DE4118549C2 - Pyrometer und ein Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Pyrometer, das für präzise Messungen von Temperaturen von Materialien, die auf Temperaturen über 1000°C erhitzt sind, wie geschmolzenes Metall oder Glas verwendbar ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Pyrometers.

In der Vergangenheit bestand ein Schutzrohr für einen Platin- oder Platin- Rhodium-Draht, der für ein übliches Pyrometer oder Strahlungsthermometer verwendet wurde, vorwiegend aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von höchstens etwa 99,7%. Im allgemeinen wird das Schutzrohr an einem Abschlußende verschmolzen, um ein U-förmiges Rohr wie ein Testrohr zu bilden, in das ein Temperaturmeßwiderstandselement eingesetzt wird, das den Platin- oder Platin-Rhodium-Draht umfaßt. Solch ein herkömmliches Aluminiumoxid- Schutzrohr ist mit Siliziumdioxid oder einem ähnlichen Bindemittel verfestigt. Beim Erhitzen eines derartigen Rohres auf eine Temperatur über 800°C wird deshalb ein Gas von den Verunreinigungen, die in dem Aluminiumoxid und/oder in dem Bindemittel enthalten sind, abgegeben, das den Platin- oder Platin- Rhodium-Draht verunreinigt, wodurch seine Temperaturcharakteristiken verschlechtert werden. Wenn Aluminiumoxid eine hohe Reinheit von 99,9% oder mehr aufweist, wird kein Verunreinigungsgas von ihm abgegeben werden, selbst wenn es auf eine Temperatur oberhalb 800°C erhitzt wird. Wenn andererseits ein Schutzrohr für das Temperaturmeßelement aus solch einem hoch-reinen Aluminiumoxid hergestellt werden soll, kann das Rohr, dessen beide Abschlußenden offengelassen sind, leicht hergestellt werden, aber ein Rohr, dessen eines Abschlußende geschlossen ist, kann kaum erhalten werden, weil kein Bindemittel in das Aluminiumoxid inkorporiert ist. Wenn hier doch ein Bindemittel in solch ein hoch-reines Aluminumoxid inkorporiert wird, neigt ein daraus hergestelltes Rohr dazu, daß es sich bei hohen Temperaturen biegt, und es kann beim schnellen Erhitzen oder Abkühlen brechen. Weiterhin kann Luft von außen in das Rohr eindringen, so daß die Gefahr besteht, daß das Temperaturmeßelement mit Verunreinigung, die in der Luft enthalten sind, verschmutzt wird. Selbst wenn dieses Problem gelöst werden könnte, indem das Verfahren unter Vakuum durchgeführt wird, bleibt als entgegenstehender Nachteil, daß ein Rohr mit einer gleichmäßigen Qualität, von dem beide Abschlußenden durch Schmelzen verschlossen sind, nicht mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann.

Unter diesen Umständen besteht ein großer Bedarf an der Entwicklung eines Pyrometers neuen Typs, bei dem die Nachteile der herkömmlichen Pyrometer beseitigt sind und das unter Verwendung eines hoch-reinen Aluminiumoxid- Schutzrohres hergestellt wird, welches keine Gefahr der Verunreinigung mit sich bringt.

Die US-4,724,428 offenbart ein Thermoelement, das von einer doppelten Ummantelung umgeben ist. Die beiden Ummantelungen bestehen vorzugsweise aus keramischen Material, wie z. B. Aluminium, das aber nicht näher spezifiziert ist.

Die US-5,069,553 offenbart eine schützende Umhüllung für ein Thermoelement zur kontinuierlichen Messung. Das einliegende Thermoelement ist von einem inneren Isolator umgeben, der aus Aluminium mit einer Reinheit von 99,8% besteht. Der Raum zwischen dem Isolator und der schützenden Umhüllung ist mit Aluminiumpulver gefüllt.

Die US-4,377,347 offenbart ein Verfahren zur Temperaturmessung geschmolzener Metalle. Zu diesem Zweck ist ein Thermoelement, das durch Kombination von Platin- und Platin Rhodium Drähten gebildet ist, in einem schützenden Aluminiumrohr angeordnet, wobei das Aluminiumrohr zusätzlich mit Keramikfasern und einem Quarzglas umgeben ist.

