DE1698085B - Auf Volumenausdehnung basierendes Thermometer aus glasklarem Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein auf Volumenausdehiumg basierendes Thermometer aus glasklarem kunststoff.

Die im täglichen Leben in der Industrie und den Laboratorien allgemein gebräuchlichen Thermometer beruhen durchweg auf der Volumenausdehnung, die bestimmte Elemente und chemische Verbindungen in flüssigem Zustand bei Temperaturerhöhung erfahren. Diese Flüssigkeiten sind in Kapillaren eingeschlossen, die meistens von einer Schutzhülle umgeben sind. Die Gradeinteilung ist entweder direkt auf die Kapillare oder einem besonderen Skaleniräger angebracht. Wenn erforderlich, werden die Flüssigkeiten zur Sichtbarmachung gefärbt.

Thermometer dieser Art zeichnen sich durch ihre einfache Bauart aus und können, auf die verschiedensten Verwendungszwecke angepaßt, leicht hergestellt werden. So verwendet man als Fieberthermometer gern Quecksilbersäulen in Glashüllen, weil sich dieses Metall gerade in dem in Frage kommenden Temperaturbereich beträchtlich ausdehnt und die Quecksilbersäule durch Glas gut sichtbar ist. Nachteilig bei diesen Thermometern ist, daß die Glashülle leicht bricht und das giftige Quecksilber auslaufen kann. Darüber hinaus sind solche Konstruktionen verhältnismäßig teuer. Man hat auch schon glasklare Kunststoffe an Stelle von Glas eingesetzt, doch haben sich solche Thermometer in der Praxis nicht bewährt, denn Kunststoffe h'ben zu hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten, was die Messung erheblich erschwert, wenn nicht unmöglich mach:. Außerdem ist man bei den bisher als Tliermorncterful!ung verwendeten Elementen und chemischen Verbindungen bei Messungen innerhalb eines engen Temperaturbereiches gezwungen, sehr enge Kapillaren zu verwenden, um eine ausreichend genaue Ablesung zu ermöglichen. Hierzu hat sich aber Kunststoff bisher als weniger geeignet erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf Volumenausdehnimg basierendes Thermometer aus glasklarem Kiinst.itoff zu schaffen, das gut ablesbar, leicht herstellbar und wirtschaftlich in der Herstellung ist. Das Thermometer soll insbesondere als Fieberthermometer geeignet sein, also für die Temperaturanzeige im Bereich von etwa 35.6 bis 42 C dienen.

P.s ist bereits bekannt, bei Thcrmoschaltcrn Wachs als Füllmasse einzusetzen. Derartige Wachse schmelzen innerhalb eines verhältnismäßig großen Temperaturbereiches, jedoch nicht stetig, da Wachse keine definierte Verbindung, sondern Gemische mehrerer fester Paraffinkohlcnwasserstoffe oder mehrerer Ester höherer Alkohole sind. Man hat auch schon ein mikrokristallines Wachs, d. h. also kein Gemisch, sondern einen reinen Parafiinkoblcnwasserstoff oder einen reinen Ester eines höheren Alkohols bei Thcrmoschaltern eingesetzt. Ein solches kristallines Wachs suimilzt aber innerhalb eines sehr engen Temperaturbereiches und ist deshalb als Thermometerfüllung nicht brauchbar. Schließlich hat man auch schon Erdwachse und Seifen so miteinander vermischt, daß eine Masäe entsteht, die bei der gewünschten Temperatur schmilzt. Alle diese bekannten Füllmassen erfüllen die für Thermoschalter wesentlichen Voraussetzungen, sie dehnen sich bei einer bestimmten Temperatur unter deutlicher Volumenausdehnung aus. Diese Ausdehnung wird zur Betätigung eines Schalters od. dgl. ausgenutzt. Voraussetzung für eine Tfermometerfüllung ist aber, daß sie in einem bestimmten Temperaturbereich schmilzt und dabei eine merkliche Volumenausdehiumg erfährt, wobei cjie Volumenzunahme pro Grad Temperaturerhöhung konstant ist.

Die oben angegebene Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein auf Volumenmisdehnuug basierendes Thermometer aus glasklarem Kunststoff gelöst, das gekennzeichnet ist durch eine Füllung aus Eikosan, Heneikosun und Dokosan und einer in an

ίο sich bekannten Weise darüber befindlichen, durch eine Membran von der Füllung getrennten Anzeige · flüssigkeit. Nach einer Levorzugten Ausführungsform dir Erfindung sind den Paraffinkohlenwasserstoffen ein oder mehrere Verbindungen, die den Schmelzbereich erweitern, zugesetzt. In der Füllung kann in an sich bekannter Weise ein wärmeleitendes Material, z. B. Aluminiumpulver, fein verteilt sein. Die die Füllung enthaltende Kapsel kann auch innen aus mit einem Fluorkarbon beschichteten Reinstaluminium

ao bestehen.

