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Thermostat
Die Erfindung betrifft einen Thermostat mit einem Temperaturfühler aus ferromagnetischem Material mit temperaturabhängiger Permeabilität, der als Kern einer Induktionsspule wirkt.
Der Gütegrad eines Thermostates ist umso höher, je geringer die Schwankungen der eingestellten Temperatur im Inneren des Apparates sind. Jede Temperaturänderung wird durch einen Temperaturfühler wahrgenommen und dieser wird zur Steuerung des Temperaturreglers herangezogen. Die Genauigkeit der Regelung steigt mit wachsender Empfindlichkeit des Temperaturreglers. Als Temperaturfühler können Bimetall-Elemente, Widerstandsthermometer, Thermistoren, Kontaktthermometer usw. verwendet werden.
Die Empfindlichkeit eines Thermistors beträgt beinahe das Zehnfache der Empfindlichkeit eines Metallthermometers. Anderseits kann der Temperaturkoeffizient der Induktivität einer Induktionsspule mit Ferritkern noch zehnmal grösser als der Tempenturkoeffizient eines Thermistors gemacht werden. In Fig. l ist die Änderung der magnetischen Permeabilität bar eines Ferritkernes als Funktion der Temperatur T dargestellt.
Die Richtungstangente der Kurve der magnetischen Permeabilität als Funktion der Temperatur ist im Gebiete unter dem Curie-Punkt (bei tieferen Temperaturen) positiv und in der Nähe des Curie-Punktes negativ. Prinzipiell können beide Kurvenabschnitte zur Temperaturregelung herangezogen werden ; es ist nämlich der Abschnitt der positiven Richtungstangente in einem ziemlich weiten Temperaturintervall geeignet, zur Regelung herangezogen zu werden, aber nur mit einer sehr kleinen Empfindlichkeit. Eine Anordnung dieser Artistz. B. in der deutschen Patentschrift Nr. 952847 beschrieben, wo es sich um die Messung bzw. Übertragung von Temperaturwerten mit Hilfe einer durch eine variable Induktivität beeinflussten Oszillatorfrequenz handelt.
Wie bereits erwähnt, können derartige Anordnungen innerhalb verhältnismässig weiter Temperaturgrenzen benützt werden, wobei aber die durch Änderung der Permeabilität
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Frequenzänderung verhältnismässig geringist.
Anderseits kann der Abschnitt der negativen Richtungstangente in einem engeren Gebiet mit hoher Empfindlichkeit für die Regelung verwendet werden. Die Permeabilität eines in eine Spule verlegten Ferritkerneskann auf diese Weise stark temperaturabhängig gemacht werden. In einem Wechselstromkreis ist die Impedanz der Spule proportional der magnetischen Permeabilität des Ferritkernes und daher ebenfalls eine stark ausgeprägte Funktion der Temperatur.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildeter Thermostat der einleitend angegebenen Art nützt diese Verhältnisse vorteilhaft aus und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule als Heizungssteuerelement des Thermostates dient und der Arbeitspunkt des Spulenkernes am absteigenden Zweig der Temperatur-Permeabilitäts-Kurvezwischen dem Maximum derselben und dem Curie-Punkt liegt, in welchem einer geringfügigen Änderung der Temperatur eine hohe Permeabilitätsänderung sowie eine hohe, zur Steuerung des Thermostat-Heizstromkreises angewendete Induktivitätsänderung der Induktionsspule entspricht. Der Aufbau eines Temperaturreglers nach der Erfindung wird am Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 genauer erläutert.
Die Spule 1 des temperaturempfindlichen Ferritkernes ist mit einer Relaisspule 2 in Reihe geschaltet ; in kaltem Zustand hat der Ferrit eine hohe magnetische Permeabilität und daher ist die Induktivität der
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Spule gross und der durch die Relaisspule 2 fliessende Strom schwach, also nicht stark genug, um den Kon- takt 3 zwecks Ausschaltung des Heizstromes 4 zu unterbrechen. Wird aber der Ferrit erwärmt, so nimmt die magnetische Permeabilität und auch die Spuleninduktivität bedeutend ab, die Stärke des durch die
Relaisspule fliessenden Stromes nimmt plötzlich zu und der Kontakt 3 öffnet, wodurch der Strom über den
Heizkörper 4 unterbrochen wird.
Eine andere Variante der Anwendung des erfindungsgemässen Prinzips ist in Fig. 3 dargestellt. Die
Spule 5 eines Ferritkernes 1 mit temperaturabhängiger Permeabilität wirkt als Schwingkreisspule oder
Rückkoppelspule eines durch ein elektronisches Element (Elektronenröhre oder Transistor) betriebenen
Oszillators. Ist die Temperatur des Ferritkernes 1 kleiner als die Curie-Temperatur, so ist die Induktivität der Spule 5 gross und der Oszillator schwingt. Steigt aber die Temperatur in der Richtung der Curie-Tem- peratur, so sinkt die Induktivität der Spule 5 in bedeutendem Masse und der Oszillator hört auf zu schwin- gen.
Da es immer möglich ist, das elektronische Element derart einzustellen, dass die Intensität des durch dieses Element fliessenden Stromes in dem Zustand des schwingenden Oszillators bedeutend von der Stromstärke bei ruhendem Oszillator abweicht, kann man diese Stromstärkenänderung verwenden. um den
Heizstrom des Thermostates bzw. das Regelelement (z. B. das Relais) zu steuern. Im Falle eines kleinen Thermostates genügt die Leistung des Oszillatorwechselstromes zur Heizung, und daher wird der Einbau eines Regelelementes (eines Relais) überflüssig. In solchen Fällen wird der Thermostat ohne Einschaltung eines beweglichen Organs geregelt. Dieser Vorteil ist bedeutend. Die Heizung des Thermostates wird je nach dem Schwingungszustand des Oszillators ein-oder ausgeschaltet.
Die hier beschriebene Regelvorrichtung kann auch als Notschalter des Thermostates verwendet werden. Der Ferritregler als Notschalter soll für die höchste Betriebstemperatur bemessen und zugleich mit einem üblichen Temperaturregler kombiniert werden. Wird der normale Regler unbrauchbar, so wird die Abschaltung nach Erreichen der maximalen Betriebstemperatur durch den Ferritregler hervorgerufen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Thermostat mit einem Temperaturfühler aus ferromagnetischem Material mit temperaturabhängiger Permeabilität, der als Kern einer Induktionsspule wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule als Heizungssteuerelement des Thermostates dient und der Arbeitspunkt des Spulenkernes am absteigenden Zweig der Temperatur-Permeabilitäts-Kurve, zwischen dem Maximum derselben und dem Curie-Punkt liegt, in welchem einer geringfügigen Änderung der Temperatur eine hohe Permeabi- litätsänderung sowie eine hohe, zur Steuerung des Thermostat-Heizstromkreises angewendete Induktivitätsänderung der Induktionsspule entspricht.