WO1997025601A1 - Sonde zur temperaturmessung - Google Patents

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WO1997025601A1
WO1997025601A1 PCT/EP1996/005672 EP9605672W WO9725601A1 WO 1997025601 A1 WO1997025601 A1 WO 1997025601A1 EP 9605672 W EP9605672 W EP 9605672W WO 9725601 A1 WO9725601 A1 WO 9725601A1
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Klaus Hammer
Wilhelm Weber
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BASF SE
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/16—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
    • G01K1/18—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element for reducing thermal inertia

Definitions

  • the invention relates to a probe for temperature measurement with a probe body which has a bore into which a thermocouple can be inserted, the thermally sensitive tip of which protrudes from the front part of the probe body.
  • thermocouples are known. They are usually cylindrical and tapered at the front end. At the rear end they are provided with a thread with which they can be screwed into a holder.
  • a thermocouple of known design preferably a miniature jacket thermocouple, is inserted into the cylindrical bore.
  • Such thermocouples usually consist of two cores of different metals, which are embedded in an insulation material and surrounded by a metallic shield, the jacket. Magnesium oxide or aluminum oxide, which have a high insulation resistance, serves as insulation material. Stainless steel is generally used as the jacket material. NiCr-Ni wires, which are welded together at the front end, are usually used as wires of the thermocouple. At temperatures above 1200 ° C, platinum-rhodium-platinum thermocouples are also used.
  • Thermal probes with such thermocouples are used for many purposes. Problems arise if they are used for temperature measurement in reactors and reactor tubes which are under high pressure and where rapid temperature detection is necessary.
  • the high pressure means that the probe body, which must be stable, has a large wall thickness. This leads to a relatively sluggish temperature change, which is transferred to the tip of the thermocouple.
  • Plants in which such thermal probes are used are, for example, high-pressure polyethylene plants in which the reaction is operated by ethylene compression at operating pressures between 1500 and 3500 bar. In such a reactor, about 40 thermal probes are used, which are intended to map the corresponding temperature profile.
  • the probe bodies usually have a diameter of 8 to 10 mm.
  • the diameter of the thermocouples used in these is usually about 2 mm.
  • the invention has for its object to provide thermal probes which can be used in reactors with very high pressure and very high temperature and high flow rate of the reactants and which can nevertheless detect rapid temperature changes.
  • the front part of the probe body is provided with an annular gap at a short distance from the bore.
  • This annular gap has the smallest possible thickness, as a rule 0.1 to 0.5 mm, preferably 0.1 to 0.2 mm.
  • the length of the annular gap is 5 to 20 mm, preferably 10 to 15 mm.
  • the annular gap can be produced by means of a laser beam. It can also be produced in that the front part of the probe body has at least a step-like reduction in diameter, onto which a cap is placed, the inside diameter of which is larger in the front part than the front part of the probe body, which creates the annular gap.
  • the cap can be welded to the probe body.
  • the probe according to the invention is particularly suitable for rapid temperature detection in system parts in which very high pressures, temperatures and flow velocities occur. This is the case in chemical reactors, stirred tanks, tubular reactors, feed lines to these devices and pipeline connections.
  • Such probes can preferably be used in polymerization reactors both in the gas phase and in a supercritical medium, for example in the production of polyolefins. These probes can also be used to advantage in suspension polymerization in loop reactors.
  • pressure ranges from 30 to 5000 bar, preferably 50 to 3500 bar, in particular 1000 to 3500 bar, and temperatures between 20 and 1000 ° C., preferably 50 to 500 ° C., in particular 100 to 400 ° C. .
  • the flow velocities are between 1 and 50 m / s, preferably between 5 and 15 m / s.
  • thermocouples of various types, preferably those made of NiCr-Ni wires, which are welded together at the front end, can be used as thermocouples. Platinum-rhodium-platinum thermocouples and other known thermocouples can also be used here. These wires of the thermocouple are embedded in an electrically non-conductive insulation material such as magnesium oxide or aluminum oxide and are surrounded by a metallic shield, the jacket. At the front end, the thermocouples are connected to the jacket by a metallic cap. This cap must be insensitive to the high temperatures, pressures and flow velocities that occur. The cap is preferably hemispherical.
