DE308306C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand der Erfindung ist ein Apparat zum Messen »von elektrischen Potentialen, der insbesondere zur Temperaturbestimmung mittels Thermoelemente dienen soll. Die Vorrichtung besteht gewöhnlich aus zwei parallel geschalteten und mit einem Thermoelement verbundenen Brückendrähten, an denen die Spannung des Thermoelements bis zur Stromlosigkeit eines eingeschalteten GaI-vanometers kompensiert wird. Der eine der Brückendrähte dient dabei dazu, die Abweichung der Temperatur der einen Seite des Thermoelements von der^Temperatur, bei der das Element oder der Apparat geeicht wurde, auszugleichen.

In den Zeichnungen ist eine Anzahl von Ausführungsformen der Vorrichtung dargestellt, und zwar ist:

Fig. ι eine schematische Darstellung des Schaltungsprinzips der Vorrichtung,

Fig. 2 das Schaltungsschema einer Meßvorrichtung mit nur einem Meßbereich, bei der die Ausgleichsskala für die kältere Seite des Thermoelements mit der Ableseskala bei der gleichen Temperatur beginnt.

Fig. 3 zeigt die gleiche Schaltung wie Fig. 2, jedoch beginnt hier die Ausgleichsskala bei einer tieferen Temperatur als die Ableseskala.

Fig. 4 zeigt das Schaltungsschema einer Meßvorrichtung, bei der die Ausgleichsskala bei einer höheren Temperatur beginnt als die Ableseskala.

Fig. 5 zeigt das Schaltungsschema eines Apparates für zwei Meßbereiche, bei dem Ausgleichsskala und Ableseskala bei der gleichen Temperatur beginnen und bei dem die Ausgleichsskala nur für ein Meßbereich genau ist.

Fig. 6 ist eine Schaltung, die mit der nach Fig. 5 übereinstimmt, jedoch beginnt hier die Ausgleichsskala bei einer tieferen Temperatur als die Ableseskala.

Fig. 7 zeigt wiederum die gleiche Schaltung wie Fig. 5, jedoch beginnt hier die Ausgleichsskala bei einer höheren Temperatur als die Ableseskala.

In Fig. 8 ist die Schaltung einer Meßvorrichtung für zwei Meßbereiche dargestellt, bei der Ausgleichsskala und Ableseskala bei derselben Temperatur beginnen und bei der die Ausglcichsskala für beide Meßbereiche genau ist.

Fig. 9 und 10 zeigen wiederum die gleiche Schaltung wie Fig. 8, jedoch beginnt die Ausgleichsskala bei Fig. 9 bei einer tieferen Temperatur und bei Fig. 10 bei einer höheren Temperatur als die Ableseskala.

Fig. 11 ist eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen ■ Temperaturen und elektromotorischen Kräften bei einem Thermoelement.

Fig. 12 zeigt die Schaltung einer Vorrichtung für nur ein Meßbereich, bei der der Temperaturausgleich im Äusgleichsbrückendraht selbsttätig vor sich geht. ■ Fig. 13 zeigt dieselbe Schaltung wie Fig. 11 ίο unter Hinzufügung noch weiterer Ausgleichswiderstände.

In Fig. 14 ist ein Schaltungsschema einer

Meßvorrichtung nach Fig. 13 dargestellt, die jedoch zwei Meßbereiche .besitzt und bei der der Ausgleich für beide Meßbereiche genau ist.

Fig. 15 zeigt die gleiche Schaltung wie Fig. 14 für den Fall, daß die kalte Seite des Thermoelements von dem Meßapparat entfernt angebracht ist.

In Fig. 16 ist wiederum die gleiche Schaltung wie in Fig. 14 dargeteilt, jedoch erfolgt hier der Ausgleich für ein Meßbereich von Hand und für das andere Meßbereich selbsttätig.

In Fig. 17 iet ein Schaltungsschema dargestellt, bei dem der Temperaturausgleich ebenso wie bei der Schaltung der Fig. 14 selbsttätig erfolgt, bei dem jedoch das Normal element in anderer Weise als vorher angebracht ist und bei dem auf dem einen Brückenzweige die grobe und auf dem andern Brückenzweige die feine Einstellung erfolgt. Fig. 18 ist eine vereinfachte Schaltung mit nur einem Brückendraht, bei der ebenfalls der Ausgleich der Temperatur der kalten Seite des Thermoelements selbsttätig geschieht:

Bei der Temperaturmessung durch Thermoelemente gilt für die Temperaturablesung der Grundsatz, daß die elektromotorische Kraft des Thermoelements eine Funktion des Temperaturunterschiedes der wärmeren und der kälteren Seite des Thermoelements ist. Im allgemeinen soll durch die Messung jedoch nur die Temperatur der einen Seite des Elements und nicht der Temperaturunterschied zwischen beiden Seiten bestimmt werden. Eine Seite des Thermoelements wird daher auf einer bekannten konstanten Temperatur erhalten oder, falls dies nicht möglich ist, eine Korrektur für ihre Abweichung von einer bestimmten Temperatur angebracht. Die Meßvorrichtung nach der Erfindung soll dazu dienen, diese Korrektur unmittelbar, ohne Berechnung oder Benutzung von Tabellen oder Kurven einzuführen, so daß die zu ermittelnde Temperatur ohne-weiteres abgelesen werden kann.
Die elektromotorische Kraft eines Thermoelements ist nicht nur eine Funktion des Temperaturunterschiedes zwischen den beiden Seiten des Elements, sondern ändert sich auch mit der absoluten Temperatur der beiden Seiten. So ist z. B. die elektromotorische Kraft eines Thermoelements bei einer Temperaturdifferenz von ιoo° ..zwischen beiden Seiten, wenn eine derselben auf o° und die andere auf 100° erhalten wird·, im allgemeinen durchaus verschieden von der elektromotorisehen Kraft, die dasselbe Element erzeugt, wenn sich eine Seite auf 900⁰ und die andere auf 1000⁰ befindet. Mit den meisten Thermoelementen ist es daher nicht möglich, eine genaue Messung vorzunehmen, indem -man 75 einfach die Skala des Apparats um den Betrag ändert, um den sich die Temperatur der einen Seite des Elements gegenüber der Temperatur, bei der dasselbe geeicht wurde, geändert hat.

Die charakteristischen Eigenschaften eines Thermoelements, die hier in Betracht' kommen, sind folgende:

Von drei Temperaturen x, y und ζ soll 3¹ höher sein als χ und ζ höher als y. Bringt man nun die eine Seite eines Thermoelements auf die Temperatur χ -und die- andere auf die Temperatur ζ und steigert alsdann die Temperatur χ der ersten Seite auf y, so fällt die elektromotorische Kraft des Elements von dem Wert, den sie bei den Temperaturen χ, ζ besitzt, um einen Wert, den dasselbe Element bei den Temperaturen x, y erzeugen würde. Beim Eichen eines Thermoelements verfährt man gewöhnlich in der Weise, daß man eine Seite desselben auf einer bekannten niedrigen Temperatur hält und direkt oder indirekt die elektromotorischen Kräfte mißt, die das Element erzeugt, wenn seine andere Seite auf verschiedene bekannte, höhere Temperaturen erwärmt wird.

In Fig. 11 ist A-B die Eichkurve eines Thermoelements, deren Abszissen elektromotorische Kräfte und deren Ordinaten Temperaturen darstellen. Dabei ist die kältere Seite des Thermoelements auf o° gehalten, während die wärmere Seite bis auf 900⁰ erwärmt wurde.

Unterhalb der Kurve ist eine nach Temperaturen eingeteilte Skala α eines Meß- no instruments gezeichnet, dessen Angaben proportional den elektromotorischen. Kräften eines Thermoelements mit der Eichungskurve A-B sind. Die Teilstriche 100, 200 .. . 900 dieser Skala sind durch Projektion der Schnittpunkte der Kurve A-B mit den. wagerechten Temperaturlinien 100, 200 . . . 900 ermittelt.

Unter Berücksichtigung der vorher angegebenen charakteristischen Eigenschaften der

Thermoelemente ist aus der Kurve A-B eine Kurve C-D für das gleiche Thermoelement abgeleitet, für den Fall, daß dessen kältere Seite sich auf einer von ο verschiedenen Temperatur, z. B. auf einer Temperatur von ioo° befindet. Zur Ermittelung der Kurve wurde von dem Punkt aus, an dem die Kurve A-B die Temperaturlinie ioo schneidet, nach links, eine Entfernung abgemessen; die der elektromotorischen Kraft des Thermoelements entspricht, wenn dessen wärmere Seite sich auf ioo° befindet. Der Anfangspunkt der Kurve C-D befindet sich infolgedessen bei der .elektromotorischen Kraft ο und auf der wagerechten Linie, die ioo° entspricht. Bei sämtlichen übrigen Temperaturen wurde genau dieselbe Entfernung nach links von der Kurve A-B abgemessen und durch die so gewonnenen Punkte die Kurve C-D gelegt. Die Entfernung von Punkt ν zu Punkt W entspricht somit der elektromotorischen Kraft des Thermoelements, dessen eine Seite sich auf o° und dessen andere Seite sich auf ioo° befindet. Diese Entfernung u ist auf den wagerechten Linien von der Kurve A-B aus abgetragen, die Verbindungslinie dieser Punkte ergibt die Kurve C-D:

Unterhalb der Kurve befindet sich eine "entsprechende Temperaturskala c, die in der für die Kurve A-B angegebenen Weise aus der Kurve C-D abgeleitet ist und für dasselbe Meßinstrument gilt.

Im nachfolgenden sind der Einfachheit halber folgende Ausdrücke gewählt: Die zu bestimmende^ Temperatur und die Seite des Thermoelements, die sich auf dieser Temperatur befindet, ist als »unbekannte Temperatur« bzw. als die »warme Seite« bezeichnet, gleichviel ob diese Temperatur höher, gleich oder tiefer ist als die Temperatur der andern Seite. Die konstante, bekannte Temperatur und die andere Seite des Thermoelements, die sich auf dieser Temperatur während der Eichung des Thermoelements befindet, ist als »Eichungstemperatur« bzw. als »kalte Seite« bezeichnet, gleichviel ob die Temperatur dieser Seite höher, gleich oder tiefer ist als die der warmen Seite. Die Temperatur, auf der sich die kalte Seite während einer Messung befindet, ist als »Bezugstemperatur« bezeichnet. Aus dem Gesagten ergibt sich, daß, wenn die Bezugstemperatur von der Eichungstemperatur verschieden ist, die abgelesene elektromotorische Kraft des Elements durch Addition oder Subtraktion derjenigen elektromotorischen Kraft verbessert werden muß, die das Thermoelement erzeugen würde, wenn sich seine eine Seite auf der Eichungstemperatur und seine andere Seite auf der Bezugstemperatur befände. Es ist weiterhin zu bemerken, daß keine direkte arithmetische Beziehung besteht zwischen den Temperatur-; Schwankungen der kalten Seite und den an _ den Temperaturablesungen anzubringenden Verbesserungen.

