DE3826203C2 - Oberflächentemperatursensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Oberflächentemperatursensor mit einem in Meßrichtung nach vorne offenen Sensorkörper mit Führungsteilen, einem am Mittelteil des Sensorkörpers angeord­ neten, elastischen, riemenförmigen Kontaktglied, das eine vorne am Sensorkörper angeordnete Kontaktoberfläche und daran an­ grenzende, sich nach hinten erstreckende erste deformierbare Teile aufweist, und mit Kontaktgliedstützteilen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Oberflächentemperatursensor vom Berührungstyp, der mit der Oberfläche eines Festkörpers in Kontakt bringbar ist, um seine Temperatur zu messen.

Die DE 26 42 544 A1 beschreibt einen Temperaturkontaktfühler zum Messen der Oberflächentemperatur von Heizeinrichtungen mit einem stabförmigen Handgriff und einem relativ dazu entlang der Längsachse des Handgriffs beweglichen Sensorkopf. Am Sensorkopf ist ein riemenförmiges Temperaturfühlerelement vorgesehen, das an beiden Enden am Sensorkopf befestigt ist und mit Hilfe zweier im wesentlichen U-förmiger Blattfedern, die im Raum zwischen dem Sensorkopf und dem Temperaturfühlerelement angeordnet sind, unter Spannung gehalten wird, wobei das Temperaturfühlerelement selbst im wesentlichen eine U-Form annimmt. Das riemenförmige Temperaturfühlerelement ist mit einem Folienstreifen unterlegt, der sich in der vollen Länge des Fühlerelementes zwischen diesem und den Blattfedern erstreckt und zum einen das Fühlerelement gegenüber den Blattfedern elektrisch isoliert und zum anderen einen Teil der von den Blattfedern auf das Fühlerelement ausgeübten Zugkraft aufnimmt. Bei einer Temperaturmessung wird der Sensorkopf des Temperaturfühlers auf die Oberfläche eines Körpers gedrückt. Dabei sollen die Blattfedern am Sensorkopf unter Nachgeben gegen die Anpreßkraft für eine möglichst gleichmäßige Auflage des Fühlerelements auf der Oberfläche sorgen. Im Handgriff des Temperaturfühlers ist eine weitere Feder vorgesehen, deren Federkraft der Relativbewegung des Sensorkopfes in Richtung des Handgriffes beim Anpressen des Fühlers auf die Oberfläche entgegenwirkt. Die Federkennlinie dieser zweiten Feder ist so ausgewählt, daß die Feder dann nachgibt, wenn die beim Anpressen auf den Sensorkopf wirkende Kraft einen bestimmten Höchstwert erreicht. Hierdurch soll eine Überbeanspruchung des Sensorkopfes vermieden und ein konstanter Anpreßdruck auf die Oberfläche eines zu vermessenden Körpers gewährleistet werden.

Die USA 4 279 157 beschreibt einen Meßkopf eines Temperatur­ fühlers mit einem riemenförmigen Thermoelement, das unter Ausbildung einer C-förmigen Schlaufe an dem Meßkopf befestigt ist. Beiderseits des Thermoelementes erstrecken sich parallel dazu zwei Leisten am Meßkopf, wobei sich der Mittelabschnitt des flexiblen Thermoelementes in Meßrichtung bis über die beiden Leisten hinaus erstreckt. Beim Andrücken des Meßkopfes auf die Oberfläche eines Körpers, dessen Temperatur gemessen werden soll, wird das Thermoelement deformiert, jedoch nicht weiter als es die beiden das Andrücken des Meßkopfes begrenzenden Leisten gestatten. Zur Verringerung der Reibung des Thermoelementes mit der zu vermessenden Oberfläche und zur elektrischen Isolierung ist die Oberfläche des Thermoelementes mit einem Harz beschich­ tet. Dadurch wird verhindert, daß das Thermoelement in direkten Kontakt mit der Oberfläche des zu vermessenden Körpers gebracht wird.

Die AT-PS 115 599 beschreibt ein Oberflächenthermometer mit bandförmigem Thermoelement, das zwischen den beiden Enden einer im wesentlichen U-förmigen Haltevorrichtung federnd aufgespannt ist. Um zusätzlich zu den beiden Enden der Haltevorrichtung einen weiteren Andrückpunkt für das Thermoelement auf einer Oberfläche zu erhalten, sind Mittel vorgesehen, die das Thermo­ element beim Anpressen an die Oberfläche eines zu vermessenden Körpers zusätzlich in seinem Mittelbereich andrücken. Weitere Oberflächentemperatursensoren mit riemenförmigen, flexiblen Thermoelementen sind aus der US 3 395 050 und der US 4 242 148 bekannt.

Allgemein verwendet man bekanntermaßen Thermoelemente bzw. Kontaktglieder, welche extrem dünn sind, um deren Wärmekapazität zu reduzieren, damit der Wärmeübergang zwischen dem Kontaktglied und der zu vermessenden Oberfläche minimal gehalten werden kann. Ist jedoch die Dicke des Kontaktgliedes zu stark reduziert, so nimmt seine Druckkraft, die auf eine Objektoberfläche auf­ zubringen ist, so stark ab, daß das Kontaktglied nicht akkurat längs der Oberfläche des zu vermessenden Körpers aufsitzt.

Damit das Kontaktglied die Oberfläche eines Körpers zuverlässig berührt, wird die Dicke des Kontaktgliedes vergrößert und dadurch seine Druckkraft erhöht. Wenn die Dicke des Kontakt­ gliedes erhöht wird, nimmt jedoch auch seine Wärmekapazität zu. Soll die Erzeugung von Wärme nun in einem Festkörper gemessen werden, der eine kleine Wärmekapazität und einen geringen Druckwiderstand hat, wie z. B. bei einer Halbleitervorrichtung, so ist ein solches Kontaktglied nicht in geeigneter Weise verwendbar.

