DE2204613A1

DE2204613A1 - Ausgleichsleitung für Thermoelemente

Info

Publication number: DE2204613A1
Application number: DE19722204613
Authority: DE
Inventors: Alan Sydney; Newman Reginald James; London Darling
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1971-02-08
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1972-08-24
Also published as: FR2124537A1; CH548121A; GB1379546A; NL7201598A; IT947302B; BE779068A

Description

JOHNSON, MATTHEY Se CO. LIMITED 78, Hatton Garden, London, EC1P 1AE, Grpssbritannien

Ausgleichsleitung für Thermoelemente

Die Erfindung betrifft Thermoelemente und insbesondere Ausgleichsleitungen für Thermoelemente und Kombinationen derartiger Ausgleichsleitungen und Thermoelemente·

Beim Messen von Temperaturen mittels Thermoelemente im Laboratorium ist das Messinstrument, z.B. ein Potentiometer oder ein .Millivoltraesser verhältnismässig nahe der Messstelle des Thermoelements vorgesehen und die freien Enden der Drähte des Thermoelmeö$Ef sind daher direkt mit dem Messinstrument verbunden. In diesem Falle bilden die Verbindungen zwischen den Drähten des Thermoelements und den Klemmen

des Instrumentes die Vergleichsstelle des Thermoelements.

Wo Thermoelemente jedoch industriell angewendet werden, ist es oft notwendig, dass das Messinstrument in einer gewissen Entfernung von der Messteile angeordnet ist und in den meisten Fällen würde eine Verlängerung der Drähte des Thermoelements zum Messinstrument eine untragbare Belastung darstellen. Dies ist der Fall insbesondere bei einem Thermoelement aus Edelmetall. Unter diesen Bedingungen ist es üblich, das Thermoelement mit dem Messinstrument durch ein Paar sogenannter Auegleicheleitungen zu verbinden· Diese sind im allgemeinen

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ORIGINAL INSPECTED

billiger und fester als die Drähte des Thermoelements und sollen idealerweise dieselben thermoelektrischen Eigenschaften ausweisen, wie das Thermoelelerat selbst. In anderen Worten, wenn die Ausgleichsleitungen als Thermoelement geschaltet werden, sollen sie dieselbe Kurve der thermoelektrischen elektromotorischen Kraft (EMK) über der Temperaturdifferenz haben, wie das Thermoelement, mit welchen sie eingesetzt werden. Wenn dies der Fall ist, ist die Kurve der EMK über der Temperaturdifferenz der Kombination des Thermoelements mit den Ausgleichsleitungen dieselbe, wie die des Thermoelements. Ausserdmm wird dann die Messtelle der Kombination durch die Verbindungen zwischen den Ausgleichsleitungen und den Klemmen des Instruments gebildet und die Eichkurve des Thermoelements selbst, welche das Verhältnis zwischen der thermoelektrischen EMK und der Temperaturdifferenz zwischen der Messtelle und der Vergleichsstelle des Thermoelements angibt, kann für die Kombination der Ausgleäohsleitungen ' und des Thermoelements benützt werden, ohne Bücksicht auf die Temperatur der Verbindungen zwischen den Drähten des Thermoelements und den Ausgleochsleitungen (im allgemeinen sollen diesen beiden Verbindungen dieselbe Temperatur haben).

Praktisch ist es jedoch ausserordentlich schwer, Ausgleichsleitungen herzustellen, deren EMK-Temperaturdifferenz-Kurve jener eines Thermoelements auf die im Vorangehenden angegebene Art und Weise entspricht. Im Allgemeinen ist es nur möglich und praktisch, dass die beiden Kurven genau nur bei einer ganz bestimmten Temperatur gleich sind -.- und in einem engen Bereich oberhalb und unterhalb dieser Temperatur annähernd gleich sind. In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen bedeuten die beiden Ausdrücke "Kurve" und Kennlinie" beide das Verhältnis zwischen der EMK und der Temperaturdifferenz zwischen der Messtelle und der Vergleichsstelle·

Wenn ein Thermoelement mit einem Messinstrument durch Ausgleichsleitungen des oben beschriebenen Type verbunden ist und die Verbindungs-

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stellen der Drähte des Thermoelements und der Ausgleichsleitungen auf der Ausgleichstemperatur (z.B. H C) gehalten werden, kann die Eichkurve des Thermoelements selbst benutzt werden. Wenn die Temperatur der Verbindungsstelle jedoch von M G abweicht, ändert sich auch die Anzeige des Instruments für eine bestimmte Temperaturdifferenz zwischen der Mess- und der Vergleiohsstelle, wobei die Grosse dieser Änderung von der Grosse der Abweichung der Temperatur der Verbindungsstellen von M G abhängt. Die mittels der Instrumentanzeige und der Eichkurve des Thermoelements erhaltenen Temperaturwerte sind dann mit einem entsprechenden Fehler behaftet.

