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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform erfüllt der Kaltleiter eine
Doppelfunktion; er muß heizen und messen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Vorteile dieser Anordnung liegen in der Verwendung kleinerer Kaltleiter
und damit verringerter Heizleistung.
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Voraussetzung ist aber, daß die Kaltleiter sehr gut thermilch isoliert
sind, so daß der Wärmefluß nur über die Wärmeleitstrecke erfolgen kann.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anhand der Zeichnungen sollen die Erfindung und ihre Ausführungsformen
naher erläutert werden.
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Figur 1 zeigt das Prinzip der verwendeten Meßmethode.
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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.
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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.
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Die Figuren 2 - 4 zeigen in geschnittener Darstellung Ausführungsbeispiele
für die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Verwendung als Flüssigkeitsniveaufühler,
insbesondere für elektrische Waschmaschinen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In Fig. 6 sind die Temperatur-Widerstands-Kurven der verwendeten Kaltleiter
aufgezeichnet. Die höchste Nenn- bzvr.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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13 Patentansprüche 8 Figuren