DE19910286A1 - Verfahren zur Temperaturmessung - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Temperaturmessung wird das zu messende Medium (10) durch ein Trennelement (9, 12, 13) von der Umgebung abgetrennt. Ein Temperatursensor (2) wird mit einem weichen und wärmeleitfähigen Kunststoff ummantelt (5) und der ummantelte Temperatursensor (1) wird unter Presswirkung an das Trennelement (9, 12, 13) angekoppelt. Durch die Ankoppelung der Kunststoffummantelung (5) an das Trennelement (9, 12, 13) wird der Temperatursensor (2) unmittelbar wärmeleitend mit dem zu messenden Medium (10) verbunden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Temperaturmessung gemäss Anspruch 1 und auf einen ummantelten Temperatursensor gemäss dem unabhängigen Vorrichtung-Anspruch.

Temperatursensoren zur Messung von Temperaturen beispielsweise mittels temperaturabhängiger Widerstandselementen wie Widerstandsdrähte oder Halbleiter vom Kalt- oder Heissleitertyp sind allgemein bekannt.

Aus der DE 196 21 000 A1 ist ein Temperatursensor mit einem Messwiderstand bekannt, wobei der Messwiderstand von einem Primärgehäuse aus einem temperaturbeständigen Kunststoff umgeben ist. Dieses Primärgehäuse ist zusätzlich mit einer harten Kunststoffumspritzung als Aussengehäuse umgeben. Ein solcher Sensor ist kostengünstig herzustellen und kann in aggressiver Umgebung eingesetzt werden. Ein solcher Sensor weist jedoch nur dann eine einigermassen genügende Messgenauigkeit auf, wenn der Sensor direkt in das Messmedium eintaucht. Wird der Temperatursensor auf einen zumessenden Gegenstand aufgebracht, entsteht ein zwischen Temperatursensor und Gegenstand ein Luftspalt, was einen schlechten Wärmeübergang und damit ein ungenaues Messergebnis zur Folge hat.

Aus der DE 42 37 039 A1 ist eine Temperaturmesseinrichtung bekannt, bei der in einem ersten Spritzgiessvorgang ein Steckerflansch und ein mittleres Halterungsteil gespritzt werden und in einem zweiten Spritzgiessvorgang eine Kappe über eine Heissleitertablette gespritzt wird. Durch die Kappe wird eine dünne Abdeckungsmöglichkeit geschaffen, die die Temperaturerfassung aufgrund ihrer geringen thermischen Isolierung nicht beeinträchtigt. Durch die Kunststoffummantelung wird der Temperaturfühler auch in korrosiven Messmedien sicher vor Korrosion geschützt. Durch Anformen von Einraststegen an das mittlere Halterungsteil ist es möglich, den Fühler direkt in Heiss- oder Kühlkanäle einzurasten. Ein grosses Problem stellt jedoch dar, dass bei Ersatz eines solchen, in Heiss- oder Kühlkanäle eingerasteten Temperaturfühlers das Messmedium aus der Einrastöffnung austreten kann und somit bei Ersatz des Temperaturfühlers normalerweise die zugehörige Anlage ausser Betrieb gesetzt werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperatursensor bereitzustellen, der zuverlässige Messwerte der Temperatur liefert und welcher ohne Eingriffe auf das Messmedium oder die zugehörige Anlage ausgetauscht werden kann.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den unabhängigen Ansprüche angegebenen Merkmale gelöst.

Kern der Erfindung ist es somit, dass das zu messende Medium durch ein Trennelement von der Umgebung abgetrennt wird, dass ein Temperatursensor mit einem weichen und wärmeleitfähigen Kunststoff ummantelt wird und der ummantelte Temperatursensor unter Presswirkung an das Trennelement angekoppelt wird und dass durch die Ankoppelung der Kunststoffummantelung an das Trennelement der Temperatursensor unmittelbar wärmeleitend mit dem zu messenden Medium verbunden wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1a einen Temperaturfühler im Längsschnitt,

Fig. 1b einen Temperaturfühler im Querschnitt,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Temperaturfühlers mit Anschlusskontakt,

Fig. 3 einen in eine Sackbohrung eingelassenen Temperaturfühler,

Fig. 4 einen in ein Adapterelement eingefügten Temperaturfühler und

Fig. 5 einen Temperaturfühler als Anlegefühler.

Fig. 1a, 1b und 2 zeigen einen Temperaturfühler 1, umfassend einen Temperatursensor 2, Verbindungsleitungen 3, 4 und eine Ummantelung 5. Als Temperatursensor 2 können beispielsweise allgemein bekannte temperaturabhängige Widerstandselemente wie Widerstandsdrähte oder Halbleiter vom Kalt- oder Heissleitertyp verwendet werden. Der Temperatursensor 2 ist an Verbindungsleitungen 3, 4 angeschlossen, die mit einem äussere Anschlusskontakt 6 verbunden sein können, wobei der Anschlusskontakt als Stecker ausgebildet werden kann. Der Temperatursensor 2 mit den an ihn angeschlossenen Verbindungsleitungen 3, 4 ist mit der Ummantelung 5 aus Kunststoff vollständig ummantelt, wobei die Verbindungsleitungen 3, 4 durch die Ummantelung nach aussen zum Anschlusskontakt geführt sind. Die Ummantelung kann dabei beispielsweise mittels Umspritzung erfolgen, wobei die jeweiligen Charakteristiken des Kunststoffes beachtet werden müssen. Als weitere Verfahren zur Ummantelung kann beispielsweise pressen (Krompessions-, Transferpressverfahren) verwendet werden.

Der Kunststoff der Ummantelung ist relativ weich und weist eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit λ auf. Die Härte der Kunststoffummantelung beträgt dabei vorzugsweise weniger als 100 SHORE A, gemessen nach DIN 53 505. Besonders bevorzugt sind Härten von weniger als 75 SHORE A. Die Wärmeleitfähigkeit λ sollte bevorzugt grösser als 0.5 W/mK sein, besonders bevorzugt sind Wärmeleitfähigkeit λ grösser als 1 W/mK. Durch die nachfolgend beschriebene mechanische Koppelung werden jedoch auch schon bei geringeren Werten als λ < 0.5 W/mK gute Messergebnisse erzielt. Beispiele solcher Kunststoffe sind thermoplastische Elastomere (Blockpolymere). Insbesonders geeignet sind wärmeleitfähigen Elastomere wie Silikone und EPDM.

Die äussere Form des Temperaturfühlers 1 ist im wesentlichen zylinderförmig und kann mit Ausnehmungen 7 und 8 versehen sein.

Durch die obenbeschriebene Ausgestaltung des Temperaturfühlers wird der Temperatursensor sehr gut vor Umwelteinflüssen geschützt.

Fig. 3 zeigt eine Trennwandung 9 einer Anlage, durch die ein zu messendes Medium 10, beispielsweise Heizwasser, von der Umgebung abgetrennt wird. Die Trennwand 9 ragt in das Medium 10 hinein und bildet so eine Sackbohrung 11, in die der Temperaturfühler 1 eingeführt ist. Der äussere Durchmesser des Temperaturfühlers 1 wird nun leicht grösser gewählt als der Innendurchmesser der Sackbohrung 11, so dass der Temperaturfühler gegenüber der Sackbohrung ein Übermass aufweist. Dadurch wird ein Presssitz zwischen der Sackbohrung und dem Temperaturfühler erzielt und dadurch ein hervorragender Wärmeübergang vom zu messenden Medium 10 zum Temperatursensor 2 bewirkt. Durch die relativ weiche Ausführung der Ummantelung 5 werden relativ kleine Kräfte durch den Presssitz auf den Temperatursensor 2 ausgeübt. Durch die Ausführung des Temperaturfühlers mit den rippenförmigen Ausnehmungen 7 werden diese Kräfte weiter reduziert. Durch die geringe Krafteinwirkung auf den Temperatursensor wird insbesondere bei keramischen Temperatursensoren die Lebensdauer des Temperaturfühlers erhöht. Da der Temperaturfühler mit Übermass hergestellt wird und die Ummantelung relativ weich ist, werden auch geringe Anforderungen an die Toleranz bei der Fertigung des Temperaturfühlers gestellt, was die Produktionskosten tief hält.

