DE3133063C2

DE3133063C2 - Temperaturmeßfühler

Info

Publication number: DE3133063C2
Application number: DE3133063A
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Auburn Heights Mich. Iwasaki
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1985-06-13
Also published as: DE3133063A1; JPS5772032A; JPH0140940B2; US4371272A

Abstract

Es wird ein Thermodetektor angegeben, der einen an einem Meßobjekt angeordneten ferromagnetischen Fühler aufweist, dessen magnetische Permeabilität sich im Zusammenhang mit der Temperatur ändert und der aus einem Ferrit-Material besteht, das in einem Temperaturmeßbereich eine meßbare Änderung der magnetischen Permeabilität zeigt. Eine Magnetflußquelle ist so angeordnet, daß sie an dem ferromagnetischen Fühler ein Magnetfeld errichtet, und kann ein Permanentmagnet sein. In dem Magnetfeld der Magnetflußquelle ist ein weichmagnetisches Teil angeordnet, das durch einen Schichtkern aus dünnen Blättern eines amorphen magnetischen Materials gebildet ist und zur Bildung eines magnetischen Wegs zumindest mit der Magnetflußquelle zusammenwirkt. Das weichmagnetische Teil ist von einer elektrischen Spule mit einem Spulenkörper umgeben. Die Änderung der magnetischen Permeabilität ändert den Magnetfluß in dem weichmagnetischen Teil und wird mittels der elektrischen Spule erfaßt, um eine Angabe über die Temperatur zu erhalten.

Description

magneten wie ein magnetisches Ventil, das die Größe des auf den Kern einwirkenden Magnetfeldes temperaturabhängig steuert. Diese im Kern temperaturabhängig auftretenden Magnetfeldänderungen können mittels der Spule in sehr linearer Weise über einer« sehr großen Meßbereich hinweg erfaßt werden. Zudem zeichnet sich der erfindungsgemäße Temperatur t.ießfühler durch sehr einfachen Aufbau und damit sehr gute Störsicherheit und Robustheit aus.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransp; 3che.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Temperaturmeßfühlers,

Fig.2 eine graphische Darstellung, die die einer Temperaturänderung entsprechende Änderung des magnetischen Kennwerts (der magnetischen Permeabilität) eines Ferrit-Materials zeigt, das als Material für ein in dem Temperaturmeßfühler enthaltendes ferromagnetisches Element verwendbar ist,

F i g. 3 eine graphische Darstellung, die die einer Temperaturänderung entsprechende Änderung des magnetischen Kennwerts (der magnetischen Permeabilität) von temperaturempfindlichem Ferrit zeigt, das als Material für ein in dem Temperaturmeßfühler enthaltenes ferromagnetisches Element verwendbar ist,

F i g. 4a ein Schaltbild einer mit dem Temperaturmeßfühler verbundenen elektrischen Verarbeitungsschaltung, die einen magnetischen Fluß in ein elektrisches Signal umsetzt und Impulse abgibt, welche eine der Temperatur entsprechende Verzögerungszeit angeben, Fig.4b eine graphische Darstellung der Kurvenformen des Eingangs- und Ausgangssignals der in Fig.4a gezeigten Schaltung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Zählerschaltung zur Umsetzung der Verzögerungszeit zwischen einem Eingangsimpuls und einem Ausgangsimpuls der Schaltung gemäß F i g. 4a in einen digitalen Code,

Fig.6 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Verzögerungszeit zwischen den Eingangsimpulsen und den Ausgangsimpulsen der in F i g. 4a gezeigten Schaltung und der Temperatur.

F i g. 7 ein Blockschaltbild einer mit dem Temperaturmcßfühlcr verbindbaren elektronischen Verarbeitungseinheit mil einem F.inzelbaustein-Mikrocomputer. der den magnetischen Fluß in dem weichinagnctischen Kern in ein elektrisches Signal umsetzt und die Verzögerungszeit von temperaturabhängig verzögerten Impulsen zahlt.

