DE1590679B2 - In ein gefaess eingeschlossener heissleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen in ein Gefäß eingeschlossenen Heißleiter mit einer Anordnung zur Beeinflussung seines Temperaturverhaltens.

Man hat bei solchen Heißleitern schon auf verschiedene Weise das Temperaturverhalten beeinflußt, z. B. durch zusätzliche elektrische Beheizung des Heißleiters (vgl. die deutsche Patentschrift 838; 337) oder andererseits durch zusätzlichen Wärmeentzug mit Hilfe besonderer Wärmeableitkörper (vgl. die deutsche Patentschrift 684 886).

Heißleiter — auch wenn sie mit einer der vorstehend erwähnten Anordnungen zur Beeinflussung des Temperaturverhaltens versehen sind ^- haben jedoch den Nachteil, von der Umgebungstemperatur abhängig zu sein. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem in ein Gefäß eingeschlossenen Heißleiter eine Anordnung zur Beeinflussung des Temperaturverhaltens von solcher Art zu wählen, daß die Strom-Spannungs-Kennlinien innerhalb eines bestimmten Widerstandsbereiches von der Umgebungstemperatur unabhängig sind. :.:...-

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß erfindungsgemäß das Gefäß ein Gemisch von Gasen mit einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks enthält, von denen ein Gas im Bereich der Betriebstemperaturen des Gefäßes kondensierbar ist, das beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur an der Innenwand des Gefäßes teilweise kondensiert und beim Überschreiten dieser Temperatur wieder verdampft.

Die Abhängigkeit der gaskinetischen Kühlung eines Heißleiterelementes von der Dichte der ihn umgebenden Gasatmosphäre ist in anderem Zusammenhang bekannt; sie ist beispielsweise schon benutzt worden, um in evakuierten Räumen den Restgasdruck zu bestimmen (vgl. die Firmendruckschrift »Technical Information Bulletin 'Matronics', Nr. 20, Oktober 1962, der N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, S. 400 ff.).

Vorteilhafterweise besteht das kondensierbare Gas aus Wasserdampf.

Der der Erfindung zugrunde liegende Wirkungsmechanismus soll im folgenden an Hand der Zeichnung genauer erläutert werden. In den Figuren der Zeichnung ist folgendes wiedergegeben:

F i g. 1 ist ein Schnittbild eines in ein Gefäß eingeschlossenen Heißleiters;

T₀)

Kg

(Ta - T₀) + Kr ■ (Ta* -

Hierin ist

W die elektrische Leistung die dem Heißleiterelement 1 zugeführt wird;

K₁ die Wärmeleitfähigkeit der Drahtelektrodenstücke 3 (eine Konstante, die durch das Material und die

Abmessungen der Drahtelektrodenstücke gegeben ist);

Kg eine Konstante, die durch die Art des Gases in dem Gefäß 2 und die Abmessungen des Heißleiterelements 1 gegeben ist;

Kr der Wärmestrahlungskoeffizient ( eine Konstante, die durch die Größe der Oberfläche des Heißleiterelements gegeben ist);

N₀ die Anzahl der Gasmoleküle in dem Gefäß 2; Ta die Temperatur des Heißleiterelements; T₀ die Umgebungstemperatur.

Bei einer herkömmlichen Heißleiteranordnung dieser Art ist im allgemeinen ein gewisser Gasrest vorhanden, der nicht durch die Gefäßinnenwandung adsorbiert wird. Vielfach ist der Heißleiter auch in ein Gefäß eingeschmolzen, in dem ein besonders gutes Vakuum dadurch hergestellt worden ist, daß auch die an der Innenwandung des Gefäßes adsorbierten oder okklu-

, dierten Gasreste nach entsprechender Temperaturerhöhung abgesaugt wurden. Bei einer solchen Anordnung ändert sich, wie in F i g. 2 dargestellt ist, die zu einer bestimmten Stromstärke / gehörige Ausgangsspannung V ziemlich stark, wenn, sich die Umgebungstemperatur T₀ ändert, da Ki und K_r in der oben angegebenen Gleichung Konstante sind, die durch den Aufbau bestimmt sind, während Kg und N₀ Konstante sind, die durch die Höhe des Vakuums und die Art der Restgase bestimmt sind und daher ebenfalls ungeändert bleiben, solange der das Heißleiterelement durchfließende Strom konstant ist. Auf ι diese Weise ergibt sich die in F i g. 2 wiedergegebene Kennlinienschar mit der Umgebungstemperatur als Parameter.