Es ist nämlich gefunden worden, daß ein Gemisch von kristallinen Paraffinkohlenwasserstoffen, welche nahe beieir.anderiiegende Schmelzpunkte haben, also ein Gemisch von mehreren aufeinanderfolgenden Gliedern der Parafiinkohlenwasserstoffreihe ihr Volumen im Bereich ihres Schmelzpunktes erheblich ändern. Der Erfindung lag der Gedanke zugrunde, derartige Stoffe /u Temperaturmessungen heranzuziehen und ihre Volumenänderungen auf geeignete Weise, zsveekmäßig über eine Membran, auf eine nicht zusammendrückbare Flüssigkeit mit veränderlichem Meniskus sichtbar zu machen.

Es ist gefunden worden, daß die Volumenkontraktion beim Übergang flüssig/fest bei Schwelteerparaffinen besonders groß ist. Um einen bestimmten Temperaturbereich zu erfassen, wire! pin Gemisch mehrerer kristalliner Stoffe mit nahe bcicinanderliegenden Schmelzpunkten, nämlich tin Gemisch von aufeinanderfolgenden Gliedern der Paraffin-Kohlenwasserstoff-Reihc verwendet. Diese Thermomcterfüllungen haben Schmelzbcreichc von 5 C und mehr mit ausreichender Volumenänderung. Wenn erforderlich, läßt sich der Schmelzbereich in an sich bekannter Weise durch gewisse lösliche Beimengungen noch crweitern. Liegt also schon ein geeignetes Gemisch kristalliner Stoffe vor. so läßt sich in jedem Fall entsprechend de; krvoskopischcn Konstanten eine Srhmclzpunkternicdrigung durch Zusatz einer löslichen Beimengung bewirken. Wenn besonders niedrigc Schmelzpunkte gefordert werden, lassen sich auch eutektische Gemische mit anderen organischen Verbindungen herstellen.

Bei dem erfindungsgemäßen Thermometer spielt die Eigenausdchnung der anzeigenden Flüssigkeit in der Kapillare keine Rolle, da nur entscheidend ist. um wieviel die Flüssigkeit verdrängt wird. Es sind sogar vorzugsweise solche Stoffe zu verwenden, die die gleiche Wärmeausdehnung haben, wie das Material, aus dem die Ummantelung bzw. Kapillare bcsteht. Damit ist es möglich geworden, an Stelle von Glas Kunststoffe einzusetzen, die, wie eingangs gesagt, wegen ihrer mehr oder weniger großen Wärmeausdehnung bisher nicht verwendet wurden.
Da die Paraffinkohlenwasserstoffe schlechte Wärmeleiter sind, eine rasche Temperaturanzeige aber erwünscht ist, wird in Weiterbildung der Erfindung eine Dispersion mit einem gut wärmeleitenden Material, z. B. mit Aluminiumpulver oder -blättchen,

einges/l/l. Auch isi das Gefiiü, in dem sich die Mischung befindet, aus einem gut wärmeleitenden Material, /.. B. Aluminium, Kupfer oder Silber, herzustellen.

Die F.ifindung wird nun an I land der Figuren noch naher beschrieben, von denen zeigen

F i g. 1 und 2 ,Lvei mögliche Ausl'ührungsformen des erfindiingsgemäßen Thermometers:,

F i si. 3 einen Querschnitt durch das Thermometer der Fig. 2.

