DE3720972A1

DE3720972A1 - Temperature-control equipment for heating cabinets with an expansion thermostat

Info

Publication number: DE3720972A1
Application number: DE19873720972
Authority: DE
Inventors: Helmut Loscher; Wolfgang Rether; Hubert Heeg
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1989-01-05
Also published as: DE3720972C2

Abstract

There are known temperature-control equipments for heating cabinets, especially for incubators and drying cabinets, which have a fluid-filled expansion thermostat having, in the useful space of the heating cabinet, a sensor of which the fluid volume is connected via a capillary to a diaphragm capsule which operates a switch. In order to produce a temperature-control equipment using an expansion thermostat which suppresses the hysteresis of the thermostat, i.e. the delayed switching on and off of the switch, a partial volume of the fluid, which is small with respect to the fluid volume of the sensor, is heated outside the useful space in dependence on the heat power to be supplied to the useful space.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturregeleinrichtung für Wärme schränke, insbesondere für Brut- und Trockenschränke, mit einem mit Fluid gefüllten Ausdehnungs-Thermostat, der einen Fühler im Nutzraum des Wärme schranks aufweist, dessen Fluid-Volumen mit einer Membran einer Membrandose, die einen Schalter betätigt, über eine Kapillare verbunden ist.The present invention relates to a temperature control device for heat cabinets, especially for incubators and drying cabinets, with one with fluid filled expansion thermostat, which is a sensor in the useful space of the heat cabinet, the fluid volume with a membrane of a membrane box, which operates a switch, is connected via a capillary.

Derartige Temperaturregeleinrichtungen werden beispielsweise in Wärmeschränken eingesetzt, wie sie aus der Heraeus-Produktinformation PEW-B1 "Wärme- und Trockenschränke T, Sterilisatoren ST, Umluft-Wärmeschränke UT, Baureihe 5000" (5C 1.86/VN T⌀) beschrieben werden. Solche Temperaturregler, auch als mecha nische Temperaturregler bezeichnet, arbeiten nach dem Prinzip der Flüssig keitsausdehnung. Der Temperaturregler besteht aus einem Fühler, der im Prüf raum angeordnet ist, einem Kapillarrohr und einer Membrane. Mit dem Erwärmen des Fühlers im Prüfraum drückt das Fluid, bei dem es sich üblicherweise um eine Ausdehnungsflüssigkeit handelt, auf die Membrane einer Membrandose, über die dann ein Ein/Aus-Schalter der Heizung des Prüfraumes betätigt wird. Je nach Vorjustierung der Membrane wird bei einem Absinken der Temperatur im Prüfraum über die Membrandose und den Schalter die Prüfraum-Heizung ein geschaltet bzw. beim Ansteigen der Temperatur entsprechend abgeschaltet. Temperature control devices of this type are used, for example, in heating cabinets as described in the Heraeus product information PEW-B1 "Heating and drying cabinets T , ST sterilizers, UT circulating air heating cabinets, 5000 series" (5C 1.86 / VN T⌀). Such temperature controllers, also called mechanical temperature controllers, work on the principle of liquid expansion. The temperature controller consists of a sensor located in the test room, a capillary tube and a membrane. When the sensor in the test room is heated, the fluid, which is usually an expansion liquid, presses on the membrane of a membrane box, which is then used to actuate an on / off switch for the heating of the test room. Depending on the pre-adjustment of the membrane, if the temperature in the test room drops, the test box heating is switched on via the membrane box and the switch or switched off accordingly when the temperature rises.