F1 g. 8a ein Schaltbild einer weiteren mit dem Tcmpcraturmcßfühlcr verbmdbaren elektrischen Verarbcilungsschaltung. die den wirksamen magnetischen Fluß in dem weichmagnetischen Kern in ein elektrisches Signal umsetzt und eine der Temperatur entsprechende Analogspannung abgibt,

Fig.8b eine graphische Darstellung der Kurvenformen des Eingangssignals und des Ausgangssignals der in F i g. 8a gezeigten Schaltung,

Fig.9 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Ausgangsspannung der in Fig. 8a gezeigten Schaltung und der Temperatur,

Fig. 10 eine Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels und

Fig. 11 in Längsschnittansicht eine abgewandelte Ausführung des in Fig. 10 gezeigten Temperaturmeßfühlers.

In der Zeichnung sind durchgehend in allen Figuren identische oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Be/ugszeichen bezeichnet, in Fig. 1 ist ein Temperaturmeßfühler 1 gezeigt, der in ein (nachstehend als Temperaturmeßstelle bezeichnetes) Objekt 2. dessen Temperatur gemessen werden soll, wie beispielsweise in einen Motorblock, ein Kühlwasserrohr, ein Abgasrohr oder dgl. eines Fahrzeugmotors eingeschraubt ist. Ein Dichtungsring 3 dient zugleich zur Wärmeisolation. Der Temperaturmeßfühler 1 weist ein Gehäuse 10 aus unmagnetischem Material wie einer Kupferlegierung auf. an dessen Außenseite ein verjüngtes Schraubengewinde 11. ein Sechskantkopf 12 und ein dünnwandiger Öffnungsrand 13 ausgebildet sind. Das Gehäuse 10 umfaßt einen inneren Hohlraum 14. Am inneren Boden 15 des Hobiraums 14 ist ein ferromagnetisches Element 20 angeordnet, das aus einem normalen oder einem temperaturempfindlichen Ferrit-Material, einer ausgerichteten magnetischen Legierung oder dgl. gebildet ist. Dieses ferromagnetische Element 20 zeigt bei Temperaturveränderungen große Änderungen seiner magnetischen Kennwerte, die in einem zur Messung der Temperatur in dem gewünschten Temperaturbereich geeigneten Bereich liegen. Beispielsweise kann für das ferromagnetische Element 20 ein Ferrit-Material verwendet werden, das die in Fig. 2 dargestellten Eigenschaften hat. Das temperaturempfindliche Ferrit sollte einen Curiepunkt (Tc) haben, der in den in der Praxis angewandten Temperaturbereich fällt, und eine magnetische Sekundärphasen-Übergangserscheinung zeigen. Der Curiepunkt Tc kann nach Wunsch durch Änderung der Materialzusammensetzung verändert werden. Beispielsweise sind in der Praxis Oxide einer Mn —Zn —Fe-Legierung, einer Ni-Zn—Fe-Legierung usw. verwendbar. Fig. 3 zeigt Beispiele für Temperaturkennlinien von temperaturempfindlichen Ferriten mit unterschiedlichen Curiepunkten.

An dem ferromagnelischen Element 20 ist in Berührung mit diesem eine Abschirmplatte 30 aus einem unmagnetischen und wärmeisolierenden Material wie einem Keramikmaterial angeordnet.

Oberhalb der Abschirmplatte 30 sind aufrecht stehend und parallel zueinander ein Permanentmagnet 40 als Magnetfeldgenerator und ein als Kern dienendes weichmagnetisches Teil 50 angeordnet. Das obere Ende 51 des weichmagnetischen Teils 50 ist von einer Bohrung 61 aufgenommen, die in einem magnetischen Teil 60 ausgebildet ist, das eine Brücke zwischen dem Permanentmagneten 40 und dem weichmagnetischen Teil bildet. Der Permanentmagnet 40. das ferromagnetische Element 20, das weichmagnetische Teil 50 und das magnetische Teil 60 sind ringförmig angeordnet und bilden einen geschlossenen magnetischen Kreis. Der Magnetfeldgenerator kann auch als Magnetspule ausgebildet sein, jedoch ist ein Permanentmagnet vorzuziehen.

Das weichmagnetische Teil 50 ist als Schichtkern aus mehreren Blättern aufgebaut, die jeweils eine Dicke von 0.05 mm haben und übereinander gesetzt sind. Als Material für das weichmagnetische Teil 50 ist eine amorphe Eisen-Nickel-Legierung vorzuziehen, die die Zusammensetzung 40 Gew.-% Fe. 38 Gew.-°/o Ni, 4 Gew.-% Mo und 18 Gew.-% B oder die Zusammensetzung 40 Gew ■% Fe, 40 Gew.-% Ni. 14 Gew.-% P und 6 Gew.-°/o B hat.

