DE2013483A1 - Vorrichtung zum Messen und/oder Über wachen von Temperaturen, Niveauhohen und/oder Stromungszustanden flussiger oder gasförmi ger Medien - Google Patents

Vorrichtung zum Messen und/oder Über wachen von Temperaturen, Niveauhohen und/oder Stromungszustanden flussiger oder gasförmi ger Medien

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DE2013483A1 DE19702013483 DE2013483A DE2013483A1 DE 2013483 A1 DE2013483 A1 DE 2013483A1 DE 19702013483 DE19702013483 DE 19702013483 DE 2013483 A DE2013483 A DE 2013483A DE 2013483 A1 DE2013483 A1 DE 2013483A1
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Description

  • Vorrichtung zum Messen und/oder Überwachen von Temperaturen, Niveauhöhen und/oder Strömungszuständen flüssiger oder gasförmiger Medien Die Erfindung be-trifft eine Vorrichtung zum Messen und/ oder Überwachen von Temperaturen, Niveauhöhen und/oder Strömungszuständen flüssiger oder gasförmiger Medien, bei der der unterschiedliche Wärmeübergang zwischen einer Wärmequelle und einem Meßfühler zum Erzeugen eines elektrischen Signals ausgenütz-t wird.
  • Die dich-te Bauelementepackung in großen elektronischen Geräten, wie z.B. Datenverarbeitungsanlagen, bringt mit sich, daß erhebliche Leistungen je Raumeinheit umgesetzt werden. Es werden besondere Belüftungsmaßnahmen zur Ableitung der entstandenen Verlustwärme notwendig. Bei Verwendung von Kühlgebläsen muß der Betriebszustand der Belüftung durch geeignete Fühler überdacht werden,, die im Strörungsfall, d.h. bei Ausfall der Gebläse oder bei zu hoher Temperatur der Kühlluft eine automatische Abschaltung des gefährdeten Gerätes bewirken.
  • Ein vreiteres Einsatzgebiet solcher Fühler besteht in der Überwachung von Flüssigkeitsständen, z.B. in Tanks, Waschmaschinen usw. Elektrothermische Niveauwächter arbeiten nach dem prinzip der-Messung des Wärmeüberganges von einem auf Übertemperatur erwärmten Fühlerkörper an sein umgebendes Medium. Der Körper wird auf konstanter Temperatur gehal-ten. Die hierzu erforderliche Heizleistung ist ein Maß für die Wärmeableitung durch die Umgerbung die z.B. für Wasser deutlich höher liegt als für Luft.
  • Die einfachste Ausführung eines solchen Fühlers besteht allein aus einem Kaltleiter. Aufgrund seiner Kennlinie thermos-ta-tisiert sich ein an konstanter Spannung liegender Kaltleiter im Bereich seiner Betriebstemperatur selbst. Die Größe des bei fester Spannung vom Kltleiter aufgenommenen Stromes zeigt hier die Wärmeableitung an. Die Anwendung dieses Prinzips ist möglich, wenn ein unmittelbarer Wärmekontakt zwischen dem Kaltleiter und dem umgebenden Medium gestattet ist. Es darf sich beispielsweise nicht um leitende Flüssigkeiten handeln.
  • Muß man den Kaltleiterfühler nämlich in ein Gehäuse einbauen, um ihn elektrisch zu isolieren, so verringert der durch das Gehause bedingte Wärmewiderstand die Empfindlichkeit des Fühlers. Die Wärmekapazität des Gehäuses verlängert die Ansprechzeit. Es würden sich dann die in der Praxis kaum zu vereinbarenden Forderungen nach kleinen Gesamtabmessungen und einem großen Verhältnis von Kaltleitermasse zu Gehäusemasse ergeben.
  • Bei der beschriebenen Ausführungsform erfüllt der Kaltleiter eine Doppelfunktion; er muß heizen und messen.
  • Solche Meßfühler sind deshalb relativ ungenau, da die Größe des verwendeten Kalt leiters einen Kompromiß darstellt. Für die Heizfunktion sollte die Wärmekapazität möglich groß sein, für die Meßfunktion dagegen möglichst klein, um eine schnelle wid sichere neige zu erhalten.
