DE202016003218U1

DE202016003218U1 - Contact temperature sensor

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Publication number: DE202016003218U1
Application number: DE202016003218.7U
Authority: DE
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Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2026-05-24

Abstract

Anlege-Temperatursensor für die elektrische Messung von Oberflächentemperaturen, insbesondere an Rohrleitungen, bestehend aus wenigstens einem thermoelektrischen Wandlerelement in einem Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material, das zusätzlich eine Rohrschelle oder ein Halteband so umschließt, dass hierdurch sowohl ein elektrischer Berührungsschutz für die elektrisch aktiven Einbauten des Wandlers, wie auch eine stabile mechanische Befestigung des Wandlerelements an der Rohrschelle realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse von einem formelastischen Wärmeleitstück, vorzugsweise gefertigt aus einem gefüllten Silikonkautschuk, so durchbrochen ist, das es an einem Ende mit dem Wandlerelement wärmeleitend verbunden ist, während das andere Ende aus dem Gehäuse so herausragt, dass es nach der Befestigung am Messobjekt einen thermischen Berührungskontakt zu dessen Oberfläche herstellt.Contact temperature sensor for the electrical measurement of surface temperatures, in particular of pipelines, consisting of at least one thermoelectric transducer element in a housing of electrically insulating material, which additionally surrounds a pipe clamp or a holding band so that both an electrical contact protection for the electrically active internals of Transducer, as well as a stable mechanical attachment of the transducer element is realized on the pipe clamp, characterized in that the housing of a formelastic heat conducting piece, preferably made of a filled silicone rubber, is broken so that it is thermally conductively connected at one end to the transducer element, while the other end protrudes from the housing so that it makes a thermal contact with the surface of the object to be measured after attachment.

Description

Das Gebrauchsmuster betrifft das Gebiet der Erfassung von Temperaturen auf Oberflächen fester, vorzugsweise zylindrisch geformter, Körper, insbesondere zur Messung, Fernüberwachung, Steuerung und Regelung von Prozessen. Es ist besonders vorteilhaft an Rohrleitungen zur indirekten Temperaturmessung des darin befindlichen Mediums einsetzbar und ist durch kleine Abmessungen, reduzierte Messfehler und eine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen gekennzeichnet.The utility model relates to the field of detecting temperatures on surfaces of solid, preferably cylindrically shaped, bodies, in particular for the measurement, remote monitoring, control and regulation of processes. It can be used particularly advantageously on pipelines for indirect temperature measurement of the medium contained therein and is characterized by small dimensions, reduced measurement errors and a rapid response to temperature changes.

Anlege-Temperatursensoren für den technischen Einsatz bestehen im Allgemeinen wenigstens aus dem eigentlichen Wandlerelement für die Wandlung des Temperatur-Messwertes in eine analoge elektrische Größe oder in ein digitalisiertes Signal, aus einer elektrischen Zuleitung und aus einem schützenden Gehäuse. Als Wandlerelemente kommen bevorzugt Messwandler nach dem Prinzip temperaturveränderlicher Widerstände oder galvanische Thermoelemente zum Einsatz. Dabei ist man bestrebt, die Messgröße möglichst wenig zu verfälschen, schnell auf dynamische Änderungen der Messgröße zu reagieren, eine einfache, schnelle und zuverlässige Montage zu ermöglichen und einen solchen Sensor möglichst kostengünstig herstellen zu können.Applying temperature sensors for technical use generally consist at least of the actual transducer element for the conversion of the temperature measured value into an analogue electrical quantity or into a digitized signal, from an electrical supply line and from a protective housing. As transducer elements preferably transducer according to the principle of temperature-variable resistors or galvanic thermocouples are used. In doing so, it is endeavored to falsify the measured variable as little as possible, to react quickly to dynamic changes in the measured variable, to enable a simple, fast and reliable assembly and to be able to produce such a sensor as inexpensively as possible.

