Elektromagnetisches Thermometer
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Thermometer, welches auf der Ausnützung gewisser magnetischer Eigenschaften der ferromagnetischen Werkstoffe beruht.
Es gibt eine ganze Reihe von verschiedenen Thermometern, die auf den verschiedensten physikalischen Vorgängen beruhen. Das elektromagnetische Thermometer, das den Gegenstand dieser Erfindung darstellt, ähnelt am meisten dem Widerstandsthermometer. Dieses Thermometer ist von sehr einfacher Bauart, braucht aber eine präzise Auswerte-Apparatur (z. B. Einrichtungen mit Kreuzspulen). Auch sind die Messungen, besonders bei den Brücken Messmethoden, ziemlich umständlich. Im übrigen kann man jedoch diese Widerstandsthermometer zu Messungen in einem breiten Temperaturbereich gut verwenden.
Das erfindungsgemässe elektromagnetische Thermometer, bei welchem ein ferromagnetischer Torsionskörper, der mittels. eines den Erregungskreis durchfliessenden Stromes magnetisiert wird, mit einer Auf nahmespule versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Element, welches der zu messenden Temperatur ausgesetzt ist, enweder direkt oder über einen Übertragungskörper mit dem Torsionskörper in Wirkverbindung steht, wobei das genannte Element und der Torsionskörper bzw. der Übertragungskörper aus Werkstoffen bestehen, die sich in ihrer Wärmeausdehnungszahl voneinander unterscheiden.
Man kann das erfindungsgemässe elektromagnetische Thermometer in den verschiedensten Formen je nach dem Verwendungszweck und dem gewünschten Temperaturbereich verwirklichen. Einige typische Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung veranschaulicht.
Fig. 1 stellt den Temperaturmesskörper nach der ersten Ausführungsform teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht dar.
Fig. 2 zeigt den Temperaturmesskörper nach dem zweiten Beispiel im Schnitt von der Seite und
Fig. 3 im Grundriss.
Fig. 4 ist ein Schnitt durch den Temperaturmesskörper einer weiteren Ausführungsform, welche zu Hochtemperaturmessungen bestimmt ist, und
Fig. 5 zeigt den Schnitt durch ein Thermometer, wie es zu Temperaturmessungen unzugänglichen Stellen geeignet ist.
Das elektromagnetische Thermometer nach Fig. 1 besteht aus dem Mantel 1, der mit schraubenlinienförmigen Schlitzen 2 versehen ist. Dieser Mantel 1 ist mit dem Torsionskörper 3, und zwar an dessen Rändern und in der Mitte, fest verbunden. Auf dem Torsionskörper 3 sind zwei Spulen 4 und eine Toroidspule 5 aufgezogen.
Da der Mantel 1 und der Torsionskörper 3 aus Werkstoffen mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten angefertigt sind, verursacht eine Temperaturabänderung bei der geeigneten Form des Mantels 1 mit den schraubenlinienförmigen Schlitzen 2 eine Beanspruchung des Torsionskörpers auf Drehung, Zug und Druck. Falls nun durch einen Erregungsstrom in der Toroidspule 5 ein zylindrisches elektromagnetisches Feld gebildet wird, so entsteht eine Längskomponente, welche der Grösse der Verdrehung und daher auch der Temperatur proportional ist, und diese Komponente induziert in den Aufnahmespulen eine elektromotorische Kraft. Beim beschriebenen elektromagnetischen Thermometer kann man auch den Erregungskreis mit dem Aufnahmekreis vertauschen.
In der Ausführungsform gemäss der Fig. 2 und 3 besteht das elektromagnetische Thermometer aus einer Grundplatte 6, auf welche zwei Lappen 7 aufgebracht sind, die mit den Platten 8 verbunden sind.
Eine von den Platten 8 ist mit der Hülse 9 verbunden, welche in der Nähe der Stirnflächen 10 an dem Torsionskörper 11 befestigt ist. Dieser Torsionskörper 11 ist in der Mitte über den Arm 12 und den Lappen 13 an der zweiten Platte 8 befestigt. Der Torsionskörper 11 ist von zwei Spulen 14 und einer Toroidspule 15 umhüllt. Das ganze Thermometer ist von einer Seite her mittels einer Isoliereinlage 16 thermisch isoliert.
Die zu messende Temperatur wirkt entweder durch Leitung, Konvektion oder Strahlung auf die Grundplatte 6, welche aus einem Werkstoff vom anderen Ausdehnungskoeffizient als die anderen Bestandteile des Thermometers hergestellt ist, wodurch in dem Torsionskörper eine Beanspruchung auf Drehung, Biegung und Schub über die Lappen 7, die Platten 8, die Hülse 9 und den Lappen 13 entsteht.
