DE1963726A1 - Thermometeranordnung fuer Thermoelemente - Google Patents

Description

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Thermometeranordnung für Thermoelemente

Die Erfindung befaßt sich mit einem Thermometer, bestehend -g aus einem elektrischen Anzeigeteil und einem, in einem Handstück angeordneten Meßthermoelement, dessen Kaltlötsteilentemperatur durch eine GegenspannungsgleichstrombrUcke kompensiert 1st.

Die Temperaturmessung mit Thermoelementen ist eine der häufigsten thermometrisehen Methoden, da die beiden einseitig verschweißten Thermodrähte aus Stoffen mit großer Differenz der Thermokraft eine mechanisch und elektrisch sehr stabile und betriebssichere Anordnung darstellen. Sie sind damit beispielsweise den mechanisch sehr empfindlichen Widerstandsthermometern vor allem bei rauhem Betrieb Überlegen.

Der grüße Nachteil der Methode besteht darin, daß einmal die Temperatur der Immer notwendigen zweiten Verbindung der Thermodrähte - meist die Klemmen des Anzeigeinstrumentes -

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direkt in das Meßergebnis eingeht. Weiterhin führen lange Verbindungsleitungen, die zur Vermeidung von Störspannungen entweder aus dem gleichen Material des Thermopaares oder.wenigstens aus besonderen, thermoelektrisch gleichwertigen Legierungen bestehen müssen., auf Grund des meist hohen Ohmsehen Widerstandes .zu Meßfehlern und sind auch teuer. Außerdem sind solche Leitungen relativ steif und für bewegliche Meßfühler wenig geeignet.

Die Aufgabe, genaue Thermoelementmessungen an verschieden entfernten Meßstellen ohne aufwendige Zuleitungen durchzuführen, löst die Erfindung dadurch, daß der temperaturabhängige Kompensationswiderstand der Gegenspannungsgleichstrombrücke im thermischen Zontakt zur Kaltlötstelle des* Messthermoelementes im Handstück angeordnet ist und in an sich bekannter Dreileiteranordnung durch handelsübliche Leitungen mit dem Anzeigeteil verbunden ist, wobei das Meßthermoelement ein Teil des dritten Leiters ist.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung, die somit als Widerstands thermometermeßbrücke angeordnet ist und als Vorrichtung für Thermoelementmessungen arbeitet, hat den Vorteil, daß die kritischen Zuleitungs- und Kaltlötstellenpr©bl:eme der Thermoelementmessung entfallen, ohne daß deren günstige Eigenschaften., wie hohe Betriebssicherheit und robuster Aufbau aufgegeben werden müssen. Als handelsübliche Leitungen sind hierbei* Litzen oder Drähte aus dem üblichen elektrischen Leitermaterial, wie Kupfer;, Aluminium und dergleichen zu verstehen, insbesondere auch die Leitungen «ines bereits verlegten Leitungsnetzes. Damit ist die KöglicMceit ägegetoen_;, Meßleitungen als normale Installationen zm verlegen,, oder solche Leitungen - falls sie frei sind - iür nutzbar zu machen,

Ein weiterer Vorteil der Krfindung "feestsMt dariaa^, saal d GegenBpanmtngs^leiehstriamTarucice in der llh© des Instrumentes anbringtoar tand der SrüetoeiEnsulLlpunlkt

Zuschalten'von Spannungsteilern zur Gegenspannungsgleichstrombrücke veränderbar ist.

Der Vorteil dieser Weiterentwicklung der Erfindung liegt darin, daß eine Bereichsunterdrückung vorgenommen und dadurch der Meßbereich des Thermometers erweiterbar ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung erläutert und Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Kompensationsanordnung für Thermo-Elemente,

Fig. 2 eine bekannte Kompensationsanordnung für Widerstandsthermometer,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung,

Fig. 4 eine Erweiterung .der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, .

Fig. 5 eine technische Ausführung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung.

Es ist bekannt, die Temperatur der Kaltlötstelle eines Thermoelementes durch eine Gegenspannungsgleichstrombrücke zu kompensieren. Dazu wird nach Figur 1 eine Brücke Rk-Rv-R2-R4 an aus Thermoelementmaterial oder Ausgleichslegierungsmaterial bestehende Leitungen 30, 31geschaltet, die ein Thermoelement 1 an Klemmen K 301, "K 311 mit einem Anzeigeinstrument 2 verbinden. K 301, K 311 stellt damit die von Klemmen K 31, K 30 verschobene Kaltlötstelle des Thermoelementes dar. Ist der Widerstand Rk der Brücke, der einen großen Temperaturlcoeffizienten des Widerstandes hat, über Leitungen K 1, K 2mit Leitungswiderständen Rk 1, Rk 2 in räumlicher Nähe von K 301, K 311 angeordnet, und ändert sich die Temperatur an K 301, K 311, dann eitsteht über Rk-Rv eine Gegenspannung U=J '(Rk-Rv), wenn Jyder Brückenstrom ist, da sich der Widerstand von Rk ändert und dadurch das

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Brückengleichgewicht gestört ist. Bei richtiger Wahl der Kombination, aus Rk, Rt, die zweckmäßig im abgeglichenen Zustand gleich groß sind, läßt sich mit dieser Anordnung die Kaltlötstellentemperatur gerade kompensieren.

Mit dieser Anordnung lassen sich jedoch Thermospannungen noch immer nur unvol!kommen direkt - also ohne Verstärker messen» da das oft auftretende Problem langer Zuleitungen damit nicht lösbar ist«. Denn wenn die Thermoleitungen 30> lang sind,- gibt es Widerstandsprobleme durch die Leitungs— widerstände R 30». R 31 für den Thermo strom, sind die Leitungen K 1, E2' lang, dann gibt es WiderStandsprobleme durch die. Leitungswiderstände Rk T _r Rk 2 für den ^rlle Kaltlöt-r stellenkompeKsation erzeugenden Brückenstrom J.