  • thermometers or measuring resistors can also be used.
  • Platinum resistance thermometers and platinum measuring resistors for example in accordance with DIN IEC 751.
  • These resistance thermometers consist of a temperature-sensitive measuring resistor in a protective sheath, inner leads and outer connections for connection to electrical measuring instruments.
  • Figure 1 is a known type of probe, installed in a reactor tube, in section.
  • Fig. 2 is an enlarged view of the front part of the probe shown in Fig. 1 in section;
  • 3 shows a first embodiment of a probe according to the invention in section;
  • Fig. 4 shows a second embodiment of a probe according to the invention in
  • Cut shows a diagram of the time dependence of the temperature display in a known probe according to FIG. 2;
  • FIG. 6 shows a diagram of the time dependence of the temperature display for a probe according to FIG. 4.
  • a probe of known type is shown, which is installed in a tubular reactor.
  • a cylindrical bore 2 is provided in the probe body 1, into which a sheathed thermocouple 3 is inserted, which has a thermosensitive tip 3A.
  • the probe body 1 is mounted in the cylindrical recess 4 of a connecting piece 5, which is held pressure-tight between the flanges 6A and 6B of a reactor tube 6.
  • Reactor tube 6 can be used in reactions, for example in the production of polyethylene operating pressures of between 500 and 5000 bar, preferably between 500 and 3500 bar, occur due to ethylene compression. This can lead to sharp temperature increases, which can be between 300 and 1000 ° C.
  • the connecting piece 5 is screwed via flanges 6A and 6B to the connecting piece 7 of a connecting head 8, from which electrical lines lead to the display devices via the connecting part 8A.
  • the probe body 1 inserted into the connector 5 protrudes with its front end 1A into the reactor tube 6. Its structure can be seen from the embodiment shown in FIG.
  • the cylindrical probe body 1 which has an outer diameter of 9 mm, is in the form of a truncated cone 1A. The angle to the central axis is 30 °.
  • the outer diameter of the tip is 5 mm.
  • a bore 2 with a diameter of 2.2 mm runs centrally in the probe body 1.
  • a sheathed thermocouple 3 in NiCr-Ni design with a tip 3A is inserted into this bore.
  • the probe body 1 is welded annularly at a point 9 to the connector 5.
  • the tip of the thermocouple 3A typically extends to the center of the gas flow to determine the exact operating temperature.
  • a considerable delay in the display of the prevailing temperature occurs as a result of its thermal inertia.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the probe body, which according to the invention is provided with an annular gap 10 at its front end.
  • this annular gap had a length of 15 mm and a gap width of 0.2 mm.
  • the bore 2 for the encased thermocouple 3 had a diameter of 1.5 mm
  • the cylindrical part IB of the probe body 1 lying within the annular gap 10 had a diameter of 3.2 mm.
  • the part of the probe body 1 lying within the annular gap was extended by 2 mm at the tip with a cylindrical part IB compared to the end of the conical part 1A.
  • the front end of this part IB was closed by an externally hemispherical weld 16.
  • this bore was compressed by inserting the jacket thermocouple 3 by hammering or rolling, which generally results in cold welding.
  • the annular gap 10 was cut by a laser beam.
  • FIG. 4 A further embodiment of the thermal probe according to the invention which can be produced particularly cheaply is shown in FIG. 4.
  • the probe body 1 which in the example shown has a diameter of 9 mm, is provided with a step-shaped shoulder 11, the diameter of which is 7 mm and which is 20 mm long.
  • a further step-shaped shoulder 12 is then provided, the diameter of which is 6 mm and the length is 9 mm.
  • This paragraph is followed by a paragraph 13 which runs to the tip and has a diameter of 3.2 mm.
  • the bore 2 has a diameter of 1.5 mm for a jacket thermocouple with this diameter.
  • a cap 14 is placed on this probe body 1, the outer diameter of which is equal to the outer diameter of the probe body 1, in this case 9 mm.
