-
Hitzdraht-Meßinstrument. Die Erfindung bezieht sich auf Hitzdrahtmeßgerät
und bezweckt die Verbesserung und weitere Ausbildung des Gerätes nach dem Hauptpatent.
-
Im Hauptpatent ist ein Hitzdrahtmeßgerät zum Messen von Wechselströmen
beliebiger Frequenz, einschliefl:ch der Hochfrequenzen, beschrieben, und es war
gezeigt, daß die Verschiedenheit der Temperaturen zwischen einem Teil des Hitzdrahtes
und einem Stromanschlußstück ein Maß für den Strom abgibt, welcher durch den Hitzdraht
hindurchfließt, vorausgesetzt. daß die beiden Stromanschlußstücke die gleiche Temperatur
besitzen oder dauernd auf der gleichen Temperaturdifferenz gehalten werden, und
weiter vorausgesetzt, daß der Hitzdraht thermisch sehr kurz ist, d. h. daß praktisch
keine Wärme durch Leitung oder Strahlung in die Luft verlorengeht. Im Hauptpatent
ist auch gezeigt, daß diese Beziehung nur für einen kurzen Hitzdraht gilt, aber
nicht allgemein für einen Hitzdraht oder Wärmeleiter von beliebiger Länge erfüllt
ist. Um die Messung von Strom unter Benutzung eins Hitzdrahtes von beliebiger Länge
zu ermöglichen, war in dem Haup;patent eine Ausführungsform angegeben, um eine Kompensation
für die Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Teil des Hitzdrahtes und den Stromanschlußstücken
zu schaffen, welche sich aus den Temperaturschwankungen der Luft und der Stromanschlußstücke
ergibt. Diese Anordnung bestand aus Kompensationsheizstreifen, welche dem Hitzdraht
thermisch äquivalent waren und sich in thermischer Verbindung mit den Stromanschlußstücken
befanden. Das kalte Ende des Thermoelements befand sich dabei in thermischem Kontakt
mit dem Kompensationsheizstreifen. Zur Vereinfachung der Anordnung waren zwei gleichwertige
Kompensationsheizstreifen vorgesehen, und das eine kalte Ende des Thermoelements
war sowohl thermisch als auch elektrisch leitend mit jedem der beiden Kompensationsheizstreifen
verbunden, um eine Stromverbindung von dem Thermoelement nach dem Anzeigeinstrument
herzustellen.
-
Die Erfindung bezieht sich auf weitere Ausführungsformen dieser allgemeinen
Art der Kompensi°rung der Temperaturverschiedenheit zwischen dem heißen Teile des
Heizstreifens und den Stromanschlußstücken. Bei diesen weiteren Ausführungsformen
wird die Kompensation auf eine der folgenden Arten erzielt: i. Gänzlich in den Leitern
des Thermoelements selbst ohne Benutzung von Hilfsleitern, oder z. zum Teil innerhalb
der Leiter des Thermoelements und zum Teil durch Hilfsleiter, oder 3. ausschließlich
durch die Hilfsleiter. Die neuen Ausführungsformen sind auf den befliegenden Zeichnungen
veranschau:icht, und zwar zeigt: ' Abb. i eine der neuen Formen eines Hitzdrahtmeßgerätes.
-
Abb.2 und 3 sind graphische Darstellungen, und Abb. 4 bis 12 zeigen
eine Reihe weiterer Ausführungsformen.
-
In Abb. i sind die Stromanschlußstücke mit i, i bezeichnet, mit welchen
der Heizstreifen 2 verbunden ist. Ein Thermoelement 3, 3 ist so angeordnet, daß
sich sein heißes Ende (Lötstelle) in thermischer Verbindung mit dem Heizstreifen
2 befindet. 8, 8 sind zwei dünne Blätter aus Glimmer oder sonstigem Isolationsmaterial.
Die Drähte 3, 3 des Thermoelements gehen über die Stromanschlußstücke i hinweg,
gegen welche sie durch die isolierenden Zwischen-' lagen 8, 8 isoliert sind und
stehen mit 8, 8 durch Klemmstücke 7, 7 in thermischer Verbindung. Die kalten Enden
4, 4 des Thermoelements ragen in den Luftraum hinein. Die Leitungen 5, 5 und 6,
6, welche von dem Thermoelement nach dem Anzeigeinstrument 9 führen, bestehen aus
dem gleichen Material, vorzugsweise aus Kupfer.
-
Die Abschnitte 4, 4 der Thermoelementdrähte und die Anschlußdrähte
5, 5, welche in den Luftraum hineinragen, müssen hinsichtlich ihres Querschnittes,
ihrer Oberfläche, ihrer Länge und Wärmeleitfähigkeit so berechnet sein, daß sie
zusammen thermisch äquivalent sind dem Teil des Heizstreifens' zwischen dem entsprechenden
Stromanschlußstück
und dem Punkt, mit weichem die Lötstelle des
Thermoelements thermisch verbunden ist, so daß die Temperatur des Stromanschlußstückes,
welche durch die Drähte 4, 5 durch Wärmeleitung fortgeführt wird, die Temperatur
des kalt--n Endes i.o des Thermoelements in demselben Maße beeinflußt, als die Temperatur
des Stromanschlußstückes, welche durch Leitung auf den Heizstreifen wirkt, denjenigen
Punkt des Heizstreifens beeinflußt, mit dem die Lötstelle des Thermoelements verbunden
ist; außerdem muß die umgebende Luft die Temperaturen des kalten Endes des Elements
und des Heizstreifens an dem Berührungspunkt der Lötstelle des Elements auf die
gleiche Weise beeinflussen. Das Thermoel2ment kann nach Belieben aus Drähten oder
Bändern bestehen, weshalb hier die Begriffe Draht und Streifen in Verbindung mit
dem Begriff Thermoelement als gleichwertig benutzt werden.
-
,Die Kompensation wird auf folgende Weise erreicht: Wie im Hauptpatent
gezeigt ist, ist für den Fall, daß keine Hitze dem Hitzdraht durch Wärmeableitung
nach der Luft verlorengeht, d. h. wenn die ganze Wärme durch den Heizstreifen nach
den Stromanschlußstücken abgeleitet wird, die Temperaturdifferenz zwischen einem
Punkt des Heizstreifens und einem Stromanschiußstück ein Maß für den Strom, unabhängig
von den Temperaturen der Stromanschlußstücke, vorausgesetzt. daß diese die gleiche
Temperatur besitzen oder eine konstante Temperaturdifferenz aufweisen. Wenn jedoch
der Heizdraht teilweise durch die Luft abgekühlt wird, dann steigt oder fällt deren
Temperatur entsprechend dem Temperaturwechsel der Luft oder entsprechend dem Verhältnis
der Temperaturen der Stromanschlußstücke und der Luft zueinander. Damit nun die
Anzeigen des Instruments durch diese Temperaturwechsel, weiche nicht durch den Strom
hervorgerufen werden, nicht beeinflußt werden, ist es notwendig, daß auf das kalte
Ende des Thermoelements die gleichen Temperaturwechsel in gleichem Maße wirken,
so daß die Temperaturverschiedenheit zwischen der Lötstelle und den kalten Enden
des Thermoelements für jeden in Betracht kommenden Stromwert konstant erhalten wird.
Diese Beziehungen sind graphisch in Abb. z und 3 dargestellt.
-
In beiden Abbildungen sind die Stromzuleitungen mit i. i bezeichnet;
2 bezeichnet den Heizstreifen; 3, 3 ist das zum Thermoelement gehörige Dralitpaax,
welches mit der (heißen) Lötstelle den Heizstreifen 2 berührt, während die Drähte
4, 4. des Thermoelements nach den kalten Enden führen.
-
Bei Betrachtung der Abb. z mag zunächst angenommen werden, daß die
Temperatur der Stromanschlußstücke die gleiche ist wie die Lufttemperatur. Die Kurven
oberhalb der Thermoelementdrähte veranschaulichen die Temperaturverhältnisse für
alle Punkte entlang den Drähten des Thermoelements. Der Temperaturverlauf an dem
Heizstreifen zwischen den Anschlußstücken und der Lötstelle ist durch die Kurve
a dargestellt, während die Temperatur auf den Thermoelementdrähten von den Stromanschlußstücken
nach dem kzlten Ende des Thermoelements konstant und gleich der Temperatur der Stromanschlußstücke
ist. Die Temperaturdifferenz t bildet dann ein Maß für den Strom. Wenn jedoch die
Temperaturen der Stromanschlußstücke höher sind als die Lufttemperaturen, was praktisch
in der Regel der Fall ist, dann ergeben sich die in Abb. 3 dargestellten Verhältnisse,
wo die einpunktierte Kurve a wieder den Temperaturverlauf darstellt, der sich einstellen
würde, wenn Luft und Stromanschlußstücke sich auf der gleichen Temperatur befänden.
