DE2444777C2 - Gasthermometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasthermometer, bestehend aus einem mit einem Gas gefüllten Meß *5 fühler und aus einem ztir Anzeige der dem Gasdruck im Meßfühler analogen Temperatur ein Druckmeßgerät aufweisendes, mit einem zweiten Gas gefüllten Leitungssystem, wobei der Meßfühler und das Leitungssystem über eine eine Membran aufweisende. geschlossene Druckdose so miteinander verbunden sind, daß der Meßfühler primärseitig der Membran und das LeiSungssystem sekundärseitig der Membran an die Druckdose angeschlossen sind und wobei aars A.figieschen des Gasdrucks au? der Sekundärseite der Membran an den primärseitig der Membran herrschenden Druck mit dem Leitungssystem eine durch die Membran betätigbare Regeleinrichtung verbunden ist.

Gasthermometer, die aus einem Meßfühler und aus einem über eine mit dem Meßfühler verbundenen Leitungssystem bestehen, sind bekannt Bei diesen bekannten Gasthermometern wird dem Leitungssystem während des Betriebes des Gasthermometers ständig Gas zugeführt wobei der Druck des zugeführten Gases auf der Sekundärseite der Membran mittels einer Regeleinrichtung auf den Druck in dem Meßfühler einreguliert wird (vgL D. H. C ο ρ I i η, GEAP-5100-6. 1968). Nachteilig ist dabei, daß die Regelung des Drucks bei ständiger Zufuhr des Gases einen hohen technischen Aufwand erfordert, womit auch hohe Betriebskosten verbunden sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Gasthermometer besteht darin, daß das primärseitig der Membran vorhandene Volumen der verwendeten Druckdosen relativ groß ist. Das führt, da sich Meßfühler und Druckdose auf unterschiedlichen Temperaturen befinden, zu ungenauen Messungen. Zwar kann dieser Nachteil dadurch zum Teil ausgeglichen werden, daß Meßfühler mit größerem Volumen verwendet werden, jedoch hat dies andererseits eine trägere Temperaturanzeige zur Folge. Außerdem führt dies infolge der relativ großen Masse des Meßfühlers zu Störungen an der Meßsteile.

Es sind auch Gasthermometer bekannt, bei denen der Meßfühler an eine Druckdose mit Membran angeschlossen ist, die senkundärseitig der Membran eine Feder aufweist (vgl. Ursamat-Handbuch. VEB. Verlag Technik, Berlin. 1969. S.!!!). Zur Temperaturanzeige wird dabei die über die Membran auf die Feder ausgeübte Kraft ausgenutzt. Nachteilig ist bei diesen bekannten Gasthermometern, daß der Temperaturbereich nur bis etwa 500⁰C reicht. Außerdem ist auch bei diesen bekannten Gasthermometern von Nachteil, daß infolge des relativ großen Volumens auf der Primärseite der Membran der verwendeten Druckdosen die Meßgenauigkeit relativ gering ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gasthermometer zu schaffen, das Temperaturmessungen mit hoher Genauigkeit ermöglicht und für einen großen Temperaturbereich anwendbar, gleichwohl einfach im Aufbau ist und eine kostensparende Betriebsweise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Gasthermometer der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß das Leitungssystem einen geschlossenen Gaskreislauf aufweist, in dem zur Einstellung des Drucks sekundärseitig der Membran ein Verdichter und zumindest eine Drosseisteile vorgesehen sind.

Dabei wird bei Verwendung von nur einer Drosselstelle diese zweckmäßigerweise vor der Anschlußstelle des Gaskreislaufs zur Druckdose angeordnet Der Druck an der Sekundärseite der Membran wird dann durch Erhöhen oder Erniedrigen des Drucks in dem durch die Membran, die Drosselstelle und den Verdichter begrenzten Leitungsteil, an den das Drucfcmeßgerät angeschlossen ist, eingestellt, wobei die Veränderung des Drucks an der Sekundärseite der Membran durch Regeln der Leistung des Verdichters bewirkt wird. Da