Dies wäre kein besonderer Nachteil, wenn sich Ausgleichsleitungen mit einer spezifischen Anpassungstemperatur (M C) mit einem bestimmten Thermoelement leicht herstellen liessen, da es dann nur notwendig wäre, die Verbindungsstellen der Ausglaichsleitungen mit den Drähten des Thermoelements beim Einsatz des Thermoelements auf oder nahe dem Wert M C zu halten. Im Allgemeinen ist es aber schwer, Ausgleichsleitungen mit einer spezifischen Anpassungstemperatur (H C) herzustellen, da selbst geringfügige Änderungen in der Zusammenstellung des einen oder anderen Leiters oft zu einer grosseren änderung im Wert von M führen. Es folgt daraus, dass bei der Herstellung von Ausgleichsleitungen, die gegenüber einem bestimmten Thermoelement einen spezifischen Wert von M haben, die Zusammenstellung des Werkstoffes, aus welchem mindestens einer der Leiter hergestellt wird, ganz genau kontrolliert werden muss.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Ausgleichsvorrichtung für ein Thermoelement zu schaffen, umfassend zwei Ausgleichsleitungen, von welchen eine zwei oder mehr isolierte Leiterzweige umfasst, wobei ' ein Zweig aus einem Werkstoff besteht, dessen thermoelektrische Eigenschaften sich von denen aller anderen Leiterzweige unterscheiden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst ein kompensiertes Thermoelement ein Thermoelement und zwei Ausgleichsleitungen,

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von denen jeweils eine mit einem Draht des Thermoelements verbunden ist· Eine der Ausgleichsleitungen umfasst zwei oder mehr isolierte Leiterzweige, wobei ein Zweig aus einem Material hergestellt ist, dessen thermoelektrische Eigenschaften sich von denen aller ürbiger Leiterzweige unterscheiden. . . ~

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit zwei Leiterzweigen in einer Ausgleichsleitung sind die Zweige mit einem Spannungsteiler

so zusammengeschaltet, dass die thermoelektrische EMK der Kombination eines Thermoelements mit den Ausglebhsleitungen für eine bestimmte Temperaturdifferenz zwischen Mess- und Vergleichsetelle einstellbar ist·

Wenn die Erfindung zwei oder mehr Leiterzweige umfasst, wird die Wirkung eines Spannungsteilers erzielt, indem einige oder alle Zweige parallel geschaltet sind, wodurch die thermoelektrische EMK der Kombination eines Thermoelements mit den Ausgleichsleitungen für eine bestimmte Temperaturdifferenz auf den gewünschten Wert eingestellt,werden kann.

In einer anderen AusfUrhungsform der Erfindung, in welcher die Ausgleichsleitung zwei Leiterzweige umfasst, wird der Querschnitt eines der beiden Zweige so gewählt, dass die thermoelektrische EMK der Kombination eines Thermoelements mit den Ausgleichsleitungen für eine bestimmte Temperaturdifferenz auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann.

Die Erfindung umfasst auch eine Ausgleichsleitung für ein Thermoelement, umfassend zwei oder mehr leiterzweige, von denen mindestens einer aus einem Werkstoff hergestellt ist, der Tsich thermoelektrisch von dem anderen Leiter oder den anderen Leitern unterscheidet, wobei diese Leiter mit Spannungsteilern versehen sind·

