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Patent Searching and Data


Title:
MEASURING INSERT HAVING A PROTECTIVE TUBE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/214904
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a device (1) for determining and/or monitoring at least one process variable of a medium (7), comprising a measuring insert (3) having at least one sensor element (5) for sensing the process variable, which at least one sensor element is arranged in particular in an end region of the measuring insert (3), and comprising a dipping body (2) for receiving the measuring insert (3), which dipping body (2) at least temporarily and/or partially protrudes into the medium (7), and which dipping body (2) surrounds the measuring insert (3) at least in a subregion nearest the medium (7), in which subregion the at least one sensor element (5) is preferably located. According to the invention, at least one coupling unit (10) is provided, which can be introduced into the dipping body (2) and which is designed to fill up an inner volume (V) between an inner wall of the dipping body (2) and an outer wall of the measuring insert (3) at least in the subregion (T) in which the sensor element (5) is located and to ensure mechanical coupling between the dipping body (2) and the measuring insert (3).

Inventors:
PEUKER CHRISTIAN (DE)
VRDOLJAK PAVO (DE)
UMKEHRER ALFRED (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/059524
Publication Date:
November 14, 2019
Filing Date:
April 12, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ENDRESS HAUSER WETZER GMBH CO KG (DE)
International Classes:
G01K1/08; G01K1/16; G01K13/02
Foreign References:
DE112011102974T52013-07-25
US20090296781A12009-12-03
DE102010030075A12011-12-15
DE112015003303T52017-04-13
JP2015152336A2015-08-24
DE102006034248B32007-10-18
DE102008054618A12010-06-17
DE102006048448A12008-04-17
DE102015112199A12017-02-02
DE2329239A11975-01-02
DE102013114140A12015-06-18
DE102014101968A12015-08-20
Attorney, Agent or Firm:
ANDRES, Angelika (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Vorrichtung (1 ) zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer

Prozessgröße eines Mediums (7) umfassend

einen Messeinsatz (3) mit zumindest einem, insbesondere in einem

Endbereich des Messeinsatzes (3) angeordneten, Sensorelement (5) zur Erfassung der Prozessgröße, und

einen Eintauchkörper (2) zur Aufnahme des Messeinsatzes (3), welcher Eintauchkörper (2) zumindest zeit- und/oder teilweise in das Medium (7) hineinragt, und welcher Eintauchkörper (2) den Messeinsatz (3) zumindest in einem dem Medium (7) zugewandten Teilbereich, in welchem sich bevorzugt das zumindest eine Sensorelement (5) befindet, umgibt,

dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest eine Koppeleinheit (10) vorgesehen ist, welche in den

Eintauchkörper (2) einbringbar ist, und welche dazu ausgestaltet ist, ein

Innenvolumen (V) zwischen einer inneren Wandung des Eintauchkörpers (2) und einer äußeren Wandung des Messeinsatzes (3) zumindest in dem Teilbereich (T), in welchem sich das Sensorelement (5) befindet, auszufüllen und eine

mechanische Kopplung zwischen dem Eintauchkörper (2) und dem Messeinsatz (3) zu gewährleisten.

2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,

wobei die Koppeleinheit (10) einen Festschmierstoff, insbesondere Graphit, Bornitrid, Kupfer, oder Messing, umfasst.

3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,

wobei die Koppeleinheit (10) in Form eines Pulvers ausgestaltet ist.

4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,

wobei die Koppeleinheit (10) in Form einer Beschichtung ausgestaltet ist.

5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,

wobei die Koppeleinheit (10) in Form eines festen Körpers, insbesondere in Form einer Folie oder als rohrförmiger Körper, ausgestaltet ist.

6. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche,

wobei die Koppeleinheit (10) derart ausgestaltet ist, dass sie eine thermische Kopplung zwischen dem Eintauchkörper (2) und dem Messeinsatz (3) zumindest in dem Teilbereich (T), in welchem sich das Sensorelement (5) befindet, gewährleistet.

7. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche,

wobei die Koppeleinheit (10) derart ausgestaltet ist, dass es auftretende

Vibrationen des Eintauchkörpers (2) und/oder des Messeinsatzes (3) dämpft.

8. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche,

wobei die Koppeleinheit (10) derart ausgestaltet ist, dass sie eine, insbesondere reversible, Bewegung des Messeinsatzes (3) relativ zum Eintauchkörper (2), insbesondere in axialer Richtung, ermöglicht.

9. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche,

wobei das Koppelelement (10) innerhalb des Eintauchkörpers (2) fixiert ist.

10. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche,

wobei die Koppeleinheit (10), der Eintauchkörper (2), und/oder der Messeinsatz (3) zumindest ein Befestigungsmittel (1 1 ) zur Befestigung der Koppeleinheit (10) im Innenvolumen des Eintauchkörpers (2) aufweisen.

1 1. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9,

wobei eine Innenwandung des Eintauchkörpers (2) einen Absatz aufweist, der als Befestigungsmittel (1 1 ) dient, wobei der Innendurchmesser (d2) des

Eintauchkörpers (2) in einem dem Medium zugewandten Teilbereich (T2) größer ist als der Innendurchmesser (di) des Eintauchkörpers (2) in einem dem Medium abgewandten Teilbereich (Ti).

12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9,

wobei eine Innenwandung des Eintauchkörpers (2) einen Vorsprung aufweist, der als Befestigungsmittel (1 1 ) dient, wobei der Innendurchmesser des

Eintauchkörpers (2) im Bereich des Vorsprungs gegenüber dem dem Medium (7) zugewandten Teilbereich (T2) verringert ist.

13. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9,

wobei es sich bei dem Befestigungsmittel (1 1 ) um eine, insbesondere

mechanische, Passverbindung handelt, insbesondere wobei das

Befestigungsmittel (1 1 ) zumindest einen Sprengring oder einen Passring aufweist.

14. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9,

wobei es sich bei dem Befestigungsmittel (1 1 ) um einen Klebstoff handelt.

15. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9,

wobei das Befestigungsmittel (1 1 ) zumindest teilweise aus einem gesinterten Werkstoff hergestellt ist.

Description:
Messeinsatz mit Schutzrohr

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums. Das Medium befindet sich bevorzugt in einem Behältnis, beispielsweise einem Behälter oder einer Rohrleitung. Die Vorrichtung umfasst einen Messeinsatz mit zumindest einem, insbesondere in einem Endbereich des Messeinsatzes angeordneten, Sensorelement zur Erfassung der Prozessgröße, und einen Eintauchkörper zur Aufnahme des Messeinsatzes, welcher Eintauchkörper zumindest zeit- und/oder teilweise in das Medium hineinragt, und welcher Eintauchkörper den Messeinsatz zumindest in einem dem Medium zugewandten Teilbereich, in welchem sich bevorzugt das zumindest eine Sensorelement befindet, umgibt. Bei dem

Sensorelement handelt es sich beispielsweise um einen Temperatursensor, welcher zur Erfassung der Prozessgröße Temperatur dient.

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.

Bei einem Temperatursensor in Form eines sogenannten Dünnschicht-Sensors, insbesondere eines Resistance Temperature Detectors (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.

Die Widerstandselemente werden häufig mittels eines Lötverfahrens innerhalb eines Sensorkopfes, beispielsweise eine Fühlerspitze, und insbesondere auf den Innenboden einer z. B. aus Edelstahl bestehenden Hülse, eingebracht. Als Lötverfahren wird in vielen Fällen eine sogenannte SMD-Lötung durchgeführt, bei welcher zunächst ein Lot auf ein erstes Bauteil aufgebracht wird und anschließend ein zweites Bauteil aufgesetzt und durch Erhitzung mit dem ersten Bauteil verlötet wird. Für das Beispiel eines Sensorkopfes eines Widerstandsthermometers wird üblicherweise zunächst eine definierte Menge Lot in festem Zustand („Lotplättchen") in den Sensorkopf eingebracht und durch

anschließendes Erhitzen mit dem Innenboden des Sensorkopfes verschmolzen. Das Sensorelement wird dann mit seiner metallisierten Seite in das Lot eingetaucht und auf diese Weise innerhalb des Sensorkopfes verlötet. Verfahren zum Herstellen einer derartigen Lotverbindung für ein Thermometer sind beispielsweise aus der

Offenlegungsschrift DE102006048448A1 sowie aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE1020151 12199A1 bekannt geworden. Grundsätzlich hat bei einem entsprechenden Widerstandsthermometer die Lotverbindung einen großen Einfluss auf die thermischen Eigenschaften des

Thermometers, insbesondere auf die thermische Ankopplung zwischen

Widerstandselement und Sensorkopf. Entsprechende Thermometer werden von der Anmelderin beispielsweise unter der Bezeichnung Quicksens hergestellt und vertrieben.

