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Elektromagnetisches Thermometer
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Thermometer, das die magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe zur Anwendung bringt.
Es gibt eine Reihe verschiedener Thermometer, die auf den verschiedensten physikalischen Prinzipien je nach dem zuständigen Messfachgebiet beruhen. Das elektromagnetische Thermometer, welches den Gegenstand dieser Erfindung betrifft, ähnelt am meisten dem Widerstandsthermometer. Diese Thermometer sind von sehr einfacher Bauart, erfordern aber eine präzise Fertigung oder spezielle Einrichtungen (z. B. Einrichtungen mit gekreuzten Spulen). Auch sind die Messungen besonders bei den BrückenMessmethoden ziemlich umständlich. Ansonsten sind aber Widerstandsthermometer zum Messen über einen breiten Temperaturbereich gut verwendbar (vgl. z. B. die USA-Patentschrift Nr. 2. 460, 773).
Das erfindungsgemässe elektromagnetische Thermometer nützt eine physikalische Erscheinung aus, die an ferromagnetischen Stoffen auftritt, und die als"Wiedemann-Effekt"bekannt ist. Diese Erscheinung äussert sich darin, dass in einem magnetisierten ferromagnetischen Körper bei einer Torsion desselben Feldverzerrungen auftreten. Sind auf einem solchen Körper nach Art eines Transformators Wicklungen aufgebracht, von denen eine mit einem Wechselstrom gespeist ist, so bewirken die Feldverzerrungen Änderungen in den Spannungen, die in den andern Wicklungen induziert werden, u. zw. stellen diese Änderungen ein Mass für die Torsionsbeanspruchung dar.
Es wurde nun gefunden, dass sich bei Benützung dieses Effektes Geräte zur Umsetzung von temperaturbeeinflussten Änderungen körperlicher Systeme in temperaturproportionale elektrische Grössen herstellen lassen, die überraschend messwerttreu und betriebssicher sind.
Gemäss der Erfindung ist ein elektromagnetisches Thermometer gekennzeichnet durch einen mittels einer Erregerspule magnetisierten und eine Aufnahmespule tragenden langgestreckten ferromagnetischen Torsionskörper der durch die Wärmedehnung wenigstens eines Ausdehnungskörpers. durch Kraftangriff ent- weder an den Enden oder an den Enden und etwa in der Mitte, auf Drehung beansprucht ist.
Das elektromagnetische Thermometer, das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, stellt somit eine Einrichtung dar, welche die gegenseitige Vorschubbewegung zweier verschiedener Werkstoffe, welche durch deren verschiedene Wärmedehnung bei Erwärmung verursacht wird, in Verdrehung einer ferromagnetischen Stange umwandelt, wobei durch Vermittlung eines Erregerkreises in einem Aufnahmekreis eine elektromotorische Kraft induziert wird. die der Grösse des Vorschubes und daher auch der Temperatur proportional ist.
Diese Temperaturmessmethode zeichnet sich, zum Unterschied von andern ähnlichen Messmethoden, durch die bedeutsame Eigenschaft aus, dass sie zum Hervorrufen der gewünschten elektromotorischen Kraft, die der Temperatur proportional ist, eine ganz einfache Erregungs- und Aufnahmeeinrichtung benutzt, wobei die Methode direkt ohne Zwischenstufen arbeitet und der Anzeigemechanismus aus einfachen elektrischen Messgeräten besteht.
Man kann. das elektromagnetische Thermometer gemäss der Erfindung in verschiedenen Bauarten je nach Verwendungszweck und gewünschtem Temperaturbereich ausführen. Einige Beispiele sind in den Fig. 1-5 der Zeichnung dargestellt. Fig. l stellt eine Ansicht des Temperaturmesskörpers teilweise im Schnitt dar. Fig. 2 zeigt den Temperaturmesskörper im Aufriss und Fig. 3 im Grundriss. Fig. 4 zeigt den Schnitt durch ein Gerät, das zur Messung hoher Temperaturen bestimmt ist, Fig. 5 den Schnitt durch ein Gerät zur Messung von Temperaturen an unzugänglichen Stellen.
