DE19910286A1

DE19910286A1 - Methods for temperature measuring in witch medium to be measured is separated from environment by coupling separating element to coated temperature sensor for directing medium to heat-conductive area of sensor

Info

Publication number: DE19910286A1
Application number: DE1999110286
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Huber; Richard Abt
Original assignee: Electrowatt Technology Innovation AG
Current assignee: Electrowatt Technology Innovation AG
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2000-09-21

Abstract

A temperature sensor (2) includes heat-conducting plastic coating (5). A coated temperature sensor (1) is coupled to a separating element and the plastic coating (5) is coupled to the separating element of the temperature sensor (2) for directing medium to be measured towards heat-conductive part. An Independent claim is included for: (a) a temperature sensor (b) a temperature sensor

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Temperaturmessung gemäss Anspruch 1 und auf einen ummantelten Temperatursensor gemäss dem unabhängigen Vorrichtung-Anspruch.The invention relates to a method for temperature measurement according to claim 1 and to one encased temperature sensor according to the independent device claim.

Temperatursensoren zur Messung von Temperaturen beispielsweise mittels temperaturabhängiger Widerstandselementen wie Widerstandsdrähte oder Halbleiter vom Kalt- oder Heissleitertyp sind allgemein bekannt.Temperature sensors for measuring temperatures, for example using temperature-dependent ones Resistance elements such as resistance wires or semiconductors of the PTC or thermistor type well known.

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.A temperature sensor with a measuring resistor is known from DE 196 21 000 A1, the Measuring resistor is surrounded by a primary housing made of a temperature-resistant plastic. This primary housing is additionally surrounded by a hard plastic encapsulation as an outer housing. Such a sensor is inexpensive to manufacture and can be used in an aggressive environment. However, such a sensor only has a reasonably sufficient measuring accuracy if the Immerse the sensor directly in the measuring medium. If the temperature sensor is to be metered Applied object, an air gap is created between the temperature sensor and the object, which poor heat transfer and thus an inaccurate measurement result.

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.From DE 42 37 039 A1 a temperature measuring device is known, in which in a first Injection molding a connector flange and a middle bracket part are injected and in one second injection molding process, a cap is injected over a hot conductor tablet. Through the cap created a thin coverage option that the temperature detection due to their low thermal insulation not affected. The temperature sensor is due to the plastic coating also reliably protected against corrosion in corrosive measuring media. By forming snap-in bars the middle bracket part enables the sensor to be snapped directly into hot or cooling channels. A big problem, however, is that when replacing one, in hot or cooling channels temperature sensor can snap out of the measuring medium from the snap-in opening and thus at Replacement of the temperature sensor normally requires the associated system to be taken out of operation.

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. The invention has for its object to provide a temperature sensor that is reliable It delivers measured values of the temperature and which one without interfering with the measuring medium or the associated System can be replaced.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den unabhängigen Ansprüche angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in the independent claims Features resolved.

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.The essence of the invention is thus that the medium to be measured is separated from the Environment is separated that a temperature sensor with a soft and thermally conductive Plastic is encased and the encased temperature sensor is pressed against the Separating element is coupled and that by coupling the plastic jacket to the Separating element of the temperature sensor directly connected to the medium to be measured in a heat-conducting manner becomes.

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.Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims. Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below described.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1a einen Temperaturfühler im Längsschnitt, FIG. 1a is a temperature sensor in the longitudinal section,

Fig. 1b einen Temperaturfühler im Querschnitt, FIG. 1b, a temperature sensor in cross-section,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Temperaturfühlers mit Anschlusskontakt, Fig. 2 is a perspective view of a temperature sensor with connection contact,

Fig. 3 einen in eine Sackbohrung eingelassenen Temperaturfühler, Fig. 3 shows a set into a blind bore temperature sensor,

Fig. 4 einen in ein Adapterelement eingefügten Temperaturfühler und Fig. 4 is a inserted into an adapter element temperature sensor and

Fig. 5 einen Temperaturfühler als Anlegefühler. Fig. 5 shows a temperature sensor as a contact sensor.

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. Fig. 1a, 1b and 2 show a temperature sensor 1, comprising a temperature sensor 2, connecting lines 3, 4 and a casing 5. For example, generally known temperature-dependent resistance elements such as resistance wires or semiconductors of the PTC or hot conductor type can be used as the temperature sensor 2 . The temperature sensor 2 is connected to connecting lines 3 , 4 , which can be connected to an outer connection contact 6 , wherein the connection contact can be designed as a plug. The temperature sensor 2 with the connecting lines 3 , 4 connected to it is completely sheathed with the sheathing 5 made of plastic, the connecting lines 3 , 4 leading through the sheathing to the outside to the connection contact. The sheathing can be carried out, for example, by means of extrusion coating, the respective characteristics of the plastic having to be taken into account. For example, presses (crompession, transfer press processes) can be used as further processes for the sheathing.

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.The plastic of the sheath is relatively soft and has a relatively high thermal conductivity λ. The hardness of the plastic sheathing is preferably less than 100 SHORE A, measured according to DIN 53 505. Hardnesses of less than 75 SHORE A are particularly preferred Thermal conductivity λ should preferably be greater than 0.5 W / mK, particularly preferred Thermal conductivity λ greater than 1 W / mK. Through the mechanical coupling described below however, good measurement results are achieved even with values lower than λ <0.5 W / mK. Examples of such plastics are thermoplastic elastomers (block polymers). Thermally conductive elastomers such as silicones and EPDM are particularly suitable.

