DE1900797U

DE1900797U - Isothermische vergleichs- bzw. messvorrichtung.

Info

Publication number: DE1900797U
Application number: DED29421U
Authority: DE
Original assignee: De la Rue Frigistor Ltd
Current assignee: De la Rue Frigistor Ltd
Priority date: 1963-07-12
Filing date: 1964-07-11
Publication date: 1964-09-17
Also published as: NL6407938A; GB1014418A; FR1400906A; US3192727A

Description

De la Rue Irigistor Limited, London.

"Isothermische Vergleichs- bzw. Messvorrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Übergänge von Themoelementen stets auf einer konstanten bekannten Temperatur gehalten v/erden können, wozu erfindungsgemäß die thermoelektrische Abkühlung und die Zustandsänderung einer entsprechenden Wirksubstanz ausgenützt wird. Bei derartigen Vorrichtungen wird als Wirkflüssigkeit normalerweise Wasser verwendet und die Übergänge des Thermoelementes mehr oder weniger genau bei 0 C gehalten.

Thermoelemente weisen zwei Übergänge auf, von denen sich einer an derjenigen Stelle befindet, deren Temperatur gemessen werden soll, während der andere, da-h. also der Vergleichs- oder 3k es sub er gang, auf einer bekannten Teinpe-

ratur gehalten wird, die üblicher- und zweckmäßigerweise O G "beträgt. Da im allgemeinen mehr als eine einzige Temperatur gemessen werden soll und es häufig sogar so ist, daß die Temperaturen während längerer Zeiträume jeweils fortlaufend oder in periodischen Zeitabständen gemessen und festgestellt xverden sollen, ist es zur vollen Ausnutzung des Thermoelementes notwendig, eine Torrichtung zu benutzen, mit deren Hilfe die Temperaxur des Vergleichsoder iaessüberganges rasch auf 0 O₅ bzw. jede andere gewünschte Bezugstemperatur gebracht und dieser Übergang über einen bestimmten Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten v/erden kann. Zweckmäibigerweise sollte eine derartige Vorrichtung automatisch arbeiten und keiner ständigen Wartung bedürfen, durch welche die Aufmerksamkeit eines Beobachters abgelenkt werden könnte. Vielfach werden die temperatur bzw. Temp er ε. tür en automatisch aufgezeichnet und infolge der automatischen thermostaxisc^en Steuerung des Bezugs- oder Messüberganges kann dann die die Temperatur aufzeichnende Vorrichtung über längere Zeiträume sich selbst überlassen bleiben. Sine weitere wünschenswerte Eigenschaft besteht darin, daß es mit rlilfe der Vorrichtung auch möglich sein sollte, eine Temperatur gegebenenfalls rasch abzulesen, wobei hierzu lediglich diejenige kurze

Zeit erforderlich, sein soll₅ welche die "beiden übergänge brauchen, um. mit ihrer Umgebung zu einen thermischen Gleichgewiclit zu gelangen, d.h.., daß der eine Übergang die Bezugstemperatur und der andere die zu messende Temperatur erreicht.

Derartige automatische MessYorricivtungen für !Thermoelemente arbeiten bislang prinzipiell in der "./eise, daß derjenige Übergang, dessen Temperatur stets gleichgenalten werden soll, unmittelbar in die i/irksubstanz eintaucht» Bei den meisten Ausführungsformen derartiger Vorrichtungen ist es dabei zweckmäßig, den die 7irkflüssigkeit enthaltenden Behälter hermetisch abzudichten, d.h.* also, daß der Übergang in der V/irkflüssigkeit dichtend eingeschlossen sein muß. Infolge der dadurch bedingten Anzahl und Art der bei der Herstellung in einer derartigen Vorrichtung dichtend einzubauenden Übergänge ergibt sich eine entsprechende Beschränkung der Anzahl und der Art von Thermoelementen, deren 'übergänge auf der gewünschten Temperatur gehalten werden könnenι so weisen beispielsweise in Handel erhältliche Messkammer!! für die Übergänge von Thermo e_L em ent en 6 oder weniger übergänge auf.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen_s mit deren Hilfe die Übergänge von Thermoelementen auf einer entsprechenden Vergleichs-"bzw. Meastemperatur gehalten werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zu diesem Zweck eine Kammer auf, in der sich eine Flüssigkeit befindet, weiche "bei einer Temperatur gefriert, die entweder genau oder annähernd gleich der Bezugstemperatur ist. Dabei ist ein langgestrecktes Rohr durch eine der Wandungen dieser Kammer eingeführt und liegt mit seinem geschlossenen Ende tief im Inneren dieser Kammer. Das andere Ende des ftohres führt von der Kammer nach außen. An der Innenseite des Rohres läßt sich mindestens ein Thermoelement-Übergang in unmittelbarer Hähe des geschlossenen Rohrendes anbringen. Dabei ist eine thermoelektrische Kühlvorrichtung derart angebracht, daß die Kammer so weit abgekühlt wird, daß die darin befindliche Flüssigkeit gefriert, und es ist außerdem eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, welche auf die Zustandsänderung der Flüssigkeit hin derart anspricht, daß sie die Stromzuführung zu der thermoelektrische!! Kühlvorrichtung entsprechend steuert, sobald ein bestimmter Anteil der Flüssigkeit gefroren ist.

Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen der in Rede stehender Art, können in handelsmäßig herstellbaren Alis führung en der ".Erfindung unter vergleichsweise demselben oder sogar einem geringeren Kostenaufwand ohne weiteres bis zu 180 derai tige Übergänge vorgesehen werden, wobei hinsichtlich der Art der Bestandteile der übergänge keinerlei Beschränkungen beachtet zu werden brauchen., es sei denn insofern₉ als darauf geachtet ?/erden muß, daß der sich durch, die G-esamtanzalil der übergänge ergebende Wärmeübergang nicht übermäßig groß sein darf, d.h., daß die Vorrichtung weder teilweise noch ganz überlastet werden darf.

Das zur Aufnahme der übergänge des Thermoelementes bestimmte Hohr ragt vorzugsweise über die 'Jandungen der thermostatisch gesteuerten Kammer hinaus. Zweckmäßigerweise ist das !Rohr dünnwandig ausgebildet und aus zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt, wobei derjenige Teil des "Rohres, der im Bereich des geschlossenen Röhrendes liegt, aus einem Werkstoff guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer, Silber, GoId₅ Aluminium oder Berylliumoxyd, besteht, und derjenige Teil des Rohres, welcher in der lföhe der Außenwandungen liegt, zweckmäßigerweise aus einem Werkstoff herge-

-G-

stellt ist, der diesen Rohrabschnitt gegenüber den Wandungen der Kammer und gegenüber der AuiSenluft thermisch isoliert. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt₅ daß auch ein aus rostfreiem Stahl "bestehendes, langes schmales und dünnwandiges Hohr einem Wärmedurchlais in Längsrichtung einen ausreichenden Widerstand entgegensetzt, und für den PaIl₅ in dem sein geschlossenes iJnde aus kupfer besteht, eine hinreichende Wärmeübertragung von den übergängen auf die Wirkaubstanz gewährleistet₅ so daß fur die meisten 'Verwendungszwecke eine ausreichend genaue iemperatursTeuerung gegeben ist. Dieser Wärmeübergang wird dadurch unterstützt, daß derjenige Teil des Rohres, der sich im Innenraum der Kammer im Abstand von den Kammerwandimgen befindet, mit einer Flüssigkeit gefüllt wird.

Im Betrieb der Vorrichtung sind die übergänge des [Thermoelementes und die Leiter vorzugsweise gegeneinander und auch gegen die Eohrwandungen elektrisch isoliert, was beispielsweise durch einen dünnen Lacküberzug geschehen kann, der den gewünschten Y/araieti&e-afdurchgang im wesentlichen nicht behindert. In den Fällen, in denen die Rohrwanaungen aus einem Werkstoff hinreichender chemischer Widerstandsfähigkeit

(beispielsweise Berylliumoxyd für den wärmeleitenden Teil) "bestehen, und in denen der laokuberzug der Thermoelement-Übergänge und Leiter ausreichend zuverlässig ist, kann eine leitende Flüssigkeit, z.B. quecksilber, verwendet werden, um die Wärmeübertragung am geschlossenen linde des Sohres zu fördern; normalerweise sind jedoch derart verfeinerte Ausführungen nicht erforderlich und es findet vorzugsweise eine nicht korrodierende nichtflüchtige Flüssigkeit (Siliconöl) Verwendung. Das andere, d.h. das an der Kammeraußenseite liegende, offene ände des Rohres, ist dabei zweckmäßigerweise nach oben gerichtet, da bei normalem Betrieb die Außenluft wärmer und damit auch leichter ist als diejenige Luft, welche sich am geschlossenen iinae des eingetauchten Rohres befindet. Infch diese vorzugsweise Orientierung wird ein 'Wärmeaustausch zwischen dem geschlossenen Ende des eingetauchten Rohres und der Umgebungsluft verhindert und aulBerdem kann das eingetauchte iunde des Rohres auch ohne weiteres die die Y/armeübertragung fördernde I¹IUssxgkeit aufnehmen.