  • Es sind berei-ts-Vorrich-tungen bekannt, die diese Doppelfunktion trennen, d.h. Wärmequelle und Meßfühler sind getrennt ausgebildet und stehen über eine Wärmeleitstrecke thermisch miteinander in Verbindung. So ist z.B. ein Wasserstandsniveaufühler bekannt, bei dem Wärmequelle und Meßfühler als Drahtwendeln ausgebildet silld. Die Heizer und Meßdrähte bestehen aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit positivem Temperaturkoeffizienten. Zum Betrieb dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch eine aufwendige elektronische Schaltung nötig, da die Ausgangssignale des Meßfühlers dieser bekannten Schaltung-sehr gering sindi Es ist weiterhin ein elektrothermischer Strömungswächter zum Überwachen von Kühlmittelkreisen bekannt, dessen Meßfühler eine Heizwendel enthält, die als Wendelleiter ausgeführt ist. Die Heizwendel umschließt einen Heißleiter und steht mit diesem in einem definierten Wärmekontakt. Die Wärmeleitsstrecke zwischen Heizwendel und Heißleiter ist so ausgebildet, daß in einem bestimmten Bereich eine der Strömungsgeschwindigkeit angenähert proportionale Wärmemenge an das Kühlmittel abgeführt wird. Bei maximaler Kühlmittelströmung nird dem Fühler so viel Wärme entzogen, daß der Heißleiter die Temperatur des Kühlmittels und damit den Höchstwert senies ohmschen Widerstandes annimmt.
  • Es ist auch schon eine elektrisch betriebene Temperaturmeßeinrichtung für Temperaturmessugen von in einem abschätzbaren engen Intervall liegenden Temperaturwerten, insbesondere ein elektris ches Fieberthermometer vorgeschlagen worden, bei dem ein als Meßfühler dienender keramischer Yaitleiter durch einen zweiten, mit ihm in thermischem Kontakt stehenden Kaltleiter auf eine Temperatur, die in der Nahe der zu messenden Temperatur liegt, aufgeheizt wird.
  • Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Wärme-Isolationsmittel hinsichtlich der Auswahl der Abmessungen des zu verwendenden Materials so bemessen, daß der bei Gebrauch andauernde Wärmefluß zwischen der Heizvorichtung und dem Meßfühler wesentlich geringer ist als zwischen dem zu messenden Körper und dem Meßfühler während des Meßvorgangs, jedoch ausreichend groß zur Vorheizung des Temperaturfühlers.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen und oder Überwachen von Temperaturen, Niveauhöhen und, oder Strömungszuständen flüssiger oder gasförmiger Medien anzugeben, bei der der unterseniedliche Wärmeübergang zwischen einer Wärmequelle und einem Meßfühler zur Erzeugung eines elektrischen Signals ausgenützt viird, die eine möglichst geringe Ansprechzeit und eine kleine Rückstellzeit aufweist und.die es ermöglicht, die Ausgangssignale mit einfachen elektroiiischen Schaltungen sicher zu verarbeiten.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, da als Wärmequelle und als Meßfühler keramische Kaltleiter dienen, die über eine definierte Wärmeleitstrecke miteinander in Verbindung stehen, daß der als Wärmequelle dienende Kaltleiter ein möglichst großes Volumen aufweist, während der als Meßfühler dienende Lraltleiter möglichst klein ist und mit dem zu messenden undXoder zu überwachenden Medium in möglichst engem, tjieriiiischem Kontakt steht und daß die Curietelnsera-tur des als Wärmequelle dienenden Kaltleiters höher ist als die Curietemperatur des als Meßfühler dienenden Kaltleiters und höher als die höchstzulässige Betriebstemperatur des zu überwachenden und oder zu lilessenden Mediums.
  • Damit ergeben sich die Vorteile, daß jeder Kaltleiter nur eine elektrische Funktion auszuführen hat, so daß er nach Größe und Typ optimal angepaßt werden kann, daß das Konstanthalten der Temperatur des als Wärmequelle dienenden Kaltleiters einfach ist, da keramische Kaltleiter auf Grund ihrer thermischen Kennlinie eine große Temperaturstabilität besitzen, daß große Ausgangssignale auch bei geringen Änderungen der zu messenden Größe erhalten werden, daß der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach wird und je nach Verwendungszweck im Hinblick auf eine schnelle Ansprechzeit und eine schnelle Rückatellzeit ausgefülirt werden kann.
  • Eine Variante der oben gekennzeichneten Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle und als Meßfühler nicht unterschiedlich große, sondern etwa gleich große keramische Kaltleiter dienen, die von einem thermisch isolierenden Stoff umhüllt sind derart, daß die im Kaltleiter erzeugte Wärme nur über die Wärmeleitstrecke zu dem als Meßfühler dienen den Kaltleiter.gelangen kann und daß nur die Wärmeleitstrecke mit dem zu messenden undioder zu übermachenden Medium in unmittelbarem thermischen Kontakt steht.