Bs ist nun weiterhin bekannt, bei Widerstandsthermometern zur Kompensation der Zuleitungswiderstände der Meßfühlerzuleitungen eine Dreileiteranordnung nach Fig. 2 zu verwenden. Die Leitungswiderstände R 300, R 30 der Zuleitungen zum Widerstand Rk, der Jetzt als Meßwiderstand zu betrachten istj- addieren sich gleichartig zu Rv und Rk, wenn Punkt K Bezugspunkt ist, so daß also für den Punkt K 30 bei in abgeglichenem Zustand gleichen Widerständen Rk = Rv gilt:

Rk Rk -f R 300
ITv - Rv + R 30

Dadurch ist das Brückenverhältnis dann erhalten, wenn das Anzeigeinstrument 2 über Leitungen 303 und 31 an-Punkt. K angeschlossen ist.Die Leitungen 30, 300 können somit innerhalb eines großen Bereiches beliebig lang sein, wenn sie nur was relativ einfach zu erreichen ist - gleichen Widerstand haben. Für R 3O=R 300 sind also die Meßwerte des Thermometers unabhängig von R 30, R 300. Der als Vorwiderstand für das Anzeigeinstrument wirkende Leitungswiderstand R 31 kann durch einen Regulierwiderstand Rp ausgeglichen werden. Meist ist jedoch R 31 vernachlässigbar klein.

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In Fig. 3 ist die Verbindung 303 der Fig. 2 ersetzt durch ein Thermoelement 1♦ Dadurch entsteht ein Widerstandsthermometer, dessen in einem Handstück H angeordneter Meßwiderstand Rk die Temperatur der Kaltlötstelle K 31, K 30 vom Thermoelement 1 mißt, durch die Dreileiteranordnung bezüglich der Zuleitungslängen der das Handstück H und das in einem Anzeigeteil A befindliche Anzeigeinstrument 2 verbindenden Leiter 30, 300, 31 kompensiert ist, und in dem eine Fehlspannung durch das Thermoelement erzeugt wird.

Wird jedoch - der Meßaufgabe der Vorrichtung entsprechend die Thermoelementspannung als Meßwert betrachtet, dann stellt die Anordnung eine Thermoelementschaltung dar, deren Kaltlötstellentemperatur durch eine GegenspannungsgleichstrombrUcke kompensiert ist.

Die Anordnung nach Fig. 3, aus einer Zusammenfügung der Anordnungen nach Fig. 1 und Fig. 2 entstanden, führt zu dem überraschenden Ergebnis, Thermoelementmessungen ohne Temperaturstabilisierung der Kaltlötstelle ausgleichsleitungsfrei und leitungslängenkompensiert vornehmen zu können. Die Länge der das Handstück H und das Anzeigeteil A verbindenden. Leitungen 30, 300, 31-aus handelsüblichem Material, wie Kupfer, Aluminium und dergleichen ist in einem weiten Bereich beliebig.

Figur 4 zeigt einen erweiterten Anzeigeteil einer erfindungsgemäßen Anordnung, in der der Brückennullpunkt der Gegenspannungsgleichstrombrücke durch Zuschaltung von Widerstandskombinationen R 20- R 40, R 200 - R 400 verschiebbar ist, so daß in Stellungen 41, 42 eines Schalters 4 Teile des Meßbereiches der Anordnung unterdrückt werden können.

Es Ist weiterhin vorteilhaft, als Gleichspannungsversorgung für die Vorrichtung eine durch bekannte elektronische Mittel 5 stabilisierte Batterie 6 zu verwenden,

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In Fig. 5 ist im Handstück H der Kompensationswiderstand J Rk in thermischem Kontakt mit den das Meßthermoelement 1 mit den Leitungen 31, 30 verbindenden Klemmen K 31, K 30 \- angeordnet, der seinerseits über die Leitung 30 mit dem Anzeigeteil A verbunden ist. Die drei Leitungen 30, 31, sind gemeinsam in einem Kabel K untergebracht. Die Länge des Kabels K kann in einem weiten Bereich geändert werden ohne daß dabei ein besonderer Abgleich der Meß vorrichtung vorgenommen werden muß.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   Thermometer, bestehend aus einem elektrischen Anzeigeteil und einem, in einem Handstück angeordneten Meßthermoelement, dessen Kaltlötstellentemperatur durch eine Gegenspannungsgleichstrombrüeke kompensiert ist, .dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Kompensationswiderstand der Gegenspannungsgleichstrombrücke im thermischen Kontaktzur Kaltlötstelle des Meßthermoelementes im Handstück angeordnet ist und in an sich bekannter Dreileiteranordnung durch Leitungen aus handelsüblichem Material mit dem Anzeigeteil verbunden ist, wobei das Meßthermoelement ein Teil des dritten Leiters ist.

   2, Thermometer nach Anspruch 1 da.durch gekennzeichnet, daß der Brückennullpunkt durch Zuschalten von Spannungsteilern zur Gegenspannungsgleichstrombrücke veränderbar ist.

   3. Thermometer nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichne t, daß als Gleichspannungsquelle eine durch bekannte elektronische Mittel stabilisierte Batterie verwendet ist,

   In Betracht gezogene Druckschriften: VDE Richtlinien, Juli 1964, VDE/VDI 3511 "Technische Temperaturmessungen".

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