DD204344A1

DD204344A1 - PROTECTION DEVICE WITH AN AUTOMATIC RELEASE MECHANISM FOR ELECTRICAL SYSTEMS

Info

Publication number: DD204344A1
Application number: DD23791582A
Authority: DD
Inventors: Matthias Haase
Original assignee: Matthias Haase
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1983-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung mit selbstaendigem Ausloesemechanismus fuer unvorhergesehene Betriebsvorfaelle in elektrischen Anlagen, vorzugsweiseGeraete, zur fluessigen Medienerwaermung. Es soll eine materialarme technologisch einfache Vorrichtung mit hoher Funktionssicherheit und Schutzwirkung,unabhaengig von der Leistungsaufnahme der Anlage oder des Geraetes, erzielt werden. Es soll die Aufgabe geloest werden, dass insbesondere fuer Tauchsieder eine Schutzvorrichtung geschaffen wird, die in einem Hilfsstromkreis angeordnet werden kann. Das wird dadurch erreicht, dass der Hilfsstromkreis, in dem ein thermoempfindliches Bauelement angeordnet ist, direkt im thermischen Schwerpunkt vorgesehen ist. Im Hauptstromkreis ist ein Schmelzeinsatz angeordnet. Der Hilfsstromkreis kann entsprechend seiner Dimensionierung sowohl vollstaendig als auch nur teilweise im Heizkoerper integriert sein. Das thermo-empfindliche Bauelement besteht aus einem temperaturabhaengigen Widerstandswerkstoff, beispielsweise aus einem polykristallinen Metalloxid, vorzugsweise Sinteroxid, das zum Heizkoerper ineinem elektrischen und thermischen Kontakt steht.The invention relates to a protective device with independent Ausloesemechanismus for unforeseen operating incidents in electrical systems, preferably Gereraete, for liquid media heating. It should be a low-material technologically simple device with high reliability and protective effect, regardless of the power consumption of the system or the device can be achieved. It should be solved the task that, in particular for immersion heaters, a protective device is provided which can be arranged in an auxiliary circuit. This is achieved in that the auxiliary circuit, in which a thermosensitive component is arranged, is provided directly in the thermal center of gravity. In the main circuit a fuse link is arranged. The auxiliary circuit can be integrated in accordance with its dimensions both completely and only partially in the radiator. The thermosensitive component consists of a temperature-dependent resistance material, for example of a polycrystalline metal oxide, preferably sintered oxide, which is in electrical and thermal contact with the heating body.

Description

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Titel der ErfindungTitle of the invention

'Schutzvorrichtung mit einem selbsttätigen Auslösemechanismus für elektrische Anlagen"'Protection device with an automatic release mechanism for electrical installations'

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung mit einem selbsttätigen Auslösemechanismus für elektrische Anlagen bzw, Geräte, vorzugsweise für elektrische Heizgeräte zur Erwärmung von flüssigen Medien, insbesondere Tauchsieder zur Erwärmung von WasserThe invention relates to a protective device with an automatic release mechanism for electrical systems or devices, preferably for electric heaters for heating of liquid media, in particular immersion heaters for heating water

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Elektrische Anlagen, vorzugsweise Heizgeräte zur Wassererwärmung, können grundsätzlich mit einer Schutzvorrichtung versehen sein, um im Falle bei unvorhergesehenen Betriebsvorfällen, insbesondere "Trockengehen**, ein Durchbrennen von in diesen Geräten angeordneten Heizkörpern (Heizwendel) weit« gehend auszuschließen. Mit diesen Schutzvorrichtungen können somit Brandgefahr und Unbrauchbarkeit der Geräte grundsätzlich vermieden werden.Electrical systems, preferably heaters for heating water, can in principle be provided with a protective device in order to prevent in the event of unforeseen operating incidents, in particular "dry-running **, burning through of heating devices arranged in these devices (heating coil) Fire hazard and uselessness of the devices are basically avoided.