Da aber die Lufteine niedrigere Temperatur besitzt als die Stromanschlußstücke,
so bewirkt sie eine Senkung der Temperatur des Heizstreifens, welche an der heißen
Lötstelle einen Betrag ß t ausmacht, so daß sich die Temperatur b ergibt. Da der
Strom der gleiche ist, so muß der Wert 3t kompensiert werden. Dies wird dadurch
bewirkt, daß die zum Thermoelement gehörigen Drähte 4,4 und 5, 5, welche
nach den kalten Enden führen, der Einwirkung der Luft ausgesetzt sind, wodurch eine
entsprechende Tempzratursenkung um A t herbeigeführt wird, da diese Leiterabschnitte
den entsprechenden Teilen des Heizstreifens thermisch äquivalent sind. Die Temperaturverschiedenheit
zwischen dem hcißen und den kalten Enden wird wiedar t und ist somit unabhängig
von der Beziehung der Temperaturen der Stromanschlußstücke und der Luft zueinander.
-
Es kann mathematisch gezeigt werden, daß für die Temperaturdifferenz
zwischen der Mitte eines Wärmeleiters, durch den Strom hindurchfließt, und den Stromanschlußs.ücken,
reit denen der Leiter verbunden ist, folgende Gleichung gilt
In dieser Gleichung bezeichnen T@ und T, die Temperaturen der Mitte des Heizstreifens
und des Stromanschlußstückes, .I= durch den Heizstreifen fließender Strom, R r Widerstand
des Heizstreifens, k = Wärmeleitfähigkeit des Heizstreifenmaterials, = spezifischer
Widerstand des Heizstreifenmaterials,
l= 1/_ Länge des Heizstreifens,
h = Wärmeverlust durch Luftleitung auf die Längeneinheit des Heizstreifens pro i°
C in der Sekunde, Ä, = Querschnittsfiäche des Heizstreifens.
e= Basis des Logarithmus naturalis.
-
Die obige Gleichung zeigt, daß, wenn T1 von Null verschieden ist,
daß dann, sofern nicht Hitze durch Leitung verlorengegangen ist, in welchem Falle
m = i und (i - m) = o, die Temperaturdifferenz zwischen Heizstreifen und Stromzuleitung
(T2-T1) nicht ein korrektes Maß für den Strom sein kann, da T1 (i -m) als Fehler
eingeht.
-
Wenn wir jetzt die Thermoelementleiter sich in die Luft erstrecken
lassen, und die sich ergebende Temperatur des kalten Endes mit To bezeichnen, wobei
die Temperatur To sowohl von der Wärmeableitung von dem Stromanschlußstück als auch
von der Ableitung in die Luft abhängt, dann gilt dieselbe Gleichung, die oben für
den Heizstreifen aufgestellt war, auch für die Kompensationsenden des Thermoelements,
falls J gleich Null gemacht wird, da dann kein Strom durch das Thermoelement hindurchgeht,
welcher hinreichende Stärke besitzt, um eine Erwärmung herbeizuführen. Außerdem
waren die Kompensationsenden des Thermoelements thermisch gleich den entsprechenden
Teilen des Heizstreifens gemacht, weshalb die Werte von L, ta und daher auch
der Wert von m für beide gleich sind.
-
Dann ist die Temperaturdifferenz zwischen dem kalten Ende des Thermoelements
und den Stromanschlußstücken (To - TJ _ - T1 (i -m).
-
Die Temperaturdifferenz zwischen der Mitte des Heizstreifens und einem
kalten Ende des Thermoelements ist daher dann
Hieraus geht hervor, daß die verlängerten kalten Enden den Fehler T1 (i
- nz) kompensieren und das Instrument in den Stand setzen, mit seinen Anzeigen
die richtige Größe des Stromes J anzugeben.
