DE945869C - Verfahren zur Temperaturmessung, -regelung und -begrenzung bei dielektrischer Erwaermung im Hochfrequenzfeld - Google Patents

Description

• Verfahren zur Temperaturmessung, -regelung und -begrenzung bei dielektrischer Erwärmung im Hochfrequenzfeld Bei Anordnungen zur dielektrischen Erwärmung von festen Körpern und Flüssigkeiten ist es oft von großer Wichtigkeit, die Temperatur des zu erwärmenden Stoffes an verschiedenen Stellen während des Erwärmungsvorganges selbst festzustellen, sie zu begrenzen oder zu regulieren. Als Meßorgane für diesen Zweck kommen hauptsächlich Thermoelemente oder Widerstandsthermometer (Bolometer) in Frage, Werden die Meßorgane ohne besondereVorkehrungen an die Stellen im elektrischen Feld gebracht, an denen die Temperatur gemessen werden soll, so erhält man aus folgenden Gründen falsche Werte -. Einmal kann in dem metallischen Meßorgan durch das Hochfrequenzfeld unmittelbar ein Strom induziert werden, der eine zusätzliche Erwärmung herbeiführt und dadurch die Messung fälscht. Des weiteren treten Störungen im Hochfrequenzfeld auf, da bekanntlich das eingebrachte Thermoelement eine Kraftlinienverdichtung verursacht. Dadurch entsteht eine lokale Übertemperatur, die ebenfalls zu einer Fehlmessung und darüber hinaus zu einem »Bräunen(e des Erhitzungsgutes und bei ungünstigen Verhältnissen sogar zu einer Verkohlung des Stoffes in der Nähe des Meßorgans führt. Versuche haben gezeigt, daß je nach Stoff, Frequenz und Feldstärke lokale Temperaturerhöhungen in der Größenordnung von io bis 2o' C eintreten können.
• Man hat nun verschiedene Maßnahmen getroffen, um derartige Einflüsse zu beseitigen. So wird nach einem bekannten Verfahren das Thermoelement erst nach Abschaltung des Hochfrequenzfeldes in das Meßobjekt eingebracht. Soll jedoch die Temperatur kontinuierlich gemessen werden, so ist entsprechend diesem Verfahren das Thermoelement im-rechten Winkel zum Feld einzusetzen, möglichst genau auf Erdpotential zu legen und seine Hochfrequenzspannung gegenüber dem Erdpotential klein zu halten. Diese Maßnahmen führen jedoch dazu, daß im allgemeinen nochFeldverzerrungen und Erdströme auftreten, die zu Fehlanzeigen führen und deshalb vermieden werden müssen.
• Es ist auch bekannt, in das zu behandelnde Gut Metallplatten einzulegen und das Thermoelement dazwischen anzuordnen, um -dieses dem Einfluß des Hochfrequenzfeldes zu entziehen. Es muß dann jedoch dafür gesorgt werden, daß die gewünschte Behandlung auch zwischen den Metallplatten erfolgt, wozu einschränkende'Voraussetzungen erfüllt sein müssen.
• Zur Vermeidung der oben geschilderten Nachteile bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Temperaturmessung, -regelung und -begrenzung bei dielektrischer Erwärmung im Hochfrequenzfeld mittels. eines Meßorgans, welches nebst Zuleitung in einer Niveaufläche an der Meßstelle liegt und bei dem erfindungsgemäß dieses Meßorgan durch induktive oder kapazitive Spannungsteilung auf das gleiche Potential gebracht wird, wie es im ungestörten Zustand an der betreffenden Stelle stehen würde.
• Durch die Erfindung wird eine genaue und richtige Messung oder Regulierung der Temperatur möglich. Die Abb. i zeigt die schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer Anordnung, um das erfindungsgemäße Verfahren zu erläutern. Ein zylindrischer Körper Z wird über zwei Elektroden E, und E, dielektrisch erwärmt. Die Meßorgane werden im Falle eines festen Körpers durch feine Bohrungen an die Stelle gebracht, an der die Messungen vorgenommen werden sollen. Bei geschichteten Körpern wird das Meßorgan zwischen den Schichten angeordnet. Der Verlauf der Feld- und Niveaulinien ist aus der Abb. i zu erkennen. Soll eine Messung in der Achse A vorgenommen werden, so muß das Meßorgan T, in der Ebene der mittleren Niveaufläche Hegen, wie es aus der Abb. i zu erkennen ist. Bei einer Messung in einem seitlichen Punkte, beispielsweise B, wird das Meßorgan - wie gleichfalls aus der Abb. i zu erkennen ist - schräg eingeführt werden, um mit der Niveaufläche an dieser Stelle möglichst zusammenzufallen. Gegebenenfalls müssen die Zuleitungen auch außerhalb des Körpers bis zu einem gewissen Abstand der Niveaufläche folgen.
• Um die lokale Erwärmung des Dielektrikuins durch Verzerrung des Feldes in der Nähe des Meßorgans bei dem bekannten Ausführungsbeispiel nach Abb. i zu vermeiden, wird das Meßorgan auf das Potential des ungestörten Feldes im Meßpunkt gebracht. Ausführungsbeispiele der Erfindung seien an Hand der Abb. 2, 3 und 4 näher erläutert.
• In Abb. 2 ist beispielsweise schematisch das Feld in einem prismatischen dielektrischen Körper zwischen zwei Plattenelektroden P, und P, dargestellt. T ist das Meßorgan, das im Querschnitt der Einfachheit halber zylinderförinig angenommen wird und sich an der Stelle B befindet. _P, und T befinden sich auf Potential Null, P2 habe das Potential U. In der Umgebung von T findet eine Verdichtung der Feldlinien statt, das bedeutet aber höhere lokale dielektrische Verluste in der Umgebung des Meßorgans und damit eine lokale Erwärmung, die von T gemessen wird. Der Potentialverlauf für diesen Fall ist auch in Abb. 3 dargestellt, das Meßorgan T befindet sich, wie bereits erwähnt, an der Stelle B. In der Abszissenachse sind die Entfernungen x, in der Ordinatenachse die Potentiale u aufgetragen. Den Potentialverlauf im ungestörten homogenen Felde zeigt die Abb. 4. Um diesen ungestörten Verlauf zu erhalten, muß das Meßorgan im Punkte B das »ungestörte« Potential DB erhalten, wobei wegen des linearen Anstiegs ist. Eine andere Möglichkeit der ungestörten Potentialverteilung zeigt Abb. 5. Hier handelt es sich um eine symmetrische Anordnung mit dem Nullpotential in der Mitte. Bei einer Messung der Temperatur in der Mitte hat hier das Meßorgan das Potential Null.
• Meistens wird aber, wie vorhin, eine Elektrode geerdet sein, also diese das Potential Null haben. In diesem Falle wird durch eine Spannungsteilung, wie sie beispielsweise in Abb. 6 dargestellt wird, das Meßorgan auf das notwendige ungestörte Potential gebracht. Dazu benutzt man eine Spulenanzapfung im Punkte G, die so gewählt ist, daß ist. Bei einem inhomogenen Feld muß die Spannungsteilung durch einen Vorversuch bei kleiner Feldstärke erinittelt werden.
• Die Meßapparatur (Strommesser Oder Brücke mit Zuleitungen) muß von der Erde entfernt und isoliert werden. Einfacher ist es aber, die Meßanordnung gegen das Abfließen des Hochfrequenzstromes zu blockieren, was in bekannter Weise durch Spulen und Kondensatoren erfolgt, wie es auch in Abb. 6 angegeben ist.
• Bei einer symmetrischen Anordnung nach Abb. 7 wird bei Messung der Temperatur in der Mitte die Anordnung vereinfacht. Das Meßorgan wird hier an die geerdete Mitte der Spule gelegt. Eine Blockierung ist dann meistens nicht notwendig. An Stelle einer Spannungsteilung durch die Spule kann auch in an sich bekannter Weise eine Teilung durch Konden# satoren erfolgen, wie es in Abb. 8 angegeben ist (C, und C2) - Versuche haben gezeigt, daß die großen Fehler der -Temperaturm#ssung, die bei Anordnungen ohne Berücksichtigung der Potentialverteilung auftreten, durch die Ausführung nach der Erfindung vollkomm- en vermieden werden.
• An Stelle einer Temperaturmessung kann das Verfahren auch für eine Temperaturregulierung verwendet werden. In diesem Falle dient In bekannter Weise das Meßorgan als Fühler für die Regelung, die dann auf die Kopplung oder Anodehspannung einwirkt.
• Auch zur Begrenzung der Temperatur kann die Anordnung benutzt werden. Das Meßorgan löst dann beim Überschreiten der vorgeschriebenen Temperatur einen Schalter aus, der die Energiezufuhr unterbricht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Temperaturmessung, -regelung und -begrenzung bei dielektrischer Erwärmung im Hochfrequenzfelde mittels eines Meßorgans, welches nebst Zuleitung in einer Niveaufläche an der Meßstelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Meßorgan durch induktive oder kapazitive Spannungsteilung auf das gleiche Potential gebracht wird, wie es im ungestörten Zustand an der betreffenden Stelle stehen würde. In Betracht gezogene Druckschriften: L. Hartshorn, »Radio Frequency Heating« London, 1949, S.i58, 159, 2o7; »Zeitschrift für Physik«, Bd.ig (1923), S.136 bis 40; deutsche Patentschriften Nr. 714 125, 864 763, britische Patentschrift Nr. 568 631-