-
Widerstandsthermometer für hohe Temperaturen sowie Verfahren zu seiner
Herstellung Es sind Widerstandsthermometer bekannt, bei welchen der aus einem geeigneten
Metall mit großem, aber möglichst konstantem Temperaturkoeffizienten, vorzugsweise
Platin, bestehende Widerstandsdraht auf einen keramischen Träger aufgewickelt und
gegen äußere Einflüsse durch aufgeschobene Rohre aus Glas, Quarz od. dgl. geschützt
ist. Um stets die gleiche Lage der Widerstandswicklung zu gewährleisten, sind diese
entweder ganz in Glas, Glasur oder in schraubenförmige Rillen des Trägers eingebettet.
-
Durch diese Maßnahme werden zwar nun einerseits Lageänderungen 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 55o° C liegt, wo nämlich die Leitfähigkeit
des Glases und der meist gebräuchlichen Glasuren stark ansteigt und die Widerstandsmessung
somit fälscht. Bei Einbettung der Wicklungen in schraubenförmige Rillen des Trägers
wird außerdem bei einfacher Wendelform des Drahtes 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 Einlegung der
Wicklungen in Rillen des Trägers das Widerstandsmaterial gezwungen, die thermische
Ausdehnung des Glases oder des Trägers mitzumachen. Dadurch ergeben sich durch einen
Hystereseeffekt 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.
-
An Stelle von Glasuren hat man auch schon pulverisierte, lockere Massen,
beispielsweise Glaspulver zur Einbettung der Widerstandswicklung bzw. der Füllung
des Zwischenraumes zwischen Wicklung und Schutzhülle benutzt. Sie ergeben jedoch
ebenfalls Fehlerquellen, die die Meßgenauigkeit beeinträchtigen.
-
Ein anderer bekannter Vorschlag sah vor, bei Widerstandsthermometern
eng gewickelte Wendeln in dünne Kapillaren eines keramischen Trägers zu bringen,
dann auf die zweifache Länge auszuziehen und den verbleibenden Drahtzwischenraum
mit einem Zement zu verkitten. Da ein Zement sehr hart und auch nicht porös ist,
ergeben sich bei Verwendung einer solchen Füllmasse wieder die Eigenschaften wie
bei Einbettung der Wendeln in Glas oder Glasur, so daß auch die Meßgenauigkeit beeinträchtigende
Hystereseeffekte zu erwarten waren.
-
Die Aufgabe, Widerstandsthermometer auch für .hohe Temperaturen brauchbar
zu machen, ohne daß dabei Einbettmassen durch ihre Leitfähigkeit oder ihren -mechanischen
Druck den Widerstand der Wendel nachteilig beeinflussen, wurde mit dem vorliegenden
Vorschlag gelöst.
-
Bei dem Gegenstand der Erfindung handelt es sich um Widerstandsthermometer
für hohe Temperaturen, deren vorzugsweise aus Platin bestehender Widerstandsdraht
des Fühlorgans zu einer Wendel mit einem, Durchmesser von wenigen Vielfachen, vorzugsweise
von nicht mehr als das Zwei- bis Dreifache des Drahtdurchmessers und mit einem Abstand
- zwischen den einzelnen Windungen etwa gleich dem Drahtdurchmesser gewickelt und
in Kapillaren eines hochhitzebeständigen, dichten, keramischen Trägers ausgelegt
ist. Gemäß der Lehre. der Erfindung ist mindestens ein Teil des verbleibenden Kapillarenzwischenraumes
mit einer bis zum Biskuitbrand oder Schrühbrand geglühten porösen keramischen Fritte
einer vergleichsweise geringen Härte von weniger als a, vorzugsweise von nicht wesentlich
höherer Härte als i nach der Mohsschen Härteskala ausgefüllt.
-
Eine solche Fritte ist zwar zusammenhängend, kompakt und formbeständig,
jedoch nicht wesentlich härter als Kreide und zum Unterschied von bisher viel gebrauchten
Glasuren und Einbettmassen porös. Sie kann aus verschiedenen keramischen Mischungen
hergestellt werden. Bewährt hat sich vor allem eine Fritte aus Sintertonerde, Quarz
und Calziumoxyd. Als Material für die die Kapillaren enthaltenden Träger kommen
chemisch indifferente, nichtleitende hochhitzebeständige Stoffe, vorzugsweise reine
Oxyde, wie Sintertonerde in Frage. Die Fritte zur Füllung des Kapillarenzwischenraumes
kann entweder nur im Innern der Wendel liegen oder auch um die Wicklungen herumgreifen
und den ganzen vorhandenen Zwischenraum erfüllen.
-
Auch für das erfindungsgemäße Fühlorgan ist die am meisten gebräuchliche
Stäbchenform für den eine oder mehrere Kapillaren enthaltenden Träger zweckmäßig.
Man kann so feine Widerstandswendeln herstellen und deshalb alle Abmessungen, so
klein halten, daß das Fühlorgan beispielsweise nur eine Länge von 5 cm und einen
Querschnitt von i bis a mm2 besitzt. Aber auch andere Formen, etwa scheibenförmige
Fühlorgane mit spiralig gewundenen Kapillaren zur Aufnahme der Widerstandswendel
kommen in Frage.
-
Die Vorzüge derartiger Thermometer beruhen darauf, daß infolge des
Ersatzes einer glas- oder glasurartigen, harten, dichten Einbettmasse durch eine
verhältnismäßig weiche poröse Fritte der beschriebenen Art weder auf mechanischen
Ursachen beruhende Effekte auftreten können, noch bei höheren Temperaturen die Einbettmassen
leitfähig werden, so daß das Thermometer selbst für Temperaturen höher als 700°
C brauchbar ist und der Meßbereich nach oben nur durch den Rekristallisationspunkt
des Widerstandsmaterials begrenzt ist. Mit Platin ist so eine genaue Messung bis
auf 750° C möglich. Die enggewickelte Widerstandswendel besitzt selbst eine für
.alle Verwendungszwecke ausreichende innere hohe Steife und wird außerdem noch durch
die weiche Einbettmasse unterstützt, so daß evtl. die während des Betriebes vorkommenden
Erschütterungen nicht zu merklichen Form- und damit Widerstandsänderungen führen
können.
-
Die Füllmasse für die Widerstandswendel gemäß der vorliegenden Erfindung
unterscheidet sich in ihrer Konsistenz von den bisherigen Einbettmassen wesentlich
insofern, als sie zwar im Gegensatz zu einem lockeren' Pulver zusammenhängend,-kompakt,
formbeständig und damit erschütterungsfest, aber porös ist und weder die Härte und
Dichte einer hochgebrannten Sintertonerde noch die Glätte einer Glasur hat. Sie
soll jedenfalls nicht wesentlich härter als Kreide sein, so. daß die von ihr auf
die Wicklungen ausgeübten mechanischen Spannungen nicht das schädliche Ausmaß wie
bei harten Einbettmassen erreichen.
-
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Widerstandsthermometer mit der
als Beispiel angegebenen Füllmasse wird folgendes Verfahren vorgeschlagen: Zuerst
werden die eng gewickelten Widerstandswendeln bzw. die Wendelhälften vorzugsweise
mit einer Wasserstrahlpumpe in die Kapillaren des Trägers und dann eine mit Wasser
angerührte Mischung aus reiner Tonerde, Quarz oder Kalk in das Innere der Wendel
eingesaugt. Danach werden die Thermometer getrocknet und dann bei Temperaturen bis
höchstens iooo° C gebrannt, so daß das Wasser restlos beseitigt wird und der poröse
Biskuitbrand entsteht. Die beiden Teile der Widerstandswendel
werden
am einen Ende der beiden Kapillaren verschweißt, während an die anderen Enden ebenfalls
durch Lötung Elektroden angebracht werden. Nach Abgleichen wird die Verlötungsstelle
der Wicklungshälften mit einer Glasur überdeckt und so vor Einwirkung der Luft geschützt.
-
Die fertigen Widerstandsthermometer haben den Vorteil, daß sie nicht
nur nach dem Einbau in die Meßanordnung, sondern auch vor allem gegenüber den bei
Verpackung, Transport auftretenden, meist nicht zu vermeidenden mechanischen Erschütterungen
unempfindlich sind und keine Veränderungen ihrer Widerstandscharakteristik zeigen.