-
Temperatur-Meßfühler oder Druck-Meßfühler.
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperatur-Meßfühler oder einen
Druck-Meßfühler.
-
Bekannte Temperatur-Meßfühler in Gestalt temperaturabhängiger Widerstände
besitzen eine von dem verwendeten Material abhängige Krümmung der Widerstandskennlinie
und weisen in bestimmten Temperaturbereichen eine für viele Zwecke nicht ausreichende
Empfindlichkeit auf.
-
Bekannte Druck-Meßfühler, etwa in Form von Dehnungsmeßstreifen, sind
aufgrund ihres Aufbaus empfindlich und bereiten hinsichtlich der Kompensation einer
Temperaturabhängigkeit gewisse Schwierigkeiten.
-
Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Schaffung eines Temperatur-Meßfühlers
bzw. eines Druck-Meßfühlers, der sich durch außerordentlich robusten Aufbau auszeichnet,
in solcher Weise aufgebaut
werden kann, daß er gegenüber Oberflächeneinflüssen
unempfindlich ist und bei der Herstellung eine Einstellung seiner Kennlinie in weiten
Grenzen gestattet. Ein Druck-Meßfühler nach der Erfindung soll eine gute Kompensation
einer gegebenenfalls vorhandenen Temperaturabhängigkeit ermöglichen.
-
ilei einem Temperatur-Meßfühler, bei welchem sich der elektrische
Widerstand eines mit Anschlußelektroden versehenen Trägers in Abhängigkeit von der
zu messenden Temperatur ändert, wird die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst,
daß in dem aus festem Stoff bestehenden Träger Partikel mit gegenüber dem festen
Stoff höherer Leitfähigkeit, insbesondere Leiterpartikel in solcher Weise fest eingeschlossen
sind, daß wenigstens ein Teil der Partikel berührung zu den Nachbarpartikeln hat,
wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des festen Stoffes und des Materials
der Partikel unterschiedlich ist.
-
Es zeigt sich, daß bei einem derartigen Temperatur-Meßfühler der die
Partikel umschließende, feste Stoff gleichsam als Antriebsmittel für diese Partikel
wirksam ist und aufgrund einer unterschiedlichen Ausdehnung gegenüber dem Material
der Partikel letztere abhängig von der Temperatur fester zusammendrückt oder voneinander
entfernt, so daß sich die Berührungsflächen zwischen den Partikeln in der Größe
verändern und sich damit auch die Querschnitte der über die Partikel verlaufenden
Leiterpfade im Sinne einer Verringerung oder Vergrößerung des elektrischen Widerstandes
vergrößern bzw. verkleinern.
-
Ein die vorstehend angegebene Aufgabe lösender Druck-Meßfühler ist
nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in einem aus festem Stoff bestehenden
Träger Partikel mit gegenüber dem festen Stoff höherer Leitfähigkeit, insbesondere
Leiterpartikel, in solcher Weise fest eingeschlossen sind, daß wenigstens ein Teil
der Partikel Berührung zu den Nachbarpartikeln hat, wobei die Volumenkompressibilität
des genannten festen Stoffes von
derjenigen des Materials der Partikel
verschieden ist.
-
Im Gegensatz zu den Verhältnisseii in dell bekannten Kohledruckreglern
oder in entsprechend aufgebauten Mikrophonen zeigt sich bei dem Druck-Meßfühler
der hier vorgeschlagenen Art eine überraschende Nullpunktstabilität und die jeweils
je nach dem Verhältnis der Volumenkompressibilitäten sich einstellenden Kennlinien
sind in hohem Maße reproduzierbar und frei von jeder sIysteresis. Vermutlich ist
dies auf die Fixierung der eingebetteten Partikel relativ zueinander zurückzuführen.
-
Eine unerwünschte Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes
des vorgeschlagenen Druck-Meßfühlers kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
dadurch kompensiert werden, daß unter Beachtung der Forderung bezüglich der Volumenkompressibilität
Werkstoffkombinationen gewählt werden, bei welchen der zuvor im Zusammenhang mit
der zeschreibung des hier angegebenen Temperatur-Meßfühlers erläuterte Mechanismus
auftritt und der normalen Temperaturabhängigkeit des Leitermaterials der Partikel
entgegenwirkt.
-
Im übrigen sind zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen Gegenstand
der anliegenden Aiisprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der
Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird.
-
Nachfolgend sollen einige Ausführungsbeispiele unter bezugnahme auf
die ånliegende Zeichnung näher erläutert werden. Im einzelnen stellen dar: Fig.
1 eine schematische Abbildung einer Temperatur-Meßeinrichtung mit einem Temperatur-MelSfühler
der hier vorgeschlagenen Art, Fig. 2 schematische Abbildungen von Druckmeßeinrichtungen
mit Druck-Meßfühlern der hier angegebenen Art und
Fig. 3 den Vorderteil
eines Druck-Meßfühlers gemäß einer vorteilhaften, praktischeii Ausführungsform,
welche riur eine einzige Durchführung durcli eine behäl terwauduiig benötigt, Fig.
