Temperaturempfindliche Einrichtung zur Messung und Regelung von Temperaturen. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung und Regelung von Temperaturen, und zwar innerhalb des Bereiches zwischen 80<B>1</B> und 150<B>0</B> C.
Bisher wurden zur Temperaturmessung und -Regelung Thermoelemente verwendet. Diese arbeiten zwar bei beträchtlichen Tem peraturänderungen zufriedenstellend, für die Aufrechterhaltung einer gegebenen Tempera tur innerhalb sehr enger Grenzen sind sie jedoch nicht hinreichend empfindlich.
Gegenstand der Erfindung ist eine Ein richtung, die, wie die Erfahrung gezeigt hat, hochempfindlich ist, in stabiler und einfacher Bauart ausgeführt werden kann und zum Regeln und Messen von Temperaturen, wobei die Temperatur eines erhitzten Körpers in engen Grenzen konstant gehalten und ge messen werden kann, sehr geeignet ist. Sie weist ein Entladungsgefäss auf, bei dem die Elektronenerzeugung eine Funktion der Tem peratur innerhalb des genannten Arbeitsbe- reiches ist. Im äussern Stromkreis der Ein richtung können Messinstrumente bezw. Relais z. B. zur Regelung der Temperatur einge schaltet sein.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielsweisen Ausführungsform des Entladungsgefässes des Erfindungsgegen - standes, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform, Fig. 3 in vergrössertem Massstab einen Schnitt an der Stelle der Stromzuführung des Gefässes nach Fig. 1, und Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes, nach welchem er der Regelung und Messung der Temperatur einer Flüssigkeit dient.
In Fig. 1 ist 1 das evakuierte Elektronen entladungsgefäss mit dem Fundament 2 und dem Sockel 3. 4 ist die Kathode und 5 die Anode. Letztere besteht vorzugsweise aus einem in Richtung der Achse des Gefässes verlaufenden Draht und ist mit einem äussern Kontakt, beispielsweise. dem Steckerstift 6, verbunden. Es sind noch drei blinde Stecker stifte vorhanden, so dass die Röhre in eine Normalfassung eingesetzt werden kann.
Die Kathode besteht aus einer Alkali substanz, und zwar vorzugsweise aus Cäsium oder Rubidium, die als dünne Schicht auf der Innenfläche des Gefässes fest anliegt. Die Substanz wird zum Beispiel in ähnlicher Weise, wie bei photoelektrischen Zellen, dem Gefäss zugeführt.
Der Herstellungsvorgang eines solchen Gefässes ist zum Beispiel der folgende Nachdem die Anode am Fundament be festigt worden ist und die Zuführung 7 zur Kathode zwecks Ermöglichung des Anschlus ses derselben an den äussern Stromkreis an gebracht worden ist, wird die Innenfläche des Gefässes mit einem leitenden Material versehen, indem Silber oder Platin auf die zu behandelnde Fläche elektrisch als dünner Überzug aufgespritzt, oder eine Silber, Platin oder Graphit enthaltende Lösung über die Fläche gestrichen wird. Auf den so entstan denen Überzug wird nur. eine Silberschicht elektrolytisch nach bekannten Verfahren auf getragen. Hierauf kommt das Gefäss in einen teilweise 'evakuierten Ofen und wird auf etwa<B>360'</B> C erhitzt.
Nach Evakuierung des Gefässes wird die Metallschicht oxydiert, in dem Sauerstoff in das Gefäss eingelassen wird, bis der Druck etwa 1 mm Quecksilber erreicht hat und hierauf zwischen Anode und Kathode ein hochgespannter Gleichstrom von etwa 1000 Volt gelegt wird. Ist die Oxy dation erfolgt, dann wird der überschüssige Sauerstoff ausgepumpt und ein Metall, das leicht bei niedrigen Temperaturen Elektronen aussendet, beispielsweise Cäsium oder Rubi- dium, in das Gefäss eingeführt,
indem eine Alkalisubstanz in Form von Cäsiumbichromat und eine Siliziummischung in eine Kapsel 9 auf einer von der Anode 5 getragenen kreis förmigen Platte 8 eingebracht wird. Wird die Kapsel vermittelst eines Hochfrequenz- feldes erhitzt, so entweicht aus der Kapsel Cäsiumdampf, der dann am oxydierten Me tallüberzug kondensiert und haften bleibt und wahrscheinlich aus Oxyden und Oxydu- len des Cäsiums besteht. Der Betrag des niedergeschlagenen Alkalis kann grösser sein als zur Bedeckung der oxydierten Metallfläche erforderlich ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen,, das Gefäss nach der Abdichtung mehrere Minuten in ein Ölbad von etwa 200 C einzutauchen, da die Zusammensetzung und Wirksamkeit des aktiven Überzuges und damit der Arbeitsbereich der Einrichtung in gewissem Grade von der Dauer dieser Be handlung abhängt. Darauf wird der Sockel 3 am Gefäss befestigt und die Verbindung der Anode mit einem der viei# Stecker hergestellt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Entladungsgefässes der erfindungsgemässen Einrichtung, bei der die die Elektronen emittierende Substanz auf eine Metallplatte 10 aufgebracht ist, die von der Gefässwan dung einen gewissen Abstand hat. Infolge dieses Abstandes tritt bei einer derartigen Anordnung eine Zeitverzögerung zwischen den äussern Temperaturschwankungen und den Änderungen der Elektronenemission ein, so dass Gefässe mit einer solchen Anordnung auf solche Anwendungsfälle beschränkt blei ben müssen, bei denen die Temperaturände rungen. nur langsam vor sich gehen.
Die Metallplatte kann die Form eines Halbzy linders haben, dessen Hauptachse in Rich tung der Gefässachse liegt, oder sie besteht aus einer flachen Platte bezw. einer Anzahl Platten, die rechtwinklig zueinander ange ordnet sind. - Als Material wird z. B. Silber, Kupfer, Nickel, Wolfram, Molybdän oder irgend ein anderes leicht oxydierbares Metall verwendet. Die Platte wird durch das Fun dament 2 vermittelst der Drähte 11, 11 ge tragen, wobei ein Draht mit dem Stecker 12 verbunden ist. Die Kapsel 9 auf der Spitze der Anode 5 enthält wieder die Alkalisub- stanz, um auf der Platte 10, die in der be schriebenen Form zuvor oxydiert worden ist, eine Elektronen emittierende Fläche zu er zeugen.
Die Kathodenfläche gibt bei relativ nie drigen Temperaturen zwischen<B>80'</B> und 150 C im Gegensatz zu der photoelektrischen Emission hohe Emissionswerte. Eine Fläche von ungefähr 1$ em2 erzeugt bei<B>1300</B> C einen Elektronenstrom von etwa 3 Mikroampere. Es ist nicht ratsam, die beschriebene Ein richtung bei Temperaturen über 200 C an zuwenden, weil die Alkalischicht des Ent ladungsgefässes dann zu zerstäuben beginnt.
Anderseits ist die Emission unterhalb<B>800</B> C zu klein, um eine praktische Verwendbarkeit der Einrichtung für Temperaturen unter 80 C zu ermöglichen. DieElektronenemission variiert in dem erwähnten Temperaturbereich bei einer Temperaturänderung prozentual nahezu zwan zigmal so stark wie die Änderung der Tempera tur bezogen auf die Verhältnisse bei 80 C, wo durch wesentliche Vorteile gegenüber den Ther- moelementen erzielt werden. Obengenannter Temperaturbereich ist für die Praxis sehr wichtig, da er die Temperaturbereiche der Herstellungsprozesse bei der Herstellung und Behandlung von Email, Schokolade, Gebäck usw. einschliesst.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Anwendungs beispiel des Erfindungsgegenstandes, in dem die Temperatur einer Flüssigkeit 13 mittelst der Einrichtung nach der Erfindung angezeigt oder geregelt. wird. Die Flüssigkeit befindet sich in dem Behälter 14, der von einem wärmeisolierenden Material 16 umgeben ist, und wird von der Heizvorrichtung 20 geheizt. Das Steuerorgan 1 der Regelvorrichtung ist mittelst einer Flüssigkeitsdichtung 17 am Behälter befestigt; es liegt in einem Strom kreise, der die Batterie 18 und den Strom messer und Relais 19 zur Regelung der Brennstoffzufuhr zur Heizvorrichtung 20 ent hält. Der Strommesser kann auch mit einer geeichten Temperaturskala versehen sein, so dass die Temperatur der Flüssigkeit 13 direkt abgelesen werden kann.
Temperature-sensitive device for measuring and regulating temperatures. The invention relates to a device for measuring and regulating temperatures, specifically within the range between 80 <B> 1 </B> and 150 <B> 0 </B> C.
So far, thermocouples have been used for temperature measurement and control. Although these work satisfactorily with considerable temperature changes, they are not sufficiently sensitive to maintain a given temperature within very narrow limits.
The invention relates to a device which, as experience has shown, is highly sensitive, can be carried out in a stable and simple design and for regulating and measuring temperatures, the temperature of a heated body being kept constant within narrow limits and being measured can, is very suitable. It has a discharge vessel in which the generation of electrons is a function of the temperature within the specified working range. In the outer circuit of the facility, measuring instruments or Relay z. B. be switched on to control the temperature.
The invention is explained with reference to the drawing.
1 shows a perspective view of an exemplary embodiment of the discharge vessel of the subject matter of the invention, FIG. 2 shows a further embodiment, FIG. 3 shows, on an enlarged scale, a section at the location of the power supply to the vessel according to FIG. 1, and FIG. 4 shows an application example the subject of the invention, according to which it is used to control and measure the temperature of a liquid.
In Fig. 1, 1 is the evacuated electron discharge vessel with the foundation 2 and the base 3. 4 is the cathode and 5 is the anode. The latter preferably consists of a wire running in the direction of the axis of the vessel and is with an external contact, for example. the connector pin 6 connected. There are still three blind plug pins available so that the tube can be inserted into a normal socket.
The cathode consists of an alkali substance, preferably cesium or rubidium, which is firmly attached as a thin layer on the inner surface of the vessel. The substance is supplied to the vessel, for example, in a manner similar to that used in photoelectric cells.
The manufacturing process of such a vessel is, for example, the following: After the anode has been fastened to the foundation and the lead 7 to the cathode has been brought to enable the connection of the same to the external circuit, the inner surface of the vessel is provided with a conductive material by electrically spraying silver or platinum onto the surface to be treated as a thin coating, or by brushing a solution containing silver, platinum or graphite over the surface. The resulting coating is only. a silver layer is applied electrolytically by known methods. The vessel is then placed in a partially 'evacuated oven and is heated to around <B> 360' </B> C.
After the vessel has been evacuated, the metal layer is oxidized by letting oxygen into the vessel until the pressure has reached about 1 mm of mercury and a high-voltage direct current of around 1000 volts is then applied between the anode and cathode. Once the oxidation has taken place, the excess oxygen is pumped out and a metal that easily emits electrons at low temperatures, for example cesium or rubium, is introduced into the vessel.
by introducing an alkali substance in the form of cesium bichromate and a silicon mixture into a capsule 9 on a circular plate 8 carried by the anode 5. If the capsule is heated by means of a high-frequency field, cesium vapor escapes from the capsule, which then condenses and adheres to the oxidized metal coating and probably consists of oxides and oxides of cesium. The amount of the precipitated alkali can be greater than is necessary to cover the oxidized metal surface.
It has proven advantageous to immerse the vessel in an oil bath at around 200 C for several minutes after sealing, since the composition and effectiveness of the active coating and thus the working range of the device depends to a certain extent on the duration of this treatment. The base 3 is then attached to the vessel and the anode is connected to one of the many # plugs.
2 shows a further embodiment of the discharge vessel of the device according to the invention, in which the electron-emitting substance is applied to a metal plate 10 which is at a certain distance from the vessel wall. As a result of this distance, in such an arrangement there is a time delay between the external temperature fluctuations and the changes in the electron emission, so that vessels with such an arrangement must remain limited to those applications in which the temperature changes ments. go slowly.
The metal plate can have the shape of a Halbzy Linders whose main axis is in the direction of the vessel axis, or it consists of a flat plate BEZW. a number of plates that are arranged at right angles to each other. - The material is z. B. silver, copper, nickel, tungsten, molybdenum or any other easily oxidizable metal is used. The plate is through the Fun dament 2 by means of wires 11, 11 ge wear, a wire with the plug 12 is connected. The capsule 9 on the tip of the anode 5 again contains the alkali substance in order to generate an electron-emitting surface on the plate 10, which has previously been oxidized in the form described.
The cathode surface gives high emission values at relatively low temperatures between <B> 80 '</B> and 150 C in contrast to the photoelectric emission. An area of about 1 $ em2 generates an electron current of about 3 microamps at <B> 1300 </B> C. It is not advisable to use the described device at temperatures above 200 C because the alkali layer of the discharge vessel then begins to sputter.
On the other hand, the emission below <B> 800 </B> C is too small to enable the device to be used in practice for temperatures below 80 C. The electron emission varies in the mentioned temperature range with a temperature change almost twenty times as much as the change in temperature based on the conditions at 80 C, which results in significant advantages over thermocouples. The above-mentioned temperature range is very important in practice, as it includes the temperature ranges of the manufacturing processes in the manufacture and treatment of enamel, chocolate, pastries, etc.
Fig. 4 shows schematically an application example of the subject matter of the invention, in which the temperature of a liquid 13 is displayed or regulated by means of the device according to the invention. becomes. The liquid is located in the container 14, which is surrounded by a heat-insulating material 16, and is heated by the heating device 20. The control element 1 of the regulating device is attached to the container by means of a liquid seal 17; it is in a current circuit that holds the battery 18 and the ammeter and relay 19 to control the fuel supply to the heater 20 ent. The ammeter can also be provided with a calibrated temperature scale so that the temperature of the liquid 13 can be read off directly.