Alternativ kann als weichmagnetisches Teil 50 ein geschichteter Kernaufbau aus zwei oder drei, jeweils 0,2 bis 0.1 mm dicken Blättern einer Nickel-Eisen-Leeie-

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rung wie μ-Metali mit der Zusammensetzung 80 Gew.-% Ni, 16 Gew.-% Fe und 4 Gew.-% Mo oder Super-Permalloy mit der Zusammensetzung 80 Gew.-% Ni und 20 Gew.-% Fe verwendet werden. Mit dem vorangehend verwendeten Ausdruck »Gew.-%« ist der Atomgewiehts-Prozentanteil bezeichnet.

Um das weichmagnetische Teil 50 ist ein Spulcnelemcnt 70 angeordnet, das eine elektrische Spule 72 mit ungefähr 1000 auf einen Spulenkörper 71 gewickelten Windungen aufweist. Das wcichmagneiische Teil 50 bildet den Kern des Spulenelemenis 70. Die beiden Enden 73 und 74 der Spule 72 sind an Anschlüsse 83 bzw. 84 von Zuleitungsdrähten 81 b/w. 82 angeschlossen, die voneinander mittels eines Isolators 80 isoliert sind.

Das ferromagnetische Element 20. die Abschirmplatte 30, der Permanentmagnet 40, das weichmagnetische Teil 50. das magnetische Teil 60, das Spulenelenient 70 und der Isolator 80 sind in dem Hohlraum J4 des Gehäuses 10 untergebracht. Ein dünnwandiger öffnungsrand 13 ist durch Walzen verstemmt.

Erhöht sich die Temperatur an der Temperaturmeßstelle 2 und damit die Temperatur Tdes ferromagnetic sehen Elements 20. so steigt dessen magnetische Permeabilität μ entsprechend der in F i g. 2 und 3 gezeigten Kennlinie an.

Infolgedessen verringert sich der magnetische Widerstand des magnetischen Wegs in dem fcrromagneiischen Element 20. so daß der vom Permanentmagneten 40 hervorgerufene und über den genannten magnetischen Weg verlaufende magnetische Fluß zunimmt. Dementsprechend wird auch der durch den magnetischen Weg des weichmagnetischen Teils 50 verlaufende magnetische Fluß (äußere Fluß <f\) gesteigert, so daß der magnetische Fluß im weichmagnetischen Teil 50 geringer wird. Damit ändert sich der magnetische Fluß umgekehrt proportional /u der Temperaturänderung. Durch Umsetzung der Änderungen des magnetischen Flusses in ein elektrisches Signal isi es möglich, die Temperatur Tzu bestimmen.

Zum Umsetzen des magnetischen Flusses in ein elektrisches Signal wird beim ersten Ausführungsbeispiel eine elektrische Verarbeitungsschaltung 100 gemäß der Darstellung in Fig. 4a verwendet. An einem Konstantspannungsanschluß 101 der Schaltung 100 liegt eine konstante Gleichspannung von beispielsweise +5 V an. Ein Eingangsanschluß 102 empfängt Spannungsimpulse mit einer Frequenz von beispielsweise 5 bis 25 kHz.

Während der Zeit positiven Pegels einer Eingangsspannung IN sind ein NPN-Transistor 103 und ein PNP-Transistor 104 durchgeschaltet, so daß an der Spule 72 eine konstante Spannung anliegt. Während der Zeit des Massepegels der Eingangsspannung /Λ/sind der Transistor 103 und der Transistor 104 gesperrt. Die Zufuhr elektrischen Stroms zur Spule 72 erfolgt über N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren FETX und FET2. die als Konstantstromquelle geschaltet sind, so daß sie den Strom konstant halten. Die Stärke des über den Feldeffekttransistor FE7~2 fließenden Stroms ist mittels eines veränderbaren Widerslands 112 einstellbar. Die Spannung an dem mit den Feldeffekttransistoren FETi und FET2 verbundenen Anschluß der Spule wird mit Hilfe von Inverter-Verstärkern IN 1 und IN 2 verstärkt und geformt.

Oa¹- •Xiisgaiiji'.Nign.il OiT an einem Ausgangsansi-hluß 105 der Schaltung 100 ist eine Impukspannung. die im Vergleich /ur Hingangsimpulsspannung IN mit einer Verzögerungszeit td ansteigt, wie es aus F i g. 4b ersichtlich ist. Die Verzögerungszeit td entspricht der Temperatur T, wie es in der Fig.6 gezeigt ist. Diese Anstiegs- oder Verzögerungszeit td ändert sich gemäß der Gleichung (1) proportional zu dem magnetischen Fluß,yP_m-<T\).

Die Verzögerungszeit ld wird in Form eines durch eine in Fig. 5 gezeigte Zähler-challung 120 erzeugten digitalen Codes dargestellt. Hei dieser Zählersehaltung 120 wird durch die Anstiogsllankc der Eingangsspnn-IHing IN ein Ι-ΊίρΓΙορ Fl gesetzt, so daß dessen Aus-

Ki gangssignal Q auf hohen Pegel »1« ansteigt und ein UND-Glied A 1 durchschallet, wodurch von einem Taktimpulsoszillator 121 erzeugte Impulse an einen Zählimpuls-Eingangsanschluß CK eines Zählers 122 angelegt werden. Ein Ausgangsinipuls OUT und das O-Ausgangssignal des Flipflops Fl werden an ein UND-Glied A 2 angelegt, dessen Ausgangssignai auf den hohen Pegel »1« ansteigt, sobald der Ausgangsimpuls OUTaui hohen Pegel ansteigt. Dabei wird das Flipflop Fl rückgesetzt, so daß dessen Ausgangssignal Q auf den niedrigen Pegel »0« zurückkehrt. Hierdurch wird das UND-Glied A 1 gesperrt, so daß die Übertragung der Taktimpulse zu dem Zähler 122 unterbrochen wird. Wenn das Ausgangssignal des UND-Glieds A 2 auf den hohen Pegel »1« ansteigt, wird ein Zählstand-Code des Zählers 122 in einen Zwischenspeicher 123 eingespeichert. Nach dem Rücksetzen des Flipflops Fl und dem Beschicken des Zwischenspeichers 123 mit dem Zählstand-Code läßt ein UND-Glied .4 3 einen Taktimpuls zum Löschen des Zählers 122 durch. Das Ausgangs-Codesignal td des Zwischenspeichers 123 stellt die Anzahl der während des Zeitintervalls td durchgelassenen Taktimpulse und damit die vorstehend genannte Verzögerungszeit rc/dar.

Es ist ferner möglich, den Magnetfluß ((P_n,- <f\) und damit die Temperatur Tauf digitale Weise unter Verwendung einer elektronischen Verarbeitungseinheit 130 gemäß der Darstellung in Fig. 7 anstelle der in den Fig.4a und 5 gezeigten Schaltungen 100 und 120 zu codieren.

Die Einheit 130 umfaßt einen Einzelbaustein-Mikrocomputer 131. einen Verstärker 132. einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor FFTl zur Konstantstromstcuerung. einen Widerstand 133, einen Kondensator 134. einen Verstärker 135 und einen Taktimpulsgenerator 136. Der Widerstand 133 und der Kondensator 134 bilden ein Filter, das Spannungsschwingungen mit Frequenzen unterdrückt, die höher als diejenigen der Eingangs- und Ausgangsimpulse sind. Der Mikrocomputer 131 erzeugt in Abhängigkeit von den Taklimpulsen eine Impulsfolge mit einer konstanten Frequenz im Bereich zwischen 5 kHz und 30 kHz und gibt die Impulsfolge an den Verstärker 132 ab. Zugleich überwacht der Mikrocomputer 131 die (durch die Ausgangsspannung des Verstärkers 135 dargestellte) Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen dem N-Kanal-Feldeffekttransistor FETl und der Spule 72 und zählt die Taktimpulse, die während der Zeitdauer zwischen der Anstiegsflanke des von dem Mikrocomputer 131 erzeugten Impulses und dem Augenblick auftreten, an dem die Ausgangsspannung des Verstärkers 135 ansteigt. Demgemäß erzeugt der Mikrocomputer 131 ein codiertes Ausgangssignal, das die Verzögerungszeit td darstellt.