Ein weiterer Nachteil bekannter Oberflächentemperatursensoren besteht neben den häufig verhältnismäßig hohen Wärmekapazitäten der Thermoelemente in einem komplizierten Aufbau der Sensoren. Sind die Endteile eines Kontaktgliedes an einem Stützglied des Temperatursensors befestigt, wie es bei den meisten bekannten Temperatursensoren der Fall ist, so erfolgt im Laufe der Zeit eine Ermüdung des Metalles an den festen Endteilen des Kontakt­ gliedes, so daß dieses gebogen wird oder bricht. Derartige Temperatursensoren weisen daher große Nachteile bezüglich ihrer mechanischen Festigkeit auf. Ein weiterer Nachteil, der sich aus der beiderseitigen Befestigung elastischer, riemenförmiger Thermoelemente an einem Sensorkopf ergibt, besteht darin, daß sich das Kontaktglied aufgrund der starren Befestigung der Enden notwendigerweise zur Gestalt eines Kragarmes deformiert. Dies bedingt die Abnahme des Freiheitsgrades der Federdeformation, und die Kontaktoberfläche des Kontaktgliedes kann nicht akkurat und leicht mit der Oberfläche eines zu vermessenden Festkörpers in Eingriff kommen. Soll beispielsweise die Temperatur eines Festkörperobjektes in Bewegung gemessen werden, so können Fehler bei der Temperaturmessung auftreten, da der Sensor nicht schnell und leicht genug mit der Oberfläche des Körpers in Eingriff treten kann.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Temperatursensoren besteht darin, daß die Deformation der Kontaktoberfläche des Kontaktgliedes beim Andrücken an eine zu vermessende Oberfläche nicht automatisch von einer halbkreisförmigen zu einer läng­ lichen, bogenförmigen Gestalt fortschreitet, so daß die Breite bzw. die Fläche der Kontaktoberfläche allmählich zunimmt, sondern daß, wenn die Deformation des Kontaktgliedes zu einem gewissen Grade fortgeschritten ist, ein Teil seiner Kontaktober­ fläche von dem Festkörperobjekt fortschwimmt bzw. sich abhebt. Im Normalfall ist dies der Mitteilteil des Kontaktgliedes, wo sich auch das Temperaturmeßelement befindet, welches für die Temperaturmessung wichtig ist. Durch dieses Phänomen kommt es zu erheblichen Ungenauigkeiten bei der Temperaturmessung.

Diese Probleme werden unter Bezugnahme auf Darstellungen be­ schrieben. Wie man in Fig. 10(a) sieht, sind beide Enden 1a und 1b eines Kontaktgliedes 1, welches aus einer dünnen Platte eines Thermoelementes mit einer Meßstelle c (oder ei­ nem wärmesensitiven Teil) besteht, der auf dem Mittelab­ schnitt der dünne Platte vorgesehen ist, oder einer dünnen Platte mit einem wärmeempfindlichen Element, wie z. B. einem Thermistor, der auf seinem Mittelteil vorgesehen ist, oder einem Thermoelement mit dünnem Draht auf einem Körper 2 (oder einem Stützglied) eines Temperatursensors so befe­ stigt, daß das Kontaktglied 1 im allgemeinen zu einer halb­ kreisförmigen Gestalt gebogen wird. Die Messung der Tempera­ tur eines Festkörperobjekts 3, der mit diesem Kontaktglied 1 in Eingriff ist, wird nun beschrieben.

Wenn das Zentralteil des halbkreisförmigen Kontaktgliedes 1, welches an seinen beiden Enden am Sensorkörper 2 gemäß Dar­ stellung der Fig. 10(a) angebracht ist, mit dem Festkörper­ objekt 3 in leichtem Eingriff ist, entsprechen sich die Meß­ stelle c und das Zentrum der in Fig. 10(b) gezeigten Kon­ taktoberfläche 4 einander.

Ein Segment Q auf der Kontaktoberfläche 4 veranschaulicht einen Teil mit Beanspruchungskonzentration, die auftritt, wenn das Kontaktglied 1 mit dem Festkörperobjekt 3 in Ein­ griff kommt. Dies bedeutet, daß bei leichtem Deformieren des Kontaktgliedes 1 die Meßstelle c auf der Kontaktoberfläche 4 vorhanden ist, wobei die Kontaktoberfläche unzureichend klein ist, und daß deshalb ein genaues Temperaturmessen nicht durchgeführt werden kann.

Wenn der Sensorkörper 2 dann zu dem Festkörperobjekt 3 in Richtung eines Pfeiles D, wie in Fig. 11(a) gezeigt ist, be­ wegt wird, nimmt die Breite der Kontaktoberfläche 4 allmäh­ lich zu, wie in Fig. 11(b) gezeigt ist. In diesem Zustand ist die Meßstelle c noch auf dem Mittelteil der Kontaktober­ fläche 4 angeordnet, und die Kontaktoberfläche ist ausrei­ chend groß, so daß die Temperatur des Festkörperobjektes ge­ nau gemessen werden kann.

Die Veränderung (Zunahme) der Fläche der Kontaktoberfläche 4 wird nun diskutiert. Wenn das Kontaktglied 1 zur Oberfläche des Festkörperobjektes 3 hin in Richtung des Pfeiles D ge­ drückt wird, um mit dieser in Eingriff zu kommen, tritt eine Kraft auf, die durch einen Pfeil E gezeigt ist und von dem festen Stützpunkt 1b zu einem Teil Qb auf dem Festkörperob­ jekt 3 mit Beanspruchungskonzentration gerichtet ist. Die durch diesen Pfeil E gezeigte Kraft wird in Komponenten aufgeteilt, wel­ che in zwei Richtungen arbeiten, d. h. eine Komponente des Pfeiles D, durch welche das Kontaktglied 1 zum Festkörper­ objekt 3 hin gedrückt wird, und eine Komponente eines Pfei­ les F, durch welche das Kontaktglied 1 zu seinem Mittelteil hin komprimiert wird.