Die Flüssigkeit ist vorzugsweise bei Raumtemperatur flüssig und gefriert etwas unterhalb Raumtemperatur, liormalerweise

wird hierzu Wasser verwendet, da O O zweckmäßigerweise als Bezugstemperatur für die 'übergänge von Thermoelementen in Präge kommt. Bei Verwendung von V/asser is τ lediglich darauf au achten, daß das Wasser einen ausreichenden Reinheitsgrad besitzt, in dem es beispielsweise dreifach destilliert ist.

Die Flüssigkeit befindet sich vorzugsweise in einer dichtend abgeschlossenen Kammer, deren Aussenwände zum größten Seil aus einem Werkstoff guter ",/ärmeleitfaiiigkeit (Kupfer, dilber. Gold, Alurninium_s Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd) Toestehen₉ wobei vorzugsweise Kupfer und .aluminium in Frage kommen.

in die Kammerwandungen ist ein oder mehrere Rohre eingesetzt, welche zur Aufnahme der Thermoelement-Übergänge und einer Vorrichtung dienen, welche auf die Zustandsänderung der Flüssigkeit hin entsprechend anspricht, lozw. es ist in der wandung ein Durchlaß vorgesehen, der zu einer derartigen Vorrichtung führt. Zum Schutz gegen ein Einfrieren können diese in der Kaminerwandung vorgesehenen Einsätze beispielsweise unter Zuhilfenahme eines aus Isoliermaterial bestehen Bundes, der sie von den M.tenden Wandungen trennt, thermisch isoliert sein.

Die Wandungen der Kammer stehen in gutein thermischem. Kontakt mit einem Satz von Übergängen einer oder mehrer unter Ausnutzung des Peltier-lJif ektes wirksam werdender Vorrichtungen. Die einander gegenüberliegenden übergänge werden thermisch, zum Kontakt mit einem Wärmeableiter ge-"bracht, welcher normalerweise derart ausgebildet ist, daß er die Wärme an die umgebende Luft oder an ein anderes Kühlmittel ableitet. Der Wärmeableiter ist normalerweise mit Rippen versehen und die Kühlwirkung kann dadurch noch erhöht τ/erden, daß an diesen Kippen ein L'rucfcluftstroin entlanggeleitet wird.

In manchen Fällen kann auch eine Kühlung des Wärmeabieiters durch Wasser oder durch ein anderes geeignetes Kühlmittel zweckmäßig sein. Die Wärme gelangt über die tiessrohre und über die Anzeige»vorrichtung aus der Umgebungsluft und vom Wärmeableiter her in die Kaninerwandungen und in das Wi rkmedium. Da die aus diesen Quellen stammende Wärmemenge nicht konstant ist, sondern sich entsprechend den Schwankungen der Umgebungstemperatur ändert, sind die Wandungen der Kammer gegenüber der Außenluft und auch gegenüber dem den heißen Übergängen der unter Ausnutzung des Peltier-Effektes

wirksam werdenden Vorrichtung zugeordneten "/ärineableiter thermisch isoliert, um eine unnötig groise Y/ärmebelastung der unter i/usnutzung des Peltier-iiiffelites wirksam v/erdenden Vorrichtung und auch um unnötige und unerwünsehte Temperaturunterschiede in der Kammer zu vermeiden. Die Kühlwirkung der unter Ausnutzung des ^eltier-liffektes wirksam werdenden Vorrichtung inuß ausreichen, um die Kammer und das ¥irkmedium soweit abzukühlen, dais bei dem letzteren eine Zustandsänderung eintritt_s wobei die Kühlwirkung stattfinden muß, während Wärme durch die Leiter sämtlicher Thermoelemente einströmt, deren Temperatur gleichseitig konstant gehalten werden soll.