In Fig. ι ist eine Ablesevorrichtung zum Bestimmen elektrischer Potentiale dargestellt, die zwei parallelgeschaltete Brückendrähte umfaßt. Längs des einen Schleifdrahtes r verläuft die Ableseskala, die in Millivolt oder in Temperaturen oder in beides zugleich eingeteilt sein kann. Ist die Skala, wie in der Zeichnung dargestellt, in Temperaturen eingeteilt, so kann sie in der gleichen Weise aus der Eichungskurve des Thermoelements abgeleitet .werden, wie es bei Erklärung der Fig. 11 beschrieben wurde. Der Brückenwiderstand r ist mit einer Batterie E oder einer anderen Elektrizitätsquelle von möglichst konstanter Spannung und zwei Regulierwiderständen 1 und 2, die mittels der Kontakte 3 und 4 stufenweise eingeschaltet werden können, sowie einem Widerstands in Reihe geschaltet. Parallel zum Widerstand r kann noch ein Widerstand 6 geschaltet sein, um zwischen den Klemmen des Widerstandes r einen Widerstand von bestimmter Größe herzustellen. Die warme Seite des Thermoelements ist durch eine Leitung 7 mit einem am Schleifdraht r entlang beweglichen Schleifkontakt verbunden. Die andere Seite des Thermoelements T hängt durch eine Leitung 9 mit einem Kontakt 10 zusammen, gegen den ein Kontakt 11 angedrückt werden kann. Dieser führt zu einem Galvanometer 12 oder einer andern geeigneten Anzeigevorrichtung, und von diesem geht eine Leitung zu einem Schleifkontakt 13, der an einem zweiten Schleifdraht r' entlang beweglich ist. Die eine Seite des letzteren hängt unmittelbar mit dem einen Ende des Schleifdrahtes r zusammen, während seine andere Seite über einen Widerstand 22 mit dem andern Ende des Schleif drahtes r verbunden ist. Am Schleifdraht r' entlang liegt eine zweite Skala d, im folgenden »Ausgleichsskala« genannt, die in gleicher Weise eingeteilt ist wie die Ableseskala a, falls diese bis zu denselben Temperaturen, die die Ausgleichsskala enthält, heruntergeht.' Parallel zum Schleifdraht r' kann noch ein Widerstand 23 geschaltet sein, durch den zwischen den Klemmen des. Widerstandes r' ein Widerstand von bestimmter Größe hergestellt wird. Die zum Kontakt 11 führende Seite des Galvanometers 12 ist gleichzeitig mit einem Kontakt 14 verbunden, der gegen einen Kontakt 15 angedrückt Averden kann. Letzterer führt über einen Widerstand 16 zu einem Normalelement 17, dessen andere Klemme mit dem Stromkreis der Wider-

stände r und r' verbunden ist. Zwecks Änderung des Meßbereichs des Apparates ist in letzteren Stromkreis ein Widerstand 19 eingeschaltet, der durch Einsetzen eines Stöpsels 18 in eine Bohrung zwischen seinen Klemmen kurz geschlossen werden kann. Zur Änderung des Meßbereichs wird der Stöpsel 18 herausgenommen und in eine Bohrung 20 zwischen Klemmen in der Leitung eines Widerstandes 21 eingesetzt, der mit den Widerständen r und r' und dem Widerstand 22 parallel geschaltet ist. Bei solchen Apparaten für zwei Meßbereiche besitzt jede der Skalen α und d noch eine zweite Einteilung.

¹S Die Handhabung des Apparats ist folgende: Der Schleifkontakt 13 wird bis zum äußersten linken Ende des Schleifdrahtes r' geführt und darauf der Kontakt 14 gegen den Kontakt 15 angedrückt. Hierauf wird zunächst von dem größeren Widerstand 2 und darauf von dem kleineren Widerstand 1 so viel eingeschaltet, bis das Galvanometer 12 auf ο zeigt, also kein Strom mehr diirch dasselbe läuft. Diese Art der Einstellung einer genauen Stromstärke bei Potentialmessern ist bekannt; sie muß von Zeit zu Zeit "erfolgen wegen der möglichen Schwankungen in der elektromotorischen Kraft des Elements E. Der Kontakt 14 wird hierauf geöffnet und der Kontakt 11 gegen den Kontakt 10 angedrückt .und hierauf der Schleifkontakt 8 an dem Schleifdraht r entlang verschoben, bis das Galvanometer wiederum Stfomlosigkeit anzeigt. Nunmehr kann die Temperatur der warmen Seite des Elements T an der Skala α abgelesen werden, vorausgesetzt, daß sich die kalte Seite des Elements auf der Eichungstemperatur befindet. Hat jedoch die kalte Seite eine andere Temperatur (Bezugstemperatur), so wird letztere an einem neben der kalten Seite des Elements angebrachten Thermometer abgelesen und der Schleifkontakt 13 am Draht?" entlang bewegt und auf den der Bezugstemperatur entsprechenden Strich der Skala d eingestellt. Wird nunmehr der Kontakt 11 an Kontakt 10 angedrückt und der Schleifkontakt am Schleifdraht r entlang verschoben, bis das Galvanometer 12 wieder auf ο zeigt, so ergibt seine Einstellung an der Skala α die Temperatur der warmen Seite des Elements T. Dies ist die zu ermittelnde Temperatur, die mit dem Element T gemessen werden soll.

Die Ausgleichsskala d ist gewöhnlich in Temperaturgrade eingeteilt, während die Ableseskala α nach Temperaturen oder nach Millivolt oder beidem für jedes Meßbereich eingeteilt sein kann.

In den Fig. 2 bis 10 tragen die entsprechenden Teile stets die gleichen Bezugszeichen, die auch mit denen der Fig. 1 übereinstimmen. · .'

Fig. 2 zeigt die' schematische Darstellung einer Ablesevorrichtung für ein Meßbereich, deren Schaltung mit der Schaltung nach Fig. 1 übereinstimmt und deren Ausgleichsskala d bei der gleichen Temperatur beginnt wie die Ableseskala a. Der Regulierwiderstand 24 vertritt hier die Widerstände 1 und 2 der Fig. i. Eine Klemme des Galvanometers 12 ist mit einer Feder 25 verbunden, die sowohl an den Kontakt 10 wie auch an den Kontakt 15 angedrückt werden kann und somit die Kontakte 11 und 14 der Fig. 1 ersetzt. Mit 26 und 27 sind die Klemmen bezeichnet, mit denen das Thermoelement T verbunden wird. Die Arbeitsweise entspricht genau der bei Fig. ι beschriebenen.

In Fig. 3 ist eine Ablesevorrichtung für ein Meßbereich dargestellt, bei der die Ausgleichsskala bei einer tieferen Temperatur beginnt als die Ableseskala. Hier ist dem Widerstand r an der Seite der tieferen Temperaturen der Skala α ein Widerstand 28 vorgeschaltet, der mit dem Widerstand r zusammen parallel zu den Widerständen?·'und 22 liegt.

In Fig. 4 ist eine Meßvorrichtung für ein Meßbereich dargestellt, bei der die Ausgleichsskala d bei einer höheren Temperatur beginnt als die Ableseskala a. Hier ist dem Widerstand r' an der Seite der tieferen Temperaturen ein Widerstand 29 vorgeschaltet, der mit dem Widerstand r' und dem Widerstand 22 zusammen im Nebenschluß zum Widerstand r liegt.

In Fig. 5 ist schematisch ein Apparat für zwei Meßbereiche zur Verbindung mit Thermoelementen verschiedener Art dargestellt. Die Ausgleichsskala d beginnt bei derselben Temperatur wie die Ableseskala α und ist nur für ein Meßbereich genau. Das eine Meßbereich der Vorrichtung kann beispielsweise bei Anwendung eines Thermoelements aus Edelmetallen, wie z. B. Platin mit Platin-Rhodium, dienen und das andere Meßbereich bei Verwendung eines Thermoelements aus unedlen Metallen, z. B. Eisen mit Constantan. Im einen Falle wird der Widerstand 19 durch Einsetzen eines Stöpsels in die Bohrung 30 kurzgeschlossen, wobei der AViderstand 21 ausgeschaltet ist. Im andern Falle wird der Stöpsel aus der Bohrung 30 herausgenommen und in die Bohrung 20 eingesetzt, wodurch der Widerstand 19 den beiden Schleif drähten vorgeschaltet wird, während der Widerstand 21 parallel zu denselben liegt. Diese .Schaltung ist ähnlich der nach Fig. 1, und die Ausgleichsskala d ist nur für den ersten Fall, wenn die Bohrung 30 gekapselt ist, genau. Letztere Schaltung entspricht der nach Fig. 2.

In Fig. 6 ist eine ähnliche Schaltung wie -in Fig: 5 dargestellt, jedoch beginnt hier die Ausgleichsskala bei einer niedrigeren Temperatur als die Ableseskala a. Es ist infolgedessen dem Schleif draht r an der Seite der niedrigeren Temperaturen ein Widerstand 28 vorgeschaltet. Die Umschaltung auf die verschiedenen Meßbereiche geschieht in der gleichen Weise wie bei Fig. 5.

In Fig. 7 ist ebenfalls eine ähnliche Schaltung für zwei Meßbereiche wie in Fig. 5 dargestellt, doch beginnt hier die Ausgleichsskala bei einer höheren Temperatur als die Ableseskala a, weshalb dem Widerstand r' ein Widerstand 29 vorgeschaltet ist, in gleicher Weise, wie dies bei Fig. 4 der Fall war. Im übrigen ist die Handhabung dieses Apparates die gleiche wie bei Fig. 5.

Bei den Schaltungen nach Fig. 5, 6 und 7 waren die Ausgleichsskala d und die zugehörigen Teile nur für ein Meßbereich genau, für das andere Meßbereich dagegen ungenau, falls nicht zufällig das Verhältnis des Spannungsabfalls in dem Ausgleichswiderstand zu dem Spannungsabfall im Ablesewiderstand für das bei einem Meßbereich verwendete Thermoelement den entsprechenden Spannungsabfällen bei dem für das andere Meßbereich verwendeten Thermoelement proportional war.

In Fig. 8 ist schematisch eine Schaltung für zwei Meßbereiche dar-gestellt, bei der die Ausgleichsskala d für beide Meßbereiche genau ist und bei der gleichen Temperatur beginnt wie die Ableseskala α. Für das eine Meßbereich wird ein Stöpsel in die Bohrung 30 eingesetzt und hierdurch der Wider stand 19 kurzgeschlossen, worauf die Schaltung der nach Fig. 2 entspricht. Für das zweite Meßbereich wird der Stöpsel aus der Bohrung 30 herausgenommen und statt dessen die Bohrungen 20 und 31 gestöpselt, wodurch der Widerstand 21 den beiden Schleif drähten und der Wider stand 32 dem Schleif draht r' parallel geschaltet wird.

In Fig. 9 ist die Anordnung die gleiche, nur ist hier ebenso wie in Fig. 3 ein Widerstand 28 dem Widerstand r vorgeschaltet, so daß also die Ausgleichsskala d bei einer niedrigeren Temperatur beginnt als die Ableseskala a.

In Fig. 10 ist dem Widerstand r' ein Widerstand 29 vorgeschaltet, so daß die Ausgleichsskala d bei einer höheren Temperatur beginnt als die Ableseskala a.

In den Schaltungen nach Fig. 8, 9 und 10 ist die Ausgleichsskala und die zugehörigen Teile für beide Meßbereiche genau, da die für ein Meßbereich mit den Schleifdrähten r und r' parallel geschalteten Widerstände so

groß gewählt sind, daß das Verhältnis der Spannungsabfälle in beiden Meßdrähten für · ' jedes Meßbereich das gleiche ist.

In Fig. 12 bis 18 sind verschiedene andere Anordnungen dargestellt, bei denen durch Einschaltung von Widerständen von verschiedener Größe und verschiedenen Temperaturkoeffizienten der Ausgleich der Temperaturschwankungen der kalten Seite des Thermoelements selbsttätig bewirkt wird.

In Fig. ,12 wird ein Zweig des Spannungsmessers von dem Schleifdraht r und den Widerständen 33 und 34 gebildet, die mit dem Rheostaten 24 und mit der Stromquelle E hintereinander geschaltet sind. Der Schleifkontakt 8 des Drahtes r ist ebenso wie vorher mit der Klemme 26 des Thermoelements verbunden. Parallel zu den Widerständen 33, r und 34 liegen als zweiter Zweig des Spannungsmessers die hintereinander geschalteten Widerstände 35, 36 und 37. Die eine Klemme des Galvanometers 12 ist mit dem \^erbindungsdräht der Widerstände 35 und 36 verbunden, während die andere Galvanometerklemme an der Feder 25 liegt und so entweder über den Kontakt 10 mit der Klemme 27 des Thermoelements oder über den Kontakt 15 mit dem Normalelement 17 verbunden werden kann. Die. zweite Klemme des Normalelements ist an den Verbindungsdraht zwischen den Widerständen 36 und 37 geschaltet.

Der Strom des Elements E teilt sich und fließt einerseits durch die Widerstände 33, r und 34 und anderseits durch die Widerstände 35, 36 und 37. Der Strom in letzterem Zweige wird durch entsprechende Einstellung des. Rheostaten 24 konstant gehalten, und zwar so, daß der Spannungsabfall in der Spule 36 gleich ist der elektromotorischen Kraft des Normal elements 17. .Hierzu wird die Feder 25 gegen den Kontakt 15 angedrückt und der Rheostat 24 alsdann so eingestellt, daß das Galvanometer 12 stromlos wird. Ist der Strom in den Widerständen 35, 36 und 37 konstant, so ist auch der Strom in dem Schleifdraht r konstant, vorausgesetzt, daß das Verhältnis der Widerstände der beiden Stromzweige konstant bleibt.

Der Widerstand 35 besteht aus Nickel oder einem andern Stoff von großem positiven Tem- no peraturkoeffizienten und befindet sich in der Nähe der kalten Seite des Thermoelements, so daß er an deren Temperaturschwankungen teilnimmt. Bei Thermoelementen aus unedlen Metallen besteht häufig der Zuleitungsdraht 9 (Fig. 1) aus dem gleichen Metall wie die kalte Seite des Thermoelements, so daß also die durch den Zuleitungsdraht verlängerte kalte Seite des Elements bis in den Kasten, in dem der Meßapparat untergebracht ist, hineinragt

und ihr Ende sich auf der gleichen Temperatur wie dieser befindet. In diesem Falle liegt auch der Widerstand 35 innerhalb des Apparates. Die Widerstände 33, r, 34, 36 und 37 bestehen aus Drähten von Manganin oder ähnlichen Metallen mit sehr geringem Temperaturkoeffizienten, der vernachlässigt werden kann. Die Größe der Widerstände ist so gewählt, daß die Schwankungen der elektromotorischen Kraft des Thermoelements, die - durch Temperaturschwankungen der kalten Seite desselben hervorgerufen werden, durch einen entsprechenden Spannungsabfall ini Widerstand 35 ausgeglichen werden. Ändert sich die Temperatur der kalten Seite des Thermoelements und dementsprechend auch die des Widerstandes 35, so ändert sich auch der Wert des AViderstandes 35 und dementsprechend der Spannungsabfall in diesen Widerständen, wodurch die Änderung der elektromotorischen Kraft des Thermoelements ausgeglichen wird. Bei der Ablesung der Temperatur wird also einfach die Feder 25 gegen den Kontakt 10 angedrückt und der Schleifkontakt 8 am Draht r entlang bewegt, bis das Galvanometer 12 Stromlosigkeit anzeigt. Befindet sich die kalte Seite des Thermoelements dabei auf einer anderen Temperatur als der Eichungstemperatur, so wird die hierdurch hervorgerufene Änderung der elektromotorischen Kraft durch die Änderung des Widerstandes 35 ausgeglichen, und die Ablesung an der Skala α ist stets geradeso, als ob sich die- kalte Seite des Thermoelements auf der Eichungstemperatur befände.

Die Größe des Widerstandes 33 wird so gewählt, daß die Skala α bei ο oder einer anderen gewünschten Temperatur bzw. elektromotorischen Kraft beginnt.

Angenommen, es sei

R = dem Widerstand der Ausgleichsspule 35 bei der Bezugstemperatur,

c = der Änderung der elektromotorischen Kraft des Thermoelements für ein Grad, wenn die kalte Seite ihre Temperatur ändert und die warme Seite auf gleicher Temperatur bleibt. k = dem Temperaturkoeffizienten der Spule 35 für ein Ohm und ein Grad,

t = der Temperaturänderung der kalten Seite des Elements,

i = der Stromstärke im Zweige des Widerstandes 35, _

e =z der Änderung der elektromotorischen Kraft des Thermoelements bei einer Temperaturänderung der kalten Seite um t Grad,

e¹ — dem Spannungsabfall in der Spule 35 bei einer Temperaturänderung von t Grad,
so muß e = e¹ gemacht werden.

e = ct (1)

e¹ = Rkti (2).

Hieraus ergibt sich

Rkti = et

r>

ki

(3)

Macht man also den Widerstand-der Spule 35 gleich der konstanten Größe—-, so ist

Kl

'C = C¹ bei jeder beliebigen Temperatur der kalten Seite des Elements.

Die Spulen 36 und 37 müssen im Verhältnis zur Spule 35 einen möglichst großen Widerstand haben, damit das Verhältnis der Widerstände in den beiden Zweigen möglichst konstant bleibt und die Widerstandsänderung der Spule 35 vernachlässigt werden kann. Alsdann bleibt die Stromstärke im Schleifdraht r praktisch konstant.

In Fig. 13 ist eine der Fig. 12 ähnliche Schaltung dargestellt, bei der durch Hinzufügung eines weiteren Widerstandes das Verhältnis der Stromstärke im Zweige r zur Stromstärke im andern Zweige auch bei der Widerstandsänderung der Spule 35 vollkommen konstant bleibt. Die Schaltung ist hier ähnlich wie in Fig. 12, nur ist hier der Widerstand 37 fortgelassen und in dem Zweig des Widerstandes r ein Widerstand 39 hinzugefügt, der denselben Temperaturkoeffizienten hat wie der Widerstand 35. Die Widerstände 35 und 39 sind so angebracht, daß beide an den Temperaturschwankungen der kalten Seite des Thermoelements teilnehmen. Das Verhältnis des Widerstandes 39 zum Gesamtwiderstand eines Zweiges muß dasselbe sein wie das Verhältnis des Widerstandes 35 zum Gesamtwiderstand seines Zweiges.

In Fig. 14 ist die Schaltung eines Apparats für zwei Meßbereiche dargestellt, der in Verbindung mit Thermoelementen verschiedener Art, z. B. von solchen aus edlen und solchen aus unedlen Metallen verwendet werden kann. Bei Verwendung eines Thermoelements, das beispielsweise aus unedlen Metallen besteht, wird ein Stöpsel in die Bohrung 40 eingesetzt und so der Widerstand 41 kurzgeschlossen. Die Bedingungen sind alsdann gleich denen bei Fig. 12. Bei Verwendung eines Thermoelements anderer Art, z. B. eines solchen aus edlen Metallen, wird der Stöpsel aus der Bohrung 40 herausgenommen und in eine Bohrung 42 eingesetzt, wodurch ein Widerstand 43 parallel zum Widerstand r geschaltet und der Widerstand 41 mit dem Widerstand r hintereinander geschaltet wird. Ferner wird ein Stöpsel in eine Bohrung 44 und ein anderer in eine Bohrung 46 eingesetzt, wodurch ein Widerstand 45 parallel zum Widerstand 33 und ein Widerstand 47 parallel zum Widerstandes geschaltet wird. Die Spule 47

muß denselben Temperaturkoeffizienten haben wie die Spule 35 und ebenso wie diese - am Temperaturwechsel der kalten Seite des Thermoelements teilnehmen. Der Widerstand 41 ist so groß zu wählen, daß der Gesamtwiderstand im Zweige des Widerstandes r bei der Einstellung auf das zweite Meßbereich gleich ist dem Widerstand des andern Zweiges für dieses zweite Meßbereich. In Fig. 15 ist schematisch eine Anordnung dargestellt für den Fall, daß das Leitungsmaterial der Verbindungsdrähte zwischen dem Thermoelement und dem Apparat verschieden ist von einem oder von beiden Metallen des Thcrrnoe'ements. Das Thermoelement T, das beispielsweise aus edlen Metallen, z. B. Platin und Platin-Rhodium bestehen soll, befindet sich in einiger Entfernung von dem Meßapparat, und seine Klemmen 50 und 51 sind mit dessen Klemmen 26 und 27 durch Leitungen 48 und 49, die beispielsweise aus Kupfer bestehen sollen, verbunden. Die kalte Seite des Elements soll in diesem Falle bei der Klemme 50 liegen. Der Ausgleichswiderstand 35 muß in diesem Falle in der Nähe der kalten Seite des Elements angebracht werden,' so daß er an deren Temperaturschwankungen teilnimmt. Hierzu besitzt der Apparat besondere Klemmen 52, 53 und 54, die mit dem Element E bzw. dem Zweige des Widerstandes r, bzw. dem zweiten Zweige der Brückenschaltung verbunden sind. An die Klemmen 52 und 53 wird die eine Seite des Widerstandes 35 durch die Drähte">55 und 56 gelegt, die andere Seite des Widerstandes ist durch einen Draht 57 mit der Klemme 54. verbunden. Die Leitungen 55) SO ^und 57 bestehen alle aus dem gleichen Stoff, z. B. Kupfer, und 56 und 57 besitzen den gleichen Widerstand. Die Leitung 56 befindet sich somit im ersten Zweige und die Leitung 57 im zweiten Zweige' der Brükkenschaltung. Ist die Stromstärke in beiden Zweigen die gleiche, so ist sie es auch in den Leitern 56 und 57, und der Spannungsabfall im Leiter 56 wird durch den Spannungsabfall im Leiter 57 ausgeglichen.

In Fig. 16 ist eine Anordnung für zwei Meßbereiche dargestellt, die die Verwendung verschiedener Thermoelemente mit verschiedenen Spannungskurven ermöglicht. Für das eine Meßbereich geschieht bei dieser Schaltung der Ausgleich der Temperaturschwankungen der kalten Seite des Elements selbsttätig, während für das andere Meßbereich der Ausgleich an einem Schleifdraht von Hand erfolgt. Bei der Einstellung auf das erste Meßbereich liegt die Spule 35 für den selbsttätigen Ausgleich im Stromkreis, während der Schleifdraht r' und der Widerstand 58 durch den Stöpsel 59 kurzgeschlossen sind.

Perner ist der Widerstand 41 durch den Stöpsel 40 kurzgeschlossen. Für dieses Meßbereich ist die Wirkungsweise die gleiche, wie sie für das eine Meßbereich von Fig. 14 oder irei.Fig. 12 beschrieben wurde. Zur Einstel- 65· lung auf das andere Meßbereich wird 'der Stöpsel aus der Bohrung 59 herausgenommen i'.nd in die Bohrung 60 eingesetzt; hierdurch wird der Widerstand 35 kurzgeschlossen und der Schleifdraht r' mit dem Widerstand 58 in den zweiten Strornzweig eingeschaltet. Im anderen Zweige wird der Stöpsel aus der Bohrung 40 herausgenommen und in die Bohrung 42 eingesetzt, wodurch der Widerstand 41 eingeschaltet und der Widerstand 43 zum Schleif draht r parallel geschaltet wird. Weiterhin wird noch ein Stöpsel in die Bohrung 44 gesteckt, wodurch der AViderstand 33 zum Widerstand 45 parallel gelegt wird. Ist die Vorrichtung so für das zweite Meßbereich eingestellt/ so wird der Schleifkontakt 13 so am Schleifdraht r' eingestellt, daß seine Einstellung an der Skala d der Temperatur der kalten Seite des Thermoelements entspricht. Hierauf wird der Schleifkontakt 8 am Drahte 5 unter gleichzeitigem Andrücken der Feder 25 an den Kontakt 10 verschoben, wie es bei Erklärung der Fig. 1 und 2 beschrieben Avurde.

Fig. 17 zeigt eine Anordnung ähnlich der der Fig. 12, jedoch wird hier das Normalelement 17 nicht über den Widerstand 36 geschlossen, vielmehr ist es mit dem Vereinigungspunkte der beiden Brückendrähte verbunden. Wird die Feder 25 gegen den Kontakt 15 gedrückt und ein Stöpsel in die Bohrung 61 eingeführt, so liegt das Normalelement an beiden Vereinigungspunkten der Brückendrähte, worauf der Rheostat 24 so eingestellt wird, 'daß das Galvanometer 12 auf ο zeigt.

Zum Ablesen der Temperatur \vird die Feder 25 gegen den Kontakt 10 angedrückt und der Stöpsel aus der Bohrung 61 in die Bohrung 62 gesetzt. Hierauf wird der Kontakthebel S^a über die Kontakte des Stufenwiderstandes r² geführt, bis das Galvanometer 12 anzeigt, daß ein Ausgleich nahezu erreicht ist. Alsdann wird der Schleifkontakt 13 am Drahter' so lange entlang geführt, bis der Ausgleich ein vollständiger ist. Die elektromotorische Kraft des Elements ergibt sich alsdann aus der Addition der vom Hebel S^a und vom Schleifkontakt 13 angezeigten elektromotorischen Kräfte. Die Widerstände 35 und 39, die aus Nickel oder einem ähnlichen Stoffe bestehen, gleichen dabei selbsttätig die Temperaturschwankungen der kalten Seite des Thermoelements aus. Aus einer der Fig. τ ι entsprechenden Kurve kann alsdann die Tem-

peratur der warmen Seite des Thermoelements entnommen werden.

In Fig. 18 ist eine einfache Schaltung für einen Meßapparat angegeben, bei der die Stromstärke im Schleif draht r und den Widerständen 63 und 64 nach Andrücken der Feder 25 gegen den Kontakt 15 durch Einstellen des Rheostaten 24 geregelt wird, bis das Galvanometer stromlos wird.

Hier hat der Widerstand 63 einen negativen Temperaturkoeffizienten,. d. h. er besteht aus einem Stoffe, dessen Widerstand abnimmt, wenn die Temperatur steigt, der sich also umgekehrt verhält wie der sonst verwendete

!5 Widerstand 35 mit positivem Temperaturkoeffizienten. Der Widerstand 63 nimmt an den Temperaturschwankungen der kalten Seite des Thermoelements teil und gleicht diese dabei selbsttätig aus. Als geeigneter Stoff für den Widerstand 63 kann Kohle oder ein anderer Stoff von negativem Temperaturkoeffizienten verwendet werden. Die Widerstände 64 und r bestehen ebenso \vie vorher zweckmäßig aus Manganin o'der einem ähnliehen Stoffe, dessen Temperaturkoeffizient vernachlässigt werden kann.

Claims (10)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Brückenschaltung zum Ablesen der Spannung von Thermoelementen, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Galvanometer hintereinander geschaltete Thermoelement mit Kontakten (8, 13) verbunden ist, von denen der eine (8) zur Ablesung der Temperatur der warmen Seite des Elements von Hand an einem Brückendraht (r) o. dgl. eingestellt wird, während der andere an einer zu dem Brükkendraht (r) parallel liegenden Brücke (r¹, 22) anliegt, die die Temperaturschwankungen der andern (kälteren) Seite des Thermoelements ausgleicht (Ausgleichsskala) .
2. 2. Ablesevorrichtung nach Anspruch 1,

   . deren Ausgleichsskala (d) bei einer tiefe-' ren Temperatur beginnt als die tiefste, am Brückendraht (r) einzustellende Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brückendraht (r) an der Seite der tieferen Temperatüren ein Widerstand (28) vorgeschaltet ist.
3. 3. Ablesevorrichtung nach Anspruch 1, deren Ausgleichsskala (d) bei einer höheren Temperatur beginnt als die tiefste im Brückendraht (r) abzulesende Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstände der Ausgleichsskala (d) an der Seite der tieferen Temperaturen ein Widerstand (29) vorgeschaltet ist.
4. 4. Ablesevorrichtung nach Anspruch 1 : V-bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Vorschalten bzw, Parallelschalten von Widerständen (19, 21) zu den Brückenwiderständen auf verschiedene Meßher eiche eingestellt werden kann.
5. 5. Ablesevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem Teil (?-') des Widerstandes der Ausgleichsskala ein Widerstand (32) parallel ge- schaltet werden kann, zu dem Zweck, die Ausgleichsskala beiden Meßbereichen anzupassen (Fig. 8, 9, 10).
6. 6. Ablesevorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (35) des Brückendrahtes der Ausgleichsskala einen hohen Temperaturkoeffizienten besitzt und so angebracht ist, daß er an den Temperaturschwankungen der kälteren Seite des Thermoelements teilnimmt (Fig. 12).
7. 7. Ablesevorrichtung nach Anspruch 6, ■dadurch gekennzeichnet, daß ein im Zweige des Brückendrahtes der Ablese- ■ skala (r) liegender Widerstand (39) von hohem Temperaturkoeffizienten gleichfalls an den Temperaturschwankungen der kälteren Seite des Thermoelements teilnimmt, so daß das Verhältnis der Stromstärken in den beiden Brückendrähten stets das gleiche bleibt (Fig. 13).
8. ■ 8. Ablesevorrichtung nach Anspruch 6 und 7 mit Anordnung zur Einstellung für mehrere Meßbereiche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brückendraht der Ableseskala wahlweise ein an der Seite der höheren Temperaturen gelegener Widerstand vorgeschaltet (41) oder ein Widerstand (42) parallel geschaltet werden kann, während in beiden Brückendrähten an der Seite der tieferen Temperaturen gelegene Widerstände (33, 35) mit andern Widerständen (45,^47) parallel geschaltet werden können, von denen die Widerstände (35, 47) im Ausgleichszweige hohe Temperaturkoeffizienten besitzen und an den Temperaturschwankungen der kälteren Seite des Thermoelements teilnehmen (Fig. 14).
9. 9. Ablesevorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Ausgleichsbrücke (35, r', 58, 36, 37) für ein Meßbereich von Hand eingestellt wird und sich für das andere Meßbereich selbsttätig einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise der Schleifdraht (r¹) oder der Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten (35) kurzgeschlossen werden kann (Fig. 16).
10. 10. Ablesevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem