DE3133047C2 - Temperaturmeßfühler mit einem sich unter Temperatureinwirkung verformenden Bimetallstreifen - Google Patents

Temperaturmeßfühler mit einem sich unter Temperatureinwirkung verformenden Bimetallstreifen

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Abstract

Es wird ein Temperaturfühler angegeben, der ein Gehäuse und einen innerhalb des Gehäuses angebrachten Kern aufweist, welcher mit einem Bimetallstreifen und einem an dem Streifen befestigten weichmagnetischen amorphen Material aufgebaut ist. Eine Temperaturänderung bewirkt eine Biegung des Streifens und damit eine Spannungsbelastungsänderung in dem weichmagnetischen amorphen Material. Eine um den Kern herum angeordnete elektrische Spule setzt die Spannungsbelastungsänderung in dem weichmagnetischen amorphen Material in ein elektrisches Signal um.

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturmeßfühier gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-OS 27 45 184 ist ein derartiger Temperaturmeßfühler bekannt, bei dem auf einem Bimetallstreifen ein Halbleiterelement befestigt ist, dessen piezoresistive Eigenschaften sich in Abhängigkeit vom Durchbiegungszustand des Bimetailstreifens und damit in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Die als Widerstandsveränderungen in Erscheinung tretenden Veränderungen der piezoresistiven Eigenschaften werden über einen das Halbleiterelement kontinuierlich durchfließenden Meßstrom ermittelt, dessen Größe von dem jeweiligen Halbleiterelementwiderstand und dammit von der zu messenden Temperatur abhängig ist. Der das Halbleiterelement kontinuierlich durchfließende Meßstrom bewirkt allerdings aufgrund der auftretenden ohmschen Verluste unvermeidlich eine Erwärmung des Halbleiterelements und damit des mit diesem verbundenen BimetaHstreifens, so daß dessen Temperatur und damit dessen Durchbiegungszustand nicht exakt mit der eigentlich zu ermittelnden Temperatur übereinstimmen. Darüber hinaus ist die Linearität und die Steilheit der Meßkennlinie relativ gering, was die Meßgenauigkeit und Empfindlichkeit noch weiter beeinträchtigt.
Weiterhin ist aus der DE-GMS 19 80 984 ein Temperaturmeßfühler bekannt, bei dem an einem U-förmig gebogenen Bimetallstreifen ein Permanentmagnet befestigt ist, der sich entsprechend der jeweiligen Durchbiegung des BimetaHstreifens relativ zu einem ihm gegenüberliegend fest angeordneten, magnetisch steuerbaren Halbleiterwiderstand bewegt. Damit ändert sich die Größe des den magnetisch steuerbaren Halbleiterwiderstand durchsetzenden Magnetfelds und damit dessen tatsächlicher Widerstand entsprechend der jeweiligen Temperatur. Diese Widerstandsveränderung wird wie bei der DE-OS 27 45 184 über einen den Halbleiterwiderstand kontinuierlich durchfließenden Meßstrom ermittelt, dessen Größe ein Maß für die jeweilige Temperatur darstellt. Auch diese Meßmethode besitzt keine gute Linearität, was eine exakte Auswertung zumindest stark erschwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturmeßfühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der sich bei einfacher Auswertung durch gute Linearität und große Kennliniensteilheit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst.
