DE1764899B2

DE1764899B2 - Zur mehrfachen messung geeignetes und innerhalb grosser temperaturgrenzen anwendbares wolfram-rhenium thermoelement und verfahren zur automatischen messung einer temperaturverteilung

Info

Publication number: DE1764899B2
Application number: DE19681764899
Authority: DE
Inventors: Jeno Dipl Chem Dr Kortvelyessy Laszlo Nagy Janos Budapest HOIv 11 14 Neugebauer
Original assignee: Egyesult Izzolampa es Vülamossagi Reszvenytarsasag, Budapest
Priority date: 1968-08-14
Filing date: 1968-08-29
Publication date: 1973-02-22
Also published as: CH513536A; GB1236601A; DE1764899A1; FR1586924A

Description

Die Erfindung "betrifft ein zur mehrfachen Messung geeignetes und innerhalb großer Temperaturgrenzen anwendbares Wolfram-Rhenium-Thermoelement mit aus Wolfram-Rhenium-Legierungen bestehenden Drahtschenkeln, von denen wenigstens einer 1 bis 5% Rhenium und eines oder mehrere Elemente ungerader Valenz des Periodischen Systems in Mengen von weniger als 0,02% pro Element enthält. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur automatischen Messung einer Temperaturverteilung mittels des Thermoelemtnts.

Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik, der durch die USA.-Patentschrift 3 296 035 und die britische Patentschrift 878 083 gegeben ist. Aus diesen Patentschriften sind Wolfram-Rhenium-Thermoelemente bekannt, die innerhalb großer Temperaturgrenzen bis 2700° C anwendbar sind und deren Drähte 2 bis 4% Rhenium und eines oder mehrere Elemente ungerader Valenz des Periodischen Systems in geringen Mengen bzw. 1 bis 5% Rhenium enthalten. Diese Drähte weisen gegenüber denen von konventionellen Thermoelementen eine verbesserte Plastizität auf, d. h., sie würden auch bei hohen Tempe^raturen nicht brüchig werden.

Wolframkörper, insbesondere Fäden mit hoher

Bruchdehnung und hoher Plastizität, die aus 1 bis

5 % Rlienium, Rest Wolfram bestehen und außerdem

eines oder mehrere Elemente ungerader Valenz des Periodischen Systems in Mengen von weniger als

0,02 %> enthalten, sind auch in der älteren deutschen

Patentanmeldung E 35359 VI a/40 b (deutsche Offen-

legungsschrift 1608142) beschrieben.

Um für bisher bekannte Thermoelemente eine

ίο mehrfache Verwendung bei Temperaturen von etwa 2500° C zu ermöglichen, sind Schutzrohre aus Keramik und aus Wolfram oder Molybdän, letztere mit Rhenium legiert und auf ihrer Oberfläche mit einer Metalloxydglasur überzogen, verwendet wor-

den (USA.-Fatentschrift 3 106 493). Derartige Thermoelementeinheiten weisen jedoch eine erhebliche Wärmeträgheit auf.

Ferner ist es bei der Strahlungsmessung dienenden Thermoelementen bekannt, die Fühlerpunkte mehrcrer Then ^elemente in einem Punkt zu vereinigen (deutsche Patentschrift 713 145).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wolfram-Rhenium-Thermoelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das ohne ein die Wärnieleitung zum Fühlerpunkt verschlechterndes Schutzrohr auskommt und eine ausreichende Stabilität auch nach mehrfache' Verwendung zu Messungen innerhalb großer Tei lperaturbereiche bis 2700⁰C aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ee löst, daß die Zahl der im Fühlerpunkt des Thermoelementes vereinten Drahtschenkel drei oder mehr beträgt.

Auf Grund dieser konstruktiven Ausbildung steht für die angegebenen hohen Tempern.'ren ein Thermoelement zur Verfügung, das infolge des durch Vereinigung der Drahtschenkel frei stehenden Fühlerpunktes eine kleine Wärmekapazitä hat. Eine damit durchgeführte Messung ist deshalb mit der er-

wünschten kleinen Zeitkonstante versehen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Zahl der im Fühlerpunkt vereinten Drahtschenkel vier oder mehr betragen, wobei auf wenigstens drei Drähten davon Verspannungsdrähte angeordnet sind.

Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Thermoelement wird ein Verfalncn zur automatischen Messung einer Temperaturverteilung vorgeschlagen, bei dem das Thermoelement im Meßbereich entlang der zu erfordernden Bahn mit einer konstanten Geschwindigkeit ν bewegt und inzwischen die EMK des Thermoelementes synchron registriert wird. Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren so durchgeführt, daß die registrierte Kurve an der zur Spannungsachse senkrechten Achse mit der Entfernung

a A

ν T = /IX

zurückgeschoben wird, wobei a = die Länge der registrierten Kurve, A — die Länge der Bahn des Thermoelementes und T = die Zeitkonstante des Thermoelementes bedeuten. Es kann damit der aus der Verspätung des Thermoelementes resultierende Fehler bei der ersten Annäherung behoben werden. Bei der zweiten Annäherung wird die bereits mit der Entfernung X zurückgeschobene registrierte Kurve in Richtung der zunehmenden Temperaturwerte in

3 4

einem solchen Ausmaß gesteigert, daß sie die ur- deren Schenkel weggeleiteten Wärmeleistung iden-

sprüngliche Kurve in deren Maximum schneidet. tisch ist. Ein solches Thermoelement ist zur Messung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der eines Raumes mit einem Gradienten von 500° C ge-

