SE431269B - Temperaturkensligt element, avsett att anvendas som en del i en motstandstermometer - Google Patents

Description

7eø9ss1-7 2 stålet, kammarväggarnas syreupptagning eller på nedbrytning_av de ângor, exv vattenånga, som förekommer i kammaren före förseglingen.

Vad anledningen än må vara, så har vi nu funnit, att de resulterande gaserna reagerar med det ledande skiktets glasartade fas och med ele- mentets skyddande glasyr. Den skadliga effekten av denna reaktion på- visas genom att på nytt mäta RO-värdet (dvs motståndet vid 0°C), när elementet har fungerat i ett tillslutet rör av rostfritt stål under några timmar vid en temperatur av mellan 300 och 600°C. Som exempel kan anföras, att två anordningar, som framställts genom tryckning i enlighet med vårt tidigare brittiska patent 1 415 GUH och isolering medelst ett avglasat glasskikt av en typ som ofta används i den mikroelektroniska industrin, inneslöts i stålrör på det ovan beskrivna sättet. De på detta sätt framställda termometersonderna npphettadesåi_en muffel. Den temperatur som visades var 450°C.

Termometrarnas fryspunktsmotstånd fastställdes före och efter två timmar vid denna temperatur. Efter det första provet flyttades termo- metersonderna tillbaka till muffeln för att undergâ ett nytt prov under 17 timmar. De förändringar i motståndet, som vi kunde konsta- tera, var: Tid 2 timmar 19 timmar Pmv 1 + 0,49%- a ' + 0,26% Prov 2 + 0,15% + 0,15% Dessa förändringar är så stora, att termometrarna inte kan accepte- ras i enlighet med kraven i British Standard No. 1904.

Samtidigt som detta experiment genomfördes, genomfördes ett annat liknande. I detta senare fall framställdes de tryckta kontrollan- ordningarna genom att trycka en dispersion av platina, som inte inne- höll något glasartat material. Något isolerande skikt användes inte på dessa anordningar. De färdigställdes som termometersonder och provades på samma sätt som har beskrivits ovan. Motståndsförändring- ârna Var 1 Il' 3 7809581 -7 Tid 2 timmar 19 timmar Prov 1 - 0,01% - 0,01% Prov 2 - 0,02% -0,02% Dessa små förändringar är inte tillräckliga för att termometerson- den skall anses vara omöjlig att kalibrera. Även om det är möjligt att framställa temperaturavkännare, som byg- ger på platínamotstånd, på det ovan beskrivna sättet genom att använda ett platinaskikt, i vilket det inte förekommer någon glas- artad komponent, är det inte alltid lämpligt att göra så. Sådana skiktkan under vissa omständigheter bli otillräckligt oömma eller förste otillfredsställande vidhäftning vid underlaget. ' Ett annat sätt, på vilket de glas innehållande skiktens nedbrytning kan förhindras, är att avgasa stålröret på det sätt som angavs ovan.

Ett ytterligare sätt är att anbringa ett skyddande skikt över plati- naskiktet, vilket skyddande skikt effektivt utestänger gaser. Detta kan åstadkommas på ett mycket enkelt sätt, när ett cylindriskt skal F används, genom att innesluta det avkännande medlet i ett koncent- riskt glasrör eller keramiskt rör och förse röret med tillslutningar S vid dess ändar såsom framgår av figurerna 2A och 2B i de följande ritningarna.

Ett sådant täckande rör kan vara opraktiskt, i synnerhet om ett snabbt värmeavkännande krävs. Täckglas, som kan anbringas i form av lacke- ringar och brännas fast för erhållande av mycket tunna peläggningar, resulterar i allmänhet inte i ett helt porfritt skikt. Det är därför önskvärt att framställa ett avkännande medel, som kommer att fungera tillfredsställande i ett förseglat stålrör utan nâgra speciella för- siktighetsåtgärder.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att förhindra den ovan be- Skrivna» kemiska nedbrytningen av de temperaturavkännande elementen '?80958f__-7 och detta ändamål förverkligas helt med den anordning, som defini- eras i patentkraven.

Den glasyr och den glasartade fas som användes innehåller ett glasmaterial, i vilket ej förekommer nâgra flervärda metalljoner.

Lämpliga glassorter kan vara baserade på aluminiumsilikat- eller aluminiumborosilikat-system med gruppen IIA, alkaliska jordarts- metaller, Mg, Ca, So, Ba eller Zn, som huvudsakliga tvärbindnings- modifierare. Blyborosilikatglas, som är lätta att anskaffa, är inte lämpliga, eftersom de är instabila i reducerande miljö. En tryck- färg, som innehöll platina och glas, framställdes med följande sammansättning: partikelformig platina ' 90 g etylcellulosamedel Z 8 g vätmedel ' 7 l g glaspulver 5 g butylkarbitolacetat, lösningsmedel 0,5 g Glaspulvret var ett kemiskt stabilt material på basis av glassyste- met R0,Al203,SiO2, i vilket R är åtminstone ett av grundämnena Mg, Ca, Sr, Ba eller Zn. Den föredragna kompositionen visade sig ha den molara sammansättningen 27,94% BaO, 3,75% Mg0, 7,62% Zn0, 4,11% Al203, 55,85% SiO2. Glassystemet kan också innehålla-mindre till- satser av TiO2 och ZrO2 för att förbättra den kemiska âldringsdugf ligheten med ca 3 mol% av varje oxid. Den föredragna koefficienten för den linjära termiska expansionen vid 20-650°C för glassystemet låg i intervallet 8,5-9,0 x 10-6 °C_l. Den termiska expansionen kan modifieras om nödvändigt genom tillsats av B203 till ovannämnda sy- stem i storleksordningen 5-l5 mol%. Den erhållna kompositionen eller färgen användes för att trycka ett mönster på ett aluminiumoxidunder- lag via en stencil på en plåt av rostfritt stål.

Mönstret bestod av två spiralformade banor vid sidan om varandra och kopplade vid en ända så att ett icke-induktivt system erhölls.

Linjernas nominella bredd var 0,1 mm och banans längd 356 mm. 7809581 '-7 Efter tryckningen fick mönstret bli slätt, eller flyta ut, vid rums- temperatur i ung 15 minuter och torkades sedan genom upphettning i en ugn vid l00°C. Därefter brändes mönstren fast på underlag genom att placera dem i en kall muffelugn och höja temperaturen till l200°C under två timmar. Efter bränningen var banans tjocklek ca 20 P.

Motståndet hos de på detta sätt bildade banorna var 40 ohm med ett medelvärde för motståndets temperaturkoefficient av O,O03866°C-1.

Den på detta sätt tryckta ledande banan eller spåret isolerades med en glasyr på basis av glassystemet RO, Al2Ö3,B2O3,SiO2, i vilket R är åtminstone ett av grundämnena Mg, Ca, Sr, Ba eller Zn. Den före- dragna sammansättningen var den, i vilken MgO var den huvudsakliga tvärbindningsmodifieraren, i intervallet 5-15 mol%, i kombination med antingen CaO, 5-15 mol%, eller SrO, 5-15 mol%. I fråga om tvär- bindningsbildarna och de mellanliggande oxiderna var de föredragna sammansättningsintervallen Al203, 2-15 mo1%, BZO3, 5-25 mol%, Ti02, 0-3 mol%, Zr02, 0-3 mol% och SiO2, 30-60 m01%.

En typisk molar sammansättning hos glaset är: l6,36% Mg0, 8,26% CaO, 2,37% Ti02, 2,55% ZrO2, l2,94% Al2O3, l8,98% BZO3, 38,4l% S102.

Den föredragna koefficienten för den linjära termiska expansionen vid 20-650°C visade sig ligga i intervallet 4,5 - 5,0 x 10-6 °C_l.

De ovan angivna glasyrerna var övervägande stabila glassystem. Ett glaskeramiskt system, i vilket glaset var avglasat före applice- ringen, utvecklades också som ett alternativ till den stabila glas- yrtypen för att göra processförändringar så små som möjligt och öka den kemiska åldringsdugligheten. Denna glasyrtyp baserade sig på det tidigare glassystemet, men ZnO tillsattes för att gynna avglas- ningen, i intervallet 5-15 mol%.

En typisk glaskeramisk molsammansättning var: 28,03% MgO, 6,78% Zn0, 3,66% A12O3, ll,l8% BZO3, 49,67% SiO2.

Glaset avglasades genom långsam kylning under dess framställning. i°?so9sa1-7 Den föredragna koefficienten för den linjära termiska expansionen vid 20-650°C låg i intervallet 6,5 - 7,5 x 10-6 °C_1.

Den pulverformiga glasyren blandades med ZrSiO4 för att modifiera flytegenskaperna före användning. Det hela blandades med ett orga- niskt medel till en färgliknande konsistens, anbringades genom stryk- ning och brändes vid 860OC.

I det ovan givna exemplet hade den beskrivna av platina och glas be- stående tryckningsfärgen ett medelvärde hos sin temperaturkoeffici- en: av io,oo3s66°c'l detta värde, uppvisande en avvikelse (o) av 0,000004°C_l i fråga om g en sats av 25 kontrollprodukter. Vad BS 1904 beträffar, skulle allt- så en del av kontrollprodukterna från en sats, som framställts i en- med en i stort sett normal distribution kring lighet med den ovan beskrivna processen, komma utanför gränserna för den i BS 1904 angivna temperaturkoefficienten (0-l00°C): I ett ytterligare utföringsexempel av föreliggande uppfinning sattes rodium till den platina och glas innehållande färgen för att modifi- era medelvärdet hos temperaturkoefficienten och sålunda utöva kon- troll över medelvärdet för att uppnå ett medelvärde, som ligger mycket nära 0,003850°C_l, varigenom konsekvent höga utbyten erhölls.

Av de på detta sätt framställda temperaturavkännande anordningarna framställdes termometersonder på det tidigare angivna sättet, var- vid en cylindrisk hylsa användes. Hylsor med andra former, exv kvad- ratiska eller rektangulära, kan användas, om så önskas. 7 Efter provning i 12 timmar vid en temperatur av 500°C var föränd- ringen i fryspunktsmotstånd -0,01% hos ett prov och -0,03% hos en_ annan identisk anordning, medan två i övrigt liknande konventionella motståndstermometersonder, framställda genom att använda ett boro- silikatglas för platinatillsatsen och en på marknaden försåld skyd- dande glasyr, hade förändrats med + 0,20%. 7809581-7 Tre andra olika sammansättningar hos skyddande glasyrer i enlighet med det allmänna klassystemet ROAl2O3B203SiO2 enligt uppfinningen provades efter 250 timmar och 1000 timmar och förändringarna i BG an- ges i följande tabell: Efter zso timmar vid soo°c Efter 1ooo timmar vid soo°c Samman- I luft I hylsor av . I luft I hylsor av sättning ' rostfritt stål- rostfritt stål A - 0,023% - 0,038% - 0,044% - 0,050% B - 0,049% - 0,0l5% - 0,85% - 0,032% C - 0,053% + 0,002% - 0,089% - 0,0l3% Variationer i den ovan angivna sammansättningen innebär processför- ändringar (dvs förändringar i kontrollorganens motstånd under brän- ningen av den skyddande glasyren) och dessa kan korrigeras utan att förorsaka ett oacceptabelt högt framställningssvinn.

Claims (8)

7399581-7 P A T E N T K R A V

1. Temperaturkänsligt element, avsett att användas som en del i en motståndstermometer och vilket element innefattar ett substrat (12) av ett elektriskt oledande material, som är försett med en elektriskt ledande bana (10), vilken bana består av en glasartad fas, innehållande elektriskt ledande partiklar, k ä n n e t e c k n a t därav, att en skyddande beläggning är anbringad på den ledande banan, att den glas- artade fasen och beläggningen, vardera innehåller ett glas, i vilket polyvalenta metalljoner saknas, att glaset í den glasartade fasen har formeln 3* Sipz där R betecknar åtminstone ett av elementen Mg eller Zn och RO, A120 eventuellt dessutom Ca, Sr och Ba samt att glaset i belägg- ningen har formeln Ro, A12o3, BZO3, S102 där R betecknar åtminstone ett av elementen Mg, Ca, Sr, Ba och Zn. '

2. Temperaturkänsligt element enligt krav l, k ä n n e - t e c k n a t därav, att den glasartade fasen har den molära sammansättningen 27,9H% BaO, 3,75% MgO, 7,62% Zn0, H,l1% Al2O3 och 55,75% SiO2.

3. _ Temperaturkänsligt element enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att den glasartade fasen även inne- håller små tillsatser av åtminstone en av föreningarna TíO2 och ZrO2.

4. Temperaturkänsligt element enligt krav l, k ä n n e - t e c k n a t av att 5-15 molprocent B203 ingår i den glas- artade fasen. 7809581 -7

5. Temperaturkänsligt element enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t därav, att glaset i beläggningen innehåller 5-35 molprocent MgO.

6. 5. Temperaturkänsligt element enligt krav 5, k ä n n e - t e c k n a t därav, att glaset i beläggningen även inne- håller 5-15 molprocent CaO eller SrO.

7. Temperaturkänsligt element enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att glaset i beläggningen har den molära sammansättningen 2,55% ZrO2, l2,9H% AIZO3, 18,89% BQO3 och 38,4l% Si02.

8. Temperatnrkänsligt element enligt krav 1, k ä n n e t etc k n a t därav, att de elektriskt ledande partiklarna är framställda av en eller flera av metallerna Au, Ag, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Fe, Ni, Co och Cu.