Solche Temperaturregeleinrichtungen haben sich im Einsatz gut bewährt. Sie sind betriebssicher und bedürfen keiner Wartung. Der Schalter, der über die Membran der Membranddose betätigt wird, benötigt allerdings einen bestimmten Weg zwischen dem Einschaltpunkt und dem Ausschaltpunkt. Auf den Flüssigkeits vorrat in dem Fühler, der Kapillare und der Membrandose bezogen (der das eigentliche Temperaturfühlerelement darstellt) bedeutet dies, daß sich die Temperatur erst um einen bestimmten Betrag verändern muß (Hysterese), um einen Schaltvorgang zu bewirken. Die handelsüblichen Thermostate weisen eine Hysterese, auch Rückschaltdifferenz genannt, von etwa 3 bis 10°C auf. Bedingt durch diese Hysterese treten im Rahmen der Temperaturregelung zeitliche Temperaturschwankungen im Prüfraum auf. Da der Temperaturfühler im Prüfraum nicht unmittelbar die Temperatur in der Nähe der Heizung aufnimmt, sondern die sich im Innenraum einstellende Temperatur, liegen die Temperaturschwankungen durch das verzögerte Ein- und Ausschalten der Heizung im Innenraum höher als die Hysterese des Thermostaten. Es wurde versucht, den Temperaturfühler in der Nähe der Heizung anzuordnen; hierdurch wird jedoch nicht die sich einstellende Temperatur im Innenraum des Prüfraumes geregelt, sondern unmittelbar die Heizungstemperatur.Such temperature control devices have proven themselves well in use. they are reliable and require no maintenance. The switch that goes over the Membrane of the membrane box is actuated, however, requires a certain Path between the switch-on point and the switch-off point. On the liquid stock in the sensor, the capillary and the membrane box (which the represents actual temperature sensor element), this means that the Temperature must change by a certain amount (hysteresis) by one To effect switching. The commercially available thermostats have a Hysteresis, also called switchback difference, from about 3 to 10 ° C. Conditionally this hysteresis causes temporal changes in the context of the temperature control Temperature fluctuations in the test room. Because the temperature sensor in the test room does not directly record the temperature in the vicinity of the heating, but the temperature that arises in the interior, the temperature fluctuations lie due to the delayed switching on and off of the heating in the interior higher than the hysteresis of the thermostat. An attempt was made to place the temperature sensor in the To be placed near the heater; this does not, however, result Temperature regulated in the interior of the test room, but immediately the Heating temperature.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Temperatur regeleinrichtung unter Einsatz eines Ausdehnungs-Thermostaten zu schaffen, die die Hysterese des Thermostaten, d. h. das verzögerte Ein- und Ausschalten des Schalters, unterdrückt.The present invention is based on the object of a temperature control device using an expansion thermostat to create the the hysteresis of the thermostat, d. H. the delayed switching on and off of the Switch, suppressed.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer eingangs beschriebenen Temperaturregel einrichtung dadurch, daß außerhalb des Nutzraumes ein Teilvolumen des Fluids, das klein ist gegenüber dem Fluid-Volumen des Fühlers, in Abhängigkeit der dem Nutzraum zuzuführenden Heizleistung beheizt wird. Durch diese Maßnahme erwärmt sich eine geringe Menge des in dem Kapillarrohr befindlichen Fluids, so daß nach Einschalten der Heizung des Prüfraumes der Schalter und damit die Heizung des Prüfraumes frühzeitig abgeschaltet wird, bevor eine merkliche Temperaturänderung im Nutzraum durch den dort angeord neten Temperaturfühler registriert wird. Durch diese Anordnung erhält das System das Verhalten eines quasi-stetigen PD-Reglers, wobei das P-Verhalten durch die dem Kapillarrohr zugeführte Heizleistung und das D-Verhalten durch die Zeitkonstante des Kapillarrohres (dessen Masse) verändert werden können. Mit dieser Anordnung wird in kürzeren Zeitinervallen die Heizung des Prüf raumes ein- bzw. ausgeschaltet. Trotz des Einsatzes der einfachen Aus dehnungs-Thermostate lassen sich zeitliche Temperaturschwankungen im Prüfraum von weniger als 1°C realisieren.This problem is solved with a temperature rule described at the beginning device in that outside the usable space a partial volume of the fluid, that is small compared to the fluid volume of the sensor, depending on the Heating capacity to be supplied to the usable space. Warmed up by this measure there is a small amount of in the capillary tube located fluids, so that after switching on the heating of the test room Switch and thus the heating of the test room is switched off early, before a noticeable temperature change in the usable space is caused by the neten temperature sensor is registered. This arrangement ensures that System the behavior of a quasi-continuous PD controller, the P behavior through the heating power supplied to the capillary tube and the D behavior the time constant of the capillary tube (its mass) can be changed. With this arrangement, the heating of the test is carried out in shorter time intervals room on or off. Despite the use of the simple off expansion thermostats allow temperature fluctuations in the test room of less than 1 ° C.