Eine Frage, ob die Komponente, welche in Richtung des Pfei­ les F arbeitet, dazu dient, in zuverlässiger Weise das Kon­ taktglied 1 mit der Oberfläche des Festkörperobjekts 3 in Eingriff zu bringen, wird nun diskutiert. Wenn der Sensor­ körper 2 dichter an das Festkörperobjekt 3 herangebracht wird, um das Kontaktglied 1 zu deformieren, wie in Fig. 12(a) gezeigt ist, arbeitet die Komponente des Pfeiles F zum Mittelteil des Kontaktgliedes 1 hin, so daß das Mittelteil vom Festkörperobjekt 3 wegschwimmt, um die Meßstelle c zu veranlassen, sich um einen Abstand δ von der Oberfläche des Festkörperobjektes 3 fort zu trennen. Die Einzelheiten einer solchen Bewegung des Mittelteils, die durch einen Kreis R in Fig. 12(a) angedeutet sind, werden in vergrößerter Vor­ deransicht desselben Teils in Fig. 12(c) gezeigt.

Wenn das Kontaktglied in diesem Zustand ist, wird die Kon­ taktoberfläche 4 in die Kontaktoberflächenteile 4a und 4b aufgetrennt, wie man in Fig. 12(b) sieht. Die vorerwähnte Entfernung der Meßstelle c nach oben von der Oberfläche des Festkörperobjekts 3 ruft einen Fehler einer erfaßten Tempe­ ratur hervor, und es ist notwendig, daß diese Erscheinung verhindert wird.

Wenn das Kontaktglied 1 vorübergehend mit der Oberfläche des Festkörperobjekts 3 in Eingriff ist, wie in Fig. 12(a) ge­ zeigt ist, wird die Meßstelle c vom Festkörperobjekt 3 nicht direkt erwärmt. Es ist deshalb klar, daß ein Fehler einer erfaßten Temperatur groß wird.

Das vorstehende ist eine Beschreibung des Falles, wo das Kontaktglied 1 in einer richtigen Stellung (bei welcher der Sensorkörper 2 auf die Oberfläche des Festkörperobjektes 3 so aufgebracht wird, daß die Richtung, in welcher eine Druckkraft auf den Sensorkörper ausgeübt wird, unter rechten Winkeln zur Oberfläche des Festkörperobjekts 3 steht) mit der Oberfläche des Festkörperobjekts 3 in Eingriff steht. Wenn der Sensorkörper 2 auf die Oberfläche des Festkörperob­ jekts 3 so aufgebracht wird, daß die Richtung einer Druck­ kraft, die auf das Festkörperobjekt aufgebracht wird, bezüg­ lich letzterer diagonal ist, gibt es noch mehr Probleme.

Die Fig. 13(a), 13(b), 14(a), 14(b), 15(a) und 15(b) veran­ schaulichen diesen Fall. Die Fig. 13(a) und 13(b) entspre­ chen den Fig. 11(a) und 11(b) und deuten an, daß die Meß­ stelle c (oder der wärmeempfindliche Teil) im Mittelteil der Kontaktoberfläche 4 angeordnet ist und daß ein Fehler einer gemessenen Temperatur nicht wesentlich auftritt.

Wenn sich das Festkörperobjekt 3 bezüglich des Körpers 2 des Temperatursensors neigt bzw. schrägstellt oder wenn der Sen­ sorkörper 2 unter einer Neigung mit dem Festkörperobjekt 3 in Eingriff kommt, wie in Fig. 14(a) gezeigt ist, verläßt das wärmesensitive Teil c allmählich eine Mittellinie S. Als Ergebnis bewegt sich die Meßstelle c zu einem Eckenteil der Kontaktoberfläche 4, wie in Fig. 14(b) gezeigt ist. In die­ sem Falle beginnt die Meßstelle c, die Kontaktoberfläche 4 zu verlassen, und es tritt eine Abweichung auf zwischen ei­ nem Temperaturmeßzentrum c′ und der Meßstelle c.

Die Fig. 14(a) und 14(b) zeigen ein Beispiel der Stellung des Kontaktgliedes 1, die oft auftritt, während die Tempera­ tur beispielsweise eines sich bewegenden Objektes mit einem Berührungstemperatursensor gemessen wird. In diesem Fall weicht das Temperaturmeßzentrum c′ von der Meßstelle c ab, so daß eine kleinere Temperatur als die tatsächliche Tempe­ ratur erfaßt wird. Es tritt nämlich ein Fehler beim Tempera­ turmessen in diesem Fall auf.

Die Fig. 15(a) und 15(b) zeigen den Zustand des Sensorkör­ pers 2, wenn er extrem bezüglich des Festkörperobjektes 3 geneigt ist, wobei die Meßstelle c von der Kontaktoberfläche 4 entfernt ist oder sich gerade entfernt. In diesem Zustand kann die genaue Überführung der Wärme des Festkörperobjekts zur Meßstelle kaum erwartet werden, so daß ein beachtlicher Fehler der erfaßten Temperatur auftritt.

Wenn sich der Sensorkörper 2 bezüglich des Festkörperobjekts 3 extrem neigt, wie in Fig. 15(a) gezeigt ist, wird ein Sei­ tenteil des Kontaktgliedes 1 gebogen, wie bei im gezeigt ist, und zwar mit einem verhältnismäßig großen Krümmungsra­ dius, während das andere Seitenteil des Gliedes gebogen wird, wie in mit einem kleinen Krümmungsradius gezeigt ist. Wenn das Kontaktglied 1 mit einem kleinen Krümmungsradius ln auf diese Weise gebogen wird, wird das feste Teil 1b ex­ trem gebogen, und es gibt in diesem eine große Beanspru­ chung, so daß in dem Kontaktglied 1 eine permanente Deforma­ tion auftritt. Folglich wird ein Fehler einer gemessenen Temperatur größer, und das Kontaktglied 1 kann letztlich brechen. Da ferner die Meßstelle c zu einem Endteil der Kon­ taktoberfläche 4 bewegt wird, wird es schwierig, die Tempe­ ratur der Objektoberfläche genau zu messen.

