DE29904858U1 - Vorrichtung zur Meßwerterfassung im Hochtemperaturbereich - Google Patents

Description

VTI Thüringer Verfahrenstechnisches Institut für Umwelt und Energie e.V.
07302 Saalfeld

Vorrichtung zur Meßwerterfassung im Hochtemperaturbereich

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Meßwerterfassung mit einer elektronischen Schaltung zur Datenaufzeichnung und/oder -übertragung, vorzugsweise zum Einsatz in Temperaturbereichen, die oberhalb der Arbeitstemperatur von elektronischen Schaltungen liegen.

Für technische Anwendungen ist es oft erforderlich, Feldprofilmessungen in thermisch belasteten Räumen durchzuführen, bei denen die Prozeßtemperaturen oberhalb der für elektronische Einrichtungen zulässigen Arbeitstemperatur liegen. Dies betrifft sowohl die Einrichtungen zur Meßdatengenerierung, als auch diejenigen zur Meßdatenspeicherung bzw. -Übertragung. Bei derartigen Messungen ist es erforderlich, die temperaturempfindliehe Elektronik vor der schädlichen Wärmeeinwirkung zu schützen.

&ggr; Die bisher nach Stand der Technik übliche Methode besteht in einer Trennung der Meßelektronik vom Sensor und einer drahtgebundenen Datenübermittlung der Meßwerte an temperaturgerecht untergebrachte

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elektronische Einrichtungen in prozeßabgeschirmten Räumen. Diese Methode ist jedoch nur anwendbar, wenn keine Relativbewegung zwischen Meßort und Gesamtprozeß erforderlich ist. In bewegten Medien sowie in schwer zugänglichen Prozeßräumen bereitet diese Methode erhebliche Schwierigkeiten, häufig kann die Datengenerieung überhaupt nicht erfolgen. Einsatzfalle dieser Art sind z.B. Härtekammern für die thermische Aushärtung phenol- und kunstharzgebundener Matten und Platten in der Dämmstoffindustrie, Tunnel- und Durchlauftemperöfen in der Glas- und Keramikindustrie, Bio- und andere Reaktoren oder Schüttgutmessungen in Durchlauftrocknern und Drehrohrofen und -trocknern.

Der Einsatz von Schleppsensoren (z.B. Thermoelementen) für Meßdatenprofile längs eines vorgegebenen Weges ist für derartige Anwendungen mit einem großen Aufwand verbunden, in manchen Fällen ist er ganz unmöglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der Messungen bei Temperaturen oberhalb der maximalen Arbeitstemperatur der Meßelektronik ermöglicht werden und mit der Ortsveränderungen der Meßeinrichtung im Prozeßraum ohne Lageeinschränkungen möglich sind.

Erfmdungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die Anwendung autarker Meßsysteme, die die Relativbewegungen im Prozeßraum mit vollziehen können. Messungen mit solchen Systemen können sowohl online durch Datenübertragung als auch offline durch Datenauswertung nach dem Prozeßdurchlauf durchgeführt werden. Da den bekannten elektronische Meßdatenaufnehmern, bei denen gegenwärtig siliziumbasierte Elektronik verwendet wird, bei maximal 125° C eine physikalische Grenze gesetzt ist, können die Elektronikkomponenten den Prozeßtemperaturen nicht direkt ausgesetzt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Meßtechnik eingekapselt und zwischen Kapselaußenwandung und dem Raum, indem sich die elektronische Einrichtung befindet, die erforderliche Temperaturdifferenz erzeugt. Zur Einhaltung dieser Temperaturdifferenz wird der Energiebedarf, der bei der Aggregatszustandsänderung von Stoffen mit Schmelz- bzw. Verdampfungstemperaturen nahe der maximalen Elektroniktemperatur bei gleichzeitig hohem Energieumsatz benötigt wird, genutzt. Dabei erfüllt das Medium Wasser diese Bedingungen für die hier vorliegende Problematik besonders gut.

Die erfindungsgemäße Meßkapsel zur Aufnahme eines Meßdatenloggers mit Arbeitstemperatur bis max. 125° C basiert auf dem Prinzip der Wasserverdampfung. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß keine geometrische Vorzugslage der Meßkapsel notwendig ist.
Diese Lageinvarianz wird dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit in einem festen Stoff gespeichert wird, der das Meßwerk ganz umhüllt. Dieser feste Wasserspeicher muß feinporös, offenporig und mindestens bis zur Prozeßtemperatur temperaturbeständig sein. Diese Anforderungen an das Speichermaterial werden von der erfindungsgemäß verwendeten feinporösen

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Keramik sehr gut erfüllt. Diese Keramik ist in der Lage, große Mengen an Wasser aufzunehmen, dieses bei Lageveränderung in ihren Poren zu halten und am Siedepunkt des Wassers den Wasserdampf relativ druckfrei an die Umgebung abzugeben. Zur Verringerung der Abdampfoberfläche und zur Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit der Meßkapsel ist die Keramik nochmals mit einer Hülle aus Edelstahl umgeben.
Die höchste zulässige Einsatztemperatur der Vorrichtung wird von der maximal zulässigen Sensortemperatur des Meßgerätes bestimmt. Die Einsatzdauer regelt sich über das Volumen der Kapsel und damit über die Menge des zur Verfugung stehenden Verdampfungsmediums.

Bei der vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, daß alle erforderlichen Bauteile in dem Meßsystem integriert werden können. Auf diese Weise entsteht ein autarkes Meßsystem, das die Relativbewegungen im Prozeßraum ohne Einschränkungen mit vollziehen kann. Die Meßergebnisse können sowohl online als auch offline übertragen werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine geometrische Vorzugslage der Meßkapsel eingehalten werden muß. Diese Lageinvarianz ist dadurch realisiert, daß die Flüssigkeit in einem festem, feinporösen, offenporigen und entsprechend temperaturbeständigen Stoff gespeichert ist, der die Meßelektronik vollständig umhüllt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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Figur 1 die Meßkapsel im Schnitt
und

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Figur 2 ein Meßdiagramm.

Figur 1 zeigt die komplette eingehauste Meßkapsel. Die Meßelektronik 4 ist von dem Keramikspeicher 3 voll umschlossen. Der aus zwei Schalenhälften bestehende Keramikspeicher 3 ist in die zweiteilige und mit einem Verschluß versehenen Edelstahlhülle 1 eingesetzt.

Im feinporösen, offenporigen Keramikspeicher 3 können große Mengen Wasser in den Poren gehalten und am Siedepunkt des Wassers der Wasserdampf relativ druckfrei an die Umgebung abgegeben werden.
Zwecks Verringerung der Abdampfoberfläche sowie zur Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit der Meßkapsel ist der Keramikspeicher 3 mit einer Edelstahlhülle 1 umgeben. Die Edelstahlhülle 1 ist mit einem Verschluß 5 versehen, der das Öffnen der Kapsel ermöglicht.

Die Figur 2 zeigt das Meßdiagramm einer Versuchsmessung. Die höchste zulässige Einsatztemperatur in heißgehenden Prozessen wird von der maximal zulässigen Sensortemperatur des Meßgerätes bestimmt. Die Einsatzdauer wird über das Volumen des Keramikspeichers 3 und damit über des zur Verfugung stehende Verdampfungsmediums geregelt.

Bei der Vergleichsmessung zwischen einem wassergefullten und einem ungefüllten Keramikspeicher 3 konnte nachgewiesen werden, daß die Temperatur im Inneren des gefüllten Keramikspeichers 3 (Kennlinie F 1), während eines Zeitraumes von etwa einer Stunde immer konstant unter 100° C lag. Die Außentemperatur (Kennlinie F 2) des ungefüllten Keramikspeichers 3 stieg innerhalb kürzester Zeit annähernd auf die Prozeßtemperatur von ca. 300° C an.

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BEZUGSZEICHENLISTE

1 Edelstahlhülle

2 Meßfühler/Sensor 3 Keramikspeicher

4 Meßelektronik

5 Verschluß 15

F 1 Kennlinie des gefüllten Keramikspeichers

F 2 Kennlinie der ungefüllten Keramikspeichers 20 K 1 Kennlinie für die Prozeßtemperatur der Lokalstation

Claims (3)

SCHUTZANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Meßwerterfassung mit einer elektronischen Schaltung zur Datenaufzeichnung und/oder - übertragung, vorzugsweise zum Einsatz in Temperaturbereichen, die oberhalb der Arbeitstemperatur von elektronischen Schaltungen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung von einem mindestens zweiteilig ausgebildeten Körper aus wasseraufhahmefähiger Keramik umschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik feinporös und offenporig ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper von einer verschließbaren Metalldose umschlossen ist.

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