are also directed perpendicular or at an angle to the flow.
  • the concepts A), B) and C) are independent of each other or in any combination A-B, A-C, B-C or A-B-C feasible.
  • the configurations shown in FIGS. 5A to 6G with turbulator elements 144, which represent possibilities of realization of the concept C) can also be combined with the concepts B) and / or C), which, incidentally, can also be implemented independently of A).
  • Embodiments of the concepts B) and / or C) will be briefly described below. For this purpose, should be based on a schematic
  • the temperature sensor 114 in turn has a sensor body 124, which in this case merges seamlessly into a measuring head 128 with a sensor element 130.
  • the sensor element 130 is configured in this case, for example, as a thermocouple and is formed by the connection of two metallic conductors 160 made of different materials, which on a
  • Measuring point 162 which forms the actual sensor element 130, are interconnected.
  • the connected conductors 160 (thermal conductors) are also referred to as thermocouples.
  • the connection of the thermal conductors acting as metallic conductor 160 is generated for example by welding and / or soldering.
  • the metal combinations of the metallic conductors 160 for thermowires are typically standardized so that various types of thermocouples are known in the art.
  • the size of the diameter of the thermocouples 160 correlates with the cost and typically the life of the thermocouple.
  • the typical temperature sensor 114 shown in FIG. 7 is a so-called
  • thermocouple Sheathed thermocouple.
  • the thermal conductors 160 are typically embedded in a ceramic insulating package 164, such as MgO and / or Al 2 O 3 .
  • a ceramic insulating package 164 such as MgO and / or Al 2 O 3 .
  • the electrically insulated thermocouple is through a jacket 166 with a
  • Sheath material such as stainless steel and / or ceramic, protected from the environment.
  • Sheath thermocouples as exemplified in Figure 7
  • Temperature sensor 114 with metallic sheath are usually made of a so-called mineral insulated line (MIL), which in almost any Material combinations with respect to the thermal lines 160, the insulating material of the insulating 164 and the jacket material of the shell 166 and in different defined dimensions, especially in diameter, shell thickness, thickness of the thermal cables 160 or similar dimensions, can be obtained as endless. It is usually important to note that the maximum
  • Operating temperature of the jacket thermocouple depends on the jacket and cable diameter and the insulation resistance of the mineral insulator.
  • thermoelectric lines 160 Insulating removed to expose the actual thermoelectric lines 160. The exposed wires are welded to the measuring point, and the missing
  • Insulating material is replenished and compacted. Subsequently, the jacket tube of the shell 166 is closed at the same end, for example by welding. At the other end, so at the opposite end of the measuring head 128 of the temperature sensor 114, a piece of the jacket tube is removed to the
  • Thermo cables 160 expose as connecting wires, for example for a
  • the configurations of the surface 142 in the region of the measuring head 128 can be achieved by using one or more turbulator elements 144
  • Embodiment transferred Alternatively or additionally, the concepts A) and / or B) can also be transferred to this concept of the temperature sensor 114. This will be shown below by way of example.
  • the sensor element 130 may be received in the measuring head 128 in such a way that it is at least largely thermally decoupled from the sensor body 124. This means that a heat transfer between the sensor element 130 and the surrounding fluid medium by constructive
  • Embodiment of the measuring head 128 is favored, in particular in comparison to a heat transfer to the sensor body 124, which is preferably suppressed. This can be done, for example, by a structural design adaptation at the measuring point 162. An energy exchange by convection and radiation and so that the heat transfer between a built-in device 110 sensor element 130 and its surroundings and the height of the occurring
  • the heat transfer or the heat exchange cause a delayed response of the temperature sensor 130 at the measuring point 162.
  • the accuracy and the dynamics can be increased.
  • the energy supply to the measuring point 162 or the sensor element 130 (which
  • this is an example of a jacket thermocouple with the MIL structure described above with reference to FIG. 7, with a sensor body 124 and a measuring head 128.
  • the thermoelectric lines are again designated by the reference numeral 160.
  • the actual sensor element 130 is again formed by a connection of the conductors 160 at a measuring point 130, which may also be a more extensive measuring range.
  • the sensor element 130 is in this embodiment of a coupling element 168 in
  • Coupling element 168 in turn is surrounded by a thin-walled, preferably thermally conductive protective sleeve 172 or protective cap, which provides a mechanical protection for the sensor element 130 and fixes the measuring head on the sensor body 124.
  • the protective cap can on the end face of the temperature sensor 114th
  • Protective cap can for example be made of a plastic material with high thermal Conductivity and / or a metallic material to be made.
  • a plastic material with high thermal Conductivity and / or a metallic material to be made.
  • one or more of the protective sleeve 172 are optionally, on the outer surface 142 of the protective sleeve 172.
  • Turbulator elements 144 may be arranged, for example according to the above
  • the completion of the temperature sensor 114 shown in FIGS. 8A and 8B differs from the prior art described in FIG. 7 as follows. After cutting the MIL to length, a length of the jacket tube 166 is removed and the thermal lines 160 are exposed. The thus exposed metallic
  • Conductors 160 are preferably nipped and / or pressed together, for example, to create a planar contact between the conductors 160. Subsequently, the MIL with compacted measuring point 162 and the protective sleeve 172 with pressed-ceramic tube or pressed-ceramic sleeve 170, as shown in Figures 8A and 8B, joined. Towards the MIL, the protective sleeve 172 is connected to the jacket 166 of the MIL, for example by welding.
  • an end face 174 of the measuring head 128 can be opened or also designed to be closed.
  • an open end face 174 as shown in Figure 9 as an optional embodiment, with the aid of, for example, a suitable
  • a melt bead 176 are generated, which may also be part of the coupling element 168.
  • a substantially gap-free transition for example in the form of a positive connection 178, arises between the sensor element 130 or the measuring point 162 and the ceramic tube of the ceramic sleeve 170.
  • a gap-free transition between the sensor element 130 and the coupling element 168 and preferably also the protective sleeve 172 can be generated.
  • Isolation element 180 may be arranged. In the illustrated exemplary embodiments according to FIGS. 8A to 9, this may be, for example, an air gap 182. Alternatively or additionally, other types of
  • Isolation elements 180 are used, for example, one or more
  • the end face 174 of the temperature sensor 114 according to FIGS. 8A to 9 can be closed.
  • the protective sleeve 172 are welded to the end face 174 with a lid, or the protective sleeve 172 can be configured from the outset as a closed protective sleeve.
  • the above-described basic principles A) and / or B) can be implemented constructively well.
  • good heat conduction takes place in the radial direction, ie perpendicular to the axis 138 of the temperature sensor 114.
  • a good thermal connection of the sensor element 130 or the measuring point 162 to the fluid medium is achieved by reducing, for example, the air gaps in the radial direction to a minimum. This is achieved, for example, in the exemplary embodiments described above with the aid of a positive connection and / or an interference fit between the protective sleeve 172 and the coupling element 168 and / or the sensor element 130, optionally in combination with the optional positive connection between the coupling element 168 and the above-described
  • Sensor element 130 via, for example, a melted bead or another type of positive connection. Additionally, optionally, the mass and / or the specific
  • Thermal capacity of the material of the measuring head 128 at the measuring point 162 is reduced or even minimized by suitable miniaturization and / or material selection.
  • both the area available for heat transfer and the heat transfer coefficient can be maximized.
  • Heat transfer between the measuring head 128 and the sensor body 124 is reduced at least in comparison with a continuous sensor body 124 in a one-piece embodiment according to FIG. This can be achieved, for example, as shown in Figure 9, by means of an air gap insulation.
  • the wall thickness of the protective sleeve 172, for example, the protective cap can be reduced, in particular in the radial direction, for example, to wall thicknesses below 1 mm, preferably below 0.5 mm.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a device 110 according to the invention and a temperature sensor 114 according to the invention, which has a
  • the measuring head 128 can also be reduced in this embodiment with a reduced compared to the sensor body 124
  • Diameter be configured. For example, a diameter reduction may be made to two thirds of the diameter of the sensor body 124 or less.
  • the measuring head 128 may in turn be surrounded by a protective sleeve 173, which may in principle be formed integrally with the jacket 166 of the sensor body 124, which, however, may also be connected only to this jacket 166 or otherwise connected to the sensor body 124, for example Analogously to the embodiments in FIGS. 8A to 9, the surface 142 of this protective sleeve 172, in particular the circumferential surface 142 and / or the frontal surface 142, may in turn be structured by means of one or more turbulator elements 144. In this as well as in others,
  • Embodiments may also include one or more additional ones between the protective sleeve 172 and the sensor body 124, for example the jacket 166
  • Isolator elements may be arranged. Again, the temperature sensor 114 has at least one sensor element 130 at a measuring point 162, for example according to the embodiment in FIGS. 8A to 9 or according to other embodiments. For example, NTCs, PCTs, resistors, thermocouples or other types of sensor elements 130 may be used again.
  • Sensor element 130 is heated as quickly as possible or cooled as quickly as possible.
  • the amount of energy to be transported is proportional to the product of mass and specific heat capacity of the area to be cooled or heated. To keep this area as small as possible, its dimensions must be reduced.
  • this region of the measuring head 128 should, as in the preceding embodiments, be thermally decoupled from the sensor body 124, for example the shaft of the temperature sensor 114. This prevents energy from flowing into the sensor body 124 to heat up and not being available for heating, or, in the reverse case, energy flowing from the sensor body 124 and retarding the cooling of the sensing head 128 area.
  • the thermal decoupling can also take place in the exemplary embodiment shown in FIG. 10 again via one or more insulation elements 180, for example via one or more air gaps.
  • a gap between the Sensor element 130 and the protective sleeve 172 are completely or partially filled with a filler 184.
  • This filling material 184 can be, for example, a metallic and / or ceramic filling material and / or a plastic filling material.
  • the filling material 184 may be introduced into the intermediate space, for example in the form of a powdery filling material, and / or in another manner, for example in the form of a liquid or viscous one
  • thermally conductive plastics such as thermally conductive thermosets, elastomers or thermoplastics can be used.
  • the exemplary embodiments of a conversion of the concepts A) and / or B) as described above with reference to FIGS. 8A to 10 can also be combined with the embodiments of the concept C) as described above.
  • the exemplary embodiments can be combined individually or in combination, for example, with the examples of the turbulator elements 144 according to FIGS. 5A to 6G so that these turbulator elements 144 are optionally also applied, for example, to the diameter-reduced measuring head 128 according to the exemplary embodiments according to FIGS. 8A to 10 can be.
  • the insulating element 180 and / or the coupling element 168 can be integrated into the exemplary embodiments according to FIGS. 5A to 6G or into other exemplary embodiments of the concept C).

Abstract

An apparatus (110) for detecting a temperature of a fluid medium is proposed. Said apparatus comprises at least one temperature sensor (114) which is set up to be introduced into the fluid medium. The temperature sensor (114) has a sensor body (124) and a measuring head (128) which projects into the fluid medium. At least one sensor element (130) for detecting a temperature is accommodated in the measuring head (128). The sensor element (130) is accommodated in the measuring head (128) in such a manner that the measuring head is at least largely thermally decoupled from the sensor body (124).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Vorrichtung zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums Stand der Technik Die Temperatur ist eine wichtige Messgröße in zahlreichen technischen Anwendungen und Prozessen, welche mittels entsprechender Vorrichtungen erfasst werden muss. Beispielsweise spielt die Temperatur bei einer Steuerung und/oder Regelung in der Verfahrenstechnik, beim Bauteilschutz oder bei ähnlichen Anwendungen eine wichtige Rolle. Dementsprechend sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Sensoren zur Erfassung einer Temperatur fluider Medien, wie beispielsweise Gasen oder  PRIOR ART Temperature is an important parameter in numerous technical applications and processes which have to be detected by means of corresponding devices. For example, the temperature plays an important role in a control and / or regulation in process engineering, component protection or similar applications. Accordingly, from the prior art numerous sensors for detecting a temperature of fluid media, such as gases or
Flüssigkeiten, bekannt. Exemplarisch kann diesbezüglich auf Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 96-105 verwiesen werden. Die dort dargestellten Messprinzipien zur Erfassung der Temperatur sind grundsätzlich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Insbesondere kann eine elektrische Temperaturmessung erfolgen, beispielsweise mittels Thermoelementen, die den Liquids, known. In this regard, reference may be made in this regard to Robert Bosch GmbH: Sensors in motor vehicles, Edition 2007, pages 96-105. The measurement principles described there for detecting the temperature can in principle also be used in the context of the present invention. In particular, an electrical temperature measurement can be carried out, for example by means of thermocouples, the
Seebeck- Effekt ausnutzen. Alternativ oder zusätzlich können auch Widerstands- Temperaturfühler oder andere Arten von Temperaturfühlern eingesetzt werden. Take advantage of Seebeck effect. Alternatively or additionally, resistance temperature sensors or other types of temperature sensors can also be used.
Obwohl die Temperaturmessung, insbesondere die elektrische Temperaturmessung, beispielsweise mittels Thermoelementen, seit über 100 Jahren ein geeignetes Although the temperature measurement, in particular the electrical temperature measurement, for example by means of thermocouples, a suitable for over 100 years
Messprinzip zur Erfassung von Temperaturen bietet, bleibt die individuelle  Measuring principle for detecting temperatures remains the individual
Messanforderung technischer Anwendungen in vielen Fällen eine große Measuring requirements of technical applications in many cases a large one
Herausforderung, insbesondere bezüglich der Messgenauigkeit, der Messdynamik, der Temperaturobergrenzen und/oder der Langzeitstabilität. Challenge, in particular with regard to the measurement accuracy, the measurement dynamics, the upper temperature limits and / or the long-term stability.
Zur Messung der Temperatur von strömenden fluiden Medien werden häufig To measure the temperature of flowing fluid media will be common
Temperaturfühler eingesetzt, welche zumeist als stabförmig ausgeführte Fühler ausgestaltet sind und mit dem fluiden Medium in Kontakt gebracht werden. Durch verschiedene Mechanismen der Wärmeübertragung (beispielsweise Konvektion, Wärmeleitung, oder Strahlung) wird dem Fühler thermische Energie zugeführt und/oder von diesem abgeführt, wodurch der Fühler eine Temperatur ähnlich der Temperature sensor used, which are usually configured as a rod-shaped sensor and are brought into contact with the fluid medium. Through various mechanisms of heat transfer (for example, convection, heat conduction, or radiation) the sensor thermal energy is supplied to and / or dissipated by this, whereby the sensor has a temperature similar to the
Fluidtemperatur annimmt. Innerhalb des Fühlers ist in der Regel ein Sensor platziert, beispielsweise ein Thermoelement, ein Widerstand mit negativem Fluid temperature assumes. Inside the probe is usually placed a sensor, For example, a thermocouple, a resistor with negative
Temperaturkoeffizienten (NTC), ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), ein Widerstand oder ähnliches. Der Sensor erzeugt aufgrund seiner Temperature coefficient (NTC), a positive temperature coefficient (PTC) resistor, a resistor or the like. The sensor generates due to its
thermophysikalischen Eigenschaften ein der Temperatur zugeordnetes elektrisches Signal. Dieses wird in einer angeschlossenen Elektronik weiterverarbeitet. thermophysical properties of an electrical signal associated with the temperature. This is further processed in a connected electronics.