Alternativ zu solchen Thermometern, bei welchen das Widerstandselement mit dem Sensorkopf verlötet ist, sind zahlreiche Thermometer bekannt geworden, bei denen die Temperatursensoren eingeschlossen und/oder gekapselt werden, insbesondere in Keramikpulvern, wie beispielsweise Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (AI2O3), oder in einem, insbesondere aushärtenden, Keramikverguss. Dieses Vorgehen dient einerseits der Fixierung der Temperatursensoren. Außerdem sorgt die Kapselung, beispielsweise in einem Keramikpulver, dafür, dass die Anschlussleitungen des

Temperatursensors auch bei hohen Temperaturen, insb. bei Temperaturen von etwa bis zu 600°C, voneinander und vom Gehäuse des Sensorkopfes, insbesondere einer Fühlerspitze, welches häufig aus einem Metall oder eine Metalllegierung gefertigt ist, zu isolieren. Ein Verfahren zur Herstellung eines derart ausgestalteten Thermometers ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE02329239A1 bekannt geworden. Um einen Temperatursensor zu vergießen, werden mindestens eine vorgebbare Menge einer ersten und einer zweiten Komponente einer Vergussmasse in eine Gießform, insbesondere eine Fühlerspitze, eingebracht. Anschließend wird die Fühlerspitze gerüttelt und/oder in Schwingungen mit einer vorgebbaren Frequenz versetzt wird. Auch derartige Thermometer werden von der Anmelderin hergestellt und vertrieben, und tragen beispielsweise die Bezeichnung Strongsens.

Zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur des jeweiligen Mediums wird das Sensorelement vermittels des Eintauchkörpers zumindest teilweise und/oder zeitweise mit dem Medium in thermischen Kontakt gebracht. Es findet ein

Wärmaustausch zwischen der Vorrichtung und dem Medium statt, bis sich ein thermisches Gleichgewicht einstellt. Bei Vorliegen thermischen Gleichgewichts weisen das Sensorelement, der Eintauchkörper und das Medium im Wesentlichen die gleiche Temperatur, im Folgenden als Gleichgewichtstemperatur bezeichnet, auf. Bis dieses Gleichgewicht erreicht ist, findet eine Wärmeausbreitung vom Medium zur Vorrichtung oder umgekehrt statt. Unter Wärmeausbreitung wird in diesem Zusammenhang also sowohl ein Wärmefluss vom Medium zum Temperatursensor, entsprechend dem Falle, dass das Medium eine höhere Temperatur aufweist als das Thermometer, als auch in umgekehrter Richtung, im Falle, dass das Thermometer eine höhere Temperatur aufweist, verstanden. Die Zeit, welche vergeht, bis sich nach einer Temperaturänderung DT des Mediums ein thermisches Gleichgewicht einstellt, korreliert dabei mit der Ansprechzeit des Thermometers. Die Ansprechzeit hängt dabei grundsätzlich vom Aufbau der Vorrichtung, von den Wärmeleitfähigkeiten der jeweils verwendeten

Materialien sowie von der jeweiligen geometrischen Ausgestaltung und der Güte von zwischen verschiedenen Materialien bestehenden Kontakte ab.

