DE102019124603A1

DE102019124603A1 - Non-invasive thermometer

Info

Publication number: DE102019124603A1
Application number: DE102019124603.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Koch; Marc Schalles; Harald Bründl; Stephan Wiedemann; Peter Wiedemann; Torsten Iselt; Christian Peuker; Pavo Vrdoljak; Georg Wolf; Christian Kallweit; Markus Mornhinweg; Alfred Umkehrer
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18
Also published as: WO2021047880A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Temperatur (T) eines Mediums (M) in einem Behältnis (2) sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1). Die Vorrichtung umfasst einen Temperatursensor (5) zur Erfassung der Temperatur (T) und eine Hülse (10), in welcher das Sensorelement angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Hülse zumindest in einem ersten Abschnitt aus einem Manteldraht (7) hergestellt, welcher Manteldraht (7) einen Kern (8) aus einem ersten Material und eine Ummantelung (9) aus einem zweiten Material aufweist, der Kern (8) ragt in einem dem Temperatursensor (5) abgewandten ersten Endbereich (E₁) aus der Ummantelung (9) heraus, und der Temperatursensor (5) ist in einem dem ersten Endbereich (E₁) abgewandten Bereich (B) am Kern (8) des Manteldrahtes (7) befestigt.

The invention relates to a device (1) for determining and / or monitoring a temperature (T) of a medium (M) in a container (2) and a method for producing a device (1) according to the invention. The device comprises a temperature sensor (5) for detecting the temperature (T) and a sleeve (10) in which the sensor element is arranged. According to the invention, the sleeve is made at least in a first section from a sheath wire (7), which sheath wire (7) has a core (8) made of a first material and a sheath (9) made of a second material, the core (8) protrudes into _{a first end area (E 1} ) facing away from the temperature sensor (5) out of the sheathing (9), and the temperature sensor (5) is in an area (B) on the core (8) of the clad wire (8) facing away from _{the first end area (E 1).} 7) attached.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermometer zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums in der Automatisierungstechnik, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention relates to a thermometer for determining and / or monitoring the temperature of a medium in automation technology, as well as a method for producing a device according to the invention.

Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt geworden. So gibt es Thermometer, welche zur Messung der Temperatur die Ausdehnung einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Festkörpers mit bekanntem Ausdehnungskoeffizienten heranziehen, oder auch solche, welche die elektrische Leitfähigkeit eines Materials oder eine davon abgeleitete Größe mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise den elektrischen Widerstand bei Verwendung von Widerstandselementen oder den thermoelektrischen Effekt im Falle von Thermoelementen. Dagegen wird bei Strahlungsthermometern, insb. Pyrometern, zur Bestimmung der Temperatur einer Substanz deren Wärmestrahlung ausgenutzt. Die jeweils zugrundeliegenden Messprinzipien sind jeweils in einer Vielzahl von Veröffentlichungen beschrieben worden.Thermometers have become known in the most varied of configurations from the prior art. There are thermometers that use the expansion of a liquid, a gas or a solid with a known expansion coefficient to measure the temperature, or those that relate the electrical conductivity of a material or a quantity derived from it to the temperature, such as the electrical resistance when using resistance elements or the thermoelectric effect in the case of thermocouples. In contrast, in radiation thermometers, especially pyrometers, the thermal radiation of a substance is used to determine the temperature. The respective underlying measurement principles have been described in a large number of publications.

Bei einem Temperatursensor in Form eines Widerstandselements sind unter anderem sogenannte Dünnschicht- und Dickschicht-Sensoren sowie sogenannte Heißleiter (auch als NTC-Thermistoren bezeichnet) bekannt geworden. Bei einem Dünnschicht-Sensor, insbesondere einem Resistance Temperature Detector (RTD), kommt beispielsweise ein mit Anschlussdrähten versehenes und auf ein Trägersubstrat aufgebrachtes Sensorelement zum Einsatz, wobei die Rückseite des Trägersubstrats in der Regel metallisch beschichtet ist. Als Sensorelemente werden sogenannte Widerstandselemente, welche beispielsweise durch Platinelemente gegeben sind, verwendet, die unter anderem unter den Bezeichnungen PT10, PT100, und PT1000 auch kommerziell erhältlich sind.In the case of a temperature sensor in the form of a resistance element, so-called thin-film and thick-film sensors and so-called NTC thermistors (also referred to as NTC thermistors) have become known. In the case of a thin-film sensor, in particular a Resistance Temperature Detector (RTD), a sensor element provided with connection wires and applied to a carrier substrate is used, for example, the rear side of the carrier substrate usually being coated with metal. So-called resistance elements, which are given for example by platinum elements, which are also commercially available under the names PT10, PT100, and PT1000, are used as sensor elements.

Bei Temperatursensoren in Form von Thermoelementen wiederum wird die Temperatur durch eine Thermospannung bestimmt, die zwischen den einseitig angeschlossenen Thermodrähten aus unterschiedlichen Materialien entsteht. With temperature sensors in the form of thermocouples, on the other hand, the temperature is determined by a thermal voltage that is created between the thermo-wires made of different materials that are connected on one side.

