DE20200981U1 - Load cell for holding sensors - Google Patents
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Description
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Die Neuerung betrifft eine Messdose zur Aufnahme von Sensoren entsprechend dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruches.The innovation concerns a load cell for accommodating sensors according to the generic term of the first claim.
Die Neuerung ist überall dort einsetzbar, wo Sensoren, insbesondere zum Messen von tiefen Temperaturen, vor mechanischer Beschädigung geschützt werden und eine hohe Genauigkeit bei der Messung ohne das Verfälschen der Messergebnisse erreicht werden soll.The innovation can be used wherever sensors, especially those used to measure low temperatures, need to be protected from mechanical damage and high measurement accuracy needs to be achieved without distorting the measurement results.
Anordnungen zum Messen tiefer Temperaturen bestehen üblicherweise aus einem kleinen Kupferblock, der so genannten thermischen Verankerung, mit einer Bohrung zur Aufnahme des Sensors, einem Stück freiliegenden Metalldraht sowie einem zweiten Kupferblock, dessen &igr;&oacgr; Aufgabe die Aufnahme von Wärmelasten ist, die durch Wärmeleitung im Messdraht entstehen.Arrangements for measuring low temperatures usually consist of a small copper block, the so-called thermal anchor, with a hole to accommodate the sensor, a piece of exposed metal wire and a second copper block, the function of which is to absorb heat loads caused by heat conduction in the measuring wire.
Bei dieser Anordnung besteht die Gefahr, dass die empfindlichen Messleitungen zwischen beiden thermischen Verankerungen, die aus Gründen minimalen Wärmeeintrags einen möglichst geringen Querschnitt haben müssen, beschädigt werden, da sie vor mechanischer Beanspruchung ungeschützt sind.With this arrangement, there is a risk that the sensitive measuring lines between the two thermal anchors, which must have as small a cross-section as possible to minimize heat input, will be damaged because they are unprotected against mechanical stress.
Weiterhin kann die gemessene Temperatur verfälscht werden, da der Kupferblock nicht vor einem äußeren Wärmeeintrag durch Leitung, Konvektion und Strahlung geschützt ist.Furthermore, the measured temperature can be falsified because the copper block is not protected from external heat input through conduction, convection and radiation.
Es ist daher Aufgabe der Neuerung eine Messdose zu entwickeln, die diese Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und vor mechanischer und thermischer Belastung geschützt ist.The aim of the innovation is therefore to develop a load cell that does not have these disadvantages of the state of the art and is protected against mechanical and thermal stress.
Diese Aufgabe wird durch eine Messdose nach den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruches erfüllt.This task is fulfilled by a load cell according to the characterizing features of the first claim.
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Neuerung wieder.Subclaims reflect advantageous embodiments of the innovation.
Die Neuerung sieht eine Messdose zur Aufnahme von Sensoren vor, welche sich dadurch auszeichnet, dass Sensoren mit Sensoraufnahmen, einem Kupferblock, Zugentlastungen, einem Distanzstück und Verbindungsstellen in einer Schutzhülle angeordnet sind.The innovation provides a load cell for accommodating sensors, which is characterized by the fact that sensors with sensor holders, a copper block, strain reliefs, a spacer and connection points are arranged in a protective cover.
Die Schutzhülle stellt in einer vorteilhaften Weise eine kompakte, viereckige Haube über den zu schützenden Teilen dar. Grundsätzlich sind aber auch andere Formen der Dose möglich.The protective cover advantageously represents a compact, square hood over the parts to be protected. In principle, however, other shapes of the box are also possible.
Es ist vorteilhaft die Schutzhülle mittels Schraubenverbindung zu befestigen. Es sind aber auch andere Verbindungen, beispielsweise Nietenverbindungen, Klebeverbindungen und andere Befestigungen denkbar.It is advantageous to attach the protective cover using a screw connection. However, other connections, such as rivet connections, adhesive connections and other fastenings are also conceivable.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Schutzhülle aus Edelstahl besteht. Als Materialien für die Schutzhülle kommen ferritische Stähle, Eisen, Kunststoff oder andere Materialien und Verbundstoffe mit niedriger Wärmeleitfähigkeit in Frage. Damit wird ein Schutz der innerhalb der Schutzhülle befindlichen Teile vor einer mechanischen Beschädigung und einer thermischen Beeinflussung gewährleistet.It is also advantageous if the protective cover is made of stainless steel. The protective cover can be made of ferritic steel, iron, plastic or other materials and composites with low thermal conductivity. This ensures that the parts inside the protective cover are protected from mechanical damage and thermal influences.
Weiterhin ist es vorteilhaft die Schutzhülle aus nicht magnetischem Material anzufertigen. Dabei kann die Schutzhülle zusätzlich mit einer Strahlungsreflektierenden Schicht versehen sein. Dabei ist es unerheblich, ob die Reflexion gerichtet oder diffus erfolgt. Die Verbesserung wird durch die-Minimierung der durch Strahlungsabsorption in die Messdose eingekoppelten Wärmeleistung erreicht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Schutzhülle aus nichtmetallischem Material gefertigt ist. Für diese Beschichtungen kommen je nach Einsatzbereich sowohl metallische Überzüge (beispielsweise Kupfer oder Silber), wie auch nichtmetallische hochstreuende Materialien (beispielsweise Titandioxid, Bariumsulfat, Magnesiumoxid) in Frage.It is also advantageous to make the protective cover from a non-magnetic material. The protective cover can also be provided with a radiation-reflecting layer. It is irrelevant whether the reflection is directed or diffuse. The improvement is achieved by minimizing the heat output coupled into the measuring box through radiation absorption. This is particularly the case if the protective cover is made from a non-metallic material. Depending on the area of application, both metallic coatings (e.g. copper or silver) and non-metallic highly scattering materials (e.g. titanium dioxide, barium sulfate, magnesium oxide) can be used for these coatings.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Sensoraufnahme aus Kupfer oder einem anderen, die Wärme gut leitenden, Material angefertigt ist.Furthermore, it is advantageous if the sensor holder is made of copper or another material that conducts heat well.
Eine andere Möglichkeit Strahlungswärme vom Inneren der Schutzhülle abzuhalten, ist die aktive Kühlung der Schutzhülle, beispielsweise in dem die Schutzhülle als Kühlaggregat ausgeführt wird, welches mit Helium gekühlt wird, damit ein verfälschender Wärmefluss auf den Sensor gänzlich unterbleibt. In diesem Fall wird für die Schutzhülle nach Schutzanspruch 10 vorteilhaft ein Material mit hoher oder mittlerer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, eingesetzt.Another way to keep radiant heat from escaping from the inside of the protective cover is to actively cool the protective cover, for example by designing the protective cover as a cooling unit that is cooled with helium so that any distorting heat flow to the sensor is completely avoided. In this case, a material with high or medium thermal conductivity, such as copper or aluminum, is advantageously used for the protective cover according to protection claim 10.
Durch die Anordnung des Lötstützpunktes auf einem separaten Kupferblock findet die notwendige zweite thermische Verankerung innerhalb der Messdose statt. Dies bedeutet eine erhebliche Reduzierung der benötigten Flächen für die Montage der Temperaturmesseinrichtung und damit eine erhebliche Reduzierung des Risikos einer Beschädigung der Messleitungen. Auf dem Block befindet sich weiterhin eine Zugentlastung, die die mechanische Belastung des nach außen führenden Messdrahtes aufnimmt.By arranging the soldering point on a separate copper block, the necessary second thermal anchoring takes place within the measuring box. This means a significant reduction in the space required for mounting the temperature measuring device and thus a significant reduction in the risk of damage to the measuring lines. There is also a strain relief on the block that absorbs the mechanical load of the measuring wire leading outwards.
Anstelle von Kupfer kann für die thermischen Verankerungen auch jedes andere Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit im Einsatzbereich verwendet werden. Diese Weiterbildung nach Schutzanspruch 8 ermöglicht eine kostengünstige und den jeweiligen Einsatzbedingungen angepasste Auswahl der Materialien für die thermische Verankerung.Instead of copper, any other material with high thermal conductivity in the area of application can be used for the thermal anchoring. This further development according to protection claim 8 enables a cost-effective selection of materials for the thermal anchoring that is adapted to the respective application conditions.
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Für die Neuerung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die thermische Verankerung gleichzeitig als Sensoraufnahme dient.For the innovation, it is also advantageous if the thermal anchoring also serves as a sensor holder.
In Folgenden wird die Neuerung an einem Ausführungsbeispiel und vier Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:The innovation is explained in more detail below using an example and four figures. The figures show:
Figur 1: Messdose für den Einsatz auf einer ebenen Fläche in DraufsichtFigure 1: Load cell for use on a flat surface in top view
Figur 2: Schnitt A-A von Figur 1Figure 2: Section A-A of Figure 1
Figur 3: Messdose für den Einsatz auf einem Rohr in DraufsichtFigure 3: Load cell for use on a pipe in top view
Figur 4: Ansicht B von Figur 3Figure 4: View B of Figure 3
Die Figur zeigt eine Messdose mit einer Schutzhülle 1 auf einer Fläche, wobei in der Schutzhülle 1 der Kupferblock 3 und die Sensoraufnahme 2, im Kupferblock 3 Zugentlastungen 6 und vier Lötstützpunkte 4 angeordnet sind und sich ein Sensor 5 in der Sensoraufnahme 2 befindet. Die Schutzhülle 1 wird mittels einer Schraube 7 gehalten, die an einem Bolzen angeordnet ist, der den Kupferblock 3 arretiert.The figure shows a measuring cell with a protective cover 1 on a surface, wherein the copper block 3 and the sensor holder 2 are arranged in the protective cover 1, strain reliefs 6 and four soldering terminals 4 are arranged in the copper block 3 and a sensor 5 is located in the sensor holder 2. The protective cover 1 is held by means of a screw 7 which is arranged on a bolt which locks the copper block 3.
Die Figur 3 zeigt die Messdose in einer Geometrie, wie sie zum Messen an einem Rohr 9 genutzt wird. Dabei wird das Rohr 9 von den thermischen Verankerungen 3 umschlossen, die als Klammem ausgebildet sind und als Träger für die Lötstützpunkte 4, Zugentlastungen 6 und die Sensoraufnahme 2 wirken. Die Sensoraufnahme 2 ist bei dieser Ausführung auf die thermische Verankerung aufgesetzt. Die beiden thermischen Verankerungen sind dabei durch Distanzstücke 8 aus Hartglasgewebe oder einem anderen Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit verbunden. Die Distanzstücke 8 sind mittels Schrauben 7 befestigt und wirken durch ihre Form auch als Sicherung gegen unbeabsichtigtes Verdrehen der Schutzhülle.Figure 3 shows the measuring cell in a geometry as it is used for measuring on a pipe 9. The pipe 9 is enclosed by the thermal anchors 3, which are designed as clamps and act as supports for the soldering terminals 4, strain reliefs 6 and the sensor holder 2. In this design, the sensor holder 2 is placed on the thermal anchor. The two thermal anchors are connected by spacers 8 made of hard glass fabric or another material with low thermal conductivity. The spacers 8 are attached using screws 7 and their shape also acts as a safeguard against unintentional twisting of the protective cover.
Claims (11)
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2002
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