DE2341998A1

DE2341998A1 - TEMPERATURE MEASURING DEVICE

Info

Publication number: DE2341998A1
Application number: DE19732341998
Authority: DE
Inventors: Arndt Kaltschmidt; Heinz Dipl-Phys Kasten; Sigrid Lori
Original assignee: Mess und Regelungstechnik VEB
Current assignee: Mess und Regelungstechnik VEB
Priority date: 1972-12-01
Filing date: 1973-08-20
Publication date: 1974-07-04
Also published as: DD101012A1

Description

Tomperaturi.ßeinr ichtung Die Erfindung betrifft eine Temperaturmeßeinrichtung, die eine Linearisierung einer, bezüglich der zu messenden Temperatur, nichtlinearen Wegänderung, vorzugsweise von metallischen Werkstoffen, vornimmt.Tomperaturi.ßeinr ichtung The invention relates to a temperature measuring device, a linearization of a non-linear one with respect to the temperature to be measured Change of path, preferably of metallic materials.

Es ist bekannt, daß zur Linearisierung der Stabausdehnung durch Tempe ratureinfluß Hebelanordnungen oder Kurventriebe angewendet werden. Es sind Anordnungen bekannt, die mit z. B. pneumatischer Hilfsenergie arbeiten und bei denen die Stabausdehnung über Hebel vergrößert und linearisiert wird und die Abtastung der Hebelbewegung mittels einer Düse-Prallplatte-Anordnung erfolgt. Zur Verringerung des Linearitätsfehlers von Temperaturmeßeinrichtungen nach dem Prinzip der Stabausdehnung gelangt man weiterhin durch Einschränkung der Meßspanne und durch Auswahl des Ausdehnungswerkstoffes bzw. durch die Verwendung von bestimmten Ausdehnungswerkstoffen für bestimmte Neßspannen.It is known that for linearization of the rod expansion by Tempe Temperature influence lever arrangements or cam drives are used. They are orders known that with z. B. pneumatic auxiliary power work and where the rod expansion is enlarged and linearized via levers and the scanning of the lever movement takes place by means of a nozzle-baffle arrangement. To reduce the linearity error temperature measuring devices based on the principle of rod expansion are still available by limiting the measuring span and by selecting the expansion material or through the use of certain expansion materials for certain stress ranges.

Die genannten Ausführungen haben folgende Nachteile: Der Aufwand an mechanischen Funktionsteilen ist hoch und durch die Reibung in den Lagerstellen der mechanischen Übertragungsglieder treten zusätzliche Fehler auf. Die Anordnungen sind erschütterungsempfindlich.The above versions have the following disadvantages: The effort involved mechanical functional parts is high and due to the friction in the bearing points additional errors occur in the mechanical transmission links. The orders are sensitive to vibrations.

Line eingeschränkte Heßspanne und bestimmte Ausdehnungswerkstoffe mindern die Einsatzbreite dieser Temperaturmeßeinrichtungen.Line limited hot span and certain expansion materials reduce the range of use of these temperature measuring devices.

Zweck der Erfindung ist es, Reibungs- und ErschUtterungseinflusse zu vermeiden und den Temperaturbereich zu erhöhen.The purpose of the invention is to reduce the effects of friction and vibration avoid and increase the temperature range.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die an sich nichtlineare t.1-peraturabhängige Längenänderung für größere Temperaturbereiche von metallischen Werkstoffen in ein der Temperaturänderung proportionales Ausgangssignal umzuwandeln und die Störanfälligkeit bekannter Anordnungen zur Ausnutzung von Stabdehnungen gegen Erschütterungen durch Veraeidung von Hebeln und Gelenken herabzusetzen.The invention is based on the problem of the inherently non-linear t.1-temperature-dependent change in length for larger temperature ranges of metallic To convert materials into an output signal proportional to the temperature change and the susceptibility to failure of known arrangements for exploiting rod expansions to reduce vibrations by avoiding levers and joints.

Erfindungsgeiäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein an sich bekannter Stabausdehnungsfühler, der aus einem Vergleichsstab und einet Ausdehnungsstab besteht mit einem an sich bekannten induktiven Queranker-Geber1 der aus zwei Schalenkernen, und einem Anker besteht, fest verbunden ist, in der Weise, daß der Wergleichistab mit dem Anker und der Ausdehnungsstab mit den Schalenkernen fest verbunden ist und der Vergleichsstab an der einen Seite durch ein bekanntes in Bewegung richtung elastisches, vorgespanntes Element geführt und auf der anderen Seite durch das elastische vorgespannte Element in die geeignet ausgebildete Lagerstelle im Ausdehnungsstab gedrückt ist. Erfindungsgeiäß wird die erforderliche Linearisierung dadurch erreicht, daß durch entsprechende Festlegung des maximalen und des temperaturabhängigen Ankerveges in Verbindung mit dem gewählten Kernquerschnitt des induktiven Gebers dieser eine bestimmte unlineare Kennlinie aufweist, deren Krümmung der des Ausdehnungsstabes entspricht, jedoch von entgegengesetzter Richtung ist. Die Kennlinie des induktiven Gebers wird durch die Ausbreitung des magnetischen Feldes in Abhängigkeit von der Ankerstellung im Luftraum zwischen Anker und Schalenkern auf beiden Seiten bestimmt. Das magnetische Feld nimmt nur bei dichter Annäherung des Ankers an einen der Schalenkerne die entsprechenden Abmessungen des Schalenkerns an. Die dadurch bestimmte Nichtlinearität der Kennlinie ist nur von den konstruktiven Bedingungen abhängig und sonst nicht beeinflußbar.According to the invention, the object is achieved in that a known per se Rod expansion sensor, which consists of a comparison rod and an expansion rod with a known inductive transverse armature transmitter1 which consists of two shell cores, and an anchor is firmly connected in such a way that the Wergleich is with the anchor and the expansion rod firmly with the shell kernels is connected and the comparison rod on one side by a known in motion direction elastic, pre-tensioned element out and on the other side through the elastic preloaded element in the suitably designed bearing in the Expansion rod is pressed. According to the invention, the required linearization is achieved achieved in that by appropriate definition of the maximum and the temperature-dependent Ankerveges in connection with the selected core cross-section of the inductive encoder this has a certain non-linear characteristic, the curvature of which is that of the expansion rod but is from the opposite direction. The characteristic of the inductive The encoder is determined by the spread of the magnetic field depending on the The anchor position is determined in the air space between the anchor and the shell core on both sides. The magnetic field only increases when the armature approaches one of the shell cores very closely the corresponding dimensions of the pot core. The non-linearity determined thereby the characteristic depends only on the design conditions and not otherwise influenceable.

Eine Anpassungsmöglichkeit der Krümmung der Kennlinie des induktiven Gebers an die des Ausdehnungswerkstoffes besteht in einer Verstelliöglichkeit des Ankers.A possibility of adapting the curvature of the characteristic curve of the inductive The encoder of the expansion material consists of an adjustment option for the Anchor.

Zur Verringerung des Einflusses der Ungebungstemperatur ist der Teil des Temperaturfühlers, der nicht der zu messenden Temperatur ausgesetzt ist, aus einen Werkstoff mit geringem Temperaturausdehnungskoeffizienten hergestellt, wobei die außerhalb der Meßtemperatur liegende Verlängerung des Vergleichsstabes als dünnwendiges Rohr ausgeführt ist und mit dem Außenrohr einen schmalen Luftspalt bildet. Dadurch wird annähernd Temperaturgleichheit zwischen Innen- und Außenrohr erreicht, die Värmeleitung zu induktiven Geber unterdrückt und der Wärmeübergang zur Atiosphäre verbessert, der außerdem durch Abstrahlungsflächen verstärkt werden kann.To reduce the influence of the ambient temperature is the part of the temperature sensor that is not exposed to the temperature to be measured made a material with a low coefficient of thermal expansion, wherein the extension of the comparison rod lying outside the measuring temperature as a thin one Tube is executed and forms a narrow air gap with the outer tube. Through this approximately the same temperature is achieved between the inner and outer pipe, the Thermal conduction to inductive sensors suppressed and the heat transfer to the atmosphere improved, which can also be reinforced by radiating surfaces.

Die technisch Auswirkung besteht in der Verbesserung der ießtechnischen Parameter, die dadurch erreicht wird, daß die nichtlineare Kennlinie der temperaturabhängigen Längenänderung eines ietallischen Stabes durch den entsprechenden nichtlinearen Teil der Kennlinie eines induktiven Gebers weitgehend linear gestaltet wird und daß durch die direkte Verbindung des Ausdehnungsstabes mit dem induktiven Geber weitere Übertragungs glieder und Lagerstellen entfallen, die ihr erseits die meßtechnisches Parameter durch erschütterungsempfindliche Reibung beeinflussen.The technical effect consists in the improvement of the ießtechnischen Parameter that is achieved by the non-linear characteristic of the temperature-dependent Change in length of an metallic rod due to the corresponding nonlinear rod Part of the characteristic of an inductive encoder is largely linear and that by the direct connection of the expansion rod with the inductive transmitter further transmission links and bearing points are omitted, which you are on the side the Influence metrological parameters through vibration-sensitive friction.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden: Fig. 1: zeigt einen Lkngsschnitt der Temperaturmeßeinrichtung Fig. 2: den Kennlinienverlauf eines Ausdehnungsstabes Fig. 3t den Kennlinienverlauf eines induktiven Gebers In Fig. 1 ist eine Temperaturmeßeinrichtung mit Stabausdehnungsfühler darstellt. Sie bestebt aus den rohrförmigen Ausdehnungsstab 1, dem Vergleichsstab 2, den rohrförmigen Verlängerungen 3 und 4, dem induktiven Geber mit den Schalenkernen 6, den Wicklungen 7 und der Anker 8. Der Vergleichsstab 2 wird mittels einer Feder 9 mit Vorspannung in die L-gerstelle 10 gedrückt. Mit der Verlängerung 4 des Vergleichsstabes 2 ist der mittels Mutter 11 und Feder 12 verstellbare Anker fest verbunden. Die Schalenkern. 6 sind an der Verlängerung 3 des Ausdehnungsstabes 1 befestigt. Durch die Ausbildung der Verlängerung 4 als dünnwandiges Rohr wird die Wärmeleitung zum induktiven Geber 5 gehemmt, und der Wärmeübergang Uber einen schmalen Ringspalt 13 zur Verlängerung 3 und zur Atmosp@äre gefördert und über Abstrahlungsflächen 14 verstärkt.The invention is to be described in more detail below using an exemplary embodiment are explained: Fig. 1: shows a longitudinal section of the temperature measuring device Fig. 2: the characteristic curve of an expansion rod; Fig. 3t the characteristic curve an inductive transmitter In Fig. 1 is a temperature measuring device with rod expansion sensor represents. It consists of the tubular expansion rod 1, the comparison rod 2, the tubular extensions 3 and 4, the inductive transmitter with the pot cores 6, the windings 7 and the armature 8. The comparison rod 2 is by means of a spring 9 pressed into the L-gerstelle 10 with pretension. With the extension 4 of the comparison rod 2, the anchor, which can be adjusted by means of nut 11 and spring 12, is firmly connected. the Pot core. 6 are attached to the extension 3 of the expansion rod 1. By the formation of the extension 4 as a thin-walled tube is the heat conduction to inductive transmitter 5 inhibited, and the heat transfer via a narrow annular gap 13 to the extension 3 and to the atmosphere and promoted via radiation surfaces 14 reinforced.