Zur Temperaturmessung werden üblicherweise Thermoelemente nach DIN-Norm IEC584, z.B. Thermoelemente vom Typ K, J, N, S, R, B, T oder E, als Temperaturfühler eingesetzt. Aber auch andere Materialpaare, insbesondere solche mit einem messbaren Seebeck-Effekt, sind möglich.Thermocouples according to DIN standard IEC584, e.g. thermocouples of type K, J, N, S, R, B, T or E, are usually used as temperature sensors for temperature measurement. However, other pairs of materials, in particular those with a measurable Seebeck effect, are also possible.

Die Genauigkeit der Temperaturmessung hängt empfindlich von den jeweiligen thermischen Kontakten und der jeweils vorherrschenden Wärmeleitung ab. Die Wärmeströme zwischen dem Medium, dem Behältnis, in welchem sich das Mediums befindet, dem Thermometer und der Prozessumgebung spielen hier eine entscheidende Rolle. Für eine zuverlässige Temperaturbestimmung ist es wichtig, dass der jeweilige Temperatursensor und das Medium sich zumindest für eine bestimmte Zeit, welche zur Erfassung der Temperatur erforderlich ist, im Wesentlichen im thermischen Gleichgewicht befinden. Die Zeit für eine Reaktion eines Thermometers auf eine Temperaturänderung wird auch als Ansprechzeit des Thermometers bezeichnet.The accuracy of the temperature measurement depends sensitively on the respective thermal contacts and the prevailing heat conduction. The heat flows between the medium, the container in which the medium is located, the thermometer and the process environment play a decisive role here. For a reliable temperature determination it is important that the respective temperature sensor and the medium are essentially in thermal equilibrium, at least for a certain time, which is required to detect the temperature. The time it takes for a thermometer to respond to a change in temperature is also known as the thermometer's response time.

Eine hohe Messgenauigkeit lässt sich insbesondere dann erzielen, wenn der Temperatursensor in das jeweilige Medium eintaucht. So sind zahlreiche Thermometer bekannt geworden, bei denen der Temperatursensor mehr oder weniger direkt mit dem jeweiligen Medium in Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise lässt sich eine vergleichsweise gute Kopplung zwischen dem Medium und dem Temperatursensor erzielen.A high measurement accuracy can be achieved in particular when the temperature sensor is immersed in the respective medium. Numerous thermometers have become known in which the temperature sensor is more or less directly brought into contact with the respective medium. In this way, a comparatively good coupling between the medium and the temperature sensor can be achieved.

Für verschiedene Prozesse und für viele Behältnisses, insbesondere kleine Behälter oder Rohrleitungen, ist jedoch eine invasive Bestimmung der Temperatur vorteilhafter. So sind ebenfalls Thermometer bekannt geworden, die von außen/innen an dem jeweiligen Behältnis, in dem sich das Medium befindet, befestigt werden können. Solche Geräte, auch Oberflächenthermometer oder Anlegefühler genannt, sind beispielsweise aus Dokumenten wie der DE102014118206A1 oder DE102015113237A1 bekannt geworden. Bei derartigen Messgeräten sind die Temperatursensoren nicht in direktem Kontakt mit dem jeweiligen Prozess. Dies erfordert, dass zur Sicherstellung einer guten thermischen Kopplung verschiedene zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden müssen. So ist beispielsweise der mechanische und damit auch der thermische Kontakt zwischen Behälter und Thermometer entscheidend für die erreichbare Messgenauigkeit. Bei unzureichendem Kontakt ist eine genaue Temperaturbestimmung nicht möglich.For various processes and for many containers, in particular small containers or pipelines, however, an invasive determination of the temperature is more advantageous. Thermometers have also become known which can be attached from the outside / inside to the respective container in which the medium is located. Such devices, also called surface thermometers or contact sensors, are, for example, from documents such as the DE102014118206A1 or DE102015113237A1 known. In such measuring devices, the temperature sensors are not in direct contact with the respective process. This requires that various additional aspects must be taken into account in order to ensure a good thermal coupling. For example, the mechanical and thus also the thermal contact between the container and the thermometer is decisive for the achievable measurement accuracy. If there is insufficient contact, an exact temperature determination is not possible.

Als Oberflächen- oder Hautpunktthermometer werden häufig Messeinsätze mit Temperatursensoren in Form von Thermoelementen verwendet, die direkt an die Außenfläche oder Haut des Rohres oder Behälters angeschweißt werden. In solchen Fällen kann der Austausch der Thermoelemente jedoch zu einem zeitaufwändigen und kostspieligen Prozess werden, insbesondere weil ein Austausch eine vorübergehende Abschaltung des Prozesses und/oder der Anwendung erfordern kann. Um diese Nachteile zu überwinden, sind beispielsweise aus der US5382093 oder der bisher unveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 18198608.4 jeweils Ausgestaltungen entsprechender Thermometer bekannt geworden, die einen einfachen Austausch der Temperatursensoren ermöglichen.Measuring inserts with temperature sensors in the form of thermocouples, which are welded directly to the outer surface or skin of the pipe or container, are often used as surface or skin point thermometers. In such cases, however, replacing the thermocouples can become a time-consuming and costly process, particularly as replacing them may require a temporary shutdown of the process and / or application. To overcome these disadvantages, for example from the US5382093 or the previously unpublished European patent application with the file number 18198608.4 in each case embodiments of corresponding thermometers become known, the allow easy replacement of the temperature sensors.

