DE2602614A1

DE2602614A1 - Magnetelemente verwendender temperaturfuehler mit verbesserter betriebscharakteristik

Info

Publication number: DE2602614A1
Application number: DE19762602614
Authority: DE
Inventors: Edward Frank Sidor
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1975-04-02
Filing date: 1976-01-24
Publication date: 1976-10-07
Also published as: BR7600296A; CA1057382A; JPS51118482A; NL7600911A; US3950993A; ZA76192B; AU1036076A; FR2306440A1; FR2306440B3; SE7600317L

Description

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Illinois Tool Works, Inc. ^₄

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«»5O1 West Higgxns Road teiigb. 3seobi»jl?at«;»!t

Chicago, 111. 6063I hambuihs* 2O. Januar 1976

USA

3Ma^neteleiae?ite TerweiideBder Temperaturfühler mit verbesserter Betriebscharakteristik

Magnetkerne, wie auch ringförmige Magnetkerne, fanden bereits Verwendung bei Temperaturfühlern. Die bisherigen Temperaturfühler verwendeten Übergangscluarakteristika des Magnetkernes wie zum Beispiel den Curie—Teiaperaturfibergatnig und/oder Übergänge erster Ordnung, wie solcha, wie sie in deist US—Patent 3 53% 306 -vom 13. Oktober I97Q beschrieben sind. Bisherige TeMperaturfühXer dieser Art beruhen auf" der Tatsache, daß bei einer bestimmten Temperatur ein drastischer Wechsel der Magnstcharakteristika des I£e:mis eintritt. DenwjeraiäS, wenn ein Draht um einen Kern gewickelt wird, uot ein. Imrrsiirfc;.¹ "asidezent zu bilden, ändert sich die Induktanz des SlerasutcP· drastisch, wenn die bestimmte Temperatur erreicht wix-d. Dies e anfordert spezifische Kemmaterialien, die speziell zusamme!?gesetzt und sorgfältig kontrolliert werden, um den erwiinsclatcn plötzlichen iibergang bei der genauen gewünschten Temperatur zu. erreichen.

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Ein unterschiedlicher spezielX hergestellter Magnetkern muß dann in dem Sensor ausgetauscht werden, um eine andere Temperatur zu fiiiiXen.

Die Fühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindinig hängt im Gegensatz dazu nicht von einem plötzlichen Wechsel des üiduktaazzustandes des Magnetkerns ab. Ta. der- vorliegenden Fühlvorrichtumg ändert sich die Induktanz der· Magnet elemente fortschreitend, bis die Induktanz beider Elemente etwa, gleich bei einer bestimmten Temperatur ist, die daxm durch die Fühlschaltung erfaßt wird. Der Vorteil dieser Annäheirung gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen ist, daS durch die Änderung der Induktanz des Elements, die erreicht wiird durch eine Änderung der Anzahl der Windungen auf dem Element, der Kreuzungspunlct, an «loci die beiden Induktanz en gleich sind, geändert "werden kann, so daß der Temperaturfühler¹ fiber einen, weiten Temperaturbereich Verwendung finden kann.

Die vorliegende Erfindung xriLrd ausgefüiiFt durch die Kopplung zweier* induktiv umwickelter Elemente fsit einer unterschiedlichen Induktaisztemperaturcharakteristik zu einer vierarnigen ifechselstroraiiiduktanzbriickenschal-cuiig Eiit zwex iLnschluSkieEiaieii, die iriit einen! 1-:οηΛ^Γεηΐϊθϊΐβ11βη 2-Iull—Detektor Trerfei'.s-."-:;;. s?Incl. Tfenii die IiidiilctEiiEteiapGi-n.tuircha.rafcteristiT-^ c'.^t· "*= ".-"'-r! '-!ϊ'^Γηΐο sich bei einer bestimmten Temperatur überloreuzen, sind die Jjiduktanzen gleich, und der Null-Detektor zeigt; &jh, daß die gewünschte Temperatur erreicht irurde. Obwohl zirei 'h:jnetkerne bereits in JReihe verbunden wurden, um eine Teniperatu

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sation zu erreichen, wie in der US-Patentschrift 3 824 502 vom 16. Juli 1974 offenbart wurde, wurde die Verwendung von zwei in Reihe verbundenen Magnetelementen mit verschiedener Temperaturcliarakteristxk als Temperaturfühler über einen relativ großen Temperaturbereich ohne Übergangswechsel des Magnetzustandes des Elementes nicht durch die Vorrichtung des US-Patentes 3 824 502 erreicht.