Aus US 2007/0195857 AI sind ein Temperatursensor und ein Verfahren zur From US 2007/0195857 AI are a temperature sensor and a method for
Herstellung desselben bekannt. Der Temperatursensor weist eine Fixierung auf, mittels derer der Sensor senkrecht in ein Gehäuse eines Strömungsrohrs eingebracht werden kann. Weiterhin weist der Sensor einen Sensorkopf mit einer Vielzahl von Production of the same known. The temperature sensor has a fixation, by means of which the sensor can be introduced vertically into a housing of a flow tube. Furthermore, the sensor has a sensor head with a plurality of
rotationssymmetrisch um eine Sensorachse angeordneten Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche des Sensorkopfs zum Zweck einer Verbesserung eines rotationally symmetrical about a sensor axis arranged ribs to increase the surface of the sensor head for the purpose of improving a
Wärmeübertrags zwischen dem Temperatursensor und dem fluiden Medium auf. Trotz der aus dem Stand der Technik bekannten Verbesserungen von Heat transfer between the temperature sensor and the fluid on. Despite the known from the prior art improvements of
Temperaturfühlern hinsichtlich deren Genauigkeit besteht weiterhin ein  Temperature sensors with regard to their accuracy continues to exist
Optimierungsbedarf dieser Temperaturfühler, insbesondere hinsichtlich ihrer Need for optimization of these temperature sensors, especially in terms of their
Genauigkeit sowie ihrer Dynamik, beispielsweise bei schnellen Temperaturwechseln. Offenbarung der Erfindung Accuracy and its dynamics, for example, during rapid temperature changes. Disclosure of the invention
Es wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die oben beschriebenen Herausforderungen adressiert und insbesondere eine verbesserte Genauigkeit hinsichtlich der Accordingly, an apparatus for detecting a temperature of a fluid medium is proposed, which addresses the challenges described above and in particular an improved accuracy with respect to the
Temperaturmessung und eine verbesserte Dynamik bietet. Das fluide Medium kann ruhen oder auch strömen. Im Folgenden wird, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, angenommen, dass es sich um ein strömendes fluides Medium handelt. Die Vorrichtung ist eingerichtet zur Erfassung einer Temperatur des fluiden Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases, insbesondere eines Abgases einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Temperaturfühler, welcher eingerichtet ist, um in das fluide Mediums eingebracht zu werden. Zu diesem Zweck kann der Temperaturfühler beispielsweise mindestens eine Temperature measurement and improved dynamics offers. The fluid medium can rest or flow. Hereinafter, without limitation of other possible embodiments, it is assumed that it is a flowing fluid medium. The device is designed to detect a temperature of the fluid medium, for example a liquid or a gas, in particular an exhaust gas of an internal combustion engine. The device comprises at least one temperature sensor which is adapted to be introduced into the fluid medium. For this purpose, the temperature sensor, for example, at least one
Befestigungsvorrichtung zur Befestigung in einer Rohrwandung eines Strömungsrohrs des fluiden Mediums aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere Gewinde handeln, mittels derer der Temperaturfühler oder ein Teil des Temperaturfühlers in die Rohrwandung eingeschraubt werden kann. Die Fastening device for attachment in a tube wall of a flow tube of the fluid medium. This may be, for example, one or more threads, by means of which the temperature sensor or a part of the Temperature sensor can be screwed into the pipe wall. The
Befestigungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Befestigung des Temperaturfühlers in der Rohrwandung mediendicht und/oder druckdicht erfolgt. Die Einbringung kann vorzugsweise derart erfolgen, dass der Temperaturfühler im Fastening device is preferably designed such that the attachment of the temperature sensor in the pipe wall is media-tight and / or pressure-tight. The introduction can preferably be made such that the temperature sensor in
Wesentlichen senkrecht zur Rohrwand in dieselbe eingebracht wird, also mit einer Abweichung von vorzugsweise weniger als 20°, insbesondere weniger als 10° und besonders bevorzugt weniger als 5° zur Rohrwand, beispielsweise zu einer Achse des Strömungsrohrs. Der Temperaturfühler kann beispielsweise als Messfinger ausgestaltet sein, welcher ganz oder teilweise in die Strömung des fluiden Mediums hineinragt. Der Substantially perpendicular to the pipe wall is introduced into the same, so with a deviation of preferably less than 20 °, in particular less than 10 ° and particularly preferably less than 5 ° to the pipe wall, for example, to an axis of the flow tube. The temperature sensor may be configured, for example, as a measuring finger, which projects completely or partially into the flow of the fluid medium. Of the
Temperaturfühler weist einen Fühlerkörper und einen in das fluide Medium Temperature sensor has a sensor body and a in the fluid medium
hineinragenden Messkopf auf. Beispielsweise kann der Fühlerkörper im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet sein und in den Messkopfenden, oder der Messkopf kann am dem fluiden Medium zuweisenden Ende auf den Fühlerkörper aufgebracht sein. In dem Messkopf ist mindestens ein Sensorelement zur Erfassung einer Temperatur des fluiden Mediums aufgenommen. Bei dem Sensorelement kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere der oben beschriebenen Temperatursensoren handeln, beispielsweise ein elektrisches Sensorelement, beispielsweise einen protruding measuring head. For example, the sensor body may be designed to be substantially cylindrical and into the measuring head ends, or the measuring head may be applied to the sensor body at the end facing the fluid medium. At least one sensor element for detecting a temperature of the fluid medium is received in the measuring head. The sensor element can be, for example, one or more of the temperature sensors described above, for example an electrical sensor element, for example a
Temperaturmesswiderstand, einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, ein Thermoelement Temperature measuring resistor, a resistor with a negative temperature coefficient, a resistor with a positive temperature coefficient, a thermocouple
(beispielsweise ein auf dem Seebeck- Effekt basierendes Thermoelement) oder eine andere Art von Sensorelement. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Sensorelemente aufgenommen sein, beispielsweise mehrere Sensorelemente in dem Messkopf und/oder auch an anderen Stellen innerhalb der Vorrichtung. Zusätzlich zu dem mindestens einen Sensorelement zur Erfassung der Temperatur können weitere Sensorelemente aufgenommen sein, beispielsweise ein oder mehrere Sensorelemente zur Erfassung eines Drucks des fluiden Mediums. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich. (For example, based on the Seebeck effect thermocouple) or another type of sensor element. Alternatively or additionally, a plurality of sensor elements may also be accommodated, for example a plurality of sensor elements in the measuring head and / or also at other locations within the device. In addition to the at least one sensor element for detecting the temperature, further sensor elements can be accommodated, for example one or more sensor elements for detecting a pressure of the fluid medium. Various configurations are possible.
Das Sensorelement ist derart in dem Messkopf aufgenommen, dass dieses zumindest weitgehend thermisch von dem Fühlerkörper entkoppelt ist. Dies bedeutet, dass der Wärmeübertrag von dem Sensorelement zum Fühlerkörper geringer sein soll, als innerhalb einer gleichen Übertragungsstrecke innerhalb des Fühlerkörpers selbst. Weiterhin kann der Wärmeübertrag vom Sensorelement zum Fühlerkörper derart ausgestaltet sein, dass dieser geringer ausfällt als ein Wärmeübertrag von dem The sensor element is received in the measuring head in such a way that it is at least largely decoupled thermally from the sensor body. This means that the heat transfer from the sensor element to the sensor body should be lower than within a same transmission path within the sensor body itself. Furthermore, the heat transfer from the sensor element to the sensor body can be configured such that it is less than a heat transfer from the sensor body
Sensorelement zum umgebenden fluiden Medium. Unter einem Wärmeübertrag ist dabei allgemein ein Wärmeübertrag in einer Richtung oder auch in der umgekehrten Richtung oder auch bidirektional zu verstehen. Insbesondere kann die zumindest weitgehende thermische Entkopplung derart ausgestaltet sein, dass ein Sensor element to the surrounding fluid medium. Under a heat transfer is Generally, a heat transfer in one direction or in the reverse direction or bidirectional to understand. In particular, the at least substantial thermal decoupling can be configured such that a
Wärmeübertrag in axialer Richtung, d.h. entlang einer Achse eines langgestreckten Temperaturfühlers, zumindest am Übergang zwischen dem Messkopf und demHeat transfer in the axial direction, i. along an axis of an elongate temperature sensor, at least at the transition between the measuring head and the
Fühlerkörper, geringer ist als ein Wärmeübertrag in radialer Richtung, also senkrecht zur Achse des Temperaturfühlers. Sensor body, less than a heat transfer in the radial direction, that is perpendicular to the axis of the temperature sensor.
Die thermische Entkopplung des Sensorelements von dem Fühlerkörper kann dabei auf verschiedene Weisen erfolgen. Insbesondere kann mindestens ein zwischen dem Sensorelement und dem Fühlerkörper angeordnetes Isolationselement vorgesehen sein. Dieses Isolationselement kann einteilig oder auch mehrteilig ausgestaltet sein und ist eingerichtet, um einen Wärmeübertrag zwischen dem Sensorelement und dem Fühlerkörper zu unterdrücken. Beispielsweise kann die Unterdrückung gegenüber einer Ausgestaltung ohne derartiges Isolationselement um mindestens einen Faktor 2, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10 oder sogar um mindestens einen Faktor 100 ausgestaltet sein. Das Isolationselement kann beispielsweise ein Element mit geringer thermischer Leitfähigkeit, insbesondere eine Isolationsschicht und/oder eine Isolationshülse umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Isolationselement auch einen oder mehrere Spalte umfassen, welche mit einem Gas gefüllt sein können (Gasspalt), beispielsweise einen Luftspalt und/oder einen mit einem Schutzgas gefüllten Spalt. The thermal decoupling of the sensor element from the sensor body can be done in various ways. In particular, at least one insulating element arranged between the sensor element and the sensor body can be provided. This insulating element can be designed in one piece or also in several parts and is designed to suppress a heat transfer between the sensor element and the sensor body. By way of example, the suppression can be configured by at least a factor of 2, preferably by at least a factor of 10 or even by at least a factor of 100, compared with a configuration without such an insulation element. The insulation element may comprise, for example, an element with low thermal conductivity, in particular an insulation layer and / or an insulation sleeve. Alternatively or additionally, the insulation element may also comprise one or more gaps, which may be filled with a gas (gas gap), for example an air gap and / or a gap filled with an inert gas.
Der Messkopf kann zumindest teilweise von einer thermisch leitfähigen Schutzhülse umgeben sein. Unter einer Schutzhülse ist dabei ein Element zu verstehen, welches imThe measuring head may be at least partially surrounded by a thermally conductive protective sleeve. Under a protective sleeve is an element to understand that in the
Wesentlichen hülsenförmig ausgestaltet ist, welches jedoch auch eine oder mehrere Öffnungen aufweisen kann und welches eine Schutzwirkung gegenüber beispielsweise mechanischen Belastungen und/oder Medieneinflüssen von außen gewährleistet. Die Schutzhülse kann beispielsweise aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein Kunststoffmaterial und/oder ein metallisches Material handeln. Die Schutzhülse kann insbesondere dünnwandig ausgestaltet sein, beispielsweise mit einer Wandstärke von weniger als 1 mm. Is designed substantially sleeve-shaped, which, however, may also have one or more openings and which ensures a protective effect against, for example, mechanical loads and / or media influences from the outside. The protective sleeve can be made for example of a thermally conductive material. For example, this may be a plastic material and / or a metallic material. The protective sleeve can in particular be made thin-walled, for example with a wall thickness of less than 1 mm.
Insbesondere kann die Wandstärke geringer sein als eine Wandstärke eines Mantels des Fühlerkörpers. Als thermisch leitfähige Materialien können beispielsweise Metalle, insbesondere Metallbleche, verwendet werden, oder auch thermisch leitfähige In particular, the wall thickness may be less than a wall thickness of a jacket of the sensor body. As thermally conductive materials, for example, metals, in particular metal sheets, can be used, or even thermally conductive
Kunststoffe, wie beispielsweise Kunststoffe, die zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit mit einem thermisch leitfähigen Füllstoff wie beispielsweise einem metallischen Füllstoff und/oder einem keramischen Füllstoff gefüllt sind. Auch ungefüllte Kunststoffe können jedoch grundsätzlich eingesetzt werden, insbesondere sofern die Wandstärke der Schutzhülse möglichst gering ausgestaltet wird. Der Messkopf kann insbesondere im Vergleich zum Fühlerkörper einen geringerenPlastics, such as plastics, for improving the thermal conductivity with a thermally conductive filler such as a metallic filler and / or a ceramic filler are filled. However unfolded plastics can also be used in principle, in particular if the wall thickness of the protective sleeve is made as small as possible. The measuring head can in particular compared to the sensor body a smaller
Durchmesser aufweisen. Unter einem Durchmesser ist dabei im Falle einer runden Ausgestaltung des Messkopfs und/oder des Fühlerkörpers der tatsächliche Have diameter. In the case of a round configuration of the measuring head and / or of the sensor body, the term "diameter" is the actual one
Durchmesser, beispielsweise senkrecht zu einer Achse des Temperaturfühlers, zu verstehen. Ist eine nicht-runde Ausgestaltung vorgesehen, so tritt an die Stelle des tatsächlichen Durchmessers eine Abmessung, welche die Ausdehnung in lateralerDiameter, for example, perpendicular to an axis of the temperature sensor to understand. If a non-round design is provided, then takes the place of the actual diameter, a dimension which the extension in lateral
Richtung, beispielsweise senkrecht zur Achse des Temperaturfühlers, charakterisiert. Beispielsweise kann es sich dabei um eine charakteristische Kantenlänge, eine Diagonale oder ähnliches handeln. Beispielsweise kann am Übergang zwischen dem Fühlerkörper und dem Messkopf eine Schulter auftreten, bei welcher der Durchmesser des Temperaturfühlers reduziert wird. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich. Auf diese Weise kann die thermische Ankopplung zwischen dem Sensorelement und dem umgebenden fluiden Medium weiter erhöht werden. Direction, for example, perpendicular to the axis of the temperature sensor, characterized. For example, this may be a characteristic edge length, a diagonal or the like. For example, at the transition between the sensor body and the measuring head, a shoulder may occur in which the diameter of the temperature sensor is reduced. Other embodiments are possible. In this way, the thermal coupling between the sensor element and the surrounding fluid medium can be further increased.
Der Messkopf kann insbesondere im Bereich des Sensorelements in radialer Richtung zur Verbesserung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Sensorelement und dem fluiden Medium, also beispielsweise in einer Richtung senkrecht zu einer Achse des Sensorelements, zumindest weitgehend spaltfrei ausgestaltet sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass in dieser radialen Richtung keine Spalte mit einer Spaltbreite von mehr als 500 μηη, vorzugsweise keine Spalte von mehr als 100 μηη, auftreten. Diese spaltfreie Ausgestaltung kann beispielsweise durch einen Formschluss und/oder durch einen Stoffschluss im Bereich des Messkopfs ausgestaltet werden. Beispielsweise kann das Sensorelement formschlüssig in weitere Elemente des Messkopfs eingebracht sein, beispielsweise formschlüssig in die Schutzhülse und/oder formschlüssig in ein unten noch näher zu beschreibendes Koppelelement. Dieser Formschluss kann beispielsweise mit Hilfe einer Schmelzperle erfolgen, über welche das Sensorelement im Wesentlichen spaltfrei in den Messkopf, beispielsweise in das Koppelelement und/oder in die Schutzhülse, eingebracht wird. Verschiedene In particular in the region of the sensor element in the radial direction to improve heat exchange between the sensor element and the fluid medium, that is, for example, in a direction perpendicular to an axis of the sensor element, the measuring head can be configured at least largely gap-free. This may mean, for example, that no gaps with a gap width of more than 500 μm, preferably no gaps of more than 100 μm, occur in this radial direction. This gap-free configuration can be configured for example by a positive connection and / or by a material connection in the region of the measuring head. For example, the sensor element may be incorporated in a form-fitting manner in further elements of the measuring head, for example in a form-fitting manner in the protective sleeve and / or in a form-fitting manner in a coupling element to be described in more detail below. This positive connection can be effected, for example, with the aid of a melt bead, via which the sensor element is introduced substantially without gaps into the measuring head, for example into the coupling element and / or into the protective sleeve. Various
Ausführungsbeispiele werden unten näher beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine formschlüssige Einbringung erfolgen, beispielsweise indem eine Embodiments will be described in more detail below. Alternatively or additionally, a positive insertion can also take place, for example by a
Presspassung verwendet wird. So können beispielsweise das Koppelelement und/oder das Sensorelement durch einen Formschluss in dem Messkopf aufgenommen sein, beispielsweise durch eine Presspassung in der Schutzhülse und/oder durch einen Formschlusses und/oder durch mindestens ein Füllmaterial (beispielsweise eine Wärmeleitpaste und/oder eine Flüssigkeit, beispielsweise ein flüssiges Metalls). Press fit is used. Thus, for example, the coupling element and / or the sensor element can be accommodated in the measuring head by a form fit, for example by a press fit in the protective sleeve and / or by a Positive fit and / or by at least one filler material (for example, a thermal paste and / or a liquid, for example, a liquid metal).
Wie oben bereits mehrfach erwähnt, kann das Sensorelement insbesondere zumindest teilweise in mindestens einem Koppelelement aufgenommen sein, wobei das As already mentioned several times above, the sensor element can in particular be accommodated at least partially in at least one coupling element, wherein the
Koppelelement ausgestaltet sein kann, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Sensorelement und dem fluiden Medium (was beide Übertragungsrichtungen umschließen kann) im Vergleich zu einem Wärmeaustausch zwischen dem  Coupling element may be configured to heat exchange between the sensor element and the fluid medium (which may include both transmission directions) compared to a heat exchange between the
Sensorelement und dem Fühlerkörper zu begünstigen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Koppelelement mit besonders hoher thermischer Sensor element and the sensor body to favor. This can for example be done by a coupling element with a particularly high thermal
Leitfähigkeit zumindest in radialer Richtung, also in Richtung des unmittelbaren Austauschs mit dem fluiden Medium, verwendet wird. Das Koppelelement kann beispielsweise als Hülse ausgestaltet sein oder eine Hülse umfassen. Das  Conductivity is used at least in the radial direction, ie in the direction of immediate exchange with the fluid medium. The coupling element may for example be designed as a sleeve or comprise a sleeve. The
Koppelelement kann insbesondere von dem Fühlerkörper thermisch entkoppelt ausgestaltet sein, wobei beispielsweise das mindestens eine optionale, oben beschriebene Isolationselement und/oder eine andere Art von Isolationselement der beschriebenen Ausgestaltungen verwendet werden können. So kann beispielsweise auch das Koppelelement durch mindestens einen Gasspalt, beispielsweise einen Luftspalt, und/oder durch eine oder mehrere thermisch isolierende Materialschichten von dem Fühlerkörper getrennt sein. Coupling element may be configured in particular thermally decoupled from the sensor body, for example, the at least one optional, above-described insulation element and / or another type of insulation element of the described embodiments may be used. For example, the coupling element can also be separated from the sensor body by at least one gas gap, for example an air gap, and / or by one or more thermally insulating material layers.
