DE1187827B - Device for measuring temperatures - Google Patents

Description

Einrichtung zum Messen von Temperaturen Es sind Temperaturmeßeinrichtungen bekannt, deren Meßwerk im wesentlichen aus einem der zu messenden Temperatur ausgesetzten Bimetall besteht, dessen Lageänderung zum Anzeigen der Temperatur benutzt wird. Derartige Bimetallstreifen sind im allgemeinen aus Gründen des geringen Platzbedarfs spiralförmig ausgebildet. Die Umwandlung der Bimetallstellung in elektrische Meßwerte, wie sie z. B. bei Regelungen oder Fernsteuerungen erforderlich sind, ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, da die Stellung des Bimetalls zur Vermeidung einer Verfälschung der Meßergebnisse möglichst ohne mechanische Reibung, also kontaktlos, abgefühlt werden soll. Außerdem ist seine Empfindlichkeit wegen der kleinen Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten der Einzelmetalle und der dadurch bedingten kleinen Ausbiegungen gering. In vielen Fällen soll die Anzeige zudem nicht analog, sondern analog quantisiert cder digital erfolgen, was für die Umwandlung der mechanisch vorliegenden Meßwerte in elektrische Größen zusätzliche Erschwernisse bringt.Device for measuring temperatures There are temperature measuring devices known whose measuring mechanism is essentially exposed to one of the temperature to be measured There is a bimetal whose change in position is used to display the temperature. Such bimetal strips are generally for reasons of small space requirements formed spirally. The conversion of the bimetal position into electrical measured values, how they z. B. are required for regulations or remote controls, however associated with difficulties, since the position of the bimetal to avoid a Falsification of the measurement results if possible without mechanical friction, i.e. contactless, should be sensed. Also, its sensitivity is due to the small differences the expansion coefficient of the individual metals and the resulting small ones Small deflections. In many cases, the display should not be analog, but analog quantized cder digital done what for the conversion of mechanically present measured values in electrical quantities brings additional difficulties.

Kontaktlose Abfühlsysteme, die die relative Lage eines Körpers bestimmen, können z. B. auf induktiver Grundlage aufgebaut sein. Der abzufühlende Körper kann ferner bei Lageänderungen einen Scnwingkreis verstimmen. Derartige Anzeigesysteme arbeiten zwar genau, erfordern dafür jedoch einen hohen Aufwand. Außerdem erlauben sie keine digitale Anzeige ohne besonderen Umsetzer. Contactless sensing systems that determine the relative position of a body, can e.g. B. be built on an inductive basis. The body to be sensed can furthermore detune an oscillating circuit in the event of changes in position. Such display systems work precisely, but require a lot of effort. Also allow they do not have a digital display without a special converter.

Es ist ferner bekannt, die Stellung von Zeigern, z. B. Instrumentenzeigern, fotoelektrisch abzufühlen. It is also known to change the position of pointers, e.g. B. Instrument hands, to sense photoelectrically.

Doch wird hierbei im allgemeinen die Stellung des Zeigers nur bezüglich eines bestimmten Wertes überwacht.In general, however, the position of the pointer is only given in relation to a certain value monitored.

Schließlich sind sogenannte Bimetallschalter bekannt, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur einen Kontakt schließen. Derartige Bimetallschalter werden hauptsächlich bei Zweipunktregelungen verwendet. Die Anderung des Sollwertes muß jedoch im allgemeinen mechanisch vorgenommen werden. Finally, so-called bimetal switches are known which, when reached close a contact at a certain temperature. Such bimetal switches are mainly used for two-point controls. The change in the setpoint however, must generally be done mechanically.

Analog quantisierte Anzeigen sind möglich, jedoch konstruktiv aufwendig.Analog quantized displays are possible, but structurally complex.

Die Erfindung bezweckt eine Meßeinrichtung, die eine Anzeige sowohl in analoger als auch in analog quantisierter sowie in digitaler Form bei hoher Empfindlichkeit ermöglicht. The invention aims a measuring device that has a display both in analog as well as in analog quantized as well as in digital form with high sensitivity enables.

