DE3022942A1 - Resistive thermometer for temp. below 400 K - has two changeover elements in protective tube and measurement circuit - Google Patents

Resistive thermometer for temp. below 400 K - has two changeover elements in protective tube and measurement circuit

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    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer

Abstract

Two different resistance materials (2,3), spectrally pure platinum Pt100 and carbon C10, are arranged in a measurement unit as a changeover measurement element pair. The measurement elements are built into a measurement insert consisting of a protective tube (1) with a glass fibre inner jacket. The platinum measurement element may be wound one, two or three times round a glass core. A measurement transducer circuit is connected to both measurement elements via five measurement cables consisting of chrome nickel, constantan, or manganin wires. Four wires may be insulated from each other by powdered ceramic oxide in a flexible cable casing forming the fifth wire.

Description

Widerstandsthermometer Resistance thermometer

Die Erfindung betrifft ein Widerstandsthermometer für Temperaturen unterhalb 400 K.The invention relates to a resistance thermometer for temperatures below 400 K.

Die Verwendung von Widerstandsthermometern zur Temperaturmessung gehört seit langem zum Stand der Technik. Dabei werden je nach gewünschtem Temperaturbereich verschiedene Widerstandsmaterialien verwendet. Aus diesem Grunde müssen, wenn ein größerer Temperaturbereich überdeckt werden soll, im allgemeinen mehrere Widerstands thermometer benützt werden.The use of resistance thermometers to measure temperature is one of them state of the art for a long time. Depending on the desired temperature range different resistor materials used. Because of this, if a larger temperature range is to be covered, generally several resistance thermometer can be used.

Für sehr hohe Anforderungen an die Empfindlichkeit der Temperaturfühler insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 1,5 bis 40 K eignen sich beispielsweise Kohle C 10 für Temperaturen von 1 bis 9 K und Platin Pt 100 spektralrein für Temperaturen über 9 K. Soll nun bei Verwendung dieser Materialien während eines Meßvorgangs die Temperatur beispielsweise von 1 bis 400 K kontinuierlich ansteigen, so mußten zwei Thermometer, eines mit dem Meßelement C 10 und ein weiteres mit dem Meßelement Pt 100 eingesetzt werden.For very high demands on the sensitivity of the temperature sensors in particular at temperatures in the range from 1.5 to 40 K, for example, are suitable Carbon C 10 for temperatures from 1 to 9 K and platinum Pt 100 spectrally pure for temperatures over 9 K. Should now when using these materials during a measuring process the Temperature rise continuously from 1 to 400 K, for example, so two had to be Thermometer, one with the measuring element C 10 and another with the measuring element Pt 100 can be used.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bestehende Möglichkeit zur Temperaturmessung zu verbessern und den Arbeitsaufwand bei der Herstellung und Kalibrierung herabzusetzen.The invention is therefore based on the object of the existing possibility to improve temperature measurement and reduce the labor involved in manufacturing and Decrease calibration.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei verschiedene Widerstandsmaterlalien umschaltbar in einer Meßeinheit zusammengefaßt sind.This object is achieved according to the invention in that two different Resistance materials are switchable combined in a measuring unit.

Durch das erfindungsgemäße Widerstands thermometer wird es möglich, nur noch eine Meßeinheit zu verwenden. Dadurch verringern sich die Thermometerfertigungskosten wie auch die Kalibrierkosten erheblich, da ein gemeinsames Kalibrieren der beiden Meßelemente möglich wird. Nachdem nur ein Thermometer zu montieren ist, halbieren sich die Montagekosten. Außerdem ist der Platzbedarf am Meßort und im MeB-objekt (z.B. Kryostat) wesentlich geringer.The resistance thermometer according to the invention makes it possible to use only one measuring unit. This reduces the thermometer manufacturing costs as well as the calibration costs are considerable, since the two are calibrated together Measuring elements becomes possible. After only one thermometer has to be mounted, cut in half the assembly costs. In addition, there is the space requirement at the measuring location and in the measuring object (e.g. cryostat) much lower.