  • the cap 14 On its inside, the cap 14 is provided with step-shaped recesses which correspond to the diameter of the steps 11, 12, 13 of the probe body 1. In areas 11 and 12, both parts lie exactly on top of each other.
  • the diameter of the recess in the cap 14 In the area 13 of the probe body 1, the diameter of the recess in the cap 14 is 0.4 mm larger than the diameter of the probe body, so that the desired cylindrical gap 10 is also included a gap width of 0.2 mm.
  • the front part 13 of the probe body 1 projects beyond the conical end 14A of the cap 14 by 3 mm.
  • the cap 14 is fastened to the probe body 1 via a weld seam 15.
  • the front part 14A of the cap 14 is tapered and ends in an edge 14B which runs perpendicular to the longitudinal axis of the probe and has an outer diameter of 5.2 mm.
  • the front end of the probe body 1 is closed by a welded-on cap 16.
  • the edge 14B of the cap 14 which extends perpendicular to the axis of the probe, can be provided with several, preferably three or four, substantially conical grains parallel to the longitudinal axis of the probe after assembly. which are so strong that their edges lead to contact with the probe body 1 in the region 14B.
  • a slightly greater heat conduction occurs between the probe body 1 and the cap 14.
  • the delay in the temperature display that occurs with a conventional probe is shown in FIG. 5.
  • the probe was first immersed in an oil bath at a temperature of 20 ° C to determine the initial value.
  • the probe was then immersed in an oil bath at 200 ° C and the delay time measured. It can be seen from the curve in FIG. 5 that the time constant r, which corresponds to 63% of the end value speaks after 7.7 seconds was reached. A temperature value of 90% of the final value was reached only after 17.4 seconds.
  • the diagram shown in FIG. 6 shows the results achieved with a probe designed according to the invention.
  • the time constant r was 2.45 seconds. 90% of the final value was reached after 5.1 seconds.
  • the so-called settling time, at which 95% of the end value is reached, is less than 10 seconds in this embodiment.

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Abstract

Sonde zur Temperaturmessung mit einem Sondenkörper, der eine Bohrung aufweist, in die ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermometer einsetzbar ist, dessen thermisch empfindliche Spitze aus dem vorderen Teil des Sondenkörpers herausragt, wobei der vordere Teil des Sondenkörpers mit geringem Abstand von der Bohrung mit einem Ringspalt versehen ist.

Description

Sonde zur Temperaturmessung
Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Temperaturmessung mit einem Sonden¬ körper, der eine Bohrung aufweist, in die ein Thermoelement einsetzbar ist, dessen thermisch empfindliche Spitze aus dem vorderen Teil des Sondenkör¬ pers herausragt.
Derartige Sondenkörper sind bekannt. Sie sind in der Regel zylindrisch ausgebildet und verlaufen am vorderen Ende konisch. Am hinteren Ende sind sie mit einem Gewinde versehen, mit dem sie in eine Halterung einschraubbar sind. In die zylindrische Bohrung ist ein Thermoelement bekannter Bauart, vorzugsweise ein Miniatur-Mantel-Thermoelement, einge- setzt. Derartige Thermoelemente bestehen normalerweise aus zwei Adern unterschiedlicher Metalle, die in ein Isolationsmaterial eingebettet und von einer metallischen Abschirmung, dem Mantel, umgeben sind. Als Isolations¬ material dient dabei Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid, die einen hohen Isolationswiderstand besitzen. Als Mantelmaterialien werden in der Regel rostfreie Stähle verwendet. Als Adern des Thermoelements werden üblicher¬ weise NiCr-Ni-Drähte verwendet, die am vorderen Ende miteinander ver¬ schweißt sind. Bei Temperaturen über 1200 °C kommen auch Platin-Rhodi¬ um-Platin-Thermopaare zum Einsatz.