Die deutsche Auslegeschrift DE 23 27 557 B2 beschreibt ein herkömmliches Mantelthermoelement, bei dem das Thermoelement von einem äußeren und einem inneren Edelstahlmantel umgeben ist. Zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel ist pulverförmiges Aluminiumoxid eingefüllt.

Desweiteren ist aus der GB 207 83 72 A1 ein Temperaturmeßelement bekannt, dessen Ummantelungsschicht aus Aluminiumoxid besteht.

Ein Pyrometer der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art ist aus der japanischen Gebrauchsmusterschrift JP 60-1112434 bekannt.

Die aus den zuvor genannten Druckschriften bekannten Temperaturmeßelemente sind ebenfalls mit den weiter oben beschriebenen Nachteilen behaftet.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Pyrometer zu schaffen, bei dem ein Platin- oder Platin-Rhodium- Temperaturmeßwiderstandselement verwendet wird und bei dem die verschiedenen vorstehend beschriebenen Nachteile ähnlicher herkömmlicher Pyrometer nicht vorhanden sind. Die Aufgabe besteht also darin, ein Pyrometer, bei dem ein Platin- oder Platin-Rhodium-Widerstandselement verwendet wird, zu schaffen, bei dem Aluminiumoxid hoher Reinheit von 99,9% oder mehr als Baumaterial verwendet wird, um zu verhindern, daß das Element kontaminiert, um seine Temperaturcharakteristiken bei hohen Temperaturen zu stabilisieren.

Schließlich ist es auch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Pyrometers anzugeben, bei dem ein Schutzrohr aus Aluminium mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr ohne Verwendung irgendeines Bindemittels geschaffen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Pyrometer geschaffen, das einen Halteabschnitt, der mit einem Temperaturmeßwiderstandselement und einem Schutzrohr, dessen eines Abschlußende durch Verschmelzen verschlossen ist, umfaßt und das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Temperaturmeßwiderstandselement im wesentlichen aus einem Platin- oder Platin- Rhodium-Widerstansdraht besteht und daß der Halteabschnitt und das Schutzrohr im wesentlichen aus Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr bestehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Pyrometers angegeben, das das Einstecken eines Aluminiumoxidrohres mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr, dessen beiden Enden offen sind, in einen Halter mit einem inneren Durchmesser, der größer als der äußere Durchmesser des Aluminiumrohres ist, auf eine solche Weise, daß ein Ende des Aluminiumoxidrohres über eine vorgegebene Länge aus dem Halter herausragen kann, um einen verlängerten Abschnitt zu bilden, das Erhitzen des Halters von außen, um das Aluminiumoxidrohr auf einer vorherbestimmten Temperatur zu halten, und das nachfolgende Verschmelzen des Endes von den herausragenden Abschnitt des Aluminiumoxidrohres durch Erhitzen desselben mit einem Brenner, während die Luft in dem Aluminiumoxidrohr von dem anderen Ende des Aluminiumoxidrohres abgesaugt wird, umfaßt.

Es ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung, daß der als Temperaturmeßwiderstandselement verwendete Platin- oder Platin-Rodium- Widerstandsdraht nicht kontaminiert wird und seine Temperaturcharakteristiken bei einer hohen Temperatur stabil beibehält, da die Baumaterialien für ein derartiges Pyrometer nach der Erfindung aus Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von wenigsten 99,9% bestehen.

Es ist auch ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß ein Aluminiumoxidrohr mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr an seinem Endabschnitt verschlossen wir, ohne daß irgendein Bindemittel verwendet wird, indem der Endabschnitt lokal verschmolzen wird, während die Luft aus dem Rohr abgesaugt wird. Das Verschmelzen des Abschlußendes eines Aluminiumrohres hoher Reinheit ohne Verwendung eines Bindemittels wird bei der Herstellung des Schutzrohres des Pyrometers, in das Temperaturmeßwiderstandselement eingesetzt wird, angewandt.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Längsquerschnittsansicht, die ein Beispiel des Pyrometers dieser Erfindung zeigt, wobei das Teil für die Anzeige des Messung weggelassen ist,

