DE3045652C2 - Thermopaar aus unterschiedlich dünnen Thermodrähten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermopaar für die Messung der Temperatur, bestehend aus zwei Thermodrähten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zweck der Erfindung ist die Erhöhung der Le­ bensdauer und/oder der Meßstabilität der Thermoelemente, die Verminderung ihrer Wärmeleitfehler und Kostenersparnis dadurch, daß der stabilere (z. B. der positive) Thermo­ draht dünner gewählt wird.

Stand der Technik sind die Thermoelemente, in denen zwei solche Thermodrähte zusammengeschweißt sind, die beide den gleichen Durchmesser haben.

Solche Thermoelemente sind seit mehr als einem Jahrhundert bei Temperaturmessungen und -regelungen eingesetzt (Fig. 1).

In der Literaturstelle H. Lindorf: "Technische Temperaturmessungen", 2. Auflage 1956, S. 67 bis 69 und 76 sind mehrere gebräuchliche Thermopaare beschrieben. Dabei ist angegeben, daß man bei kleinem Leiterdurchmesser, schlechtem Oxidationsschutz oder bei unmittelbarer Einwirkung schädigender Gase die Verwendungsdauer herabsetzen oder eine Verkürzung der Lebensdauer in Kauf nehmen muß. Durch Wahl großer Drahtdurchmesser läßt sich demnach die Lebensdauer nach oben verschieben. Für ein Eisen-Constantan-Thermopaar wird angegeben, den Eisenschenkel wegen eines stärkeren Abbrandes zweckmäßig etwas dicker zu wählen. Bis zu 700°C werden Drähte aus 2 mm starkem Constantan und 3 mm starkem Eisen verwendet. Bei diesem Stand der Technik wird also die unterschiedliche Dicke der Thermodrähte im Hinblick auf eine größere Standzeit ausgewählt.

Die DE-PS 1 65 324 beschreibt Kohlestäbe oder Kohleröhren in Ver­ bindung mit schwer schmelzbaren Metallen, z. B. Ni oder Pt. Diese Patentschrift befaßt sich mit dem Problem, daß die Metalle Ni und Pt leicht Verbin­ dungen mit Kohle eingehen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Eisenzwischenstück vorgeschlagen. Insofern unterscheidet sich die Lehre dieser Druckschrift völlig von der vorliegenden Erfindung.

Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermopaar der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine höhere Meßstabilität über einen möglichst langen Zeitraum aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das regelmäßige Austauschen der Thermodrähte entstanden bisher relativ hohe Kosten für die Aufrechterhaltung der Temperatur­ messung und trotzdem war man unsicher, wie genau die Thermodrähte noch sind.

Diese Unsicherheit wurde dadurch verursacht, daß die ein­ zelnen Erfahrungen widersprüchlich waren. Der Erfinder fand die Gesetzmäßigkeit der Thermoelementalterung, weil er nicht nur einzelne, gezielte Messungen durchführte, sondern nahm eine große Zahl von schon durchgeführten Messungen und suchte mit einem Computer die Funktion der Thermoelement-Alterung heraus (Körvelyessy: Thermoelement Praxis Vulkan D-Essen 1981).

Die Idee der Erfindung liegt also darin, daß man auch den relativ weniger gealterten (z. B. positiven) Thermodraht entwertet, wenn ein Thermodrahtaustausch notwendig ist und man deswegen lieber die Lebensdauer des positiven und des negativen Thermodrahtes auf den gleichen Wert einstellen sollte.

Der positive Thermodraht sollte nicht den gleichen Durchmesser haben, wie der negative (Fig. 1) sondern der langlebigere Thermodraht soll erfindungsgemäß dünner sein als der unter gleichen Umständen kurzlebigere Thermodraht (Fig. 2).

Noch besser ist es (Fig. 3), den instabilen - z. B. nega­ tiveren - Thermodraht dicker, den stabilen dünner zu wählen als bisher. Man kann evt. gleichzeitig die Kapillare (1) dünner fertigen: Den dünneren - in Fig. 3 positiven - Thermodraht soll man in eine dünnere Bohrung (2) und den dickeren Thermodraht in eine etwas dickere Bohrung (3) legen.

Bei Platinrhodium 10% - Platin und bei Platinrhodium 13% - Platin Thermodrähten, kann man z. B. mit den erfindungsgemäß unterschiedlichen Durchmesser etwa 10 Jahre Lebensdauer mit einer guten Toleranz von ±2 K (ohne Kontrolle) erreichen:

Diese Tabelle ist aus dem schon erwähnten (bald veröffentlichten) Buch des Erfinders entnommen. Die dazu gehörigen Berechnungen brauchen also nicht wiederholt werden.

Das erfindungsgemäße Thermopaar - oder Thermoelement - besteht also aus einem dünneren Thermodraht der unter gleichen Um­ ständen langsamer altert als der andere Thermodraht - und aus einem dickeren, wobei beide Thermodrähte auch andere, als einen kreisförmigen Querschnitt haben können.

Wesentlich ist nur, daß ein Querschnitt-Unterschied von mindestens 5% zwischen den beiden Thermodrähten existiert.

Bekanntlich sind diese Thermodrähte in einem Thermopaar für die Temperaturmessung verschweißt, verlötet oder auf andere Weise elektrisch miteinander verbunden.

Die Vorteile der Erfindung sind:

1. Das Thermoelement, das das erfindungsgemäße (Fig. 2-3) Thermopaar hat, ist billiger für die gleiche Lebensdauer (Fig. 2) oder ist billiger und lebt noch länger (in Fig. 3) als das bisherige (Fig. 1).

Es ist leicht auszurechnen, daß eine Volumenersparnis des Edel­ metalls von 60-80% - bei dem Thermodraht aus Platinrhodium zu erreichen ist. Da Rhodium noch teurer ist als Platin, liegen die Kostenersparnisse noch höher. Auch die Keramikbe­ standteile dieses Thermoelements sind dünner und deswegen billiger. Die längere Lebensdauer bringt zusätzlich noch Er­ sparnisse bei den Prüf-, Austausch-, Ausfall- und Ausschuß- Kosten.

2. Das erfindungsgemäße Thermoelement - mit oder ohne Schutzrohr - kann schmaler gebaut werden; dadurch wird es schneller und genauer messen und vermindert die Regelschwingung.

3. Das Thermoelement mit den zwei unterschiedlich dünnen Thermodrähten wird weniger oft verkehrt mit den Ausgleichs­ leitungen im Thermoelementkopf angeschlossen, weil die Polarität besser zu erkennen ist.

Claims (4)

1. Thermopaar für die Messung der Temperatur bestehend aus zwei Thermodrähten, die normalerweise einen kreisförmigen Quer­ schnitt haben und an einem Ende miteinander verschweißt, verlötet oder während der Messung anders in elektrische Verbindung gebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der bei gleicher Dicke der beiden Thermodrähte driftärmere Thermodraht dünner gewählt wird.

2. Thermopaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnere Thermodraht einen um wenigstens 5% kleineren Querschnitt als der andere Thermo­ draht hat.

3. Thermopaar nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierkapillaren (1) - die die unterschiedlich dünnen Thermodrähte (+) und (-) voneinander elektrisch isolieren - unterschiedlich dünne Bohrungen (2+3) besitzen.

4. Thermopaar nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen einen wenigstens 5%igen Querschnitts-Unterschied haben.