In einer ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung, Ser. Nr. 533 364, mit dein Titel "Magnetischer Temperaturfühler mit zwei Spulenkernen", über die ebenfalls der Anmelder verfügt, wurde eine Temperaturfühlschaltung beschrieben, die zwei Magnetkerne verwendet. In dieser Schaltung waren die zwei Kerne zu einer Brückenschaltung mit zwei anderen Impedanzen

ein verbunden und an eine Fühlschaltung wie z.B./ Null-Detektor angeschlossen, um den Kreuzungspunkt Temperatur-Induktanz zu erfassen, an dem die Induktanz der beiden Kerne gleich war. Wie oben erwähnt, war ein Vorteil dieser Vorrichtung, daß durch einen Wechsel der Induktanz der Vorrichtung der Temperaturkreuzungspunkt leicht geändert werden kann, und der Temperaturfühler über einen weiten Temperaturbereich verwendet werden kann. Diese vorangegangene Anmeldung erreicht die Induktanz änderung dux"ch ein Variier gji doz- vriucVim.·;;:-:;: realen auf den Kernen der zwei Fühlelemente. Dieser Vcrschlng jedoch erforderte Zeit, da er ein Auseinanderbauen der Fühleinheit ver-. langte.

Im Gegensatz dazu erlaubt die vorliegende Erfindung die Ein-

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stellung dos Temperaturkreuzungspunktes durch, die Bewegung von einem oder mehreren permanenten Magneten, die nahe den magnetischen Fühlelementen gelagert sind, so daß durch die Einstellung der Lage der bewegbaren Magneten die Permeabilität der magnetischen Elemente geregelt werden kann, um den Temperaturkreuzungspunkt abzuändern, ohne die Schaltung auseinanderzubauen.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß sowohl x-ingförmige Kerne als auch längliche rohrförmige Magnetelemente, bei denen die Findungen aus dem Draht bestellet} der im wesentlichen entlang der Achse des rohrförmigen Elementes verläuft, Verwendung finden können. Dadurch, daß man die Kerne länglich und rohrförmig in ihrer Gestalt herstellt und die Länge der Permanentmagnete so bemessen wird, daß sie etwas kürzer als die rohrförmigen Elemente sind, wird eine genauere Steuerung erreicht, da der Stättigungsgrad der rohrförmigen Elemente durch die Stellung der Permanentmagnetegenau gesteuert werden kann. Dies wird durch eine selektive magnetische Sättigung eines bestimmten Teiles der länglichen .Magnetelemente erreicht. Gleiche Magnetelemente wurden schon früher für die Verwendung als Positionsübertrager anstatt als Temperaturfühler vorgeschlagen. Die US-Patentanmeldung Nr. 518,310 von 29. Oktober 197^> über die die Anmelderin verfügt, zei/yt d:^;.c Verwendung· solcher Elemente für einen Positionsfühler.

Zusätzlich zti der Verwendung eines einzigen Paares von Magnetelementen in einer zweiarmigen aktiven Brückenschaltung können zwei Paare von Magnetelementen verbunden, um eine

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vierarmige aktive Brückenschaltung zu bilden, die zweimal so empfindlich, wie die zweiarmige aktive Brückenschaltung ist. Kino ähnliche vierarmige aktive Brückenschaltung wurde in der US-Patentanmeldung Nr. 507,825 vom 20. September 197^, über die die Anmelderin verfügt, beschrieben. In dieser Anmeldung wurden jedoch die Magnetelemente alle aus dem gleichen magnetischen Material hergestellt, und die Schaltung wurde in einem Winke 1-geschwindigkeitssensor und nicht in einem Temperatursensor verwendet, in dem die Elemente jedes Paares aus einem unterschiedlichen magnetischen Material hergestellt sind,

In einer Version der vorliegenden Erfindung wird eine synchrone Detektorschaltung verwendet. Eine synchrone Detektorschaltung ist auch in der US-Patentanmeldung Nr. 535,^75 vom I3. Dezembex· 197^ offenbart, über die ebenfalls die Anmelderin verfügt. Jedoch wurde die synchrone Detektorschaltung in dieser Anmeldung in einer Schaltung verwendet, die die Curie-Übergangs temperatur der beiden Kerne erfaßte, um so eine Temperaturhysteresisfunlction vorzusehen. In der vorliegenden Anmeldung wird die Fühlschaltung mit Magnetelementen verwendet, die keiner scharfen magnetischen Übergangsänderung unterliegen, sondern vielmehr überschneiden sich die kontinuierlichen Induktanz-Temperaturabhängigkeiten der Elemente bei der Temperatur, die erfaßt werden soll.