Das Koppelelement kann insbesondere einen Werkstoff mit einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften aufweisen: einen Werkstoff mit geringerer Dichte als die durchschnittliche Dichte der Werkstoffe des Fühlerkörpers in einem an den Messkopf angrenzenden Bereich des Fühlerkörpers; einen Werkstoff mit geringerer spezifischer Wärmekapazität als die durchschnittliche spezifische Wärmekapazität der Werkstoffe des Fühlerkörpers in einem an den Messkopf angrenzenden Bereich des In particular, the coupling element may comprise a material having one or more of the following properties: a material having a density less than the average density of the materials of the sensor body in an area of the sensor body adjacent to the measuring head; a material with a lower specific heat capacity than the average specific heat capacity of the materials of the sensor body in an area adjacent to the sensor head
Fühlerkörpers; einen Werkstoff mit einer höheren thermischen Leitfähigkeit als die durchschnittliche thermische Leitfähigkeit der Werkstoffe des Fühlerkörpers in einem an den Messkopf angrenzenden Bereich des Fühlerkörpers. Verschiedene andere Ausgestaltungen des Koppelelements sind möglich oder auch Kombinationen der genannten oder anderer Möglichkeiten. Sensor body; a material with a higher thermal conductivity than the average thermal conductivity of the materials of the sensor body in an adjacent to the measuring head region of the sensor body. Various other embodiments of the coupling element are possible or combinations of the above or other options.
Das Koppelelement kann insbesondere ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden Koppelelemente: einer das Sensorelement zumindest teilweise The coupling element may in particular be selected from one or more of the following coupling elements: one the sensor element at least partially
umschließenden Hülse aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere einem keramischen Werkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit und/oder mit hoher Temperaturleitzahl; einer das Sensorelement zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem Kunststoff Werkstoff, insbesondere einem Kunststoffwerkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit; einer das Sensorelement zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einem Eisen- Werkstoff, einem Aluminium-Werkstoff oder einem Kupfer-Werkstoff; einer das enclosing sleeve of a ceramic material, in particular a ceramic material with high thermal conductivity and / or high thermal diffusivity; a sleeve at least partially surrounding the sensor element made of a plastic material, in particular a plastic material with high thermal conductivity; a sleeve at least partially surrounding the sensor element made of a metallic material, such as an iron material, an aluminum material or a copper material; one that
Sensorelement zumindest teilweise umschließenden Schmelzperle, insbesondere einer Schmelzperle aus einem Kunststoffwerkstoff und/oder einer Schmelzperle aus einem metallischen Werkstoff und/oder einer Schmelzperle aus einem Glaswerkstoff (wobei die Schmelzperle in allen Fällen sinngemäß auch Teil des Sensorelements selbst sein kann); einem Füllmaterial in einem Zwischenraum zwischen dem  Sensor element at least partially enclosing the melted bead, in particular a melted bead of a plastic material and / or a melted bead of a metallic material and / or a melted bead of a glass material (wherein the melted bead in all cases can also be part of the sensor element itself); a filling material in a space between the
Sensorelement und einer den Messkopf zumindest teilweise umschließenden Sensor element and the measuring head at least partially enclosing
Schutzhülse. Protective sleeve.
Um die thermische Ankopplung zu verbessern und den Wärmeübertrag zwischen dem Messkopf bzw. dem Sensorelement und dem umgebenden fluiden Medium zu verbessern, kann weiterhin die dem fluiden Medium, beispielsweise einer Strömung des fluiden Mediums zuweisende Oberfläche mindestens ein Turbulatorelement aufweisen. Unter einem Turbulatorelement ist dabei ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um bei in eine Strömung des fluiden Mediums eingebrachtem In order to improve the thermal coupling and to improve the heat transfer between the measuring head or the sensor element and the surrounding fluid medium, furthermore, the surface facing the fluid medium, for example a flow of the fluid medium, can have at least one turbulator element. A turbulator element is to be understood as meaning an element which is set up in order to be introduced into a flow of the fluid medium
Temperaturfühler einen Umschlag von einer laminaren Strömung in eine turbulenteTemperature sensor an envelope from a laminar flow to a turbulent one
Strömung an der Oberfläche zu bewirken. Durch die Herbeiführung der Turbulenz wird - im Gegensatz zu herkömmlichen, laminaren Umströmungen des Temperaturfühlers - eine Durchmischung Oberflächen-naher Schichten des fluiden Mediums mit von der Oberfläche entfernten Schichten des fluiden Mediums bewirkt. Hierdurch wird ein verbesserter Temperaturaustausch des fluiden Mediums mit dem Messkopf und damit mit dem Sensorelement bewirkt, was insgesamt die Anbindung und die Dynamik der Messung deutlich verbessert. Die aus US 2007/0195857 AI bekannten Rippen, welche bei senkrechter Einbringung des dort beschriebenen Sensors in die Strömung des fluiden Mediums parallel zur Strömung des fluiden Mediums ausgerichtet sind, bewirken hingegen keine derartige Turbulenzbildung und somit keine entsprechendeTo cause flow on the surface. By inducing turbulence, in contrast to conventional laminar flow around the temperature sensor, mixing of surface-near layers of the fluid medium with layers of the fluid medium removed from the surface is effected. As a result, an improved temperature exchange of the fluid medium with the measuring head and thus with the sensor element is effected, which overall significantly improves the connection and the dynamics of the measurement. The known from US 2007/0195857 AI ribs, which are aligned in the vertical introduction of the sensor described therein in the flow of the fluid medium parallel to the flow of the fluid medium, however, cause no such turbulence and thus no corresponding
Durchmischung und weisen somit die beschriebenen Vorteile nicht auf. Mixing and therefore do not have the advantages described.
Das Turbulatorelement kann insbesondere eine Mikrostruktur umfassen, welche eine Mehrzahl von Strukturelementen umfasst, also Erhebungen oder Vertiefungen in der Oberfläche. Die Strukturtiefe der Strukturelemente, also eine maximale Erhebung bzw. minimale Vertiefung der Strukturelemente, kann vorzugsweise 50 μηη nicht überschreiten, besonders bevorzugt 10 μηη. Eine mittlere Strukturtiefe der In particular, the turbulator element may comprise a microstructure which comprises a plurality of structural elements, that is, elevations or depressions in the surface. The structural depth of the structural elements, that is to say a maximum elevation or minimum depression of the structural elements, can not be 50 μm exceed, more preferably 10 μηη. An average structure depth of the
Strukturelemente kann insbesondere 0,5 bis 5 μηη betragen, vorzugsweise 1 bis 2 μηη. Structural elements may in particular be 0.5 to 5 μm, preferably 1 to 2 μm.
Das Turbulatorelement kann auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein, um eine turbulente Strömung und/oder einen frühzeitigen Übergang von einer laminarenThe turbulator element may be configured in various ways to provide a turbulent flow and / or an early transition from a laminar flow
Grenzschichtströmung in eine turbulente Grenzschichtströmung zu bewirken. So kann das Turbulatorelement beispielsweise ausgewählt sein aus: Erhebungen, wobei mindestens eine der Erhebungen von dem fluiden Medium derart angeströmt wird, dass die Erhebung als Turbulatorelement wirkt; Vertiefungen, wobei mindestens eine der Vertiefungen von dem fluiden Medium derart angeströmt wird, dass die Vertiefung als Turbulatorelement wirkt. Das Turbulatorelement kann beispielsweise ausgewählt sein aus: einem Draht, insbesondere einem Stolperdraht, vorzugsweise einem Boundary layer flow to cause a turbulent boundary layer flow. For example, the turbulator element may be selected from: elevations, wherein at least one of the elevations is impinged by the fluid medium in such a way that the elevation acts as a turbulator element; Wells, wherein at least one of the wells is flowed by the fluid medium in such a way that the depression acts as a turbulator element. The turbulator element may for example be selected from: a wire, in particular a tripwire, preferably a
Drahtkorb mit mehreren Stolperdrähten, welcher beispielsweise den Messkopf vollständig oder teilweise umschließen kann; einer Nadel, insbesondere einer konisch (stumpf oder spitz) oder abgerundet zulaufenden Nadel, insbesondere einer Mehrzahl von nadeiförmigen oder spitzenförmigen Erhebungen; einer keilförmigen Wire basket with multiple tripping wires, which can for example completely or partially enclose the measuring head; a needle, in particular a conical (blunt or pointed) or rounded tapered needle, in particular a plurality of needle-shaped or pointed elevations; a wedge-shaped
langgestreckten Erhebung, also einer Erhebung mit einer scharfen, sich in das fluide Medium hinein erstreckenden Kante, welche von dem fluiden Medium überströmt wird, insbesondere einer Mehrzahl von im Wesentlichen achsparallel ausgerichteten keilförmigen Erhebungen; einer langgestreckten Vertiefung, insbesondere einer Nut oder Rille mit abgerundetem und/oder eckigem Profil; einer punktförmigen Erhebung, insbesondere einer Erhebung mit rundem oder eckigem Querschnitt, insbesondere einer Mehrzahl von punktförmigen Erhebungen; einer punktförmigen Vertiefung, insbesondere einer Vertiefung mit rundem oder eckigem Querschnitt, insbesondere einer Mehrzahl von punktförmigen Vertiefungen oder einem Golfballmuster; einem Gitter mit mehreren einander kreuzenden Erhebungen; einem Gitter mit mehreren einander kreuzenden Vertiefungen; einem Wabenmuster; einem Rändel, insbesondere einem Rändel mit achsparallelen Riefen, einem Rechtsrändel, einem Linksrändel, einem Links- Rechts- Rändel oder einem Kreuzrändel; einer Abrisskante, insbesondere einer Abrisskante mit einem Winkel von mindestens 30°; einer rautenförmigen elongated elevation, that is a survey with a sharp, extending into the fluid medium into the edge, which is overflowed by the fluid medium, in particular a plurality of substantially axially parallel aligned wedge-shaped elevations; an elongated recess, in particular a groove or groove with a rounded and / or angular profile; a point-shaped elevation, in particular a survey with a round or angular cross-section, in particular a plurality of punctiform elevations; a punctiform depression, in particular a depression with a round or angular cross-section, in particular a plurality of punctiform depressions or a golf ball pattern; a grid with several intersecting elevations; a grid having a plurality of intersecting recesses; a honeycomb pattern; a knurl, in particular a knurl with paraxial grooves, a right knurl, a left knurl, a left-right knurl or a cross knurl; a tear-off edge, in particular a tear-off edge with an angle of at least 30 °; a diamond-shaped
Erhebung; einer rautenförmigen Vertiefung; einer Pyramide. Insbesondere kann das Turbulatorelement ein Gitter mit mindestens zwei, vorzugsweise mehreren, einander kreuzenden langgestreckten Strukturelementen umfassen. Beispielsweise kann eine erste Art von Strukturelementen vorgesehen sein, welche in einer Richtung  survey; a diamond-shaped depression; a pyramid. In particular, the turbulator element may comprise a grid having at least two, preferably a plurality of, mutually crossing elongated structural elements. For example, a first type of structural elements may be provided, which in one direction
langgestreckt ausgerichtet ist, und eine zweite Art, welche in einer zweiten Richtung ausgerichtet ist, so dass die erste und die zweite Art von Strukturelementen sich an einer Mehrzahl von Kreuzungspunkten kreuzen. Der Messkopf kann insbesondere eine im Wesentlichen abgerundete Gestalt aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Messkopf jedoch auch eine elongated and a second type aligned in a second direction such that the first and second types of structural elements intersect at a plurality of crossing points. The measuring head may in particular have a substantially rounded shape. Alternatively or additionally, however, the measuring head can also have a
zylinderförmige und/oder gestufte Gestalt aufweisen. Ist der Messkopf im Wesentlichen abgerundet ausgestaltet, so kann das Turbulatorelement beispielsweise im Bereich der Abrundung angeordnet sein. Es kann insbesondere eine Mehrzahl mehrerer have cylindrical and / or stepped shape. If the measuring head is substantially rounded, then the turbulator element can be arranged, for example, in the region of the rounding off. It can in particular a plurality of several
Turbulatorelemente vorgesehen sein. Beispielsweise können mehrere Be provided turbulator elements. For example, several
Turbulatorelemente mit einer Symmetrie zu einer Achse des Temperaturfühlers angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine N-zählige Turbulator elements may be arranged with a symmetry to an axis of the temperature sensor. For example, this may be an N-count
Rotationssymmetrie um die Achse des Temperaturfühlers handeln. Das Rotational symmetry act around the axis of the temperature sensor. The
Turbulatorelement kann insbesondere als unterbrochenes Turbulatorelement ausgestaltet sein und mehrere Strukturelemente umfassen. Die Strukturelemente können insbesondere derart angeordnet sein, dass das anströmende fluide Medium an den Strukturelementen einen wiederholten Strömungsabriss erfährt.  Turbulator element may be configured in particular as an interrupted turbulator element and comprise a plurality of structural elements. The structural elements can in particular be arranged such that the inflowing fluid medium experiences a repeated stall at the structural elements.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below description.
Im Einzelnen zeigen: In detail show:
Figur 1 verschiedene Einbausituationen üblicher Temperaturfühler; Figuren 2A bis 2C Strömungsverhältnisse und thermische Verhältnisse oberhalb einer von einem fluiden Medium überströmten Oberfläche; Figure 1 shows different installation situations conventional temperature sensor; FIGS. 2A to 2C show flow conditions and thermal conditions above a surface overflowed by a fluid medium;
Figur 3 verschiedene Mechanismen eines Wärmeaustauschs im Bereich eines Temperaturfühlers; Figure 3 shows various mechanisms of heat exchange in the range of a temperature sensor;
Wärmeaustausch eines Sensorelements eines Temperaturfühlers mit der Umgebung; Heat exchange of a sensor element of a temperature sensor with the environment;
Figuren 5A bis 5H verschiedene Ausgestaltungen eines Messkopfs eines FIGS. 5A to 5H different embodiments of a measuring head of a
erfindungsgemäßen Temperaturfühlers; Figuren 6A bis 6G verschiedene Ausgestaltungen eines Messkopfs eines inventive temperature sensor; Figures 6A to 6G different embodiments of a measuring head of a
Temperaturfühlers mit einem Rändel;  Temperature sensor with a knurl;
Figur 7 einen typischen Aufbau eines Messkopfs eines Temperaturfühlers mit einem Sensorelement; FIG. 7 shows a typical structure of a measuring head of a temperature sensor with a sensor element;
Figuren 8A und 8B verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen FIGS. 8A and 8B show different views of a device according to the invention
Ausführungsbeispiels eines Temperaturfühlers; und  Embodiment of a temperature sensor; and
Figuren 9 und 10 weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Figures 9 and 10 further embodiments of an inventive
Temperaturfühlers.  Temperature sensor.
Ausführungsbeispiele embodiments
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen 110 zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums beschrieben. Das fluide Medium kann beispielsweise ein Gas sein, welches durch ein Strömungsrohr 112 gemäß Figur 1 strömt. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln. Dabei sind in Figur 1 zwei verschiedene Einbausituationen eines In the following, various embodiments of devices 110 for detecting a temperature of a fluid medium will be described. The fluid medium can be, for example, a gas which flows through a flow tube 112 according to FIG. For example, this may be an exhaust gas of an internal combustion engine. In this case, two different installation situations of a
Temperaturfühlers 114 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 in das Strömungsrohr 112 gezeigt. Mit der Bezugsziffer 116 ist dabei die Strömungsrichtung des fluiden Mediums, also die Richtung der Anströmung und/oder die Richtung des Haupt- Massentransports an fluidem Medium durch das Strömungsrohr 112, gezeigt. Temperature sensor 114 of the device 110 according to the invention shown in the flow tube 112. The reference number 116 indicates the direction of flow of the fluid medium, that is to say the direction of the flow and / or the direction of the main mass transport on fluid medium through the flow tube 112.
Dargestellt ist dabei in Figur 1 einmal ein gewinkelt ausgestalteter Temperaturfühler 114, welcher gerade in das Strömungsrohr 112 eingebaut wird (linker Temperaturfühler 114 in Figur 1) und ein gerade ausgestalteter Temperaturfühler 114 (rechte FIG. 1 shows once an angled temperature sensor 114 which is currently being installed in the flow tube 112 (left temperature sensor 114 in FIG. 1) and a temperature sensor 114 (right
Darstellung), welcher an einer Krümmung des Strömungsrohrs 112 entgegen der Hauptströmungsrichtung 116 in das Strömungsrohr 112 eingebaut werden kann. Representation), which can be installed at a curvature of the flow tube 112 against the main flow direction 116 in the flow tube 112.