Bei einem herkömmlichen Temperatursensor verläßt die Kon­ taktoberfläche des Kontaktgliedes ein festes Objekt und schwimmt am Zentralteil des Kontaktgliedes von diesem weg, wenn der Sensorkörper gegen das feste Objekt unter einer ge­ wissen Bedingung gedrückt wird.

Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, die Nachteile der bekannten Oberflächentemperatursensoren zu überwinden und einen Temperatursensor mit einem Kontaktglied zu schaffen, dessen Berührungsoberfläche mit der Oberfläche eines festen Objektes gut in Eingriff bringbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Oberflächentemperatursen­ sor der eingangs genannten Art, bei dem das Kontaktglied im wesentlichen "C" -oder "Ω"-förmig gebogen ist und an die ersten deformierbaren Teile angrenzende, sich zur Mitte des Sensorkör­ pers erstreckende zweite deformierbare Teile und daran an­ grenzende Stützteile aufweist und ein Positionsbeschränkungsteil vorgesehen ist, das relativ zu den Führungsteilen des Sensorkör­ pers unbeweglich und zumindest teilweise innerhalb des riemen­ förmigen Kontaktgliedes angeordnet ist und sich zwischen den Innenflächen der ersten deformierbaren Teile erstreckt, und daß die Kontaktgliedstützteile mit den Stützteilen des Kontakt­ gliedes in bewegbarem Eingriff sind.

Der erfindungsgemäße Oberflächentemperatursensor zeichnet sich gegenüber den bekannten Sensoren durch einen größeren Freiheits­ grad an Federdeformation des Kontaktgliedes aus und ist in der Lage, Beanspruchungen, die örtlich im Kontaktglied konzentriert werden, im wesentlichen auszuschließen, wodurch er eine hohe Lebensdauer hat. Der erfindungsgemäße Temperatursensor kommt mit einem festen Objekt exzellent in Eingriff. Hierdurch erhöht sich die Genauigkeit der Temperaturmessungen, und es treten wesent­ lich weniger Meßfehler auf als bei den bekannten Vorrichtungen. Auch bei Schlagbelastung des Kontaktgliedes zeichnet sich dieses durch große Stabilität und hohe Dauerhaftigkeit aus.

Der erfindungsgemäße Temperatursensor weist ein im allgemeinen C-förmiges oder Ω-förmiges Kontaktglied auf, welches aus einer Kontaktoberfläche, ersten deformierbaren Teilen, die von beiden Enden der Kontaktoberfläche sich fortsetzen und in der Gestalt des Buchstabens "L" gebogen sind, zweiten deformierbaren Teilen, die sich von den Endteilen der ersten deformierbaren Teile fortsetzen und zu Positionen über dem Mittelteil des die Kontaktoberfläche tragenden Teils hin gebogen sind, und aus Stützteilen besteht, die aus Befestigung steilen zusammengesetzt sind und an den Endteilen der zweiten deformierbaren Teile gebildet sind, wobei die Befestigungs- oder Sperrteile des Kontaktgliedes mit Stützgliedern beweglich in Eingriff stehen und auf diesen gestützt werden. Das Kontaktglied ist auf dem Sensorkörper mit Stiften bzw. Zapfen gehaltert, die von außen an beiden Endstützteilen des Kontaktgliedes in Eingriff sind, so daß das Kontaktglied schwenkbar bewegt werden kann, d. h., daß es sich nicht in einer festen Stellung befindet.

Das Kontaktglied ist geeignet derart ausgestaltet, daß es direkt mit einem festen Objekt in Eingriff gebracht werden kann. Es kann die Form einer dünnen Platte, eines Riemens sowie in einigen Fällen eines Metalldrahtes aufweisen, wobei es aus einem federnden Material besteht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kontaktoberfläche des Oberflächentemperatursensors auf ihrem Mittelabschnitt mit einem wärmeempfindlichen Teil bzw. einer Meßstelle versehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besteht das Kontakt­ glied aus einer dünnen Platte aus nichtrostendem Stahl, Titan oder Thermoelementmaterial. Die Meßstelle selbst ist vorzugs­ weise ein Thermoelement, ein Thermistor oder ein Folienresistor aus Platin oder einem anderen Material.

Bei dem erfindungsgemäßen Temperatursensor ist es wichtig, daß die Mittel zum Stützen des Kontaktgliedes an dem Sensorkörper nicht fest bzw. starr sondern bewegbar sind. Was das Kontakt­ glied bewegbar macht, sind Stifte bzw. Zapfen, die im Sensorkör­ per oder in seinen Befestigungsteilen eingesetzt sind und die Stützteile berühren, die an beiden Endabschnitten des Kontakt­ gliedes gebildet sind. Vorzugsweise sind die Kontaktgliedstütz­ teile an der Außenseite des Kontaktgliedes in der Nähe der Stützteile als Stiftgelenke ausgebildet. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Kontaktgliedstützteile an der Außenseite des Kontaktgliedes in der Nähe der Stützteile als sich von beiden Seiten eines Schaftteiles in Vorwärtsrichtung zum Zentrum des Kontaktgliedes hin erstreckende Zapfen ausgebildet sind.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind an dem Sensorkörper mehrere im wesentlichen "C"- oder "Ω"-förmige Kontaktglieder vorgesehen, deren Kontaktoberflächen kreuzweise verbunden sind. Die kreuzweise Verbindung ist vorteilhaft so ausgestaltet, daß das Kontaktglied einstückig ausgebildet ist und sich von der Kreuzungsstelle aus in vier Richtungen er­ streckt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Meßstelle in dem Kreuzungsbereich angeordnet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Hauptteiles ei­ ner Ausführungsform eines Oberflächentemperatur­ sensors gemäß der Erfindung;

