DE2327538C3 - Thermoelektrischer Temperaturfühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Temperaturniveau, dann wird, wenn der Meßteil 2 Temperaturfühler mit nur einem homogenen Leiter, der Temperaturen ausgesetzt ist, die verschieden von denen

geeignet ist zur Temperaturdifferenz- und Temperatur- der Wärmesenke 3 sind, entlang des Leiters ί eine stark

absolutmessung fester und insbesonders flüssiger und unsymmetrische Temperaturverteilung derart erzeugt,

gasförmiger Medien, anwendbar bis zu hohen Tempera- 25 daß der größte der auftretenden Temperaturgradienten

türen. zwischen Meßteil 2 und Wärmesenke 3 liegt. Die dann

Die Ansprechzeit ist die wichtigste dynamische im Leiter 1 entstehende elektrische Spannung ist

Eigenschaft eines Temperaturaufnehmers; d. h. zur proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem

Messung sich schnell ändernder Temperaturen kann die Meßteil 2 und der Wärmesenke 3 und kann an den

Ansprechzeit zum wichtigsten Kriterium für die 30 beiden Leiterenden la, Ib abgegriffen werden. Somit

Auswahl von Temperaturaufnehmern für z. B. regel- können mit dieser Konstruktion grundsätzlich Tempe-

technische Prozesse werden. Meßmethoden, bei denen raturdifferenzen gemessen werden,

der Temperaturaufnehmer (einschließlich Wärmestrah- 1st die Temperatur der Wärmesenke 3 bekannt, so

lungsdetektoren, akustische Methoden usw.) nicht in kann auch die absolute Temperatur des Meßteils 2 mit

Berührung mit dem zu messenden Objekt ist, können, 35 Hilfe der elektrischen Ausgangsspannung abgelesen

obwohl sie meistens kurze Ansprechzeiten aufweisen, werden. Somit können mit dem in Fig.2 gezeigten

nur in besonderen Fällen angewendet werden; z. B. Temperaturfühler absolute Temperaturmessungen

besteht ein Problem bei der Anwendung von Wärme- durchgeführt werden, sobald die Wärmesenke 3 als

Strahlungsdetektoren in der freien Zugänglichkeit Teinperatui referenzstelle dient.

(Visierlinie) zum zu messenden Objekt. 40 Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind

Meßmethoden, bei denen der Temperaturaufnehmer folgende:

in Kontakt mit dem zu messenden Objekt ist, schließen Da der Leiter der in F i g. 2 gezeigten Konstruktion

die Anwendung von Thermoelementen und elektrischen eines Temperaturfühlers aus sehr dünnem Material bis

Widerstandsthermometern als die meist gebräuchlichen zu Durchmessern von wenigen mm hergestellt werden

Temperaturaufnehmer ein. 45 kann, werden dadurch eine kleine thermische Masse des

Die Ansprechzeit eines Temperaturaufnehmers ist Meßteils 2 und somit kurze Ansprechzeiten des

bekanntlich proportional zum Verhältnis seiner Wärme- Temperaturfühlers erzielt. Gleichzeitig kann der Tem-

kapazität zur Wärmeübertragung zwischen dem Tem- peraturfühler konstruktiv einfach, robust und sehr klein

peraturaufnehmer und dem zu messenden Objekt. Um gehalten werden, womit Messungen sich schnell

eine kurze Ansprechzeit zu erhalten, muß vor allem die 50 ändernder Temperaturen in Gebieten kleiner Abmes-

thermische Masse (Wärmekapazität) des Temperatur- sungen, z. B. in Rohren kleiner Durchmesser, durchge-

aufnehmers so klein wie möglich gehalten werden. führt werden können. Weiterhin kann durch den

Thermoelementen sind aus herstellungstechnischen Wegfall der Meßlötstelle als weiterer Vorteil des

Gründen in der Verkleinerung der thermischen Masse dünnen Leiters eine Verminderung der Störung in der

eine untere Grenze gesetzt. 55 Strömung von Gasen oder Flüssigkeiten genannt

Die im Verhältnis zur Masse große Oberfläche sehr werden.