  • Die Vorteile dieser Anordnung liegen in der Verwendung kleinerer Kaltleiter und damit verringerter Heizleistung.
  • Voraussetzung ist aber, daß die Kaltleiter sehr gut thermilch isoliert sind, so daß der Wärmefluß nur über die Wärmeleitstrecke erfolgen kann.
  • Vorzugsweise ist zur Überwachung der Betriebsbereitschaft ein; zusätzlicher keramischer Kaltleiter vorgesehen, der mit dem als Wärmequelle dienenden Kaltleiter in engem, thermischem Kontakt steht und dessen Curieteraperatur unter den Curietemperaturen der übrigen Kaltleiter liegt.
  • Damit werden die Vor-teile erzielt, daß ein Ausfall des als Wärmequelle dienenden keramischen Kaltleiters sofort erlcannt wird und daß die beim ausfall der Meß- und Überwachungsvorrichtung besonders gefährdeten elektronischen Geräte sofort abgeschaltet v/erden können.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Überwachung von Slüssigkeitsständen, z.B. bei elelctrischen Waschmaschinen, bei Ö1-tanks usw. Sinne für dieses Anwendungsgebiet besonders geeignete Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltleiter elektrisch isoliert in ein Metallgehäuse eingebaut sind, daß das Gehäuse als Wärfl0eleitstrec;re dient, daß die Kaltleiter in gutem, thermischem Kontakt mit dem Gehäuse stehen und daß sie voneinander thermisch gut isoliert sind.
  • Bei dieser Ausführungsform steht also die Wärmeleitstrecke mit dem zu überwachenden Medium in besonders engem, thermischem Kontakt, so daß sehr schnell ein Ansprechen des Temperaturfühlers erreichbar ist.
  • Der als Wärmequelle dienende Kaltleiter ist vorteilhaft durch einen Schrumpfschlauch aus hitzebestnndigen Kunststoff isoliert, während der als Meßfühler dienende Kaltleiter in ein Glasgehäuse eingebaut ist, über eine Metalldurchführung jedoch in unmittelbarem thermischem und elektrischem Kontakt mit dem Metallgehäuse steht. Damit ergeben sich die Vorteile, daß das Aufbringen der Isolierschicht auf den als Wärmequelle dienenden Kaltleiter sehr einfach ist, daß die Zuführungsdrähte durch den Schrumpfschlauch zusätzlich mechanisch entlastet werden und daß als Meßfühler ein Kaltleiter in handelsüblicher Ausführung verwendet werden kann.
  • Eine konstruktive Ausführung der erfingungsgemäßen Vorrichtung is-t zur Erzielung einer kurzen Ansprechzeit beim Eintauchen in Flüssigkeit dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im Bereich des Meßfüiilers einen geringeren Durchmesser aufweist als im Bereich der Wärmequelle.
  • Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im Bereich des Meßfühlers &nne Querschnittsverringerung ausgebildet is t und daß der Raum zwischen Fühler und Heizer mit wärmeisolierendem Material ausgefüllt ist. Bei dieser Ausführungsform ist somit, der direkte Wärmeübergang zwischen dein Heizer und dem Meßfühler besonders gering.
  • Zur Vermeidiing einer Tropfenbildung kann das Gehäuse der erfindungsgemäßen Meß- und Überwachungsvorrichtung mit einer nach unten scharf auslaufenden Spitze ausgeführt werden, da eine Tropfenbildung die Rückstellzeit des Fühlers beim Auftauchen aus der Flüssigkeit verlängert.
  • Bei manchen Anwendungsfällen ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse im Bereich des Meßfühlers abgewinkelt ist, da der Fühler sich so leichter in eine Behülterwand e.i£1-bauen läßt.
  • Eine Halterung zum Einbauen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Überwachen von Flüssigkeitsständen in Waschmaschinen ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer Nische des Laugenbehälters von oben über eine Bohrung ein Gewindestutzen leckdicht befestigt ist, daß in diesem Gewindestutzen durch eine hitzebeständige Dichtungsmanschette ein Spritzwasserrohr eingesteckt ist, daß in dieses Rohr über eine weitere hitzebeständige Dichtungsmanschette die Meß- und Überwachungsvorrichtung eingesteckt ist und daß die Abdichtung und Befestigung der Einzelteile durch eine Überwurfmutter erfolgte die über eine hitzebeständige Dichtung das gesamte System auf den Gewindestutzen drückt.