Die Spannungsteiler können

•A

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a) aus den Leitern bestehen oder in der Form eines Spannungsteilers 1 mit denselben verbunden sein;

b) derart einstellbar sein, dass, wenn die Ausgleichsleitungen mit einem bestimmten Thermoelement verbunden werden, die thermoelektrische EMK der Kombination des Thermoelements mit den Ausgleichsleitungen für eine bestimmte Temperäturdifferenz zwischen der Mess- und Vergleichsstelle zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert variiert werden kann;

c) fest eingestellt oder voreingestellt-vflrden kann, sodass die thermoelektrische EMK für eine bestimmte Temperaturdifferenz vorbestimmt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus'der folgenden, beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor·

Pig. 1 zeig,<? eine herkömmliche Anordnung von Ausgleichleitungen fü*r ein Thermoelement und einem Strommessinstrument,

Fig. 2 zeigt die EMK-Teraperatur-Keirnlinie eines Thermoelements und der für den Einsatz mit dem Thermoelement bestimmten Ausgleichsleitungen, wenn diese als Thermoelement zusammengeschaltet werden,

Fig. 3 zeigt die Abweichung bei verschiedenen Temperaturen der EMK eines Kupfer/O,56% Kupfer-Nickel Thermoelements und eines Kupfer/O,59# Kupfer-Nickel-Thermoelements von der entsprechenden EMK eines Platin/13% Bhodium-Platin-Thermoelements,

Fig. k zeigt die Kennlinien für die thermoelektrische EMK über der "'.^" Temperaturdifferenz für ein Platin/13% Rhodium-Platin Thermoelement, ein 17% Chrom 12% Nickel 71% Eisen/20% Chrom-Nickel Thermoelement, und ein 20% Chrom 3^% Nickel k6% Eiaen/20% Chrom-Nickel-Thermoelement, . '

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäese Anordnung von Ausgleichsleitungon mit einem Thermoelement und eines Strommeasinstrumant,

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flg. 6 zeigt eine andere Anordnung der erfindungsgemässen Ausgleichsleitungen,

Fig. 7 zeigt die EinstellungsmSglichkeiten für die EMK-Teraperatur-Kennlinie einer Ausgleichleitungsanordnung nach Maesgabe der Erfindung« wenn diese als Thermoelement geschaltet ist,

Fig. 8 zeigt eine AusfShrungsfom eines Spannungsteilers, der in der Anordnung nach Fig. 3 verwendet werden kann, und

Fig. 9 zeigt die Abweichung von NiCrFe-Legierungs-Ausgleichsleitungen vom Ausgang des Pt-135& Bh/Pt Thermoelements nach FLg. 5.

In Fig. 1 stellen die Drähte 1 und 2 die Zweige eines Platin/13% Ehodium-Platin Thermoelements dar, die bei 3 zu« Bilden einer Messteile zusammengeschlossen sind. Die anderen Enden »der Drähte sind bei k und 3 mit Ausgleichsleitungen 6, bzw. 7 verbunden und diese führen zu den Klemmen 8 und 9 eines Millivoltmeters 10. Beim Einsatz haben die Klemmen 8 und 9 dieselbe Temperatur und bilden, wie durch die gestrichelte Linie 11 angedeutet ist, die Vergleichsstelle der Kombination aus Thermoelement und Ausgleichsleitungen. In einem typischen Falle sind die Drähte 6 und 7 aus Kupfer und aus einer Nickel-Kupfer Legierung mit einer geringen Menge Nickel gefertigt. Wenn der Nickelgehalt des Drahtes 7 ca 0,5 Gew.-# beträgt, ist die EMK-Temperaturdifferenz-Kurve für die Leitungen ungefähr so, wie bei 1 in Fig. 2 dargestellt ist, wobei die entsprechende Kurve für das Thermoelement selbst bei 2 gezeigt ist. Die beiden Kennlinien koinzidieren bei der Temperatur M, die typischerweise bei 100 C liegt.

Dieselbe Wirkung, sowie auch der Effekt einer geringen Änderung in ddr Zusammenstellung einer der Ausgleichsleitungen ist in Fig. 3 dargestellt. Hier sind die Differenzen zwischen der EMK in Mikrovolt zweier Anordnungen von Nickel-Kupfer/Nickel-Ausgleichsleitungen einerseits und die EMK eines Platin/13/^ Bhodium-Platin-Thermoelements andrerseits über der Temperatur gezeichnet, wobei die EMK der Ausgleochleitungen dadurch erhalten wurde, dass die Leiter ale Thermoelement zusammengeschaltet wurden.

