DE685526C

DE685526C - Temperaturmesseinrichtung fuer groessere Temperaturbereiche unter Benutzung eines piezoelektrischen Kristalls

Info

Publication number: DE685526C
Application number: DER100642D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Eberhard
Original assignee: Loewe Opta GmbH
Current assignee: Loewe Opta GmbH
Priority date: 1931-03-17
Filing date: 1931-03-17
Publication date: 1939-12-20

Description

Temperaturmeßeinrichtung für größere Temperaturbereiche unter Benutzung eines piezoelektrischen Kristalls Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Temp eraturmeßeinrichtung für größere Temperaturbereiche unter Benutzung eines piezoelektrischen Kristalls, der einen Schwingungserzeuger, beispielsweise einen Röhrengenerator, steuert, wobei die Schwingun;gsänderungen des Schwingungserzeugers durch in Abhängigkeit von der Temperatur geeichte Frequenzmessler angezeigt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt bei einer solchen Einrichtung die Beeinflussung der Eigenfrequenz der piezoeiektrischen Einrichtung durch Benutzung temperaturempfindlichen Materials für die Halterung des piezoelektrischen Kristalls bzw. für die Elektroden der Piezoeinrichtung. Dieser erfindungsgeinäße Gedanke kann beispielsweise verwirklicht werden durch Verwendung eines Bimetallstreifens, welcher bei Temperaturschwankungen eine Abstandsänderung der Elektroden des Piezokristalls hervorruft.
Die Einrichtung ermöglicht u. a. nicht nur die Messung sehr tiefer Temperaturen, bei denen beispielsweise ein flüssiges Thermometer (Quecksilber oder Alkohol) versagt, sondern auch die Messung größerer Temperaturbereiche. Da die gesamte Anordnung handlich ist und ein geringes Gewicht (zusammen mit Batterien etwa 250g) besitzt, kommt sie besonders für wissenschaftliche Messungen in der Atmosphäre bis hinauf zur Stratosphäre in Frage. In diesem Fall kann die Einrichtung an einenkleinen Pilotballon (etwa I cbm) angehängt werden, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf diesen Anwendungszweck beschränkt.
Die Erfindung besteht in der Verwendung eines temperaturempfindlichen Materials für die Halterung des Piezokristalls bzw. für die Elektroden der Piezoeinrichtung oder für beides. Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht in der Verwendung eines Bimetallstreifens, der in Abhängigkeit von der zu messenden Temperatur den Abstand des piezoelektrischen Kristalls von den Erregungselektroden beeinflußt. Diese Beeinflussung kann in verschiedener Weise geschehen. So kann die Bewegung des Bimetallstreifens entweder auf die Elektroden selbst oder auf den piezoelektrischen Kristall oder auf beide zusammen übertragen werden.
Die Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung sind an einem Ausfühnmgsbeispiel gezeigt.
Abb. r stellt schematisch den Meßsender dar, bestehend aus der Elektronenröhre 1, der Heizstromquelle 2, der Anodenstromquellen, der Drossel 4, dem Piezokristall 5 mit den Elektroden 6 und 7, der Spule 8, der -Kopplungsspule 9 im Antennenkreis I0. Die Anordnung des Bimetallstreifens zur Bein. flussung der Eigenfrequenz der piezoelektrischen Einrichtungen 5, 6, 7 ist aus den Abb. 2 und 3 zu ersehen. Entsprechend Abb. 2 ist der Piezokristall 5 mittels eines Isolierstückes 12 an den Bimetalistreifen 11 angebracht. Werden die Elektroden 6 und 7 der piezoelektrischen Einrichtung nach innen geneigt, wie es in Abb. 3 dargestellt ist, und wird der Piezokristall 5 mit dem Bimetallstreifen 1 1 in der gezeigten Weise zwischen diesen Elektroden 6 und 7 angeordnet, so wird der Abstand zwischen der Kristall ob erfläche und den Elektroden sich ändern, wenn unter dem Einfluß von Temperaturschwankungen der Bimetallstreifen sich ausdehnt bnv. zusammenzieht. Es wird sich also unter dem Einfluß der Temperaturschwankung die Eigenfrequenz der piezoelektrischen Einrichtung ändern, und es kann so die Frequenz des Röhrengenerators, wie er beispielsweise in Abb. I dargestellt ist, beeinflußt werden. Diese Frequenzänderungen können direkt durch Leitung oder auch, wie in Abb. i dargestellt, auf drahtlosem Wege an einer Anzeigestelle die Temperatur anzeigen bzw. registrieren.
Nach einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgedankens können auch die Elektroden selbst aus Bimetall hergestellt sein.
Die Temperaturänderung hat dann eine Krümmung der Elektroden und diese eine Anderung der Eigenfrequenz der piezoelektrischen Einrichtung zur Folge.
Es steht natürlich auch nichts im Wege, an Stelle natürlich gewachsener piezoelektrischer Kristalle künstlich erzeugtes piezoelektrisches Material zu verwenden, wie z. B. zwischen Kupferfolien geschmolzenes Asphaltpulver.
Um die erfindungsgemäße Anordnung für wissenschaftliche Messungen in der Atmosphäre verwenden zu können, wird zweckmäßig der quarzgesteuerte Meßgenerator mittels eines als Antenne dienenden Drahtes an einem Ballon, Drachen oder Flugzeug befestigt.
Versuche haben gezeigt, daß man Temperaturen von + 200 C bis - 600 C in Abahängigkeit von denjenigen Frequenzänderungen messen kann, welche der den Sender steuernde Quarz lediglich dadurch erleidet, daß er dem variablen Temperaturfelde ausgesetzt wird. Wird die Temperatur niedriger, so ändert sich die Eigenfrequenz in positivem oder negativem Sinne, je nachdem der Quarz aus dem Mutterkristall herausgeschnitten ist.
Im vorliegenden Falle wurde der Quarz in . Richtung senkrecht zur elektrischen Achse setregt. Mit dem obengenannten Temperaturintervall wurde eine Frequenzänderung von ¼0-ooo Hertz gemessen, wenn die Ausgangs-~frequenz des Röhrensenders etwa 7 Millionen.
Hertz ist. Da man diese Frequenzänderungen an der Skala eines genauen Drehkondensators des Empfängergerätes bequem ablesen kann, so kann man auch die Temperatur genau bestimmen.
Die vorliegende erfindungsgemäße Ausführungsform der piezoelektrischen Einrichtung benutzt denEffekt der Frequenzänderung derselben infolge Ändeflrng des Abstandes der Elektroden. : Es ergibt sich hierbei auch die sehr vorteilhafte Möglichkeit, durch entsprechende Wahl des Temperaturkoeffizienten der Fassung bzw. der Elektroden der piezoelektrischen Einrichtung auch den Temperaturkoeffizienten der gesamten piezoelektrìschen Anordnung in bestimmter Weise zu beeinflussen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : I. Temperaturmeßeinrichtung für größere Temperaturbereiche unter Benutzung eines piezoelektrischen I(ristalls, weicher die Frequenz eines Schwingungserzeugers zwecks Temperaturanzeige steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Eigenfrequenz der piezoelektrischen Einrichtung durch Benutzung temperaturempfindlichen Materials für die Halterungrdes piezoelektrischen Kristalls bzw. für die Elektroden des letzteren erfolgt. -2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung der Eigenfrequenz der piezoelektrischen Einrichtung durch Abstandsänderung der Elektroden mittels eines Bimetallstreifens erfolgt.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Kristall mit dem freien Ende des Bimetallstreifens. verbunden ist und zwischen zwei gegeneinander geneigten Elektroden angeordnet ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der piezoelektrischen Einrichtung aus Bimetall bestehen.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als piezoelektrischer Indikator künstlich erzeugtes piezoelektrisches Material, wie z. B. zwischen Kupferfolien geschmolzenes Asphaltpulver, verwendet wird.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der quarzgesteuerte Meßgenerator mittels leines als Antenne dienenden Drahtes an einem Ballon, Drachen oder Flugzeug befestigt ist.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Anordnung parallel zu einer zwischen Kathode und Gitter einer Dreielektrodenröhre des Meßsenders angeordneten Drossel geschaltet ist.