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im Gegensatz zu allen anderen Elektrowärmegeräten bereitet ein Einbau einer Schutzvorrichtung in einem Tauchsieder gewisse Schwierigkeiten. Ein Schalter muß im Anschluß- oder Griffteil, das sich an unbeheizten Rohrenden befindet, angeordnet werden. Ein auslösendes Organ bzw. ein Fühler muß möglichst nahe am thermischen Schwerpunkt bzw« am Signalbereich, auch Signalstelle genannt, angeordnet sein. Der Schalter und der Fühler sind grundsätzlich mittels eines Übertragers funktionell miteinander verbunden. Die Kompliziertheit vorher genannter Anordnung wird dadurch deutlich, daß beim Betrieb an der Luft der Tauchsiedergriffbereich relativ kaltIn contrast to all other electric heaters, installation of a protective device in a immersion heater causes certain difficulties. A switch must be placed in the connection or handle part located at unheated pipe ends. A triggering device or a sensor must be arranged as close as possible to the thermal center of gravity or at the signal area, also called signal point. The switch and the sensor are in principle functionally interconnected by means of a transformer. The complexity of the above-mentioned arrangement becomes clear from the fact that when operating in the air the immersion lower handle region is relatively cold

bleibt, wenn bereits der Bereich, in dem der Heizkörper im Tauchsieder angeordnet ist, etwa schon 1173 K erreicht hat.remains if already the area in which the radiator is arranged in the immersion heater, has already reached about 1173 K.

Daraus ergibt sich die Forderung, daß das Fühlorgan und der Schalter einer sogenannten Schutzvorrichtung funktionell miteinander verbunden sein müssen.This results in the requirement that the sensing element and the switch of a so-called protection must be functionally connected to each other.

Weitere Forderungen sind, eine wasserdichte Anordnung der gesamten Schutzvorrichtung im Heizgerät und eine Betätigung des im Anschluß- bzw. Griffteil des Heizgeräte angeordneten Schalters von außen.Other requirements are a watertight arrangement of the entire protection device in the heater and an operation of the arranged in the connection or handle part of the heater switch from the outside.

Die gegenwärtig bekannten Schutzvorrichtungen arbeiten nach unterschiedlichen Prinzipien, wie es beispielsweise die DE-PS 1 074 778, 1099 661 (Prinzip einer Flüssigkeits- oder Gasausdehnung)* DE-OS 1 241 519 (Bimetallkombination), DE-OS 2 540 034 (Temperatursicherung) und DD-PS 2 9170 (Auslötprinzip) .zeigen.The currently known protective devices operate according to different principles, such as, for example, DE-PS 1 074 778, 1099 661 (principle of a liquid or gas expansion) * DE-OS 1 241 519 (bimetallic combination), DE-OS 2 540 034 (temperature protection) and DD-PS 2 9170 (Auslötprinzip) show.

Fener ist nach der DE-PS 957 965 (21 h, 13/17) ein elektrischer Tauchsieder dahingehend bekannt, daß zwei im Hilfsstromkreis liegende Elektroden (Fühlorgan), die von der zu erhitzen den Flüssigkeit beim Eintauchen des Tauchsieders» den Hilfs-Stromkreis schließend, leitend verbunden werden.Fener is known from DE-PS 957 965 (21 h, 13/17) to an electrical immersion heater to the effect that two auxiliary circuit lying in the electrodes (sensing element), the liquid to be heated by the immersion of the immersion heater »closing the auxiliary circuit , be connected conductively.

