DD245722A1 - Peltierthermostat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Peltierthermostaten zur Einregelung und Messung der Erstarrungstemperatur unter Ausnutzung der beim Phasenuebergang auftretenden Impedanzaenderung. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Mess- und Regelzelle hierfuer, die es erlaubt, den Thermostaten sowohl als Eispunkt-Referenzstelle fuer Temperaturmessungen mit Thermoelementen als auch in der Kryoskopie zur Gefrierpunktbestimmung zu nutzen. Die erfindungsgemaesse Messzelle ist gekennzeichnet dadurch, dass sie aus einem kompakten vorzugsweise quaderfoermigen Metallblock besteht, der an der Grundflaeche mit einer Peltierelementeanordnung verbunden ist und im Zentrum eine kreiszylindrische Kammer aufweist, die ausser der Fluessigkeit noch ein koaxial angeordnetes Metallrohr als Elektrode enthaelt und durch Silikongummistopfen verschlossen ist, wobei das Volumen der Fluessigkeit 10 bis 20 Prozent des Metallblockvolumens betraegt. Die Messzelle ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfuehler in der oberen Haelfte des Blockes positioniert sind und die Messleitungen in Bohrungen unterhalb der Fluessigkeitskammer nahe der Peltierelementanordnung in thermischen Kontakt mit dem Block stehen. Fig. 1

Description

und die Gegenelektrode werden über Bohrungen im unteren Teil des Blockes herausgeführt. Damit wird der Einfluß des Wärmeaustauschers mit der Umgebung über diese Drähte auf die Meß- und Regelgenauigkeit stark verringert. Es wurde weiterhin gefunden, daß sich die Temperaturregelung des Thermostaten dann mit relativ geringem elektronischen Aufwand durchführen läßt, wenn das Flüssigkeitsvolumen in der Zelle zwischen 10 und 20% des Metallvolumens beträgt. Die Metallelektrode besteht erfindungsgemäß aus einem dünnen beiderseits offenen Metallrohr, wodurch das vollständige Füllen der Kammer bzw. der Wechsel der Flüssigkeit leicht durchführbar wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Figuren 1 und 2 genauer erläutert werden. Die in Figur 1 im Schnitt dargestellte Zelle eignet sich besonders zur Einregelung des Eispunktes als Referenztemperatur für Thermoelemente. Die in Figur 2 im Schnitt dargestellte Zelle ermöglicht einen raschen Flüssigkeitswechsel und ist daher auch besonders zur Gefrierpunktbestimmung geeignet.

In beiden Ausführungsbeispielen hat der Metallblock 1 Würfelform, mit einer Kantenlänge von beispielsweise 10mm. Der vorzugsweise aus Kupfer bestehende Block ist mit einer Peltierbatterie 2 in gutem Wärmekontakt, vorzugsweise verlötet. Die Bohrung 3, in der sich die Flüssigkeit befindet, verläuft bei der ersten Ausführungsvariante parallel, bei der zweiten Ausführungsvariante senkrecht zur Kühlfläche der Peltierbatterie. Der Durchmesser der Flüssigkeitskammer beträgt beispielsweise 4mm. Die Kammer wird durch die Silikongummistopfen 5 verschlossen. Die Elektrode 4 besteht vorzugsweise aus dünnwandigen Edelstahlrohr von beispielsweise 0,5 mm Außendurchmesser und hat wie die Wand der Flüssigkeitskammer einen Edeimetallüberzug. Bei Variante 1 ist die Elektrode nicht fest mit dem Silikongummistopfen verbunden. Bei der Füllung und dem Verschluß der Zelle wird die Elektrode zunächst etwas herausgezogen, damit überschüssige Flüssigkeit beim Eindrücken des Stopfens heraustreten kann. Danach wird die Elektrode bis in den gegenüberliegenden Stopfen gestochen, so daß ein dichter Abschluß entsteht. Der Metallblock 1 ist in beiden Ausführungsbeispielen dicht oberhalb der Grundfläche durchbohrt zum Zwecke der Durchführung der in den Figuren nicht dargestellten Zuleitungen zu den Temperaturfühlern und der Elektrode 4. In diesen Bohrungen? wird durch elektrisch isolierende, thermisch aber gut leitende Füllstoffe für einen guten Wärmekontakt gesorgt. In den Bohrungen 6 in der oberen Hälfte des Metallblockes ist der aktive Teil derTemperatursensoren mit gutem Wärmekontakt eingesetzt.

Claims (3)

Erfindungsanspruch:

1. Peltier-Thermostat zur Einregelung und Messung der Erstarrungstemperatur, wobei die beim Erstarren auftretende Impedanzänderung als Regelgröße benutzt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Meß- und Regelzelle aus einem kompakten Metallblock (1} besteht, der an der Grundfläche mit einer Peltierbatterie (2) in gutem Wärmekontakt steht, an der restlichen Oberfläche thermisch gut isoliert ist, der weiterhin im Zentrum eine kreiszylindrische Flüssigkeitskammer (3) mit darin koaxial angeordneter Elektrode (4) und mit Verschlußstopfen (5) enthält, bei dem Temperaturfühler in Bohrungen (6) in der oberen Blockhälfte positioniert und ihre Zuleitungen zunächst durch Bohrungen (7) unterhalb der Flüssigkeitskammer durchgeführt werden.

2. Peltier-Thermöstat nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Volumen der Flüssigkeitskammer 10 bis 20% des Metallblockvolumens beträgt.

.3. Peltier-Thermostat nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektrode (4) aus einem offenen Metallrohr

besteht.
4. Peltier-Thermostat nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Verschlußstopfen (5) aus Silikongummi bestehen.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Peltierthermostaten, der auf dem Gebiet der Temperaturmessung zur Erzeugung definierter Temperaturen vorzugsweise für Thermoelemente und zur Kryoskopie verwendet werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bereits ein Peltierthermostat zur Einregelung der Eispunkt-Temperatur als Bezugstemperatur für Thermoelemente bekannt (Polnitzky, H., Zeitschrift für Instrumentenkunde 73 [1965] S. 11-13), bei dem die elektrische Widerstandsänderung des Wassers beim Gefrieren als Regelgröße benutzt wird. Dieser Thermostat hat den Nachteil, daß die Referenzstellen der Thermoelemente stets eine negative Abweichung von etwa 0,03 K vom Gefrierpunkt haben und Störungen, die von Teilen der Peltierbatterie kommen, noch relativgroße Kurzzeitschwankungen der Temperatur verursachen können. Es ist daher ein relativ hoher Aufwand erforderlich, um diese Störungen zu unterdrücken.

Die ungünstige Form und der Verschluß der Flüssigkeitszelle dieses Thermostaten erlauben es außerd.em nicht, diesen Thermostaten für die Kryroskopie einzusetzen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist ein Peltierthermostat zur Einregelung und Messung der Erstarrungstemperatur, unter Ausnutzung der beim Erstarren auftretenden Impedanzänderung als Regelgröße, der eine höhere Genauigkeit bei geringeren Herstellungskosten besitzt und bei dem die Flüssigkeitszelle so gestaltet ist, daß sie sich leicht auch in Miniaturform herstellen und für die Kryoskopie verwenden läßt. *

Darlegung des Wesens der Erfindung

Bei dem bekannten Eispunkt-Thermostaten nach Polnitzky besteht die Meßzelle aus zwei übereinanderliegenden durch ein elektrisch isolierendes Rähmchen getrennten ebenen Metallplatten. In der unteren, von einer Peltierbatterie gekühlten Platte sind in Bohrungen parallel zur Plattenebene die Temperaturfühler, d.h. die.Thermoelemente untergebracht. Da infolge der unvollkommenen Wärmeisolation ständig Wärme von der oberen Platte durch die Phasengrenze in die Peltierbatterie fließt, liegt die Temperatur der Thermoelemente stets unterhalb der Gefriertemperatur. Kühlleitungsschwankungen der Peltierbatterie gelangen als Temperaturschwankungen zuerst zu den Thermoelementen bevor sie die Phasengrenze erreichen und dort eine Änderung derRegelgröße bewirken. Einegünstigere Positionierung der Thermoelemente im Hinblickauf diese Schwankungen, zum Beispiel jenseits der Phasengrenze in der oberen Platte, ist wegen der dann zu großen Abweichungen vom Eispunkt nicht möglich. Da der Abstand zwischen den Metallplatten gering ist, wird das blasenfreie Füllen der Zelle bzw. ein Flüssigkeitswechsel erschwert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine solche Meß- und Regelzelle zu finden, die sich einfach auch in Miniaturform herstellen läßt, die leicht vollständig mit Flüssigkeit gefüllt und wieder entleert werden kann und bei der die Temperaturfühler so positioniert werden können, daß Störungen von außen, insbesondere von Seiten der Peltierbatterie nur in geringem Maß bis zu den Fühlern gelangen und daß auch die mittlere Abweichung von der Erstarrungstemperatur klein bleibt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meß- und Regelzelle des Thermostaten aus einem kompakten Metallblock besteht, der an seiner Grundfläche in guten Wärmekontakt mit einer Peltierbatterie steht und an der restlichen Oberfläche thermisch gut isoliert ist. Der Metallblock besitzt im Zentrum eine kreiszylindrische Kammer zur Aufnahme der Flüssigkeit mit einer darin koaxial angeordneten Elektrode. Die Flüssigkeitskammer ist durch Stopfen, die vorzugsweise aus Silikongummi bestehen, verschlossen. Die Stopfen werden gleichzeitig zur elektrisch isolierten Durchführung und Zentrierung der Elektrode benutzt. Die Temperaturmeßfühler befinden sich in Bohrungen in der oberen Hälfte des Blockes, wo Kurzzeitschwankungen der Kühlleistung der Peltierbatterie stark gedämpft sind. Die Zuleitungen für die Temperatursensoren