  • Damit ergeben sich die Vorteile, daß kein zu hoher Anteil der Heizerwärme an die Gefäßwand abfließt und so eine Berührung mit Wasser vortäuscht, daß die Bühlerpartie, die den als Wärmequelle dienenden Kaltleiter enthält, nicht mit in die Flüssigkeit eintaucht, weil dadurch nicht nur der Meßfühler an der Spitze, sondern auch der Heizer abgekühlt würde, wodurch sich beim Wiederaustauchen zu lange Rückstellzeiten ergeben würden, daß ein senkrechter, abgedichteter Einbau für Niveaufüiiler in Rohrform möglich ist und daß sich der Fühler von außen her montieren läßt.
  • Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die insbesondere zum Messen und/oder Überwachen der Temperatur und/oder Strömungsgeschwindigkeit gasförmiger Medien besonders geeignet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein quaderförmiger, kerainischer Kalblei-ter, der gleichzeitig als Träger für die gesamte Vorrichtung dient, an zwei Seiten mit Hilfe von Glimmerscheiben elektrisch isoliert ist, daß die Glimmerscheiben mit Hilfe eines hitzebeständigen Schrumpfschlauches, der gleichzeitig die Lötstellen isoliert, festgelegt sind, daß auf der der Strömung zugewandten Seite des Trägerkörpers ein als Meßfühler dienender keramischer Kaltleiter angeordnet ist, der mit dem als Wärmequelle dienenden Kaltleiter über die Glimmerscheibe in thermischem Kontakt steht, daß bei Bedarf auf der der Strömung abgewandten Seite ein weiterer keramischer Kaltleiter angeordnet ist, der zur Überwachung der Funktion des als Wärme dienende Kaltleiters dient, und daß die gesamte Vorrichtung mit Hilfe eines zweiten hitzebeständigen Sehrumpfschlauches zusammengehalten und isoliert wird.
  • Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der verhältnismäßig keinen Rückstellzeit und darin, daß erst eine verhältnismäßig starke Luftatrömung ein Abkühlen des Fühlers unter seine Nenntemperatur verursach-t. Weiterhin ist der Aufbau sehr einfach und durch Verzicht auf jegliche metallische Haltevorrichtung ist eine unerwünschte Wärme ableitung vermieden worden. Die Forderung nach Eigensicherheit des Fühlers ist insoweit erfüllt, als bei Unterbrechung der Zuleitung zum Meßkaltleiter der Fall einer Strömungsunterbrechung angezeigt wird. Bei Ausfall des Heizkaltleiters würde dagegen in jedem Falle eine Strömungsanzeige vorgetäuscht werden; deshalb wird hier der Heizkaltleiter durch einen dritten Kaltleiter überwacht.
  • Die Nenntempera-tur dieses Überwachungskaltleiters muß so niedrig gewählt werden bzw. der Wärmekontakt zum Heizer muß so gut sein, daß der Überv/achungskaltleiter auch bei starker Strömung hochohmig bleibt.-Aufgrund des hohen Ausgangssignals des erfindungsgemäßen Meßfühlers in Abhängigkeit von Änderungen der Eingangsgröße ist es möglich, zum Betrieb der Vorrichtung einfache elektronische Schaltungen zu verwenden.
  • Eine solche Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltverstärker ein Transistor verwendet wird, daß der als Meßfühler dienende Kaltleiter in den Basis-Kollektor-Kreis, der als Uberwacher dienende Kaltleiter in den Basis-Emitter-Kreis geschaltet ist und daß der als Wärmequelle dienende Kaltleiter an einer konstanten Spannungsquelle liegt.
  • Damit wird erreicht, daß der Transistor nur dann in seinen leitenden Zustand überführt ist, wenn der Meßkaltleiter niederohmig, der Überwachungskaltleiter dagegen hochohmig ist, d.h. wenn die Luftströmung in ausreichende Größe vorhanden ist und der-als Wärmequelle dienende Kaltleiter in Ordnung ist.
  • eine andere vorteilhaf-te elektronische Schaltung zum 3etrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltverstärker ein Triac verwendet ist, daß der als Meßfühler dienende Kaltleiter zwischen Trigger-Spannungsquelle U1 und Steuerelektrode G, der zur Überwachung dienende Kaltleiter zwischen Steuerelektrode G und Masse geschaltet ist und daß der als Wärmequelle dienende Kaltleiter an einer konstanten Spannung quelle liegt.
  • Auch mit dieser Schaltung wird erreicht, daß der Triac nur dann leitet, , wenn der Meßfühler niederohmig und der Überwachungskaltleiter hochohmig ist. Jede änderung der Widerst;andswerte der Kalblei-ter führt zu einem Sperren der Halbleiterbauelemente und damit zu einem Abschalten der bei einer Störung der Anlage gefährdeten elektronischen Baugruppen. Ein Schaltteil kann für mehrere Fühler gleichzeitig eingesetzt werden. Hierbei sind die tIeßkältleiter in Serie, die Überwachungskaltleiter parallel zu schalten.