Erfindungsgemäß erreicht man dies dadurch, daß mindestens zwei der Meßtemperatur ausgesetzte, nach Art eines Bimetalls verbundene elastische Körper verschiedener Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen sind, von denen mindestens ein aus lichtdurchlässigem Material bestehender Körper von einer oder mehreren Lichtquellen ausgesandtes Licht zu einem oder mehreren lichtempfindlichen Elementen leitet, wobei die Größe oder Verteilung auf einzelne lichtleitende Kanäle des Lichtstromes ein Maß für die Temperatur ist. According to the invention this is achieved in that at least two of the Elastic bodies exposed to the measurement temperature and connected in the manner of a bimetal different expansion coefficients are provided, of which at least one body made of translucent material of one or more Light sources guides emitted light to one or more photosensitive elements, wherein the size or distribution of individual light-guiding channels of the luminous flux Measure for the temperature is.

Als nach Art eines Bimetalls verbundener elastischer Körper ist die Kombination von Stahl mit einem durchsichtigen Kunstharz vorteilhaft, da die Ausdehnungskoeffizienten beider Substanzen sich voneinander stark unterscheiden und das durchsichtige Kunstharz zur Lichtleitung besonders geeignet ist. Ferner sind beide Materialien genügend elastisch, um auch größere Ausbiegungen ohne dauernde Verformung auszuhalten. Bi-Elemente mit durchsichtigen Schichten sind bekannt. Sie werden jedoch nicht als Lichtleiter verwendet. Der Grenzwinkel der Totalreflexion des Kunstharzes muß im vorliegenden Falle größer sein als sein maximaler Biegewinkel. Außerdem muß der Brechungsexponent größer sein als der des umgebenden Mediums, z. B. der Luft. Stahl und Kunstharz werden vorteilhaft durch eine Klebemasse fest miteinander verbunden. As an elastic body connected in the manner of a bimetal, the Combination of steel with a transparent synthetic resin is advantageous because of the expansion coefficient both substances are very different from each other and the transparent synthetic resin is particularly suitable for light guidance. Furthermore, both materials are sufficient elastic to withstand larger deflections without permanent deformation. Bi elements with transparent layers are known. However, they are not used as a light guide used. The critical angle of total reflection of the synthetic resin must be in the present Trap larger than its maximum bending angle. In addition, the refraction exponent must be larger than that of the surrounding medium, e.g. B. the air. Steel and resin are advantageously firmly connected to one another by an adhesive.

Zur analogen Temperaturanzeige wird die Kombination der elastischen Körper mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zweckmäßig als Streifen oder Draht ausgebildet, der somit mindestens einen lichtleitenden Kanal enthält. Das Ende des Drahtes kann sich bei Temperaturänderungen an einer von einer Lichtquelle beleuchteten und sich verbreiternden Blende entlangbewegen, während das andere Ende fest vor einem lichtempfindlichen Element angeordnet ist. Als lichtempfindliche Elemente empfehlen sich wegen ihrer Kleinheit lichtelektrische Halbleiter, z. B. Fotodioden oder Fototransistoren. The combination of the elastic Body with different expansion coefficients expediently as a strip or Wire formed, which thus contains at least one light-conducting channel. That The end of the wire can be exposed to a light source when the temperature changes the illuminated and widening aperture while moving the other end is fixedly arranged in front of a photosensitive element. As photosensitive Due to their small size, elements are recommended to be photoelectric semiconductors, e.g. B. Photodiodes or phototransistors.

Es können jedoch auch Fotowiderstände oder Fotoelemente Verwendung finden.However, photo resistors or photo elements can also be used Find.

Zur analogquantisierten Temperaturanzeige kann sich das freie Ende des Streifens oder Drahtes aus den verschiedene Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Werkstoffen an einer Reihe von einzelnen, vorzugsweise punktförmigen Lichtquellen unterschiedlicher Lichtstärke entlangbewegen. Die Lichtstärken der Lichtquellen können so abgestuft sein, daß sie sich jeweils um einen konstanten Betrag ändern. The free end can be used for the analog quantized temperature display of the strip or wire from the various expansion coefficients having Materials on a number of individual, preferably point-like light sources of different types Move light intensity along. The luminous intensities of the light sources can be graded in this way be that they change each time by a constant amount.

