DE2913279C2 - Elektrischer Widerstands-Temperaturfühler - Google Patents
Elektrischer Widerstands-TemperaturfühlerInfo
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-
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Widerstands-Temperaturfühler nach dem Oberbegriff
des Anspruchs !
Es ist bereits ein Meßfühler m'·· temperaturabhängiger
Leitfähigkeit und zwei Kontaktschichten bekannt (US-PS 29 77 558), der für eii-,εη Ersatz bei Hochtemperaturmessungen
nicht geeignet ist.
Auf dem Gebiet der Wärmetechnik besteht der Wunsch, Temperaturen im Bereich von etwa 500 bis
10000C ohne großen technischen Aufwand messen, steuern und regeln zu können.
Bei elektrisch betriebenen Wärmespeicheröfen mit Wärmespeichersteinen soll die Temperatur dieser
Speichersteine beispielsweise zwischen 800 und 950° C konstant gehalten werden. Für die Konstanthaltung
derartig hoher Temperaturen sind Flüssigkeits- oder Staubausdehnungsregler bekannt; die Schaltglieder
dieser Regler sind nur für Temperaturen zwischen etwa 350 und 500°C ausgebildet, so daß sie einen bestimmten
Abstand zum Speicherstein haben müssen, wodurch sich konstruktive Nachteile ergeben. Auch der technische
Aufwand für d:ese Schalter ist beträchtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßfühler zu schaffen, der direkt der jeweiligen
Wärmequelle zugeordnet werden kann, insbesondere hinsichtlich seiner elektrischen Kontaktierung, einen
technisch minimalen Aufwand darstellt und über lange Zeit zuverlässig arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die bisherigen sperrigen
Schaltglicder und damit konstruktive Einschränkungen 6ί
entfallen. Der erforderliche technische Aufwand ist feiner sehr gering, die elektrische Verbindung des
Meßfühlers im Steuer- oder Regelkreis dennoch absolut
zuverlässig.
An Hand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt
F i g, 1 einen Steuerkreis für einen elektrischen Ofen,
F i g. 2 ein Diagramm mit der Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands des verwendeten
Meßfühlers,
Fig.3 den Meßfühler mit seinen Kontaktschichten
und den elektrischen Verbindungen.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist ein Meßfühler 1 unmittelbar in einem Ofen 2 (Speicherstein) angeordnet
Der Meßfühler 1 ist in Reihe geschaltet mit einem Gleichrichter 3, an dessen Gleichstromseite ein Relais 4
mit einem Schaltkontakt 5 geschaltet ist. Meßfühler 1 und Gleichrichter 3 liegen an einer Wechselspannung
/on 220 V. Der Schaltkontakt 5 liegt im 220 Voltspeisekreis für den Ofen 2.
In der Ausgangsstellung dieses Steuerkreises ist der Schaltkontakt 5 des Relais 4 geschlossen, so daß der
Ofen 2 aufgeheizt wird. Steigt die Temperatur des Ofens 2, so ändert sich der spezifische Widerstand des
Meßfühlers 1 aus Fcstclcktrolytmatcrial, wie aus dem
Diagramm der Fig.2 ersichtlich; der Widerstand wird
kleiner und bei einem bestimmten Gleichstrom durch das Relais 4 spricht dieses an, der Schaltkontakt 5 öffnet
und der Ofen 2 wird abgeschaltet. Die Temperatur des Ofens 2 wird darauf sinken und entsprechend der
Widerstand des Meßfühlers 1 steigen; bei einem bestimmten Strom durch den Gleichrichter 3 wird das
Relais 4 dann abfallen und der Schaltkontakt 5 wieder geschlossen, so daß der Ofen 2 wieder geheizt wird usw.
Als Meßfühler sind lonenleite;· bzw. Elektronenhalbleiter geeignet, deren Leitfähigkeit durch geeignete
Zusatzstoffe verändert werden kann. Eine dieser Materialgruppen sind dotierte höherwertige Metalloxide
wie beispielsweise
ZrO2, TiO2, AI2O3 usw.
In diese Oxide werden niederwertige Metalloxide eingelagert wie beispielsweise
MgO, CaO, Na2O usw.
MgO, CaO, Na2O usw.
Der Anteil der eingelagerten Oxide ergibt eine entsprechende Anzahl von Sauerstoffleerstellen, welche
die Leitfähigkeit bedingen. Es können als Zusätze auch Salze und Salzgemische verwendet werden, die im
Temperaturbereich zwischen etwa 500 und 1000°C eine
reversible Umwandlung mit Leitfähigkeitsänderung erfahren.
Diese lonenleiter werden bei Anlegen einer Wechselspannung (220 V) nicht durch Lade- und Entladevorgänge
beeinträchtigt.
Die Keramikkörper können durch einen Sinterpreßvorgang hergestellt werden. Die Eindiffusion niedervertiger
Oxide geht beispielsweise von der Karbonatzersetzung aus:
MCO3—MO + CO2,
M = Ca, Mg usw.
M = Ca, Mg usw.
Für die Erdalkalicarbonate liegen die günstigsten Diffusionstemperaturen bei etwa 1600°C.
Bei den Alkalicarbonaten muß die Sublimation der Oxide berücksichtigt werden, die Temperaturbelastung
liegt hier zwischen 100 und 1200°C.
Aus der Fig. 2 ist das temperaturabhängige Widerstandsverhalten
einiger Festelektrolyt-Materialien ersichtlich. Es handelt sich dabei um Körperformen mit
einem Querschnitt von etwa 0,6 bis 1.0 cm2 und einer Länge von etwa 1,5 bis 3,0 cm.
Die Kurve 1 ist einem Körper mit Material aus reinem ZrO2. die Kurve 2 einem Körper mit Material aus ZrO2
mit 2,8% CaO und clic K-urve 3 einem Körper mit
Material aus ZrO3 mit 5,6% CaO zugeordnet Wie ersicntlich, sind die Körper in einem Bereich von etwa
500 bis 1000°C einsetzbar.
Die F i g. 3 verdeutlicht im einzelnen den Körper des Meßfühlers 1 aus Festelektrolyt-Material mit Kontaktschichten
6 und daran angeschweißten elektrischen Leitern 7, Die vorgenannte Anordnung ist in einer
Vergußmasse 9 eingebettet, welche gleichzeitig zur mechanischen Spannungsentlastung der elektrischen
Leiter dient.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Elektrischer Widerstands-Temperaturfühler zur Regelung eines Heizkreises mit einem Körper aus
Festelektrolyt, der vollständig der zu messenden Temperatur ausgesetzt ist und zwei Kontaktschichten
aufweist,dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschichten (6) aus Eisenoxidmaterial
bestehen und an den Körper(l)ausgesintertsind.
2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühlerkörper
und die Kontaktschichten (6) in einem gemeinsamen Sintervorgang hergestellt und dadurch miteinander
verbunden sind.
3. Temperaturfühler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschichten
(6) aus einer Mischung von Eisenoxid und Zirkondioxidmaterial bestehen.
4. Temperaturfühler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler
(1) einschiießiich der Kontaklschichten (6) und elektrischen Leiter (7), als Abschnitte der elektrischen
Meßleitung, in einer Vergußmasse (9) eingebettet sind.
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