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

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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltung ist, die zur Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, und zwei Magnetfühlelemente aus verr-cJi Ie denen Materialien und eine Nulldetektor schalter-g verwendet;

Fig. 2 in einem Graphen die Induktanztemperaturabhängigkeit der. zvei Magnetelemente, die in der Schaltung von Fig. 1 verwendet werden, aufzeigt;

Fig. 3 ein Diagramm ist, das eine Ausgangsspannung-Terriperaturabhängigkeit für die Kerne von Fig. 1 zeigt;

Fig. h eine zeichernische Darstellung eines Paares länglicher Magnet elemente aus verschiedenen magnetischen. Materialien und eines Paares von Permanentmagneten zum Einstellen ist;

Fig, 5 eine schematische Darstellung einer vierarmigen aktiven Brückenschaltung ist, die die Elemente von Fig. k verwendet;

Fig. 6 eine schematische Darstellung ist, die eine Schaltung mit einem Differenzverstärkerausgang und einen Synchrondetektor, der in Verbindung mit den Temperaturfühlelementen von Fig. 1 verwendet wird, zeigt;

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Fig. 7a ist eine Übersicht, die die Ausgangs spannung der Temperatur an Anschluß 112 der Schaltung nach Fig. 6 angibt; und

Fig. 7b ist eine Darstellung der Ausgangsspannung gegen die Temperatur an dem Anschluß 110 der Schaltung nach Fig. 6.

Die vorliegende Erfindung verwendet ein Paar Magnetelemente, die ringförmige Kerne oder längliche, rohrförmige Elemente sein können, und die mit einem elektrisch leitenden Draht verbunden sinl, um ein Paar Induktanzelemente zu bilden. Die Induktanztemperaturabhängigkeit der beiden Elemente wird bewußt unterschiedlich gemacht, vorzugsweise durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien für jedes Element. Die Elemente 10 und 12 werden vorzugsweise aus einem Material mit linearer im Gegensatz zu dem Material mit rechtwinkliger Hysteresisschleife hergestellt, wie es in der Vorrichtung des US-Patentes 3,824,502 Verwendung findet. Eines der magnetischen Elemente der vorliegenden Erfindung kann aus einem Material hergestellt werden, das im Handel von der Ferroxcube Corporation unter dem Namen Ferroxcube 3E2A vertrieben wird, und das andere Material kann aus Ferroxcube 3D3-Material hergestellt werden. Die Induktanz der beiden Elemente ist·unterhalb einer bestimmten zu erfassenden Temperatur kleiner als die des anderen und größer als die des anderen oberhalb der bestimmten zu erfassenden Temperatur.

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Bei der gewünschten zu erfassenden Temperatur ist die Induktanz beider Elemente gleich.

Die induktiv verbundenen Fühlelemente 10, 12, die in dem £c:h.cr.;a 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 Elemente 10 und 12 sind mit Drähten 11 und 13 umwickelt oder umgeben, die zu den Anschlußklemmen 16 bzw. 18 einer Vierarminduktivbrückenschaltung 20 verbunden werden. Die anderen beiden Induktivbrückenschaltungsimpedanzen werden durch die Sekundärwindmigen 22, Zh eines Transformators 26 gebildet« Die Primärwindung 28 des Transformators 26 ist an eine Wechselspannungsquelle 30 angeschlossen. Eine konventionelle Nulldetektorschaltung 32 ist über die Anschlüsse 3^» 36 der Brückenschaltung 20 angeschlossen, um zu erfassen, wann die Induktanzen der beiden Elemente 10,12 gleich sind, so daß sie ein elektrisches Ausgangssignal 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 ¥echselstrombrückenschaltung zu erfassen; die Ausführung solcher Vorrichtungen und Schaltungen sind wohlbekannt.

In Fig. 2 ist für die Kerne 10 und 12 die Abhängigkeit der Induktanz von der Temperatur dargestellt, wobei die durchgezogenen Kurven 10¹ und 12¹ die. Induktanztemperaturabhängigkeit

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der Kerne 10, 12 von Fig. 1 darstellen. Es kann aus dieser Darstellung ersehen werden, daß die zwei Kurven 10· und 12' an den Schnittpunkten 38, 39, *H sich schneiden, die die Temperaturen T, T', T¹¹ darstellen, die durch die Schaltung von Fig. 1 erfaßt werden können.

