DE2206746A1

DE2206746A1 - QUICK TEMPERATURE SENSOR WITH METAL VELOR

Info

Publication number: DE2206746A1
Application number: DE19722206746
Authority: DE
Inventors: Laszzlo Dipl Phy Koertvelyessy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-12
Filing date: 1972-02-12
Publication date: 1973-08-16

Description

Schnelltemperaturfühler mit Metallvelour 1. Aufgabenstellung Zweck dieser Erfindung ist die Verbesserung von Temperatur regelprozessen aller Art. Verkleinerung der Zeitkonstante von Widerstandsthermometers, Thermoelemente, Bimetallregler, Kontakt-Quecksilberthermometer usw. Ferner ist damit auch eine Verbesserung der Temperaturmessung gelöst.Rapid temperature sensor with metal velor 1. Task Purpose This invention is the improvement of temperature control processes of all kinds. Downsizing the time constant of resistance thermometers, thermocouples, bimetal regulators, contact mercury thermometers etc. Furthermore, an improvement in the temperature measurement is also solved in this way.

Erfindungsmäßig sind diese Temperaturfühler von Metalldraht-Velour bedeckt für Verkleinerung des Wärmewiderstandes. According to the invention, these temperature sensors are made of metal wire velor covered for reduction of thermal resistance.

Zum besseren Verständnis sehen wir zum Beispiel die Verhältnisse der Thermoelemente. Hier sind die Wärmeströmungen einfach. For a better understanding, we see the relationships, for example the thermocouples. Here the heat flows are simple.

2. Stand der Technik Die Regelgenauigkeit hängt vor allem von der Zeitkonstanten des Regelthermoelementes ab (@iehe L. Michalski:"Über den Einfluß der Zeitkonstanten von Temperaturfühlern", 4. Internationaler Kongress der Elektrowärme Nr. 1003, 1059, 0nd G. Rubin et al.: "Radiant exchange and dy@amics of thermal processes in resistance furnaces", 6. Internationaler Kongress der Elektrowärme, Nr. 314, 1968).2. State of the art The control accuracy depends mainly on the Time constants of the control thermocouple (@ see L. Michalski: "About the influence of the time constants of temperature sensors ", 4th International Congress of Electric Heat No. 1003, 1059, 0nd G. Rubin et al .: "Radiant exchange and dy @ amics of thermal processes in resistance furnaces ", 6th International Congress of Electric Heating, No. 314, 1968).

Meßfühler kleineren Durchmessers hahen zwangsweise auch kleinere Zeitkonstanten; z.B. hat ein Therm@@lement mit einem Durchmesser von 24 mm eine Zeitkonstamto von über 3 min. Bei einem Durchmesser von 10 mm stellt sich eine Zeitkonstante von ca. 1 min ein (eine Temperatur von 600 °C wird beispielsweise in 84 sec erreicht). Gegenwärtig gibt es Mante@thermoelemente mit 1 mm Durchmesser und The@m@elemente in einem gesinterten Aluminiumoxyd-Schutzrohr von 4 mm Durchmess@r, jedoch aur für Laborzwecke und mit einer relativ geringen Standzeit. Die genannten Rohre von 4 mm Durchmesser bogen sic@ bei einer Temperatur von 1600 0C beispielsweise nach 10 min, Zur Beseitigung dieses Nachteils werden die neuen Thermoelemente nur in der Nähe des Meßpunktes mit einem kleineren Durchmesser gefertigt (A. Haas: "Einfluß .. Smaller diameter sensors are bound to have smaller ones as well Time constants; E.g. a Therm @@ lement with a diameter of 24 mm has a Time constant of more than 3 min. With a diameter of 10 mm there is a time constant of approx. 1 min (a temperature of 600 ° C is reached in 84 seconds, for example). There are currently Mante @ thermocouples with a diameter of 1 mm and The @ m @ elements in a sintered aluminum oxide protective tube of 4 mm diameter, but only for Laboratory purposes and with a relatively short service life. The said pipes from 4 mm diameter sic @ bent at a temperature of 1600 0C, for example after 10 min, To eliminate this disadvantage, the new thermocouples are only available in the Manufactured near the measuring point with a smaller diameter (A. Haas: "Influence ..