Fig. 2(a)-(c) schematische Ansichten des Temperaturmeßwiderstandselementes, das in dem Pyrometer von Fig. 1 verwendet wird, wobei Fig. 2(a) die Vorderansicht des Elementes zeigt, wie man sie von der linken Seite sieht, Fig. 2(b) eine perspektivische Ansicht des Elementes zeigt, wenn man von der linken Seite schaut, und Fig. 2(c) eine Vorderansicht des Elementes zeigt, wie man es von der rechten Seite sieht,

Fig. 3(a)-3(b) Querschnittsansichten, die das Verfahren zur Bildung eines geschlossenen Abschnittes an dem Abschlußende eines Schutzrohres für das Pyrometer zeigen, das aus einem Aluminiumoxid hoher Reinheit, welches kein Bindemittel enthält, hergestellt ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die ein anderes Verfahren zur Bildung eines geschlossenen Abschnittes an dem Abschlußende eines Schutzrohres für das Pyrometer zeigt, welches aus einem Aluminiumoxid hoher Reinheit, das kein Bindemittel enthält, hergestellt ist, und

Fig. 5 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Widerstand und der Temperatur zeigt, die jeweils in den experimentellen Beispielen 1 bis 3 erhalten worden ist, wobei der Temperaturkoeffizient mit einem Platindraht in einem Schutzrohr für das Pyrometer, das aus Aluminiumoxid mit verschiedenen Reinheiten hergestellt worden ist, gemessen worden ist.

Das Meßgerät und der Anzeigeabschnitt des Pyrometers und der Meßmechanismus des Pyrometers dieser Erfindung sind herkömmlicher Art, aber der Temperaturmeßabschnitt, an dem der Platin- oder Platin-Rhodium-Draht eingebaut ist, ist bei der vorliegenden Erfindung besonders ausgelegt, und zwar so, daß dieser Abschnitt aus Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr hergestellt ist.

Es kann irgendein Typ Aluminiumoxid, zum Beispiel α-Aluminiumoxid, β- Aluminiumoxid und/oder γ-Aluminiumoxid als Baumaterialien für das Pyrometer dieser Erfindung verwendet werden, solange dessen Reinheit wenigstens 99,9% beträgt. Es besteht keine Einschränkung für die Teilchengröße des Aluminiumoxids. Derartiges Aluminiumoxid ist kommerziell erhältlich.

Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden aus der folgenden Beschreibung, bei der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1 zeigt vollständig ein Beispiel des Temperaturmeßabschnittes des Pyrometers dieser Erfindung. Das Bezugszeichen 1 ist ein Temperaturmeßabschnitt des Pyrometers, 2 ist ein Temperaturwiderstandselement, 3 ist ein Temperaturmeßwiderstandsdraht, zum Beispiel ein Platin- oder Platin-Rhodium-Draht mit einem Durchmesser von 0,15 mm, 4 bezeichnet einen Zuleitungsdraht, 5 ist ein Halterungsteil, das vorwiegend aus Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr hergestellt ist, 6 ist ein Schutzrohr, das vorwiegend aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% hergestellt ist, 7 bezeichnet einen geschlossenen Abschnitt, der an einem Abschlußende des Schutzrohres 6 und durch Schmelzen ausgebildet worden ist, und 8 ist ein pulverförmiges Material, das in den Raum zwischen dem Schutzrohr 6 und dem Temperaturmeßwiderstandselement 2 gepackt ist zum Fixieren des Temperaturmeßwiderstandselementes 2 in dem Schutzrohr 6 und besteht normalerweise vorwiegend aus Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von wenigstens 99,9%. Der (nicht gezeigte) Meß- und Anzeigeabschnitt des Pyrometers ist mit dem Temperaturmeßabschnitt 1 durch den Zuleitungsdraht 4 verbunden.

