NL1005002C2

NL1005002C2 - Inrichting voor het meten van een temperatuur.

Info

Publication number: NL1005002C2
Application number: NL1005002A
Authority: NL
Inventors: Marcel Vermeulen
Original assignee: Rodax N V
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-15
Also published as: EP0857956A1

Description

Inrichting voor het meten van een temperatuur

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het meten van de temperatuur van een in een door ten minste één wand begrensde ruimte, zoals een leiding of een houder, aanwezig fluïdum, voorzien van een 5 in een opening in de wand aan te brengen, een ten opzichte van het fluïdum afgesloten opnameruimte voor ten minste één temperatuurgever bepalende beschermhuls.

Een dergelijke inrichting is algemeen bekend, en wordt met name in de procesindustrie toegepast voor 10 het meten van de temperatuur van fluïda, welke bijvoorbeeld in een leiding stromen. Aangezien het daarbij vaak gaat om fluïda die agressief zijn, of onder relatief hoge druk door een leiding getransporteerd worden, is de temperatuurgever opgenomen in een beschermhuls, ook wel 15 aangeduid als "thermo-well", welke door de wand van de leiding steekt en zich over enige afstand uitstrekt in het stromend fluïdum. Omdat de beschermhuls aan relatief grote belastingen blootgesteld wordt, met name in het geval van snelstromende fluïda of fluïda onder hoge druk, 20 is deze relatief dikwandig uitgevoerd. In deze beschermhuls, die als gevolg van de agressiviteit van de fluïda, waarvan de temperatuur gemeten dient te worden, vaak van een hoogwaardig en derhalve kostbaar materiaal vervaardigd zal zijn, is dan de temperatuurgever opgenomen, die 25 verbonden is met een buiten de leiding aangebrachte verwerkingseenheid, waardoor de signalen van de temperatuurgever worden omgezet in een meetwaarde voor de temperatuur. Als temperatuurgever worden daarbij velerlei verschillende sensoren gebruikt, zoals thermokoppels, 30 weerstandsthermometers, thermistoren en dergelijke.

De bekende temperatuurmeetinrichting vertoont een aantal nadelen. Als gevolg van de grote wanddikte is de reactietijd van een dergelijke inrichting zeer groot. Dit houdt in dat een verandering van de temperatuur in 1005002 2 het fluïdum slechts met grote vertraging wordt waargenomen en doorgegeven, hetgeen uit het oogpunt van de regeling van de procesparameters natuurlijk ongewenst is. Van een veel gebruikt conventioneel type temperatuurmeter met 5 een geboorde conische beschermhuls is bijvoorbeeld bekend, dat de reactietijd afhankelijk van de aard van het fluïdum en de stroomsnelheid daarvan kan variëren tussen ruim 100 seconden en meer dan 1000 seconden. Gedurende deze reactietijd zou dus in beginsel een fluïdum met een 10 onjuiste temperatuur door de leiding kunnen stromen, waardoor een grote hoeveelheid produkt met onjuiste specificaties zou kunnen worden verkregen.

Een ander probleem is, dat als gevolg van de relatief grote dikte van de wand van de beschermhuls, 15 deze een aanzienlijke thermische massa vormt, waardoor de juistheid van de meting sterk beïnvloed wordt. Door deze dikke wand wordt een grote hoeveelheid warmte door geleiding afgevoerd in de wand van de leiding zelf, waardoor de temperatuur, die uiteindelijk ter plaatse van de 20 buiten de leiding aangebrachte verwerkingseenheid waargenomen wordt, sterk afwijkt van de temperatuur van het fluïdum zelf. Bekend is, dat de werkelijke temperatuur van het fluïdum uit de buiten de leiding waargenomen temperatuur kan worden afgeleid door de betrekking:

