DE2645997B2 - Temperaturmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturmeßeinrichtung, die im wesentlichen bei der Temperaturfernmessung in Wicklungen von Hochspannungstransformatoren und Hochleistungsmotoren sowie in chemischen Reaktoren mil Korrosionsmedium Verwendung findet.

Zur Verhinderung der Überhitzung von Hochspannungstransformatoren oder sonstigen elektrischen Geräten sind Temperaturmeßeinrichtungen notwendig, die folgenden Anforderungen genügen sollen:

Die Abmessungen des Temperaturfühlers müssen möglichst klein sein, damit er sich unmittelbar ar. der Wicklung anbringen läßt, ohne daß die Verteilung der elektromagnetischen und Wärmefelder im elektrischen Gerät gestört wird. Zwischen dem an einem Untersuchungsort untergebrachten Temperaturfühler und dem leicht zugänglich angeordneten Meßgerät darf keine Drahtverbindung bestehen. Außerdem müssen der Temperaturfühler und der Nachrichtenkanal zuverlässig sein und eine große Lebensdauer aufweisen.

Bekannt ist eine Temperaturmeßeinrichtung (vgl. z. B. DE-PS 1151314), 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 Höchstspannungsgeräten beschränkt.

Bekannt ist auch eine Temperaturnießeinrichtung (vgl. z.B. FR-PS 156 461), bei der ein in einem Schwingkreis geschalteter Heißleiter als Temperaturfüh'er 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 Schwinnkreis entstehen, in Ultraschallwellen umsetzt. Mit der Temperatur ändert sich die Frequenz der Ultraschallschwingungen, 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

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. SU-Erfinderschein 1 91 163).

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, so daß sie ein Flüssigkeitsprisma bilden. Eine der Glasplatten, die unter einem Winkel von 45° zur Längsachse der Kammer geneigt ist, steht mit dieser in hermetischer Verbindung. Die zweite, senkrecht zur Karr;merachse 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 Glühlampenfadens in der Ebene des Lichtempfängers führt. Das bringt wiederum eine Änderung der Signale eines an den Ausgang der Differenzschaltung angeschlossenen Gerätes mit sich. An der Instrumentenanzeige ermittelt man die Temperatur der Flüssigkeit.

Bei der beschriebenen Einrichtung befinden 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmeßeinrichtung zu schaffen, bei der der Aufbau des Temperaturfühlers es ermöglicht, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Temperaturmessung zu erhöhen, den Aufbau des eigentlichen Temperaturfühlers zu vereinfachen, dessen mechanische Festigkeit zu erhöhen und dessen Abmessungen zu vermindern, um die Temperatur unmittelbar an einem vorgesehenen Ort der Wicklung des elektrischen Gerätes messen zu können.

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 Lichtauelle

und einem Lichtempfänger eines Meßgerätes verbunden ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Prisma ein vierkantiges Glasprisma ist, dessen zwei gegenüberliegende Seitenflächen zu dessen Grundfläche unter dem Totalreflexionswinkel für die Flüssigkeit und das Glas des Glasprismas geneigt sind, düii die Optik ein Faserlichtleiter ist, dessen eines Ende starr mit der Grundfläche des Glasprismas verbunden ist, und daß über eine Änderung des aus dem Glasprisma in oen Lichtleiter tiefenden Lichtstroms die Temperatur der Flüssigkeit erfaßbar ist.

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.

Die erfindungsgemäße Temperaturmeßeinrichtung weist geringe Abmessungen des Temperaturfühlers auf, der z. B. 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 es, die Temperaturmeßeinrichtung zur Temperaturmessung der Wicklunge, von elektrischen Höchstspannungsgeräten mit kleinen Windungsabständen und an jeder beliebigen Gerätestelle zu benutzen. Der Aufbau des Temperaturfühlers gestatt-.u auch, die erfindungsgemäße Temperaturmeßeinrichtung bei chemischen Apparaten mit korrodierendem Medium einzusetzen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße Temperaturmeßeinrichtung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Kapsel mit darin untergebrachtem Prisma.

Die Temperalurmeßeinrichtung enthält einen Temperaturfühler 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 Flüssigkeit 2 nimmt bei Temperaturerhöhung monoton ab. Das Glasprisma 1 ist vierflächig ausgebi'det, wobei zwei gegenüberliegende Seitenflächen 3 und 4 zur Grundfläche 5 unier 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 Polyaminfraktion-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 einen Stranges !0 die eine Seitenfläche 3 des Glasprismas 1 und die Achse des zweiton Stranges 11 in die andere Seitenfläche 4 schneidet.

Die freien Enden 12 und 13 der Stränge 10 und 11 sind mit Hilfe desselben Klebstoffes mit der Lichtquelle 7 bzw. dem Lichtempfänger 8 des Meßgerätes 9 verbunden.

Zur Temperaturmessung von festen und gasförmigen Substanzen enthält die Temperaturmeßeinrichtung zusätzlich eine Kapsel 14 (Fig. 2). die das vierflächige Glasprisma 1 aufnimmt und mit Flüssigkeit 2 gefüllt ist.

Die erfindungsgemäße Temperaturmeßeinrichtung arbeitet wie folgt:

Das Glasprisma 1 (Fig. 1) wird in die Flüssigkeit 2, deren Temperatur gemessen wird, vollständig eingetaucht.

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 T:il des Lichtstromes gelangt als gebroche ner Strahl in die Flüssigkeit 2. Der Einfallswinkel der S'rahlen auf die Fläche 6 des Glasprismas 1 überschreitet den Totalreflexionswinkel Q. 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. des Glases, praktisch nicht ändert. Mit der Temperatur nimmt daher den 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.

Mit einem dem Totalreflexionswinkel Q gleichen Einfallswinkel des axialen Strahles auf die Seitenfläche 3 des Glasprismas 1 wird die höchste Meßgenauigkeit erreicht.

Die Temperatur der das Glasprisma I umgebenden Flüssigkeit 2 wird aus der Anzeige des in Meßgrößeneinheiten geeichten Meßgerätes 9 ermittelt.

Bei der Temperaturmessung von festem oder gasartigem Medium wird die Kapsel 14 (Fig. 2) der Einrichtung an einem vorgegebenen Ort montiert.

Als Ergebnis des Wärmeaustauschers 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet,

daß das Prisma ein vierkantiges Glasprisma (1) ist, dessen zwei gegenüberliegende Seitenflächen (3, 4) zu dessen Grundfläche (5) unter dem Totalreflexionswinkel (Q) für die Flüssigkeit (2) und das Glas des Glasprismas (1) geneigt sind,
daß die Optik ein Faserlichtleiter (10,11) ist, dessen eines Ende starr mit der Grundfläche (5) des Glasprismas(1) verbunden ist, und
daß über eine Änderung des aus dem Glasprisma (1) in den Lichtleiter (11) tretenden Lichtstroms die Temperatur der Flüssigkeit (2) erfaßbar ist.

2. Temperaturmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Temperaturmessung von festen und gasförmigen Medien zusätzlich eine Kapsel (14) enthält, in der sich das vierkantige Glasprisma (1) befindet und die mit der Flüssigkeit (2) gefüllt ist (F i g. 2).