Nun ist es so, dass Sensorelemente beziehungsweise Messeinsätze von Thermometern häufig in einen Eintauchkörper, insbesondere ein Schutzrohr, eingebracht werden. Solche Thermometer-Schutzrohre, welche beispielsweise aus keramischen oder metallischen Materialen gefertigt sein können, werden vielfach verwendet, um die Beständigkeit des Messeinsatzes gegen Chemikalien, Abrasion, Korrosion oder extreme Temperaturen zu verbessern. Innerhalb der Prozessmesstechnik ist dies insbesondere in Bereichen der Chemie-, oder Ölindustrie oder auch im Bereich von Kraftwerken etc. von großer Wichtigkeit. Eine fehlerfreie Funktion setzt aber je nach Bauart unter Umständen voraus, dass der Messeinsatz am Boden des Schutzrohrs anliegt. Nur dann wird die Wärme schnell aus dem Prozess thermisch an das temperaturabhängige Sensorelement, das in dem Messeinsatz angeordnet ist, geleitet. Konstruktiv wird daher die Spitze des

Messeinsatzes von Federn nach gegen den Schutzrohrboden gedrückt, um bspw. einen Metall-zu-Metall-Kontakt sicherzustellen. Der zur Verfügung stehende Federweg beträgt dabei üblicherweise ca. 8-10 mm.

Der Aufbau und die Anforderungen an diese Thermometer sind bspw. durch VDI/VDE 351 1 Blatt 5 Technische Temperaturmessungen und DIN 43772 Metall-Schutzrohre und Halsrohre für Thermoelemente und Widerstandsthermometer bestimmt.

Beim Einbau beziehungsweise beim Zusammenbau eines entsprechenden

Thermometers können jedoch verschiedene Fehler auftreten. Durch eine unpassende Auslegung von Messeinsatz- zu Schutzrohrlänge, unpassende Dichtungen oder fehlerhafte Installation, kann es dazu kommen, dass der Federweg nicht ausreicht, um den Messeinsatz gegen den Boden zu pressen. Durch den fehlenden metallischen Kontakt, entsteht eine erhebliche Reduktion der Messgenauigkeit und einer Vergrößerung der Ansprechzeit des Thermometers auf eine Temperaturänderung des Mediums. Aus dem Stand der Technik ist es zur Gewährleistung eines guten Kontaktes beispielsweise bekannt geworden, sogenannte Feder-Schrauben zu verwenden, die durch das

Verschrauben des Messeinsatzes mit einem Kopfgehäuse vermittels dieser Feder- Schrauben den Messeinsatz gegen den Boden des Schutzrohres drücken. In dieser Hinsicht sei beispielsweise auf das von der Anmelderin unter der Bezeichnung iTemp vertriebene Thermometer verwiesen. Weiterhin beschreiben die Dokumente

DE1020131 14140A1 oder DE102014101968A1 den Einsatz von weiteren

Federelementen zur Verbesserung des Kontakts zwischen Schutzrohr und Messeinsatz.

Trotz der beschriebenen Maßnahmen kann bei einer derartigen Konstruktion nicht ohne Weiteres überprüft werden, ob der jeweilige Kontakt zwischen dem Messelement und dem Schutzrohr ausreichend gut ist. Eine weitere Problematik stellen die

Dimensionierung des Schutzrohres und die des Messeinsatzes da. Es kann üblicherweise nicht vermieden werden, dass zumindest ein geringer Luftspalt zwischen einer

Außenwandung des Messeinsatzes und einer Innenwandung des Schutzrohres verbleibt, welcher sich nachteilig auf die Messperformance des Thermometers auswirkt.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ansprechzeiten von Messgeräten mit Messeinsätzen, welche zumindest teilweise in einem Eintauchkörper angeordnet sind, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder

Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums umfassend einen

Messeinsatz mit zumindest einem, insbesondere in einem Endbereich des Messeinsatzes angeordneten, Sensorelement zur Erfassung der Prozessgröße, und einen

Eintauchkörper zur Aufnahme des Messeinsatzes, welcher Eintauchkörper zumindest zeit- und/oder teilweise in das Medium hineinragt, und welcher Eintauchkörper den Messeinsatz zumindest in einem dem Medium zugewandten Teilbereich, in welchem sich bevorzugt das zumindest eine Sensorelement befindet, umgibt.

Erfindungsgemäß ist zumindest eine Koppeleinheit vorgesehen, welche in den

Eintauchkörper einbringbar ist, und welche dazu ausgestaltet ist, ein Innenvolumen zwischen einer inneren Wandung des Eintauchkörpers und einer äußeren Wandung des Messeinsatzes zumindest in dem Teilbereich, in welchem sich das Sensorelement befindet, auszufüllen und eine mechanische Kopplung zwischen dem Eintauchkörper und dem Messeinsatz zu gewährleisten.