Als besonders günstig für die Messung von Temperaturen unterhalb von 400 K erweisen sich als Widerstandsmaterialien die Meßelemente Kohle C 10 und Platin Pt 100 spektralrein, die vorzugsweise in einem als Schutzrohr ausgebildetem Widerstandsthermometermeßeinsatz, eingebaut sind.As particularly favorable for measuring temperatures below 400 K, the measuring elements carbon C 10 and platinum prove to be resistance materials Pt 100 spectrally pure, preferably in a resistance thermometer measuring insert designed as a protective tube, are built in.

Bei einer speziellen Meßgeberschaltung aus fünf Meßleitungen an zwei Meßelementen, die ein Umschalten für Messung in vier-Leir-Meßs chaltung Je Meßelement erlaubt, werden zusätzliche Fehlerquellen durch mehr, üblicherweise acht, Meßleitungen vermieden. Als Material für die Drähte eignet sich besonders Chromnickel, Konstantan oder Manganin. Sind diese fünf Meßleitungen durch eingepreßte pulverförmige Oxidkeramik von einander isoliert und in einem biegbaren Mantelkabel untergebracht, das mit dem Schutzrohr dicht verschweißt ist, so kann das Mantelkabel erheblich gebogen und sogar im Querschnitt verformt werden, ohne daß dadurch die Isolation zusammen- bricht oder die Funktion beeinträchtigt wird. Zur Meßung von Temperaturen unterhalb einer Umschalttemperatur von ca. 9 K wird der Meßstrom an das Kohleelement C 10 und für Temperaturen oberhalb von 9 K an das Platinelement Pt 100 spektralrein angelegt, die Meßspannung wird aber immer über beide Meßelemente abgenommen.With a special sensor circuit consisting of five measuring lines on two Measuring elements that switch for measurement in four-Leir measuring circuit per measuring element allowed, additional sources of error are created by more, usually eight, measuring lines avoided. Chromium-nickel, constantan, is particularly suitable as the material for the wires or manganin. Are these five measuring lines through pressed-in powdery oxide ceramics isolated from each other and housed in a bendable sheathed cable that is connected to is tightly welded to the protective tube, the sheathed cable can be bent considerably and can even be deformed in cross-section without affecting the insulation breaks or the function is impaired. For measuring temperatures below one Switching temperature of approx. 9 K is the measuring current to the carbon element C 10 and for Temperatures above 9 K applied to the platinum element Pt 100 spectrally pure, however, the measuring voltage is always taken from both measuring elements.

Die Applikation der beiden Meßelemente in einem Schutzrohr kann mit großem Gewinn bei Kryostaten, insbesondere mit geringem Platzangebot, eingesetzt werden.The application of the two measuring elements in a protective tube can be done with great gain in cryostats, especially those with limited space will.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand von zwei Figuren schematisch dargestellt und anhand einer Tabelle erläutert.In the following an embodiment is based on two figures shown schematically and explained using a table.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Widerstands thermometer. Figur 2 stellt ein elektrisches Anschlußbild für eine Meßgeberschaltung dar. Schließlich werden in der Tabelle verschiedene technische Daten zusammengefaßt.FIG. 1 shows a longitudinal section through a resistor according to the invention thermometer. FIG. 2 shows an electrical connection diagram for a transducer circuit Finally, various technical data are summarized in the table.

Figur 1 zeigt ein Schutzrohr 1, in dem die beiden Meßelemente 2 und 3 aus Platin Pt 100 spektralrein (Platin 100 Q bei 273K)und Kohle C 10 (Kohle 10 # bei 273 K),mit einer Glasseideisolierung, die nicht eingezeichnet ist, eingebettet sind. Das Schutzrohr 1 ist mit einem biegbaren Mantelkabel 4 dicht verschweißt 5. Das Mantelkabel 4 ist mit verschiebbaren Einlötnippeln 6 und 7 für Hart- oder Weichlötungen zur vakuumdichten Montage versehen. Der elektrische Anschluß erfolgt über einen Steckereinsatz 8.der der das Mantelkabelende dicht verschließt. Aus GrUnden der Ubersichtlichkeit sind die Meßleitungen, die von den beiden Meßelementen ausgehen und von einander isoliert in dem Mantelkabel liegen, nicht eingezeichnet.Figure 1 shows a protective tube 1, in which the two measuring elements 2 and 3 made of platinum Pt 100 spectrally pure (platinum 100 Q at 273K) and carbon C 10 (carbon 10 # at 273 K), embedded with a fiberglass insulation, which is not shown are. The protective tube 1 is tightly welded 5 to a flexible jacket cable 4. The sheathed cable 4 has sliding solder nipples 6 and 7 for hard or soft soldering provided for vacuum-tight assembly. The electrical connection is made via a Connector insert that tightly seals the end of the sheathed cable. Because of The measuring lines that emanate from the two measuring elements are clearly arranged and are isolated from each other in the jacket cable, not shown.