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Kennlinie 1 betrifft den ersten Satz von Ausgleichsleitungen (Satz A), in welchem der Nickel-Kupfer-Leiter 0,56 Gew.-55 Nickel enthielt, und Kennlinie 2 einen zweiten Satz (Satz B), bei welchem der betreffende Leiter 0,59 Gew.-# Nickel enthielt· Wie aus der Figur zu ersehen ist, schneidet die Kennlinie 1 die Nullinie bei 102°C, södass die EMK-Temperaturdifferenzkurven des Satzes A und eines Platin/13$ Hhodium-Platin Thermoelements bei dieser Temperatur koinzidieren· Wenn daher Satz A mit einem derartigen Thermoelement verbunden wird und die Verbindungsstellen der Drähte des Thermoelements und der Ausgleichsleitungen auf 102⁰C gehalten werden, ist die EMK-Temperaturdifferenzkurve der. Kombination aus Thermoelement und Ausgleichsleitungen dieselbe, wie die des Thermoelements selbst. Wenn andrerseits unter gleichen * Bedingungen Satz B mit demselben Thermoelement verbunden wird, würde sich die EMK-Temperaturdifferenzkurve der Kombination um ca AO Mikrovolt gegenüber der Kurve des Satzes A verschieben und die Verwendung der normalen Eichkurve des Thermoelements wurde bei 40 Mikrovolt zu einem Fehler von ca 3,5°C bei 1000 G führen, was auf eine Änderung im Nickelgehalt eines der Ausgleichsleiter von nur 0,03 Gew.-% zurückzuführen ware.

Aus dem folgt, dass es praktisch immer notwendig ist, bei Präzisionsbestimmungen jede Kombination eines Thermoelements mit konventionellen Ausgleichsleitungen zu eichen, da man sich nicht darauf verlassen kann, dass die beiden EMK-Temperaturdifferenz-Kurven bei einer gegebenen Temperatur koinzidieren. Dies stellt einen wesentlichen .... Nachteil dar.

Fig. 5 zeigt eine Möglichkeit, wie dieser Nachteil erfindungsgemäss überwunden werden kann. Wie auch in Fig. 1, sind die Zweige eines - ' Platin/135» Ehodium-Platin-Themoelements bei 1 und 2 dargestellt; in diesem Falle sind jedoch die freien Enden der Drähte des Thermoelements mit den Ausgleichsleitungen A und (B₁B') verbunden. Wie vorher, liegt ein Draht (Draht A) direkt an der Klemme 8 eines Millivoltmeters 10.

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Der andere, mit dem Zweig 2 des Thermoelements bei 5 verbundene Draht besteht aus zwei isolierten Drahten oder isolierten Leiterzweigen B, B¹, die- an ihren entgegengesetzten Enden über das Widerstandselement 12 eines Spannungsteilers 13 miteinander verbunden sind, dessen Kontakt 14 mit der Klemme 9 des Millivoltmeters 10 verbunden ist. Die Drähte B und B¹ sind so gewählt, dass die durch Verbinden der Drähte A und B und A und B¹ gebildeten Thermoelemente bei der Temperatur M thermoelektrische EMKe haben, welche grosser, bzw. kleiner sind, als die EMK des Thermoelements 1, 3i 2 bei dieser Temperatur. Durch Justieren der Einstellung des Spannungsteilers (z.B. durch Verschieben des Kontakts lh des Widerstands 12, wenn der Kontakt 14 ein Gleitkontakt ist), kann die EMK der Ausgleichsleitungen auf die EMK des Thermoelements 1, 3, 2 bei der Temperatur M abgestimmt werden.

In einer bestimmten Anordnung der Ausfiihrungsform nach Hg. 5 ist 1, 2 ein Platin/13?a Ehodium-Platin Thermoelement. Der Draht A besteht aus einer 20%CrNi-Legierung und die Drähte oder Zweige B und B¹ sind aus 17$ Cr-12# Ni-?1# Fe-Legierung, bzw. aus 2Q# Cr-3^ Ni-JtfJ&b-Legierung hergestellt.