Die Vorrichtung kann ferner beispielsweise zumindest eine Elektronik umfassen, welche der Signalverarbeitung, und/oder -speisung dient. Beispielsweise handelt es sich bei der Prozessgröße um die Temperatur eines Mediums und bei dem Sensorelement um einen Temperatursensor. Dann kann der Temperatursensor beispielsweise in Form eines Thermoelements, oder in Form eines Widerstandselements ausgestaltet sein. Bei dem Eintauchkörper kann es sich wiederum um ein Schutzrohr handeln, welches den

Temperatursensor beispielsweise vor einem direkten Kontakt mit dem Medium schützt. Die erfindungsgemäße Lösung dient dazu, die beschriebenen Probleme hinsichtlich der thermischen Leitfähigkeit innerhalb der Vorrichtung und damit einhergehend der erzielbaren Messgenauigkeit sowie der jeweiligen Ansprechzeit des Thermometers zu überwinden. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Koppelelements kann eine gute thermische Kopplung, also ein guter thermischer Kontakt, zwischen dem

Messeinsatz und dem Eintauchkörper gewährleistet werden. Insbesondere gewährleistet werden, dass kein Luftspalt zwischen einer Außenwandung des Messeinsatzes und einer Innenwandung des Eintauchkörpers besteht.

Für die Ausgestaltung des Koppelelements sind zahlreiche Möglichkeiten denkbar, welche allesamt unter die vorliegende Erfindung fallen. Die genaue Ausgestaltung hängt dabei unter anderem von diversen Vorgaben bezüglich des Messgeräts also auch von der der jeweiligen geometrischen Situation ab. Einige besonders bevorzugte Ausgestaltungen beispielhaft nachfolgend beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die

unterschiedlichen Ausgestaltungen sich jeweils auch miteinander kombinieren lassen.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Koppeleinheit einen Festschmierstoff, insbesondere Graphit, Bornitrid, Kupfer, oder Messing. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt geworden, sogenannte Wärmeleitpasten zwischen dem Messeinsatz und Eintauchkörper anzuordnen. Diese haben jedoch den Nachteil, dass der jeweilige thermische Kontakt zwischen dem Messeinsatz und Eintauchkörper nicht gut reproduzierbar und die Güte des Kontakts, beispielsweise aufgrund fortschreitender Korrosion, nicht konstant ist. Festschmierstoffe bieten den Vorteil, dass sie sich leichter und vor allem präzise und reproduzierbar in den Eintauchkörper einbringen lassen. Sie eignen sich insbesondere auch zum Ausgleich von Formtoleranzen einer Außenwandung des Messeinsatzes und einer Innenwandung des Eintauchkörpers. Es kann somit ein reproduzierbarer thermischer Kontakt zwischen Eintauchkörper und Messeinsatz erreicht werden.

In einer Ausgestaltung ist die Koppeleinheit in Form eines Pulvers ausgestaltet. Das Pulver kann beispielsweise in den Eintauchkörper eingebracht werden, bevor der Messeinsatz integriert wird.

Alternativ kann die Koppeleinheit aber beispielsweise in Form einer Beschichtung ausgestaltet sein. Diese kann wiederum auf eine Innenwandung des Eintauchkörpers oder eine Außenwandung des Messeinsatzes aufgebracht werden, bevor der

Messeinsatz in dem Eintauchkörper angeordnet wird.

