DE667417C - Thermoelement mit gasdichtem Schutzrohr - Google Patents

Thermoelement mit gasdichtem Schutzrohr

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DE667417C
DE667417C DES118850D DES0118850D DE667417C DE 667417 C DE667417 C DE 667417C DE S118850 D DES118850 D DE S118850D DE S0118850 D DES0118850 D DE S0118850D DE 667417 C DE667417 C DE 667417C
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DE
Germany
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protective tube
gas
screw connection
thermocouple
tight
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Expired
Application number
DES118850D
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English (en)
Inventor
Alfred Grunert
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08Protective devices, e.g. casings

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

  • Thermoelement mit gasdichtem Schutzrohr Zur Herstellung der Thermodrähte von Thermoelementen verwendet man häufig solche Stoffe, die zu Dauermessungen bei verhältnismä@ig hoher Temperatur geeignet wären, wenn sie bei dieser Temperatur nicht oxydieren würden. So ist z, B. vorgeschlagen worden, Thermoelemente aus Nickeleisen einerseits und Nickel, Nickelaluminium oder Nickelkupfer andererseits herzustellen, weil solche Thermoelemente die Eigenschaft haben, daß ihre elektromotorische Kraft bis zu verhältnismäßig hohen Temperaturen (etwa aoo° C) einen sehr geringen Wert aufweist. Infolgedessen sind beiVerwendung derartiger Thermodrähte besondere Maßnahmen zum Regeln oder Ausgleichen der Temperatur der kalten Lötstelle im allgemeinen nicht erforderlich.
  • Die genannten Legierungen, aber auch andere zur Herstellung von Thermodrähten geeignete Stoffe, wie Eisen und Konstantan, lassen sich nun aber für Dauermessungen mit Rücksicht auf die bei höheren Temperaturen einsetzende Zunderbildung nur bis zu Temperaturen von etwa 8oo° C benutzen, während ihre sonstigen Eigenschaften, insbesondere ihre mechanische Festigkeit, bei weit höheren Temperaturen noch ihre Benutzung als Thermodrähte gestatten würden. Die Benutzung von Thermodrähten aus derartigen Werkstoffen für Temperaturen über 8oo° C ist nun dadurch möglich, daß sie in gasdichte Schutzrohre eingebaut werden, und es ist auch bereits bekannt, Thermoelemente dieser Art mit einem auswechselbaren, durch eine Verschraubung gasdicht geschlossenen Schutzrohr zu versehen. Man hat zu diesem Zweck die Thermodrähte in einen aus Isolierstoff bestehenden Fassungsteil eingesetzt und dann versucht, diesen mit den bisher in ähnlichen Fällen üblichen Mitteln, insbesondere Stopfbuchsendichtungen, gasdicht in das Schutzrohr einzubauen. Es hat sich nun aber gezeigt, daß es auf diese Weise nicht möglich ist, eine bei höheren Temperaturen dauernd wirksame Abdichtung zu erreichen.
  • Dies ist gemäß der Erfindung dadurch möglich, daß bei einem Thermoelement mit auswechselbarem, durch eine Verschraubung gasdicht geschlossenem Schutzrohr, bei dem die Thermodrähte aus solchen Stoffen bestehen, die bei der zu messenden Temperatur oxydieren und in einen aus Isolierstoff bestehenden Fassungsteil gasdicht eingesetzt sind, der Fassungsteil mittels einer Verschraubung unter Zwischenlage eines Dichtungsringes gegen einen ringförmigen Ansatz des Schutz- rohres gedrückt wird und daß die von der Verschraubung innerhalb eines mit dem Schutzrohr verbundenen rohrförmigen Anschlußkör_@: pers zusammengehaltenen Teile derart ;:'l§e:_messen sind, daß unter Berücksichtigung':d@xgewählten Werkstoffe innerhalb der Lä@i9l'e. der Verschraubung die bei Temperaturände-@ ' rungen auftretende Längenänderung des Anschlußkörpers gleich der Summe der Längenänderungen der Innenteile ist. Durch Lösen der Verschraubung ist es jederzeit leicht möglich, das Schutzrohr, das im Betrieb einer allmählichen Zerstörung ausgesetzt ist, auszuwechseln. Durch die angegebene Bemessung der von der Verschraubung innerhalb des rohrförmigen Anschlußkörpers zusammengehaltenen Teile kann man erreichen, daß auch bei wechselnden Temperaturen der gasdichte Abschluß erhalten bleibt.