Die EMK-Temperatur-Kennlinien von Thermoelementen aus Drähten AB und AB¹, sowie eines Thermoelements aus Platin/1 y/o Ehodium-Platin sind in Fig. hy Kurven 1, 2 und 3 wiedergegeben. Es ist klar zu ersehen, dass die Kurven AB und AB¹ beiderseits der Platin/13^ Rhodium-Platin Kurve liegen und, z.B. bei einer Temperatur von 150 C, die EMKe der Thermoelemente AB, bzw. AB' höher bzw. niedriger liegen, als die.EMK des Thermoelements aus Platin/13% Rhodium-Platin.

Wenn beim Einsatz die durch gestrichelte Linien umrahmten Verbindungen stellen ^f, 5 auf der bestimmten Temperatur liegen (M C) soll die

ο Anordnung nach Fig. 5 bei einer bestimmten Temperaturdifferenz T C zwischen der Messteile 3 und der Vergleichsstelle (8,9) eine EMK (β) haben, die beim selben Wert von T der EMK des Thermoelements 1, 3« 2 ·

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entspricht· Dies ist der Fall, wenn die thermoelektrische EMK' eines Thermoelements A/BB' bei der Temperatur M⁰C jener des Thermoelements 1, 3j 2 bei derselben Temperatur entspricht· Die Flexibilität des oben beschriebenen Systems ist in Fig. 7 dargestellt· Hier sind die Abweichungen der EI-IK in Mikrovolt bei verschiedenen Temperaturen für das Thermoelement A/BB¹ gegenüber dem Termoelement Platin/13?e Ehodium-Platin grafisch über der Temperatur dargestellt· Die vier Kurven wurden mittels des Spannungsteilers 13 in Fig. 5 erhalten_t welcher so eingestellt war, dass die EMK-Differenzen bei 10O⁰C, 200°C, 300⁰C und W³C gleich Null waren. Die thermoelektrische EMK des Thermoelements A/BB¹ entspricht somit der EMK des Thermoelements 1, 3» 2 bei diesen Temperaturen.

Das Justieren des Spannungsteilers 13 erfolgt vorzugsweise, derart, dass die Ausfleichsleitungen mit dem Thermoelement nach Fig. 5 verbunden sind. Zu diesem Zweck wird die Temperatur der Verbindungsstellen h-, 5 auf M C gehalten (dh., auf der geforderten Koinzidenztemperatur), die Stelle 3 wird beheizt bis der Temperaturunterschied gleich T ist", und der Spannungsteiler wird justiert, bis der Messer 10 den gewünschten Wert e_ anzeigt.

Alternativerweise können die Ausglwichsleitungen unabhängig vom Thermo- · element justiert werden, indem sie von den Zweigen 1 und 2 des Thermoelements abgenommen und an den derart freien Enden miteinander verbunden werden, um eine Messtelle zu bilden (oder auch, indem sie auf diese Art und V/eise vor dem Anbauen an das Thermoelement verbunden werden)} Die Vergleichsstelle wird auf dem gewünschten Wert gehalten, die Mess- , stelle wird auf M⁰C beheizt und der Kontakt 1*f justiert, bis der Messer 10 den Wert e anzeigt. Auf diese Weise kann ein Paar von Ausgleichedrähten im Vorhinein auf ein bestimmtes Thermoelement eingestellt werden· Vorzugsweise wird jedoch, v/ia bereits erwähnt, ein bestimmtes Paar von Auschleichsleitungen eingestellt, wenn sie mit dem Thermoelement, mit dem sie zusammenarbeiten sollen, verbunden sind· Ee ist auch.

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vorzuziehen, dass diese Leiter dann ausschliesslich mit diesem Thermoelement verwendet werden und nach dem Einstellen wird der .Spannungsteiler am besten in- Epoxydharz eingebettet.