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Alle diese Prinzipien bedingen den Einsatz externer Elemente wie beispielsweise Temperaturfühler, Schalter, Ausdehnungsgefäße, elektromagnetische Vorrichtungen oder Schraelzgliedfühler. Weiterhin sind diese Schutzvorrichtungen hinsichtlich Technologie und Material von hohen Kosten und Aufwendungen gekennzeichnet . Ferner sind diese Schutzvorrichtungen für ganz bestimmte elektrische Anlagen und Geräte ausgebildet. Ihr Anwendungsbereich,beispielsweise hinsichtlich Einsatz und Anordnung in Anlagen und Geräten unterschiedlichen Leistungsgrößen, kann kaum variabel gestaltet werden. Darüber hinaus muß ein relativ hoher Aufwand an Abdichtraaßnahmen durchgeführt werden.All these principles require the use of external elements such as temperature sensors, switches, expansion vessels, electromagnetic devices or Schimmelzgliedfühler. Furthermore, these protections are characterized by high cost and expense in terms of technology and material. Furthermore, these protections are designed for specific electrical equipment and devices. Their field of application, for example in terms of use and arrangement in plants and devices of different performance sizes, can hardly be made variable. In addition, a relatively high amount of Abdichtraaßnahmen must be performed.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Mit der Erfindung soll eine weitgehend materialarme und tech~ nologisch einfache Schutzvorrichtung mit einem selbsttätigen Auslösemechanismus für elektrische Anlagen erreicht werden, die bei hoher Funktionssicherheit, unabhängig von der Leistungsaufnahme der Anlage, eine weitgehende Schutzwirkung ermöglicht.With the invention, a largely low-material and technologically simple protective device with an automatic release mechanism for electrical systems is to be achieved, which allows for high reliability, regardless of the power consumption of the system, a broad protective effect.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung gegen unvorhergesehene Betriebsvorfälle bei Heizgeräten, insbesondere Tauchsieder, zu schaffen, die in einem Hilfsstromkreis angeordnet werden kann.The invention has for its object to provide a protection against unforeseen operating events in heaters, in particular immersion heaters, which can be arranged in an auxiliary circuit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hilfsstromkreis, in dem ein thermo-empfindliches Bauelement angeordnet ist, direkt im thermischen Schwerpunkt bzw. im Bereich der Signalerzeugung vorgesehen ist und daß im Hauptstromkreis, vorzugsweise im Netzstecker, einer Anlage bzw. eines Gerätes ein Schmelzeinsatz angeordnet ist.The object is achieved in that the auxiliary circuit, in which a thermo-sensitive device is arranged, is provided directly in the thermal focus or in the field of signal generation and that in the main circuit, preferably in the power plug, a system or a device, a fuse link is arranged.

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Der Hilfsstromkreis kann entsprechend seiner Dimensionierung sowohl vollständig als auch nur teilweise in einem Heizkörper integriert sein.The auxiliary circuit can be integrated according to its dimensions both completely and only partially in a radiator.

Das im Hilfsstromkreis angeordnete thermo-empfindliche Bauelement ist einerseits über einen isolierten Draht mit dem Heizkörper an einem wählbaren Punkt mittels eines kugelförmigen Kontaktes und andererseits an einem gemeinsamen Punkt mit einer Stromzuführung und dem Heizkörper elektrisch verbunden.The arranged in the auxiliary circuit thermo-sensitive device is electrically connected on the one hand via an insulated wire to the radiator at a selectable point by means of a spherical contact and on the other hand at a common point with a power supply and the radiator.

Das thermo-empfindliche Bauelement besteht aus einem temperaturabhängigen Widerstands-Werkstoff, beispielsweise aus einem polykristallinen Metalloxid, vorzugsweise Sinteroxid, das im Bereich der Signalerzeugung zum Heizkörper in einem elektrischen und thermischen Kontakt steht.The thermo-sensitive component consists of a temperature-dependent resistance material, for example of a polycrystalline metal oxide, preferably sintered oxide, which is in electrical and thermal contact in the region of the signal generation to the radiator.

Das im Hilfsstromkreis angeordnete thermo-empfindliche Bauelement ist ein Bimetall.The arranged in the auxiliary circuit thermo-sensitive device is a bimetal.

