Einrichtung zur Temperaturmessung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Tem peraturmessung g mit einem Bimetall als Messwerk.
Um bei Messeinrichtungen einen hohen Verstärkungsgrad in einer einzigen Stufe zu erzielen, wird bei bekannten Einrichtungen mittels der elektrischen Eingangs energie in einem Messwerk eine mecham- sche Bewegung ausgelöst zur Betätigung von Regelgliedern, die ihrerseits zur Steuerung des Ausgangsstromes dienen. So kann beispielsweise mittels des Messwerk, es, eine Blende betätigt werden, die in einer auf dem Bolometerprinzip beruhenden Anordnung Kühlluftströme steuert. Bei anderen Anordnungen werden durch das Messwerk im Ausgangskreis liegende Widerstände geregelt.
Diese bekannten Einrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf. Die durch das Messwerk betätigten Regelgiieder besitzen ein verhältnismässig grosses Trägheitsmoment, beispielsweise die Bolometerblende, oder es treten bei ihrer Betätigung Reibungskräfte auf, beispielsweise bei Regelwiderständen, zu deren Überwindung eine verhältnismässig grosse Eingangs energie erforderlich ist. Diese Nachteile bedingen eine grosse Trägheit des Verstärkers, sie begrenzen den Verstärkungsfaktor und machen eine Mindestenergie notwendig, unterhalb der eine Verstärkung nicht mehr möglich ist.
Diese Nachteile können bei einer Einrichtung zur Verstärkung kleiner elektrischer Grössen dadurch weitgehend vermieden werden, dass durch das Messwerk ein Magnet verstellt wird, dessen Feld den Ausgangsstrom einer auf magnetische Felder ansprechenden Anordnung steuert. Als auf magnetische Felder ansprechende Anordnung kann beispielsweise eine Kerndrosselspule vorgesehen sein, deren induktiver Widerstand durch Änderung der Permeabilität des Spulenkernes mittels des steuernden Magneten geändert wird. Ferner kann eine Magnetfeldröhre vorgesehen sein, bei welcher der Widerstand der Elektronenstrecke durch das Feld ! des steuernden Magneten geändert wird.
Derartige Einrichtungen erfordern jedoch einen verhältnismässig grossen Aufwand und sind mit einer grösseren Anzahl von Fehlerquellen behaftet.
Gemäss der vorliegenden Erfindung können die vorerwähnten Nachteile dadurch weitgehend vermieden werden, dass ein Magnet und ein, in dessen Luftspalt relativ zum Magneten beweglich angeordneter, magnetisch steuerbarer Haibleiterwiderstand vorgesehen sind. Der Magnet ist am beweglichen Ende des Bilnetalls angeordnet und der Halbieiterwiderstand fest montiert oder umgekehrt. Als Magnet kann beispielsweise ein Permanentmagnet vorgesehen sein, dessen Pole zweckmässig als Polschuhe ausgebildet sind, die den Luftspalt begrenzen. Mit zunehmender Temperatur bewegt sich das freie Ende des Bimetalls und damit der Haibleiterwiderstand relativ zum Magneten, so dass sich der den Halbleiterwiderstand durchsetzende Teil des Magnetfeldes ändert.
Dementsprechend ändert sich der Widerstand des Halbleiterkörpers und d ein ihn durchiliessender Mess- strom. Die Stromänderung ist ein Mass für die Tem peratur. Das Gerät hat eine grosse Lebensdauer, da Reibungskräfte und mechanische Kraftwirkungen zwischen Idem Magneten und idem Halbleiterwider stand d fehlen. Wegen der kleinen Abmessungen der Halbleiterplatte ist es möglich, grosse Widerstands änderungen bei geringen Bewegungen des Bimetalls zu erreichen. Daraus ergibt sich eine grosse Empfindlichkeit des Gerätes.
Zur weiteren, beispielsweisen Erläuterung der Erfindung soll auf die Zeichnung Bezug genommen werden.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Tem peraturmesseinrichtung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht.
Fig. 2 stellt eine Seitenansicht der Fig. 1 dar.
Nach Fig. 1 ist ein plattenförmiger, magnetisch gesteuerter Halbiefterwiderstand d 1, der mit zwei elek- trischen Leitungsanschlüssen 2 versehen ist, auf einer Grunidplatte 3 senkrecht angeordnet. Auf der Grundplatte 3 ist ferner ein Ende eines IU-förmig gebogenen Binietalistreifens 4 mittels einer Unterlage 5 aus einem geeigneten Material, beispielsweise Kunststoff, befestigt. An, dem anderen, frei beweglichen Ende des Bimetalls 4 ist ein Magnet 6 gbefestigt, indessen Magnetfeld zur Steuerung des Widerstandes 1 vorgesehen ist. Zur Einstellung der Nullstellung der Anordnung ist eine Justierschraube 7 vorgesehen.