bei dem Gasthennoineter geinäS de* Erfindung der Druck an der Sekundärseite der Membran allein durch Veränderungen des Drucks an der Anschlußstelle des Gaskreisiaufs zur Druckdose — nicht aber durch Veränderung der Gaszufuhr von außen — eingestellt wird. isi das gesamte Leitungssystem nach außen geschlossen. Infolgedessen wird wahrend der Messung kein Gas aus dem Leitungssystem abgegeben. Außerdem wird dadurch in vorteilhafter Weise erreicht, daß Einflüsse der Umgebung des Leitungssystems — beispielsweise atmosphärische Druckschwankungen — auf die Messung weitgehend ausgeschaltet sind. Da im Meßfühler und im Gaskreislauf gereinigtes Gas verwendet wird, spielen '.'ißerdem Gasverunreinigungen durch die eine Korrosion im Leitungssystem und in den Apparaturen bei langer Betriebsdauer des Gasthermometer auftreten könnten, keine Rolle.

Da während des Betriebes des erfindungsgemäßen Gasthermometers kein Gas abgegeben wird, eignet es sich für Messungen in Kernreaktoren, vorzugsweise m> auch dann, wenn das Gasthermometer nur eine kurze Verbindungsleitung zwischen Meßfühler und Druckdose aufweist und daher die Druckdose und somit auch das im Leitungssystem enthaltene Gas der Strahlung im Reaktor ausgesetzt is».

Zweckmäßig ist es, daß das Leitungssystem sowohl vor als auch hinter der Anschlußstelle des Gaskreislaufs zur Druckdose eine Drosselstelle aufweist. Dadurch ist. bei geeigneter Auslegung der Drosselstellen - die beispielsweise Drosselventile oder auch als Kapillare ausgebildete Leitungsstücke sein können —. zusätzlich zur Einstellung des Druckbereichs durch Veränderung der Leistung des Verdichters eine Möglichkeit zur Einstellung des Druckbereichs an der Sekundärseite der Membran gegeben. Zugleich wird dabei eine Dämpfung der Druckänderungen an der Sekundärseite der Membran erreicht.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß eine Drosselstelle mit der Regeleinrichtung in Wirk verbindung steht Die Drosselstelle ist dabei beispielsweise als regelbares Drosselventil ausgebildet, so daß durch öffnen und Schließen des Drosselventils der Gasdruck an der Sekundärseite der Membran eingestellt wird. Die Leistung des Verdichters bleibt dabei konstant.

In konsequenter Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist zur Erhöhung der Meßgenaiuigkeit vorgesehen, daß die Druckdose aus einem Behälter mit einem in seinem Boden vorgesehenen Anschluß für den Meßfühler und aus einem den Behälter gasdicht abschließenden Deckel besteht, und daß zwischen Deckel und Behälter eine der Form des Behälterbodens angepaßte Membran gasdicht eingesetzt ist und daß der Anschluß des Leitungssystems in eine im Deckel vorgesehene Ausnehmung mündet, in der ein mit einer isolierter, elektrischen Durchführung verbundener, mittels einer im Deckel vorgesehenen Stellschraube einstellbarer Kontaktträger derart angebracht ist, daß der am Kontaktträger angeordnete Kontakt einem zweiten, an der Membran angeordneten Kontakt gegenüberliegt. Zwischen Membran vorgesehen. Boden des Behälters ist dabei zweckmäßigerweise ein dünner Distanzring eingesetzt.

Diese Ausbildungsform der Druckdose kann selbstverständlich auch bei bisher bekannten Gasthermometern eingesetzt werden. Diese Druckdose zeichnet ^(>5 sich durch ein minimales Primärvolumen aus. Dadurch ist es möglich, auch das Volumen des Meßfühlers klein zu halten, wodurch eine störungsfreie Temperaturmessung mit hoher Genauigkeit bei nur kurzen Ansprechzeiten auf Temperaturänderungen erzielt wird.

Eine zweckmäßige Varünte der Druckdose mit ebenfalls sehr kleinem Primärvolumen besteht darin, daß der Boden des Behälters eine von der Mündung des Anschlusses für den Meßfühler ausgehende, spiralförmig verlaufende Nut aufweist Ein Distanzring zwischen Membran und dem Boden des Behälters entfällt dann.