  • Diese einfachen elektronischen Auswertschaltungen sind nur deshalb möglich, weil sich die Ausgangsgrößen des Meßfühlers bei nur geringen Änderungen der 3ingangsgrößen, d.h. bei nur geringer Minderung der Wärmebleitung, um relativ große Beträge ändern. Typische Werte sind Widerstandsänderungen von zwei Zehnerpotenzen. Der als Wärmequelle dienende Kaltleiter hält seine Temperatur beim Anlegen einer konstanten Spannung so gut konstant, daß eine zusätzliche Schaltungsmaßiiahme zur Temperaturs-tabilisierung nicht nötig ist.
  • Anhand der Zeichnungen sollen die Erfindung und ihre Ausführungsformen naher erläutert werden.
  • Figur 1 zeigt das Prinzip der verwendeten Meßmethode.
  • Man erkennt zwei keramische Kaltleiter 1,2, die hier gleich groß sind, mit ihren Strom- zu - und - ableitungen 3,4 die bei den Lötstellen 5 mit den Kaltleitern 1,2 elektrisch kontaktiert sind. Die beiden Kaltleiter sind mit einer thermisch isolierenden Masse 11 umhüllt. Diese Umhüllung 11 ist- lediglich durch die Wärmeleitstreck 7, z.B. einen Metallstab durchbrochen.
  • Der Wärjaestrom fließt somit voll Kaltleiter 1 nur durch die Wärmeleitstrecke 7 zu dem als Meßfühler dienenden -Kaltleiter 2 und erwärmt diesen auf eine bestimmte Temperatur. Wird von der Wärmeleitstrecke 7 zusätzliche Wärme abgeführt, z.B. durch Anblasen mit kalter luft 24, so küfilt sich auch der Meßfühler 2 ab und zeigt durch seine Widerstandsänderung den Luftstrom 24 an.
  • Die Figuren 2 - 4 zeigen in geschnittener Darstellung Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Verwendung als Flüssigkeitsniveaufühler, insbesondere für elektrische Waschmaschinen.
  • Pig. 2 zeigt in geschnittener Darstellung einen Flüssigkeitsniveaufühler, dessen Gehäuse 7 -im Bereich des Meßfühlers 8 einen geringeren Durchmesser ausweist als in Bereich der Wärmequelle 1. Der als Wärmequelle dienende Eal-tleiter 1 ist mit samt den Stromzuführungsdrähten 3 und den Lötstellen 5 von einem Schrumpfschlauch 6 aus hitzebeständigen Kunstoffmaterial umhüllt. Der Übergailg d-er Wärme vom Kaltleiter 1 auf die Gehäusewand 7 erfolgt durch den Schrumpfschlauch 6 hindurch. Die Wärme wird dann von der Gehäusewand weitergeleitet, bis zur unteren Spitze des Meßfühlers, von wo sie durch eine metallische Verbindung 10 in das Glasgehäuse 8 hineingeleitet wird, in dem der als Meßfühler dienende Kaltleiter 2 angeordnet is-t. Die elektrische Kontaktierung des als Meßfühler dienenden Kaltleiters 2 erfolgt einmal durch die Metalldurchführung 10, zum anderen durch den Anschlußdraht 4, der in das Glasgehäuse 8 eingeführt ist und dort mit Hilfe des Kontaktbügels 9 die Kontaktierung des Kaltleiters 2 ermöglicht. Die Verjüngung des Gehäuses im Bereich des Meßfühlers soll den unmittelbaren Wärmeübergang von dem als Wärmequelle dienenden Kaltleiter zu dem als Meßfühler dienenden Kaltleiter besonders klein halten.
  • Fig. 3 zeigt ebenfalls in geschnittener Darstellung eine Ausführungsform des Niveaufühlers ohne spezielle Meßspitze. Hierbei ist der Raum zwischen der Wärmequelle 1 und dem Meßfühler 2 mit wärmeisolierendem Material 11 ausgefüllt. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine besonders gute thermische Isolation zwischen der Wärmequelle 1 und dem Meßfühler 2.
  • Fig. 4 zeigt den Einbau des erfindungsgemäßen elektrothermischen Niveauwächters in den Laugenbehälter einer elektrischen Waschmaschine. In einer gezogenen Nische der Gefäßwand 12 ist von oben auf einer Bohrung ein Gewindestutzen 18 leckdicht befestigt, z.B. gelötet.