Messen, Steuern, Regeln", Band 12, Seiten 141 - 142). Dies ist nur möglich im Falle der Benutzung eines metallischen Schutzrohres, z.B. für die Messung der Temperaturen von Wasser und Dämpfen. Außerdem gibt es Thermoelemente, deren Meßpunkt am Ende des metallischen Schutzrohres geschweißt oder gelötet ist (z.B. US-PS 3 477 122 oder DAS 1 152 834 Das zweite Beispiel hat weniger Bedeutung als das erste, bei dem die Thermodrähte unmittelbar zur Schutsrohrwand gelötet sind). Measuring, Controlling, Regulating ", Volume 12, Pages 141-142). This is just possible if a metallic protective tube is used, e.g. for measurements the temperatures of water and vapors. There are also thermocouples whose Measuring point is welded or soldered at the end of the metallic protective tube (e.g. U.S. Patent 3,477,122 or DAS 1,152,834. The second example is less important than the first, in which the thermal wires are soldered directly to the protective tube wall).

Es ist 3edoch von Bedeutung, daß mit den bekannten M6glichkeiten die Zeitkonstante des Schutzrohres nur annähernd erreicht werden konnte. It is important, however, that with the known possibilities the time constant of the protective tube could only be reached approximately.

3. Lösung Eigentlich ist meine Lösung ein Temperaturmeßfühler an der Oberfläche, mit Metallvelour, Metallhaar oder nur mit ein paar Metalldrähtchen oder Bändchen von gut wärmeleitendem Metall versehen, wobei der günstigste Durchmesser der einzelnen Drähtchen 0,2 - 3 mm und die Länge höchstens 100 mal so viel wie der Durchmesser, normalerweise 8-10 mm ist.3. Solution Actually my solution is a temperature sensor on the Surface, with metal velor, metal hair or just a few metal wires or Ribbon made of metal that conducts heat well, with the most favorable diameter of the individual wires 0.2 - 3 mm and the length at most 100 times as much as the Diameter, usually 8-10 mm.

Das @@sentliche dieser Lösung ist - im Falle des Thermoelementes- ein metallischer Velour, ein"Drahthaar" zwischen dem Schweißpunkt des Thermoelementes-und dem Innenraum (Arbeitsraum) des Ofens oder nur zwischen dem Schutzrohr im Falle des Einsatzes des Thermoelementes in korrosiver Fl@@sigkeit und/oder Gas. The essential part of this solution is - in the case of the thermocouple - a metallic velor, a "wire hair" between the welding point of the thermocouple and the interior (working space) of the furnace or only between the protective tube in the case the use of the thermocouple in corrosive liquid and / or gas.

Diese Lösung wird in Abb.1 gezeigt. This solution is shown in Figure 1.

Dort ist mit 1 der Schweißpunkt am Ende der Thermodrähte bezeichnet. 2 ist das Kapillar-Rohr mit größerem A'sschnitt, 3 das Schutzrohr, erfindungsgemäß mit einem Löch versehen durch welches das metallische Velour 4, gefertigt aus einem oder mehreren Drähten mit größerem Durchmesser, führt. Ai Material kommt Silber, Kupfer, Platin, Gold, eXel and Wolfram infrage. There, 1 denotes the welding point at the end of the thermal wires. 2 is the capillary tube with a larger section, 3 the protective tube, according to the invention provided with a hole through which the metallic velor 4, made of a or more wires with a larger diameter, leads. Ai material comes silver, Copper, platinum, gold, eXel and tungsten are possible.

Die andere Ausführung wird in Ab. s. 2 gez@igt. The other version is shown in Section s. 2.

