DE8626547U1

DE8626547U1 - Sensor

Info

Publication number: DE8626547U1
Application number: DE19868626547
Authority: DE
Original assignee: Namco Wagner 2209 Herzhorn De GmbH
Current assignee: Namco Wagner 2209 Herzhorn De GmbH
Priority date: 1986-10-02
Filing date: 1986-10-02
Publication date: 1987-01-22

Description

MeBfühlerMeasuring sensor

Die Erfindung betrifft einen Meßfühler für die Messung der Bewegung eines vorbeiströmenden Mediums und weist ein Gehäiase auf, in dessen Stirnseite mindestens zwei Sensorelemente sowie ein Heizelement zum Beheizen der Sensorelemente untergebracht ist. An die S ens or elemente und das Heizelement sind Kabel für das Anschließen an eine elektronische Meß- und Regelungsschaltung angeschlossen.The invention relates to a sensor for measuring the movement of a medium flowing past and has a housing in the front of which at least two sensor elements and a heating element for heating the sensor elements are housed. Cables are connected to the sensor elements and the heating element for connection to an electronic measuring and control circuit.

Ein derartiger Meßfühler ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift G 85 11 911.3 bekannt. Er dient zur elektrischen Erfassung von Wärmeverlusten in einem strömenden Medium und besitzt ein in eine Wandung einschraubbares Meßgehäuse, welches einen einteilig stirnseitig in eine Strömung hineinragenden Meßteil aufweist. Der Meßteil dient dazu, eine Differenztemperaturmessung vorzunehmen, wobei ein erstes Sensorelement die Mediumstemperatur und ein zweites Sensorelement die Temperatur des durch ein Heizelement aufgeheizten Mediums mißt. Der Meßteil ist aus einemSuch a sensor is known from the German utility model G 85 11 911.3. It is used for electrically detecting heat losses in a flowing medium and has a measuring housing that can be screwed into a wall and has a measuring part that protrudes into the flow at the front. The measuring part is used to carry out a differential temperature measurement, whereby a first sensor element measures the medium temperature and a second sensor element measures the temperature of the medium heated by a heating element. The measuring part is made of a

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homogenen Werkstoff gefertigt und mit zwei Sackbohrüngen oder Ausnehmungen versehen, die an die Aüßenwandung des Meßteils verlagert sind. In die Sackbohrungen oder Ausnehmungen sind die Sensorelemente eingesetzt, und zwar ein Sensorelement in eine Sackbohrung, wobei das Heizelement auf eines der Sensorelemente aufgesetzt ist. Die Sensorheizelemente sind im Meßteil stirnseitig in einer Ebene r-—-—___.._&ldquor;&ldquor;&ldquor; _r jw*.ww.jt _UUj..w*i &ngr;»=** ««jtjj/^r des MestGiis wie durch eine Trennwand voneinander getrennt. Ein Nachteil des bekannten Meßfühlers besteht darin, daß seine Fertigung aufwendig ist, denn die Sensorelemente müssen möglichst nahe an der Stirnseite des Meßfühlers gebracht werden. Dadurch müssen die Sackbohrungen oder Ausnehmungen im Meßteil möglichst nahe zur Stirnwand hin gebohrt werden, was hohe Pertigungsgenauigkeiten erfordert, da sonst die Stirnwand durchbohrt und damit zuviel Ausschuß produziert wird. Bei verhältnismäßig dicker Stirnwand und damit größeren Fertüngstöleranzen besteht andererseits die Gefahr, daß die Sensorelemente zu weit von dem zu messenden Strömungsmedium entfernt liegen und der Meßfühler nicht mehr genau genug arbeiten kann.homogeneous material and provided with two blind holes or recesses which are positioned on the outer wall of the measuring part. The sensor elements are inserted into the blind holes or recesses, one sensor element in each blind hole, with the heating element placed on one of the sensor elements. The sensor heating elements are arranged on the front side of the measuring part in a plane r-—-—___.._&ldquor;&ldquor;&ldquor; _r jw*.ww.jt _UU j..w*i &ngr;»=** ««jtjj/^r of the MestGiis, separated from one another as if by a partition. A disadvantage of the known measuring sensor is that it is complex to manufacture, as the sensor elements must be positioned as close as possible to the front side of the measuring sensor. This means that the blind holes or recesses in the measuring part must be drilled as close to the front wall as possible, which requires high manufacturing accuracy, as otherwise the front wall will be drilled through and too much waste will be produced. On the other hand, with a relatively thick front wall and thus larger manufacturing tolerances, there is a risk that the sensor elements will be too far away from the flow medium to be measured and the sensor will no longer be able to work accurately enough.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Meßfühler der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Herstellung und Meßgenauigkeit zu verbessern.The object of the invention is to improve the measuring sensor of the type mentioned above with regard to its manufacture and measuring accuracy.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Meßfühler der eingangs genannten Art, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stirnseite des Meßfühler-Gehäuses von einer Metallkappe 3Q ohne innere Trennwand überdeckt ist, und daß die Sensorelemente und das Heizelement an der Metallkappe anliegen.To solve this problem, a measuring sensor of the type mentioned at the beginning is used, which is characterized in that the front side of the measuring sensor housing is covered by a metal cap 3Q without an inner partition, and that the sensor elements and the heating element rest on the metal cap.