Die ¥irkungsweise der Vorrichtung könnte möglicherweise durch von außen einströmende Wärme beeinträchtigt werden, welche geringer ist, als dies der Kapazität der unter Ausnutzung des Peltier-Effektes arbeitenden Vorrichtung entspricht. Werden z.'B. zu viexe Rohre eingesetzt,, sind diese Rohre zu weit, werden sie übermäßig heiß, oder werden in die eingetauchten Rohre übermäßig viele Vergleichs- oder Meßübergänge eingebracht ₉ so kann der v/arme eingang durch die eingetauchten Rohre unzureichend sein, um eine Eisbildung während des Kühlabschnittes des Teiuperaturzyklus zu ver-

hindern, und trotzdem aber für die von dem Hohr bzw. von den Rohren ausgellende ¥ärine nicht groß genug sein, um svd-schen den Rohren bzw. aen Bezugsübergängen in den !Rohren einerseits und der Wasser- Sislinie andererseits Temperaturunterschiede herbeizuführen. In ä-hnlioher ',/eise können durch, diese ¥ärmebelastung die Temperaturunterschiede innerhalb der Kammerwandungen erhöht werden. Derartige Temperaturunterschiede können dabei je nach den jeweils im Einzelfall gegebenen Arbeitsbedingungen zulässig oder unzulässig sein. Bo sind im Betrieb beispielsweise bei einer konstanten und bekannten Tempers,turdifferenz zwischen der Wasser-J^islinie (O G) und den Tergleichsübergangen des Tiiermoelementes Toleranzen möglich, ohne daß dabei die Genauigkeit der Teiüpei>äturniessung beeinträchtigt wird. Gegebenenfalls kann es jedoch möglich sein, den Wärmeeingang an dieser btexle dadurch zu vermindern daß derjenige Teil des Rohres "bsw. der Rohre gekühlt wird, der aus der Kammer herausragt5 dies kann beispielsweise unter Zuhilfenahme einer zusätzlichen unter Ausnutzung des Jfeltier-üffektes wirksam werdenden Vorrichtung, oder auch durch ein mit dem vorstehenden Teil des Rohres bzw. der Rohre und den Kamiuerwandungen in Kontakt befindliches wärmeableitendes Teil geschehen. Die Wandungen

der Kammer sollten dabei dick genug sein_s um die "wärme zu der unter Ausnutzung des Peltier-Effektes wirksam werdenden Vorrichtung zu leiten, ohne daß dabei innerhalb der V/andungen übermäßig große !Temperaturunterschiede auftreten. Die erforderliche V/andungsdicke läßt sich dadurch etwas vermindern, daß mehrere den Peltier-L'ff ekt ausnützende Vorrichtungen eingesetzt sind, die jeweils in größeren Abständen voneinander an der Oberfläche der leitenden "Wandungen angeordnet sind.

Zur Anzeige kann jede beliebige Anzeigevorrichtung verwendet werden. Die Zustandsänderung erfolgt vom flüssigen zum festen Zustand, da die i-mderungs temperatur in diesem Falle nur geringfügig durch Druckunterschiede beeinflußbar ist_s die außerdem so groß sind, daß sie ohne weiteres gemessen werden können. LJine für die Zwecke der Erfindung besonders gut geeignete Flüssigkeit ist ./asser, ds. beim G-efrieren von V/asser eine ganz deutlich merkbare Volumens- und / oder Druckänderung eintritt, die sich ohne weiteres messen und bestimuen läßt. Entsprechende Vorrichtungen zum Messen und zur Aufzeichnung von VoluBienaänderungen sind allgemein bekannt. 'Js kann Hierzu ein Balg oder eine andere

flexible Membran oder aber ein axis ein-^r elektrisch, leitenden Flüssigkeit, "beispielsweise Quecksilber, bestehendes Kügeichen oder dergleichen Verwendung finden, das sich, unter dem Einfluß der durch, die Zustandsänderung bedingten Yoluniensänderung so weit bewegt, bis ein elektrischer Kontakt entweder geschlossen oder unterbrochen wird.

Die Anzeigevorrichtung ist zweckmäßigerweise derart g

sxellt, daß sie einen Schalter betätigt und den KübJ

Vorgang dann auschaitet wenn zwiochen 6 und 50$ der './irkflüssigkeit, vorzugsweise zwischen 12 und 52$ der v/irkflüssigkeit, gefroren sind. Diese G-renzen werden deshalb gewählt, um einerseits ein übermäßiges Einfrieren zu verhindern, das möglicherweise die "/irksawkeit der ünzeigevorrichtung und / oder die Konvektionsstrome in der 'Kainmei· beeinträchtigen, oder aber anderweitige unerwünschte 'üemperaturdii'ferenzen herbeiführen köniiTe, während s.ndererseits bei einer zu niedrigen xiinsteilung der kritischen Dichte des lclis-'./e.ssergeineisches s.uch warmes Wasser entspricht. Im letzteren Pail tritt überhaupt keine Kühlwirkung ein, aber wenn aus irgendwelchen anderen Gründen ein niedriger kritischer Gefriergrad gewünscht bzw. benötigt wird, kann wahlweise fiine Umgehung das Schalters vorgesehen sein

-β -H-

die dann zum Einsatz gebr&ciit v/ird₉ wenn die "ursprüngliche Wassertemperatur zu hoch ist.