Es wird somit von dem bekannten Prinzip der direkten Gleichstromspeisung des Sensorelements, über dessen Eigenschaftsveränderungen auf die jeweilige Temperatur rückgeschlossen wird, vollständig abgegangen und statt dessen ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem das von keinerlei Strom mehr durchflossene Sensorelement aus amorphem, weichmagnetischem Material besteht und von einer Spule umgeben ist, die ihrerseits mit einem impulsförmigen Spannungssignal gespeist wird. Der erfindungsgemäße Aufbau begründet dabei nicht nur den Vorteil, daß die beim Stand der Technik durch den Meßstrom unweigerlich hervorgerufene, meßergebnisverfälschende Temperaturerhöhung des Sensorelements und damit des mit diesem verbundenen BimetaHstreifens grundsätzlich nicht auftreten kann, sondern zeichnet sich darüber hinaus durch hohe Meßkennlinienlinearität und -steilheit aus. Die spulenausgangsseitig auftretende Impulsbreitenverringerung hängt im wesentlichen linear von der zu messenden Temperatur ab und läßt sich z. B. durch einfache Mittelwertbildung in eine der jeweiligen Temperatur entsprechende Gleichspannung umsetzen, d. h. äußerst einfach auswerten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Temperaturmeßfühlers,
F i g. 2a ein Schaltbild einer an den in F i g. 1 gezeigten Temperaturmeßfühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung einer Analogspannung, die der ermittelten Temperatur entspricht,
F i g. 2b eine graphische Darstellung, die Kurvenformen von Eingangs- und Ausgangssignaien der in F i g. 2a gezeigten Verarbeitungsschaltung zeigt,
F i g. 3a ein Schaltbild einer weheren, an den in F i g. 1 gezeigten Temperaturmeßfühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung für die Abgabe von Impulsen, deren Verzögerungszeit der ermittelten Temperatur entspricht,
F i g. 3b eine graphische Darstellung, die die Krrvenformen der Eingangs- und Ausgangssignale der in F i g. 3a gezeigte;! Verarbeitungsschaltung zeigt,
F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Zählerschaltung, die die Verzögerungszeit zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangsimpuls der Verarbeitungsschaltung gemäß F i g. 3a in einen digitalen Code umsetzt,
F i g. 5 ein Blockschaltbild einer an den in F i g. 1 gezeigten Temperaturmeßfühler angeschlossenen elektronischen Verarbeitungseinheit zur Bestimmung der Zeitverzögerung der Anstiegsflanke eines in Abhängigkeit von is" einem durch einen Einzelbaustein-Mikrocomputer erzeugten an eine elektrische Spule des Temperaturmeßfühlers angelegten Spannungsimpuls durch die Spule fließenden Stroms,
F i g. 6a eine perspektivische Ansicht eines Kerns in einer Versuchsanordnung zur Ermittlung einer Spannung Vx sowie einer Impulsverzögerungszeit td, die eine Auslenkung eines Endes des Kerns entsprechen,
F i g. 6b eine Draufsicht auf den in F i g. 6a gezeigten Kern ohne elektrische Spule,
F i g. 6c eine Vorderansicht eines Versuchsaufbaus zum Auslenken eines weichmagnetischen amorphen Teils des Kerns gemäß den F i g. 6a und 6b,
F i g. 6d eine Seitenansicht des Aufbaus gemäß F i g. 6c, gesehen von rechts,
F i g. 6e eine graphische Darstellung, die die Spannung Vx in bezug auf die Auslenkung Zbei Anbringen einer Spule an dem Kern gemäß den F i g. 6a bis 6d unter Auswertung durch die Schaltung nach F i g. 2a zeigt,
F i g. 6f eine graphische Darstellung, die die Verzögerungszeit td in bezug auf die Auslenkung Z bei Anschluß der am Kern angeordneten Spule an die Schaltung gemäß F i g. 3a zeigt,
F i g. 7 eine Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Temperaturmeßfühlers,
F i g. 8a eine perspektivische Ansicht eines Kerns in einem Versuchsaufbau zur Bestimmung einer Spannung Vx und einer Impuls-Verzögerungszeit td, die einer Auslenkung Zeines Endes des Kerns entsprechen, F i g. 8b eine Ansicht des Kerns nach F i g. 8a von unten,
F i g. 8c eine Vorderansicht des Versuchsaufbaus zum Auslenken eines weichmagnetischen amorphen Teil des Kerns gemäß den F i g. 8a und 8b,
F i g. 8d eine Seitenansicht des Aufbaus nach F i g. 8c von rechts,
F i g. 8e eine graphische Darstellung, die die Spannung Vx in bezug auf die Auslenkung Z bei Anschluß einer Spule an dem Kern gemäß den F i g. 8a bis 8d an die Schaltung nach F i g. 2a zeigt, und
F i g. 8f eine graphische Darstellung, die die Verzögerungszeit td in bezug auf die Auslenkung Z bei Anschluß der Spule an dem Kern gemiß den F i g. 8a bis 8d an die Schaltung gemäß F i g. 3a zeigt.
In der Zeichnung sind durchgehend in allen Figuren identische oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ein in F i g. 1 gezeigter Temperaturmeßfühler 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Kunststoff-Verschlußstopfen 3 auf. In dem Gehäuse 2 ist eine um einen Spulenkörper 4 gewickelte elektrische Spule 5 angeordnet. Die Enden der elektrischen Spule 5 sind jeweils mit Anschlüssen 6 bzw. 7 verbunden. Ein Kern 8 weist einer, Bimetallstreifen 9 und einen an der linken Seite des Bimetallstreifens 9 befestigten amorphen weichmagnetischen Teil 10 auf, der als Sensorelement dient. Der Kern erstreckt sich durch eine Durchgangsöffnung 11 in dem Spulenkörper 4 hindurch und wird an seinem oberen Ende mittels des Verschlußstopfens 3 gehalten.
Der Bimetallstreifen 9 weist ein Metall 12 mit hohem Ausdehnungskoeffizienten und ein Metall 13 mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten auf und verbiegt sich entsprechend der Umgebungstemperatur. Beispielsweise bewirkt ein Anstieg der Umgebungstemperatur eine Auslenkung des Bimetallstreifens 9 nach rechts, wodurch in dem an dem Metall 12 mit dem hohen Ausdehnungskoeffizienten befestigten weichmagnetischen
armophen Teil 10 eine Zugspannung entsteht.
F i g. 2a zeigt eine elektrische Verarbeitungsschaltung 100. Die Schaltung 100 weist einen Anschluß 101, der an eine vorgegebene Gleichspannung in der Größenordnung von beispielsweise + 5 V angeschlossen ist, und einen Eingangsanschluß 102 auf, an den Spannungsimpulse mit einer Frequenz in der Größenordnung von beispielsweise 5 bis 25 kHz angelegt werden. Ein mit seiner Basis an den Eingangsanschluß 102 angeschlossener NPN-Transistor 103 ist bei positivem Pegel der Impulsspannung leitend, und sperrt, wenn die Impulsspannung Massepegel annimmt. Wenn der Transistor 103 durchgeschaltet bzw. gesperrt wird, wird ein PNP-Transistor 104 durchgeschaltet bzw. gesperrt.
Damit liegt während der Zeit, wählend der die an den Eingangsanschluß 102 angelegte Impulsspannung positiv ist. die Versorgungsspannung Vcc an der elektrischen Spule 5 an, während die Spule während der Zeitdauer spannungslos ist, während der die Impulsspannung Massepegel besitzt. An einem Widerstand 105 entsteht eine zu dem über die Spule 5 fließenden Strom proportionale Spannung, die durch einen Integrator aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 integriert wird. Die integrierte Spannung wird über einen Ausgangsanschluß 108 abgegeben. F i g. 2b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der in Fig.2a gezeigten Schaltung. Eine Verzögerungszeit td zwischen der Anstiegsflanke der Eingangsspannung IN und dem Zeitpunkt, an dem die Spannung an dem Widerstand 105 einen vorgegebenen Pegel übersteigt, sowie eine integrierte Spannung Vx, die das Integral der Spannung an dem Widerstand 105 darstellt, hängen von der mechanischen Spannungsbelastung des weichmagnetischen amorphen Teils i0 ab.