Schließlich beinhaltet eine weitere Alternative der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass die Koppeleinheit in Form eines festen Körpers, insbesondere in Form einer Folie oder als rohrförmiger Körper, ausgestaltet ist. Der Körper ist derart dimensioniert, dass er im eingebauten Zustand des Messeinsatzes in den Eintauchkörper, insbesondere passgenau, einen Zwischenraum, in welchem sich sonst ein Luftspalt ausbilden würde, einbringbar ist. Er ist also an die Dimensionierung des Eintauchkörpers und die des Messeinsatzes angepasst.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Koppeleinheit derart ausgestaltet ist, dass sie eine thermische Kopplung zwischen dem Eintauchkörper und dem Messeinsatz zumindest in dem Teilbereich, in welchem sich das Sensorelement befindet, gewährleistet.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Koppeleinheit derart ausgestaltet ist, dass es auftretende Vibrationen des

Eintauchkörpers und/oder des Messeinsatzes dämpft. Im Falle, dass die jeweilige Vorrichtung im fortlaufenden Betrieb auftretenden Vibrationen ausgesetzt ist, können diese zu einer Beschädigung des im Eintauchkörper angeordneten Messeinsatzes führen. Das Koppelelement ist entsprechend bevorzugt derart ausgestaltet, dass es auch eine mechanische Kopplung des Messeinsatzes und des Eintauchkörpers verbessert.

Beispielsweise kann die Koppeleinheit derart ausgestaltet sein, dass sie Bewegungen des Messeinsatzes relativ zum Eintauchkörper, insbesondere in radialer Richtung, verhindert. Auf diese Weise können durch die Vibrationen verursachte Stoßbewegungen des Messeinsatzes gegen den Eintauchkörper vermieden werden.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Koppeleinheit derart ausgestaltet ist, dass sie eine, insbesondere reversible, Bewegung des Messeinsatzes relativ zum Eintauchkörper, insbesondere in axialer Richtung, ermöglicht. Üblicherweise werden für den Messeinsatz und den Eintauchkörper zumindest teilweise

unterschiedliche Materialien, insbesondere mit unterschiedlichen

Wärmeausdehnungskoeffizienten, verwendet. Infolge von Temperaturänderungen des Mediums kommt es dann insbesondere zu unterschiedlichen Ausdehnung, insbesondere in Längsrichtung, des Messeinsatzes und Eintauchkörpers. Die Koppeleinheit ist dann bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie die unterschiedlichen, insbesondere reversiblen, Ausdehnungen aufgrund von Änderungen der Temperatur, insbesondere in

Längsrichtung, kompensiert. Auf diese Weise kann ein unabhängig von der Temperatur gleichbleibender thermischer Kontakt zwischen dem Eintauchkörper und Messeinsatz gewährleistet werden.

Es ist von Vorteil, wenn das Koppelelement innerhalb des Eintauchkörpers fixiert ist. In diesem Falle kann der Messeinsatz, beispielsweise infolge eines Austauschs, aus dem Eintauchkörper entfernt werden, ohne das Koppelelement entfernen zu müssen.

In einer Ausgestaltung weisen die Koppeleinheit, der Eintauchkörper und/oder der Messeinsatz zumindest ein Befestigungsmittel zur Befestigung der Koppeleinheit im Innenvolumen des Eintauchkörpers auf. Die Befestigungseinheit sorgt insbesondere für eine Fixierung der Koppeleinheit innerhalb des Eintauchkörpers.

In dieser Hinsicht sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar, von denen im Folgenden einige bevorzugte Varianten angegeben werden:

Beispielsweise umfasst eine Ausgestaltung, dass eine Innenwandung des

Eintauchkörpers einen Absatz aufweist, der als Befestigungsmittel dient, wobei der Innendurchmesser des Eintauchkörpers in einem dem Medium zugewandten Teilbereich größer ist als der Innendurchmesser des Eintauchkörpers in einem dem Medium abgewandten Teilbereich. Wird der Messeinsatz entfernt, wird eine Bewegung der Koppeleinheit in axialer Richtung durch den Absatz in der Innenwandung des

Eintauchkörpers verhindert.

Ebenso ist es denkbar, dass eine Innenwandung des Eintauchkörpers einen Vorsprung aufweist, der als Befestigungsmittel dient, wobei der Innendurchmesser des

Eintauchkörpers im Bereich des Vorsprungs gegenüber dem Medium zugewandten Teilbereich verringert ist.

