DE864764C

DE864764C - thermostat

Info

Publication number: DE864764C
Application number: DES10421D
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Gruess
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-06-26
Filing date: 1942-06-26
Publication date: 1953-04-20

Description

Thermostat Die neue Entwicklung der Vergütung von Metallen, insbesondere der Leichtmetalle, hat die Ansprüche an die Genauigkeit und Konstanz der in den Vergütungsöfen innezuhaltenden Temperaturen wesentlich gesteigert. So- wird z. B. bei Temperaturen von 5oo bis 6oo'C eine Regelgenauigkeit von 3'C als unbedingt notwendig angesehen, bei metallographischen Versuchen zur Bestimmung von Haltepunkten, den wichtigsten metallphysikalischen Untersuchungsmitteln, ist eine Genauigkeit von i'C wünschenswert.Thermostat The new development of tempering of metals, in particular of light metals, has the demands on the accuracy and constancy of in the Temperatures to be maintained in tempering furnaces are significantly increased. So z. B. at temperatures from 500 to 600 ° C a control accuracy of 3 ° C is absolutely necessary considered, in metallographic experiments to determine breakpoints, the main metal-physical investigation means, is an accuracy of i'C desirable.

Es steht fest, daß zur Zeit die Thermoelemente diese Genauigkeit nicht aufweisen. Es wird beim Messen und Regeln nach der Kompensationsmethode die Gesamtgenauigkeit praktisch allein durch das Therrnoelement bestimmt, d. h. aber, da die Fehler der Regler bzw. der selbsttätigen Kompensatoren etwa um eine Größenanordnung geringer sind als die der Thermoelemente, daß die Genauigkeit der Thermoelemente und der Regler, insbesondere der Kompensationsregler, in einem schreienden Mißverhältnis zueinander stehen. Um dies an einem Beispiel zu erläutern, sei darauf hingewiesen, daß für die Konstanz und Reproduzierbarkeit der Thermoelemente im allgemeinen nicht mehr als JL 5 bis -#- i5'C garantiert werden, während bei einem Meßbereich von 2oo'C und einer Meßgenauigkeit von o,2 (l/, der Kompensator eine Fehlertoleranz von 0,4'C beansprucht. Dieses Mißverhältnis vergrößert sich gewöhnlich infolge der zunehmenden Fehler der Elemente durch Abbrand und' Rekristallisation.It is clear that the thermocouples do not have this accuracy at the moment. When measuring and regulating according to the compensation method, the overall accuracy is determined practically solely by the thermo-element, i.e. H. However, since the errors of the controller or the automatic compensators are about an order of magnitude smaller than those of the thermocouples, the accuracy of the thermocouples and the controller, especially the compensation controller, are in a blatant disproportion to each other. To illustrate this with an example, it should be pointed out that the constancy and reproducibility of the thermocouples generally not more than JL 5 to - # - i5'C are guaranteed, while with a measuring range of 2oo'C and a measuring accuracy of o , 2 (1 /, the compensator claims an error tolerance of 0.4 ° C. This disproportion usually increases as a result of the increasing errors of the elements due to burn-off and recrystallization.

Zur Steigerung der Genauigkeit der Therinoelemente im Betriebe empfiehlt sich, die Toleranz, die für die individuelle Abweichung der Thermoelemente bisher ausgenutit wurde, aus dem Meßfehler auszuschließen, d. h. zu einer individuellen Eichung der Thermoelemente zu kommen, die es gestattet, auch Nacheichungen während des Bet:riebes einfach und mit großer Genauigkeit durchzuführen. In der Kompensationsschaltung ist nämlich die Berücksichtigung der individuellen Empfindlichkeit des Thermoelementes möglich, wenn jedem Thermoelement ein individueller Kompensationsstrom zugeordnet wird, der durch einen geeichten Vor- oder Nebenwiderstand zur Kornpensationsschaltung dargestellt wird und dessen Schleifdrahtstellung der Empfindlichkeit des Thermoelementes zugeordnet ist. Es bleibt dann als Fehler des Thermoelementes nur die- zeitliche Veränderung der EMK, welche auf andere Weise, z. B. durch künstliche Alterung und insbesondere durch häufiges Neueichen des Elementes, ausgeschaltet werden kann.To increase the accuracy of the thermocouples in the company, it is advisable to exclude the tolerance that was previously used for the individual deviation of the thermocouples from the measurement error . H. to come to an individual calibration of the thermocouples, which also allows re-calibration during operation to be carried out easily and with great accuracy. In the compensation circuit, the individual sensitivity of the thermocouple can be taken into account if an individual compensation current is assigned to each thermocouple, which is represented by a calibrated series or shunt resistance to the compensation circuit and whose contact wire position is assigned to the sensitivity of the thermocouple. The only remaining fault in the thermocouple is the change in the EMF over time, which occurs in other ways, e.g. B. by artificial aging and in particular by frequent re-calibration of the element can be switched off.