Zeichnung dargestellt und werden im folgenden eignet. Bei einer Ausführung des Thermoelementes

näher beschrieben. Es zeigt 5 mit vier Schenkeln gemäß F i g. 3 gehen drei Schen-

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines so- kel 2 identischen Materials und ein Schenkel 5 abgenannten rankigen Thermoelementes mit insgesamt weichenden, zweckmäßig negativen Materials vom drei im Fühlerpunkt vereinten Drahtschenkeln, Fühlerpunkt 1 aus und verlaufen dann in einem

F i g. 2 ein Thermoelement mit vier Schenkeln, die Keramikstab 6, wobei die Schenkel 2 im Bereich

in einem Wolframrohr ausgespannt sind, ™ zwischen Fühlerpunkt 1 und Keramikstab 6 mittels

F i g. 3 ein Thermoelement mit insgesamt vier im eines Wickeldrahtes 7 aus identischem Material ver-

Fühlerpunkt vereinten Drahtschenkeln. steift sind.

Das Thermoelement ist auf verschiedene Arten Die erfindungsgemäßen Thermoelemente weisen herstellbar. Gemäß der in Fig. 1 angegebenen Aus- eine hohe Schüttelfestigkeit und eine kleine Zeitführung sind im Fühlerpunkt 1 drei Drahtschenkel 15 konstante auf. Sie sind deshalb zu der bereits er-2, 3 vereinigt, von denen die Schenkel 2 strom- wähnten automatischen Messung einer Temperaturführend sind und der dritte Schenkel 3 eine so- verteilung besonders geeignet.

genannte »Ranke« bildet, die im dargestellten Bei- Versuche haben gezeigt, daß Messungen über

spiel urn eine Windung 4 eines gewickelten Rohr- mehrere Monate mit nur 3°/o EMK-Schwankun-

ofens gelegt ist. Eine andere Lösung besteht darin, 20 gen möglich waren, was im Vergleich zu be-

daß neben den stromführenden Drahtschenkeln noch kannten Resultaten (s. »New Developments in

ein oder mehrere passive Schenkel im Fühlerpunkt Tungsten-Tungsten-Rhenium Thermocouples« von

vereint werden, wobei letztere entweder in derselben J. C. Lachman, ISA Conference 150-LA-61, ein

Richtung wie die stromführenden Schenkel oder ent- um eine ganze Größenordnung besseres Resultat be-

gegengesetzter Richtung verlaufen. Wenn die 25 deutet.

Schenkel entgegengesetzte Richtung haben, kann Infolge der kleinen Zeitkonstanten der erfindungs-

der Fühlerpunkt durch sie praktisch im schweben- gemäßen Thermoelemente ist eine rasche Messung

den Zustand im Raum gehalten werden (Fig. 2). möglich.

Der Vorteil der Anordnung gemäß F i g. 2 besteht Bei einem Schenkeldurchmesser von 0,5 mm ist darin, daß bei dem in dem Wolframrohr 8 aus- 3° die Zeitkonstante des sogenannten »rankigen« Thergespannten Thermoelement infolge Verwendung moelementes (Fig. 1) eine Sekunde, eines »Gitter« identischen Materials für die vom Fühlerpunkt 1 Thermoelementes (F i g. 3) 10 Sekunden und die des ausgehenden Drahtschenkel la, 2b die Temperatur Gradientenmessers (Fig. 2) 4 Sekunden. Die Zeiteben jenes Raumteils erfaßt wird, in dem sich der konstante vermindert sich selbstverständlich mit der Fühlerpunkt 1 befindet, da die diesem Punkt zu- 35 Erhöhung des eventuellen Wasserstofrgehaltes und geführte Wärmeleistung mit der über die zwei an- der Temperatur des Raumes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

P atentansp riiche:

1. Zur mehrfachen Messung geeignetes und innerhalb großer Temperaturgrenzen anwendbares Wolfram - Rhenium - Thermoelement mit aus Wolfram-Rhenium-Legierungcn bestehenden Drahtschenkeln, von denen wenigstens einer 1 bis 5°/o Rhenium und eines oder mehrere Elemente ungerader Valenz des Periodischen Systems in Mengen von weniger als 0,02 °/o pro Element enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der im Fühlerpunkt (1) des Thermoelementes vereinten Drahtschenkel (2, 3, 5) drei oder mehr beträgt.

2. Thermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der im Fühlerpunkt (1) vereinten Drahtschenkel (2, 5) vier oder mehr beträgt und auf wenigstens drei Drähten (2) derselben Verspannungsdrähte (7) angeordnet sind (Fig. 3).

3. Verfahren zur automatischen Messung der Temperaturverteilung mittels des Thermoelementes nach den Ansprüchen 1 und 2. bei dem das Thermoelement im Meßbereich entlang der zu erforschenden Bahn mit einer konstanten Geschwindigkeit ν bewegt und inzwischen die elektromotorische Kraft des Thermoelementes synchron registriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die registrierte Kurve an der zur Spannungsachse senkrechten Achse mit der Entfernung

±._V.T-=AX
A

zurückgeschoben wird, wobei a = die Länge der registrierten Kurve, A = die Länge der Bahn des Thermoelementes und T = die Zeitkonstante des Thermoelementes bedeuten.