Fig.3a zeigt eine weitere elektrische Verarbeuungsschaltung 120. Der NPN-Transistor 103 und der PNP-Transistor 104 sind während der Zeit positiver Eingangsspannung IN durchgeschaltet, so daß eine Konstantspannung an der Spule 5 anliegt, während bei Massepegel der Eingangsspannung IN der Transistor 103 und der Transistor 104 gesperrt sind. Zwei N-Kanal-Sperrschiehl-Feldeffekttransistoren FETl und FET2 bilden zusammen eine Konstantstromquelle, die den Stromfluß über die Spule konstant hält. Die Stärke des über den Feldeffekttransistor FET2 fließenden Stroms kann mittels eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden. Die an dem mit den Feldeffekttransistoren FETX und FET2 verbundenen Anschluß der Spule entstehende Spannung wird zwei in Kaskade geschalteten invertierenden Verstärkern /W1 und IN 2 zugeführt, die die Spannung verstärken und formen.
F i g. 3b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der Schaltung nach Fig.3a. Die Schaltung 120 gibt ein Ausgangssignal OUTm Form von Spannungsimpulsen ab, die jeweils in bezug auf einen Eingangsimpuls IN um eine Verzögerungszeit td verzögert sind, deren Dauer von der mechanischen Spannungsbelastung des weichmagnetischen amorphen Teils 10 abhängt.
F i g. 4 zeigt eine Zählerschaltung 340, welche die Verzögerungszeit td in einen entsprechenden digitalen Code umsetzt. Bei der Schaltung nach F i g. 4 wird durch die Anstiegsflanke der Eingangsspannung IN ein Flip-Flop Fl gesetzt, wodurch dessen Q-Ausgangssignal auf hohen Pegel »1« wechselt, der ein UND-Glied A 1 zum Durchlaß von mittels eines Taktimpulsoszillators 141 erzeugten Impulsen zu einem Zählimpulseingang CK eines Zählers 142 durchschaltet. Ein Ausgangsimpuäs OUT und das Q-Ausgangssignal des Flip-Flop Fl werden an ein UND-Glied A 2 angelegt, das ein Signal hohen Pegels »1« abgibt, wenn der Ausgangsimpuls Οί/Tauf hohen Pegel ansteigt. Hierdurch wird das Flip-Flop Fl rückgesetzt, so daß sein (?-Ausgangssignal niedrigen Pegel »0« annimmt. Dadurch wird das UND-Glied A 1 gesperrt und damit die Zufuhr von Taktimpulsen zu dem Zähler 142 unterbrochen. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das UND-Glied Λ 2 ein Ausgangssignal »1« abgibt, wird ein den Zählerstand des Zählers 142 anzeigender Code in einem Zwischenspeicher 143 gespeichert. Nach dem Rücksetzen des FHp-FIops Fl und dem Speichern des Zähistand-Codes in dem Zwischenspeicher 143 läßt ein UND-Glied A 3 einen Taktimpuls zum Löschen des Zählers 142 durch. Der Ausgangscode des Zwischenspeichers 143 stellt die Anzahl der während des Zeitintervalls td durchgelassenen Taktimpulse und damit die Größe der Verzögerungszeit fc/dar.
Eine in F i g. 5 gezeigte elektronische Verarbeitungseinheit 160 weist einen Einzelbaustein-Mikrocomputer (LSI) 161, einen Verstärker 162, einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor FETl, der als Konstantstromquelle wirkt, einen Widerstand 163, einen Kondensator 164, einen Verstärker 165 und einen Taktimpulsgenerator 166 auf. Der Widerstand 163 und der Kondensator 164 bilden ein Filter, das Spannungsschwingungen mit Frequenzen unterdrückt, die höher als die Frequenz der Eingangs- und der Ausgangsimpulse sind. Der Mikrocomputer 161 bildet im Ansprechen auf die Taktimpulse Impulse mit einer vorgegebenen Frequenz in einem Bereich von 5 bis 30 kHz und führt sie dem Verstärker 162 zu. Zugleich überwacht der Mikrocomputer 161 die an dem Verbindungspunkt zwischen dem N-Kanal-Feldeffekttransistor FETl und der Spule entstehende Spannung über die Ausgangsspannung des Verstärkers 165. Ferner zählt der Mikrocomputer die Taktimpulse, die während der mit der Anstiegsflanke des vom Mikrocomputer abgegebenen Impulses beginnenden und beim Ansteigen der Ausgangsspannung des Verstärkers 165 auf einen vorgegebenen Pegel endenden Zeitdauer erzeugt werden. Dieses Zeitinterall entspricht der Zeit td, für dessen Wert der Mikrocomputer ein Ausgangscodesignal bildet.
Der Temperaturmeßfühler ί gemäß Fig. 1 erzeugt mit Hilfe der Schaltung 100, 120 und 140 oder der Verarbeitungseinheit 160 ein der Verbiegung, d. h. Auslenkung des Bimetallstreifens entsprechendes elektrisches Signal folgendermaßen: Wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, so daß sich der Bimetallstreifen 9 nach rechts verbiegt, ensteht in dem an dem Metall 12 mit hohem Ausdehnungskoeffizienten befestigten weichmagnetischen armophen Teil 10 eine Zugspannung. Bei einer Versuchsmessung wird gemäß den F i g. 6a bis 6d das linke Ende des Kerns 8 in einer Klemme 14 festgelegt, wobei der Kern 8 zwei Sätze aus weichmagnetischen armophen Teilen 10 trägt, von denen jeder aus zwei Blättern besteht und an der Oberseite eines Epoxyharz-Substrats 30 angeklebt ist In einem Abstand von 5 mm von dem rechten Ende des Kerns 8 wird eine nicht gezeigte Meßuhr angesetzt, um damit eine Auslenkung Z des Kerns 8 in X-Richtung zu messen. Die besonderen Werte verschiedener Parameter, das Material des weichmagnetischen Teils sowie die erzielten Daten sind in der nachstehenden Tabelle 1 als Fälle 1 und 2 angeführt Die Meßergebnisse sind unabhängig davon, ob das Epoxyharz-Substrat 30 oder der Bimetallstreifen 9 als Träger für den amorphen Teil 10 eingesetzt wird.
Tabelle 1
Fall Amorpher weichmagnetischer Teil 10 Dicke a b Blatt i:
Nr. Material mm mm mm anzahl
Atom-Gew.-% 0,058 80 1,8 4
1 Fe 40, Ni 40, P 14, B 6 0,058 80 1,8 4 V;
2 Fe 40, Ni 40, P !4, B 6 0,058 80 1,8 4 f
3 Fe 40, Ni 40, P 14, B 6 0,058 80 1,8 4 \
4 Fe 40, Ni 40, P 14, B 6 1
i
S
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Fall Epoxyharz-Substrat 30 Spule 5 Meßvorr. und Eingangsimpulsfrequenz Daten
Nr. ede Windungs-
mm mm mm anzahl
1 95 6 0,6 2000 Schaltung 100 Fig.6e
5 kHz
2 95 6 0,6 2000 Schaltung 120 und Synchroskop Fig. 6f
100 Hz
3 95 6 0,6 2000 Schaltung 100 Fig.8e
5 kHz
4 95 6 0,6 2000 Schaltung 120 und Synchroskop Fig. 8f
100 Hz
Aus der in F i g. 6e gezeigten graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß sich im Fall Nr. 1 die Spannung Vx in einem Auslenkungsbereich von 0 bis 1,8 mm steil genug für eine genaue Messung ändert
Aus der in F i g. 6f gezeigten graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß bei dem Fall Nr. 2 eine Verzögerungszeit td hoher Linearität und steiler Änderung sowohl im Bereich von 0 bis 0,9 mm als auch in dem Bereich von 1,0 bis 1,8 mm der Auslenkung Z erzielt werden kann.
Die F i g. 7 bis 8f veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel des Temperaturmeßfühlers. Die wesentlichen Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel bestehen darin, daß der weichmagnetische amorphe Teil 10 an der rechten Oberfläche des Bimetallstreifens 9 befestigt ist, und daß das Metall 12 niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und das Metall 13 hohen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, so daß bei einem Anstieg der Umgebungstemperatur eine Auslenkung des Bimetallstreifens 9 nach rechts, erfolgt und in dem weichmagnetischen amorphen Teil 10, der an dem Metall 12 mit dem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten befestigt ist, eine Druckspannung entsteht.
Der Temperaturmeßfühler 1 nach F i g. 7 erzeugt mit Hilfe der Schaltung 100,120 oder 140 oder der Verarbeitungseinheit 160 ein der Auslenkung, d. h. Verbiegung entsprechendes elektrisches Signal. Bei einer Versuchsmessung wird gemäß der Darstellung in den F i g. 8a bis 8d das linke Ende des Kerns 8 an einer Klemme 14 festgelegt wobei der Kern 8 zwei Sätze weichmagnetischer amorpher Teile 10 trägt, von denen jeder zwei Blätter aufweist und an der Unterseite eines Epoxyharz-Substrats 30 angeklebt ist. In einem Abstand von 5 mm von dem rechten Ende des Kerns 8 wird eine nicht gezeigte Meßuhr angesetzt, um damit die Auslenkung Zdes Kerns 8 in X-Richtung zu messen. Die besonderen Werte verschiedener Parameter, das Material des weichmagnetischen Teils sowie die erzielten Daten sind in der vorstehenden Tabelle 1 als Fälle 3 und 4 angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, daß zwar die Messung durch Messung der Auslenkung des Epoyharz-Substrats 30 anstelle der Verwendung des Bimetallstreifens 9 bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgeführt wurde, jedoch das gleiche Ergebnis erzielt werden kann.
Aus der in Fi g. 8e gezeigten graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß sich bei dem Fall Nr. 3 die Spannung Vx in einem Auslenkungsbereich von 0 bis 3 mm steil genug für eine genaue Messung verändert
Aus der änF i g. 8f gezeigten graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß bei dem Fall Nr. 4 sowohl für den Auslenkungsbereich von 0 bis 0,8 mm als auch für den Auslenkungsbereich von 0,9 bis 2 mm eine Verzögerungszeit ft/hoher Linearität und steiler Änderung erzielbar ist.
Generell besitzt die elektrische Spule 5 eine derart große Anzahl von Windungen, daß der weichmagnetische Teil 10 schon bei verhältnismäßig niedriger angelegter Spannung bzw. mit verhältnismäßig geringer Stromstärke magnetisch gesättigt werden kann.
Die Zeit T, die von dem Augenblick des Anlegens einer Spannung an die um den weichmagnetischen Teil 10 herum angeordnete Spule 5 bis zur Sättigung des weichmagnetischen Teils 10 notwendig ist, kann annähernd folgendermaßen ausgedrückt werden:
r=4# (i)
wobei £ die angelegte Spannung, N die Windungsanzahl der Spule und Φ eine Flußänderung von einer Remanenzflußdichte auf eine Flußdichte bezeichnet die dem Magnetfeld eines vorbestimmten elektrischen Stroms entspricht. Φ verändert sich proportional zu der Permeabilität des magnetisch weichen amorphen Teils 10. Wenn eine Zugspannung in dem weichmagnetischen amorphen Teil 10 hervorgerufen wird, steigt dessen Permeabilität in Übereinstimmung mit der Zugspannung an, wodurch die Flußänderung Φ ansteigt Wenn dagen in dem Teil eine Druckspannung hervorgerufen wird, nimmt entsprechend der Druckspannung die Permeabilität ab, wodurch demgemäß die Flußänderung Φ abnimmt Daher wird die Zeitdauer T von dem Anlegen einer Spannung an die Spule 5 an bis zu dem Zeitpunkt zu dem der Spulenstrom eine vorgegebene Stärke erreicht in Übereinstimmung mit der Zugspannung in dem weichmagnetischen amorphen Teil 10 verlängert und in Übereinstimmung mit der Druckspannung verkürzt.
Dementsprechend ist bei dem beschriebenen Temperaturmeßfühler eine elektrische Schaltung oder eine |
elektronische Halbleitervorrichtung vorgesehen, die den Wert der Zeitdauer T ermittelt und ein elektrisches 65 | Signal in der Form eines Spannungspegels oder eines digitalen Codes abgibt, das diesen Wert anzeigt.
Der weichmagnetische amorphe Teil 10 wird durch Abschrecken eines flüssigen Metalls gewonnen und besitzt die Form eines dünnen Blatts. Der Teil zeigt Ferromagnetismus und hat einen hohen magnetischen
Sättigungswert, hohe Permeabilität (μη«* > 103) und niedrige Koerzitivkraft (< 1,0 Oe). Mechanisch zeigt er sehr hohe Bruchfestigkeit, hervorragende Elastizität und hervorragende Beständigkeit. Hierbei wird der weichmagnetische amorphe Teil 10 im Vergleich zu einer Halbleitervorrichtung nur geringfügig von der Temperatur beeinflußt.
Durch das amorphe Material wird die Signalverarbeitung erleichtert und die Genauigkeit der Ermittlung der Zeitdauer T gesteigert. Ferner ist die Herstellung des weichmagnetischen Teils vereinfacht und seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Schwingungen bzw. Vibrationen oder Stoßen verbessert.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
ίο

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Temperaturmeßfühler mit einem sich unter Temperatureinwirkung verformenden Bimetallstreifen, an dem ein in seinen Eigenschaften von dem jeweiligen Verformungszustand des Bimetaüstreifens abhängiges Sensorelement angebracht ist, und einer Auswertungsschaltung zur Ermittlung der jeweiligen Temperatur in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Sensorelements, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (10) aus amorphem weichmagnetischem Material besteht und von einer Spule (5) umgeben ist, die mit einem impulsförmigen Spannungssignai gespeist wird, und daß die Auswertungsschaltung (105 bis 107; FETi, FET2, INi, IN2, 122; Al, 143; FETi, 161, 163 bis 166) die spulenausgangsseitig auftretende Verringerung der Impulsbreite der Impulse des Spannungssignals als Maß für die jeweilige Temperatur auswertet
2. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung als Integrierschaltung (105 bis 107) ausgebildet ist, die die spulenausgangsseitig auftretenden, in ihrer Breite von der zu ermittelnden Temperatur abhängigen Impulse in eine entsprechende Gleichspannung umsetzt
3. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung die zeitliche Verzögerung zwischen den Anstiegsflanken der in die Spule (5) eingespeisten Spannungsimpulse und den Anstiegsflanken der spulenausg?ngsseitig auftretenden Impulse ermiuelt
4. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung eine Zählerschaltung (4) aufweist, die die zeitliche Verzögerung durch Zählen der Anzahl von Taktimpulsen ermittelt, die im Zeitintervall zwischen den Anstiegsflanken der in die Spule (5) eingespeisten Spannungsimpulsen und den Anstiegsflanken der spulenausgangsseitig auftretenden Impulse auftreten.
5. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang der Spule (5) und die Zählerschaltung (140) zwei verstärkende Inverter (INi, IN2) zur Verstärkung und Impulsformung geschaltet sind.
6. Temperaturmeßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (10) aus mehreren Blättern aus amorphem weichmagnetischem Material besteht, die parallel zum Bimetallstreifen (9) verlaufen.
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