Fühler für Widerstandsthermometer und Verfahren zu dessen Herstellung
Zur elektrischen Messung von Temperaturen verwendet man am Messort als Temperaturfühler in grossem Umfang Drahtspiralen, beispielsweise aus Platindraht. Der Widerstand der Spirale ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur, so dass sich die Temperatur durch Messung des augenblicklichen Widerstandes der Spirale, beispielsweise mittels einer Brückenschaltung, bestimmen lässt. Die Platinspirale ist im allgemeinen in einer Glashülse eingeschmolzen und kann nicht unmittelbar mit dem zu messenden Medium in Berührung stehen, weshalb man sie üblicherweise in einem Schutzrohr unterbringt.
Dieses Schutzrohr muss auch unter rauhen Betriebsbedingungen mechanisch genügend widerstandsfähig sein und soll gleichzeitig ein möglichst günstiges Verhältnis von Wärmekapazität zu Wärmeleitung aufweisen, damit der Messwert möglichst ohne Zeitverzögerung der tatsächlichen Temperatur am Messort folgt. Das niemals gänzlich zu vermeidende Nacheilen der Anzeige gegenüber der tatsächlichen Temperatur wird im allgemeinen durch die sog. Halbwertzeit des Fühlers bewertet, das ist die Zeit innerhalb welcher nach dem plötzlichen Verbringen des Fühlers an dem Messort der Halbe Endausschlag erreicht wird.
Die Erfindung betrifft einen Fühler für Widerstandsthermometer, dessen elektrisch isolierter Fühlerwiderstand sich innerhalb einer Schutzhülse be findet, wobei zwischen Schutzhülse und Fühleiwider- stand eine feste Zwischenlage aus gut wärmeleitendem Material liegt.
Es wurde gefunden, dass ein sehr guter Wärmekontakt zwischen Schutzhülse und Fühlerwiderstand und damit eine besonders günstige Fühlercharakteristik erfindungsgemäss dadurch erreicht werden kann, dass die wärmeleitende Zwischenlage mittels der Schutzhülse fest um den Fühlerwiderstand gepresst ist.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung des neuartigen Fühlers. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der Fühlerwiderstand und die Zwischenlage in die Schutzhülse eingebracht werden und dann die Schutzhülse von aussen mechanisch zusammengepresst wird, bis sie die Zwischenschicht zumindest zonenweise auf den Fühlerwiderstand presst. Vorzugsweise erfolgt das Zusammenpressen der Schutzhülse durch Einwalzen kreisförmiger oder achsparalleler Rinnen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch dieses Zusammenpressen, insbesondere Einwalzen, der zumeist aus Glas od. dgl. zerbrechlichem Isoliermaterial bestehende Isolierkörper des Fühlerwiderstandes fast nie zerstört, jedoch fast immer ein ausgezeichneter Kontakt zwischen Schutzhülse, Zwischenlage und der elektrisch isolierten Oberfläche des Fühlerwiderstandes erreicht wird.
Vorteilhafterweise verwendet man als Material für die Zwischenlage eine oder mehrere Lagen einer Metallfolie. Erfolgt das Umpressen der Schutzhülse um den Fühlerwiderstand durch Einwalzen, so wird gleichzeitig eine gerippte Oberfläche der Schutzhülse erreicht. Dies vergrössert die Oberfläche der Schutzhülse und verringert mindestens teilweise die Wandstärke der Schutzhülse ohne Beeinträchtigung der Festigkeit. Beides bewirkt eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeüberganges vom gemessenen Medium zur Widerstands spirale.
An Hand der beiliegenden Zeichnung wird anschliessend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, wobei
Fig. 1 den Fühler bei der Montage und
Fig. 2 den fertigen Fühler darstellt.
Fig. 1 zeigt im Schnitt das Vorderende des Fühlers bei der Montage. Eine als Messwiderstand dienende Platinspirale befindet sich innerhalb eines Glaskörpers 10, aus dem zwei Anschlussdrähte 12 herausragen. Der Glaskörper 10 wird in ein am vorderen Ende verschlossenes Rohr 14 aus einem korrosionsfesten Material, wie z. B. V4A eingebracht, wobei sich zwischen dem Glaskörper 10 und der Schutzhülse 14 mehrere, darstellungsgemäss drei, Lagen Metallfolie 16 befinden. Die Metallfolie besteht aus gut wärmeleitendem Material, vorteilhafterweise aus Aluminium, Kupfer oder Silber. Darauf wird das Schutzgehäuse 14 fest um den Glaskörper 10 gepresst.
Dadurch ergibt sich ein fester Kontakt zwischen Schutzhülse und Fühlerwiderstand, wodurch der Wärmeübergang erleichtert wird.
