DE7411804U - Temperature transducer, especially safety temperature limiter - Google Patents
Temperature transducer, especially safety temperature limiterInfo
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Otto Egelhof, 7012 Fellbach, Stuttgarter Straße 60Otto Egelhof, 7012 Fellbach, Stuttgarter Strasse 60
"Temperaturweggeber, insbesondere Sieherneitstemperaxurbegrenzer" "Temperature transducer, in particular Sieherneit temperature limiter"
Die Erfindung betrifft einen Temperaturweggeber, insbesondere einen Sicherheitstemperaturbegrenzer, mit einem naoh außen abgeschlossenen, sich in Abhängigkeit von der Fühlertemperotur ausdehnenden bzw. zusammenziehenden, von einem Ubertragungsmedium beeinflußten Regelorgan, und einem mit diesem, z.B. durch ein Kapillarrohr, verbundenen, die abzufüllende Temperatur an das Medium übertragenden Temperaturfühler.The invention relates to a temperature transducer, in particular a safety temperature limiter, with a closed externally, depending on the sensor temperature expanding or contracting, of a transmission medium influenced regulating element, and one connected to this, e.g. by a capillary tube, the one to be filled Temperature sensor transmitting temperature to the medium.
Von Sieherneitstemperaturbegrenzern dieser Art wird gefordert, daß sie "eigensicher" sind, d.h. bei Undichtheiten oder Bruch im Regelsystem eine gleiche Schaltfunktion ausüben wie bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur.Safety temperature limiters of this type are required that they are "intrinsically safe", i.e. that they perform the same switching function in the event of a leak or break in the control system like when a certain limit temperature is reached.
8TUTT0ART SO (BAD CANNSTATTI β MÖNCHEN 22. ROBERT- KOCH-STRASSE I8TUTT0ART SO (BAD CANNSTATTI β MÖNCHEN 22nd ROBERT-KOCH-STRASSE I
Bei bekannten Ausführungen solcher Sicherheitstemperaturbegrenzer wird als Medium regelmäßig eine Flüssigkeit verwendet, die sich unter dem Einfluß der am Temperaturfühler wirkenden Temperatur ausdehnt bzw. zusammenzieht und dadurch den Temperaturweggeber zu einem Regelimpuls veranlaßt.In known designs of such safety temperature limiters, a liquid is regularly used as the medium, which is under the influence of the temperature sensor acting temperature expands or contracts and thereby causes the temperature transducer to a control pulse.
Bekannt sind ferner Sloherheitstemperaturbegrenzer mit zwei Schaltkontakten, die mit flüssigkeitsgefüllten Temperaturweggebern als Regelorgan arbeiten. Ihre Punktion ist derart, daß ein erster Sohaltkontakt bei Erreichen einer bestimmten einjustierten oberen Grenztemperatur, z.B. HO0C, und ein zweiter Schaltkontakt bei Erreichen einer bestimmten unteren Grenztemperatur, z.B. O0C, betätigt wird; die untere Grenz» temperatur ist hierbei relativ niedrig angesetzt. Im Falle einer Undichtheit, z.B. durch Bruoh eines den Fühler mit dem Temperaturweggeber verbindenden Kapillarrohre«, zieht sich der Temperaturweggeber wie bei sinkender Temperatur zusammen und betätigt den zweiten Kontakt, der einen Stromkreis unterbrioht und damit z.B. die Heizquelle abregelt. Diese Konstruktionen haben den Nachteil, daß sie einen zweiten Schaltkontakt bzw. zusätzliche Bauelemente wie Federn od.dgl. zur Erfüllung der Eigensicherheit benötigen, die das Gerät verteuern.Sloherity temperature limiters with two switching contacts that work with liquid-filled temperature sensors as a regulating element are also known. Their puncture is such that a first sohaltkontakt is actuated when a certain adjusted upper limit temperature, eg HO 0 C, and a second switching contact is actuated when a certain lower limit temperature, eg O 0 C is reached; the lower limit temperature is set relatively low here. In the event of a leak, for example due to a capillary tube connecting the sensor to the temperature transducer, the temperature transducer contracts as if the temperature is falling and activates the second contact, which interrupts a circuit and thus, for example, turns off the heating source. These constructions have the disadvantage that they have a second switching contact or additional components such as springs or the like. to meet the intrinsic safety requirements, which make the device more expensive.