-
Damit der Heizstreifen und die verlängerten kalten Enden des Thermoelements
genau thermisch gleichwertig sind, müssen sie durch Temperaturänderungen nicht nur
in gleichem Grade, sondern auch in gleichem Tempo beeinflußt werden, d. h. die Temperaturänderungen
in beiden müsen einander in jedem Augenblick genau entsprechen, damit die richtige
Kompensationswirkung sowohl für dauernde als auch für vorübergehende Wirkung erzielt
wird. Um dies zu erreichen, müssen die Kompensationsenden des Thermoelements und
des Heizstreifens nicht nur die gleichen Werte für 1, n ergeben, sondern
beide müssen auch die gleiche ergeben-, haben. Da indessen das Stromleitungsstück
und auch die Luft ihre Temperaturen nur langsam ändern, so ist es für die Praxis
hinreichend, daß die beiden Elemente thermisch gleich für andauernde Veränderungen
sind, und es ist daher unter -,thermisch äquivalent« verstanden, daß bei so bezeichneten
Teilen die Temperaturen von einander entsprechenden Punkten auf denselben in gleichem
Maße durch Veränderungen der Temperaturen der Stromzuleitungsstücke und der umgebenden
Luft beeinflußt werden. oder daß die Beeinflussung doch so weit gleich ist, daß
Fehler in der Instrumentanzeige, welche von dieser Quelle herrühren, nicht größer
sind als die für elektrische Meßinstrumente überhaupt zugelassenen. Die Erfindung
ist indessen nicht beschränkt auf solche nur langsame Änderung in den Temperaturverhältnissen,
sondern die obige Definition für ;>thermisch äquivalent:, soll auch für andere Änderungen
gelten. Bei der in Abb. i dargestellten Ausführungsform befindet sich das eine kalte
Ende des Elements in thermischer Verbindung mit jedem Stromanschlußstück, wodurch
jede Verschiedenheit in der Temperatur der Stromanschlußstücke kompensiert wird.
-
Abb. ¢ veranschaulicht eine weitere Anordnung zur Erreichung des gleichen
Ergebnisses. bei welcher beide kalten Enden sich in thermischer Verbindung mit einem
Anschlußstück befinden, anstatt daß jedes Stromanschlußstück an einem kalten Ende
angeschlossen ist. In diesem Falle werden die beiden Stromanschlußstücke dadurch
auf der gleichen Temperatur gehalten, daß sie eine gute thermische Verbindung durch
die Grundplatte 12 oder einen ähnlichen Teil aus gut wärmeleitendem Material besitzen.
Die Grundplatte ist elektrisch isoliert von den Stromanschlußstücken vermittels
dünner Blätter i i aus Glimmer oder sonstigem geeigneten Material.
-
Eine weitere Abänderung ist in Abb. 5 dargestellt. Bei dieser sind
die kalten Enden des Thermoelements gleichfalls nur mit dem einen Stromanschlußstück
in thermischer Verbindung, und die beiden Stromanschlußstücke werden dadurch auf
gleicher Temperatur gehalten,
daß sie in unmittelbarem thermischem
Kontakt miteinander, aber elektrisch gegeneinander durch dünne Glimmerblätter o.
dgl. isoliert gelagert sind.
-
Wenn von dünnen Blättern aus Glimmer oder anderem passenden Material
die Rede ist, so bezeichnet das irgendeine elektrische Isolierung, welche hinreichend
große thermische Leitfähigkeit besitzt, um Fehler in der Anzeige des Instruments,
welche größer sind als die bei elektrischen Meßapparaten zugelassenen, nicht auftreten
zu lassen.
-
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß der Meßapparat mit
einem einzigen Hitzdraht oder Heizdrahtstreifen oder einem einzigen Thermoelement
ausgestattet ist. Es könnten auch mehrere Heizstreifen benutzt werden, welche in
bekannter Weise zur ordnungsgemäßen Verteilung von Hochfrequenzströmen angeordnet
werden können, wobei auf jedem Heizstreifen ein einziges Thermoelement angeordnet
sein könnte. Diese Thermoelemente werden dann gewöhnlich in Reihe miteinander geschaltet.
-
In Abb. 6 ist eine Ausführungsform des Instruments dargestellt, bei
welcher mehrere Heizstreifen vorgesehen sind, um das Instrument durch einen größeren
Strom belasten zu können, wobei auf jedem der Heizstreifen ein Thermoelement angeordnet
ist, dessen kalte Enden frei in die Luft hineinragen.
-
In Abb. 6 sind die Stromanschlußstücke mit 13, 13 bezeichnet. Dieselben
führen zu den Mitten zweier Scheiben 14, welche aus Material von guter thermischer
und elektrischer Leitfähigkeit bestehen und welche die Endstücke der Heizstreifen
und der Thermoelemente bilden. Diese Scheiben oder Endstücke können in passendem
Abstande voneinander durch Zapfen gehalten werden, welche von den Endstücken gut
isoliert sind; solche Zapfen sind mit Rücksicht auf die Klarheit der Zeichnung nicht
dargestellt. Die Heizstreifen 15, von denen nach der Darstellung der Zeichnung vier
vorhanden sind, sind in gleichen Abständen voneinander am Umfang eines nabenartigen
Teiles der Scheiben 14 angeordnet und an diesem angeschweißt oder angelötet, um
einen guten elektrischen und thermischen Kontakt herzustellen. Die Thermoelemente
19,20,23,24 usw. stehen mit ihren Lötstellen (heißen Enden) in thermischem Kontakt
mit einem erwärmten Teil der Heizstreifen, von denen sie durch dünne Blätter aus
Glimmer oder anderem geeigneten Material 7 6 isoliert sind. Die Drähte der Thermoelemente
befinden sich in thermischem Kontakt mit den Scheiben und sind von denselben durch
dünne Glimmerblätter 40 o. dgl. elektrisch isoliert und werden durch Klammern .4
1 in ihrer Lage gesichert. Die Drähte 21, 22, 25, 26 usw. der Thermoelemente erstrecken
sich über die Anschlußscheiben hinaus in die Luft und besitzen eine solche Länge
und einen solchen Querschnitt im Verhältnis zu ihren thermischen Leitfähigkeiten,
daß die Enden 21, 22 USW.