Thermosonden mit derartigen Thermoelementen werden für viele Zwecke eingesetzt. Probleme entstehen, wenn sie zur Temperaturmessung in Reakto¬ ren und Reaktorrohren eingesetzt werden, die unter hohem Druck stehen und bei denen eine schnelle Temperaturerfassung notwendig ist. Der hohe Druck führt dazu, daß der Sondenkörper, der stabil ausgeführt sein muß, eine große Wandstärke aufweist. Dies führt zu einer relativ trägen Temperatur¬ änderung, welche sich auf die Spitze des Thermoelements überträgt. An- lagen, in denen solche Thermosonden zum Einsatz kommen, sind beispiels¬ weise Hochdruck-Polyethylenanlagen, bei denen die Reaktion durch Ethylen- verdichtung bei Betriebsdrücken zwischen 1500 und 3500 bar betrieben wird. In einem solchen Reaktor sind ca. 40 Thermosonden im Einsatz, die das entsprechende Temperaturprofil abbilden sollen. Die Sondenkörper haben dabei in der Regel einen Durchmesser von 8 bis 10 mm. Der Durchmesser der in diese eingesetzten Thermoelemente liegt üblicherweise bei etwa 2 mm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Thermosonden zu schaffen, die in Reaktoren mit sehr hohem Druck und sehr hoher Temperatur sowie hoher Strömungsgeschwindigkeit der Reaktanden einsetzbar sind und die trotzdem schnelle Temperaturänderungen erfassen können.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der vordere Teil des Sondenkörpers mit geringem Abstand von der Bohrung mit einem Ringspalt versehen ist. Dieser Ringspalt weist eine möglichst geringe Dicke, in der Regel 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm, auf. Die Länge des Ringspalts beträgt 5 bis 20 mm, vorzugsweise 10 bis 15 mm. Der Ringspalt kann mittels eines Laserstrahls hergestellt sein. Er kann auch dadurch hergestellt werden, daß der vordere Teil des Sondenkörpers mindestens eine stufenförmige Verringerung des Durchmessers aufweist, auf die eine Kappe aufgesetzt ist, deren Innendurchmesser im vorderen Teil größer ist als der vordere Teil des Sondenkörpers, wodurch der Ringspalt entsteht. Die Kappe kann mit dem Sondenkörper verschweißt werden. Die erfindungsgemäße Sonde ist besonders geeignet für die schnelle Tempe¬ raturerfassung in Anlageteilen, in denen sehr hohe Drücke, Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Dies ist der Fall in chemischen Reaktoren, Rührkesseln, Rohrreaktoren, Zuleitungen zu diesen Apparaten sowie Rohrleitungsverbindungen. Vorzugsweise können solche Sonden einge¬ setzt werden in Polymerisationsreaktoren sowohl in Gasphase als auch in überkritischem Medium, beispielsweise bei der Polyolefinherstellung. Auch bei der Suspensionspolymerisation in Schleifenreaktoren sind diese Sonden mit Vorteil einsetzbar.
Im allgemeinen treten dabei Druckbereiche auf von 30 bis 5000 bar, vor¬ zugsweise 50 bis 3500 bar, insbesondere 1000 bis 3500 bar, und Tempera¬ turen zwischen 20 und 1000 °C, vorzugsweise 50 bis 500 °C, insbesondere 100 bis 400 °C. Die Strömungsgeschwindigkeiten liegen zwischen 1 und 50 m/s, vorzugsweise zwischen 5 und 15 m/s.
Als Thermoelemente können Miniatur-Mantel-Thermoelemente verschiedener Bauart, vorzugsweise solche aus NiCr-Ni-Drähten verwendet werden, die am vorderen Ende miteinander verschweißt sind. Auch Platin-Rhodium-Platin- Thermopaare sowie andere bekannte Thermoelemente können hier zum Einsatz kommen. Diese Drähte des Thermoelements sind in ein elektrisch nichtleitendes Isolationsmaterial wie Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid eingebettet und von einer metallischen Abschirmung, dem Mantel, umgeben. Am vorderen Ende sind die Thermoelemente durch eine metallische Kappe mit dem Mantel verbunden. Diese Kappe muß unempfindlich gegen die auftretenden hohen Temperaturen, Drücke und Strömungsgeschwindigkeiten sein. Vorzugsweise ist die Kappe halbkugelförmig ausgebildet.