Bekannt sind weiter auch Sicherheitstemperaturbegrenzer mit zwei voneinander unabhängig auf einen Schalter wirkenden Temperaturweggebern. Fällt dabei ein Temperaturweggebersystera aus, ist die Funktion des Sicherheitstemperaturbegrenzers nochAlso known are safety temperature limiters with two independently acting on a switch Temperature sensors. If a temperature travel sensor system fails, the safety temperature limiter still works
durch das andere funktionsfähige System gewährleistet. Diese Konstruktionen sind ebenfalls sehr teuer.guaranteed by the other functional system. These constructions are also very expensive.
Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, bei baulicher Einfachheit eine absolute Zuverlässigkeit der Temperaturregelvorrichtung, insbesondere eines Sicherheitstemperaturbegrenzers, zu erhalten.The main object of the invention is to obtain absolute reliability of the temperature control device, in particular a safety temperature limiter, with structural simplicity.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Verwendung einer Gasfüllung als Übertragungsmedium der Temperaturfühler mit einem Adsorptionsstoff, z.B. Aktivkohle, gefüllt ist, dessen das Gas bindendes Adsorptionsvermögen bei steigender Temperatur kleiner und bei fallender Temperatur größer wird, und das Regelorgan als eine einen Schalter allein oder nahezu allein direkt betätigende Membran ausgebildet ist, wobei der Druok der Gasfüllung so bemessen ist, daß er auoh bei einer oberen maximalen Grenztemperatur nooh um einen bestimmten, den Sohaltwiderstand übersteigenden Druok kleiner als der äußere Luftdruck ist und daduroh das Regelorgan im Regelbereich stets unterhalb seiner neutralen Lage arbeitet.According to the invention, this object is achieved in that at Use of a gas filling as the transmission medium of the temperature sensor with an adsorbent, e.g. activated carbon, is filled, the gas-binding adsorption capacity becomes smaller with increasing temperature and larger with decreasing temperature, and the control element as a one Switch is designed alone or almost alone directly actuating membrane, the pressure of the gas filling so is dimensioned that it also at an upper maximum limit temperature nooh around a certain, the Sohalticherung exceeding pressure is smaller than the external air pressure and therefore the regulating organ in the regulating range is always below its neutral position works.
Der Druok des Ubertragungsmediums ist also insbesondere ao weit herabgesetzt, daß dieser bei steigender Temperatur bis zur zugelassenen Maximal-Fühlertemperatur nooh um einen dem Schaltwiderstand entsprechenden Druok Δρ. plus einem einem Sicherheitsfaktor entsprechenden DruokΔρ« unterhalb des-The pressure of the transmission medium is in particular ao far reduced that this nooh by one dem Switching resistance corresponding Druok Δρ. plus one one Safety factor corresponding DruokΔρ «below the
jenigen Verformungszustandes des Regelorganes bleibt, den dieses bei einem dem Außendruck entsprechenden Innendruck hat. Da die von der Membrane gespeicherte Membrankraft F , die beim Auftreten einer Leckstelle irn Temperaturweggebersystem frei wird, weil sin Druckausgleich zwischen dem Außendruck und dem im System herrschenden Innendruck erfolgt, größer ist als die von dem zu betätigenden Schalter, vorzugsweise einem Mikroschalter, auf das Regelorgan ausgeübte Schalterkraft, bewegt sich die Membrane so lange in Richtung Schalter, bis ein Kräftegleichgewicht der Schaltkraft und der Restkraft des Regelorgans vorhanden ist. Während dieser Hubbewegung wird vom Regelorgan der Schalter betätigt, der dabei seine Schaltfunktion ausführt.that state of deformation of the regulating organ remains, the this at an internal pressure corresponding to the external pressure Has. Since the membrane force F stored by the membrane, which is released when a leak occurs in the temperature displacement sensor system, because sin pressure equalization between the External pressure and the internal pressure prevailing in the system is greater than that of the switch to be operated, preferably a microswitch, the switch force exerted on the control element, the membrane moves in for so long Direction of the switch until there is an equilibrium of forces between the switching force and the residual force of the control element. During this stroke movement, the control unit turns the switch operated, which performs its switching function.