Ein weiteres Mittel, um die durch die Ungenauigkeit der Thermoelemente bedingten Fehler weitgehend zu verkleinern, ist folgendes: Im allgemeinen werden mit Thermoelementen Temperaturen über 400'C gemessen. Es wird daher zur Zeit der durch die Toleranz des Thermoelementes bedingte !Fehler im Gebiet von 2,o bis 400'C in die Messung aufgenommen, einfach, weil die sogenannte kalte Lötstelle nahe der Zimmertemperatur gehalten wird. Dazu ist eigentlich kein Grund vorhanden. Legt man nämlich den Bezugs-. punkt, den die zweite Lötstelle darstellt, nahe an den Punkt der Temperaturskala, den man mit möglichst geringem Fehler messeir will, so verringert sich der Fehler des Thermoelementes im Verhältnis A TI T, wenn T die Temperatur der heißen Lötstelle in Grad Celsius und A T die Abweichung zwischen ihr und der kalten Lötstelle darstellt. Mit anderen Worten, ein Meßbereich von 40o bis 6oo'C, der beispielsweise wegen Veränderung der EMK des Thermoelementes uni 1 0/, einen Fehler von 6'C ergibt, wenn die kalte Lötstelle Zimmertemperatur aufweist, ergibt für die Meßbereichgrenzen von 40o bis 6oo'C einen Fehler von maximal nur i'C, wenn die kalte Lötstelle 5oo'C ,warm wäre, bzw. einen Fehler von o bei 500'C. Man muß nämlich damit rechnen, daß die Änderung der EMK eines Thermoeleinentes z. B. durch langen Gebrauch proportional der herrschenden Temperaturdifferenz ist.Another means of largely reducing the errors caused by the inaccuracy of the thermocouples is as follows: In general, temperatures above 400 ° C. are measured with thermocouples. The error in the range from 2.0 to 400 ° C caused by the tolerance of the thermocouple is therefore currently included in the measurement, simply because the so-called cold solder joint is kept close to room temperature. There is actually no reason to do so. If you put the reference. point that the second soldering point represents, close to the point on the temperature scale that you want to measure with the least possible error, the error of the thermocouple is reduced in the ratio A TI T, if T is the temperature of the hot soldering point in degrees Celsius and A T represents the deviation between it and the cold solder joint. In other words, a measuring range of 40o to 6oo'C, which, for example, due to the change in the EMF of the thermocouple uni 1 0 /, results in an error of 6'C if the cold solder joint is at room temperature, results in the measuring range limits of 40o to 6oo ' C an error of a maximum of only i'C, if the cold solder joint would be 5oo'C, warm, or an error of o at 500'C. You have to reckon with the fact that the change in the EMF of a thermocouple z. B. is proportional to the prevailing temperature difference through long use.

In Fig. i sind diese Verhältnisse graphisch dargestellt. Auf der Abszisse sind die zu messenden Temperaturk in Grad Celsius, auf der Ordinate die Fehler ebenfalls in Grad Celsius aufgetragen. Die Ordinate a stellt den Fehler des Thermoelementes dar für den Fall, daß die Vergleichstemperatur der kalten Lötstelle auf 2o'C, die Ordinate b denFehler eines Thermoelementes für den Fall, daß die Vergleichstemperaturder kalten Lötstelle auf 500'C liegt.These relationships are shown graphically in FIG. The temperatures to be measured are plotted in degrees Celsius on the abscissa, and the errors are also plotted in degrees Celsius on the ordinate. The ordinate a represents the error of the thermocouple in the event that the comparison temperature of the cold solder joint is at 2o'C, the ordinate b the error of a thermocouple in the event that the comparison temperature of the cold solder joint is 500 ° C.