Die Heuerung sei nachstellend anhand einiger ALisführuiigsbeiunter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

s ζ eigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine Ausiiihrungsforni einer erfindungsgemälBen Vorrichtung, in dem die Schaltvorrichtung im einzelnen nicht dargestellt ist, in dem jedoch swei wahlweise Ausführungsformen der Rohre gezeigt sind°,

Figur 2 und 3 zwei wahlweise einsetzbare Schaltkreise.

Die Figur Ί zeigt ζγ/ei Y/ahlweise Ausführungsformen von Rohren 1 bzw. 1', deren untere Unden 2 und 2¹ geschlossen sind und eine flüssigkeit 18 und 18' enthalten, welche die jeweils durch das untere iiJnde erfolgende ',Wärmeübertragung zu den Thermoelementen 5 (von denen lediglich eines gezeigt ist) fordert. Die Bezugsübergänge 4 der Tnerinoelemente 5 stehen dabei jeweils mit den geschlossenen Rohrenden inVerbindung, bzw. liegen in der ITähe derselben. In den:

einen gezeigten Pall besteht aas Rohr aus rostfreiem jjtahl und auf das Rohrende 2 ist eine aus Kupfer bestehende Kappe 19 aufgesetzt, die eine sehr gute ,färmeleitfähigkeit besitzt. Das andere Rohr ist in seinen 'Teilabschnitt 2', aus einem kc/cerial guter ,/ärmelextfähigkeit hergestellt, während der obere Rohrabschnitt 3' aus einem "./erkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. In beiden Fällen sind die Rohre so dünn ausgebildet, wie dies gerade noch mit ihrer Stabilität vereinbar ist. Die Rohre 1 und 1' sind in die Wandungen 7 einer Kammer 6 eingesetzt, deren Inrienraum 21 mit dem i/asser gefüllt ist. Die KamiuerwandLin^e bestehen dabei aus Kupfer. In die ",/andun.cen 7 iet auiser- ' dem auch eine Anzeigevorrichtung 16 unter Zuhilfenahme von aus lsolierms/cerxal bestehenden Buchsen eingesetzt. Diese Ausführung ist deshalb notwendige urn zu ge?/ährleisten_s ds,ß praktisch die gesamte bei der Zustandsänderung der "./lrkflüssigkeit eintretende Yolurnensänderung au.f dxe Anzeigevorrichtung 16 einwirkt.

Die Abmessungen der Rohre 1 sind derart gewählt, daß der Durchmesser weniger als 20^ desjenigen leiles des Rohres beträgt5 der sich mit der Flüssigkeit in Kontakt befindet,

und daß der Durchmesser außerdem weniger als I2fö der Cr es am t länge des Rohres ausmacht. Das Rohr ist in senkrechter Stellung gezeigt und ist vorzugsweise stets innerhalb eines Winkels von 45 zur Senkrechten angeordnet, damit die Värmeübertragungsflüisigkeit nicht auslaufen kann.

Die Vandüngen der Kammer sind gegenüber einem Satz von Übergängen einer Peltier-Kuhlvorricatung 8 zwar elektrisch isoliert, stehen jedoch thermisch iriit diesen übergängen in Verbindung, was zur Folge .aat, daß sowohl in der Kammer 6 und deren Inhalt, als auch in den leitenden ./andungen ein 'i'emperaturcyklus stattfindet. Die andere Reihe von Übergängen der unter Ausnutzung des -"-'eltier-iiffektes wirksam werdenden Vorrichtung 8 steht in guter thermischer Verbindung mit einem V/ärmeübertragungsblock 9_S ist jedoch diesem gegenüber normalerweise elektrisch isoliert. Dieser •iärmeübertragungsblock 9 wird durch ein Band 22 an Ort und Stelle festgehalten, das den jBlock 9₅ die unter Ausnutzung des Peltier-Sffelites wirksam werdende Vorrichtung 8 und die Wandungen 7 zusamrieirpreiBt _s um zwischen diesen Seilen, wie auch aus den Zeichnungen ersichtlich, einen guten Kontakt herzustellen. Am ",/ärmeübertragungsblock 9

