DE1473246A1 - Geraet zur Abtastung eines Waermestroms mit Thermoelementen - Google Patents

Geraet zur Abtastung eines Waermestroms mit Thermoelementen

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DE1473246A1
DE1473246A1 DE19641473246 DE1473246A DE1473246A1 DE 1473246 A1 DE1473246 A1 DE 1473246A1 DE 19641473246 DE19641473246 DE 19641473246 DE 1473246 A DE1473246 A DE 1473246A DE 1473246 A1 DE1473246 A1 DE 1473246A1
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thermocouples
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heat
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Jiri Cermak
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Czech Academy of Sciences CAS
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Czech Academy of Sciences CAS
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/021Particular circuit arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00Measuring quantity of heat

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

  • Gerõt zur Abtastung eines Wõrmestroms mit Thermoelementen ======================================================== Die Erfindung betrifft ein Gerõt zur Abtastung eines Wärmestromes mit Thermoelementen, die in einer wõrmebestõndigen, elektrisch isolierenden, undurchlõssigen Materialschicht gelagert sind. Die Erfindung betrifft auch die Konstruktion eines solchen Abtastgerõtes, welches auf dom Prinzip der Messung von Wärmeunterschieden auf den Oberflächen von zwei definierten Schichten begründet ist.
  • Bisher bekanate Einrichtungen dieser Art sind mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Sie vertragen keine hohen Temperaturen, besitzen hohe Zeitkonstanten, (kapazitive und Transportrorsbgerung) sie arbeiten auf dom Prinzip der nichtstationõren Wõrmeleitung mit Funktionsunterbrechung, oder deren electrische Leistung am Ausgang des Abtastgerõtes ist derart klein, daB sis mine ganse Reihe von Hilfeeinrichtungon benötigen (spezielle Verstkrker, magnetische Verstõrker, Generaturen einer stabilen Frequenz, Spannungsstabilisatoren u. dgl.), odor sind sie feet an den Wasserumlaufrohren eines Kessels, oder in der Wand eines Wasserumlaufrohrs befestigt und k~nnen deshalb wõhrend des Betriebs nicht ausgewechzelt werden.
  • Die Erfindung bezweckt es, die meisten dieser Nachteile zu bezeitigen insbesondere: komplizierte Konstruktion, Wõrmetrõgheit, Mangel an mechanischer und chemischer Widerstandsf³hrigkeit. geringe Empfindlichkeit und Schwierigkeiten beim Auswechseln.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Gerkt zur Abtastung eines Wõrmestromes mit Thermoelementen, die in einer wõrmebestõndigen, elektrisch isolierenden, undurchlõssigen Materialschlicht gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, da6 die Heisslötatellen mit der Oberflõche der Schicht in BerUhrung stehen, in welche der Wõrmestrom eintritt, wõhrend die Kaltl~tstellen aus der Oberfläche der Schicht, aus welcher der Wõrmestrom in die kWhlende zweiphasige (siedende) Flüssigkeit heraustritt, herausragen.
  • Das Wesen der Erfindung soll nun mit Hilfe des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausf³hrungsbeispiels nicher erklärt werden.
  • Pig. 1 ist ein Schnitt durch das Grundelement des erfindugsgemäBen Abtastgerõtes, Fig. 2 ist ein Schnitt durch das zusammengestellte AbtastgerWt und Fig. 3 zeigt den Einbau des Abtastgerõtes in die'and einer teeselfeuerstelle.
  • In Fig. 1 bezeichnet 1 eine wärmebeständige isolierende, undurchlõssige Schicht, 2 ist die OberflEchc der Schicht, in welche der W&rmentrom eintritt (Eintrittsoberflõche), 3 ist die Oberflõche der Schicht, aus welcher der Wõrmestrom heraustritt (Austrittsoberflõche), 4 ist der auffallende Wõrmestrom, 5 ist die siedende, zweiphasige K³hlfl³ssigkeit, 6 sind die Heiss- und 7 die taltldtstellen der Thermoelemente und 8 ist ein elektrisches Messgerõt.
  • In Fig. 2 bezeichnet 9 das keramische oder metallische Rohr des Abtastgerõres, in welches das Plõttchen (die Schicht) 1 des AbtactgerAtee eingonetst ist, 10 ist der, diesel Rohr abschliessende Deckel an entgegengesetzten Rondo, welcher Deckel mit einer AusfUhrung fUr die Leiter zum Anschluß eines F³hlers versehen ist, 11 ist ein Röhrchen fUr die Zufuhr der KUhlflUssigkeit, 12 ist ein R8hrchen zur Abfuhr des Dampfes 15.
  • In Fig. 3 bezeichnet 13 eine Íffnung (ein Schauloch) in der Wand 14 der Feuerstelle.
  • Gleiche Teile sind in allez Figuren mit den gleichen Bezugazeichen versehen.
  • Die Tõtigkeit des Abtastgerõtes ist leicht verstõnlich Die Heissl~tstellen 6 der Therrnoelemente liegen an den Stellen der Höchsttemperaturen der Schicht 1. Die Kaltlotstellen 7 werden von der siodenden Flüssigkeit 5 umsp³lt und auf diese Weise auf einer konstanten Temperatur, wie in einem Thermostat gehalten. Eine inderung der Intensität des auffallenden Wõrmestroms 4 õu#ert sich schnell als eine Anderung der Te~ peratur der Eintrittsfläohe 2 der Materialschicht 1. Dadurch ändert sich auchõ die Spannung der Batterie der Thermoelemente und das Messinstrument 8 zeigt auf einer geeignet geeichten Skala unmittelbar den Wert des W§rmefluases 4 an.
  • Die Kaltlotstellen 7 der Thermoelemente sind in einer Entfernung von einigen Millimetern von der Austrittsflõche 3 der Schicht 1 angebracht, damit sie gans gleichmõ#ig von der siedenden Kühlflüssigkeit 5 umsptlt werden und damit ihre Temperatur nicht duroh die verõnderliche, turbulente Grenzschnicht in knapper Nõhe der Austritteflache 3 der Schicht 1 beeinflußt wird.