Die Verlängerungen 3 und 4 sind aus einem Verkstpff mit geringem Temperaturausdehnungskoeffizienten hergestellt.The extensions 3 and 4 are made of a compound with a low coefficient of thermal expansion manufactured.

Fig. 2 zeigt die Kennlinie (s s f (F) des Ausdehnungsstabes und Fig. 3 die Kennlinie U s f (s) des induktiven Gebers. @max bezeichnet den maximalen Ankerweg zwischen den Schalenkernen. Bei einer bestimmten Temperaturänderung #2 - #1 ergibt sich durch die Längenänderung von Ausdehnungs- und Vergleichsstab eine Verschiebung s2 - s1. Die Kennlinie s = f (#) wird von Punkt A zum Punk B durchlaufen. Das bedeutet für eine bestimmte Ankerstellung A' das Ausstenern des induktiven Gebers entlang der Kennlinie U = f (s) von Punkt ' zum Punkt B'.Fig. 2 shows the characteristic curve (s s f (F) of the expansion rod and Fig. 3 the characteristic curve U s f (s) of the inductive encoder. @max denotes the maximum anchor path between the pot kernels. At a certain temperature change # 2 - # 1 results Due to the change in length of the expansion and comparison bars, there is a shift s2 - s1. The characteristic curve s = f (#) is passed through from point A to point B. That means for a certain armature position A 'along the aussteering of the inductive encoder the characteristic U = f (s) from point 'to point B'.

Die Krümmungen der Kennlinien sind entgegengesetzt. Durch Verstellen des Ankers werden die Beträge der Kennlinien-Krümmungen angenähert und damit der Linearitätsfehler weitgehend verringert.The curvatures of the characteristics are opposite. By adjusting of the armature, the amounts of the characteristic curve curvatures are approximated and thus the Linearity errors largely reduced.

urch eine geeignete Meßschaltung kann der Betrag U0 der Ausgangsspannung unterdrtickt und das Vorzeichen umgekehrt werden, so daß mit oigender Temperatur ein von Null steigendes Spannungssignal zur Verfügung steht. Using a suitable measuring circuit, the amount U0 of the output voltage suppressed and the sign reversed, so that with the above temperature a voltage signal increasing from zero is available.

Claims

1. Temperature measuring device, characterized in that a per se known rod expansion sensor, consisting of a tubular expansion rod (1) and a comparison rod (2), directly with a known inductive Encoder (5) - firmly connected, the comparison rod (2) with the armature (8) and the expansion rod (1) is connected to the shell cores (6) of the inductive transmitter (5) is, and that the encoder (5) has a non-linear characteristic, the curvature of which of the expansion rod (1), but is in the opposite direction.

2. Temperature measuring device according to claim 1? Characterized in, that the armature (8) of the inductive transmitter (5) is adjustable.

3. Temperature measuring device according to claim 1 and 2, characterized in that that the extension (4) of the comparison rod lying outside the measuring temperature (2) is designed as a thin-walled tube and a narrow air gap with the outer tube (13) forms.

4. Temperaturmeßeintichtun $ according to claim 1 to 3, characterized in that that the extensions (3; 4) of the expansion rod lying outside the measuring temperature (1) and comparison rod (2) made of a material with a low coefficient of thermal expansion are made.

5. Temperature measuring device according to claim 1 and 2, characterized in that that the comparison rod (2) on one side by a known in the direction of movement pretensioned element (9) out and on the other side by the elastic prestressed element (9) in the suitably designed bearing point (10) in the expansion table (1) is pressed.