ist ein Rahmen 17 befestigt, an den wiederum Hippen 10 angebracht sind, deren Aufgabe darin ti es teilt, "./arme an die Außenluft abzugeben, ^lne andere Ausführungsmöglichkeit "bestellt auch dcirin, den Block 9 wahlweise zur Aufnahme einer ',/asserkühlung hohl auszubilden. Die Ks,mmer 6 ist gegenüber der Außenluft durch eins aus einem aufgeschäumten Kunststoff isoliermaterial bes'aeifnde Schicht thermisch isoliert, die von einem Außengehäuse 12 umschlossen ist.

Die Anzeigevorrichtung 16 ist in Form eines Balges ausgebildet und 8,US Berylliumkupfer hergestellt.

Die in !Figur 2 gezeigte Schaltvorrichtung weist einen i„!ikroschalter A auf, der den Wechselstrom steuert, weicher von der Hauptleitung der Primärwicklung eines ^.bwärtstransformators 32 zugeführt wird, von dessen Sekundärwicklung der Strom nach entsprechender Gleichrichtung und Erlättung der unter Ausnutzung des Peltier-liffelrces wirksam werdenden Vorrichtung 8 zugeleitet wird.

Bei einer anderen, in Figur 3 gezeigten -ausführungsfor-m der Schaltvorrichtung steuert die Bewegung- des Balges 16 den

Schalter A in dem Stromkreis_s in dem die unter Ausnutzung des Peltier—Effektes wirksam werdende Vorrichtung 8 von den Batterien 31 und 52, Tdzw. wahlweise vom gleichgerichteten Lind geglätteten Ausgang eines 'Irans format or s gespeist wird. Der Schalter B wird "bei Raumtemperatur derart geschaltet, daß, wenn diese !Temperatur niedrig ist ( beispielsweise unterhalt) 5 C liPgt), der der unter Ausnutzung des Peltier-itiffektes wirksam, xverdenden Vorrichtung 8 zugeleitete Strom während der Heizphase des Teinperaturcyfclus umgekehrt wird, anstatt einfach abgeschaltet zu werden. Des weiteren ist ein Schalter C vorgesehen, durch den zusätzlich Spannung angelegt werden kann, um eine rasche Anfangs kühlung herbeizuführen, "bevor der Temperatureyklus beginnt oder der auch dann zum Einsatz gebracht werden kann, wenn hohe Umgebungstemperaturen und starke Y/armebelastungen vorliegen.

In dem Maße, in dem es in dem Haum 21 zu einer ausbildung kommt, wird der Balg nach unten gedrückt, bis durch seine !Bewegung der Schalter A (Figuren 2 und p) aus seiner oberen in seine untere Stellung gebracht wird und damit den otromzufluß zu der unter Ausnutzung des Peltier-Sffektes wirksam

werdenden Vorrichtung unter "br ic lit.

Beim Kühlen der flüssigkeit, bei der es sich in diesem falle um Wasser handelt, tritt zunächst einmal eine Unterkühlung der flüssigkeit beträchtlich unterhalb des Gefrierpunktes derselben ein, wobei sich in dex- Gesamtflüssigkeit feste Kristalle bilden, wonach dann ein plötzlicher l'emperaturanstieg zum Gefrierpunkt erfolgt. Normalerweise beträgt die so erhaltene feststoffmenge weniger als die kritische !Menge.

Soweit dann bei der kritischen ilenge des ,/ir-kniediums eine Zustandsänderung eingetreten isx, findet eine entsprechende Änderung auch im Volumen oder im Druck des "./irkmediums statt und dies wird normalerweise auch durch die Anzeigevorrichtung aufgezeigt, die daraufhin in der ',/eise anspricht, daS der KühlVürgang abgeschaltet wird, normalerweise heißt dies, daß die Stromzuführung ganz einfach abgeschaltet wird5 in solchen fällen, in denen jedoch die Umgebungstemperatur übermäßig hoch ist, kann die Stromzufuhr auch derart geschaltet werden, da£ in der x'eltier-Vorricntung nur eine geringere Kühlwirkung hervorgerufen 7/ird, so daiB hierdurch eine langsamere und gleichmäßigere Aufwartung der Vorrichtung

niöglicla wird. In denjenigen fällen, in denen dagegen die Umgebungstemperatur zu niedrig ist, bedeutet dies, daß die Stromzuführung zu der Peltier-Yorriciitung derart gewählt ist, daß an den in thermischem Kontakt mit den leitenden Wandungen befindlichen übergängen ",/arme erseiigt wird. Durch Einbau der in figur 3 ,gezeigten schaltvorrichtung, die auf die jeweilige Umgebungstemperatur hin anspricht, kann je nach der gegebenen Üingebungs- oaer Raumtemperatur ein entsprechender Schaltvorgang vorgegeben werden.