Weitere Ausgestaltungen sehen vor, dass es sich bei dem Befestigungsmittel um eine, insbesondere mechanische, Passverbindung handelt, insbesondere dass das

Befestigungsmittel zumindest einen Sprengring oder einen Passring aufweist, dass es sich bei dem Befestigungsmittel um einen Klebstoff handelt, oder dass das

Befestigungsmittel zumindest teilweise aus einem gesinterten Werkstoff hergestellt ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : ein Thermometer mit einem Messeinsatz und einem Schutzrohr gemäß Stand der Technik,

Fig. 2: eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Koppeleinheit, und Fig. 3: eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Koppeleinheit, bei welcher die Koppeleinheit innerhalb des Eintauchkörpers fixiert ist.

In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig.1 ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 mit einem Eintauchkörper 2, einem Messeinsatz 3, und einer Elektronik 4 gemäß Stand der Technik gezeigt. Der Messeinsatz 3 ist in den Eintauchkörper 2 eingebracht und umfasst ein Sensorelement 5, welches im vorliegenden Fall ein Temperatursensor in Form eines Widerstandselements ist, der über die Anschlussleitungen 6 elektrisch kontaktiert und mit der Elektronik 4 verbunden ist. In anderen Ausgestaltungen kann die Elektronik 4 auch separat vom Messeinsatz 3 und Eintauchkörper 2 angeordnet sein. Auch muss es sich bei dem Sensorelement 5 nicht notwendigerweise um ein Widerstandselement handeln, oder die Anzahl der verwendeten Anschlussleitungen 6 muss nicht notwendigerweise zwei betragen. Vielmehr kann je nach angewendetem Messprinzip eine unterschiedliche Anzahl von Anschlussdrähten 6 verwendet werden.

Wie bereits dargelegt, hängt die Messgenauigkeit, insbesondere die Ansprechzeit, eines derartigen 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

Eintauchkörper 2, mit dem Medium 7 in thermischem Kontakt. Um einen ausreichenden mechanischen, und damit einhergehend einen thermischen, Kontakt zwischen dem Eintauchkörper 2 und dem Messeinsatz 3, insbesondere dem Temperatursensor 5, zu gewährleiten, wird gemäß Stand der Technik häufig ein Federelement [nicht gezeigt] verwendet. Außerdem ist es üblich, ein Innenvolumen V des Eintauchkörpers 2 zumindest in einem den Temperatursensor 5 teilweise umgebenden Teilbereich 8 mit einer

Wärmeleitpaste 9 zu füllen. Allerdings kann durch solche Maßnahmen keine

gleichbleibende Kontaktierung zwischen dem Temperatursensor 5 und dem

Eintauchkörper 2 gewährleistet werden. Häufig verbleibt beispielsweise ein Luftspalt s, welcher zu einer deutlichen Reduktion der Ansprechzeit und/oder der Messgenauigkeit des Thermometers 1 führen kann.

Dieser Problematik begegnet die vorliegende Erfindung durch die Verwendung einer Koppeleinheit 10, welche in den Eintauchkörper 2 einbringbar ist. Für die Ausgestaltung der Koppeleinheit 10 sind zahlreiche Möglichkeiten denkbar, von denen nachfolgend einige bevorzugte Ausgestaltungen beispielhaft beschrieben werden. Die genaue

Ausgestaltung hängt dabei unter anderem von diversen Vorgaben bezüglich des

Messgeräts 1 also auch von der der jeweiligen geometrischen Situation ab. Die erfindungsgemäße Koppeleinheit 10 ist grundsätzlich dazu ausgestaltet, ein

Innenvolumen V zwischen einer inneren Wandung des Eintauchkörpers 2 und einer äußeren Wandung des Messeinsatzes 3 zumindest in dem Teilbereich T, in welchem sich das Sensorelement 5 befindet, auszufüllen und eine mechanische Kopplung zwischen dem Eintauchkörper 2 und dem Messeinsatz 3 zu gewährleisten. Die Koppeleinheit 10 dient also der Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit innerhalb des Thermometers 1 und damit einhergehend der erzielbaren Messgenauigkeit sowie der jeweiligen

Ansprechzeit. Eine mögliche Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Thermometer 1 ist Gegenstand von Fig. 2. Die Koppeleinheit 10 füllt das Innenvolumen V zwischen dem Eintauchkörper 2 und dem Messeinsatz 3 im Bereich des Sensorelements 5. Durch die Koppeleinheit 10 wird somit eine mechanische, und damit eine thermische, Kopplung zwischen dem Eintauchkörper 2 und dem Messeinsatz 3 bewirkt. Ein guter und gleichbleibender thermischer Kontakt zwischen dem Eintauchkörper 2 und dem Messeinsatz 3 kann gewährleistet werden. Beispielsweise kann das Auftreten des zuvor beschriebenen Luftspaltes s vermieden werden.