Alternativ kann eine in Fig. 8a gezeigte elektrische

ir, Verarbeiiungssehaliung 140 zur Umsetzung des magnetischen Flusses in eine Spannung dienen. An dem Konstantspannungsquellen-Anschluß 101 der Schaltung 140 liegt die Gleichspannung V_1x von beispielsweise + 5 V)

an. Der Eingangsanschluß 102 empfängt Spannungsimpulse mil einer Frequenz von beispielsweise 5 bis 25 kl Ia Während der Zeitdauer positiver Eingangsspannung ist ein NPN-Transi.stor 143 durchge.sehaltet, der während der Zeitdauer des Masscpcgcls der Ein- ■-, gangsimpulsspannung gesperrt ist. Wenn der Transistor 143 durchgeschaltet ist, ist ein PNP-Transistor 144 durchgeschaltet, während letzterer gesperrt ist, wenn der Transistor 143 gesperrt ist. Daher liegt während der Zeit positiven Pegels der an den Eingangsanschluß 102 angelegten Impulsspannung die Gleichspannung Kv an der elektrischen Spule 72 an. während bei Massepegel der Eingangsimpulsspannung die elektrische Spule 72 Spannungslos ist. An einem Widerstand 145 fällt eine zu dem über die Spule 72 fließenden Strom proportionale Spannung ab. die mute's einer imegraiionssehaiiung aus einem Widerstand 146 und einem Kondensator 147 integrier! wird. Die integrierte Ausgangsspannung wird an einem Ausgangsanschluß 105 abgegeben.

/wischen der von dem Anstieg der F.ingangsspannung IN auf positiven Pegel bis /u dem Anstieg der Spannung an dem Widerstand 145 auf einen vorbestimmten Pegel gemessenen Zeit td und der durch Integration der Spannung a am Widerstand 145 gewonnenen Spannung Vx besteht der in Fig.8b gezeigte Zusammenhang.

Die Verzögerungszeit ic/enispricht derTempcratur Γ in der Weise, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, während die integrierte Spannung Vx der Temperatur Tinder Weise entspricht, wie es in F i g. 9 gezeigt ist.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung ermöglicht der Temperaturmeßfühler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Temperaturänderung auf leichte Weise dadurch zu ermitteln, daß mittels einer elektrischen Verarbeitungsschaltung oder einer logischen elektronischen Verarbeitungsschaltung die Änderung des magnetischen Flusses in ein elektrisches Signal umgesetzt wird.

Wenn als Material für das ferromagnetische Teil ein temperaturempfindliches Ferrit mit einer Kennlinie gemaß der Darstellung in Fig. 3 verwendet wird, ändert sich die magnetische Permeabilität μ in starkem Ausmaß in dem Bereich um den Curiepunkt Tc herum. Es ist daher möglich, mit einer einfachen elektrischen Schaltung, die diese Änderung der magnetischen Permeabilitat erfaßt, einen Festtemperatur-Schalter zu erhalten.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Temperaturmeßfühlers. Dieses Ausführungsbeispiel wird nur hinsichtlich der Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.

An den Innenboden 15 des inneren Hohlraums 14 ist das ferromagnetische Element 20 angeseilt, auf dem eine Abschirmplatte 30 angeordnet ist. die mit einer Schulter 16 in Berührung steht. Aus der Abschirmplatte 30 ragt nach oben eine Wand 31 heraus. Der Permanentmagnet 40 und das weichmagnetische Teil 50 sind parallel zueinander angeordnet, so daß ein erster magnetischer Weg aus dem Permanentmagneten 40 und dem ferromagnetischen Element 20 sowie ein zweiter magnetischer Weg aus dem Permanentmagneten und bo dem weichmagnetischen Teil 50 gebildet werden.

Um das weichmagnetischc Teil 50 herum ist das Sptilenelemcnt 70 angeordnet, bei dem um den Spulenkörper 71 die elektrische Spule 72 gewickelt ist. Die .Spule 72 ist mit ihren beiden Enden 73 und 74 an die Ansehlüs- en se 83 und 84 der Zulcitungsdrähte 81 und 82 angeschlossen, die durch den Isolator 80 in Abstand gehalten sind.