Auch bei größerem Meßbereich läßt sich derFehler durch Anwendung höherer Temperaturen für die Vergleichslötstelle weitgehend vermindern. Es ist jedoch, um j eglichen Fehler auszuschließen, immer erforderlich, daß die Bezugstemperatur der kalten Lötstelle möglichst genau konstant gehalten wird oder mindestens möglichst genau bekannt ist.Even with a larger measuring range, the error can largely be reduced by using higher temperatures for the reference solder joint. However, it is to j eglichen error excluded always necessary that the reference temperature of the cold junction is maintained exactly constant as possible, or at least as precisely known.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß der Schmelzpunkt von reinen Metallen nicht nur hoch genug liegt, sondern bekanntlich auch eine Genauigkeit besitzt, die um Größenordnungen genauer ist, als für den vorliegenden Fall benötigt wird. Benutzt man ein solches Metall als Widerstandsmaterial für einen kleinen elektrischen Ofen, so regelt sich an dem Schmelzpunkt dessen Temperatur von selbst mit auffallender Genauigkeit, Der Grund dafür ist darin zu suchen, daß die meisten Metalle am Schmelzpunkt einen Sprung des Widerstandes etwa im Verhältnis i: ?, aufweisen, wobei, sobald das Metall der Ofenwicklung durch die elektrische Heizung völlig flüssig wird, die aufgenommene Leistung bei konstanter Spannung im Verhältnis 1: 2 zurückgeht. Es stellt sich daher ein Gleichgewicht ein, bei dem je nach der Betriebsspannung und den Wärmeverlusten ein bestimmter Bruchteil des Metalls flüssig ist und damit die Leistung zur Aufrechterhaltung der Schmelztemperatur herabgesetzt wird.The invention is based on the knowledge that the melting point of pure metals is not only high enough, but is also known to have an accuracy that is orders of magnitude more precise than is required for the present case. If such a metal is used as a resistance material for a small electric furnace, its temperature at the melting point regulates itself with remarkable accuracy. ?, where, as soon as the metal of the furnace winding becomes completely liquid due to the electrical heating, the power consumed decreases in a ratio of 1: 2 at constant voltage. An equilibrium is therefore established in which, depending on the operating voltage and the heat losses, a certain fraction of the metal is liquid and thus the performance required to maintain the melting temperature is reduced.

Fig. 2 läßt diese Verhältnisse klar erkennen, In dem Diagramm ist als Abszisse die Temperatur T mit dem Schmelzpunkt s, als Ordinate die Leistung aufgetragen. Die Kurve a stellt die Leistungsaufnahme der Heizwickhing für konstante Spannung, die Kurve b die Wärmeverhiste der Heizwicklung dar. Am Schmelzpunkt s fällt die Leistungsaufnahme des Heizwiderstandes plötzlich um etwa die Hälfte ab. Da die aufgenommene Leistung im Schmelzpunkt in einem ziemlich großen Intervall, dem senkrecht verlaufenden Kurventeil, schwanken kann, ergibt sich ein automatisch wirkender Ausgleich nüt der abgegebenen Leistung,- nämlich den Wärmeverlusten, der eine sehr genau und stabil wirkende selbsttätige Regelung auf die jeweilige Schmelztemperatur des verwendeten Metalls zur Folge hat. Die Regelung muß um so genauer sein, je steiler der Abfall der aufgenommenen Leistung ist, d. h. je einheitlicher das Metall schmilzt. Die Regelgenauigkeit ist enorm groß, weil außerdem am Schmelzpunkt die Schmelzwärme des Metalls etwa 3oomal so groß ist wie die spezifische Wärme, d. h. das Schmelzintervall, das je nach Reinheit des Metalls 0,05 bis o,oi'C beträgt, hinsichtlich des Wärmeinhaltes 3001C entspricht. Es wird also mit anderen Worten zur Regelung das sogenannte Haltepunktprinzip benutzt.FIG. 2 clearly shows these relationships. In the diagram, the temperature T with the melting point s is plotted as the abscissa, and the power is plotted as the ordinate. Curve a represents the power consumption of the heating winding for constant voltage, curve b the heat history of the heating winding. At the melting point s, the power consumption of the heating resistor suddenly drops by about half. Since the power consumed at the melting point can fluctuate in a fairly large interval, the vertical part of the curve, there is an automatic compensation for the power output - namely the heat losses, which ensures a very precise and stable automatic regulation of the respective melting temperature of the the metal used. The scheme must be more accurate, j e steeper the drop of the power input, d. H. the more uniformly the metal melts. The control accuracy is extremely high, because at the melting point the heat of fusion of the metal is about 3oom times as great as the specific heat, i.e. H. the melting range, which, depending on the purity of the metal, is 0.05 to 0.05 ° C., corresponds to 300 ° C. in terms of heat content. In other words, the so-called breakpoint principle is used for regulation.