Das im Hilfsstromkreis angeordnete thermo-empfindliche Bau« element ist ein Heißleiter.The thermo-sensitive construction element arranged in the auxiliary circuit is a thermistor.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ist folgende :The operation of the protective device according to the invention is the following:

Im Falle eines unvorhergesehenen Betriebsvorfalles, beispielsweise Überschreitung einer unzulässigen Temperatur im un« sachgemäßen Betrieb bei einer elektrischen Anlage oder bei einem Gerät, entsteht durch den Hilfsstromkreis, auch Parallelstromkreis genannt, eine Erhöhung des Gesamtstromes um mehr als das l,5fache des Nennwertes. Diese Erhöhung des Gesamtstromes führt zu einer Zerstörung des i'tn Hauptstrorakreis angeordneten Schmelzeinsatzes. Somit ist die Anlage oder das Gerät, vorzugsweise Tauchsieder, abgeschaltet«, Nach Auswechseln des Schraelzeinsatzes ist die Anlage und/oder das Gerät wieder funktionsfähig.In the event of an unforeseen incident, for example exceeding an unacceptable temperature during normal operation of an electrical installation or a device, the auxiliary circuit, also called a parallel circuit, will increase the total current by more than 1.5 times the nominal value. This increase in the total current leads to a destruction of the i'tn Hauptstrorakreis arranged melt insert. Thus, the system or the device, preferably immersion heater, off «, After replacing the Schraelzeinsatzes the system and / or the device is functional again.

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Au sführungsbeispielAu sführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines, Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen % In the accompanying drawings show %

Fig. l: eine sehematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung im thermischen Schwerpunkt einer elektrischen Anlage oder eines Gerätes,1 is a schematic representation of a protective device according to the invention in the thermal center of gravity of an electrical system or a device,

Fig. 2*: eine erfindungsgemäße Anordnung eines thermo-empfindlichen Bauelementes im Hilfsstromkreis der erfindungsgemäßen Schutzvoraussetzung nach Fig. i.Fig. 2 *: an inventive arrangement of a thermo-sensitive device in the auxiliary circuit of the inventive protection requirement of FIG.

Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung kann in Anlagen oder in Geräten, die vorzugsweise zur Erwärmung von flüssigen Me«· dien dienen und grundsätzlich mit einer Temperaturschutzbegrenzung versehen sind, angeordnet werden.The protection device according to the invention can be arranged in installations or in devices which are preferably used for heating liquid media and are generally provided with a temperature protection limitation.

Die in den Zeichnungen schematisch dargestellte Schutzvor·» richtung besteht aus einem HilfsstromkreiSf der parallel zum Hauptstromkreis geschalten ist.The protective device shown schematically in the drawings consists of an auxiliary circuit connected in parallel to the main circuit.

Der Hauptstromkreis besteht aus elektrischen Stromzuführun~ gen 1, einem Heizkörper 2, vorzugsweise Heizwendely und einem Schmelzeinsatz 8.<The main circuit consists of electrical power supply lines 1, a radiator 2, preferably Heizwendely and a melting insert 8 <

Den Hilfsstromkreis bilden erfindungsgemäß nach Fig. l ein thermo-empfindliches Bauelement 3, ein isolierter Draht 4 und ein metallischer kugelförmiger Kontakt 6.According to the invention, the auxiliary circuit according to FIG. 1 forms a thermo-sensitive component 3, an insulated wire 4 and a metallic spherical contact 6.

Der Hilfsstromkreis ist direkt, wie es die Fig. l und Fig. zeigen, im thermischen Schwerpunkt bzw. im Bereich der Signalerzeugung 7 angeordnet. Der Hilfsstromkreis kann entsprechend seiner Dimensionierung sowohl vollständig als auch nur teilweise, wie es die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen, im Heizkör~ per 2 integriert sein.The auxiliary circuit is arranged directly, as shown in FIGS. 1 and 1, in the thermal center of gravity or in the region of the signal generation 7. The auxiliary circuit can according to its dimensions both completely and only partially, as shown in FIGS. 1 and FIG. 2, be integrated in the Heizkör ~ per 2.

