DE4030656A1

DE4030656A1 - Temperatur-messwertgeber

Info

Publication number: DE4030656A1
Application number: DE19904030656
Authority: DE
Inventors: Joachim Acht
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-04-02

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:

T_O = Temperatur des Heißleiters bei einer Meßtemperatur
T_GO = Temperatur des Temperatur-Meßwertgebers bei einer Meßtemperatur
T_GB = Temperatur des Temperatur-Meßwertgebers bei einer Temperatur unter Belastung, d. h. mit hoher Verlustleistung
T_M = Meßtemperatur
P_V = Verlustleistung

Die Auswertung erfolgte nach folgenden Gleichungen:

Ableitung:
A = (T_O - T_GO)/(T_M - 20) (°C/°C)

Eigenerwärmung:
E = (T_GB - T_GO)/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

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.