Als zweckmäßig hat sich außerdem erwiesen, daß sowohl der Meßfühler als auch das Leitungssystem ein gleiches Edelgas wie Argon od. dgl. enthält Dadurch wird eine für die Messung störende Auswirkung einer Permeation von Gasen durch die Membran vermieden.

Wie sich gezeigt hat, ist es mittels des Gasthermometers gemäß der Erfindung möglich, Temperaturmessungen im Bereich zwischen 300 und 3000° K durchzuführen. Für den Einsatz des Gasthermometers gemäß der Erfindung bei hohen Temperaturen werden dabei zweckmäßigerweise hochwarmfeste Materialien, wie Tantal oder Rhenium, zur Herstellung des Meßfühlers verwendet

Ausführungsbeispiele des Gasthermometers gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Ελ zeigt

F1 g. 1 ein Gasthermometer mit regelbarem Ver dichter.

F i g. 2 ein Gasthermometer mit regelbarer Drosselsteile.

F 1 g. 3 eine Druckdose mit minimalem Primärvolumen für die Gasthermometer nach den F i g. 1 und 2.

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht das Gasthermometer aus Meßfühler 1, aus einer über eine Leitung 2 mit dem Meßfühler t verbundenen Druckdose 3 mit Membran 4 und aus einem Leitungssystem, das aus einem Gaskreislauf 5 und einer den Gaskreislauf 5 mit der Druckdose verbindenden Leitung 6 mit Druckmeßanzeige 7 besteht. Der Gaskreislauf 5 weist einen Verdichter 8 mit einem Antrieb 9 und zwei Drosselstellen 10 und 11 auf. Der Meßfühler 1 sowie das Leitungssystem sind — wie aus der Zeichnung nicht hervorgeht — mit einem Gas gefüllt Der Verdichter 8 bewirkt eine Gasströmung in der durch Pfeile ange-'zeigten Richtung. Zum Füllen des Leitungssystems mit Gas dient eine an die Leitung 6 angeschlossene, mit einem Ventil 12 absperrbare Leitung 13, die mit einer Gasdruckflasche 14 verbunden ist

Wie F i g. 3 zu entnehmen ist, weist die Druckdose 3 einen Behälter 15 auf. in dessen Boden die als Kapillare ausgebildete Verbindungsleitung 2 zwischen Druckdose 3 und Meßfühler 1 mündet Zwischen Deckel 16 der Druckdose und dem Boden des Behälters 15 ist, durch einen Distanzring !7 vom Behälterboden getrennt, eine Membran 4 gasdicht eingesetzt Die Membran ist — wie aus der Zeichnung nicht hervorgeht — als Metallmembran ausgebildet und steht mit der Druckdose in elektrisch leitender Verbindung. Sie weist außerdem einen Kontakt 18 auf. Im Deckel 16 ist eine Ausnehmung 19 vorgesehen, in der ein Kontaktträger 20 so angeordnet ist, daß der an dem Kontaktträger 20 vorgesehene Kontakt 21 dem Kontakt 18 gegenüberliegt. Kontakt 18 ist über die Metallmembran 4 und — wie aus F i g. 1 und 2 zu entnehmen ist — über den Deckel 16 an eine von zwei elektrischen Leitungen 23 angeschlossen. Kontaktträger 20 ist mit einer isolierten elektrischen Durchführung 22 verbunden, die an die an-

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dere elektrische Leitung 23 angeschlossen ist. Der Dekke! 16 weist außerdem eine Stellschraube 24 auf, mitteis der der Abstand zwischen den Kontakten 18 und 21 einstellbar ist.

Bei steigender Temperatur an der Meßstelle erhöht sich der Gasdruck im Meßfühler 1 und wirkt über die Verbindungsleitung 2 auf die in der Druckdose 3 befindliche Membran 4. Dies hat eine Durchbiegung der Membran 4 zur Folge, wodurch sich die beiden Kontakte 18 und 21 schließen.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen der Kontakte 18 und 21 über die elektrischen Leitungen 23 ein Drehzahlregler 25 für den Antriebsmotor 9 des Verdichters betätigt, wodurch die Drehzahl des Verdichters erhöht wird. Dies hat eine Druckerhöhung in der Leitung 6 zur Folge, bis sich die Membran 4 wieder entspannt und sich die Kontakte 18 und 21 wieder voneinander lösen. Darauf nimmt die Drehzahl des Verdichters wieder ab.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen der Kontakte 18 und 21 über die elektrischen Leitungen 23 ein Regler 26 für den Stell-

stelle 10 betätigt Der Stellmotor bewirkt darauf eine Verengung der Drosselsteile. Dies hat ebenfalls eine Druckerhöhung in der Leitung 6 zur Folge, bis sich die Membran 4 wieder entspannt und sich die Kontakte 18

S und 21 voneinander lösen. Darauf öffnet sich die Drosselstelle 10 wieder. Um in diesem Fall einen stetigen Druckanstieg oder Druckabfall an der Sekundärseite der Membran zu erreichen, ist — wie aus F i g. 2 zu entnehmen ist — im Gaskreislauf ein Puffervolumen

ίο 28 vorgesehen.

•Durch diese in der Art einer Zweipunktregelung arbeitende Regelung wird der Gasdruck auf der Sekundärseite der Membran auf den in dem Meßfühler 1 herrschenden Gasdruck eingestellt, der somit an dem Druckmeßgerät 7 abgelesen werden kann. Da der Druck im Meßfühler zugleich ein Maß für die Temperatur an der Meßstelle ist, ist so bei geeigneter Skalierung des Druckmeßgeräts 7 an diesem direkt die an der Meßstelle herrschende Temperatur ablesbar. Selbstver-

ständlich ist das Druckmeßgerät — wie in der Zeichnung nicht dargestellt — beispielsweise mit einem Schreiber oder einem Regler zur Steuerung der wärmequelle verbindbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gasthermometer, bestehend aus einem mit j einem Gss gefüllten Meßfühler und aus einem zur S j^iizssge der oeiu c>ssuruck im mcwmhjcf änöSogcü "Temperatur ein DruckmeBgerät aufweisendes, mit einem zweiten Gas gefüllten Leitungssystem, wobei "■der Meßfühler und das Leitungssystem über eine eine Membran aufweisende, geschlossene Drbck to dose so miteinander verbunden sind, daß der Meßfühler primärseitig der Membran und das Leitungssystem sekundärseitig der Membran an die Druckdose angeschlossen sind und wobei zum Angleichen des Gasdrucks auf der Sekundärseite der Membran an den primärseitig der Membran herrschenden Druck mit dem Leitungssystem eine durch die Membran betäügbare Regeleinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem einen geschlossenen Gaskreislauf » (5) aufweist, in dem zur Einstellung des Drucks sekundärseitig der Membran (4) ein Verdichter (8) und zumindest eine Drosselstelle (10, 11) vorgesehen sind.

2. Gasthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in dem Leitungssystem vor und hinter der Anschlußstelle des Gaskreislaufs (5) zur Druckdose (3) je eine Drosselstelle (10 und 11) vorgesehen ist

3. Gasthermometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß eine der beiden Drosselstellen (10. 11) mit der Regeleinrichtung in Wirkverbindung steht

4. Gasthermometer nach Anspruch 1. 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet daß die Druckdose (3) aus einem Behälter (15) mit einem in seinem Boden vorgesehenen Anschluß für den Meßfühler (1) und aus einem den Behälter gasdicht abschließenden Deckel (16) besteht und daß zwischen Decke! (16) und Bc halter (15) eine der Form des Behälterbodens angepaßte Membran (4) gasdicht eingesetzt ist und daß der Anschluß des Leitungssystems in eine im Dekkel (16) vorgesehene Ausnehmung (19) mündei. in der ein mit einer isolierten elektrischen Durchführung (22) verbundener, mittels einer im Deckel (16) vorgesehenen Stellschraube (24) einstellbarer Kontaktträger (20) derart angebracht ist, daß der an dem Kontaktträger (20) angeordnete Kontakt (21) einem zweiten, an der Membran (4) angeordneten Kontakt (18) gegenüberliegt

5. Gasthermometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Boden des Behälters (15) eine von der Mündung des Anschlusses für den Meßfühler (1) ausgehende, spiralförmig verlaufende Nut autweist

6. Gasthermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Meßfühler (1) als auch das Leitungssystem ein gleiches Edelgas, wie Argon enthält.

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