DE2555318A1 - Magnetischer temperaturfuehler mit zwei spulenkernen - Google Patents

Description

ΕΝ ΤΛ Λ WA U, E

mi. ing. II. NEGENDANK <-ΐ073) · dipl.-i.vg. Π. HAUCK · dipl^phys. W. SCHMITZ DiPL.-ING. E. GRAALFS · dipl..ing. W. WEIIXERT · dipl.-phvs. W. CARSTENS

HAMBURG-MÜNCHEN

ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: 2000 HAMBURG 36 · NEUER WALL 4Λ ₁ TELEFON (O4O) 36 7i 2S UXD 364115

TELEOR. NEQEDiFATBM HAMBURG

Illinois Tool ¥orks, Inc. sooo München 2 · mozartstr. 23

85OI Vest Higgins Road tbwfow coso» ο8805βο

TElEQB. NEQEDAPATENT MÜNCHEN

Chicago, Hl. 60631/USA Hamburg, 9. Dezember 1975

Magnetischer Temperaturfühler mit zwei Spulenkernen

Magnetkerne, wie auch ringförmige Magnetkerne, fanden bereits Verwendung bei Temperaturfühlern. Die bisherigen Temperaturfühler verwendeten Übergajigscharakteristika des Magnetkernes wie zum Beispiel den Curie-Temperaturübergang und/oder Übergänge erster Ordnung, wie solche, wie sie in dem TJS-Patent Nr. 3 53^ 306 vom 13. Oktober 1970 beschrieben sind. Bisherige Temperaturfühler dieser Art beruhen auf der Tatsache, daß bei einer bestimmten Temperatur ein drastischer Wechsel der Magnetcharakteristika des Kernes eintritt. Demgemäß, wenn ein Draht um einen Kern gewickelt wird, um ein Induktanzelement zu bilden, ändert sich die Induktanz des Elementes drastisch, wenn die bestimmte Temperatur erreicht wird. Dies erfordert spezifische Kernmaterialien, die speziell zusammengesetzt und sorgfältig kontrolliert werden, um den erwünschten plötzlichen Übergang bei der genauen gewünschten Temperatur zu erreichen. Ein unterschiedlicher speziell hergestellter Magnetkern muß

609826/0 689 __o_

BSOT(CBE »Air* AO. MiMBUHQ «ILI 2OO 7OO Ot)) MB. 03/28107 · DIXIIDNIX BAITK AQ. HAUBURn laj-I 2C0ÖÜ0 00» SH. 9;»3βΟ33 · rOSTI-CUKCK HMB. 2fi4Si-2nß

dann in dem Sensor ausgetauscht werden, um eine andere Temperatur zu fühlen. Die Fühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hängt im Gegensatz dazu nicht von einem plötzlichen Wechsel des InduktEinzi'ustandes des' Magnetkerns ab. In der vorliegenden Fühlvorrichtung ändert sich die Induktanz des Kernes fortschreitend, bis die Induktanz beider Kerne etwa gleich bei einer bestimmten Temperatur ist, die dann durch die Fühlschaltung erfaßt wird. Der. Vorteil dieser Annäherung gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen ist, daß durch die Änderung der Induktanz des Kernes, die erreicht wird durch eine Änderung der Anzahl der Windungen auf dem Kern, der Kreuzungspunkt, an dem die beiden Induktanz'en gleich sind, geändert werden kann, so daß der Temperaturfühler über einen weiten Temperaturbereich Verwendung finden kann.

Die vorliegende Erfindung wird ausgeführt durch die Kopplung zweier induktiv umwickelter Kerne mit einer unterschiedlichen Induktanztemperaturcharakteristik zu einer vierarmigen Wechselstrominduktanzbrückenschaltung mit zwei Anschlußklemmen, die mit einem konventionellen Nulldetektor verbunden sind. Wenn die Induktanztemperaturcharakteristika der beiden Kerne sich bei einer bestimmten Temperatur überkreuzen, sind die Induktanzen gleich, und der Nulldetektor zeigt an, daß die gewünschte Temperatur erreicht wurde. Obwohl zwei Magnetkerne bereits in Reihe verbunden wurden, um eine Temperaturkompensation zu erreichen, wie in der US-Patentschrift 3 824 502 vom 16. Juli 197^ offenbart wurde, wurde die Verwendung von zwei in Reihe verbundenen Magnetkernen mit verschiedener Temperaturcharakteristik

609826/0689

als Temperaturfühler über einen relativ großen Temperaturbereich ohne Übergangswechsel des Magnetzustandes der Kerne bislang noch nicht durchgeführt.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der beschriebenen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 2 ein Graph ist, in dem die Induktanzabhängigkeit von der Temperatur bei den zwei Magnetkernen, die in der Schaltung von Fig. 1 Verwendung finden, aufgezeigt ist} und

Fig. 3 eine bildliche Darstellung ist, in der ein Ausgangsspannungssignal gegen die Temperatur für das Schema von Fig. 1 aufgetragen ist.

Die vorliegende Erfindung verwendet ein Paar vorzugsweise ringförmige Magnetkerne, die mit einem elektrisch leitenden Draht umwickelt sind, um ein Paar Induktanzelemente zu bilden. Die Induktanztemperaturabhängigkeit der beiden Kerne wird bewußt unterschiedlich gemacht, vorzugsweise durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien für jeden Kern. Die Kerne 10 und 12 werden vorzugsweise aus einem Material mit linearer im Gegensatz zu dem Material mit rechtwinkliger Hysteresdsschleife hergestellt, wie es in der Vorrichtung des US-Patents 3 824 Verwendung findet. Einer der Kerne der vorliegenden Erfindung kann aus einem Material hergestellt werden, das im Handel von der

609826/0689

Ferroxcube Corporation unter dem Namen Ferroxcube 3E2A vertrieben wird, und das andere Material kann aus Ferroxcube 3D3-Material hergestellt werden. Die Induktanz des einen der beiden Kerne ist unterhalb einer bestimmten zu fühlenden Temperatur kleiner als die des anderen und größer als die des anderen oberhalb der bestimmten zu fühlenden Temperatur. Bei der gewünschten zu fühlenden Temperatur ist die Induktanz beider Kerne gleich.

Die induktiv umwickelten Kerne 10 und 12, die in dem Schema von Fig. 1 gezeigt sind, können in einer Separateinheit 14 enthalten sein, die an einer entfernten Stelle liegen kann, um die Umgebungstemperatur dieser Stelle zu erfassen. Die Kerne 10 und 12 sind mit den Drähten 11 und 13 umwickelt, die zu den Anschlußklemmen 16 bzw. 18 einer Vierarminduktivbrüc.kenschaltung 20 verbunden werden. Die anderen beiden Induktivbrückenschaltungsimpedanzen werden durch die Sekundärwindungen 22, 2h eines Transformators 26 gebildet. Die Primärwindung 28 des Transformators 26 ist an eine Wechselspannungsquelle 30 angeschlossen. Eine konventionelle Nulldetektorschaltung 32 ist über die Anschlüsse 3k und 36 der Brück en schaltung 20 angeschlossen, um zu erfassen, wann die Induktanzen der beiden Kerne 10 und 12 gleich sind, so daß sie ein elektrisches Aus gangs signal erzeugen kann, das anzeigt, daß die gewünschte Temperatur vorliegt. Der Nulldetektor 32 kann durch jede konventionelle Fühlvorrichtung oder Schaltung ersetzt werden, um den Ausgang einer Wechselstrombrückenschaltung zu erfassen; die Ausführung solcher Vorrichtungen und Schaltungen sind wohlbekannt.

609826/0689

In Fig. 2 ist für die Kerne 10 und 12 die Abhängigkeit der Induktanz von der Temperatur dargestellt, wobei die durchgezogenen Kurven 10* und 12' den jeweiligen Kernen 10 und 12 von Fig. 1 entsprechen. Aus dieser Darstellung kann ersehen werden, daß die beiden Kurven sich an einem Kreuzungspunkt 38 überschneiden, der die zu erfassende Temperatur T darstellt. Die Induktanz der Kerne 10 und 12 kann leicht durch eine Änderung der Anzahl der Windungen auf den Kernen abgeändert werden, und auf diese Weise kann eine neue Temperatur T¹ durch ein Abändern der Windungen auf eine kontrollierbare Weise durch ein Verschieben der Temperaturabhängigkeit der Induktanz 10¹, 12¹ in einen anderen Bereich, so daß sie sich am Punkt 39 überschneiden, wie in den gestrichelten Kurven gezeigt, eingestellt werden. Demgemäß ist durch die vorliegende Erfindung ein Temperaturfühler mit einem relativ großen Fühlbereich beschrieben. Die Referenztemperatur, die ermittelt werden soll, kann durch eine Einstellung des Kontrollabgreifers 25 geregelt werden, der mit den Sekundärwindungen 22, 2h des Transformators 26 verbunden ist, oder auch durch die Verwendung von gesättigten Transformatorwicklungen und schließlich durch ein bewegbares magnetisches Regelungselement, wie zum Beispiel der Magnet 27» das magnetisch mit den Wicklungen gekoppelt ist.