Dort ist mit 5 der Schweißpunkt bezeichnet, der sich am Ende der Thermodrähte befindet. 6 ist das Kapillar-Rohr mit größerem Ausschnitt, 7 ist das normalerweise benutzte Schutzrohr und 8 ist das Metallvelour, bestehend aus e@nem oder mehreren Drähten oder Blechen und erfindungsgemäß zwischen Kapillar-Rohr und Schutzrohr gebogen. There, 5 denotes the welding point, which is at the end of the Thermal wires is located. 6 is the capillary tube with a larger cutout, 7 is that normally used protective tube and 8 is the metal velor, consisting of e @ nem or more wires or sheets and according to the invention between the capillary tube and Protective tube bent.

In Abb. 3 ist ein Widerstandsthermometer gezeigt, erfindungsgemäß mit Metallvelour versehen. 9 ist der Widerstandsdraht, 11 ist Metallvelour von z.B. Silberdrähtchen auch eingeschmolzen, selbstverständlich ohne elektrischen Kontakt und 12 das metallische Schutzrohr auch mit Metallvelour (13) versehen. Ebenso sieht ein Quecksilberthermometer mit Schutzrohr, gemäß der Erfindung aus. In Fig. 3, a resistance thermometer is shown according to the invention provided with metal velor. 9 is the resistance wire, 11 is metal velor of e.g. Silver wires also melted down, of course without electrical contact and 12 the metallic protective tube is also provided with metal velor (13). Likewise sees a mercury thermometer with protective tube, according to the invention.

In Abb. 4 ist ein Bimetallregler, z.B. in einem Bügeleisen, gezeigt, wobei 14 ein kreisförmiges Loch ist, 15 die Betestigung, 16 der Bimetallstreifen, erfindungsgemäß mit Metallvelour (17) versehen, 18 Blitzschalter, 19 Schaltkontakt. In Fig. 4 a bimetal regulator, e.g. in an iron, is shown, where 14 is a circular hole, 15 is the attachment, 16 is the bimetal strip, according to the invention provided with metal velor (17), 18 flashing switch, 19 switching contact.

Die Metalldrähtchen können mit Schweißbrennern an die vorgewärmte Oberfläche geschossen werden, sie können aber auch einfach zugeschweißt oder zugelötet werden. The metal wires can be attached to the preheated with welding torches Surface can be shot, but they can also simply be welded or soldered shut will.

4. Wirkungsweise Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung wird durch die Messung gemäß Abb. 5 bestätigt. Und zwar wird einmal der Eurvenverlauf t n f (T) bei einem bekannten, normalen Thermoelement gezeigt und zum anderen die Kurven von Thermoelementen gemäß der Erfindung mit verschiedenem Metallvelour bis zu 1250 QC im logarithmischen Papier.4. Mode of action The advantageous effect of the invention is through the measurement according to Fig. 5 is confirmed. In fact, once the Eurven curve t n f (T) shown for a known, normal thermocouple and, on the other hand, the curves of thermocouples according to the invention with different metal velor up to 1250 QC in logarithmic paper.

Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Thermoelement mit Metallvelour eine kleinere Zeitkonstante als das bisher bekannte hat, die Einstellzeit ist Jedoch ungefähr gleich. It can be seen that the thermocouple according to the invention with metal velor has a smaller time constant than the previously known, however, the setting time is about the same.

Zur Verwirklichung dieser Messung wird kein Schutzrohr mehr benötigt. A protective tube is no longer required to carry out this measurement.