Dadurch, daß das in das Gefäß eingeschlossene kondensierbare Gas die Eigenschaft hat, an der Gefäßinnenwandung nach Maßgabe von deren Temperatur zu kondensieren, so daß es je nach der Umgebungstemperatur an der Gefäßinnenwand mehr

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oder weniger adsorbiert bzw. desorbiert wird, wird Feuchtigkeit von 70 % bei einer Temperatur von 20° C

eine erhebliche Verminderung der Kennlinienver- eingeschlossen, und zwar bei Fig. 3A unter einem

lagerung bewirkt. Ändert sich die Anzahl N₀ der im Druck von 3 · 10~² Torr, bei F i g. 3 B unter einem

Gefäß frei vorhandenen Gasmoleküle, so ändert sich Druck von 4 · 10~² Torr und bei F i g. 3 C unter einem

praktisch die Höhe des Vakuums im Gefäß, und damit 5 Druck von 5 · 10~² Torr. Der optimale Druck ist

tritt eine entsprechende Änderung der Wärmebilanz jeweils abhängig von der Art des einzuschließenden

im gewünschten Sinne ein. kondensierbaren adsorptiven Gases, bzw. bei Ver-

Dieser Wirkungsmechanismus soll im folgenden Wendung von H₂O vom Feuchtigkeitsgrad und der

an Hand der oben angegebenen Formel des Näheren Temperatur der Luft zum Zeitpunkt ihrer Einführung,

erläutert werden: io Deshalb sind hier nur einige Beispiele gegeben. Wie

Befindet sich das Heißleiterelement auf einer festen . aus der oben angegebenen Gleichung hervorgeht, entTemperatur Ta, während die Umgebungstemperatur T₀ sprechen die Kennlinien der Fig. 3 A, 3 B und 3 C steigt, dann wird das erste und ebenso das dritte Glied speziellen Gegebenheiten bezüglich des Materials, auf der rechten Seite der Gleichung kleiner, aber das der Länge und Dicke sowie der Wärmeleitfähigkeit Ki zweite Glied wird größer, da das an der Innenwand 15 der Elektrodendrähte, ferner des Strahlungskoeffides Gefäßes adsorbierte Gas freigegeben wird, womit zienten K_r (der von der Größe des Heißleiterelementes sich die Zahl N₀ der freien Gasmoleküle erhöht. Somit abhängt), der Anzahl N₀ der freien Gasmoleküle im neigt die Summe der Glieder auf der rechten Glei- Gefäß (die mit der Höhe des Vakuums und dem Gefäßchungsseite trotz der Erhöhung der Umgebungs- volumen im Zusammenhang steht), und des Grades temperatur T₀ dazu, konstant zu bleiben. Ist ins- 20 der Adsorption des Gases (die von der Art und der besondere die Abnahme des ersten und des dritten Flächengröße der Gefäßinnenwandung und der Art Gliedes insgesamt gleich der Zunahme des zweiten des eingeschlossenen Gases abhängig ist). Gliedes, dann ist der Wert der Gleichung auch bei Im einzelnen wurden bei den Heißleiteranordnungen, einer Änderung von T₀ völlig konstant. deren Kennlinien in den Fig. 3A, 3B und 3C wie

Wenn dagegen die Umgebungstemperatur T₀ sinkt, 25 oben beschrieben dargestellt sind, folgende apparative

dann wachsen das erste und das dritte Glied der Bedingungen gewählt:

Gleichung an, aber die adsorbierbaren Gasmoleküle „ . , , _A, _XT .„, .

werden durch Taupunktsunterschreitung an der Ge- Material und Abmessungen des Hetfleiterelementes:

fäßinnenwand adsorbiert. Die Zahl TV₀ sinkt; es ver- Vanadium-Glas; 0,7 bis 0,8 mm großer Durch-

ringert sich das zweite Glied der Gleichung, und die 30 messer, 0,3 bis 0,4 mm kleiner Durchmesser.

Summe der auf der rechten Seite der Gleichung _{Material und Abmessungen des Ge}f_äßes:

stehenden Glieder bleibt praktisch konstant ebenso —,. , „ ■ „

wie im Falle eines Ansteigens der Umgebungs- Flintglas; 7 mm Außendurchmesser, 5,5 mm In-

temperatur T. nendurchmesser, 30 mm Lange.