Und, falls ähnlich wie in dem früheren Fall, ein elektromagnetisches Feld durch den Erregungsstrom in den Spulen 14 erzeugt wird, so wird dieses Feld durch die Torsions-Beanspruchung derart verformt, dass dadurch eine Längskomponente entsteht, welche der Grösse des Verdrehens und daher auch der Temperatur proportional ist und welche in der Toroidspule 15 eine elektromotorische Kraft induziert. Auch hier kann der Thermometer in umgekehrter Weise arbeiten, das heisst indem man den Erregungskreis mit dem Aufnahmekreis vertauscht.
Das elektromagneüsche Thermometer nach Fig. 4 besteht aus einem Stab 17, welcher in der Hülse 18 eingelegt ist. Der Stab ist mittels eines Stössels 19, der durch eine Röhre 20 geführt wird, mit dem Hebel 21 verbunden, welcher an den Torsionskörper 22 angeschlossen ist. Die Röhre endet in der Kammer 23, in welcher der Torsionskörper 22 an seinen beiden Enden befestigt ist. Die Feder 24 drückt den Stab 17 in die Hülse 18 hinein. Der Torsionskörper 22 ist von den Spulen 25 sowie der Toroidspule 26 auf dieselbe Art und Weise umgeben, wie es in den früher angeführten Beispielen der Fall war.
Die zu messende Temperatur verursacht infolge der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Stabes 17 und der Hülse 18 eine derartige Verschiebung des Stössels 19 sowie des mit demselben verbundenen Hebels 21, dass dadurch eine Verdrehung des Torsionskörpers 22 verursacht wird. Ähnlich wie in den vorher beschriebenen Beispielen wird bei Stromfluss im Erregungskreis und einer Verdrehung des Torsionskörpers 22 eine elektromotorische Kraft in der Aufnahmespule induziert.
Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, beeinflusst bei dieser Ausführungsform die zu messende Temperatur das Gefäss 27, in dem sich ein geeignetes Medium (Flüssigkeit oder Gas) 28 befindet, welches über ein Kapillarröhrchen 29 mit dem durch das gewellte Rohr 30 verschlossenen Raum verbunden ist. Die Unterseite des gewellten Rohres 30 ist mit dem Rahmen 31 verbunden, in welchem auch der Tor sionskörper 32 in Form n eines doppelgängigen Wen- dels verankert ist, wobei die obere Stirnseite des Rohres in der Mitte des Torsioriskörpers 32 befestigt ist. Auf dem Torsionskörper 32 ist die Spule 33 aufgewickelt.
Eine Erhöhung der Temperatur verursacht eine relative Vergrösserung des Volumens der Flüssigkeit 28 in bezug auf den Rauminhalt des Gefässes 27, so dass die Flüssigkeit durch Vermittlung des Kapillarröhrchens 29 in den durch das gewellte Rohr 30 definierten Raum gedrängt wird. Dabei wird das gewellte Rohr ausgedehnt, wodurch der Torsionskörper 32 wiederum auf Drehung beansprucht wird.
Falls nun in diesem Torsionskörper 32 infolge des Erregungsstromes, welcher direkt in den Torsionskörper eingeführt wird, ein elektromagnetisches Feld vorhanden ist, so wird dieses Feld durch die Torsionsbeanspruchung derart verformt, dass eine Längskomponente entsteht, welche der Grösse der Verdrehung und daher auch der Temperatur proportional ist und die in der Spule 33 eine elektromotorische Kraft induziert. Die beiden Stromkreise (Aufnahmeund Erregungskreis) können wiederum gegeneinander vertauscht werden.
Es gibt ausserdem eine ganze Reihe von verschiedenen anderen Konstruktionsmöglichkeiten, welche alle im Grunde darauf beruhen, dass die zu messende Temperatur eine unterschiedliche Ausdehnung zweier Körper hervorruft, welche in eine Verdrehung eines Torsionskörpers übergeführt wird. Mittels eines gut gewählten Werkstoffes der Spulenwicklung sowie der erforderlichen Isolierung ist man im Stande, in einem sehr breiten Temperaturbereich zu messen. Der grosse Vorteil besteht darin, dass die auf diese Weise erzielte elektromotorische Kraft recht gross ist, was wiederum eine bedeutende Verbilligung bedeutet und daher die Einführung des beschriebenen Thermometers auch in vielen Fällen ermöglicht, wo bisher die Durchführung von Temperaturmessungen sowie die Registrierung von Temperaturen wenig günstig erschien.
Die ganze Apparatur ist einfach und kann auch ohne Elektronik auskommen.