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Elektromagnetisch arbeitende Vorrichtung zur Temperaturmessung Die
Erfindung betrifft eine elektromagnetisch arbeitende Vorrichtung zur Temperaturmessung.
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Es ist eine Einrichtung zum Prüfen des Wärmeeinflusses bei luftleeren
Kapseln für Aneroidbarometer bekannt, welche einen induktiven Temperaturfühler mit
Erreger- und Induktionsspulen verwendet und einen von der Temperatur beeinflußbaren
ferromagnetischen Bewegungskörper besitzt. Dieser ferromagnetische Bewegungskörper
bildet den Kern einer zum Aufbau eines Magnetfeldes dienenden Spule, beiderseits
welcher je eine Induktionsspule vorgesehen ist.
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Der Kern ist in Längsrichtung frei verschiebbar in einem Gestell angeordnet
und wird von einem Quarzstab getragen, der sich auf der zu untersuchendenluftleeren
Kapsel, die Temperaturen der verschiedensten Höhe ausgesetzt wird, aufsetzt. Mit
dieser Einrichtung wird lediglich geprüft, ob die Kapsel unter dem Einfluß verschiedener
Temperaturen an Ausdehnungen zu- oder abnimmt. Bei Zimmertemperatur ragt der Kern
in die beiden Induktionsspulen gleichweit vor.
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Tritt beim Erniedrigen oder Erhöhen der Temperatur eine Änderung der
Ausdehnung der luftleeren Kapsel ein, so wird der ferromagnetische Kern verschoben,
so daß er in die eine Induktionsspule weiter eingreift als in die andere Induktionsspule.
Bei dieser Bewegung in dem elektromagnetischen Feld wird in den Induktionsspulen
eine der Ausdehnungsänderung pro portionale Meßspannung erzeugt. Diese gibt, wie
gesagt, nur die Größe der Ausdehnungsänderung an, jedoch nicht die jeweils vorhandene
Temperatur.
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Diese Einrichtung ließe sich wohl auch zu Temperaturmessungen verwenden.
Sie hat aber den Nachteil, sehr umfangreich und teuer zu sein, weil zu ihrer Gestaltung
Quarzstäbe verwendet werden, um den Einfluß der Temperatur der Umgebung auszuschalten.
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Die Erfindung bezweckt, eine elektromagnetisch arbeitende Vorrichtung
zur Temperaturmessung mit einem in einem elektromagnetischen Feld beweglichen, von
Induktionsspulen umgebenen ferromagnetischen stabförmigen Körper und mit einem mit
diesem verbundenen, von der Temperatur beeinflußbaren Körper zu schaffen, die wesentlich
kleinere Abmessungen besitzt, geringere Herstellungskosten verursacht und einfacher
zu handhaben ist als die bekannte Ausführung dieser Art. Diese Aufgabe wird dadurch
gelöst, daß erfindungsgemäß der ferromagnetische Körper ein Torsionsstab bzw. -rohr
ist, welcher bzw. welches in einem zirkularen Magnetfeld in sich verdrehbar angeordnet
und mit dem von der Temperatur beeinflußten Körper derart verbunden ist, daß die
durch Temperaturänderungen entstehenden Längenänderungen desselben ein den Torsionskörper
ver-
windendes Drehmoment erzeugen. Beim Betrieb dieser Einrichtung wird von dem
Prinzip des sogenannten umgekehrten Wiedemanneffektes Gebrauch gemacht. Dieser Effekt
bedeutet, daß beim Recken, Drücken oder Verdrehen eines längs magnetisierbaren Stabes
Veränderungen der Magnetisierung auftreten, welche in einer den magnetisierten Körper
umgebenden Spule Induktionsströme erzeugen.
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Die Erfindung läßt sich in der verschiedensten Weise konstruktiv
durchführen.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einigen typischen Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es zeigt Abb. 1 den Temperaturmeßkörper teilweise im Schnitt und teilweise
in Ansicht, Abb. 2 eine andere Ausführung eines Temperaturmeßkörpers im Aufriß und
in Abb. 3 im Grundriß, Abb. 4 den Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines
Temperaturmeßkörpers, welcher zu Hochtemperaturmessungen bestimmt ist, und schließlich
Abb. 5 den Schnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Temperaturmeßkörpers,
welcher zu Temperaturmessungen, die an unzugänglichen Stellen durchzuführen sind,
benutzbar ist.
