DE859967C - Temperaturregler fuer hohe Temperaturen - Google Patents

Temperaturregler fuer hohe Temperaturen

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DE859967C
DE859967C DES18769A DES0018769A DE859967C DE 859967 C DE859967 C DE 859967C DE S18769 A DES18769 A DE S18769A DE S0018769 A DES0018769 A DE S0018769A DE 859967 C DE859967 C DE 859967C
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temperature
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DES18769A
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Rudolf Dipl-Ing Dr Tech Siegel
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00Details of electric heating devices
    • H05B1/02Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0202Switches
    • H05B1/0208Switches actuated by the expansion or evaporation of a gas or liquid

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  • Control Of Temperature (AREA)

Description

  • Temperäturregler für hohe Temperaturen Die bisher bekannten Temperaturregler benutzen in höheren Bereichen (zwischen etwa 700 bis 1400#') fast ausschließlich Thermoelemente, durch deren thermoelektrische Spannung ein Millivoltmeter mit einer selbsttätigen SchalteinTichtung beeinflußt wird, welche -dann die Wärmezufuhr steuert, bei elektrischen Öfen durch Zu, und, Abschalten elektrischer Heizkörper, durch Ändern der Brennstoffzufuhr bei Flammenöfen.
  • Diese thermoelementgesteuerten Einrichtungen sind teuer und vielteilig; es wird dadurch eine oft wünschenswerte Unterteilung der Heizkörper in mehrere von je einem Temperaturregler unabhängig voneinander geregelte Zonen erschwert. Aber auch bei kleinen und einfachen Öfen für Werkstatt und Laboratorium ist die Anschaffung sehr erschwert, weil die selbstt#tIge Regelanlage teuer ist und meist mehr kostet als der Ofen selbst. Besonders bei hohen Temperaturen über ioooc> mümen Thermoelernente aus teuren Platininetallen im Schuttzrohr verwendet werden, was weiter verteuert.
  • Der Nachteil hoher Anlagekosten und vielteiliger empfindlicher Ausführung wird erfindungsgemäß durch eine einfache und wirksame Einrichtung vermieden, die nachstehend beschrieben wird.
  • Ein keramiecher geschlossener Hohlkörper a (Abb. i) geht über in einen Kapillarstutzen b, der aus Festigkeitsgründen starkwandig ist. Die Länge des Kapillarstutzens b richtet §ich auch nach der Stärke der Ofenwand und muß so bernessen sein, daß der Hohlraum des Hohlkörpers a vollständig innerhalb des heißen, zu regelnden Ofenraumes liegt, Stück a, b, nachfolgend als Geber bezeichnet, ist aus einem Sonderwerkstoff, der bis zur Gebrauchstemperatur vollständig gasdicht bleibt, und ist mit Luft bzw. mit einem geeigneten Gas gefüllt. Der Kapillarstutzen b wird durch einen aufgelöteten Verschlußdeckelc aus Metall gasdicht mit einem Kapillarrohr d verbunden, welches, in einen zweiten Verschlußdeckel e rhündet, der an ein #U-Rohr f aus Glas oder sonstigem geeignetem Material durch geeignete Mittel gas-dicht anschließt, Auf diese Weise entsteht eine Kapillarrohrverbindung zwischen dem Hohlraum im Geber und dem U-Rohrf. U-Rohr f, das in seinelitU-förmigen Teil den gleichen Querschnitt wie der Hohlraum in a haben kann, geht mit seinem zweiten Schenkel in eine angeschmolzene Meßkapillare g über, der-en zweckmäß ige Höhe sich rechnerisch bestimmen läßt und von den Meßtemperaturen und gewis-sen Maßwerten (Konstanten) des Instrumentes abhängt. U-Rohr f mit Meßkapillare g, in der Folge als Empfänger b-ezeichnet, ist