Der Erfindungsgedanke kennzeichnet sich demnach dadurch, daß ein Metallthermostat geschaffen wird, bei welchem eiii durch elektrische Heizung zum Schmelzen gebrachtes reines Metall verwendet wird, das sich selbsttätig durch seinen Widerstandssprung am Schmelzpunkt mit großer Genauigkeit auf konstante Temperatur regelt.The idea of the invention is therefore characterized in that a metal thermostat is created in which eiii melted by electrical heating pure metal is used, which is self-acting due to its resistance jump regulates a constant temperature at the melting point with great accuracy.

Anstatt des Schmelzpunktes können prinzipiell auch andere geeignete Umwandlungsprodukte des Widerstandsmaterials benutzt werden.Instead of the melting point, other suitable ones can in principle also be used Conversion products of the resistance material can be used.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Als Träger und Isolator für die flüssigen oder festen Heizleiter kommt praktisch nur Glas oder Quarz in Frage, Glas etwa nur bis 5oo'C. Bei Glas lassen sich Zuführungen aus Eisenchrom derart einschmelzen, daß, sie bei Betrieb des Ofens vollkommen in ungeschmolzenem Leitermaterial eingebettet sind, wodurch eine Legierungsbildung des schmelzenden Leitermaterials verhindert wird. Die Stromdurchführung muß dazu eine gute Wärmeableitung nach außen erhalten und einen geringen Widerstand besitzen. Für derartige in Glas gefertigte Thermostaten kommt Zink mit einem Schmelzpunkt von 419,4'C in Frage, dessen Widerstand am Schmelzpunkt sich im Verhältnis i : 2,o8 ändert. Es ist in größter Reinheit erhältlich, und die Temperatur liegt etwa an der höchsten Grenze für Glas. 3 and 4 show exemplary embodiments of the invention. Practically only glass or quartz can be used as a carrier and insulator for the liquid or solid heating conductors, glass only up to 500C. In the case of glass, feeds made of iron chromium can be melted down in such a way that they are completely embedded in unmelted conductor material when the furnace is in operation, whereby an alloying of the melting conductor material is prevented. The current feedthrough must have good heat dissipation to the outside and have a low resistance. For such thermostats made of glass, zinc with a melting point of 419.4'C comes into question, the resistance of which at the melting point changes in the ratio i : 2.08. It is available in the highest purity, and the temperature is about the highest limit for glass.

Dementsprechend zeigt Fig. 3 ein einseitig geschlossenes Glasrohr i, in welches der Leiter in Form einer Wicklung 2, aus Zink bestehend, eingebracht ist. Die Zuführungen für die Wicklung sind mit 3 und 4 bezeichnet. In den Hohlraum 6 des Glasrohres wird das Thermoelement eingeführt. Außen ist das Glasrohr durch eine Wärmeisolationsschicht 5 geschützt. Bei der praktischen Herstellung dieses elektrischen Ofens wird zweckmäßigerweise so verfahren, daß ein etwa 2o cm langes Glasrohr von 8 mm Durchmesser ein Gewinde von etwa oß mm Tiefe und 3 mm Windungsabstand erhält, wobei das Glasrohr mit einem Glasmantel auf seiner ganzen Oberfläche verschmolzen wird. Das Metall wird unter Vakuum in das Gewinde eingegossen. Die Heizstromstärke beträgt etwa 5 Amp. bei etwa 6 V.Correspondingly, FIG. 3 shows a glass tube i which is closed on one side and into which the conductor is inserted in the form of a winding 2 made of zinc. The leads for the winding are designated 3 and 4. The thermocouple is inserted into the cavity 6 of the glass tube. The outside of the glass tube is protected by a thermal insulation layer 5 . In the practical manufacture of this electric furnace, it is expedient to proceed in such a way that a glass tube about 20 cm long and 8 mm in diameter has a thread about oß mm deep and 3 mm thread spacing, the glass tube being fused with a glass jacket over its entire surface. The metal is poured into the thread under vacuum. The heating current is around 5 amps at around 6 V.