25 T-T

rp _ rp _ W SG

SG 1 cos h (wl) 30 waarin Tsg gelijk is aan de statische temperatuur van het fluïdum, T. de buiten de leiding waargenomen temperatuur is, en Tw de temperatuur van de wand van de leiding vormt, terwijl h een stralingscoëfficiënt is, m een factor is, die afhangt van de warmtegeleidingscoëfficiënt en de 35 diameter van de huls, en 1 de lengte is waarover de huls in de leiding steekt. Teneinde de waargenomen temperatuur zo goed mogelijk in overeenstemming te brengen met de werkelijke temperatuur in de leiding, is het van belang dat de tweede term in deze betrekking zo klein mogelijk 40 is. Voor een gegeven leiding en een gegeven materiaal van 1005002 3 de huls kan dit bereikt worden door de insteeklengte 20 groot mogelijk te kiezen. Dit heeft echter het nadeel dat daardoor de stroming in de leiding aanzienlijk beïnvloed wordt, met name in relatief smalle leidingen. Als gevolg 5 van de sterke vermindering van de effectieve doorsnede van de leiding wordt de stromingsweerstand sterk verhoogd, en zullen grote drukvallen optreden, hetgeen een aanzienlijk energieverlies met zich meebrengt. Daarnaast leidt een grote insteeklengte met name bij leidingen waar 10 een fluïdum met hoge snelheid doorheen stroomt, tot hoge belastingen op de beschermhuls, die derhalve relatief extra dikwandig zal moeten worden uitgevoerd, waardoor de meetresultaten weer nadelig beïnvloed worden. Tenslotte brengt een grote insteeklengte relatief hoge vervaardi-15 gingskosten met zich mee wanneer de beschermhuls van een hoogwaardig of exotisch materiaal vervaardigd dient te worden.

De uitvinding beoogt derhalve een inrichting te verschaffen voor het meten van de temperatuur van een 20 fluïdum in een leiding of houder, waarbij bovengenoemde nadelen zich niet voordoen. Volgens de uitvinding wordt dit bij een inrichting als hiervoor beschreven bereikt, doordat de beschermhuls ten minste één naar het fluïdum gericht, de opnameruimte begrenzend membraan omvat, en de 25 temperatuurgever in de nabijheid van het membraan is aangebracht. Door gebruik te maken van een membraan voor de afscherming van de temperatuurgever ten opzichte van het fluïdum, wordt een zeer korte reactietijd verkregen, daar het membraan uiteraard dun is en derhalve een zeer 30 geringe thermische massa heeft.

Teneinde de temperatuurmeetinrichting ook geschikt te maken voor toepassing in situaties, waarbij relatief hoge drukken optreden, is de inrichting bij voorkeur voorzien van in de opnameruimte aangebrachte 35 middelen voor het steunen van het membraan. Zo kan met een zeer dunwandig membraan toch een voldoende stevigheid van de beschermhuls verkregen worden.

1005002 4

Teneinde de invloed van de beschermhuls op de temperatuurmeting zoveel mogelijk te minimaliseren, zijn de steunmiddelen bij voorkeur vervaardigd van een warmte-isolerend materiaal, bijvoorbeeld een keramisch materi-5 aal, waarbij zij bovendien tezamen met het membraan één of meer luchtkamers kunnen insluiten. Op deze wijze kan de temperatuurgever volledig van de rest van de inrichting geïsoleerd worden, waardoor zeer nauwkeurige meetwaarden verkregen worden.

10 Verder voorkeursuitvoeringen van de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, waarbij verwezen wordt naar de bij gevoegde tekening, waarin: 15 fig. 1 een gedeeltelijk doorgesneden perspecti visch aanzicht is van een temperatuurmeetinrichting volgens de uitvinding, fig. 2 tot 4 gedeeltelijk opengewerkte zijaanzichten zijn van verschillende opstellingen voor het 20 meten van de temperatuur in een leiding, respectievelijk volgens de stand van de techniek en gebruikmakend van een temperatuursensor volgens de uitvinding, en fig. 5 een doorsnede-aanzicht is van een temperatuursensor volgens de uitvinding, welke vlakliggend in 25 de wand van de leiding is aangebracht.