In der oben beschriebenen Ausführungsform lassen sich Temperaturanzeigen

ο
mit einer Genauigkeit von 1 C erhalten, unter der Voraussetzung, dass die Temperatur der Verbindungsstellen zwischen des Drähten des Thermoelements und den Ausgleichsdrähten innerhalb von ca 20°C der Temperatur gehalten werden, für welche die Drahte ursprünglich eingestellt wurden

In der Anordnung naeh Fig. 5 lässt sich jede geeignete Ausführung eines Spannungsteilers benützen. Fig. 8 stellt eine besonders geeignete Ausführungsform dar. Hietf sind die Drähte B und B¹ an die Enden 18 und 19 einer Schicht aus Widerstandsfarbe 12 angelötet, die auf ein dünnes keramisches Substrat aufgebracht und eingebacken wurde. Die Einstellung erfolgt hier durch Bewegen des Drahts 17 über 'die Oberfläche der Widerstandsschicht 12, bis die gewünschte Messanzeige erhalten wird. Der Draht wird dann in der bei 14· dargestellten Lage angelötet. Ein alternatives und in gewisser Beziehung bequemeres Verfahren besteht darin, den Draht 17 erst ungefähr in der Mitte einer Eckkante der Widerstandsschicht 12 (wie bei 14) festzulöten und das Material der Schicht auf der einen oder anderen Seite der Lötstelle langsam zu entfernen, bis die gewünschte Anzeige erhalten wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Hier werden die beiden Zweige B B¹ der Ausgleichsleitung, die mit dem Draht 2 des Thermoelements in Fig. 5 verbunden sind, durdh ein verlitztes Kabel ersetzt, das einen Draht B und eine Vielzahl bedeutend dünnerer Drähte B¹ umfasst, wobei alle Drähte elektrisch gegen einander isoliert sind. B und B¹ bedeuten dasselbe, wie in Fig, 5. Die dünnen ' Drähte B¹ haben einen grösseren elektrischen Widerstand ale B, sodaas

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das Verbinden des Drahtes B mit einem oder mehreren der Drahte B¹ im wesentlichen denselben Effekt hat, wie das Einstellen des Spannungsteilers 13 In Fig· 5· Praktisch wird der Draht A und der Draht B mit dem Messgerät 10 verbunden und dan werden, bei beheizter Verbindungsstelle 3 auf der gewünschten Temperatur und mit den Verbindungen k und 5 auf der Temperatur M C wie vorher, Drähte B¹ nacheinander mit dem Draht B am Ende des verlitzten Kabels 20 verbunden, bis die gewünschte Hessanzeige oder ihre beste Annäherung erzielt wird· Dann weröen die Enden 20 des verlitzten Kabels mit Epoxydharz oder einem ähnlichen

Werkstoff verschlossen.

Für Zwecke einer fabrücsmässigen Herstellung wird die Anzahl (S) der Drahtlitzen B*, die zum Erzielen der gewünschten Grades der Kompensation notwendig ist, erst experimentell festgelegt. Dann wird ein Kabel mit einem Draht B und S Litzen von Drähten B¹ hergestellt, wobei die Litzen B¹ an beiden Enden zusammengefasst sind, und dieses Kabel wird dann die gewünschte Kompensation mit einem -bestimmten Thermoelement beim spezifischen Wert von M C ohne RücksicM auf die Länge des Kabels liefern.

Alternativerweise kann eine einzige Litze B^f vorhanden sein, deren Querschnitt dem gesamten Querschnitt der S Litzen der vorangehenden Ausführungsformentspricht.

Ausser den in der Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. 5 besprochenen Werkstoffen können für die Leiter A, B und B¹ auch verschiedene-. Kombinationen anderer Metalle und Legierungen verwendet werden. Aungleichsbitungen für den Einsatz mit Pt/EhPt Thermoelementen, Drähte An B und B¹ können auch aus verschiedenen Zusammenstellungen der Metalle Aluminium, Kupfer und Nickel und der Legierungen Kupfer-Nickel, Nickel-Chrom, Nickel-Wolfram, Nickel-Aluminium u. dgl· bestehen.

Xm folgenden wird die Erfindung mit Hinsicht auf drei Beispiele beschrieben, wobei:

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Beispiel 1 einen Spannungsteiler mit einer Anordnung von Ausgleichsleitungen nach Fig. 5t

Beispiel 2 Zwei verlitzte, parallel zueinander angeordnete Drähte, die eine der Ausgleichsleitungen nach Fig 5 bilden, und

Beispiel 3 eine der Fig· 6 ähnliche Anordnung mit zwei verlitzten Drähten nach Beispiel 2, die zu einem einzigen Viellitzen Draht zusammengefasst sind, benützt