Die Temperaturfühler 114 sind zumeist, wie in Figur 1 dargestellt, stabförmig ausgestaltet und werden beispielsweise auf die in Figur 1 dargestellten Weisen mit dem fluiden Medium in Kontakt gebracht. Durch verschiedene Mechanismen der Wärmeübertragung, beispielsweise Konvektion und/oder Wärmeleitung und/oder Strahlung, wird dem Temperaturfühler 114 Energie zugeführt oder Energie von diesem abgeführt, wodurch dieser eine Temperatur ähnlich der Fluidtemperatur annimmt. Innerhalb der Temperaturfühler 114 ist jeweils ein Sensorelement angeordnet (in Figur 1 nicht erkennbar), bei welchem es sich beispielsweise um ein Thermoelement, einen NTC (Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten), einen PTC (Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten), einen gewöhnlichen thermischen Widerstand oder ein ähnliches Sensorelement handeln kann, wobei das Sensorelement aufgrund seiner thermophysikalischen Eigenschaften ein der Temperatur zugeordnetes Signal, beispielsweise ein elektrisches Signal, erzeugen kann. Dieses wird vorzugsweise in einer optional angeschlossenen Elektronik in der Regel weiterverarbeitet, welche in Figur 1 nicht dargestellt ist und welche ebenfalls Bestandteil der Vorrichtung 110 sein kann oder welche auch als externe Elektronik ausgestaltet sein kann. Die in Figur 1 dargestellten Einbaumöglichkeiten der Temperaturfühler 114 finden beispielsweise im Anlagenbau Verwendung. Dabei werden die Anlagen meist in quasi-stationären Betriebszuständen betrieben, und die Temperaturen ändern sich kaum, und wenn Veränderungen auftreten sollten, so finden diese vergleichsweise langsam statt. Im Gegensatz hierzu stellt die Messung der Temperatur von Abgasen, beispielsweise aus thermischen Kolben- oder Strömungsmaschinen, beispielsweise aus Gründen des Bauteilschutzes in der Regel sehr hohe Anforderungen an die Messtechnik und damit auch an die Temperaturfühler 114. Die beiden Hauptforderungen an derartige The temperature sensors 114 are usually rod-shaped, as shown in FIG. 1, and are brought into contact, for example, with the fluid medium in the manners illustrated in FIG. Through various mechanisms of heat transfer, such as convection and / or heat conduction and / or radiation, the temperature sensor 114 is supplied with energy or energy dissipated by this, whereby it assumes a temperature similar to the fluid temperature. Within the temperature sensor 114 each have a sensor element is arranged (not visible in Figure 1), in which it is for example a thermocouple, a NTC (negative temperature coefficient resistor), a PTC (positive temperature coefficient resistor), a common thermal resistor, or a similar sensor element, which sensor element can produce a temperature associated signal, such as an electrical signal, due to its thermophysical properties. This is preferably further processed in an optionally connected electronics, which is not shown in Figure 1 and which may also be part of the device 110 or which may also be configured as external electronics. The installation possibilities of the temperature sensors 114 shown in FIG. 1 are used, for example, in plant construction. The plants are usually operated in quasi-stationary operating conditions, and the temperatures hardly change, and if changes should occur, they take place relatively slowly. In contrast, the measurement of the temperature of exhaust gases, for example from thermal piston or turbomachinery, for example, for reasons of component protection usually very high demands on the measurement and thus also on the temperature sensor 114. The two main demands of such
Temperaturfühler 114, beispielsweise für den Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik, bestehen in der Regel in einer hohen Messgenauigkeit, also einer geringen Temperature sensor 114, for example for use in motor vehicle technology, usually consist of a high measuring accuracy, that is to say a low one
Abweichung zwischen tatsächlicher Fluidtemperatur und vom Temperaturfühler 114 angezeigter Temperatur, sowie in einer hohen Dynamik. Eine hohe Dynamik bedeutet in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, schnelle Änderungen der Gastemperatur mit dem Temperaturfühler 114 mit möglichst geringer Verzögerung und hoher Deviation between the actual fluid temperature and temperature indicated by the temperature sensor 114, and high dynamics. High dynamics in this context means the possibility of rapid changes in the gas temperature with the temperature sensor 114 with the least possible delay and higher
Genauigkeit auflösen zu können. Zusätzlich ist in vielen Fällen eine freie Wahl der Einbauposition oder Verbauposition gewünscht. Aus montagetechnischer Sicht sind gerichtete Einbauten wie die in Figur 1 gezeigte gebogene Ausführung unerwünscht.To resolve accuracy. In addition, in many cases a free choice of installation position or installation position is desired. From a technical point of view directed installations such as the curved embodiment shown in Figure 1 are undesirable.
Meist wird ein Einbau senkrecht zu einer Rohrwandung 118 des Strömungsrohrs 112 am Einbauort in gerader Ausführung des Temperaturfühlers 114 gefordert oder gewünscht. Ungenauigkeiten in der Temperaturmessung sowie eine geringe Dynamik führen zu einem hohen Applikationsaufwand oder sogar zum Ausschluss des Messverfahrens für bestimmte Anwendungen. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen am In most cases, an installation perpendicular to a pipe wall 118 of the flow tube 112 at the installation site in a straight version of the temperature sensor 114 is required or desired. Inaccuracies in the temperature measurement and low dynamics lead to a high application cost or even to the exclusion of the measuring method for certain applications. By appropriate design measures on
Temperaturfühler 114 kann erfindungsgemäß die Genauigkeit und die Dynamik gesteigert werden. Dies soll im Rahmen der nachfolgend gezeigten Temperature sensor 114, the accuracy and the dynamics can be increased according to the invention. This is to be shown in the context of the following
Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen 110 und Temperaturfühler 114 erläutert werden. In Abgasanlagen kommt es aufgrund der hohen Temperaturen in der Regel verstärkt zu einem Energieaustausch durch Konvektion und Strahlung zwischen der Embodiments of inventive devices 110 and temperature sensor 114 will be explained. In exhaust systems, due to the high temperatures, there is usually an increased energy exchange through convection and radiation between the exhaust gas
Abgasanlage, dem darin verbauten Temperaturfühler 114 und der Umgebung. Die Wärmeabgabe des heißen Temperaturfühlers 114 als Messfühler an die kältere Umgebung oder im umgekehrten Fall die Wärmeaufnahme aus der heißeren Exhaust system, the built-in temperature sensor 114 and the environment. The heat output of the hot temperature sensor 114 as a sensor to the colder environment or in the reverse case, the heat absorption from the hotter
Umgebung führt zu einer systembedingten Abweichung der von der Vorrichtung 110 angezeigten Temperatur von der tatsächlichen Fluidtemperatur. Ebenso führt diese Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme zu einem verzögerten Ansprechverhalten der Vorrichtung 110. Durch eine gezielte Beeinflussung des Energietransports können die Wärmeabgabe und/oder die Wärmeaufnahme an die Umgebung bzw. aus der  Environment results in a systemic deviation of the temperature displayed by the device 110 from the actual fluid temperature. Likewise, this heat dissipation or heat absorption leads to a delayed response of the device 110. By deliberately influencing the energy transport, the heat transfer and / or the heat absorption to the environment or from the
Umgebung verringert und die Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe an das eigentliche Sensorelement erhöht werden. Hierdurch werden sowohl die Messgenauigkeit als auch die Dynamik der Temperaturmessung erhöht. In Figur 3 sind schematisch die Einbausituation eines Temperaturfühlers 114 und die auftretenden Energieströme dargestellt. Gezeigt ist hierbei ein Ausführungsbeispiel eines Temperaturfühlers 114, welcher einen an einer Durchführung 120 mit Fixierung 122, beispielsweise einer Verschraubung, vorzugsweise mit Dichtwirkung, durch eine Rohrwandung 118 eines Strömungsrohrs 112 durchgeführten Fühlerkörper 124 aufweist. Der Fühlerkörper 124 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zu einer Rohrachse 126 des Strömungsrohrs und/oder im Wesentlichen senkrecht zur Rohrwandung 118 ausgerichtet. Der Fühlerkörper 124 mündet in einem abgerundeten Messkopf 128, welcher in diesem Ausführungsbeispiel sich nahtlos an den Fühlerkörper 124 anschließt und einstückig mit diesem ausgebildet ist. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich, beispielsweise Ausgestaltungen, bei welchen der Messkopf 128 von dem Fühlerkörper 124 abgesetzt ausgestaltet ist. In dem Messkopf 128 ist ein Sensorelement 130 zur Erfassung der Temperatur des Fluids aufgenommen. Das Sensorelement ist in einer vergrößerten Darstellung in Figur 4 gezeigt.  Reduced environment and the heat absorption or heat output to the actual sensor element can be increased. This increases both the measurement accuracy and the dynamics of the temperature measurement. FIG. 3 schematically shows the installation situation of a temperature sensor 114 and the occurring energy flows. Shown here is an embodiment of a temperature sensor 114, which has a on a passage 120 with fixation 122, for example, a screw, preferably with sealing effect, performed by a tube wall 118 of a flow tube 112 sensor body 124. In this exemplary embodiment, the sensor body 124 is oriented substantially perpendicular to a tube axis 126 of the flow tube and / or substantially perpendicular to the tube wall 118. The sensor body 124 opens into a rounded measuring head 128, which in this embodiment connects seamlessly to the sensor body 124 and is integrally formed therewith. However, other embodiments are possible, for example embodiments in which the measuring head 128 is configured offset from the sensor body 124. In the measuring head 128, a sensor element 130 is recorded for detecting the temperature of the fluid. The sensor element is shown in an enlarged view in FIG.
Die Energieströme, welche bei der Wärmeübertragung auftreten, sind in den Figuren 3 und 4 jeweils mit Pfeilen charakterisiert. Dabei bezeichnen die Bezugsziffern 132 Wärmeübertragungen durch Konvektion, die Bezugsziffern 134 Wärmeübertrag durch Wärmeleitung, und die Bezugsziffern 136 Wärmeübertrag durch Strahlung. Weiterhin sind in Figur 3 verschiedene Temperaturen bezeichnet, nämlich mit Tu die Temperatur der Umgebung, mit Tw>a die Temperatur der Rohrwandung 118 auf der Außenseite, also der dem fluiden Medium abgewandten Seite, mit Tw,i die Temperatur auf der Innenseite der Rohrwandung 118, also auf der dem fluiden Medium zugewandten Seite, mit TA die Temperatur des Abgases bzw. des fluiden Mediums, mit TK die Temperatur des Temperaturfühlers 114 im Bereich eines Kabelabgangs und mit Ts die Temperatur des Temperaturfühlers 114 an dessen Spitze, im Bereich des Messkopfs 128. The energy flows that occur in the heat transfer are characterized in Figures 3 and 4 each with arrows. Reference numerals 132 denote convective heat transfers, reference numerals 134 heat transfer by conduction, and reference numerals 136 heat transfer by radiation. Furthermore, different temperatures are designated in FIG. 3, namely with Tu the temperature of the environment, with T w> a the temperature of the pipe wall 118 on the outside, ie the side facing away from the fluid medium, with T w , i the temperature on the Inside the pipe wall 118, ie on the side facing the fluid medium, with T A, the temperature of the exhaust gas or the fluid medium, with T K, the temperature of the temperature sensor 114 in the region of a cable outlet and T s, the temperature of the temperature sensor 114 at the Tip, in the region of the measuring head 128.
Wenn die Abgastemperatur höher ist als die Sensortemperatur bzw. Ts, so findet Wärmeübertragung in der Regel durch Konvektion vom Abgas in den Temperaturfühler 114 über die gesamte Außenfläche des ins Abgas ragenden Temperaturfühlers 114 statt. Im Bereich der Befestigung des Temperaturfühlers 114 in der Rohrwandung 118 hat dieser einen guten thermischen Kontakt zur Rohrwandung 118. Aufgrund von Wärmeleitung findet ein Wärmeabfluss in die Rohrwandung 118 statt. Da die If the exhaust gas temperature is higher than the sensor temperature or T s , then heat transfer usually takes place by convection of the exhaust gas in the temperature sensor 114 over the entire outer surface of the protruding into the exhaust gas temperature sensor 114. In the region of the attachment of the temperature sensor 114 in the pipe wall 118, this has a good thermal contact with the pipe wall 118. Due to heat conduction, heat dissipation into the pipe wall 118 takes place. Because the
Wandtemperatur in der Regel geringer als die Abgastemperatur ist, wird Wärme durch Leitung in axialer Richtung des Temperaturfühlers 114 transportiert. Es findet ebenfalls allenfalls ein Strahlungswärmeaustausch zwischen der heißeren Mantelfläche desWall temperature is usually lower than the exhaust gas temperature, heat is transported by conduction in the axial direction of the temperature sensor 114. There is also at best a radiation heat exchange between the hotter lateral surface of the
Temperaturfühlers und der kälteren Innenwand des Strömungsrohrs 112 statt (siehe a) in Figur 3). Der in die Umgebung ragende Teil des Temperaturfühlers 114 erfährt in der Regel eine konvektive Kühlung durch die geringere Umgebungstemperatur sowie eine Zufuhr von Wärme durch Strahlungsaustausch mit der heißeren Außenwand des Strömungsrohrs 112 (siehe b) in Figur 3). Eventuell tragen weitere, externe Temperature sensor and the colder inner wall of the flow tube 112 instead (see a) in Figure 3). The environmental portion of the temperature sensor 114 typically undergoes convective cooling by the lower ambient temperature, as well as heat input by radiation exchange with the hotter outer wall of the flow tube 112 (see b) in FIG. 3). Possibly carry further, external
Strahlungsquellen (z.B. heiße Oberflächen eines Abgas-Turboladers, ein Katalysator oder ähnliches) zusätzlich Energie ein (siehe c) in Figur 3). Durch Wärmeleitung findet weiterhin ein Energietransport in Richtung einer Achse 138 des Temperaturfühlers 114 hin zum Kabelabgang statt.  Radiation sources (e.g., hot surfaces of an exhaust turbocharger, catalyst or the like) additionally add energy (see c) in Figure 3). By heat conduction continues to be an energy transport in the direction of an axis 138 of the temperature sensor 114 toward the cable outlet instead.
Im Fall eines schnellen Wechsels zu kaltem Abgas findet Wärmeübertragung durch Konvektion von Temperaturfühler 114 an das fluide Medium bzw. das Abgas statt, in der Regel über die gesamte Außenfläche des ins Abgas ragenden Temperaturfühlers 114. Im Bereich der Befestigung bzw. Fixierung 122 des Temperaturfühlers 114 in der Rohrwandung 118 fließt Wärme von der noch heißen Rohrwandung 118 in denIn the case of a rapid change to cold exhaust gas heat transfer takes place by convection of temperature sensor 114 to the fluid medium or the exhaust gas, usually over the entire outer surface of the exhaust sensor projecting into the exhaust gas 114. In the region of the attachment or fixing 122 of the temperature sensor 114th In the pipe wall 118, heat flows from the still hot pipe wall 118 in the
Fühlerkörper 124 des Temperaturfühlers 114, welcher auch als Schaft ausgestaltet sein kann, in Richtung der Position des Sensorelements 130 nach. Es findet ebenfalls Strahlungswärmeaustausch zwischen der kälteren Mantelfläche des Temperaturfühlers und der nun heißeren Innenwand des Abgasrohrs statt. Der in die Umgebung ragende Teil des Temperaturfühlers 114 erfährt weiterhin eine konvektive Kühlung durch die geringere Umgebungstemperatur sowie eine Zufuhr von Wärme durch Sensor body 124 of the temperature sensor 114, which may also be configured as a shaft, in the direction of the position of the sensor element 130 after. There is also radiation heat exchange between the colder surface of the temperature sensor and the now hotter inner wall of the exhaust pipe instead. The protruding into the environment part of the temperature sensor 114 continues to experience a convective cooling by the lower ambient temperature and a supply of heat through
Strahlungsaustausch mit der heißeren Außenwand des Strömungsrohrs 112. Eventuell tragen weitere externe Strahlungsquellen (beispielsweise heiße Oberflächen von Abgasturboladern, Katalysatoren oder ähnlichem) zusätzlich Energie ein. Durch die Wärmeleitung findet weiterhin ein Energietransport in Richtung der Achse 138 des Temperaturfühlers 114 hin zum Kabelabgang statt. Radiation exchange with the hotter outer wall of the flow tube 112. Eventually contribute additional external radiation sources (for example, hot surfaces of exhaust gas turbochargers, catalysts or the like) in addition to energy. Due to the heat conduction energy transport continues to take place in the direction of the axis 138 of the temperature sensor 114 toward the cable outlet.
In Figur 4 sind schematisch die Energieströme im Bereich der sensitiven Spitze des Temperaturfühlers 114 dargestellt. Das eigentliche Sensorelement 130 erfährt eine Zufuhr und/oder Abfuhr von Wärme, die durch die Umgebungsbedingungen und die konstruktive Anbindung des Sensorelements 130 an den Temperaturfühler 114 beeinflusst werden. Sobald ein stationärer Zustand erreicht ist, sind die zu- und abgeführten Energieströme im Gleichgewicht, und das Sensorelement 130 hält eine konstante Temperatur. Diese entspricht in der Regel der durch eine Auswerteelektronik der Vorrichtung 110 ermittelten Temperatur. Sie ist jedoch nicht identisch mit der Gastemperatur, was einen systembedingten Messfehler bewirkt. FIG. 4 schematically shows the energy flows in the region of the sensitive tip of the temperature sensor 114. The actual sensor element 130 experiences a supply and / or dissipation of heat, which are influenced by the ambient conditions and the constructive connection of the sensor element 130 to the temperature sensor 114. Once a stationary state is reached, the incoming and outgoing energy flows are in equilibrium, and the sensor element 130 maintains a constant temperature. This usually corresponds to the temperature determined by an evaluation of the device 110. However, it is not identical to the gas temperature, which causes a system-related measurement error.