  • Bine der möglichen Ausfffhrungen des GerAtes ist in vereinfachter Weise in Fig. 2 angedeutet. Der eigentliche Korper des Abtastgerõtes kann z. B. aus einer technologisch geelgnet zubereiteten Masse (Elektroporzellan) hergestellt werden. Eine geeignete Form bietet eine kreiefdrmige Scheibe, deren Dicke etwa 3 bis 4 mm beträgt. In dieser Scheibe sind die bereite vorher in beschrlebener Welae in Reihe geschalteten hersoelemente eingebaut. Die Scheibe wird mittele eines Stahlansatzes, oder auch ohne einen solchen, unmittelbar in ein Ende des zylindrischen, aus Metall oder Keramik hergestellten Rohrcs 9 derart eingepresst, daß die Helßldtatellen 6 in der EintrlttsflEchc 2 der Scheibe 1 sich an der RuBeren Seite des derart entstandenen Bodens des zylindrischen K~rpers befinden.
  • Dan zweite Ende des Rohres 9 int ebenfalls durch einen gesigneten Deckel 10 abgoschloseen, durch den die elektrischen Ausf³hungen aus der Batterie der Thermoelemente herausgeführt werden. Dan derart entstandene sylindrisohe Gefäss, welches mit siedenden Wasser 5 gef³llt und mit einem R~hrchen 11 f³r die Zufuhr zusätzlichen Wassers und mit einem R8hrchen 12 sur Abfuhr des Dampfes 15 versehen ist, kann als Kühlvorrichtung und gleichzeitig auch als Thermostat fUr die Kaltlotstellen 7 dienen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann das Abtastgerõt unmittelbar in die Íffnungen (Schaul~cher) 13, die in den Wõnden 14 der Feuerstelle angeordnet sind, hineingeführt werden.
  • Versuche haben bewiesen, da# sich auch diese einfachste Ausf³hrung des erfindungegemõ#en Abtastgerõtes bewõhren kann. Eine pleine Weigung des K~rpers aus der waagrechten Lage gen³gt, demit der sich bidende Dampf 15 leicht aus dem siedenden Wasser 5, bzw. der Mischung, abgeführt wird, u. zw. entweder in die freie Atmosphäre, oder in einen Oberflõchenk³hler zur wiederholten Verwendung. Die auffallende roeotrahlung 4 verursacht an beiden Oberflõchen 213 der keramischen Platte 1 einen Wõrmeunterschied von einigen Hundert Grad C. Bei Anwendung an der Femerstalle eines 50 NW Kessels war der elektrische Ausgang aus einem Abtastgerõt mit acht Thermoelementen in Bereich des Normalbetriebs der Feuerstelle ca. 60 - 180 mV. also bei Verweadung von flint, gleichseitig arbeitenden Abtastgerõten k~nnte man ein Signal in der Gr~#enordnung von 0,3 bis 0,9 V erhalten.
  • Die Zeitkonstante des Abtastgerätes ist bloB einige Sekunden.
  • Etwa 0. 1 bis 0. 2 der ignaländerung wird durch das Abtastgerat ohne Verz8gerung Ubertragen.
  • Das erfindungsgemõ#e Abtastgerõt ist im Prinzip fUr die Abtastung der Wõrmestrahlung bestimmt, welche alle industriellen Wõrmeprozesse begleiten, die vor allem bei einer Temperatur ³ber 1 200° K verlaufen, inabesondere zum Zweck der automatischen Steuerung dieser Prozesse mittels Analog-oder Digital-Regulierkreisen.
  • Dank seiner hohen Empfindlichkeit ist da# erfindungsgemõ#e Abtastgerät inabesondere fUr Feuerstellen von Granulierkesseln mit hoher Leistung, zwecks kontinuierlicher Beobachtung des Wõrmeregimes und Erleichterung der Bedienung bestimmt.
  • Das Abtastgerõt ersetzt die unbefriedigenden, engwinkligen Strahlungspyrometer mit optischem System, welche kein richtiges Bild des Prozesses liefern. Ls übernimmt auch die Funktion der Wächter von Brennern und gibt mit minimale VerzUgeruag Information ³ber das Ausfallen irgendeines der Brenner und Information Uber die Änderung der Menge oder Heizkraft von Brenstoffen. ts reproduziert den Einfluss der ~nderung der Zufuhr der Verhrennungsluft auf das Regime in der Feuerstelle.
  • Bei Verwendung einiger Abtastgeräte kann die Natur der Bewegung der Wõrmefelder - der Flammenkerne-leicht erkannt werden. Bas GerAt kann also gewissermaßen auch die Anwendung der industriellen Fernaehtechnik ersetzen.
  • Weitere M~glichkeiten der Anwendung des erfindungsgemõ#en Gerotes bieten sich in der HUttenindustrie, bei verschiedenen Arten von Schmelz~fen und nach spezieller Anpassung auch zur kontinuierlichen Beobachtung der Parme von Schmelzen. In der keramischen Industrie eignet sich das Gerät zur automatischen Steuerung von Rotationsöfen sur Herstellung von Kalk, Zement usw. und in der chraischen Industrie zur Beobachtung des @õrmeregimes in einem aggresiven Hilieu. Das erfindungsgemõ#e Gerõt kann auch leicht fUr diese Zwecke adaptiert werden.
  • Im Bedarfsfall kann das erfindungsgemõ#e Gerõt auch derart gestaltet werden, daß die Hei#l~tstellen 6 des Thermoelementes durch das Material der 3cheibe 1 gõnzlich verdeckt und gegen unmittelbare schzdliche Binwirkung des heissen Milieus gesch³tst aind. Die Hei#l~tstellen 6 m³ssen allerdings knapp unter der Eintrittsfläche 2 der Scheibe 1 liegen. Falls die Gefahr dieser schõdlichen Einwirkungen nicht besteht, kbnnen die Heißlötstellen 6 in der Eintrittsflõche 2 teilweise entbl~#t werden, oder sie können auch an der Eintrittsfläche 2 der Scheibe 1 liegen.
  • Sie m³ssen sich aber mit ihr im engen Kontakt befinden, um deren Temperatur zu besitzen. Eine Kombination entbl~#ter und verdeckter Lötstellen 6 ist auch möglich.
  • Die Konstruktion und Herstellung des erfindungsgemõ#en Abtastgerätes ist sehr einfach. Das Gerõt ist im Betrieb sehr verläßlich und leicht austauschbar. Seine Form kann den verschiedensten Bedingungen angepaßt werden.
  • - Patentanspr³che -

