DE2924734A1

DE2924734A1 - Contact thermometer with mercury temp. sensor - has several chambers surmounted by capillaries into which circuit contacts project

Info

Publication number: DE2924734A1
Application number: DE19792924734
Authority: DE
Inventors: Ulrich Lappe
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1981-01-08

Abstract

A contact thermometer uses a relatively large amount of mercury in its temp. sensor yet maintains a low time constant. The sensor is immersible in the medium whose temp. is to be measured. Thermometer capillaries are mounted above the sensor to receive the mercury upon heat expansion. Two contacts of an electrical circuit delivering a control signal project into the inner space of the capillaries. These contacts are closed by the mercury rising against the force of gravity. The temp. sensor consists of several chambers around which the medium can circulate. They are spatially connected to receive the mercury and form a space with large inner wall surfaces w.r.t. the vol. of the spaces. Their walls are of a material that is chemically inert w.r.t. mercury and whose heat conductivity is equal to, or greater than, that of mercury.

Description

Kontaktthermometer Contact thermometer

ip Erfindung bezieht sich auf ein Kontaktthermometer mit einem fluecksilber enthaltenden Temperaturfühler, der in ein Medium zur Messung dessen Temperatur eintauchbar ist, und einer oberhalb des Temperaturfühlers angeordneten, das sich bei Erwärmung des Temperaturfühlers ausdehende 4uecksilber aufnehmenden Thermometerkapillaren, in deren Innenraum zwei Kontakte eines ein Steuersignal abgebenden elektrischen Stromkreises hineinragen, die vom in der Kapillaren gegen die Schwerkraft aufsteigenden 3uecksilber schließbar sind.ip invention relates to a contact thermometer with a mercury containing temperature sensor, which can be immersed in a medium to measure its temperature is, and one arranged above the temperature sensor, which is when heated the thermometer capillaries that expand the temperature sensor, in its interior two contacts of an electrical one emitting a control signal The electric circuit protrudes from the ascending in the capillaries against gravity 3 mercury are lockable.

Kontaktthermometer dienen als Steuersignalgeber in Steuer- oder Regelkreisen dort, wo das Einhalten einer vorbestimmten konstanten Temperatur von Bedeutung ist.Contact thermometers serve as control signal transmitters in control or regulating circuits where it is important to maintain a predetermined constant temperature.

ontaktthermometer werden beispielsweise in Thermostaten verwendet. Bei Thermostaten kommt es darauf an, hohe Regelgüten zu erreichen. Unter Verwendung bekannter, aus Thermometerglas gefertigten Kontaktthermometern lassen sich im allgemeinen Regelgüten mit Abweichungen von der Solltemperatur bis zu t 0,01 grd gemessen in °C erzielen.Contact thermometers are used in thermostats, for example. With thermostats, it is important to achieve high control quality. Under use known, Let contact thermometers made from thermometer glass are generally control qualities with deviations from the target temperature of up to t Achieve 0.01 degrees measured in ° C.

Eine weitere Verbesserung der Regelgüte unter Verwendung von Kontaktthermometern hängt im wesentlichen von der Einflußnahme auf zwei Parameter ab: einerseits ist eine Streckung der Thermometerteilung erforderlich und andererseits eine Verringerung der Zeitkonstanten anzustreben. Unter dem Begriff "Streckung der Thermometerteilung" wird das Ziel verstanden, einen möglichst großen Hub für die Quecksilbersäule in der Thermometerkapillaren bei möglichst geringer Temperaturdifferenz am Temperaturfühler zu erreichen. Die Zeitkonstante des Kontaktthermometers ist die Zeit, innerhalb der sich bei einer Temperaturänderung im Medium die Temperatur des Temperaturfühlers bis auf den e I! ten Teil der anfänglichen Temperaturdifferenz zwischen Temperaturfühler und Medium angeglichen hat.A further improvement of the control quality using contact thermometers depends essentially on the influence on two parameters: on the one hand is an extension of the thermometer graduation is required and, on the other hand, a reduction to strive for the time constants. Under the term "stretching the thermometer graduation" the aim is understood to be as large a stroke as possible for the mercury column in the thermometer capillaries with the lowest possible temperature difference at the temperature sensor to reach. The time constant of the contact thermometer is the time within which changes the temperature of the temperature sensor in the event of a temperature change in the medium except for the e I! part of the initial temperature difference between temperature sensors and medium has adjusted.

Das sich dabei stellende Problem wird zunächst bestimmt vom vorgegebenen Minimalabstand zwischen oberem Rand der Duecksilbersäule in der Thermometerkapillaren und Schaltkontakt des elektrischen Stromkreises. Dieser minimale Abstand ist einzuhalten, um eine Ein/Aus-Stellung für das abzugebende Steuersignal zu ermöglichen.The problem that arises is initially determined by the given one Minimum distance between the upper edge of the Dueck silver column in the thermometer capillaries and switching contact of the electrical circuit. This minimum distance must be observed to enable an on / off position for the control signal to be output.

Für eine freie Beweglichkeit des Quecksilbers in der Thermometerkapillaren ist auch deren minimaler Kapillardurohmesser vorgegeben.For free movement of the mercury in the thermometer capillaries the minimum capillary diameter is also given.

Um eine Streckung der Thermometerteilung zu erreichen, verbleibt daher als Maßnahme noch, die im Ts-- va,.urfehler sr-'.h-.ltene und sich erwärmende uecksilbermenge zu erhöhen. Eine solche Maßnahme beeinträchtigt jedoch die Zeitkonstante des Kontaktthermometers, da bei größerer Duecksilbermenge auch die Wärmekapazität des Temperaturfühlers und damit die Trägheit der Anzeige bei einer Änderung der Temperatur zunimmt. Versuche einer Lösung dieses Problems führten bisher zu keinem nennenswerten Erfolg.In order to achieve a stretching of the thermometer graduation, therefore, remains As a measure, the amount of mercury in the Ts - va, .urfehler sr - '. h-.ltene and warming up to increase. However, such a measure affects the time constant of the contact thermometer, because with a larger amount of silver, the heat capacity of the temperature sensor and so that the inertia of the display increases with a change in temperature. try a solution to this problem has so far not led to any noteworthy success.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontaktthermometer zu schaffen, das bei großer Duecksilbermenge im Temperaturfühlur dennoch eine geringe Zeitkonstante aufweist.The object of the invention is to create a contact thermometer, that with a large amount of silver in the temperature sensor still has a low time constant having.

Diese Aufgabe wird bei einem Kontaktthermometer der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebene Ausbildung des Temperaturfühlers gelöst. Danach ist der Temperaturfühler in eine Vielzahl einzelner Kammern aufgeteilt, die derart geformt sind, daß sie im Verhältnis zu ihrem Raumvolumen eine große innere Wandoberfläche aufweisen. Darüberhinaus bestehen die Wände der Kammern aus einem gegenüber Quecksilber chemisch inerten Material, das eine höhere, zumindest jedoch eine der 'Härmeleitfähigkeit von Duecksilber entsprechende Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bevorzugt wird als Material rost- und/oder säurebeständiger Stahl benutzt, insbesondere Stähle, die als Legierungsbestandteile Chrom und Nickel aufweisen.In the case of a contact thermometer, this task is the one mentioned at the beginning Kind according to the invention by the design of the specified in claim 1 Temperature sensor released. After that, the temperature sensor is in a large number of individual Divided chambers, which are shaped so that they are in proportion to their volume have a large inner wall surface. In addition, the walls of the Chambers made of a material that is chemically inert to mercury and that has a higher, however, at least one of the thermal conductivity of Duecksilber corresponding thermal conductivity having. The material used is preferably rust- and / or acid-resistant steel, in particular steels which have chromium and nickel as alloy components.

Metallegierungen dieser Art verhalten sich gegenüber Quecksilber inert und weisen eine um das 10-fach größere Wärmeleitfähigkeit als Duecksilber auf. Gegenüber dem bisher als Material für die Ausbildung von Temperaturfühlern verwendeten Thermometerglas ist die Wärmeleitfähigkeit sogar um den Faktor 100 erhöht. Gemäß der Erfindung wird durch Verwendung eines Wanr-riat-frials mit hoher Wärmeleitfähigkeit die Wärmeleitfähigkeit des Quecksilbers im Temperaturfühler die die Zeitkonstante des Kontaktthermometers bestimmende Größte. Daneben wird aber durch Aufteilung der im Temperaturfühler enthaltenen Duecksilbermenge auf einzelne Kammern, die derart gestaltet sind, daß sie im Verhältnis zu ihrem Raumvolumen eine große innere Wandoberfläche aufweisen und jeweils einzeln vom Medium, dessen Temperatur zu bestimmen ist, umspült sind, für einen raschen Temperaturausgleich zwischen Medium und Duecksilbermenge im Temperaturfühler gesorgt.Metal alloys of this type are inert towards mercury and have a 10 times larger Thermal conductivity than Dueck silver on. Compared to previously as a material for the formation of temperature sensors The thermometer glass used, the thermal conductivity is even increased by a factor of 100. According to the invention, by using a Wanr-riat-Frial with high thermal conductivity the thermal conductivity of the mercury in the temperature sensor which is the time constant of the contact thermometer. In addition, however, by dividing the The amount of silver contained in the temperature sensor on individual chambers that are in this way are designed that they have a large inner wall surface in relation to their volume and in each case individually washed by the medium, the temperature of which is to be determined are, for a quick temperature equalization between the medium and the amount of silver taken care of in the temperature sensor.

Auf diese Weise ist bei vergrößerter Duecksilbermenge auch eine günstigere Zeitkonstante erreichbar. Thermostaten mit Kontaktthermometern der erfindungsgemälizn Art weisen daher eine zumindest 10-fach höhere Regelgüte als Thermostaten mit Kontaktthermometern bekannter Art auf.In this way, if there is an increased amount of dueck silver, a cheaper one is also available Time constant achievable. Thermostats with contact thermometers of the invention Art therefore have a control quality that is at least 10 times higher than that of thermostats with contact thermometers known type.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Kammern des Temperaturfühlers rohrförmig auszubilden, Patentanspruch 3. Hierdurch werden Fehler infolge von Druckschwankungen im zu messenden Medium bei der Temperaturanzeige vernachlässigbar gering.In a further embodiment of the invention it is provided that the chambers of the temperature sensor to be tubular, claim 3 Error due to pressure fluctuations in the medium to be measured in the temperature display negligibly small.

Um eine Bruchgefahr zwischen Temperaturfühler und Thermometerkapillaren zu verringern, wird der Temperaturfühler von einem die Thermometerkapillare mit räumlichem Abstand umgebenden Mantel gehalten, Patentanspruch 4. Besteht der Mantel in gleicher Weise wie die Thermometerkapillare aus Glas, so ist zur Befestigung des Temperaturfühlers am Mantel eine Metall-Glas-Verbindung erforderlich. Die Beanspruchung dieser Verbindung wird umso mehr verringert, je größer der Abstand zwischen Thermometerkapillaren und Mantel gewählt wird.There is no risk of breakage between the temperature sensor and the thermometer capillaries to decrease, the temperature sensor is connected to the thermometer capillary Spatial distance surrounding coat held, claim 4. If the coat in the same way as the thermometer capillary made of glass, so is for fastening the temperature sensor on the jacket requires a metal-glass connection. The stress this connection is all the more reduced, the greater the distance between thermometer capillaries and coat is chosen.