Een inrichting l voor het meten van de temperatuur van een fluïdum F, dat door een door een wand 24 begrensde ruimte 22, zoals een leiding 23, stroomt (fig. 2), is voorzien van een beschermhuls 2, welke kan worden 30 aangebracht in een opening 25 in de wand. De beschermhuls 2 vertoont daarbij een wand 3, welke een ruimte 4 bepaalt, die ten opzichte van het fluïdum F afgesloten is, en waarin een temperatuurgever 5 is opgenomen (fgi. 1). Aan één einde 6 van de huls 2 is de wand 3 vervangen door 35 een dun membraan 7, met een dikte in de orde van enkele tienden van millimeters, dat rust tegen een steunrand 8 van de huls 2. Het membraan 7 is daarbij opgenomen in een ring 32, die vastgelast is aan een kops vlak 33 van de 1005002 5 beschermhuls 2. De temperatuurgever 5 bevindt zich in de onmiddellijke nabijheid van het membraan 7, en kan bijvoorbeeld met behulp van een goed geleidend kleefmiddel daarop bevestigd zijn. Ook het membraan 7 is vervaardigd 5 van een goed warmtegeleidend materiaal, zoals bijvoorbeeld een metaal.

Teneinde te voorkomen, dat het membraan 7 bij hoge druk in de leiding 23 wordt ingedrukt, zijn in de opnameruimte 4 steunmiddelen 9 aanwezig, in de vorm van 10 een basis 11, die rust tegen een schouder 10, welke in de relatief dikke mantel 3 van de huls 2 gevormd is, en die verder voorzien is van ribben 13, die zich uitstrekken tot aan het membraan 7, en die met hun eindvlakken 16 het membraan 7 steunen. Zo wordt het membraan 7 over nagenoeg 15 zijn volledige oppervlak ondersteund, waardoor het risico van indrukken daarvan weggenomen is.

Bovendien worden door de ribben 13, die de gedaante hebben van concentrische ringen, luchtkamers 14 bepaald, die door het membraan 7 worden afgesloten. De 20 stilstaande lucht in deze kamers 14 vormt een zeer goede isolator. Doordat ook de steunmiddelen 9 zelf van een goed isolerend materiaal, zoals bijvoorbeeld een keramisch materiaal vervaardigd zijn, wordt de temperatuurgever 5 volledig geïsoleerd van de rest van de temperatuur-25 meetinrichting 1. De binnenste ringvormige ribbe 13 bepaalt overigens een cilindrische ruimte 15, waarin de temperatuurgever 5 is opgenomen. Deze ruimte kan nog gevuld worden met een isolerend materiaal, bijvoorbeeld RDX301. De enige verbinding tussen de temperatuurgever 5 30 en de rest van de inrichting 1 wordt dan dus gevormd door aansluitdraden 18, die door kanalen 17 in het steunorgaan 11 naar het smalle deel van de opnameruimte 4 geleid worden, en daar door een opening 31 in een deksel 12 in een binnenbuis 20 gevoerd worden, die door middel van een 35 lasverbinding aan de beschermhuls 2 bevestigd is. Door deze binnenbuis 20 worden de aansluitdraden 18 uiteindelijk naar de waarnemings- en verwerkingseenheid 28 gevoerd, waar op basis van de signalen van de temperatuur- 1 005002 6 gever 5 een meetwaarde voor de temperatuur wordt vastgesteld .

Afhankelijk van de gewenste insteeklengte kan de beschermhuls 2 door middel van een daaraan door een 5 las 18 te verbinden hulpbuis 19 verlengd worden. Doordat de temperatuurgever 5 echter zeer goed geïsoleerd is van de rest van de inrichting, en de meting dus relatief nauwkeurig zal zijn, zullen in het algemeen aanzienlijk kleinere insteeklengten nodig zijn dan voor temperatuur-10 meetinrichtingen volgens de stand van de techniek. Dit is te zien in fig. 2 tot 4, waar voor verschillende leidingen 23, temperatuurmeetinrichtingen volgens de stand van de techniek 30 telkens aan de linkerzijde vergeleken zijn met meetinrichtingen 1 volgens de uitvinding. Daarbij is 15 de meetinrichting 1 volgens de uitvinding opgenomen in een opening 25 in de wand 24 van de leiding 23, in een aftapleiding 26. De meetinrichting 1 is door middel van een flensverbinding 27 drukvast en vloeistof- of gasdicht verbonden met enerzijds de leiding 23, en anderzijds met 20 een temperatuurwaarnemings- of -verwerkingseenheid 28.

