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1. Vyacheslav Mikhailovicn Krylov, Moskovskaya oblast,
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Pushkino - UdSSR 2. Jury Anatolievich Komarov, Moskovskaya oblast,
Ivanteevka - UdSSR 3. Dmitry Vasilievich Panchenko, Zaporozhie - UdSSR 4. Igor Grigorievich
Kuptsov, Moskau - UdSSR 5. Viktor Petrovich Seljutin, Moskau - UdSSR 6. Grigory
Froimovich Muchnik, Moskau - UdSSR Temperaturmeßeinrichtung Die Erfindung betrifft
eine Temperaturmeßeinrichtung, die im wesentlichen bei der Temperaturfernmessung
in Wicklungen von Hochspannungstransformatoren und Hochleistungsmotoren sowie in
chemischen Reaktoren mit Korrosionsmedium Verwendung findet.
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Zur Verhinderung der Überhitzung von Hochspannungstransformatoren
oder sonstigen elektrischen Geräten sind Temperaturmeßeinrichtungen notwendig, die
folgenden Anforderungen genügen sollen:
Die Abmessungen des Temperaturfühlers
müssen mUglichst klein sein, damit er sich unmittelbar an der Wicklung anbringen
läßt, ohne daß die Verteilung der elektromagnetischen und Wärme felder im elektrischen
Gerät gestört wird. Zwischen dem an einem Untersuchungsort untergebrachten Temperaturfühler
und dem leicht zugänzlich angeordneten Meßgerät darf keine Drahtverbindung bestehen.
Außerdem müssen der Temperaturfühler und der Nachrichtenkanal zuverlässig sein und
eine große Lebensdauer aufweisen.
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Bekannt ist eine Temperaturmeßeinrichtung (vgl. z. B.
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DT-PS 1 151 314), bei der ein in eine elektronische Schaltung geschalteter
Heißleiter als Temperaturfühler dient. Mit der Meßtemperatur ändert sich der Widerstand
des Heißleiters. Die elektronische Schaltung formt das Signal des Heißleiters um,
das dann einem Meßgerät zugeführt wird. Durch die elektrische Drahtverbindung zwischen
Temperaturfühler und Meßgerät wird die Verwendung dieser Temperaturmeßeinrichtung
bei elektrischen Höchstspannung sge räten beschränkt.
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Bekannt ist aianti eine Temperaturmeßeinrichtung (vgl.
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z. B. FR-PS 156 461), bei der ein in einem Schwingkreis geschalteter
Heißleiter als Temperaturfühler dient und die auch eine unabhängige Speisequelle
und ein Bauelement, nämlich einen piezokeramischen Kondensator, enthält, das elektrische
Schwingungen, die bei einer Temperaturänderung des zu untersuchenden Mediums im
Schwingkreis entstehen, in Ultraschallwellen umsetzt. Mit der Temperatur ändert
sich die Frequenz der Ultratchallschwingungen, die mit einem weiteren Gerät registriert
wird. Durch Kompliziertheit der Schaltung und große Abmessungen des Temperaturfühlers
sowie durch das Erfordernis einer unabhängigen
Speisequelle wird
die Sicherheit der Temperaturmeßeinrichtung herabgesetzt.
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Bekannt ist ferner eine Temperaturmeßeinrichtung, die einen Temperaturfühler
in Form eines Prismas enthält das sich in einer Flüssigkeit befindet, deren Brechungsindex
bei Temperaturerhöhung monoton abnimmt, und mit Hilfe einer Optik mit einer Lichtquelle
und einem Lichtempfänger eines Meßgerätes in Verbindung steht (vgl. z. B.
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SU-Erfinderschein 191 163).
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Diese Einrichtung ist zur Temperaturmessung von klaren Flüssigkeiten
bestimmt, wobei das Bild der Lichtquelle, die ein Glühlampenfaden ist, mit Hilfe
einer Linse und zweier in einer hermetischen Kammer untergebrachter, unter einem
Winkel von 45° zueinander geneigter Glasplatten auf den Lichtempfänger projiziert
wird. Die Glasplatten sind in die zu untersuchende Flüssigkeit eingetaucht, 80 daß
sie ein Flüssigkeitsprisma bilden. Eine der Glasplatten, die unter einem Winkel
von 450 zur Längsachse der Kammer geneigt ist, steht mit dieser in hermetischer
Verbindung.
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Die zweite, senkrecht zur Kammerachse angeordnete Glasplatte hat einen
metallischen Spiegelbelag. Der Lichtempfänger besteht aus zwei Photozellen, die
mit den begrenzenden Seitenflächen verklebt und in Differenzschaltung geschaltet
sind. Mit der Temperatur der Flüssigkeit ändert sich deren Brechungsindex, was zur
Bildverschiebung des GlUhlampenfadens in der Ebene des Lichtempfängers führt.
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Das bringt wiederum eine nderung der Signale eines an den Ausgang
der Differenzschaltung angeschlossenen Gerätes mit sich. An der Instrumentenanzeige
ermittelt man die Temperatur der Flüssigkeit.
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Bei der beschriebenen Einrichtung tEflnden sich die Lichtquelle und
der Lichtempfänger in der gleichen Kammer
mit der Linse, und die
Lage sämtlicher Bauteile muß fixiert werden. Eine beliebige Verschiebung eines von
ihnen führt zu einem Meßfehler. Das schließt die Möglichkeit aus, diese Einrichtung
unter Bedingungen erhöhter mechanischer Belastungen und Schwingungen zur Temperaturmessung
zu verwenden. Die beträchtliche Kompliziertheit des Aufbaus der Einrichtung und
als Folge davon große Abmessungen gestatten nicht, sie im Windungsspalt eines elektrischen
Gerätes, z. B. eines Transformators, anzuordnen. Durch das Vorhandensein der elektrischen
Drahtverbindung mit der Speisequelle und dem Registriergerät wird außerdem ihre
Anwendungsmöglichkeit zur Temperaturmessung an einem Hochspannungsgerät begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmeßeinrichtung
zu schaffen, bei der der Aufbau des Temperaturfühlers in Form eines vierflächigen
Glasprismas ermöglicht, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Temperaturmessung
zu erhöhen, den Aufbau des eigentlichen Temperaturfühlers zu vereinfachen, dessen
mechanlSche Festigkeit zu erhöhen und dessen Abmessungen zu vermindern, um die Temperatur
unmittelbar an einem vorgesehenen Ort der Wicklung des elektrischen Gerätes messen
zu können.
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Die Aufgabe wird bei einer Temperaturmeßeinrichtung, mit einem Temperaturfühler
in Form eines Prismas, das sich in einer Flüssigkeit befindet, deren Brechungsindex
bei Temperaturzunahme monoton abnimmt, und das durch eine Optik mit einer Lichtquelle
und einem Lichtempfänger eines Meßgerätes verbunden ist, erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß das Prisma ein vierflächiges Glasprima ist, dessen zwei gegenüberliegende
Seitenflächen zu dessen Grundfläche unter dem Totalreflexionswinkel für die Flüssigkeit
und das Glas des Glasprismas geneigt sind,
daß die Optik ein Faserlichtleiter
ist, dessen eines Ende starr mit der Grundfläche des Glasprismas verbunden ist,
und daß über eine Xnderung des aus dem Glasprisma austretenden Lichtstroms die Temperatur
der Flüssigkeit erfaßt wird.
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Es ist zweckmäßig, daß sie zur Temperaturmessung von festen und gasförmigen
Medien zusätzlich eine Kapsel enthält, in der sich das vierflächige Glasprisma befindet
und die mit der Flüssigkeit gefüllt ist.
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Die erfindungsgemäße Temperaturmeßeinrichtung weist geringe Abmessungen
des Temperaturfühlers auf, der z. B.
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in einem elektrischen Gerät Platz findet, das über einen dünnen biegsamen
Faserlichtleiter, der nur eine optische Kopplung des Temperaturfühlers und des Meßgerätes
bewirkt, mit dem Meßgerät in Verbindung steht. Die Temperaturmeßeinrichtung zeichnet
sich auch durch Einfachheit und Zuverlässigkeit des Temperaturfühlers aus. Kleine
Abmessungen des Temperaturfühlers und Nichtvorhandensein von Metallteilen ermöglichen,
die Temperaturmeßeinrichtung zur Temperaturmessung der Wicklungen von elektrischen
Höchstspannungsgeräten mit kleinen Windungsabständen und an jeder beliebigen Gerätestelle
zu benutzen. Der Aufbau des Temperaturfühlers gestattet auch, die erfindungsgemäße
Temperaturmeßeinrichtung bei chemischen Apparaten mit Korrosionsmedium einzusetzen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines AusfUhrungsbeispiels
und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Temperatureeßeinrlchtung,
Fig. 2 einen Längsßchnitt durch eine Kapsel mit darin untergebrachten Prisma nach
der Erfindung.
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Die Temperaturmeßeinrichtung enthält einen Temperaturfütler in Form
eines Glasprismas 1 (Fig. 1), das sich in einer Flüssigkeit 2 befindet, die als
Medium, dessen Temperatur gemessen wird, dient. Der Brechungsindex der FlUssigkeit
2 nimmt bei Temperaturerhöhung monoton ab. Das Glasprisma 1 ist vierflächig ausgebildet,
wobei zwei gegenüberliegende Seitenflächen 3 und 4 zur Grundfläche 5 unter dem Totalreflexionswinkel
Q für die Flüssigkeit 2 und das Glas, aus dem das Glasprisma 1 besteht, ausgeführt
sind. Die vierte Fläche 6 des Glasprismas 1 liegt parallel zur Grundfläche 5. Mit
Hilfe eines Faserlichtleiters aus zwei unregelmäßigen Strängen 10 und 11 ist das
Glasprisma 1 mit einer Lichtquelle 7 und einem Lichtempfänger 8 eines Meßgerätes
9 verbunden. Als Lichtquelle 7 gelangt ein Galliumarsenid-Laser und als Lichtempfänger
8 eine Siliziumphotodiode zum Einsatz. Dabei sind die beiden Stränge 10 und 11 mittels
Klebstoff, der eine Polyaminfrakticn-Härterlösung in flüssiger Dian-Epoxydharzmodifikation
darstellt und durch deren Vermischung unmittelbar vor dem Verkleben erzeugt wird,
derart mit der Grundfläche 5 des Glasprismas 1 verbunden, daß die Achse des tonen
Stranges 10 die eine Bei tenflAcie 3 des G1asisa- 1 und die Achs den zweiten Stranges
11 die andere Seitenfläche 4 schneidet.
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Die freien Enden 12 und 13 der Stränge 10 und 11 sind mit Hilfe desselben
Klbbstoffes mit der Lichtquelle 7 bzw.
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dem Lichtempfänger 8 des Meßgerätes 9 verbunden.
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Zur Temperaturmessung von festen und gasrdrmigen Substanzen enthält
die Temperaturmeßeinrichtung zusätzlich eine Kapsel 14 (Fig. 2), die das vierflächige
Glasprisma 1 aufnimmt und mit Flüssigkeit 2 gefüllt ist.
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Die erfindungsgemäße Temperaturmeßeinrichtung arbeitet wie folgt:
Das
Glasprisma 1 (Fig. 1) wird in die Flüssigkeit 2, deren Temperatur gemessen wird,
vollständig eingetaucht.
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Die Strahlung der Lichtquelle 7 breitet sich im Lichtleiter-Strang
10 aus und tritt in Form eines aufgeweiteten Lichtstromes, der durch die Faserapertur
des Lichtleiters bestimmt ist, daraus aus. Ein Teil des Lichtstromes fällt, von
der Seitenfläche 3 des Glasprismas 1 reflektiert, auf die Fläche 6 des Glasprismas
1 ein. Der zweite Teil des Lichtstromes gelangt als gebrochener Strahl in die Flüssigkeit
2. Der Einfallswinkel der Strahlen auf die Fläche 6 des Glasprismas 1 überschreitet
den Totalreflexionswinkel Q.
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Daher wird der Lichtstrom von dieser Fläche 6 total reflektiert und
fällt auf die zweite Seitenfläche 4. Die-Seitenfläche 4 wirkt ähnlich wie die Fläche
3: ein Teil des Lichtstromes wird von ihr reflektiert und gelangt in den Lichtleiter-Strang
11, der den Lichtstrom zum Lichtempfänger 8 des Meßgerätes 9 leitet. Bei Temperaturzunahme
ändert sich der Brechungsindex der Flüssigkeit 2, während sich der Brechungsindex
des Glasprismawerkstoffes, d. h.
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des Glases, praktisch nicht ändert. Mit der Temperatur nimmt daher
der Anteil der von den Seitenflächen 3 und 4 reflektierten Lichtströme zu, was zur
Vergrößerung des Lichtstromes führt, der zum Lichtempfänger 8 des Meßgerätes 9 gerichtet
wird.
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Mit einem dem Totalreflexionswinkel Q gleichen Einfallswinkel des
axialen Strahles auf die Seitenfläche 3 des Glasprismas 1 wird die höchste Meßgenauigkeit
erreicht.
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Die Temperatur der das Glasprisma 1 umgebenden Flüssigkeit 2 wird
aus der Anzeige des in Meßgrößeneinheiten geeichten Meßgerätes 9 ermittelt.
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Bei der Temperaturmessung von festem oder gasartigem Medium wird
die Kapsel 14 (Fig. 2) der Einrichtung an einem vorgegebenen Ort montiert.
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Als Ergebnis des Wärmeaustausches mit der Umgebung nimmt die in der
Kapsel 14 befindliche und das Prisma umgebende Flüssigkeit 2 nach einiger Zeit die
Temperatur der Untersuchungssubstanz an. Aus der gemessenen Temperatur der Flüssigkeit
kann man also, wie bereits erwähnt, auf die Temperatur der gasförmigen oder festen
Substanz, in der sich die Kapsel 14 befindet, schließen.
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