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Thermistor-Messkopf mit grosser Zeitkonstante
Kleine Leistungen werden in der Mikrowellentechnik meist mit Hilfe eines Thermistors gemessen. Der Thermistor ist dabei in einen Messkopf eingebaut, der die Impedanz des Thermistors an den Wellenwiderstand der Anschlussleitung anpasst und zugleich als Schutz gegen störende äussere Einwirkungen dient. Wenn sich nun die Temperatur der Umgebung ändert, so wirkt sich diese Temperaturänderung über den Messkopf auch auf den Thermistor aus. Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur übt auf den Widerstand des Thermistors die gleiche Wirkung aus wie eine äquivalente Mikrowellenleistung. Diese Erscheinung kann grobe Messfehler verursachen.
Es ist zwar möglich, diese nachteilige Erscheinung mit Hilfe einer Wärmekompensation in bekannter Weise abzuschwächen, doch ist die Arbeitsweise der verschiedenen Kompensationsverfahren bei rasch auftretenden Temperaturänderungen nicht zufriedenstellend, weil zwischen den Messelementen und den Kompensationselementen ein Temperaturunterschied besteht. Durch Anwendung eines Messkopfes mit äusserst hoher Zeitkonstante könnte aber die Wirkung einer Änderung der Umgebungstemperatur praktisch aufgehoben werden. Bekanntlich lässt sich bei einer Änderung der Umgebungstemperatur von auf Y + Au'dise Änderung der Temperatur ""des ThermistOrs als Exponentialfunktion der Zeit t folgenderweise ausdrücken : #=#o + ## (1 - e -t/r);
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gebung ist.
Die Wärmeisolation kann nur bis zu einer gewissen Grenze verbessert werden, weil die Mikrowellenleistung dem Thermistor nur zwischen metallisch leitenden Flächen zugefuhrt werden kann. Eine grössere Wärmekapazität lässt sich durch Erhöhung der Masse des Thermistor-Messkopfes erzielen. Dadurch werden aber die bekannten Messköpfe mit hoher Zeitkonstante sehr schwer, zumal die üblichen metallischen Bestandteile eine sehr kleine spezifische Wärme aufweisen (die spezifische Wärme beträgt z. B. bei 200 C für Kupfer 0,0915 und für Eisen 0, 108).
Die Erfindung geht von der bekannten physikalischen Tatsache aus, dass die spezifische Wärme von Wasser sehr gross ist, u. zw. beinahe das Zehnfache jener von Metallen beträgt. Das Gewicht der zur Erzielungeiner bestimmten Warmekapazltat erforderlichen Wassermenge ist somit zehnmal kleiner als das einer gleichwertigen Metallmenge. Analoges gilt für andere Flüssigkeiten mit hoher spezifischer Wärme.
Diesen Umstand in vorteilhafter Weise ausnutzend wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, bei einem Thermistor-Messkopf, bei dem der Thermistor in einem Hohlleiterabschnitt des Messkopfes angeordnet ist, diesen Hohlleiterabschnitt mit einer Flüssigkeit hoher spezifischer Wärme. z. B. Wasser oder einem Gemisch von Wasser und Glyzerin oder von Wasser und Glykol, zu umgeben und die Flüssigkeit aussen mit einer an den Hohlleiterabschnitt angesetzten Haube zu umschliessen.
Eine praktische Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Impedanz des Thermistors 1 wird mit Hilfe einer koaxialen Wellenleiterstrecke 2 dem Wellenwiderstand des Hohlleiters angepasst. Der Thermistor ist in einer aussen von Wasser umgebenen Hohlleiterstrecke 3 angeordnet, deren Aussenfläche zur Verbesserung des Warmeaustausches zwischen dem Wasser und dem Hohlleiter Rippen 4
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trägt. An die Hohlleiterstrecke 3 ist eine Haube 5 angeschlossen. Der Raum zwischen den Teilen 5 und 3 ist mit Wasser 8 gefüllt. Daher hat der von den Teilen 5 und 3 umgrenzte Körper eine hohe Wärmekapazität. Es ist zweckmässig, die Aussenfläche der Haube 5 spiegelglatt auszubilden, um die Wärmeübertragung durch Strahlung möglichst gering zu halten.
Um den Messkopf gegen Wärmeübertragung durch Konvektion zu schützen, wird vorteilhaft eine zweite Haube 6 aus wärmeisolierendem Stoff vorgesehen. Die Hohlleiterstrecke 7 wird zweckmässig aus sehr dünnem Metallblech, vorzugsweise aus Nickel, verfertigt. Die beiden Hauben 5 und 6 können zu einem Stück vereinigt werden, indem der Wasserraum nachaussen direkt durch eine wärmeisolierende Haube abgegrenzt wird. Um einen niedrigeren Gefrierpunkt zu sichern, kann dem Wasser Glyzerin oder Glykol beigemengt werden, wodurch die spezifische Wärme des Gemisches nicht wesentlich sinkt. Der Zwischenraum zwischen den Teilen 3 und 5 soll nicht vollständig mit Flüssigkeit ausgefüllt sein. um der Wärmedehnung bei Erwärmung bzw. bei Abkühlung (Gefrieren) Rechnung zu tragen.
Zu diesem Zwecke soll überdies eine Seitenwand. der Haube elastisch ausgeführt sein.
Wenn die Haube 5 aus wärmeisolierendem Stoff besteht, so ist diese Bedingung praktisch bereits von selbst erfüllt.
Das Gewicht des erfindungsgemässen Thermistor- Messkopfes beträgt ungefähr nur 1/10 des Gewichtes von üblichen Messköpfen mit gleicher Wärmekapazität.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Thermistor-Messkopf mit grosser Zeitkonstante, bei dem der Thermistor in einem Hohlleiterabschnitt des Messkopfes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiterabschnitt (3) von einer Flüssigkeit (8) hoher spezifischer Wärme, z. B. von Wasser oder einem Gemisch von Wasser und Glyzerin oder Wasser und Glykol, umgeben ist, wobei die Flüssigkeit aussen von einer an den Hohlleiterabschnitt angesetzten Haube (5) umschlossen ist.