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Das elektromagnetische Thermometer besteht aus vier Teilen, dem Umformungsteil,
dem Torsionskörper, dem Erregungsteil und dem Aufnahmeteil.
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Das in Abb. 1 dargestellte elektromagnetische Thermometer besitzt
einen Mantel 1, der in beiden
Hälften mit schraubenförmigen Schlitzen
2 versehen ist. Die Schlitze der beiden Hälften sind gegenläufig zueinander. Dieser
Mantel 1 ist an einem Torsionskörper 3, und zwar an dessen Enden und in der Mitte,
fest angebracht. Auf dem Torsionskörper 3 sitzen in gewissem Abstand hintereinander
zwei Spulen 4, die gemeinsam von einer Torsionsspule 5 umschlungen sind.
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Der Mantel 1 ist aus einem Werkstoff von anderen Dehnungskoeffizienten
als der Torsionskörper 3 angefertigt. Infolgedessen verursacht eine Temperaturänderung
und die besondere Form des mit den schraubenförmigen Schlitzen 2 versehenen Mantels
1 eine Beanspruchung des Torsionskörpers auf Drehung, Zug und Druck. Falls nun durch
einen Erregungsstrom ein zylindrisches elektromagnetisches Feld mittels der TorroidspuleS
um den Torsionskörper erzeugt wird, so wird durch die Verdrehung eine längliche
Komponente erzeugt, welche der Größe des Verdrehens und daher auch der Temperatur
proportional ist. Diese induziert in den Aufnahmespulen eine an einem Anzeigeinstrument
angezeigte elektromotorische Kraft. Das elektromagnetische Thermometer gemäß der
Erfindung funktioniert auch im umgekehrten Sinn, wenn man den Erregerkreis mit dem
Aufnahmekreis vertauscht.
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Bei der Ausführung nach Abb. 2 und 3 weist das elektromagnetische
Thermometer eine Grundplatte 6 auf, auf welcher zwei einander gegenüberliegende
Lappen 7 sitzen, die mit Planchetten 8 verbunden sind. Eine der Planchetten ist
mit einer Hülse 9 verbunden, welche den senkrecht zur Verbindungslinie der Lappen
7 verlaufenden Torsionskörper 3 umgibt und in der Nähe der Stirnflächen 10 an diesem
befestigt ist. Dieser Torsionskörper 3 ist durch einen von seiner Mitte ausgehenden,
die Hülse 9 in einem Ausschnitt mit Spiel durchdringenden, schräg zur Grundplatte
verlaufenden Arm 12 mit einem Lappen 13 an der zweiten Planchette befestigt. Der
Torsionskörper 3 ist wieder von zwei Spulen 4 und einer Torroidspule 5 umgeben.
Das ganze Thermometer ist von einer Seite mittels Isolierungseinlage 16 thermisch
isoliert.
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Die zu messende Temperatur wirkt entweder durch Leitung, Strömung
oder Strahlung auf die Grundplatte 6, welche aus einem Werkstoff mit einem anderen
Dehnungskoeffizienten als die anderen Bestandteile des Thermometers hergestellt
ist. Dehnt sich die Grundplatte 6 aus, so üben die beiden Planchetten 8 ein Drehmoment
über den Arm 12 und die Hülse 9 auf den Torsionskörper aus. Falls, wie in dem ersten
Fall, ein elektromagnetisches Feld durch den Erregungsstrom mittels der Spulen 4
gebildet ist, so wird dieses Feld durch Drehungsbeanspruchung derart verformt, daß
dadurch eine zylindrische Komponente, welche der Größe des Verdrehens und daher
auch der Temperatur proportional ist, hervorgerufen wird.
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Diese induziert in der Torroidspule 5 eine elektromotorische Kraft.
Auch hier kann das Thermometer in umgekehrter Weise arbeiten, wenn man den Erregungskreis
mit dem Aufnahmekreis vertauscht.