Zur digitalen Temperaturanzeige kann der Streifen oder Draht aus den kombinierten Werkstoffen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten mehrere lichtleitende Kanäle enthalten. Das freie Ende des Drahtes bewegt sich dabei bei Temperaturänderungen an einer von einer Lichtquelle beleuchteten, aus einem optischen Coderaster bestehenden Blende vorbei, das andere Ende ist fest vor jeweils einem lichtleitenden Kanal zugeordneten lichtempfindlichen Elementen angeordnet. Um bei geringen Ausbiegungen bereits merkliche Lageänderungen des freien Endes des Streifens oder Drahtes zu erreichen, sind diese spiralförmig ausgebildet. The strip or wire can be used for digital temperature display the combined materials with different expansion coefficients several light conducting channels included. The free end of the wire moves at Changes in temperature at an illuminated by a light source, from an optical one Code grid over existing aperture, the other end is fixed in front of each one light-guiding channel assigned light-sensitive elements arranged. To at slight bends already noticeable changes in position of the free end of the strip or wire, these are formed spirally.

Die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist wegen der großen Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe groß. Die Temperaturanzeige ist bei ein und demselben Gerät ohne zusätzlichen Aufwand mechanisch und elektrisch möglich, so daß die Anzeige unabhängig vom Meßort wird und sich daher gut für Regelaufgaben und Fernsteuerungen eignet. Der Platzbedarf ist besonders gering. Die Sollwerteinstellung kann durch Anderung der logischen Verlrnüp fungen der nachgeschalteten Elemente in einfacher Weise geändert werden. The sensitivity of the measuring device according to the invention is due to the large differences in the expansion coefficients of the materials used great. The temperature display is on one and the same device without any additional effort mechanically and electrically possible, so that the display is independent of the measuring location and is therefore well suited for control tasks and remote control. The space requirement is particularly low. The setpoint setting can be changed by changing the logical Links of the downstream elements can be changed in a simple manner.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert; gleiche Elemente erhalten dabei jeweils gleiche Bezeichnungen. Es zeigt F i g. 1 eine Meßeinrichtung für analoge Anzeige, F i g. 1 a eine Blende der analog anzeigenden Meßeinrichtung, F i g. 2 eine Meßeinrichtung für analog quantisierte Anzeige, Fig. 3 eine Meßeinrichtung für digitale Anzeige, F i g. 3 a eine Blende der digital anzeigenden Meßeinrichtung. The invention is illustrated by means of exemplary embodiments in the drawing explained in more detail; the same elements are given the same designations. It shows F i g. 1 a measuring device for analog display, FIG. 1 a an aperture the analog measuring device, F i g. 2 a measuring device for analog quantized Display, FIG. 3 a measuring device for digital display, FIG. 3 a an aperture the digitally indicating measuring device.

In Fig. 1 besteht der spiralförmig ausgebildete Streifen aus einem Stahlstreifenl, der durch eine Klebemasse 2 mit einem lichtdurchlässigen Kunstharzstreifen 3 verbunden ist. Um Lichtverluste zu vermeiden, soll der Grenzwinkel der Totalreflexion größer sein als der maximale Biegewinkel des lichtdurchlässigen Materials, dessen Brechungsexponent größer als Luft sein muß. Im Zentrum der Spirale ist ein lichtelektrisches Element, z. B. eine Fotodiode 4, angeordnet, der das Ende 5 der Spirale 6 gegenübersteht. Der Fotodiode ist ein Meßverstärker 6 nachgeschaltet. Das andere Ende 7 der Spirale ist beweglich und kann vor der Blende 8a, die von der Lichtquelle 9 gleichmäßig beleuchtet wird, mit konstantem Abstand vorbeilaufen. In Fig. 1, the spiral-shaped strip consists of a Steel strips, which by an adhesive 2 with a translucent synthetic resin strip 3 is connected. In order to avoid loss of light, the critical angle of total reflection should be greater than the maximum bending angle of the translucent material whose Refraction exponent must be greater than air. In the center of the spiral is a photoelectric Element, e.g. B. a photodiode 4, which the end 5 of the spiral 6 is opposite. A measuring amplifier 6 is connected downstream of the photodiode. The other end 7 of the spiral is movable and can in front of the diaphragm 8a, which is from the light source 9 evenly is illuminated, walk past at a constant distance.