Anstatt der Thermoelemente können auch Widerstandsthermometer oder Meβwiderstände eingesetzt werden. Von besonderem Vorteil sind hierbei Platin-Widerstandsthermometer und Platin-Meßwiderstände, beispielsweise entsprechend der DIN IEC 751. Diese Widerstandsthermometer bestehen aus einem auf Temperaturen ansprechenden Meßwiderstand in einer Schutzhülle, inneren Zuleitungen und äußeren Anschlüssen zur Verbindung mit elektri- sehen Meßinstrumenten.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können den in der Zeich¬ nung dargestellten Ausführungsbeispielen enmommen werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Sonde bekannter Bauart, eingebaut in ein Reaktorrohr, im Schnitt; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des vorderen Teils der in Fig. 1 dargestellten Sonde im Schnitt; Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sonde im Schnitt;
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Sonde im
Schnitt; Fig. 5 ein Diagramm der zeitlichen Abhängigkeit der Temperaturanzeige bei einer bekannten Sonde gemäß Fig. 2; Fig. 6 ein Diagramm der zeitlichen Abhängigkeit der Temperaturanzeige bei einer Sonde gemäß Fig. 4.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine Sonde bekannter Bauart dargestellt, die in einen Rohrreaktor eingebaut ist. Dabei ist im Sondenkörper 1 eine zylindrische Bohrung 2 vorgesehen, in die ein umman¬ teltes Thermoelement 3 eingesetzt ist, welches eine thermoempfindliche Spitze 3A aufweist. Der Sondenkörper 1 ist in der zylindrischen Ausneh¬ mung 4 eines Anschlußstücks 5 gelagert, das zwischen den Flanschen 6A und 6B eines Reaktorrohres 6 druckdicht gehaltert ist. Im Reaktorrohr 6 können bei Reaktionen beispielsweise bei der Herstellung von Polyethylen durch Ethylenverdichtung Betriebsdrücke zwischen 500 und 5000 bar, vor¬ zugsweise zwischen 500 und 3500 bar, auftreten. Dabei kann es zu starken Temperaturanstiegen kommen, die zwischen 300 und 1000 °C liegen können. Das Anschlußstück 5 ist über Flansche 6A und 6B mit dem Verbindungs- stück 7 eines Anschlußkopfes 8 verschraubt, aus dem über den Anschlußteil 8A elektrische Leitungen zu den Anzeigegeräten führen.
Der in das Anschlußstück 5 eingesetzte Sondenkörper 1 ragt mit seinem vorderen Ende 1A in das Reaktorrohr 6. Sein Aufbau ist dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen. An seinem vorderen Ende ist der zylindrische Sondenkörper 1, der einen Außendurchmesser von 9 mm hat, in Form eines Kegelstumpfs 1A ausgebildet. Der Winkel zur Mittel¬ achse beträgt dabei 30°. Der äußere Durchmesser der Spitze liegt bei 5 mm. Zentral im Sondenkörper 1 verläuft eine Bohrung 2 mit einem Durch- messer von 2,2 mm. In diese Bohrung ist ein ummanteltes Thermoelement 3 in NiCr-Ni-Ausführung mit einer Spitze 3A eingesetzt. Der Sondenkörper 1 ist an einer Stelle 9 ringförmig mit dem Anschlußstück 5 verschweißt.
