DE4138460A1

DE4138460A1 - Vakuumdicht gekapseltes thermoelement

Info

Publication number: DE4138460A1
Application number: DE19914138460
Authority: DE
Inventors: Dittmar Dipl Ing Winterhagen; Martin Dr Ing Turwitt; Thomas Jansing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2011-11-23
Also published as: JPH07501144A; DE4138460C2; EP0613551A1; WO1993010427A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen innerhalb eines Schutzrohres angeordnetes Thermoelement.

Derartige Elemente, die aus zwei an zwei Stellen miteinander verlöteten, üblicherweise Drahtform aufweisenden Stücken aus verschiedenen Metallen bzw. Metallegierungen bestehen, werden zu Temperaturmessungen verwendet, da in ihnen eine der Temperatur proportionale Spannung, die sogenannte Thermospannung, erzeugt wird, wenn die beiden Lötstellen verschiedenen Temperaturen ausgesetzt werden. Zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen ist ihre Anordnung innerhalb eines Schutzrohres üblich. Bei Auswahl geeigneter Materialien, z. B. einer Platin-Rhodium/Platin-Rhodium-Paarung (mit jeweils unterschiedlichen Legierungsanteilen) können Messungen bis zu ca. 1820°C durchgeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Thermoelement, das jenseits der genannten Temperatur auch in oxidierender Atmosphäre eingesetzt werden kann, nachdem jetzt elektrische Heizer zur Verfügung stehen, mit deren Hilfe höhere Temperaturen im praktischen Betrieb erreicht werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß das Schutzrohr aus einer transparenten Keramik oder einem transparenten Oxidkristall mit einem Schmelzpunkt oberhalb der zu messenden Temperatur besteht. Als geeignete Werkstoffe, die sowohl die erforderliche Temperaturfestigkeit aufweisen als auch im Infrarotbereich des elektromagnetischen Wellenspektrums die erforderliche Durchlässigkeit aufweisen, kommen z. B. Saphir oder Zirkonoxid-Einkristalle in Frage. Diese Werkstoffe weisen neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit eine gute mechanische Festigkeit auf und bieten dem Durchgang der Wärmestrahlung kein nennenswertes Hindernis.

Die das Thermoelement bildenden Drähte werden innerhalb des Schutzrohres zweckmäßigerweise gehaltert, um ihre Widerstands fähigkeit gegen mechanische Einwirkungen von außen zu erhöhen, insbesondere ein Kurzschließen zu vermeiden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind auch diese Halterungen aus der gleichen Keramik wie das äußere Schutzrohr hergestellt. Beeinträchtigungen der Warmfestigkeit, die sonst durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen zweier Materialien auftreten könnten, werden so vermieden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Schutzrohr evakuiert und vakuumdicht verschlossen. Die Korrosion der Thermoelemente wird so vermieden.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Atmosphäre innerhalb des Schutzrohres inert, und besteht z. B. aus Argon, Helium oder anderen Gasen. Auch so werden die Drähte des Thermoelementes vor Korrosion geschützt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Schutzrohr aus einem Einkristall bzw. ist aus ihm herausgearbeitet. Aus den o. g. Stoffen lassen sich ohne besondere Schwierigkeiten Einkristalle benötigter Größe züchten, die gegebenenfalls mittels geeigneter Verfahren, z. B. durch Ultraschallbohren, formgebend bearbeitet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt diese das erfindungsgemäße Thermoelement im Axiallängsschnitt.

Es besteht aus zwei Drähten 1, 2 aus Platin/Rhodium- Legierungen oder Wolfram/Rhodium-Legierungen für den Einsatz bei höheren Temperaturen. Diese sind an einer Lötstelle 3 miteinander verbunden. Die Drähte 1, 2 sind in Halterungen 4 gelagert und diese wiederum in einem Schutzrohr 5. Halterungen 4 und Schutzrohr bestehen z. B. aus Aluminiumoxid, und sind vorzugsweise aus einem Einkristall (Saphir) dieses Stoffes herausgearbeitet. Das Schutzrohr 5 ist an seinem oberen Ende mit einem Deckel 6 aus jeweils einem hochtemperaturbeständi gen, aber nicht notwendigerweise für Wärmestrahlung besonders durchlässigen Stoff vakuumdicht verschlossen. Die Drähte 1, 2 werden durch Bohrungen im Deckel 6 nach außerhalb und schließlich zu hier nicht gezeigten Anzeigegeräten für die durch die Einwirkung der Wärme auf die erste Lötstelle 3 erzeugte Thermospannung geführt, z. B. zu einem Drehspulgalva nometer. Die Halterungen 4 sind zweckmäßigerweise am Deckel 6 angelötet, und ebenso wird letzterer mit dem Schutzrohr 5 verbunden. Wegen der erforderlichen Isolierung der Drähte 1, 2 finden hierfür vorzugsweise Glaslote Verwendung, doch ist auch die Verwendung von keramischen Loten bzw. Klebern möglich.

Claims

1. Innerhalb eines Schutzrohres (5) angeordnetes Thermoelement (1 bis 3), dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (5) aus einer transparenten Keramik oder einem transparenten Oxidkristall besteht.

2. Thermoelement (1 bis 3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es innerhalb des Schutzrohres (5) in Halterungen (4) aus einer transparenten Keramik oder einem transparenten Oxidkristall gehaltert ist.

3. Thermoelement (1 bis 3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr evakuiert und vakuumdicht verschlossen ist.

4. Thermoelement (1 bis 3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre innerhalb des Schutzrohres (5) inert ist.

5. Thermoelement (1 bis 3) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Einkristall besteht bzw. herausgearbeitet ist.