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Gemäß der Fig, 1 ist das therrao»*empf indliche Bauelement 3 zwischen der Stromzuführung 1 und dem isolierten Draht 4 im Dornbereich 5 des Heizkörpers 2 angeordnet sowie in einem gemeinsamen Punkt 9 mit der Stromzuführung 1 verbunden.According to FIG. 1, the thermoelectric device 3 is arranged between the power supply line 1 and the insulated wire 4 in the mandrel area 5 of the heating element 2 and is connected to the power supply line 1 at a common point 9.

Der isolierte Draht 4 ist an einem wählbaren Punkt, in Abhängigkeit von der Dimensionierung des thermo-empfindlichen Bauelementes 3 und von der Stromhöhe, die im Hilfsstromkreis fließen soll, mittels des kugelförmigen Kontaktes 6 ebenfalls im Dornbereich 5 des Heizkörpers 2 angeordnet. Dieser kugelförmige bzw. tropfenförmige Kontakt 6 entspricht in seinem Durchmesser dem Dorndurchmesser des Heizkörpers 2. Der Draht 4, auch Verbindungsdraht genannt, ist mit einer wärmebeständigen elektrisch isolierenden Schicht bzw. einem Mantel, vorzugsweise Talkum-Wasserglas, umgeben»The insulated wire 4 is also arranged in the mandrel region 5 of the heating element 2 at a selectable point, depending on the dimensioning of the thermosensitive component 3 and on the current level which is intended to flow in the auxiliary circuit by means of the spherical contact 6. This spherical or teardrop-shaped contact 6 corresponds in diameter to the mandrel diameter of the radiator 2. The wire 4, also called a connecting wire, is surrounded by a heat-resistant electrically insulating layer or a jacket, preferably talcum-water glass.

Das thermo-empfindliche Bauelement 3 besteht aus einem temperaturabhängigen Widerstands-Werkstoff, vorzugsweise aus einem polykristallinen Metalloxid, (Titantrioxid) beispiels~ weise Sinteroxid, das einen ausreichenden Metall-Isolator« Übergang besitzt und deren Übergangswiderstand thermo- bzw. kontaktkraftabhängig sein kann.The thermo-sensitive component 3 consists of a temperature-dependent resistance material, preferably of a polycrystalline metal oxide, (titanium trioxide), for example sintered oxide, which has a sufficient metal-insulator transition and whose contact resistance can be thermo- or contact force dependent.

Nach Fig. 2 ist hierbei ein gewisser Teil des Dornbereiches 5 des Heizkörpers 2 mit einer entsprechenden Materialsubstanz gefüllt, speziell auch Heißleiter genannt, die durch Kristallgitterumwandlungen bei bestimmten Temperaturen ihren Leitwert um 10*ner Potenzen verändert sowie grundsätzlich die vorher genannten Bedingungen erfüllt.According to FIG. 2, a certain part of the mandrel region 5 of the heating element 2 is filled with a corresponding material substance, specifically called a thermistor, which changes its conductance by 10 * powers by crystal lattice transformations at certain temperatures and basically fulfills the aforementioned conditions.

Es ist auch denkbar, als thermo-empfindliches Bauelement 3 im Hilfsstromkreis ein Bimetall anzuordnen.It is also conceivable to arrange a bimetal as thermo-sensitive component 3 in the auxiliary circuit.

Der im Hauptstromkreis angeordnete Schmelzeinsatz 8 kann vorzugsweise in einem Netzstecker einer elektrischen Anlage bzw, einem Gerät, insbesondere Tauchsieder, erfolgen, der bei unsachgemäßem Gebrauch bzw. unvorhergesehenen Betriebsvorfall oben genannte Anlage bzw. Gerät abschaltet.The arranged in the main circuit fuse link 8 may preferably be in a power plug of an electrical system or, a device, in particular immersion heater, which shuts off the above-mentioned system or device in case of improper use or unforeseen operation.

