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Temperaturfühler mit Widerstands-Wicklung
Die Erfindung betrifft Temperaturfühler zur elektrischen Bestimmung von Temperaturen bzw. Temperatur-Differenzen mit auf mindestens einem länglichen Isolierkörper aufgebrachter Widerstands-Wicklung, die von einem Blech-Mantel umgeben ist, der seinerseits in einem verschlossenen Fühler-Rohr angeordnet und mit diesem über seine ganze Länge wärmeleitend verbunden ist.
Derartige Temperaturfühler werden meist in Form von in Glas eingeschmolzenen oder in keramischem Material eingebetteten zylindrischen Nickel- oder Platin-Draht-Wicklungen hergestellt, die sich mit verhältnismässig grossem Spiel in einem Fühler-Rohr befinden, das wieder von einem Schutz-Rohr umgeben ist ; diese Ausführungsform von Temperaturfühlern ist jedoch mechanisch überaus empfindlich und zerbrechlich und vermittelt vor allem wegen des zum Ausgleich des grossen Durchmesser-Streubereiches erforderlichen Spieles im Fühler-Rohr eine schlechte thermische Ankopplung an das zu messende Medium, wodurch Reaktions-Geschwindigkeit und Eigen-Erwärmung ungünstig beeinflusst werden.
Temperaturfühler, bei denen der Widerstandsdraht auf einem keramischen Körper aufgewickelt ist und zwischen Wicklung und Fühler-Rohr ein Luftspalt besteht, weisen den gleichen oben erwähnten Nachteil auf.
Weiters sind auch Temperaturfühler bekannt, bei denen der Widerstandsdraht auf einem plattenförmigen Isolierkörper aufgewickelt ist, der sich zwischen zwei Isolierplatten befindet und über diese durch geeignete Flach-Federn an die Wand eines Fühler-Rohres thermisch gekoppelt ist ; diese Ausführungsform weist zwar einigermassen befriedigende mechanische Stabilität und thermische Ankopplung auf, sie ist jedoch für höhere Temperaturen nicht geeignet, bei denen die-Spannkraft der Federn verloren geht.
Ausserdem weisen alle bisher bekannt gewordenen Temperaturfühler mit Widerstands-Wicklung den
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selbständiger Wicklungen im gleichen Fühler-Rohr auf Schwierigkeiten stösst.
Bei der erstgenannten Ausführungsform müsste dabei die aktive Länge des Fühler-sowie auch des Schutz-Rohres vergrössert werden, was zu grossen Tauchlängen führt ; bei der letzten Ausführungsform dagegen würde sich durch Aufeinanderlegen zweier bewickelter Isolierkörper eine schlechte thermische Ankopplung an das Fühler-Rohr ergeben.
Nach der Erfindung werden nun bei Temperaturfühlern mit Widerstands-Wicklung der eingangs beschriebenen Bauart sämtliche hier erwähnten Nachteile dadurch vermieden, dass die auf dem Isolierkörper befindliche Widerstands-Wicklung unter Zwischenlage einer wärmeleitenden, jedoch elektrisch isolierenden Folie vom Blech-Mantel dicht anliegend umschlossen ist.
Bei einer andern Ausführungsform des Temperaturfühlers kann der Isolierkörper plattenförmig ausgebildet und seiner Länge nach mit mindestens einem Kanal für einen Zuleitungsdraht versehen sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der die Widerstands-Wicklung umhüllende Blech-Mantel aus zwei U-förmigen Teilen, deren einer mit seinen Rändern die Schenkel des andern Teiles umfasst ; weiters kann das den Blech-Mantel umschliessende Fühler-Rohr mit Rippen versehen sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Temperaturfühlers als Doppel-Temperaturfühler sind in einem gemeinsamen Fühler-Rohr zwei voneinander unabhängige Systeme mit Isolierkörper, WiderstandsWicklung, Isolierfolie sowie Blech-Mantel untergebracht.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Temperaturfühlers in Fig. 1 und 2 im Längsschnitt bzw. in einem vergrösserten Querschnitt dargestellt ; Fig. 3 und 4 zeigen Schnitte III-III bzw. IV-IV der Fig. 1 und Fig. 5 eine Ansicht in Richtung S in Fig. l-vergrössert.
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Auf einen plattenförmigen Isolierkörper 1 ist eine Wicklung 2 aus Widerstandsdraht aufgewickelt.
Der Isolierkörper 1 ist seiner Länge nach mit zwei Öffnungen 3 versehen, in denen Zuleitungsdrähte 4 und ein Endstück 5 befestigt sind. Die rechten Enden der Drähte der Wicklung 2, die im vorliegenden Fall bifilar gewickelt ist, sind mit je einem der Zuleitungsdrähte 4 verbunden, wozu diese mit Ausbiegungen 6 (s. Fig. 4) versehen sind. Die beiden linken Enden der Wicklungsdrähte sind an dem Endstück 5 befestigt, das mit einer ähnlichen Ausbiegung versehen ist (s. Fig. 3 und 5). Der Isolierkörper 1 ist an seinem rechten Ende mit zwei ungleich tiefen Einschnitten 7 und 8 versehen, die zur Abstützung der Ausbiegungen 6 der Zuleitungsdrähte 4 dienen. Dadurch wird ein Verdrehen derselben vermieden. Auf der Wicklung 2 ist eine dünne Isolierschicht, z. B. eine Folie 9 aus Isoliermaterial, angebracht, wie dies aus der Fig. 2 ersichtlich ist.