Im Betrieb verursacht eine Temperaturänderung.

nämlich ein Temperaturanstieg in dem ferromagnelischen Teil 20 einen Anstieg der magnetischen Permeabilität μ des l'criOiiuigneti.schen Elements 20. Demzufolge wird der magnetische Widerstand in dem über das ferromagnetische Element 20 führenden magnetischen Weg vcrmindorl. so daß der über diesen magnetischen Weg fließende magnetische FIuB gesteigert wird. Dadurch verringert sich der magnetische Fluß im zweiten magnetischen Weg. d. h. im weichmagnetischen Teil 50 (äußerer magnetischer Fluß tf\). Damit vergrößert sich der magnetische Fluß {'/'„,— <7\). der der Temperatur proportional ist und der in der im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläuterten Weise zur Temperaturermittlung in ein elektrisches Signal umgesetzt werden kann. In diesem Fall ist im Gegensatz zum eisten Ausführungsbeispicl. bei dem die Vetvogerungszeit ?c/umgekehrt proportional zu der Temperatur 7~ist. die Verzögerungs/eil /c//u der Temperatur Γ proportional. Ferner besieht /wischen der Temperatur Tund der integrierten Spannung V \ umgekehrte Proportionalität.

Fig. 11 /eigl eine Abwandlung des in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiels. Bei dieser Abwandlung ist das ferromagnetische Element 20 zwischen den Permanentmagneten 40 und das weichmagnetische Teil 50 gesetzt, wobei zwischen das ferromagnetische Element 20 und den Permanentmagneten 40 ein Abstandshalter 90 eingefügt ist. Die Abschirmplatte 30 ist oberhalb des ferromagnetischen Elements 20 angeordnet. Da bei dieser Anordnung der Magnetfeldgenerator an der Temperaturmeßstelle angeordnet ist. muß der Permanentmagnet, falls ein solcher benutzt wird, ein temperaturunabhängiger Permanentmagnet sein, dessen Magnetfeld sich nicht bei einem Temperaturanstieg verändert. Beispielsweise ist ein Magnet nach dem ALNICO-5-System mit einem verhältnismäßig hohen Curiepunkt Tc = 890 C vorteilhaft.

Bei diesem Temperaiurmeßlühler ist auf die gleiche Weise wie bei dem in F i g. 10 gezeigten die Bestimmung der Temperatur durch Umsetzen des magnetischen Flusses in ein elektrisches Signal möglich. Der Zusammenhang /wischen der Temperatur 7~und der Verzögerungszeit td sowie der Zusammenhang zwischen der Temperatur 7~und der integrierten Spannung V'\ sind im wesentlichen äquivalent /u den anhand der F i g. 10 beschriebenen, so daß hier keine ausführliche Erläuterung gegeben wird.

Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind das ferromagnetische Element 20, der Permanentmagnet 40 und das weichmagnetischc Teil 50 langgestreckte Teile mit polygonalem Querschnitt. Das ferromagnetische Element 20 und der Permanentmagnet 40 können stattdessen auch kreisförmigen Querschnitt haben. Die Form des inneren Hohlraums 14 ist so bestimmt, daß er für die Aufnahme der vorstehend genannten Teile geeignet ist. Das ferromagnetische Element 20 und das weichmagnetische Teil 50 sind im Bereich des vom Permanentmagneten 40 erzeugten Magnetfeldes angeordnet.

Das weichmagnetische Teil 50 hat eine kleine Querschnittsfläche, so daß es leicht magnetisch sättigbar ist. Die Windungsan/ahl der elektrischen Spule 72 ist groß genug gewählt, um das weichmagnetische Teil 50 schon bei einer verhältnismäßig niedrigen Spannung, nämlich bei einer ausreichend geringen elektrischen Stromstärke magnetisch zu sättigen. Der Magnetfeldgenerator besitzt eine Leistungsfähigkeit, die dafür genügt, ein ausreichend starkes Magnetfeld an das weichmagneti-

sehe Teil 50 und das ferromagnetische Element 20 anzulegen.

Die Zeitdauer i, die notwendig ist. vom Augenblick des Anlegens einer Spannung an die um das weiehmagnctischc Teil 50 gewickelte Spule 72 das wcichmagne- ^r, tische Teil 50 zu sättigen, ist annähernd durch die folgende Gleichung gegeben:

wobei gilt:

E = an die elektrische Spule angelegte Spannung

N = Windungsanzahl der elektrischen Spule φ... = maximaler magnetischer Fluß (annähernd

äquivalent dem Sättigungsfluß)
4\ = auf äußere Magnetfelder zurückzuführender magnetischer Fluß.