Aus der Seitenansicht der Messanordnung nach Fig. 2 ist die Form des Magneten 6 und die Anord nung des Halbleiterwiderstandes 1 im Luftspalt zu erkennen, der von den Polschuhen des Magneten 6 gebildet wird.
Der Bimetallstreifen 4 soll beispielsweise so aufgebaut sein, Idass sich das bewegliche Streifenende, an welchem der Magnet 6 befestigt ist, mit zunehmender Temperatur nach oben bewegt. Mit zunehmender Temperatur wird somit der vom Feld des Magneten 6 durchsetzte Teil des Halbleiterwiderstandes 1 ver mindert und damit dessen Widerstandswert entsprechend kleiner. Der Strom eines an die Klemmen 2 angeschlossenen Mess-Stromkreises wird entsprechend erhöht. Die Stromerhöhung ist somit ein direk- tes Mass für die Temperaturänderung.
Es kann auch ein Bimetallstreifen gewählt wer den, dessen Ende sich mit zunehmender Temperatur nach unten bewegt. Der Halbleiterwiderstand 1 wird dann so angeordnet, dass er sich mit zunehmender Temperatur in den Luftspalt hineinbewegt. Dementsprechend wird der Widerstandswert des Halbleiterwiderstandes 1 mit zunehmender Temperatur erhöht und damit ein vongagebener Mess-Strom vermindert.
Im Ausführungsbeispiel ist der Magnet 6 am Ende des Bimetalls 4 befestigt. Es kann jedoch auch der Magnet 6 auf der Grundplatte 3 angeordnet und der Haibleiterwiderstand 1 am Bimetall 4 befestigt und mit zwei flexiblen elektrischen Anschlussleitungen versehen sein.
Die Temperaturänderung wird ständig erfasst, und zwar beim Anlegen einer Spannung durch eine Stromänderung oder bei einem vorgegebenen Strom durch die Spannungsänderung.
Anstelle der mechanischen Einstellung Ider Nullstellung der Anordnung mittels der Iustierschraube 7 kann n beispieisweise auch ein magnetischer Neben- schluss gewählt werden, der zugleich zur Einstellung des Arbeitspunktes herangezogen wenden kann. Als magnetischer Nebenschluss kann beispielsweise ein in geeigneter Weise befestigtes Eisenjoch 8 vorgesehen sein. Mit dem vorzugsweise einstellbaren Abstand des Eisenjoches 8 von ideen Polschuhen, des Magneten 6 kann der Teil des Magnetfeldes, der sich üher das Eisenjoch schliesst, verändert werden.
Der Arbeitspunkt kann beispielsweise in den annähernd geradlinigen Teil der quadratischen Kennlinie gelegt werden und damit ein weitgehend lineares Arbeits- verhalten, der Anordnung erreicht werden.
Die gleiche Wirkung kann Idurch einen elektrischen Nebenschluss erreicht werden. Zu diesem Zweck kann paralleL zum Haibleiterwiderstand ein vorzugsweise veränderbarer Widerstand angeordnet sein.
Die gesamte Einrichtung kann zweckmässig derart angeordnet werden, dass sich bei der Bewegung des Bimetalls 4 der Schwerpunkt ider Einrichtung nicht ändert. Damit wird der Einfluss Ider Schwerkraft Ides aus Bimetall 4 und Magneten 6 gebildeten Körpers beseitigt.
Device for temperature measurement
The invention relates to a device for temperature measurement g with a bimetal as a measuring mechanism.
In order to achieve a high degree of amplification in a single stage in measuring devices, in known devices a mechanical movement is triggered by means of the electrical input energy in a measuring mechanism to actuate control elements which in turn serve to control the output current. For example, a diaphragm can be operated by means of the measuring mechanism, es, which controls cooling air flows in an arrangement based on the bolometer principle. With other arrangements, resistances in the output circuit are regulated by the measuring mechanism.
These known devices have various disadvantages. The control elements actuated by the measuring mechanism have a relatively large moment of inertia, for example the bolometer diaphragm, or frictional forces occur when they are actuated, for example in the case of control resistors, which require a relatively large input energy to overcome. These disadvantages cause the amplifier to be very inert, they limit the amplification factor and require a minimum energy below which amplification is no longer possible.
