DE3148993A1 - Schutzrohr fuer ein thermoelement - Google Patents

Schutzrohr fuer ein thermoelement

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DE3148993A1
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Germany
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thermocouple
protective tube
boron nitride
platinum
tube
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Application number
DE19813148993
Other languages
English (en)
Inventor
Fujio Nagareyama Chiba Matsui
Takashi Iwatsuki Saitama Nakajima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08Protective devices, e.g. casings
    • G01K1/12Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading
    • G01K1/125Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading for siderurgical use

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

  • Schutztoht für ein Tkermoeleent
  • Die Erfindung betrifft ein Schutzrohr für ein Thermoelement, das zur Messung hoher Temperaturen einer Gasatmosphäre oder eines geschmolzenen Metalls verwendet wird.
  • Die Verwendung von Bornitrid in einer Atmosphäre hoher Temperatur ist bekannt und ein Schutzrohr aus Bornitrid ist im weiten Umfang verwendet worden, um ein darin enthaltenes Thermoelement zu schützen, da Bornitrid extrem hohen Temperaturen widersteht und ausgezeichnet widerstands fähig ist gegenüber einem thermischen Schock. Daher sind Schutzrohre aus Bornitrid mit einem darin enthaltenen Thermoelement benutzt worden, um hohe Temperaturen von Gasatmosphären, beispielsweise Helium oder Kohlenmonoxid, ebenso wie von geschmolzenen Metallen, wie z.R Kupfer, Silber, Mganesium, Zink, Aluminium oder Eisen zu messen. Ein Vorteil von Bornitrid liegt darin, daß es nicht mit einem solchen geschmolzenen Metall reagiert. Jedoch hat das bekannte Schutzrohr aus Bornitrid den Nachteil, daß Bornitrid mit Platin reagiert, was zu einer Zerstörung des Platindrahtes führt, wenn ein gekapseltes Rohr aus Bornitrid als Schutzrohr für ein Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement eingesetzt wird. Als Folge hiervon wird die Lebensdauer des Platin/Platin-Rhodium-Thermoelements verkürzt, wenn das Schutzrohr aus Bornitrid besteht. Es sind zwar Schutzrohre für Thermoelemente bekannt, die aus Tonerde (Aluminiumoxid) mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger als 99,5 % oder auch aus einer Zusammensetzung bestehen, die im wesentlichen aus Molybdän oder aus Zirkonerde (Zirkondioxid) bestehen, aber diese für Schutzrohre bekannten Materialien sind nicht zufriedenstellend, weil sie nachteilig von einer Temperaturänderung beeinflußt werden und dabei auch beschädigt oder zerbrochen werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Schutzrohr für ein Thermoelement anzugeben, das in seiner Widerstandsfähigkeit gegen Hitze ausgezeichnet ist, das einen thermischen Schock aushält und wiederholt verwendbar ist.
  • Weiter ist-es Ziel der Erfindung, ein Schutzrohr für ein Thermoelement anzugeben, das an Temperaturwechsel angepaßt ist und durch solche nicht beschädigt oder zerbrochen wird.
  • Schließlich ist es Ziel der Erfindung, ein Schutzrohr für ein.Thermoelement anzugeben, das widerstandsfähig gegen ein Zersplittern ist und das korrosionsbeständig ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Schutzrohr für ein Thermoelement gelöst, das erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist.
  • Im folgenden wird nun die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben und näher eriäutert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Schutzrohr für ein Thermoelement eine äußere Schale auf, die aus einem röhrenförmig geformten Körper aus Bornitrid besteht und aus einem inneren Gehäuse, das aus einem röhrenförmig geformten Körper aus Keramik besteht.