■;/ird nun die Kühlphase abgeschaltet, so leitet dies die Heizphase ein, während der die feststoffe v/i ed er schmelzen < > Zum ZeitpLinkt der abschaltung sind die wandungen der Kammer kühler als der Schmelzpunkt der flüssigkeit und der G-efriervorga,ng wird infolgedessen solange weitergeführt, bis hier kein Temperaturunterschied mehr vorliegt. Sobald die feststoffbildung oberhalb einer kritischen uenge liegt, schaltet die Kühlung ab, die Temperc/cur der Kammerwandungen steigt über den Gefrierpunkt der flüssigkeit an und aie feststoffe schmelzen nun so weit, bis die Lienge wieder unterhalb des kritischen Punktes liegt, unschiieisend ^T,vird wieder

die Kühlung eingeschaltet und sobald die Kammerwandungen wieder bis unterhalb des Schmelzpimktes abgekühlt sind, setzt xvieder der Gefriervorgang ein. Dieser iemperaturcykrus kann gegebenen! cills auch verlangsamt werden, indem die Dicke und die Wärmekapazität der Karmerwandungen erhöht werden oder aber indem der durcxi die Anzeigevorrichtung betätigte Schalter mit einer Zeitverzögerung ausgestattet wird» Umgekehrt kann der Temper&turcyklus dadurch beschleunigt werden, daB die Dicke der Kammerwandungen vermindert wird, ixit Rücksicht darauf, daß dieser I'eniperaturcyklus in den Kanmierwanaungen vor sich geht, müssen Maßnahmen zur Yerminderun des unmittelbaren xiitzedurchganges von den leitenden Wandungen zum geschlossenen JSnde des eingetauchten Rohres und den darin befindlichen Übergängen des !Thermoelementes getroffen v/erden. Die Temperaturen werden hier durch die flüssigkeit gesteuert, die während des Arbeitszyklus beiimwesentlichen konstanter !Temperatur schmilzt und gefriert. Lach Ablauf mehrerer l'emperaturcyklen bildet sich an den Wandungen ein dauernder Festsubstanzübersug, der dem Ablauf der femperc-turcyklen entsprechend jeweils an Dicke zu- und abnimmt. 'Wird Wasser al3 Wirl:flüse;i£keit verwendet, so ist das üis bestrebt, sich unter der Wirkung von IConvektionsströmen an der

Oberseite der Vorrichtung anζusangelnf bei den meisten anderen sieh beim Gefrieren zusammenziehenden !Flüssigkeiten liegen die dichtesten j?eststoifablagerungen normalerweise am Grunde des Gerätes, üuieser Gesichtspunkt muß jeweils dann berücksichtigt werden, wenn die Stellung der Peltier-Vorrichtung, der Anzeigevorrichtung und der Vergleichs- oder Meiärohre in der Thermostatkammer bestimmt wird, ,/ird also beispielsweise ,;asser als arbeitsmedium verwendet und iot die Anzeigevorrichtung ziemxich tief in dem Gerat angebracht, so ist damit ein gewisser Schutz gegen ein Einfrieren der Anzeigevorrichtung gegeben.

Während der Heizphase des Semperaturcyklus kann der Hauptwärrneeingang durch die Peltier-Vorrichtung erfolgen. '.Ls besteht dann die ITeigung, daß das abschmelzen der !Festsubstanzen in unmittelbarer Nachbarschaft der Peltier-Vorrichtung zu den leitenden './an dung en der Kammer hin vor· sich geht. ISs kann also an den Wandungen eine Flussigkeitsans&,mmlung erhalten werden, die von einer Peststofflage überdeckt ist. In den Fällen, in denen sich die !Flüssigkeitsansammlung nit der l-Iauptmenge der !Flüssigkeit in Verbindung steht, wirkt sich dies günstig aus, da damit

