DE4030656A1 - Temperatur-messwertgeber - Google Patents
Temperatur-messwertgeberInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperatur-Meßwertge
ber mit einem scheibenförmigen Heißleiter (NTC-Widerstand)
für Anzeigegeräte (z. B. Bimetall, Kreuzspul usw.), bei dem
der Heißleiter mit seiner unteren Stirnfläche den Boden
eines topfförmigen Gehäuses aus elektrisch leitendem Mate
rial kontaktiert und mit seiner oberen Stirnfläche über ein
Widerlager und eine Druckfeder mit einem elektrisch leiten
den, im Gehäuse isoliert befestigten Steckerstift in Ver
bindung steht.
Derartige Temperatur-Meßwertgeber werden zur Messung der
Öl- und Wassertemperatur in Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Sofern dabei Anzeigegeräte direkt, d. h. ohne Verstärkung
des Meßsignals angesteuert werden sollen, müssen die Tempe
ratur-Meßwertegeber für eine vergleichsweise hohe Verlust
leistung ausgelegt werden. Sie beträgt 100 bis 1000 mW,
wenn die Anzeigegeräte im Anwendungsbereich bei einer Span
nung von 6 bis 24 V mit einem Strom bis 0,18 A betrieben
werden. Wegen der hohen Verlustleistung erfährt der Heiß
leiter eine hohe Eigenerwärmung, was sich nachteilig auf
die Meßgenauigkeit des Temperatur-Meßwertgebers auswirkt.
Da die Heißleiter fertigungsbedingt mehr oder weniger große
Widerstands-Toleranzen aufweisen, müssen sie für bestimmte
Genauigkeitsansprüche selektiert oder abgeglichen werden,
wobei sich von selbst versteht, daß die Heißleiter um so
teurer sind, je kleiner die Widerstands-Toleranz ist. Für
ein bestimmtes Produkt kann beispielsweise folgende Rela
tion bestehen:
Der Gesamt-Meßfehler eines Temperatur-Meßwertgebers der
eingangs genannten Art setzt sich im wesentlichen aus dem
Meßfehler des Heißleiters, dem Fehler infolge Wärmeablei
tung und dem Fehler infolge Eigenerwärmung zusammen. Bei
starker Wärmeableitung wird eine zu niedrige Temperatur
angezeigt, bei starker Eigenerwärmung eine zu hohe.
Es besteht die Aufgabe, einen Temperatur-Meßwertgeber vor
zuschlagen, der trotz hoher Verlusteleistung des Heißlei
ters bestimmten Genauigkeitsanforderungen genügt, ohne daß
man auf teure Heißleiter mit geringer Fehlertoleranz zu
rückgreifen muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei
dem Temperaturmeßwertgeber der eingangs genannten Art das
Widerlager in Form eines Kontaktbolzens ausgebildet ist,
der aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und
dessen Volumen mindestens doppelt so groß ist, wie das
Volumen des Heißleiters.
Der Erfindung liegt die Erwägung zugrunde, die durch die
Verlustleistung bedingte Erwärmung des Heißleiters dadurch
weitgehend zu kompensieren, daß bei insgesamt etwa gleich
bleibendem Wärmefluß durch den Temperatur-Meßwertgeber der
Temperaturverlauf im Bereich des Temperatur-Meßwertgebers
abgesenkt wird. Durch den Kontaktbolzen wird quasi das
niedrigere Außentemperaturniveau "näher" an den Heißleiter
herangerückt, so daß ein größerer Teil des Gesamt-Tempera
turgefälles zwischen der Temperatur des Medium (TM) und der
Temperatur der Umgebung (TU) im Bereich des Heißleiters
liegt und dessen mittlere Temperatur abgesenkt wird. Auf
diese Weise kann der durch Eigenerwärmung infolge hoher
Verlustleistung bedingte Temperaturanstieg im Heißleiter
weitgehend kompensiert werden.
Derart aufgebaute Temperatur-Meßwertgeber können bei vor
gegebener Meßtoleranz mit preiswerteren Heißleitern ausge
rüstet werden oder es können mit einem gegebenen Heißleiter
Temperatur-Meßwertgeber mit kleinerem Meßfehler zur Verfü
gung gestellt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind
in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben. Weitere Einzel
heiten und Vorteile werden anhand der Fig. 1 und 2 näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Temperatur-Meßwertgeber gemäß der Erfin
dung im Schnitt.