Die Koppeleinheit 10 umfasst bevorzugt einen Festschmierstoff, insbesondere Graphit, Bornitrid, Kupfer, oder Messing. Für die genaue Ausgestaltung sind verschiedene

Varianten denkbar. Beispielsweise kann die Koppeleinheit 10 in Form eines Pulvers, in Form einer Beschichtung, oder als fester Körper ausgestaltet sein. Je nach Ausgestaltung wird entweder erst der Messeinsatz 3 in den Eintauchkörper 2 eingebracht, bevor die Koppeleinheit 10 hinzugefügt wird. Alternativ kann es für andere Ausgestaltungen von Vorteil sein, wenn zuerst die Koppeleinheit 10 und anschließend der Messeinsatz 3 in den Eintauchkörper 2 eingebracht wird.

In einer möglichen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist die

Koppeleinheit 10 innerhalb des Eintauchkörpers 2 fixiert. Es versteht sich von selbst, dass andere Ausgestaltungen auch eine Fixierung der Koppeleinheit im Bereich des

Messeinsatzes 3 umfassen können. Auf derartige, ebenfalls unter die vorliegende Erfindung fallende Ausgestaltungen wird jedoch im Rahmen der hier gezeigten Figuren nicht im Detail eingegangen. In Fig. 3 sind beispielhaft zwei mögliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung 1 gezeigt, bei welchen die Koppeleinheit 10 innerhalb des Eintauchkörpers 2 fixiert ist. Hierzu umfasst die Vorrichtung 1 ein Befestigungsmittel 1 1 zur Befestigung der Koppeleinheit. In den gezeigten Ausgestaltungen ist das Befestigungsmittel 1 1 jeweils Teil des Eintauchkörpers 2. In anderen, hier nicht dargestellten Ausgestaltungen, kann das Befestigungsmittel 1 1 jedoch auch als separate Einheit, oder als Teil der Koppeleinheit 10, oder auch als Teil des Messeinsatzes 3 oder des Eintauchkörpers 2 ausgestaltet sein.

Gemäß der Ausgestaltung nach Fig. 3a weist die Innenwandung des Eintauchkörpers 2 einen Absatz auf. Dadurch ist der Innendurchmesser di des Eintauchkörpers 2 in einem dem Medium abgewandten Teilbereich Ti kleiner als der Innendurchmesser d 2 in einem dem Medium zugewandten Teilbereich T 2 . Durch den Absatz wird sichergestellt, dass die Koppeleinheit 10 im Teilbereich T=T 2 fixiert wird. Fig. 3b zeigt eine zweite mögliche Ausgestaltung des Befestigungsmittels 1 1. Gemäß Fig. 3b weist die Innenwandung des Eintauchkörpers 2 einen Vorsprung auf, welcher als Befestigungsmittel 1 1 dient. Der

Innendurchmesser des Eintauchkörpers 2 ist im Bereich des Vorsprungs gegenüber dem Innendurchmesser d 2 im dem Medium 7 zugewandten Teilbereich T 2 verringert. In beiden Fällen verhindert das Befestigungsmittel insbesondere eine axiale Bewegung der Koppeleinheit 10, beispielsweise im Falle, dass der Messeinsatz 3 aus dem

Eintauchkörper 2 entfernt oder in den Eintauchkörper 2 eingebracht wird.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Eintauchkörper

3 Messeinsatz

4 Elektronik

5 Sensorelement

6 Anschlussdrähte

7 Medium

8 Teilbereich

9 Wärmeleitpaste

10 Koppeleinheit

1 1 Befestigungsmittel s Luftspalt

di , d 2 Innendurchmesser des Eintauchkörpers

T 1 , T 2 Teilbereiche des Eintauchkörpers

V Innenvolumen




 
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