DE949377C

DE949377C - Einrichtung zur Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen

Info

Publication number: DE949377C
Application number: DEA18992A
Authority: DE
Inventors: Guido Wuensch
Original assignee: Askania Werke AG
Current assignee: Askania Werke AG
Priority date: 1953-10-17
Filing date: 1953-10-17
Publication date: 1956-09-20

Description

Einrichtung zur Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen Für die Messung hoher Temperaturen (z. B. von Metallschmelzen usw.) sind in letzter Zeit mit Halbleiter-Schenkeln ausgebildete Thermoelemente eingeführt worden, die eine hohe EMK liefern, sehr korrosionsfest sind und sich durch einen niedrigen Gestehungspreis auszeichnen. Derartige Temperaturfühler weisen lediglich den Mangel auf, daß für sie noch keine zu Draht verarbeitbaren Ausgleichswerkstoffe (Stoffe mit gleichen thermoelektrischen Eigenschaften) bekannt sind, so daß man die sonst üblichen »Ausgleichsleitungen« nicht ziehen kann, um die Bezugsmeßstelle (»Kaltstelle«) des Elementes nach einem Ort einigermaßen gleichbleibender niedriger Temperatur oder zu einem Thermostaten zu verlegen. Man war daher bisher gezwungen, die im Kopf des Halbleiter-Thermoelementes befindliche Bezugsmeßstelle (Kaltstelle) mittels einer dort eingebauten Kühlvorrichtung oder eines Thermostaten auf konstanter Temperatur zu halten. Beides ist umständlich und abgesehen hiervon sogar in vielen Fällen nicht durchführbar.
Die Erfindung weist einen einfacheren Weg zur Erzielung exakter Temperaturmessungen mit solchen Halbleiter-Thermoelementen, wobei teilweise von einer bei der Temperaturmessung mit Thermoelementen bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht wird. Nach dem Erfindungsvorschlag ist in dem die »Kaltstelle« enthaltenden Kopf des Thermoelementes die freie Fühlstelle (Lötstelle) eines dessen Kopftemperatur messenden weiteren Thermoelementes (Hilfselement) angeordnet, für welches Ausgleichsleitungen zur Verfügung stehen. Parallel zum Hauptelement ist ein Widerstand geschaltet, der dessen Empfindlichkeit auf die des Hilfselementes reduziert. Die Thermospannungen des Haupt- und Hilfselementes sind additiv auf dasselbe Anzeigeinstrument geschaltet. Man kann aber hierbei auch so vorgehen, daß man das Hilfselement als Mehrfachelement ausbildet und auf diese Weise die Empfindlichkeit beider Elemente einander angleicht. Es entfällt dann also der parallel zum Hauptelement liegende »Reduzierwiderstand«.
Der Gedanke schlechthin, im Kopf eines eigentlichen Meß-Thermoelementes ein dessen Kopftemperatur (Bezugsmeßstellentemperatur) messendes Hilfs-Thermoelement anzuordnen und die Thermospannungen beider Elemente additiv auf dasselbe Anzeigeinstrument zu schalten, ist nicht mehr neu. Die bekannten Einrichtungen dieser Art sind infolge ihres schaltungsmäßigen Aufbaues (parallel zum Hilfselement liegt ein Widerstand, die Fühlstelle [Lötstelle] des Hilfselementes ist mit dem Ende des einen Schenkels des Hauptelementes elektrisch verbunden) jedoch nur in den Fällen einsetzbar, wo die Empfindlichkeit des Hilfs-Thermoelementes größer ist als die des Hauptelementes, d. h. des eigentlichen Meßelementes. Durch diese Einschränkung ist natürlich die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe nicht zu lösen, da andersartige Thermoelemente (für die es Ausgleichsleitungen gibt) nicht zur Verfügung stehen, die eine noch höhere Thermospannung liefern als das als Hauptelement (Meßelement) eingesetzte Halbleiter-Thermoelement.
Der Erfindungsvorschlag ist an Hand des in den Abb. i und 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiels im folgenden noch einmal näher beschrieben.
Mit i ist ein Halbleiter-Thermoelement als eigentliches Meßelement bezeichnet; 2 ist ein billiges einfaches Thermoelement, beispielsweise Eisen/Konstantan, für das Ausgleichsleitungen zur Verfügung stehen. Mit Hilfe dieses Elementes 2 wird die Temperatur (Kaltstellentemperatur) am Kopfende 7 des Meßelementes i gemessen. Mit 8 und g sind die Ausgleichsleitungen des Eisen Konstantan-Elementes 2 angedeutet, die die »Kaltstelle« dieses Elementes 2 nach einem Ort q. gleichbleibender Temperatur verlegen. Bei q. kann natürlich auch ein einfacher Thermostat vorgesehen sein. Die Thermospannungen beider Elemente i und 2 sind auf das Anzeigeinstrument 5 geschaltet. Unter Vernachlässigung der inneren Widerstände des Thermoelementes ergibt sich mit den gleichen Bezeichnungen von Abb. i das Übersichtsschaltbild 2. Wie ersichtlich, sind - bezogen auf den Instrumentenwiderstand 6 - die beiden Spannungsquellen i und 2 hintereinandergeschaltet. Der Instrumentenausschlag ist somit gleich der Summe beider Spannungen. Hat man es bei dem Halbleiterelement i mit einem solchen Extrem hoher Thermokraft zu tun, so ergeben sich folgende Verhältnisse: Die beiden Thermoelemente i und 2 werden wesentlich verschieden große Spannungen bei gleicher Temperaturdifferenz zwischen Heiß-und Kaltstelle abgeben. Es ist daher parallel zum kräftigeren Element i ein Widerstand 3 geschaltet, der so bemessen ist, daß für die gleichen Temperaturdifferenzen der Spannungsanstieg beider Spannungsquellen der gleiche ist (Angleichung der Empfindlichkeiten). Hierdurch wird die Kopftemperatur des Halbleiterelementes im gleichen Maßstab auf das Anzeigeinstrument 5 gegeben wie die mit dem Thermoelement zu messende Temperatur. Man muß also bei dieser Temperaturmeßeinrichtung zwar - im Fall der Benutzung eines Halbleiterelementes mit sehr großer Thermospannung - auf einen Teil dieser großen EMK des Meßelementes verzichten, aber bezüglich des Anzeigeinstrumentes bleibt immer der Vorteil, daß die zur Verfügung stehende Spannung etwa fünfmal so groß ist wie bei Verwendung von z. B. Platinrhodium/Platin-Elementen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen, bei welcher an der Bezugsmeßstelle (Kopf) des Thermoelementes ein dessen Kopftemperatur (Bezugsmeßstellentemperatur) messendes Hilfs-Thermoelement angeordnet ist, wobei die Termospannungen der beiden Elemente additiv auf dasselbe Anzeigeinstrument geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung eines Thermoelementes hoher EMK als Meßelement (Hauptelement), für das einfache bzw. zu Draht verarbeitbare Ausgleichswerkstoffe (Stoffe mit gleichen thermoelektrischen Eigenschaften) fehlen, parallel zum Hauptelement ein Widerstand geschaltet ist, der dessen Empfindlichkeit auf die Empfindlichkeit des eine freie Fühlstelle (Lötstelle) aufweisenden Hilfselementes reduziert.
2. Einrichtung zur Temperaturmessung mit Hilfe von Thermoelementen, bei welcher an der Bezugsmeßstelle (Kopf) des Thermoelementes ein dessen Kopftemperatur (Bezugsmeßstellentemperatur) messendes Hilfs-Thermoelement angeordnet ist, wobei die Thermospannungen der beiden Elemente additiv auf dasselbe Anzeigeinstrument geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung eines Thermoelementes hoher EMK als Meßelement (Hauptelement), für das einfache bzw. zu Draht verarbeitbare Ausgleichswerkstoffe (Stoffe mit gleichen thermoelektrischen Eigenschaften) fehlen, das eine freie Fühlstelle (Lötstelle) aufweisende Hilfselement als Mehrfachelement ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 272 q.q.8.