mit Quecksilberi gefüllt, das im rechten Schenkel bis knapp unter den Verschlußdeckele steht, während der linke Schenkel so bemessen ist, daß noch ein Raum von der Höhe h. frei von Quecksilber bleibt, gemessen vom Quecksilberspiegel bei Normaltemperatur bis zum Ansatz der Meßkapillare g. Es sei hier schon bemerkt, daß die Höhe h" einen Einfluß auf die Länge h., der Meßkapillare und die Größe der Skalenwerte daran im gewünschten Meßbereich hat. Bei kaltem Ofen stehen die bei-den Quecksilbersäulen in beiden Schenkeln gleich hoch, wie in Abb. i dargestellt; das Quecksilber befi-ndet sich inder Nullstellung. Der Empfänger f, g mit Quecksilberfüllungi ist in einem wärmeisolierten Kasten eingeschlossen, der zur Beobachtung der Meßkapillareg ein entsprechendes Fenster hat. Dieser wärmeisolierte Kasten, weiterhin als Behälterk bezeichnet, wird mit bekannten Mitteln auf einer konstanten Temperatur von z.B. 5o' gehalten, z.B. durch eine kleine, innerhalb angeordnete elektrische Heizung mit Bimetallregler (nicht gezeichnet). Diese Maßnahme hat den Zweck, das U-Rohr f mit seiner H"-Füllungi usw. auf einer konstanten Temperatur zu halten, damit keine Wärmedehnungen im Empfänger die Meßangaben beeinflussen. Diese 'konstante Temperatur liegt zweckmäßig über der allgemeinen Raumtemperatur, damit die Regelung nur durch Einschalten von Heizelementen, also ohne Kühlelemente, mögl-ich ist. Wenndas U-Rohr f noch eine besondere Wärmeisolierung erhält, werden die an sich geringen Temperaturschwankungen im Spiel des Bimetallreglers zusätzlich gedämpft. Eine ähnliche dämpfende Wirkung kann auch durch eine starke Wandung der Meßkapillare g erzielt werden, da die Wärmeträgheit des Glases dann etwaige kleine Temperaturschwankungen im Behälter k ganz unwirksam macht.
  • In das U-Rohrf sind drei Kontaktem, »n und, p eingeführt. Kontaktm kann an der Innenseite des Verschlußdeckels e befestigt werden und taucht etwa io mm tief in die Quecksilberfüllung ein, n ist unten im Bügen von f eingeschmolzen, während p ein beweglicher Metallstift ist, der indie Meßkapillareg hineinreicht und durch seine Verstellbarkeit die gewünschte Regeltemperatur einstellen läßt. .
  • Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Teile ist folgende: Der hochtemperaturfeste keramische Gelber a, b wird in den Ofenraum r so eingeführt, daß der Hohlraum von a in seiner ganzen Länge unter der Einwirkung der Ofentemperatur steht. Der Heizstrom. für den Ofen wird über die Kontakte eines Relais s zu-geführt, welche den Heizstromkreis schließen, wenn der Relaisanker abgefallen bzw. die, Relaisspule stromlos ist. Diese Relaisspule erhält ihren Strom zunächst über den Kontakt n, von wo der Strom je nach der Stellung der Quecksilbersäule entweder über den Kontaktnt fließt, wenn der Druckknopfschalter t geschlossen ist, oder über den verstellbaren Kontaktp in der Meßkapillareg, sobald die Quecksilbersäule darin genügend hoch steht. Erhält die Spule des Relaiss Strom, so wird der dem Heizkörperw im Ofenraumr zugeführte Heizstrom unterbrochen.
  • Wenn die Temperatur im Ofenraurn r steigt, dehnt sich das Gas bzw. dieLuft im Geber aus und drückt das Quecksilber im U-Rohr auf der Seite der Meßkapillare g in die Höhe, während es auf der Seite des Kontaktes m fällt. Mit steigender Temperatur wird das Quecksilber in der Meßkapillare immer höher gedrückt, bis auf eine* Höhe h.,. Man kann jetzt über eine entsprechende Skala aus den h#,-Werten die Ofentemperatur ablesen.
