Widerstandsthermometer. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Widerstandsthermometer mit minde stens einer in Glas eingeschmolzenen Mess- wicklung.
In der Praxis werden zwei Arten von Wi derstandsthermometern mit in Glas einge schmolzener Messwicklung benutzt, nämlich das Quarzglasthermometer und das Hartglas thermometer. Die üblicherweise aus Platin bestehende Messwicklung ist hierbei als ein fache - unifilare - Wicklung in dem Quarzglas- oder Hartglaskörper angeordnet. Diese Art der Wicklung macht es notwendig, dass sich die eine Zuleitung über die gesamte Länge der Messwicklung erstreckt, um eine Verbindung mit dem untern Ende der Wick lung zu erzielen.
Das erfindungsgemässeWiderstandsthermo- meter zeichnet sich zum Unterschied von die sen bekannten Widerstandsthermometern da durch aus, dass die Messwicklung als bifilare Wicklung in Glas eingeschmolzen ist. Bifi- lare Wicklungen waren bei Widerstands- thermometern bisher nur bei Wicklungen auf einer keramischen klasse, beispielsweise Alu miniumoxyd, und bei Thermometern bekannt, bei denen der Widerstandsdraht auf der Oberfläche einer festen Unterlage, wie iso liertem Metall und Kunstharz, aufgewickelt ist.
Es wurde nun gefunden, dass sich bifi- lare Wicklungen auch für die in Glas ein geschmolzenen Messwicklungen verwenden lassen. Von vorneherein mussten hier Beden ken bestehen, dass die elektrische Leitfähig keit der Gläser, insbesondere-,bei Tempera turen über 300 C, die Verwendung einer ein geschmolzenen bifilaren Wicklung ausschlie ssen würde. Es wurde jedoch gefunden, dass sich Gläser auswählen lassen, die ein so hohes elektrisches Isolationsvermögen besitzen, dass es auch bei höheren Temperaturen für den vorliegenden Zweck ausreicht.
Für die bifilare Wicklung wird vorzugsweise ein schmales Metallband, insbesondere aus Platin, benutzt.
Die bifilare Wicklung ergibt den Fort schritt, dass man bei ihrer Herstellung den Widerstandswert in einfacher Weise genau abgleichen kann, indem man durch Zusam mendrehen ihrer Enden die Länge der Wick lung am Umkehrpunkt der bifilaren Wick lung verkürzen kann.
Wenn man den Umkehrpunkt der bifi- laren Wicklung vorzugsweise an das untere Ende des Widerstandsthermometers verlegt, müssen beide Zuleitungsdrähte nur bis an das obere Ende der Messwicklung geführt werden.
Hierdurch kann eine erhebliche Ersparnis an Platin oder Platinmanteldraht erzielt wer den; bei Widerstandsthermometern mit uni- filarer Wicklung muss nämlich der eine Zu leitungsdraht über die gesamte Länge des @Viderstandsthermometers bis an das untere Ende der Messwicklung geführt werden, wo bei dieser Draht aus Festigkeitsgründen eine vergleichsweise grosse Dicke aufweisen muss. Vorzugsweise wird man die Zuleitungen aus Unedelmetallen herstellen, und das Ein schmelzen der Metalldrähte in das Glas bei Temperaturen unterhalb von l000 durch führen.
Besondere Fortschritte werden erzielt, wenn man bei der Herstellung der Wider standsthermometer von den bisher benutzten Gläsern - Quarzglas und Hartglas - zu andern Gläsern übergeht. Das Quarzglas thermometer mit eingeschmolzener Platin- Bifilarwicklung hat eine Reihe von Vor zügen, von denen einige herausgegriffen seien: Der Widerstand kann beim Eispunkt recht genau abgeglichen werden; man kann das Quarzglasthermometer mit kleinem Durchmesser und geringer Wärmekapazität herstellen; der elektrische Isolationswert des Quarzglases ist sehr gut; man verwendet das Quarzglasthermometer bis zu Temperaturen von ö00 C und darüber.
Diesen Vorzügen der Quarzglasthermometer stehen jedoch die Nachteile gegenüber, dass es gewisse Schwie rigkeiten macht, innerhalb geringer Schwan kungen genau einstellbare Temperaturkoeffi zienten zu erhalten, und dass auch die Un veränderlichkeit des Eispunktswiderstandes nach häufigerem Temperaturwechsel noch nicht vollkommen ist. Man führte zunächst diese Veränderung auf den stark voneinander abweichenden Ausdehntuigskoeffizienten des Platins und des Quarzglases zurück.