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird, wie in der Ausführungsform nach Fig. 5, ein Sj>annungsteiler 14 zwischen den beiden negativen Zweigen B und B» der Ausgleichsleitung benützt. Der positive Zweig A besteht aus 20% Cr-10fo Fe-70% Ni, während die negative Zweige aus Drähten der Zusammenstellung 22% Cr-12% Ni-66% Fe, bzw. 1^% Cr-12% Ni-7^% Fe bestehen. Die Drähte 1 und 2 des Thermoelments bestehen aus Pt/13% HiPt. Diese Konstruktion hat den Zweck, kompensierung für das Pt/13% RhPt Thermoelement zu erhalten und drei Versuchsreihen wurden durchgeführt, wobei Temperatur T2 der Messteile zwischen 0 C und 500 C variiert wurde. Zwischen jeder Versuchsreihe wurde die Einstellung des Spannungsteilers geändert, um die grafisch in Fig. k dargestellten Ergebnisse zu liefern. Die folgende Tabelle 1 zeigt den annähernden Widerstandswert jedes negativen Zweiges, wobei in allen Fallen der Gesamtwiderstand dee Teilers 500 Ohm war.

TABET.T.K 1

Β· Β

Versuchsreihe 1	3^-5 Ohm	155 Ohm
Versuchsreihe 2	335 Ohm	165 Ohm
Versuchsreihe 3	310 Ohm	190 Ohm

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Beispiel 2

In diesem Beispiel waren die Drähte 1 und 2 des Thermoelements von derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1, aber die Ausgleichsleitung im negativen Zweig wurde so geändert, dass die Leiter B und B· (die dieselbe Zusammenstellung hatten, wie die entsprechenden Leiter in Beispiel 1) als Vielli-tzendrähte ausgeführt waren, wobei die Litzen gegeneinander isoliert und parallel zwischen der Messteile T2 und der Vergleichsstelle geschaltet waren. In der spezifischen Konstruktion dieses Beispiels hatte B 15 Litzen und B¹ 9 Litzen, und jede Litze einen ' Durchmesser von 0,2 mm. Die negativen Zweige B und B^f waren gegeneinander isoliert, mit Ausnahme der Verbindungsstelle am Thermoelement T2 und der normalerweise auf 0°C gehaltenen Vergleichsstelle. Tabelle stellt die Voraussage der Abweichungen und die tatsächlichen Abweichungen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Legierung aus i45ÄJr-12&ii-74#fte für den Zweig B' mit X, die Legierung aus 22#Cr-12Siii-66SaPe für den Zweig B als Y, und die Legierung aus 2C$Cr-10?eNi-702UFe für den Zweig A als Z bezeichnet ist. Der Einsatz eines viellitzigen Drahtes für die negativen Zweige B und B¹ zeigt, wie die Spannungsteilung durch verschiedene Zahlen von Litzen in jedem Zv/eig erreicht werden kann. Dies bietet eine Alternative für den Einsatz eines Spannungsteilers, welcher verschiedene Einstellungen für verschiedene Längen von Ausgleichsleitungen erfordert.

TABELLE 2

T2 auf °C	Abweichungen von Pt-13?£HhPt (in AiV)	Legierung Y-Z	Legierung X/Y-Z	Abweichungs vorhersage Legierung X/Y-Z
119,7 209,0 310,0 *fO5,8	Legierung X-Z	- k₇ - 85 - 115 - 138 - 165	0 * - 11 - 5 - 1 + 7	0 - 9 - h - 3 + 5
+ 80 + 117 + 178 + 239 + 289

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Beispiel 3

Dies ist eine Ausweitung des Beispiels 2, wobei die zwei negativen« Zweige B und B¹ zu einem einzigen Vieliitzendraht zusammengefasst sind. Die vorhergesaten und die tatsächlichen Abweichungen sind in Tabelle 3 dargestellt, wobei die Abkürzungen X, Y und Z den Abkürzungen in Beispiel 2 entsprechen.