Tritt bei dem erfindungsejäßigen Sicherheitβtemperaturbegrenzer im Betriebsfall eine "minimale" Lecks te Ue im Temperaturweggebersystem auf, so ändert iioh der eingestellte Sollwert des Sicherheitetemperaturbegrenxert in Richtung sinkender Temperatur, da der Schaltzustand bereite bei niedrigerer Temperatur erreicht wlr*d, Daduroh wird eine au#ätai lalie Sicherheit mit diesem System erreioht.If the safety temperature limiter according to the invention has a "minimal" leak in the temperature displacement sensor system during operation, the setpoint value set changes of the safety temperature limit expands in the direction of decreasing Temperature, since the switching state is ready at lower Temperature is reached, Daduroh an au # alia lalie security is achieved with this system.
Dur oh die Verwendung des Adsorption« tear fee Ι.« η es müg lieh, die Weg-Ternperatur-KeroUxnia Jeder iicwttajiali&en BHidurlceonllnie des als Membrane auegebild*neu Heg· Lorgan« »naupaeeen. Sine zusatzLlohe Feötr wii.1 vermindern. Der gehalt«·, tnubeeondere ein Mlkroeehalter, wird '/OrauesWeis* ufunlttelbar durch das Re gel or EBJi (Membrane) be tilt igt. Ea IMt sieh dadurch eine sehr hohe Zuverlässigkeit bei einfachster Bauart erzielen.Dur oh the use of the adsorption "tear fee Ι." Η it is difficult to borrow the way-Ternperatur-KeroU xnia every iicwttajiali & en BHidurlceonllnie des als Membrane auegebild * neu Heg · Lorgan «» naupaeeen. Reduce its additional flat rate wii.1. The content, especially a milk holder, is tilted by the rule or EBJi (membrane). Ea IMt thereby achieve a very high level of reliability with the simplest construction.
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Durch die Erfindung läßt sich des weiteren eir.j billige und wirtschaftliche Fertigung der Regelvorrichtung erreichen. Gleichzeitig wird eine möglichst geringe, durch die Umgebungstemperaturänderung am Geberteil bedingte Mitsteuerung desselben und damit eine möglichst geringe Beeinflussung des eingestellten Sollwertes erzielt. Dde Selbstüberwachung des Temperaturweggeber-Systems bei einem Auftreten von Leckstellen, z.B. durch Kapillarrohrbruch, wird durch diese Erfindung besonders zuverlässig gewährleistet.The invention can also be cheap and achieve economical production of the control device. At the same time, as low as possible, through the change in ambient temperature at the encoder part caused the same control and thus the lowest possible Influence of the set target value achieved. Dde self-monitoring of the temperature transducer system the occurrence of leaks, e.g. due to capillary tube rupture, is particularly reliable with this invention guaranteed.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Hierbei zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show here
Fig. 1 ein Schema der Gesamtanordnung des Temperaturweggebers, Fig. 1 is a diagram of the overall arrangement of the temperature transducer,
Fig. 2 das unbelastete Regelorgan des Temperaturweggebers, beispielsweise bei maximaler Ausdehnung bzw. in der neutralen Lage desselben,Fig. 2 shows the unloaded control element of the temperature transducer, for example at maximum expansion or in the neutral position of the same,
Fig. J5 das Regelorgan beispielsweise bei geringster Ausdehnung desselben,Fig. J5, for example, the control element at the lowest Expansion of the same,
Fig. 4 ein Diagramm, welches den Hub des Regelorgans in Abhängigkeit vom Innendruck zeigt und4 shows a diagram which shows the stroke of the control element as a function of the internal pressure and
Fig. 5 ein Diagramm, bei welchem in gleichem Maßstab wie in Fig. 4 dargestellt der Hub des Regelorgans in Abhängigkeit von der Fühlertemperatur dargestellt ist.Fig. 5 is a diagram in which on the same scale As shown in Fig. 4, the stroke of the control element is shown as a function of the sensor temperature is.