Das Ganze ist mit einem zweiteiligen Blech-Mantel10, 11 vollkommen
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des Teiles 10 umfassen. Das Fühler-Rohr 12 ist an seinem linken Ende mit einem Boden 14 (s. Fig. 1) verschlossen und an seinem rechten Ende mit einem Gewindenippel 15 versehen, der zwei Anschlussröhrchen 16 trägt, an die die Zuleitungsdrähte 4 angeschlossen sind. Das Fühler-Rohr ist durch Löten bzw. durch Ausgiessen mit Kunstharz luftdicht abgeschlossen und wird in ein nicht gezeichnetes Schutz-Rohr, in das es mit wenig Spiel hineinpasst und welches von dem zu überwachenden Medium umspult wird, eingeschoben.
Durch die beschriebene Anordnung wird neben einem robusten Aufbau eine sehr gute thermische Ankopplung der Widerstandsdrähte 2 an das zu überwachende Medium erreicht, weil das metallische FühlerRohr 12 mit enger Passung in das Schutz-Rohr eingeschoben werden kann und weil die Widerstandsdrähte 2 über den Blech-Mantel 10, 11 und dessen Lötverbindung mit dem Fühler-Rohr in enger thermischer Verbindung stehen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Temperaturfühler bei einer verhältnismässig kleinen Eigen-Erwärmung grössere Messströme zulässt und dass seine Reaktions-Geschwindigkeit erheblich verbessert wird.
Soll der beschriebene Temperaturfühler in Luftkanälen usw. verwendet werden, so ist ein SchutzRohr nicht notwendig. In diesem Fall ist es zweckmässig, das Fühler-Rohr mit Rippen zu versehen, wodurch eine weitere Verbesserung der Wärmeübertragung an den Widerstandsdraht des Temperaturfühlers erzielt wird.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, wird durch die erfindungsgemässe Ausführung des Temperaturfühlers die Anordnung von zwei voneinander unabhängigen Wicklungen 2 in ein und demselben Fühler ermöglicht, u. zw. ohne seine Tauchlänge zu vergrössern. Bei einem solchen Doppe1filhler können die beiden Wicklungen z. B. in verschiedene Zweige einer Brückenschaltung geschaltet werden, wodurch die an der Brückendiagonale zurVerfugung stehende Steuerspannung verdoppelt wird, was besonders für Regelzwecke von Vorteil ist.
Durch die beschriebene Ausführung des zweiteiligen Blech-Mantels 10,11 wird ein festes, volkom- menes Umschliessen der Wicklung 2 an ihrer ganzen Oberfläche erzielt. Nach dem Einlegen des mit Wicklung und Isolierschicht versehenen Isolierkörpers in den Blech-Mantelteil 10 wird der Blech-Mantelteil 11 aufgelegt. Hierauf wird das Ganze zusammengepresst und die ineinander greifenden Ränder in die dargestellte Endform gebogen, worauf das so gebildete Fühlerelement in das Fühler-Rohr eingelötet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Temperaturfühler zur elektrischen Bestimmung von Temperaturen bzw. Temperatur-Differenzen mit auf mindestens einem länglichen Isolierkörper aufgebrachter Widerstands-Wicklung, die von einem Blech-Mantel umgeben ist, der seinerseits in einem verschlossenen Fühler-Rohr angeordnet und mit diesem über seine ganze Länge wärmeleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Isolierkörper (1) befindliche Widerstands-Wicklung (2) unter Zwischenlage einer wärmeleitenden, jedoch elektrisch isolierenden Folie (9) vom Blech- Mantel (10. 11) dicht anliegend umschlossen ist.
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Temperature sensor with resistance winding
The invention relates to temperature sensors for the electrical determination of temperatures or temperature differences with a resistor winding applied to at least one elongated insulating body, which is surrounded by a sheet metal jacket, which in turn is arranged in a closed sensor tube and with this over its entire length is thermally connected.
Such temperature sensors are usually made in the form of cylindrical nickel or platinum wire windings fused in glass or embedded in ceramic material, which are located with relatively large clearance in a sensor tube that is again surrounded by a protective tube; However, this embodiment of temperature sensors is mechanically extremely sensitive and fragile and, mainly because of the play in the sensor tube required to compensate for the large diameter scatter, provides poor thermal coupling to the medium to be measured, which has an unfavorable effect on the reaction speed and self-heating will.
Temperature sensors in which the resistance wire is wound on a ceramic body and there is an air gap between the winding and the sensor tube have the same disadvantage mentioned above.
Furthermore, temperature sensors are also known in which the resistance wire is wound on a plate-shaped insulating body which is located between two insulating plates and is thermally coupled to the wall of a sensor tube by means of suitable flat springs; Although this embodiment has somewhat satisfactory mechanical stability and thermal coupling, it is not suitable for higher temperatures at which the tensioning force of the springs is lost.
In addition, all known temperature sensors with resistance windings have the
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independent windings in the same sensor tube encounter difficulties.
In the case of the first-mentioned embodiment, the active length of the sensor and also of the protective tube would have to be increased, which leads to long immersion lengths; in the last embodiment, on the other hand, placing two wound insulators on top of one another would result in poor thermal coupling to the sensor tube.
According to the invention, all the disadvantages mentioned here are avoided in temperature sensors with resistance winding of the type described above in that the resistance winding located on the insulating body is tightly enclosed by the sheet metal jacket with the interposition of a thermally conductive, but electrically insulating film.
In another embodiment of the temperature sensor, the insulating body can be designed in the form of a plate and its length can be provided with at least one channel for a lead wire.
According to a further feature of the invention, the sheet metal jacket enclosing the resistance winding consists of two U-shaped parts, one of which with its edges encompasses the legs of the other part; Furthermore, the sensor tube surrounding the sheet metal jacket can be provided with ribs.
In a preferred embodiment of the temperature sensor as a double temperature sensor, two independent systems with an insulating body, resistance winding, insulating film and sheet metal jacket are accommodated in a common sensor tube.
In the drawing, an embodiment of a temperature sensor according to the invention is shown in FIGS. 1 and 2 in longitudinal section and in an enlarged cross section; 3 and 4 show sections III-III and IV-IV of FIG. 1 and FIG. 5 shows an enlarged view in the direction S in FIG.
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A winding 2 made of resistance wire is wound onto a plate-shaped insulating body 1.
The length of the insulating body 1 is provided with two openings 3, in which lead wires 4 and an end piece 5 are attached. The right-hand ends of the wires of the winding 2, which is wound bifilar in the present case, are each connected to one of the supply wires 4, for which purpose these are provided with bends 6 (see FIG. 4). The two left ends of the winding wires are attached to the end piece 5, which is provided with a similar bend (see FIGS. 3 and 5). The insulating body 1 is provided at its right end with two incisions 7 and 8 of unequal depth, which are used to support the bends 6 of the lead wires 4. This prevents them from twisting. On the winding 2 is a thin insulating layer, e.g. B. a film 9 made of insulating material, attached, as can be seen from FIG.
The whole thing is complete with a two-part sheet metal jacket10, 11
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of part 10 include. The sensor tube 12 is closed at its left end with a base 14 (see FIG. 1) and provided at its right end with a threaded nipple 15 which carries two connecting tubes 16 to which the lead wires 4 are connected. The sensor tube is hermetically sealed by soldering or by pouring it with synthetic resin and is inserted into a protective tube (not shown) into which it fits with little play and which is surrounded by the medium to be monitored.
In addition to a robust structure, the described arrangement achieves a very good thermal coupling of the resistance wires 2 to the medium to be monitored, because the metallic sensor tube 12 can be pushed into the protective tube with a tight fit and because the resistance wires 2 over the sheet metal jacket 10, 11 and its soldered connection with the sensor tube are in close thermal connection. This results in the advantage that the temperature sensor allows larger measuring currents with a relatively small self-heating and that its reaction speed is considerably improved.
If the temperature sensor described is to be used in air ducts, etc., a protective tube is not necessary. In this case it is advisable to provide the sensor tube with ribs, which further improves the heat transfer to the resistance wire of the temperature sensor.
As can be seen from FIG. 2, the design of the temperature sensor according to the invention enables the arrangement of two independent windings 2 in one and the same sensor. without increasing its diving length. With such a Doppe1filhler the two windings can e.g. B. can be switched into different branches of a bridge circuit, whereby the control voltage available on the bridge diagonal is doubled, which is particularly advantageous for control purposes.
As a result of the described embodiment of the two-part sheet metal jacket 10, 11, a firm, complete enclosure of the winding 2 is achieved over its entire surface. After the insulating body provided with winding and insulating layer has been inserted into the sheet metal jacket part 10, the sheet metal jacket part 11 is placed. The whole is then pressed together and the interlocking edges are bent into the final shape shown, whereupon the sensor element thus formed is soldered into the sensor tube.
PATENT CLAIMS:
1. Temperature sensor for the electrical determination of temperatures or temperature differences with a resistor winding applied to at least one elongated insulating body, which is surrounded by a sheet metal jacket, which in turn is arranged in a closed sensor tube and conducts heat with it over its entire length is connected, characterized in that the resistance winding (2) located on the insulating body (1) is tightly enclosed by the sheet metal jacket (10, 11) with the interposition of a thermally conductive, but electrically insulating film (9).