entsprechenden Teilen der Heizstreifen thermisch
äquivalent sind. Die Thermoelemente sind in Reihe zueinander geschaltet und in solcher
Richtung aneinander angeschlossen, daß sich ihre thermoelektromotorischen Kräfte
addieren. Die beiden Enden 18 und 37 der Kette sind mit dem Anzeigeinstrument ver:
mittels der Drähte 17 und 16 und 38 und 39 verbunden, welche vorzugsweise aus Kupfer
bestehen. Die Teile 17 und 38 sind den Teilen i8 und 37 und den entsprechenden Teilen
der Heizstreifen thermisch äquivalent in der gleichen Weise wie im Falle der Abb.
i. Die Temperaturen der kalten Enden 21, 22 der Thermoelemente sind daher bezüglich
des Temperaturgefälles zwischen den Stromanschlußstücken und der Luft kompensiert,
und die Instrumentenangabe ist daher ein zutreffendes Maß für den durchfließenden
Strom. Die thermisch zugeordneten Verbindungsdrähte 17 und 38, welche mit den Drähten
16 und 39 Schleifen bilden, stehen an der Schleife in thermischem Kontakt mit dem
Stromanschlußstück, welches sich an derselben Klemme wie die Thermoelementdrähte
befindet. Die letzteren könnten ebensogut an irgendeinem an= deren passenden Teil
des Stromanschlußstükkes angedrückt und von demselben isoliert sein.
-
Eine weitere Ausführungsform ist in Abb. 7 dargestellt. In dieser
sind mit 70, 70 Stromanschlußstücke bezeichnet, welche mit den Mitten von
zwei Anschlußscheiben 71, 71 verbunden sind. Die Heizstreifen besitzen die Form
von Röhren 72, 72 us-w., welche symmetrisch in einem Kreise nahe dem Umfange der
Scheiben angeordnet sind. Die Röhren 72 haben zweckmäßig einen nur geringen Durchmesser
und dünne Wände und bestehen aus Material von hohem elektrischen Widerstand. Thermoelemente
47, 48, 6, 6 usw. sind durch die Röhren hindurchgeführt und in der ganzen Länge
gegen die Röhren isoliert. Die heißen Lötstellen der Thermoelemente befinden sich
in den Mitten der Röhren mitten zwischen den Stromanschlußstücken, und ihre kalten
Enden 49, 50 usw. erstrecken sich über die Anschlußstücke hinaus in die Luft. Die
Thermoelemente sind in Reihe geschaltet, so daß sich ihre elektromotorischen Kräfte
addieren. Die Enden 67 und 46 der Kette sind über die thermisch äquivalenten Verbindungsdrähte
68 und 45 mit dem Instrument durch Drähte 75 und 44 in ähnlicher Weise verbunden,
wie es im Anschluß an Abb.6 beschrieben wurde. Die Zapfen, welche die Stromanschlußstücke
tragen
und in gehörigem Abstand halten, sind mit Rücksicht auf die Klarheit der Zeichnung
nicht dargestellt.
-
Aus den g13ichen Gründen, wie sie oben für früher beschriebene Ausführungsformen
angegeben waren, bewirken die frei stehenden kalten Enden eine Kompensation bezüglich
des Temperaturgefälles zwischen der Luft und den Stromanschlußstücken, was zur Folge
hat, daß der durch die Heizröhren fließende Strom korrekt angezeigt wird.
-
Abb.8 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform, bei welcher sich
die Drähte des Thermoelements nicht unmittelbar in thermischer Berührung mit den
Stromanschlußstücken befinden, sondern mit denselben durch einen Hilfswärmeleiter
12 verbunden sind, der seinerseits in thermischer Verbindung mit den Stromanschlußstücken
steht, aber elektrisch von denselben isoliert ist.
