CN101196412A - 测量仪表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于高温的测量仪表，其包括外壳(1)，该外壳具有：第一段(3)，在其上提供了用于将外壳(1)固定至测量位置的装置(11)；第二段(5，29，35，41，45，51，57)，其与第一段(3)相邻；和第三段(7)，其与第二段(5，29，35，41，45，51，57)相邻并且包含电子元件(19)。构造第二段(5，29，35，41，45，51，57)，使得在第一段(3)的环境与第三段(7)的环境之间存在温差的情况中，较小的热流平行于外壳(1)的纵轴(L)流经第二段(5，29，35，41，45，51，57)。

Description

测量仪表

本申请是申请日为2003年11月20日的发明专利申请200380103864.6(发明名称：用于测量仪表的具有降低的热传导的外壳)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种测量仪表，其具有外壳，其中布置了电子元件。

背景技术

测量仪表在几乎所有的工业领域中用于记录物理量，例如料位或压力。

测量仪表通常具有用于记录物理量的部分。在记录部分中，物理量被转换为电子量并且这使得可以用于分析、处理和/或显示。对于所有这些用途，依赖于测量仪表，在测量仪表中提供了复杂度不同的电子电路。这些电路包括电子元件。

料位限位开关可以用作测量仪表的一个例子。它们检测达到预定料位并且例如用于防止过溢或者用于泵空载保护。

当前，例如料位限位开关可用于罐状外壳，该外壳的底面具有薄膜或隔膜的特征。在外壳中放置的至少一个压电元件令隔膜在操作期间振荡。例如振荡叉形成在隔膜上并且延伸入容器。这些叉在操作期间平行于它们的纵轴振荡。由隔膜和振荡叉形成的振荡单元优选地被激励为谐振。振荡单元的谐振频率依赖于振荡叉是否被填充物质覆盖。于是，可以从谐振频率断定振荡叉是否由填充物质覆盖。如果振荡叉被填充物质覆盖，那么已经达到了预定的料位。预定料位是由料位限位开关在容器中安装的高度而确定。

测量仪表例如安装在容器上的测量位置处。在这种应用中，可能在测量位置所处的特定环境中发生相对高的温度。在许多工业领域中，封闭容器中的温度达到高达例如150℃。另外，在测量位置附近可能出现相对的高温，例如50℃。然而，电子元件对温度非常敏感。通常，常见的电子元件只能在最高85℃的温度使用。

根据应用的种类以及在容器中的安装细节，有必要提供一种非常鲁棒的外壳。在许多应用中，外壳必须能够承受垂直于外壳纵轴的高达1000N的负荷而不破裂。

金属外壳非常鲁棒并且可以被很好地清洗。金属外壳优选地用于工业测量技术领域中的测量仪表。

然而，金属是热的良导体。外壳的良好导热具有以下缺点：当高温在测量位置占主导地位时，位于外壳中的电子元件经受非常显著的升温。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种测量仪表，其能够用于高温。

为此，本发明公开了一种测量仪表，包括：

-外壳，

--该外壳具有第一段，

---在第一段上提供了用于将外壳固定至测量位置的装置，

--该外壳具有第二段，

---第二段与第一段相邻，以及

--该外壳具有第三段，

---第三段与第二段相邻并且

---第三段中包含电子元件，

-其中构造第二段，使得在第一段的环境与第三段的环境之间存在温差的情况中，较小的热流平行于外壳的纵轴流经第二段；

-其中在第二段(29，35，41，45)的壁中彼此相邻地设置壁厚减小的多个区域(31，37，47)，它们彼此之间由圆弓形腹板(33，39，49)隔开；

-其中所述区域(47)由横截面为圆弓形的凹槽形成。

根据进一步的发展，第二段的壁具有至少一个壁厚减小的区域。

根据进一步的发展，在第二段的壁中提供了至少一个循环槽。

在另一个进一步的发展中，壁厚减小的多个区域彼此相邻地设置在第二段的壁中，它们彼此之间由腹板隔开。

在另一个进一步的发展中，在第二段的壁中设置具有壁厚减小的邻接区域的多个层，这些层一个在另一个顶上地设置，一个层中的相邻区域之间由腹板相隔，并且相邻层的腹板相互偏移。