  • Darin steckt durch eine aufgesetzte Silikongulnmimanschette 17 befestigt ein Spritzwasserschutzrohr 16, worin wiederum durch eine Silikongummimanschette 15 gesichert der Niveauüberwacher 7 angebracht ist. Die Abdichtung erfolgt durch eine Überwurfmutter 13, die über eine Silikongummidichtung 14 das gesamte System auf den Gewindestutzen 18 drückt. In dieser Figur ist der »5Jiveaufühler mit einer scharfen Spitze ausgeführt, um Tropfenbildung zu vermeiden. Tropfen verzögern die Ansprechzeit des Fühlers beim Auftauchen aus der Flüssigkeit.
  • Fig. 5 zeigt ebenfalls geschnitten eine Ausführung der erfindungsgemäßen Voirichtung, die besonders geeignet ist zum essen und/oder Überwachen der Temperatur- und/öder Strömungsgeschwindigkeit gasförmiger Medien, z.B. zum Überwachen der Bunktionsfähigkeit eines elektrischen Lüftungssystems. Man erkennt den als Wärmequelle dienenden Kaltleiter 1, der ein großes Volumen aufweist und gleichzeitig als Träger der gesamten Anordnung dient An diesen Kaltleiter 1 sind die Stromzuführungsdrähte 3 an den Lötstellen 5 angelötet. Die Seitenflächen des Kaltleiters 1 sind mit Glimmerplättchen 21 elektrisch isolierend abgedeckt. Die Halterung dieser Glimmerplättchen 21 und die Entlastung der Lötstellen 5 erfolgt mit Hilfe eines hitzebeständigen Schrumpfschlauches 6 aus Kunststoff Auf der der durch den Pfeil 24 angedeuteten Luft strömung zugewandten Seite befindet sich der als Meßfühler dienende Kaltleiter 2 in engem thermischen Kontakt mit dem als Wärmequelle dienenden Kaltleiter 1. Die elektrische Kontaktierung erfolgt mit Hilfe der Stromzuführungsdrähte 4. Auf der der Luftströmung abgewandten Seite befindet sich der zur Überwachung der Heizfunktion des Kaltlei-ters 1 dienende Kaltleiter 20 mit seinen Anschlußdrähten 22 ebenfalls im engen thermischen Kontakt mit dem Kal-bleiter 1. Die kleinen- Kaltleiter 2,20 werden mit Hilfe eines zweiten Schrumpfschlauches 23 auf die Glimmerplättchen 21 gedrückt.
  • In Fig. 6 sind die Temperatur-Widerstands-Kurven der verwendeten Kaltleiter aufgezeichnet. Die höchste Nenn- bzvr.
  • Curietemperatur besitzt der als Wärmequelle dienende Kaltleiter entsprechend Kurve b, die zweithöchste Curietemperatur weist der als Meßfühler dienende Kaltleiter auf (Kurve ), während der zur Überwachung dienende Kaitleiter dietniedrigste Curietemperatur aufweist (Kurve c). ;j Die Abstufung der Temperaturwerte ist so vorgenommen, daß bei intakter Wärmequelle der zur Überwachung dienende Kaltleiter immer in seinem hochohmigen Bereich verbleibt, während der als Meßfühler dienende Kaltleiter in Abhängigkeit von dem Wärmeübergang zwischen seinem hochohmigen und seinem niederohmigen Zustand wechseln kanal.
  • Beim Aufbau einer Vorrichtung gemäß Fig. 5 ha-t es sich als günstig erwiesen, die Nenntemperaturen der verwendeten Kaltleiter folgendermaßen zu wählen: Als Wärmequelle dienender Kaltleiter 1600 C Nenntemperatur, als Meßfühler dienender Kaltleiter 1200 C Nenn-temperatur, der zur Überwachung dienende. Kaltleiter 800 C Nenntemperatur.
  • Das Verhältnis der Kaltleiter-Volumina zwischen Wärmequelle und Meßfühler betrug etwa 20:1, d.h. der als Wärmequelle dienende Kaltleiter besaß eine ca 20mal größere Wärmekapazität als der Meßfühler.