Fig. 2(a) eine perspektivische Ansicht eines Gliedes eines Sensorkörpers, welches mit einem Zylinder verbun­ den ist;

Fig. 2(b) eine perspektivische Ansicht eines Kontaktgliedes, welches im Sensorkörper eingesetzt ist;

Fig. 3(a) eine Vorderansicht unter Darstellung eines Betrie­ bes des Kontaktgliedes, welches den Oberflächen­ temperatursensor gemäß der Erfindung bildet;

Fig. 3(b) die Bedingung bzw. den Zustand einer Kontaktober­ fläche des Kontaktgliedes der Fig. 3(a);

Fig. 4(a) und Fig. 4(b) und Fig. 5(a) und Fig. (5b) Vorderansichten des Kontaktgliedes, welches auf unterschiedliche Arten gedrückt wird, sowie Drauf­ sichten unter Darstellung der Bedingung bzw. des Zustandes der Kontaktoberfläche in diesen Fällen, wobei das Kontaktglied in beiden diesen Fällen ge­ gen ein festes Objekt gedrückt wird, so daß die Richtung der Druckkraft, welche auf das Kontakt­ glied aufgebracht ist, senkrecht zur Objektober­ fläche liegt;

Fig. 6(a) und Fig. 6(b) und Fig. 7(a) und Fig. 7(a) und Fig. 8(a) und Fig. 8(b) Vorderansichten des Oberflächentemperatursensors gemäß der Erfindung, welcher gegen ein festes Ob­ jekt so gedrückt ist, daß die Richtung der Druck­ kraft, die auf den Sensor aufgebracht ist, bezüg­ lich der Objektoberfläche diagonal ist, sowie Draufsichten unter Darstellung des Zustandes der Kontaktoberfläche in diesen Fällen;

Fig. 9(a) eine perspektivische Ansicht einer zweiten Aus­ führungsform des Oberflächentemperatursensors ge­ mäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9(b) eine Vorderansicht der Ausführungsform der Fig. 9(a) in einem gestützten Zustand;

Fig. 10(a) und Fig. 10(b) und Fig. 11(a) und Fig. 11(b) und Fig. 12(a) und Fig. 12(b) Vorderansichten eines herkömmlichen Oberflächen­ temperatursensors mit zwei festen Enden und Draufsichten unter Darstellung des Zustandes sei­ ner Kontaktoberfläche in verschiedenen Bedingun­ gen beim Aufdrücken auf ein festes Objekt;

Fig. 12(c) eine vergrößerte Ansicht des Teiles, der in Fig. 12(a) mit einem Kreis R angedeutet ist; und

Fig. 13(a) und Fig. 13(b) und Fig. 14(a) und Fig. 14(b) und Fig. 15(a) und Fig. 15(b) Ansichten, um Zustände zu veranschaulichen, in welchen ein herkömmlicher Oberflächentemperatur­ sensor mit festem Ende Deformationen erleidet, wenn er unter angewinkelten Positionen gegen die Kontaktoberfläche des Objekts für die Temperatur­ messung aufgebracht wird, wobei Fig. 13(a) eine Vorderansicht des Sensors zeigt, wenn er unter einem rechten Winkel zur Kontaktoberfläche des Objekts angeordnet ist, Fig. 13(b) eine Ansicht, bei welcher die Kontaktoberfläche im Falle der Anbringung des Sensors gemäß Darstellung in Fig. 13(a) vorgesehen ist, Fig. 14(a) eine Vorderan­ sicht des Sensors zeigt, der unter einer Neigung gegen die Objektoberfläche aufgebracht ist, Fig. 14(b) die Kontaktoberfläche im Falle der Anbrin­ gung des Sensors zeigt, wie in Fig. 14(a) vorge­ sehen ist, Fig. 15(a) eine Vorderansicht des Sen­ sors zeigt, der in einer extrem geneigten Lage gegen die Objektoberfläche aufgebracht ist, und Fig. 15(b) eine Ansicht, welche die Kontaktober­ fläche zur Zeit der Aufbringung des Sensors zeigt, wie in Fig. 15(a) vorgesehen, mit der Dar­ stellung, daß das Zentrum der Kontaktoberfläche in diesem Falle erheblich abweicht im Vergleich zu dem Zustand, wie er in Fig. 13(a) dargestellt ist.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils des Temperatursensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Zy­ linder 21 erstreckt sich von einem Vorderende eines Hand­ griffes 20, und ein zweistückiger Sensorkörper 22 ist am vorderen Ende des Zylinders 21 befestigt. Ein Ω-förmiges oder C-förmiges Kontaktglied 24 ist in einem Raum gehaltert, der durch im Querschnitt Halbkreis-Führungsteile 23 und 23 gebildet ist, die am Vorderendabschnitt des Sensorkörpers 22 gebildet sind.

Der Sensorkörper 22 besteht aus einem geformten Produkt aus einem Kunstharz, einem Metall oder einem keramischen Materi­ al. Wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, hat jedes Sensorkörper­ glied ein halbkreisförmiges Schaftteil 25, Kontaktglied­ stützteile 26 und 26, die von beiden Seiten des Schaftteils 25 in Vorwärtsrichtung zum Zentrum des Sensorkörpergliedes hin verlängert sind, und ein Positionsbeschränkungsteil 27, wobei ein abgestufter Teil 28 gebildet ist, um sich von dem Raum vor den Kontaktgliedstützteilen 26 und 26 zu erstrecken, um sich an den Außenseiten des Positionsbeschränkungsteils 27 anzu­ schließen, und durch das abgestufte Teil 28 ist der Bewe­ gungsbereich des Kontaktgliedes 24 beschränkt.