Die äussere Form des Temperaturfühlers 1 ist im wesentlichen zylinderförmig und kann mit Ausnehmungen 7 und 8 versehen sein.The outer shape of the temperature sensor 1 is essentially cylindrical and can be provided with recesses 7 and 8 .

Durch die obenbeschriebene Ausgestaltung des Temperaturfühlers wird der Temperatursensor sehr gut vor Umwelteinflüssen geschützt.The temperature sensor is very good due to the above-described design of the temperature sensor protected from environmental influences.

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. 3 shows a partition 9 of a system through which a medium 10 to be measured, for example heating water, is separated from the surroundings. The partition 9 projects into the medium 10 and thus forms a blind bore 11 into which the temperature sensor 1 is inserted. The outer diameter of the temperature sensor 1 is now selected to be slightly larger than the inner diameter of the blind bore 11 , so that the temperature sensor is oversized compared to the blind bore. As a result, a press fit is achieved between the blind bore and the temperature sensor and an excellent heat transfer from the medium 10 to be measured to the temperature sensor 2 is thereby achieved. Due to the relatively soft design of the casing 5 , relatively small forces are exerted on the temperature sensor 2 by the press fit. By executing the temperature sensor with the rib-shaped recesses 7 , these forces are further reduced. The low force applied to the temperature sensor increases the service life of the temperature sensor, particularly in the case of ceramic temperature sensors. Since the temperature sensor is manufactured in excess and the sheathing is relatively soft, there are also low demands on the tolerance when manufacturing the temperature sensor, which keeps the production costs low.

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. 4 shows another location of the partition 9 , an adapter element 12 being let into an opening of the partition. This adapter element 12 also protrudes into the medium 10 to be measured and is essentially hollow-cylindrical, so that the medium 10 is also separated from the surroundings. The temperature sensor is now also inserted excessively into the adapter element and a press fit is achieved between the adapter element and the temperature sensor. In addition to the advantages already described under FIG. 3, FIG. 4 shows a further advantage over previously known systems. When the temperature sensor 1 is replaced , the temperature sensor can simply be pulled out of the adapter element 12 and decoupled, and a new temperature sensor 1 according to the invention can be inserted and coupled to the medium to be measured. This without the medium 10 to be measured being able to emerge from the opening in the partition 9 . This is in contrast to previously known systems in which the temperature sensor was not detachably connected to the adapter element and the adapter element had to be removed when the temperature sensor was replaced and the medium to be measured emerged from the opening in the partition.

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. Fig. 5 shows a further application of the temperature sensor 1 as a contact sensor with small line diameters of a conduit 13, also a flows through the medium 10 to be measured. For this purpose, the temperature sensor can have a sector-shaped recess 8 (see FIG. 1b) which corresponds approximately to the contour of the pipeline 13 . The temperature sensor is placed with the sector-shaped recess on the pipeline and detachably connected to the pipeline with a pipe clip 14 . The soft design of the temperature sensor causes an excellent heat transfer from the medium 10 to be measured via the partition to the temperature sensor. Due to the relatively soft design of the casing, relatively small forces are exerted on the temperature sensor by the press fit.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.Of course, the invention is not based on the exemplary embodiments shown and described limited.

Claims

1. A method for temperature measurement, in which the medium to be measured ( 10 ) is separated from the environment by a separating element ( 9 , 12 , 13 ), that a temperature sensor ( 2 ) is coated ( 5 ) with a soft and thermally conductive plastic and the jacketed temperature sensor ( 1 ) is coupled to the separating element ( 9 , 12 , 13 ) under pressure and that the coupling of the plastic casing ( 5 ) to the separating element ( 9 , 12 , 13 ) makes the temperature sensor ( 2 ) directly thermally conductive with the one to be measured Medium ( 10 ) is connected.

2. The method according to claim 1, characterized in that when the sheathed temperature sensor ( 1 ) is replaced, the sheathed temperature sensor is decoupled from the separating element ( 9 , 12 , 13 ) and a new sheathed temperature sensor ( 1 ) is coupled without the one to be measured Medium ( 10 ) is affected.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that an elastomer is used for the casing ( 5 ) of the temperature sensor ( 1 ).

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the separating element ( 9 , 12 ) is formed such that it is flowed around by the medium to be measured ( 10 ) and that the jacketed temperature sensor ( 1 ) in the cavity thus formed ( 11 , 12 ) is introduced.

5. The method according to claim 4, characterized in that the coated temperature sensor ( 1 ) is formed with an excess compared to the cavity ( 11 , 12 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the coated temperature sensor ( 1 ) on the separating element ( 13 ) is attached.

7. The method according to claim 6, characterized in that the coated temperature sensor ( 1 ) by means of a pipe clip ( 14 ) is attached to the separating element ( 13 ).

8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the plastic casing ( 5 ) corresponding to the surface of the separating element ( 13 ) is formed as a negative shape.

9. Sheathed temperature sensor ( 1 , 2 , 5 ) according to one of the process claims 1 to 8 .

10. Temperature sensor ( 2 ) with connecting lines ( 3 , 4 ) connected to it, characterized in that the temperature sensor ( 2 ) with the connecting lines ( 3 , 4 ) connected to it completely with a jacket ( 5 ) made of a soft and thermally conductive plastic is sheathed and that the connecting lines ( 3 , 4 ) are led through the sheath ( 5 ) to the outside.

11. Temperature sensor ( 2 ) according to claim 10, characterized in that the casing ( 5 ) consists of an elastomer.

12. Temperature sensor ( 2 ) according to one of claims 10 or 11, characterized in that the surface of the casing is provided with recesses ( 7 , 8 ).