Das Anpressen erfolgt hier durch Einwalzen. Die Fig. 2 zeigt den Temperaturfühler nach dem Einwalzen, wodurch parallel zur Achse der Schutzhülse ge richtete Walzrinnen 20 erzeugt wurden. Die Walzrinnen 20 sind so tief, dass beim Einwalzen ein Komprimieren und gegebenenfalls Verformen der zwischen Schutzrohr 14 und Glaskörper 10 befindlichen Metallfolie 16 erreicht wird. Wie man sieht, wird dadurch die Oberfläche des Schutzrohres in der Nähe des Messwiderstandes vergrössert, gleichzeitig verringert sich die Materialstärke im Boden der Rinnen 20, was einen erhöhten Wärmeübergang ohne Verringerung der mechanischen Festigkeit erreichen lässt.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eingeschränkt. So ist es beispielsweise auch möglich, die Walzrinnen längs der Richtung des Schutzrohres verlaufend einzuwalzen.
Weiterhin kann die Zwischenlage zwischen Schutzrohr und Fühlerwiderstand auch aus gegebenenfalls ! einem nicht metallischen Stoff bestehen, der in Folienform oder auch in anderer Form zwischen Schutzrohr und Fühlerwiderstand eingebracht wird.
Wichtig ist eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmekapazität. Diese Eigenschaften sind im allgemeinen in optimaler Weise bei den bereits erwähnten Metallen Silber, Kupfer und Aluminium gegeben.
Resistance thermometer sensors and process for their manufacture
For the electrical measurement of temperatures, wire spirals, for example made of platinum wire, are used to a large extent as temperature sensors at the measurement location. The resistance of the spiral changes as a function of the temperature, so that the temperature can be determined by measuring the instantaneous resistance of the spiral, for example by means of a bridge circuit. The platinum spiral is generally fused in a glass sleeve and cannot be in direct contact with the medium to be measured, which is why it is usually placed in a protective tube.
This protective tube must be sufficiently mechanically resistant even under rough operating conditions and at the same time should have the most favorable ratio of heat capacity to heat conduction so that the measured value follows the actual temperature at the measuring location as quickly as possible. The lag of the display compared to the actual temperature, which can never be completely avoided, is generally assessed by the so-called half-life of the sensor, that is the time within which the half-full deflection is reached after the sensor is suddenly moved to the measuring location.
The invention relates to a sensor for resistance thermometers, the electrically isolated sensor resistor of which is located inside a protective sleeve, with a solid intermediate layer made of a material that conducts heat well between the protective sleeve and the Fühleiwider-.
It has been found that a very good thermal contact between the protective sleeve and the sensor resistor and thus a particularly favorable sensor characteristic can be achieved according to the invention in that the thermally conductive intermediate layer is pressed firmly around the sensor resistor by means of the protective sleeve.
The invention also relates to a method of manufacturing the novel sensor. This method is characterized in that first the sensor resistor and the intermediate layer are introduced into the protective sleeve and then the protective sleeve is mechanically pressed together from the outside until it presses the intermediate layer onto the sensor resistor at least in zones. The protective sleeve is preferably pressed together by rolling in circular or axially parallel grooves.
Surprisingly, it has been shown that this compression, in particular rolling, almost never destroys the insulating body of the sensor resistor, which consists mostly of glass or similar fragile insulating material, but that excellent contact between the protective sleeve, intermediate layer and the electrically isolated surface of the sensor resistor is almost always achieved .
One or more layers of a metal foil are advantageously used as the material for the intermediate layer. If the protective sleeve is pressed around the sensor resistor by rolling, a ribbed surface of the protective sleeve is achieved at the same time. This increases the surface area of the protective sleeve and at least partially reduces the wall thickness of the protective sleeve without impairing the strength. Both effects an additional improvement in the heat transfer from the measured medium to the resistance spiral.
An exemplary embodiment of the invention will then be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, wherein
Fig. 1 shows the sensor during assembly and
Fig. 2 shows the finished probe.
Fig. 1 shows in section the front end of the sensor during assembly. A platinum spiral serving as a measuring resistor is located within a glass body 10 from which two connecting wires 12 protrude. The glass body 10 is sealed in a tube 14 at the front end made of a corrosion-resistant material, such as. B. V4A introduced, with a plurality of, three according to the illustration, layers of metal foil 16 between the glass body 10 and the protective sleeve 14. The metal foil consists of a material that conducts heat well, advantageously aluminum, copper or silver. The protective housing 14 is then pressed firmly around the glass body 10.
This results in firm contact between the protective sleeve and the sensor resistor, which facilitates heat transfer.
The pressing takes place here by rolling. Fig. 2 shows the temperature sensor after rolling, whereby parallel to the axis of the protective sleeve GE directed rolling channels 20 were generated. The rolling channels 20 are so deep that when rolling in, the metal foil 16 located between the protective tube 14 and glass body 10 is compressed and, if necessary, deformed. As you can see, this increases the surface of the protective tube in the vicinity of the measuring resistor, and at the same time the material thickness in the bottom of the channels 20 is reduced, which allows increased heat transfer to be achieved without reducing the mechanical strength.
Of course, the present invention is not restricted to the exemplary embodiment in FIG. For example, it is also possible to roll in the roller troughs running along the direction of the protective tube.
Furthermore, the intermediate layer between the protective tube and the sensor resistor can also be made from! consist of a non-metallic substance, which is inserted in the form of a film or in another form between the protective tube and the sensor resistor.
Good thermal conductivity and low heat capacity are important. These properties are generally optimal for the metals silver, copper and aluminum already mentioned.