  • Ist das Quecksilber dann bis zu dem vorher auf eine bestimmte Temperatur eingestellten Kontakt p gestiegen, so wird der Heizstrom zum Heizkörper w abgeschaltet, denn es kommt die Spule des Relais s unter Strom, der Anker des Relais wird angezogen und der Heizstrom unterbrochen. Wenn die Temperatu,r im Ofen sinkt, sinkt der Gasdruck auf die Quecksilbersäule, die Quecksilbersäule in der Meßkapillare g fällt, der Strom über die Spule des Relais wird unterbrochen, der Anker des Relais fällt ab, der Heizstrom beginnt wieder zu fließen. Die zweite Stromführung zur Spule des Relais s führt über den Kontakt m und den Druckknopfausschalter t, der den Stromkreis nur unterbricht, wenn er gedrückt wird. Diese Leitung dient zum Schutz des Ofens. Wird z. B. aus irgendeinem Grund -der Geber oder die Zuleitung zum Empfänger undicht, so geht das Quecksilber in seine Nullstellung zurück, und der Kontakt p würde selbst bei überhohen Temperaturen im Ofen nicht an-sprechen. So aber wird vom Quecksilberin der Nu#llstellung über Kontakt M der Stromkreis zur Spule des Relais geschlossen, der Anker angezogen, damit der Heizstrom unterbrochen. Wennder Apparat seine regelnde Wirkung einbüßt, schaltet er also selbst den Ofen ab.
  • Beim Einschalten (Anheizen) des Ofens muß der Druckknopf von t so lange betätigt wer-den, bis das Quecksilber im rechten Schenkel so weit gefallen ist, daß m keinen Kontakt mehr gibt. Dies erfolgt im Gegensatz zu ianderen Temperaturreglern sehr schnell, meist im Verlauf weniger Minuten, weil dazu wenig Überdruck auf den rechten Quecksilberspie'gel, also eine niedere Temperatur genügt, auch hier wirkt sich die Höhe h. bzw. das ihr entsprecbende Volumen günstig aus; die Eintauchtiefe des Kontaktes ist zweckmäßig kleiner als h, zu wählen.
  • Bei größeren Schaltleistungen können statt des direkt schaltenden Relais passende Zwischenrelais und Schaltschütze verwendet werden.
  • Die Steighöhe h, läßt sich aus den Gasgesetzen genau errechnen, wobei außer dem Raum von der Länge hi auch die Räume von den Längen k2 und h3 berücksichtigt werden müsse#n. Der Raum h2 soll nicht zu groß, sein, er umfaßt eigentlich auflier dem kleinen schädlichen Raum zwischen Quecksilberspiegel in der Nullstellung und dem Verschlußdeckel e noch die Kapillarleitung zum Hohlkörper a des Gebers. h3 ist die Höhe des zusätzlichen Raumes zwischen dem Quecksilberspiegel in der Nullstellung und der Meßkapillare g. Entfällt h., so ergibt sich für den gesamten Temperaturbereich eine größere Gesamthöhe h.., dabei sind jedoch die Intervalle in den haheren Temperaturbereichen ziemlich klein, so daß die Skalenwerte zu eng für eine feinfühlige Regelungwerden. Gibt man h. einen passenden Wert, so verringert sich zwar die Gesarn-thöhe der Quecksilb-ersäule, weil in den unteren Temperaturbereichen erst der Raum h. infolge der Luftausdehnung von Raum h. her aus-gefüllt werden muß; die Skalenteilung im Bereich höherer Temperaturen wird jedoch bedeutend größer in den Ab- ständen, weil der Gegendruck der Quecksilbersäule infolge der Kürzung der Gesamthöhe bedeutend geringer wird. (Wählt man z. B. h" statt Null im Ausmaß von 5o mm, so wird unter bestimmten Voraussetzungen inder Bemessung hz statt 64o mm nur 247 mm. Im interessierenden Temperaturberei#ch nimmt dabei der Skalenwert für io' von o,6 mm auf 1,5 min zu.) Da in der Schwermetall- und keramischen Industrie die gebräuchlichen Ofentemperaturen über 6oo' liegen, genügt es, wenn die Ablese- und Regelskala, oberhalb 6oo' beginnt. Durch die Einschaltung von k. gewinnt man außerdem eine handliche Höhe für den Apparat.
  • Die Höhe h2 stellt einen schädlichen aber nicht vermeidbaren Raum dar, sie ist aber #ür #die Anzeige von verhältnismäßig kleinem Einfluß. Selbst ein Wert von io mm für h. bewirkt nur eine unerwartet geringe Verschiebung der Skalenwerte. Es kann daher, wie rechnerisch nachweisbar, auch die kapillare Zuleitung zwischen Geber und Empfänger ziemlich lang gemacht werden, so daß unter Umständen auch eine räumliche Trennung der beiden Teile möglich ist. Geber und E#ripfänger können also zu einer Einheit zusammengebaut oder getrennt, verbunden nur mit Kapillare, aufgestellt werden.
  • Wichtig ist für das genaue Arbeiten des Temperaturreglers noch, daß die Abhängigkeit seiner Anzeige von der Temperatur in der Umgebung des Empfängers beachtet wird. Eine Temperaturerhöhung hier wirkt sich in einer Volumvermehrung der Qu-ecksilberfüllung aus, es wird,dadurch h. und h3 gegenüberden ursprünglichen Werten etwas verringert. Zwar sind die Abweichungen nicht groß, doch wird :durch die Antordnung -des Reglers in einem auf konstante Temperatuf gehaltenen Behälterdie Fehlerquelle aus allen Schwankungen der Raumtemperatur mit Sicherheit ausgeschaltet.
  • Der Fehler, der dadurch entsteht"daß sich nicht nur die Gasfüllung im Hohlkörpera, sondern der Hohlkörper selbst ausdehnt, ist vernachlässigbar klein wegen des großen Unterschiedes der Ausdehnungskoeffizientenvon Gas und keramischem Stoff; er kann außerdem ih der Skala ausgeglichen werden.
  • Endlich ist noch eine schädliche Beeinflussung der Anzeige durch den atmosphärischen Druck möglich, der ständig auf - , die Quecksilbersäule in der Meßkapillare wirkt, was infolge seiner Schwankungen bei gleichen Temperaturen im Hohlkörper a verschiedene Anzeigen auf der Meßkapillare g ergeben könnte. Zur Ausschaltung dieses Fehlers wird die Meßkapillare g gemäß Abb. 2 mit einem allseits geschlossenen Ausgleichsraum u gasdicht verbunden, der ungefähr unter Atmosphären-druck steht. Dieser Ausgleichsraum u wird so groß gewählt, daß die Änderungen des Druckes in ihm, welche durch die Verschiebungen# des Quecksilbers in der Meßkapillare g entstehen, die Genauigkeit der Anzeige innerhalb der zulässig-en Fehlergrenzen lassen. Der Ausgleichsraum u muß aber ebenfalls auf konstanter Temperatur gehalten werden und wird deshalb auch innerhalb des Behälters k angeordnet. Die Einstellvorrichtung für den beweglichen Kontakt p muß ferner mit dem Ausgleichsraum u und dem Kapillarraum oben in g einen gegen die Atmosphäre luftdicht abgeschlossenen Raum bildeli. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß auf die Meßkapillare g mittels eines schlauchartigen Verbindungsstückes v ein oben geschlossenes Aufsatzrohr vi aufgesetzt wird, gleichzeitig kann an das Verbindungsstück v auch der Ausgleichsraum u angeschlossen werden mittels eines Stutzens x.
