DE3032010C2

DE3032010C2 -

Info

Publication number: DE3032010C2
Application number: DE19803032010
Authority: DE
Inventors: Laszlo Dipl.-Phys. 4190 Kleve De Koertvelyessy
Original assignee: Individual
Current assignee: Thermo-Control Koertvelyessy 4190 Kleve De GmbH
Priority date: 1980-08-25
Filing date: 1980-08-25
Publication date: 1992-08-27
Also published as: DE3032010A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermoelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 18 69 151 sind bereits mehrere Thermoelement konstruktionen bekannt, die unterschiedliche Schutzrohrmit tel verwenden. Diese Druckschrift bezieht sich ebenso wie die vorliegende Erfindung auf ein prüfbares Thermoelement, bei dem aber verhältnismäßig komplizierte Schutzrohrquer schnitte mit zwei Kanälen verwendet werden, in die das zu prüfende Thermopaar und das Prüfthermopaar einzuführen sind. Der Zweck des zweikanaligen Schutzrohrs bestand dabei darin, das zur Prüfung eingeschobene Thermopaar (Prüfthermopaar) immer der gleichen Temperatur auszusetzen, wie das ständig eingebaute zu prüfende Thermopaar. Durch die enge thermische Verbindung der beiden Kanäle, die beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 der US-PS ihren Maximalwert erreicht, kühlt das kalte Prüfthermopaar das zu prüfende Reglerthermopaar ab. Der Regler "merkt" diese Abkühlung und heizt infolgedessen den Öfen höher, obwohl die Temperatur schon vorher richtig war. Solche Überhitzungen sind aber unerwünscht, weil sie die Genauigkeit der Temperaturmessungen und Temperaturrege lungen beeinträchtigen.

Gemäß dem Stand der Technik ist es ferner bereits bekannt, zwei Schutzrohre ineinander in einem Anschlußkopf zu mon tieren. Vergleiche dazu das nachveröffentlichte Buch von L. v. Körtv´lyessy mit dem Titel "Thermoelement Praxis", erschienen im Vulkan-Verlag Essen, 1. Auflage, Seite 28. Diese Schutzrohre sind aus unterschiedlichen Materialien, entweder um Thermoschocks auf das Innenrohr zu mildern oder um für die Widerstandsthermometer-Spule(n) oder für die Thermodrähte eine günstige Atmosphäre und für den Prozeß ein chemisch neutrales Schutzrohr zu gewährleisten.

Der Einfachheit halber wird im folgenden nur auf Thermoele mente Bezug genommen, obwohl alles Gesagte auch für Wider standsthermometer mit Schutzrohr gilt.

Ebenso ist es gemäß dem Stand der Technik bekannt (vgl. Sei ten 60 und 188 des obengenannten Buchs von Körtv´lyessy), in einem Thermoelementschutzrohr zwei Thermopaare einzubau en, entweder in einer 4-Loch-Kapillare oder als Doppel-Man telthermoelement.

Diese Ausführung wurde dafür entwickelt, daß ein Tempe raturregler und ein Temperaturschreiber galvanisch voneinander unabhängig arbeiten können.

Eine andere Entwicklung ähnlich der Fig. 6 der US-PS 18 69 151 sieht ein Thermoelement-Schutzrohr mit doppeltem Durchmesser vor, so daß das eingebaute Thermopaar in diesem Schutzrohr nur die Hälfte des Durchmessers in Anspruch nimmt. Dadurch kann man jederzeit ein Kontroll-Thermoelement noch in das gleiche Schutzrohr einschieben und damit wäh rend des Betriebes die Temperatur überprüfen. Die beiden zu letzt genannten bekannten Lösungen zeigen die folgenden Nachteile:

1. Die Doppelthermopaare in einem Schutzrohr sind sehr ver breitet, doch bei einem Thermoelementschutzrohrbruch sind alle Thermopaare der gleichen schädlichen Einwir kung, z. B. eines korrodierenden Gases, ausgesetzt. Da durch ändert sich die Kennlinie der Thermopaare, d. h. ihre Thermospannung verfälscht sich etwa gleichmäßig. Man kann also nicht ein Thermoelement mit dem anderen überprüfen, obwohl die zwei Thermometer theoretisch von einander völlig unabhängig sind. Diese Ausführung ist kaum während des Betriebs zu kontrollieren.
2. Wenn das zu überprüfende Thermoelement mit dem zu dicken Schutzrohr das Reglerthermometer des Ofens ist, dann wird dieses durch das Kontroll- oder Prüfthermoelement bzw. Paar beim Einschieben abgekühlt, wie dies bereits o ben erläutert wurde. Dadurch entsteht eine vorübergehende Überhitzung des Ofens, bis das Prüf- oder Kontroll-Ther moelement bzw. Paar auf die gleiche Temperatur erwärmt ist, die es vor der Prüfung hatte. Wenn die Charge auf Überhitzung empfindlich ist, dann kann man in diesem dicken Schutzrohr das Reglerthermometer nicht über prüfen, trotz vorhandenem Platz im Schutzrohr.

Die Schreiber-, Reserve- oder anderen Thermoelemente im Ofen können zwar mit dieser Methode theoretisch ohne Be triebsstörung überprüft werden, aber auch diese Thermo elemente werden durch das kalte Kontroll-Thermoelement in der Praxis um etwa 100 K abgekühlt. Dadurch entsteht eine später vielleicht unerklärliche Kurve an dem Schreiberband. Außerdem dauert die Überprüfung recht lange.

Ein weiterer Nachteil eines Thermoelement-Schutzrohrs mit doppeltem Durchmesser besteht darin, daß das Schutz rohr viel größer (z. B. mit einem Durchmesser von 24 mm) dimensioniert werden muß. Es behindert mit seiner großen Masse und dem großen Luftspalt zwischen Schutzrohrwand und Thermopaar die schnelle Messung oder Regelung der Ofentemperatur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermoele ment oder Widerstandsthermometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Temperaturmessung und Temperaturregelung verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem derartigen Thermoelement oder Widerstandsthermometer die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maß nahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Grundidee der vorliegenden Erfindung liegt also kurz gesagt darin, daß in einem Thermoelement-Anschlußkopf zwei oder mehrere Schutzrohre nebeneinander im wesent lichen aber miteinander parallel eingebaut sind, wobei mit Hilfe dieser Schutzrohrgruppe die Temperatur eines Heizraums schneller und zuverlässiger zu messen ist als bisher.

Das erfindungsgemäße Thermoelement mit Schutzrohr-Gruppe hat folgende Vorteile:

1. Die nebeneinanderliegenden Schutzrohre sind meistens dünner als 10 mm und haben deswegen eine Zeitkonstante, die nur etwa 40% im Vergleich zu der bisherigen Technik beträgt. Diese kleine Zeitkonstante wirkt sich sehr günstig bei der Temperaturregelung aus, und zwar auch während der Aufheizdauer und ebenso während der Hal tedauer. In einem konkreten Anwendungsfall pendelte sich die Ein-Aus-Regelung zwischen 879,3°C und 880.0°C (bei einem Sollwert von 880°C) ein. Die Regelschwingung lag also bei ±0,35 K, d. h. einem bisher unerreichbar gün stigen Wert.
2. Die Schutzrohre im gleichen Anschlußkopf und mit je einem Thermopaar haben nach den Messungen des Erfinders in Industrieöfen nur ±0,1 K Temperaturunterschied voneinander, weswegen diese Thermoelemente die gleiche Temperatur anzeigen können.
3. Wenn ein Schutzrohr aus der Schutzrohrgruppe leer ist, kann man jederzeit in ihm mit einem Prüf- oder Kon trollthermoelement die anderen Thermoelemente über prüfen, ohne sie abzukühlen. Für diese Überprüfung braucht man nicht - wie bisher - im Prozeß eine längere Haltedauer auszuwählen.
Die Überprüfung kann auch während der Aufheiz- oder Abkühldauer erfolgen.
4. Wenn ein Schutzrohr aus der Schutzrohrgruppe bricht, und dadurch z. B. der Schreiber ausfällt, kann man vor übergehend das leere Schutzrohr z. B. mit einem Schreiber-Thermopaar belegen und den Prozeß bis zum Ende fahren. Das leere Schutzrohr dient also nicht nur als eine Kontrollmöglichkeit, sondern auch als ein Reserve-Schutzrohr.
5. Dadurch, daß mehrere Schutzrohre in einer alten Ther moelementdurchführung Platz finden können, ist diese Ausführung für schon vorhandene Anlagen nachrüstbar, die Temperatur-Messung, z. B. mit Sicherheitsregelung ergänzbar.
6. Beim Bruch eines Schutzrohres aus der Schutzrohrgruppe strömt viel weniger - eventuell giftiges - Schutzgas aus, als im Falle eines Schutzrohrbruchs bei der Ausführung gemäß dem Stand der Technik. Diese sind viel dünner und besser ausgefüllt.
7. Die schmaleren Schutzrohre sind mechanisch elastischer und thermoschock-unempfindlicher. Sie können also besser in solchen Anlagen arbeiten, die durch Motoren oder Pumpen erschüttert werden. Diese schmalen Schutzrohre sind billiger und daher können sie aus 99 oder gar aus 99,7% reinem, chemisch neutralen, teuerem Aluminiumoxid gefertigt werden und dadurch auch bis 1500°C ohne Durchbiegung arbeiten (evt. bis 2300°C in reinem Berylliumoxid). In einem konkreten Fall fand man nach 17 Monaten bei 1050°C eine bisher unerreichbar kleine Drift von 0,7 K; sie war bei beiden Thermopaaren in der Schutzrohrgruppe völlig gleich. Nicht einmal ein Unter schied von 0,1 K trat auf.
8. Wenn durch falsche Chargierung oder aus anderen Gründen ein Schutzrohr bricht, dann werden die im gebrochenen Schutzrohr arbeitenden Thermodrähte angegriffen und eine andere Temperaturanzeige liefern, als die Thermodrähte in dem ungebrochenen Rohr. Solange aber zwei oder mehrere Temperaturanzeigen bei der Schutzrohrgruppe gleich sind, kann man sich auf die Temperaturmessung oder -Regelung verlassen.

Die Erfindung ist in Fig. 1 veranschaulicht.

Das Be zugszeichen 1 bezeichnet einen Thermoelement-Anschlußkopf, der eventuell mit einer Anschlußhülse 2 versehen ist. Schutzrohre 3 und 4 sind am Anschlußkopf 1 vorzugsweise gasdicht befestigt.

Der Einfachheit halber wurde hier der Begriff Thermo elementkopf im folgenden Sinne benutzt: All das gehört zum Thermoelement-Anschlußkopf, was aus dem betriebsmäßig ein gebauten Thermoelement aus dem Ofen herausragt, in Fig. 1 - also die Komponenten 1 und 2 zusammen.

Claims

1. Thermoelement oder Widerstandsthermometer zur Temperatur messung und Regelung in Industrieöfen mit einem Anschluß kopf, in dem Schutzrohrmittel angeordnet sind, die zur Aufnahme von einem oder mehreren Thermopaaren oder Wider standsthermometern geeignet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schutzrohrmittel in Form einer Gruppe von Schutz rohren (Schutzrohrgruppe) vorgesehen sind,
daß die Schutzrohrgruppe aus zwei oder mehreren neben einanderliegenden (getrennten) Schutzrohren (3, 4) besteht, und
daß die Schutzrohre im wesentlichen zueinander parallel im Anschlußkopf befestigt sind.

2. Thermoelement oder Widerstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzrohr für die Durch führung einer Kontrollmessung betriebsmäßig leer ist.

3. Thermoelement oder Widerstandsthermometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzrohre aus reinem Aluminiumoxid hergestellt sind.

4. Thermoelement oder Widerstandsthermometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzrohre dünn sind, normalerweise dünner als 10 mm.

5. Thermoelement oder Widerstandsthermometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schutzrohre drei ist, um die Anzeigen der darin befindlichen zwei Thermopaare mit einander vergleichen zu können.