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Bei der Ausführung nach Abb. 4 weist das elektromagnetische Thermometer
ein Stäbchen 17 auf, welches in eine Hülse 18 eingelegt ist. Das Stäbchen ist mittels
einer durch eine Röhre 20 geführten Stange 19 mit einem Hebel 21 verbunden, welcher
an einen Torsionskörper 3 angeschlossen ist. Die Röhre endet in einer kleinen Kammer
23, an welche der Torsions-
körper 3 mit seinen beiden Enden befestigt ist. Eine
Feder 24 drückt das Stäbchen 17 in die Hülse 18 hinein. Der Torsionskörper 3 ist
von Spulen 4 sowie einer Torroidspule 5 auf dieselbe Art und Weise, wie es in den
früher angeführten Beispielen der Fall war, umgeben.
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Die gemessene Temperatur verursacht durch den Einfluß der verschiedenen
Dehnungskoeffizienten des Stäbchens 17 und der Hülse 18 eine derartige Verschiebung
der Stange 19 sowie des mit derselben verbundenen Hebels 21, daß dadurch das Verdrehen
des Torsionskörpers 3 verursacht wird. Wie in den vorher angeführten Beispielen
wird eine elektromotorische Kraft in der Aufnahmespule mittels des Erregungskreises
und des Verdrehens des Torsionskörpers 3 erzielt.
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Bei der Ausführung nach Abb. 5 beeinflußt die Temperatur ein Gefäß
27, in dem sich ein Ausdehnungsmedium, Flüssigkeit oder Gas 28, befindet. Das Gefäß
27 ist mittels eines Kapillarröhrchens 29 mit einem durch ein gewelltes Rohr 30
umschlossenen Raum verbunden. Ein Ende des gewellten Rohres 30 ist mit dem einen
Teil eines Rahmens 31 verbunden.
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In diesen sind die Enden der als doppelgängige Schraube gewundenen
Torsionsstäbe 3 verankert. Sein mittlerer, das eine Ende der Schraube bildender
Teil ist an der gegenüberliegenden Leiste des Rahmens 31 befestigt. Auf diesem Torsionskörper
3 ist die Spule 4 aufgezogen.
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Die erhöhte Temperatur verursacht eine relative Vergrößerung des
Volumens der Flüssigkeit 28 zum Volumen des Gefäßes 27, so daß die Flüssigkeit durch
das Kapillarröhrchen 29 in den durch das gewellte Rohr 30 verschlossenen Raum gedrängt
wird. Dabei wird das gewellte Rohr ausgedehnt, wodurch der Torsionskörper 3 wiederum
auf Drehung beansprucht wird. Falls sich nun in diesem Torsionskörper 3 auf Grund
des direkt in den Torsionskörper eingeführten Erregungsstromes ein elektromagnetisches
Feld bildet. dann wird dieses Feld durch die Drehungsbeanspruchung derart verformt,
daß eine der Größe des Verdrehens und daher auch der Temperaturhöhe proportionale
längliche Komponente entsteht und in der Spule 4 eine elektromotorische Kraft induziert
wird.
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Die beiden Kreise (Aufnahme- und Erregungskreis) können gegeneinander
ausgewechselt werden.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip, Wärme zur Verdrehung
eines Torsionskörpers auszunutzen, durch die Verdrehung eine elektromotorische Kraft
zu erzeugen und durch deren Größe die Temperatur zu messen, läßt sich selbstverständlich
auch noch auf mancherlei andere Weise praktisch verwirklichen. Bei gut gewählten
Werkstoffen der Spulenwicklung sowie der dazu nötigen Isolierung ist man imstande,
bei einem sehr breiten Temperaturbereich erfolgreich genaue Messungen durchzuführen,
da die auf diese Weise erzielte elektromotorische Kraft von beträchtlicher Größe
ist. Das neue Gerät erleichtert die Einführung des Thermometers auch überall dort,
wo bisher die Durchführung von Temperaturmessungen sowie die Registrierung von Temperaturen
wenig günstig erschien. Die ganze Apparatur ist einfach und preiswert.