-
Die Drähte 3, 3 des Thermoelements gehen über den Wärmeleiter 12 hinweg
und sind an diesen durch Klemmen 7 angepreßt, so daß sie in thermischem Kontakt
mit ihm stehen, aber durch ein dünnes Glimmerblatt o. dgl. dagegen elektrisch isoliert
sind.
-
Die kalten Enden q., q. ragen in die Luft und sind mit dem Anzeigeinstrument
durch die Schleifenleiter 5, 5 und 6, 6 verbunden. Wenn der Wärmeleiter 12 massiv
ist und gutes Wärmeleitvermögen besitzt und die thermische Verbindung mit den Stromanschlußstücken
einen zu vernachlässigenden thermischen Widerstand besitzt, dann müssen die freien
Enden q., q. und 5, 5 thermisch äquivalent entsprechenden Teilen des Heizstreifens
sein.
-
Wenn jedoch der Wärmeleiter 12 einen kleinen Querschnitt oder geringes
Wärmeleitvermögen besitzt, oder wenn die thermische Verbindung des Leiters 12 mit
den Stromanschlußstücken einen thermischen Widerstand besitzt, welcher nicht vernachlässigt
werden darf, dann kann eine Kompensation erzielt werden, wenn man den Leiter 12
nebst seinem thermischen Anschluß an die Stromanschlußstücke und die frei stehenden
Enden des Thermoelements zusammengenommen thermisch äquivalent den entsprechenden
Teilen des Heizstreifens macht. Ein Teil der Kompensierung kann also durch den Leiter
12 und seinen thermischen Anschluß an die Stromanschlußstücke in ähnlicher Weise
erreicht werden wie durch die Kompensationsheizstreifen gemäß dem Hauptpatent, während
der Rest der Kompensation vermittels der freien Enden des Thermoelements bewirkt
wird.
-
Es ist augenscheinlich, daß, wenn die Stromanschlußstücke auf gl--icher
Temperatur oder bei konstanter Temperaturdifferenz gehalten werden, dann die Wärmeleiter
12 gewünschtenfalls mit nur einem Strorrzanschlußstück in thermischer Verbindung
gehalten zu werden brauchen. Wenn der Wärmeleiter 12 und seine thermischen Anschlüsse
an die Stromanschlußstückezusammengenommenthermisch äquivalent dem entsprechenden
Teil des Heizstreifens sind, dann können die kalten Enden des Thermoelements in
direktem thermischen Kontakt mit dem Wärmeleitkörper belassen werden, anstatt daß
man sie frei in die Luft hineinragen läßt. Der Wärmeleitkörper i-- braucht nicht
homogen zu sein, auch braucht er nicht überall den gleichen Querschnitt zu besitzen
und auch nicht überall die gleiche Wärmeleitfähigkeit zu haben; er kann auch aus
einer Mehrzahl von Wärmeleitkörpern zusammengesetzt sein, welche untereinander hinsichtlich
ihrer Wärmeleitfähigkeit verschieden sind; auch braucht er nicht zugleich ein elektrischer
Leiter zu sein. Es ist nur erforderlich, daß der Wärmeleitkörper thermisch äquivalent
einem entsprechenden Teil des Heizstreifens ist im Sinne der oben gegebenen Definition.