Während die Induktanz der Kurve 10' vorzugsweise anwächst bei steigender Temperatur und die Induktanz der Kurve 12¹ vorzugsweise entweder abnimmt oder verhältnismäßig konstant bleibt, ist dieses jedoch kein notwendiges Erfordernis. Es ist nicht wie bei den Temperaturkompensationselementen der oben erwähnten US-

6 0 9826/0689 _ ₆ _

Patentschrift 3 824 502 erforderlich, daß die Permeabilität des einen Kerns zunimmt, während die andere abnimmt, es reicht vielmehr aus, daß die Induktanz der beiden Kerne lediglich unterschiedlich von der Temperatur abhängt, so daß sie sich bei der zu erfassenden gewünschten Temperatur überschneiden.

Fig. 3 zeigt das Aus gangs signal, das von dem Nulldetektor ^h erfaßt wird. Wie darin zu sehen ist, liegt das Ausgangssignal kO bei einer Temperatur unterhalb der zu ermittelnden Temperatur T in einer ersten Phase vor, jedoch die Höhe des Ausgangssignals nimmt bei Annäherung an den Kreuzungspunkt 38 ab. An dem Kreuzungspunkt 38 wird von dem Nulldetektor kein Ausgangswert abgelesen, wodurch ein Erreichen der gewünschten Temperatur T angezeigt wird. Wenn die Temperatur oberhalb der zu ermittelnden Temperatur T weiter zunimmt, liegt das Ausgangssignal 42 in einer zur Phase des Ausgangssignals ko entgegengesetzten Phase vor und wächst in seiner Höhe sowie die Temperatur oberhalb des Kreuzungspunkts 38 zunimmt. Obwohl der Nulldetektor der gegenwärtig bevorzugte Ausgangsdetektor aufgrund seiner Einfachheit ist, ist es offenkundig, daß andere Detektortypen, einschließlich solcher, die auf Größe und Phase ansprechen, in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können.

609826/0689

Claims (1)

1. Ansprüche :

   i)Ein Temperaturfühler, dadurch gekennzeichnet, daß er einen ersten und einen zweiten induktiv umwickelten Magnetkern (1O, 12) enthält, die unterschiedliche Induktanz-Temperaturabhängigkeit besitzen, so daß die Induktanz-Temperaturabhängigkeit en der beiden Kerne sich bei einer zu ermittelnden Temperatur T überschneiden (38), wobei eine erste und eine zweite Impedanz (22, 2^) mit dem ersten und dem zweiten induktiv umwickelten Kern (1O, 12) zur Bildung einer Brückenschaltung verbunden ist (16, 18), daß eine Spannungsquelle (30) über die zwei Klemmen (16, 18) der Brückenschaltung angeschlossen ist und eine Fühlvorrichtung (32) über die restlichen zwei. Anschlußklemmen (3^* 36) mit der Brückenschaltung verbunden ist.

   2« Ein Temperaturfühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung (32) ein Nulldetektor ist, der anspricht, wenn die Impedanzen der beiden induktiv umwickelten Kerne gleich sind.

   3· Ein Temperaturfühler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin einen Transformator (26) mit einer primären Wicklung (28) und zwei sekundären Wicklungen (22, 2k) enthält, wobei die Spannungsquelle (30) eine Wechselstromquelle ist, und die Primärwicklung (28) mit der Spannungsquelle (30) verbunden ist und die Sekundärwicklungen (22, 2k) die erste und zweite Impedanz enthalten·

   609826/0689 _ _g _

   k. Ein Temperaturfühler gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Fühl vorrichtung (32) ein Nulldetektor ist» der anspricht, * wenn die Impedanzen der induktiv umwickelten Kerne (10, 12) gleich sind.

   5· Ein Temperaturfühler gemäß Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einstellvorrichtung (25) enthält, die mit dem Transformator zusammenwirkt, um die Temperatur, bei des* die Fühlvorrichtung anspricht, einzustellen.

   609826/0689