Fig. 2(b) zeigt den Sensorkörper 22, in welchem das Kontakt­ glied 24 gehalten wird. Dieses Kontaktglied 24 besteht aus einer Kontaktoberfläche 24a, ersten deformierbaren Teilen 24b, zweiten deformierbaren Teilen 24c und Stützteilen 24d, und eine Meßstelle oder ein wärmeempfindliches Teil, welches aus einem Thermistor besteht, ist am Mittelteil der Kontakt­ oberfläche 24a befestigt. Die Bezugszahl 29 bezeichnet Kom­ pensierleitungen oder Drähte.

Das Kontaktglied 24 ist in der Gestalt des Buchstabens "C" oder "Ω" gebildet, wie vorstehend erwähnt, und die Eckenab­ schnitte des Positionsbeschränkungsteils 27 sind auf den in­ neren Oberflächen der ersten deformierbaren Teile 24b und 24b so angeordnet, daß verhindert wird, daß die Kontaktober­ fläche 24a seitlich verschoben wird. Die hornförmigen Kontaktgliedstütz­ teile 26 und 26 berühren die äußeren Oberflächen der L-för­ migen Stützteile 24d und 24d, so daß das Kontaktglied 24 durch diese Teile, mit denen es in Eingriff steht, elastisch bzw. nachgiebig gehaltert wird.

Die Hauptteile des Stützmechanismus für das Kontaktglied 24 sind demgemäß die Kontaktgliedstützteile oder Stifte 26 und 26 und das Positionsbeschränkungsteil 27, welches die inneren Oberflä­ chen der ersten deformierbaren Teile 24b und 24b berührt und als ein Hilfsteil dient, um zu verhindern, daß die Kontakt­ oberfläche 24a seitlich verschoben wird. Somit wird das Kontakt­ glied 24 an vier Punkten auf den Kontaktgliedstützteilen 26 und 26 und den Eckenabschnitten des. Positionsbeschränkungsteils 27 gehaltert.

Die Fig. 3(a) und 3(b) veranschaulichen den Zustand des Kon­ taktgliedes 24 der vorliegenden Erfindung, bei welchem das Kontakt­ glied 24 auf den Kontaktgliedstützteilen 26 und 26 mit den Stif­ ten gehaltert wird, wobei die Kontaktoberfläche 24a mit dem festen Objekt 3 leicht in Eingriff ist (eine Darstellung des Positionsbeschränkungsteils 27, welches das Kontaktglied 24 hilfsweise stützt, ist weggelassen). Ein Vergleich zwischen diesem Kontaktglied der Fig. 3(a) und 3(b) und dem herkömm­ lichen Kontaktglied der Fig. 10(a) und 10(b) zeigt, daß die Meßstelle c in jeder Figur im Mittelteil der Kontaktfläche 4 angeordnet ist. Dies bedeutet, daß der herkömmliche Tempe­ raturfühler und der Temperaturfühler gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage sind, eine Temperatur mit gleicher Ge­ nauigkeit zu erfassen.

Fig. 4(a) zeigt den Zustand des Sensorkörpers 22, wenn er näher an das feste Objekt 3 herangebracht ist. Wenn eine Druckkraft, die durch einen Pfeil G gezeigt ist, auf die Stützteile 24d und 24d über die Kontaktgliedstützteile 26 und 26 mit Stift aufgebracht ist, entsteht eine Kraft, die durch einen Pfeil H gezeigt ist und zu einem Teil Qb mit konzentrierter Beanspruchung auf der in Fig. 4(b) gezeigten Kontaktoberflä­ che gerichtet ist. Die Kraft dieses Pfeiles H besteht aus einer Kraft eines Pfeiles I, durch welchen das Kontaktglied 24 gegen die Oberfläche des festen Objekts 3 gedrückt wird, und zwei Komponenten, welche durch Pfeile J und J gezeigt sind, die in die entgegengesetzten Richtungen zeigen und die Zugkraft bilden, die vom Zentrum des Kontaktgliedes 24 zu seinen Außenseiten hin gerichtet ist.

Diese Komponenten J und J, die in entgegengesetzte Richtun­ gen führen, bilden die Zugkraft, die auf die Kontaktoberflä­ che 24a aufgebracht ist. Wegen der Komponenten J und J wirkt die Kontaktoberfläche 24a so, daß sie das Kontaktglied 24 von seinem Mittelteil, auf welchem die Meßstelle c vorhanden ist, zu seinen beiden Eckenteilen hin zieht.

Infolgedessen arbeiten die Bestandteile J und J, welche zu den beiden Eckenteilen der Kontaktoberfläche 24a gerichtet sind, so, daß sie dieselbe Oberfläche weiter abflachen, so daß die Kontaktoberfläche 4 mit der Meßstelle c unter einem hohen Druck mit der Oberfläche des festen Objektes 3 in Ein­ griff steht.

Die Fig. 4(a) und 4(b) veranschaulichen die vorliegende Er­ findung entsprechend den Fig. 11(a) und 11(b). Bei dem her­ kömmlichen Kontaktglied 1 arbeitet die Kompressionsbeanspru­ chung infolge der zwei Kraftkomponenten, die von beiden En­ den ihrer Kontaktoberfläche zu ihrem Mittelteil gerichtet sind, auf dieselbe Kontaktoberfläche, während bei dem Kon­ taktglied 24 nach der Erfindung Zugbeanspruchung, die aus den zwei Komponenten J und J der Kraft besteht, die in ent­ gegengesetzte Richtungen gerichtet sind, auf ihre Kontakt­ oberfläche wirkt. Es ist notwendig, daß man besondere Auf­ merksamkeit diesem großen Unterschied widmet.