  • Besonders wenn der durch die Einlötung oder Einschmelzung abgeschlossene Innenraum des Schutzrohres mit Luft oder anderen Sauerstoff enthaltenen Gasen gefüllt ist, ist es zweckmäßig, ihn soweit als möglich mit festen oder flüssigen Isolierstoffen anzufüllen, so daß nur noch eine Gasmenge übrigbleibt, die zu klein ist, um eine nennenswerte Oxydation der Drähte zu bewirken. Um die Oxydation ganz zu verhindern, kann der übrigbleibende Raum in an sich bekannter Weise mit einem Schutzgas gefülltwerden, das keinen Sauerstoff abgibt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn man ein Schutzgas verwendet, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Luft aufweist, z. B. Wasserstoff. In manchen Fällen genügt es auch, wenn der Innenraum eine kleine Menge eines solchen Stoffes enthält, der leicht oxydiert und daher den in dem Innenraum befindlichen Sauerstoff aufnimmt, so da$ eine Oxydation der Thermodrähte verhindert wird. Als solche Stoffe sind besonders Kohlenwasserstoffe, z. B. üle, geeignet.
  • Durch die angegebenen Maßnahmen ist es in diesen Fällen, insbesondere bei nicht zu hohen Temperaturen und bei Verwendung von auch bei der Höchsttemperatur gasdichten Schutzrohren möglich, eine Oxydation der Thermodrähte im Betrieb zu vermeiden. Unter weniger günstigen Umständen treten jedoch noch folgende Übelstände auf: Wenn der Innenraum des Schutzrohres mit dem Gas bei Atmosphärendruck gefüllt wird, so steigt der Innendruck mit der Temperatur an und kann bei der zu messenden hohen Temperatur einen sehr erheblichen überdruck gegen die Außenluft erreichen. Dies ist im vorliegenden Falle besonders unerwünscht, weil bei höheren Temperaturen die Festigkeit der Schutzrohre im allgemeinen stark abnimmt. Außerdem nimmt in der Regel auch die Durchlässigkeit 'der Schutzrohre für Gase bei höheren Temperaturen zu, und auch die Festigkeit und Dichtigkeit der Abschlußteile wird in den meisten Fällen bei höheren Temperaturen ab-:.Iehmen.
  • ";-- Diese Übelstände kann man nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vermeiden durch eine Gasfüllung des Innenraumes des Schutzrohres unter einem solchen Unterdruck, daß das Gas bei der höchsten zu messenden Temperatur annähernd unter dem gleichen Druck stehtwie der das Schutzrohr umgebende Außenraum.
  • Um das Auftreten von zu hohen Gasdrücken im Innern des Schutzrohres zu verhindern, kann mari gegebenenfalls an das Schutzrohr ein Ausgleichgefäß anschließen. Wenn dieses mit festen Wandungen ausgeführt wird, so mu13 sein Rauminhalt möglichst groß sein im Verhältnis zu dem Innenraum des Schutzrohres. Mit wesentlich kleineren Abmessungen des Ausgleichgefäßes kann man auskommen, wenn man es mit nachgiebigen Wänden versieht, so daß der Rauminhalt sich entsprechend dem jeweiligen Innendruck verändern kann.
  • In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. r ist eine teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht eines gemäß der Erfindung in ein metallisches Schutzrohr eingebauten Thermoelements. Fig.2 zeigt ebenfalls, teilweise im Schnitt, eine entsprechende Anordnung mit keramischem Schutzrohr. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Wärmeausdehnung der für die Abdichtung in Betracht kommenden Teile bei einer Anordnung nach Fig. 2. In Fig. 4 ist eine Anordnung mit einem nachgiebigen Ausgleichsgefäß im Schnitt dargestellt.
  • In den Fig. z, 2 und q. sind die mit r bezeichneten Thermodrähte mittels einer glasartigen Einschmelzmasse 2 in einen aus Isolierstoff bestehenden Fassungsteil 3 gasdicht eingeschmolzen. Der Fassungsteil 3 wird zweckmäßig aus einer keramischen Masse, z. B. ' Porzellan:, aus Sinterkorund o. dgl., hergestellt. Die Einschmelzstelle ist in den Figuren nur schematisch gezeichnet. Im allgemeinen wird es erforderlich sein, besondere Einsatzdrähte vorzusehen, die aus solchen Stoffen bestehen, deren Ausdehnungskoeffizient mit dem derEinschmelztnassemöglichst genau übereinstimmt und an die einerseits die Thermodrähte und andererseits besondere Ableitungsdrähte, vorzugsweise durch Löten oder Schweißen, angeschlossen sind. Die Thermodrähte lassen sich auch in den Isolierteil nach neuerdings bekanntgewordenen Verfahren einlöten.