Darüber hinaus sind zahlreiche, unterschiedliche Ausgestaltungen von Thermometern zur nicht invasiven Temperaturmessung bekannt geworden, wie beispielsweise in den Dokumenten US2016/0047697A1 , DE102005040699B3 , EP3230704B1 oder EP2038625B1 beschrieben.In addition, numerous different designs of thermometers for non-invasive temperature measurement have become known, for example in the documents US2016 / 0047697A1 , DE102005040699B3 , EP3230704B1 or EP2038625B1 described.

Eine zentrale Problematik bei der nicht invasiven Temperaturbestimmung stellt die Wärmeableitung vom Prozess an die Umgebung dar. Diese sorgt für einen deutlich höheren Messfehler als im Falle einer direkten Einbringung des jeweiligen Temperatursensors in den Prozess.A central problem with non-invasive temperature determination is the dissipation of heat from the process to the environment. This ensures a significantly higher measurement error than in the case of direct introduction of the respective temperature sensor into the process.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe, ein Thermometer zur invasiven Temperaturmessung bereitzustellen, welches sich durch eine hohe Messgenauigkeit auszeichnet.It is therefore the object of the invention to provide a thermometer for invasive temperature measurement which is characterized by a high level of measurement accuracy.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 11.This object is achieved by the device according to claim 1 and by the method according to claim 11.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Temperatur eines Mediums in einem Behältnis, umfassend einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur und eine Hülse, in welcher das Sensorelement angeordnet ist.With regard to the device, the object on which the invention is based is achieved by a device for determining and / or monitoring a temperature of a medium in a container, comprising a temperature sensor for detecting the temperature and a sleeve in which the sensor element is arranged.

Erfindungsgemäß ist die Hülse zumindest in einem ersten Abschnitt aus einem Manteldraht hergestellt, welcher Manteldraht einen Kern aus einem ersten Material und eine Ummantelung aus einem zweiten Material aufweist, wobei der Kern in einem dem Temperatursensor abgewandten ersten Endbereich aus der Ummantelung herausragt und wobei der Temperatursensor in einem dem ersten Endbereich abgewandten Bereich am Kern des Manteldrahtes befestigt ist. Der Temperatursensor befindet sich insbesondere in einem Innenvolumen der Hülse.According to the invention, the sleeve is made at least in a first section from a sheath wire, which sheath wire has a core made of a first material and a sheath made of a second material, the core protruding from the sheath in a first end region facing away from the temperature sensor and the temperature sensor in a region facing away from the first end region is attached to the core of the sheathed wire. The temperature sensor is located in particular in an inner volume of the sleeve.

Bei dem Behältnis handelt es sich beispielsweise um einen Behälter, Container oder um eine Rohrleitung. Die Vorrichtung wird von einem äußeren Bereich des Behältnisses mit dem Behältnis in thermischen Kontakt gebracht. Die Temperatur des Mediums wird demnach über eine Wandung des Behältnisses indirekt bestimmt.The receptacle is, for example, a container, a container or a pipeline. The device is brought into thermal contact from an outer region of the container with the container. The temperature of the medium is therefore determined indirectly via a wall of the container.

Die Vorrichtung kann optional weiterhin eine Elektronik verfügen. Alternativ kann die Elektronik auch eine separate, mit der Vorrichtung verbindbare, Komponente sein. Dem Temperatursensor ist vorteilhaft zumindest ein Anschlussdraht zur elektrischen Kontaktierung zugeordnet, welcher beispielsweise ebenfalls zumindest abschnittsweise durch die Hülse geführt sein kann.The device can optionally also have electronics. Alternatively, the electronics can also be a separate component that can be connected to the device. The temperature sensor is advantageously assigned at least one connection wire for electrical contacting, which, for example, can also be passed through the sleeve at least in sections.

Durch die Verwendung einer Hülse in Form eines Manteldrahts, bei der der Kern aus einem ersten und die Ummantelung aus einem zweiten, vom ersten verschiedenen Material besteht, kann eine besonders gute Wärmeankopplung an den jeweiligen Prozess erzielt werden. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau aus.By using a sleeve in the form of a sheathed wire, in which the core consists of a first material and the sheath consists of a second material different from the first, a particularly good thermal coupling to the respective process can be achieved. In addition, the device according to the invention is characterized by a particularly simple structural design.

Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beinhaltet, dass der Temperatursensor mit dem Kern durch eine Klebung oder Lötung verbunden ist. Auf diese Weise kann eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Kern, welcher vorzugsweise mit dem Behältnis, insbesondere der Wandung des Behältnisses, in Kontakt kommt, gewährleistet werden.One embodiment of the present invention includes that the temperature sensor is connected to the core by adhesive bonding or soldering. In this way, a mechanically stable connection between the core, which preferably comes into contact with the container, in particular the wall of the container, can be ensured.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Temperatursensor um ein Widerstandselement oder um ein Thermoelement handelt.Another embodiment includes that the temperature sensor is a resistance element or a thermocouple.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass der Kern aus einem wärmeleitfähigen Material, insbesondere einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und niedriger Wärmekapazität, vorzugsweise Silber, Kupfer, Aluminium oder eine Legierung umfassend zumindest einen der genannten Werkstoffe, besteht. Der Kern dient der Wärmeleitung von dem das Medium führenden Behältnis zum Temperatursensor. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit führt insbesondere zu einer schnellen Ansprechzeit des Thermometers.A particularly preferred embodiment includes that the core consists of a thermally conductive material, in particular a material with high thermal conductivity and low thermal capacity, preferably silver, copper, aluminum or an alloy comprising at least one of the materials mentioned. The core serves to conduct heat from the container carrying the medium to the temperature sensor. A high thermal conductivity leads in particular to a fast response time of the thermometer.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung beinhaltet, dass die Ummantelung eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Kern, insbesondere wobei die Wärmeleitfähigkeit der Ummantelung zumindest um den Faktor 5, bevorzugt um den Faktor 10, kleiner ist als die des Kerns, und wobei die Ummantelung vorzugsweise aus Edelstahl besteht. Die Ummantelung dient dann der Wärmeisolierung. Sie verhindert bzw. reduziert eine ungewünschte Wärmeableitung vom Kern der Hülse an die Umgebung, welche Wärmeableitung die jeweils mittels des Temperatursensors erfasste Temperatur beeinflusst.
Noch eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass zwischen der Ummantelung und dem Kern eine mediendichte Verbindung besteht. Eine solche kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Hülse durch einen Ziehprozess hergestellt ist.Another particularly preferred embodiment of the device includes that the sheath has a lower thermal conductivity than the core, in particular the thermal conductivity of the sheath by at least the factor 5 , preferably by the factor 10 , is smaller than that of the core, and wherein the sheath is preferably made of stainless steel. The jacket is then used for thermal insulation. It prevents or reduces undesired heat dissipation from the core of the sleeve to the environment, which heat dissipation influences the temperature detected in each case by means of the temperature sensor.
Another particularly preferred embodiment includes that there is a media-tight connection between the casing and the core. This can be achieved, for example, if the sleeve is produced by a drawing process.

Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung besteht die Hülse in einem ersten Abschnitt aus dem Manteldraht und in einem dem ersten Endbereich des Manteldrahts abgewandten, zweiten Abschnitt aus einem rohrförmigen Anschlusselement, welches in einem dem ersten Endbereich abgewandten zweiten Endbereich des Manteldrahtes an der Ummantelung des Manteldrahtes befestigt ist. Das Anschlusselement stellt somit eine Verlängerung der Ummantelung der Hülse dar. Das Anschlusselement kann beispielsweise an die Ummantelung angeschweißt sein.According to one embodiment of the device, the sleeve consists in a first section of the sheathed wire and in a second section facing away from the first end region of the sheathed wire from a tubular connecting element which is fastened to the sheathing of the clad wire in a second end area of the clad wire facing away from the first end area. The connection element thus represents an extension of the casing of the sleeve. The connection element can, for example, be welded to the casing.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Manteldraht in einem dem ersten Endbereich abgewandten Teilbereich entlang seiner Längsachse kernfrei. Der Kern erstreckt sich also nur in einem dem Behältnis zugewandten Teilbereich der Vorrichtung. Der Temperatursensor ist dann vorzugsweise in einem Innenvolumen der Ummantelung an dem Kern befestigt derart, dass der Temperatursensor von der Ummantelung umgeben ist.According to a further embodiment of the device, the sheathed wire is free of cores along its longitudinal axis in a partial area facing away from the first end area. The core therefore extends only in a portion of the device facing the container. The temperature sensor is then preferably fastened to the core in an inner volume of the casing in such a way that the temperature sensor is surrounded by the casing.

Gemäß noch einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Kern in dem ersten Endbereich an die Geometrie des Behältnisses angepasst. Auf diese Weise kann die Vorrichtung besonders einfach an das Behältnis angebracht werden und etwaige Luftspalte zwischen dem Behältnis und der Vorrichtung können vermieden werden.According to yet another embodiment of the device, the core is adapted to the geometry of the container in the first end region. In this way, the device can be attached to the container in a particularly simple manner and any air gaps between the container and the device can be avoided.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung Befestigungsmittel zur, insbesondere lösbaren oder stoffschlüssigen, Befestigung der Vorrichtung an dem Behältnis. In dieser Hinsicht kommen alle dem Fachmann üblichen und geeigneten Befestigungsmittel, wie z.B. Rohrschellen, in Betracht und fallen unter die vorliegende Erfindung.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Temperatur eines Mediums in einem Behältnis umfassend folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Temperatursensors zur Erfassung der Temperatur, Bereitstellen eines Manteldrahts, welcher Manteldraht einen Kern aus einem ersten Material und eine Ummantelung aus einem zweiten Material aufweist, und welcher Kern in einem dem Temperatursensor abgewandten ersten Endbereich aus der Ummantelung herausragt, Bereitstellen einer Hülse, welche zumindest in einem ersten Abschnitt aus dem Manteldraht besteht, und Befestigen des Temperatursensors am Kern des Manteldrahtes in einem dem ersten Endbereich abgewandten Bereich. Insbesondere befindet sich der Temperatursensor in einem Innenvolumen der Hülse. Hierzu können die Hülse und/oder die Anordnung des Temperatursensors relativ zur Hülse passend gewählt werden.In a further embodiment, the device comprises fastening means for fastening the device to the container, in particular in a detachable or cohesive manner. In this regard, all fastening means customary and suitable for the person skilled in the art, such as pipe clamps, come into consideration and fall under the present invention.
The object on which the invention is based is also achieved by a method for producing a device for determining and / or monitoring a temperature of a medium in a container, comprising the following method steps: providing a temperature sensor for detecting the temperature, providing a sheathed wire, which sheathed wire has a core from a having first material and a sheath made of a second material, and which core protrudes from the sheath in a first end region facing away from the temperature sensor, providing a sleeve which consists of the sheathed wire in at least a first section, and fastening the temperature sensor to the core of the sheathed wire in an area facing away from the first end area. In particular, the temperature sensor is located in an interior volume of the sleeve. For this purpose, the sleeve and / or the arrangement of the temperature sensor relative to the sleeve can be selected to be suitable.

Hinsichtlich des Verfahrens ist es von Vorteil, wenn in dem ersten Endbereich die Ummantelung entfernt wird. Es wird also zuerst ein Manteldraht mit Kern und Ummantelung bereitgestellt und die Ummantelung dann nachträglich im ersten Endbereich entfernt.With regard to the method, it is advantageous if the casing is removed in the first end region. A sheathed wire with a core and sheathing is therefore first provided and the sheathing is then subsequently removed in the first end area.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Hülse in einem ersten Abschnitt aus dem Manteldraht und in einem dem ersten Endbereich des Manteldrahts abgewandten, zweiten Abschnitt aus einem rohrförmigen Anschlusselement hergestellt wird und wenn das rohrförmige Anschlusselement im dem ersten Endbereich abgewandten zweiten Endbereich des Manteldrahtes an der Ummantelung des Manteldrahts befestigt wird. Hier eignet sich beispielsweise ein Schweißverfahren. Aber auch andere dem Fachmann geläufige Verfahren zur Herstellung einer, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung sind denkbar und fallen unter die vorliegende Erfindung.It is also advantageous if the sleeve is made in a first section from the sheathed wire and in a second section facing away from the first end area of the sheathed wire from a tubular connection element and if the tubular connection element is attached to the second end area of the sheathed wire facing away from the first end area Sheath of the sheathed wire is attached. A welding process is suitable here, for example. However, other processes familiar to the person skilled in the art for producing a connection, in particular a materially bonded connection, are also conceivable and fall under the present invention.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem dem ersten Endbereich abgewandten Teilbereich des Manteldrahts ein Innenvolumen des Manteldrahts, insbesondere der Kern oder der Kern und ein Teil der Ummantelung, aus dem Manteldraht entfernt. In diesem Bereich wird dann insbesondere der Temperatursensor befestigt.In one embodiment of the method, in a partial area of the clad wire facing away from the first end area, an inner volume of the clad wire, in particular the core or the core and part of the cladding, is removed from the clad wire. The temperature sensor in particular is then attached in this area.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Temperatursensor auf den Kern aufgelötet oder aufgeklebt, insbesondere auf der dem ersten Endbereich gegenüberliegenden Seite des Kerns.In a further embodiment of the method, the temperature sensor is soldered or glued onto the core, in particular on the side of the core opposite the first end region.

Es sei darauf verwiesen, dass sich die in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Ausgestaltung mutatis mutandis auch auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sind und umgekehrt.It should be pointed out that the configuration described in connection with the device according to the invention can also be applied mutatis mutandis to the method according to the invention and vice versa.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

1: ein Thermometer zur nicht invasiven Temperaturmessung nach Stand der Technik;
2: einen Manteldraht für ein erfindungsgemäßes Thermometer;
3: eine erste Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Thermometer mit einer aus einem Manteldraht gefertigten Hülse;
4: eine zweite Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Thermometer, wobei die Hülse ein Anschlusselement aufweist; und
5: eine dritte Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Thermometer, wobei die Hülse abschnittsweise kernfrei ist.

The invention is explained in more detail with the aid of the following figures. It shows:

1 : a thermometer for non-invasive temperature measurement according to the state of the art;
2 : a sheathed wire for a thermometer according to the invention;
3 : a first embodiment for a thermometer according to the invention with a sleeve made from a sheathed wire;
4th : a second embodiment for a thermometer according to the invention, wherein the sleeve has a connection element; and
5 : a third embodiment for a thermometer according to the invention, wherein the sleeve is free of core in sections.

