DE1184526B

DE1184526B - Thermoelektrische Sonde zum Messen der Temperatur eines Stroemungsmediums und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1184526B
Application number: DEE22785A
Authority: DE
Inventors: Mario Dalle Donne; Francis Henry Bowdi Dorchester
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1961-04-28
Filing date: 1962-04-27
Publication date: 1964-12-31

Description

Thermoelektrische Sonde zum Messen der Temperatur eines Strömungsmediums und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine thermoelektrische Sonde zur Messung der Temperatur eines Strömungsmediums.
Die durch eine Meßsonde in einem Strömungsmedium gemessene Temperatur ist von dem Verhältnis zwischen dem von dem Strömungsmedium auf die Sonde übergehenden Wärmestrom und den Wärmeverlusten der Sonde infolge von Abstrahlung und Ableitung abhängig.
Nun nimmt einerseits der von der Sonde aufgenommene Wärmestrom mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit des Mediums entlang der Sonde ab, während andererseits die Wärmeverluste der Sonde bei hoher Temperatur schnell zunehmen. Aus diesen beiden Faktoren ergibt sich, daß die durch die üblichen Temperatur-Meßsonden gelieferte Anzeige bei Strömungsmedien mit hoher Temperatur und geringer Durchflußmenge (besonders bei Strömungsmedien von geringer spezifischer Masse, wie beispielsweise Gas) erheblich von der tatsächlichen Temperatur des Strömungsmediums abweicht.
Dieses Problem ist bisher zum Teil dadurch gelöst worden, daß man die Wärmeverluste der Sonde in größtmöglichem Umfang verringerte und das Strömungsmedium bei hoher Geschwindigkeit durch eine kleine Öffnung hindurch ansaugte, in der der Meßdraht des Thermoelements angeordnet war. Dieses Hilfsmittel erweist sich als unzureichend, da die Durchflußmenge des Mediums infolge des sehr geringen Querschnittes des Meßdrahts des Thermoelements, der ihn sehr zerbrechlich macht, sehr gering ist.
Es sind bereits Thermoelemente bekanntgeworden, bei denen die eine Elektrode aus einem Rohrstück oder einer Platte besteht, während die andere Elektrode wie üblich einen Draht darstellt und die thermoelektrische Kontaktstelle die VerbinAgsfläche zwischen den beiden Metallteilen ist und die eine Elektrode das Meßobjekt selbst datellt.-Derartige bekanntgewordene Thermoelemente eignen sich nicht für eine genaue Temperaturmessung eines Strömungsmediums.
Ziel der Erfindung ist demgegenüber eine thermoelektrische Sonde, die die vorstehend erörterten Mängel vermeidet und unter allen Meßbedingungen einen genauen Wert der Temperatur eines Strömungsmediums liefert, wobei die Sonde besonders für die Temperaturmessung von in Ruhe befindlichen oder langsam strömenden Gasen geeignet ist. Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß der Strömungsverlauf durch die gemäß der Erfindung ausgebildete Meßstelle nicht beeinflußt wird.
Die Merkmale der Erfindung bestehen darm, daß das Sondenrohr in zwei Teile aus Matenal verschiedenen thermoelektrischen Potentials unterteilt ist und die linien- oder flächenhafte Verbindungsstelle beider Teile in an sich bekannter Weise die thermoelektrische KontaktsteRe bildet.
Die Verbinchulg kann einfach aus einer Stumpfschweißung von zwei zusammengefügten rohrförmigen Teilen aus metallischen Werkstoffen mit ausreichend ungleichen thermoelektrischen Eigenschaften bestehen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der, beispielsweise, jedoch nicht beschränkend, einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung darstellenden thermoelektrischen Sonde veranschaulichenden Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine durch eine Wand 2 umschlossene Gasatmosphäre 1, deren Temperatur gemessen werden soll. Diese Atmosphäre kann der Ausgang einer Durchflußmenge sein, deren Geschwindigkeit sehr gering sein oder sogar den Wert Null haben kann. Eine rohrförmige thermoelektrische Sonde 3 geht durch eine Öffnung in der Wand 2 hindurch, gegen die ihre Seiteníläche anliegt. Die Sonde 3 weist eine thermoelektrische Verbindung 4 auf, die aus der Berührung zweier rohrförmiger Teile 3 a und 3b aus thermoelektrischen Werkstoffen mit ausreichend thermoelektrisch ungleichen Eigenschaften besteht. Als Beispiel kann das Teil 3 a aus Platin und das Teil 3 b aus Platin-Rhodium mit 13 O/o Rhodium bestehen. Zur Schaffung einer die thermoelektrische Verbindung 4 bildenden Berührungsfläche stoßen die Teile aneinander an. Leitungsdrähte 6 und 7 aus Platin bzw. aus Platin-Rhodium verbinden die rohrförmigen Teile 3 a und 3b mit einem nicht dargestellten Meßkopf, der die an der Verbindung auftretende elektromotorische Kraft ermittelt und eine Anzeige über die Temperatur des Gases liefert.