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Das elektromagnetische Thermometer gemäss der Erfindung besteht aus vier Teilen : aus dem Umformungsteil, aus dem Torsionskörper, aus dem Erregungsteil und aus dem Aufnahmeteil.
Gemäss Fig. 1 besteht das elektromagnetische Thermometer aus dem Mantel 1, der mit schraubenlinienförmigen Schlitzen 2 versehen ist. Dieser Mantel 1 ist mit dem langgestreckten Torsionskörper 3 an dessen Enden und in der Mitte fest verbunden. Auf den Torsionskörper 3 sind zwei Spulen 4 und eine Toroid-Spule 5 aufgezogen.
Der Torsionskörper ist an seinen Enden und in seiner Mitte mit Flanschen 3'und 3"versehen, die streng sitzend in den Mantel eingepasst sind, so dass zwischen ihnen und dem Mantel eine kraftschlüssige Verbindung besteht. Zur Aufnahme der Toroid-Spule 5 weisen die Flansche entsprechende Nuten oder Ausnehmungen auf, in die die einzelnen Wicklungspakete der Spule eingelegt werden können.
Da der Mantel l aus einem Werkstoff von gegenüber dem des Torsionskörpers 3 verschiedenen Wärmedehnungskoeffizient angefertigt ist, verursachen die Temperaturänderung und die Form des Mantels 1 mit seinem schraubenlinienförmigen Schlitz 2 eine Beanspruchung des Torsionskörpers auf Drehung, Zug und Druck. Falls nun durch den Erregerwechselstrom mittels der Toroid-Spule 5 ein zylindrisches elektromagnetisches Wechselfeld gebildet wird, dann wird eine Längskomponente hervorgerufen, welche der Grösse der Verdrehung und daher auch der Temperatur proportional ist, und die in den Aufnahmespulen eine elektromotorische Kraft induziert. Das elektromagnetische Thermometer gemäss der Erfindung funktioniert auch, wenn man den Erregerkreis mit dem Aufnahmekreis vertauscht.
Gemäss den Fig. 2 und 3 besteht das elektromagnetische Thermometer aus einer Grundplatte 6, die mit zwei Lappen 7 versehen ist, welche mit den Zugbändern 8 verbunden sind. Eines der Zugbänder ist mit der Hülse 9 verbunden, welche in der Nähe der Stirnfläche 10 am Torsionskörper 11 befestigt ist. Der Torsionskörper 11 ist mittels des Armes 12 und des Übergangsstückes 13 an dem zweiten Zugband befe- stigt. Der Torsionskörper 11 ist von zwei Spulen 14 und einer Toroid-Spule 15 umgeben. Das ganze Thermometer ist an der Seite mittels der Isolierungseinlage 16 thermisch isoliert.
Die zu messende Temperatur wirkt entweder durch Leitung, Strömung oder Strahlung auf die Grundplatte 6, die aus einem Werkstoff gefertigt ist, der einen andern Dehnungskoeffizienten hat wie die andern Bestandteile des Thermometers. Dadurch entsteht im Torsionskörper eine Beanspruchung auf Drehung,
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Falls, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, ein elektromagnetisches Feld durch den Erregerstrom der Spulen 14 entsteht, dann wird dieses Feld durch die Drehungsbeanspruchung so verformt, dass eine zylindrische Komponente, welche der Grösse desVerdrehens und daher auch der Temperatur proportional ist, hervorgerufen wird, die ihrerseits in der Toroid-Spule 15 eine elektromotorische Kraft induziert. Auch hier kann das Thermometer in verkehrtem Sinne arbeiten, wenn man den Erregerkreis und den Aufnahmekreis vertauscht.
Gemäss Fig. 4 besteht das elektromagnetische Thermometer aus einem Stab 17, der in die Hülse 18 eingelegt ist. Der Stab ist mittels der Lenkstange 19, die durch eine Röhre 20 geführt wird, mit dem Hebel 21 verbunden, der am Torsionskörper 22 angreift. Die Röhre 20 endet in der Kammer 23, an deren Wandungen mit seinen beiden Enden der Torsionskörper 22 angeschlossen ist. Die Feder 24 drückt das Stäbchen 17 vermittels der Lenkstange 19 in die Hülse 18 hinein. Der Torsionskörper 22 ist mit den Spulen 25 sowie der Toroid-Spule 26 auf dieselbe Art verbunden wie bei den oben angeführten Beispielen.
Die gemessene Temperatur verursacht durch den Einfluss der verschiedenenDehnungskoeffizienten des Stabes 17 und der Hülse 18 eine derartige Verschiebung der Leitstange 19 sowie des mit derselben verbundenen Hebels 21, dass dadurch der Torsionskörper 22 verdreht wird. Ähnlich wie in den vorher angeführten Beispielen wird durch diese Verdrehung vom Erregerkreis eine elektromotorische Kraft in der Aufnahmespule hervorgerufen.
Wie Fig. 5 zeigt, beeinflusst die Temperatur das Gefäss 27, in dem sich ein flüssiger oder gasförmiger Ausdehnungskörper 28 befindet, und das mittels eines Kapillarröhrchens 29 mit dem vom gewellten Rohr 30 umschlossenen Raum verbunden ist. Der untere Rand des gewellten Rohres 30 ist mit der Platte 31 verbunden, in der auch der als doppelgängige Schraube ausgebildete Torsionskörper 32 verankert ist. Der obere Rand des gewellten Rohres ist mit dem Torsionskörper 32 fest verbunden. Auf den Torsionskörper 32 ist die Spule 33 aufgezogen.
Eine Temperaturerhöhung verursacht eine entsprechende Vergrösserung des Volumens der Flüssigkeit 28 im Gefäss 27, so dass die Flüssigkeit durch das Kapillarröhrchen 29 in den vom gewellten Rohr umschlossenen Raum gedrängt wird. Dabei wird das gewellte Rohr gedehnt und der Torsionskörper 32 wiederum auf Drehung beansprucht. Falls sich nun in diesem Torsionskörper 32 auf Grund des Erregerstromes, der direkt in den Torsionskörper eingeführt wird, ein elektromagnetisches Feld bildet, dann wird dieses Feld
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durch die Drehungsbeanspruchung derart verformt, dass eine Längskomponente, die der Grösse des Verdrehungswinkels und daher auch der Temperaturerhöhung proportional ist, entsteht, die in der Spule 33 eine elektromotorische Kraft induziert.
Die beiden Kreise (Aufnahme- und Erregerkreis) können untereinander ausgetauscht werden.
Es gibt ausserdem verschiedene andere Kombinationsmöglichkeiten, die alle im Grunde darauf beruhen, dass die Wärme in Verdrehung eines Torsionskörpers übergeführt wird. Mittels gut gewählter Werkstoffe für die Spulenwicklung sowie für die nötige Isolierung ist man Imstande, Messungen über einen grossen Temperaturbereich durchzuführen. Ein grosser Vorteil ist dadurch gegeben, dass eine erhebliche elektromotorische Kraft erzielt wird, was wiederum eine bedeutsame Verbilligung und daher auch die Möglichkeit der Einführung des Thermometers überall dort mit sich bringt, wo bisher die Durchführung von Temperaturmessungen sowie die Registrierung von Temperaturen wenig günstig erschien. Die ganze Apparatur ist überaus einfach, und bei ihrer Benützung kommt man ohne Verstärkungsmittel aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetisches Thermometer, gekennzeichnet durch einen mittels einer Erregerspule magnetisierten und eine Aufnahmespule tragenden langgestreckten ferromagnetischen Torsionskörper, der durch die Wärmedehnung wenigstens eines Ausdehnungskörpers, durch Kraftangriff entweder an den Enden oder an den Enden und etwa in der Mitte, auf Drehung beansprucht ist.