  • Die Einstellvorrichtung für den beweglichen Kontakt p ist an dem Aufsatzrohr vi untergebracht und erhält in bekannter Weise im oberen Teil einen Eisenkern y, der durch einen verschieblichen starken Magnetz in der gewünschten Höhe festgehalten wird. Die elektrische Zuleitung zum Kontaktp kann dabei mit bekannten Mitteln gas-dicht eingeführt werden, wobei innen wegen der Verstellbarkeit entsprechend leicht dehnbare Drahtspiralen od. dgl. (nicht gezeichnet) eingeschaltet werden.
  • Wichtig für das richtige Arbeiten des Temperaturregl-ers ist, daß der Empfänger horizontal aufgestellt wird, was sich durch eine- eingebaute Dosenlibelle (nicht gezeichnet) dauernd prüfen läßt und daß die Skala an der Meßkapillare g festgelegt wird bei derjenigen Temperatur im Behälter k, die später als konstante Temperatur dauernd darineingeregelt wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Temperaturregler für hohe Temperaturen, da,durch gekennzeichnet, daß zur Temperaturanzeige und -regelung die Ausdehnung eines gasförmigen Körpers irr Verbindung mit Quecksilbersäule und von ihr gesteuerten Kontakten benutzt wird und als Geber im Ofen Hohlkörper aus keramischem Sondermaterlal dienen, das auch bei hohen Temperaturengasdicht bleibt. :2. Temperattirregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung des Gases im Geber durch Kapillarleitungen in einem genau temperierten Empfänger wirksam wird, der durch ein U-Rohr (f) mit Quecksilberfüllung gebildet ist und das Quecksilber ineine graduierte Meßkapillare (g) steigen läßt, wobei das Verhältnis,der Volumina und Querschnitte im Geber und Empfänger so gewählt ist, daß sich ausreichende Steighöhen und Höhendifferenzen in der Meßkapillare zur Temperaturanzeige und -regelung ergeben. 3. Temperaturregler nach Anspruch i »und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkel des U-Rohres (f) unter der Meßkapillare (g) um eine gewisse Höhe (h.) höher ist als der andere Schenkel zwecks Erhöhung der Ables-egenanigkeit im gewünschten Bereich. 4. Temperaturregler nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regelung der Temperatur über einen festen Kontakt (n) im unteren Teil des U-Rohres (f) und durch einen einstellbaren Kontakt (p) erfolgt und daß als Sicherheit gegen Störungen der Regelung ein Kontakt (m) über ein Relais (s) den Heizstrom ausschaltet, wobei seineWirkung beim Anheizen durch einen Druckknopfausschalter (t) aufgehoben werden kann. 5. Temperaturregler nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger in einem wärmeisolierten Behälter (k) angeordnet ist, der auf eine konstante, einstellbare oder nichteinstellbare Temperatur gehalten wird, z. B. durch elektrische Heizung mit Bimetallregler oder sonstwie durch Thermostat, die zur einfacheren Regelung höher liegt als die Umgebungstemperatur. 6. Temperaturregler nach -Anspruch i 'bis 5, ,dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Ab- schirmung der geringen Temperaturrschwankungen im Behälter (k) das U-Rohr (f) unddie Meßkapillare (g) wärmeisoliert ausgeführt sind, z. B. als starkwandiges Glasgefä-ß oder durch besondere Isolierschichten geschützt. 7. Temperaturregler nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkapillare (g) oben mit einem luftdichten, Ausgleichsraum (u) - gasdicht verbunden ist. 8. Temperaturregler nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung für den beweglichen Kontakt (p) in einem abgeschlossenen Aufsatzrohr (v1) eingebaut ist, das mit 4er Meßkapillare (g) und Ausgleichsratim (u) luftdicht verbunden ist.
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