DE4138460C2 - Innerhalb eines Schutzrohres angeordnetes Thermoelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen innerhalb eines Schutzrohres angeordnetes Thermoelement.

Derartige Thermoelemente, 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. Dieses kann auch aus einer Keramik bestehen (vgl. DE-B-20 21 044) oder aus einem Oxidkristall (vgl. DE-A-14 89 263), freilich nur in Gestalt einer Agglomeration von ggf. je für sich kristallinen Partikeln. Im herkömmlichen Sinne sind diese Schutzrohre nicht transparent, insbesondere nicht für Infrarotstrahlung; der Wärmeübergang an das Thermoelement geschieht ausschließlich durch Wärmeleitung durch das Schutzrohr hindurch, was zu erheblichen Zeitverzögerungen beim Ansprechen führt und infolge der Trägheit des Vorganges eine Verfolgung rascher Temperaturschwankungen unmöglich macht. 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. Aus der VDI-Zeitschrift 1969, Nr. 24, S. 1706-1712 ist es auch bekannt, die heiße Lötstelle des Thermoelements in einer Atmosphäre aus neutralem Schutzgas anzuordnen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Thermoelement, das jenseits der genannten Temperatur auch in oxidierender Atmosphäre eingesetzt werden kann und das eine geringe Zeitverzögerung beim Ansprechen auf Wärmestrahlung aufweist, so daß rasche Temperaturschwankungen verfolgt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß das Schutzrohr aus einer in Form eines Einkristals vorliegenden transparenten Keramik oder einem transparenten Oxidkristall besteht.

Der Schmelzpunkt des Einkristalls bzw. des Oxidkristalls muß oberhalb der zu messenden Temperatur liegen. 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. Aus den genannten Stoffen lassen sich ohne besondere Schwierigkeiten Einkristalle benötigter Größe züchten, die gegebenenfalls mittels geeigneter Verfahren, z. B. durch Ultraschallbohren, formgebend bearbeitet werden können.

Die das Thermoelement bildenden Drähte werden innerhalb des Schutzrohres zweckmäßigerweise gehaltert, um ihre Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Einwirkungen von außen zu erhöhen, insbesondere ein Kurzschließen zu vermeiden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen auch diese Halterungen aus einer transparenten Keramik oder einem Oxidkristall. Wenn hierbei für die Halterung das gleiche Material wie für das Schutzrohr verwendet wird, werden Beeinträchtigungen der Warmfestigkeit, die sonst durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen zweier Materialien auftreten könnten, 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt diese das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Thermoelements 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 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 (4)

1. Innerhalb eines Schutzrohres (5) angeordnetes Thermoelement (1 bis 3), dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (5) aus einer in Form eines Einkristalls vorliegenden, 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.