在另一个进一步的发展中，在第二段的区域中的外壳内设置了绝缘材料的支架，用于增加外壳相对于垂直于外壳纵轴的负荷的机械强度。

根据进一步的发展，第二段的壁具有以蜂巢图案设置的凸拱。

附图说明

现在根据说明了七个实施例的附图详细解释本发明及其进一步的优点，附图中相同的元件具有相同的附图标记。

图1显示了具有循环槽的测量仪表的断面；

图2显示了第二段的视图，其在壁的内侧上具有相邻设置的壁厚减小的区域；

图3显示了第二段的视图，其在壁的外侧上具有相邻设置的壁厚减小的区域；

图4显示了第二段的视图，其在壁的外侧上具有相邻设置的壁厚减小的区域的多个相互叠加的层；

图5显示了第二段的截面图，其具有由横截面中圆弓形凹槽形成的壁厚较小的区域；

图6显示了第二段的视图，其具有以蜂巢图案设置的凸拱；和

图7显示了第二段的部分截面图，其具有一个在另一个之上交替设置的内部和外部槽。

具体实施方式

图1显示了本发明的测量仪表的断面。

所示的实施例涉及料位限位开关，用于确定和/或监控容器中的预定料位。这种类型的限位开关用于测量和控制技术。

测量仪表具有金属(例如不锈钢)外壳1，其包括第一段3、第二段5和第三段7。

第一段3为圆柱形，在末端由隔膜或薄膜9封闭。

圆柱体具有用于在测量位置固定外壳1的装置11。在所示的实施例中，装置11是在第一段3上形成的外螺纹。外壳1在测量位置借助于外螺纹旋入匹配的螺纹。在所示的实施例中，外壳1旋入容器的开口13。其它固定装置，例如连接法兰，也是可以使用的。

在隔膜9上形成了两个相互间隔的振荡叉15，它们延伸入容器并且在操作期间以相反的相位垂直于它们的纵轴振荡。为此，隔膜9的表面面向外壳1的内部具有或者邻接压电元件17，通过压电元件可以激励隔膜9弯曲振荡。

在操作期间，由隔膜9和振荡叉15构成的振荡单元被设置为谐振，并且记录它的谐振频率。如果谐振频率低于预定的阈值，则振荡叉被容器中的填充物质覆盖；并且，如果谐振频率高于阈值，则振荡叉没有受到填充物质的束缚。

外壳1的第二段5与第一段3远离隔膜的一端相邻。第二段5类似地基本上为圆柱形。

这样构造第二段5，使得在第一段3的环境和第三部分7的环境之间存在温差时，较低的热流平行于外壳1的纵轴L流经第二段5。这样，减小了从第一段3到第三段7的热传递。

第三段7类似地是圆柱形，并且与第二段5远离第一段3的一端相邻。电子元件19位于第三段7中。在所示的实施例中，元件19位于电路板21上，后者由图1中示意性示出的夹具23固定在第三段7中。

第二段5用于防止第三段7或其中的元件19的升温。由于构造第二段5使得在第一段3的环境和第三段7的环境之间存在温差时，仅有较低的热流平行于外壳1的纵轴L流经第二段，所以与现有的测量仪表相比，第一段3向第三段7或其内部的电子元件19传递的热量少得多，其中第一段3暴露在非常高温度的测量位置。

平行于纵轴L的较少的热流可以在物理上通过两种方式得到。例如，由第一段3和第三段7的环境之间的温度梯度引起的热流可以通过减少可用于这种热流的横截面面积而减少。或者，通过对流而从第二段5向外辐射散发的热量可以通过增加对流可用的表面面积而增加。现在根据实施例详细解释这两种可能性以及它们的组合。

通过为第二段5的壁提供具有壁厚减小的至少一个区域，显著减小可用于热流的横截面面积，横截面面积与壁厚成比例。

在图1所示的实施例的情况中，在第二段5的壁中提供了环形槽25，其在壁的内侧。槽25的区域中的壁厚越小且槽25越宽，则作用于第三段7中电子元件19的温度越低。

减小的壁厚和宽的槽25导致外壳1的机械稳定性降低。在这种情况中，特别关键的是负荷，其垂直于纵轴L作用在外壳1上。

因此，如图1所示，优选地在第二段5的内部中设置绝缘材料的支撑件27，用于增加外壳1相对于垂直于外壳1的纵轴的负荷的机械强度。支撑件27是中空管，其外部几何形状与第二段5的内部几何形状适配。在圆柱形第二段5的情况中，这意味着支撑件的外径优选地等于第二段5的内径。

支撑件27由绝缘材料制成，因为与金属相比，绝缘材料具有较低的导热性。第一段3具有比第二段5小的内径。于是，在第一和第二段3、5之间，得到支撑面，在其上邻接支撑件27。

图2是第二段29的另一实施例的视图。这个第二段29在其壁中内侧上具有壁厚减小的多个区域31。区域31彼此邻接地设置并且彼此由腹板33相隔。区域31均匀地设置在段29上。

区域31导致平行于外壳1的纵轴L的热流的减小。由腹板33分隔区域为第二段29提供了增加的机械稳定性，特别是相对于垂直于外壳1的纵轴L的负荷的机械稳定性。

图3显示了第二段35的另一实施例的视图。它与图2所示的实施例的不同之处仅在于，用于提供区域37的减小的壁厚的凹槽不位于外壳1内部，而是位于壁的外侧。它们类似地由腹板39相互隔开并且均匀地分布在段35上。

图4显示了第二段41的另一实施例的视图。在第二段41的情况中，壁厚减小的邻接区域37的多个层43一个在另一个之上地排列。而且在这里，层43的相邻区域37之间由腹板39相互隔离。具有优点地，相邻层43的腹板39相互偏移设置。以这种方式，可以进一步减小平行于纵轴L的热流。

图5显示了第二段45的另一实施例的横截面。这个第二段45具有壁厚减小的四个内部区域47。区域47彼此相邻设置并且彼此由圆弓形腹板49隔开。区域47自身由横截面中的圆弓形凹槽形成。

在所有前面说明的实施例的情况中，第二段5、29、35、41、45中平行于外壳1的纵轴L的热流通过在这个方向上可用的较小横截面面积而实现，在图6所示的第二段51的实施例的情况中，第二段5 1的壁厚在各处都基本相同。

第二段51的壁具有以蜂巢图案排列的凸拱53。在这种情况中，提供了相邻凸拱53的多个层55。

然而，作为替代的，可以仅提供一层，或者仅有部分壁而不是整个壁表面具有凸拱53。凸拱53可以例如通过爆炸形成技术而制成。

凸拱53具有增加的表面面积，并且因而具有增加的由于对流引起的来自外壳1的热量损失。由于对流引起的热量损失的量越大，在第三段7的方向上的热流的量越小。

另外，这个实施例具有以下优点：凸拱53的蜂巢排列使得外壳1对于垂直于外壳1的纵轴的机械负荷具有更大的强度。

图7显示了第二段57的另一实施例。在这个例子的第二段57的壁中，提供了多个循环槽59、61。槽59、61相互平行并且一个在另一个之上地排列，并且槽59、61交替排列在壁的内侧上和壁的外侧上，即，与位于壁的内侧上的槽59相邻，槽61位于外侧上，紧接着又有槽59位于壁的内侧上。

与在图1所示的实施例的情况中一样，槽59、61使得可用于平行于外壳1的纵轴L的热传导的横截面减小。

另外，内部和外部槽59、61的交替排列导致对流引起的径向向外的热量损耗增加。

在本发明的测量仪表中，第二段5、29、35、41、45、51、57可以是独立的单元，例如如图1所示通过焊接而与第一和第三段3、7相连。或者，第二段5、29、35、41、45、51、57可以与第一和/或第三段3、7集成，作为一个单一的单元。

根据情况，具有减小的壁厚的区域或者槽可以例如通过在车床上机加工而制成。

通过第二段5、29、35、41、45、51、57，即使当第一段1暴露在非常高温(例如150℃)的测量位置时，也能够保护第三段7中的电子元件19免于过热。如果第一段1暴露于150℃的温度，则宽度略大于1厘米的槽就足以保证电子元件19不超过最大温度85℃，85℃是大多数元件制造商给出的作为使用电子元件的最高温度限度。

本发明的测量仪表的一个很大的优点在于，它们可以用于高温并且同时能够承受垂直于外壳1的纵轴L的较高机械负荷，例如，1000N的负荷。所以，测量仪表可用于广泛的条件。

Claims (2)

1.测量仪表，包括：

-外壳(1)，

--该外壳具有第一段(3)，

---在第一段上提供了用于将外壳(1)固定至测量位置的装置(11)，

--该外壳具有第二段(5，29，35，41，45，51，57)，

---第二段与第一段(3)相邻，以及

--该外壳具有第三段(7)，

---第三段与第二段(5，29，35，41，45，51，57)相邻并且

---第三段中包含电子元件(19)，

-其中构造第二段(5，29，35，41，45，51，57)，使得在第一段(3)的环境与第三段(7)的环境之间存在温差的情况中，较小的热流平行于外壳(1)的纵轴(L)流经第二段(5，29，35，41，45，51，57)

-其中在第二段(29，35，41，45)的壁中彼此相邻地设置壁厚减小的多个区域(31，37，47)，它们彼此之间由圆弓形腹板(33，39，49)隔开

-其中所述区域(47)由横截面为圆弓形的凹槽形成。

2.根据权利要求1所述的测量仪表，其中在第二段(5)的区域中的外壳(1)内设置了绝缘材料的支架(27)，用于增加外壳(1)相对于垂直于外壳(1)的纵轴(L)的负荷的机械强度。

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