Deze kan rechtstreeks op de meetinrichting l zijn aangebracht (fig. 2A, 3A, 4A) of door middel van een draadver-binding 29 met de sensor verbonden zijn (fig. 2B, 3B, 4B). In alle gevallen is duidelijk te zien dat de tempe-25 ratuurmeetinrichting 1 volgens de onderhavige uitvinding het mogelijk maakt met een aanzienlijk kleinere insteek-lengte te volstaan dan de temperatuurmeetinrichtingen 30 volgens de stand van de techniek, waardoor de stroming van het fluïdum F in de leiding 23 dus nauwelijks ver-30 stoord wordt.

Bij een andere uitvoeringsvorm (fig. 5) is de temperatuurmeetinrichting 1 zelfs geheel vlak in de wand 24 van de leiding 23 opgenomen. Dit heeft het voordeel, dat geen verstoring van de stroming in de leiding plaats-35 heeft, zodat ook geen gebieden ontstaan, waar de stromingssnelheid verlaagd of zelfs plaatselijk nul wordt, en die een kweekplaats voor bijvoorbeeld verontreinigingen, bacteriën en dergelijke zouden kunnen vormen. Deze uit- 1005002 7 voeringsvorm is derhalve met name geschikt voor toepassing in de levensmiddelenindustrie.

De uitvinding is niet beperkt tot de hiervoor gegeven voorbeelden, maar kan op velerlei wijzen aange-5 past worden. Zo zou in de beschermhuls 2 meer dan één temperatuurgever 5 kunnen zijn opgenomen. Ook zou het membraan 7 op een andere lokatie in de huls 2 kunnen zijn aangebracht, terwijl ook de configuratie van de steunmid-delen 9 anders gekozen zou kunnen worden. De omvang van 10 de uitvinding wordt derhalve uitsluitend bepaald door de bijgevoegde conclusies.

1005002

Claims

1. Inrichting (1) voor het meten van de temperatuur van een in een door ten minste één wand (24) begrensde ruimte (22), zoals een leiding (23) of een houder, aanwezig fluïdum (F), voorzien van een in een 5 opening (25) in de wand (24) aan te brengen, een ten opzichte van het fluïdum (F) afgesloten opnameruimte (4) voor ten minste één temperatuurgever (5) bepalende be-schermhuls (2), met het kenmerk, dat de beschermhuls (2) ten minste één naar het fluïdum (F) gericht, de opname- 10 ruimte (4) begrenzend membraan (7) omvat, en de temperatuurgever (5) in de nabijheid van het membraan (7) is aangebracht.

2. Inrichting (1) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de temperatuurgever (5) met het membraan (7) 15 verbonden is.

3. Inrichting (1) volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het membraan (7) van een warmtegeleidend materiaal vervaardigd is.

4. Inrichting (1) volgens één der voorgaande 20 conclusies, gekenmerkt door in de opnameruimte (4) aangebrachte middelen (9) voor het steunen van het membraan (7) .

5. Inrichting (1) volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de steunmiddelen (9) afsteunend verbonden 25 zijn met de beschermhuls (2).

6. Inrichting (1) volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de steunmiddelen (9) van een warmte-isolerend materiaal vervaardigd zijn.

7. Inrichting (1) volgens conclusie 6, met het 30 kenmerk, dat de steunmiddelen (9) van een keramisch materiaal vervaardigd zijn.

8. Inrichting (1) volgens één der conclusies 4 tot 7, met het kenmerk, dat de steunmiddelen (9) met het membraan (7) ten minste één luchtkamer (14) insluiten.

9. Inrichting (1) volgens conclusie 8, met het ken merk, dat de steunmiddelen (9) de gedaante hebben van een 1005002 basis (11) met een aantal zich vanaf de basis (11) naar het membraan (7) uitstrekkende ribben (13).

10. Inrichting (1) volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het membraan (7) cirkelvormig is, en de 5 ribben (13) concentrische ringen vormen. 1005002