Neben den Elementen 10, 12 liegen Permanentmagnete 15, 17. Das zwischen den entgegengesetzten Polen, die neben den Elementen 10 und 12 liegen, verlaufende Magnetfeld läuft durch die Elemente 10 und 12 und kann sie teilweise sättigen, wenn sie ringförmige Kerne sind, oder kann den Teil der Elemente, der zwischen den Magneten 1.5 und 17 liegt, vollständig sättigen, falls sie längliche, rohrförmige Elemente sind. ¥enn die Temperatur· T an dem Schnittpunkt 38 der Kurven 10' und 12· in Fig. 2 erfaßt werden soll, werden die Magnete im wesentlichen so gelagert, daß die Linie IU-III durch ihre Mitte verläuft. ¥enn die Elemente 10, 12 ringförmige Kerne sind, sättigen in dieser Stellung die Magnete 15» 17 den ringförmigen Kern 12 teilweise, jedoch nicht den Kern 10. Sind die Magnetkernente 10, 12 längliche, gerade, rohrförmige Elemente mit Drähten 11 und 13» die ihre Längsachsen überkreuzen, sättigen die Magnete 15» 17 den Teil des magnetischen Elements 12 vollständig, der zwischen ihnen liegt, jedoch die anderen Teile der Längselemente 10, 12 bleiben im wesentlichen ungesättigt. Für den Fall, daß die Elemente 10, 12 längliche Elemente sind, sind die Permanentmagnete 15, 17 vorzugsweise längliche Permanentmagnete, die etwas kürzer als die rohrförmigen Elemente

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10, 12 sind. Eine genaue Diskussion dieser Elementetypen ist in dor US-Patentanmeldung Nr. 518,310 vom 29. Oktober 1974 -.:■ fir^r;, über die die Anmeldcrin verfügt, und diese Anmeldung wir J hior als Bezug angegliedert.

Soll eine höhere Temperatur T¹ erfaßt werden, kann dies dadurch erreicht werden, daß die Permanentmagnete 15» 17 so bewegt werden, daß ihre Mitten im wesentlichen auf der Linie II-II liegen. Wenn die Permanentmagnete 15, 17 sich in der Stellung befinden, daß die Linie II-II sie in der Mitte schneidet, wird die Induktanztemperaturkurve 10', 12' an eine andere Stelle verschoben, so daß die Kurven sich jetzt bei der Temperatur T' schneiden, die durch den Schnittpunkt 39 dargestellt wird. Beide Elemente 10, 12 werden im wesentlichen gleichermaßen von den Magneten 15» 17» wenn sie sich in dieser Stellung befinden, beeinflußt.

¥enn die Magnete 15, 17 so gelagert sind, daß die Linie I-I sie im wesentlichen in der Mitte schneidet, werden die Induktanztemperaturkurven 10·, 12' so verschoben, daß sie sich in dem Punkt h\ schneiden, so daß eine noch höhere Temperatur T^{1 f} erfaßt werden kann. So kann durch die Einstellung der bewegbaren Magnete I5» 17 neben den Elementen 10, 12 die Induktanztemperaturcharakteristik der Schaltung von Fig. 1 ohne Auseinanderbauen der Schaltung geändert werden, und ein weiter Temperaturbereich, kann somit durch bloßes Einstellen der Magnete 15, 17 erfaßt werden.

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Die zu erfassende Temperatur kann auch, über einen relativ schmalen Bereich durch den Kontrollschleifer 25 eingestellt werden, der mit den Sekundärwindungen 22, 24 des Transformators 26 verbunden ist, oder, als zweite Möglichkeit, durch die Verwendung einer Transformatorwicklung, die gesättigt werden kann,

eines
und wenigstens / bewegbaren magnetischen Einstellelementes, wie z. B. des Magneten 27, der magnetisch mit diesen Wicklungen gekoppelt ist.

Während vorzugsweise die Induktanz der Kurve 10· bei steigender Temperatur anwächst und vorzugsweise die Induktanz der Kurve 12' entweder abnimmt oder verhältnismäßig konstant bleibt, ist dieses jedoch nicht notwendigerweise erforderlich. Es ist nicht wie bei Temperaturkompensationselementen der oben erwähnten US-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 Ausgangssignal, das von dem Nulldetektor 32 der Fig. 1 erfaßt wird. Wie darin zu sehen ist, liegt das Ausgangssignal 4o bei einer Temperatur unterhalb der zu ermittelnden Temperatur in einer ersten Phase vor, jedoch die Höhe des Ausgangssignals nimmt bei Annäherung an den Kreuzungs-.punkt 43 ab. An dem Kreuzungspunkt 43 wird von dem Nulldetektor

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keine Ausgangswert abgelesen, -wodurch, ein Erreichen der gewünschten Temperatur angezeigt wird. ¥enn die Temperatur oberhalb der an dem Kreuzungspunkt 43 zu ermittelnden Temperatur weiter zunimmt, liegt das Ausgangssignal 42 in einer zur Phase des Ausgangssignals 4o, die für Temperaturen unterhalb des Kreuzungspunktes 43 erhalten wird, entgegengesetzten Phase vor und wächst in seiner Höhe so wie die Temperatur zunimmt. Obwohl ein Nulldetektor ein geeigneter Ausgangsdetektor für die vorliegende Erfindung aufgrund seiner Einfachheit ist, können, falls gewünscht, andere Detektortypen, einschließlich solcher, die auf Größe und Phase ansprechen, Verwendung finden«

Für gewisse Anwendungen ist es wünschenswert, die Empfindlichkeit der Fühlschaltung über eine Schaltung mit zwei aktiven Armen, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, zu erhöhen. Eine Möglichkeit dazu bietet der Aufbau nach Fig. 4. Die Elemente 10, der Fig. 4 können ringförmige Kerne sein, sind jedoch, vorzugsweise längliche rohrförmige Elemente. Durch das rohrförmige Element läuft der Leiter 19» während durch das Element 12 der Leiter 21 läuft. Die Leiter Λ^ und 21 sind zu einem zentralen Abgreifleiter 23 zwischen den Elementen 10 und 12 verbunden. Der Leiter 25 verläuft ebenso durch, das Element 10, während der Leiter 27 durch das Element 12 läuft. Die Leiter 25 und 27 sind zu dem zentralen Abgreifleiter 29 zwischen den Elementen 10 und 12 verbunden.

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Der Aufbau nach. Fig. h bildet demnach, vier induktive Elemente 31, 33» 35» 37, wie sie in der Schaltung von Fig. 5 dargestellt sind. Das Induktivelement 31 wird durch den Kern 10 und den Leiter 19» der hindurchläuft, gebildet, wobei der Leiter an seinem einen Ende an dem Anschluß A endet und an seinem anderen Ende mit dem Leiter 23 verbunden ist. Der Leiter 23 endet an der Anschlußklemme B. Das Induktivelement 33 wird aus dem Kern 12 und den dadurch hindurchlaufenden Leiter 21 gebildet, der an dem Anschluß C mit seinem einen Ende angebracht ist und an seinem anderen Ende an den Leiter 23 angeschlossen ist. Das Induktivelement 35 wird aus dem Kern 10 und den hindurchführenden Leiter 25 gebildet, der mit seinem einen Ende an den Anschluß D und mit seinem anderen Ende an den Leiter 29 angeschlossen ist. Der Leiter 29 endet an der Anschlußklemme E, die in der Schaltung gemäß Fig. 5 geerdet ist. Die Induktanz 37 wird durch den Kern 12 und den hindurchlaufenden Leiter 27 gebildet, der mit seinem einen Ende an den Anschluß F und mit seinem anderen Ende an den Leiter 29 angeschlossen ist. Die Ausführung der Fig. h und 5 bildet eine nützliche Temperaturfühlschaltung, die noch weiterhin durch die variable Nulleinstellung verbessert ist, die durch die einstellbaren Permanentmagneten 15 und 17 gebildet wird.

In der Schaltung von Fig. 5 is^ ^β^^η Leiter einer ¥echselstromquelle mit der Verbindung der Anschlußklemmen. A und F verbunden, und der andere Leiter ist mit der Verbindung der Anschlußklemmen C und D verbunden. Ein Nulldetektor 32· ist zwischen den Anschlußklemmen B und C angeschlossen, so daß er die

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Temperatur erfaßt, bei der die Brückensclialtung nach. Fig, 5 im Gleichgewicht ist. Eine Einstellung der Schnittpunkte der Kurven 10' und 12' kann in dieser Schaltung durch eine Einstellung der Permanentmagnete 15» 17 in die durch die Pfeilspitzen 45 des Pfeiles 49 in Fig. 4 gekennzeichneten Richtungen erfolgen.

Eine Fühlschaltung ist in Fig. 6 gezeigt, die die Fühleinheit 14 aus Fig. 1 mit einschließt, die an einer entfernten Stelle von dem Restteil der Schaltung nach Fig. 6 angeordnet werden kann. Ein Wechselstromoszillator 40 des Colpitts-Typ wird verwendet, um ain Signal zu erzeugen. Der Oszillator verwendet den Transistor 47, die frequenzbestimmende Spule 49, die frequenzbestimmenden Kondensatoren 44, 46, die Koppelkondensatoren 48, 50, den Entkoppelkondensator 52 und die Widerstände 5^» 56, 58. Der Kollektor 60 des Transistors 47 ist mit der Anschlußklemme 62 verbunden, die an eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist. Die Basis 64 des Transistors 47 ist mit der Verbindung der beiden Widerstände 54 und $6 und dem Koppelkondensator 48 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 54 ist mit der Anschlußklemme 62 verbunden, wohingegen das andere Ende des Widerstandes 56 mit der geerdeten Anschlußklemme 63 in Verbindung steht. Der Widerstand 58 verbindet den Emitter 66 des Transistors 47 mit der geerdeten Klemme 63. Der Ausgang des Oszillators 40 an dem Emitter 66 des Tran sistors 47 ist durch den Koppelkondensator 50 mit der Primärwicklung 68 des Ausgangstransformators 70 verbunden. Die

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SekundärwickLungen 72 und 74 des Ausgangstransformators 70 sind mit einer Brückenschaltung 75 verbunden, in der die magnetis dien Elemente 10 und 12 der Einheit 14 die aktiven Elemente bilden. Die Polarität der Windungen 68, 72 und 74 des Transformators 70 und die magnetischen Elemente 10 und sind in Fig. 6 mit Hilfe von Punkten gezeigt, wobei die Punkte die gleiche Polarität für jede Wicklung eines so markierten magnetischen Elementes anzeigen.

