DD269004A1

DD269004A1 - Messkopf fuer thermoelement

Info

Publication number: DD269004A1
Application number: DD28640186A
Authority: DD
Inventors: Horst Junk; Winfried Gey; Lothar Kurowski; Helmut Reinhardt; Werner Kreuzmann; Heinz Kirchhoff
Original assignee: Metallurgieofenbau Veb
Priority date: 1986-01-23
Filing date: 1986-01-23
Publication date: 1989-06-14

Abstract

Messkopf fuer Thermoelement zur kurzzeitigen thermoelektrischen Messung in Metallschmelzen, bei dem eine Verbesserung der Messgenauigkeit der Thermoelemente und der moeglichst vollstaendigen Wiedergewinnung der fuer die Thermopaare eingesetzten Edelmetalle erzielt werden soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neben einer hohen Messgenauigkeit eine oekonomische Herstellung des Messkopfes zu erzielen. Erfindungsgemaess sind ein oder beide Leiter des Thermopaares im Innern des bisher gebraeuchlichen Quarzroehrchens mit einem oder jeweils einem Al2O3-Roehrchen auf seiner gesamten Laenge im Innern des Messkopfes umgeben. Es koennen auch der oder die Schenkel des Quarzroehrchens im Innern des Messkopfes mit Zusatzisolierungen umgeben sein.

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Allgemein besteht ein Tauchthermoelement zur kurzzeitigen thermoelaktrischen Temperaturmessung aus einet Thermopaarung, die sich aus dem Anwendungstemperaturbereich ergibt. Für Temperaturen über 1000⁰C werden meist Platin-Rhodium-Legierungen in Drahtstärken von etwa 0,' mm Durchmesser eingesetzt. Auch Legierungen mit Wolfram und Rhenium werden verwendet.

Das Thermoelement befindet sich in dar Regel in einem U-förmig gebogenen Quarzglasröhrchen, das in einer feuerfesten und elektrisch isolierenden Masse eingebettet ist. Dabei liegen die aus dem U-Rohr ragenden Enden der Thermoelementschenkel urd das Verlängerungsmaterial nackt eingebettet gleichfalls in der feuerfesten i'.id elektrisch isolierenden Masse. Als Verlängerungsmaterial zu der elektrischen Kupplung des Meßkopfes mit der iauchlanze wird Auzsgleichsdraht mit gleichen thermoelektrischen Eigenschaften benutzt. Eine Schutzkappe, meist aus dünnem Stahlblech, umschließt den eigentlichen Fühler und verhindert die Beschädigung des Quarzröhrchnno beim Transport und beim Tauchen durch die Schlacke der Schmelze.

Der Meßkopf des Thermoelementes ist in ein Schutzrohr aus schlecht brennbprcr Pappe eingepreßt oder eingeklpbt. Die solcherart gebildete Sonde wird zur Messung auf die rohrförmige Meßlanze aufgesetzt und in das Metallbad getaucht. Dabei schmilzt die Schutzkappe und gibt das Thermopaar frei. Die Papphülse ist so ausgelegt, daß die während der Meßzeit von etwa 5 Sekunden die Lanzenspitze zuverlässig vor Wärmeeinwirkung und Zerstörung durch die Metallschmelze schützt und der Meßkopf sicher geborgen wird. In Verbindung mit der Sauerstoffmessuny ist eine Standzeit der Pappe von etwa 15 Sekunden erforderlich.

Die Lanze wird nach dieser Meßzeit aus dem Metallband herausgezogen und die Pappschutzhülse mit dem verbrauchten Meßkopf entfernt. Nach dem Aufstecken einer neuen Sünde ist die Lanze wieder betriebsbereit.

Zur Verbesserung der Meßgenauigkeit wurden verschiedene zusätzlich« Vorrichtungen eingeführt. So ist in der DE OS 3148993 ein Schutzrohr für ein Thermoelement beschrieben, das aus einem rohrförmig geformten Körper aus Bornitrit und einer darin eng anliegenden inneren Hülse aus Keramik besteht, um das Platin, das mit Bornitrit chemisch reagiert, zu schützen, um es so einer Wiederverwendung zuzuführen.