Bevorzugt wird ein Teil des Fluids in der Kapillare beheizt, die in beliebigen Bereichen des Wärmeschrankes, durch den die Kapillare vom Fühler zu der Membrandose führt, zur Verfügung steht und dort abgegriffen werden kann. Da die Kapillare sehr dünn gehalten ist, können im Bereich dieser Kapillare sehr kleine Teilvolumen des Fluids, d. h. klein gegenüber dem Fluid-Volumen des im Nutzraum angeordneten Fühlers, beheizt werden.Part of the fluid is preferably heated in the capillary, in any Areas of the heating cabinet through which the capillary from the sensor to the Membrane box leads, is available and can be tapped there. There the capillary is kept very thin, can very much in the area of this capillary small sub-volumes of the fluid, d. H. small compared to the fluid volume of the Usable sensor arranged, are heated.

Bevorzugt wird der zu beheizende Bereich der Kapillare zu einer Spirale ge wickelt, die nur geringen Platz benötigt.The area of the capillary to be heated is preferably formed into a spiral wraps that takes up little space.

Vorzugsweise wird das Teilvolumen des Fluids elektrisch beheizt, so daß auf die schon vorhandenen Energiequellen des Wärmeschrankes zurückgegriffen werden können. Durch die Wahl der gleichen Energieart kann in einfacher Weise die Beheizung des Fluid-Volumens in Abhängigkeit der dem Nutzraum zuzuführenden Heizleistung erfolgen.The partial volume of the fluid is preferably heated electrically so that the existing energy sources of the heating cabinet can be used can. By choosing the same type of energy, the Heating of the fluid volume as a function of that to be supplied to the usable space Heating output take place.

Vorteilhafterweise ist die Beheizung des Fluids, bei dem es sich vorzugsweise um eine Ausdehnungsflüssigkeit handelt, parallal zur Heizung im Nutzraum geschaltet. Hierdurch erfolgt unmittelbar mit dem Einschalten der Heizung im Nutzraum eine Aufheizung des beheizten Fluid-Volumens; entsprechend wird die Heizung des Fluid-Volumens mit der Abschaltung der Heizung im Nutzraum unter brochen. Als Kopplungsglied zwischen der Heizung des Fluids und der Heizung im Nutzraum hat sich ein Transformator als zweckmäßig erwiesen, der die Heizung des Fluids parallel zur Heizung des Nutzraums schaltet. Eine besonders ein fache Beheizung des Teilvolumens des Fluids kann durch eine Widerstandsheizung erzielt werden, die in vorteilhafter Weise durch die Kapillare selbst, die dann aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehen muß und durch direkten Strom durchgang beheizt wird, besteht.It is advantageous to heat the fluid, which is preferably is an expansion fluid, parallel to the heating in the utility room switched. This takes place immediately when the heater is switched on Usable space a heating of the heated fluid volume; accordingly the Heating the fluid volume with switching off the heating in the usable space below broken. As a coupling element between the heating of the fluid and the heating in the Usable space, a transformer has proven to be useful for heating of the fluid switches in parallel to the heating of the work space. One particularly one Multiple heating of the partial volume of the fluid can be achieved by resistance heating can be achieved in an advantageous manner by the capillary itself, the then must consist of electrically conductive material and by direct current passage is heated.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, die schematisch einen Wärmeschrank mit einer erfindungsgemäßen Temperaturregel einrichtung zeigt.Further details and features of the invention result from the following description of an embodiment with reference to the drawing schematically a heating cabinet with a temperature control according to the invention furnishing shows.

Im Nutzraum eines Wärmeschrankes, mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, ist eine Heizung 2 und ein Temperatur-Fühler 3 angeordnet. Der Fühler 3 ist Teil eines Ausdehnungs-Thermostates 4, das neben dem Fühler 3 eine Membrandose 5 umfaßt, die über eine Kapillare 6 mit dem Fühler 3 verbunden ist. Außerhalb des Wärme schrankes 1 in der Nähe der Membrandose 5 ist ein Abschnitt 7 der Kapillare 6 spiralförmig gewickelt.A heater 2 and a temperature sensor 3 are arranged in the useful space of a heating cabinet, designated by the reference number 1 . The sensor 3 is part of an expansion thermostat 4, which comprises a diaphragm cell 5 adjacent to the sensor 3, which is connected via a capillary 6 to the probe. 3 Outside the heat cabinet 1 near the membrane box 5 , a section 7 of the capillary 6 is wound spirally.