Dadurch wird erreicht, daß das Meßfühler-Gehäuse als einfaches Edelstahl-Drehteil mit durchgehender Bohrung hergestellt werden kann, auf die ein Tiefziehteil, nämlichThis means that the sensor housing can be manufactured as a simple stainless steel turned part with a through hole, onto which a deep-drawn part, namely

die Metallkappe ohne Schwierigkeiten aufsetzbar ist. Die Wandstärke der Metallkappe kann sehr genau bemessen werden; sie liegt in einer Ausführungsform zwischen 0,1 bis 0,4 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 bis 0,35 mm und insbesondere bei 0,3 mm. Vorzugsweise ist die Metallkappe eine Edelstahlkappe, die mit dem Meßfühler-Gehäuse verschweißt oder auf dieses gerollt oder gekröpft wird. Die zweckmäßigste Art»the metal cap can be fitted without difficulty. The wall thickness of the metal cap can be measured very precisely; in one embodiment it is between 0.1 and 0.4 mm, preferably between 0.2 and 0.35 mm and in particular 0.3 mm. The metal cap is preferably a stainless steel cap that is welded to the sensor housing or rolled or bent onto it. The most practical type»

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Fachmann ohne weiteres yeläufig*Expert without further ado*

Vorzugsweise hat die Metallkappe die Form eines Bechers mit einem konkaven, konvexen oder ebenen Boden. Am zweckmäßigsten erscheint ein ebener Boden, jedoch sind auch Anwendungsfälle denkbar, in denen von der ebenen Form abweichende Bodenformen der Metallkappe zweckmäßig sein können.Preferably, the metal cap has the shape of a cup with a concave, convex or flat base. A flat base appears to be the most practical, but applications are also conceivable in which base shapes of the metal cap that deviate from the flat shape may be practical.

Die Sensorelemente sind in einer Ausführungsform handelsübliche Silicium-Temperatursensoren oder NTC-Widerstände. Auch das Heizelement ist ein handelsübliches Bauelement, das für den Fachmann ohne Schwierigkeiten aus eine?: Fülle von Wieterstands-Heizelementen ausgewählt und den jeweils vorhandenen geometrischen Bedingungen angepaßt werden kann.In one embodiment, the sensor elements are commercially available silicon temperature sensors or NTC resistors. The heating element is also a commercially available component that can be selected without difficulty by the expert from a wide range of resistance heating elements and adapted to the respective existing geometric conditions.