Diese Messung führte zu dem Patentgedanken: Obwohl das Thermoelement mit Metallvelour eine Einstellzeit von 102 sec und das normale eine solche von 115 sec hat, ist die "Startgeschwindigkeitt' des erfindungsgemäßen Thermoelementes mehr als zweimal so groß! (242 °C/sec gegenüber 103,5 °C/sec des normalen Thermoelementes). Für die Temperaturmessung am Ofen ist das Abwarten der Einstellzeit Bedingung, für die Temperaturregelung Jedoch nur die Startgeschwindigkeit, mit welcher das Thermoelement noch kleinsten Temperaturänderungen des Ofens nachkommen kann. Trotz des Vorhandenseins des Kapillar-Rohres verhält sich die Anzeige bis zu 6 sec nach Beginn der Temperaturänderung so, als ob die Thermodrähte "nacht", doh. nicht vom Kappilar-Rohr umgeben wären. Es handelt sich hierbei um keine relative" Temperaturmessung. Für Zwecke der Temperaturregelung folgt die Anzeige einer Temperaturänderung schneller als die Temperatur anderer Teile des Thermoelements, beispielsweise der Kapillare, die in diesem Falle eine Startgeschwindigkeit von 73,8 OCOsec besitzt (die entsprechenden Zeitkonstanten für die vorstehend angegebenen Startgeschwindigkeiten sind: 5,2 sec, 11,0 sec und 16,9 sec). Die Verhältnisse werden ohne weiteres klar, wenn man sich folgendes vorstellt: Die Einstellgeschwindigkeit eines Thermoelementes mit Schutzrohr wird kleiner (die Zeitkonstante wird größer), wenn man die Thermodrähte mit einer Kapillare versieht, als wenn keine Kapillare verwendet wird. Der Grund hierfür ist der, daß - jeweils mit einer gewissen Zeitverzögerung bzw. This measurement led to the patent idea: Although the thermocouple with metal velor a setting time of 102 seconds and the normal one of 115 sec, the "starting speed t" of the thermocouple according to the invention is more than twice as big! (242 ° C / sec compared to 103.5 ° C / sec of the normal thermocouple). For the temperature measurement on the furnace, waiting for the response time is a condition for the temperature control but only the start speed, with which the thermocouple can keep up with even the smallest temperature changes in the furnace can. Despite the presence of the capillary tube, the display behaves up to 6 seconds after the start of the temperature change as if the thermocouple wires were "at night", doh. would not be surrounded by the capillary tube. This is not a relative " Temperature measurement. A temperature change is displayed for temperature control purposes faster than the temperature of other parts of the thermocouple, such as the Capillary, which in this case has a start speed of 73.8 OCOsec (the corresponding time constants for the start speeds given above are: 5.2 sec, 11.0 sec and 16.9 sec). The situation becomes clear without further ado, if you imagine the following: The setting speed of a thermocouple with protection tube will be smaller (the time constant will be larger) if you connect the thermocouple wires capillary as if no capillary is used. The reason for this is that - each with a certain time delay or

Temperaturdifferenz - die Temperatur der Kapillare derjenigen des Schutzrohres folgt und die Temperatur des Schweißpunktes derjenigen der Kapillare folgt. Das Verhältnis der Zeitkonstanten von Thermoelementen mit und ohne Kapillare liegt etwa bei 3:1.Temperature difference - the temperature of the capillary that of the Protective tube follows and the temperature of the welding point that of the capillary follows. The ratio of the time constants of thermocouples with and without a capillary is around 3: 1.

Bei Verwendung von Metallvelour, der durch das Schutzrohr nach außen geführt ist, gelingt es durch die Lehre der Erfindung erstmalig, ein Thermoelement zu schaffen, dessen Temperaturanzeige schneller ist als die Temperatur des Schutzrohres. Durch den Metallvelour werden die Temperaturschwankungen, beispielsweise des Ofens, dem Schweißpunkt unmittelbar zugeführt.When using metal velor, it goes through the protective tube to the outside is performed, it is possible for the first time through the teaching of the invention, a thermocouple to create whose temperature display is faster than the temperature of the protective tube. Due to the metal velor, the temperature fluctuations, for example of the oven, directly fed to the welding point.

Der Metallvelour kann auf einfache Weise, beispielsweise auf einer Länge von etwa 0,5 - 1 mm, im Schutzrohr eingesintert werden, und zwar mit einer Pulvermischung aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd. Die Einsinterung des Metallvelours hat den Vorteil, daß man das Thermoelement in einer gegenüber Platin korrosiven Umgebung aus Säuredämpfen, z.B.The metal velor can be in a simple manner, for example on a Length of about 0.5 - 1 mm, can be sintered into the protective tube with a Powder mixture of aluminum oxide and silicon oxide. The sintering of the metal velor has the advantage that the thermocouple is corrosive to platinum Environment from acid vapors, e.g.

