DE102011089597A1 - Spacer for thermal flow measuring device, has spacer having a plane bearing surface for thin-film resistance thermometer and cylindrical circumferential surface, where plane bearing surface is inclined to longitudinal axis of spacer - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Distanzstück für ein thermisches Durchflussmessgerät welches eine ebene Auflagefläche für ein Dünnfilm-Widerstandsthermometer und eine ansonsten kreiszylindrischen Mantelfläche aufweist.The present invention relates to a spacer for a thermal flow meter which has a flat support surface for a thin-film resistance thermometer and an otherwise circular cylindrical surface.
Herkömmliche thermische Durchflussmessgeräte verwenden üblicherweise zwei möglichst gleichartig ausgestaltete Temperatursensoren, die in, meist stiftförmigen, Metallhülsen, so genannten Stingers, angeordnet sind und die in thermischem Kontakt mit dem durch ein Messrohr oder durch die Rohrleitung strömenden Medium sind. Für die industrielle Anwendung sind beide Temperatursensoren üblicherweise in ein Messrohr eingebaut; die Temperatursensoren können aber auch direkt in der Rohrleitung montiert sein. Einer der beiden Temperatursensoren ist ein so genannter aktiver Temperatursensor, der mittels einer Heizeinheit beheizt wird. Als Heizeinheit ist entweder eine zusätzliche Widerstandsheizung vorgesehen, oder bei dem Temperatursensor selbst handelt es sich um ein Widerstandselement, z. B. um einen RTD-(Resistance Temperature Device)Sensor, der durch Umsetzung einer elektrischen Leistung, z. B. durch eine entsprechende Variation des Messstroms erwärmt wird. Bei dem zweiten Temperatursensor handelt es sich um einen sog. passiven Temperatursensor: Er misst die Temperatur des Mediums.Conventional thermal flow measuring devices usually use two temperature sensors designed as identically as possible, which are arranged in, usually pin-shaped, metal sleeves, so-called stingers, and which are in thermal contact with the medium flowing through a measuring tube or through the pipeline. For industrial application, both temperature sensors are usually installed in a measuring tube; but the temperature sensors can also be mounted directly in the pipeline. One of the two temperature sensors is a so-called active temperature sensor, which is heated by means of a heating unit. As a heating unit, either an additional resistance heating is provided, or the temperature sensor itself is a resistance element, for. B. to an RTD (Resistance Temperature Device) sensor, the by converting an electrical power, for. B. is heated by a corresponding variation of the measuring current. The second temperature sensor is a so-called passive temperature sensor: it measures the temperature of the medium.
Üblicherweise wird in einem thermischen Durchflussmessgerät der beheizbare Temperatursensor so beheizt, dass sich eine feste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren einstellt. Alternativ ist es auch bekannt geworden, über eine Regel-/Steuereinheit eine konstante Heizleistung einzuspeisen.Usually, in a thermal flow meter, the heatable temperature sensor is heated so that a fixed temperature difference between the two temperature sensors is established. Alternatively, it has also become known to feed a constant heat output via a control / control unit.
Tritt in dem Messrohr kein Durchfluss auf, so wird eine zeitlich konstante Wärmemenge zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Temperaturdifferenz benötigt. Ist hingegen das zu messende Medium in Bewegung, ist die Abkühlung des beheizten Temperatursensors wesentlich von dem Massedurchfluss des vorbeiströmenden Mediums abhängig. Da das Medium kälter ist als der beheizte Temperatursensor, wird durch das vorbeiströmende Medium Wärme von dem beheizten Temperatursensor abtransportiert. Um also bei einem strömenden Medium die feste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren aufrecht zu erhalten, ist eine erhöhte Heizleistung für den beheizten Temperatursensor erforderlich. Die erhöhte Heizleistung ist ein Maß für den Massedurchfluss bzw. den Massestrom des Mediums durch die Rohrleitung.If no flow occurs in the measuring tube, then a temporally constant amount of heat is required to maintain the predetermined temperature difference. If, on the other hand, the medium to be measured is in motion, the cooling of the heated temperature sensor is essentially dependent on the mass flow rate of the medium flowing past. Since the medium is colder than the heated temperature sensor, heat is removed from the heated temperature sensor by the flowing medium. So in order to maintain the fixed temperature difference between the two temperature sensors in a flowing medium, an increased heating power for the heated temperature sensor is required. The increased heating power is a measure of the mass flow or the mass flow of the medium through the pipeline.
Wird eine konstante Heizleistung eingespeist, so verringert sich infolge des Durchflusses des Mediums die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren. Die jeweilige Temperaturdifferenz ist dann ein Maß für den Massedurchfluss des Mediums durch die Rohrleitung bzw. durch das Messrohr.If a constant heating power is fed in, the temperature difference between the two temperature sensors decreases as a result of the flow of the medium. The respective temperature difference is then a measure of the mass flow of the medium through the pipe or through the measuring tube.