dünner elektrischer Widerstandsthermometer macht Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Temperadiesi: besonders geeignet zur Messung sich schnell turfflhler zur Messung von Temperaturen in strömenändernder Temperaturen (Deutsche Luft- und Raum- den Medien ist in der Zeichnung F i g. 3 dargestellt und fahrt Forschungsbericht 66 bis 56, August 1966). 60 wird im folgenden näher beschrieben. Die gebauten und Allerdings können elektrische Widerstandsthermome- in F i g. 3 gezeigten Temperaturfühler bestehen aus ter nur bis etwa 1300° C verwendet werden (Zeitschrift einem Rohr 0 (Innendurchmesser 4 mm; Wandstärke »Machine Design« Jahrgang 41, Nr. 26, November 1969, lmm: Material: Teflon, Stahl) durch das quer zur S. 194) während Thermoelemente Temperaturen bis zu Rohrachse ein Meßdraht 1 mit Meßteil des Fühlers 2 aus maximal 3000 ° C messen können (F. K ο h I r a u s c h, 65 Konstanten (Thermoelementendraht: 0,12 mm) gezo- »Praktische Physik«, B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, gen ist. Eine der Wanddurchführungen für den Stuttgart, 21. Auflage 1960, S. 263 Paragr. 4. 173 2). Meildraht 1 ist wärmeisoliert (Wärmeisolation 4)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem ausgeführt, während die gegenüberliegende Durchfüh-

rung mit einem Thermoelement 5 als Temperaturreferenzmeßstelle verlötet ist.

Da das Thermoelement mit dem Rohrmaterial in wärmetechnischer Verbindung steht, dient es auch gleichzeitig als Wärmesenke 3. Um die Ansprechzeit des S Temperaturfühlers mit der eines Thermoelementes ?u vergleichen, wurde die in F i g, 3 gezeigte Anordnung mit einem separaten Thermoelement 6, gefertigt aus Thermoelementdraht (Cu-Konstantan) gleichen Durchmessers wie der Meßdraht des Temperaturfühlers, versehen.

Die Temperaturfühler wurden in einen pulsierenden Heißluftstrom von etwa 130° C gebracht und die dem Temperaturverlauf äquivalente elektrische Ausgangsspannung des erfundenden Temperaturfühlers und des separaten Thermoelementes mit einem elektrischen Schreiber aufgezeichnet. Versuchsergebnisse für einen gebauten Temperaturfühler sind in Diagramm F i g. 4 und für das separate Thermoelement in F i g. 5 zu sehen. Für 90 % der Temperaturanzeige zeigt sich, daß die Ansprechzeit des erfundenen Temperaturfühlers kürzer ist als die eines entsprechenden Thermoelementes.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

für Thermoelementen entsprechenden Teinperatur- Patentansprüche: meßbereich die Ansprechzeiten gegenüber denen von Thermoelementen erreichten, wesentlich zu verkürzen

1. Thermoelektrischer Temperaturfühler mit nur bei gleichzeitiger baulicher Vereinfachung.

einem homogenen Leiter, dadurch gekenn- 5 Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in zeichnet, daß der Leiter (1) an einem Ende seines Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen. Meßteils (2) in Kontakt mit einer Wärmesenke (3) so Es wurde experimentell gefunden, daß bei einer stark steht, daß die Temperatur sich im Leiter an der unsymmetrischen Temperaturverteilung entlang eines Wärmesenke sprunghaft ändert und daß am anderen homogenen elektrischen Leiters eine elektrische Span-Ende des Meßteils die Temperatur sich stellig ändert io nung entsteht. Eine solche Temperaturverteilung, wie in und daß die Leiterenden (la, \b) auf gleicher Fig. 1 gezeigt, läßt sich erhalten, wenn nach Fig.2 Temperatur sind. längs des Leiters 1 zur Erzeugung des Temperatur-

2. Temperaturfühler nach Anspruch 1. dadurch Sprunges eine Wärmesenke 3 an einem Ende des gekennzeichnet, daß die Wärmesenke bei Absolut- Meßteils 2 angeordnet wird. Am anderen Ende des messungen als Temperaturreferenzstelle ausgebildet 15 Meßteils 2 muß der Temperaturverlauf stetig sein, was ist. gegebenenfalls durch eine thermische Isolation 4 wie in

Fig.2 angedeutet erreicht wird. Damit kein uner-

wünschtes Thermoelement entsteht, müssen die Leiterenden la, 16 gleiche Temperatur haben. Befinden sich 20 die beiden Enden des Leiters 1 auf gleichem