Der Ausgang der Brückenschaltung 75 ist mit einer Primärwindung 76 des Transformators 78 verbunden. Ein Ende der Primärwicklung- 76 ist mit dem Verbindungspunkt 77 der Kerne 10 und 12 verbunden, und das andere Ende liegt an dem Verbindungspunkt 79 der Wicklungen 72 und 74. Die Sekundärwicklung 80 des Ausgangstransformators 78 besitzt eine mittlere Anschlußklemme 81, die geerdet ist und durch ein Paar Widerstände 82 und 84 mit der Synchrondetektorschaltung 86 verbunden ist, die aus den vier miteinander verbundenen Dioden 88, 90, 92 und 94, wie in Fig. 6 dargestellt, besteht. Der Transformator 78 könnte, falls erwünscht, durch eine direkte Verbindung der Verbindungspunkte 77 und 79 mit den Widerstä- i.en 82 und 84 weggelassen werden.

Die Verbindung 96 zwischen den Dioden 88 und 94 ist mit der Verbindung des Koppelkondensators 50 des Oszillators und einem Ende der Primärwicklung 68 des Transformators 70 verbunden. Der Zusammenschluß 98 zwischen den Dioden 90 und 92 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang 100 eines

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Differenzverstärkers 102 verbunden. Ein Kondensator 104 liegt zwischen dem nichtinvertierenden Eingang 100 und der Erde, um das Eingangssignal zu glätten, um eine gleichmäßigere Gleichstrornhöhe zu haben. Der Widerstand 105 ist zwischen dem invertierenden Eingang und Erde eingefügt, um die Ladung von dem Kondensator 104 abfließen zu lassen* Der invertierende Eingang des Verstärkers 102 liegt direkt auf Erde. So läuft ein Eingangssignal von dem Oszillator ko über die Anschlußklemmen 96 und 98, während das Signal von der Brückenschaltung 75 über die Anschlußklemme 108 an der Verbindung der Dioden 88 und 90 v.nd den Anschluß 110 an der Verbindung der Dioden 92 und 9h des Synchrondetektors 86 läuft. Die Anschlüsse 108, 110 sind auch jeweils mit den Widerständen 82 und 84 verbunden.

Der Graph von Pig. 7a bzw. Tb zeigt die Spannungstemperaturabhängigkeit an dem nichtinvertierenden Eingangs ans chluß 100 und an dem Aus gangs ans chluß 112. Falls die Umgebungstemperatur um die Einheit 14 kleiner als die Temperatur an dem Punkt 114 ist, an dem die Kurve von Fig. ¹Ja. die Spannungsachse kreuzt, ist die Induktanz des Elementes 10 im wesentlichen kleiner als die Induktanz des Elementes 12, In diesem Fall steht eine relativ hohe Ausgangs spannung an dem Verbindungspunkt 108 und eine relativ niedrige Ausgangs spannung an dem Verbindungspunkt 110 zugleich mit einer positiven Spannung an dem Anschluß 96, die etwas größer als die positive Spannung an dem Anschluß 108

gepolt ist. Die Diode 9k ist somit in Durchgangsrichtung / und die

Kathode der Diode liegt auf einer positiven Spannung, da der

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Verbindungspunkt 96 direkt mit dem Verbindungspunkt 97 verbunden ist, während die Verbindungspunkte 108 und 110 über die Widerstände 82 und 84 an der Sekundärwicklung 80 liegen. Durch die positive Spannung an der Kathode der Dioden 88 und 92 sind diese in Sperrichtung gepolt. ' So ist nur die Diode 90 durch die positive Spannung an dem Anschluß 108

leitend, um den Kondensator 104 aufzuladen und den nichtinvertierenden Eingang 100 des Verstärkers 102 mit Strom zu versorgen. Wenn der nichtinvertierende Eingang 100 Strom erhält, ist die Spannung an der Ausgangsklemme 112 des Verstärkers 102 auf dem hohen Potential, wie in Fig. 7b gezeigt ist.

Liegt an der Anschlußklemme 96 und an der Anschlußklemme eine negative Spannung und an der Anschlußklemme 110 eine positive Spannung, so leitet im wesentlichen keine der Dioden des Synchrondetektors 86. Auf diese ¥eise erhält der Eingang 100 über die Diode 90 nur Strom während eines Halbzyklus der Schwingungen des Oszillators 40.

