DEP0050627DA

DEP0050627DA - Resistance thermometer.

Info

Publication number: DEP0050627DA
Authority: DE
Inventors: August Barthel; Carola von Seelen
Original assignee: Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Publication date: 1950-08-17

Description

Für Temperaturen bis zu 500°C bediente man sich bisher einer Ausführungsform von Widerstandsthermometern, bei denen die Platinspirale in Glas eingeschmolzen wurde. Bei Temperaturen über 500°C konnten derartige Thermometer wegen der Gefahr des Plastischwerdens des Glases nicht verwendet werden. Zur Erfassung des Temperaturbereiches z.B. zwischen 500 und 1000°C hat man eine andere Ausführungsform von Widerstandsthermometern verwendet, bei der Platindraht auf einen hochtemperaturbeständigen keramischen Träger, wie Quarz, aufgewickelt wurde. Zum Schutz des Platins wurde ein Schutzrohr verwendet, da andernfalls die Platinwicklung durch die Ofenatmosphäre ungünstig beeinflusst, d.h. falsche Messungen verursacht werden könnten. Der Hauptnachteil dieser Ausführungsform besteht jedoch darin, dass die Anzeigegeschwindigkeit gering ist und sehr häufig den praktischen Anforderungen nicht genügt.For temperatures up to 500 ° C, an embodiment of resistance thermometers was used in which the platinum spiral was melted into glass. At temperatures above 500 ° C., such thermometers could not be used because of the risk of the glass becoming plastic. Another embodiment of resistance thermometers was used to detect the temperature range between 500 and 1000 ° C, for example, in which platinum wire was wound onto a high-temperature-resistant ceramic carrier such as quartz. A protective tube was used to protect the platinum, as otherwise the platinum winding would be adversely affected by the furnace atmosphere, i.e. incorrect measurements could be caused. However, the main disadvantage of this embodiment is that the display speed is slow and very often does not meet practical requirements.

Aus den angeführten Gründen konnten sich die Widerstandsthermometer trotz ihrer genaueren Temperaturmessmöglichkeit nicht in dem Masse in der Praxis einbürgern, wie das bei Thermoelementen der Fall ist.For the reasons given, resistance thermometers have not been able to become established in practice to the same extent as thermocouples, despite their more precise temperature measurement capabilities.

Es wurde nun gefunden, dass die geschilderten Nachteile in einfacher Weise überwunden werden können, wenn man einen stabilen Träger mit keramischer Oberfläche verwendet, die Platinspirale auf ihn aufwickelt und nun mit einem temperaturbeständigen elektrisch nich leitenden Überzug versieht. Der Trägerkörper kann aus einem Stab oder zweckmässig einem Röhrchen aus keramischem hitzebeständigen Material, vorzugsweise aus Sinterkorund, bestehen. Auch Mehrfach-Kapillarröhrchen kommen in Frage. Auf diesem Träger wird die Platinmesswicklung in beliebiger Anordnung aufgelegt, sei es inIt has now been found that the disadvantages outlined can be overcome in a simple manner if a stable carrier with a ceramic surface is used, the platinum spiral is wound on it and then provided with a temperature-resistant, electrically non-conductive coating. The carrier body can consist of a rod or, expediently, a tube made of ceramic, heat-resistant material, preferably of sintered corundum. Multiple capillary tubes can also be used. The platinum measuring winding is placed on this carrier in any arrangement, be it in