Als kondensierbares adsorptives Gas ist besonders 35 Material und Abmessungen der Elektrodendrähte: ein solches geeignet, das bei normaler Umgebungs- _{plad 10 mm L}- _{QQS mm Dick}

temperatur und den im Gefäß herrschenden Partial- Widerstandswert bei 25°C 10 kü; B-Konstante

druckverhaltmssen nussig ist und eine geeignete 2800 ⁰K

Oberflächenspannung aufweist, wie beispielsweise H₂O.

Um eine solche Heißleiteranordnung herzustellen, 40 Wie die Fig. 3A und 3B zeigen, wird ein Kennwird das Gas in dem Gefäß zunächst mit Hilfe einer linienbereich von beträchtlicher Ausdehnung erreicht, Vakuumpumpe abgesaugt, wobei das Gefäß auf eine in dem praktisch Unabhängigkeit von der Umgehohe Temperatur erhitzt wird, um an der Gefäß- bungstemperatur besteht. Die Betriebsverhältnisse innenwand adsorbierte oder okkludierte Gasmoleküle müssen dann so gewählt werden, daß in diesem Kennauszutreiben. Dann wird ein bei dem Mittelwert des 45 linienbereich gearbeitet wird.

Gefäßinnendruckes im Bereich der Betriebstempera- Wie man sieht, ist bei der Kennlinienschar der

türen des Gefäßes kondensierbares Gas (also beispiels- F i g. 3 C die aus der F i g. 2 ersichtliche, bei herweise H₂O-Dampf) in das Gefäß eingeführt, so daß es kömmlichen Heißleitern gegebene Abhängigkeit von an der Innenwandung adsorbiert wird. Sobald die der Umgebungstemperatur in einem bestimmten BeAdsorption beendigt ist, wird das Gefäß erneut teil- 5° reich so abgewandelt worden, daß die jeweils höheren evakuiert; die Höhe des Vakuums wird auf den Widerstandswerte — umgekehrt wie bei F i g. 2 — gewünschten Wert eingestellt, und dann wird das bei höheren Umgebungstemperaturen gegeben sind. Gefäß von der Vakuumpumpe abgetrennt. Um H₂O- Auch eine solche Heißleiteranordnung bedeutet jedoch Moleküle einzuführen, kann auch Luft von geeigneter einen technischen Fortschritt; denn sie ermöglicht Feuchtigkeit eingeleitet werden. 55 ihrerseits wieder spezielle Kompensationsschaltungen,

Die F i g. 3 A, 3 B und 3 C zeigen Kennlinienscharen insbesondere in Verbindung (z. B. in Reihenschaltung) von Heißleiteranordnungen, die auf diese Weise her- mit einem nicht temperaturkompensierten herkömmgestellt wurden. Es wurde jeweils Luft mit einer liehen Heißleiterelement.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. In ein Gefäß eingeschlossener Heißleiter mit einer Anordnung zur Beeinflussung seines Temperaturverhaltens, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß ein Gemisch von Gasen mit einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks enthält, von denen ein Gas im Bereich der Betriebstemperaturen des Gefäßes kondensierbar ist und beim Unterschreiten einer bestimmten Temperatur an der Innenwand des Gefäßes teilweise kondensiert und beim Überschreiten dieser Temperatur wieder verdampft.

2. Heißleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kondensierbare Gas aus H₂O besteht. ■ ., .

F i g. 2 zeigt eine Schar von Strom-Spannungs-Kennlinien einer herkömmlichen Heißleiteranordnung bei verschiedenen Umgebungstemperaturen, Fig. 3A, 3B und 3C zeigen Scharen von Strom-Spannungs-Kennlinien einer erfindungsgemäßen Heißleiteranordnung bei verschiedenen Umgebungstemperaturen.

In F i g. 1 ist ein Heißleiterelement 1 aus Vanadiumglas zwischen den Enden zweier Drahtelektroden 3

ίο aus Platin angeschmolzen. Diese Drahtelektroden sind ihrerseits mit zwei aus einem Draht mit Kupfermantel bestehenden Zuführungsleitungen 4 verschweißt, die in ein Glasgefäß 2 vakuumdicht eingeschmolzen sind. Die Länge der Platindrahtelektroden 3 ist mit / bezeichnet.

Ein durch das Heißleiterelement 1 fließender Strom erhöht dessen Temperatur über die Ausgangstemperatur (Umgebungstemperatur) T₀, und es stellt sich eine Gleichgewichtstemperatur T_a ein. Für diesen Gleichgewichtszustand gilt folgende Beziehung: