DE2346551A1

DE2346551A1 - Temperaturmessgeraet

Info

Publication number: DE2346551A1
Application number: DE19732346551
Authority: DE
Inventors: Mario Dipl Ing Posnansky
Original assignee: Haenni and Cie AG
Current assignee: Haenni and Cie AG
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-09-15
Publication date: 1974-04-11
Also published as: US3892129A; GB1429321A; ES419010A1; JPS4971978A

Description

Patentanwalt

633 Wetzlar

Wertherstraße 25 - Postfach 1924 Telefon €06441) 46330

Haenni & Cie Aktiengesellschaft Jegenstorf (Schweiz)

Temperaturmessgerät

Die Erfindung betrifft ein Temperaturmessgerät mit einem eine Ausdehnungsflüssigkeit enthaltenden Gefäss, an das sich eine Kapillare anschliesst. Geräte dieser Art dienen primär zur Messung der Temperatur von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen und in besonderer Ausgestaltung sollen sie auch zur Anzeige und lieber tragung verwendbar sein.

Der Markt auf dem Gebiet der Temperaturgeber ruft nach Temperaturmessgeräten, die immer preisgünstiger sein sollen, wobei gleichzeitig bessere oder gar neue Mess-, Anzeige- und üebertragungseigenschaften gefordert werden. Das heutige Angebot umfasst eine grosse Anzahl verschiedenartiger Geräte. Um den Marktbedürfnissen Rechnung zu tragen, besteht die Möglichkeit, bestehende Geräte sowohl in technischer als auch in fabrikato-

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rischer Hinsicht zu vervollkommnen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, neue Messprinzipien, mit denen auch zusätzliche Forderungen erfüllt werden können, aufzufinden.

Bei einer Neuentwicklung müssen neben der absoluten Forderung nach günstigem Preis hauptsächlich folgende Geräteeigenschaften berücksichtigt werden:

- Genaueste Erfassung, bzw. Anzeige, bzw. Uebertragung des Messwertes,

- rasche Anzeige,

- Möglichkeit zur elektrischen Kontaktgabe von einem oder mehreren Messpunkten bei steigender oder fallender Temperatur,

- Möglichkeit zur Fernübertragung des Messwertes,

- Möglichkeit zur Anzeige von sehr hohen oder sehr tiefen Temperaturen ,

- hohe Lebensdauer,

- kleine Schlagempfindlichkeit,

- vielseitige Verwendbarkeit des Gerätes.

Sodann sollen beispielsweise folgende Anwendungen möglich sein:

- Raumtemperaturthermometer

- Fieberthermometer

- Kälte- oder Hochtemperaturthermometer

- Temperaturferngeber

- Temperaturkontaktgeber

- Sekundenthermometer

- etc.

Für einen konkreten Anwendungsfall handelte es sich darum, ein billiges Temperaturmessgerät zu schaffen, das bei sinkender Temperatur bei Erreichung eines vorbestimmten Temperaturmesswertes innerhalb einer Toleranz von weniger als etwa + 0,2 C einen elektrischen Stromkreis zu schliessen vermag. Durch diese spezielle Problemstellung ist dann die Entwicklung ausgelöst wor-

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den, aus.der die gegenständliche Erfindung hervorgegangen ist.

Das erfindungsgemässe Temperaturmessgerät ist ein solches dev eingangs erwähnten Art, das gekennzeichnet ist durch zwei einen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzende Körper, derart, dass bei einer Temperaturänderung das Volumen eines die Ausdehnungsflüssigkeit enthaltenden Gefässes verändert wird.

Die Entwicklung hat gezeigt, dass je nach den besonders zu berücksichtigenden Geräteeigenschaften und je nach der besonderen Anwendung, die dem Gerät zugedacht ist, viele verschiedene Ausführungen möglich sind. Es leuchtet auch ein, dass allein schon rlurch die Wahl der Stoffe für die beiden Körper und diese Ausdehnungsflüssigkeit, sodann auch durch die Dimensionierung der beiden Korper (und des die Ausdehnungsflüssigkeit enthaltenden Gefässes) die Charakteristik des Gerätes in weitem Mass nach Wunsch verändert werden kann.

Eine der Ausführungsmöglichkeiten, die für viele Anwendungen günstig ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der eine Körper eine Hülle ist, die zum grössten Teil die Gefässwandung bildet, und der andere Körper in dieser Hülle angeordnet ist.

Für eine spezielle Anwendung, wie die oben erwähnte, die die Entwicklung ausgelöst hat, können die Verhältnisse so gewählt sein, dass bei einer Temperaturabnahme die Höhe der in der Kapillare enthaltenen Säule von Ausdehnungsflüssigkeit zunimmt.

Für etliche Anwendungen kann es günstig sein, mindestens einen der Körper aus Kunststoff herzustellen, und zwar aus der Ueberlegung, dass dieser Baustoff einen gegenüber vielen Metallen und Flüssigkeit hohen Ausdehnungskoeffizienten hat und sich mit wohlbekannten Verarbeitungstechniken billig in Körperformen bringen lässt, die geeignet erscheinen.

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Beiliegende Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar, Es zeigent

Fig. 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles, nämlich eines einfachen Temperaturmessgerätes,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles _r nämlich eines bei Abfall der zu messenden Temperatur auf.einen vorbestimmten unteren Grenzwert eines Temperaturbereiches einen elektrischen Stromkreis schliessenden Temperaturgeber, und

Fig. 3 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles.

Das in der Fig. 1 dargestellte Temperaturmessgerät setzt sich zusammen aus einer Hülle· 1 mit Ausdehnungskoeffizient al, einem Zentralkörper 2 mit Ausdehnungskoeffizient ct-2, einer Äusdehnungsflüssigkeit 3 mit Ausdehnungskoeffizient a3, einer Kapillare 4, die an die Hülle 1 bzw. an das zwischen Hülle 1 und Zentralkörper 2 gebildete, die Flüssigkeit 3 enthaltende Gefäss angeschlossen

Eine Temperaturerhöhung des die Hülle 1 umgebenden Mediums (d.h. festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffes) bewirkt eine jeweils ungleiche Ausdehnung der Hülle 1, des Zentralkörpers 2 und der im Gefäss eingeschlossenen Flüssigkeitsmenge 3. Durch entsprechende Dimensionierung von Zentralkörper und Hülle und durch gegeignete Stoffwahl kann nun beispielsweise erreicht werden, dass die Höhe der in der Kapillare 4 befindlichen Flüssigkeitssäule bei Temperaturerniedrigung zunimmt oder dass sie im Gegenteil wie bei einem gewöhnlichen Thermometer abnimmt.

Durch entsprechende Auslegung des Systems wird eine beliebig wählbare Empfindlichkeit erreicht. Durch geeignete Materialwahl lassen sich Tiefst- und Höchsttemperaturen erfassen. Durch entsprechende Dimensionierung wird auch für gewisse Anwendungs—

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fälle eine breite schnell und deutlich anzeigende Flüssigkeitssäule erzeugt. Durch entsprechende Festlegung der Systemgeometrie lassen sich grosse und sehr kleine Zeitkonstanten erzielen.

Für die Auslegung bzw. für die Berechnung der Eigenschaft gilt folgende Beziehung:

— - -_ Δα ..I .

d d .

hierin bedeuten:

Ah J mm

= Empfindlichkeit

D J mm J =' Durchmesser des Zentralkörpers 2,

i mm = Arbeitslänge der Hülle 1,

d J mm J = Durchmesser des Kapillarrohres 4,

. ⁰C"^{1 =} Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten von Zentralkörper 2 und Hülle 1,

α °C ⁼ Ausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit 3,

[mm³]

Volumen der Flüssigkeit 3 bei Anfangstemperatur T.

Im folgenden ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Ausftihrungsbeispiel beschrieben, das bei fallender Temperatur bei Erreichen von -1°C (+ 0,2) einen elektrischen Stromkreis schliessen soll. Fremde Schaltelemente sollten dabei vermieden werden, und es soll kein Ruhestrom angelegt werden.

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Das Gerät nach Fig. 2 setzt sich zusammen aus einer Hülle 11, in der das Thermometergefäss 11a und die Kapillare 11b ausgebildet sind, einem Zentralkörper 12, einer Ausdehnungsflüssigkeit 13, die gut stromleitend ist (z.B. Quecksilber), einem Kontaktstück 16 mit Kontaktstift 16a, einer Kontakt- und Verstellschraube 15 (für die Eichung).

Das System ist so ausgelegt, dass, wenn die Aussentemperatur fällt und dabei z.B. den gesetzten Wert von -1°C erreicht, die Flüssigkeit 14 in der Kapillare 11b den Kontaktstift 16a erreicht.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass in beiden Ausführungsbeispielen die Hülle und/oder der Zentralkörper nicht zylindrische Form haben müssen, sondern z.B. kugelig sein könnten. Die Kapillare könnte z.B. einen kreisförmigen, spiraligen oder schraubenlinienförmigen Verlauf haben. Die Ausdehnungsflüssigkeit kann für gewisse Anwendungen eine gefärbte Flüssigkeit sein. Für die Anzeige bzw. Stromschliessung bieten sich viele Möglichkeiten an, die den Fachleuten auf dem einschlägigen Gebiet wohlbekannt sind.

Der Entwicklung des in Fig. 3 gezeigten, als Thermoschalter ausgebildeten Temperaturmessgerätes lag die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Gerät zu schaffen, das besonders preislich günstig ist, eine Verkleinerung der Gesamtabmessungen ermöglicht und auch die Benützung von Kapillargläsern, die auf dem Markt erhältlich sind. Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass

a) in der Hülle ein erstes Kontaktorgan befestigt ist, das stets von der Flüssigkeit benetzt ist, und

b) die Kapillare im Körper ausgebiD.det ist, der in der Hülle festgesetzt ist, und an ihrem von ihrer Ausmündung in das Gefäss entfernten Ende bis zur Spitze eines Kontaktstiftes reicht, der in diesem Körper festsitzt.

In Fig. 3 ist mit 20 zusammenfassend die Hülle bezeichnet, die einen der beiden, einen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzenden Körper bildet, und mit 21 der andere dieser bei-

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dea Körper, der in der Hülle 20 angeordnet ist und zusammen mit ihr das Gefäss begrenzt, in dem die Ausdehnungsflüssigkeit 22 enthalten 1st*. Die Hülle weist einen als länglichen, rotations— symmetrischen Hohlkörper ausgebildeten Hauptteil 22 auf, dessen einer Endabsch-nitt 23a eine zentrale, abgestufte und im weiteren äusseren Teil mit Innengewinde versehene Bohrung vorhanden ist. In diese Bohrung ist ein als Schraube ausgebildeter erster Kontaktkörper 24 schraubverstellbar eingesetzt> sein innerer Teil hat eine Ringnut, in die ein Dichtungsring 25 eingesetzt ist und er ragt mit einer Spitze 24a in das Gafäss hinein, so dass er stets von der Ausdehnungsflüssigkeit 22 benetzt ist, die eine stroraleitende'Flüssigkeit ist, vorzugsweise Quecksilber. Der rohrförmige Abschnitt 23b bildet die Mantelwand des Gefässes und umgibt somit den Körper 21. Dieser letztere besteht vorzugsweise aus Glas und hat die längs der gemeinsamen Achse von 20 und 21 verlaufende Kapillare 26. Diese mündet in der Nähe des Kontaktkörpers 24 durch eine konische Erweiterung 27 in das Gefäss ausj an das andere Ende der Kapillare schliesst sich ein konischer Hohlraum 28 an. Ein Kontaktstift 29 ist in die diesen Hohlraum 28 abschliessende Endwand des Körpers 21 eingeschmolzen und ragt mit seiner Spitze bis zum Ende der Kapillare 26. Er durchsetzt auch eine Abschlussscheibe 30 und eine Bindemittelschicht 31, durch welche der Körper 21 fest mit der Abschlussscheibe 30 verbunden ist. Diese ist ihrerseits durch ein Bindemittel in einem stufenförmig erweiterten Endabschnitt des Hüllenhauptteiles 23 festgesetzt.

Wenn der Hüllenhauptteil 23 einen grösseren Ausdehnungskoeffizient hat als der Körper 21, so wie dies z.B. der Fall ist bei der Wahl von kunststoff bzw. von Glas als Baustoff für diese beiden Teile, ergibt sich bei einer Senkung der Umgebungstemperatur eine Verminderung des Volumens des Thermometergefässes; die in demselben enthaltene Flüssigkeit 22 wird also zunehmend in die Kapillare 26 hineinverdrängt und wird bei einer bestimmten Tempe-

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ratur, für die das Gerät geeicht ist - die genaue Eichung kann vorgenommen werden durch Verstellen der Kontaktschraube 24 wird die Flüssigkeit die Spitze des Kontaktstiftes 29 berühren; sie bildet dann eine stromleitende Verbindung zwischen dem Kontaktkörper 24 und dem Kontaktstift 29. Um eine durch eventuelle Funken verursachte vorschnelle Abnützung der Kontaktstiftspitze zu vermeiden, kann der Hohlraum 28 beim Eingiessen des Kontaktstiftes in die Hohlraumstirnwand mit Stickstoff oder einem anderen geeigneten Gas gefüllt werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

l.j Temperaturmessgerät mit einem eine Ausdahnungsflüssigkeit enthaltenden Gefäss, an das sich eine Kapillare anschliesst, gekennzeichnet durch zwei einen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzende Körper (1, 11; 2, 12), derart, dass bei einer Temperaturänderung das Volumen eines die Ausdehnungsflüssigkeit (3_f 13) enthaltenden Gefässes verändert wird.
2. Temperaturmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Körper eine Hülle ist, die zum grössten Teil die Gefässwandung bildet und der andere Körper in dieser Hülle angeordnet ist.
3. Temperaturmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verhältnisse so gewählt sind, dass bei einer Temperaturabnahme die Höhe der in der Kapillare enthaltenen Säule von Ausdehnungsflüssigkeit zunimmt.
4. Temperaturmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Körper aus Kunststoff hergestellt ist.
5. Temperaturmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (4) einen geradlinigen, kreisförmigen, spiralförmigen.oder schraubenlinienförmigen Verlauf hat.
6. Temperaturmessgerät nach Ansprüchen 1 und 2, als Thermoschalter ausgebildet, wobei die Ausdehnungsflüssigkeit eine stromleitende Flüssigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülle (20) ein erstes Kontaktorgan befestigt ist, das stets von der Flüssigkeit (22) benetzt ist, und die Kapillare (26) im besagten anderen Körper (21) ausgebildet

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ist, der in der Hülle festgesetzt ist, und an ihrem von ihrer Ausmündung in das Gefäss entfernten Ende bis zur Spitze eines Kontaktstiftes (29) reicht, der im anderen Körper festsitzt.
7. Temperaturmessgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle wenigstens zum grössten Teil aus Kunststoff und der andere Körper aus Glas besteht.
8. Temperaturmessgerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (20) einen als länglichen, rotationssymmetrischen Hohlkörper ausgebildeten Hauptteil (23) aufweist, in dessen einen Endabschnitt (23a) das erste Kontaktorgan (24) zentral, nach aussen abdichtend und schraubverstellbar eingesetzt ist, und dessen rohrförmiger Abschnitt (23b) die Mantelwand des mit der Ausdehnungsflüssigkeit (22) gefüllten Gefässes bildet, das innenseitig durch den in diesem Abschnitt koaxial angeordneten, die. Kapillare und im Bereich des Kontaktstiftes einen erweiterten Innenraum besitzenden und den Kontaktstift (29) tragenden anderen Körper (21) begrenzt ist, und dass die Hülle ausserdem eine vom Kontaktstift durchsetzte, fest mit dem anderen Körper verbundene Abschlussscheibe (30) aufweist, die im stufenförmig erweiterten Endabschnitt des Hüllenhauptteiles vorzugsweise durch ein Bindemittel festgesetzt ist.

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