Zickzacklagen parallel zur Längsachse des Trägers, sie es als mono- oder bifilare Spiralwicklung. Man kann durch Verwendung oberflächlich entsprechend profilierter Träger die Festlegung des Platindrahtes erleichtern. Zur Aufnahme der Stromführungen kann bei Verwendung von Röhrchen das Rohrinnere verwendet werden, das gegebenenfalls durch Bohrungen mit der Oberfläche in Verbindung steht. Nach Aufbringung der Messwicklung wird diese nun noch mit einer dünnen Deckschicht, vorzugsweise aus Glas, überzogen, und zwar so, dass keinerlei Luftspalt zwischen Deckschicht und Platin entsteht, so dass ein guter Wärmeübergang gewährleistet bleibt. Das Aufbringen der Deckschicht kann auf verschiedene Weise geschehen, beispielsweise durch Bepudern mit Glaspulver oder Umwickeln mit Glasfasern und anschliessendes Erhitzen über die Verflüssigungstemperatur des betreffenden Glases. Auch kann der Überzug aufgespritzt werden. Besonders bewährt haben sich gemäss der Erfindung alkaliarme oder alkalifreie Gläser z.B. Erdalkalisilikate. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein solcher Widerstandsthermomenter, bestehend aus einem keramischen Träger, der Platinspirale und einer Glasdeckschicht, bei wesentlich höheren Temperaturen verwendet werden kann, als es bei den bisher üblichen aus Glas bestehenden Widerstandsthermometern der Fall war, was voraussichtlich auf die Verwendung eines stabilen Trägers zurückzuführen ist. So hat sich z.B. gezeigt, dass bei Anwendung erdalkalireicher bezw. hochtonerdehaltiger Gläser Messungen bis zu 800°C bedenkenlos durchgeführt werden können. Anstelle von Glasüberzügen können auch solche aus Email verwendet werden, wobei darauf zu achten ist, dass sie einen ähnlichen Ausdehungskoeffizienten wie das Trägermaterial haben und weder mit dem Trägermaterial noch mit dem Platin reagieren und dadurch die Messgrundlage fälschen. Handelt es sich um besonders hohe Temperaturen, so kann man sich auch einer Deckschicht aus hochtemperaturbeständigen Oxyden, Oxydgemischen u.dgl. bedienen. Besonders günstige Ergebnisse wurden mit keramischen Deckschichten aus Aluminiumoxyd erzielt. Dies braucht nicht bei der hohen Brenntemperatur des Sinterkorunds von mehr als 1700°C aufgebrannt zu werden, was der Platinwicklung nicht zuträgliche wäre; es genügt vielmehr, den mit Wicklung versehenen Träger anzufeuchten, mit feinem Aluminiumoxydpulver einzupudern und bei Temperaturen von ca. 1400°C aufzubrennen, schliesslich diesen Vorgang noch 1-2 mal zu wiederholen. Man kann das Aufbringen der keramischen Deckschicht auch dadurch erleichtern, dass man z.B. eine Mischung von Aluminiumoxydpulver mit einer kleinen Menge Glaspulver verwendet, wodurch schon bei niedrigen Temperaturen Frittung erzielt wird.Zigzag layers parallel to the longitudinal axis of the carrier, it as a mono- or bifilar spiral winding. The fixing of the platinum wire can be made easier by using supports that are appropriately profiled on the surface. When using tubes, the inside of the tube can be used to accommodate the current conductors, which is possibly connected to the surface through bores. After the measurement winding has been applied, it is covered with a thin cover layer, preferably made of glass, in such a way that no air gap is created between the cover layer and platinum, so that good heat transfer is guaranteed. The cover layer can be applied in various ways, for example by powdering it with glass powder or wrapping it with glass fibers and then heating it above the liquefaction temperature of the glass in question. The coating can also be sprayed on. According to the invention, low-alkali or alkali-free glasses, e.g. alkaline earth silicates, have proven particularly useful. Surprisingly, it has been shown that such a resistance thermometer, consisting of a ceramic carrier, the platinum spiral and a glass cover layer, can be used at significantly higher temperatures than was the case with the previously customary resistance thermometers made of glass, which is likely to be due to the use of a stable carrier. It has been shown, for example, that when using alkaline earth or High alumina glasses measurements up to 800 ° C can be carried out without hesitation. Instead of glass coatings, enamel coatings can also be used, whereby it must be ensured that they have a coefficient of expansion similar to that of the carrier material and that they neither react with the carrier material nor with the platinum and thus falsify the measurement basis. If the temperatures are particularly high, a top layer of high-temperature-resistant oxides, oxide mixtures and the like can also be used. Particularly favorable results have been achieved with ceramic top layers made of aluminum oxide. This does not need to be fired at the high firing temperature of the sintered corundum of more than 1700 ° C, which would not be beneficial for the platinum winding; rather, it is sufficient to moisten the carrier provided with the winding with fine aluminum oxide powder to be powdered and burned on at temperatures of approx. 1400 ° C, then repeat this process 1-2 more times. The application of the ceramic top layer can also be made easier by using, for example, a mixture of aluminum oxide powder with a small amount of glass powder, whereby fritting is achieved even at low temperatures.

Der Aufbau eines Widerstandsthermometers gemäss der Erfindung ist beispielsweise in Abb. 1 schematisch dargestellt. In Abb. 1 bedeutet a den keramischen Trägerkörper aus Sintertonerde mit der aufgebrachten Messwicklung und b die Deckschicht aus hochschmelzendem Glas.The structure of a resistance thermometer according to the invention is shown schematically in Fig. 1, for example. In Fig. 1, a denotes the ceramic carrier body made of sintered clay with the applied measuring winding and b the cover layer made of high-melting glass.