4 eine gegenüber Figur 3 weitergebildete Ausführungsform eines Druck-Meßfühlers,
Fig. 5 eine nochmals andere Ausführungsform des Druck-Meßfühlers mit einer freitragend
an Zuführungsdrähten gehalterten Perle und Fig. 6 ein Diagramm, in welchem ICennlilliell
des Widerstandes iii Abhäijgigkeit von der Temperatur für eincii normalen Kalte
teer und für einen Temperatur-Meßfühler der vorliegend angegebenen Art rein qualitativ
eingezeichnet sind.
-
Die Temperaturmeneinr ichtung 1 gemäß Figur 1 enthält einem Temperatur-Meßfübler
2 mit einem symbolisch und ausschnittsweise in starker Vergrößerung wiedergegebeiien,
aus festem Stoff bestehenden Trägerkörper 3, iii welchem Partikel 4 eingebettet
sind, die jeweils Berübrung zu Nachbar@artikeln und an der Begrenzung des Trägerkörpers
3 tlerühruiig zu Anschlußelektroden 5 und 6 haben.
-
Geeignete Materialieji zur Herstelluiig des Trägerkörpers 3 sind Isolatoren,
beispielsweise Kunststoff, Glas oder Keramik, welche eine geringe Porosität aufweist,
so daß der Einfluß von Lufteinschlüssen vernachlässigt werden kann.
-
Die Partikel sind beispielsweise von Wolframpulver in einer Körnung
von 4 )1 bis 4Op gebildet.
-
Ist beispielswelse der Trägerkörper 3 aus Quarzglas gefertigt, dessen
thermischer Ausdehnungskoeffizient 0,1 . 10-6/°C beträgt, so stellt der Temperatur-Meßfühler
2 einen @eißleiter dar, da
der thermische Ausdehnungskoeffizient
von Wolfram etwa 4,5 10 oc ausmacht und folglich bei einer Temperaturerhöhung die
Wolframpartikel gleichsam aufeinandergestaucht werden, wodurch sich die Leitfähigkeit
der Gesamtanordnullg verbessert.
-
Verwendet maii jedoch gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel als
Material zur Herstellung des Trägerkörpers 3 Normalglas mit einem 6o thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von 10 10 /°C, so werden die Wolframpartikel bei einer
Temperaturerhöhung von dem sich relativ stärker ausdehenden Glas des Trägerkörpers
praktisch auseinandergezogen, wodurch sich die querschnitte der Uerührungsstellen
zwischen den Leiterpartikeln verkleineiq derart, daß sich der Meßfühler wie ein
Kaltleiter verhält.
-
Der Meßfühler 2 ist über ein Meßgerät 7 an eine Gleichspannungsquelle
õ angeschlossen, wobei das Meßgerät 7 in Temperaturwerten geeicht werden kann. Es
versteht sich, daß der Meßfühler 2 auch an kompliziertere und verfeinerte Meßschaltungen
gelegt werden kann, so daß beispielsweise ein die Temperatur des Meßfühlers beeinflussender
Strom durch den Meßfühler vermieden wird.
-
In Figur 2 ist eine Druckmeßeinrichtung 101 wiedergegeben, deren Druck-Meßfühler
102 sich im Inneren eines llochdruckbehälters 103 befindet und über Anschlußleitungen
104 bzw. 105 mit einer Meßschaltung 106 verbunden ist, wobei die Anschlußleituiigen
104 und 105 über Durchführungen 107 bzw. 10O durch die Behälterwand geführt sind.
beim Auftreten eines Überdruckes erfährt der im Behälterinneren befindliche Druck-Meßfühler
102 eine Volumenkompression und verändert aufgrund der unterschiedlichen Volumenkompressibilität
der Leiterpartikel einerseits und des Trägermaterials andererseits seinen spezifischen
Widerstand.
-
Figur 2a zeigt eine Druckmeßeinrichtung 9, deren Druck-Meßfühler 10
an der Wand eines Hochdruckkessels oder dergleichen festgeklebt oder festgekittet
ist, um eine Dehnung dieser Wand feststellen
zu köinen. Der Druck-tiel3fühler
1() kann also in ähnlicher Weise eingesetzt werden, wie die all*g;emein bekannten
Dehnungsmeßstreifen. Zwischen Anschlußelektroden 11 und 12 befindet sich wiederum
ein Trägerkörper, welcher in Figur 2a mit 13 bezeichnet ist und -in weLchen Partikel
mit gegenüber dem festen Stoff des Trägerkörpers höherer Leitfähigkeit eingebettet
sind.
-
Bestehen die Leiterpartikel wieder aus Wolframpulver und ist als Material
für den Trägerkörper 13 Duranglas gewählt, so ergibt sich, daß keiiie Temperaturabhäiigi
gkei t des Widerstandes des Druck-Meßfühlers aufgrund des zuvor im Zusammenhang
mit der L;eschreibund des Te^mperatur-Meßfühlers erläuterten Mechanismus auftritt,
da das Durangias einen thermi.schen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, welcher demjenigen
des Wolfram im weseiitlichen gleich ist. Nachdem aber die Volumenkompressibilität
voll Duranglas zehnfach höher als diejenige voll Wolfram ist und etwa 3 lO 10'6
beträgt, werden die Wolfrompartikel bei einem Zusammendrücken des Trägerkörpers
13 aufeinandergestaucht, bei einer Ausdehnung des Trägerkörpers aufgrund einer Längung
des Druck-Neßfühlers jedoch voneinander weggezogen.
-
Wäre demgegenüber die Volumenkompressibi li tät der Leiterpartikel
größer als diejenige des umgebenden festen Stoffes des Trägerkörpers, so würde sich
das Trägerkörpermaterial bei einer Kompression des Meßfühlers zwischen die Leiterpartikelchen
gleichsam hineindrängen können und damit für eine Widerstandsverringerung sorgen.
-
Die Figuren 3 bis 5 zeigen praktische bauformen von Druck-Meßfühlern,
welche jedoch in Verbindung mit einer entsprechenden Meßschaltung auch als Temperatur-Meßfühler
eingesetzt werden können. Der Meßfühler nach Figur 3 enthält einen Glasstab 15,
in welchen Zuleitungsdrähte 16 und 17 eingeschmolzen sind, die stirnseitig aus dem
Glasstab hervorstehen und in einen kalottenartig auf die Glasstabstirnfläche aufgeschmolzenen
Meßfühlerkörper la hineinreichen, der, wie hier vorgeschlagen, aus einem
festen
Träger und darin eingebetteten Leiterpartikeln besteht.
-
Die in den Meßfühlerkörper 18 hineinreichenden Teile der Anschlußdrähte
16 und 17 wirken als Anschlußelektroden. Der in Figur 3 gezeigte Meßfühler läßt
sich über eine einzige Durchführung einer Behälterwand iii solcher Weise anordnen,
daß der Meßfühkrkörper 1O im behälterinneren gelegen ist und den dort herrschenden
bedingungen ausgesetzt ist.
-
Der Meßfühler nach Figur 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform
nach Figur 3 durch eine sowohl den Glasstab 15 als auch den Meßfühlerkörper 18 überfangellden
Glasschutzschicht 19, welche die Aufgabe hat, die Meßfühlerkörperoberfläche vor
chemischen Angriffen zu schützen, insbesondere einen Aririff an den an der Meßfühlerkörperoberfläche
freiliegenden Leiterpartikeln zu verhindern.
-
Der Meßfühler nach Figur 5 enthält eine aus einem festen Träger und
darin eingebetteten Leiterpartikeln bestehende Meßfühlerperle 20, welche an Zuführungsdrähten
21 und 22 gehaltert ist, die durch einen Glassockel oder eine Glasdurchführung 23
reichen. Die Zuführungsdrähte können aus Wolfram oder Platin gefertigt sein.
-
Die Meßfühler können auch als dünne Filme zwischen entsprechenden
Anschlußelektroden oder, wie gezeigt, als kleine Perlen ausgebildet und nahezu beliebig
miniaturisiert werden. Sie zeichnen sich durch Trägheitslosigkeit aus, so dal; sich
veränderliche Vorgänge im Tonfrequenzbereich ohne Schwierigkeiten aufnehmen lassen.
Die Miniaturisierung, der einfache Aufbau und die Unempfindlichkeit gegenüber oberflächlichen
Einflüssen machen die hier vorgeschlagenen Meßfühler zur Anwendung im medizinischen
Uereich außerordentlich geeignet.
-
Aus Figur 6 ist zu ersehen, daß die Kennlinie von elektrischen Widerständen,
welche so aufgebaut sind, wie die vorliegend vorgeschlagenen Temperatur-Meßfühler,
in weiten Grenzen beliebig
eingestellt werden kann. Während ein
Kaltleiter im allgemeinen zuiiäciist eine verhältnismäßig schwache Abhängigkeit
des elektrischein Widerstandes von der Temperatur zeigt, und dann einen Kennlinienabschnitt
besitzt, in welchem der Widerstand abhängig von der Temperatur außerordentlich rasch
ansteigt, ist die Kennlinie eines haltleiters, welcher einen Isolierstoffträger
aus festem Material und darin eingebettete Lfiterpartikel enthält, nahezu linear,
wie in Figur 6 bei 14 angedeutet ist. Die Widerstandsveränderung des hier angegebenen
elektrischen Widerstandes durch die mikroskopische mechanische bewegung der Leiterpartikel
aufgrund der relativ unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat
also eine Kompensationswirkung und führt zu einer ßegradigung der Kennlinie.
-
Leerseite