Die erfindungsgemäße Metallkappe bildet die stirnseitige Fläche des Meßfühlers und stellt durch ihre geringe Wandstärke von beispielsweise nur 0,3 mm eine äußerst geringe Masse dar, die mit verhältnismäßig geringer Leistung beheizt werden kann. Innen auf der Metallkappe liegen die beiden Sensorelemente im Abstand zueinander, wobei in der Nähe des einen Sensorelements das Heizelement angeordnet ist. Dadurch bewirkt ein dem Heizelement zugeführter, geregelter Strom bei richtiger Positionierung des Heizelementes ein Temperaturgefälle auf der stirnseitigen Fläche der Metallkappe und damit des Meßfühler-Gehäuses.The metal cap according to the invention forms the front surface of the sensor and, due to its low wall thickness of, for example, only 0.3 mm, represents an extremely small mass that can be heated with relatively little power. The two sensor elements are spaced apart on the inside of the metal cap, with the heating element arranged near one of the sensor elements. As a result, a regulated current supplied to the heating element causes a temperature gradient on the front surface of the metal cap and thus of the sensor housing if the heating element is positioned correctly.

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Die Stromzufuhr muß so weit fortgesetzt werden, bis ein Sättigungszustand erreicht ist, der dadurch definiert is«/ daß die Meßfühler-Innentemperatur, der Meßfühlerboden und die Mediumstemperatur im Sensorbereich gleich sind. Dadurch wird das Medium Teil des Meßsystems, Der Sättigungszustand ist aber nicht nur allein vom Heizstrom abhängig, sondern auch von der in der angeschlossenen elektronischen Schal-The power supply must be continued until a saturation state is reached, which is defined by the fact that the internal temperature of the sensor, the base of the sensor and the medium temperature in the sensor area are the same. This makes the medium part of the measuring system. The saturation state is not only dependent on the heating current, but also on the temperature in the connected electronic circuit.

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der GehäusemassG sowie von der Plazierung des Heizelements j 'der Sensorelemente und der gegenbenenfalls vorhandenen Meßfühler-Füllmasse. Wie bereits erwähnt, ist in diesem Sättigungszustand das Medium ohne Strömung Teil des Systems. Geringste Mediumsbewegungen, also Strömungen, bewirken dann einen großen Wärmeentzug vom Kappenboden zum Medium hin, der inhomogen ist und der bei dem neben dein Heizelement angeordneten Sensorelement erheblich größer als bei dem im Abstand dazu angeordneten Sensorelement ausfällt. Das in größerem Abstand zum Heizelement angeordnete Sensorelement wird nämlich nur geringfügig mitaufgeheizt, da der Kappenboden nicht sehr viel WSirme überträgt. Es erfolgt jedoch in jedem Fall eine gewisse Mitaufheizung, die automatisch einen gewissen künstlichen "Gleichlauf der Sensorelemente über den Arbeitstemperaturbereich schafft, so daß aufwendige Abgleichmaßnahmen entbehrlich sind.the housing dimensions, the placement of the heating element, the sensor elements and the sensor filling material, if present. As already mentioned, in this saturation state the medium without flow is part of the system. The slightest medium movements, i.e. flows, then cause a large heat extraction from the cap base to the medium, which is inhomogeneous and which is considerably greater for the sensor element arranged next to the heating element than for the sensor element arranged at a distance from it. The sensor element arranged at a greater distance from the heating element is only slightly heated up, since the cap base does not transfer very much heat. However, a certain amount of heating takes place in any case, which automatically creates a certain artificial "synchronization" of the sensor elements over the working temperature range, so that complex adjustment measures are unnecessary.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail below using figures, in which:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung; undFigure 1 shows an embodiment in perspective view; and

Figur 2 einen Axialschnitt entlang der Linie I-I aus Figur 1.Figure 2 shows an axial section along the line I-I from Figure 1.