Die Spitze des Thermoelements 3A ragt in der Regel bis in die Mitte des Gasstroms, um die genaue Betriebstemperatur zu erfassen. Bei dieser be¬ kannten Ausführungsform des Sondenkörpers gemäß Fig. 2 tritt als Folge von dessen thermischer Trägheit eine erhebliche Verzögerung der Anzeige der jeweils herrschenden Temperator auf.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Sondenkörpers, der erfindungsgemäß an seinem vorderen Ende mit einem Ringspalt 10 versehen ist. Dieser Ringspalt hatte bei einer speziellen Ausführungsform eine Länge von 15 mm und eine Spaltbreite von 0,2 mm. Die Bohrung 2 für das ummantelte Thermoelement 3 hatte einen Durchmesser von 1,5 mm, und der innerhalb des Ringspalts 10 liegende zylindrische Teil IB des Sondenkörpers 1 hatte einen Durchmesser von 3,2 mm. In Abweichung von der Ausführungsform nach Fig. 2 war der innerhalb des Ringspalts liegende Teil des Sondenkör¬ pers 1 an der Spitze gegenüber dem Ende des kegelförmigen Teils 1A mit einem zylindrischen Teil IB um 2 mm verlängert. Das vordere Ende dieses Teils IB wurde durch eine außen halbkugelförmige Schweißung 16 ver¬ schlossen. Zur drucksicheren Halterung des Mantelthermoelements 3 in der Bohrung 2 wurde diese Bohrung nach Einsetzen des Mantelthermoelements 3 durch Hämmern oder Walzen verdichtet, wodurch im allgemeinen eine Kaltverschweißung entsteht. Der Ringspalt 10 wurde durch einen Laserstrahl eingeschnitten.
Eine weitere und besonders günstig herstellbare Ausführungsform der erfin¬ dungsgemaßen Thermosonde ist in Fig. 4 dargestellt. Dort ist der Sonden¬ körper 1, der in dem dargestellten Beispiel einen Durchmesser von 9 mm aufweist, mit einem stufenförmigen Absatz 11 versehen, dessen Durchmesser 7 mm beträgt und der 20 mm lang ist. Danach ist ein weiterer stufenförmi¬ ger Absatz 12 vorgesehen, dessen Durchmesser 6 mm beträgt und der 9 mm lang ist. An diesen Absatz schließt sich ein bis zur Spitze verlaufender Absatz 13 mit einem Durchmesser von 3,2 mm an. Die Bohrung 2 hat einen Durchmesser von 1,5 mm für ein Mantelthermoelement mit diesem Durchmesser.
Auf diesen Sondenkörper 1 ist eine Kappe 14 aufgesetzt, deren Außen¬ durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Sondenkörpers 1, in diesem Falle also 9 mm, ist. Auf ihrer Innenseite ist die Kappe 14 mit stufenförmi¬ gen Ausnehmungen versehen, die dem Durchmesser der Stufen 11, 12, 13 des Sondenkörpers 1 entsprechen. In den Bereichen 11 und 12 liegen beide Teile genau aufeinander. Im Bereich 13 des Sondenkörpers 1 ist der Durch¬ messer der Ausnehmung der Kappe 14 um 0,4 mm größer als der Durch- messer des Sondenkörpers, so daß der gewünschte zylindrische Spalt 10 mit einer Spaltbreite von 0,2 mm entsteht. Der vordere Teil 13 des Sondenkör¬ pers 1 überragt das konisch ausgebildete Ende 14A der Kappe 14 um 3 mm. Die Kappe 14 ist über eine Schweißnaht 15 auf dem Sondenkörper 1 befestigt. Der vordere Teil 14A der Kappe 14 ist konisch verjüngt und endet in einer senkrecht zur Längsachse der Sonde verlaufenden Kante 14B, die einen Außendurchmesser von 5,2 mm aufweist. Das vordere Ende des Sondenkörpers 1 ist durch eine aufgeschweißte Kappe 16 verschlossen.
Im Falle sehr hoher Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums, dessen Temperatur gemessen werden soll, könnte es dazu kommen, daß die aus der Kappe 14 herausragende Spitze des Sondenkörpers 1 verbogen wird und zur Anlage an den vorderen Teil 14A der Kappe 14 kommt. Dies würde die Wirkung des erfindungsgemäßen Spalts 10 verringern. Um dies zu vermei¬ den, kann gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung die senkrecht zur Achse der Sonde verlaufende Kante 14B der Kappe 14 nach der Monta¬ ge mit mehreren, vorzugsweise drei oder vier im wesentlichen kegelförmigen Körnungen parallel zur Längsachse der Sonde versehen werden, die so stark sind, daß deren Ränder zur Anlage an den Sondenkörper 1 im Bereich 14B führen. Dadurch tritt zwar eine geringfügig größere Wärmeleitung zwischen dem Sondenkörper 1 und der Kappe 14 auf. Dies kann im Hinblick auf die höhere Stabilität der erfindungsgemaßen Sonde bei hohen Strömungsgeschwin¬ digkeiten des zu messenden Mediums jedoch hingenommen werden.