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In Pig. 1 1st mit 10 ein Temperaturfühler bezeichnet, der an einer beliebigen Stelle angeordnet sein kann und an welcher die regelnde Temperatur abgefühlt werden soll. Der Fühler ist mit einem Adsorptionsstoff 10a gefüllt und steht durch eine Leitung 11, insbesondere in Gestalt eines Kapillarrohres, mit dem Inneren einer Membrandose j.2 als Regelorgan in Verbindung. Die Membrandose 13 1st z.B. aus zwei schalenförmlgen Einzel membranen IJa und Ij5b zusammengesetzt und mittels Tragkörpers 14 In einer Wand oder an einem sonstigen geeigneten Gegenstand befestigt, relativ zu dem er in axialer Richtung der Membrandose durch eine Stellschraube od.dgl. in seiner Lage justiert werden kann. Ein mit der Membrane 13b verbundenes Schaltbetätigungselement betätigt mittels eines Stößelteiles od.dgl. den Schalter eines elektrischen Stromkreises 18, beispielsweise für einen Heizstrom od.dgl. Der Schalter ist insbesondere als Mikroschalter ausgeführt.In Pig. 1 is designated with 10 a temperature sensor, the can be arranged at any point and at which the regulating temperature is to be sensed. The sensor is filled with an adsorbent 10a and is available through a line 11, in particular in the form of a Capillary tube, with the interior of a diaphragm box j.2 as Control body in connection. The diaphragm can 13 is e.g. two bowl-shaped single membranes IJa and Ij5b put together and fastened by means of support body 14 in a wall or on some other suitable object, relative to which he or the like in the axial direction of the diaphragm box by an adjusting screw. can be adjusted in its position. A switch actuating element connected to the diaphragm 13b operated by means of a plunger part or the like. the switch of an electrical circuit 18, for example for a Heating current or the like. The switch is designed in particular as a microswitch.
Das Innere des Temperaturfühlers 10, der Verbindungsleitung und des Temperaturweggebers 12 ist mit einem Gas (z.B. CO2) gefüllt, das von dem Adsorptionsstoff 10a je nach der Höhe der abzufüllenden Temperatur mehr oder weniger adsorbiert werden kann. Die den Adsorptionsstoff bildenden festen Körper binden hierbei die Gase an ihren Oberflächen infolge von Molekularkräften, wobei das Adsorptionsvermögen umso größer ist, je größer die den Gasen gebotene Oberfläche des Adsorptionsstoffes und je niedriger die Temperatur desselben ist. The interior of the temperature sensor 10, the connecting line and the temperature transducer 12 is filled with a gas (eg CO 2 ) which can be more or less adsorbed by the adsorbent 10a depending on the temperature to be filled. The solid bodies forming the adsorbent bind the gases on their surfaces as a result of molecular forces, the adsorption capacity being greater, the larger the surface of the adsorbent offered to the gases and the lower the temperature of the same.