Die Membrandose 5 besitzt eine einstellbare Membran 8, die mit ansteigendem oder absinkenden Druck des Fluids - hierbei handelt es sich um eine Aus dehnungflüssigkeit - einen Stromschaler 9, der die Netzversorgung 10 der Heizung 2 unterbricht bzw. einschaltet, betätigt. Zu der Stromversorgung 10 und damit zu der Heizung 2 des Wärmeschrankes 1 ist eine Heizung des spiralförmigen Abschnittes 7 der Kapillare 6 über einen Transformator 11 parallel geschaltet. Bei dieser Heizung handelt es sich um eine Widerstandsheizung. Hierzu ist die Kapillare beidseitig des spiralförmigen Abschnittes 7, der aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehen muß, direkt mit dem Transformator 11 verbunden, so daß die Kapillare durch direkten Stromdurchgang beheizt wird. The membrane box 5 has an adjustable membrane 8 , the rising or falling pressure of the fluid - this is an expansion fluid from - a current switch 9 , which interrupts the power supply 10 of the heater 2 or turns on. A heater of the spiral section 7 of the capillary 6 is connected in parallel via a transformer 11 to the power supply 10 and thus to the heater 2 of the heating cabinet 1 . This heater is a resistance heater. For this purpose, the capillary is directly connected to the transformer 11 on both sides of the spiral section 7 , which must consist of electrically conductive material, so that the capillary is heated by direct current passage.

Mit dem Einschalten der Heizung 2 des Wärmeschrankes 1 wird über den Trans formator 11 der spiralförmige Abschnitt 7 der Kapillare 6 gleichzeitig aufge heizt, wodurch der Durck in der Kapillare 6 durch Ausdehnung der Ausdehnungs flüssigkeit ansteigt. Hierdurch schaltet der Thermostat über den Stromschalter 9 die Heizung 2 des Wärmeschrankes 1 nach einem kurzen Zeitintervall wieder ab, obwohl der Temperaturfühler im Nutzraum des Wärmeschrankes 1 noch keinen merklichen Temperaturanstieg registriert hat. Dieser Temperaturanstieg im Nutzraum erfolgt erst zeitlich verzögert, nachdem die Heizung ausreichend Wärme an die Umgebungsluft und damit auch an den Temperatur-Fühler 3 abgegeben hat. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Ausdehnungs-Thermostat wird die Heizung im Nutzraum in wesentlich kürzeren Zeitintervallen ein- und aus geschaltet, wodurch Temperaturschwankungen im Nutzraum, auch über längere Zeiträume, von weniger als 1°C erzielbar sind.When the heater 2 of the heating cabinet 1 is switched on, the spiral section 7 of the capillary 6 is simultaneously heated up via the transformer 11 , as a result of which the pressure in the capillary 6 rises due to expansion of the expansion liquid. As a result, the thermostat switches off the heater 2 of the heating cabinet 1 again after a short time interval via the current switch 9 , although the temperature sensor in the useful space of the heating cabinet 1 has not yet registered a noticeable rise in temperature. This rise in temperature in the usable space occurs only after a delay after the heating has given off sufficient heat to the ambient air and thus to the temperature sensor 3 . Compared to a conventional expansion thermostat, the heating in the work space is switched on and off in significantly shorter time intervals, which means that temperature fluctuations in the work space, even over longer periods, of less than 1 ° C can be achieved.

Claims

1. Temperature control device for heating cabinets, in particular for incubators and drying cabinets, with a fluid-filled expansion thermostat that has a sensor in the useful space of the heating cabinet, the fluid volume of which is connected to a membrane of a membrane box that actuates a switch via a capillary is characterized in that outside the usable space a partial volume of the fluid, which is small compared to the fluid volume of the sensor ( 3 ), is heated as a function of the heating power to be supplied to the usable space.

2. Temperature control device according to claim 1, characterized in that the heated fluid volume is part of the volume of the capillary ( 6 ).

3. Temperature control device according to claim 2, characterized in that the heated fluid volume is the volume of a spirally wound section ( 7 ) of the capillary ( 6 ).

4. Temperature control device according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the part volume is electrically heated.

5. Temperature control device according to claim 4, characterized in that the heating of the fluid is connected in parallel to the heater ( 2 ) in the usable space.

6. Temperature control device according to claim 5, characterized in that the heating of the fluid via a transformer ( 11 ) is connected in parallel with the heating ( 2 ) in the useful space.

7. Temperature control device according to one of claims 4 to 6, characterized characterized in that the heating of the partial volume as resistance heating is trained.

8. Temperature control device according to claim 7, characterized in that the capillary ( 6 ) consists of electrically conductive material and is heated by direct current passage.