Die mit einer herkömmlichen Sonde auftretende Verzögerung der Tempe- raturanzeige ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei wurde die Sonde zunächst in ein Ölbad mit einer Temperatur von 20 °C eingetaucht, um den Ausgangswert festzulegen. Danach wurde die Sonde in ein Ölbad mit 200 °C eingetaucht und die Verzögerungszeit gemessen. Aus der in Fig. 5 dargestellten Kurve läßt sich entnehmen, daß die Zeitkonstante r, die 63% des Endwerts ent- spricht, nach 7,7 Sekunden erreicht wurde. Erst nach 17,4 Sekunden war ein Temperaturwert von 90% des Endwerts erreicht.
Das in Fig. 6 dargestellte Diagramm zeigt die mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Sonde erzielten Ergebnisse. Hier lag die Zeitkonstante r bei 2,45 Sekunden. 90% des Endwerts wurden bereits nach 5,1 Sekunden erreicht. Die sogenannte Einschwingzeit, bei der 95% des Endwerts erreicht wird, liegt bei dieser Ausführungsform unter 10 Sekunden.
Aus dem Vergleich beider Diagramme ergibt sich die ganz erheblich schnel¬ lere Erfassung von Temperaturänderungen durch die erfindungsgemaße Sonde verglichen mit herkömmlichen Sonden.

Claims

Patentansprüche
1. Sonde zur Temperatormessung mit einem Sondenkörper, der eine Boh¬ rung aufweist, in die ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermome¬ ter einsetzbar ist, dessen thermisch empfindliche Spitze aus dem vor¬ deren Teil des Sondenkörpers herausragt, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Teil des Sondenkörpers (1) mit geringem Abstand von der Bohrung (2) mit einem Ringspalt (10) versehen ist.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (10) eine Spaltbreite von 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm, aufweist.
3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ringspalts (10) 5 bis 20 mm, vorzugsweise 10 bis 15 mm, beträgt.
4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Teil des Sondenkörpers (1) mindestens eine stufenförmige
Verringerung (11) des Durchmessers aufweist und dieser Teil mit verringertem Durchmesser (11) von einer Kappe (14) überdeckt ist, deren Innendurchmesser um den doppelten Wert der Spaltbreite des Ringspalts (10) größer ist.
5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Teil des Sondenkörpers (1) mindestens zwei Stufen (11, 13) mit aufeinand¬ erfolgend verringertem Durchmesser aufweist und daß die Kappe (14) in ihrem hinteren Teil einen der ersten Stufe (11) entsprechenden Innen- durchmesser aufweist, mit dem sie am Sondenkörper (1) befestigt ist.
6. Sonde nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (14) mit dem Sondenkörper an einer Stelle (12) vor dem Teil mit dem am stärksten verringerten Durchmesser (13) durch Passung fixiert ist.
7. Sonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (14) an ihrem hinteren Teil mit dem Sondenkörper (1) verschweißt ist (15).
8. Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende der Kappe (14) durch mehrere, vorzugsweise drei oder vier parallel zur Längsachse des Sondenkörpers (1) eingebrachte Körnungen verformt ist.
9. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das vordere Ende des Sondenkörpers (1) durch eine aufgeschweißte Kappe (16) verschlossen ist.
10. Verwendung der Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Messung der Temperaturänderungen bei Vorgängen mit hoher Tempera¬ tur und/oder hohem Druck und/oder hoher Anströmgeschwindigkeit.
PCT/EP1996/005672 1996-01-11 1996-12-17 Sonde zur temperaturmessung Ceased WO1997025601A1 (de)

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AT96943987T ATE216069T1 (de) 1996-01-11 1996-12-17 Sonde zur temperaturmessung
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EP96943987A EP0873501B1 (de) 1996-01-11 1996-12-17 Sonde zur temperaturmessung
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