Tat sächlich kann man durch Verwendung von Hartglas. dessen Ausdehnungskoeffizient in der Nähe des Ausdehnungskoeffizienten des Platins liegt, Thermometer herstellen, bei denen Ausfälle durch die genannten Fehler nicht in Erscheiniuig treten. Man muss aber zur Erreichung dieses Vorteils einige der oben erwähnten wesentlichen Vorteile der Quarzglasthermometer aufgeben. So sind die Hartglasthermometer nur bis zu Tempera turen etwas oberhalb<B>300'</B> C zu verwenden, da. der Glasträger bei höheren Temperaturen ein zu hohes elektrisches Leitvermögen be sitzt.
Es wurde nun die Beobachtung gemacht, dass man durch Verwendung von Gläsern, die in ihren physikalischen Eigenschaften zwi schen dem Hartglas und dem Quarzglas lie gen, ein Widerstandsthermometer erhält, das die Vorzüge der beiden verschiedenen Ther mometer vereinigt, ohne ihre Nachteile auf zuweisen. Bekanntlich läuft die Erhöhung des Transformationspunktes der Gläser mit. der Erniedrigung des elektrischen Leitver mögens und der Erniedrigun- des thermi schen Ausdehnungskoeffizienten ungefähr parallel.
Dementsprechend liegen die Gläser, mit, denen der erwähnte Fortschritt erzielt wird, mit allen drei genannten Eigenschaften zwischen den Eigenschaften der normalen Gläser und des Quarzglases. Bewährt haben sieh Gläser mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 10.10--7 und 70.10-7, insbesondere zwischen 30 .10-7 und 50.10-7. Es handelt sich hierbei insbe sondere um alkaliarme Gläser, die einen Transformationspunkt oberhalb von 600 C aufweisen.
Ein Beispiel für ein derartiges Glas ist das unter der Warenbezeichnung "Supremaxglas\ im Handel befindliche Glas. Dieses bekannte Glas weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der Nähe von 33 .10-7 auf, während Quarzglas einen Aus dehnungskoeffizienten von 5.10-7 und die normalen Platineinschmelzgläser einen Aus- dehnungskoeffizienten von ungefähr 80<B>-10-7</B> besitzen.
Das handelsübliche "Supremagglas" besitzt einen Transformationspunkt von 730 ; während die normalen Gläser einen Transfor-- mationspunkt in der Nähe von 500 C und Quarzglas einen Transformationspunkt von 1050 C besitzen.
Das "Supremaxglas" er reicht erst in der Nähe von 600 C die gleiche elektrische Leitfähigkeit, die normale Platin- einschmelzglä.ser zwischen etwa 150 und<B>350'C</B> besitzen. Weitere Beispiele von Gläsern, die zur Herstellung von Widerstandsthermometern nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, enthält die deutsche Patent schrift Nr. 541554.
Widerstandsthermometer aus diesen hoch schmelzenden Gläsern stehen auffallender weise in ihren Eigenschaften nicht etwa in der litte zwischen den beiden bekannten Thermometern, wie man auf Grund der Stel lung der hochschmelzenden Gläser zwischen den normalen Gläsern und dem Quarzglas annehmen könnte. Vor allem hätte man ver muten können, dass die hochschmelzenden Gläser wegen ihres geringen Ausdehnungs koeffizienten, der erheblich unter dem Aus dehnungskoeffizienten des einzuschmelzenden Platins liegt, Veränderungen des Eispunkts widerstandes nach häufigem Temperatur wechsel zur Folge haben.
Dies ist aber nicht der Fall zum Zeichen dafür, dass diese Er- seheinungen auf andere Ursachen zurückzu führen sind, die jetzt aufgeklärt wurden: Bei den Quarzglasthermometern bildet der geringe Ausdehnungskoeffizient nicht allein die Ursache für die Gefahr einer Verände rung des Eispunktswiderstandes nach häu figem Temperaturwechsel, vielmehr kommt hier noch der ungünstige Umstand hinzu, dass der Transformationspunkt des Quarzglases bei 1050 C erheblich oberhalb der Rekristalli- sationstemperatur des Platins bei 800 C liegt.