  • In Pig. 6 bedeuten TU = Umgebungstemperatur, TH = Temperatur des als Wärmequelle dienenden Kaltleiters, T1 und T2 die Temperaturen, die der Meßfühler anniiimt, wenn einmal die Luftströmung in ausreichendem Maße vorhanden ist 21 bzw. wenn die Luftatrömung fehlt (T2;. Störungen im Lüftungssystem, wie Ausfall des Ventilators, Verschmutzung des Luftfilters usw. werden umso schneller vom Meßkaltleiter registriert, je höher die Temperatur der strömenden Luft ist, bis dann bei einer für das zu kühlende Gerät ohnehin zu hohen Lufttemperatur das Gerät selbst bei intaktem Lüfter abgeschaltet wird.
  • Die Figuren 7 und 8 zeigen zwei einfache Auswerte-Schaltungen zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen und/oder Überwachen von gasförmigen oder flüssigen Medien.
  • Fig. 7 zeigt die Prinzipschaltung eines Schaltverstärkers für Gleichspannung. Der als Meßfühler dienende Kaltleiter 2 ist in den Basis-Kollektor-Kreis, der als Überwacher dienende Kaltlei-ter 20 in den Basis-Emitter-Kreis des als Schaltverstärker arbeitenden Transistors eingeschaltet. Mit Hilfe der Widerstände R1 und R2 wird der Arbeitspunkt so eingestellt, daß der Transistor nur dann leitet und damit das Relais Rel?; anzieht, wenn der Meßkaltleiter niederohmig und der Überwachungskaltleiter hochohmig ist.
  • Fig. 8 zeigt die Prinzipschaltung eines Schaltverstärkers für Wechselspannung. der als Meßfühler dienende Kaltleiter ist zwischen Trigger-Spannungsquelle U1, und Steuerelektrode G, der als Überwacher dienende Kaltleiter zwischen Steuerelektrode G und Masse des Wechselspannungsschalters, in diesen Palle des Triacs, gelegt. Wie bei der Schaltung für Gleichspannung ist der Überwachungskaltleiter 20 in die Schaltung einbezogen. R1 und R2 bestimmen wieder den Arbeitspunkt.
  • Wesentlich ist für beide Schaltungen, daß die Widerstandsänderungen sowohl des Meß- als auch des Überwachungskaltleiters in nur einer Verstärkerstufe ausgewertet werden. Dies ist nur deshalb möglich, weil die- veniendeten keramischen Kaltleiter eine größere Ansprechempfindlichkeit als andere bekannte Schaltelemente aufweisen.
  • Es sei erhnt', , daß sich die Erfindung nicht nur auf die in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausflü.irungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen sind je nach dem Verwendungszweck möglich.
  • 13 Patentansprüche 8 Figuren

Claims (13)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zum Messen und/oder Überwachen von Temperaturen, Niveauhöhen und/oder Strömungszuständen flüssiger oder gasförmiger Medien, bei der der unterschiedliche Wärmeübergang zwischen einer Wärmequelle und einem Meßfühler zum Erzeugen eines elektrischen Signals ausgenützt wird, da d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß als Wärmequelle (1) und als Meßfühler (2) keramische Kaltleiter dienen, die über eine definierte Wärmeleitatrecke miteinander in Verbindung stehen, daß der als Wärmequelle dienende Kaltleiter '1, ein möglichst großes Volumen aufweist, während der als Meßfühler dienende Kaltleiter (2) möglichst klein ist und mit dem zu messenden und/oder zu überwachenden Medium in möglichst engem, thermischem Kontakt steht, und daß die Curietemperatur des als Wärmequelle dienenden Kaltleiters (1 höher ist als die Curiertemperatur- des als Meßfühler dienenden Kaltleiters dienenden Kaltleiters (2), und höher als die höchstzulässige Betriebstemperatur des zu überwachenden utld/oder zu messenden Mediums.
  2. 2. Vorrichtung nach A 1, d.g.,daß als Wärmequelle (1) und als Meßfühler (2) nicht unterschiedlich große, sondern etwa gleich große keramische Kaltleiter dienen, die von einem thermisch isolierenden Stoff (11) umhüllt sind derart, daß die im Kaltleiter (1 erzeugte Wärme nur über die Wärmeleitstrecke (7) zu dem als Meßfühler dienenden Kal-tleiter (2j gelangen kann, und daß nur die Wärmeleitstrecke (7) mit dem zu messenden und/oder zu überwachenden Medium in unmittelbarem thermischen Kontakt steht.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n 11 z e i c h ii e t , daß zur Überwachung der Betriebsbereitschaft ein zusätzlicher keramischer Kaltleiter (20 vorgesehen ist, der mit dem als Wärmequelle dienenden Kaltleiter (1) in engen -therlnischen Kontakt steht und dessen Curiertemperatur unter den Curietemperaturen der übrigen Kaltleiter -(1,2) liegt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und oder 3, insbesondere zum Überwachen von Flüssigkeitsständen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kaltleiter (1, 2) elektrisch isoliert in ein Metallgehäuse (7) eingebaut sind, daß das Gehäuse () als Wärmeleitstrecke dient, daß die Kaltleiter (1, 2) in gu-tem thermischen Kontakt mit dem Gehäuse (7) stehen und daß sie untereinander thermisch gut isoliert sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der als Wär]nequelle dienende Kaltleiter (1, durch einen Schrumpfschlauch (6) aus hitzebeständigem Kunststoff isoliert ist, und der als Meßfühler dienende Kaltleiter (2) in ein Glasgehäuse (8) eingebaut ist, über eine Metalldurchführung (10) jedoch in unmittelbarem the-mischen und elektrischen Kontakt mit de Spitze des Metallgehäuses t7) steht.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Gehäuse (7) im Bereich des Meßfühlers (8,2 einen geringeren Durchmesser aufweist als iin Bereich der Wärmequelle (1).