Wird die Meßspirale Temperaturänderungen ausgesetzt, so bewegt sie sich vor der Blende. Dadurch erhalten der lichtleitende Streifen und damit die Fotodiode 4 mehr oder weniger Licht. Die Ausgangsspannung der Fotodiode 4 bzw. des Verstärkers 6 ist ein Maß für die zu messende Temperatur. If the measuring spiral is exposed to temperature changes, it moves in front of the aperture. This preserves the light-conducting strip and thus the photodiode 4 more or less light. The output voltage of the photodiode 4 or the amplifier 6 is a measure of the temperature to be measured.

Die Form der Blende 8a ist in Fig. 1a noch einmal deutlicher dargestellt. In dem Beispiel hat sie eine keilförmige Form. Sie kann jedoch auch eine andere Form haben, die z. B. die Nichtlinearitäten der Fotodioden oder des Verstärkers ausgleicht. The shape of the diaphragm 8a is shown even more clearly in FIG. 1a. In the example it has a wedge-shaped shape. However, it can also be a different one Have shape z. B. the non-linearities the photodiodes or the amplifier.

Ebenso kann eine beliebige Funktion der Verstärkerausgangsspannung in Abhängigkeit von der Temperatur erreicht werden. Selbstverständlich kann das bewegliche Ende 7 der Spirale den Meßwert direkt an einer Skala anzeigen.Any function of the amplifier output voltage can also be used can be achieved depending on the temperature. Of course it can movable end 7 of the spiral display the measured value directly on a scale.

Anstatt einer sich verbreiternden Blende kann auch eine optisch dazu gleichwertige Blende konstanter Breite vorgesehen werden, deren Lichtdurchlässigkeit z. B. durch den Vorsatz eines das Licht der Lichtquelle 9 ungleich absorbierenden Filters ansteigt. Instead of a widening aperture, you can also optically add one Equivalent aperture of constant width are provided whose light transmission z. B. by the intent of the light from the light source 9 unequally absorbing Filter increases.

In F i g. 2 ist eine analog quantisierte Meßeinrichtung nach der Erfindung dargestellt, die die Lichtquellen 9 a bis 9g enthält, deren Lichtstärke nach ihrer Reihenfolge so ansteigen kann, daß die Zunahme z.B. stets ein ganzzahliges Vielfaches der Lichtquelle 9 a ist. Auch bei der Meßeinrichtung der Fig. 2 kann die Anzeige direkt über eine Skala in analoge Form erfolgen. In Fig. 2 is an analog quantized measuring device according to FIG Invention shown, which contains the light sources 9 a to 9 g, their light intensity can increase according to their sequence in such a way that the increase, for example, is always an integer Multiples of the light source 9 a. Also with the measuring device of FIG the display takes place directly via a scale in analog form.

Eine analog quantisierte Anzeige ist auch mit einer Blende nach F i g. 1 erreichbar, deren Breite sich nicht keilförmig, sondern in jeweils konstanten Abschnitten ändert. An analog quantized display is also available with an aperture according to F. i g. 1 achievable, the width of which is not wedge-shaped, but in each case constant Sections changes.

Eine digital-binäre Meßeinrichtung ist in Fig. 3 dargestellt, die sich von der der F i g. 1 nur dadurch unterscheidet, daß die Blende 86 aus einem digital binären optischen Coderaster, das in F i g. 3 b besonders dargestellt ist, und der lichtleitende Streifen 3 aus vier optisch voneinander getrennten Einzelkanälen besteht, denen jeweils eine Foto diode zugeordnet ist. Coderaster, durch die das Licht einer Lichtquelle auf eine Anzahl von Lichtempfangselementen fällt, sind zum Zwecke der digital-binären Anzeige bekannt. A digital-binary measuring device is shown in Fig. 3, the differs from that of FIG. 1 differs only in that the aperture 86 consists of a digital binary optical code grid shown in FIG. 3 b is particularly shown, and the light-guiding strip 3 of four individual channels that are optically separated from one another exists, each of which is assigned a photo diode. Code grid through which the Light from a light source falls on a number of light receiving elements are for Purpose of digital binary display known.

Die Lichtquellen können bei allen Beispielen natürlich mit den Fotodiode vertauscht werden, ohne daß sich an der Wirkungsweise etwas ändert. The light sources can of course with the photodiode in all examples can be exchanged without changing the mode of operation.

