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Widerstandsthermometer für hohe Temperaturen Es sind Widerstandsthermometer
bekannt, bei welchen die aus einem geeigneten Metall mit großem, aber möglichst
konstantem Temperaturkoeffizienten, vorzugsweise Platin, bestehenden Wicklungen
auf einen keramischen Träger aufgewickelt und gegen äußere Einflüsse durch aufgeschobene
Rohre aus Glas, Quarz od. dgl. geschützt sind. Um stets die gleiche Lage der Widerstandswicklung
zu gewährleisten, .sind dabei die Wicklungen bisher entweder ganz in Glas, Glasur
oder in schraubenförmigen Rillen des Trägers eingebettet.
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Durch diese Maßnahme werden zwar nun einerseits Lageveränderungen
der Drahtwicklung bei mechanischen Erschütterungen und dadurch bedingte Spannungs-
und irreversible Widerstandsänderungen vermieden; andererseits entstehen dabei jedoch
wieder andere Nachteile, indem einmal bei vollkommener Einbettung in Glas die obere
Temperaturgrenze für die Anwendbarkeit bei etwa 550° C liegt, wo nämlich die Leitfähigkeit
des Glases und der meisten gebräuchlichen Glasuren stark ansteigt und die Widerstandsmessung
somit fälscht. Bei Einbettung der in schraubenförmige Rillen des Trägers wird außerdem
bei einfacherWendelform desDrahtes ein verhältnismäßig großer Träger benötigt, um
.die notwendige Länge des Widerstandsdrahtes: unterbringen zu können, so daß die
Wärmekapazität des Thermometers unerwünscht hoch wird. Außerdem ist sowohl bei Einbettung
in Glas oder Glasur als auch bei Einlegumg der Wicklungen in Rillen des Trägers
das Widerstandsmaterial gezwungen, die thermische Ausdehnung des Glases oder des
Trägers mitzumachen. Dadurch ergeben sich nämlich durch einen Hysbereseeffekt für
die gleiche Temperatur verschiedene
Widerstandswerte, je nachdem,
ob bei ansteigender oder bei fallender Temperatur gemessen wird. Beispielsweise
kann der Fehler bei Einbettung in Glas mehrere Zehntel Grad Celsius betragen.
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Die Erfindung betrifft nun eine wesentlich verbesserte Ausführungsform
von Widerstandsthermometern, die in überraschender Weise die geschilderten Mängel
und Nachteile behebt. Erfindungsgemäß soll für das neue Widerstandsthermometer eine
Drahtwendel aus dem Widerstandsmaterial mit sehr enger Wicklung angewandt werden.
Der Durchmesser derWendel soll nur -#venigeVi.elfache, vorzugsweise das Zwei- bis
Dreifache des Drahtdurchmessers betragen und der Abstand zwischen den Windüngen
derWendel etwa gleich demDrahtd-urchmesser sein.
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Eine solche enge Wendel besitzt eine große innere Steife, benötigt
einen geringen Raum, und sie kann fast frei -äühängt werden, ohne daß Erschütterungen
die Wicklungslänge und damit die innere Spannung verändern.
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Gemäß dein neuen Vorschlag soll weiter die Widerstandswendel in enge
passende Kapillaren eines keramischen Trägers eingelegt oder aufgehängt sein, so
daß die elastische Wendelspannung unabhängig von der thermischen Ausdehnung und
Volumenänderung des Trägermaterials ist.
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Schließlich sollen als Material für den Träger oder für die Hülle
chemisch indifferente, nicht leitende, hochhitzebeständige Stoffe, vorzugsweise
reine Oxydle, wie Magnesiumoxyd oder Sintertonerde verwandt werden-.
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In der Zeichnung werden Ausführungsformen der erfindungsgemäß verbesserten
Widerstandsthermometer gezeigt. Bei einem stabförmigen Widerstandsthermometer in
der Form nach Abb. i und 2 liegen erfindungsgemäß :die beiden Hälften des eng gewendelten
Widerstandsdrahtes z in zwei engen, parallel nebeneinanderliegenden,geraden Kapillaren
6 eines dünnen Stabes von beispielsweise nur i bis 2 mm Querschnitt aus einem hochhitzebeständigen
Oxyd, wie Sintertonerde, dessen gesamte Länge beispielsweise etwa 5 cm miß.t. Die
Widerstandswendel i muß daher aus sehr feinem Draht, beispielsweise aus reinem Platin,
hergestellt sein. Die beiden Wendelhälften des Widerstandsdrahtes sind an ihrem
Ende mit dickeren, gerade in die Kapillaren passenden Zuleitungsdrähten 4 verlötet
und im Anfangsteil !der Kapillaren an der Stelle 3 in geigneter Weise angeheftet.
Hierzu können beispielsweise .die Kapillaren 6 an :der Stelle 3 angekerbt sein,
.so daß durch Anbringung einer kleineren Menge Lötmetalls die Enden der Zuleitungsdrähte
4 etwas oberhalb ihrer Verlötung mit den Widerstandswendeln befestigt werden. Die
Zuleitungsdrähte 4 sind möglichst luftdicht in dieKapillaren eingesetzt. Die Wendelhälften
sind am anderen Ende 5 des die Kapillaren enthaltenden Trägerstabes 2 zusammengelötet.
Innerhalb der Kapillaren 6 liegen die Drahtwendeln vollkommen frei und werden nur
durch ihre eigene Steife in ihrer Lage festgehalten. Auch kräftige ErschÜtterungen
vermögen keine wesentlichen Lage- und elastdschen Spannungsänderungen !hervorzurufen.
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Zur Fertigung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform des neuen Widerstandsthermometers
nach Abb. i a und i b 'können beispielsweise die beiden vorher mit den Zuleitungsdrähten
q. befestigten, nicht aber zusammengelöteten Wendelhälften unter der Wasserstrahlpumpe
in die Kapillaren des Thermometerstabes. hineingesaugt werden, bis ihre Enden an
der Stelle 5 herausragen. An dieser Stelle kann dann auch .noch vorteilhaft nach
Verlötung der Wendelenden eine Abgleichung des Widerstandswertes erfolgen. Durch
eine kleine Menge Glasur kann die so gebildete Thermometerspitze 5 luftdicht abgeschlossen
werden.
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In einer anderen erfindungsgemäßem Ausführurngsform nach den Abb.
2 a und 2b setzt sich der stabförmigeTräger für das:Thermometer aus einem innern
Stabkern 2" und einer aufgeschobenen zylindrischen, an der Therinometerspitzegeschlossenen
Hülle 2b zusammen. Zur Bildung der die Widerstandswendeln aufzunehmenden Kapillaren
6 sind dabei in Längsrichtung in: den ;Mantel des Stabkernes 2,1 Rillen eingefräst.
Anstatt eines Stabkernes mit zwei Rillen kann; auch ein Stabkern mit vier oder sogar
mehr Rillen angewandt werden. Die einzelnen Teile der Widerstandswendel i liegen
dann parallel nebeneinander in den Rillen des Stabkernes 2a: Die zylindrische Hülle
2b wird erst nach Auflegen der beiden Hälften der Widerstandswendel und Verlöten
derselben an der Spitze 5 und an den Zuleitungsenden 3 auf den Stabkern 2a aufgeschoben
und luftdicht mit dem Stabkern 2a verkittet.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist der Kernstab 2a nicht mit geraden,
längs seiner Mantellinie liegenden, sondern mit schraubenförmigen, auf seinem Umfang
eingefrästen Rillen versehen, mit je einem Wintlungsgang für :die beiden Hälften
der Widerstandswendel. Auch dabei wird die zylindrische Hülle 2b erst nach Einlegen
der Wendel in die Windungen und Verlötung der Enden auf den Stabkern aufgeschoben.
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Während die bisher beschriebenen, erfindungsgemäßen. Ausiführungsformen
von Widerstandsthermometern die im allgemeinen. übliche Stabform beibehielten, erlaubt
die Erfindung auch eine Ausführung, die besonders für Temperaturmessung ruhender
Medien geeignet ist. Dabei besitzt das Träger- oder Fühlerorgan des Widerstandsthermometers
die Gestalt einer flachen Scheibe, wie in Abb. 3 a und 3b, dargestellt ist.
Der keramische Träger 2 kann beispielsweise aus: zwei spiegelbildlichen, scheibenförmigen
Hälften 2c und 2d bestehen, die auf ihren Innenseiten spiralige Rillen enthalten,
so daß bei aufeinandergelegten Hälften die Kapillaren zur Aufnahme - der Wi@derstandswendeln
entstehen. Die Spirale ist vorzugsweise zweiarmig, so daß der hinführende und der
rückführende Wendelteil nebeneinander liegen. Der scheibenförmigeTräger 2 kann sich
aus drei flachen Teilscheiben zusammensetzen, nämlich einem Mittelteil 2f, welcher
auf beiden, Seiten mit Rillen in Form einer einarmigen Spirale versehen ist, und
zwei
Deckscheiben ae und 29 für je eine Seite der mittleren Sc'heib° .reit passenden
Rillen, so daß bei richtig aufeinandergelegten Teilscheiben .spiralige Kapillaren
zur Aufnahme der Widerstandswendel entstehen. Die beiden Hälften der Widerstandswendel
liegen dabei auf je einer Seite der mittleren Scheibe und sind. in der Scheibenmitte
5 durch eine die beiderseitigen Kapillaren verbindende Bohrung in der mittleren
Scheibe 2f zusammengefügt. Die Zuleitungsdrähte 4 liegen nebeneinander oder übereinander
am Scheibenrand.
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Nach Fertigstellung der Widerstandsthermometer gemäß dem Vorschlag
der Erfindung werden diese selbstverständlich in an sich bekannter Weise einer Alterungsbehand'lung
unterzogen, die vor allen Dingen in einer wechselnden Erhitzung auf höhere Temperaturen,
beispielsweise bei Platin auf 50° C, besteht.
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Die Widerstandsthermometer gemäß dem Vorschlag der Erfindung zeichnen
sich vor allem durch einen bis etwa auf 120d° C erweiterten Temperaturbereich aus,
der nur durch die Kristallisation des Widerstandsmaterials. begrenzt ist. Bei Platin
beginnt diese etwa bei 750° C. Durch Verwendung hochhitzebeständiger Oxyde, wie
Sintertonerde, als Trägermaterial und Wegfallen einer besonderen Einbettmasse für
die Widerstandswicklung erreicht man die günstige Eigenschaft., daß keine bei hoben
Temperaturen entstehende zus.äbzliche Leitfähigkeit der Einbettmasse die Messungen
fälscht..
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Außerdem ist es von Vorteil, daß sowohl wegen der engen Wendelung
des Widerstandsdrahtes als auch wegen Wegfallen der Einbettmasse das Volumen des
erfindungsgemäßen Widerstandsthermometers sehr klein gehalten werden kann. Wegen
der kleinen Wärmekapazität sind Genauigkeit und Anspruc'hempfindlic'hkeit stark
erhöht. Schließlich aber entfallen noch die bei Einbettung des Widerstandsdrahtes
in eine Glasur bei wechselnden Temperaturen auftretenden elastischen Spannungsänderungen
im Draht und die dadurch bedingte Widerstandshysterese, so daß die Zuverlässigkeit
der Temperaturmessung ganz bedeutend erhöht wird. Die leichte, zwanglose Berührung
der eng gewickelten Drahtwendel, deren Durchmesser vorzugsweise nur etwa das Zwei-
bis Dreifache des Drahtdurchmessers betragen soll, n vit den Wandungen der Kapillaren
ist ausreichend, um einen schnellen`Värmeübergang zu gewährleisten, ohne daß ein
starkes Haften des Drahtes an derWandung notwendig ist. Die sonst bei Erschütterungen
auftretenden Spannungsänderungen des Widerstandsdrahtes werden durch die große innere
Steife der erfindungsgemäß eng gewickelten Wendel, die frei in .den Kapillaren liegt,
gänzlich abgefangen.
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Widerstandsthermometer mit schraubenförmig auf einen Träger gewickeltem
Draht, also mit weitgängiger Wendel, sind an sich bekannt. Bei weitgängigen Wendeln
wird aber die innere Steife eines Drahtes nicht im geringsten erhöht, und es wurde
daher bisher als unbedingt erforderlich gehalten, daß jeder einzelne Teil des Widerstandsdra
Utes, ganz gleich ob dieser glatt oder gewendelt war, fixiert werden müsse.
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Erst durch die nach dem Erfindungsvorschlag enge Wicklung der Drahtwendeln
wird das Ziel einer großen inneren Festigkeit der Widerstandswicklung auch bei freier
Aufhängung des Drahtes erreicht" so daß nur eine Fixierung an den Zuleitungen bzw.
an der Verbindungsstelle der beiden Hälften einer unterteilten Wendel ausreicht.
Der keramische, hochhitzebeständige Träger sorgt bei der .erfindungsgemäßen Ausführung
'hauptsächlich für den Halt des Widerstandsthermometers als Ganzes, soll also ein
seitliches Verbiegen der Widerstandswicklung verhindern. Außerdem soll dadurch eine
unmittelbare Berührung des Widerstandsmaterials mit dem Medium, dessen. Temperatur
zu bestimmen ist, vermieden und Schutz gegen schädigende Einflüsse gewährt werden.
Es steht: somit fest, -daß durch das neue Widerstandsthermometer ein erheblicher
Fortschritt und eine bedeutende Förderung der Technik erlangt wird.