  • Wenn ein aus Metall bestehendes Schutzrohr 4 verwendet werden kann, so wird dieses vorzugsweise gemäß Fig. i am offenen Ende erweitert, so daß ein ringförmiger Ansatz io entsteht. Der erweiterte Teil des Rohres, der als Anschlußkörper dient, ist mit i i bezeichnet. Auf den Ansatz iö wird unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 5 der Fassungsteil 3 aufgelegt. Durch eine Verschraubung 6 wird der erforderliche Druck erzeugt, wobei die Zwischenlage eines nachgiebigen Ringes 7 zweckmäßig ist.
  • Um die Dichtung unabhängig von Temperaturänderungen zu machen, werden die von der Verschraubung zusammengehaltenen Teile 3, 5 und 7 unter Berücksichtigung der zur Herstellung der betreffenden Teile verwendeten Werkstoffe so bemessen, daß die bei Temperaturänderungen auftretende Längenänderung des Anschlußkörpers i i innerhalb der Strecke L gleich der Summe der Längenänderungen der Innenteile 3, 5 und 7 ist. Dabei kann der Ring 7 federnd ausgebildet oder durch eine entsprechend bemessene Feder ersetzt werden. Zur Isolierung der Thermodr ähte voneinander und von dem metallischen Schutzrohr können in der üblichen Weise aufgereihte Isolierstücke 8 benutzt werden. Wenn das Schutzrohr mit Luft gefüllt ist, so können die Isolierstücke 8 so gestaltet und bemessen werden, .daß sie den Innenraum des Schutzrohres möglichst weitgehend ausfüllen, damit er möglichst wenig Sauerstoff enthält.
  • Bei Verwendung eines keramischen Schutzrohres 9 nach Fig. 2 ist es zweckmäßig, dieses mit einem Flansch io zu versehen, der zusammen mit dem Fassungsteil 3 unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 5 gasdicht in einen vorzugsweise aus Metall bestehenden topfartigen Anschlußteil i i eingesetzt ist. Zwischen den Flansch i o, das Schutzrohr 9 und den Auflagerrand des Anschlußteils i i wird zweckmäßig ein etwas nachgiebiger Ring 12 eingelegt. Auch hier können die Ringe 7 und 12 oder einer von ihnen federnd ausgebildet oder durch Federn ersetzt werden.
  • In diesem Falle sind die von der Verschraubung zusammengehaltenen Teile 3, 5, 7, io und i2 bei geeigneter Wahl der Werkstoffe so bemessen, daß die Summe der Längenänderungen der Innenteile der Längenänderung des Anschlußteiles i i innerhalb der Strecke L entspricht. Da die Ringe 5, 7 und 12 zweckmäßig aus Metall hergestellt werden und daher einen im Vergleich zu den keramischen Werkstoffen, aus denen die Teile 3 und io bestehen, hohen Ausdehnungskoeffizienten haben, kann der Anschlußteil i i aus einer Metallegierung, z. B. Nickeleisen, hergestellt werden, die so ausgewählt wird, daß ihr Ausdehnungskoeffizient die im vorstehenden angegebene Bedingung erfüllt. Zur Erläuterung ist in Fig. 3 in übertriebenen Maßstab angedeutet, wie die einzelnen Teile sich bei einer Temperaturerhöhung ausdehnen, wobei die Strecke L, sich auf L, vergrößert.
  • Fig..t zeigt eine Anordnung mit einem metallischen Schutzrohr 4. ähnlich Fig. i und einem besonderen Ausdehnungsgefäß 13 mit nachgiebigen Wandungen. Das Ausdehnungsgefäß ist nach Art einer 1Iembrandose gebaut und in geigneter Weise gasdicht, z. B. durch Verschweißen oder Verlöten, einerseits mit dem Schutzrohr q. und andererseits mit einem Anschlußteil 14 verbunden. In den Anschlußteil, der hier mit 1.4 bezeichnet ist und in diesem Falle mit dem ringförmigen Ansatz iö versehen ist, ist in der gleichen Weise wie bei der Anordnung nach Fig. i der die Einschmelzstelle enthaltende. Fassungsteil 3 mittels einer Verschraubung 6 unter Zwischenlage der Ringe 5 und 7 gasdicht eingesetzt. Die Thermodrähte sind wieder in der üblichen Weise mit Ioslierstücken 8 versehen.
  • Wenn das Thermoelement zur Temperaturmessung in einem Ofen benutzt werden soll, wird das Schutzrohr 4 vorzugsweise so eingebaut, daß das Ausdehnungsgefäß 13 sich außerhalb der Ofenwandung befindet. Wenn sich nun die Luft im Innern des Schutzrohres infolge der steigenden Ofentemperatur ausdehnt, so vergrößert sich der Rauminhalt der Membrandose 13, wobei sich der Anschlußteil 14 mit den Thermodrähten entsprechend anhebt.