  • Im folgenden wird nun die Erfindung anhand-des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben und näher erläutert.
  • Die Figur zeigt einen Teilschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Schutzrohres für ein .Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In der Figur ist das Schutzrohr allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet; es weist ein-äußeres geformtes Rohr 1 aus.Bornitrid auf, ein inneres geformtes Rohr oder Gehäuse 2 aus Keramik, das in Kontakt mit dem äußeren geformten Rohr 1 montiert ist. Ein Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement 3, das mit Aluminiumoxidröhren 4 (Tonröhren) versehen ist, ist lose in das innere.Gehäuse 2 eingesetzt, und an dem Ende 5 des Rohres 1 ist das Thermoelement 3 mit einer Anschlußvorrichtung, wie z.B.
  • einer Bolzen-Mutter-Einheit, mit einer Ausgleichsleitung verbunden, die fest an dem öffnungsende des Schutzrohres 10 montiert ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung Wird- das"Formrdhr 1 aus Bornitrid, das als äußere Schale eingesetzt wird, vorzugsweise hergestellt, indem Bornitridpulver bei einer Temperatur oberhalb von 15000C unter Anwendung eines Druckes von 100 bis 500 kg/cm2 geformt wird, so daß ein geformter Block aus heiß gepreßtem Bornitrid-gebil.det wird, indem ein Stab mit den gewünschten Abmessungen und der gewünschten Gestalt von dem geformten Block abgeschnitten wird! und indem dieser Stab gebohrt wird, so daß er einen Zylinder bildet. Ein röhrenförmiger Körper oder Zylinder mit einem Biegewiderstand von etwa 600 bis .1000 kg/cm2 kann mit den beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt werden. Der Zylinder kann aber auch mit anderen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann ein geformter Block hergestellt werden, indem Bornitridpulver mit'einem anorganischen Bindemittel, wie z.B.
  • Aluminiumphosphat oder kolloidalem Silica (Siliciumoxid), oder mit einem organischen Binder, wie z.B. Polyvinylalkohol oder Carboxymethylcellulose gemischt wird und anschließend das Formgeben unter Sintern unter atmosphärischem Druck bei einer Temperatur oberhalb von .10000C, vorzugsweise oberhalb von 15000C, ausgeführt wird. Eine zylindrische äußere Schale 1 kann durch Ausschneiden und Bohren ähnlich den oben erwähnten Verfahrensstufen hergestellt werden. Obgleich eine mit dem zuletzt erwähnten Prozeß hergestellte zylindrische äußere Schale einen Biegewiderstand von 100 kg/cm2 besitzt, kann sie zufriedenstellend unter Bedingungen eingesetzt werden, bei denen der geforderte Widerstand nicht so hoch ist.
  • In einem anderen Fall kann ein zylindrischer Körper, der die äußere Schale bildet, dadurch hergestellt werden, daß durch eine Gasphasenreaktion von Bortrichlorid und Ammonium auf der Peripherie eines Graphitkerns eine Schicht aus Bornitrid abgeschieden wird und der Kern entfernt wird.
  • Ohne Rücksicht darauE, ob die äußere Schale 1 nach einer der vorher erwähnten Verfahren hergestellt ist, ist es wünschenswert, daß das die äußere Schale bildende Bornitrid eine Dichte von 1,7 bis 2,2 gjcm3 besitzt, vorzugsweise 1,75 bis 1,85 g/cm3. Ganz allgemein sollten diejenigen Materialien, die für Schutzrohre für Thermoelemente eingesetzt werden, solche physikalische. Eigenschaften .
  • haben, daß sie sowohl widerstandsfähig gegen ein Zerbröckeln oder Zersplittern sind und auch korrosionsbeständig sind. Jedoch sind diese Eigenschaften zueinander entgegengesetzt. Das bedeutet, wenn die-Widerstands-fähigkeit gegen ein Zersplittern oder Zerbröckeln ausgezeichnet ist, so ist die Korrosionsbeständigkeit schlecht und-umgekehrt. Es hat sich herausgestellt, daß diese zueinander entgegengesetzten Eigenschaften eng mit der Dichte des verwendeten Bornitrids zusammenhängen und daß diese beiden Eigenschaften gegeneinander abgewogen werden können, indem die Dichte des Bornitrids in dem oben definierten Bereich gehalten wird.
  • Ein röhrenförmiger oder zylindrisch geformter Körper 2 aus Keramik, der als innere-Hülse verwendet wird, kann aus einem kommerziell erhältlichen Material gefertigt sein. Zu den bevorzugten Materialien für die innere Hülse gehören Aluminiumoxid (Tonerde), Berylliumoxid (Beryllerde), Siliciumnitrid, Zirkonoxid (Zirkonerde), Siliciumoxid (Kieselerde), Thoriumoxid .(Thorerde), Yttriumoxid und deren Mischungen, das am meisten bevorzugte Material m-it den besten Eigenschaften ist Aluminiumoxid.
  • Die innere Hülse kann hergestellt werden, indem Pulver von einem oder mehreren dieser Materialien wahlweise mit einem Binder, z.B. mit niedrig schmelzendem Magnesiumoxid (Magnesia), Yttriumoxid oder Aluminiumoxid gemischt werden und indem ein Oxid, und indem ein Sintern oder Heißpressen unter einem Druck von 50 bis 500 kg/cm2 bei einer Temperatur von mehr als 10000C, vorzugsweise von mehr als 15000C durchgeführt wird.
  • Das Schutzrohr gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine zweilagige Struktur der Rohr -wand, wobei die äußere Schicht aus Bornitrid besteht und die innere Schicht aus Keramik. Es ist vorzuziehen-, daß die Schichten eng miteinander im Kontakt stehen, damit die Temperatur präziser gemessen werden kann.
  • Wenn ein Schutzrohr gemäß der vorliegenden Erfindung zum Schutz eines Platin/Platin-Rhodium-Thermoelements verwendet wird, so besteht nicht die Gefahr, daß der Platin/Platin-Rhodium-Draht unterbrochen wird, wie dies auftritt, wenn ein konventionelles Schutzrohr, das nur aus Bornitrid gefertigt ist, verwendet wird. Ein Platin/ Platin-Rhodium-Thermoelement, das mit einem Schutzrohr gemäß dieser Erfindung vereinigt ist, kann wiederholt und öfter als 200 Mal verwendet werden, um Temperaturen geschmolzener Metalle oder Temperaturen in Glühöfen zu messen. Obwohl voranstehend die Kombination des Schutzrohres mit einem Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement -beschrieben worden ist, können auch andere Typen von Thermoelementen in dem Schutzrohr nach dieser Erfindung enthalten sein. Das.Schutzrohr nach der vorliegenden Erfindung kann in Kombination mit -irgendeinem der bekannten Thermoelemente einsc-hließlich Thermoelementen aus Chromel-Alumel, - Eisen-Constantan und Kupfer-Constantan verwendet werden.
  • Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein besonderes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, können zahlreiche Änderungen, Modifikationen und Abwandlungen ausgeführt werden, ohne daß man von dem Gedanken der Erfindung abweicht. Derartige Änderungen, Modifikationen und Abwandlungen sind in dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung mit enthalten.
  • Leerseite

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE Schutzrohr für ein Thermoelement, g e k e n n -z e i c h n e t durch eine äußere Schale aus einem röhrenförmig-geformten Körper aus Bornitrid und einer inneren Hülse aus einem röhrenförmig geformten Körper aus Keramik, wobei die äußere Schale und die innere Hülse ein offenes Ende besitzen, um einen Zugang-zu geben, durch den das Thermoelement eingeführt wird.
  2. 2. Schutzrohr nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t 1 daß das Bornitrid eine Dichte von 1,7 bis 2,2 g/cm³ besitzt.
DE19813148993 1981-12-10 1981-12-10 Schutzrohr fuer ein thermoelement Ceased DE3148993A1 (de)

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