Als derzeit am fortschrittlichsten für die wirtschaftliche Erfüllung der genannten Anforderungen wird eine Ausführungsform von Temperatur-Anlegesensoren nach DE 20 2012 006 982 U1 betrachtet. Allerdings wird hier die thermische Kopplung zwischen Wandlerelement und Medium als noch verbesserungswürdig eingeschätzt.As currently the most advanced for the economic fulfillment of the above requirements is an embodiment of temperature application sensors DE 20 2012 006 982 U1 considered. However, the thermal coupling between the transducer element and the medium is still considered to be in need of improvement.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, einen kompletten montagefertigen Temperatur-Anlegesensor zu schaffen, dessen Konstruktion eine prinzipiell kleine Ausführung und kostengünstige Herstellung und die direkte Montage am Messobjekt ohne zusätzliche Hilfsmittel ermöglicht. Eine minimale Temperaturverfälschung gegenüber dem Messobjekt, sowie eine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen soll durch konstruktive Maßnahmen sichergestellt werden. Dieser Anlegesensor soll mechanisch robust und mit hohem Schutzgrad ausführbar sein, so dass er auch in industriellen Anwendungen, in der Gebäudetechnik und bei Sanitärinstallationen ohne Einschränkungen einsetzbar ist.The invention is based on the technical object of providing a complete ready-to-mount temperature application sensor, the construction of which permits a basically small design and cost-effective production and direct mounting on the measurement object without additional aids. A minimal temperature falsification in relation to the measurement object, as well as a quick reaction to temperature changes should be ensured by design measures. This application sensor should be mechanically robust and executable with a high degree of protection, so that it can also be used without restriction in industrial applications, in building technology and in plumbing installations.

Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den übrigen Ansprüchen gegeben.This object is achieved with the features listed in the protection claim 1. Further embodiments are given in the remaining claims.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der 1 bis 3 erläutert. Hierbei zeigenAn embodiment will be described with reference to 1 to 3 explained. Show here

1 einen montagefertigen Rohr-Anlegesensor in erfindungsgemäßer Ausführung, 1 a ready-to-mount pipe-laying sensor according to the invention,

2 den gleichen Anlegesensor in zerlegter Darstellung, 2 the same application sensor in decomposed representation,

3 eine Detailansicht der Trägerplatine aus 2. 3 a detailed view of the carrier board 2 ,

Der montagefertige Anlegesensor nach 1 besteht aus dem Sensorgehäuse 1, gefertigt aus einem für die vorgesehenen Einsatztemperaturen stabilen Kunststoff, und dem Halteband 2, einem ähnlich temperaturstabilen Kabelbinder, vorzugsweise mit Wiederöffnungs-Funktion, als stabile Rohrschelle. Als Werkstoffe für das Sensorgehäuse bieten sich bevorzugt nicht-reaktive oder reaktive Schmelzklebestoffe (Hotmelt) an. Das Halteband wird vom Sensorgehäuse formschlüssig gehalten, so dass es bereits vom Hersteller als montagefertige Einheit geliefert werden kann. Ebenso kann es aber auch durch andere, z. B. längere Haltebänder ersetzt werden. Auf diese Weise ist auch eine Herstellung oder Lieferung ohne Halteband möglich; das Halteband kann dann später vom Hersteller oder vom Anwender in die vorbereitete Lasche eingesetzt werden. An der Innenfläche – in der Zeichnung unten – ist eine leichte Wölbung des Sensorgehäuses erkennbar, wodurch ein verbesserter Formschluss zur zylindrischen Oberfläche des Messobjekts erreicht wird. Etwa in der Mitte dieser Innenfläche befindet sich ein Fensterdurchbruch, der von einem Wärmeleitstück 3 wasserdicht ausgefüllt ist und die Oberfläche des Gehäuses etwas überragt. Dieses Wärmeleitstück besteht aus einem elastischen, gut leitfähigen Material, z. B. einem gefüllten Silikonkautschuk, wie er von Wärmeleitpads für die Wärme ableitende Befestigung von Leistungshalbleitern bekannt ist. Wird dieser Sensor nun mit dem Halteband z. B. an einem Rohr festgebunden, so wird das Wärmeleitstück auf die Oberfläche gepresst, so dass sich ein zuverlässiger Wärmekontakt mit der Rohroberfläche bildet. Auch Unebenheiten oder leichte Verschmutzungen am Rohr können so ausgeglichen werden. Auf diese Weise wird einerseits also ein guter Wärmekontakt hergestellt, andererseits dichtet das elastische Material aber auch den Gehäuse-Innenraum zuverlässig nach außen gegen Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse ab. Im Gehäuse befindet sich weiterhin ein Durchlass 10 für die Aufnahme des Haltebands. Zusätzlich erkennt man eine Zugentlastung 11 für das Anschlusskabel, die gleichzeitig die Funktion eines Knickschutzes übernimmt.The ready-to-mount positioning sensor according to 1 consists of the sensor housing 1 , made of a plastic that is stable for the intended operating temperatures, and the retaining strap 2 , a similarly temperature-stable cable tie, preferably with re-opening function, as a stable pipe clamp. Non-reactive or reactive hotmelt adhesives (hotmelt) are preferred as materials for the sensor housing. The tether is held in a form-fitting manner by the sensor housing so that it can already be supplied by the manufacturer as a ready-to-mount unit. However, it may also be by others, eg. B. longer straps are replaced. In this way, a production or delivery without tether is possible; The tether can then later be used by the manufacturer or the user in the prepared tab. On the inner surface - in the drawing below - a slight curvature of the sensor housing can be seen, whereby an improved positive connection to the cylindrical surface of the DUT is achieved. Approximately in the middle of this inner surface is a window opening, by a Wärmeleitstück 3 filled waterproof and slightly surmounted the surface of the housing. This Wärmeleitstück consists of an elastic, highly conductive material, eg. Example, a filled silicone rubber, as it is known from heat conducting pads for the heat-dissipating attachment of power semiconductors. Will this sensor now with the tether z. B. tied to a pipe, the heat-conducting piece is pressed onto the surface, so that forms a reliable thermal contact with the pipe surface. Even unevenness or slight dirt on the pipe can be compensated. In this way, on the one hand so good thermal contact is made, on the other hand seals the elastic material but also the housing interior reliable to the outside against moisture and other environmental influences. The housing still has a passage 10 for receiving the retaining band. In addition, you can see a strain relief 11 for the connecting cable, which simultaneously performs the function of a kink protection.

Gemäß 2 befindet sich im Innern des Gehäuses, das hier mit den getrennten Halbschalen 6 und 7 dargestellt ist, das eigentliche Wandlerelement 5, das in SMD-Bauform ausgeführt und auf eine Trägerplatine 8 in Form einer Leiterplatte gelötet ist. Sofern im Sensorgehäuse noch weitere elektronische Bauelemente gebraucht werden, können diese ebenfalls auf die Leiterplatte montiert sein. Auch das Anschlusskabel 9 ist an die Leiterplatte angelötet oder angeschweißt. Die Darstellung der Gehäusehälften 6 und 7 wird auch für ein im Ganzen um die inneren Teile herum gegossenes und zur Ansicht aufgeschnittenes Gehäuse verstanden.According to 2 is inside the case, here with the separate half shells 6 and 7 is shown, the actual transducer element 5 , which run in SMD design and on a carrier board 8th soldered in the form of a printed circuit board. If in the sensor housing even more electronic Components are needed, these can also be mounted on the circuit board. Also the connection cable 9 is soldered or welded to the circuit board. The representation of the housing halves 6 and 7 is also understood to mean a housing cast around the inner parts as a whole and cut open to view.

Für die Herstellung des Gehäuses wird vorzugsweise ein möglichst wenig wärmeleitfähiges Material verwendet, so dass es zu einer Wärmedämmung des Sensor-Innenlebens gegenüber der Umgebung kommt. Jedoch wirkt das Anschlusskabel mit seinem Leiterquerschnitt als eine nicht unerhebliche Wärmeableitung. Um dies weitgehend zu unterbinden wird eine zusätzliche Wärme-Entkopplung zwischen Wandlerelement und Zuleitung eingefügt. 3 zeigt hierzu ein wichtiges Gestaltungsdetail der Leiterplatte: Einerseits werden die notwendigen Leiterzüge 12 zwischen Wandlerelement und Zuleitung möglichst dünn ausgeführt oder erhalten eine verdünnte Passage. Andererseits wird das Trägermaterial mit zusätzlichen Durchbrüchen 13 versehen, wodurch ein künstlicher thermischer Widerstand eingefügt wird. Im Ergebnis aller genannten Maßnahmen entsteht zwischen Messobjekt und Wandlerelement ein wesentlich besserer Wärmeleitwert, als zwischen dem Wandlerelement und der Umgebung des Sensors, was zur gewünschten Minimierung der Temperaturverfälschung führt. Außerdem ist die Wärmekapazität des verwendeten Miniatur-Sensorbauelements und der übrigen, auf kleinstes Volumen optimierten Elemente, die einer Temperaturänderung des Messobjekts direkt folgen müssen, so gering, dass eine sehr schnelle Reaktionszeit des Sensors erreicht wird.For the production of the housing, the least possible heat-conductive material is preferably used, so that there is a thermal insulation of the sensor interior relative to the environment. However, the connection cable with its conductor cross-section acts as a significant heat dissipation. In order to largely prevent this, an additional heat decoupling between transducer element and supply line is inserted. 3 shows an important design detail of the PCB: On the one hand, the necessary conductor tracks 12 Run as thin as possible between transducer element and supply line or get a dilute passage. On the other hand, the carrier material with additional breakthroughs 13 provided, whereby an artificial thermal resistance is inserted. As a result of all mentioned measures, a significantly better thermal conductivity value is created between the measuring object and the transducer element than between the transducer element and the surroundings of the sensor, which leads to the desired minimization of the temperature distortion. In addition, the heat capacity of the miniature sensor device used and the remaining, optimized on the smallest volume elements that must directly follow a temperature change of the measuring object, so low that a very fast reaction time of the sensor is achieved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202012006982 U1 [0003] DE 202012006982 U1 [0003]