Claims (3)

  1. PATENTANSpRÜciiE: 1, Thermoelement mit auswechselbarem, durch eine Verschraubung gasdicht geschlossenem Schutzrohr, bei dem die Thermodrähte aus solchen Stoffen bestehen, die bei der zu messenden Temperatur oxydieren und in einen aus Isolierstoff bestehenden Fassungsteil gasdicht eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsteil (3) mittels der Verschraubung unter Zwischenlage eines Dichtungsringes (5) gegen einen ringförmigen Ansatz (io bzw. io') des Schutzrohres gedrückt wird und daß die von der Verschraubung innerhalb eines mit dem Schutzrohr verbundenen rohrförmigen Anschlußkörpers (i i bzw. 1d.) zusammengehaltenen Teile derart bemessen sind, daß unter Berücksichtigung der gewählten Werkstoffe innerhalb der Länge (L) der Verschraubung die bei Temperaturänderungen auftretende Längenänderung des Anschlußkörpers (i i bzw. 1d.) gleich der Summe der Längenänderungen der Innenteile (3, 5, 7 bzw. 3, 5, 7, 10, 12) ist.
  2. 2. Thermoeleanent nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Gasfüllung des Innenraumes des Schutzrohres unter einem solchen Unterdruck, daß das Gas bei der höchsten zu messenden Temperatur annähernd unter dem gleichen Druck steht wie der das Schutzrohr umgebende Außenraum.
  3. 3. Thermoelement nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, däß an den Innenraum des Schutzrohres ein Druckausgleichgefäß angeschlossen ist. q.. Thermoelement nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Druckausgleichgefäß mit nachgiebigen Wandungen. l'rgänzungsblatt zur Patentschrift 667 417 Klasse 421 Gruppe 8/9(). Vom Patentinhaber ist noch als Erfinder angegeben worden-, Kurt Seher in Berlin-)Spandau,
DES118850D 1935-06-28 1935-06-28 Thermoelement mit gasdichtem Schutzrohr Expired DE667417C (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1145824B (de) * 1958-02-19 1963-03-21 Atomic Energy Authority Uk Temperaturmesseinrichtung mit bewegbar angeordnetem Thermofuehler
DE1152835B (de) * 1959-12-11 1963-08-14 Heraeus Gmbh W C Vorrichtung zur Temperaturbestimmung in hermetisch dicht abgeschlossenen OEfen
FR2513759A1 (fr) * 1981-09-29 1983-04-01 Tokyo Shibaura Electric Co Instrument a thermocouple
FR2689631A1 (fr) * 1991-07-12 1993-10-08 Schott Glaswerke Thermomètre électrique ayant une pièce de passage d'instrumentation résistante à la pression et à la corrosion.

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