In den Fig. 2(a)-2(c), die das Temperaturmeßwiderstandselement 2 zeigen, wobei die verwendeten Bezugszeichen die gleichen Bedeutungen wie in Fig. 1 besitzen, sind der Platin- oder Platin-Rhodium-Draht 3 und der Zuleitungsdraht 4 in Serie verbunden, um einen einzigen Draht zu bilden. Der Verbindungspunkt beider Drähte ist als ein schwarzer Punkt dargestellt. Das Bezugszeichen 9 ist ein Durchgangsloch, das in Längsrichtung des Halteabschnitts 5 ausgeformt ist, um ihn mit dem Platin- oder Platin-Rhodium-Draht 3 und dem Zuleitungsdraht 4 zu versehen. Dieses Temperaturmeßwiderstandselement 2 wird hergestellt durch Einstecken des Platin- oder Platin-Rhodium-Drahtes 3 und des Zuleitungsdrahtes 4, die etwas länger als der Halterungsteil 5 sind, in die jeweiligen Durchgangslöcher 9 und durch Verschweißen jedes Paares aus dem Platin- oder Platin-Rhodium-Draht 3 und dem Zuleitungsdraht 4, die aus den Durchgangslöchern 9 jeweils vorstehen, um einen einzigen Draht zu bilden, wie es in den Fig. 2(a)-2(c) gezeigt ist.

Das auf diese Weise hergestellte Temperaturmeßwiderstandselement 2 wird in das Schutzrohr 6 gesteckt und das pulverförmige Material 8 wird dann in das Schutzrohr 6 gegeben, um das Element zu fixieren, wodurch der Temperaturmeßabschnitt 1 des Pyrometers hergestellt ist.

Entsprechend dem Temperaturmeßabschnitt 1 dieses Aufbaues sind all die Materialien, die den Platin- oder Platin-Rhodium-Draht 3 haltern, Aluminiumoxid mit einer so hohen Reinheit wie 99,9% oder höher, so daß keine schädliche gasförmige Substanz abgegeben wird, selbst wenn die Temperatur hoch ist, und die Charakteristiken des Platin- oder Platin-Rhodium-Drahtes 3 werden deshalb nicht verändert oder schwanken. Der Raum zwischen dem Schutzrohr 6 und dem Temperaturmeßwiderstandselement 2 kann auch nicht mit pulverförmigem Material 8 ausgefüllt werden. In diesem Falle kann das Temperaturmeßwiderstandselement 2 innerhalb des Schutzrohres 6 durch einen oder mehrere O-Ringe gehalten werden, die aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% hergestellt sind.

Das Schutzrohr 6, d. h. ein Aluminiumoxidrohr hoher Reinheit, das in dem Temperaturabschnitt 1 verwendet wird, kann hergestellt werden durch Schließen des Aluminiumoxidrohres an seinem einen Abschlußende durch Verschmelzen nach einem spezifischen Verfahren, das nachfolgend beschrieben wird, ohne daß irgendein Bindemittel zu Hilfe genommen werden muß.

In Fig. 3(a), die ein Verfahren zum Bilden des geschlossenen Abschnittes an einem Abschlußende des Schutzrohres 6 für das Pyrometer durch Schmelzen erläutert, hat das Bezugszeichen 6 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1, 6a ist ein Abschlußende des Schutzrohres 6, dessen beiden Enden offengelassen sind, 6b ist das andere Abschlußende des Schutzrohres 6 und ist mit einem Halteteil 11 für das Schutzrohr 6 verbunden, 6c ist ein Teil des Schutzrohres 6, das um eine vorgegebene Länge von einem Halter 12 vorsteht, wobei der Halter 12 das Schutzrohr 6 in einem gewissen Abstand abgedeckt, 13 ist ein Brenner zum Erhitzen des Halters 12 und 14 ein Brenner zum Erhitzen des Abschlußendes 6a. Es wird eine Vielzahl von Brennern 13 verwendet zum Erhitzen des Halters 12 von außen, um das Schutzrohr 6 indirekt zu erhitzen, um dadurch zu verhindern, daß es reißt. Der Brenner 14 wird zum Erhitzen des Abschlußendes 6a des Schutzrohres 6 verwendet, um einen geschlossenen Abschnitt durch Schmelzen zu bilden. Im allgemeinen wird ein übliches Aluminiumoxidrohr für den Halter 12 und für das Halteteil 11 verwendet, aber für das Halteteil 11 kann ein Rohr verwendet werden, das aus einem anderen Material hergestellt ist.