Figur 2 macht die Meßgeberschaltung deutlich. Das Meßelement 2 ist über die Meßleitungen 10 und 11 und einem Umschalter 9 mit einer Stromquelle 12 verbunden, und das Meßelement 3 ist über die Meßleitungen 11 und 13 und demselben Umschalter 9 ebenfalls mit der Stromquelle 12 verbunden. Beide Meßelemente 2 und 3 sind über die Meßleitungen 14 und 15 mit einem Meßverstärker 16 verbunden. Als Material für die Meßleitung en (10, 11, 13, 14, 15) eignen sich besonders Chromnickel wie auch Konstantan und Manganin wegen ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit.Figure 2 makes the encoder circuit clear. The measuring element 2 is Via the measuring lines 10 and 11 and a changeover switch 9 with a current source 12 connected, and the measuring element 3 is connected via the measuring lines 11 and 13 and the same Changeover switch 9 is also connected to the power source 12. Both measuring elements 2 and 3 are connected to a measuring amplifier 16 via the measuring lines 14 and 15. as Chromium-nickel is particularly suitable for the measuring lines (10, 11, 13, 14, 15) as well as constantan and manganin because of their low thermal conductivity.

Zur Temperaturmessung wird der Meßeinsatz 1 mit den beiden Meßelementen 2 und 3 Platin Pt 100 spektralrein und Kohle C 10 in ein Medium (Flüssigkeit, Gas) eingetaucht. Für Temperaturen größer als die Umschalttemperatur von 9 K schließt der Umschalter 9 den Stromkreis huber Meßleitung 10, das Meßelement 2 Platin Pt 100 spektralrein und die Meßleitung 11 mit einer konstanten Stromquelle 12. Bei Temperaturen unterhalb 9 K schließt der Umschalter 9 den Stromkreis huber Meßleitung 11, das Meßelement 3 Kohle C 10 und die Meßleitung 13 mit der konstanten Stromquelle 12. Die Meßspannung wird bei allen Temperaturen immer von außen abgenommen, d.h. über die Meßleitungen 14 und 15, und in dem Meßverstärker 16 verstärkt. Der Vorteil dieser vier-Leiter-Meßschaltung besteht in der Unabhängigkeit von Zuleitungswiderstand der Meßleitungen.The measuring insert 1 with the two measuring elements is used to measure the temperature 2 and 3 platinum Pt 100 spectrally pure and carbon C 10 in a medium (liquid, gas) immersed. For temperatures higher than the switching temperature of 9 K it closes the changeover switch 9 the circuit over the measuring line 10, the measuring element 2 platinum Pt 100 spectrally pure and the measuring line 11 with a constant current source 12. At Temperatures below 9 K, the changeover switch 9 closes the circuit via the measuring line 11, the measuring element 3 carbon C 10 and the measuring line 13 with the constant current source 12. The measuring voltage is always taken from the outside at all temperatures, i.e. via the measuring lines 14 and 15, and amplified in the measuring amplifier 16. The advantage this four-wire measuring circuit is independent of lead resistance of the test leads.

In der Tabelle sind einige technische Daten des erfindungsgemäßen Widerstandsthermometer, wie Meßbereich, Anschlußart, Eigenerwärmung, Ansprechempfindlichkeit und Genauigkeit zusammengefaßt.In the table are some technical data of the invention Resistance thermometer, such as measuring range, type of connection, self-heating, response sensitivity and accuracy summarized.