:o

Wenn sich der magnetische Kennwert (magnetische Permeabilität) des ferromagnetischen Elements 20 in Übereinstimmung mit einer Temperaturänderung ändert, ändert sich der magnetische Widerstand Jos ferro magnetischen Elements 20. so daß eine Verstärkung oder Verminderung des über das ferromagnetische Element 20 verlaufenden Anteils des magnetischen Flusses des Magnetfeldgenerators auftritt. Dies bewirkt eine Änderung des äußeren Magnetflusses Ί\ in dem weichmagnetischen Teil 50, so daß der von der Spule 72 vor dem Erreichen des maximalen Magnetflusses Φ,,, hervorgerufene Flußanteil verringert wird. Daher entsteht eine Änderung des magnetischen Flusses, der durch das weichmagnetische Teil 50 hindurch verlaufen kann, bis der maximale magnetische Fluß erreicht ist und demzufolge eine Änderung der Zeit t. die nach dem Anlegen der Spannung an die Spule 72 bis zum Erreichen derjenigen Stärke des elektrischen Stroms verstreicht, die zum Erzeugen dieses Fluß-Anteils notwendig ist.

Das für das weichmagnetische Teil 50 verwendbare amorphe magnetische Material wird gewöhnlich durch Abschrecken flüssigen Metalls hergestellt, d. h. besitzt die Form eines dünnen Blatts. Das amorphe Material ist ferromagnetisch und hat hohe magnetische Permeabilität (u„,.„ > 10') sowie hohe magnetische Sättigung, während seine Koerzitivkraft gering ist(< 1.0 Oc). Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften zeigt das Material außerordentlich hohe Bruchfestigkeit, hohe Elastizität und hohe Beständigkeit. Die Anwendung dieses Materials erleichtert die Signalverarbeitung und verbessert die Genauigkeit der Messung der Zeitdauer i. Ferner wird die Herstellung vereinfacht und es werden die Herstellungskosten gesenkt. Weiterhin ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen und Schlagen bzw. Stoßen außerordentlich gesteigert.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Paientansprürhe:

1. Temperaturmeßfühler mit einer einen Kern aus weichmagnetischem Material umgebenden Spule, der eine Auswerteschaltung nachgeschaltet ist. und einem nahe der Spule angeordneten Element dessen magnetische Permeabilität sich in Abhängigkeit von der zu ermittelnden Temperatur ändert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetfeldgenerator (40) vorgesehen ist. der ein den Kern (50) und das Element (20) durchsetzendes «emperaiurunabhängiges Magnetfeld erzeugt, daß die Spule (72) mit eine magnetische Sättigung des Kerns (50) bewirkenden Spannungsimpulsen gespeist ist, und daß die Auswerteschaltung (FETl. FETZ 112, WI. IN 2; 120: FETi. 131,133 bis 136:145 bis 147) ein die ermittelte Temperatur darstellendes Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Zeitintervall (td) zwischen dem Anlegen der Spannungsimpulse und der magnetischen Sättigung des Kerns (50) erzeugt.

2. Temperaturmeßfühlcr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgenerator (40), das Element (20) und der Kern (50) ringförmig angeordnet sind und einen geschlossenen magnetischen Kreis bilden.

3. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgenerator (40). das Element (20) und der Kern (50) parallel zueinander liegen, wobei entweder der Magnetfeldgenerator (40) oder das Element (20) zwischen den beiden anderen Teilen angeordnet ist.

4. Temperaturmeßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (50) aus amorphen·; Material, insbesondere amorphem Metall besteht.

5. Temperaturmeßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprücne. dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgenerator (40) als Permanentmagnet ausgebildet ist.

6. Temperaturmeßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung als Integrierschaltung (145 bis 147) ausgebildet ist. die die spulenausgangsseitig auftretenden, in ihrer Breite von der zu ermittelnden Temperatur abhängigen Impulse in eine entsprechende Gleichspannung umsetzt.

7. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung die zeitliche Verzögerung zwischen den Anstiegsflanken der in die Spule (72) eingespeisten Spannungsimpulse und den Anstiegsflanken der spulenausgangsseitig auftretenden Impulse ermittelt.

8. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Zählerschaltung (120) aufweist, die die zeitliche Verzögerung durch Zählen der Anzahl von Taktimpulsen ermittelt, die im Zeitintervall zwischen den Anstiegsflanken der in die Spule (72) eingespeisten Spannungsimpulsen und den Anstiegsflanken der spulenausgangsseitig auftretenden Impulse auftreten.

9. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang der Spule (72) und die Zählerschaltun? (120) zwei verstärkende Inverter (IN\, IN 2) zur Verstärkung und Impulsformung geschaltet sind.

Die Erfindung betrifft einen Temperaturmeßfühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-PS 6 64 763 ist ein derartiger Temperaturmeßfühler bekannt, der eine mit einer sinusförmigen Wechselspannung gespeiste und um einen Kern aus temperaturempfindlichen Material gewickelte Spule towie ein Element aufweist, das nahe einem in dem ringförmigen Kern ausgebildeten Luftspalt beweglich angeordnet ist und zum Justieren des Meßfühlers dient. Zur

ίο Erhöhung der Empfindlichkeit des Temperaturmeßfühlers ist der Spule ausgangsseitig ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten nachgeschaltet, so daß bei einer Temperaturänderung eine relativ große Stromänderung erzielbar ist Dies begründet zwar eine relativ hohe Empfindlichkeit des Temperaturmeßfühlers, bewirkt aber andererseits eine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeil. via hierbei gewissermaßen zwei Temperaturermittlungsartcn gleichzeitig angewendet werden und die jeweils vorhandenen Nichtlinearitäten sich aufsummicren.

Weiterhin ist aus der DE-OS 26 02 614 ein Temperaturfühler bekannt, bei dem keine Temperaturerfassung und -anzeige über einen großen Temperaturbereich hinweg erfolgt, sondern lediglich das Erreichen eines vorbestimmten Temperaturwerts ermittelt und angezeigt werden soll. Hierzu dient eine relativ aufwendige Brückenschaltung aus vier Induktivitäten, von denen zwei aus unterschiedlichem magnetischem Material gefertigt sind, das derart gewählt ist, daß ihre !nduktivitätswerte lediglich bei dem zu ermittelnden Temperaturwert gleiche Größe haben, sonst aber unterschiedlich sind. Zur gezielten Einstellung des gewünschten Temperaturwerts sind auf beiden Seiten der beiden »Meß«-Induktivitäten zwei Permanentmagnete derart angeordnet. daß ihre magnetische Achsen rechtwinklig zu den Induktivitäten orientiert sind und miteinander fluchten. Die Einstellung des jeweils gewünschten Temperaturwerts erfolgt durch gezielte Verschiebung der Permanentmagneten parallel zu dem »Meß«-Induktivitäten.

Die Übereinstimmung zwischen zu messender Temperatur und vorgewähltem Temperaturwert bewirkt einen Nullabgleich der Brückenschaltung, was mittels eines Nulldetektors oder eines Differenzverstärkers ermittelt wird, dessen Ausgangssignal bei diesem Temperaturwert von hohem Pegel auf Massepegel wechselt. Wie erörtert, ist der Temperaturfühler nicht zur Temperaturmessung und -anzeige über einen großen Bereich hinweg ausgelegt, sondern bewirkt lediglich die Ermittlung eines einzigen vorbestimmten Temperaturwerts.

Darüberhinaus is' aus der US — PS 27 56 595 ein Temperaturmeßfühler bekannt, der mit einem stark temperaturabhängigen Permanentmagneten arbeitet. Die Meßgenauigkeit und Linearität des bekannten Temperaturmeßfühlers sind allerdings nicht sehr gut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturmeßfühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der eine Temperaturermittlung über einen großen Temperaturbereich hinweg mit hoher Linearität und sehr guter Genauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst

Beim erfindungsgemäßen Temperaturmeßfühler ist somit ein Permanentmagnet vorhanden, der parallel zum Kern angeordnet ist und dessen Magnetfeld den Kern und das in seinem magnetischen Eigenschaften temperaturabhängige Element durchsetzt. Das Element wirkt hierbei für die Magnetfeldlinien des Permanent-