Eine andere Möglichkeit, einen solchen Thermostaten herzustellen, besteht darin, daß als Mittelteil des Thermostaten ein hohlez Glasdorn vorgesehen wird, auf welchem von vornherein ein Wickel aus dünnem Messingrohr aufgeschmolzen ist. Außen wird ein Glasrohr aufgeschmolzen; das Messingrohr wird sodann durch Salpetersäure aufgelöst, worauf die Füllung mit dem gewünschten Widerstandsmaterial erfolgen kann.Another way to make such a thermostat, consists in that a hollow glass mandrel is provided as the central part of the thermostat is, on which a coil of thin brass tube melted from the start is. A glass tube is melted on the outside; the brass tube is then replaced by nitric acid dissolved, whereupon the filling can be done with the desired resistance material.

Für höhere Temperaturen kommen Aluminium und Silber in Frage, mit den Schmelzpunkten 658 und 961'C. Da die Herstellung von metallischen Durchführungen durch Quarz große Schwierigkeiten macht, ist für diese Art von Thermostaten das Prinzip des Hochfrequenzofens vorteilhaft, womit eine direkte elektrische Beheizung wie in Fig. 3 vermieden ist, Bei Thermostaten für tiefe Temperaturen kommt als Metall Kalium in Frage mit einem Schmelzpunkt von 62,5'C und einem relativ hohen Sprungwert des elektrischen Widerstandes am Schmelzpunkt. In diesem Falle kann man auch eine Wirbelstromheizung mit einer Frequenz von 5o Hz für den völlig in Glas eingeschmolzenen elektrodenlosen Leiter entsprechend Fig. 4 benutzen.For higher temperatures, aluminum and silver come into question, with melting points 658 and 961'C. Since the production of metallic feedthroughs going through quartz great difficulties for this type of thermostat, the principle of high-frequency furnace advantageous, whereby a direct electrical heating is as avoided in Fig. 3, wherein the thermostat for low temperatures is used as metal potassium in question with a Melting point of 62.5'C and a relatively high jump value of the electrical resistance at the melting point. In this case, eddy current heating with a frequency of 50 Hz can also be used for the electrodeless conductor completely fused in glass, as shown in FIG.

Der Thermostat besteht aus einem Eisenkern 2, auf welchem die von dem Wechselstromnetz (5o Hz) gespeiste Wicklung i sitzt. Diese induziert über den Eisenkern in der in einem Glaskörper 3 eingeschmolzenen Kurzschlußwicklung 4 elektrische Ströme, welche das Metall zum Schmelzen bringen. Der Glaskörper 4 kann zweckmäßig zylindrische Walzenform erhalten; er besitzt auf einer Seite einen zylindrischen Kanal 5, welcher zur Aufnahme des Thermoelementes bestimmt ist. Für den erfindungsgemäßen Thermostaten ergeben sich folgende vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten: Zunächst kann der Meßbereich des Thermoelementes abgekürzt und der Meßfehler wesentlich verringert werden, dadurch, daß die zweite Lötstelle des Thermoelementes in einem Thermostaten angeordnet wird, dessen Temperatur nahe der Meßtemperatur liegt, Dies hat den großen Vorteil, daß der absolute Fehler, der durch die Inkonstanz oder wechselnde Empfindlichkeit des Thermoelementes bedingt ist, sehr klein wird. Eine schematische Ausführung dieser Anordnung ist der in Fig. 5 gezeigten Meßschaltung zu entnehmen. Hier weist das Thermoelement i eine der Meßtemperatur ausgesetzte warme Lötstelle a, auf, die zweite Lötstelle b, ist in dem Thermostaten 4 angeordnet, der durch Wahl eines entsprechenden Widerstandsmaterials auf einer Temperatur gehalten wird, welche nahe der Meßtemperatur liegt.The thermostat consists of an iron core 2 on which the winding i fed by the alternating current network (50 Hz) sits. This induces electrical currents via the iron core in the short-circuit winding 4 melted in a glass body 3 , which currents melt the metal. The glass body 4 can expediently be given a cylindrical roller shape; it has a cylindrical channel 5 on one side, which is intended to receive the thermocouple. The thermostat according to the invention has the following advantageous application possibilities: First, the measuring range of the thermocouple can be shortened and the measuring error can be significantly reduced by arranging the second soldering point of the thermocouple in a thermostat whose temperature is close to the measuring temperature.This has the great advantage that the absolute error, which is due to the inconsistency or changing sensitivity of the thermocouple, is very small. A schematic embodiment of this arrangement is shown in the measuring circuit shown in Fig. 5. Here the thermocouple i has a warm soldering point a exposed to the measuring temperature, the second soldering point b is arranged in the thermostat 4, which is kept at a temperature close to the measuring temperature by choosing an appropriate resistance material.

Der erfindungsgemäße Thermostat kann ferner dazu dienen, mit Thermoelementen eine äußerst konstante Kompensationsspannungsquelle (Normalelement) zu schaffen. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, einen Thermostaten für hohe und einen Thermostaten für tiefe Temperatur vorzusehen, wobei in dem einen Thermostaten die warme und in dem anderen Therniostaten die kalte Lötstelle angeordnet wird; dadurch werden die beiden Lötstellen auf sehr konstanten Temperaturen gehalten. Ein Ausführungsbeispiel für diese Anordnung zeigt die Meßschaltung gemäß Fig. 5, welche einen selbsttätigen Kompensationsregler darstellt. Als konstante Spannungsquelle (Normalelement) der Kompensationsspannung liegt an dem Kompensationswiderstand 6 über dem Vorwiderstand 7 das Thermoelement 2. Dieses weist die beiden Lötstellen a. und b, auf, von denen die warme Lötstelle a, in einem Metallthermostaten 4 für hohe Temperatur und die zweite Lötstelle b2 in einem Metallthermostaten 5 für tiefere Temperatur angeordnet ist. Die zu messende Spannung wird von dem Thermoelement i geliefert und über ein Nullgalvanometer 8 dem Kompensationswiderstand 6 in der üblichen Weise zugeführt. Der Thermostat für die warme Lötstelle des Kompensationselementes wird vorzugsweise gleichzeitig für die Vergleichslötstelle des Meßthermoelementes benutzt. Das Galvanometer 8 regelt in bekannter Weise den Abgriff 9 am Kompensationswiderstand 6. Die Stellung des Abgriffs stellt sodann ein Maß der zu messenden Spannung dar. Man kann die mit dieser Anordnung zu erzielende Genauigkeit auf zweierlei Weise erreichen.The thermostat according to the invention can also be used to create an extremely constant compensation voltage source (normal element) with thermocouples. For this purpose it is necessary to provide a thermostat for high and a thermostat for low temperature, the hot solder joint being arranged in one thermostat and the cold solder joint in the other; this keeps the two soldering points at very constant temperatures. An exemplary embodiment for this arrangement is shown in the measuring circuit according to FIG. 5, which represents an automatic compensation controller. The thermocouple 2 is connected to the compensation resistor 6 via the series resistor 7 as a constant voltage source (normal element) of the compensation voltage. This has the two solder points a. and b, of which the warm solder joint a is arranged in a metal thermostat 4 for high temperature and the second solder joint b2 in a metal thermostat 5 for lower temperature. The voltage to be measured is supplied by the thermocouple i and fed via a zero galvanometer 8 to the compensation resistor 6 in the usual way. The thermostat for the warm soldering point of the compensation element is preferably used at the same time for the comparison soldering point of the measuring thermocouple. The galvanometer 8 regulates the tap 9 on the compensation resistor 6 in a known manner. The position of the tap then represents a measure of the voltage to be measured. The accuracy to be achieved with this arrangement can be achieved in two ways.

Nimmt man an, daß das Meßthern-loelement und das Kompensationselement sich in der gleichen Weise ändern, wenn im Laufe der Benutzung beider Elemente eine Oxydation oder Rekristallisation der Elementschenkel stattfindet, so mißt man bei festgehaltener Stellung des Regulierwiderstandes 3 die Meßspannung als bestimmten Bruchteil der Kompensationsspannung unabhängig von der Empfindlichkeit der Thermoelemente stets mit der Genauigkeit, mit der die drei bzw. zwei Thermostate ihre Temperatur konstant halten. Der einzige zusätzliche Fehler wird durch das Kompensationsmeßgerät bzw. durch die Stufung des Kompensationswiderstandes erzeugt. Um die oben gemachte Annahme restlos zu verwirklichen, ist es nur nötig, von Zeit zu Zeit die beiden Thermoelemente zu vertauschen, damit beide im Mittel der gleichen thermischen Belastung ausgesetzt sind.Assuming that the measuring element and the compensation element change in the same way if oxidation or recrystallization of the element legs takes place during the use of both elements, the measuring voltage is measured as a certain fraction of the compensation voltage with the regulating resistor 3 held in position regardless of the sensitivity of the thermocouples, always with the accuracy with which the three or two thermostats keep their temperature constant. The only additional error is generated by the compensation measuring device or by the gradation of the compensation resistor. In order to fully implement the assumption made above, it is only necessary to swap the two thermocouples from time to time so that both are exposed to the same thermal load on average.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, das Kornpensationstherinoelement therrnisch oder hinsichtlich Korrosionsmöglichkeitenwenigerstarkzubeanspruchen als das Hauptelement. Dies kann dadurch geschehen, daß es vakuumdicht eingeschlossen wird und mit Schutzgas oder in Vakuum angeordnet ist. Es kann aber auch um viele Größenordnungen konstanter als das Hauptelement gehalten werden, dadurch, daß die höchste Temperatur, der es ausgesetzt wird, um 2oo bis 300' C tiefer gewählt wird als die zu messende Temperatur. Versuche haben gezeigt, daß unter diesen Bedingungen, insbesondere wenn die Temperatur der Lötstellen voraussetzungsgemäß sehr konstant gehalten ist, eine Änderung der Empfindlichkeit überhaupt nicht mehr nachzuweisen ist. Es ist dies auch ohne weiteres verständlich, da bekannt ist, daß die Reaktionsgeschwindigkeiten chemischer Prozesse, zu denen auch Rekrisiaffisation und Gefügeänderungen von Legierungen rechnen, im allgemeinen bei einer Temperaturerhöhung um 2o bis 30' C sich verdoppeln. Daraus errechnet sicheine Verminderung der Therrnokraftänderung im Verhältnis i # 2111 bzw. i::z1,61 für eine Verminderung der maximalen Temperatur des Kompensationsthermoelementes um 2oo' C. Die Konstanz ist daher rund iooo- bzw. ioofach höher als die des höher beanspruchten Meßthermoelementes.A second possibility is to stress the compensation thermosetting element thermally or with regard to the possibility of corrosion to a lesser extent than the main element. This can be done by enclosing it in a vacuum-tight manner and placing it in a protective gas or in a vacuum. However, it can also be kept many orders of magnitude more constant than the main element by choosing the highest temperature to which it is exposed to be 200 to 300 ° C. lower than the temperature to be measured. Experiments have shown that under these conditions, especially when the temperature of the soldering points is kept very constant as required, a change in sensitivity can no longer be detected at all. This is also readily understandable, since it is known that the reaction rates of chemical processes, which also include recirculation and structural changes in alloys, generally double with a temperature increase of 20 to 30 ° C. This results in a reduction in the thermal force change in the ratio i # 2111 or i :: z1.61 for a reduction in the maximum temperature of the compensation thermocouple by 2oo ° C. The constancy is therefore around 100 or 100 times higher than that of the more highly stressed measuring thermocouple.

Will man die veränderliche Thermokraft des Meßelementes bei unveränderlich angenommener Thermokraft des Kompensationselementes im Betrieb leicht einstellbar gestalten, - so wird im Stromkreis der Kompensationsspannung ein Regulierwiderstand 3 vorgesehen, der bei bestimmter Stellung des Abgriffes die Kompensationsspannung nach Maßgabe der individuellen Empfindlichkeit des Hauptelementes i veränderbar macht.If one wishes to the variable thermal power of the measuring element at invariably assumed thermoelectric power of the compensation element in operation make easily adjustable - according to the compensation voltage is a regulating resistance 3 provided in the circuit, which makes i changeable at certain position of the tap on the compensation voltage according to the individual sensitivity of the main member.

- Letzteres wird in folgender Weise für die betriebsmäßige Eichung bzw. Nachjustierung des Meßelementes i benutzt. Die entsprechende Schaltung zeigt Fig. 6. Bei der hier dargestellten Eichschaltung wird zur Feststellung der individuellen Eichkonstante des Meßthermoeleinentes i, z. B. zur Hebung der evtl. gesunkenen Eichkurve, die warme Lötstelle a, zusammen mit der warmen Lötstelle a, des Vergleichsthermoelementes in dem Metalffhermostaten für hohe Temperatur angeordnet und die kalte Lötstelle b, des Haupteleinentes zusammen mit der kalten Lötstelle b, des Vergleichselementes in den Metallthermostaten für tiefe Temperatur gebracht. Beide Thermoelemente sind gegeneinander über den Kompensationswiderstand und das Nulänstrument geschlossen. Sodann wird mit Hilfe des Abgriffs io am Regulierwiderstand 3 die Kompensationsspannung am Kompensationswiderstand 6 so eingestellt, daß sich bei Einstellung des Kompensationsabgriffes auf den durch die Temperaturdifferenz der beiden Thermostaten gegebenen Skalenwert durch den Beobachter Stromlosigkeit im Kompensationsgalvanorneter ergibt. Die Stellung des Regulierwiderstandes 3 ergibt dann die der individuellen Empfindlichkeit des Meßthermoelementes zu- gehörige Kompensationsstromstärke des Kompensationselementes. Durch Anwendung von Mehrfachelementen oder solcher höherer Empfindlichkeit kann man stets dafür sorgen, daß die Spannung für den Kompensationsstromkreis höher ist als die des Meßelementes bei gleicher Temperaturdifferenz, so daß die Einstellung des Regulierwiderstandes mit endlichen positiven Werten dieses Widerstandes möglich ist. - The latter is used in the following way for the operational calibration or readjustment of the measuring element i. The corresponding circuit is shown in FIG. 6. In the calibration circuit shown here, the individual calibration constant of the measuring thermo-element i, e.g. B. to raise the possibly decreased calibration curve, the warm solder joint a, together with the warm solder joint a, of the comparative thermocouple in the metal thermostat for high temperature and the cold solder joint b, of the main element together with the cold solder joint b, of the comparative element in the Metal thermostats brought for low temperature. Both thermocouples are closed against each other via the compensation resistor and the zero instrument. Then with the help of the tap io on the regulating resistor 3, the compensation voltage at the compensation resistor 6 is set so that when the compensation tap is set to the scale value given by the temperature difference between the two thermostats, there is no current in the compensation galvanometer. The position of the Regulierwiderstandes 3 then gives the individual sensitivity of the Meßthermoelementes to-associated compensation current of the compensation element. By using multiple elements or such higher sensitivity you can always ensure that the voltage for the compensation circuit is higher than that of the measuring element with the same temperature difference, so that the adjustment of the regulating resistor with finite positive values of this resistance is possible.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electrically heated thermostat, characterized in that that the heating conductor consists of a defined melting metal that is automatic regulates to a constant temperature through its jump in resistance at the melting point.

2. Thermostat according to claim i, characterized in that this consists of an electrically heated directly MetaEwicklung which in the - is embedded one intended to receive a thermocouple glass or quartz glass vessel walls. 3. Thermostat according to claim i or 2, characterized in that lkeinstmetalle with a high melting point, z. B. zinc, aluminum, silver, and those with a low melting point, e.g. B. potassium, can be used, preferably in such a way that the transition point of the melting conductor to the electrode made of other metals are located at points of the furnace which are below the melting point during normal operation as a result of Wärmeverhisten. 4. Thermostat according to claims i to 3, characterized in that the metal windings, in particular for high melting points, are designed as short-circuit windings embedded in a glass or quartz body and in the manner of electric induction furnaces by inductively transmitted currents of high or low frequency, e.g. B. via an iron core common to the supply and short-circuit winding. 5. A method for temperature measurement or control using the thermostat according to claims i to 4_, characterized in that the second soldering point of a thermocouple used for temperature measurement is arranged in a thermostat, the temperature of which is close to the measuring temperature. 6. Arrangement for using the thermostat according to claims i to 4, characterized in that a voltage source of high constancy, z . B. for compensation measurements or automatic compensation controller is formed. 7. A method for using the thermostat according to claims i: to 4 and 6, characterized in that for operational calibration or re-calibration of the measuring element, for. B. with an automatic compensation controller, the warm soldering points of the measuring and comparison element together in the high temperature thermostat and: the cold soldering points are brought together in the lower temperature thermostat and by adjusting to the current zero of the compensation attitude by means of a regulating resistor (3) the new calibration of the measuring element is carried out. 8. A method for using thermostats according to claims i to 6, characterized in that the measuring and the compensation thermocouple of the same design are interchanged from time to time to eliminate aging effects on the thermocouples.