Die eigentliche Sonde weist in ihrem Inneren einen sich verengenden und anschließend sich erweiternden Kanal 8 auf, dessen engster Querschnitt mit der Verbindung zwischen den beiden Teilen zusammenfällt. Man führt in dem sich verengenden Abschnitt des Kanals eine Gasströmung herbei, indem man beispielsweise das freie Ende des rohrförmigen Teiles 3b an eine Saugdruckquelle anschließt oder einen auf beiden Seiten der Wand bestehenden Druckunterschied verwendet. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases nimmt bis zu der Verbindung 4 zu, worauf sie über den gesamten sich erweiternden Abschnitt des Kanals abnimmt.
Durch Widerstandsabschmelzschweißung von zwei massiven Metallteilen, von denen das eine aus Platin und das andere aus Platin-Rhodium besteht, ist eine Temperatur-Meßsonde nach der Erfindung hergestellt worden. Man hat diese Werkstoffe gewählt, weil die zu messende Temperatur in der Größenordnung von 10000 C liegt. Das so erzielte zusammengesetzte Teil ist bearbeitet worden, um ihm die in der Zeichnung dargestellte Form zu geben, worauf die Wand des im Inneren der Sonde vorhandenen Kanals 8 zum Erzielen eines zufriedenstellenden Oberflächenzustandes poliert worden ist. Schließlich ist die Sonde in die Öffnung der Wand, die im vorliegenden Falle aus einer mit dem Warenzeichen »Nimonic 75« bezeichneten Legierung besteht, eingesetzt und eingelötet worden.
Die Hauptabmessungen der Sonde sind folgende: Innendurchmesser an der engsten Querschnittstelle ... ...... .... .... 0,5 mm Krümmungsradius des Profils an der Wand des sich verengenden Abschnitts 1 mm Konizität des sich erweiternden Abschnitts 100 Gesamtlänge der Sonde . . etwa 10 mm Diese Abmessungen sind, ebensowenig wie die über die Form und die Bestandteile des sich verengenden und anschließend erweiternden Kanals gemachten Angaben, nicht als beschränkend anzusehen. Desgleichen braucht die thermoelektrische Verbindung nicht unbedingt eine vollständige Ringzone einzunehmen, obwohl diese Anordnung offenbar die zweckmäßigste ist.
Zum Messen der Temperatur kann es vorteilhaft sein, mindestens einen Teil des aus einer in Ruhe befindlichen oder langsam strömenden Atmosphäre entnommenen Strömungsmediums durch die erfindungsgemäße Sonde zu leiten. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, zusätzlich Mittel vorzusehen, die die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums durch das rohrförmige Teil der erfindungsgemäßen Sonde erhöhen.

Claims

Patentansprüche: 1. Thermoelektrische Sonde zur Messung der Temperatur eines Strömungsmediums, d a -durch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (3) in zwei Teile (3 a; 3 b) aus Material verschiedenen thermoelektrischen Potentials unterteilt ist und die linien- oder flächenhafte Verbindungsstelle (4) beider Teile in an sich bekannter Weise die thermoelektrische Kontaktstelle bildet.
2. Thermoelektrische Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer linienhaften Verbindung (4) diese an der Innenwandung des Rohres angeordnet ist.
3. Thermoelektrische Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle (4) bei einer Sonde mit einem sich verengenden und anschließend erweiternden Durchströmungskanal (8) an der Stelle des geringsten Innenquerschnittes der Sonde liegt.
4. Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Sonde nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei massive Teile aus Material verschiedenen thermoelektrischen Potentials endseitig miteinander verbunden werden und durch die aus den beiden Teilen bestehende Einheit hindurch der Strömungskanal in der Weise hergestellt wird, daß die Verbindungsstelle an der für die Messung vorgesehenen Stelle liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 700 297; britische Patentschrift Nr. 795 035; USA.-Patentschriften Nr. 2 496 807, 2 928 279.