Fluorwasserstoff , Pulver, Wasser, strömendem Metall- und Metalloxydpulver einsetzen kann. In 95; aller Fälle ist dies Jedoch nicht nötig, z.B. in Glas- und Metalltemperöfen, in Oxyd-Keramik-Sinteröfen, in FestphasenReaktionsöfen (z.B. bei Doping des Leuchtstoffpulvers für Fernsehröhren und Quecksilberdampflampen), in Vakuumöfen, Back- und Schmiedeöfen usw. Durch den Einbau des neuen Thermoelementes in die vorstehend genannten Öfen wird die Genauigkeit der Temperaturregelung in der Größenordnung zwischen 50 und 100; verbessert.Hydrogen fluoride, powder, water, flowing metal and metal oxide powder can use. In 95; in all cases this is However not necessary e.g. in glass and metal annealing furnaces, in oxide ceramic sintering furnaces, in solid phase reaction furnaces (e.g. doping of fluorescent powder for television tubes and mercury vapor lamps), in vacuum ovens, baking and forging ovens, etc. By installing the new thermocouple in the ovens mentioned above, the accuracy of the temperature control in the order of magnitude between 50 and 100; improved.

Die Ausführung nach Abbo 2, d.h. mit nicht nach außen geführtem Metallvelour ist auch in den restlichen 5 der Fälle (Korrosion) brauchbar. The version according to Abbo 2, i.e. with metal velor that is not exposed to the outside can also be used in the remaining 5 of the cases (corrosion).

5. Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ge£enuber dem Stand der Technik Das Thermoelement gemäß der Erfindung spricht schneller an als die bisher bekannten Thermoelemente und hat trotzdem die gleichen Dimensionen in Bezug auf Länge und Durchmesser. Auch das Material ist das gleiche, so daß die Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen bei der Benutzung erhalten geblieben ist.5. Advantages of the subject matter of the invention over the prior art Technology The thermocouple according to the invention responds faster than before known thermocouples and still has the same dimensions in terms of Length and diameter. Also the material is the same, so the resistance has been retained against mechanical stresses during use.

Desgleichen bleibt die Temperaturfestigkeit im Hochtemperaturgebiet erhalten. Likewise, the temperature resistance remains in the high temperature area obtain.

Diese Erfindung läßt sich auch neben den bisherigen benutzen. This invention can also be used alongside the previous ones.

Das Vorhandensein von Metallvelour ist von außen leicht erkennbar. Dabei ist das Thermoelement als Ganzes austauschbar, so daß man es auch in älteren Öfen einsetzen kann. Mit dem neuen Thermoelement kann man in vorteilhafter Weise auch Regelverfahren mittels thyristorierter Temperaturregler ausführen, die eine Zeitkonstante von 1 - 10 sec aufweisen. The presence of metal velor is easily recognizable from the outside. The thermocouple can be replaced as a whole, so that it can also be used in older ones Can use ovens. With the new thermocouple you can in an advantageous manner also carry out control processes by means of thyristorized temperature controllers that have a Have a time constant of 1 - 10 sec.

Claims

6. Patent claims for temperature sensors, especially for temperature control purposes, e.g. thermocouple, resistance thermometer, bimetal thermometer, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h -n e t that the surface of the temperature sensor with

Metal hair, metal velor or just a few metal wires or Ribbon made of good heat-conducting metal is provided, the cheapest diameter of the individual wires is 0.2 - 3 mm and the length is at most 100 times the diameter, usually 8-10 mm.

2) Thermocouple according to claim 1 »d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the connection point is surrounded by a protective tube and that the wire hair is led to the outside through a hole in the protective tube0 3) Thermocouple according to claim 1, d a d u r c h e k e n nz e 6 c h n e t that the wire hair is semicircular or

is bent cup-shaped and in the space between the capillary and protection tube protrudes.

4) Thermocouple according to claim 2 »d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the wire hair is sintered into the bore of the protective tube.

5) Thermocouple according to claims 1-4, d a d u r c h g e k e It is noted that the capillary is provided with two parallel bores and on the end face facing the junction of the thermal wires a cuboid Has recess that extends over both bores and its width at least three times the diameter of the holes and their depth at least the outer diameter corresponds to the capillary.

L e r s e i t e