In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.In the figures, the same elements are provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 gemäß Stand der Technik mit einem Messeinsatz 3 und einer Elektronik 4 gezeigt. Das Thermometer 1 dient der Erfassung der Temperatur T eines Mediums M, welches sich in einem Behältnis 2, hier in Form einer Rohrleitung, befindet. Zu diesem Zweck ragt das Thermometer 1 nicht in die Rohrleitung 2 hinein, sondern ist vielmehr zur nicht invasiven Temperaturbestimmung von außen auf eine Wandung W der Rohrleitung 2 aufgesetzt.In 1 is a schematic illustration of a thermometer 1 according to the state of the art with a measuring insert 3 and electronics 4th shown. The thermometer 1 is used to record the temperature T of a medium M. which is in a container 2 , here in the form of a pipeline. For this purpose, the thermometer protrudes 1 not in the pipeline 2 inside, but is rather for non-invasive temperature determination from the outside on a wall W. the pipeline 2 put on.

Der Messeinsatz 3 umfasst einen Temperatursensor 5, welcher im vorliegenden Fall ein temperatursensitives Element in Form eines Widerstandselements umfasst. Der Temperatursensor 5 ist über die Anschlussleitungen 6a, 6b elektrisch kontaktiert und mit der Elektronik 4 verbunden. Während das gezeigte Thermometer 1 in kompakter Bauweise mit integrierter Elektronik 4 ausgeführt ist, kann bei anderen Thermometern 1 die Elektronik 4 auch separat von dem Messeinsatz 3 angeordnet sein. Auch muss es sich bei dem Temperatursensor 5 nicht notwendigerweise um ein Widerstandselement handeln und die Anzahl der verwendeten Anschlussleitungen 6 muss nicht notwendigerweise zwei betragen. Vielmehr kann die Anzahl der Anschlussleitungen 6 je nach angewendetem Messprinzip und verwendetem Temperatursensor 5 passend gewählt werden.The measuring insert 3 includes a temperature sensor 5 , which in the present case comprises a temperature-sensitive element in the form of a resistance element. The temperature sensor 5 is electrically contacted via the connecting lines 6a, 6b and with the electronics 4th connected. While the thermometer shown 1 in a compact design with integrated electronics 4th can be done with other thermometers 1 the Electronic 4th also separately from the measuring insert 3 be arranged. It must also be with the temperature sensor 5 not necessarily a resistance element and the number of connection lines used 6th does not necessarily have to be two. Rather, the number of connection lines 6th depending on the measuring principle used and the temperature sensor used 5 be chosen appropriately.

Wie bereits dargelegt, hängt die Messgenauigkeit eines solchen Thermometers 1 in hohem Maße von den jeweiligen Materialien und, insbesondere thermischen, Kontaktierungen, insbesondere im Bereich des Temperatursensors 5 ab. Der Temperatursensor 5 steht mittelbar, d.h. über den Messeinsatz 2 und über die Wandung W, mit dem Medium M in thermischem Kontakt. Die Messgenauigkeit hängt in diesem Falle entscheidend von den thermischen Kontakten sowie von der Wärmeableitung vom Medium M an die Umgebung ab.As already stated, the measuring accuracy of such a thermometer depends 1 to a large extent on the respective materials and, in particular thermal, contacts, in particular in the area of the temperature sensor 5 from. The temperature sensor 5 stands indirectly, ie via the measuring insert 2 and over the wall W. , with the medium M. in thermal contact. In this case, the measurement accuracy depends crucially on the thermal contacts and the heat dissipation from the medium M. to the environment.

Um diesen Problematiken geeignet zu begegnen, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Manteldraht 7 verwendet, wie er in 2 isoliert gezeigt ist. Der Manteldraht weist einen Kern 8 aus einem ersten Material und eine Ummantelung 9 aus einem zweiten Material auf. Bevorzugt besteht zwischen dem Kern 8 und der Ummantelung 9 eine mediendichte Verbindung. Eine solche kann insbesondere gewährleistet werden, wenn der Manteldraht 7 durch einen Ziehprozess hergestellt wird. Es ist von Vorteil, wenn der Kern 8 aus einem wärmeleitfähigen Material und die Ummantelung 9 aus einem wärmeisolierenden Material besteht. Beispielsweise kann der Kern 8 aus Silber und die Ummantelung 9 aus Edelstahl bestehen. Aber auch andere Materialien und Materialkombinationen sind denkbar und fallen unter die vorliegende Erfindung.In order to counter these problems in a suitable manner, a sheathed wire is used within the scope of the present invention 7th used as it is in 2 is shown in isolation. The sheathed wire has a core 8th made of a first material and a sheath 9 made of a second material. There is preferably between the core 8th and the sheath 9 a media-tight connection. Such can be guaranteed in particular when the sheathed wire 7th is made by a drawing process. It is beneficial if the core 8th made of a thermally conductive material and the sheath 9 consists of a heat insulating material. For example, the core 8th made of silver and the sheath 9 made of stainless steel. However, other materials and material combinations are also conceivable and fall under the present invention.

Eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Thermometers 1 zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur T eines Mediums M in einem Behältnis 2 ist in 3 gezeigt. Wie bei 1 handelt es sich bei dem Behältnis 2 um eine Rohrleitung. Es sei jedoch darauf verwiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung zahlreiche unterschiedliche Behältnisse, unter anderem auch Behälter oder Container, verwendet werden können. Die Erfindung ist keineswegs auf eine Verwendung mit Rohrleitungen beschränkt.A first embodiment of a thermometer according to the invention 1 for determining and / or monitoring the temperature T of a medium M. in a container 2 is in 3 shown. As in 1 is the container 2 around a pipeline. It should be noted, however, that numerous different receptacles, including containers or containers, can be used within the scope of the present invention. The invention is in no way restricted to use with pipelines.

Das Thermometer 1 aus 3 weist eine Hülse 10 auf, welche hier vollständig aus einem Manteldraht 7 gefertigt ist. In einem ersten, dem Behältnis 2 zugewandten, Endbereich E₁ ragt der Kern 8 aus der Ummantelung 9 hinaus. Der Kern 8 kommt hier mit der Wandung W des Behältnisses 2 in direkten Kontakt. Im Bereich einer Kontaktfläche kann der Kern 8 optional an die Konturen der Wandung W des Behältnisses angepasst sein. Der Temperatursensor 5 ist in einem dem ersten Endbereich E₁ abgewandten Bereich B an dem Kern 8 befestigt. Beispielsweise kann der Temperatursensor 5 auf den Kern 8 aufgelötet oder aufgeklebt sein.The thermometer 1 out 3 has a sleeve 10 on, which here is made entirely of a sheathed wire 7th is made. In the first one, the container 2 facing, end area E ₁ the core protrudes 8th out of the sheath 9 out. The core 8th comes here with the wall W. of the container 2 in direct contact. In the area of a contact surface, the core can 8th optionally to the contours of the wall W. of the container. The temperature sensor 5 is in one of the first end regions E ₁ averted area B. at the core 8th attached. For example, the temperature sensor 5 to the core 8th be soldered or glued on.

Der Kern 8 sorgt für eine gute Wärmeleitung vom Medium M zum Temperatursensor 5, während die Ummantelung 9 eine Wärmeableitung an die Umgebung verhindert. Der Temperatursensor 5 kommt vorzugsweise nicht mit der Ummantelung 9 in Berührung.The core 8th ensures good heat conduction from the medium M. to the temperature sensor 5 while the sheathing 9 prevents heat from being dissipated to the environment. The temperature sensor 5 preferably does not come with the sheath 9 in touch.

Für die in 4 gezeigte Ausgestaltung ist die Hülse in einem ersten Abschnitt A₁ aus Manteldraht 7 und in einem zweiten Abschnitt A₂ aus einem Anschlusselement 11 hergestellt. Das Anschlusselement 11 ist an der Ummantelung 9 des Manteldrahts 7 befestigt, insbesondere angeschweißt. Der Temperatursensor 5 befindet sich in einem Innenvolumen der Hülse 10. Die Ummantelung 9 und das Anschlusselement 11 können sowohl aus dem gleichen Material als auch aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein.For the in 4th The embodiment shown is the sleeve in a first section A ₁ made of sheathed wire 7th and in a second section A ₂ from a connection element 11 produced. The connection element 11 is on the sheath 9 of the sheathed wire 7th attached, in particular welded on. The temperature sensor 5 is located in an internal volume of the sleeve 10 . The sheath 9 and the connection element 11 can be made from the same material as well as from different materials.

Die in 4 gezeigte Ausführung weist ferner Befestigungsmittel 12 Befestigung der Vorrichtung 1 an dem Behältnis 2. Hier ist beispielhaft eine Rohrschelle dargestellt. Es kommen jedoch alle dem Fachmann bekannten Mittel zur Befestigung 12 in Frage und fallen ebenfalls unter die vorliegende Erfindung. Auch können für alle anderen Ausgestaltungen der Erfindung ebenfalls Befestigungsmittel 12 vorgesehen sein.In the 4th The embodiment shown also has fastening means 12th Attachment of the device 1 on the container 2 . A pipe clamp is shown here as an example. However, all means of fastening known to the person skilled in the art can be used 12th in question and also fall under the present invention. Fastening means can also be used for all other configurations of the invention 12th be provided.

Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist Gegenstand von 5. Für diese Ausgestaltung ist der Manteldraht (7) im dem ersten Endbereich E₁ abgewandten Teilbereich T entlang seiner Längsachse L kernfrei. Beispielsweise kann die Hülse vollständig aus dem Manteldraht 7 gefertigt sein und der Kern 8 sowie ggf. ein Teil der Ummantelung 9 können nachträglich entfernt werden, beispielsweise durch ein Drehverfahren. Auch in der hier gezeigten Ausgestaltung befindet sich der Temperatursensor 5 in einem Innenvolumen der Hülse 10.Another embodiment of a device according to the invention 1 is the subject of 5 . For this configuration, the sheathed wire ( 7th ) in the first end area E ₁ remote area T along its longitudinal axis L. core-free. For example, the sleeve can be made entirely of the sheathed wire 7th be manufactured and the core 8th as well as part of the casing, if applicable 9 can be removed afterwards, for example by a turning process. Also in the embodiment shown here is the Temperature sensor 5 in an internal volume of the sleeve 10 .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Vorrichtungcontraption
22: Behältniscontainer
33: MesseinsatzMeasuring insert
44th: Elektronikelectronics
55: TemperatursensorTemperature sensor
66th: AnschlussdrähteConnecting wires
77th: ManteldrahtSheathed wire
88th: Kerncore
99: UmmantelungSheathing
1010: HülseSleeve
1111: AnschlusselementConnection element
1212th: Befestigungsmittel Fasteners
MM.: Mediummedium
TT: Temperaturtemperature
LL.: LängsachseLongitudinal axis
WW.: Wandung des BehältnissesWall of the container
E₁, E₂ E ₁ , E ₂: EndbereicheEnd areas
A₁, A₂ A ₁ , A ₂: AbschnitteSections
BB.: Bereich, in welchem der Temperatursensor angeordnet istArea in which the temperature sensor is arranged
TT: TeilbereichSub-area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014118206 A1 [0008]
DE 102015113237 A1 [0008]
US 5382093 [0009]
US 2016/0047697 A1 [0010]
DE 102005040699 B3 [0010]
EP 3230704 B1 [0010]
EP 2038625 B1 [0010]

Claims

Device (1) for determining and / or monitoring a temperature (T) of a medium (M) in a container (2), comprising: a temperature sensor (5) for detecting the temperature (T), and a sleeve (10) in which the sensor element is arranged, characterized in that the sleeve is made at least in a first section from a clad wire (7), which clad wire (7) has a core (8) made of a first material and a sheath (9) made of a second material , in that the core (8) protrudes in a temperature sensor (5) facing away from the first end region (e ₁₎ from the sheath (9), and that the temperature sensor (5) in a the first end region (e ₁₎ area (B facing away ) is attached to the core (8) of the sheathed wire (7).

Device (1) according to Claim 1 , wherein the temperature sensor (5) is connected to the core (8) by adhesive bonding or soldering.

Device (1) according to Claim 1 or 2 , the temperature sensor (5) being a resistance element or a thermocouple.

Device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the core (8) consists of a thermally conductive material, in particular a material with high thermal conductivity and low thermal capacity, preferably silver, copper, aluminum or an alloy comprising at least one of the materials mentioned.

Device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the sheath (9) has a lower thermal conductivity than the core (8), in particular wherein the thermal conductivity of the sheath (9) is at least 5, preferably 10, smaller is than that of the core (8), and wherein the casing (9) is preferably made of stainless steel.

Device (1) according to at least one of the preceding claims, there being a media-tight connection between the casing (9) and the core (8).

Device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the sleeve (10) _{consists of the sheathed wire (7) in a first section (A 1} ) and wherein the sleeve (10) is in one of the first end regions (E1) of the sheathed wire ( 7) facing away, the second section (A ₂ ) consists of a tubular connecting element (11), which in a second end area (E ₂ _{) of the clad wire (7) facing away from the first end area (E 1} ) on the sheathing (9) of the clad wire ( 7) is attached.

Device (1) according to at least one of the preceding claims, the sheathed wire (7) being free of cores along its longitudinal axis (L) in a partial area (T) facing away from _{the first end area (E 1).}

Device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the core (8) in the first end region (E ₁ ) is adapted to the geometry of the container (2).

Device (1) according to at least one of the preceding claims, comprising fastening means (12) for fastening the device (1) to the container (2), in particular in a detachable or cohesive manner.

A method for producing a device (1) for determining and / or monitoring a temperature (T) of a medium (M) in a container (2) comprising the following method steps: providing a temperature sensor (5) for detecting the temperature (T), providing a Sheathed wire (7), which sheathed wire (7) has a core (8) made of a first material and a sheath (9) made of a second material, and which core (8) in a first end region (E _{1) facing away from the temperature sensor (T)} ) protrudes from the sheath (9), providing a sleeve (10) which _{consists of the sheathed wire (7) at least in a first section (A 1} ), and attaching the temperature sensor (5) to the core (8) of the sheathed wire (7) ) in an area facing away from the first end area (E _1).

Procedure according to Claim 11 , the sheathing (9) being removed in the first end region (E _1).

Procedure according to Claim 11 or 12th , wherein the sleeve (10) in a first section (A ₁ ) made of the sheathed wire (7) and in a _{second section (A 2} _{) facing away from the first end region (E 1} ) of the sheathed wire (7) from a tubular connecting element (11 ) is produced, and wherein the tubular connecting element (11) in the second end region (E ₂ _{) of the sheathed wire (7) facing away from the first end region (E 1} ) is attached to the sheathing (9) of the sheathed wire (7).

Method according to at least one of the Claims 11 - 13th , wherein in a partial area (T) of the sheathed wire (7) facing away from the first end area (E ₁ ), an inner volume of the sheathed wire (7), in particular the core (8) or the core (8) and part of the sheathing (9), is removed from the sheathed wire (7).

Method according to at least one of the Claims 11 - 14th , the temperature sensor (5) being soldered or glued onto the core (8).