Gemäß dem Verfahren, das durch Fig. 3(a) erläutert wird, wird das Schutzrohr 6 an dem Abschlußende 6b dich das Halteteil 11 gehaltert und dann in einen Halter 12 mit einem Durchmesser, der größer als der des Schutzrohres 6 ist, auf solch eine Weise eingesteckt, daß ein Abschnitt, der das Abschlußende 6a umfaßt, um eine vorgegebene Länge von dem Halter 12 vorstehen kann, um den Abschnitt 6c zu bilden. Das Abschlußende 6a wird durch den Brenner 14 erhitzt und zur gleichen Zeit wird die Luft in dem Schutzrohr 6 in der Richtung A, die durch den Pfeil markiert ist, abgesaugt, während der Halter 12 von außen mit mehreren Brennern 13 erhitzt wird, um das Schutzrohr 6 indirekt zu erhitzen, wodurch sein Reißen oder Brechen verhindert wird.

Fig. 3(b) zeigt das Abschlußende 6a in diesem Zustand. Durch Erhitzen des Abschlußendes 6a des Schutzrohres 6 mit dem Brenner 14 unter Absaugung der Luft aus dem Schutzrohr 6 wird das Aluminiumoxid an dem Abschlußende 6a ringförmig geschmolzen und nach innen gezogen, um einen geschlossenen Abschnitt 7 ohne Verwendung irgendeines Bindemittels zu bilden.

Fig. 4 zeigt ein anderes Verfahren zum Bilden des geschlossenen Abschnittes 7, wobei das Abschlußende 6a des Schutzrohres 6 mit einer Aluminiumoxidkappe 15 mit einer hohen Reinheit von wenigstens 99,9% bedeckt ist, und das Abschlußende 6a wird mit dem Brenner 14 erhitzt, während die Luft aus dem Schutzrohr 6 in der Richtung A, die durch den Pfeil angegeben ist, abgesaugt wird. Die Kappe 15 wird mit dem Abschlußende 6a durch Schweißen auf diese Weise verschmolzen, um den geschlossenen Abschnitt 7 an dem Ende des Rohres zu bilden.

Wenn das Verschweißen des Schutzrohres 6 an dem Abschlußende 6a ohne Absaugen von Luft aus dem Schutzrohr 6 durchgeführt wird, schlägt sich das geschmolzene Aluminiumoxid auf der Außenseite des Schutzrohres 6 so nieder, daß das Schließen des Schutzrohres 6 an dem Abschlußende 6a unmöglich wird. Wenn andererseits das Verschweißen der Kappe 15 ohne Absaugung der Luft aus dem Schutzrohr 6 durchgeführt wird, wird nur ein oberflächlicher Teil der Kappe 15 verschweißt werden, so daß das Verschweißen der Kappe 15 in seiner Gesamtheit unmöglich wird und Risse eventuell während der Verwendung sich bilden können.

Wenn aber das Schweißen durchgeführt wird, während die Luft aus dem Schutzrohr 6 bei dem in Fig. 4 gezeigten Verfahren abgesaugt wird, wird die Saugkraft auf den Raum zwischen dem Abschlußende 6a und der Kappe 15 so ausgeübt, daß die Hitze von dem extern erhitzten Halter 12 und die Flamme des Brenners 14 durch den Raum zwischen dem Abschlußende 6a und der Kappe 15 angesaugt werden, um die Hitze an die Innenseite der Kappe zu übertragen, und deshalb kann das Verschweißen mit guter Wirkung und schnell durchgeführt werden, um das Schutzrohr 6 zu schließen, indem der geschlossene Abschnitt 7 an dem Ende 6a gebildet wird. Dieses Absaugen dient weiterhin dazu, die Außenseite des Schutzrohres 6 gegen jegliches Niederschlagen des geschmolzenen Aluminiumoxids zu schützen und kann auf diese Weise jegliche Nachbehandlung nach dem Schweißen entbehrlich machen.

Unter Verwendung des Temperaturmeßabschnittes 1 des so hergestellten Pyrometers wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um die Temperaturcharakteristiken eines Temperaturmeßwiderstandsdrahtes zu prüfen. Die Ergebnisse der Experimente sind in den folgenden experimentellen Beispielen 1-3 angegeben, wobei ein Platindraht mit einem Durchmesser von 0,15 mm und einem Anfangswiderstandswert von 100.000 Ω/0°C als Temperaturmeßwiderstandsdraht verwendet wurde.