Infolgedessen wird der Platinwider- standsdraht beim Einschmelzen in das Quarz glas in einen grobkristallinen Zustand über führt. Dieser Zustand kann nun bei Tem peraturveränderungen infolge der verschieden starken Ausdehnung des Quarzglases und des Platins die Veranlassung zur Bildung von Übergangswiderständen an den Korngrenzen des Platins geben und so ein Ansteigen des Eispunktswiderstandes nach längerem Ge brauch herbeiführen.
Anders liegen die Ver hältnisse bei den handelsüblichen, hoch schmelzenden Gläsern mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit, die durch ein TI"", von 200 bis 700 C bestimmt ist; hierbei ist unter Tkloo diejenige Temperatur verstanden, bei welcher die spezifische elektrische Leit fähigkeit 100.10-10 Ohm-' cm-1 beträgt, das heisst also, dass diese Gläser bei einer zwischen 200 und 700 C liegenden Tem peratur eine elektrische Leitfähigkeit von 100 . 10-1 Ohm-1 cm-' haben.
Da bei diesen Gläsern der Transformationspunkt zwar ü hoch, zum Beispiel bei 730 , aber noch unter halb der Rekristallisationstemperatur des Platins liegt, tritt beim Einschmelzen des Platins in diese Gläser keine Rekristallisa- tion auf und infolgedessen bleibt der Eis punktswiderstand auch nach häufigem Tem peraturwechsel konstant, obwohl der Ausdeh nungskoeffizient dieser Gläser von dem Aus dehnungskoeffizienten des Platins ebenfalls stark abweicht.
Bei Verwendung der hochschmelzenden Gläser erhält man ein Widerstandsthermo meter, das auch im übrigen alle oben bespro chenen Vorteile des Quarzglasthermometers und des Hartglasthermometers vereinigt, ohne die Nachteile dieser Thermometer zu zeigen, unter Erzielung einer vollkommenen Ein schmelzung ohne feine Risse, durch die Luft an die Bifilarwicklung herantreten könnte. Ein solches Thermometer kann bis zu Tem peraturen von 600 C benutzt werden. Vorzugsweise werden die Zuleitungs drähte so befestigt, dass ein Abbrechen ober halb der Einschmelzstelle vermieden wird. eine Beschädigung, die bei den bisher be kannten Thermometern erfahrungsgemäss oft zu beachten war.
Dieser Fortschritt wird erreicht, wenn die Zuführungsdrähte oberhalb der Eintrittsstelle in die Glaseinschmelzung derart geführt sind, dass ein Verbiegen und ein dadurch verursachter Kerbbruch ver mieden wird.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Widerstandsthermometers können zwei #Tesswiel,:lungen vorgesehen sein, indem zwei bifilare VTicklungen auf einem Dorn in Glas eingeschmolzen werden. Man kann so bequem ein Doppelwiderstands thermometer herstellen.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Widerstandsthermometers nach der Erfin dung ist im Schnitt in der beigefügten Zeich nung dargestellt. Diese Ausführungsform weist eine Länge von 5 cm auf. Hierbei ist die bifilare Wicklung A zwischen der innern Hülse B und dem äussern Mantel C, die beide aus "Supremaxglas" bestehen,,eingeschmol zen.
Die Herstellung geschieht in der 'Weise, dass der Widerstandsdraht als bifilare Wick lung<I>A</I> um die Glashülse<I>B</I> gelegt wird; dann wird ein engpassendes Glasröhrchen C dar übergeschoben und durch Erhitzen von aussen werden die Teile B und C miteinander verschmolzen, so dass die 3Tesswicklung A im Glase eingeschmolzen ist, wobei also der in der Zeichnung noch ersichtliche Abstand zwi schen den Teilen B und C verschwindet. Der L?mkehrpunkt D der bifilaren Wicklung be findet sich hierbei am untern Ende des Thermometers.
Die kurzen Zuleitungsdrähte E werden oberhalb der Eintrittsstelle F in das Glas über einen Glaskörper G geleitet, der sich von der Einsehmelzstelle F aus nach oben zunächst verbreitert und schliesslich zu einem abgerundeten Ende verjüngt. Dieser Glaskörper gewährleistet eine feste Führung oberhalb der Einschmelzstelle und verhin dert somit ein Verbiegen und Brechen der Zuführung an der Einschmelzstelle F.
In der Abb. 2 ist ein Querschnitt durch den Glas körper G dargestellt mit den beiden einge schmolzenen Drähten E, die zwischen dem Glaskörper G und dem äussern -Mantel C des Widerstandsthermometers geführt sind.