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Thermoelement Die Erfindung bezieht sich auf Thermoelemente, welche
sich durch hohe Thermokraft auszeichnen und daher die Verwendung sehr billiger,
niedrigohuniger Meßinstrumente gestatten.
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Als thermoelektrische Pyrometer hat man bisher, soweit es sich um
solche aus Edelmetallschenkeln handelt, im wesentlichen das Element von Le Chatelier
benutzt. Dieses weist als einziges Thermoelement einen Meßbereich bis etwa z6oo°
auf. Die Thermokräfte dieses sehr verbreiteten Thermoelementes sind jedoch so gering,
daß sie die Verwendung hochempfindlicher, kostspieliger Meßinstrumente erforderlich
machen.
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Die Thermokräfte aus unedlen Komponenten bestehender Thermoelemente,
deren einer Schenkel z. B. aus Konstantan oder Chromnickel besteht, sind zwar wesentlich
höher; diese Elemente können aber mit Rücksicht auf die mangelhafte Oxydationsbeständigkeit
und den verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt nur bis zu Temperaturen von 6oo°
bei Verwendung von Konstantan, von zooo bis 1100' bei Verwendung von Chromnickel,
benutzt werden.
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Zur Erhöhung der Thermokraft und Herabsetzung des Temperaturkoeffizienten
im Meßinstrument hat man zwar den Legierungen der Thermoelementschenkel z. B. Iridium,
Eisen zugesetzt, hat@jedoch durch die bekannten Zusätze nur Steigerungen von etwa
ro °/o cler Thermokraft erzielen können. Es wurde nun gefunden, daß man Elemente
von hoher Thermokraft und sehr guter Temperaturbeständigkeit erhält, wenn man den
einen Schenkel aus Platin oder einem anderen Platinmetall, wie z. B. Palladium,
Rhodium, oder einer Legierung der Platinmetalle herstellt und als zweiten Schenkel
einen solchen verwendet, welcher neben Platin Rhenium enthält.
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Bereits bei Rheniumgehalten von etwa 3 °% zeigt sich eine wesentlich
höhere Thermokraft als beim Platin-Platin-Rhodium-Element. Im allgemeinen soll sich
der Rheniurngehalt jedoch zwischen 5 bis 15 °/o der Gesamtlegierung bewegen; vorzugsweise
beträgt er etwa 1o °/o, doch kann er aber gegebenenfalls auch gesteigert oder auch
in niedrigeren Grenzen gehalten werden.
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Versuche haben gezeigt, daß gegenüber der Thermokraft des 1e Chatelier-Elementes
von etwa 16,6 mV bei r6oo° C bei einem Element gemäß der Erfindung beispielsweise
mit einem Schenkel aus Platin und einem zweiten Schenkel, welcher neben Platin noch
Rhenium in Mengen von etwa 5 bis 8 % enthält, die Thermokraft- je nach dem
Rheniumanteil bis auf 45 mV gesteigert ist.
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Die erwähnte hohe Temperaturbeständigkeit der Elemente gemäß Erfindung
läßt sich, wie gefunden wurde, noch erhöhen, wenn man neben einem Schenkel aus Platin
und Rhenium einen Schenkel verwendet, welcher neben Platin noch Rhodium enthält.
Es
hat sich gezeigt, daß Elemente dieser Art bei höheren Temperaturen
beständig sind als solche, deren einer Schenkel aus Platin allein, neben einem Schenkel
aus rlatin-Rhenium bestellt.
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Bei Verwendung eines Reinrliodiumschenkels lieben einem Schenkel aus
Platin-Rheniuni wird eine Verwendbarkeit des Elementes bis etwa i8ooo C ermöglicht.
Durch Zulegieren von Rhodium zu dem Platin-Rhenium-Schenkel erzielt man eine Verfeinerung
des Metallkristallkorns, wodurch die Haltbarkeit und in geringem Maße auch die Empfindlichkeit
des Thermoelementes verbessert wird. Ähnliche Wirkungen können auch durch die an
sich bekannte Zulegierung geringer Mengen von Iridium und Eisen erzielt werden.
| Temperatur |
| pt/Pt-lo"/oRh'Re/ 3°#5Rhl Pt/Pt-5"/,R6 |
| InC |
| mV m4 mV |
| 20 0,00 0,00 0,00 |
| 100 0,54 1,25 1,25 |
| 200 1,33 1,5 3,15 |
| 300 2,22 5,20 5,10 |
| 400 3,15 7,35 7,20 |
| 500 4,12 9,65 9,40 |
| 60o 5,13 i2,io 1485 |
| 70o 6,16 14,65 14,40 |
| 800 7,24 17,30 17,10 |
| 90o 8,36 20,00 19,8o |
| rooo 9,52 22,8o 22,6o |
| iioo 1o,69 25,75 25,40 |
| 1200 11,87 28,6o 28,20 |
| 1300 13,o6 31:,55 3410 |
| 1400 14,25 34,6o 34,I0 |
| 1500 15,45 37,55 3710 |
| 16oo 16,65 40,65 40,10 |
Bei der erwähnten Verwendung eines Schenkels lediglich aus Rhodium, neben einem
Schenkel aus Platin-Rhenium, macht sich allerdings neben der erwünschten Erweiterung
des Meßbereiches bis etwa iSoo° eine kleine Verringerung der Thermokraft gegenüber
einem Element, dessen erster Schenkel aus Platin besteht, bemerkbar.
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Die nebenstehende tabellarische Aufstellung zeigt in Vergleich mit
dem bekannten 1e Chatelier-Element die wesentlich höhere Therinokraft von Thermoelementen
gemäß der Erfindung. In dem Kurvenblatt ist der Inhalt dieser Tabelle graphisch
wiedergegeben und gibt ein anschauliches Bild von der bedeutsamen Überlegenheit
der erfindungsgemäßen Elemente über das bisher allgemein übliche Normalelement.
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DieAnwendung der erwähnten hitzebeständigeren Legierungen mit Rhenium,
welche übrigens auch die Eigenschaft zeigen, daß sie nicht anlaufen, bietet insbesondere
auch den erheblichen Vorteil, daß billige Anzeigegeräte benutzt werden können.
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Schließlich hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Palladium als
Werkstoff des einen Schenkels neben dem Schenkel aus Platin-Rhenium oder aus Platin-Rhenium-Rhodium
eine Thermokraft erzielt wird, welche bei Temperaturen von iooo° C und darüber durchschnittlich
um etwa 15 mV höher liegt als die einer Kombination mit einem Platinschenkel an
Stelle des Palladiumschenkels. Die Verwendung von Palladium für den einen Schenkel
bietet außerdem infolge des viel geringeren spezifischen Gewichtes des Palladiums
und der damit möglichen Verringerung des Schenkelgewichtes im Vergleich zu Platin
noch den Vorteil einer größeren Wohlfeilheit eines derartigen Elementes.