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Gerõt zur Abtastung eines Wõrmestromes mit rhermoelementen, die in einer wõrmebestõndigen, elektrisch isolierenden, undurchlõssigen Materialschicht gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hei#lotsetllen (6) der Thermoelemente mit der ObertlGche (2) der Sohicht (1) in BerUhrung stehen, in welche der Wõrmestrom (4) eintritt, während die Kaltl~tstellen (7) aus der OberflE¢hc (3) der Schicht (1) herausragen, aus welche der Wõrmestrom in die kWhlende, zweiphasige, siedende Flüssigkeit (5) heraustritt, wobei die Schicht (1) einen Teil des Behilters dieser FlUesigkeit (5) bildet.
  2. 2. Abtastgerõt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Kaltlötstellen (7) der Thermoelemente au#berhalb der verõnderlichen, turbulenten Grenzschicht der kUhlenden siedenden FlUesigkeit (5) liegen.
  3. 3. Abtastgerät nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daB die Heißlotstellen (6) der Thermoelemente in der Eintritteflache (2) der Schicht (1) verdeckt liegen.
  4. 4. Abtastgordt nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heialotstellen (6) der Thermoelemente auf der Eintritteflache (2) der Schicht (1) liegen.
DE19641473246 1963-01-22 1964-01-21 Strahlungspyrometer mit Thermoelemen ten Pending DE1473246B2 (de)

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DE1473246A1 true DE1473246A1 (de) 1968-11-28
DE1473246B2 DE1473246B2 (de) 1971-01-28

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DE (1) DE1473246B2 (de)
GB (1) GB1024073A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19517770A1 (de) * 1995-05-15 1996-11-21 Siemens Ag Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der Wärmeübergangszahl

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19517770A1 (de) * 1995-05-15 1996-11-21 Siemens Ag Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der Wärmeübergangszahl

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Publication number Publication date
DE1473246B2 (de) 1971-01-28
GB1024073A (en) 1966-03-30
AT242979B (de) 1965-10-11

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