Claims (6)

Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Messen von Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Meßtemperatur ausgesetzte, nach Art eines Bimetalls verbundene elastische Körper (1, 3) verschiedener Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen sind, von denen mindestens ein aus lichtdurchlässigem Material bestehender Körper (3) von einer oder mehreren Lichtquellen (9) ausgesandtes Licht zu einem oder mehreren lichtempfindlichen Elementen (4) leitet, wobei die Größe oder Verteilung auf einzelne lichtleitende Kanäle des Lichtstromes ein Maß für die Temperatur ist. Claims: 1. Device for measuring temperatures, thereby characterized in that at least two exposed to the measuring temperature, like one Bimetal-connected elastic bodies (1, 3) of different expansion coefficients are provided, of which at least one made of translucent material Body (3) from one or more light sources (9) emitted light to a or more photosensitive elements (4) conducts, with the size or distribution on individual light-conducting channels of the luminous flux is a measure of the temperature. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als nach Art eines Bimetalls verbundene elastische Körper eine Kombination von Stahl (1) und einem mit ihm durch eine Klebemasse (2) verbundenen, einen größeren Grenzwinkel der Totalreflexion als der maximale Biegewinkel aufweisenden Kunstharz mit einem von Stahl abweichenden Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that as after Type of a bimetal bonded elastic body a combination of steel (1) and a larger critical angle connected to it by an adhesive (2) the total reflection as the maximum bending angle having synthetic resin with a Coefficient of expansion different from steel is provided. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur analogen Temperaturanzeige die Kobination der elastischen Körper mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten als ein Streifen oder Draht mit einem lichtleitenden Kanal (3) ausgebildet ist, dessen Ende (7) sich bei Temperaturänderungen an einer von einer Lichtquelle (9) beleuchteten sich verbreiternden Blende(8a) entlangbewegt, während das andere Ende (5) fest vor einem lichtempfindlichen Element (4) angeordnet ist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that for analog temperature display the combination of elastic bodies with different ones Expansion coefficient as a strip or wire with a light-guiding Channel (3) is formed, the end (7) of which changes in temperature at a moved along the widening diaphragm (8a) illuminated by a light source (9), while the other end (5) is fixed in front of a photosensitive element (4) is. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur analog quantisierten Temperaturanzeige die Kombination der elastischen Körper mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten als ein Streifen oder Draht mit einem lichtleitenden Kanal ausgebildet ist, dessen Ende (7) sich bei Temperaturänderungen an einer Reihe von einzelnen vorzugsweise punktförmigen Lichtquellen (9a bis 9g) unterschiedlicher Lichtstärke entlangbewegt, während das andere Ende (5) fest vor einem lichtempfindlichen Element (4) angeordnet ist. 4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that for the analog quantized temperature display the combination of elastic bodies with different coefficients of expansion than a strip or wire with one light-conducting channel is formed, the end (7) of which changes in temperature on a number of individual, preferably point-like light sources (9a to 9g) different light intensity moves along, while the other end (5) firmly in front a photosensitive element (4) is arranged. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur digitalen Temperaturanzeige die Kombination der elastischen Körper mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten als Streifen oder Draht mit mehreren lichtleitenden Kanälen (3) ausgebildet ist, dessen Ende (7) sich bei Temperaturänderungen einerseits an einer von einer Lichtquelle (9) beleuchteten, aus einem optischen Coderaster(8b) bestehenden Blende vorbeibewegt, andererseits fest vor jeweils einem lichtleitenden Kanal zugeordneten lichtempfindlichen Elementen (4) angeordnet ist.5. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the combination of elastic bodies for digital temperature display with different Expansion coefficients as a strip or wire with several light-conducting channels (3) is formed, the end (7) on the one hand when temperature changes one illuminated by a light source (9) from an optical code grid (8b) existing diaphragm moved past, on the other hand firmly in front of each one light-conducting Channel associated light-sensitive elements (4) is arranged. 6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen oder Draht aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten als Spirale ausgebildet ist. ~~~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1019 481, 1099299; »Proceedings of the I. R. E.«, 1953, H. 10, S. 1459, Fig. 8. 6. Device according to claim 3 or the following, characterized in that that the strip or wire made of materials with different coefficients of expansion is designed as a spiral. ~~~~~~~~~ Publications considered: German Auslegeschriften Nos. 1019 481, 1099299; "Proceedings of the I. R. E.", 1953, H. 10, p. 1459, Fig. 8.