Es besteht somit ein funktionaler Zusammenhang zwischen der zum Beheizen des Temperatursensors notwendigen Heizenergie und dem Massedurchfluss durch eine Rohrleitung bzw. durch ein Messrohr. Die Abhängigkeit des Wärmeübertragungskoeffizienten von dem Massedurchfluss des Mediums durch das Messrohr bzw. durch die Rohrleitung wird in thermischen Durchflussmessgeräten zur Bestimmung des Massedurchflusses genutzt.There is thus a functional relationship between the heating energy necessary for heating the temperature sensor and the mass flow through a pipeline or through a measuring tube. The dependence of the heat transfer coefficient on the mass flow of the medium through the measuring tube or through the pipeline is used in thermal flowmeters for determining the mass flow.
Bisher wurden hauptsächlich RTD-Elemente mit wendelförmig gewickelten Platindrähten in thermischen Durchflussmessgeräten eingesetzt. Bei Dünnfilm-Widerstandsthermometern (TFRTDs) wird herkömmlicherweise eine mäanderförmige Platinschicht auf ein Substrat aufgedampft. Darüber wird eine weitere Glasschicht zum Schutz der Platinschicht aufgebracht. Der Querschnitt der Dünnfilm-Widerstandsthermometern ist im Unterschied zu den, einen runden Querschnitt aufweisenden RTD-Elementen, rechteckig. Die Wärmeübertragung in das Widerstandselement und/oder aus dem Widerstandselement erfolgt demnach über zwei gegenüberliegende Oberflächen, welche zusammen einen Großteil der Gesamtoberfläche eines Dünnfilm-Widerstandsthermometers ausmachen.So far, mainly RTD elements with helically wound platinum wires have been used in thermal flowmeters. In thin-film resistance thermometers (TFRTDs), a meandering platinum layer is conventionally evaporated onto a substrate. In addition, another glass layer is applied to protect the platinum layer. The cross-section of the thin-film resistance thermometers is rectangular, unlike the circular cross-section RTD elements. The heat transfer into the resistance element and / or from the resistance element thus takes place via two opposing surfaces, which together make up a large part of the total surface area of a thin-film resistance thermometer.
Der Einbau eines quaderförmigen Dünnfilm-Widerstandsthermometers in eine runde Stifthülse wird in der
Die
Die
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Distanzstück für ein thermisches Durchflussmessgerät zur kostengünstigen Herstellung des thermischen Durchflussmessgeräts vorzuschlagen.The object of the invention is to propose a spacer for a thermal flow meter for cost-effective production of the thermal flow meter.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstande des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der jeweils abhängigen Ansprüche wider.The object is achieved by the subject matter of
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen hier kurz anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention allows numerous embodiments. Some of them will be briefly explained here with reference to the following figures. Identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.
Ein Querschnitt durch das Distanzstück
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass überschüssiges Lot beim Löten eines Dünnfilm-Widerstandsthermometers auf die Auflagefläche des Distanzstücks einfach abfließen kann.An advantage of the invention is that excess solder can easily flow out onto the bearing surface of the spacer when soldering a thin-film resistance thermometer.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Distanzstücks
Der Winkel wird entsprechend in der Ebene gemessen, welche die Auflagefläche
Gemäß der hier skizzierten Weiterbildung der Erfindung bildet die ebene Auflagefläche
Hier weist das Distanzstück
Bei einem erfindungsgemäßen thermischen Durchflussmessgerät mit einem erfindungsgemäßen Distanzstück
Das Distanzstück
Wird die ebene Auflagefläche
Wird die ebene Auflagefläche hingegen durch Wände begrenzt, wobei die ebene Auflagefläche und die Wände eine Bohrung begrenzen, ist die Außenkontur des Distanzstücks gegebenenfalls ein Kreiszylinder.On the other hand, if the planar support surface is delimited by walls, the planar support surface and the walls delimiting a bore, the outer contour of the spacer may be a circular cylinder.
Weist ein erfindungsgemäßes Distanzstück
In
Die erste Breite
Ein thermisches Durchflussmessgerät mit einem erfindungsgemäßen Distanzstück
Erfindungsgemäß ist das Dünnfilm-Widerstandsthermometer so auf der Auflagefläche
Das Distanzstück
Dies bedingt den technischen Effekt, dass Lot zwischen Auflagefläche und Dünnfilm-Widerstandsthermometer, nicht während des Lötens zwischen dem Dünnfilm-Widerstandsthermometer und den Wänden
Darüber hinaus werden beim Einpressvorgang des Distanzstücks in eine Stifthülse mechanische Spannungen in dem Distanzstück hervorgerufen, welche sich bei einem erfindungsgemäßen Distanzstück in vorgegebenen Grenzen halten und somit nicht zur Beschädigung des Dünnfilm-Widerstandsthermometers führen.In addition, mechanical stresses are caused in the spacer in the press-fitting process of the spacer into a pin sleeve, which hold within a spacer according to the invention within predetermined limits and thus do not lead to damage of the thin-film resistance thermometer.
Durch eine wesentlich verringerte Ausfallrate, bedingt durch die mechanischen Spannungen und Lot im Anschlussbereich der Kabel, ist das des thermische Durchflussmessgerät kostengünstig herzustellen.Due to a significantly reduced failure rate, due to the mechanical stresses and solder in the connection area of the cables, that of the thermal flow meter is inexpensive to manufacture.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die erste Breite der Auflagefläche, also insbesondere der Abstand der Wände
Hergestellt wird ein thermisches Durchflussmessgerät mit einem erfindungsgemäßen Distanzstück beispielsweise, indem Lot zwischen Dünnfilm-Widerstandsthermometer und Auflagefläche des Distanzstücks aufgebracht wird, und das Dünnfilm-Widerstandsthermometer so auf der Auflagefläche des Distanzstücks ausgerichtet wird, dass ein beidseitiger Abstand des Dünnfilm-Widerstandsthermometers im Bereich der Anschlusskabel an dem Dünnfilm-Widerstandsthermometer zu den Grenzen der Auflagefläche des Distanzstücks mindestens 20% der Breite des Dünnfilm-Widerstandsthermometers an derselben Stelle beträgt.For example, a thermal flow meter is provided with a spacer according to the invention by applying solder between the thin-film resistance thermometer and the spacer support surface and aligning the thin-film resistance thermometer on the support surface of the spacer so as to provide a bilateral distance of the thin-film resistance thermometer in the area of the connection cables on the thin-film resistance thermometer to the boundaries of the support surface of the spacer is at least 20% of the width of the thin-film resistance thermometer at the same location.
Anschließend wird das Dünnfilm-Widerstandsthermometer auf die Auflagefläche des Distanzstücks gelötet. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Distanzstück mit dem angelöteten Dünnfilm-Widerstandsthermometer in eine Hülse, insbesondere eine Stifthülse, eingeführt, insbesondere mit dieser verpresst.Subsequently, the thin-film resistance thermometer is soldered to the support surface of the spacer. In one embodiment of the invention, the spacer with the soldered thin-film resistance thermometer is inserted into a sleeve, in particular a pin sleeve, in particular with this pressed.
Der Übergang von erster Breite
Alternativ zu den hier veranschaulichten Nuten, können die Wände auch eine Bohrung, beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt, im Distanzstück begrenzen.Alternatively to the grooves illustrated herein, the walls may also define a bore, for example of rectangular cross-section, in the spacer.
Alternativ zur erfindungsgemäßen Lösung ist das Verhältnis von Nutbreite zu Nuttiefe so anzupassen, dass die genannten mechanischen Spannungen beim Einpressen des Distanzstücks in die Stifthülse auf ein Minimum reduziert werden. Die Nuttiefe könnte dabei beispielsweise so klein werden, dass sich das Lot beim Löten über die Nutränder hinaus erstreckt und somit nicht über den Bereich der Anschlusskabel. Oder die Nutbreite ist im Verhältnis zur Breite des Dünnfilm-Widerstandsthermometers so groß, dass überschüssiges Lot nicht zwischen dem Dünnfilm-Widerstandsthermometer und den Wänden auf das Dünnfilm-Widerstandsthermometer fließt.As an alternative to the solution according to the invention, the ratio of groove width to groove depth is to be adjusted so that the said mechanical stresses are reduced to a minimum when the spacer is pressed into the pin barrel. For example, the groove depth could become so small that the solder extends beyond the groove edges during soldering and thus does not extend beyond the area of the connection cables. Or the groove width is so large relative to the width of the thin film resistance thermometer that excess solder does not flow between the thin film resistance thermometer and the walls on the thin film resistance thermometer.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Distanzstück eines thermischen DurchflussmessgerätsSpacer of a thermal flowmeter
- 22
- Auflagefläche des Distanzstücks für ein Dünnfilm-WiderstandsthermometerSupport surface of the spacer for a thin-film resistance thermometer
- 33
- Wände des DistanzstücksWalls of the spacer
- 44
- Erste Breite der AuflageflächeFirst width of the support surface
- 55
- Zweite Breite der AuflageflächeSecond width of the support surface
- 66
- Längsachse des DistanzstücksLongitudinal axis of the spacer
- 77
- Mantelfläche des DistanzstücksLateral surface of the spacer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102009028848 A1 [0009] DE 102009028848 A1 [0009]
- WO 2009/115452 A2 [0010] WO 2009/115452 A2 [0010]
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