Fig. 2 zeigt den Verlauf des Meßfehlers über der Tempera
tur.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Temperatur-Meßwertgebers in etwa 5facher Vergrößerung im
Schnitt dargestellt. Er besteht aus einem topfförmigen
Gehäuse 4, das mit einem Gewinde 4a und einem Sechskantkopf 4b
zum Einschrauben am Meßort versehen ist und als
Masseleiter dient. In der Nähe des Bodens ist ein Heißlei
ter 1 angeordnet, der mit seinen Stirnflächen 2 und 5 Kon
taktschichten 10, 11 aus Zinn berührt und über einen Kon
taktbolzen 9 und eine Druckfeder 7 mit einem Steckerstift 8
elektrisch leitend verbunden ist. Der Steckerstift 8 stützt
sich über eine Isolierscheibe 12 im Gehäuse 4 ab und ist
unter Zwischenlage eines Isolators 6 im Gehäuse 4
befestigt, indem dessen oberer Rand 13 nach innen umgebör
delt ist. Außerdem ist die Innenwand des Gehäuses 4 durch
ein zylindrisches Teil 14 aus Isolierstoff abgedeckt.
Bei herkömmlichen Temperatur-Meßwertgebern erstreckt sich
die Druckfeder 7 bis nahe an den Heißleiter 1, wobei
zwischen Druckfeder 7 und Heißleiter 1 nur ein flaches
Widerlager von etwa der zwei bis dreifachen Höhe der Kon
taktschicht 10 vorgesehen ist. Infolgedessen verläuft die
Temperatur-Abfallkurve unter sonst gleichen Bedingungen im
Bereich des Heißleiters 1 auf einem höheren Niveau als bei
dem erfindungsgemäßen Temperatur-Meßwertgeber nach Fig. 1,
d. h. der Heißleiter 1 weist eine höhere mittlere Temperatur
auf, was insbesondere unter Betriebsbedingungen mit hoher
Verlustleistung und relativ hoher Eigenerwärmung des Heiß
leiters 1 die Meßgenauigkeit beeinträchtigt. Durch den
erfindungsgemäß vorgesehenen Kontaktbolzen 9 hingegen, wird
der Heißleiter 1 bei gleicher Wärmeableitung auf einem
niedrigeren Temperaturniveau gehalten und der Meßfehler
deutlich verringert.
In Fig. 2 sind die zu berücksichtigenden Toleranzen mit ±°C
über dem Temperatur-Anwendungsbereich angegeben. Die
Kurve 1 repräsentiert die Gesamt-Toleranz eines Temperatur-
Meßwertgebers herkömmlicher Bauart. Die Kurve 2 zeigt die
Gesamt-Toleranz eines Temperatur-Meßwertgebers gemäß der
Erfindung. Letztere setzt sich zusammen aus der Toleranz
des Heißleiters (Kurve 4) plus Toleranz infolge Wärmeablei
tung (Kurve 3), plus Toleranz infolge Eigenerwärmung
(Kurve 2). Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die
Kurve 2 deutlich unter der Kurve 3 liegt, d. h. daß die
Gesamttoleranz des Temperatur-Meßwertgebers mit einem Kon
taktbolzen 9 deutlich niedriger liegt, als der eines Tempe
ratur-Meßwertgebers herkömmlicher Bauart mit einem flachen
Widerlager anstelle des Kontaktbolzens 9. Bei einem Heiß
leiter gleicher Qualität kann der Geber demnach für Zwecke
eingesetzt werden, in denen eine höhere Genauigkeit gefor
dert wird oder aber es kann für Zwecke, bei denen eine
Genauigkeit gemäß Kurve 1 ausreicht, ein preiswerterer
Heißleiter mit größerer Toleranz eingesetzt werden.