Der Platindraht mit dem oben angegebenen Standard wurde 3 Stunden auf 1100°C erhitzt und dann auf 0°C abgekühlt, wobei der Widerstandswert des Drahtes als 138,5 Ω gemessen wurde.

Der Platindraht, der der vorstehenden Erhitzungs- und Kühlbehandlung unterworfen war, wurde in drei Stücke geschnitten, in drei Aluminiumoxidrohre mit entsprechenden Reinheiten von 99,9%, 99,7% bzw. 99,5% eingesteckt, auf 1100°C erhitzt und dann auf 100°C abgekühlt, und die Widerstandswerte der so behandelten Drähte wurden gemessen, aus denen die Temperatur­ koeffizienten berechnet wurden.

Experimentelles Beispiel 1

Unter Verwendung eines Aluminiumoxidrohres mit einer Reinheit von 99,5% wurde der Platindraht auf 1100°C über 3 Stunden er­ hitzt und die Widerstandswerte wurden beim ersten Mal bei 0°C und 100°C auf die vorstehend beschriebene Weise gemessen. Ein Ergebnis der Messung ist in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Die dem vorstehenden Experiment unterworfenen Proben wurden wiederum 3 Stunden auf 1100°C erhitzt, auf 100°C abgekühlt und der Messung der Widerstandswerte beim zweiten Mal unter­ worfen, wobei die Messung in jeder Probe unmöglich war.

Experimentelles Beispiel 2

Unter Verwendung eines Aluminiumoxidrohres mit einer Reinheit von 99,7% wurde der Platindraht 3 Stunden auf 1100°C erhitzt und die Widerstandswerte wurden beim ersten Mal bei 0°C und 100°C auf die vorstehend geschilderte Weise gemessen. Ein Ergebnis der Messungen ist in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Die dem vorgenannten Experiment unterworfenen Proben wurden wieder 3 Stunden auf 1100°C erhitzt, auf 100°C abgekühlt und der Messung der Widerstandswerte zum zweiten Mal unter­ worfen, wobei die Messung in jeder Probe unstabil war.

Experimentelles Beispiel 3

Unter Verwendung eines Aluminiumoxidrohres mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% wurde der Platindraht 3 Stunden auf 1100°C erhitzt und die Widerstandswerte wurden zum ersten Mal bei 0°C und 100°C auf die oben beschriebene Weise ge­ messen. Ein Ergebnis der Messung ist in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Die dem vorgenannten Experiment unterworfenen Proben wurden wiederum 3 Stunden auf 1100°C erhitzt und auf 0°C abgekühlt, und dieser Betrieb wurde wiederholt. Beim Messen der Wider­ standswerte nach dem wiederholten Heiz- und Kühl-Betrieb wurde bestätigt, daß der Anfangswiderstandswert und der Widerstands­ wert bei hohen Temperaturen stabil waren und die Änderungen in den Werten schwankten nur innerhalb des Bereiches zwischen 0,0001 Ω und 0,0005 Ω.

Bei den vorstehenden Experimenten wurde ein Platindraht, der den JIS-Standard erfüllte, als Temperaturmeßwiderstandsdraht verwendet. Es wurde jedoch ein ähnliches Ergebnis auch in dem Fall der Verwendung eines Platin-Rhodium-Drahtes erhalten, der den JIS-Standard erfüllte.

Als ein Ergebnis der vorstehenden Experimente zeigt sich offensichtlich, daß ein Aluminiumoxidrohr mit einer Reinheit von 99,5% oder 99,7% überhaupt nicht als ein Schutzrohr für ein Pyrometer verwendet werden kann, da die Temperatur­ charakteristiken signifikant während des tatsächlichen Gebrauchs variieren. Im allgemeinen beginnt Verunreinigung von Platin bei einer Temperatur von etwa 600°C, und der Grad der Verunreinigung wird stärker, wenn die Temperatur höher wird. Wenn deshalb die Temperatur wiederholt erhöht oder gesenkt wird, werden sich die Eigenschaften von Platin allmählich ändern, bis der Fall eintritt, daß die Messung des Widerstandswertes unmöglich wird oder daß irgendein Unfall wie ein Zerbrechen des Drahtes auftritt.