Die Halterung des Temperaturfühlers am Mantel entlastet die Metall-Glas-Verbindung zwischen Temperaturfühler und Thermometerkapillaren.The holder of the temperature sensor on the jacket relieves the metal-glass connection between temperature sensor and thermometer capillaries.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung schematisch wiedergegeben ist, näher erläutert.In the following the invention is based on an embodiment, which is shown schematically in the drawing, explained in more detail.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist das Kontaktthermometer einen mit Quecksilber gefüllten Temperaturfühler 1 und oberhalb des Temperaturfühlers eine Thermometerkapillare 2 auf, in die das sich bei Erwärmung des Temperaturfühlers ausdehnende Duecksilber aufsteigt. In die Kapillare ragen zwei Kontakte 3, 4 eines elektrischen Stromkreises 5, der über einen Steuersignalgeber 6 je nach Stellung der Quecksilbersäule 7 in der Thermometerkapillaren 2 Steuersignale "Ein" oder "Aus" abgibt. Beim in der Zeichnung wiedergegebenen Kontaktthermometer besteht zwischen dem oberen Rand der Guecksilbersäule 7 und Kontakt 4 ein Abstand 6, in der Zeichnun ist daher die Stellun der Ouecksilbrsaule für das Steuersignal aus dargestellt.As can be seen from the drawing, the contact thermometer a mercury-filled temperature sensor 1 and above the temperature sensor a thermometer capillary 2, in which it is when the temperature sensor is heated expanding duecury rises. Two contacts 3, 4 protrude into the capillary electrical circuit 5, which has a control signal generator 6 depending on the position of the mercury column 7 in the thermometer capillaries 2 control signals "On" or "Off" gives away. In the contact thermometer shown in the drawing, there is between the upper edge of the mercury column 7 and contact 4 distance 6, in the drawing is therefore the position of the Ouecksilbrsaule for the control signal shown off.

Steigt die Ouecksilbersaule in der Thermometerkapillaren 2, so wird der elektrische Stromkreis 5 geschlossen und vom Steuersignalgeber E das Steuersignal "Ein" abgegeben.If the Ouecksilbersaule rises in the thermometer capillaries 2, then the electrical circuit 5 is closed and the control signal from the control signal generator E. "On" submitted.

Der Kontakt 4 kann in der Thermometerkapillaren 2 zur Einstellung einer gewünschten honstant zu haltenden Temperatur auch verstellbar angeordnet sein.The contact 4 can be set in the thermometer capillaries 2 a desired constant temperature to be maintained can also be arranged to be adjustable.

Der Temperaturfühler 1 des Kontaktthermometers besteht aus einer Vielzahl von Kammern 9, deren Innenraum relativ zum Raumvolumen eine große innere Wandoberfläche aufweist. Die Kammern 9 sind im Ausführunasbeispiel als Rohre ausgebildet, die den Temperaturfühler zugleich druckunempfindlich machen so daß Fehler bei der Temperaturanzeige infolbe sich ändernden Druckes im Medium vernachlässigbar gering sind. Die Rohre der Kammern 9 bestehen aus einem Chrom-Nickel-Stahl.The temperature sensor 1 of the contact thermometer consists of a large number of chambers 9, the interior of which has a large inner wall surface relative to the volume of the room having. The chambers 9 are formed in the Ausführungsunasbeispiel as tubes that the At the same time make temperature sensors insensitive to pressure so that errors in the temperature display as a result of the changing pressure in the medium are negligibly small. The pipes the chambers 9 are made of a chrome-nickel steel.