Fig. 4 zeigt eine andere Stelle der Trennwand 9, wobei in einer Öffnung der Trennwand ein Adapterelement 12 eingelassen ist. Dieses Adapterelement 12 ragt ebenfalls in das zu messende Medium 10 hinein und ist im wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet, so dass das Medium 10 ebenfalls von der Umgebung abgetrennt wird. In das Adapterelement wird nun ebenfalls der Temperaturfühler mit Übermass eingeführt und ein Presssitz zwischen dem Adapterelement und dem Temperaturfühler erzielt. Neben den bereits unter Fig. 3 beschriebenen Vorteilen zeigt Fig. 4 einen weiteren Vorteil gegenüber bisher bekannten Systemen. Bei einem Austausch des Temperaturfühlers 1 kann der Temperaturfühler einfach aus dem Adapterelement 12 herausgezogen und entkoppelt werden und ein neuer erfindungsgemässer Temperaturfühler 1 eingeschoben und an das zu messende Medium angekoppelt werden. Dies ohne dass das zu messende Medium 10 aus der Öffnung in der Trennwand 9 austreten kann. Dies im Gegensatz zu bisher bekannten Systemen, bei denen der Temperatursensor nicht lösbar mit dem Adapterelement verbunden war und bei Ersatz des Temperaturfühlers das Adapterelement entnommen werden musste und aus der Öffnung in der Trennwand das zu messende Medium austrat.

Fig. 5 zeigt eine weitere Anwendung des Temperaturfühlers 1 als Anlegefühler bei geringen Leitungsdurchmessern einer Rohrleitung 13, durch die ebenfalls ein zu messendes Medium 10 fliesst. Der Temperaturfühler kann dazu eine sektorförmige Ausnehmung 8 (siehe Fig. 1b) aufweisen, die in etwa der Kontur der Rohrleitung 13 entspricht. Der Temperaturfühler wird mit der sektorförmigen Ausnehmung auf die Rohrleitung aufgelegt und mit einem Rohranlegeclip 14 lösbar mit der Rohrleitung verbunden. Die weiche Ausführung des Temperaturfühler bewirkt einen hervorragenden Wärmeübergang vom zu messenden Medium 10 über die Trennwand zum Temperatursensor. Durch die relativ weiche Ausführung der Ummantelung werden relativ kleine Kräfte durch den Presssitz auf den Temperatursensor ausgeübt.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Temperaturmessung, bei dem das zu messende Medium (10) durch ein Trennelement (9, 12, 13) von der Umgebung abgetrennt wird, dass ein Temperatursensor (2) mit einem weichen und wärmeleitfähigen Kunststoff ummantelt (5) wird und der ummantelte Temperatursensor (1) unter Presswirkung an das Trennelement (9, 12, 13) angekoppelt wird und dass durch die Ankoppelung der Kunststoffummantelung (5) an das Trennelement (9, 12, 13) der Temperatursensor (2) unmittelbar wärmeleitend mit dem zu messenden Medium (10) verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Austausch des ummantelten Temperatursensors (1) der ummantelte Temperatursensor vom Trennelement (9, 12, 13) abgekoppelt wird und ein neuer ummantelter Temperatursensor (1) angekoppelt wird, ohne dass das zu messende Medium (10) beeinträchtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ummantelung (5) des Temperatursensors (1) ein Elastomer verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (9, 12) so ausgebildet wird, dass es vom zu messenden Medium (10) umflossen wird und dass der ummantelte Temperatursensor (1) in den so gebildeten Hohlraum (11, 12) eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ummantelte Temperatursensor (1) mit einem Übermass gegenüber dem Hohlraum (11, 12) ausgebildet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ummantelte Temperatursensor (1) auf dem Trennelement (13) befestigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ummantelte Temperatursensor (1) mittels eines Rohranlegeclips (14) auf dem Trennelement (13) befestigt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (5) entsprechend der Oberfläche des Trennelementes (13) als Negativform ausgeformt wird.

9. Ummantelter Temperatursensor (1, 2, 5) nach einem der Verfahrensansprüchen 1 bis 8.

10. Temperatursensor (2) mit an ihn angeschlossenen Verbindungsleitungen (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (2) mit den an ihn angeschlossenen Verbindungsleitungen (3, 4) vollständig mit einer Ummantelung (5) aus einem weichen und wärmeleitfähigen Kunststoff ummantelt ist und dass die Verbindungsleitungen (3, 4) durch die Ummantelung (5) nach aussen geführt sind.

11. Temperatursensor (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (5) aus einem Elastomer besteht.

12. Temperatursensor (2) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Ummantelung mit Ausnehmungen (7, 8) versehen ist.