Es ist deshalb ganz überraschend, daß die Differenz in der Reinheit des Aluminiumoxidrohres von nur 0,2% eine uner­ wartet bemerkenswerte technische Wirkung bei der Messung des Widerstandswertes des Platindrahtes hervorbringt und Verunreinigung des Platindrahtes verhindert, wodurch seine Temperaturcharakteristiken stabilisiert werden.

Fig. 5 ist eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Widerstandswert und der in den experimentellen Beispielen 1-3 erhaltenen Temperaturen zeigt, wobei die Abszisse die Temperatur in Werten von Grad Celsius angibt, während die Ordinate die Widerstandswerte in Ohm angibt. Die drei Linien für den Fall der Verwendung eines Aluminium­ oxidrohres mit einer Reinheit von 99,5% bzw. 99,7% stehen jeweils für die drei Proben (Proben Nr. 1-3). Nur eine Linie im Falle der Verwendung des Aluminiumoxidrohres mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% bedeutet, daß die ge­ messenen Werte der drei Proben im wesentlichen identisch waren.

Beim Stand der Technik zum Herstellen eines Hochpräzisions- Platin-Temperaturmeßwiderstandselementes ist es verboten, daß ein Widerstandsdraht und ein anderer Widerstandsdraht durch Schweißen verbunden werden, um einen Kreis mit einem gegebenen Widerstandswert zu bilden, aus dem Grund, weil die Charakteristiken von Platin signifikant verändert werden können. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist jedoch ein Aluminiumoxidrohr mit einer hohen Reinheit von wenigstens 99,9% gut kompatibel mit Platindraht und gestattet keine Abgabe von Verunreinigungsgas beim Schweißen. Gemäß dieser Erfindung wird es nun zum ersten Mal möglich, ein Hoch­ präzisions-Platin-Temperaturmeßwiderstandselement herzu­ stellen, ohne daß Platin verunreinigt wird und ohne daß die Charakteristiken des Platins verändert werden.

Um ein Hochpräzisionspyrometer zu erhalten, darf dieses keinen Fehler in der Temperatur haben, oder wenn es einen Fehler hat, muß dieser Fehler so klein wie möglich sein. Weiterhin muß es genau bleiben bei wiederholtem Einsatz. Demzufolge ist ein Stabilitätstest unerläßlich um diese Erfordernisse zu erfüllen. In einem Beispiel für den Stabilitätstest, der für zehn Proben der Platin-Temperaturmeßwiderstandselemente durchgeführt wurde, lag der Fehler in der Temperatur innerhalb des Bereiches von 0,0000°C bis 0,0003°C, als die Proben auf 1200°C über 6 Stunden erhitzt wurden, und die Messung wurde bei einem Tripelpunkt von Wasser (0,01°C) durchgeführt. Was die Stabilität in Übereinstimmung mit JIS-Standard anbe­ langt, da wird beschrieben, daß "der Temperaturmeßteil des Temperaturmeßwiderstandselementes, das getestet werden soll, bei einer maximalen Temperatur in dem Temperaturbereich für tatsächlichen Gebrauch gehalten wird, und vor oder nach diesem Test wird der Temperaturmeßteil in einem Gefrierpunkt- Tester getestet, um irgendeine Veränderung im Fehler bei 0°C zu erhalten". Die Werte in diesem Falle sind definiert als 0,15°C für die Klasse A der Stabilität und als 0,3°C für die Klasse B der Stabilität. Im Vergleich mit den Werten, die in JIS-Standard definiert sind, ist die Stabilität des Platin-Temperaturmeßwiderstandselementes dieser Erfindung in der Tat exzellent. Demzufolge kann behauptet werden, daß das Element dieser Erfindung ein Hochpräzisions-Platin- Temperaturmeßwiderstandselement ist.

Da das Pyrometer dieser Erfindung als Merkmal die Verwendung eines Halteabschnitts und eines Schutzrohres, das aus Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von wenigstens 99,9% hergestellt ist, aufweist, kann das Pyrometer wiederholt zum Messen hoher Temperaturen eingesetzt werden, ohne daß irgendeine Verunreinigung des Platin- oder Platin-Rhodium- Drahtes gestattet wird. Bei dem Pyrometer dieser Erfindung wurde Schwankung im Widerstandswert niemals beobachtet, die durch Verunreinigung oder Kontamination des Temperaturmeß­ widerstandselementes verursacht wird. Demzufolge sind die bei hohen Temperaturen gemessenen Widerstandswerte stabil.

Es ist auch ein technischer Vorteil dieser Erfindung, daß das Pyrometer dieser Erfindung beständig gegen Verschlechterung aufgrund schnellen Erhitzens und Kühlens ist und den Einsatz über eine ausgedehnte Zeitdauer toleriert. Es ist ein weiterer Vorteil, daß das Pyrometer dieser Erfindung zu niedrigeren Kosten als ein Platin-Thermoelement hergestellt werden kann.

Schließlich ist es von Vorteil, daß ein Aluminiumoxidrohr mit einer hohen Reinheit von wenigstens 99,9% ohne Hilfe irgend­ eines Bindemittels fest verschmolzen werden kann, insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, daß ein Aluminiumoxidrohr mit solch einer hohen Reinheit niemals bisher gemäß dem Stand der Technik in Abwesenheit eines Bindemittels verschmolzen werden konnte. Das Verfahren dieser Erfindung kann zusätzlich zu der Anwendung auf die Herstellung eines Schutzrohres für ein Pyrometer dazu verwendet werden, um ein Abschlußende eines Aluminiumoxidrohres für verschiedene andere Zwecke zu verschließen.

Claims (5)

1. Pyrometer, das ein mit einem Temperaturmeßwiderstandselement (2) versehenes Halterungsteil (5) und ein Schutzrohr (6), dessen eines Abschlußende (6a, 7) durch Verschmelzen verschlossen ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturmeßwiderstandselement (2) im wesentlichen aus einem Platin- oder Platin-Rhodium-Widerstandsdraht besteht und daß das Halterungsteil (5) und das Schutzrohr (6) im wesentlichen aus Aluminiumoxid mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr bestehen.

2. Pryometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Temperaturmeßwiderstandselement (2) und dem Schutzrohr (6) mit einem pulverförmigen Material ausgefüllt ist, das vorwiegend aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eine Pyrometers nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit den Verfahrensschritten:
Herstellen eines Schutzrohres, dessen eines Abschlußende durch Verschmelzen ver­ schlossen ist, wobei ein Aluminiumoxidrohr mit einer hohen Reinheit von 99,9% oder mehr, dessen beide Enden offen sind, in einen Halter mit einem inneren Durch­ messer, der größer als der äußere Durchmesser des Aluminiumoxidrohres ist, auf solch eine Weise eingesteckt wird, daß ein Ende des Aluminiumoxidrohres mit einer vorgegebenen Länge aus dem Halter hervorsteht, der Halter von außen erhitzt wird, um das Aluminiumoxidrohr auf einer vorherbestimmten Temperatur zu halten, und danach das Ende des herausragenden Abschnitts des Aluminiumoxidrohres ver­ schmolzen wird, indem es mit einem Brenner erhitzt wird, während die Luft in dem Aluminiumoxidrohr von dem anderen Ende des Aluminiumoxidrohres abgesaugt wird und
Einsetzen eines mit einem Temperaturmeßwiderstandelement versehenen Haltungstei­ les in das Schutzrohr.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Temperaturmeßwiderstandselement und dem Schutzrohr mit einem pulverförmigen Material ausgefüllt wird, das vorwiegend ans Aluminiumoxid mit einer Reinheit von wenigstens 99,9% besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des aus dem Halter herausragenden Abschnitts des Aluminiumoxidrohres mit einer Aluminiumoxidkappe bedeckt wird, die eine Reinheit von wenigstens 99,9% auf­ weist, und mit einem Brenner verschweißt wird, während die Luft in dem Aluminiu­ moxidrohr von dem anderen Ende des Aluminiumrohres abgesaugt wird.