These disadvantages can largely be avoided in a device for amplifying small electrical quantities in that the measuring mechanism adjusts a magnet whose field controls the output current of an arrangement that responds to magnetic fields. As an arrangement that responds to magnetic fields, a core choke coil can be provided, for example, the inductive resistance of which is changed by changing the permeability of the coil core by means of the controlling magnet. Furthermore, a magnetron can be provided in which the resistance of the electron path through the field! of the controlling magnet is changed.
Such devices, however, require a relatively large amount of effort and are subject to a large number of sources of error.
According to the present invention, the aforementioned disadvantages can largely be avoided by providing a magnet and a magnetically controllable semiconductor resistor which is arranged in its air gap so as to be movable relative to the magnet. The magnet is arranged at the moving end of the bilnetall and the semiconductor resistor is fixed or vice versa. A permanent magnet, for example, whose poles are expediently designed as pole shoes that delimit the air gap, can be provided as the magnet. With increasing temperature, the free end of the bimetal and thus the semiconductor resistor moves relative to the magnet, so that the part of the magnetic field penetrating the semiconductor resistor changes.
The resistance of the semiconductor body and d a measuring current flowing through it change accordingly. The change in current is a measure of the temperature. The device has a long service life because there are no frictional forces and mechanical force effects between the magnet and the semiconductor resistor. Because of the small dimensions of the semiconductor plate, it is possible to achieve large changes in resistance with small movements of the bimetal. This results in a great sensitivity of the device.
To further explain the invention by way of example, reference should be made to the drawing.
In Fig. 1, an embodiment of a Tem perature measuring device according to the invention is illustrated schematically.
FIG. 2 shows a side view of FIG.
According to FIG. 1, a plate-shaped, magnetically controlled half-arm resistor d 1, which is provided with two electrical line connections 2, is arranged vertically on a base plate 3. On the base plate 3, one end of an IU-shaped bent binietal strip 4 is also fastened by means of a base 5 made of a suitable material, for example plastic. A magnet 6 is attached to the other, freely movable end of the bimetal 4, while a magnetic field is provided for controlling the resistor 1. An adjusting screw 7 is provided for setting the zero position of the arrangement.
From the side view of the measuring arrangement according to FIG. 2, the shape of the magnet 6 and the arrangement of the semiconductor resistor 1 can be seen in the air gap which is formed by the pole pieces of the magnet 6.
The bimetallic strip 4 should, for example, be constructed in such a way that the movable end of the strip, to which the magnet 6 is attached, moves upward with increasing temperature. As the temperature rises, the part of the semiconductor resistor 1 penetrated by the field of the magnet 6 is reduced and its resistance value is correspondingly smaller. The current of a measuring circuit connected to terminals 2 is increased accordingly. The increase in current is therefore a direct measure of the temperature change.
A bimetallic strip can also be selected, the end of which moves downwards with increasing temperature. The semiconductor resistor 1 is then arranged such that it moves into the air gap with increasing temperature. Correspondingly, the resistance value of the semiconductor resistor 1 increases with increasing temperature and thus a measured current at the same time is reduced.
In the exemplary embodiment, the magnet 6 is attached to the end of the bimetal 4. However, the magnet 6 can also be arranged on the base plate 3 and the semiconductor resistor 1 can be fastened to the bimetal 4 and provided with two flexible electrical connection lines.
The temperature change is continuously recorded, namely when a voltage is applied by a current change or with a specified current by the voltage change.
Instead of the mechanical setting of the zero position of the arrangement by means of the adjusting screw 7, a magnetic shunt can also be selected, for example, which can also be used to set the operating point. A suitably fastened iron yoke 8, for example, can be provided as a magnetic shunt. With the preferably adjustable distance of the iron yoke 8 from the ideal pole pieces, the magnet 6, the part of the magnetic field that closes over the iron yoke can be changed.
The operating point can, for example, be placed in the approximately straight part of the quadratic characteristic curve and thus a largely linear operating behavior of the arrangement can be achieved.
The same effect can be achieved by an electrical shunt. For this purpose, a preferably variable resistor can be arranged parallel to the semiconductor resistor.
The entire device can expediently be arranged in such a way that the center of gravity of the device does not change when the bimetal 4 is moved. This eliminates the influence of the force of gravity Ides formed from the bimetal 4 and the magnet 6.