Die Fig. 5(a) und 5(b) zeigen das Kontaktglied 24, auf wel­ ches eine Druckkraft weiter ausgeübt wird, wobei trotz der erheblichen Deformation des Kontaktgliedes 24 die Kontakt­ oberfläche 24a mit dem festen Objekt 3 ganz in Eingriff steht.

Ein Vergleich zwischen dem Zustand der Deformation des Kon­ taktgliedes der Fig. 5(a) und 5(b) und der des herkömmlichen Kontaktgliedes 1 der Fig. 12(a) und 12(b) zeigt folgendes: Bei dem herkömmlichen Kontaktglied 1 wirken zwei Kraftkompo­ nenten auf dieses von seinen beiden Seiten zu seinem Mittel­ teil hin, so daß die Kompressionsbeanspruchung, basierend auf diesen Komponenten, auftritt, um das Mittelteil der Kon­ taktoberfläche zum Schwimmen zu bringen. Folglich wird die Kontaktoberfläche 4 in zwei Teile 4a und 4b getrennt. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch erhöht sich die Fläche der Kontaktoberfläche 4 akkurat und der Meßstelle c ist im Mit­ telteil der Kontaktoberfläche angeordnet.

Wenn der herkömmliche Temperatursensor in dem in den Fig. 12(a) und 12(b) gezeigten Zustand ist, kann die Temperatur eines festen Objektes nicht mehr genau gemessen werden. Auf der anderen Seite variiert bei dem Temperatursensor gemäß der vorliegenden Erfindung die Fläche der Kontaktoberfläche genau gemäß einer Veränderung der Druckkraft, die auf das Kontaktglied ausgeübt wird, d. h. unbeachtlich der Größe der Druckkraft, und das Trennen der Kontaktoberfläche in zwei Teile, welches man bei dem herkömmlichen Temperatursensor antrifft, tritt bei diesem Kontaktglied nicht auf. Deshalb kann die Temperatur eines festen Objektes akkurat erfaßt wer­ den.

Ein Fall, wo der Temperatursensor das feste Objekt berührt, wobei die Richtung einer Druckkraft, die auf den Sensor auf­ gebracht wird, unter einem großem Winkel bezüglich einer Ob­ jektoberfläche geneigt ist, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a), 6(b), 7(a), 7(b), 8(a) und 8(b) beschrieben.

Die Fig. 6(a) und 6(b) sind entsprechend den Fig. 13(a) und 13(b), die Fig. 7(a) und 7(b) entsprechend den Fig. 14(a) und 14(b) und die Fig. 8(a) und 8(b) entsprechend den Fig. 15(a) und 15(b) gezeichnet. Bei diesen Zeichnungen sind der Temperatursensor gemäß der vorliegenden Erfindung, bei wel­ chem ein Kontaktglied beweglich gestützt ist, und ein her­ kömmlicher Temperatursensor, bei welchem ein Kontaktglied fest gestützt ist, so gezeigt, daß der unter Druck stehende Zustand der Sensoren, der Zustand der Deformation der Kon­ taktglieder und die Lage zwischen den Kontaktoberflächen und den Positionen der Meßstellen verstanden werden können.

Bei dem herkömmlichen Temperatursensor bewegt sich die Meß­ stelle c allmählich vom Mittelteil der Kontaktoberfläche 4 zu einem Eckenteil derselben, während bei dem Temperatursen­ sor gemäß der vorliegenden Erfindung die Meßstelle c auf dem Mittelteil der Kontaktoberfläche angeordnet ist, unbeacht­ lich des Druckzustandes des Kontaktgliedes.

Wie in den Fig. 7(a) und 8(a) gezeigt ist, drücken die Kontakt­ gliedstützteile 26 und 26, die wie ein Stift aufgebaut sind bzw. wirken, die Stützteile 24d und 24d des Kontaktgliedes 24 von der Außenseite, um das Kontaktglied 24 zu stützen. Deshalb tritt eine Drehkraft K bei diesen Stüzteilen auf, so daß die ersten deformierbaren Teile 24b und 24b und die zweiten deformierbaren Teile 24c und 24c nicht ungebührlich deformiert werden. Diese deformierbaren Teile werden nämlich nicht groß deformiert. Dies kann man klar verstehen, wenn man die Fig. 7(a) und 8(a) mit den Fig. 14(a) und 15(a) in Bezug setzt.

Wie oben festgestellt, sind bei dem Sensor gemäß der vorlie­ genden Erfindung die Stützteile nicht fest, sondern sie sind auf dem Sensorkörper durch stiftartige Kontaktgliedstützteile gehaltert. Hierdurch wird es möglich, daß die Kontaktoberfläche genau mit der Oberfläche des Festobjektes in Eingriff kommt, unbe­ achtlich des Winkels der Druckrichtung des Sensors auf die Objektoberfläche, d. h. nicht nur, wenn die Richtung, in welcher der Sensor gegen das Festobjekt gedrückt wird, unter rechten Winkeln zur Oberfläche des Festobjekts steht, son­ dern auch wenn die Richtung, in welcher der Sensor gegen das Festobjekt gedrückt wird, bezüglich der Oberfläche des Fest­ objekts geneigt ist. Dies hat eine wichtige Bedeutung. Beim herkömmlichen Sensor ist es notwendig, daß der Sensor mit einem Festobjekt während des Messens der Temperatur in Be­ rührung gebracht wird, wobei besondere Aufmerksamkeit der Sensordruckrichtung gewidmet wird, aber im Falle des erfin­ dungsgemäßen Sensors ist es nicht erforderlich, der Sensor­ druckrichtung eine solche Beachtung zu schenken.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 9(a) und 9(b) beschrieben.