Zur Steigerung der Messgenauigkeit und der Dynamik der Vorrichtung 110 gilt in der Regel das Prinzip, dass die Energiezufuhr zum Sensorelement 130 bzw. die To increase the measurement accuracy and the dynamics of the device 110, the principle that the energy supply to the sensor element 130 or the
Energieabfuhr vom Sensorelement 130 in radialer Richtung, also senkrecht zur Achse 138, möglichst schnell erfolgen muss, wohingegen die Energiezufuhr zum Energy removal from the sensor element 130 in the radial direction, ie perpendicular to the axis 138, must be as fast as possible, whereas the energy supply to
Sensorelement 130 bzw. die Energieabfuhr vom Sensorelement 130 in axialerSensor element 130 or the energy dissipation from the sensor element 130 in the axial
Richtung, also parallel zur Achse 138 des Temperaturfühlers 114, möglichst unterbunden werden muss. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Sensorelement 130 eine Änderung der Temperatur möglichst schnell nachvollzieht und die Temperatur des Sensorelements 130 geringstmöglich von der Temperatur des fluiden Mediums abweicht. Die Minimierung der Energieflüsse in axialer Richtung kann beispielsweise durch eine thermische Entkopplung des Sensorelements 130 bzw. des Messkopfs 128 vom Fühlerkörper 124, beispielsweise vom Schaft des Temperaturfühlers 114, über einen Luftspalt oder einen Einsatz eines Materials mit geringer Wärmeleitfähigkeit technisch realisiert werden. Dies wird unten noch näher erläutert. In radialer Richtung hingegen ist eine gute thermische Anbindung des Sensorelements 130 an das fluideDirection, ie parallel to the axis 138 of the temperature sensor 114, must be prevented as possible. This ensures that the sensor element 130 detects a change in the temperature as quickly as possible and the temperature of the sensor element 130 deviates as little as possible from the temperature of the fluid medium. The minimization of the energy flows in the axial direction can be technically realized, for example, by a thermal decoupling of the sensor element 130 or the measuring head 128 from the sensor body 124, for example from the shaft of the temperature sensor 114, via an air gap or an insert of a material with low thermal conductivity. This will be explained in more detail below. In the radial direction, however, is a good thermal connection of the sensor element 130 to the fluid
Medium und beispielsweise eine Wand des Temperaturfühlers 114 bzw. eine Medium and, for example, a wall of the temperature sensor 114 or a
Minimierung von Luftspalten zu realisieren. Zur Steigerung des radialen Minimization of air gaps to realize. To increase the radial
Energietransports der im Idealfall thermisch vom Fühlerkörper 124 entkoppelten Spitze bzw. des Messkopfs 128 des Temperaturfühlers 114 trägt unter anderem eine Energy transport of the ideally thermally decoupled from the sensor body 124 tip or the measuring head 128 of the temperature sensor 114 carries among other things a
Minimierung der Masse und der spezifischen Wärmekapazität des Systems, insbesondere des Messkopfs 128, und eine Maximierung des Wärmeübergangskoeffizienten und der zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Fläche bei. Minimizing the mass and the specific heat capacity of the system, in particular the measuring head 128, and maximizing the Heat transfer coefficient and the area available for heat transfer at.
Die konstruktive Gestaltung des Temperaturfühlers kann hierzu folgende Beiträge leisten. The constructive design of the temperature sensor can afford the following contributions.
A) Thermische Entkopplung des Sensorelements 130 vom Fühlerkörper 128, beispielsweise durch A) Thermal decoupling of the sensor element 130 from the sensor body 128, for example by
Luftspaltisolierung und/oder  Air gap insulation and / or
- ein Isolierelement, beispielsweise eine Materialschicht mit geringer - An insulating, for example, a layer of material with less
Wärmeleitfähigkeit und/oder Thermal conductivity and / or
eine geringe Wandstärke der das Sensorelement 130 umgebenden Schutzhülse 140; und/oder B) Minimierung der Masse und/oder spezifischen Wärmekapazität des  a small wall thickness of the protective sleeve 140 surrounding the sensor element 130; and / or B) minimizing the mass and / or specific heat capacity of the
Temperaturfühlers 114, insbesondere des Messkopfs 128, und/oder eine Verbesserung des Energietransports im Feststoff des Temperaturfühlers 114, insbesondere des Messkopfs 128, beispielsweise durch:  Temperature sensor 114, in particular of the measuring head 128, and / or an improvement of the energy transport in the solid of the temperature sensor 114, in particular of the measuring head 128, for example by:
Verringerung der Abmessungen des Sensorelements 130 und/oder des Temperaturfühlers 114 im Bereich des Einbauorts des  Reducing the dimensions of the sensor element 130 and / or the temperature sensor 114 in the region of the installation of the
Sensorelements 130 und/oder  Sensor element 130 and / or
Einsatz von Werkstoffen im Nahbereich des Sensorelements mit geringer Dichte und/oder geringer spezifischer Wärmekapazität, jedoch mit hoher Wärmeleitfähigkeit; und/oder  Use of materials in the vicinity of the sensor element with low density and / or low specific heat capacity, but with high thermal conductivity; and or
C) Maximierung des Wärmeübergangs zwischen dem Sensorelement 130 und dem fluiden Medium, beispielsweise durch Verbesserung der thermischen Ankopplung an das fluide Medium, durch Erhöhung des C) Maximize the heat transfer between the sensor element 130 and the fluid medium, for example by improving the thermal coupling to the fluid medium, by increasing the
Wärmeübergangskoeffizienten und/oder durch Erhöhung einer Oberfläche 142 des Temperaturfühlers 114 im Bereich des Messkopfs 128, beispielsweise durch:  Heat transfer coefficient and / or by increasing a surface 142 of the temperature sensor 114 in the region of the measuring head 128, for example by:
Cl) Vergrößerung der zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Oberfläche 132, wie beispielsweise in US 2007/0195857 AI beschrieben, und/oder  Cl) enlargement of the heat transfer surface 132, as described for example in US 2007/0195857 AI, and / or
C2) Vergrößerung des Wärmeübergangskoeffizienten durch Störung des C2) Enlargement of the heat transfer coefficient by disturbance of the heat transfer coefficient
Aufbaus einer laminaren hydrodynamischen und thermischen Construction of a laminar hydrodynamic and thermal
Grenzschicht durch Verwendung eines oder mehrerer Turbulatorelemente auf dem Temperaturfühler 114, insbesondere dem Messkopf 128. Boundary layer by using one or more Turbulator elements on the temperature sensor 114, in particular the measuring head 128th
Die Maßnahmen zur Grenzschichtbeeinflussung gemäß C2) zielen dabei in der Regel auf zwei Effekte ab. Zum einen soll der Umschlag in eine turbulente Grenzschicht möglichst früh, d.h. nach kurzer Lauflänge erfolgen. Hierzu dienen Turbulatorelemente, welche exemplarisch in den Figuren 5A bis 5H und 6A bis 6G gezeigt sind und dort mit der Bezugsziffer 144 bezeichnet sind. Diese Turbulatorelemente 144 sind jeweils auf die Oberfläche 142 des Messkopfs 128 aufgebracht bzw. in diese eingebracht und umfassen verschiedene Arten von Strukturelementen 146, also Erhebungen von derThe measures to influence the boundary layer according to C2) usually aim at two effects. On the one hand, the envelope should turn into a turbulent boundary layer as early as possible, i. done after a short run length. Serve for this purpose turbulator elements, which are shown by way of example in Figures 5A to 5H and 6A to 6G and designated there by the reference numeral 144. These turbulator elements 144 are respectively applied to the surface 142 of the measuring head 128 and incorporated therein and comprise various types of structural elements 146, ie elevations of the
Oberfläche 142 und/oder Vertiefungen in der Oberfläche 142. Beispielsweise zeigt Figur 5A ein Turbulatorelement 144 in Form eines Drahtkorbs mit Stolperdrähten, Figur 5B ein Ausführungsbeispiel eines Turbulatorelements 144 in Form von vorstehenden Rippen mit einem zusätzlichen Drahtkorb über die Rundung des Messkopfs 128, Figur 5C ein Ausführungsbeispiel mit einer Mehrzahl von nadeiförmigen Strukturelementen 146, Figur 5D ein Ausführungsbeispiel mit Erhöhungen, die in Form scharfer Kanten parallel zur Achse 138 des Temperaturfühlers 114 verlaufen und als "Stolperfallen" wirken, Figur 5E ein Ausführungsbeispiel mit Abrisskanten durch eckige Form des Messkopfs 128, Figur 5F ein Ausführungsbeispiel mit Rillen mit rundem Querschnitt oder eckigem Querschnitt in einem ansonsten abgerundeten Messkopf 128, Figur 5G ein Ausführungsbeispiel mit punktförmigen, kreisrunden Vertiefungen (Golf ball- Muster) in einem ansonsten abgerundeten Messkopf 128, und Figur 5H ein For example, FIG. 5A shows a turbulator element 144 in the form of a wire basket with tripping wires, FIG. 5B shows an embodiment of a turbulator element 144 in the form of protruding ribs with an additional wire basket over the rounding of the measuring head 128, FIG. 5C 5D shows an exemplary embodiment with elevations which run in the form of sharp edges parallel to the axis 138 of the temperature sensor 114 and act as "trip hazards", FIG. 5E shows an embodiment with demarcation edges through an angular shape of the measuring head 128, FIG. FIG. 5F shows an exemplary embodiment with grooves with a round cross section or an angular cross section in an otherwise rounded measuring head 128, FIG. 5G shows an exemplary embodiment with punctiform, circular depressions (golf ball pattern) in an otherwise rounded measuring head 128, and FIG. 5H
Ausführungsbeispiel mit einem Gitter von gekreuzten Nuten, welches beispielsweise auch als "negativ" des Drahtkorbs gemäß Figur 5A ausgestaltet sein kann. Alternativ oder zusätzlich können die Strukturelemente 146 des Turbulatorelements 144 auch beispielsweise Rauten, Nadeln, Pyramiden, andere Arten von Abrisskanten oder allgemein eckige Formen umfassen. Embodiment with a grid of crossed grooves, which may for example be configured as "negative" of the wire basket according to FIG 5A. Alternatively or additionally, the structural elements 146 of the turbulator element 144 may also include, for example, diamonds, needles, pyramids, other types of tear-off edges, or generally polygonal shapes.
Die Maßnahmen mit dem mindestens einen Turbulatorelement 144 können The measures with the at least one turbulator element 144 can
beispielsweise in die Vorrichtungen 110 gemäß den Figuren 1, 3 und 4 integriert werden. Die Maßnahmen zur Grenzschichtbeeinflussung zielen dabei in der Regel auf zwei Effekte ab. Zum einen soll der Umschlag in eine turbulente Grenzschicht möglichst früh, d.h. nach kurzer Lauflänge erfolgen. Hierzu dienen die For example, be integrated into the devices 110 according to Figures 1, 3 and 4. The measures to influence the boundary layer usually aim at two effects. On the one hand, the envelope should turn into a turbulent boundary layer as early as possible, i. done after a short run length. Serve this purpose
Turbulatorelemente 144, welche beispielsweise kleine Hindernisse, Vertiefungen, Oberflächenrauigkeiten oder ähnliches umfassen können. Zum anderen soll derTurbulator elements 144, which may include, for example, small obstacles, depressions, surface roughness or the like. On the other hand, the
Grenzschichtaufbau möglichst ständig neu erfolgen, da der Wärmeübergang hierbei besonders hoch ist. Dies wird beispielsweise durch entsprechend unterbrochene Rippen, Nadeln oder sonstige Formen erreicht, die jeweils eine erneute Anströmung eines separaten Körpers mit entsprechendem Grenzschichtaufbau darstellen. Boundary layer structure as possible constantly new, since the heat transfer is particularly high. This is interrupted, for example, by appropriately Ridges, needles or other forms reached, each representing a new flow of a separate body with a corresponding boundary layer structure.
Das Prinzip der Grenzschichtbeeinflussung ist in den Figuren 2A bis 2C erläutert. Figur 2A zeigt dabei die Ausbildung einer fluiddynamischen Grenzschicht bei Überströmung einer Oberfläche 142 in Form einer ebenen Platte. An der festen Wand haftet das Fluid. Mit zunehmender Lauflänge, beginnend an einer Platten-Vorderkante 148, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit kontinuierlich bis auf den Wert in der freien Anströmung zu. Es bildet sich eine laminare Grenzschicht 150 aus, die mit zunehmender Lauflänge anwächst. Innerhalb dieser laminaren Grenzschicht 150 herrscht eine The principle of boundary layer influencing is explained in FIGS. 2A to 2C. FIG. 2A shows the formation of a fluid-dynamic boundary layer when a surface 142 flows over in the form of a flat plate. The fluid adheres to the solid wall. With increasing run length, starting at a plate leading edge 148, the flow rate increases continuously to the value in the free flow. It forms a laminar boundary layer 150, which increases with increasing run length. Within this laminar boundary layer 150 there is a
Schichtenströmung vor, d.h. es findet - im Gegensatz zur meist turbulenten  Layer flow before, i. it finds - in contrast to the mostly turbulent ones
Außenströmung - kein Queraustausch an Impuls und Energie mit Richtung senkrecht zur Oberfläche 142 statt. Bei Erreichen einer kritischen Lauflänge Nkrit findet ein Umschlag des Grenzschichtzustands statt. Es bildet sich eine turbulente Grenzschicht 152 aus, die weiter anwächst. Innerhalb dieser ist ein Austausch von Impuls, Masse und Energie quer zur Hauptströmungsrichtung 116 aufgrund der turbulenten Outside flow - no cross-exchange of momentum and energy with direction perpendicular to the surface 142 instead. Upon reaching a critical run length N crit , an envelope of the boundary layer state takes place. It forms a turbulent boundary layer 152, which continues to grow. Within this is an exchange of momentum, mass and energy transverse to the main flow direction 116 due to the turbulent flow
Schwankungsgeschwindigkeiten möglich. Im Nahbereich der Oberfläche 142 bildet sich eine laminare Unterschicht 154, die jedoch wesentlich dünner als die bisherige laminare Grenzschicht ist. Fluctuation speeds possible. In the vicinity of the surface 142, a laminar lower layer 154 forms, which is, however, substantially thinner than the previous laminar boundary layer.