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, d.g., daß das Gehäuse (7) im Bereich des Meßfühlers (8, 2) ohne Querschnittsverringerung ausgebildet ist und daß der Raum zwischen Fühler (8, 2) und Heizer l-1 mit wärmeisolierendem Material (11 ausgeflillt ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, d.g., daß das Gehäuse (7) in eine scharfe Spitze ausläuft.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, d.g., daß das Gehäuse (7) im Bereich des Meßfühlers (8,2 abgewinkelt ist.
  10. 10. Halterung für eine Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 9 beim Einbau in elektrische Waschmaschinen, d.g., daß in einer Nische des Laugenbehälters (12' von oben über eine Bohrung ein Gewindestutzen (18) leckdicht befestigt ist, daß in diesem Gewindestutzen (18) durch eine hitzebeständige Dichtungslnanschette (17; ein Spritzwasserrohr (16) eingesteckt ist, daß in dieses Rohr (16) über eine weitere hitzebeständige Dichtungsmanschette (is) die Meß- und Überwachungsvorrichtung (7) eingesteckt ist, und daß die Abdichtung und Befestigung der Einzelteile durch eine Überwurfmutter (13) erfolgt, die über eine hitzebeständige Dichtung (14) das gesamte system auf den Gewindestutzen (18) drückt.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und/oder 3, insbesondere zum Messen und/oder Überwachen der Temperatur und/oder Strömungsgeschwindigkeit gasförmiger Medien, d.g., daß ein quaderförmiger keramischer Kaltleiter (1), der gleichzeitig als Träger für die gesamte Vorrichtung dient, an zwei Seiten mit Hilfe von Glimmerscheiben (21i elektrisch isoliert ist, daß die Glimmerscheiben i211 mit Hilfe eines hitzebeständigen Schrumpfschlauches (6), der gleichzeitig die Lötstellen (5) isoliert, festgelegt sind, daß auf der der Strömung (24) zugewandten Seite des Trägerkörpers (1j ein als Meßfühler dienender keramischer Kaltleiter (2; angeordnet ist, der mit dem als Wärmequelle dienenden Kaltleiter (1; über die Glimmerscheibe (21) in thermischem Kontakt steht, daß bei Bedarf auf der der Strömung (24 abgewandten Seite ein weiterer keramischer Kaltleiter (20) angeordnet ist, der zur Überwachung der unktion des als Wärmequelle dienenden Kaltleiters (1) dient, und daß die gesamte Vorrichtung mit Hilfe eines zweiten hitzebes -tändigen Schrumpfschlauches (23 zusammengehalten und isoliert wird.
  12. 12. Elektrische Schaltung zum Betrieb der Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 11, d.g., daß als Schaltverstärker ein Transistor verwendet ist, daß der als Meßfühler dienende Kaltleiter (2j in den Basis-Kollektor-Kreis, der als Überwacher dienende Kaltleiter (20 in den Basis-Emitter-Kreis geschaltet ist, und daß der als Wärmequelle dienende Kaltleiter (i) an einer konstanten Spannungsquelle liegt.
  13. 13. Elektrische Schaltung zum Betrieb der Vorrichtungen nach Anspruch 1 bis 11, d.g., daß als Schaltverstärker ein Triac verwendet ist, daß der als Meßfühler dienende Kaltleiter (2j zwischen Triggerspannungsquelle U1 und Steuerelektrode G, der als Überwacher dienende Kaltleiter (20) zwischen Steuerelektrode G und Masse geschaltet ist und daß der als Wärmequelle dienende Kaltleiter .(i) an einer konstanten Spannungsquelle liegt
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