-
In Abb.9 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher der Wärmeleitkörper
zusammen mit dem thermischen Anschluß an die Stromanschlußstücke selbst thermisch
äquivalent dem entsprechenden Teil des Heizstreifens ist, weshalb das kalte Ende
des Thermoelements in unmittelbarem thermischen Kontakt mit dem Wärmeleitkörper
12 stehen kann. Die Zwischenlagen 8o, 8o zwischen dem Wärmeleitkörper 12 und den
Stromanschlußstücken i sind thermische Widerstandskörper, die sich in thermischer
Hintereinanderschaltung zum Leitkörper 12 befinden und die gänzlich aus elektrisch
isolierendem Material oder zum Teil aus elektrisch isolierendem Material und zum
Teil aus Metall bestehen können, welcher aber einen solchen thermischen Widerstand
besitzt, daß, wenn dieser zu dem des Leitkörpers 12 hinzugefügt wird, die Verbindung
der kalten Enden des Thermoelements mit den Stromanschlußstücken thermisch äquivalent
mit dem Teil des Heizstreifens wird, welcher zwischen dem betreffenden Stromanschlußstück
und der Lötstelle des Thermoelements liegt. Der Leitkörper 12 kann beliebige Form
besitzen und aus beliebigem Material, auch aus elektrisch isolierendem Material,
bestehen und irgendeine thermische Leitfähigkeit -haben, soweit sich diese mit der
oben angegebenen Bedingung der thermischen Äquivalenz verträgt. Die kalten Enden
io, io des Thermoelements befinden sich in gutem thermischen Kontakt mit dem Leitkörper
i2, sind aber von demselben durch Glimmer oder sonstiges geeignetes Isolationsmaterial
elektrisch isoliert. Die Anschlußdrähte 6, 6 verbinden die kalten Enden des Thermoelements
mit dem Anzeigeinstrument.-
Abb. io zeigt eine weitere Ausführungsform
mit nicht homogenen Wärmeleitern, bei welcher je ein kaltes Ende des Thermoelements
an je ein Stromanschlußstück angeschlossen ist. Die Kompensationswärmeleiter bestehen
aus Teilen 12' und 8o', die auf jedes der beiden Stromanschlußstücke aufgesetzt
sind, und von denen das eine eine größere und das andere eine geringere Wärmeleitfähigkeit
besitzt. Die Wärmeleitfähigksiten der genannten Teile und ihre Oberfläche sind so
zueinander abgestimmt, daß die Kombination thermisch äquivalent den entsprechenden
Teilen des Heizstreifens ist. Es ist leicht ersichtlich, daß der Wärmeleitkörper
12 der in Abb. 9 dargestellten Ausführungsform der Länge nach in zwei Teile geteilt
werden kann, welche isoliert voneinander sind. In diesem Falle kann ein kaltes Ende
des Thermoelements direkt mit jedem Kompensationswärmeleiter verlötet werden, der
seinerseits als elektrischer Anschlußkörper dienen kann.
-
Die Bedeutung dieser besonderen Form der allgemeinen Kompensationsmethode
ergibt sich aus Folgendem: Es mag angenommen werden, daß der Wärmeleiter 12' in
Abb. i o einen praktisch zu vernach'äss'genden thermischen Widerstand besitzt, so
daß der gesamte thermische Widerstand zwischen dem Stromanschlußstück und den kalten
Enden des Thermoelements auf die Zwischen'age 18' entfällt, wobei die Größe dieses
Widerstandes mit r bezeichnet werden mag. Die Größe der Oberfläche des Wärmeleiters
12' sei S. Wenn ferner die Temperatur des Stromanschlußstückes mit T1 und diejenige
des Wärmeleitkörpers 12' mit To angenommen wird, dann ist die durch Leitung von
dem Leitkörper 12' an die Luft abgegebene Wärmemenge gleich h #
To # S, wobei h den Wärmeverlust auf die Flächeneinheit in
der Sekunde für einen Grad Temperaturüberschuß über Lufttemperatur bezeichnet. Da
die auf diese Weise an die Luft abgegebene Wärme durch die Zwischen'%ge 8o' hindurchgehen
muß, so ist der Temperaturfall in dieser Zwischenlage gleich dem Produkt aus dem
Verlust durch Leitung und dem thermischen ZViderstand von 8o', also TI-To -la#To#S#r
oder
und
Um eine richtige Kompensation bei irgendeinem Temperaturverhältnis zwischen Stromanschlußstücken
und Luft zu erzielen, ist es daher notwendig, daß der Wert von T1 (i -m)
in
der allgemeinen Gleichung
gleich ist:
damit die Differenz o wird und der Fehler verschwändet, d. h.
oder
Physikalisch betrachtet ist es nur notwendig, die Oberfläche dis Leitkörpers 12'
im Verhäanis zum thermischen Widerstand von 8o' so zu b--messen, daß die Erniedrigung
der Temperatur des Leitkörpers 12' unter die Temperatur des Stromansch:ußstückes,
welche von dem Durchgang von Wärme durch den thermischen W@ders:and von 8o', der
erforderlich ist, um die Ver:uste von i--,' an die Luft zu decken, herrührt,, gleich
wird dem entsprechenden Temperaturall in dem Heizstre:f,:n unter die Temperatur
des S:rcmansch_ußstücks info:ge der Wärmestrahlung des Heizstreifens an die Luft.
-
In den Abb. i i und 12 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher
ein° Mehrzahl (vier) von Heizstreifen vorgesehen ist. Die Stromanschlußstücke i,
i sind mit den Mitten zweier Scheiben 8 i, 8 i verbunden. welche aus einem Material
von guter elektrisch°r und zugleich guter Wärmeleitfähigkeit bestehen.