Analog zur fluiddynamischen Grenzschicht bildet sich, wie in Figur 2C dargestellt und in Figur 2B der fluiddynamischen Grenzschicht gegenübergestellt, eine thermische Grenzschicht aus. Für diese gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie für die in Figur 2B dargestellte fluiddynamische Grenzschicht. Innerhalb der laminaren Grenzschicht findet Wärmeübertragung lediglich durch Wärmeleitung durch die Schichten in Analogous to the fluid dynamic boundary layer, as shown in FIG. 2C and in FIG. 2B the fluid dynamic boundary layer is compared, a thermal boundary layer is formed. For these, the same laws apply as for the fluid dynamic boundary layer shown in Figure 2B. Within the laminar boundary layer heat transfer takes place only by heat conduction through the layers
Richtung der Wand statt. Die fluiddynamische Grenzschichtdicke ist in Figur 2B mit δ bezeichnet, wohingegen die thermische Grenzschichtdicke in Figur 2C mit δτ bezeichnet ist. Die Kernströmung ist jeweils mit der Bezugsziffer 156 bezeichnet. Je dicker die Grenzschicht anwächst, desto kleiner wird der übertragbare Wärmestrom. Mit dem Umschlag in eine turbulente Grenzschicht setzt ein Anstieg des übertragenen Wärmestroms ein, da die laminare Unterschicht dünner als die laminare Grenzschicht ist und da durch die turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten ständig fluides Medium mit höherer Temperatur in die Nähe der Wand befördert wird. Die in den Figuren 5A bis 5H dargestellten Ausgestaltungen von TurbulatorelementenDirection of the wall instead. The fluid-dynamic boundary layer thickness is denoted by δ in FIG. 2B, whereas the thermal boundary layer thickness in FIG. 2C is designated by δ τ . The core flow is designated by the reference numeral 156. The thicker the boundary layer grows, the smaller the transferable heat flow. With the transition into a turbulent boundary layer, an increase in the transferred heat flux sets in, since the laminar underlayer is thinner than the laminar boundary layer and because the turbulent fluctuation rates constantly convey fluid medium at a higher temperature into the vicinity of the wall. The embodiments of turbulator elements illustrated in FIGS. 5A to 5H
144 auf der Oberfläche 142 des Temperaturfühlers 114, insbesondere im Bereich des Messkopfs 128, bewirken somit einen früheren Umschlag in eine turbulente Grenzschicht und einen ständig neuen Aufbau der Grenzschicht. Hierdurch wird der Wärmeübergang besonders hoch ausgestaltet. Die Temperaturfühler 114 werden vorzugsweise derart eingesetzt, dass die Strömungsrichtung 116 des fluiden Mediums quer zu mindestens einer Kante eines Turbulatorelements 144 verläuft. Dies ist bei sämtlichen der in den Figuren 5A bis 5H gezeigten Ausführungsbeispiele gegeben. Weiterhin bewirken die Turbulatorelemente 144, wie aus US 2007/0195857 AI bekannt, zusätzlich eine Vergrößerung der für den Wärmeübertrag zur Verfügung stehenden Oberfläche, zusätzlich zur Steigerung des Wärmeübergangskoeffizienten durch Beeinflussung des Grenzschichtaufbaus gemäß der Figuren 2A bis 2C. Die hier dargestellten Möglichkeiten zur Formgebung der Oberfläche 142 entsprechen teilweise den im großtechnischen Maßstab eingesetzten Mustern zur Steigerung des 144 on the surface 142 of the temperature sensor 114, in particular in the region of the measuring head 128, thus cause an earlier transition into a turbulent Boundary layer and a constantly new structure of the boundary layer. As a result, the heat transfer is designed to be particularly high. The temperature sensors 114 are preferably used such that the flow direction 116 of the fluid medium extends transversely to at least one edge of a turbulator element 144. This is given in all of the embodiments shown in Figures 5A to 5H. Furthermore, the turbulator elements 144, as known from US 2007/0195857 AI, additionally increase the surface available for the heat transfer, in addition to increasing the heat transfer coefficient by influencing the boundary layer structure according to FIGS. 2A to 2C. The options for shaping the surface 142 shown here correspond in part to the patterns used on an industrial scale to increase the
Wärmeübergangs bei stationär betriebenen Wärmeüberträgern, beispielsweise im Anlagenbau, bei Klimaanlagen oder ähnlichem. Diese wurden jedoch bisher lediglich zur Steigerung des Wirkungsgrads von Wärmeüberträgern, nicht jedoch zur Steigerung der Dynamik und/oder der Messgenauigkeit bei Temperaturfühlern eingesetzt. EineHeat transfer in stationarily operated heat exchangers, for example in plant construction, air conditioning or the like. However, these have hitherto been used only to increase the efficiency of heat exchangers, but not to increase the dynamics and / or the measurement accuracy of temperature sensors. A
Übersicht weiterer Formgebungsmöglichkeiten der Turbulatorelemente 144 findet sich beispielsweise bei Ralph L. Webb: "Principles of Enhanced Heat Transfer", John Wiley & Sons, Inc., 1992, S. 231, 241 und 248. Der Wärmeübergangskoeffizient bei einem umströmten Körper hängt also, wie oben erläutert, sowohl von der Geometrie und Oberflächenstruktur des Körpers als auch von den Umströmungsbedingungen ab. Die Turbulatorelemente 144 in den dargestellten Ausführungsbeispielen sind vorzugsweise als Mikrostruktur aufgebaut und weisen vorzugsweise eine Profiltiefe, d.h. eine maximale Tiefe bzw. Höhe der Overview of further shaping possibilities of the turbulator elements 144 can be found, for example, in Ralph L. Webb: "Principles of Enhanced Heat Transfer", John Wiley & Sons, Inc., 1992, p. 231, 241 and 248. The heat transfer coefficient in the case of a circulated body therefore depends on as explained above, both from the geometry and surface structure of the body as well as from the Umströmungsbedingungen. The turbulator elements 144 in the illustrated embodiments are preferably constructed as a microstructure and preferably have a tread depth, i. a maximum depth or height of the
Strukturelemente 146, von höchstens 10 μηη, insbesondere 1 bis 2 μηη, auf. Insofern kann eine künstliche Oberflächenrauigkeit durch die Turbulatorelemente 144 mit den Strukturelementen 146 in Form einer Mikrostruktur bereitgestellt werden, welche für eine ständige Störung der hydrodynamischen und thermischen Grenzschichten sorgt. Dies führt aufgrund des hierdurch erhöhten Impuls- und Energieaustausches zu einer Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten. Die künstlichen Oberflächenrauigkeiten in Form der Turbulatorelemente 144 zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Structural elements 146, of at most 10 μηη, in particular 1 to 2 μηη on. As such, an artificial surface roughness may be provided by the turbulator elements 144 having the structural members 146 in the form of a microstructure that provides for permanent disturbance of the hydrodynamic and thermal boundary layers. This leads to an increase in the heat transfer coefficient due to the thus increased pulse and energy exchange. The artificial surface roughness in the form of turbulator elements 144 is characterized in that their
charakteristische Höhe klein ist im Vergleich zu den restlichen Abmessungen des Temperaturfühlers 114, insbesondere des Messkopfs 128. So können die typischen Breiten der Strukturelemente 146 und/oder deren Höhen beispielsweise um characteristic height is small compared to the remaining dimensions of the temperature sensor 114, in particular of the measuring head 128. Thus, the typical widths of the structural elements 146 and / or their heights can be, for example, around
mindestens einen Faktor 10, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 100 und sogar um mindestens einen Faktor 1000 kleiner sein als der Durchmesser des Messkopfs 128 senkrecht zur Achse 138 des Temperaturfühlers 114. Zudem kann die Rauigkeit durch eine geeignete Gestaltung der Strukturelemente 146 sowohl von der Oberfläche 142 nach außen (z.B. in Form der Stolperdrähte bzw. Nadeln gemäß den at least a factor of 10, preferably at least a factor of 100 and even at least a factor of 1000 smaller than the diameter of the measuring head 128 perpendicular to the axis 138 of the temperature sensor 114. In addition, the roughness by a suitable design of the structural elements 146 both from the surface 142 to the outside (eg in the form of the trip wires or needles according to the
Ausführungsbeispielen in den Figuren 5A bis 5D) als auch nach innen (z.B. in Form der Nuten, Dellen, Rillen oder ähnlichem, beispielsweise gemäß den Embodiments in Figures 5A to 5D) as well as inwardly (e.g., in the form of grooves, dents, grooves, or the like, for example, in accordance with Figs
Ausführungsbeispielen in den Figuren 5F bis 5H) gerichtet sein. Embodiments in Figures 5F to 5H) be directed.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turbulatorelements 144 im Bereich eines Messkopfs 128 eines Temperaturfühlers 114 ist in Figur 6A dargestellt. Hierbei umfasst das Turbulatorelement 144 ein Rändel 158. Unter einem Rändel ist dabei eine Profilstruktur zu verstehen, welche eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Rillen aufweist. Dabei sollte mindestens eine Gruppe von Rillen eine Querkomponente senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 116 des fluiden Mediums aufweisen. Ausgestaltungen dieser Rändel sind in den Figuren 6B bis 6F gezeigt. So zeigt Figur 6B ein Rändel mit achsparallelen Riefen, welche vorzugsweise vollständig senkrecht zur Strömungsrichtung 116 des fluiden Mediums ausgerichtet werden. Ein Querschnitt durch die Riefen ist in Figur 6G gezeigt. Dabei bezeichnet der Buchstabe t genormte Teilungen, welche beispielsweise bei 0,5, 0,6, 0,8, 1,0, 1,2 oder 1,6 mm liegen können, di bezeichnet dabei einen Nennungsdurchmesser, und d2 einen Ausgangsdurchmesser. Bei dem Rändel gemäß Figur 6B kann beispielsweise gelten:
Figure imgf000021_0001
A further exemplary embodiment of a turbulator element 144 according to the invention in the region of a measuring head 128 of a temperature sensor 114 is shown in FIG. 6A. Here, the turbulator element 144 comprises a knurl 158. Under a knurl is to understand a profile structure having a plurality of parallel grooves. In this case, at least one group of grooves should have a transverse component perpendicular to the main flow direction 116 of the fluid medium. Embodiments of these knurls are shown in FIGS. 6B to 6F. Thus, Figure 6B shows a knurl with axially parallel grooves, which are preferably aligned completely perpendicular to the flow direction 116 of the fluid medium. A cross-section through the grooves is shown in FIG. 6G. In this case, the letter t denotes standardized divisions, which may be, for example, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 or 1.6 mm, di denotes a nominal diameter, and d 2 an initial diameter. For example, in the case of the knurl according to FIG. 6B:
Figure imgf000021_0001
Figur 6C zeigt ein so genanntes Rechtsrändel. Der Winkel α zwischen der Achse 138 und den Riefen kann beispielsweise von 10 bis 50°, vorzugsweise von 20 bis 40° und insbesondere 30° betragen, und es kann gelten: d2 = di - 0,5 t. Entsprechendes gilt auch für ein in Figur 6D dargestelltes so genanntes Linksrändel. In Figur 6E ist ein so genanntes Links- Rechts- Rändel dargestellt, für welches der Winkel α ebenfalls von 10 bis 50°, insbesondere von 20 bis 40 und besonders bevorzugt 30° betragen kann. Für ein erhöhtes Links- Rechts- Rändel kann beispielsweise gelten: d2 = di - 0,67 t, und für ein vertieftes Links- Rechts- Rändel d2 = di - 0,33 t. FIG. 6C shows a so-called right knurl. The angle α between the axis 138 and the grooves may, for example, be from 10 to 50 °, preferably from 20 to 40 ° and in particular 30 °, and it may be: d 2 = di - 0.5 t. The same applies to a so-called left-hand knurl shown in FIG. 6D. FIG. 6E shows a so-called left-right knurl, for which the angle α can likewise be from 10 to 50 °, in particular from 20 to 40 and particularly preferably 30 °. For example, for an increased left-right knurl, d 2 = di-0.67 t, and for a recessed left-hand knurl, d 2 = di-0.33 t.
In Figur 6F ist schließlich ein so genanntes Kreuzrändel dargestellt, mit einer Mehrzahl von zur Achse 138 parallelen Riefen und einer Mehrzahl von senkrecht zur Achse 138 verlaufenden Riefen. Für ein erhöhtes Kreuzrändel kann beispielsweise gelten: d2 = di - 0,67 t und für ein vertieftes Kreuzrändel d2 = di - 0,33 t. Die Riefen können beispielsweise einen Riefenwinkel ß aufweisen, der ebenfalls in Figur 6G dargestellt ist. Dieser Riefenwinkel kann beispielsweise 70° bis 110° betragen, insbesondere 80° bis 100° und besonders bevorzugt 90°. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. In jedem Fall der in den Figuren 6B bis 6F dargestellten Finally, FIG. 6F shows a so-called cross knurl, with a plurality of grooves parallel to the axis 138 and a plurality of grooves running perpendicular to the axis 138. For an increased cross knurl, for example, d 2 = di - 0.67 t and for a recessed cross knurl d 2 = di - 0.33 t. The grooves may, for example, have a groove angle β, which is also shown in FIG. 6G. This groove angle can be, for example, 70 ° to 110 °, in particular 80 ° to 100 ° and particularly preferably 90 °. However, other embodiments are at least possible. In any case, those shown in Figures 6B to 6F
Turbulatorelemente 144 in Form der Rändel 158 sind jeweils Komponenten senkrecht zur Strömungsrichtung 116 des fluiden Mediums gegeben. Insbesondere im Fall eines Links- Rechts- Rändeis gemäß Figur 6E oder auch im Falle eines Kreuzrändeis gemäß Figur 6F sind die Rauigkeiten auch senkrecht oder unter einem Winkel zur Anströmung gerichtet. Turbulator elements 144 in the form of knurls 158 are each given components perpendicular to the flow direction 116 of the fluid medium. In particular, in the case of a left-right Rändeis according to Figure 6E or in the case of Kreuzrändeis according to Figure 6F, the roughness are also directed perpendicular or at an angle to the flow.
Wie oben dargestellt, sind die Konzepte A), B) und C) unabhängig voneinander oder auch in beliebiger Kombination A-B, A-C, B-C oder A-B-C realisierbar. Somit sind die in den Figuren 5A bis 6G dargestellten Ausgestaltungen mit Turbulatorelementen 144, welche Realisierungsmöglichkeiten des Konzepts C) darstellen, auch mit den - im Übrigen auch unabhängig von A) realisierbaren - Konzepten B) und/oder C) kombinierbar. Ausführungsbeispiele der Konzepte B) und/oder C) sollen im Folgenden kurz beschrieben werden. Zu diesem Zweck soll anhand einer schematischen As shown above, the concepts A), B) and C) are independent of each other or in any combination A-B, A-C, B-C or A-B-C feasible. Thus, the configurations shown in FIGS. 5A to 6G with turbulator elements 144, which represent possibilities of realization of the concept C), can also be combined with the concepts B) and / or C), which, incidentally, can also be implemented independently of A). Embodiments of the concepts B) and / or C) will be briefly described below. For this purpose, should be based on a schematic
Darstellung in Figur 7 ein typischer Aufbau eines Temperaturfühlers 114 gemäß demRepresentation in Figure 7 shows a typical structure of a temperature sensor 114 according to the
Stand der Technik kurz erläutert werden. Der Temperaturfühler 114 weist wiederum einen Fühlerkörper 124 auf, welcher in diesem Fall übergangslos in einen Messkopf 128 mit einem Sensorelement 130 übergeht. Das Sensorelement 130 ist in diesem Fall beispielsweise als Thermoelement ausgestaltet und entsteht durch die Verbindung zweier metallischer Leiter 160 aus unterschiedlichen Werkstoffen, welche an einerState of the art will be explained briefly. The temperature sensor 114 in turn has a sensor body 124, which in this case merges seamlessly into a measuring head 128 with a sensor element 130. The sensor element 130 is configured in this case, for example, as a thermocouple and is formed by the connection of two metallic conductors 160 made of different materials, which on a
Messstelle 162, die das eigentliche Sensorelement 130 bildet, miteinander verbunden werden. Die verbundenen Leiter 160 (Thermoleiter) werden auch als Thermoelement bezeichnet. Die Verbindung der als Thermoleitungen wirkenden metallischen Leiter 160 wird beispielsweise durch ein Verschweißen und/oder Verlöten erzeugt. Die Metallkombinationen der metallischen Leiter 160 für Thermoleitungen sind in der Regel genormt, so dass verschiedene Thermoelementtypen aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die Größe des Durchmessers der Thermoleitungen 160 korreliert mit den Kosten und in der Regel mit der Lebensdauer des Thermoelements. Der in Figur 7 dargestellte typische Temperaturfühler 114 ist ein so genanntes Measuring point 162, which forms the actual sensor element 130, are interconnected. The connected conductors 160 (thermal conductors) are also referred to as thermocouples. The connection of the thermal conductors acting as metallic conductor 160 is generated for example by welding and / or soldering. The metal combinations of the metallic conductors 160 for thermowires are typically standardized so that various types of thermocouples are known in the art. The size of the diameter of the thermocouples 160 correlates with the cost and typically the life of the thermocouple. The typical temperature sensor 114 shown in FIG. 7 is a so-called
Mantelthermoelement. Die Thermoleitungen 160 sind in der Regel in eine keramische Isolierpackung 164 eingebettet, beispielsweise aus MgO und/oder Al203. Nach außen ist das elektrisch isolierte Thermoelement durch einen Mantel 166 mit einem Sheathed thermocouple. The thermal conductors 160 are typically embedded in a ceramic insulating package 164, such as MgO and / or Al 2 O 3 . Outwardly, the electrically insulated thermocouple is through a jacket 166 with a
Mantelmaterial, beispielsweise Edelstahl und/oder Keramik, vor der Umgebung geschützt. Mantelthermoelemente wie der in Figur 7 exemplarisch dargestellte Sheath material, such as stainless steel and / or ceramic, protected from the environment. Sheath thermocouples as exemplified in Figure 7
Temperaturfühler 114 mit metallischem Mantel werden üblicherweise aus einer so genannten mineralisch isolierten Leitung (MIL) gefertigt, die in nahezu beliebigen Werkstoffkombinationen hinsichtlich der Thermoleitungen 160, des Isoliermaterials der Isolierpackung 164 und des Mantelmaterials des Mantels 166 sowie in unterschiedlich definierten Abmessungen, insbesondere hinsichtlich Durchmesser, Manteldicke, Dicke der Thermoleitungen 160 oder ähnlichen Abmessungen, als Endlosware bezogen werden können. Dabei ist in der Regel zu beachten, dass die maximale Temperature sensor 114 with metallic sheath are usually made of a so-called mineral insulated line (MIL), which in almost any Material combinations with respect to the thermal lines 160, the insulating material of the insulating 164 and the jacket material of the shell 166 and in different defined dimensions, especially in diameter, shell thickness, thickness of the thermal cables 160 or similar dimensions, can be obtained as endless. It is usually important to note that the maximum
Einsatztemperatur des Mantelthermoelements vom Mantel und Leitungsdurchmesser sowie vom Isolationswiderstand des mineralischen Isolators abhängig ist. Beim Konfektionieren wird die MIL abgelängt und an einem Ende mineralisches  Operating temperature of the jacket thermocouple depends on the jacket and cable diameter and the insulation resistance of the mineral insulator. When manufacturing the MIL is cut to length and mineral at one end
Isoliermaterial abgetragen, um die eigentlichen Thermoleitungen 160 freizulegen. Die freigelegten Drähte werden zur Messstelle verschweißt, und das fehlende Insulating removed to expose the actual thermoelectric lines 160. The exposed wires are welded to the measuring point, and the missing
Isoliermaterial wird wieder aufgefüllt und verdichtet. Anschließend wird das Mantelrohr des Mantels 166 am gleichen Ende verschlossen, beispielsweise durch Schweißen. Am anderen Ende, also an dem dem Messkopf 128 gegenüberliegenden Ende des Temperaturfühlers 114, wird ein Stück des Mantelrohrs entfernt, um die  Insulating material is replenished and compacted. Subsequently, the jacket tube of the shell 166 is closed at the same end, for example by welding. At the other end, so at the opposite end of the measuring head 128 of the temperature sensor 114, a piece of the jacket tube is removed to the
Thermoleitungen 160 als Anschlussdrähte freizulegen, beispielsweise für einenThermo cables 160 expose as connecting wires, for example for a
Stecker, Crimps oder ähnliches. Plugs, crimps or similar.
Die oben beschriebenen Konzepte A) bis C) zur Verbesserung der thermischen Ausgestaltung des Temperaturfühlers 114 lassen sich, einzeln, in beliebiger The above-described concepts A) to C) for improving the thermal configuration of the temperature sensor 114 can be individually, in any desired
Paarkombination oder insgesamt, grundsätzlich auch auf Temperaturfühler 114 mitPair combination or total, in principle also on temperature sensor 114 with
Thermoelementen analog zur Ausgestaltung gemäß Figur 7 übertragen, bei welchen das eigentliche Sensorelement 130 durch eine Verbindungsstelle zwischen mindestens zwei metallischen Leitern 160 und/oder Thermoleitungen gebildet wird. So lassen sich beispielsweise die Gestaltungen der Oberfläche 142 im Bereich des Messkopfs 128 durch Verwendung eines oder mehrerer Turbulatorelemente 144 auf diese Thermocouples transmitted analogously to the embodiment according to Figure 7, in which the actual sensor element 130 is formed by a junction between at least two metallic conductors 160 and / or thermocouples. Thus, for example, the configurations of the surface 142 in the region of the measuring head 128 can be achieved by using one or more turbulator elements 144
Ausgestaltung übertragen. Alternativ oder zusätzlich lassen sich auch die Konzepte A) und/oder B) auf dieses Konzept der Temperaturfühler 114 übertragen. Dies soll im Folgenden exemplarisch gezeigt werden. So kann das Sensorelement 130 insbesondere derart in dem Messkopf 128 aufgenommen sein, dass dieses zumindest weitgehend von dem Fühlerkörper 124 thermisch entkoppelt ist. Dies bedeutet, dass ein Wärmeübertrag zwischen dem Sensorelement 130 und dem umgebenden fluiden Medium durch konstruktive  Embodiment transferred. Alternatively or additionally, the concepts A) and / or B) can also be transferred to this concept of the temperature sensor 114. This will be shown below by way of example. For example, the sensor element 130 may be received in the measuring head 128 in such a way that it is at least largely thermally decoupled from the sensor body 124. This means that a heat transfer between the sensor element 130 and the surrounding fluid medium by constructive
Ausgestaltung des Messkopfs 128 begünstigt wird, insbesondere im Vergleich zu einem Wärmeübertrag hin zum Fühlerkörper 124, welcher vorzugsweise unterdrückt wird. Dies kann beispielsweise durch eine konstruktive Designanpassung an der Messstelle 162 erfolgen. Ein Energieaustausch durch Konvektion und Strahlung und damit die Wärmeübertragung zwischen einem in der Vorrichtung 110 verbauten Sensorelement 130 und seiner Umgebung und die Höhe der auftretenden Embodiment of the measuring head 128 is favored, in particular in comparison to a heat transfer to the sensor body 124, which is preferably suppressed. This can be done, for example, by a structural design adaptation at the measuring point 162. An energy exchange by convection and radiation and so that the heat transfer between a built-in device 110 sensor element 130 and its surroundings and the height of the occurring
Temperaturen (insbesondere aufgrund eines Einflusses der Strahlung ab Temperatures (especially due to an influence of radiation from
Temperaturen oberhalb von 500 °C) führen zu einer systembedingten Abweichung der gemessenen Temperatur und der tatsächlich herrschenden Temperatur im Medium.Temperatures above 500 ° C) lead to a systemic deviation of the measured temperature and the actual prevailing temperature in the medium.
Zusätzlich bewirken die Wärmeübertragung bzw. der Wärmeaustausch ein verzögertes Ansprechverhalten des Temperatursensors 130 an der Messstelle 162. Mittels der oben beschriebenen Konzepte A) bis C) oder zumindest den Konzepten A) und/oder B) lassen sich die Genauigkeit und die Dynamik steigern. So kann die Energiezufuhr zu der Messstelle 162 bzw. die Energieabfuhr von dieser Messstelle 162 in radialerIn addition, the heat transfer or the heat exchange cause a delayed response of the temperature sensor 130 at the measuring point 162. By means of the concepts A) to C) described above or at least the concepts A) and / or B), the accuracy and the dynamics can be increased. Thus, the energy supply to the measuring point 162 or the energy dissipation from this measuring point 162 in radial
Richtung, also senkrecht zur Achse 138, sehr schnell ausgestaltet werden. Dadurch wird die Temperaturänderung im gesamten Medium mit minimaler zeitlicher Direction, ie perpendicular to the axis 138, are designed very fast. As a result, the temperature change in the entire medium with minimal temporal
Verzögerung auf die Messstelle 162 übertragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Energiezufuhr zu der Messstelle 162 bzw. dem Sensorelement 130 (was Delay transferred to the measuring point 162. Alternatively or additionally, the energy supply to the measuring point 162 or the sensor element 130 (which
gleichbedeutend sein soll) und/oder die Energieabfuhr von der Messstelle 162 in axiale Richtung, also parallel zur Achse 138, verhindert oder zumindest vermindert werden. Die Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle 162 und dem fluiden Medium bleibt dadurch möglichst gering. Diese Grundprinzipien und daraus abgeleitete Aspekte können beispielsweise in den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen realisiert werden. So ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen should be synonymous) and / or the energy dissipation from the measuring point 162 in the axial direction, ie parallel to the axis 138, prevented or at least reduced. The temperature difference between the measuring point 162 and the fluid medium remains as small as possible. These basic principles and aspects derived therefrom can be realized, for example, in the exemplary embodiments presented below. Such is an embodiment of an inventive
Temperaturfühlers 114 bzw. eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 in den Figuren 8A (Teilschnittdarstellung von der Seite) und 8B (teilweise geöffnete perspektivische Darstellung) dargestellt. Wiederum handelt es sich dabei exemplarisch um ein Mantelthermoelement mit dem oben anhand der Figur 7 beschriebenen MIL- Aufbau, mit einem Fühlerkörper 124 und einem Messkopf 128. Die Thermoleitungen sind wiederum mit der Bezugsziffer 160 bezeichnet. Das eigentliche Sensorelement 130 ist wiederum durch eine Verbindung der Leiter 160 an einer Messstelle 130, bei welcher es sich auch um einen ausgedehnteren Messbereich handeln kann, gebildet. Das Sensorelement 130 ist in dieser Ausgestaltung von einem Koppelelement 168 in Temperature sensor 114 and a part of a device 110 according to the invention in the figures 8A (partial sectional view from the side) and 8B (partially opened perspective view) shown. Again, this is an example of a jacket thermocouple with the MIL structure described above with reference to FIG. 7, with a sensor body 124 and a measuring head 128. The thermoelectric lines are again designated by the reference numeral 160. The actual sensor element 130 is again formed by a connection of the conductors 160 at a measuring point 130, which may also be a more extensive measuring range. The sensor element 130 is in this embodiment of a coupling element 168 in
Form einer Keramikhülse 170 bzw. eines Keramikröhrchens umgeben. Das Surround form of a ceramic sleeve 170 and a ceramic tube. The
Koppelelement 168 ist seinerseits durch eine dünnwandige, thermisch möglichst leitfähige Schutzhülse 172 bzw. Schutzkappe umgeben, welche einen mechanischen Schutz für das Sensorelement 130 bereitstellt und den Messkopf am Fühlerkörper 124 fixiert. Die Schutzkappe kann an der Stirnfläche des Temperaturfühlers 114 Coupling element 168 in turn is surrounded by a thin-walled, preferably thermally conductive protective sleeve 172 or protective cap, which provides a mechanical protection for the sensor element 130 and fixes the measuring head on the sensor body 124. The protective cap can on the end face of the temperature sensor 114th
geschlossen oder auch zumindest teilweise geöffnet ausgestaltet sein. Die closed or at least partially open configured. The
Schutzkappe kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial mit hoher thermischer Leitfähigkeit und/oder einem metallischen Material hergestellt sein. Optional können auf der äußeren Oberfläche 142 der Schutzhülse 172 ein oder mehrere Protective cap can for example be made of a plastic material with high thermal Conductivity and / or a metallic material to be made. Optionally, on the outer surface 142 of the protective sleeve 172, one or more
Turbulatorelemente 144 angeordnet sein, beispielsweise gemäß den oben Turbulator elements 144 may be arranged, for example according to the above
beschriebenen Ausgestaltungen, welche in den Figuren 8A und 8B nicht dargestellt sind. described embodiments, which are not shown in Figures 8A and 8B.
Die Fertigstellung des in den Figuren 8A und 8B dargestellten Temperaturfühlers 114 unterscheidet sich von dem anhand der in Figur 7 beschriebenen Stand der Technik wie folgt. Nach einem Ablängen der MIL wird ein Stück des Mantelrohrs 166 entfernt, und die Thermoleitungen 160 werden freigelegt. Die derart freigelegten metallischenThe completion of the temperature sensor 114 shown in FIGS. 8A and 8B differs from the prior art described in FIG. 7 as follows. After cutting the MIL to length, a length of the jacket tube 166 is removed and the thermal lines 160 are exposed. The thus exposed metallic
Leiter 160 werden vorzugsweise konnpaktiert und/oder zusammengepresst, beispielsweise um einen flächigen Kontakt zwischen den Leitern 160 zu erzeugen. Anschließend werden die MIL mit kompaktierter Messstelle 162 und die Schutzhülse 172 mit eingepresstem Keramikröhrchen bzw. eingepresster Keramikhülse 170, wie in den Figuren 8A und 8B gezeigt, gefügt. Zur MIL hin wird die Schutzhülse 172 mit dem Mantel 166 der MIL verbunden, beispielsweise durch ein Verschweißen. Conductors 160 are preferably nipped and / or pressed together, for example, to create a planar contact between the conductors 160. Subsequently, the MIL with compacted measuring point 162 and the protective sleeve 172 with pressed-ceramic tube or pressed-ceramic sleeve 170, as shown in Figures 8A and 8B, joined. Towards the MIL, the protective sleeve 172 is connected to the jacket 166 of the MIL, for example by welding.
Wie oben dargestellt, kann eine Stirnseite 174 des Messkopfs 128 geöffnet oder auch geschlossen ausgestaltet sein. An einer geöffneten Stirnseite 174 kann, wie in Figur 9 als optionale Ausgestaltung dargestellt, mit Hilfe beispielsweise eines geeignetenAs illustrated above, an end face 174 of the measuring head 128 can be opened or also designed to be closed. At an open end face 174, as shown in Figure 9 as an optional embodiment, with the aid of, for example, a suitable
Schweißverfahrens wie z.B. eines Laserschweißens, eine Schmelzperle 176 erzeugt werden, welche ebenfalls Bestandteil des Koppelelements 168 sein kann. Auf diese Weise kann beispielsweise erreicht werden, dass zwischen dem Sensorelement 130 bzw. der Messstelle 162 und dem Keramikröhrchen der Keramikhülse 170 ein im Wesentlichen spaltfreier Übergang, beispielsweise in Form eines Formschlusses 178, entsteht. Es kann somit ein spaltfreier Übergang zwischen dem Sensorelement 130 und dem Koppelelement 168 und vorzugsweise auch der Schutzhülse 172 erzeugt werden. Weiterhin kann, um eine Wärmeleitfähigkeit in axialer Richtung zu vermindern, zwischen dem Sensorelement 130 und dem Fühlerkörper 124 mindestens ein Welding process such as a laser welding, a melt bead 176 are generated, which may also be part of the coupling element 168. In this way it can be achieved, for example, that a substantially gap-free transition, for example in the form of a positive connection 178, arises between the sensor element 130 or the measuring point 162 and the ceramic tube of the ceramic sleeve 170. Thus, a gap-free transition between the sensor element 130 and the coupling element 168 and preferably also the protective sleeve 172 can be generated. Furthermore, in order to reduce a thermal conductivity in the axial direction, between the sensor element 130 and the sensor body 124 at least one
Isolationselement 180 angeordnet sein. In den dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 8A bis 9 kann es sich hierbei beispielsweise um einen Luftspalt 182 handeln. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Arten von Isolation element 180 may be arranged. In the illustrated exemplary embodiments according to FIGS. 8A to 9, this may be, for example, an air gap 182. Alternatively or additionally, other types of
Isolationselementen 180 verwendet werden, beispielsweise eine oder mehrere Isolation elements 180 are used, for example, one or more
Schichten aus einem thermisch isolierenden Material, eine oder mehrere Layers of a thermally insulating material, one or more
Isolationshülsen oder ähnliches. Auf diese Weise kann ein Wärmeübertrag in axialerInsulating sleeves or the like. In this way, a heat transfer in axial
Richtung vermindert werden. Die Stirnseite 174 des Temperaturfühlers 114 gemäß den Figuren 8A bis 9 kann verschlossen werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise nach den vorangehend beschriebenen Verfahrensschritten die Schutzhülse 172 auf der Stirnseite 174 mit einem Deckel verschweißt werden, oder die Schutzhülse 172 kann von vorneherein als geschlossene Schutzhülse ausgestaltet werden. Beispielsweise durch das in den Figuren 8A bis 9 beschriebene Fertigungsverfahren, jedoch auch mittels anderer Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, lassen sich die oben beschriebenen Grundprinzipien A) und/oder B) konstruktiv gut umsetzen. So erfolgt eine gute Wärmeleitung in radialer Richtung, also senkrecht zur Achse 138 des Temperaturfühlers 114. Eine gute thermische Anbindung des Sensorelements 130 bzw. der Messstelle 162 zum fluiden Medium wird durch Reduzierung beispielsweise der Luftspalte in radialer Richtung auf ein Minimum erreicht. Dies wird beispielsweise in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Hilfe eines Formschlusses und/oder einer Presspassung zwischen der Schutzhülse 172 und dem Koppelelement 168 und/oder dem Sensorelement 130 erreicht, optional in Kombination mit dem oben beschriebenen optionalen Formschluss zwischen dem Koppelelement 168 und demDirection be reduced. The end face 174 of the temperature sensor 114 according to FIGS. 8A to 9 can be closed. For this purpose, for example After the process steps described above, the protective sleeve 172 are welded to the end face 174 with a lid, or the protective sleeve 172 can be configured from the outset as a closed protective sleeve. For example, by the manufacturing method described in Figures 8A to 9, but also by means of other embodiments of the present invention, the above-described basic principles A) and / or B) can be implemented constructively well. Thus, good heat conduction takes place in the radial direction, ie perpendicular to the axis 138 of the temperature sensor 114. A good thermal connection of the sensor element 130 or the measuring point 162 to the fluid medium is achieved by reducing, for example, the air gaps in the radial direction to a minimum. This is achieved, for example, in the exemplary embodiments described above with the aid of a positive connection and / or an interference fit between the protective sleeve 172 and the coupling element 168 and / or the sensor element 130, optionally in combination with the optional positive connection between the coupling element 168 and the above-described
Sensorelement 130 über beispielsweise eine Schmelzperle oder eine andere Art von Formschluss. Zusätzlich werden optional die Masse und/oder die spezifische Sensor element 130 via, for example, a melted bead or another type of positive connection. Additionally, optionally, the mass and / or the specific
Wärmekapazität des Materials des Messkopfs 128 an der Messstelle 162 durch geeignete Miniaturisierung und/oder Materialauswahl verringert oder sogar minimiert. Gleichzeitig kann, alternativ oder zusätzlich, durch eine geeignete Strukturierung derThermal capacity of the material of the measuring head 128 at the measuring point 162 is reduced or even minimized by suitable miniaturization and / or material selection. At the same time, alternatively or additionally, by a suitable structuring of
Oberfläche 142 mittels des optionalen mindestens einen Turbulatorelements 144 gemäß Strategie C) der obigen Optionen sowohl die für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Fläche als auch der Wärmeübergangskoeffizient maximiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann, wie oben beschrieben, eine thermische Entkopplung in axialer Richtung erfolgen, also parallel zur Achse 138, so dass einSurface 142 by means of the optional at least one turbulator element 144 according to strategy C) of the above options, both the area available for heat transfer and the heat transfer coefficient can be maximized. Alternatively or additionally, as described above, a thermal decoupling in the axial direction, ie parallel to the axis 138, so that a
Wärmeübertrag zwischen Messkopf 128 und Fühlerkörper 124 zumindest im Vergleich zu einem durchgehenden Fühlerkörper 124 bei einer einstückigen Ausgestaltung gemäß Figur 7 reduziert wird. Dies kann beispielsweise, wie in Figur 9 dargestellt, mittels einer Luftspaltisolierung erreicht werden. Zusätzlich kann die Wandstärke der Schutzhülse 172, beispielsweise der Schutzkappe, reduziert werden, insbesondere in radialer Richtung, beispielsweise auf Wandstärken unterhalb von 1 mm, vorzugsweise auf unterhalb von 0,5 mm. Heat transfer between the measuring head 128 and the sensor body 124 is reduced at least in comparison with a continuous sensor body 124 in a one-piece embodiment according to FIG. This can be achieved, for example, as shown in Figure 9, by means of an air gap insulation. In addition, the wall thickness of the protective sleeve 172, for example, the protective cap can be reduced, in particular in the radial direction, for example, to wall thicknesses below 1 mm, preferably below 0.5 mm.
In Figur 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 und eines erfindungsgemäßen Temperaturfühlers 114 gezeigt, welches eineFIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a device 110 according to the invention and a temperature sensor 114 according to the invention, which has a
Abwandlung der Ausgestaltung in Figur 9 darstellt. Dementsprechend kann weitgehend auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Wiederum weist der Temperaturfühler 114 einen Fühlerkörper 124 und einen Messkopf 128 auf. Wie auch in den Variation of the embodiment in Figure 9 represents. Accordingly, reference may largely be made to the above description. Again, the temperature sensor points 114 a sensor body 124 and a measuring head 128 on. As well as in the
vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen kann der Messkopf 128 auch in diesem Ausführungsbeispiel mit einem im Vergleich zum Fühlerkörper 124 reduzierten In the above described embodiments, the measuring head 128 can also be reduced in this embodiment with a reduced compared to the sensor body 124
Durchmesser ausgestaltet sein. Beispielsweise kann eine Durchmesserreduzierung auf zwei Drittel des Durchmessers des Fühlerkörpers 124 oder weniger erfolgen. Der Messkopf 128 kann wiederum von einer Schutzhülse 173 umgeben sein, welche grundsätzlich einstückig mit dem Mantel 166 des Fühlerkörpers 124 ausgebildet sein kann, welcher jedoch auch lediglich mit diesem Mantel 166 verbunden sein kann oder auf andere Weise mit dem Fühlerkörper 124 verbunden sein kann, beispielsweise analog zu den Ausgestaltungen in den Figuren 8A bis 9. Optional kann die Oberfläche 142 dieser Schutzhülse 172, insbesondere die umfangsseitige Oberfläche 142 und/oder die stirnseitige Oberfläche 142, wiederum strukturiert sein mittels eines oder mehrerer Turbulatorelemente 144. In diesem wie auch in anderen Diameter be configured. For example, a diameter reduction may be made to two thirds of the diameter of the sensor body 124 or less. The measuring head 128 may in turn be surrounded by a protective sleeve 173, which may in principle be formed integrally with the jacket 166 of the sensor body 124, which, however, may also be connected only to this jacket 166 or otherwise connected to the sensor body 124, for example Analogously to the embodiments in FIGS. 8A to 9, the surface 142 of this protective sleeve 172, in particular the circumferential surface 142 and / or the frontal surface 142, may in turn be structured by means of one or more turbulator elements 144. In this as well as in others
Ausführungsbeispielen können zwischen der Schutzhülse 172 und dem Fühlerkörper 124, beispielsweise dem Mantel 166, auch ein oder mehrere zusätzliche Embodiments may also include one or more additional ones between the protective sleeve 172 and the sensor body 124, for example the jacket 166
Isolatorelemente angeordnet sein. Wiederum weist der Temperaturfühler 114 mindestens ein Sensorelement 130 an einer Messstelle 162 auf, beispielsweise gemäß der Ausgestaltung in den Figuren 8A bis 9 oder gemäß anderen Ausgestaltungen. So können beispielsweise wieder NTCs, PCTs, Widerstände, Thermoelemente oder andere Arten von Sensorelementen 130 verwendet werden.  Isolator elements may be arranged. Again, the temperature sensor 114 has at least one sensor element 130 at a measuring point 162, for example according to the embodiment in FIGS. 8A to 9 or according to other embodiments. For example, NTCs, PCTs, resistors, thermocouples or other types of sensor elements 130 may be used again.
Um eine hohe Dynamik der Temperaturmessung zu erreichen, muss das In order to achieve a high dynamic of the temperature measurement, that must
Sensorelement 130 möglichst schnell erwärmt bzw. möglichst schnell abgekühlt werden. Die hierbei zu transportierende Energiemenge ist proportional zum Produkt aus Masse und spezifischer Wärmekapazität des abzukühlenden bzw. aufzuheizenden Bereichs. Um diesen Bereich möglichst klein zu halten, müssen dessen Abmessungen verringert werden. Zur schnellen Aufheizung bzw. Abkühlung sollte dieser Bereich des Messkopfs 128, wie auch in den vorangehenden Ausführungsbeispielen, thermisch vom Fühlerkörper 124, beispielsweise dem Schaft des Temperaturfühlers 114, entkoppelt werden. Hierdurch wird verhindert, dass Energie zum Aufheizen in den Fühlerkörper 124 abfließt und nicht zur Erwärmung zur Verfügung steht, oder, im umgekehrten Fall, Energie aus dem Fühlerkörper 124 nachfließt und die Abkühlung des Bereichs des Messkopfs 128 verzögert. Die thermische Entkopplung kann auch in dem in Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum über ein oder mehrere Isolationselemente 180 erfolgen, beispielsweise über einen oder mehrere Luftspalte.Sensor element 130 is heated as quickly as possible or cooled as quickly as possible. The amount of energy to be transported is proportional to the product of mass and specific heat capacity of the area to be cooled or heated. To keep this area as small as possible, its dimensions must be reduced. For rapid heating or cooling, this region of the measuring head 128 should, as in the preceding embodiments, be thermally decoupled from the sensor body 124, for example the shaft of the temperature sensor 114. This prevents energy from flowing into the sensor body 124 to heat up and not being available for heating, or, in the reverse case, energy flowing from the sensor body 124 and retarding the cooling of the sensing head 128 area. The thermal decoupling can also take place in the exemplary embodiment shown in FIG. 10 again via one or more insulation elements 180, for example via one or more air gaps.
Um eine möglichst gute thermische Ankopplung zwischen dem Sensorelement 130 und dem umgebenden fluiden Medium zu erreichen, kann ein Spalt zwischen dem Sensorelement 130 und der Schutzhülse 172 vollständig oder teilweise mit einem Füllmaterial 184 ausgefüllt werden. Bei diesem Füllmaterial 184 kann es sich beispielsweise um ein metallisches und/oder keramisches Füllmaterial und/oder ein Kunststoff- Füllmaterial handeln. Das Füllmaterial 184 kann beispielsweise in Form eines pulverförmigen Füllmaterials in den Zwischenraum eingebracht werden und/oder auf andere Weise, beispielsweise in Form eines flüssigen oder zähflüssigen In order to achieve the best possible thermal coupling between the sensor element 130 and the surrounding fluid medium, a gap between the Sensor element 130 and the protective sleeve 172 are completely or partially filled with a filler 184. This filling material 184 can be, for example, a metallic and / or ceramic filling material and / or a plastic filling material. The filling material 184 may be introduced into the intermediate space, for example in the form of a powdery filling material, and / or in another manner, for example in the form of a liquid or viscous one
Füllmaterials 184. Anschließend kann optional eine Aushärtung erfolgen. Auch thermisch leitfähige Kunststoffe, beispielsweise thermisch leitfähige Duroplaste, Elastomere oder Thermoplaste können eingesetzt werden. Filling material 184. Subsequently, an optional hardening can take place. Also thermally conductive plastics, such as thermally conductive thermosets, elastomers or thermoplastics can be used.
Die anhand der Figuren 8A bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiele einer Umsetzung der Konzepte A) und/oder B) gemäß der obigen Beschreibung lassen sich auch mit den Ausführungsbeispielen des Konzepts C) gemäß der obigen Beschreibung kombinieren. So lassen sich die Ausführungsbeispiele einzeln oder in Kombination beispielsweise auch mit den Beispielen der Turbulatorelemente 144 gemäß den Figuren 5A bis 6G kombinieren, so dass diese Turbulatorelemente 144 optional auch beispielsweise auf den im Durchmesser verringerten Messkopf 128 gemäß den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 8A bis 10 aufgebracht werden können. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise auch das Isolationselement 180 und/oder das Koppelelement 168 in die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 5A bis 6G oder in andere Ausführungsbeispiele des Konzepts C) integriert werden. The exemplary embodiments of a conversion of the concepts A) and / or B) as described above with reference to FIGS. 8A to 10 can also be combined with the embodiments of the concept C) as described above. Thus, the exemplary embodiments can be combined individually or in combination, for example, with the examples of the turbulator elements 144 according to FIGS. 5A to 6G so that these turbulator elements 144 are optionally also applied, for example, to the diameter-reduced measuring head 128 according to the exemplary embodiments according to FIGS. 8A to 10 can be. Alternatively or additionally, for example, the insulating element 180 and / or the coupling element 168 can be integrated into the exemplary embodiments according to FIGS. 5A to 6G or into other exemplary embodiments of the concept C).
Verschiedene Kombinationen sind denkbar. Various combinations are conceivable.

Claims

Vorrichtung (110) zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums, umfassend mindestens einen Temperaturfühler (114), wobei der Temperaturfühler (114) eingerichtet ist, um in das fluide Medium eingebracht zu werden, wobei der Temperaturfühler (114) einen Fühlerkörper (124) und einen in das fluide Medium hineinragenden Messkopf (128) umfasst, wobei in dem Messkopf (128) mindestens ein Sensorelement (130) zur Erfassung einer Temperatur Apparatus (110) for sensing a temperature of a fluid medium comprising at least one temperature sensor (114), wherein the temperature sensor (114) is adapted to be introduced into the fluid medium, wherein the temperature sensor (114) comprises a sensor body (124) and a measuring head (128) projecting into the fluid medium, wherein in the measuring head (128) at least one sensor element (130) for detecting a temperature
aufgenommen ist, wobei das Sensorelement (130) derart in dem Messkopf (128) aufgenommen ist, dass dieses zumindest weitgehend thermisch von dem is received, wherein the sensor element (130) is received in the measuring head (128) such that this at least substantially thermally of the
Fühlerkörper (124) entkoppelt ist. Sensor body (124) is decoupled.
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermische Entkoppelung des Sensorelements (130) von dem Fühlerkörper (124) über mindestens ein zwischen dem Sensorelement (130) und dem Fühlerkörper (124) angeordnetes Isolationselement (180) erfolgt, wobei das Isolationselement (180) eingerichtet ist, um einen Wärmeübertrag zwischen dem Sensorelement (130) und dem Fühlerkörper (124) zu unterdrücken. Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the thermal decoupling of the sensor element (130) from the sensor body (124) via at least one arranged between the sensor element (130) and the sensor body (124) insulation element (180), wherein the insulation element (180) is arranged to suppress heat transfer between the sensor element (130) and the sensor body (124).
Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Device (110) according to the preceding claim, wherein the
Isolationselement (180) ausgewählt ist aus: einem Element mit geringer thermischer Leitfähigkeit, insbesondere einer Isolationsschicht und/oder einer Isolationshülse; einem Gasspalt (182). Insulating element (180) is selected from: an element with low thermal conductivity, in particular an insulating layer and / or an insulating sleeve; a gas gap (182).
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the
Messkopf (128) zumindest teilweise von einer thermisch leitfähigen Schutzhülse (172) umgeben ist. Measuring head (128) is at least partially surrounded by a thermally conductive protective sleeve (172).
Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the
Messkopf (128) im Vergleich zum Fühlerkörper (124) einen geringeren Measuring head (128) compared to the sensor body (124) a smaller
Durchmesser aufweist. Diameter.
6. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der 6. Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the
Messkopf (128) im Bereich des Sensorelements (130) in radialer Richtung zumindest weitgehend spaltfrei ausgestaltet ist. 7. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das  Measuring head (128) in the region of the sensor element (130) in the radial direction is designed at least substantially gap-free. 7. Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the
Sensorelement (130) zumindest teilweise in mindestens einem Koppelelement (168) aufgenommen ist, wobei das Koppelelement (168) ausgestaltet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Sensorelement (130) und dem fluiden Medium im Vergleich zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Sensorelement (130) und dem Fühlerkörper (124) zu begünstigen.  Sensor element (130) is at least partially accommodated in at least one coupling element (168), wherein the coupling element (168) is designed to heat exchange between the sensor element (130) and the fluid medium compared to a heat exchange between the sensor element (130) and to favor the sensor body (124).
8. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Koppelelement (168) von dem Fühlerkörper (124) thermisch entkoppelt ist. 9. Vorrichtung (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (168) mindestens einen Werkstoff mit einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften aufweist: einen Werkstoff mit geringerer Dichte als die durchschnittliche Dichte der Werkstoffe des Fühlerkörpers (124) in einem an den Messkopf (128) angrenzenden Bereich; einen Werkstoff mit geringerer 8. Device (110) according to the preceding claim, wherein the coupling element (168) of the sensor body (124) is thermally decoupled. 9. Device (110) according to one of the two preceding claims, wherein the coupling element (168) comprises at least one material having one or more of the following properties: a material with a lower density than the average density of the materials of the sensor body (124) in one the measuring head (128) adjacent area; a material with less
spezifischer Wärmekapazität als die durchschnittliche spezifische Wärmekapazität der Werkstoffe des Fühlerkörpers (124) in einem an den Messkopf (128) angrenzenden Bereich; einen Werkstoff mit einer höheren thermischen  specific heat capacity as the average specific heat capacity of the materials of the sensor body (124) in a region adjacent to the gauge head (128); a material with a higher thermal
Leitfähigkeit als die durchschnittliche thermische Leitfähigkeit der Werkstoffe des Fühlerkörpers (124) in einem an den Messkopf (128) angrenzenden Bereich.  Conductivity as the average thermal conductivity of the materials of the probe body (124) in an area adjacent the probe (128).
10. Vorrichtung (110) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (168) ausgewählt ist aus: einer das Sensorelement (130) zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere einem keramischen Werkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit; einer das Sensorelement (130) zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem Kunststoff Werkstoff, insbesondere einem Kunststoffwerkstoff mit hoher thermischer Leitfähigkeit; einer das Sensorelement (130) zumindest teilweise umschließenden Hülse aus einem metallischen Werkstoff; einer das 10. Device (110) according to one of the three preceding claims, wherein the coupling element (168) is selected from: a the sensor element (130) at least partially enclosing sleeve of a ceramic material, in particular a ceramic material with high thermal conductivity; a sleeve at least partially surrounding the sensor element (130) made of a plastic material, in particular a plastic material with high thermal conductivity; a sleeve of a metallic material at least partially enclosing the sensor element (130); one that
Sensorelement (130) zumindest teilweise umschließenden Schmelzperle (176), insbesondere einer Schmelzperle (176) aus einem Kunststoffwerkstoff und/oder einer Schmelzperle (176) aus einem metallischen Werkstoff und/oder einer Schmelzperle (176) aus einem Glaswerkstoff; einem Füllmaterial (184) in einem Zwischenraum zwischen dem Sensorelement (130) und einer den Messkopf (128) zumindest teilweise umschließenden Schutzhülse (172). Sensor element (130) at least partially enclosing the melted bead (176), in particular a melted bead (176) made of a plastic material and / or a melted bead (176) of a metallic material and / or a melted bead (176) of a glass material; a filling material (184) in one Interspace between the sensor element (130) and the measuring head (128) at least partially enclosing protective sleeve (172).
PCT/EP2011/056671 2010-06-15 2011-04-27 Apparatus for detecting a temperature of a fluid medium WO2011157471A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010030075.6 2010-06-15
DE201010030075 DE102010030075A1 (en) 2010-06-15 2010-06-15 Device for detecting a temperature of a fluid medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011157471A1 true WO2011157471A1 (en) 2011-12-22

Family

ID=44512791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/056671 WO2011157471A1 (en) 2010-06-15 2011-04-27 Apparatus for detecting a temperature of a fluid medium

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010030075A1 (en)
WO (1) WO2011157471A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016114918B3 (en) * 2016-08-11 2017-11-02 Pyro Science Gmbh Device for determining the concentration of an analyte in a gaseous medium
CN111801486A (en) * 2018-01-18 2020-10-20 音-斯图公司 Quick response temperature sensor
DE102018102600A1 (en) * 2018-02-06 2019-08-08 Tdk Electronics Ag temperature sensor
DE102018111167A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Measuring insert with protective tube

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB627610A (en) * 1946-01-17 1949-08-11 Artemas De Forest Holden Thermocouple construction
US20070195857A1 (en) 2006-02-22 2007-08-23 Honeywell International Inc. Temperature sensor that achieves a fast response in an exhaust gas environment
EP2037247A2 (en) * 2007-09-14 2009-03-18 EPIQ Sensor-Nite N.V. Temperature sensor
US20090110029A1 (en) * 2007-10-29 2009-04-30 Smiths Medical Asd, Inc. Dual potting temperature probe

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB627610A (en) * 1946-01-17 1949-08-11 Artemas De Forest Holden Thermocouple construction
US20070195857A1 (en) 2006-02-22 2007-08-23 Honeywell International Inc. Temperature sensor that achieves a fast response in an exhaust gas environment
EP2037247A2 (en) * 2007-09-14 2009-03-18 EPIQ Sensor-Nite N.V. Temperature sensor
US20090110029A1 (en) * 2007-10-29 2009-04-30 Smiths Medical Asd, Inc. Dual potting temperature probe

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Sensoren im Kraftfahrzeug", 2007, ROBERT BOSCH GMBH, pages: 96 - 105
RALPH L. WEBB: "Principles of Enhanced Heat Transfer", 1992, JOHN WILEY & SONS, INC., pages: 231,241,

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010030075A1 (en) 2011-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1881308B1 (en) Temperature sensor for a resistance thermometer, in particular for use in the exhaust section of combustion engines
EP3566031B1 (en) Thermometer
EP2002254B1 (en) Method of producing a measurement sensor for high-temperature applications
DE102011083437B4 (en) Universal high temperature element
EP2875324A1 (en) Temperature sensor for rapid temperature changes
DE102009028850A1 (en) Manufacturing method of a sensor of a thermal flow meter
WO2011157471A1 (en) Apparatus for detecting a temperature of a fluid medium
EP3837515B1 (en) Temperature measuring device and method for determining temperature
EP0873501B1 (en) Temperature measuring probe
WO2016102124A1 (en) Thermal flowmeter
EP2591318B1 (en) Probe of a thermal flow meter, for measuring the flow through a measuring pipe and method for it's fabrication
DE4207317C2 (en) Device for measuring the temperature of molten metal
DE112019000625T5 (en) Temperature sensor and temperature measuring device
DE2938086C2 (en) Temperature sensor for determining the coolant temperature in liquid-cooled transformers
WO2011157467A1 (en) Apparatus for detecting a temperature of a flowing fluid medium
DE10236036B4 (en) High temperature sensor
DE202006003595U1 (en) Method for preparing thermal element, especially for level indication of fluids in tanks, has inner conductor and segmented outer conductors embedded in insulating layer
EP2917710B1 (en) Temperature sensor system and method for producing a temperature sensor system
WO2014041170A2 (en) Method for pressing or welding the protective cover of a high temperature sensor
WO2017102223A1 (en) Multipoint sensor for determining an existing temperature profile of a medium, and method for producing same
DE102011008176A1 (en) Thermoelectric temperature sensor for measured value prediction or for correcting mounting error or for determining sensor drift, has thermocouple, temperature-resistant and mechanically flexible sheathed cable with thermal conductors
EP2895832A2 (en) High temperature sensor and method for producing a protective cover for a high temperature sensor
DE202014103008U1 (en) Sheath thermometer with several longitudinally offset measuring points
EP4028734B1 (en) Noninvasive thermometer
EP4323736A1 (en) Coupling element for a device for determining and/or monitoring a process variable

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11716553

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11716553

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1