die Verschiebiing der Hauptlinie zwischen IPestsubstanz •und Flüssigkeit in der Kaiser und auch die aaaurch bedingten gerin_oen Temperaturänderungen verringert werden. Sind dagegen diese Plüssigkeitsansaxiimlungen vollständig isoliert, so kann ein Schmelsvorgang staxtfiiaden, ohne dan sich dies in irgendeiner './eise auf die Anzeigevorrichtung auswirkt, so daß der Schmelzvorgang Ms weit unterhalb des kritischen x-unktes fortgeführt v/eraeii kann, ene die leltier-Vorrichtung auf Kühlung umgeschaltet wird, was einen unerwünscht übertriebenen Teure er aturcykius zur ]?cl_ae haben kann. Diesem unerwünschten Zuatcoia kann Jedocä ohne Y;eiteres dadurch abgeholfen V7erö.en₅ daß der Jä.rmeeingang durch die Peltier-Yorrichtung während der Heizphase des 'üeEiperaturcyklus vermindert, und / oaer der ./äriaeeingang durch andere Teile der "Vorrichtung erhöht wird.

Sine ähnliche i/irkung kann auch dann a,uftreten, v/enn sich im Bereich der Anzeigevorrichtung Pestsuostanzen bilden, so daß die Vorrichtung auf Änderungen üin nicht mehr einspricht. In diesem Fall kann dadurch .abhälfe geschs.ffen werden, daß die Vorrichtung in der vorstehend "beschriebenen V/eise richtig angeordnet, und / oder für einen erheblichen

Värmeeingang durch, die Anzeigevorrichtung Borge getragen wird, indem sie in der llähe der Vergleichs- oder Meßrohre angeordnet wird₃ was insbesondere dann gilt, wenn die Vergleichs- oder Meßrohre als Hauptwärmeeingang in Frage kommen, und / oder dadurch_? daß die Anzeigevorrichtung gegenüber den leitenden "/anaungen hermetisch isoliert wird.

Claims

Ρ.ΑΛ91 357*11.7.6Ί g A η s pr ti c h e

1. Isothermische Tergleichsvorrichtung, mit deren Hilfe der übergang eines Thermoelementes auf einer "bestimmten Bezugstemperatur gehalten v/ird_s und we Ich. e eine Kammer aufweist, in der sich eine annähernd oder genau 'bei dieser Bezugstemperatur gefrierbare Flüssigkeit befindet, und in der weiter eine thermoelektrische Kühlvorrichtung derart angeordnet ist, daß die Kammer derart gekühlt wird, daß die darin befindliche Flüssigkeit gefriert, und bei der weiter eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, welche auf eine Zustandsänderung der Flüssigkeit hin in der 7ieise anspricht, daß sie die Strömzufuhr zu der thermoelektrische!-! Kühlvorrichtung nach dem Gefrieren eines bestimmten Anteiles der Flüssigkeit steuert, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Vorrichtung mit einem langgestreckten Rohr (I₉ 1') versehen ist, das durch eine der Wandungen der Kammer hin durchgeführt ist und dessen geschlossenes Ende (2, 2') tief im Ksjnmerinneren (21) angeordnet ist, während das andere Rohrende aus der Kammer herausgeführt ist, wobei an die Innenfläche des Rohres mindestens ein Thermoelement-'übergang (4) in unmittelbarer Nachbarschaft des geschlossenen Röhrendes ist

2» Vorrichtung nach, Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ilohrdurchniesssr 7/eniger als 20$ desjenigen Anteiles der Rohrlänge beträgt, die sicli mit der Flüssigkeit in Eontakt befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet s daß der Rohrdurchmesser weniger als 1270 der G-esaratr ohr länge beträgt.

4-. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus rostfreiem Btah.1 besteht und an seinem geschlossenen 3nde mit einer Kupferkappe (19) dichtend verschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einen oder mehreren der .Ansprüche 1 bis 4j dadurch gekennzeichnet, daß das lioiir an und im Bereich seines geschlossenen Undes (2¹) aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff, und in der Bähe der Kannierwandungen aus einem schlecht wärmeleitenden Werkstoff (3') besteht.

6» Torrichtung nach, einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet_s daß das Rohr höher angeordnet ist als die Anzeigevorrichtung.

7. Vorrichtung nach einem oaer mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr

Q.

senkrecht oder in einem Winkel von 45 aur Senkrechten
nach oben ragt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dai3 in das
geschlossene Ende des Rohres eine thermisch leitende
!Flüssigkeit (18) eingefüllt ist.