Am Schaft 10 des Temperaturfühlers 1, der ebenfalls aus Chrom-Nickel-Stahl besteht, werden die Kammern 9 verlötet. Als Lötmaterial wird zur Verhinderung von Amalgambildung bevorzugt ein Nickelbasislot bestehend aus70 Gew% Ni, 19 Gew Cr, 10 Gew% Si, Rest Kohlenstoff und andere Bestandteile benutzt. Der Schaft 10 weist eine Halterung 11 auf, die am Mantel 12 des Kontaktthermometers befestigt ist. Der Mantel ist mit Abstand koaxial zur Thermometerkapillaren 2 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel besteht der Mantel 12 aus Thermometerglas. Halterung 11 und Mantel 12 des Teteraturfühlers 1 sind miteinander mittels einer Metall-Glas-Verbindung 13 verbunden. Als Einschmelzlegierung wurde eine für Thermometerglas geeignete Fe-Ni-Legierung, verwendet.On the shaft 10 of the temperature sensor 1, which is also made of chrome-nickel steel exists, the chambers 9 are soldered. Used as a soldering material to prevent Amalgam formation preferably a nickel-based solder consisting of 70% by weight Ni, 19% by weight Cr, 10 wt% Si, the remainder carbon and other components used. The shaft 10 has a holder 11 which is attached to the jacket 12 of the contact thermometer. Of the The jacket is arranged at a distance coaxially to the thermometer capillaries 2. In the exemplary embodiment the jacket 12 consists of thermometer glass. Bracket 11 and jacket 12 of the teterature sensor 1 are with each other connected by means of a metal-glass connection 13. A Fe-Ni alloy suitable for thermometer glass, used.

Eine Metall-Glas-Verbindung 14 ist auch für den Anschluß der Thermometerk@ 5 wrÆr 2 an Schaft 10 des Temperaturfühlers 1 vorgesehen. Diese Metall-Glas-Verbindung 14 wird vom Gewicht des Temperaturfühlers 1 nicht belastet.A metal-glass connection 14 is also used to connect the Thermometerk @ 5 wrÆr 2 on shaft 10 of the temperature sensor 1 is provided. This metal-glass connection 14 is not burdened by the weight of the temperature sensor 1.

Zur Aufhängung oder Abstützung des Kontaktthermometers am Meßgerät, beispielsweise am Thermostaten, dient eine am Mantel 12 angebrachte, in der Zeichnung nicht wiedergegebene Halterung.For hanging or supporting the contact thermometer on the measuring device, for example on the thermostat, one attached to the jacket 12 is used in the drawing bracket not shown.

Unter Verwendung von Chrom-Nickel-Stahl-Rohren mit einem äußeren Durchmesser von 2,4 mm und einer Wandstarke von 0,2 mm in einer Gesamtlänge vcn480 cm sowie einer fluecksilbermene von 170 g wurde mit einem innerhalb eines Thermostaten eingesetzten Kontaktthermomater gemaß der Erfindung bei ungedarnpt2m System im Thermostaten eine Regelgüte von # 0,001 °C erreicht.Using chrome-nickel-steel tubes with an outer diameter of 2.4 mm and a wall thickness of 0.2 mm in a total length of 480 cm as well A mercury of 170 g was used with an inside a thermostat Contact thermometer according to the invention with an ungedarnpt2m system in the thermostat Control quality of # 0.001 ° C achieved.

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Claims

Claims 1.1 Contact thermometer with a mercury containing Temperature probe, which can be immersed in a uium to the destimmun its temperature, and one above the temperature sensor, which is located when the Temperature sensor expanding mercury absorbing thermometer capillaries, in the interior of which has two contacts of an electrical circuit which emits a control signal protrude from the mercury rising in the capillaries against gravity can be concluded that there is a temperature sensor t1) consists of several chambers [9) that are flushed by the medium and are used for receiving of Quszkilbers are spatially connected to each other and each have a room in relation to the volume of the room, large inner wall surface and its walls consist of a material that is chemically inert to mercury, its thermal conductivity is equal to or greater than the thermal conductivity of mercury.

2. Contact thermometer according to claim 1, d 3 d u r c h g e k e n n z E i c h n E t that the walls of the chamber (s) are made of rust and / or acid resistant Made of steel.

3. Contact thermometer according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g e k It is noted that the chambers (9) are tubular.

4. Contact thermometer according to claim 1, 2 or 3, d a -d u r c h g e k e n n n n e i n e t that the temperature sensor (1) of one of the thermometer capillary (2) at a spatial distance surrounding the jacket (12) is held.