Die von dem Temperaturfühler abzufüllende Umgebungstemperatur wird auf den Adsorptionsstoff 10a weitergeleitet, was zur Folge hat, daß sich der Druck in dem nach außen abgeschlossenen System temperaturabhängig ändert. Die Druckänderung im System bewirkt ihrerseits eine Hubbewegung der Membranen, die zum Betätigen des Schalters 17 verwendet wird.The ambient temperature to be filled by the temperature sensor is passed on to the adsorbent 10a, resulting in The result is that the pressure in the closed to the outside System changes depending on temperature. The pressure change in the system in turn causes a stroke movement of the membranes, which is used to operate the switch 17.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Regelvorrichtung ist folgende:The mode of operation of the control device described is as follows:
wirkung äußerer Kräfte In Pig. 2 sei die Membrandose in ihrer neutralen Lage ohne Ein-/ dargestellt, d.h. der Innendruck P1 des Systems ist gleich dem äußeren Luftdruck ρ . Wird der Innendruck verringert, führt die Membran eine Hubbewegung aus, wobei sich die Länge h der Membrane verkleinert.effect of external forces In Pig. 2 the diaphragm box is shown in its neutral position without input /, ie the internal pressure P 1 of the system is equal to the external air pressure ρ. If the internal pressure is reduced, the membrane performs a lifting movement, the length h of the membrane being reduced.
In Fig. 4 ist die Länge h bzw. der Hub der Membrandose über dem Innendruck p. aufgetragen, wobei der Nullpunkt von h unterhalb der Abszissenachse liegt und die Temperatur t als konstant angenommen wird. Man erhält hierbei die Kennlinie K mit einem Anfangspunkt A, der einer Membrandosenhöhe h. entspricht und dem Außendruck pe zugeordnet ist. Wird der Druck im Innern der Membrane bzw. im System des Temperaturweggebers uroAp- auf den Innendruck p.Q gesenkt, verkleinert sich die Mambrandosenhöhe auf den Wert hß entsprechend um den Wert hQ, wobei sich der Zustand im Innern der Membrandose entsprechend derIn Fig. 4, the length h or the stroke of the diaphragm can over the internal pressure p. plotted, the zero point of h being below the abscissa axis and the temperature t being assumed to be constant. The characteristic curve K is obtained here with a starting point A, which is a diaphragm can height h. corresponds and is assigned to the external pressure p e . If the pressure inside the membrane or in the system of the temperature transducer uroAp- is reduced to the internal pressure p. Q is lowered, the diaphragm box height is reduced to the value h ß corresponding to the value h Q , the state inside the diaphragm box corresponding to
Kennlinie K von A nach B ändert. B sei der Punkt, der dem PCharacteristic curve K changes from A to B. B is the point that corresponds to the P
Zustand der betriebsfertigen Dose bei normalem Außendruck und normaler Temperatur entspreche.The condition of the ready-to-use can corresponds to normal external pressure and normal temperature.
Wird die Mambrandose in diesem Zustande - naoh Verschluß des Systems bei einem Druck p.Q und einer Temperatur des Fühlers tQ - einer steigenden Temperatur ausgesetzt, dehnt sich die Membrandose wieder aus, so daß sie bei einer bestimmten Temperatur die ursprüngliche Dosenhöhe h. wieder erreicht.If the nipple can is in this state - close the system at a pressure p. Q and a temperature of the sensor t Q - exposed to a rising temperature, the membrane box expands again, so that at a certain temperature it has the original can height h. reached again.
In Fig. 5 ist die Membrandosenhöhe h (in gleichem Maßstabe wie in Fig. 4) über der Fühlertemperatur t aufgetragen, Die vorerwähnte Zustandsänderung der Membrandose ergibt hierbei, sofern von Widerständen abgesehen wird, die Kennlinie K., auf der der Punkt C dem Punkte B des Druckdiagramms nach Fig. 4 entspricht, währerd der Punkt D demjenigen Punkt entspricht, in welchem die wtembrandose die gleiche Länge wie im Punkt A des Druckdiagramms hat, so daß hD = h. ist.In Fig. 5, the diaphragm can height h (on the same scale as in Fig. 4) is plotted against the sensor temperature t. The aforementioned change in state of the diaphragm can, if resistances are disregarded, results in the characteristic curve K., on which the point C corresponds to the point B of the pressure diagram according to FIG. 4 corresponds, while point D corresponds to that point in which the wtembrandose has the same length as in point A of the pressure diagram, so that h D = h. is.