T2 %	Vorhergesagte Abweichungen von Pt-13%BhPt	Y-Z (/UV)	XY-Z (/UV)	Tatsächliche Abweichung von XY-Z (in ^V)
116,6 138,6 211,8 310,5 400,6 496,1	X-Y (/UV)	- h5 - 5h - 86 - 116 -■136 - 162	+ 1 - 1 - 9 - 5 - 3 + 5	- 2 - 4 ■- 12 -.12 - 5 + 6
+ 77 + 87 + 120 + 179 + 234 + 284

Die Ergebnisse der drei Versuchsreihen nach Beispiel 1 sind in Fig. 9 dargestellt. Dieses Diagramm zeigt die Abweichungen der NrCrFe-Legierungs-Ausgleichsleitungen B und B^f vom Ausgang des Pt-13?«RhPt Thermoelements nach flg. 5. Die Kurve G1 in Fig. 9 zeigt die Abweichung des Zweiges B¹ (ΐ4?&Γ-12£&ί-74?&·ο) gegen den Draht A (2φ<ΟΓ-ΐα;ί&ΐ-7Ο$ϊΐ) von der EMK-Temperatur-Kennlinie des Pt/13/aRhPt Thermoelements. Die Kurve G2 stellt die Abweichung des Zweiges B (22?&Γ-12$ίχ-662&ϊ) gegen den Draht A (2C$Cr-1C$Fe-70/oNi) von der EMK-Temperatur-Kennlinie des Thermoelements Pt/13?&hPt. Gegenüber den Kurven G1 und G2 stellen die Kurven G3, G4 und G5 die Abweichung der Äusgleichzweige B/B¹ gegen den Zweig A dar, und es ist zu ersehen, dass im Bereich von 100-110 C praktisch kenne Abweichung vorhanden ist.

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Die Erfindung eignet sich insbesondere} wo Ansätze für Änderungen der fur die Herstellung von Ausgleichsleitungen leicht vorgenommen werden können« sowie auch dazu, Ausgleichsleitungen zum Einsatz bei bestimmten Temperaturen der Verbindungsstellen zwischen dem Thermoelement und der Ausgleichsschaltung voreinzustellen·

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

/1. !Ausgleichsvorrichtung fur ein Thermoelement mit zwei Ausgleichsleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Ausgleochsleitungen mindestens.zwei isolierte Leiterzweige umfasst, von denen ein Zweig aus einem Werkstoff gefertigt ist, dessen thermoelektrische Eigenschaften sich von denen der übrigen Leiterzweige unterscheiden·
2. Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination mit einem Thermoelementmit zwei Leitern, die mit den beiden Ausgleichsleitern verbunden sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterzweige mit einem Spannungsteiler so zusammengeschaltet sind, dass die thermoelektrische EMK des kombinierten Thermoelements und der Ausgleichsleitungen für eine bestimmte Temperaturdifferenz

zwischen der Mess- und Vergleivhsstelle einstellbar ist.

km Vorrichtung nach Anapeuch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Leiterzweige parallel geschaltet sind um die thermoelektrische EMK der Kombination von Thermoelement und Ausgleichsleitung für eine bestimmte Temperatur auf einen bestimmten Wert einzustellen.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Leiterzweige einen solchen Querschnitt hat, dass die thermoelektrische EMK der Kombination von Thermoelement und Ausgleichsleitung für eine bestimmte Temperaturdifferenz auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.

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6. Vorrichtung nach Anspruch k oder 5t dadurch, gekennzeichnet, dass mindestens ein Leiterzweig aus einem viellitzigen Draht hergestellt ist, wobei jede Litze isoliert ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch k oder 5 t dadur.ch_gekennze±chnet7"däsii jeder Leiterzweig aus einem Viellitzendraht hergestellt ist und jede Litze isoliert ist, wobei jeder Zweig eine verschiedene Anzahl von isolierten Drahtlitzen umfasst.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7t dadurch gekennzeichnet, dass jede Drahtlitze denselben Querschnitt hat.

9· Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7t dadurch gekennzeichnet, dass alle Drahtlitzen verschiedene Querschnitte haben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Viellitzendraht in zwei oder mehr Gruppen unterteilt ist·

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsleiter aus einer Legierung aus 2.QfZo Cr, 10^ Fe, 7O/0 Ni und der andere Ausgleichleiter aus zwei isolierten Zweigen besteht, die aus Legierungen von 2Z³Zo Cr, 12% Ni, 66% Fe, bzw. -\k% Cr, 12# Ni,lh% Fe gefertigt sind.

12· Vorrichtung nach Anspruch 91 dadurch gekennzeichnet, dass die Zweige des Thermoelements aus Ft, bzw· aus 139&h"*Pt gefertigt sind·

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