Tabelle Meßbereich 1,5 - 400 K Meßelemente Pt 100 spektralrein (Platin 100 bei 273 K);C 10 (Kohle 10 # bei 273 K) Anschlußart 5-Leiterschaltung (wechselweise 4-Leiter-Meßschaltung) Eigenerwärmung bei Meßspannung # 3 mV #T # 0 K Ansprechempfindlichkeit bei 300 K#4 K t100%# 60 s (C 10: # 20 s) Genauigkeit (normal) Bereich in K mit t ... K 1,5 - 2,5 C 10 0,02 2,5 - 4 C 10 0,05 4 - 6 C 10 0,1 6 - 12 C 10/Pt 100 0,5 12 - 30 Pt 100 0,2 30 - 60 Pt 100 0,5 -400 Pt 100 ç DIN L e e r s e i t e Table measuring range 1.5 - 400 K measuring elements Pt 100 spectrally pure (platinum 100 at 273 K); C 10 (carbon 10 # at 273 K) Connection type 5-wire circuit (alternately 4-wire measuring circuit) Self-heating at measuring voltage # 3 mV #T # 0 K response sensitivity at 300 K # 4 K t100% # 60 s (C 10: # 20 s) Accuracy (normal) range in K with t ... K 1.5 - 2.5 C 10 0.02 2.5 - 4 C 10 0.05 4 - 6 C 10 0.1 6 - 12 C 10 / Pt 100 0.5 12 - 30 Pt 100 0.2 30 - 60 Pt 100 0.5 -400 Pt 100 ç DIN L e r page

Claims (9)

Pat entans prüche 9 Widerstandsthermometer für Temperaturen unterhalb 4000K, dadurch gekennzeichnet,daß zwei verschiedene Widerstandsmaterialien als umschaltbare Meßelemente (2, 3) in einer Meßeinheit zusammengefaßt sind. Patent claims 9 resistance thermometers for temperatures below 4000K, characterized in that two different resistance materials are used as switchable Measuring elements (2, 3) are combined in one measuring unit. 2. Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmaterialien der Meßelemente (2, 3) Platin Pt 100 spektralrein und Kohle C 10 sind.2. Resistance thermometer according to claim 1, characterized in that that the resistance materials of the measuring elements (2, 3) platinum Pt 100 spectrally pure and carbon are C 10. 3. Widerstandsthermometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemente ( 2, 3) gemeinsam in einem Meßeinsatz (1) eingebaut sind.3. Resistance thermometer according to claim 2, characterized in that that the measuring elements (2, 3) are installed together in a measuring insert (1). 4. Widerstands thermometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßeinsatz ein Schutzrohr (1) ist, in das die beiden Meßelemente (2, 3) mit einer Glasseideumhüllung eingeschlossen sind.4. Resistance thermometer according to claim 3, characterized in that that the measuring insert is a protective tube (1) into which the two measuring elements (2, 3) are enclosed with a fiberglass sheath. 5. Widerstandsthermometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (2) aus Platin Pt spektralrein um einen Glas kern einfach, doppelt oder dreifach gewickelt ist.5. Resistance thermometer according to claim 3, characterized in that that the measuring element (2) made of platinum Pt spectrally pure around a glass core single, double or triple is wrapped. 6. Widerstandsthermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Meßgeberschaltung mit fünf Meßleitungen (10, 11, 13, 14, 15), die zu den beiden Meßelementen (2, 3) führen.6. Resistance thermometer according to one of claims 1 to 5, characterized by a transducer circuit with five measuring lines (10, 11, 13, 14, 15) leading to guide the two measuring elements (2, 3). 7. Widerstandsthermometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die fünf Meßleitungen (10, 11, 13, 14, 15) Drähte aus Chromnickel, Konstantan oder Manganin sind.7. Resistance thermometer according to claim 6, characterized in that that the five measuring lines (10, 11, 13, 14, 15) wires made of chrome-nickel, constantan or manganin. 8. Widerstandsthermometer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß vier Meßleitungen (11, 13, 14, 15) durch eingepreßte pulverförmige Oxidkeramik von einander isoliert und in einem biegbaren Mantelkabel (4) untergebracht sind, welches selbst als fünfte Meßleitung (10) verwendet wird.8. Resistance thermometer according to claim 6 or 7, characterized in that that four measuring lines (11, 13, 14, 15) through pressed-in powdery oxide ceramic are isolated from each other and housed in a flexible sheathed cable (4), which itself is used as the fifth measuring line (10). 9. Widerstandsthermometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das biegbare Mantelkabel (4) mit dem Schutzrohr -(1) dicht verschweißt ist.9. Resistance thermometer according to claim 8, characterized in that that the flexible sheathed cable (4) is welded tightly to the protective tube - (1).
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