Die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen ein Kontaktglied 30, welches dadurch gebildet ist, daß die Kontaktstücke, die gemäß Dar­ stellung in Fig. 3(a) gestaltet sind, kreuzweise kombiniert werden, wobei eine Meßstelle c auf einem Kreuzteil dieser Kontaktstücke gebildet ist. Die Teile 26a und 26a entsprechen den stiftartigen Kontaktgliedstützteilen 26 und 26, und die Teile 26b und 26b entsprechen dem in den Fig. 2(a) und 2(b) ge­ zeigten Positionsbeschränkungsteil 27. Diese Teile haltern das käfigartige Kontaktglied 30 und vermeiden eine unpassend große Deformierkraft, welche auf diese aufgebracht wird.

Erfindungsgemäß ist das Kontaktglied im allgemeinen in der Gestalt des Buchstabens "C" oder "Ω" geformt oder hat eine modifizierte Gestalt dieser Buchstaben. Es hat eine Kontakt­ oberfläche, erste deformierbare Teile, die von beiden Seiten dieser Kontaktoberfläche verlängert sind, zweite deformier­ bare Teile, die mit den ersten deformierbaren Teilen verbun­ den sind, und Stützteile, die an den Endabschnitten der zweiten deformierbaren Teile gebildet und beweglich gehal­ tert sind. Die Teile, welche diese Stützteile haltern, sind Stifte bzw. Zapfen. Die Stützteile werden auf den Stiften so gehaltert, daß sie ein Herumdrehen des Kontaktgliedes um diese erlauben. Da das Kontaktglied auch auf einem Positi­ onsbeschränkungsteil gehaltert ist, um seine seitliche Ver­ schiebung zu verhindern, können die folgenden Effekte erhal­ ten werden.

Beide Endteile des Kontaktgliedes werden schwenkbar auf den stift­ artigen Kontaktgliedstützteilen gehaltert, so daß eine große Defor­ mation, welche durch Drücken des Kontaktgliedes gegen ein Festobjekt hervorgerufen wird, kein Problem darstellt.

Da das Kontaktglied erste und zweite deformierbare Teile hat, kann es in der vertikalen und diagonalen Richtung aus­ reichend deformiert werden, und es gibt keine örtliche per­ manente Deformation darin.

Insbesondere wenn der Temperatursensor mit einem Festobjekt in Eingriff steht, so daß die Richtung einer Sensordruck­ kraft bezüglich einer Objektoberfläche geneigt ist, würden Problem entstehen. Erfindungsgemäß steht die Kontaktoberflä­ che des Kontaktgliedes genau mit einer Objektoberfläche in Eingriff, und ferner ist der wärmesensitive Punkt am Mittel­ teil des tatsächlich berührenden Teils der Kontaktoberfläche angeordnet. Infolgedessen treten eine Meßverzögerung und Meßfehler nicht auf.

Wenn der Temperatursensor gemäß der vorliegenden Erfindung eines sich bewegendes Objekt berührt, oder bei einem Auf­ prall, wird der Sensor kaum permanent deformiert, da seine deformierbaren Teile einen hohen Freiheitsgrad der Bewegung haben, während ein herkömmlicher Sensor dieser Art an sei­ ner Kontaktoberfläche deformiert wird und in einem solchen Falle unverwendbar wird. Dies stellt die hohe Haltbarkeit des Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung sicher.

Claims (6)

1. Oberflächentemperatursensor mit einem in Meßrichtung nach vorne offenen Sensorkörper (22) mit Führungsteilen (23), einem am Mittelteil des Sensorkörpers (22) angeordneten, elastischen, riemenförmigen Kontaktglied (24), das eine vorne am Sensorkörper (22) angeordnete Kontaktoberfläche (24a) und daran angrenzende, sich nach hinten erstreckende erste deformierbare Teile (24b) aufweist, und mit Kontakt­ gliedstützteilen (26), dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktglied (24) im wesentlichen "C"- oder "Ω"-förmig gebogen ist und an die ersten deformierbaren Teile (24b) angrenzende, sich zur Mitte des Sensorkörpers (22) erstreckende zweite deformierbare Teile (24c) und daran angrenzende Stützteile (24d) aufweist und ein Positionsbeschränkungsteil (27) vorgesehen ist, das relativ zu den Führungsteilen (23) des Sensorkörpers (22) unbeweglich und zumindest teilweise innerhalb des riemenför­ migen Kontaktgliedes (24) angeordnet ist und sich zwischen den Innenflächen der ersten deformierbaren Teile (24b) erstreckt, und daß die Kontaktgliedstützteile (26) mit den Stützteilen (24d) des Kontaktgliedes (24) in bewegbarem Eingriff sind.

2. Oberflächentemperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktoberfläche (24a) auf ihrem Mittelabschnitt mit einem wärmeempfindlichen Teil versehen ist.

3. Oberflächentemperatursensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem Sensorkörper (22) mehrere im wesentlichen "C" oder "Ω"-förmig gebogene Kontaktglieder (30) vorgesehen sind, deren Kontaktoberflächen (30a) kreuzweise verbunden sind.

4. Oberflächentemperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kontaktglied (24) aus einer dünnen Platte aus nichtrostendem Stahl Titan oder Thermoelementmaterial besteht.

5. Oberflächentemperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktgliedstützteile (26) an der Außenseite des Kontaktgliedes (24) in der Nähe der Stützteile (24d) als Stiftgelenke ausgebildet sind.

6. Oberflächentemperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktgliedstützteile (26) an der Außenseite des Kontaktgliedes (24) in der Nähe der Stützteile (24d) als sich von beiden Seiten eines Schaftteiles (25) in Vorwärtsrichtung zum Zentrum des Kontaktgliedes (24) hin verlängerte Zapfen ausgebildet sind.