Claims

Anlege-Temperatursensor für die elektrische Messung von Oberflächentemperaturen, insbesondere an Rohrleitungen, bestehend aus wenigstens einem thermoelektrischen Wandlerelement in einem Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material, das zusätzlich eine Rohrschelle oder ein Halteband so umschließt, dass hierdurch sowohl ein elektrischer Berührungsschutz für die elektrisch aktiven Einbauten des Wandlers, wie auch eine stabile mechanische Befestigung des Wandlerelements an der Rohrschelle realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse von einem formelastischen Wärmeleitstück, vorzugsweise gefertigt aus einem gefüllten Silikonkautschuk, so durchbrochen ist, das es an einem Ende mit dem Wandlerelement wärmeleitend verbunden ist, während das andere Ende aus dem Gehäuse so herausragt, dass es nach der Befestigung am Messobjekt einen thermischen Berührungskontakt zu dessen Oberfläche herstellt.Contact temperature sensor for the electrical measurement of surface temperatures, in particular of pipelines, consisting of at least one thermoelectric transducer element in a housing of electrically insulating material, which additionally surrounds a pipe clamp or a holding band so that both an electrical contact protection for the electrically active internals of Transducer, as well as a stable mechanical attachment of the transducer element is realized on the pipe clamp, characterized in that the housing of a formelastic heat conducting piece, preferably made of a filled silicone rubber, is broken so that it is thermally conductively connected at one end to the transducer element, while the other end protrudes from the housing so that it makes a thermal contact with the surface of the object to be measured after attachment.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage des thermoelektrischen Wandlerelements eine Trägerplatine vorhanden ist, die elektrische Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung mit der Zuleitung des Sensors und wenigstens einen mechanischen Durchbruch zur thermischen Entkopplung des Wärmestroms zwischen Wandlerelement und Zuleitung aufweist.Arrangement according to claim 1, characterized in that for mounting the thermoelectric transducer element, a carrier board is present, the electrical conductor tracks for electrical connection to the supply line of the sensor and at least one mechanical breakthrough for thermal decoupling of the heat flow between the transducer element and supply line has.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschelle ein Kunststoff-Kabelbinder ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the pipe clamp is a plastic cable tie.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitstück mit dem Wandlerelement verklebt ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the heat-conducting piece is glued to the transducer element.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus zwei Halbschalen besteht, die für die Montage mittels vorhandener Rasthaken ineinander geschnappt werden.Arrangement according to claim 1, characterized in that the housing consists of two half-shells, which are snapped into each other for mounting by means of existing latching hooks.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbschalen durch ein Filmscharnier miteinander verbunden sind und zur Montage zusammengeklappt und eingerastet werden.Arrangement according to claim 1, characterized in that the two half-shells are connected to each other by a film hinge and folded for assembly and locked.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein mittels eines Kunststoff-Gieß- oder Spritzgießverfahrens um das Wandlerelement und den Kabelanschluss herum geformtes Gussteil ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the housing is a molded by means of a plastic-casting or injection molding process around the transducer element and the cable connection molded part.

Anordnung nach Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse eine Knickschutztülle direkt mit angegossen ist.Arrangement according to claims 1 and 7, characterized in that on the housing a kink protection grommet is molded directly with.