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Figur 1 zeigt einen Meßfühler 1, dessen zylindrisches Gehäuse 2 mit einem Außengewinde 13 versehen ist. Mit dem Außengewinde 13 kann der Meßfühler 1 in die Wand eines Behälters oder einer Rohrleitung eingeschraubt werden, so daß er mit seiner Stirnseite 3 in ein Medium ragt, dessen Strömung gemessen werden soll. An dem der Stirnseite 3 abgewandten Ende ist ein Sechskant 14 für den Ansatz eines Schraubenschlüssels vorgesehen. Der Körper des Meßfühlers 1 besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus Edelstahl mit einer durchgehenden Bohrung 15, die lediglich in Figur 2 erkennbar ist. Die Bohrung 15 ist stirnseitig durch die Metallkappe 10 abgedeckt.Figure 1 shows a measuring sensor 1 whose cylindrical housing 2 is provided with an external thread 13. The measuring sensor 1 can be screwed into the wall of a container or a pipe using the external thread 13, so that its front face 3 extends into a medium whose flow is to be measured. At the end facing away from the front face 3, a hexagon 14 is provided for the attachment of a wrench. In a preferred embodiment, the body of the measuring sensor 1 is made of stainless steel with a through-hole 15, which can only be seen in Figure 2. The hole 15 is covered on the front face by the metal cap 10.

Figur 2 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt durch den unteren Bereich des Meßfühlers 1, und zwar im Bereich der Metallkappe 10. Das Gehäuse 2 des Meßfühlers 1 hat eine verhältnismäßig große Wandstärke, die im wesentlichen von den Festigkeitsanforderungen des Meßfühlers 1 bestimmt wird. Für die Strömungsmessung ist sie von untergeordneter Bedeutung. Das zylindrische Gehäuse 2 weist ein Außengewinde 13 auf, das sich nicht bis zum stirnseitigen Ende des Gehäuses 2 erstreckt. Im Inneren ist das Gehäuse 2 mit einer axialen Bohrung 15 versehen, die sich vollständig durch das Gehäuse 2 erstreckt. Stirnseitig ist die Bohrung 15 jedoch durch eine dünne Metallkappe 10 verschlossen, die in einer zweckmäßigen Ausführungsform aus dünnem Edelstahlblech mit einer Wandstärke von 0,1 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,35 mm und insbesondere 0,3 mm besteht. Die Metallkappe 10 ist als Tiefziehteil hergestellt und mit dem unteren Ende des Gehäuses 2 verschweißt oder auf dieses gerollt oder gekröpft. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Metallkappe ' 0 auf das untere Ende des Gehäuses 2 gerollt.Figure 2 shows an enlarged partial section through the lower area of the sensor 1, specifically in the area of the metal cap 10. The housing 2 of the sensor 1 has a relatively large wall thickness, which is essentially determined by the strength requirements of the sensor 1. This is of secondary importance for the flow measurement. The cylindrical housing 2 has an external thread 13, which does not extend to the front end of the housing 2. Inside, the housing 2 is provided with an axial bore 15, which extends completely through the housing 2. On the front side, however, the bore 15 is closed by a thin metal cap 10, which in an expedient embodiment consists of thin stainless steel sheet with a wall thickness of 0.1 to 0.4 mm, preferably 0.2 to 0.35 mm and in particular 0.3 mm. The metal cap 10 is manufactured as a deep-drawn part and is welded to the lower end of the housing 2 or rolled or bent onto it. In the illustrated embodiment, the metal cap '0 is rolled onto the lower end of the housing 2.

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In die Bohrung 15 des Gehäuses 2 ist ein erstes Sensorelement 4, ein zweites Sensorelement 5 und ein Heizelement 6 eingesetzt, welche die Innenseite der Metallkappe 10 berühren und an dieser anliegen. Dadurch haben sie einen äußerst geringen Abstand zu dem im Betriebsfall die Außenseite der Metallkappe 10 kontaktierenden Medium.A first sensor element 4, a second sensor element 5 and a heating element 6 are inserted into the bore 15 of the housing 2, which touch the inside of the metal cap 10 and rest against it. As a result, they have an extremely small distance to the medium that contacts the outside of the metal cap 10 during operation.

Der Platzbedarf für das Heizelement 6 ist üblicherweise etwas größer als für die Sensorelemente 4 und 5, wie dies in etwa aus der schematischen Zeichnung erkennbar ist. Das Heizelement 6 ist möglichst exzentrisch in der Bohrung 15 angeordnet. Ein Sensorelement 4 ist in unmittelbarer Nachbarschaft zum Heizelement 6 plaziert, während das zweite Sensorelement 5 einen möglichst großen Abstand zum ersten Sensorelement 4 und zum Heizelement 6 einhalten soll. Um diese Bedingung zu erfüllen, werden das Heizelement 6, das erste Sensorelement 4 und das zweite Sensorelement 5 zweckmäßigerweise auf einer Geraden angeordnet, die im Falle einer kreisförmigen Bohrung 15 einen Durchmesser der Bohrung darstellt. An den äußeren Enden dieses Durchmessers sind dann einerseits das Heizelement 6 und andererseits das zweite Sensorelement 5 angeordnet, während das erste Sensorelement 4 dazwischen liegt. Es ist klar, daß die Sensorelemente 4 und 5 und das Heizelement 6 Kabel 7, 8 und 9 aufweisen müssen, um an eine elektronische Meß- und Regelungsschaltung angeschlossen werden zu können. Diese Kabel 7, 8 und 9 sind in Figur 2 lediglich schematisch angedeutet. Zweckmäßigerweise sind die Sensorelemente 4 und 5 sowie das Heizelement 6 in Kunststoff eingebettet, und zwar vorzugsweise in ein Kunstharz, das in der Zeichnung in zwei Schichten 12 und 16 dargestellt ist. Die erste Kunstharz schicht 12 bettet die Sensorelemtänte 4, 5 und das Heizelement 6 ein, während die darüberliegende zweite Kunstharzschicht 16 die Kabel 7, 8 und 9 einbettet, sie jedoch in die Bohrung 15 durchläßt*The space required for the heating element 6 is usually somewhat larger than for the sensor elements 4 and 5, as can be seen from the schematic drawing. The heating element 6 is arranged as eccentrically as possible in the bore 15. One sensor element 4 is placed in the immediate vicinity of the heating element 6, while the second sensor element 5 should maintain as great a distance as possible from the first sensor element 4 and the heating element 6. In order to meet this condition, the heating element 6, the first sensor element 4 and the second sensor element 5 are expediently arranged on a straight line which, in the case of a circular bore 15, represents a diameter of the bore. The heating element 6 and the second sensor element 5 are then arranged on the one hand at the outer ends of this diameter, while the first sensor element 4 is located in between. It is clear that the sensor elements 4 and 5 and the heating element 6 must have cables 7, 8 and 9 in order to be able to be connected to an electronic measuring and control circuit. These cables 7, 8 and 9 are only indicated schematically in Figure 2. The sensor elements 4 and 5 and the heating element 6 are expediently embedded in plastic, and preferably in a synthetic resin, which is shown in the drawing in two layers 12 and 16. The first synthetic resin layer 12 embeds the sensor elements 4, 5 and the heating element 6, while the second synthetic resin layer 16 above it embeds the cables 7, 8 and 9, but allows them to pass through the hole 15*

Claims

AnsprficheClaims

Measuring sensor for measuring the movement of a medium flowing past, with a housing (2), in the front side (3) of which at least two sensor elements (4, 5) and a heating element (6) for heating one of the sensor elements (4) are accommodated, and with cables (7, 8, 9) connected to the sensor elements (4, 5) and the heating element (6) for connection to an electronic measuring and control circuit, characterized in that the front side (3) of the sensor housing (2) is covered by a heat-conducting cap (10) without an inner partition, <inä that the sensor elements (4, 5) and the heating element (6) rest on the cap (10).

Sensor according to claim 1, characterized in that the heat-conducting cap (10) is a metal cap.

3. Sensor according to claim 2, characterized in that the metal cap (1ü) is 0.1-0.4 mm, preferably 0.2-0.35 mm and in particular 0.3 mm thick.

4. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cap (10) is cup-shaped and has a convex, a concave or a flat bottom (11)*

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5. Sensor according to one of claims 2 to 4, characterized in that the metal cap (10) consists of a stainless steel sheet.

6. Sensor according to claim 1, characterized in that the sensor elements (4, 5) and the heating element (6) are cast in synthetic resin (12, 16).

7. Sensor according to claim 1 or 6, characterized in that the heating element (6) is arranged in the immediate vicinity of one sensor element (4), while the other sensor element (5) is at a distance therefrom.

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