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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung sind durch relativ einfache und materialarme Gestaltungsmerkmale gekennzeichnet. Ferner ist diese erfindungsgemäße Vorrichtung hinsichtlich iher Einfachheit variabel sowohl für Großais auch für Kleingeräte einsetzbar und von hoher Funktionssicherheit gekennzeichnet. Darüber hinaus kann sowohl inner« halb als auch außerhalb einer Anlage oder eines Gerätes auf die sonst zusätzlich angeordneten elektro-mechanischen Fühlorgane und Schalter weitgehend verzichtet werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung in bereits bestehende Anlagen und/oder Geräte bzw. in die gegenwärtig laufende Fertigung von Heizgeräten, insbesondere Tauchsieder; integriert werden. Weiterhin kann diese Schutzvorrichtung in Anlagen und Geräten aller Leistungsgrößen eingesetzt werden. Durch ein einfaches Auswechseln der Schmelzsicherung kann die Betriebsbereitschaft der jeweiligen elektrischen Anlage bzw. des Gerätes wieder hergestellt werden» Es wird ein sicheres Abschalten vorher genannter Anlagen und Geräte ge« währleistet·The advantages of the protective device according to the invention are characterized by relatively simple and low-material design features. Furthermore, this device according to the invention is variable with respect to their simplicity both for Großais also for small appliances used and characterized by high reliability. In addition, inside and outside a system or a device, the otherwise additionally arranged electro-mechanical sensing elements and switches can largely be dispensed with. Furthermore, the protective device according to the invention in already existing systems and / or equipment or in the current production of heating appliances, in particular immersion heaters; to get integrated. Furthermore, this protection device can be used in systems and devices of all sizes. By simply replacing the fuse, the operational readiness of the respective electrical system or of the device can be restored. »A safe shutdown of the above-mentioned systems and devices is ensured.

Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung ist auch vorzugsweise für derartige elektrische Anlagen geeignet, bei denen lokal getrennte Anordnungen der Signalstelle von Stromtrennein— richtungen unter besonderen Bedingungen erforderlich sind, wie beispielsweise unter Bedingungen von Wärme, Feuchtigkeit, Schwingungen, elektrischer Isolationen usw», die eine weiträumige Fernübertragung von Signalen notwendig machen» Es können weitgehend alle Erfordernisse der elektrischen Schutzklasse erfüllt werden·The protective device according to the invention is also preferably suitable for such electrical installations, where locally separate arrangements of the signal point of power disconnecting devices under special conditions are required, such as under conditions of heat, humidity, vibration, electrical insulation, etc., which provide long-range remote transmission Making signals necessary »It is possible to fulfill to a large extent all the requirements of the electrical protection class ·

Claims

invention claim

1. Protection device with an automatic Auslösernechanis' out for electrical equipment, preferably for electrical heaters for heating liquid media, which is arranged in an auxiliary circuit, characterized in that the auxiliary circuit _s in which a thermosensitive component (3) is arranged , is provided directly in the thermal center of gravity (7) or in the area of the signal generation and that in the main circuit, preferably in the power plug, the system or «of the device, a fuse link (8) is arranged.

2. Protection device according to item 1, characterized in that the auxiliary circuit according to its dimensions both completely and only partially in a radiator (2) is integrated.

3. Protection device according to item 1 and 2, characterized in that arranged in the auxiliary circuit thermosensitive component (3) on the one hand via an insulated wire (4) to the radiator (2) at a selectable point by means of a spherical contact (6) and on the other a common point (9) with a power supply (l) and the radiator (2) is electrically connected. '' '

4. protection device according to item 1 to 3, characterized marked characterized in that the thermo-sensitive component (3) consists of a temperature-dependent resistor material, for example a polycrystalline metal oxide, preferably sintered _s that in the field of signal generation (7) to the radiator (2) is in electrical and thermal contact.

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5. Protection device according to item 1 to 4, characterized in that arranged in the auxiliary circuit thermo-sensitive 'leu component (3) is a bimetal.

6. Protection device according to item 1 to 5, characterized in that arranged in the auxiliary circuit thermo-sensitive device (3) is a thermistor.

For this 2 sheets of drawings