Wie aus den. Figuren ersichtlich, besteht das erlindungsgemäße Thermometer aus einer äußeren Hülle 1, in deren unterem engem Teil 2 sich die Wachs-Melall-Mischung 3 befindet. Diese Mischung ist durch eine Membran 4 von der darüberstehenden, in einem nach oben zur Kapillare ausgezogenen Behälter 5 befindlichen Anzeigeflüssigkeit 6 getrennt. Damit der Meniskus der Flüssigkeit nicht abreißt, wird vorzugsweise eine hoch viskose Flüssigkeit verwendet und eine Kapillare aus einem Kunststoff, der nicht benetzt wird. Grundsätzlich ist es möglich, den Meßwert festzuhalten, wenn die Kapillare evakuiert und im unteren Bereich verengt ist. Dann kann der Flüssigkeitsfaden abreißen. Auch das als Schutzhülle dienende äußere Rohr kann aus Kunststoff sein. Es ist dabei ohne weiteres möglich, die Form so zu gettalten, daß eine Vergrößerung des t-lüssigkeitsfadens erfolgt. Es wird hierzu auf die F i g. 2 hingewiesen, tue ein Thermometer zeigt, auf dessen Schutzhülle tine Lupe 7 aufgesetzt ist. Hierdurch wird die Ablesung besonders erleichtert. Es ist auch möglich, der Anzeigeflüssigkeit einen fluoreszierenden Stoff bzw. eine Leuchtfarbe zuzusetzen, was die Ablesung auch bei sehr schlechter Beleuchtung ermöglicht. Die Skala 8 kann auch nach der Montage der Kunststofftiußenhülle aufgeprägt werden, wodurch die Eichung autenatisiert und eine relativ hohe Genauigkeit erzielt wird. Auf der Rückseite 9 des Thermometers kann eine besonders präparierte Schicht vorgesehen isein, die dem Benutzer Eintragungen der Ablesewerte »id. dgl. ermöglicht. Die Thermomcterfüllung kann eine Zusammensetzung haben, die auf folgender Grundrezeptur basiert: 50 Teile Eikosan. 30 Teile Hcneikosan, 20 Teile Dokosan.

Diese Mischung weist beim Übergang von fest nach flüssig einen Volumcnsprung von etwa 11 ° η auf. Dieser Grundrezeptur können zur Erweiterung des Temperaturbereiches bestimmte Zusätze zugegeben werden. Zur Erhöhung der Schmelztemperatur ist ni-Dinitrobenzol geeignet; der Volumensprung bc trägt dann 11.88°,'». Die Erniedrigung der Schmelztemperatur wird durch Zusatz von p-Toluidin erreicht, die Mischung hat dann einen Volumensprung N¹OIi 9,2" η. Als Zusätze zur Verbreiterung des Schmelzbandes auf einen Schmelzbereich von 36,5 bis 44.5 C sind ferner geeignet: Campher. Bcnzolaceton, Menlhnl, Salizylsiiurephenylestei. C'yanamid, Kohiensäuieälhylester, Dimeihoxyanillin und o-Terphenyl.

Als Anzeige!iüssigkeit eignen sich z. B. eine 3" «ige Methylcelluloselösung in Wasser, stabilisiert und mit Farbstoff eingel'ärbl, oder ein mit Farbstoff versetzter Polyglycoläther.

Als Kunsistolie für Kapillare und Hülle kommen glasklare Materialien in Frage. Die Hülle besteht vor-

!o zugswcise aus Polycarbonat oder Acrylglas, also aus Kunststoffen, die sich leicht verarbeiten und preisgünstig herstellen lassen. Die Kapillare muß aus einem ehemikalienbeständigen Kunststoff, z. B. PoIycarbonat oder Fluorcarbon hergestellt sein. Der die Wachs-Metall-Dispersion aufnehmende Teil ist aus reinstem Aluminium hergestellt, dessen Inneinvandung mit Fluorcarnon beschichtet ist. Als Membran dient eine Folie aus chemikalienfestem Kunststoff, z. B. aus Polychloropren )der chlorsulfoniertem PoIyäthylen.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Thermometer geschaffen, das einen wesentlichen Fortschritt darstellt dadurch, daß es unzerbrechlich ist, eine ungiftige Füllung hat und seine Herstellungskosten niedrig sind. Somit ist eine nur einmalige Benutzung möglich. DLs ist besonders bei Fieberthermometern von größtem Wert. Die Thermometer können keimfrei geliefert werden, und da sie nach der Benutzung weggcNvorfcn werden können, entfällt eine Desinfektion, was jedoch nicht ausschließt, daß sie. Nvenn gewünscht, auch in Dcsinfektionsmittellösungen aufbeNvahrt werden können.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Auf Volumenausdehnung basierendes Thermometer aus glasklarem Kunststoff, gekennzeichnet durch eine Füllung aus Eikosan, Hcneikosan und Dokosan und einer in an sich bekannten Weise darüber befindlichen, durch eine Membran von der Füllung getrennten Anzeigeflüssigkeit.

2. Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Paraffinkohlenwasserstoffen Eikosan, Heneikosan und Dokosan bestehenden Füllung ein oder mehrere, den Schmelzpunkt erniedrigende und damit den Schmelzbercich erweiternde Fremdstoffe zugegeben sind.

3. Thermometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Füllung in an sich bekannter Weise ein wärmeleitendes Material, z. B. Aluminiumpulver fein verteilt ist.

4. Thermometer nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die din Füllung cnthabende Kapsel aus innen mit einem Fluorkarbon beschichteten Rcinstaluminium besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen