DE29904858U1 - Device for recording measured values in the high temperature range - Google Patents
Device for recording measured values in the high temperature rangeInfo
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Description
VTI Thüringer Verfahrenstechnisches Institut für Umwelt und Energie e.V.
07302 SaalfeldVTI Thuringian Process Engineering Institute for Environment and Energy eV
07302 Saalfeld
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Meßwerterfassung mit einer elektronischen Schaltung zur Datenaufzeichnung und/oder -übertragung, vorzugsweise zum Einsatz in Temperaturbereichen, die oberhalb der Arbeitstemperatur von elektronischen Schaltungen liegen.The invention relates to a device for measuring value acquisition with an electronic circuit for data recording and/or transmission, preferably for use in temperature ranges that are above the working temperature of electronic circuits.
Für technische Anwendungen ist es oft erforderlich, Feldprofilmessungen in thermisch belasteten Räumen durchzuführen, bei denen die Prozeßtemperaturen oberhalb der für elektronische Einrichtungen zulässigen Arbeitstemperatur liegen. Dies betrifft sowohl die Einrichtungen zur Meßdatengenerierung, als auch diejenigen zur Meßdatenspeicherung bzw. -Übertragung. Bei derartigen Messungen ist es erforderlich, die temperaturempfindliehe Elektronik vor der schädlichen Wärmeeinwirkung zu schützen.For technical applications, it is often necessary to carry out field profile measurements in thermally stressed rooms where the process temperatures are above the permissible operating temperature for electronic devices. This applies both to the devices for generating measurement data and to those for storing or transmitting measurement data. For such measurements, it is necessary to protect the temperature-sensitive electronics from the harmful effects of heat.
&ggr; Die bisher nach Stand der Technik übliche Methode besteht in einer Trennung der Meßelektronik vom Sensor und einer drahtgebundenen Datenübermittlung der Meßwerte an temperaturgerecht untergebrachte&ggr; The method that has been used up to now, according to the state of the art, consists in separating the measuring electronics from the sensor and transmitting the measured values by wire to temperature-appropriate
2178-VTI-Kapselsystem2178-VTI capsule system
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elektronische Einrichtungen in prozeßabgeschirmten Räumen. Diese Methode ist jedoch nur anwendbar, wenn keine Relativbewegung zwischen Meßort und Gesamtprozeß erforderlich ist. In bewegten Medien sowie in schwer zugänglichen Prozeßräumen bereitet diese Methode erhebliche Schwierigkeiten, häufig kann die Datengenerieung überhaupt nicht erfolgen. Einsatzfalle dieser Art sind z.B. Härtekammern für die thermische Aushärtung phenol- und kunstharzgebundener Matten und Platten in der Dämmstoffindustrie, Tunnel- und Durchlauftemperöfen in der Glas- und Keramikindustrie, Bio- und andere Reaktoren oder Schüttgutmessungen in Durchlauftrocknern und Drehrohrofen und -trocknern.electronic devices in process-shielded rooms. However, this method can only be used if no relative movement is required between the measuring location and the overall process. In moving media and in process rooms that are difficult to access, this method causes considerable difficulties; data generation is often not possible at all. Applications of this type include, for example, hardening chambers for the thermal hardening of phenol and synthetic resin-bonded mats and panels in the insulation industry, tunnel and continuous tempering furnaces in the glass and ceramics industry, bio and other reactors or bulk material measurements in continuous dryers and rotary kilns and dryers.
Der Einsatz von Schleppsensoren (z.B. Thermoelementen) für Meßdatenprofile längs eines vorgegebenen Weges ist für derartige Anwendungen mit einem großen Aufwand verbunden, in manchen Fällen ist er ganz unmöglich.The use of trailing sensors (e.g. thermocouples) for measurement data profiles along a given path is very complex for such applications, and in some cases it is completely impossible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der Messungen bei Temperaturen oberhalb der maximalen Arbeitstemperatur der Meßelektronik ermöglicht werden und mit der Ortsveränderungen der Meßeinrichtung im Prozeßraum ohne Lageeinschränkungen möglich sind.The invention is based on the object of specifying a device of the type mentioned at the beginning, with which measurements are possible at temperatures above the maximum operating temperature of the measuring electronics and with which changes in the location of the measuring device in the process space are possible without position restrictions.
Erfmdungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved with the characterizing features of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the device according to the invention are specified in the subclaims.
• · • i · • i
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Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die Anwendung autarker Meßsysteme, die die Relativbewegungen im Prozeßraum mit vollziehen können. Messungen mit solchen Systemen können sowohl online durch Datenübertragung als auch offline durch Datenauswertung nach dem Prozeßdurchlauf durchgeführt werden. Da den bekannten elektronische Meßdatenaufnehmern, bei denen gegenwärtig siliziumbasierte Elektronik verwendet wird, bei maximal 125° C eine physikalische Grenze gesetzt ist, können die Elektronikkomponenten den Prozeßtemperaturen nicht direkt ausgesetzt werden.The task is solved by using autonomous measuring systems, which can follow the relative movements in the process space. Measurements with such systems can be carried out both online by data transfer and offline by data evaluation after the process run. Since the known electronic measurement data recorders, which currently use silicon-based electronics, have a physical limit of a maximum of 125° C, the electronic components cannot be directly exposed to the process temperatures.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Meßtechnik eingekapselt und zwischen Kapselaußenwandung und dem Raum, indem sich die elektronische Einrichtung befindet, die erforderliche Temperaturdifferenz erzeugt. Zur Einhaltung dieser Temperaturdifferenz wird der Energiebedarf, der bei der Aggregatszustandsänderung von Stoffen mit Schmelz- bzw. Verdampfungstemperaturen nahe der maximalen Elektroniktemperatur bei gleichzeitig hohem Energieumsatz benötigt wird, genutzt. Dabei erfüllt das Medium Wasser diese Bedingungen für die hier vorliegende Problematik besonders gut.In the arrangement according to the invention, the measuring technology is encapsulated and the required temperature difference is generated between the outer wall of the capsule and the space in which the electronic device is located. To maintain this temperature difference, the energy required for the change of state of matter with melting or evaporation temperatures close to the maximum electronic temperature with a high energy turnover at the same time is used. The medium water fulfills these conditions particularly well for the problem at hand here.
Die erfindungsgemäße Meßkapsel zur Aufnahme eines Meßdatenloggers mit
Arbeitstemperatur bis max. 125° C basiert auf dem Prinzip der Wasserverdampfung.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß keine geometrische Vorzugslage der Meßkapsel notwendig ist.
Diese Lageinvarianz wird dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit in einem festen Stoff gespeichert wird, der das Meßwerk ganz umhüllt. Dieser feste
Wasserspeicher muß feinporös, offenporig und mindestens bis zur Prozeßtemperatur
temperaturbeständig sein. Diese Anforderungen an das Speichermaterial werden von der erfindungsgemäß verwendeten feinporösenThe measuring capsule according to the invention for accommodating a measurement data logger with a working temperature of up to 125° C is based on the principle of water evaporation. A particular advantage is that no preferred geometric position of the measuring capsule is necessary.
This position invariance is achieved by storing the liquid in a solid material that completely envelops the measuring mechanism. This solid water reservoir must be fine-pored, open-pored and temperature-resistant at least up to the process temperature. These requirements for the storage material are met by the fine-pored material used in the invention.
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Keramik sehr gut erfüllt. Diese Keramik ist in der Lage, große Mengen an
Wasser aufzunehmen, dieses bei Lageveränderung in ihren Poren zu halten
und am Siedepunkt des Wassers den Wasserdampf relativ druckfrei an die Umgebung abzugeben. Zur Verringerung der Abdampfoberfläche und zur
Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit der Meßkapsel ist die Keramik nochmals mit einer Hülle aus Edelstahl umgeben.
Die höchste zulässige Einsatztemperatur der Vorrichtung wird von der maximal zulässigen Sensortemperatur des Meßgerätes bestimmt. Die
Einsatzdauer regelt sich über das Volumen der Kapsel und damit über die Menge des zur Verfugung stehenden Verdampfungsmediums.Ceramics fulfill this requirement very well. This ceramic is able to absorb large amounts of water, hold it in its pores when the position changes and release the water vapor into the environment at the boiling point of the water with relatively little pressure. To reduce the evaporation surface and to improve the mechanical strength of the measuring capsule, the ceramic is also surrounded by a stainless steel casing.
The highest permissible operating temperature of the device is determined by the maximum permissible sensor temperature of the measuring device. The operating time is regulated by the volume of the capsule and thus by the amount of evaporation medium available.
Bei der vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, daß alle erforderlichen Bauteile in dem Meßsystem integriert werden können. Auf diese Weise entsteht ein autarkes Meßsystem, das die Relativbewegungen im Prozeßraum ohne Einschränkungen mit vollziehen kann. Die Meßergebnisse können sowohl online als auch offline übertragen werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine geometrische Vorzugslage der Meßkapsel eingehalten werden muß. Diese Lageinvarianz ist dadurch realisiert, daß die Flüssigkeit in einem festem, feinporösen, offenporigen und entsprechend temperaturbeständigen Stoff gespeichert ist, der die Meßelektronik vollständig umhüllt.The advantage of the present invention is that all the necessary components can be integrated into the measuring system. This creates an autonomous measuring system that can follow the relative movements in the process space without restrictions. The measurement results can be transmitted both online and offline. Another advantage is that no preferred geometric position of the measuring capsule has to be maintained. This position invariance is achieved by storing the liquid in a solid, fine-pored, open-pored and correspondingly temperature-resistant material that completely envelops the measuring electronics.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher
erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
25The invention is explained in more detail below using an embodiment. The accompanying drawings show:
25
Figur 1 die Meßkapsel im Schnitt
undFigure 1 the measuring capsule in section
and
2178-VTI-Kapselsystem2178-VTI capsule system
Figur 2 ein Meßdiagramm.Figure 2 shows a measurement diagram.
Figur 1 zeigt die komplette eingehauste Meßkapsel. Die Meßelektronik 4 ist von dem Keramikspeicher 3 voll umschlossen. Der aus zwei Schalenhälften bestehende Keramikspeicher 3 ist in die zweiteilige und mit einem Verschluß versehenen Edelstahlhülle 1 eingesetzt.Figure 1 shows the complete enclosed measuring capsule. The measuring electronics 4 are completely enclosed by the ceramic storage 3. The ceramic storage 3, which consists of two shell halves, is inserted into the two-part stainless steel casing 1, which is provided with a closure.
Im feinporösen, offenporigen Keramikspeicher 3 können große Mengen
Wasser in den Poren gehalten und am Siedepunkt des Wassers der Wasserdampf relativ druckfrei an die Umgebung abgegeben werden.
Zwecks Verringerung der Abdampfoberfläche sowie zur Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit der Meßkapsel ist der Keramikspeicher 3 mit
einer Edelstahlhülle 1 umgeben. Die Edelstahlhülle 1 ist mit einem Verschluß 5 versehen, der das Öffnen der Kapsel ermöglicht.In the fine-pored, open-pored ceramic storage tank 3, large quantities of water can be held in the pores and, at the boiling point of the water, the water vapor can be released into the environment with relatively little pressure.
In order to reduce the evaporation surface and to improve the mechanical strength of the measuring capsule, the ceramic storage 3 is surrounded by a stainless steel casing 1. The stainless steel casing 1 is provided with a closure 5 which enables the capsule to be opened.
Die Figur 2 zeigt das Meßdiagramm einer Versuchsmessung. Die höchste zulässige Einsatztemperatur in heißgehenden Prozessen wird von der maximal zulässigen Sensortemperatur des Meßgerätes bestimmt. Die Einsatzdauer wird über das Volumen des Keramikspeichers 3 und damit über des zur Verfugung stehende Verdampfungsmediums geregelt.Figure 2 shows the measurement diagram of a test measurement. The highest permissible operating temperature in hot processes is determined by the maximum permissible sensor temperature of the measuring device. The operating time is regulated by the volume of the ceramic storage tank 3 and thus by the available evaporation medium.
Bei der Vergleichsmessung zwischen einem wassergefullten und einem ungefüllten Keramikspeicher 3 konnte nachgewiesen werden, daß die Temperatur im Inneren des gefüllten Keramikspeichers 3 (Kennlinie F 1), während eines Zeitraumes von etwa einer Stunde immer konstant unter 100° C lag. Die Außentemperatur (Kennlinie F 2) des ungefüllten Keramikspeichers 3 stieg innerhalb kürzester Zeit annähernd auf die Prozeßtemperatur von ca. 300° C an.In the comparison measurement between a water-filled and an unfilled ceramic storage tank 3, it was demonstrated that the temperature inside the filled ceramic storage tank 3 (characteristic curve F 1) was always constantly below 100° C over a period of about one hour. The outside temperature (characteristic curve F 2) of the unfilled ceramic storage tank 3 rose within a very short time to almost the process temperature of approx. 300° C.
2178-VTI-Kapselsystem2178-VTI capsule system
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS
1 Edelstahlhülle1 stainless steel cover
2 Meßfühler/Sensor 3 Keramikspeicher2 Sensor 3 Ceramic storage
4 Meßelektronik4 Measuring electronics
5 Verschluß 155 Closure 15
F 1 Kennlinie des gefüllten KeramikspeichersF 1 Characteristic curve of the filled ceramic storage tank
F 2 Kennlinie der ungefüllten Keramikspeichers 20 K 1 Kennlinie für die Prozeßtemperatur der LokalstationF 2 Characteristic curve of the unfilled ceramic storage tank 20 K 1 Characteristic curve for the process temperature of the local station
Claims (3)
Priority Applications (1)
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| DE29904858U DE29904858U1 (en) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Device for recording measured values in the high temperature range |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=8070965
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Country Status (1)
| Country | Link |
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1999
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Effective date: 19990902 |
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