Wenn sich die Temperatur ändert, so daß die Induktanzen der Elemente 10 und 12 gleich sind, fällt die von der Wicklung über die Klemmen 108 und 110 gezogene Spannung im wesentlichen auf Null. Auf diese Weise kann Strom weiterhin durch die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 94 fließen, jedoch die Diode 90 befindet sich im nichtleitenden Zustand. Die Spannung an der Verbindung 98 ist in der Temperatur-Spannungsabhängigkeit

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von Fig. 7a dargestellt, wobei der Punkt 114 der Punkt ist, an dem die Spannung im wesentlichen auf Null abfällt, wenn die Induktanz en der Elemente 10 und 12 gleich, sind. Ohne rtro'.nfluß auf den Eingang 100 des Verstärkers 102 ändert der Verstärker seinen Zustand, so daß ein scharfer Spannungsübergang an dem Anschluß 112 auf ein niedriges Potential bei dem Punkt 114 erfolgt, wie in Fig. 7b der Zeichnungen dargestellt ist.

Wenn die Temperatur weiterhin anwächst, wird die Induktanz des Kerns 12 kleiner als die Induktanz des Kerns 10, dadurch wird, wenn die Spannung an der Verbindung 110 positiv und die Spannung an der Verbindung 108 negativ ist, die Spannung an der Verbindung 96 positiv. In diesem Fall sind alle der Dioden 88, 90 und 92 in Sperrichtung gepolt, während nur die Diode 9k in Durchlaßrichtung gepolt sein kann. Wenn die Verbindung 9^ jedoch negativ wird, wird die Spannung an der Verbindung 108 positiv bezüglich der Spannung an der Verbindung 110. Die Dioden 88 und 92 sind dann in Durchlaßrichtung gepolt, dadurch wird die Anode der Diode 92 auf eine negative Spannung gelegt. Auf diese Weise wird der Ausgang 112 für Temperaturen, die größer als die Temperatur an dem Schnittpunkt 114 sind, auf ein niedriges Potential gelegt, wie in Fig. 7*> gezeigt.

Wenn die Temperatur den Schnittpunkt 114 von einer niedrigen Temperatur aus erreicht, fließt jede positive Spannung, die in dem Kondensator 104 gespeichert wurde, durch die Diode

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92 ab. Gleichermaßen fließt jede negative Spannung, wenn die Temperatur den Schnittpunkt 114 von einer höheren Temperatur aus erreicht, die der Kondensator gespeichert hat, durch die Diode 90 ab. So wird der Übergang an dem Ausgang 112 des Verstärkers 102 an dem Schnittpunkt 114 für einen kurzen Augenblick verzögert, bis irgendwelche gespeicherte Ladung in dem Kondensator 104 abgeflossen ist. Die Schaltung nach Fig. 6 ist auch ohne die einstellbaren Permanentmagnete 15 und 17 nützlich, jedoch ermöglicht dieses zusätzliche Merkmal eine leichte Einstellung der zu erfassenden Temperatur ohne Auseinanderbau irgendeines Teiles der Schaltung.

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Claims

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Ansprüche

1. Ein Temperaturfühler, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten induktiv umwickelten Magnetkern, wobei die beiden Kerne eine unterschiedliche Induktanz-Temperaturabhängigkeit aufweisen, so daß die Induktanz-Temperaturabhängigkeit der beiden Kerne sich bei einer zu erfassenden Temperatur überschneiden, eine Spannungsquelle, die mit den induktiv umwickelten Kernen verbunden ist, eine Fühleinrichtung, die mit den Kernen verbunden ist, um zu erfassen, wann die Induktanzen der Kerne etwa gleich sind, und Permanentmagnet Vorrichtungen, die neben den Kernen liegen und bezüglich ihrer Lage zu dem Kern einstellbar sind, so daß der Fühler die Temperatur über einen Bereich von Temperaturen fühlt.

2. Temperaturfühler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung eine Nulldetektorvorrichtung enthält, die erfaßt, wenn die Impedanzen der induktiv umwickelten Kerne etwa gleich sind.

3. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kerne ein zylindrisches, längliches, hohles Rohr mit einer Längsachse besitzt und aus einem Material hergestellt ist, das magnetisch gesättigt werden kann, däß wenigstens ein Fühldraht durch das Rohr in einer zur Längsachse des Rohres parallelen Richtung verläuft, und

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daß die Permanentmagnetvorrichtung ein Paar gegensätzlich, gepolter Magnete, die einander gegenüberliegen, neben dem äußeren Umfang des Rohres besitzt, die den Teil des Rohres vollständig magnetisch sättigen, der zwischen den Magneten lieg-t, die aber im wesentlichen ohne Einfluß auf die magnetische Sättigung des restlichen Teiles des Rohres sind,

k, Temperaturfülaler, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten induktiv umwickelten Magnetkern, wobei die Kerne unterschiedliche Induktanz-Temperaturabhängigkeiten aufweisen, so daß die Induktanz-Te:nperaturabhängigkeiten der beiden Kerne sich bei einer zu erfassenden Temperatur überschneiden, wobei jeder der beiden Kerne ein Paar dazugehörige Wicklungen besitzt, um für jeden der Kerne zwei induktive Impedanzen zu bilden, die miteinander verbunden sind, so daß sie eine vierarmige aktive Brücken-

die

schaltung bilden, eine Spannungsquelle/über zwei Anschlußklemmen der Brückenschaltung angeschlossen ist und eine

die
Fühlvorrichtung,/über die beiden anderen Anschlüsse der

Brückenschaltung angeschlossen ist,

5· Temperaturfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung ein Nulldetektor ist, der erfaßt, ob die Impedanzen der Brückenschaltung im Gleichgewicht sind oder nicht,

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6. Temperaturfühler nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß er eine einstellbare Permanentmagnetvorrichtung besitzt, die neben den Kernen liegt und bezüglich ihrer Lage zu den Kernen einstellbar ist, so daß der Fühler die Temperatur über einen Temperaturbereich, erfaßt.

7. Fülller nach. Anspruch 6, dadurch, gekennzeichnet, daß jeder der Kerne ein zylindrisches, längliches, hohles Rohr mit einer Längsachse enthält und aus einem Material hergestellt ist, das magnetisch gesättigt werden kann, daß wenigstens ein Lesedraht durch das Rohr in einer zur Längsachse des Rohres parallelen Richtung läuft und daß die Permanentmagnetvorrichtung ein Paar entgegengesetzt gepolter, sich diametral gegenüberliegender Magnete neben dem äußeren Umfang des Rohres enthält, die den Teil des Rohres, der zwischen den Magneten liegt, vollständig sättigen, die aber im wesentlichen ohne Einfluß auf die magnetische Sättigung des Restteiles des Rohres sind.

8. Temperaturfühler, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten induktiv umwickelten Magnetkern, wobei die Magnetkerne unterschiedliche Induktanz-Temperaturabhängigkeit besitzen, so daß die Induktanz-Temperaturabhängigkeiten der beiden Kerne sich bei einer zu erfassenden Temperatur überschneiden, erste und zweite impedanzen, die mit den ersten und den zweiten umwickelten Kernen zur Bildung einer vierarmigen Brückenschaltung verbunden sind, eine

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Spanntmgsquelle, die über zwei Anschlüsse mit der Brückenschaltung verbunden ist, eine Fühlvorrichtung, die über die ΖΛ<τεχ übrigen Anschlüsse mit der Brückenschaltung verbunden ist, und einstellbare Permanentmagnetvorrichtungen, die neben den Kernen liegen und bezüglich der Lage zu den Kernen einstellbar sind, so daß die Impedanz— elemente, die durch die Kerne gebildet werden, einzeln so geändert werden können, daß der Fühler Temperatur über einen Temperaturbereich erfaßt.

9. Temperaturfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlvorrichtung ein Nulldetektor ist, der erfaßt, wenn die Impedanzen der induktiv umwickelten Kerne etwa gleich sind.

10. Temperaturfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Transformator mit einer Primär und zwei Sekundärwicklungen besitzt, wobei die Spannungsquelle eine Wechselstromquelle ist, und die Primärwicklung mit der Spannungsquelle verbunden ist und die Sekundärwicklungen einen ersten und einen zweiten Impedanzarm der Brückenschaltung enthalten.

11. Temperaturfühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er eine mit dem Transformator in Zusammenhang stehende Einstellvorrichtung zur Einstellung des von dem Fühler gelieferten Ergebnisses besitzt, so daß der Fühler die

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Temperatur über einen Temperaturbereich erfaßt.

12. Fühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kerne ein zylindrisches, längliches, hohles Rohr mit einer Längsachse besitzt, das aus einem Material hergestellt ist, das magnetisch gesättigt werden kann, daß wenigstens ein Lesedraht durch das Rohr in einer zur Längsachse des Rohres parallelen Richtung verläuft, und daß die Permanentraagnetvorrichtung ein Paar von entgegengesetzt gepolten, diametral gegenüberliegenden Magneten besitzt, die neben dem äußeren Umfang des Rohres liegen und den Teil des Rohres, der zwischen den Magneten liegt, vollständig sättigen, während sie im vesentliehen ohne Wirkung auf die magnetische Sättigung des restlichen Teiles des Rohres sind.

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