DE876820C

DE876820C - Method and device for temperature measurement

Info

Publication number: DE876820C
Application number: DEN2264D
Authority: DE
Inventors: Herre Rinia
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1943-03-10
Filing date: 1944-03-08
Publication date: 1953-05-18

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturmessung Dlie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Temperaturen eines Gegenstandes, bei dem der Beobachtungspunkt in einiger Entfernung von dem betreffenden Gegenstand liegt und die zur Messung erforderliche Wärme von diesem Gegenstand an einem temperaturempfindlichen bei der Messung dieser Temperatur verwendeten Element übertragen wird.Method and device for temperature measurement Dlie invention relates refers to a method of measuring the temperatures of an object in which the observation point is some distance from the object in question and the heat required for measurement from this object to a temperature-sensitive one element used in measuring this temperature is transferred.

Es ist bekannt, bei Anwendung des erwähnten Verfahrens einen wärmeleitenden Metallkörper zu verwenden, der zwischen dem Gegenstand, dessen Temperatur gemessen werden soll, und dem Beobr achtungspunkt, z. B. dem Thermometer oder dem Thermoelement, angeordnet ist. Durch diesen Metallkörper fließt dann ein stetiger Wärmestrom, der, abgesehen von etwaigen Strahlungs- und Beitungsverlusten, das temperaturempfindliche Element auf die gleiche Temperatur wie diejenige des zu messenden Gegenstandes bringt. Bei Temperaturänderungen des Gegenstandes nimmt der fließende Wärmestrom zu u oder ab und bewirkt auch eine Abnahme oder Zunahme der Temperatur im Meßpunkt. It is known, when using the mentioned method, a thermally conductive Use metal body between the object whose temperature is measured should be, and the observation point, z. B. the thermometer or the thermocouple, is arranged. A steady flow of heat then flows through this metal body, apart from any radiation and heat loss, the temperature-sensitive one Brings element to the same temperature as that of the object to be measured. When the temperature of the object changes, the flowing heat flow increases u or and also causes a decrease or increase in the temperature at the measuring point.

Solche Anordnung ist aber sehr träge.Such an arrangement is very sluggish.

Nach der vorliegenden Erfindung wird dieser Nachteil erheblich herabgesetzt, indem die Wärmeübertragung über eine verdampfende und kondensierende Flüssigkeit erfolgt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der Wärmetransport also durch die Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme dieses Flüssigkeitsdampfes. Dieser Dampf und der Dampfdruck können sich viel schneller durch ein Rohr als die molekulare Wärmebewegung durch einen Metallkörper fortpflanzen. Dadurch werden Temperaturänderungen des Gegenstandes schneller übertragen, weil eine Änderung dieser Temperatur unmittelbar eine Änderung des Dampfdruckes oberhalb der Flüssigkeit in einem Punkt zur Folge hat, so daß in einem anderen Punkt sofort Kondensation. oder Verdampfung -auftritt, bei der Wärme frei wird bzw. entzogen wird. Auch ist ein wesentlich größerer Abstand zwischen dem Gegenstand-- und dem Erwärmungspunkt möglich. According to the present invention, this disadvantage is considerably reduced, by the heat transfer via an evaporating and condensing liquid he follows. In the method according to the invention, the heat is transported through the heat of evaporation or condensation of this liquid vapor. That steam and the vapor pressure can move through a pipe much faster than the molecular one Propagate heat movement through a metal body. This will cause temperature changes of the item transferred faster because of a change in this Temperature immediately changes the vapor pressure above the liquid in at one point results in condensation at another point. or Evaporation - occurs during which heat is released or withdrawn. Also is a Significantly greater distance between the object and the heating point is possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders bei einem Thermostaten geeignet, wo die Geschwindigkeit der Temperaturänderungen wichtig ist.The method of the invention is particularly useful with a thermostat suitable where the rate of temperature changes is important.

Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung muß selbstverständlich eine Flüssigkeit verwendet werden, die bei der zu messenden Temperatur bzw. in dem zu messenden - Temperaturbereich einen hinreichenden Dampfdruck hat, um einen Dampftransport durch ein Rohr mit angemessener Geschwindigkeit möglioh zu machen. Falls z. B. angenommen wird, daß der Strömungswiderstand eines Dampfes im verwendeten Verbindungsrohr zwischen dem Gegenstand und dem Beobachtungspunkt etwa 1 mm Quecksilberdruck beträgt, so sind also Flüssigkeiten, die bei dieser Temperatur einen Dampfdruck von 10 mm Queoksilbersäule haben, bereits vorzüglich verwendbar, weil der Strömungswiderstand im Rohr klein in bezug auf den herrschenden Dampfdruck ist Ein größerer Dampfdruck der benutzten Flüssigkeit ist natürlich unbedenklich, solange es nicht zu schwierig wird, ein geschlossenes Rohrsystem herzustellen. Außerdem darf bei der betreffenden Temperatur der Dampfdruck nicht dem kritischen Dampfdruck entsprechen, weil sich dann Flüssigkeit und Gasphase nicht mehr unterscheiden lassen. When using the method according to the invention must of course a liquid can be used, which at the temperature to be measured or in the to be measured - temperature range has a sufficient vapor pressure to allow vapor transport through a pipe at a reasonable speed. If z. B. assumed is that the flow resistance of a steam in the connecting pipe used between the object and the observation point is about 1 mm mercury pressure, so are therefore liquids which at this temperature have a vapor pressure of 10 mm of mercury column already usable because the flow resistance in the pipe is small In relation to the prevailing vapor pressure, a greater vapor pressure is the one used Liquid is of course harmless as long as it doesn't become too difficult to get one to produce a closed pipe system. In addition, at the temperature in question the vapor pressure does not correspond to the critical vapor pressure, because then it is liquid and gas phase can no longer be distinguished.

Es gibt zahlreiche Flüssigkeiten, deren Dampfdruck bei, der herrschenden Temperatur den genannten Anforderungen entspricht. Ausnahmsweise sind dazu auch Flüssigkeitsgemische brauchbar, sofern die Siedepunkte nicht zu weit auseinanderliegen oder bei der herrschenden Temperatur keine chemische Reaktion stattfindet. Ein geeignetes Gemisch ist z. B. Natriumnitrit, Natriumnitrat und Kaliumnitrat. Es ist vorteilhaft, wenn sich im Wärmeübertra-gungssystem neben der Flüssigkeit und dem Dampf nicht. noch Fremdgase befinden oder aus dieser Flüssigkeit während des Betriebes frei werden. Diese Fremdgase könnten nämlich örtliche den Druck des Flüssigkeitsdampfes unzulässig ändenn. Fair niedrige Temperaturen kommt z. B. Kohlensäure, schwefSLige Säure oder Ammo-~ niak in Betracht, - bei mittleren - Temperaturen flüchtige Flüssigkeiten,-wie z. B. Alkohol und Äther, ün-d -hei holien Temperaturen flüssige Metalle, wie- z. B. Quecksilber, Kalium oder Natrium, und Salze; wie Diphenyloxyd oder Zinkchlorid. There are numerous liquids whose vapor pressure is at, the prevailing Temperature corresponds to the stated requirements. Exceptionally there are also Mixtures of liquids can be used, provided the boiling points are not too far apart or no chemical reaction takes place at the prevailing temperature. A suitable one Mixture is z. B. sodium nitrite, sodium nitrate and potassium nitrate. It is beneficial if there is no liquid and vapor in the heat transfer system. foreign gases are still present or are released from this liquid during operation. These foreign gases could in fact localize the pressure of the liquid vapor inadmissible change. Fairly low temperatures come e.g. B. carbonic acid, sulphurous acid or Ammonia under consideration, liquids volatile at medium temperatures, such as z. B. alcohol and ether, ün-d -hei holien temperatures liquid metals such. B. mercury, potassium or sodium, and salts; such as diphenyl oxide or zinc chloride.

Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht zweckmäßig aus zwei miteinander verbundenen geschlossenen Gefäßen, aie' -befde eine flüssigkeitsmenge enthalten. Eines der Gefäße steht mit dem zu messenden Gegen stand, das andere mit' dem temperaturempfindlichen Element in. wärmeleitender Verbindung, so daß die Temperatur dieser Gefäße gleich - der des Gegenstandes angenommen werden dann. Die beiden Gefäße sind derart eingerichtet, daß die in ihnen kondensierte Flüssigkeit beim Überschreiten eines bestimmten Vorrats nach dem anderen Gefäß abfließen kann. Sie sind dazu mit einer sogenannten Flüssigkeitsschwelle ausgebildet, so daß immer eine bestimmte Menge Flüssigkeit zurückbleibt. Falls eines der Gefäße höher liegt als das andere, so genügt es, nur bei diesem einen die Flüssigkeitsschwelle vorzusehen. Wenn die Temperatur der gemessenen Stelle (Gegenstand) ansteigt, so verdampft dort Flüssigkeit und eine entsprechende Flüs sigkeitsmenge kondensiert an der Meßstelle (Thermometer), die dann wieder zum erstgenannten Gefäß zurückfließt. So wird die Verdampfungswärme von der gemessenen Stelle als Kondensationswärme der Meßstelle zugeführt. Wenn hingegen die Temperasur des zu messenden Gegenstandes absinkt, so nimmt die Dampfspannung des mit ihm verbundenen Gefäßes ab, so daß nunmehr die Flüssigkeitsmenge im anderen Gefäß verdampfen wird und sich in entgegengesetzter Richtung bewegt. Dieses Verdampfen verbraucht aber Wärme, die dem Gefäß und, dem temperaturempfindlichen Element entzogen wird, so daß auch die Temperatur im Beobachtungspunkt augenblicklich absinkt. Temperaturschwankungen werden also schnell registriert, und es braucht nicht gewartet zu werden, bis Idurch etwaige Wärmeabgabe an die Umgebung diese Temperatur abgenommen hat. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher besonders für einen Thermostat zusammen mit einem Regelmechanismus. The device for carrying out the method according to the invention consists expediently from two interconnected closed vessels, aie '-be one amount of liquid included. One of the vessels is with the object to be measured, the other with the temperature-sensitive element in a thermally conductive connection, so that the temperature of these vessels is assumed to be equal to that of the object then. The two vessels are set up in such a way that the condensed in them If a certain level is exceeded, the liquid will flow into the other vessel can. They are designed with a so-called liquid threshold so that there is always a certain amount of liquid left behind. If one of the vessels is higher lies than the other, it is sufficient to only have the fluid threshold in this one to be provided. If the temperature of the measured point (object) rises, so There liquid evaporates and a corresponding amount of liquid condenses at the measuring point (thermometer), which then flows back to the first-mentioned vessel. So the heat of evaporation from the measured point is called the heat of condensation Measuring point supplied. If, however, the temperature of the object to be measured decreases, the vapor tension of the vessel connected to it decreases, so that now the amount of liquid in the other vessel will evaporate and in the opposite one Moving direction. However, this evaporation consumes heat, the vessel and the temperature-sensitive element is withdrawn, so that the temperature in the observation point drops instantly. Temperature fluctuations are registered quickly, and there is no need to wait until there is any heat dissipation into the environment this temperature has decreased. The device according to the invention is therefore suitable especially for a thermostat together with a control mechanism.

Die Erfindung wird an Hand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail using three exemplary embodiments.

In Fig. I ist eine Temperaturmeßrvorrichtung nach der Erfindung an einen Schmelzofen angebaut. In Fig. I a temperature measuring device according to the invention is on a melting furnace was added.

Fig. 2 zeigt eine derartige Vorrichtung bei einem Kühlkasten und Fig. 3 bei einem Flüssigkeitskondensator. Fig. 2 shows such a device in a cooling box and 3 for a liquid condenser.