Da zur Betätigung eines Schalters, z.B. Mikroschalters 17, eine durch den Schalterwiderstand bedingte bestimmte Schalterkraft - z.B. F5 - benötigt wird, wird die Kennlinie Kt um den Betrag Δη. = FgSC entsprechend einem Differenzdruck Ap1 verschoben, wobei c die Federrate der Membrane ist. Bei einer Fühlertemperatur t ergibt sich somit nach Fig«, 5 der Funkt E. Für diesen Punkt gilt dann folgende Gleichung: Since a certain switch force caused by the switch resistance - eg F 5 - is required to operate a switch, for example microswitch 17, the characteristic curve K t is increased by the amount Δη. = FgSC shifted according to a differential pressure Ap 1 , where c is the spring rate of the diaphragm. At a sensor temperature t, according to Fig. 5, the result is E. The following equation then applies to this point:
worin Aw die wirksame Fläche der Membrane bedeutet.where A w is the effective area of the membrane.
In der Serienherstellung fallen jedoch die Schaltkräfte der Schalter unterschiedlich aus, so daß Toleranzen zu berücksichtigen sind. Um sicherzustellen, daß bei einem Auftreten einer Leckstelle (etwa bei der maximalen Fühlertemperatur t ) im Gebersystem die von dem Temperaturweggeber (Membrandose Ij5) gespeicherte Kraft auch auereicht, den Schalter zu betätigen, muß der Schaltpunkt E noohmals um den Wert Λ hg entsprechend dem Differenzdruok Λ-ρ« auf P zurückverlegt werden. Der in diesem Punkt P herraoherde innere Systemdruck pip ist der Pig. 4 - entsprechend dem Punkte M auf der Kennlinie K - zu entnehmen.In series production, however, the switching forces of the switches are different, so that tolerances must be taken into account. In order to ensure that in the event of a leak (e.g. at the maximum sensor temperature t) in the sensor system, the force stored by the temperature displacement sensor (diaphragm box Ij5) is sufficient to operate the switch, the switching point E must be increased by the value Λ hg corresponding to the differential pressure Λ-ρ «can be moved back to P. The internal system pressure p ip at this point P herraoherde is the pig. 4 - corresponding to the point M on the characteristic curve K - to be taken.
Tritt in irgendeiner Membranstellung zwisohen den Punkten C' und P auf der Kennlinie K^.1, z.B. bei einer FUhlertemperatur t„, eine Leckstelle im System auf« findet Druckausgleich zwischen dem Systemdruck Pj91Pn und dem äußeren Luftdruck ρ statt. Die gespeicherte Membrankraft L·hj..o wird frei, die Membrane bewegt sioh entlang der Linie N-P1-S1-J'. Im Punkte P1 wird der sohalter (17) geöffnet. Die Membrane bewegt sich noch weiter bis zum Pumcte J1. In diesem Punkte herrscht dann Kräftegleichgewicht zwischen der Schalterkraft und der Restkraft der Membrane.Occurs in any membrane position between points C 'and P on the characteristic curve K ^. 1 , for example at a sensor temperature t ", a leak in the system", pressure equalization takes place between the system pressure Pj 91 P n and the external air pressure ρ. The stored membrane force L · hj..o is released, the membrane moves along the line NP 1 -S 1 -J '. The so-holder (17) is opened at point P 1. The membrane continues to move up to the J 1 pump. At this point there is an equilibrium of forces between the switch force and the residual force of the membrane.
Durch die Erfindung wird domit ein selbstüberwachendes, ohne Zusatzbauelemente wirkendes Temperaturweggeber-System erzielt, dessen Systemdruck P1 bei maximaler Fühlertemperatur tm immer kleiner, und zwar um den Wert Δ p^+ Ap2 als der äußere Luftdruck ist.The invention thus achieves a self-monitoring temperature transducer system that acts without additional components, the system pressure P 1 of which is always lower at the maximum sensor temperature t m , namely by the value Δ p ^ + Ap 2 than the external air pressure.
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Claims (2)
Publications (1)
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