DE1080682B

DE1080682B - Anordnung zur Messung der Betriebsdauer von elektrischen Geraeten

Info

Publication number: DE1080682B
Application number: DEL26753A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Wolfgang Berthold; Dr Joachim Weidel; Dr Th Foerster; Dr Juergen Rottgardt
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1957-02-01
Filing date: 1957-02-01
Publication date: 1960-04-28

Description

Anordnung zur Messung der Betriebsdauer von elektrischen Geräten Die Erfindung befaßt sich mit Anordnungen, die die Betriebsdauer von elektrischen Geräten anzeigen. Als Betriebszeitmesser dienen vornehmlich mechanische oder elektrische Zählwerke, die jedoch meist zu unhandlich und kostspielig sind, um mit dem elektrischen Gerät, dessen Betriebszeit angezeigt werden soll, fest verbunden zu werden.
Es sind auch Betriebsstundenzähler bekannt, die auf der Elektrolyse von Flüssigkeiten beruhen. Es handelt sich dabei um Gleichstrom-Elektrizitätszähler, die viel Platz beanspruchen und zudem meist nur in einer definierten Betriebslage einwandfrei arbeiten.
Dieser Nachteil haftet nicht einer weiteren, bekannten Anordnung an, bei der der Elektrolyt geleeartig gebunden ist oder der Ionentransport teilweise oder ausschließlich in Festkörpern erfolgt, wobei dann der Fortschritt des Ionentransports infolge des angelegten elektrischen Gleichfeldes ein Maß für die Betriebsdauer ist.
Derartige Betriebszeitmesser lassen sich räumlich so klein herstellen, daß sie mit dem elektrischen Gerät leicht fest verbunden werden können, sind auch lageunabhängig, weisen jedoch einen entscheidenden Nachteil auf, der ihre Verwendung zur Anzeige der Betriebsdauer von elektrischen Geräten auf wenige Spezialfälle beschränkt: Prozesse, die mit Ionentransport unter Einfluß von elektrischen Feldern verknüpft sind, sind grundsätzlich reversibel, d. h., eine Umkehrung der Polarität bewirkt eine Umkehrung der Transportrichtung der Ionen, das Anzeigeergebnis läßt sich also verfälschen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Messung der Betriebsdauer von elektrischen Geräten ist demgegenüber nicht rückstellbar: Ein weiterer Vorteil ist, daß der vorgeschlagene Betriebszeitmesser keine elektrische Energie benötigt und verschwindend kleinen Platzbedarf hat. Die Anordnung eignet sich vorzüglich zur Anzeige der Betriebsdauer von elektrischen Geräten, bei denen im eingeschalteten Zustand an irgendeiner Stelle eine der Zimmertemperatur gegenüber erhöhte Temperatur entsteht, beispielsweise an Kochplatten, Bügeleisen, Öfen, Tauchsieder, kurz allen Elektro-Wärmegeräten, weiter bei Glühlampen, allen Vakuumröhren mit Glühkathode, Stromrichtergefäßen usw.
Bei einer Anordnung zur Messung der Betriebsdauer von elektrischen Geräten, bei der die Menge eines in einen Festkörper eingewanderten Stoffes als Maß für die gesuchte Größe dient, schlägt die Erfindung vor, daß sowohl der Festkörper als auch ein stets nur in einer Richtung einwandernder fester Stoff während der Betriebsdauer des Gerätes einer Erwärmung ausgesetzt ist und däß das Ausmaß der Stoffeinwanderung entweder durch Betrachtung der optischen Veränderung des Festkörpers durch Bestimmung der Änderung der elektrischen Eigenschaften des Festkörpers oder durch chemische Legierungsanalyse mittels Ätzmittel feststellbar ist.
Beispielsweise wird ein Streifen eines mit einem Edelmetall, z. B. Gold, plattierten oder galvanisch überzogenen Bleches aus einem unedleren Metall, z. B. Silber, Kupfer oder Nickel, gut wärmeleitend mit einem während des Betriebes auf einer Temperatur über 500° C befindlichen Teil des elektrischen Gerätes, z. B. mit der Kathode eines elektrischen Entladungsgefäßes, verbunden. Die beiden Metalle des Bleches diffundieren dabei ineinander in Mengen, die der Quadratwurzel der Betriebszeit proportional sind. Mit zunehmender Betriebsdauer verändert sich die Konzentration, die bei Beginn an der Oberfläche der Edelmetallauflage 100% sei und im Rahmen der interessierenden Betriebsdauer auf einen Endwert von etwa 50% absinkt.
In vorteilhafter Weise lassen sich auch Halbleiter als 'Unterlage verwenden. Als einwandernde Fremdsubstanz dienen zweckmäßgerweise solche der III. oder V. Hauptgruppe des Periodischen Systems, wie z. B. Indium oder Arsen, wenn als Grundsubstanz ein Element der IV. Hauptgruppe verwendet wird, z. B. Germanium oder Silizium. In diesem Falle wirkt Indium als Akzeptor, Arsen als Donator. Bei erhöhten Temperaturen wandern diese Substanzen in den Halbleiter ein und ändern dessen elektrischen Widerstand. Die Tiefe der Einwanderung nimmt mit der Zeit und der Temperatur zu. Bei konstanter Temperatur dient das elektrische Verhalten als Maß für die Betriebsdauer, wobei zweckmäßigerweise vorher eine Eichung vorgenommen wird. Der Bereich der Anzeigemöglichkeit kann mit der Dicke des Kristalls beliebig variiert werden.
Zur Feststellung der Betriebsdauer eines reklamierten Gerätes, beispielsweise einer Elektronenröhre, wird z. B. auf die Goldoberfläche ein Tropfen eines Ätzmittels aufgebracht. Greift dieses die Oberflächenschicht des vergoldeten Bleches an, so hat die Betriebsdauer des elektrischen Gerätes einen durch einmalige Eichung an einer Vergleichsanordnung ermittelten Wert überschritten. Man beginnt mit einem Ätzmittel, Blas bei SO°/o Goldgehalt noch nicht angreift, probiert daraufhin mit um je 51/o konzentrierterem Ätzmittel, und kann so die unbekannte Betriebsdauer mit ausreichender Genauigkeit ermitteln. Die Ermittlung der Konzentrationsänderung kann selbstverständlich auch durch andere, bekannte Methoden erfolgen. So z. B. durch Messung der Strahlungsabsorption an der Edelmetalloberfläche oder Änderung seiner elektrischen Eigenschaften, wie Widerstand oder Thermokraft.
Die Anordnung ist in Fig.1 im Zusammenhang mit einem elektrischen Entladungsgefäß wiedergegeben, wobei alle nicht zum Verständnis der Anordnung erforderlichen Teile weggelassen sind. Mit 2 ist die Kathodenhülse bezeichnet, die durch den Heizer 6 mit den Stromzuführungen 1 auf eine Temperatur von etwa 800° C erwärmt wird. Auf der Oberseite der Kathodenhülse befindet sich die Emissionsmasse 3, während auf der Unterseite der Kathodenhülse ein etwa 0,4 mm starkes Kupferblech 5 wärmeschlüssig befestigt ist, auf dessen Oberfläche die Goldschicht 4 angeordnet ist.
Bei Betrieb des Entladungsgefäßes, d. h. bei Heizung der Kathode auf etwa 800° C, und damit des Kupferbleches 5 mit der Goldschicht 4 verändert sich mit zunehmender Betriebsdauer der Konzentrationsverlauf in dem Kupferblech und in der Goldschicht und damit auch die Goldkonzentration in der Oberfläche der Goldschicht. Die Goldkonzentration in der Oberfläche der Goldschicht stellt ein Maß für die Betriebsdauer dar. In der Fig. 2 sind für verschiedene Betriebsdauern (t = 0 Stunden, t = 240 Stunden und t = 7200 Stunden) die Konzentrationsverläufe wiedergegeben. Die Betriebsdauern sind in der linken Spalte aufgetragen, während in der mittleren Spalte die Konzentrationsverläufe bei den entsprechenden Betriebsdauern wiedergegeben sind. Schließlich sind in der rechten Spalte die Konzentrationen in Prozent bei den entsprechenden Betriebsdauern aufgezeigt. Dabei ist der Diffusion des Kupfers in das Gold ein Diffusionskoeffizient von ungefähr 3,5 - 10-scm2. sec-1 zugrunde gelegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Messung der Betriebsdauer von elektrischen Geräten, bei der die Menge eines in einen Festkörper eingewanderten Stoffes als Maß für die gesuchte Größe dient, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Festkörper als auch ein stets nur in einer Richtung einwandernder fester Stoff während der Betriebsdauer des Gerätes einer Erwärmung ausgesetzt ist und daß das Ausmaß der Stoffeinwanderung entweder durch Betrachtung der optischen Veränderung des Festkörpers, durch Bestimmung der Änderung der elektrischen Eigenschaften des Festkörpers oder durch chemische Legierungsanalyse mittels Ätzmittel feststellbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einwandernde Stoff die spektrale Absorption des Festkörpers ändert.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Körper aus einem Halbleiter besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus Silizium besteht.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus Germanium besteht.
6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einwandernde Fremdsubstanz aus Elementen der III. oder V. Hauptgruppe des Periodischen Systems, beispielsweise aus Indium oder Arsen, besteht.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Festkörper ein Edelmetall, vorzugsweise Gold, dient, in welches ein unedleres Metall, z. B. Silber, Kupfer oder Nickel, eindiffundiert. B. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelmetallauflage durch Elektrolese oder Aufwalzen auf einem unedleren Blech aufgebracht wird. 9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelmetallauflage direkt auf ein während des Betriebes auf über 500° C befindliches Teil des elektrischen Gerätes aufgebracht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 940 481, 858 573.