In Fig. I ist der Schmelzofen 0 angedeutet, der das Schmelzgut 11 enthält. Die Temperaturmeßanlage besteht aus einem langen engen Rohr I2, an dessen einem Ende eine örtliche- Erweiterung I3 in unmittelbarer Berührung mit dem Schmelzgut steht, während am anderen Ende eine schalenförmige Erweiterung 14 für das Thermometer 15 angeordnet ist. In der Erweiterung 13 befindet sich die Flüssigkeit, die durch die Wärme der Ofenladung II regelmäßig zur Verdampfung gebracht wird. Dieser Dampf bewegt sich durch das Rohr I2, kommt mit dem erweiterten Ende 14 und dem darin angeordneten Thermometer 15 in Berührung und erhitzt es bis zu einer Temperatur, die am vor-1 liegenden Fall derjenigen der Schmelze II entspricht. Die dazu erforderliche Wärme wird dtirch Kondensation. des Dampfes zu einer Flüssigkeit geliefert, die sich in der schalenförmigen Erweiterung 14 ansammelt. Trotz etwaiger Wärmeisolierung können immer noch geringe Wärme verluste eintreten, so daß sogar bei gleichbleibender Temperatur ein ununterbrochener, wenn auch geringer Dampfstrom durch das Rohr 12 statt- findet. Wenn der schalenförmige Teil 14 mit einer bestimmten Flüssigkeitsmenge Flüssigkeit gefüllt ist, fließt die weitere Menge kondensierenden Dampfes als Flüssigkeit durch das Rohr 12 nach dem Ende 13 zurück. Dazu liegt die schalenförmige Erweiterung 14 höher als das Ende 13. Eine Temperaturzunahme, der Schmelze 1 1 verursacht eine schnellere Verdampfung der F1üssigkeit im Ende 13 und folglich einen stäfl<eren Dampfstrom durch das Rohr 12 und entsprechend stärkere Kondensation im Gefäß 14. Die Temperatur steigt hier also an. Wenn hingegen die Ofentemperatur absinkt, so wird der Dampfdruck der Flüssigkeit bei I3 geringer als er im Gefäß 14 ist. Es verdampft Flüssigkeit aus dem Gefäß I4, dessen Temperatur absinkt. Dies findet natürlich nur statt, solange es noch Flüssigkeit im Gefäß 14 gibt. Der Inhalt dieses Gefäßes kann daher der Zeitdauer und Höhe der zu erwartenden Temperaturabfälle, dem Maße der Wärmeausstrahfung und der Verdampfungswärme der verwendeten Flüssigkeit sowie der Wärmekapazität des Gefäßes angepaßt werden. In FIG. I, the melting furnace 0 is indicated, which the melting material 11 contains. The temperature measuring system consists of a long narrow tube I2, on whose one end a local extension I3 in direct contact with the melting material stands, while at the other end a bowl-shaped extension 14 for the thermometer 15 is arranged. In the extension 13 is the liquid that through the heat of the furnace charge II is regularly made to evaporate. That steam moves through the tube I2, comes with the enlarged end 14 and the one located in it Thermometer 15 in contact and heats it up to a temperature which is on the before -1 lying case corresponds to that of melt II. The heat required for this becomes condensation. of the vapor is delivered to a liquid which is in the cup-shaped extension 14 accumulates. Despite any thermal insulation, you can low heat losses still occur, so that even at constant temperature an uninterrupted, albeit slight, flow of steam through the pipe 12 takes place. finds. When the cup-shaped part 14 with a certain amount of liquid liquid is filled, the remaining amount of condensing vapor flows through as a liquid the tube 12 back to the end 13. The bowl-shaped extension 14 is located for this purpose higher than the end 13. A temperature increase, the melt 1 1 causes a faster evaporation of the liquid in the end 13 and consequently a stronger one Steam flow through the pipe 12 and correspondingly stronger condensation in the vessel 14. So the temperature rises here. If, on the other hand, the oven temperature drops, so the vapor pressure of the liquid at I3 becomes lower than it is in the vessel 14. It evaporates Liquid from vessel I4, the temperature of which is falling. This only takes place, of course instead of while there is still liquid in the vessel 14. The contents of this vessel can hence the duration and magnitude of the expected temperature drops, the extent of the Heat emission and the heat of vaporization of the liquid used as well as the Heat capacity of the vessel can be adjusted.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform für Temperaturen, die niedriger sind als die der Umgebung, wie dies z. B. bei einem Küblkasten der Fall ist. Fig. 2 shows an embodiment for temperatures which are lower are than those of the environment, as z. B. is the case with a Küblkasten.

Hier liegt das Gefäß 25 niedriger als das Gefäß 24, weil dort die niedrigste Temperatur ist und also dort im allgemeinen die Kondensation stattfindet. Here the vessel 25 is lower than the vessel 24 because there the is the lowest temperature and that is where the condensation generally takes place.

Der Flüssigkeitsüberschuß in diesem Gefäß fließt dann durch das Rohr 22 nach dem Gefäß 25 zurück.The excess liquid in this vessel then flows through the tube 22 back to the vessel 25.

Dieses Rohr 22 ist durch die Wand 20 des Kiühlkastens hindurchgeführt und das Gefäß 24 befindet sich in der Nähe der Kiihlschlange2I. Außerhalb des Rühlkastens ist das Rohr 22 von einem Isoliermantel 23 umgeben, um Meßfehler durch Wärmeverluste zu vermeiden. Statt eines Thermometers laun im vorliegenden Fall ein Thermoelement in der Flüssigkeit 26 untergebracht werden Dann kann die Meßanlage z. B. zum Ein- und Ausschalten der Motorpumpe für die Kühlanlage benutzt werden.This tube 22 is passed through the wall 20 of the cooling box and the vessel 24 is in the vicinity of the cooling coil 21. Outside the cooler box the tube 22 is surrounded by an insulating jacket 23 to avoid measurement errors due to heat losses to avoid. Instead of a thermometer, a thermocouple is used in the present case be accommodated in the liquid 26 Then the measuring system can, for. B. to and switching off the motor pump for the cooling system.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit der man sowohl höhere als auch niedrigere Temperaturen als die der Umgebung messen kann. In diesem Fall tritt in beiden Gefäßen eine Kondensation auf, und es muß in den beiden Gefäßen die Flüssigkeit nach dem anderen Gefäß wberlaufen können. In einem Satz von Kondensatorröhren 30 befindet sich eines der beiden mit Flüssigkeit gefüllten Gefäße 32, das durch Vermittlung eines waagerechten Rohres 3I mit dem anderen Gefäß 33 verbunden ist. Im anderen Gefäß ist das Thermoelement 34 untergebracht. Wenn die Temperatur des Kondensators 30 höher als die der Umgebung ist, so wird die Flüssigkeit im Gefäß 32 verdampfen, und der Dampf bewegt sich durch das Rohr 3I nach dem Gefäß 33. Fig. 3 shows an embodiment with which you can both higher and can measure lower temperatures than those of the surroundings. In this case, condensation occurs in both vessels, and the liquid must be in the two vessels can overflow after the other vessel. In a set of condenser tubes 30 is one of the two vessels filled with liquid 32, which is mediated a horizontal tube 3I is connected to the other vessel 33. In the other The thermocouple 34 is housed in the vessel. When the temperature of the capacitor 30 is higher than that of the surroundings, the liquid in the vessel 32 will evaporate, and the steam moves through the pipe 3I to the vessel 33.

Beim Erreichen des höchsten Pegels im Gefäß 33 fließt die kondensierte Flüssigkeit durch das Rohr 31 zurück. Wenn die Temperatur des Kondensators niedriger als die indes Gefäßes 33 ist, so wird sich der Dampfstrom durch das Rohr 3I aus dem Gefäß 33 nach dem Gefäß 32 bewegen, die Flüssigkeit tritt über die Schwelle des Gefäßes 32, fließt durch das Rohr 3I gegen den Dampfstrom zurück.When the highest level in the vessel 33 is reached, the condensed water flows Liquid back through the pipe 31. When the temperature of the condenser lower than that of the vessel 33, the flow of steam through the pipe 3I will cease move the vessel 33 after the vessel 32, the liquid passes over the threshold of the vessel 32, flows back through the pipe 3I against the flow of steam.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Method for temperature measurement, in which the Observation point is at some distance from the object to be measured and the heat required for measurement from this object to a temperature-sensitive one Element is transferred, characterized in that the heat transfer through Mediation of an evaporating and condensing liquid takes place.

2. Apparatus for performing the method according to claim I, characterized by two interconnected closed vessels, both of which contain a quantity of liquid included and of which one with the object, the other with the temperature-sensitive Element is in thermally conductive connection, and that at least one of these vessels is set up in such a way that the amount of vapor condensed therein to form liquid, which is greater than the amount intended for this vessel, after the other vessel drains.

3. Apparatus according to claim I, characterized in that for measurement a temperature exceeding the ambient temperature, the connection between the vessels runs horizontally or after the vessel with the temperature-sensitive Element increases.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that for measurement of temperatures lower than the ambient temperature the connection between the Vessels runs horizontally or after the vessel with the temperature-sensitive Element sinks.

5. Device according to one of claims 2, 3 and, characterized in, that this forms part of a thermostat.