Das Thermoelement wird weiterhin mit verschiedenen kurzen AI₂O₃-Röhrchen im Innern der Hülse aus Keramik umgeben, um es vor dem direkten Kontakt zwischen den beiden Thermopaaren zu sichern. Der Nachteil dieser zwar robusten erfinderischen Lösung besteht in der komplizierten und teuren Fertigung des Systems und der nicht ausreichenden elektr sehen Isolierung. In der DE OS 1573233 wird ein Meßkopf für ein Tauchthermoelement beschrieben, bei dem die Tbermopaare in eine Einbettmasse aus hitzebeständigem Zement eingebracht sind. In der Praxis hat sich diese Lösung nicht dauerhaft bewährt, da die erforderlichen Parameter offensichtlich nicht erreicht werden. Weiterhin ist in der DE OS 1573229 eine erfinderische Lösung beschrieben, bei der die Thermopaare in einem flachgedrückten Quarc. 'öhrchen untergebracht sind. In diesem Quarzröhrchen ist ein Isolierstab so eingebracht, daß er die beiden Schenkel des Thermopaares vor gegenseitiger Berührung schützt. Damit wird eine Dämmung der Temperaturschwankungen erzielt und somit eine verläßlichere Temperaturkurve gewonnen. Eine Lösung in der Richtung von Hc^hstgenauigkeit bei der Messung konnte mit dieser Erfindung nicht vorweggenommen werden.

Eine kalibrierte Temperatursonde, welche die Forderung nach höchster Meßgenauigkeit erfüllt, ist im EP 0094596 beschrieben worden.

Eine Temperatursonde, die eine Lötstelle des ersten Thermoelements am Ende einer Metallspitze zum Messen der Temperatur eines Gegenstandes nutzt, ist auch mit einer Lötstelle des zweitan Thermoelementes an der Metallspitze in einem

vorausberechneten Abstand vom ersten Thermoelement zum Nachweis des Wärmeflusses in der 'Spitze vom 3r^c en Thermoeliimentzum zweiten Thermoelement ausgestattet. Die auf beide Thermoelemente ansprechende Elekt ro ik treibt einen Hoizkörpe; an, der das zweite Thermoelement im wesentlichen auf derselben Temperatur hält wie das erste Thermoelement, um dadurch «ie Wärmebelsstung durch die Sonde auf dem zu messenden Gegenstand zu eliminieren. Ein einzelner Regelwiaerstandstemperat jrdetektor, der elektronisch in Reihe mit der Metallspitze verbunden ist, wird zum Eichen der Sonde sowie zum Kompensieren der Fehler in den Temperaturablesungen des ersten und zweiten Thermoelementes eingesetzt. Der Widerstandstemperaturdetektor wird aus einem Draht hergestellt, der sich im Griff der Sonde befindet, und wird durch Spannen des Drahtes eingestellt, um seinen Durchmesser und Volumenwiderstand zu reduzieren.

Eine derartige Lösung zur genauon Temperaturmessung kann aus Kostengründen nicht massenhaft zur Anwendung kommen. Es wurde gefunden, daß die üblicherweise zur Einbettung der Thermoelemente und der Ausgleichsdrahtanschlüsse verwendeten feuerfesten und elektrisch isolierenden Massen insbesondere in Verbindung mit Feuchtigkeit nicht die elektrisch isolierenden Eigenschaften besitzen, die erforderlich sind. Daher wird je nach Zusammensetzung und Herstellungsverfahren dieser Einbettmassen in Abhängigkeit vom Gebrauchszustand ein mehr oder weniger verfälschtes Meßergebnis erzielt, das der Zielstellung nach höchster Genauigkeit entgegensteht.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung der Meßgenauigkeit der Thermoelemente und in der möglichst vollständigen Wiedergewinnung der teuren, für die Thermopaare eingesetzten Edelmetalle.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßkopf für ein Thermoelement hoher Genauigkeit zu schaffen, der einfach

herzustellen und leicht zu montieren ist und darüber hinaus in einfacher Weise die Rückgewinnung dßs Edelmetalles der

Thermoelementepaarufig ermöglicht. Die Aufgabe der Erfindung wird v;i« folgt gelöst. Erfindungsgemäß werden auPer dem üblichen Verguß mit feuerfesten und elektrisch isolierenden Massen ein oder beide Leiter

des Thermopaares im Innern des U-förmigen Quarzröhrchens mit jeweils einem Isolierröhrchen, vorzugsweise aus hochreinem

AI₂O₃ umhüllt. Dabei kann sich die Länge dieses Isolierröhrchens jeweils vom Krümmungsradius des U-förmigen Quarzröhrchens bis zur Kontaktstelle Thermodraht/Ausgleichsdraht erstrecken. Es ist auch möglich, daß sich das AI₂O₃-Röhrchen von der Stirnfläche

des Meßkopfes bis zur Kontaktstelle Thermodraht/Ausgleichsdraht erstreckt.

