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Apparat zur Messung der Temperaturdifferenz zwischen zwei bestimmten
Punkten oder zur Aufrechterhaltung einer vorher bestimmten Temperaturdifferenz zwischen
diesen Punkten mit Hilfe von in diesen Punkten angebrachten elektrischen Widerständen.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Apparate zur Temperaturregelung und -Messung.
Sie kann auch zur Aufrechterhaltung einer vorherbestimmten Temperaturdifferenz zwischen
zwei Punkten oder zur Messung der Temperaturdifferenz zwischen zwei Punkten benutzt
werden. Sie hat besonderen Nutzen in Verbindung mit elektrischen Meßvorrichtüngen
für Dampf, Gas oder Luft, von denen Fig. z der Zeichnung ein Schema zeigt.
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Meßvorrichtungen dieser Art beruhen auf nachstehender Grundlage.
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Wenn der zur Erhitzung eines Gases erforderliche Betrag an elektrischer
Energie konstant bleibt, so ist die dadurch. hervorgebrachte Temperaturerhöhung
umgekehrt proportional der Menge des durchströmenden Gases. Bei einer späteren Ausführungsform
der Meßvorrichtung beruht die Wirkung darauf, daß die Menge des strömenden Gases,
sofern die inForm vonWärme abgegebene elektrische Energie zwecks Erhaltung einer
konstanten Temperaturzunahme im Gase automatisch- geregelt wird, der so abgegebenen
Energie proportional ist. In beiden Fällen wird die Wärme mittels eine elektrischen
Widerstandsrostes abgegeben, auf dessen jeder Seite ein weiterer Rost oder ein Widerstandsthermometer
angeordnet ist, um-die Temperatur des Gases vor und nach der Erhitzung zu regeln
oder zu messen.
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Wenn das durch die hIeßvorrichtung strömende Gas immer annähernd dieselbe
Temperatur vor der Erhitzung besitzt, so zeigt die Meßvorrichtung genau an. Wenn
sie aber innerhalb eines weiten Bereichs von Temperaturschwankungen arbeiten soll,
so werden die Angaben ungenau. Dies beruht darauf, .daß die Widerstandsdrähte, welche
vorzugsweise aus Nickel. bestehen, ihren Widerstand nicht genau proportional der
Temperaturerhöhung steigern. Mit anderen Worten: der Wert der Widerstandszunahme
pro Grad Temperaturerhöhung wächst bei steigender Temperatur. Nach der Erfindung
wird diese Ungenauigkeit beseitigt, indem ein Hilfswiderstand vorgesehen ist, welcher
derselben Temperatur wie das eine der Thermometer ausgesetzt wird und so seinen
Wert ändert, daß die oben beschriebene auf der Arbeit der Maßvorrichtung innerhalb
eines weiten Bereichs von Temperaturen beruhende Schwankung aufgehoben oder ausgeglichen
wird.
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Eine fernere Anwendung der Erfindung
liegt darin,
daß ein Hilfswiderstand benutzt wird, um die Fehler zu beseitigen, die sich aus
Schwankungen in der spezifischen Wärme ergeben könnten, sowie aus Schwankungen im
Feuchtigkeitsgehalt des zu messenden Gases. Auf der Zeichnung ist Fig. z ein Schema
des Apparates; Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Ausgleichswiderstand,
Fig. 3 ein Diagramm mit Temperatur-Widerstandskurve.
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Das Gas fließt durch die Leitung i und wird bei seinem Durchgange
durch den Widerstand 2 erhitzt, der über den Querschnitt der Leitung gleichmäßig
verteilt ist. Widerstandsthermometer 3 und 4 sind auf entgegengesetzten Seiten des
Heizwiderstandes angeordnet, um durch ihre Widerstandsschwankungen die Temperatur
des Gases vor und nach der Erhitzung anzuzeigen. Diese Thermometer sind genau gleich,
so daß sie bei gleicher Temperatur auch gleichen Widerstand besitzen.
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Die Widerstände 3 und 4 sind in die beiden Zweige einer. Wheatstone-Brücke
in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise eingeschaltet. Der Heizwiderstand 2
ist mit den Hauptleitungen 5, 6 in Reihe. mit einem Regulierwiderstande 7 verbunden.
Die Wheatstone-Brücke, welche auch aus diesen Hauptleitungen Strom empfängt, besitzt
in ihren anderen beiden Zweigen zwei Widerstände 8 und- g. Ein verstellbarer Widerstand
io ist mit dem Widerstand 4 und ein Hilfswiderstand oder »Temperaturdifferenzwiderstand«
ii mit dem Widerstand 3 -in Reihe geschaltet. Ein zweiter Widerstand 12 ist
ebenfalls mit dem Widerstand 3 in Reihe geschaltet. Ein Schalter z3 ist vorgesehen,
um den Hilfswiderstand ii auszuschalten. Der Schalthebel ist breit genug, um in
der Querrichtung die feststehenden Kontakte zu überbrücken, so daß der Stromkreis
der Wheatstone-Brücke niemals vollständig geöffnet wird.
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Wenn das Gas erhitzt wird, so wird die Differenz im Widerstande der
beiden Thermometer g und 4 durch den Widerstand ii ausgeglichen, der in der aus
der Zeichnung ersichtlichen Weise geschaltet ist. Der Widerstand 7 wird automatisch
durch geeignete, hier nicht näher zu beschreibende Mittel geregelt, um die Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Thermometern konstant zu halten.
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Wenn die Meßvorrichtung nicht wirkt, so ist der Heizungsstromkreis
geöffnet und der Widerstand ii durch den Schalter 13 kurzgeschlossen. Zwecks Benutzung
der Meßvorrichtung wird die Whentstone-Brücke durch den regelbaren Widerstand io
ausgeglichen; der Ausgleich wird durch das Galvanometer 14 angezeigt. Bei der Arbeit
der Meßvorrichtung ist der zum Widerstande des Thermometers 3 zugeschaltete Widerstand
i= gerade ausreichend; um den Gesamtwiderstand bis zur Höhe desjenigen des heißeren
Thermometers 4 zu steigern, und dementsprechend ist hierbei die Wheatstone-Brücke
ebenfalls ausgeglichen. Irgendeine Abweichung von der vorher bestimmten konstanten
Temperaturdifferenz bewirkt eine Störung des Ausgleichszustandes des Systems, worauf
die an das Gas abgegebene Wärme zwecks Wiederherstellung des Ausgleiches automatisch
geregelt wird. Da das Bestreben nach Schwankungen in der Temperaturdifferenz durch
Schwankungen in der Menge des zufließenden Gases hervorgerufen wird, so ist ersichtlich
die abgegebene Energiemenge ein Maß für die Strömung des Gases unabhängig von den
Schwankungen in der Temperatur und im Druck des Gases. Vermöge Anwendung eines geeigneten
Wattmeters kann die durchströmende Menge automatisch aufgezeichnet werden.
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Wird, wie meist, Nickeldraht zur Herstellung der 'Thermometer verwendet,
so steigert sich ebenso wie bei Verwendung der meisten anderen' Metalle der Widerstand
für eine gegebene Tem-. peraturzunahme bei höherer Temperatur mehr als bei niederer.
Wenn die Temperatur des zuströmenden Gases stets dieselbe ist, so zeigt das Thermometer
genau. Ist aber die Temperatur des zuströmenden Gases manchmal hoch und manchmal
niedrig, so ergibt sich eine gewisse Ungenauigkeit, weil die Nickelthermometer zu
verschiedenen Zeiten in verschiedenem Temperaturbereich arbeiten. Mit anderen Worten
hierbei entspricht eine konstante Temperaturdifferenz zwischen den beiden Thermometern
nicht genau einem bestimmten Widerstandswerte in allen Bereichen. _ Dieser Sachverhalt
wird durch Fig. 3 veranschaulicht, in welcher die Temperatur-Widerstandskurve von
Nickel dargestellt ist. Es zeigt sich hier, daß eine. Temperaturzunahme von 6o auf
62° (Punkt A) einer geringeren Widerstandsänderung entspricht als eine Temperaturzunahme
von 8o auf 82° (Punkt B). Für einige Stoffe fällt bei steigender Temperatur der
Betrag der Widerstandszunahme. Die Kurve eines solchen Metalls ist in Fig. 3 punktiert
angedeutet, da die Thermometer auch aus solchem Material hergestellt- sein könnten.
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Der Hilfswiderstand ix besteht aus einem Material, das seinen Widerstand
in solcher Weise ändert, daß wenn der Widerstand ii zum Widerstand des Thermometers
`3 zugeschaltet wird, der Gesamtwiderstand im gesamten Arbeitsbereich der Meßvorrichtung
dem Widerstand des Thermometers 4 gleich ist. Mit anderen Worten: Der Widerstand
11 gleicht die auf der Anwendung der Nickelthermometer beruhenden Schwankungen aus:
Der Widerstand ii kann beispielsweise auf Nickel und Mangan bestehen, deren Mengenverhältnis
j e nach Bedarf geregelt wird. Dieser
Widerstand kann so, wie in
Fig. 2 dargestellt, angebracht werden. Hierbei besteht das Gehäuse aus einem in
die Wand i des Kastens der Meßvorrichtung eingeschraubten Kopf 15, in welchen ein
Metallrohr 16 eingeschweißt ist. Dieses ist durch einen Metallpflock 17 verschlossen.
Der Widerstand ist auf einer Stange 18 angebracht, die durch Öffnungen in Isolierscheiben
ig, 2o hindurchgeht. Die Leiter 21 sind bei ihrem Durchgange durch die Scheiben
versetzt; ihre Enden sind an den Widerstand angeschlossen. Die anderen Enden der
Leiter gehen durch Isolierscheiben 22, 23 hindurch und sind mit äußeren Leitern
24 verbunden. Der Zwischenraum zwischen den letzterwähnten Scheiben ist vorzugsweise
mit einer Isoliermasse ausgefüllt. Der Widerstand kann bei dieser Anordnung an einem
beliebigen Punkte des Gehäuses der Meßvorrichtung angebracht und bequem entfernt
werden. Er ist der direkten Berührung mit dem Gase entzogen. Da die Leiter vom Schalter
13 zum Widerstand ii dieselbe Länge besitzen, so gleichen sich ihre Widerstände
gegenseitig aus, und dementsprechend kommt durch Umstellung des Schalters kein Fehler
in die Angaben der Meßvorrichtung hinein, wenn die Thermometer ausgeglichen sind
oder die Meßvorrichtung benutzt wird.
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Da die spezifische Wärme mancher Gase unter verschiedenen Temperaturen
usw. schwankt, so würden sich hieraus für gewöhnlich Fehler ergeben, diese können
aber durch den Hilfswiderstand ii ausgeglichen werden. Beispielsweise kann durch
geeignete Bemessung dieses Widerstandes die Temperaturdifferenz um denselben Prozentsatz
vermindert werden, um welchen die spezifische Wärme wächst. Schwankungen im Wasserdampfgehalt
des Gases können ebenso wie Schwankungen, die auf anderen die spezifische Wärme
verändernden Ursachen beruhen, in derselben Art ausgeglichen werden.
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Die Erfindung kann zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Temperaturdifferenz
zwischen irgendwelchen zwei Punkten benutzt werden. Beispielsweise kann ein Ofen
geregelt werden, so daß seine Temperatur dauernd eine bestimmte Höhe über der Außentemperatur
beibehält. Die Regelung des Widerstandes des Stromkreises eines der Thermometer
kann auch von Hand oder automatisch statt durch einen Hilfswiderstand bewirkt werden.