Die Widerstandsthermometer gemäss der Erfindung zeichnen sich durch gute Standfestigkeit auch bei hohen Temperaturen aus, selbst dann, wenn die Verwendungstemperatur, wie bei Deckschichten aus Glas bereits erwähnt, wesentlich über dem Erweichungspunkt des als Deckschicht benutzten Stoffes liegt. Selbst in diesem Falle ist die Messwicklung immer noch vor schädlichen Einflüssen von aussen, z.B. aus dem zu messenden Medium, geschützt. Die Ansprechgeschwindigkeit der Thermometer gemäss der Erfindung ist sher gross, da lediglich der Wärmeleitwiderstand der Deckschicht, die sehr dünn gehalten werden kann, zu überwinden ist. Die Anzeigegeschwindigkeit erhöht sich noch, wenn der keramische Träger als offenes Röhrchen ausgebildet ist. Diese Vorteile der Widerstandsthermometer gemäss der Erfindung erlauben ihre Anwendung für präzise Temperaturmessungen in strömenden Gasen oder Flüssigkeiten innerhalb eines bisher nicht möglichen weiten Temperaturbereiches.The resistance thermometers according to the invention are characterized by good stability even at high temperatures, even when the temperature of use, as already mentioned in the case of cover layers made of glass, is significantly above the softening point of the substance used as the cover layer. Even in this case, the measuring winding is still protected from harmful external influences, e.g. from the medium to be measured. The response speed of the thermometer according to the invention is very high, since only the thermal resistance of the cover layer, which can be kept very thin, has to be overcome. The display speed increases if the ceramic carrier is designed as an open tube. These advantages of the resistance thermometer according to the invention allow their use for precise temperature measurements in flowing gases or liquids within a previously not possible wide temperature range.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird anstelle des Trägers aus Keramik ein solcher aus Metall verwendet. Auf diesem wird dann zunächst eine elektrisch isolierende Deckschicht nach obiger Beschreibung aufgebracht, hieraus die Platinmesswicklung gelegt und anschliessend eine zweite Deckschicht der gleichen Art aufgebracht. Die Art des Metalles wird so gewählt, dass es einerseits bei erhöhter Temperatur zunderfest ist und weiterhin einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie das für die Deckschichten gewählte Material besitzt, also beispielsweise bei glasartigen Deckschichten Eisen-Nickel-Mangan oder Eisen-Chromlegierungen. Thermometer dieser Art eignen sich speziell für die Messung sehr stark strömender Medien, in denen u.U. noch mit dem Aufprall fester Teilchen gerechnet werden muss. Sie besitzen gegenüber denIn a further embodiment of the invention, a carrier made of metal is used instead of the carrier made of ceramic. An electrically insulating cover layer as described above is then first applied to this, from which the platinum measuring winding is placed and then a second cover layer of the same type is applied. The type of metal is chosen so that, on the one hand, it is resistant to scaling at elevated temperatures and continues to have a coefficient of expansion similar to that of the material selected for the cover layers, for example iron-nickel-manganese or iron-chromium alloys in the case of vitreous cover layers. Thermometers of this type are especially suitable for measuring very strongly flowing media, in which the impact of solid particles may still have to be expected. You own towards the

Thermometern mit keramischem Trägerkörper eine erhöhte Knick- und Bruchfestigkeit.Thermometers with a ceramic carrier body have an increased resistance to buckling and breaking.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 2 zeichnerisch erläutert.The embodiment of the invention described above is illustrated in FIG.

a ist ein Trägerkörper aus Metall, der durch den aus Email oder Glas bestehende Isolierschicht d gegen die Messwicklung c isoliert ist. Auf der Messwicklung c befindet sich die Deckschicht b aus Email oder Glas.a is a carrier body made of metal, which is insulated from the measuring winding c by the insulating layer d made of enamel or glass. The cover layer b made of enamel or glass is located on the measuring winding c.

Claims

1.) Resistance thermometer with platinum measuring winding, consisting of a resistant ceramic carrier, the platinum measuring winding applied to the carrier and a cover layer applied directly to the platinum spiral and the carrier.

2.) Resistance thermometer according to claim 1, characterized in that the support body in the form of a profiled or round rod, preferably a tube made of high-temperature-resistant, e.g. oxide-ceramic material, suitably made of aluminum oxide.

3.) Resistance thermometer according to claims 1 and 2, characterized in that the cover layer consists of glass with a high softening point, e.g. of low-alkali, alkaline-earth or high-alumina glass.

4.) Resistance thermometer according to claims 1-3, characterized in that the glass in the form of fibers, twisted threads, ropes, webs or powder is applied to the measuring winding and then caused to form the air gap-free cover layer by heating.

5.) Resistance thermometer according to claims 1-3, characterized in that the cover layer is applied by spraying e.g. glass.

6.) Resistance thermometer according to claims 1 and 2, characterized in that the cover layer consists of sintered or fritted ceramic material, preferably pure aluminum oxide or aluminum oxide provided with a small fritting additive.

7.) Resistance thermometer according to claims 1-6, characterized in that a smooth or superficially grooved metal support body is provided with an electrically insulating cover layer, the platinum coil is wound thereon and then a second cover layer, preferably of the same type, is applied.

8.) Resistance thermometer according to claim 7, characterized in that the carrier material used is oxidation-resistant metal compositions adapted in their thermal expansion to the cover layers, e.g. made of iron-nickel-manganese or iron-chromium alloys when using vitreous cover layers.

9.) Application of the resistance thermometer according to claims 1-8 for measuring strongly flowing media, such as gases or liquids.