Eine weitere erfinderische Lösung besteht in der zusätzlichen Umhüllung eines oder beider Schenkel des Quarzröhrchens im Innern des Meßkopfes mit einem Isolierröhrchen, vorzugsweise aus hochreinem AI₂O₃, gemeinsam mit den entsprechenden Ausgleichsdrähten, die aus der elektrischen Kupplung in den Meßkopf ragen. Für die elektrische Isolierung des Thermopaares genügt es, einen Schenkel ζ j umhüllen. Zur möglichst vollständigen Wiedergewinnung der Edelmetalle dagegen ist es günstiger, beide Thermodrähte zusätzlich zu umhüllen. Zur Wiedergewinnung

der Edelmetalle wird nach der Tauchmessung der Meßkopf aus der Papphülse gestoßen und durch leichte mechanische

Einwirkung auf diesen das Edelmetall entnommen. Ausführungsbeispiute

In dem Falle, daß die Ausgleichsdrähte nicht mit Vergußmasse innerhalb des Meßkopfes umgeben sind, wird folgende Anordnung gewählt.

In dem U-förmigen Quarzröhrchen, das das Thermopaar aufnimmt, ist auf der gesamten Länge des Thermopaares im Bereich des Moßkopfes ein AI₂O₃Röhrchen um einen Leiter des Thermopaares eingebracht und dient der zusätzlichen elektrischen Isolierung.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung, bei der beide Leiter des Thermopaares mit jeweils einem Isolierröhrchen im Innern des Quarzröhrchens umgeben sind, ist zusätzlich eine fast vollständig« Wiedergewinnung der Edelmetalle problemlos möglich. In dem Falle, daß die Ausgleichsdrähte in dem Meßkcpf mit Vergußmasse umgeben sind, werden gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung ein oder beide Schenkel des Quarzröhrchens zusätzlich zu den Lolierröhrchen, die bis zu den Ausgleichsdrähte ι reichen, gemeinsam mit den entsprechenden Ausgleich'idrähten mit einem oder jeweils einem zusätzlichen Isolierröhrchen, vorzugsweise aus hochreinem AI₂O₃, im Innern des Meßkopfes umgeben. Damit wird sowohl die Funktion der guten elektrischen Isolation im Innern des Meßkopfes als auch die Wiedergewinnung des Edelmetalles möglich.

Claims

Meßkopf für Thermoelement, bei dem sich das elektrische Thermopaar in einem U-förmigen Quarzröhrchen befindet und bekannterweise aus Edelmetall besteht, und das Quarzröhichen in einem Meßkopf teilweise eingebettet ist und der Teil des Quarzröhrchens, der aus dem Meßkopf herausragt, zuerst in die Metallschmelze taucht, gekennzeichnet dadurch, daß eh oder beide Leiter des Thermopaares im Innern des Quarzröhrchens mit einem oder jeweils einem Isolierröhrchen umgeben sind, und sich die Länge von Krümmungsradius des Quarzröhrchens bis zur Kontaktstelle Thermodraht oder nur im Innern des Meßkopfes erstreckt, oder ein oder beide Schenkel des Quarzröhrchens sowie die aus der elektronischen Kupplung in den Meßkopf ragenden Ausgleichsdrähto mit einem oder jeweils einem weiteren gemeinsamen Isolierröhrchen im Innern des Meßkopfes umgeben sind, wobei das Isoüerröhrchen vorzugsweise aus hochreinem AI2O3 besteht.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf für ein Thermoelement zur kurzzeitigen thermoelektrischen Messung in Metallschmelzen. Thermoelemente dieser Art sind seit über
2 Jahrzehnten bekannt. Sie dienten anfangs der reinen Temperaturmessung in Stahlwerken und Gießereien. Gegenwärtig worden sie weiterhin zur Kohlenstoffbestimmung über die thermische Analyse sowie zur Sauerstoffbestimmung und zu verschiedenen anderen Aufgaben eingesetzt.

Ihre Bedeutung hat mit der modernen Staiilwerkstechnik ir. großen Schmelzeinheiten zugenommen. An Thermoelemente zur kurzzeitigen thermoelektrischen Temperaturmessung werden hoho Anforderungen bezüglich der Meßgenauigkeit und Fteproduzieibarkeit der Meßworte gestellt. Neben diesen Anforderungen ist eine ökonomische Produktion aufgrund der großen Stückzahlen notwendig.