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Widerstandsthermometer In der Praxis haben sich für höhere Temperaturen
grundsätzlich zwei Arten von Widerstands-. thermometern eingeführt; bei der einen
besteht der Träger für die Meßwicklung aus einer 'keramischen Masse und bei der
anderen aus Glas.
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Bei der zuerst erwähnten Art sind auf einem zylindrischen Körper aus
'keramischer Masse Rillen angebracht, in die das Widerstandsmaterial, im allgemeinen
Platin, eingelegt ist; auf dieses ist zu seinem Schutz eine Glasur aufgebracht.
Durch diese .lnordnung sind die einzelnen Punkte der MeB-wicklung, beispielsweise
des Platindrahtes, in ihrer Lage genau festgelegt.
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Für die Herstellung von Widerstandsthermometern der zweiten Art sind
bereits die verschiede.nsten Glassorten vorgeschlagen worden. Lange Zeit waren die
Widerstandsthermometer aus Quarzglas und aus Hartglas die besten der Praxis. Neuerdings
war dann ein wesentlicher Fortschritt durch die Verwendung von Gläsern erzielt worden,
deren Erweichungspun'kt zwischen dem der gewöhnlichen Gläser und dem des Quarzglases
liegt, also durch Verwendung von Gläsern nach der Art des unter dem Namen Supremaxglas
bekannten Glases. Alle diese Widerstandsthermometer aus Glas werden in der Weise
hergestellt, daß auf ein dünnes Stäbchen oder Röhrchen oder eine Kapillare aus dem
betreffenden Glas das Bändchen oder der Draht aus Platin aufgewickelt, - darüber
ein. passendes Röhrchen aus Glas gezogen und durch Erwärmen mit dem Träger aus Glas
verschmolzen wird. Da hierbei an den freien Stellen zwischen der Meßwicklung
eine
fast vollständige Verschmelzung der beiden Gläser eintritt, ist im Endergebnis die
Meßwicklung in das Glas nahezu unverrückbar eingeschmolzen.
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Wenn auch durch die Anwendung von Gläsern mit einem hoben Transformationspunkt
erhebliche Fortschritte 'hinsichtlich der Konstanz des Widerstandes und des Nullpunktes
erzielt wurden, so blieben doch noch Wünsche in der Praxis offen. Vor allem ;hat
es sich gezeigt, daß es sehr auf den Reinheitsgrad ankommt und geringe Beimengungen
im Platin zu Widerstandsthermometern mit ungenügender Temperaturgenauigkeit führen
können. Es wird -häufig verlangt, daß Widerstandsthermometer, selbst bis zu Temperaturen
von 6oo bis 70o°, eine Genauigkeit von einigen Zehntel Grad aufweisen.
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Es wurde nun eine ebenso einfache wie überraschende Beobachtung gemacht,
die einen Weg zeigt, die Genauigkeit der Widerstandsthermometer wesentlich zu er'hö'hen.
Es wurde gefunden, daß die Genauigkeit ganz wesentlich verbessert wird, wenn das
Widerstandsmaterial so auf den Träger aufgegeben ist, daß es beim Erwärmen und Abkühlen
keine mechanische Beanspruchung erfährt.
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Es wurde festgestellt, daß die Fehler bei den bisher benutzten Widerstandsthermometern
im wesentlichen daher raren, daß die Widerstandswicklung an zahlreichen Punkten
festgelegt und so in ihrer freien Beweglichkeit bei den beim Erwärmen und Abkühlen
auftretenden Ausdehnungsänderungen gehindert ist. Bei den Thermometern mit einem
Träger aus keramischer Masse ist die Wicklung durch die aufgebrachte Glasur festgelegt
und bei den Glasthermometern durch die aufgeschm4lzene Hülse. Bei dieser Festlegung
der Wicklung in ihrer gesamten Länge ist sie von vornherein mechanisch beansprucht.
Wird nun das Thermometer auf hohe Temperaturen gebracht und wieder abgekühlt, dann
treten in größerem oder !kleinerem Umfang Rekristallisationen auf; da die Meßwicklung
nicht nachgeben kann, wird sie unregelmäßig an den Rändern verformt. Bei einem Draht
tritt eine Struktur auf, die anschaulich durch den Begriff pferdeschwanzähnliche
Strukturgekennzeichnet ist; bei einem Band ist eine Veränderung an den Rändern zu
beobachten, die diesem das Aussehen einer ausgearbeiteten Säge gibt. Hierdurch treten
unkontrollierbare Widerstandsänderungen und damit Verschiebungen des Nullpunktes
auf; häufig beobachtet man sogar Unterbrechungen der Platinwicklung.
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Es wurde nun gefunden, daß bei einer Anordnung des Widerstandsmaterials,
die ihm seine freie Beweglichkeit läßt, die genannten Erscheinungen nicht auftreten
und eine etwa auch dann noch zu beobachtende Gefügeänderung sieh nicht in der krassen
Formveränderung wie bei den bisherigen Thermometern auswirkt. Bei der Verwendung
einer Widerstandswicklung ist also zu fordern, daß sich die Windungen zwar nicht
gegeneinander bis zur Berührung verschieben können, daß aber der Draht oder das
Band an ihren einzelnen Punkten nicht festgelegt sind und neben einem 'kleinen Spielraum
in der Querrichtung vor allem in der Längsrichtung frei beweglich bleiben.
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Für die praktische Durchführung des Erfindungsgedankens ergeben sich
verschiedene Wege. lm folgenden sei die Herstellung eines Glasthermometers näher
erläutert an einem Beispiel, das noch besondere Fortschritte bringt.
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Auf einem Stäbchen, einem Röhrchen oder einer Kapillare aus Glas werden
Rillen für die Aufnahme der Meßwicklung angebracht. Vorteilhaft wird dies so ausgeführt,
daß auf den zylindrischen Körper spiralförmig ein Band aus Metall aufgelegt und
dann der ganze Körper in eine Ätzflüssigkeit, insbesondere Flußsäure, eingetaucht
wird. Dabei bilden sich an den von dem Metall nicht abgedeckten Stellen Rillen,
in die dann die Meßwicklung eingelegt wird. Die Rillen werden nicht besonders tief
gemacht; ihre Tiefe beträgt ein kleines Vielfaches der Dicke der Meßwicklung, beispielsweise
das Fünffache der Banddicke. Über den Träger mit der Meßwicklung wird schließlich
eine passende Hülle aus Glas gezogen und durch Erwärmen mit der Grundlage verschmolzen.
Das Verschmelzen der beiden Glaskörper erfolgt 'hierbei lediglich an den Windungen,
die beim Ätzen abgedeckt waren, während die Rillen, in denen die Meßwicklung liegt,
unverändert bleiben. Wenn ein so hergestelltes Widerstandsthermometer erhitzt und
abgekühlt wird, dann kann sich die Meßwicklung an allen Stellen frei bewegen, da
sie nirgends auf die gesam,te Auflagefläche in den Rillen durch Glas festgeheftet
ist.
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Sehr vorteilhaft gestaltet sich bei der Durchführung der Erfindung
die Verwendung einer bifilaren Wicklung, für die sich ohne weiteres ebenfalls, beispielsweise
nach dem beschriebenen Verfahren, die Rillen auf dem zylindrischen Auflagekörper
aufbringen lassen.
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Für die Glaskörper werden hierbei zweckmäßig Gläser mit einem Transformationspunkt
von etwa 6oo bis 8oo° C, wie beispielsweise das Supremaxglas, benutzt.
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Ein Beispiel für das neue Widerstandsthermometer ist im Schnitt in
der Abb. i im Maßstab 5 : i dargestellt. Der zylindrische Körper A aus dem unter
dem Namen Supremaxglas bekannten Glas trägt die spiralförmig verlaufende Rille B,
in die das Platinband C als bifilare Meßwicklung eingelegt und durch die Hülle D
aus dem gleichen Glas nach außen abgedeckt ist. Der Umkehrpunkt E der Bifilarwicklung
befindet sich am unteren Ende des Thermometers.
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Ein perspektivisches Bild zweier Rillenwindungen ist in der Abb. a
in größerem Maßstab wiedergegeben. Man erkennt die beiden Rillenwindungen B, an
deren Boden das Platinband C liegt. Die über den Rillenwindungen liegende Hülle
ist in der Ab-bildung der Deutlichkeit 'halber weggelassen. Man erkennt,
wie die Meßwicklung innerhalb der Rille einen erheblichen freien Spielraum hat und
in ihrer Längsrichtung überhaupt frei beweglich ist.
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Bifilare Thermometer der genannten Art behalten
auch
bei wiederholtem Erhitzen bis kurz unterhalb des Transformationspun'ktes des betreffenden
Glases und Abkühlen ihren ursprünglichen Widerstandswert weit besser als die bisherigen
Widerstandsthermometer. Es wurde festgestellt, daß selbst bei Erhitzen bis 70o°
C die Temperaturmessung auf wenige Zehntel Grad genau bleibt und der Nullpunkt sich
praktisch überhaupt nicht verschiebt. Man erkennt ohne weiteres, daß das Widerstandsband
nicht die gleiche Randgestaltung wie bei den bisherigen Widerstandsthermometern
aufweist. Die freie Beweglichkeit wirkt sich, abgesehen davon, daß die Gefügeänderung
bei fehlender meghanischer Beanspruchung nicht in dem Maße auftritt wie bei einer
in ilhrer Lage festgehaltenen Wicklung, vor allem dahin aus, daß eine etwaige Gefügeänderung
nicht zu den Zerstörungen führen kann Wie bei einer fest eingeschmolzenen Wicklung.
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Die Erfindung gestattet auch, zwei getrennte Meßwicklungen in einer
Anordnung zu vereinigen, indem zwei bifilare Wicklungen auf einem Dorn aufgebracht
werden. Man kann so bequem ein Doppelwiderstandsthermometer herstellen.
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Eine Anordnung eines Widerstandsmaterials auf einem Glaskörper derart,
daß es beim Erwärmen und Abkühlen keine mechanische Beanspruchung erfährt, läßt
sich grundsätzlich auch auf andere Weise vornehmen, beispielsweise, indem man die
Widerstandsdrähte zwischen entfernten Befestigungselementen ausspannt. Auch ist
man für das Anbringen der Rillen bei der oben beschriebenen Ausführungsform nicht
unbedingt auf das Ätzen angewiesen. Aber die beschriebene Form und Herstellungsweise
hat sich als praktisch und besonders einfach erwiesen.
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Bei der Durchführung der Erfindung lassen sich als Werkstoffe für
die Träger der Meßwicklung und die Umhüllung auch andere Materialien als Glas, beispielsweise
keramische Werkstoffe und hochschmelzende Naturstoffe, verwenden. Die Führung für
die Meßwicklung kann hierbei beispielsweise auf feinmechanischem Wege auf dem Tragkörper
angebracht werden. Wesentlich ist, daß auch hierbei, zum Unterschied von den bekannten
Widerstandsthermometern, die Wicklupg durch Glasuren oder Einschmelzmittel nicht
festgelegt wird.