Zur Ermittlung der in Fig. 2 dargestellten Kurven wurden
folgende Messungen durchgeführt. Zur Prüfung des Heißlei
ters wurde dieser gänzlich in ein Prüfbad eingetaucht. Die
Prüfung des Gebers erfolgte, indem er bis zur Unterkante
des Sechskant-Kopfes in eine Prüfvorrichtung eingeschraubt
und so ins Prüfbad eingesetzt wurde. Dabei wurden folgende
Werte ermittelt:
TO = Temperatur des Heißleiters bei einer
Meßtemperatur
TGO = Temperatur des Temperatur-Meßwertgebers bei einer Meßtemperatur
TGB = Temperatur des Temperatur-Meßwertgebers bei einer Temperatur unter Belastung, d. h. mit hoher Verlustleistung
TM = Meßtemperatur
PV = Verlustleistung
TGO = Temperatur des Temperatur-Meßwertgebers bei einer Meßtemperatur
TGB = Temperatur des Temperatur-Meßwertgebers bei einer Temperatur unter Belastung, d. h. mit hoher Verlustleistung
TM = Meßtemperatur
PV = Verlustleistung
Die Auswertung erfolgte nach folgenden Gleichungen:
Ableitung:
A = (TO - TGO)/(TM - 20) (°C/°C)
A = (TO - TGO)/(TM - 20) (°C/°C)
Eigenerwärmung:
E = (TGB - TGO)/PV(°C/W)
E = (TGB - TGO)/PV(°C/W)
An einem konkreten Beispiel noch einmal verdeutlicht
werden, wie sich die erfindungsgemäße Anordnung des Kon
taktbolzens auswirkt.
Die Verbesserung der Toleranzen aus A und E um 0,9°C ermög
licht bei gleicher Gesamt-Toleranz des Temperatur-Meßwert
gebers den Einsatz eines Heißleiters mit einer um etwa
±2% vergrößerten Toleranz.
Die dabei möglichen Einsparungen lassen sich aus der ein
gangs erwähnten Preisrelation ablesen. Verwendet man einen
Heißleiter mit einer Toleranz von 5 statt 3%, so ergibt
sich eine Einsparung von 20%. Beim Übergang von einer Tole
ranz von 1 auf 3% betragen die Einsparungen über 60%. Da
derartige Temperatur-Meßwertgeber in hohen Stückzahlen her
gestellt und eingesetzt werden, sind solche Einsparungs
raten ganz erheblich.
Claims (6)
1. Temperatur-Meßwertgeber mit einem scheibenförmigen Heiß
leiter (1) (NTC-Widerstand) für Anzeigegeräte (z. B.
Bimetall, Kreuzspul usw.), bei dem der Heißleiter (1) mit
seiner unteren Stirnfläche (2) den Boden (3) eines topfför
migen Gehäuses (4) aus elektrisch leitendem Material kon
taktiert und mit seiner oberen Stirnfläche (5) über ein
Widerlager und eine Druckfeder (7) mit einem elektrisch
leitenden, im Gehäuse (4) isoliert befestigten Steckerstift
(8) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das
Widerlager in Form eines Kontaktbolzens (9) ausgebildet
ist, der aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit
besteht und dessen Volumen mindestens doppelt so groß ist,
wie das Volumen des Heißleiters (1) .
2. Temperatur-Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kontaktbolzen (9) aus Kupfer besteht.
3. Temperatur-Meßwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Volumen des Kontaktbolzens (9) drei
bis fünfmal so groß ist, wie das Volumen des Heißleiters
(1).
4. Temperatur-Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter (1) einen
Durchmesser von 3 bis 7 mm und eine Dicke von 1 bis 3 mm
hat.
5. Temperatur-Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen unterer Stirnfläche
(2) und Boden (3) sowie zwischen oberer Stirnfläche (5) und
Kontaktbolzen (9) je eine Kontaktschicht (10, 11) aus Zinn
angeordnet ist.
6. Temperatur-Meßwertgeber nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kontaktschichten (10, 11) eine Dicke von
0,2 bis 1,0 mm aufweisen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904030656 DE4030656A1 (de) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | Temperatur-messwertgeber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904030656 DE4030656A1 (de) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | Temperatur-messwertgeber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4030656A1 true DE4030656A1 (de) | 1992-04-02 |
Family
ID=6415139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904030656 Withdrawn DE4030656A1 (de) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | Temperatur-messwertgeber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4030656A1 (de) |
-
1990
- 1990-09-28 DE DE19904030656 patent/DE4030656A1/de not_active Withdrawn
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8130 | Withdrawal |