-
Mit den Scheiben 8 i, 8 i stehen vier stabförmige Wärmeeiter
B, B, B, B in thermischer Verbindung, wobei jedoch die S:äbe B elektrisch
von den Scheiben 8 i isoliert sind. Die Stäbe B dienen zugleich dazu, die an den
Stromanschlußstücken sitzenden Scheiben in ihrer Lage zueinander zu sichern. Stromführende
Heizstreifen 82, 82, 82, 82 sind symmetrisch rings um Nabenstücke der Scheiben angeordnet,
mit denen sie verschweißt, verlötet oder in sonstiger Weise gut verbunden sind.
Die Lötstellen der Thermoelzmente befinden sich in thermischem Kon:akt mit den Heizstreifen
82, von denen sie jedoch durch Iso:ationsstücke 83 elektrisch isoliert sind. Die
Dräh:e der Thermoelem2nte sind an die Wärmekonduktoren B mit Hi:fe von Klammern
84. angeklemmt, so daß sie in thermIscherBerührung m:tB stehen, jedoch durch geeignete
Isolationsstücke 84 dagegen elektrisch isoliert sind. Die Enden der Drähte
der
Thermoelemente ragen frei in die Luft behufs Erzielung einer Kompensationswirkung
in der früher angegebenen Weise. Die Thermo elemente sind in der Weise hintereinander
geschaltet, daß sich ihre elektromotorischen Kräfte addieren, wobei die Reihenfolge,
wenn mit dem einen an das Anzeigeinstrument angeschlossenen Draht begonnen wird,
wie folgt ist: 86, 87, 88, 89, 9o, 9i, 92 usw. bis io5.
-
Die Schleifen, welche von den Schlußverbindungsdrähten 86, 87 und
104, 105 gebildet werden, befinden sich in thermischem Kontakt mit den gleichen
wärmeleitenden Stäben B wie die ihnen entsprechenden Thermoelemente. Es ist klar,
daß besondere wärmeleitende Stäbe für diese Schleifen vorgesehen sein könnten, wodurch
keine Änderung an dem Wesen der Erfindung herbeigeführt werden würde. Wie bei Erörterung
der Ausführungsform eines einzigen Wärmeleitkörpers dargelegt wurde, müssen, falls
die wärmeleitenden Stäbe massiv sind und gutes Wärmeleitvermögen besitzen, die freien
Enden der Thermoelemente thermisch äquivalent sein entsprechenden Abschnitten der
Heizstreifen. Wenn die wärmeleitenden Stäbo jedoch einen solchen Querschnitt, solche
Oberfläche und Wärmeleitfähigkeit besitzen, daß ihre Temperaturen merklich durch
die umgebende Luft beeinflußt werden, dann müssen die wärmeleitenden Stäbe nebst
ihren thermischen Verbindungen mit den Stromanschlußstücken zusammen mit den frei
stehenden Drahtabschnitten des Thermoelements thermisch äquivalent sein entsprechenden
Teilen der Heizstreifen.
-
Die wärmeleitenden Stäbe B können auch so gewählt sein. daß sie selbst
den Heizstreifen thermisch äquivalent sind, oder sie können aus verschiedenen Materialien
von verschiedener Wärmeleitfähigkeit hergestellt und dann zusammen den Heizstreifen
thermisch äquivalent sein, in welchem Falle die kalten Enden des Thermoelements
in unmittelbarem thermischen Kontakt mit den wärmeleitenden Stäben stehen können.
-
Allgemein ausgedrückt bezieht sich der Gegenstand der Erfindung auf
beliebige Mittel, durch welche eine Temperaturverschiedenheit zwischen zwei Teilen
eines Systems von Wärmeleitern erzielt werden kann, von dem ein Abschnitt eines
die Stromanschlußstücke eines Stromkreises verbindenden und durch den Strom beheizten
Wärmeleiters ein Thermoelement bildet, von welchen Teilen alle Temperatureinflüsse,
die nicht unmittelbar durch den zu messenden Strom verursacht werden, wie
7.B. die Einflüsse, welche sich aus Temperaturbeziehungen zwischen der Luft
und d#--n Stromanschlußstücken ergeben, durch Wärmeleiter ausgeschaltet worden sind,
welche den bestehenden Temperaturbeziehungen zwischen den Stromanschlußstücken und
der Luft angepaßt werden. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf spezielle
Mittel, um die korrekte Temperaturdifferenz sicherzustellen und sie als 'Maß für
den durch den Heizstreifen fließenden Strom zu benutzen.